JP2002008459A

JP2002008459A - 超電導ケーブル

Info

Publication number: JP2002008459A
Application number: JP2000184373A
Authority: JP
Inventors: Kazutomi Miyoshi; 一富三好; Hirokazu Tsubouchi; 宏和坪内; Shoichi Honjo; 昇一本庄; Tomoo Mimura; 智男三村; Kimiyoshi Matsuo; 公義松尾; Yoshihisa Takahashi; 芳久高橋
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd; Tokyo Electric Power Co Inc
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd; Tokyo Electric Power Company Holdings Inc
Priority date: 2000-06-20
Filing date: 2000-06-20
Publication date: 2002-01-11

Abstract

(57)【要約】【課題】巻芯の材質や構造的な制約を受けることな
く、また、超電導導体の超電導特性を低下させることな
く、短絡事故時に超電導導体を短絡電流から確実に保護
できるようする。【解決手段】巻芯１の外周に複数本の超電導線を螺旋
状に卷回して多層に積層して複合導体層２０を形成して
いる。複合導体層２０の外周には、絶縁層３を挟んで超
電導線を螺旋状に卷回して多層に積層して複合遮蔽層４
０を形成している。そのような超電導ケーブルにおい
て、複合導体層２０の超電導層９の上下層に安定化金属
線を螺旋状に卷回した安定化金属層１０を設ける。そし
て、ケーブル両端において、それぞれ上下に隣接する超
電導層９と安定化金属層１０とをハンダ付けにより接続
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属管等よりなる
巻芯の外周に、複数本の超電導線を螺旋状に巻いてコア
部を形成した超電導ケーブルに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図３は、従来の超電導ケーブルを示す図
である。図３において、１は巻芯、２は導体層、３は絶
縁層、４は遮蔽層、５は保護層、６は内部コルゲート
管、７は断熱層、８は外部コルゲート管である。

【０００３】金属管や金属スパイラル管等よりなる巻芯
１の外周に、複数本の酸化物超電導線を螺旋状に巻回し
て導体層２を形成し、その上にクラフト紙等よりなるテ
ープを多層に巻回して絶縁層３を形成している。さら
に、絶縁層３の外周には、複数本の酸化物超電導線を螺
旋状に巻回して遮蔽層４を形成し、超電導ケーブルのコ
ア部としている。

【０００４】コア部の外周には、ケーブル製造時やケー
ブル布設時等に、コア部が傷つくのを防止するため、ポ
リエチレンテレフタレートやアルミニウム等のテープを
螺旋状に巻回して保護層５を形成している。その状態で
内部コルゲート管６の中に収容し、さらに、スーパーイ
ンシュレーションを多層に巻回して形成した断熱層７を
介在させて、外部コルゲート管８の中に収容している。

【０００５】内部コルゲート管６の中には、液体窒素等
よりなる寒剤を流すことで、コア部を冷却し、導体層２
及び遮蔽層４を超電導状態に保持するようにしている。
また、内部コルゲート管６と外部コルゲート管８の間の
空間は、真空状態に保持することにより、外部から内部
への熱侵入を低く抑えるようにしている。

【０００６】このような超電導ケーブルでは、導体層２
と遮蔽層４の両方が超電導線のみで構成されている。ま
た、巻芯１は、銅やアルミニウム等の金属管を用いて、
導体層２を保持する機能の他に、導体層２の冷却用の寒
剤を低い圧力損失の元で通す機能を持たせている。さら
に、短絡事故時の過大電流を導体層２から分流させて、
導体層２の破損を防止する短絡事故保護機能も持たせて
いる。

【０００７】例えば、短絡電流が３１．５ｋＡで、短絡
継続時間が０．３４秒の短絡事故の際に、導体層２のみ
で短絡電流を分担させた場合には、導体層２は溶断す
る。それに対して、巻芯１を銅管等で形成して巻芯１に
短絡電流の一部を分流させるようにすると、導体層２は
溶断せず、寒剤としての液体窒素の出口での圧力が０．
６ＭＰａにおいて、巻芯１の断面積が１１１ｍｍ²であ
れば、導体層２の温度を寒剤の飽和温度９８．５Ｋ以下
に抑えることができる。

【０００８】なお、このような超電導ケーブルに関連す
る従来の文献としては、例えば、特開平7-169343号公報
(H01B 12/12), 特開平11-203960 号公報(H01B 12/12)等
がある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の超電導ケーブルでは、巻芯１を短絡事故時の保護と
寒剤の流路として用いるため、巻芯１の材料及び断面サ
イズに制約を受ける。すなわち、巻芯１の材料として銅
やアルミニウム等の金属を用いる必要があり、また、巻
芯１を空芯構造にする必要がある。そして、寒剤を低い
圧力損失の元で通すには、空芯部の径をある程度大きく
確保する必要があるうえに、短絡電流を十分に分流させ
るには、金属部分の断面積をある程度（例えば、１１１
ｍｍ²）以上確保する必要があって、超電導ケーブルの
コンパクト化の障害になるという問題点があった。

