JP2001325836A

JP2001325836A - 超電導ケーブル

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Publication number: JP2001325836A
Application number: JP2000143058A
Authority: JP
Inventors: Jun Fujigami; 純藤上; Hiroyasu Yumura; 洋康湯村; Masayuki Hirose; 正幸廣瀬; Yoshihisa Takahashi; 芳久高橋; Kimiyoshi Matsuo; 公義松尾; Shoichi Honjo; 昇一本庄; Tomoo Mimura; 智男三村
Original assignee: Tokyo Electric Power Co Inc; Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd; Tokyo Electric Power Company Holdings Inc
Priority date: 2000-05-16
Filing date: 2000-05-16
Publication date: 2001-11-22
Anticipated expiration: 2020-05-16
Also published as: JP3628589B2

Abstract

(57)【要約】【課題】芯材に生じる渦電流損失を抑制して、交流損
失の低減と過電流時の温度上昇抑制とを図ることができ
る超電導ケーブルを提供する。【解決手段】芯材と、その外周に設けられる超電導層
と、さらに超電導層の外周に形成される電気絶縁層とを
有する。ここで、超電導層は、複数本の超電導線材を螺
旋状に巻回した構造である。そして、芯材は、絶縁被覆
された常電導材料の金属線を複数本撚り合わせた構造で
ある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は芯材の外周に超電導
層を有する超電導ケーブルに関するものである。特に、
芯材の構成を工夫することで交流損失の低減と過電流時
の温度上昇抑制とを図ることができる超電導ケーブルに
関する。

【０００２】

【従来の技術】超電導ケーブルでは、交流損失の低減と
大容量化を同時に達成することが実用化のために必要と
される。

【０００３】このうち、交流損失の低減については次の
問題がある。超電導導体構造として、芯材上に超電導の
テープ状線材を同一ピッチで螺旋巻きして多層に構成し
たものが知られている。このような導体構造では内周の
超電導層ほど電流密度が小さく、外周の超電導層ほど電
流密度が大きいという偏流の問題がある。偏流に伴って
交流損失が増大すると考えられ、偏流の抑制が求められ
ている。

【０００４】多層導体の偏流抑制と損失低減に関する基
本技術としては、特公昭29-6685号公報記載の発明が知
られている。これは、各層の螺旋巻きピッチを調整して
各層のインピーダンス調整を行う技術である。

【０００５】一方、芯材は、テープ状の超電導素線を支
持するために必要で、かつ冷媒の循環流路としての機能
も果たす必要があると考えられていた。そのため、従来
の芯材の形状は全てパイプ状の直管またはコルゲート管
であり、材質は絶縁体または金属であった。

【０００６】さらに、大容量化については、導体構造の
断面積中に占める超電導線材の占有率（一般に20％程
度）を大きくすることが考えられる。特に、超電導ケー
ブルの外径を大きくすることなく、この占有率を増やす
には、芯材径を小さくすれば良い。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の従来技
術には次のような問題があった。超電導層の各層の巻き
ピッチを調整して各層のインピーダンス調整を行う技術
では、導体軸方向の磁場成分がキャンセルされずに残
り、この磁場によって芯材に導体と同レベルの交流損失
が発生する。

【０００８】また、金属性の芯材では、臨界電流を超え
る電流が流れた際に芯材が電流を分担し、ケーブルの温
度上昇を抑制する。しかし、パイプ状の芯材で軸方向磁
場が存在している場合には円周に沿って流れる渦電流損
失が生じ、芯材の交流損失も問題となる。

【０００９】さらに、絶縁体の芯材では、渦電流損失は
発生しないが、臨界電流を超える電流が流れた際に芯材
が電流を分担せず、ケーブルの温度が上昇する。

【００１０】そして、超電導導体の占有率を増やすこと
については、機械特性上難しい。すなわち、テープ状の
超電導線材は幅3mm，厚さ0.2mm程度のサイズであり、曲
げ歪に対して特性が低下しやすい。そのため、芯材径を
小さくすると、超電導線材を螺旋巻きしたときに曲げ歪
が大きくなり、占有率の増大が必ずしも容量の増大につ
ながらない。

【００１１】従って、本発明の主目的は、芯材に生じる
渦電流損失を抑制して、交流損失の低減と過電流時の温
度上昇抑制とを図ることができる超電導ケーブルを提供
することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、芯材をパイプ
状ではなく冷媒流路を持たない撚り線構造とすることで
上記の目的を達成する。

