JP3547222B2 - 多層超電導ケーブル - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、交流臨界電流を増大させた多層超電導ケーブルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数の超電導体層が絶縁材を介して同心状に複合された多層超電導ケーブルの接続は、従来、外層は外層同士というように、同じ層同士でなされていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような多層超電導ケーブルに交流電流を通電する場合、外層とそれ以外の内側の層とではインピーダンス（抵抗とインダクタンスの和）が違う為、交流電流は、大部分が外層を流れ、内側の層には殆ど流れない。
例えば、外径２０ｍｍφのフォーマー（金属製又はプラスチック製のパイプ等）の周りに厚さ ０．２ｍｍのテープ状超電導線材を１層当たり２０本ずつ３層に螺旋巻きした多層超電導ケーブルの各層に流れる電流比は、計算によると、外層：中間層：内層＝１０：２：１になる。尚、前記電流比は、インピーダンスを用いて計算するが、超電導状態では交流抵抗が０の為インダクタンスだけで決まる。
前記計算結果に基づき、超電導線材１本当たりの臨界電流Ｉｃを５０Ａとして、超電導ケーブル全体に流せる電流Ｐを計算すると、Ｐ＝５０×２０×（１＋０．２＋０．１）＝１３００Ａになる。
電流が全層に均一に流れたときの電流Ｑは、Ｑ＝５０×２０×（１＋１＋１）＝３０００Ａであるから、従来の多層超電導ケーブルにおける交流臨界電流の低減率Ｒは、Ｒ＝（Ｑ−Ｐ）／Ｑ＝（３０００−１３００）／３０００＝０．５７になる。このように、従来の多
層超電導ケーブルにおける交流臨界電流の低減率Ｒは極めて大きい。
本発明の目的は、交流臨界電流を増大させた多層超電導ケーブルを提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数の超電導体層が絶縁材を介して同心状に複合された多層超電導導体を複数本接続した多層超電導ケーブルにおいて、それぞれ接続する多層超電導導体の一方の外層が接続相手の別の層に接続されていることを特徴とする多層超電導ケーブルである。
【０００５】
本発明の多層超電導ケーブルでは、多層超電導導体同士の接続が、外層をそれぞれ接続相手の別の層に接続してなされている。この為、各層のインピーダンスが均一化して、多層超電導ケーブルの交流臨界電流が増大する。
【０００６】
本発明では、多層超電導ケーブルの接続部分の超電導体層を段切りすることにより内側の層の接続作業が容易に行える。又絶縁材を所定長さ露出させておくことにより接続部における層間の絶縁が確実になされる。
【０００７】
本発明において、各層の接続はリード線を用いることにより容易に行える。又接続部分を金属スリーブで覆うことにより電界が遮蔽される。
【０００８】
本発明において、超電導線材には、ビスマス・ストロンチウム・カルシウム・銅の酸化物、イットリウム・バリウム・銅の酸化物等の高温超電導体、ＮｂＴｉ合金や、Ｎｂ３ Ｓｎ金属間化合物等の金属超電導体等任意の超電導体が適用される。中でも、高温超電導体は、臨界電流（Ｉｃ）が小さい為、多層に複合して用いることが多く、本発明が特に有用である。
【０００９】
【実施例】
以下に、本発明を実施例により詳細に説明する。
（実施例１）
図１は、本発明の多層超電導ケーブルの第１の実施例を示す接続部分の側面図である。
１０は多層超電導導体で、フォーマー（例えば、ＯＦケーブル用スパイラル）１１上に、内層１２、中間層１３、外層１４の３層の超電導体層が、各層間に絶縁材１７を介装させて螺旋状に巻いた構成になっている。具体的には、前記各超電導体層１２〜１４は、図２に示すような、テープ状の超電導線材１５を２０本螺旋状に巻いて形成されている。前記多層超電導導体１０の端部では、各超電導体層１２〜１４が段切りされており、その各層１２〜１４の端部には、接続リング１６を取付けて、超電導導体の端部がバラケルのを防止している。又各層１２〜１４間に介装された絶縁材１７はそれぞれ所定長さ露出している。
前記超電導線材１５は、図２に示すように、テープ状のビスマス系超電導体１８を銀シース１９したもので、その１本当たりの臨界電流（Ｉｃ）は、５０Ａである。