【００１０】また、短絡電流を巻芯１に分流させるため
には、導体層２の各超電導線を巻芯１に電気的に接続す
る必要がある。そのため、一般的にはハンダ付けによる
接続が行われるが、各超電導線を巻芯１にハンダ付けす
るには、巻芯１の熱容量が大きいため、ハンダ付けの加
熱時間が長くなり、その間、超電導線が高温にさらされ
ることになる。その結果、超電導特性を劣化させてしま
うことになる。さらに、超電導線を多層に巻回して導体
層２を形成している場合には、外側の層にある超電導線
を巻芯１にハンダ付けする際に、超電導線の先端を巻芯
１に接触させるためにかなり大きく曲げてハンダ付けす
ることになるが、超電導線に大きな曲げを与えると機械
的な歪みが大きくなって超電導特性を劣化させてしま
う。それらの結果、超電導線と巻芯１との接続部分での
発熱による損失が大きくなるという問題点や、短絡事故
時の分流が設計通りにならないという問題点があった。

【００１１】それらの問題点に対して、各超電導線材の
安定化金属部分の断面積を大きくして、安定化金属部分
に短絡電流を分流させることにより超電導線を保護する
ということも可能である。しかしながら、超電導線とし
て、銀シース型のビスマス系高温超電導線を用いる場
合、安定化金属部分はシース部分となるため、銀の使用
量が多くなって大幅なコスト高になる。また、ビスマス
系高温超電導線では、臨界電流特性を高めるために、線
材の中心部にあるビスマス系高温超電導材料に圧力をか
けて圧縮する必要があるが、シース部分が厚くなると、
線材中心部のビスマス系高温超電導材料に十分な圧力が
伝わりにくくなって、臨界電流特性が低下するという問
題点があった。

【００１２】本発明は、そのような問題点を解決し、巻
芯の材質や構造的な制約を受けることなく、また、超電
導導体の超電導特性を低下させることなく、熱損失の増
加も伴わずに、短絡事故時に超電導導体を短絡電流から
確実に保護できるようすることを目的とするものであ
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、請求項１に記載の超電導ケーブルは、巻芯の外周
に、超電導線からなる導体層と、安定化金属からなる安
定化金属層とが積層されてなる複合導体層を設けたこと
を特徴とする。このようにすると、超電導層と安定化金
属層とを電気的に接続することにより超電導導体を短絡
電流から保護できるので、巻芯の材質や構造的な制約を
受けることなく、また、超電導導体の超電導特性を低下
させることなく、熱損失の増加も伴わずに、短絡事故時
に超電導導体を短絡電流から確実に保護できる。この超
電導ケーブルは、長尺の巻芯と、該巻芯の外周に複数本
の超電導線を螺旋状に卷回して単層あるいは多層に積層
した導体層と、該導体層の外周に形成した絶縁層と、該
絶縁層の上に超電導線を螺旋状に卷回して単層あるいは
多層に積層した遮蔽層とを具えた超電導ケーブルであっ
て、前記導体層の上下層に安定化金属線を螺旋状に卷回
した安定化金属層を設けて複合導体層としたものであっ
てもよい。

【００１４】また、請求項３に記載の超電導ケーブル
は、巻芯の外周に、超電導線と安定化金属線とを混在さ
せて形成した複合導体層を設けたことを特徴とする。こ
のようにしても、超電導線と安定化金属線とを電気的に
接続することにより超電導導体を短絡電流から保護でき
るので、巻芯の材質や構造的な制約を受けることなく、
また、超電導導体の超電導特性を低下させることなく、
熱損失の増加も伴わずに、短絡事故時に超電導導体を短
絡電流から確実に保護できる。この超電導ケーブルは、
長尺の巻芯と、該巻芯の外周に複数本の超電導線を螺旋
状に卷回して単層あるいは多層に積層した導体層と、該
導体層の外周に形成した絶縁層と、該絶縁層の上に超電
導線を螺旋状に卷回して単層あるいは多層に積層した遮
蔽層とを具えた超電導ケーブルであって、前記導体層
を、同一層内に超電導線に安定化金属線を混在させて形
成して複合導体層としたものであってもよい。なお、前
記した「電気的に接続する」手段としては、ハンダ付け
による方法や、直接接合による方法などがある。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。

