JP2015087124A

JP2015087124A - 超電導ケーブルの電流測定方法、及び超電導ケーブルの電流測定装置

Info

Publication number: JP2015087124A
Application number: JP2013223528A
Authority: JP
Inventors: 輝日高; Teru Hidaka
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2013-10-28
Filing date: 2013-10-28
Publication date: 2015-05-07

Abstract

【課題】超電導ケーブルの各層に電流を流して校正する必要のない超電導ケーブルの電流測定方法を提供する。【解決手段】複数の超電導導体層がフォーマに層状に巻かれた超電導ケーブルの電流測定方法であって、前記複数の超電導導体層の電流経路に対応させ囲むように複数のロゴスキーコイルを配置することと、前記複数のロゴスキーコイルに電流を流して自己インダクタンスを測定することと、前記超電導ケーブルに電流を流し、前記複数のロゴスキーコイルの誘導起電力を計測することと、前記複数のロゴスキーコイルの誘導起電力に基づいて前記複数の超電導導体層の電流比を算出し、前記電流比に基づいて各々の前記超電導導体層の電流値を算出することと、を含む超電導ケーブルの電流測定方法。【選択図】図３

Description

本発明の実施形態は、超電導ケーブルの電流測定方法、及び超電導ケーブルの電流測定装置に関する。

超電導ケーブルは、電力需要の増大する地域における送電線容量不足の解消を図るとともに、電力送電時の損失低減を図ることができる技術として注目されている。超電導ケーブルとして、酸化物超電導体を線材に加工したものをフォーマに多層螺旋状に巻きつけて構成された物が知られている。

このような超電導ケーブルにおいては、超電導導体の層間のインピーダンスの相違により、各層を流れる電流値が均一ではなくなる偏流現象が起こりやすい。偏流現象が起こると、電流が特定の超電導導体の層に集中して流れ、この層が損傷してしまう虞がある。また、超電導ケーブルに交流を流す場合において、交流損失は電流値に対して対数的に増加するため、偏流現象が生じると交流損失が増大する。したがって、超電導ケーブルの実用化においては、各層毎の通電電流分布を把握する必要が生じる。
特許文献１には、ロゴスキーコイルを用いて超電導ケーブルの超電導導体各層に流れる電流を測定する方法が開示されている。ロゴスキーコイルは、その内側部に配置された導体に流れる電流値に比例する電圧を出力する（起電力を生じる）ことが知られている。

特開平１０−１２６９１７号公報

しかしながら、従来の測定方法においては、各層に流れる電流とロゴスキーコイルに発生する電圧の比例定数を取得するために１層ごとに入力を変えて複数回の通電を行い校正する必要があった。この通電による校正は、超電導導体を冷却しながら行う必要があり、しかも数千〜数万Ａもの大電流が流れるため、大変な手間となる。
本発明は、以上のような従来の実情に鑑みなされたものであり、超電導ケーブルの各層に電流を流して校正する必要のない超電導ケーブルの各超電導導体層の各層毎の電流を測定する方法を提供することにある。

前記課題を解決するため本発明の超電導ケーブルの電流測定方法は、複数の超電導導体層がフォーマに層状に巻かれた超電導ケーブルの電流測定方法であって、前記複数の超電導導体層の電流経路に対応させ囲むように複数のロゴスキーコイルを配置することと、前記複数のロゴスキーコイルに電流を流して自己インダクタンスを測定することと、前記超電導ケーブルに電流を流し、前記複数のロゴスキーコイルの誘導起電力を計測することと、前記複数のロゴスキーコイルの誘導起電力に基づいて前記複数の超電導導体層の電流比を算出し、前記電流比に基づいて各々の前記超電導導体層の電流値を算出することと、を含む。
本発明によれば、前記各ロゴスキーコイルの自己インダクタンス、巻数、及び超電導ケーブルに通電した際の磁場により発生する電圧から電流比を算出するため、事前に超電導ケーブルに通電するなどして校正を行う必要が無く、測定者の手間を省くことができる。