【００１３】すなわち、本発明超電導ケーブルは、芯材
と、その外周に設けられる超電導層と、さらに超電導層
の外周に形成される電気絶縁層とを有する。ここで、超
電導層は、複数本の超電導線材を螺旋状に巻回した構造
である。そして、前記芯材は、絶縁被覆された常電導材
料からなる金属線を複数本撚り合わせた構造であること
を特徴とする。

【００１４】超電導層の各層の巻きピッチが異なるピッ
チ調整型導体では導体軸方向の磁界が発生する。金属パ
イプを芯材として用いると、この軸方向磁場によって大
きな渦電流損失が発生する。

【００１５】この渦電流損失を抑制するには、材料の抵
抗を上げることが損失低減に有効であり、金属でない方
が良いとも考えられる。しかし、超電導ケーブルに過電
流が流れたときのケーブル温度上昇を抑制するために
は、芯材が過電流を分担するようにする必要があり、そ
のためには、芯材の抵抗はなるべく低くする必要があ
る。その観点から、芯材を構成する材料は金属であるべ
きである。

【００１６】そこで構造面からみると、芯材材料として
金属を前提にしたとき、芯材の断面を分割して、渦電流
のパスを小さくすることが有効である。具体的には、素
線絶縁の施された素線を撚り合わせて、芯材を構成すれ
ば良い。

【００１７】このような撚り線構造の芯材、つまり超電
導層の内側に冷媒流路を持たない芯材を超電導ケーブル
の芯材に用いるという提案はこれまでになかったが、今
回、交流損失の低減と過電流での温度上昇抑制という2
つの問題を同時に解決するために、上記のような構造の
超電導ケーブルを新たに開発した。

【００１８】このようなケーブルにおいて、電気絶縁層
の外周に磁気遮蔽層を具えることが望ましい。この磁気
遮蔽層は、金属被覆された酸化物超電導材料からなる複
数本のテープ状線材を螺旋状に巻き付けて構成されたも
のが挙げられる。

【００１９】また、芯材表面を平滑化することも好まし
い。この平滑化により、ケーブルの曲げなどによる機械
的な劣化を抑制することができる。単なる撚り線導体
は、表面平滑性が悪く、この上に直接超電導線材を集合
すると、ケーブル導体を曲げたときに超電導線材の座屈
が多発することが判った。この問題の対策として、芯材
表面を平滑化すれば導体曲げによる超電導線材の座屈を
抑制できる。平滑化の程度は、金属線の撚り溝による凹
凸を緩和できる程度とすれば良い。

【００２０】芯材表面の凹凸を平滑化する手段として
は、芯線表面自体を円筒面状に成形する方法と、芯材表
面に平滑化する層を別途設けることが挙げられる。前者
としては、断面が円形状の金属線を撚り合わせた後、こ
の撚り線をダイスに通して芯線表面を円筒面状に圧縮成
形したり、円形状の金属線を撚り合わせた後、この撚り
線表面を研磨して芯線表面を円筒面状に形成することが
挙げられる。また、後者の具体例としては、次の手段が
挙げられる。撚り合わされた金属線の外周にテープ材を巻きつけた
り、押出し被覆を形成する。その場合、絶縁性のテープ
材、押出し被覆材を用いることが好ましい。テープ材、
押出し被覆材自体の渦電流損失を回避することができる
からである。また、テープ材を金属にすると、テープエ
ッジで超電導線が座屈する恐れがあるためである。

【００２１】芯材における金属線のうち、最外層に使
用されている線材の径を内層側の線材の径よりも細径と
する。特に、最外層の線材とその直下の線材の撚り方向
を逆にする、もしくは両線材の撚りピッチを大きく変え
ることで、最外層の線材が直下の線材の撚り溝に落ち込
まず、芯材表面の平滑化を効果的に実現できる。

【００２２】芯材における最外層の金属線の直径d
_wが、芯材の外接円の直径をD、超電導層の最内層に配置
する超電導線の本数をnとしたとき、以下の式を満た
す。 πD／（2・n）≧d_w 芯材表面の凹凸と超電導線材の座屈との関係を調べた結
果、上記の式を満たすことでケーブルの曲げに伴う超電
導線材の座屈をほぼ解消することができる。