この多層超電導導体１０の端部は、同じように段切りされた他の多層超電導導体２０の端部と対向配置され、多層超電導導体１０の外層１４、中間層１３、内層１２は、多層超電導導体２０の内層２２、中間層２３、外層２４にそれぞれ接続されている。前記の接続は、接続リング１６にアルミリード線４０を溶接して行われている。リード線４０としては、アルミの他、銅や超電導線材等を用いることもできる。両多層超電導導体１０，２０ の芯部のフォーマー１１，２１ 同士は接続スリーブ５２を介して接続されている。この接続部分全体がアルミ製スリーブ４１により電界遮蔽されている。
【００１０】
図３は、両多層超電導導体１０，２０ の接続部の完成図である。
図中４２は、超電導導体１０，２０ を絶縁被覆した絶縁材１７，２７ を跨いで紙テープを巻いた補強絶縁体で、この補強絶縁体４２の外周に真空断熱用の断熱性筒体４３が被せられている。この断熱性筒体４３は、前記絶縁材１７，２７ の外周に配された断熱管（内部の空隙に断熱材を詰めたもの）４４，４５ と液密に接続されている。
このように、多層超電導導体１０，２０ 同士を接続して得られた多層超電導ケーブル５０は、断熱性筒体４３と断熱管４４，４５ で覆われた外周の中空部分と、フォーマー１１，２１ の内部とにそれぞれ冷媒５１を流すことにより臨界温度以下の温度に冷却されて用いられる。
【００１１】
（実施例２）
図４は、本発明の多層超電導ケーブルの第２の実施例を示す接続部分の側面図である。
３本の多層超電導導体１０，２０，３０が長手方向に接続されている。前記多層超電導導体１０の外層１４は、多層超電導導体２０の中間層２３と多層超電導導体３０の内層３２に接続されている。又前記多層超電導導体２０の外層２４は、多層超電導導体１０の内層１２と多層超電導導体３０の中間層３３に接続されている。又前記多層超電導導体３０の外層３４は、多層超電導導体２０の内層２２と多層超電導導体１０の中間層１３に接続されている。その他は、実施例１と同じである。
【００１２】
（従来例１）
多層超電導導体１０の外層１４、中間層１３、内層１２を、それぞれ多層超電導導体２０の外層２４、中間層２３、内層２２に接続した。その他は、実施例１と同じである。
【００１３】
得られた各々の多層超電導ケーブルを臨界温度以下の温度に冷却して、接続部分の通電実験を行ない、直流臨界電流に対する交流臨界電流の低減率を調べた。結果を表１に示す。
【００１４】
【表１】
【００１５】
表１より明らかなように、本発明例品のＮｏ．１は、各外層を他の内層に接続した為インピーダンスが外層と内層との間で均一化して低減率は０．３３に抑えられた。Ｎｏ．２は、２か所の接続部分を利用して、各外層を他の中間層と内層に接続した為低減率は零に近くできた。
これに対し、従来品は外層同士を接続した為、インピーダンスが均一化されず低減率は０．６２と大きくなった。
尚、本実施例では、各層を段切りにし又接続にリード線を用いたので、接続作業が容易になされた。又接続部分で各層間の絶縁材を露出させたので、接続部分でも各層間の絶縁が確実になされ、良好な超電導特性が得られた。
【００１６】
以上、ビスマス系の高温超電導体を用いた３層の多層超電導導体を、２本又は３本接続した多層超電導ケーブルについて説明したが、本発明は、他の高温超電導体、或いは金属超電導体を用いた超電導導体の場合、又３層以外の多層超電導導体の場合、又多層超電導導体を４本以上接続した場合等に適用しても、同様の効果が得られるものである。
又、複数本の多層超電導導体を接続して１本の超電導ケーブルとする例について説明したが、本発明は、各々の多層超電導導体を予め現場に布設して、現場で接続する方法にも適用できることは勿論である。
【００１７】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明の多層超電導ケーブルによれば、各層のインピーダンスが均一化するので、交流臨界電流が増大し、工業上顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の多層超電導ケーブルの第１の実施例を示す接続部分の側面図である。
【図２】図１に示した多層超電導ケーブルにて用いる超電導線材の実施例を示す横断面説明図である。