本発明の超電導ケーブルの電流測定方法は、前記超電導ケーブルの端末において、前記複数の超電導導体層各層を階段状に露出させ、前記複数のロゴスキーコイルを階段状に露出された超電導導体層の各段に配置することができる。
このようにロゴスキーコイルを配置することで、各段に配置されたロゴスキーコイルが、その内側部を通る電流値の総和に対する誘導起電力を生じる。したがって、隣り合うロゴスキーコイルの内側部を通る電流値の差分をとることで、各超電導導体層に流れる電流値を求めることができる。

本発明の超電導ケーブルの電流測定方法は、前記超電導ケーブルの端末において、前記複数の超電導導体層各層から端子部材を引き出し、前記複数のロゴスキーコイルを前記各端子部材に配置することができる。
各超電導導体層から端子部材を引き出し、その周りにロゴスキーコイルを配置することにより、各超電導導体層に流れる電流経路の周囲に個別にロゴスキーコイルを設けることになる。したがって、各超電導導体層に流れる電流による誘導起電力を直接取り出すことができる。

本発明の超電導ケーブルの電流測定方法は、前記電流比を下記式に基づいて算出することができる。

ただし、前記複数のロゴスキーコイルのうち、任意の二つのロゴスキーコイルを選択し、これらのロゴスキーコイルのうち一方の自己インダクタンスをＬ_ｍ、巻数をＮ_ｍ、このロゴスキーコイルが囲む各層の電流値をＩ_ｍ、この電流により発生する誘導起電力をＥ_ｍ、とし、他方の自己インダクタンスをＬ_ｎ、巻数をＮ_ｎ、このロゴスキーコイルが囲む各層の電流値をＩ_ｎ、この電流により発生する誘導起電力をＥ_ｎ、とする。

本発明の超電導ケーブルの電流測定装置は、複数の超電導導体層がフォーマに層状に巻かれた超電導ケーブルの電流測定装置であって、前記複数の超電導導体層の電流経路に対応させ囲むように設置可能な複数のロゴスキーコイルと、前記超電導ケーブルの電流を測定する電流測定装置と、前記複数のロゴスキーコイルに接続された電圧測定装置と、前記電流測定装置及び前記電圧測定装置に接続され、前記電圧測定装置で測定された前記ロゴスキーコイルの誘導起電力から前記複数の超電導導体層の電流比を算出し、当該電流比と前記電流測定装置で測定された電流値から各々の前記超電導導体層の電流値を求める演算装置と、を有する。

本発明によれば、前記各ロゴスキーコイルの自己インダクタンス、巻数、及び超電導ケーブルに通電した際の磁場により発生する電圧から超電導ケーブル各層の電流比を算出するため、事前に超電導ケーブルに通電するなどして校正を行う必要が無く、測定者の手間を省くことができる。

本発明に係る実施形態において測定対象となる超電導ケーブルの構造を示す模式図である。本発明に係る実施形態において用いられるロゴスキーコイルの模式図を示す。本発明に係る実施形態における超電導ケーブルの電流測定装置を示す。図３に示す実施形態とは、別の実施形態における超電導ケーブルの電流測定装置を示す。

以下、本発明に係る酸化物超電導線材の実施形態について図面に基づいて説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。

図１に本実施形態の電流測定方法において、測定対象の一例である超電導ケーブル１を示す。
この超電導ケーブル１は、大きく分けてケーブルコア９及び断熱管１１により形成されている。ケーブルコア９は、撚線からなるフォーマ２の外周にテープ状の超電導線材１３を螺旋状に巻回して４層配置して超電導導体層群３を形成している。本明細書では、超電導導体層群３を構成する各層を、内側から第１超電導導体層３ａ、第２超電導導体層３ｂ、第３超電導導体層３ｃ、第４超電導導体層３ｄと呼ぶ。各層同士は層間に設けられた絶縁層によって絶縁されている。
本実施形態では、テープ状の超電導線材１３として、金属基材上に配向中間層、ＲＥ系超電導層、安定化層が形成されたＲＥ１２３系酸化物超電導線材やＡｇなどのシースにＢｉ２２２３などの多芯線が内包されたＢｉ系酸化物超電導線材などを適用できる。また、実際に用いられている超電導線材の寸法は幅３〜１０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍ程度である。