【００２３】芯材は、絶縁被覆された金属線を同心撚り
した構造であることが望ましい。先述した超電導線材の
座屈は、芯材表面の凹凸に起因して発生する。金属線を
撚りあわせた構造の芯材では多かれ少なかれ必ず表面に
凹凸が見られる。撚り合わせ構造のうち、最も凹凸を抑
制できるのは同心撚り構造である。

【００２４】そして、芯材を構成する線材の撚りピッチ
を調整し、芯材中の金属線各層のインピーダンスが±30
％以内になるように構成することが望ましい。芯材中の
線材のインピーダンスを調整すれば、過電流が芯材に流
れたときに、芯材中での偏流が抑制されるために、過電
流通電時の発熱（温度上昇）が抑制できる。この撚りピ
ッチの調整手法は、特願2000-5106号、同5107号に詳し
く記載されている。

【００２５】なお、超電導層および磁気遮蔽層の層数は
１層でも多層でも構わない。これら各層で用いられる超
電導材料としては、イットリウム系、ビスマス系、タリ
ウム系など、液体窒素を冷媒とする高温酸化物超電導材
料が好適である。また、超電導層および磁気遮蔽層の超
電導線材には断面が円形状の丸線でも良いが、テープ状
のものが望ましい。さらに、これら超電導線材に設けら
れる金属被覆には、一般に銀または銀合金が利用され
る。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、比較例と共に本発明の実施
の形態を説明する。ここでは、比較例としてパイプ状の
芯材を用いた導体構造について交流損失の試算を行い、
続いて後述する実施例についても同様に交流損失の試算
を行って比較する。先に交流損失を求める手順について
説明する。

【００２７】交流損失を求める手順は、超電導ケーブル
を等価回路にモデル化し、インダクタンスの導出・実効
抵抗の導出を行い、モデルに対応した回路方程式を作成
し、電流分布の算出を行う。そして、電流分布から磁場
分布を求め、交流損失を演算する。

【００２８】（モデル化）３相ケーブルのうちの１相分
に着目して、芯材、超電導層（コア）および磁気遮蔽層
（シールド）と端末を含む超電導ケーブルを図１のよう
な等価回路とみなした。すなわち、芯材ならびに超電導
層を誘導リアクタンスと抵抗とが直列に配置された集中
定数回路とみなしている。超電導層には外部電源よりI
_allが供給され、各超電導層間には絶縁が施されている
とした。

【００２９】また、磁気遮蔽層は超電導素線が端部にて
接続抵抗ｒ_ｊで接続され、図1のようなループを形成す
るものとした。図中のｉ₀、ｉ₁…は各層に流れる電流、
Ｌ_co、Ｌ_c1…は各層の軸方向磁場によるインダクタン
ス、ｒ₀、ｒ₁…は各層の軸方向磁場によるインダクタン
ス、ｒ₀、ｒ₁…は各層の実効抵抗、ｒ_jは端末のインダ
クタンスならびに抵抗、V_c、V₁はそれぞれ超電導層側、
磁気遮蔽層側の電圧である。添え字の0は芯材を表し、
超電導層または磁気遮蔽層は内層より1、2、3…のよう
に表記した。このモデルでは、超電導層４層、磁気遮蔽
層２層として検討している。

【００３０】（インダクタンス導出）各超電導層（超電
導層および磁気遮蔽層）のインダクタンスについては、
層間の相互インダクタンスも考慮して、周方向成分を数
式1と定義し、軸方向成分を数式２と定義した。

【００３１】

【数１】

【００３２】

【数２】

【００３３】（抵抗成分導出）各層の抵抗成分は、超電
導層を構成する素線のACロス理論値W_norris（ノリスの
式）から導くこととした。このとき、素線一本あたりの
実効抵抗ｒ_wireは、素線に流れる電流I_wireを用いて数
式３のように定義する。

【００３４】

【数３】

【００３５】ここで、素線の損失W_norrisは、ｚ=I_wire/
Icとすればｚ＜１（臨界電流値未満）のとき、ノリスの
式より数式４のようになる。

【００３６】

【数４】

【００３７】そして、ｚ＞１のとき、フラックススロー
損失は数式５のようになる。

【００３８】

【数５】

【００３９】ここで、ｎは、電圧が電流Iのｎ乗に比例
するとした場合のIc近傍でのｎ値であり、数式５はz＝
１で数式４と連続するようにしている。これら数式４、
５は実験結果と良く一致する。常電導線（銅撚線）の均
流化を計算するときは、ｒ_wire＝（一定）銅の抵抗ｎ＝１ｗ＝ｗ_Norris＝ｒ_wire・I² _wire として計算すれば良
い。

