JP2009026755A - 超伝導電気ケーブル - Google Patents

Abstract

【課題】より容易に作製することができる超伝導電線を有する導体を含む超伝導電気ケーブルが与えられる。
【解決手段】超伝導電線からなる導体を備える超伝導電気ケーブルが、形成される。導体（Ｌ）は、電線（１）が約５×Ｄ〜約２０×Ｄの間にある所定のピッチ長さ（Ｓ）によって共に撚り合わせられた撚り線として設計される。ここで、Ｄは、撚り線導体の直径である。
【選択図】図４

Description

本発明は、超伝導線からなる導体を備える超伝導電気ケーブルに関する。（特許文献１）。

超伝導ケーブルは、特殊な材料から作られ、十分に低い温度で超伝導状態に入る少なくとも１つの電気導体を有する。したがって、対応して構成された導体の電気抵抗は、ゼロに向かう傾向がある。適切な材料は、たとえば、ＹＢＣＯ（イットリウム−バリウム−銅酸化物）またはＢｉＳＣＣＯ（ビスマス−ストロンチウム−カルシウム−銅酸化物）である。超伝導状態を達成するために、そのような材料にとって十分に低い温度は、たとえば、４Ｋ〜１１０Ｋである。適切な冷媒は、それぞれ気体状態または液体状態におけるたとえば、窒素、ヘリウム、ネオンおよび水素またはこれらの物質の混合物である。低温誘電体超伝導ケーブルおよび高温誘電体超伝導ケーブルが、公知である。

低温誘電体超伝導ケーブルにおいて、導体は、絶縁材料の層からなる誘電体によって包囲され、液体冷媒が、誘電体における含浸媒体として存在する。そのようなケーブルは、きわめて高い電力が高電圧領域において伝送されることができるという点で特徴付けられている。このようなケーブルは、たとえば、内部導体としての導体および内部導体と同心円状に配置された遮蔽導体、すなわち帰路導体とからなり、これらの導体は、分離され、誘電体（絶縁物）によって離隔されている。そのようなケーブルの個別の超伝導要素は、たとえば、ＹＢＣＯまたはＢｉＳＣＣＯなどの超伝導材料を備えるストリップからなり、互いに絶縁された同心層において支持材を中心にして長いピッチによって共に密に巻き付けられる（特許文献２）。対応するケーブルは、低温槽によって包囲され、低温槽は、冷媒を保持し、真空絶縁によって互いから絶縁される２つの同心金属チューブからなる。

高温誘電体超伝導ケーブルは、冷媒を保持する低温槽に直接的に配置される導体を有する。誘電体および遮蔽導体、すなわち帰路導体は、低温槽に納められる。そのようなケーブルにおいても、導体は、共に蜜に配置された超伝導材料を備えるストリップの互いに絶縁された同心層からなる。

導体のこの構造はまた、導入部で言及した特許文献１による公知の超伝導交流ケーブルにも当てはまる。このケーブルの導体は、酸化物の超伝導材料から作られる円形の電線からなる。電線は、チューブの周囲に複数の同心層をなして配置される。層は、互いに絶縁される。電線の個別の層の間の絶縁中間層は、導体における電流分布を改善することを意図している。しかし、それらの層は、材料および導体の作製に関してさらなる出費を伴う。さらに、その結果、導体は、比較的大きな直径を有することになり、全体としてケーブルのより大きな寸法につながる。
独国特許第１９７１９７３８Ｂ４号 欧州特許第０８３０６９４Ｂ１号

本発明の目的は、より小さい寸法を有する簡略化した構造を備え、より容易に作製されることができる、導入部で提示した超伝導ケーブルを構成することである。

本目的は、本発明によれば、導体が撚り線導体として設計され、電線が、約５×Ｄと約２０×Ｄとの間にある所定のピッチ長さによって共に撚り合わせられることで達成される。Ｄは、撚り線導体の直径である。

このケーブルの導体は、従来の機械を用いた高電圧ケーブルまたは大電流ケーブルのための通常の技術によって作製されてもよい。導体は、中心コア要素またはいかなる絶縁層も必要としない。そのような導体は、幾何学的にきわめて簡素に構成され、対応して小さな直径を有する。指定された領域における撚り線加工の特定のピッチ長さを順守することによって、導体はさらに、絶縁中間層を用いない場合であっても、対応して低い交流損失を備えた良好な電流分布および超伝導材料の好ましい利用を確実にする。導体は、導体上に位置しているそれ自身公知の構造を有する低温誘電体超伝導ケーブルまたは高温誘電体超伝導ケーブルのために用いられてもよい。遮蔽導体、すなわち帰路導体も同様に、導体に関して用いられるような電線によって構成されてもよい。ここで再び、従来の機械および製造技術がさらに用いられてもよい。

本発明の主題の例示の実施形態は、図面において表される。

図１は、共に撚り合わせられた複数の超伝導電線１からなる、撚り線導体として設計された電気導体Ｌの断面を表す。電線１は、図表示に対応する円形断面を有してもよいが、多角形の断面を有してもよい。電線１は、所定のピッチ長さＳによって図３に基づき、共に撚り合わせられ、該所定のピッチ長さＳは、導体Ｌの直径Ｄに関連する２つの極限値の間にある。これらの極限値は、下限値としての約５×Ｄおよび上限値としての約２０×Ｄによって定義される。そのような導体Ｌは、既に述べたように、ケーブルテクノロジーにおける通常の機械およびの作製技術によって作製されてもよい。