超電導導体層群３の外周には、絶縁層４、５が形成され、さらにその外周に２層の超電導シールド層群６が形成されている。ここでは、超電導シールド層群６を構成する各層を内側から第１超電導シールド層６ａ、第２超電導シールド層６ｂと呼ぶ。各超電導シールド層６ａ、６ｂは、第１〜第４超電導導体層３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄと同様に、テープ状の超電導線材１３を螺旋状に巻回して形成されており、互いの層は層間に設けられた絶縁層によって絶縁されている。

超電導シールド層群６には、超電導導体層群３に流れる電流と逆方向の電流が流される。これにより、超電導導体層群３に流した電流により発生する電磁界を打ち消し、当該電磁界による影響を超電導ケーブル１の外部に及ぼさないようにしている。
超電導シールド層群６の外周には、さらに金属シールド層７と保護層８が形成され、ケーブルコア９を構成している。
そして、このケーブルコア９を２重管構造の断熱管１１の内部に冷媒流通用の間隙１０をあけて収容し、全体を保護層１２で覆ってなる構造とされている。

図２に本実施形態において用いられるロゴスキーコイルの模式図を示す。ロゴスキーコイル３０は、例えば繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）等からなる中空環状の巻枠３３と銅線３４とを有する。銅線３４は、外周にエナメルの絶縁被覆を形成したエナメル線を用いることができる。銅線３４は、巻枠３３の外周に沿って螺旋状に一様に巻きつけられ、さらに巻枠３３の芯内３３ａを１周巻き戻されている。ロゴスキーコイル３０は、その内側部３５を通過する電流による磁束変化を検出して、銅線３４の両端子３１、３２間に起電力を発生させる。

図２に示すロゴスキーコイル３０において、銅線３４が巻回される巻枠３３の中心線の半径をＲ、銅線３４の巻断面の半径をａ、巻枠３３に対する銅線３４の巻数をＮとする。このときロゴスキーコイル３０の内側部３５の電流ｉ（ｔ）の変化（時間ｔに対する変化）により、ロゴスキーコイル３０に誘起される電圧（起電力）ｅ（ｔ）は、真空の透磁率をμ₀として以下のように表される。

ところで、ロゴスキーコイル３０の自己インダクタンスＬは、巻き戻しのないコイル（トロイダルコイル）とほぼ同じとみなすことができ以下の式で表される。

したがって、ロゴスキーコイル３０の誘導起電力ｅ（ｔ）は、自己インダクタンスＬを用いて、次の（式１）で表すことができる。

ここで、ロゴスキーコイル３０が囲む領域に流れる電流ｉ（ｔ）が交流電流である場合は、ｉ（ｔ）を以下のように表すことができる。なお、Ｉは交流電流の振幅、ωは角周波数、θは初期位相を表す。

この電流ｉ（ｔ）を微分して（式１）に代入することで、（式１）は以下のようになる。

この式から分かるように、ロゴスキーコイル３０に発生する誘導起電力ｅ（ｔ）は、角周波数ωで振動し、その振幅Ｅは以下の（式２）で表される。

（式２）に示すように、電磁誘導によるロゴスキーコイル３０の起電力ｅ（ｔ）の振幅Ｅは、電流ｉ（ｔ）の振幅、及びロゴスキーコイル３０の自己インダクタンスＬに比例し、巻枠３３に対する銅線３４の巻数Ｎに反比例する。
本実施形態の超電導ケーブルの電流測定方法は、以上の特性を備えたロゴスキーコイル３０を用いて行うものである。