【００４０】なお、ジョイント抵抗については、試験で
求めた端末の抵抗値（3×10^-6Ω/ケーブル長）を採用し
た。

【００４１】（回路方程式）このモデルでは、回路方程
式は下式のようになる。

【００４２】

【数６】

【００４３】上式で、初期条件として各層のピッチ、
L_c、L_a、r₁、I_allを与えれば、ｉ₀〜ｉ₆、V_c、V_sに関す
る9元連立方程式となり、計算によって各層の電流分布
を求めることができる。

【００４４】（電流分布の算出）計算は、まず全通電電
流（I_all）に対して初期電流分布（各層の電流値）を適
当に与え、そのときの各超電導層の抵抗値を先述の抵抗
成分導出プロセスにしたがって求める。すると数式６の
回路方程式中のi_iとV_c、V_sを除く全数値が既知の値とな
るために、数式６を解いてi_o〜i₆、V_c、V_sを求めること
ができる。この電流値をもとに再度各超電導層の抵抗値
を求めた後、数式６からi_o〜i₆を求める。この作業を、
演算前後の計算結果の差が一定値以下となるまで繰り返
す。今回は前後の計算結果の差が１％以下となったとき
に、計算が終了したとみなした。

【００４５】数式６の回路方程式を解けば電流分布が求
まるはずであるが、実際は回路中の抵抗成分が電流によ
って変化する効果を取り入れる必要があるので、答えを
解析的に見出すことはできない。「演算前後の計算結果
の差が一定値以下となるまで繰り返す」という手法を取
り入れることによって、はじめて任意の巻きピッチ条件
の超電導ケーブルの電流分布を計算によって推測できる
ようになった。以上のプロセスを経た時点で電流分布が
求められるため、その結果を元にして以下のプロセスに
より交流損失量を求める。

【００４６】（磁場の計算）このモデルでは、超電導層
は複数の超電導素線が螺旋状に巻かれた構造であり、通
電時の磁場は、図２に示すように、周方向磁場成分と導
体軸方向磁場成分に分けて考えることができる。

【００４７】このときのn層目に加わる周方向磁界成分H
_cn（単位はA/m）は数式７で表される。

【００４８】

【数７】

【００４９】また、n層目に加わる軸方向磁界成分H
_cn（単位はA/m）は数式８で表される。

【００５０】

【数８】

【００５１】（交流損失の計算）ピッチ調整を行うこと
によって電流が均一化した導体部の交流損失は、導体を
図１のような隣接したn個の無限平面にモデル化して計
算できる。すなわち、導体の磁化損失は、各層の磁化損
失の総和とする。

【００５２】各層の磁化損失は、ビーンモデルを前提に
した超電導平板の磁化損失の公式（数式9、10）を利用
して表すことができる。

【００５３】

【数９】

【００５４】

【数１０】

【００５５】ここで、数式9は磁場が平板全域に侵入し
ていない場合、数式10は磁場が平板の全域に侵入してい
る場合であり、磁場は平板の両側から均等に侵入するこ
とを前提としている。また式損失Wの単位はW/m³であ
り、ｆは周波数（Hz）、H_mは外部磁界のピーク値（A/
m）、J_cは超電導体の臨界電流密度（A/m^２）、tは平板
の厚さ（m）である。

【００５６】数式9、10を利用すると、１導体中の第n層
の磁化損失W_nは超電導平板と同様に、磁界が層全体に
侵入していない場合、磁界が層全体に侵入した場合で
異なり、

【００５７】の場合には、数式11となり、の場合に
は数式12となる。

【００５８】

【数１１】 (W/m)

【００５９】

【数１２】 (W/m)

【００６０】ここで、H_opnはn層以外に流れる電流がn層
部に作る磁場（n層部にとっての外部磁場）の大きさ、I
_opnはn層を流れる電流が作る磁場（n層部にとっての自
己磁場）の大きさであり、前述したn層の周方向磁界成
分H_cnと軸方向磁界成分H_anを用いて、H_opnは数式13で表
される。