【００１６】（第１実施形態）図１は、第１実施形態を
示す図である。符号は、図３のものに対応しており、
９，１１は超電導層、１０，１２は安定化金属層であ
る。

【００１７】巻芯１は、厚さ１ｍｍの細長い鉄板をスパ
イラル状に卷回して形成した、外径が１９ｍｍ，内径が
１７ｍｍのスパイラル管を用いている。なお、この実施
形態では、巻芯１として上記のようなスパイラル管を用
いたが、銅管やアルミニウム管やフレキシブル管を用い
ることもできる。

【００１８】そのような巻芯１の外周に、銅のテープ
（厚さ０．５ｍｍ，幅３．５ｍｍ）を並べてスパイラル
状に卷回して安定化金属層１０を形成し、その上にビス
マス系銀シース超電導線を並べて卷回して超電導層９を
形成している。さらに、この超電導層９の上に上記のも
のと同様な安定化金属層１０を形成し、その上に上記の
ものと同様な超電導層９を形成するということを繰り返
して、超電導層９を４層と安定化金属層１０を５層とす
る複合導体層２０を形成した。

【００１９】なお、安定化金属層１０は、銅テープ以外
にもアルミニウムやニッケル等のその他の金属テープで
形成してもよい。また、安定化金属層１０の上下をマイ
ラーテープ等を巻き付けて絶縁を確保したり、安定化金
属テープ自体にホルマール等の電気絶縁膜を施してもよ
い。

【００２０】この複合導体層２０では、ケーブルの両端
部分で安定化金属層１０を構成する金属テープと超電導
層９を構成する超電導線とが、ハンダ付けされて電気接
続される。その際、安定化金属層１０を形成する金属テ
ープの熱容量は小さいため、ハンダ付けは短時間で済
み、超電導線の温度上昇は小さく抑えられる。また、上
下に隣接するもの同士をハンダ付けするため、超電導線
の先端に曲げを加える必要はない。そのため、ハンダ付
けにおける超電導線の温度上昇並びに機械的歪みは、超
電導線の超電導特性を低下させることはない。

【００２１】この複合導体層２０の上にクラフト紙や半
合成紙からなるテープを多層卷回して絶縁層３を形成
し、その上に銅テープを並べてスパイラル状に卷回して
安定化金属層１２を形成し、その上にビスマス系銀シー
ス超電導線を並べて卷回して超電導層１１を形成してい
る。さらに、この超電導層１１の上に安定化金属層１２
を形成し、その上に超電導層１１を形成するということ
を繰り返して、超電導層１１を２層と安定化金属層１２
を３層とする複合遮蔽層４０を形成している。この複合
遮蔽層４０においても、ケーブルの両端部分で安定化金
属層１２を構成する金属テープと超電導層１１を構成す
る超電導線とが、ハンダ付けされて電気接続される。そ
の複合遮蔽層４０の外周には、保護層５としてクラフト
紙を４層卷回している。

【００２２】ここで、複合導体層２０と複合遮蔽層４０
を構成する超電導線材としては、ビスマス系酸化物超電
導体に銀シースを施した高温超電導テープ線を用いるこ
とができる。そして、複合導体層２０では、例えば、芯
数が５５本、液体窒素中での臨界電流が６０Ａで、幅
３．５ｍｍ，厚さ０．２５ｍｍの高温超電導テープ線を
１層当たり１６本卷回して形成している。また、複合遮
蔽層４０では、同様な高温超電導テープ線を１層当たり
３１本卷回して形成している。しかし、必ずしもそれに
限定されない。また、複合導体層２０や複合遮蔽層４０
を形成する超電導層９，１１は一層でも複数層でもよ
い。そして、複数層にする場合は、層間に絶縁テープを
介在させてもよい。

【００２３】また、超電導線材としては、ビスマス系以
外にも、イットリウム系，ネオジウム系等の酸化物系超
電導線材でもよく、さらに、Ｎｂ系，Ｖ₃Ｇａ系等の金
属系超電導線材でもよい。また、シースを形成する材料
は、銀以外に、銀マグネシウムや銀マンガン合金等でも
よい。さらに、超電導線材は、銀やニッケル等のテープ
状の基材の上に超電導材料が積層されたものであっても
よい。

【００２４】複合導体層２０の外周に施した絶縁層３
は、幅３０ｍｍ，厚さ１５０μｍのクラフト紙を４０層
卷回している。ただし、絶縁層３の材料は、クラフト紙
以外にもオリエンテッドポリプロピレンラミネート紙等
の半合成紙でもよい。また、絶縁テープの巻数は、ケー
ブルに要求される耐電圧値に応じて適宜調整される。

【００２５】（第２実施形態）図２は、第２実施形態を
示す図である。図２において、符号は、図１のものに対
応しており、１３，１５は超電導線、１４，１６は安定
化金属線である。