図３は、本実施形態の電流測定方法を用いた電流測定装置を示す図である。
本実施形態の電流測定装置５０は、複数のロゴスキーコイル３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄ、３０Ｅ、３０Ｆと、これら６つのロゴスキーコイル３０Ａ〜３０Ｆに接続された電圧測定器４０と、超電導ケーブル１に接続される交流電源４１と、交流電源４１に設けられた電流測定器４１ａと、電圧測定器４０及び電流測定器４１ａに接続されたデータ演算処理部４３と、を備えている。交流電源４１には、超電導ケーブル１の超電導体層にそれぞれ接続される６つの端子部材２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ、２０Ｅ、２０Ｆが設けられている。なお、６つのロゴスキーコイル３０Ａ〜３０Ｆは、図２に示すロゴスキーコイル３０と同形態である。

超電導ケーブル１の端末において、第１〜第４超電導導体層３ａ〜３ｄ、並びに第１、第２超電導シールド層６ａ、６ｂが、それぞれ所定の長さだけ階段状に露出されている。即ち、超電導ケーブル１の末端に近づくに従って内側の各層が順々に露出された構造となっている。超電導ケーブル１の先端では最内層の第１超電導導体層３ａが露出されている。さらに、先端側から順に第２超電導導体層３ｂ、第３超電導導体層３ｃ、第４超電導導体層３ｄ、第１超電導シールド層６ａ、第２超電導シールド層６ｂが所定の長さだけ露出されている。

第１〜第４超電導導体層３ａ〜３ｄ、並びに第１、第２超電導シールド層６ａ、６ｂには、それぞれ端子部材２０Ａ〜２０Ｆが取り付けられる。
端子部材２０Ａは、第１超電導導体層３ａに取り付けられており、円筒部２０ａと、当該円筒部２０ａの外周面から延出された板状の突出端子部２０ｂとを備えている。端子部材２０Ａの円筒部２０ａは、第１超電導導体層３ａの外周を取り囲むように配置され、当該外周と円筒部２０ａの内周面は半田を流し込むなどして接続されている。
端子部材２０Ａとしては、抵抗値が低い金属を任意に用いる事が望ましく、例えば銅製とすることができる。
また、その他の端子部材２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ、２０Ｅ、２０Ｆも、上述した端子部材２０Ａと同様の構成を有しているが、円筒部２０ａの内径はそれぞれ接続される層（超電導導体層、又は超電導シールド層）の外径に合わせた大きさとなっている。

第１〜第４超電導導体層３ａ〜３ｄに取り付けられた端子部材２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄの突出端子部２０ｂは、交流電源４１に接続されている。端子部材２０Ａ〜２０Ｄは、交流電源４１の内部で互いに電気的に接続され、交流電源４１から同位相の交流電流が供給される。交流電源４１は電流測定器４１ａを備えている。電流測定器４１ａは、超電導ケーブル１に流す電流値（超電導導体層群３に流す電流値の総和）を計測する。
単相交流である場合、この交流電源４１は、超電導ケーブル１と同様の構成を有する戻り線（図示略）の超電導導体層に接続され交流回路を形成している。なお、三相交流である場合は、他２つの超電導ケーブル１がこの交流電源４１に接続された構成となる。

第１、第２超電導シールド層６ａ、６ｂに取り付けられた端子部材２０Ｅ、２０Ｆは、互いに接続されている。また単相交流である場合、端子部材２０Ｅ、２０Ｆは超電導ケーブル１と同様の構成を有する戻り線の超電導シールド層に接続されている。
第１、第２超電導シールド層６ａ、６ｂ（超電導シールド層群６）には、第１〜第４超電導導体層３ａ〜３ｄ（超電導導体層群３）に流れる交流電流による磁束変化により、超電導導体層群３に流れる交流電流に対し位相が１８０°ずれ逆位相となった電流が流れる。

６つのロゴスキーコイル３０Ａ〜３０Ｆは、第１〜第４超電導導体層３ａ〜３ｄ、並びに第１、第２超電導シールド層６ａ、６ｂの周囲に、各層を取り囲むように配置されている。これらのロゴスキーコイル３０Ａ〜３０Ｆの両端子３１、３２は、電圧測定器４０に接続されている。この電圧測定器４０により各ロゴスキーコイル３０Ａ〜３０Ｆの誘導起電力を測定することができる。