【００６１】

【数１３】

【００６２】また、n層に流れる電流i_nを用いて、I_opn
は数式14と表される。

【００６３】

【数１４】

【００６４】これらの単位はいずれもA/mである。

【００６５】また、R_nはn層の半径、J_eはn層部のオーバ
ーオールJ_c、t_anは外側から見たn層部の磁界侵入深さ、
t_bnは内側から見たn層部の磁界侵入深さである。またW
_ｎの単位はW/m、H_opnとI_opnの単位はどちらもA/mであ
る。

【００６６】一方、円筒パイプ状の金属芯材では、以下
の式で表される渦電流損失W_ｆ,ｅが発生する。

【００６７】

【数１５】

【００６８】数式15は例えば「Case Studies in Sute
rconducing Magnets」（PLENUM PUBLISHING Co．）
のP.41に記載されており、ρは芯材の比抵抗（＠77
K）、R_ｆは芯材の外半径、dは芯材の肉厚、H_aoは芯材部
の軸方向磁場である。

【００６９】以上のような考えにしたがって、導体の磁
場分布と交流損失量を算出してシステムを解析するシミ
ュレーションコードを作成して、コンピューター内に組
み込み、解析装置とした。

【００７０】本コードでの計算の流れを図４に示す。計
算手順は、次の各ステップ〜に示す通りである。
「電流分布計算」のステップから「各層のピッチを設
定」のステップに戻るのは、演算前後の計算結果の差が
一定値以下となるまで繰り返すことを示している。

【００７１】基本パラメータ設定：パラメータは、線
材諸元（幅、厚さ、Ic）、芯材諸元（比抵抗、外径、厚
さ）、導体諸元（各層の巻き線方向、各層の外径、各層
の厚さ、各層でのIc維持率）、通電条件（通電電流、周
波数）とする。各層のピッチ入力各層のインダクタンス計算および実効抵抗の計算連立方程式の作成と、各層の電流値の計算計算した電流分布での磁場分布と導体交流損失計算

【００７２】（比較例１）比較例として、芯材に銅パイ
プを用い、電流が均一化した下記諸元の磁気遮蔽層付き
のピッチ調整導体を作製した。そして、上述した「交流
損失の計算」に基づいて交流損失を計算した。

【００７３】芯材材質：銅外径：φ19.2mm 肉厚：0.9mm 比抵抗＠77K：３×10^−９Ωm

【００７４】超電導層素線：Bi2223系Ag-Mn合金被覆高温超電導ケーブル線
（厚さ0.24mm）層数：４層巻き方向：S/S/S/S

【００７５】絶縁層材質：紙厚さ：７mm

【００７６】磁気遮蔽層素線：Bi2223系Ag-Mn合金被覆高温超電導ケーブル線
（厚さ0.24mm）層数：２層巻き方向：S/S

【００７７】この導体の臨界電流は２kAであり、１kArm
s（50Hz）通電時の交流損失は0.9W/mと見積もられた。
そのうち導体部のヒステリシス損失が0.6W/m、芯材の渦
通電損失0.3W/mと計算によって推測できる。実際に、上
記諸元の導体を製作し、通電時の交流電流をロックイン
アンプを用いた通電４端子法によって測定した。その結
果、導体の交流損失は１kArms、50Hzで0.9W/mと計算値
に等しいことを確認した。計算値と実験値との比較を図
５のグラフに示す。

【００７８】（実施例1）新たに、比較例１と同一性能
の線材を用いて、同一サイズで芯材構造を変えた導体A
を製作した、具体的には、エナメル被覆銅線を同心撚り
した構造の芯材を用いた。超電導層、絶縁層、磁気遮蔽
層の各諸元は比較例1と同様である。芯材構造諸元を以
下に示す。

【００７９】

【００８０】この導体のIcは2000Aであった。また1kArm
s（50Hz）通電時の導体部の交流損失は0.6W/mと見積も
られる。さらに通電時の交流損失を、ロックインアンプ
を用いた通電4端子法によって測定した。その結果、導
体の交流損失は1kArms、50Hzで0.6W/mと、計算値と等し
いことを確認した。この結果より、前記比較例1の結果
と比べれば、芯材構造の変更によって芯材部の渦電流損
失が抑制できたことが判る。

【００８１】交流損失測定の後、室温にて直径２mの曲
げを導体に加え、直線状に戻した後に液体窒素温度での
臨界電流特性を測定したところ、導体のIcは1800Aとな
り、初期状態と比較して約10％の特性低下が認められ
た。