さらに、電線１はまた、μｍの範囲にあるきわめて薄いラッカ層によって塗装されてもよい。そのような電線から構成された導体Ｌを用いて、電流分布をさらに改善することができ、交流損失をさらに削減することができる。

導体Ｌはまた、図２によれば、たとえば、３つのセクタ２、３および４から構成されてもよく、３つのセクタ２、３および４には、超伝導電線１はそれぞれ、特定のピッチ長さＳによって共に撚り合わせられる。セクタ２、３および４は便宜上、たとえば、カーボン紙からなる薄い絶縁層によって互いから分離される。これらは、同様に、共に撚り合わせられる。導体Ｌのそのような構造はまた、電流分布のさらなる改善と、交流損失のさらなる削減をもたらす。導体Ｌはまた、４つ以上のセクタから構成されてもよい。導体Ｌは、２つのみのセクタからなってもよい。

電線１は、有利には、それらの超伝導材料としてＹＢＣＯを備える。対応する電線は、たとえば、円形または多角形の断面を有する細長い金属支持材を有し、その周囲にテクスチャ化された金属基体の層が、ＹＢＣＯ層用の基部として巻き付けられる。ＹＢＣＯ層を備える電線１は、たとえば、以下のように作製される。

ストリップとして形成され、前処理によって既にテクスチャ化された金属基体は、支持材の周囲に長手方向に巻きつけられ、溝付きのチューブを形成する。ストリップ、すなわち基体は、たとえば、ニッケル、銅または鉄または合金からなる。たとえば、二軸テクスチャは、前処理ステップにおいて、基体に与えられている。この溝付きチューブの縁は、長手方向に延在し、次に溶接デバイスにおいて溶接され、溶接ビードによって閉鎖されたチューブを形成する。次に閉鎖されたチューブは、支持材に接するまで、引張デバイスにおいてその寸法が削減される。このようにして作製された要素は続いて、その周囲全てにＹＢＣＯ材料の層を有するように形成される。セラミック材料、たとえば、ランタンジルコネートの層が、オプションとして、予め、詳細には引張によって縮小される前または後に、チューブの上に塗布されてもよい。対応する塗装方法は、公知である。超伝導ＹＢＣＯ材料によって塗装された電線１は、最後には熱処理が施されて、超伝導性を達成する。このために、７００℃〜８５０℃の温度で焼きなまされることが好ましい。

図１または図２による導体Ｌを有するケーブルは、たとえば、図４による単相低温誘電体超伝導ケーブルとして構成されてもよい。導体Ｌの上に、たとえば、紙または別の適切な絶縁体の複数の層からなる誘電体５がある。導体Ｌおよび誘電体５は、共にケーブルのコアを形成する。このコアは、遮蔽導体、すなわち帰路導体６によって包囲される。遮蔽導体、すなわち帰路導体６は、良好な導電性を備えた電線の少なくとも１つの層からなり、該電線は、超伝導性であり、電線１のように構成されてもよい。このようにして備え付けられたケーブルは、真空絶縁である環状空間９によって互いから分離される２つの同心金属チューブ７および８からなるクライオスタットＫによって包囲される。冷媒は、超伝導ケーブルを冷却するために低温槽Ｋを経て供給され、含浸媒体として誘電体５の中にも貫通する。導体Ｌおよび誘電体５からなる３つのコアが、クライオスタットＫに配置されてもよく、これらは三相系用の超伝導ケーブルの三相を構成する。

図５によれば、導体Ｌはまた、クライオスタットＫに直接的に配置されてもよい。その構造は、図４によるクライオスタットＫの場合と同様に当てはまる。ケーブルのこの実施形態におけるクライオスタットＫの上に、誘電体１０および遮蔽導体、すなわち帰路導体１１がある。遮蔽導体、すなわち帰路導体１１の構造は、図４による遮蔽導体、すなわち帰路導体６の構造に対応していてもよい。

図２と異なる実施形態による、本発明によるケーブルにおいて使用可能な導体の断面図を示す。 図１と異なる実施形態による、本発明によるケーブルにおいて使用可能な導体の断面図を示す。 きわめて概略的な図において、図１による導体の側面図を示す。 図１による導体を備え、図５と異なるように構成されたケーブルの断面図を示す。 図１による導体を備え、図４と異なるように構成されたケーブルの断面図を示す。

Claims (7)

1. 超伝導電線からなる導体を備える超伝導電気ケーブルであって、該導体（Ｌ）は、電線（１）が約５×Ｄ〜約２０×Ｄの間にある所定のピッチ長さ（Ｓ）によって共に撚り合わせられた撚り線導体として設計され、Ｄは、該撚り線導体の直径である、超伝導電気ケーブル。
2. 導体（Ｌ）は、セクタ（２、３、４）に分割される、請求項１に記載の超伝導電気ケーブル。
3. 導体（Ｌ）のセクタ（２、３、４）は、薄い絶縁層によって互いから離隔される、請求項２に記載の超伝導電気ケーブル。
4. 導体（Ｌ）は、誘電体（５）によって包囲され、その上に、超伝導電線からなる遮蔽導体、すなわち帰路導体（６）が施される、請求項１に記載の超伝導電気ケーブル。
5. 電線（１）は、円形断面を有する、請求項１から４のいずれかに記載の超伝導電気ケーブル。
6. 電線（１）は、多角形断面を有する、請求項１から４のいずれかに記載の超伝導電気ケーブル。
7. 電線（１）は、薄いラッカ層によって塗装される、請求項１から６のいずれかに記載の超伝導電気ケーブル。

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