第１超電導導体層３ａを囲むように配置されたロゴスキーコイル３０Ａの内側部３５Ａには、第１超電導導体層３ａのみが配置されており、ロゴスキーコイル３０Ａに誘導起電力を与えるのは、第１超電導導体層３ａに流れる電流となる。
また、第２超電導導体層３ｂを囲むように配置されたロゴスキーコイル３０Ｂの内側部３５Ｂには、第１超電導導体層３ａと第２超電導導体層３ｂとが配置されることとなる。したがって、このロゴスキーコイル３０Ｂには第１超電導導体層３ａと第２超電導導体層３ｂに流れる電流による誘導起電力が発生する。このように、内側から数えてｊ番目の超電導導体層の周囲を囲むロゴスキーコイルは、１〜ｊ番目までの全ての超電導導体層に流れる電流の総和により誘導起電力が生じる。

第１超電導シールド層６ａを囲むように配置されたロゴスキーコイル３０Ｅの内側部３５Ｅには、第１〜第４超電導導体層３ａ〜３ｄに加えて、第１超電導シールド層６ａが配置されている。第１超電導シールド層６ａには、第１〜第４超電導導体層３ａ〜３ｄとは、反対向きの電流が流れている。したがって、第１超電導シールド層６ａによる磁場は、第１〜第４超電導導体層３ａ〜３ｄによる磁場と逆方向になり、ロゴスキーコイル３０Ｅに発生する誘導起電力は一部キャンセルされることとなる。また、第２超電導シールド層６ｂを囲むように配置されたロゴスキーコイル３０Ｆに発生する誘導起電力もこれと同様であり、内側部３５Ｆを通る電流の総和が、誘導起電力に影響を与える。

測定された各ロゴスキーコイル３０Ａ〜３０Ｆの誘導起電力は、データ演算処理部４３に出力される。
データ演算処理部４３は、既知のパラメータである各ロゴスキーコイル３０Ａ〜３０Ｆの自己インダクタンスＬ、巻数Ｎ、並びに、電圧測定器４０により測定された誘導起電力、電流測定器４１ａにより測定された電流値を基に演算し電流を算出する。このデータ演算処理部４３における演算方法を含めた測定方法を以下に説明する。

超電導ケーブル１に、交流電源４１により通電を行うと、超電導ケーブル１を構成する各層に交流電流が流れ、各ロゴスキーコイル３０Ａ〜３０Ｆには、（式２）に示す振幅Ｅで振動する誘導起電力が生じる。

ここで、内側から数えてｍ番目の超電導導体層（第ｍ超電導導体層）を囲むロゴスキーコイルの自己インダクタンスをＬ_ｍ、巻数をＮ_ｍ、発生する電圧（起電力）の振幅をＥ_ｍとする。また、この第ｍ超電導導体層の内側部を通る電流の振幅をＩ_ｍとする。これにより、（式２）は、以下の（式３）のように書き換えることができる。
同様に、ｎ番目（ｎ≠ｍ）の超電導導体層（第ｎ超電導導体層）を囲むロゴスキーコイルを考え（式２）を以下の（式４）のように書き換える。なお、第ｎ超電導導体層を囲むロゴスキーコイルの自己インダクタンスをＬ_ｎ、巻数をＮ_ｎ、発生する電圧（起電力）の振幅をＥｎとし、この第ｍ超電導導体層の内側部を通る電流の振幅をＩｎとする。

（式３）、（式４）からＥ_ｍ、Ｅ_ｎの比をとり、ωを除すと以下の（式５）を導くことができる。

（式５）は、第ｍ超電導導体層を囲むロゴスキーコイル、及び第ｎ超電導導体層を囲むロゴスキーコイルの自己インダクタンスＬ_ｍ、Ｌ_ｎ、巻数Ｎ_ｍ、Ｎ_ｎ、起電力の振幅Ｅ_ｍ、Ｅ_ｎが分かっていれば、Ｉ_ｍ、Ｉ_ｎの比を算出可能であることを意味する。
なお、Ｉ_ｍとは、内側から１番目からｍ番目までの超電導導体層に流れる電流値の振幅の総和であり、Ｉ_ｎとは、内側から１番目からｎ番目までの超電導導体層に流れる電流値の振幅の総和である。