【図３】図１に示した多層超電導ケーブルの冷却構造の実施例を示す側面図である。
【図４】本発明の多層超電導ケーブルの第２の実施例を示す接続部分の側面図である。
【符号の説明】
１０，２０，３０…多層超電導導体
１１，２１，３１…フォーマー
１２，２２，３２…超電導体層の内層
１３，２３，３３…超電導体層の中間層
１４，２４，３４…超電導体層の外層
１５…………テープ状の超電導線材
１６…………接続リング
１７，２７ ……絶縁材
１８…………ビスマス系超電導体
１９…………銀シース
４０…………アルミリード線
４１…………アルミ製スリーブ
４２…………補強絶縁体
４３…………断熱性筒体
４４，４５ ……断熱管
５０…………多層超電導ケーブル
５１…………冷媒
５２…………接続スリーブ
【発明の属する技術分野】
本発明は、交流臨界電流を増大させた多層超電導ケーブルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数の超電導体層が絶縁材を介して同心状に複合された多層超電導ケーブルの接続は、従来、外層は外層同士というように、同じ層同士でなされていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような多層超電導ケーブルに交流電流を通電する場合、外層とそれ以外の内側の層とではインピーダンス（抵抗とインダクタンスの和）が違う為、交流電流は、大部分が外層を流れ、内側の層には殆ど流れない。
例えば、外径２０ｍｍφのフォーマー（金属製又はプラスチック製のパイプ等）の周りに厚さ ０．２ｍｍのテープ状超電導線材を１層当たり２０本ずつ３層に螺旋巻きした多層超電導ケーブルの各層に流れる電流比は、計算によると、外層：中間層：内層＝１０：２：１になる。尚、前記電流比は、インピーダンスを用いて計算するが、超電導状態では交流抵抗が０の為インダクタンスだけで決まる。
前記計算結果に基づき、超電導線材１本当たりの臨界電流Ｉｃを５０Ａとして、超電導ケーブル全体に流せる電流Ｐを計算すると、Ｐ＝５０×２０×（１＋０．２＋０．１）＝１３００Ａになる。
電流が全層に均一に流れたときの電流Ｑは、Ｑ＝５０×２０×（１＋１＋１）＝３０００Ａであるから、従来の多層超電導ケーブルにおける交流臨界電流の低減率Ｒは、Ｒ＝（Ｑ−Ｐ）／Ｑ＝（３０００−１３００）／３０００＝０．５７になる。このように、従来の多
層超電導ケーブルにおける交流臨界電流の低減率Ｒは極めて大きい。
本発明の目的は、交流臨界電流を増大させた多層超電導ケーブルを提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数の超電導体層が絶縁材を介して同心状に複合された多層超電導導体を複数本接続した多層超電導ケーブルにおいて、それぞれ接続する多層超電導導体の一方の外層が接続相手の別の層に接続されていることを特徴とする多層超電導ケーブルである。
【０００５】
本発明の多層超電導ケーブルでは、多層超電導導体同士の接続が、外層をそれぞれ接続相手の別の層に接続してなされている。この為、各層のインピーダンスが均一化して、多層超電導ケーブルの交流臨界電流が増大する。
【０００６】
本発明では、多層超電導ケーブルの接続部分の超電導体層を段切りすることにより内側の層の接続作業が容易に行える。又絶縁材を所定長さ露出させておくことにより接続部における層間の絶縁が確実になされる。
【０００７】
本発明において、各層の接続はリード線を用いることにより容易に行える。又接続部分を金属スリーブで覆うことにより電界が遮蔽される。
【０００８】
本発明において、超電導線材には、ビスマス・ストロンチウム・カルシウム・銅の酸化物、イットリウム・バリウム・銅の酸化物等の高温超電導体、ＮｂＴｉ合金や、Ｎｂ３ Ｓｎ金属間化合物等の金属超電導体等任意の超電導体が適用される。中でも、高温超電導体は、臨界電流（Ｉｃ）が小さい為、多層に複合して用いることが多く、本発明が特に有用である。
【０００９】
【実施例】
以下に、本発明を実施例により詳細に説明する。
（実施例１）
図１は、本発明の多層超電導ケーブルの第１の実施例を示す接続部分の側面図である。