【００２６】巻芯１の上に複合導体層２０を形成し、そ
の上に絶縁層３を形成し、さらにその上に複合遮蔽層４
０を形成している点では、第１実施形態と同様である
が、この第２実施形態では、複合導体層２０と複合遮蔽
層４０とを、同一層内に、超電導線１３，１５に安定化
金属線１４，１６を混在させて卷回し、そのような混在
層を多層にわたって積層して形成している。複合導体層
２０を構成する各層の間には、絶縁テープ等を卷回する
ことで層間を電気的に絶縁させるようにしてもよい。

【００２７】この複合導体層２０は、ケーブルの両端部
分で超電導線１３と安定化金属線１４とがハンダ付けさ
れて電気接続される。その際、安定化金属線１４の熱容
量は小さいため、ハンダ付けは短時間で済み、超電導線
１３の温度上昇は小さく抑えられる。また、隣接するも
の同士をハンダ付けするため、超電導線１３の先端に曲
げを加える必要はない。そのため、ハンダ付けにおける
超電導線の温度上昇並びに機械的歪みは、超電導線の超
電導特性を低下させることはない。また、複合遮蔽層４
０における超電導線１５と安定化金属線１６もケーブル
の両端部分でハンダ付けされて電気接続される。

【００２８】以上、第１，第２実施形態のようにするこ
とで、巻芯１は、短絡電流を分担する必要がなくなるた
め、材質を良導電性の金属とし、断面積を所定値以上に
するという制約がなくなり、その外径を小さくすること
ができる。その結果、１本当たりのコアの外径を３６ｍ
ｍに抑えることができ、そのようなコアを３芯撚り合わ
せた後に、内径８２ｍｍの内部コルゲート管６にコンパ
クトに収容することができた。さらに、第１実施形態の
ケーブルにおける複合導体層２０の超電導層９と安定化
金属層１０との電気接続のためにハンダ付けを行ったと
ころ、接続部分での超電導線の超電導特性の低下は見ら
れなかった。また、第２実施形態のケーブルにおける複
合導体層２０の超電導線１３と安定化金属線１４との電
気接続のためにハンダ付けを行ったところ、接続部分で
の超電導線の超電導特性の低下は見られなかった。

【００２９】さらに、本発明の超電導ケーブルを使って
短絡事故模擬試験として、液体窒素を流しながら３１．
５ｋＡ，０．２４秒間通電したところ、ケーブル温度は
最大で９６Ｋになったが、その後温度が通電前の値に戻
り、ケーブルは健全であった。

【００３０】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、次に記載するような効果を奏する。すなわ
ち、請求項１に記載の超電導ケーブルは、導体層と安定
化金属層を設けた。その結果、巻芯の材質や構造的な制
約を受けることなく、また、超電導導体の超電導特性を
低下させることなく、熱損失の増加も伴わずに、短絡事
故時に超電導導体を短絡電流から確実に保護できる。

【００３１】また、請求項３に記載の超電導ケーブル
は、超電導線に安定化金属線を混在させて導体層を形成
した。その結果、巻芯の材質や構造的な制約を受けるこ
となく、また、超電導導体の超電導特性を低下させるこ
となく、熱損失の増加も伴わずに、短絡事故時に超電導
導体を短絡電流から確実に保護できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態を示す図である。

【図２】第２実施形態を示す図で、（ａ）は斜視図、
（ｂ）は複合導体層の内の一層を示す断面図である。

【図３】従来の超電導ケーブルを示す図である。

【符号の説明】

１…巻芯２…導体層３…絶縁層４…遮蔽層５…保護層６…内部コルゲート管７…断熱層８…外部コルゲート管９，１１…超電導層１０，１２…安定化金属層１３，１５…超電導線１４，１６…安定化金属線２０…複合導体層４０…複合遮蔽層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者坪内宏和東京都千代田区丸の内２丁目６番１号古河電気工業株式会社内 (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 (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Ｆターム(参考） 5G321 BA01 CA05 DA08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】巻芯の外周に、超電導線からなる導体層
と、安定化金属からなる安定化金属層とが積層されてな
る複合導体層を設けたことを特徴とする超電導ケーブ
ル。
【請求項２】導体層と安定化金属層とが端部で電気的
に接続されていることを特徴とする請求項１記載の超電
導ケーブル。
【請求項３】巻芯の外周に、超電導線と安定化金属線
とを混在させて形成した複合導体層を設けたことを特徴
とする超電導ケーブル。
【請求項４】超電導線と安定化金属線とが端部で電気
的に接続されていることを特徴とする請求項３記載の超
電導ケーブル。