したがって、（式５）を用いて、データ演算処理部４３において、各ロゴスキーコイル３０Ａ〜３０Ｆが囲む領域に流れる電流値の振幅の比を算出できる。
また、交流電源４１には、超電導ケーブル１の超電導導体層群３に流す電流値の総和を計測する電流測定器４１ａが設けられている。したがって、第１超電導導体層３ａに流れる電流値の振幅をＩ_１、第２超電導導体層３ｂに流れる電流値の振幅をＩ_２、第３超電導導体層３ｃに流れる電流値の振幅をＩ_３、第４超電導導体層３ｄに流れる電流値の振幅をＩ_４として、電流測定器４１ａは、Ｉ_１＋Ｉ_２＋Ｉ_３＋Ｉ_４を計測できる（なお、電流測定器４１ａは経時的に変化する電流値そのものを測定している）。この電流測定器４１ａで求めた電流値の振幅の総和（Ｉ_１＋Ｉ_２＋Ｉ_３＋Ｉ_４）と各電流値の振幅の比から、各ロゴスキーコイル３０Ａ〜３０Ｆが囲む領域に流れる電流値の振幅を求めることができる。

具体的な算出方法の一例を説明する。まず、図３におけるロゴスキーコイル３０Ｃとロゴスキーコイル３０Ｄに着目する。ロゴスキーコイル３０Ｃ、３０Ｄの自己インダクタンス、巻数、発生する誘導起電力の振幅の比から、（式５）を基に第１〜第３超電導導体層３ａ〜３ｃに流れる総電流の振幅（Ｉ_１＋Ｉ_２＋Ｉ_３）と、第１〜第４超電導導体層３ａ〜３ｄに流れる総電流の振幅（Ｉ_１＋Ｉ_２＋Ｉ_３＋Ｉ_４）の比（Ｉ_１＋Ｉ_２＋Ｉ_３）／（Ｉ_１＋Ｉ_２＋Ｉ_３＋Ｉ_４）を求める。この比と電流測定器４１ａにより測定された電流値の振幅の総和（Ｉ_１＋Ｉ_２＋Ｉ_３＋Ｉ_４）から、第４超電導導体層３ｄに流れる電流値の振幅Ｉ_４を算出する。
次に同様の算出手順で、ロゴスキーコイル３０Ｂ、３０Ｃに着目し、第３超電導導体層３ｃに流れる電流値の振幅Ｉ_３を算出する。この手順を繰り返し、第１超電導導体層３ａ、第２超電導導体層３ｂに流れる電流値の振幅Ｉ_１、Ｉ_２を算出する。
また、ロゴスキーコイル３０Ｄ、３０Ｅに着目し、同様の算出手順で、第１超電導シールド層６ａに流れる電流値の振幅を算出できる。さらに、ロゴスキーコイル３０Ｅ、３０Ｆに着目し、第２超電導シールド層６ａに流れる電流値の振幅を算出できる。

各ロゴスキーコイル３０Ａ〜３０Ｆは、順々に外の超電導導体層を囲むように配置されている。したがって、一つ内側の超電導導体層を囲む電流値からの差分によって、任意のロゴスキーコイルが囲む最外層の超電導導体層に流れる電流値の振幅を算出することができる。即ち、各層の超電導導体層に流れる電流値の振幅を算出できる。各層に流れる電流の振幅が分かるということは、電流値そのものを把握できることを意味する。
なお、第１、第２超電導シールド層６ａ、６ｂを取り囲むように配置されたロゴスキーコイル３０Ｅ、３０Ｆは、その他のロゴスキーコイル３０Ａ〜３０Ｆと逆位相の誘導起電力が発生する。ロゴスキーコイル３０Ｅ、３０Ｆの誘導起電力の振幅は、負の値として計算を行うことで、（式５）を用いて、第１、第２超電導シールド層６ａ、６ｂの電流値の振幅を負の値として算出できる。