【００８２】導体を解体調査したところ、芯材直上の超
電導層（第１層）に配置された素線に、芯材最外層の凹
凸によるとみられる多数の座屈が認められた。これがIc
低下の原因と考えられる。

【００８３】（実施例２）実施例１の結果をもとに、最
外層に絶縁テープ線をスパイラル巻きすることによっ
て、表面を平滑化した撚り線構造の芯材を製作した。こ
の芯材と、比較例１と同一性能の線材を用いて、実施例
1と同一サイズで芯材構造を変えた導体Bを製作した、具
体的にはエナメル被覆銅線を同心撚した構造の芯材をを
用いた。芯材構造諸元を以下に示す。超電導層、絶縁
層、磁気遮蔽層の各諸元は比較例1と同様である。

【００８４】導体B用芯材素線：エナメル絶縁銅線芯材外形：19mm 線径（mm）撚り本数１層目（中心） 2.7mm １２層目 2.7mm ６３層目 2.7mm 12 ４層目 2.7mm 18 表面 20mm×0.1mm クラフト紙４層

【００８５】この導体のIcは2000Aであった。また1kArm
s（50Hz）通電時の導体部の交流損失は0.6W/mと見積も
られる。さらに通電時の交流損失をロックインアンプを
用いた通電4端子法によって測定した。その結果、導体
の交流損失は1kArms、50Hzで0.6W/mと、計算値と等しい
ことを確認した。この結果より、芯材構造の変更によっ
て、芯材部の渦電流損失が抑制できたことが判る。

【００８６】さらに交流損失測定の後、室温にて直径２
mの曲げを導体に加え、直線状に戻した後に液体窒素温
度での臨界電流特性を測定した。導体のIcは1900Aとな
り、導体Ic低下が導体Aと比較すると抑制されているこ
とを確認した。

【００８７】導体Bを解体調査したところ、導体最内層
の線材に若干の線材の座屈が認められるものの、導体A
と比較すると軽度であった。

【００８８】（実施例３）実施例１の様に、導体曲げ後
の線材の座屈は芯材直上の超電導層（第１層）に生じ、
また座屈の形状は芯材最外層の撚り線の凹凸に沿ってい
ることが判った。そこで、この凹凸を軽減するために、
芯材最外層の銅素線の線径を小さくすることを試みた。

【００８９】まず以下のような予備検討を行った。丸線
を板の上に並べて凹凸面を作り、この丸線と平行にテー
プ線を載せ、100kgfの荷重を加えたときの、座屈と線材
サイズの関係を調べた。その結果、丸線の径がテープ線
幅の１/２よりも小さくなると、テープ線の座屈がほと
んどみられなくなることが判った。

【００９０】以上の結果を元に、芯材表面に配置された
金属線の直径をdw、芯材の外接円の直径をD、超電導層
の最内層に配置するテープ状超電導線本数をnとしたと
きに、以下の式を満たす様に芯材最外層の素線径を選定
して実施例１と同一性能の線材を用い、実施例２と同一
サイズで芯材構造を変えた導体Cを製作した。超電導
層、絶縁層、磁気遮蔽層の各諸元は比較例1と同様であ
る。 πD／(2・n)≧dw

【００９１】導体Cに用いた芯材の諸元を以下に示す。
導体最内層のテープ状線材数は15本、芯材の外接円の直
径は19mmであり、πD／(2・n)≒2となるため、上式を満
たすように、芯材最外層の素線径dwは２mm以下とする。

【００９２】導体C用芯材素線：エナメル絶縁銅線芯材外形：19mm 線径（mm）撚り本数 1層目（中心） 3.0mm １ 2層目 3.0mm ６ 3層目 3.0mm 12 4層目 2.0mm 24 表面 20mm×0.1mm クラフト紙４層

【００９３】この導体のIcは2000Aであった。また1kArm
s（50Hz）通電時の導体部の交流損失は0.6W/mと見積も
られる。さらに通電時の交流損失を、ロックインアンプ
を用いた通電4端子法によって測定した。その結果、導
体の交流損失は1kArms、50Hzで0.6W/mと、計算値と等し
いことを確認した。

【００９４】さらに交流損失測定の後、室温にて直径２
mの曲げを導体に加え、直線状に戻した後に液体窒素温
度での臨界電流特性を測定した。導体のIcは2000Aとな
り、初期状態のIcと変化がないことを確認した。