１０は多層超電導導体で、フォーマー（例えば、ＯＦケーブル用スパイラル）１１上に、内層１２、中間層１３、外層１４の３層の超電導体層が、各層間に絶縁材１７を介装させて螺旋状に巻いた構成になっている。具体的には、前記各超電導体層１２〜１４は、図２に示すような、テープ状の超電導線材１５を２０本螺旋状に巻いて形成されている。前記多層超電導導体１０の端部では、各超電導体層１２〜１４が段切りされており、その各層１２〜１４の端部には、接続リング１６を取付けて、超電導導体の端部がバラケルのを防止している。又各層１２〜１４間に介装された絶縁材１７はそれぞれ所定長さ露出している。
前記超電導線材１５は、図２に示すように、テープ状のビスマス系超電導体１８を銀シース１９したもので、その１本当たりの臨界電流（Ｉｃ）は、５０Ａである。
この多層超電導導体１０の端部は、同じように段切りされた他の多層超電導導体２０の端部と対向配置され、多層超電導導体１０の外層１４、中間層１３、内層１２は、多層超電導導体２０の内層２２、中間層２３、外層２４にそれぞれ接続されている。前記の接続は、接続リング１６にアルミリード線４０を溶接して行われている。リード線４０としては、アルミの他、銅や超電導線材等を用いることもできる。両多層超電導導体１０，２０ の芯部のフォーマー１１，２１ 同士は接続スリーブ５２を介して接続されている。この接続部分全体がアルミ製スリーブ４１により電界遮蔽されている。
【００１０】
図３は、両多層超電導導体１０，２０ の接続部の完成図である。
図中４２は、超電導導体１０，２０ を絶縁被覆した絶縁材１７，２７ を跨いで紙テープを巻いた補強絶縁体で、この補強絶縁体４２の外周に真空断熱用の断熱性筒体４３が被せられている。この断熱性筒体４３は、前記絶縁材１７，２７ の外周に配された断熱管（内部の空隙に断熱材を詰めたもの）４４，４５ と液密に接続されている。
このように、多層超電導導体１０，２０ 同士を接続して得られた多層超電導ケーブル５０は、断熱性筒体４３と断熱管４４，４５ で覆われた外周の中空部分と、フォーマー１１，２１ の内部とにそれぞれ冷媒５１を流すことにより臨界温度以下の温度に冷却されて用いられる。
【００１１】
（実施例２）
図４は、本発明の多層超電導ケーブルの第２の実施例を示す接続部分の側面図である。
３本の多層超電導導体１０，２０，３０が長手方向に接続されている。前記多層超電導導体１０の外層１４は、多層超電導導体２０の中間層２３と多層超電導導体３０の内層３２に接続されている。又前記多層超電導導体２０の外層２４は、多層超電導導体１０の内層１２と多層超電導導体３０の中間層３３に接続されている。又前記多層超電導導体３０の外層３４は、多層超電導導体２０の内層２２と多層超電導導体１０の中間層１３に接続されている。その他は、実施例１と同じである。
【００１２】
（従来例１）
多層超電導導体１０の外層１４、中間層１３、内層１２を、それぞれ多層超電導導体２０の外層２４、中間層２３、内層２２に接続した。その他は、実施例１と同じである。
【００１３】
得られた各々の多層超電導ケーブルを臨界温度以下の温度に冷却して、接続部分の通電実験を行ない、直流臨界電流に対する交流臨界電流の低減率を調べた。結果を表１に示す。
【００１４】
【表１】
表１より明らかなように、本発明例品のＮｏ．１は、各外層を他の内層に接続した為インピーダンスが外層と内層との間で均一化して低減率は０．３３に抑えられた。Ｎｏ．２は、２か所の接続部分を利用して、各外層を他の中間層と内層に接続した為低減率は零に近くできた。
これに対し、従来品は外層同士を接続した為、インピーダンスが均一化されず低減率は０．６２と大きくなった。
尚、本実施例では、各層を段切りにし又接続にリード線を用いたので、接続作業が容易になされた。又接続部分で各層間の絶縁材を露出させたので、接続部分でも各層間の絶縁が確実になされ、良好な超電導特性が得られた。
【００１６】
以上、ビスマス系の高温超電導体を用いた３層の多層超電導導体を、２本又は３本接続した多層超電導ケーブルについて説明したが、本発明は、他の高温超電導体、或いは金属超電導体を用いた超電導導体の場合、又３層以外の多層超電導導体の場合、又多層超電導導体を４本以上接続した場合等に適用しても、同様の効果が得られるものである。
又、複数本の多層超電導導体を接続して１本の超電導ケーブルとする例について説明したが、本発明は、各々の多層超電導導体を予め現場に布設して、現場で接続する方法にも適用できることは勿論である。