次に、超電導ケーブルの各層に流れる電流を測定する手順について説明する。
まず、巻数が既知であるロゴスキーコイル３０Ａ〜３０Ｆ（図２に示すロゴスキーコイル３０と同形態）を複数作製し、これらを図３に示すロゴスキーコイル３０Ａ〜３０Ｆとする。
各ロゴスキーコイル３０Ａ〜３０Ｆの巻数は、測定精度を高めるために２５０ターン以上であることが望ましい。また、各ロゴスキーコイル３０Ａ〜３０Ｆの巻数は、換算処理を簡易にするためには同じとすることが好ましい。ロゴスキーコイル３０Ａ〜３０Ｆの巻数は、巻枠３３に銅線３４を巻きつける際に数えながら巻きつけることもできるが、巻きつけた後に抵抗値から銅線３４の長さを計測し、当該銅線３４の長さから巻数を換算しても良い。

次に、図３に示すように、超電導ケーブル１の端部を加工し、所定の距離だけ各層が順々に露出された構造とし、各ロゴスキーコイル３０Ａ〜３０Ｆを露出された各層の周囲に配置する。
この状態で、各ロゴスキーコイル３０Ａ〜３０Ｆに順に電流を流し自己インダクタンスを測定する校正手順を実行する。
ロゴスキーコイルの自己インダクタンスは、ロゴスキーコイルの形状に敏感であるため、超電導ケーブル１の端部において、各ロゴスキーコイル３０Ａ〜３０Ｆを配置して固定した後に測定を行うことが好ましい。また、超電導ケーブル１の冷却を行うと、各ロゴスキーコイル３０Ａ〜３０Ｆがわずかに縮み自己インダクタンスが変わるため、ロゴスキーコイル３０Ａ〜３０Ｆの自己インダクタンスの測定においても冷却を行うことが好ましい。

次に、各ロゴスキーコイル３０Ａ〜３０Ｆの両端子３１、３２を電圧測定器４０に接続する。さらに、露出された第１〜第４超電導導体層３ａ〜３ｄ、並びに第１、第２超電導シールド層６ａ、６ｂに、それぞれ端子部材２０Ａ〜２０Ｆを半田を介して固定する。これらの端子部材２０Ａ〜２０Ｆは、交流電源４１に接続されている。

以上の手順により、超電導ケーブル１の各層に流れる電流測定の前準備が完了する。次に、超電導ケーブル１を冷却しながら通電を行う。この通電は、交流電源４１により端子部材２０Ａ〜２０Ｆを介して各超電導導体層、及び超電導シールド層に対して行われる。

超電導ケーブル１に交流電流の通電を行うと、各層の周囲配置されたロゴスキーコイル３０Ａ〜３０Ｆに誘導起電力が発生する。この誘導起電力（電圧）の値を、各ロゴスキーコイルに接続された電圧測定器４０により測定することができる。
交流電源４１に設けられた電流測定器４１ａによる電流値の測定データと、電圧測定器４０による各ロゴスキーコイルの誘導起電力（電圧）の測定データは、電気信号としてデータ演算処理部４３に送られる。データ演算処理部４３は、予め各ロゴスキーコイルの巻線及び自己インダクタンスが入力されており、これらを基に演算を行い超電導ケーブル１の各超電導導体層及び超電導シールド層にそれぞれ流れる電流の分布を出力する。

図４に、別の実施形態の電流測定方法により測定する電流測定装置５１の概略図を示す。電流測定装置５１は、上述した電流測定装置５０と比較してロゴスキーコイル３０Ａ〜３０Ｆの配置が異なる。即ち電流測定装置５１において、各ロゴスキーコイル３０Ａ〜３０Ｆは、端子部材２０Ａ〜２０Ｆの突出端子部２０ｂに取り付けられている。
この突出端子部２０ｂは、交流電源４１と各超電導導体層及び超電導シールド層を橋渡しするように、接続しており、各層に流れる電流と同値の電流が流れている。したがって、端子部材２０Ａ〜２０Ｆの突出端子部２０ｂを覆うように、ロゴスキーコイル３０Ａ〜３０Ｆを配置することで、各層に流れる電流値を直接測定することができ、計算手順を簡素にできる。