【００９５】さらに、導体Cを解体調査したところ、線
材座屈は認められなかった。

【００９６】（実施例４）実施例３の導体Cに用いた芯
材と同一サイズで４層目の撚り本数を１４本に変更した
芯材を、芯材中各層のインピーダンスのばらつきが±30
％以内に収まるように設計し、新規に導体Dを製作し
た。その場合の交流損失は上述した「交流損失の計算」
の手順にしたがって計算した。さらに実施例３と同一性
能の線材を用いて、実施例３と同一サイズで導体Eを製
作した。導体D,E共に、超電導層、絶縁層、磁気遮蔽層
の各諸元は比較例1と同様である。

【００９７】導体Dの芯材を構成する絶縁被覆金属線の
ピッチは次の通りである。

【００９８】 1層目 × 2層目 45ｍｍ 3層目 90ｍｍ 4層目 110ｍｍ

【００９９】また、導体Eの芯材を構成する絶縁被覆金
属線のピッチは次の通りである。 1層目 × 2層目 120ｍｍ 3層目 50ｍｍ 4層目 30ｍｍ

【０１００】これらの導体のIcは2000Aであった。さら
に通電時の交流損失を、ロックインアンプを用いた通電
4端子法によって測定した。その結果、導体の交流損失
は1kArms、50Hzで0.6W/mと、計算値と等しいことを確認
した。

【０１０１】さらに、前述の導体Dと導体EにIcを越える
30kAの電流を通電して損失を計測した。その結果、芯材
の撚りピッチを調整していない導体Eは18kJ/mであっ
た。一方芯材の撚りピッチを調整した導体Dでは損失が1
7kJ/mと、約1kJ/m低減することを確認した。

【０１０２】尚、本発明の超電導ケーブルは、上述の具
体例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸
脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論
である。

【０１０３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明超電導ケー
ブルによれば、絶縁被覆された常電導の金属線が複数本
撚り合わされた芯材を用いることで、渦電流損を抑制
し、それに伴う交流損失の増大を抑制することができ
る。また、過電流が流れる際には、芯材が過電流を分担
することで、ケーブルの温度上昇を抑制することもでき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】超電導ケーブルの等価回路へのモデル化手法を
示す説明図である。

【図２】超電導ケーブルにおける通電時の磁場成分の説
明図である。

【図３】円筒導体を無限平面にモデル化する手法の説明
図である。

【図４】超電導ケーブルの交流損失を評価する手順のフ
ローチャートである。

【図５】電流と交流損失の関係を示すグラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者湯村洋康大阪市此花区島屋一丁目１番３号住友電気工業株式会社大阪製作所内 (72)発明者廣瀬正幸大阪市此花区島屋一丁目１番３号住友電気工業株式会社大阪製作所内 (72)発明者高橋芳久神奈川県横浜市鶴見区江ヶ崎町４番１号東京電力株式会社電力技術研究所内 (72)発明者松尾公義神奈川県横浜市鶴見区江ヶ崎町４番１号東京電力株式会社電力技術研究所内 (72)発明者本庄昇一神奈川県横浜市鶴見区江ヶ崎町４番１号東京電力株式会社電力技術研究所内 (72)発明者三村智男神奈川県横浜市鶴見区江ヶ崎町４番１号東京電力株式会社電力技術研究所内Ｆターム(参考） 5G321 AA04 AA05 AA07 BA01 CA16 CA48

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】芯材と、その外周に設けられる超電導層
と、さらに超電導層の外周に形成される電気絶縁層とを
有する超電導ケーブルであって、前記超電導層は、複数本の超電導線材を芯材の外周に螺
旋状に巻き付けた構造を有し、前記芯材は、絶縁被覆された常電導材料からなる金属線
を複数本撚り合わせた構造であることを特徴とする超電
導ケーブル。
【請求項２】芯材表面の凹凸を平滑化したことを特徴
とする請求項１に記載の超電導ケーブル。
【請求項３】芯材の外接円の直径をD、超電導層の最
内層に配置する超電導線の本数をnとしたとき、芯材最
外層に配置される金属線の直径dwが以下の式を満たすこ
とを特徴とする請求項1または2に記載の超電導ケーブ
ル。 πD／(2・n)≧dw
【請求項４】芯材を構成する金属線の撚りピッチを調
整し、芯材中の金属線各層のインピーダンスが±30％以
内になるように構成したことを特徴とする請求項1〜3の
いずれかに記載の超電導ケーブル。