【００１７】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明の多層超電導ケーブルによれば、各層のインピーダンスが均一化するので、交流臨界電流が増大し、工業上顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の多層超電導ケーブルの第１の実施例を示す接続部分の側面図である。
【図２】図１に示した多層超電導ケーブルにて用いる超電導線材の実施例を示す横断面説明図である。
【図３】図１に示した多層超電導ケーブルの冷却構造の実施例を示す側面図である。
【図４】本発明の多層超電導ケーブルの第２の実施例を示す接続部分の側面図である。
【符号の説明】
１０，２０，３０…多層超電導導体
１１，２１，３１…フォーマー
１２，２２，３２…超電導体層の内層
１３，２３，３３…超電導体層の中間層
１４，２４，３４…超電導体層の外層
１５…………テープ状の超電導線材
１６…………接続リング
１７，２７ ……絶縁材
１８…………ビスマス系超電導体
１９…………銀シース
４０…………アルミリード線
４１…………アルミ製スリーブ
４２…………補強絶縁体
４３…………断熱性筒体
４４，４５ ……断熱管
５０…………多層超電導ケーブル
５１…………冷媒
５２…………接続スリーブ
Claims (3)
- 複数の超電導体層が絶縁材を介して同心状に複合された多層超電導導体を複数本接続した多層超電導ケーブルにおいて、それぞれ接続する多層超電導導体の一方の外層が接続相手の別の層に接続されていることを特徴とする多層超電導ケーブル。
- 前記多層超電導ケーブルの接続部分の超電導体層が絶縁材を所定長さ露出させて段切りされていることを特徴とする請求項１記載の多層超電導ケーブル。
- 前記接続がリード線を介してなされており、前記接続部分が金属スリーブで遮蔽されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の多層超電導ケーブル。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20582195A JP3547222B2 (ja) | 1995-08-11 | 1995-08-11 | 多層超電導ケーブル |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20582195A JP3547222B2 (ja) | 1995-08-11 | 1995-08-11 | 多層超電導ケーブル |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0955241A JPH0955241A (ja) | 1997-02-25 |
| JP3547222B2 true JP3547222B2 (ja) | 2004-07-28 |
Family
ID=16513267
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20582195A Expired - Fee Related JP3547222B2 (ja) | 1995-08-11 | 1995-08-11 | 多層超電導ケーブル |
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| FR3010847B1 (fr) * | 2013-09-19 | 2017-12-29 | Nexans | Jonction de cables supraconducteurs |
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-
1995
- 1995-08-11 JP JP20582195A patent/JP3547222B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
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| JPH0955241A (ja) | 1997-02-25 |
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