以上に説明した各実施形態の超電導ケーブルの電流測定方法、並びに電流測定装置によれば、各ロゴスキーコイルの自己インダクタンス、巻数、及び超電導ケーブルに通電した際の磁場により発生する電圧から電流比を算出する。したがって、事前に超電導ケーブルに通電するなどして校正を行う必要が無く、測定者の手間を省くことができる。

以上に、本発明の各実施形態を説明したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはない。

１…超電導ケーブル、２…フォーマ、３…超電導導体層群、３ａ…第１超電導導体層、３ｂ…第２超電導導体層、３ｃ…第３超電導導体層、３ｄ…第４超電導導体層、６…超電導シールド層群、６ａ…第１超電導シールド層、６ｂ…第２超電導シールド層、１３…超電導線材、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ、２０Ｅ、２０Ｆ…端子部材、３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄ、３０Ｅ、３０Ｆ…ロゴスキーコイル、３１、３２…端子、３４…銅線、３５、３５Ａ、３５Ｂ、３５Ｅ、３５Ｆ…内側部、４０…電圧測定器、４１…交流電源、４１ａ…電流測定器、４３…データ演算処理部、５０…電流測定装置、５１…電流測定装置

Claims

複数の超電導導体層がフォーマに層状に巻かれた超電導ケーブルの電流測定方法であって、
前記複数の超電導導体層の電流経路に対応させ囲むように複数のロゴスキーコイルを配置することと、
前記複数のロゴスキーコイルに電流を流して自己インダクタンスを測定することと、
前記超電導ケーブルに電流を流し、前記複数のロゴスキーコイルの誘導起電力を計測することと、
前記複数のロゴスキーコイルの誘導起電力に基づいて前記複数の超電導導体層の電流比を算出し、前記電流比に基づいて各々の前記超電導導体層の電流値を算出することと、
を含む超電導ケーブルの電流測定方法。
前記超電導ケーブルの端末において、前記複数の超電導導体層各層を階段状に露出させ、
前記複数のロゴスキーコイルを階段状に露出された超電導導体層の各段に配置する請求項１に記載の超電導ケーブルの電流測定方法。
前記超電導ケーブルの端末において、前記複数の超電導導体層各層から端子部材を引き出し、
前記複数のロゴスキーコイルを前記各端子部材に配置する請求項１に記載の超電導ケーブルの電流測定方法。
前記電流比を下記式に基づいて算出する、請求項１〜３の何れか一項に記載の超電導ケーブルの電流測定方法。

ただし、前記複数のロゴスキーコイルのうち、任意の二つのロゴスキーコイルを選択し、これらのロゴスキーコイルのうち一方の自己インダクタンスをＬ_ｍ、巻数をＮ_ｍ、このロゴスキーコイルが囲む各層の電流値をＩ_ｍ、この電流により発生する誘導起電力をＥ_ｍ、とし、他方の自己インダクタンスをＬ_ｎ、巻数をＮ_ｎ、このロゴスキーコイルが囲む各層の電流値をＩ_ｎ、この電流により発生する誘導起電力をＥ_ｎ、とする。
複数の超電導導体層がフォーマに層状に巻かれた超電導ケーブルの電流測定装置であって、
前記複数の超電導導体層の電流経路に対応させ囲むように設置可能な複数のロゴスキーコイルと、
前記超電導ケーブルの電流を測定する電流測定装置と、
前記複数のロゴスキーコイルに接続された電圧測定装置と、
前記電流測定装置及び前記電圧測定装置に接続され、前記電圧測定装置で測定された前記ロゴスキーコイルの誘導起電力から前記複数の超電導導体層の電流比を算出し、当該電流比と前記電流測定装置で測定された電流値から各々の前記超電導導体層の電流値を求める演算装置と、
を有する超電導ケーブルの電流測定装置。