JP3691692B2

JP3691692B2 - 超電導ケーブル

Info

Publication number: JP3691692B2
Application number: JP22713799A
Authority: JP
Inventors: 一富三好; 宏和坪内; 晋一向山; 良浩岩田; 昇一本庄; 智男三村
Original assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.; Tokyo Electric Power Co Inc
Current assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.; Tokyo Electric Power Co Inc
Priority date: 1999-08-11
Filing date: 1999-08-11
Publication date: 2005-09-07
Anticipated expiration: 2019-08-11
Also published as: JP2001052542A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超電導ケーブルコアの外周部分に遮蔽層を具えた超電導ケーブルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、従来の超電導ケーブルを示す図である。図５において、１は巻芯、２は超電導導体層、３は絶縁層、４は遮蔽層、５は保護テープ層、７は内部コルゲート管、８は断熱層、９は外部コルゲート管である。
【０００３】
金属管等よりなる巻芯１の外周に、複数本の酸化物超電導線材等を螺旋状に巻いて超電導導体層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き付けて絶縁層３を形成している。さらに、絶縁層３の外周には、複数本の超電導線材を螺旋状に巻線して遮蔽層４を施して超電導ケーブルのコア部を形成している。
【０００４】
コア部は、外周にポリエチレンテレフタレートのテープを螺旋状に巻き付けて保護テープ層５を形成した状態で内部コルゲート管７の中に収納し、内部コルゲート管７の中に液体窒素等よりなる寒剤を流すことでコア部を冷却し、ケーブルを超電導状態に保持するようにしている。さらに、内部コルゲート管７は、口径が大きい外部コルゲート管９の中に収納し、内部コルゲート管７と外部コルゲート管９との間に、スーパーインシュレーションを多層に巻き付けて形成した断熱層８を介在させ、かつ、内部コルゲート管７と外部コルゲート管９との間の空間を真空状態に保持することにより、外部から内部コルゲート管７内部への熱の侵入を低く抑えている。
【０００５】
保護テープ層５は、ケーブル製造時にコア部を内部コルゲート管７に収納する際や、ケーブル布設時及び実使用時に、コア部が内部コルゲート管７の内面の凸部と擦れあって傷つくのを防止するために設けられている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、そのような従来の超電導ケーブルでは、保護テープ層５としては、ポリエチレンテレフタレート等よりなるテープを螺旋状に巻き付けているだけなので強度が不十分で、ケーブル製造時やケーブル布設時等に遮蔽層４が傷つき易く、遮蔽層４の超電導特性が低下して遮蔽効果が損なわれて交流損失の増大をまねくという問題点があった。また、この対策として、予め遮蔽層４の特性低下を見込んで、余分に超電導線材を巻線するようにしていたためコスト高になるという問題点もあった。さらに、短絡事故が発生すると、遮蔽層４に過大な電流が流れて遮蔽層４が破損し、事故後の復帰が不可能になるという重大な問題もあった。
【０００７】
本発明は、そのような問題点を解決し、遮蔽層の保護を十分に行うとともに、短絡事故が発生しても遮蔽層に過大な電流が流れないようにすることを目的とするものである。
【０００８】
【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、超電導導体と、該超電導導体の外周に設けられた絶縁層と、該絶縁層の外周に形成された超電導性の遮蔽層と、該遮蔽層の外側に非金属製のテープを巻き付けて形成された保護テープ層と、その外周に金属テープ，金属線又は金属編組線を巻き付けて形成された保護層とを具えたことを特徴とする。このようにすると、保護層の強度が大きくなって遮蔽層を十分に保護するとともに、短絡事故が発生しても事故電流の一部を保護層に分流させることにより遮蔽層に過大な電流が流れないようにすることができる。
【０００９】
そして、請求項２に記載の超電導ケーブルは、前記保護層中、長手方向に絶縁被覆線を有していることを特徴とする。このようにすると、超電導ケーブルの臨界電流特性を測定する際に、絶縁被覆線を電圧リードとして用いることにより、測定結果に対する誘導ノイズの影響を低減させることができる。
【００１０】
【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。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態を示す図である。符号は、図５のものに対応しており、６は金属テープ保護層である。
【００１１】
金属管あるいはスパイラル管，コルゲート管等のフレキシブ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材等を螺旋状に巻線して超電導導体層２を形成し、その上にクラフト紙あるいは半合成紙よりなるテープを多層に巻き付けて絶縁層３を形成している。さらに、絶縁層３の外周には、複数本の超電導線材を螺旋状に巻線して遮蔽層４を施して超電導ケーブルのコア部を形成している。
【００１２】
ここで、超電導導体層２及び遮蔽層４を形成する超電導線材としては、例えば、Ｂｉ系の酸化物超電導体に銀マグネシウム合金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、超電導導体層２では、例えば、芯数が５５本、液体窒素中での臨界電流値が２７Ａで、幅３．５ｍｍ，厚さ０．２ｍｍの高温超電導テープ線を、１層当たり１６本巻き付けて、それを４層形成する。また、遮蔽層４では、同様な高温超電導テープ線を１層当たり３１本巻き付けて、２層形成する。しかし、必ずしもそれに限定されず、超電導導体層２，遮蔽層４の層数は、それ以外でも単数層でもよく、さらに、複数層にする場合、層間に絶縁テープを施工してもよい。
【００１３】
また、超電導線材としては、Ｂｉ系以外にも、Ｙ系，Ｎｄ系，Ｈｇ系，Ｐｂ系，Ｔｌ系等の酸化物系超電導線材でもよく、さらに、Ｎｂ系，Ｎｂ₃ Ｓｎ系，Ｖ₃ Ｇａ系等の金属系超電導線材でもよい。また、シース材も銀マグネシウム合金以外に、銀マンガン合金や銅，アルミニウム等でもよい。さらに、シースとせずに、ベース状の銀やニッケル等のテープ状の基材としてもよい。
【００１４】
一方、超電導導体層２外周に施した絶縁層３は、幅３０ｍｍ，厚さ１５０μｍのクラフト紙テープを４０層巻き付けた。ただし、絶縁層３の材料としては、クラフト紙以外に、オリエンテッドポリプロピレンラミネートペーパー（ＯＰＰＬ）やポリプロピレンラミネートペーパー（ＰＰＬＰ）等の半合成紙でもよい。また、巻数は、ケーブルに必要な耐電圧値に応じて適宜調整される。
【００１５】
遮蔽層４の上には、ポリエチレンテレフタレートのテープを螺旋状に巻き付けて保護テープ層５を形成した上に、さらに、幅３０ｍｍ，厚さ０．２ｍｍの銅テープをギャップを開けながら６層に巻き付けた。この金属テープ保護層６の材料としては、良導電性であれば、銅以外でもよく、例えばアルミニウムを用いることができ、さらに、層数も６層に限定されず、遮蔽層４が傷まない条件を満たし、かつ、短絡事故時の過大電流を十分に分流できる断面積が確保されればよい。
【００１６】
（他の実施形態）
図２は、本発明の第２実施形態を示す図であり、図３は、本発明の第３実施形態を示す図である。図２，図３において、符号１〜５は、図１のものに対応しており、１０は金属線保護層、１１は絶縁被覆導線、１２は編組線保護層、１３は絶縁被覆導線である。
【００１７】
図１のものにおける金属テープ保護層６の代わりに、第２実施形態では、複数本の銅線を巻き付けて金属線保護層１０を形成し、第３実施形態では、銅線からなる編組線保護層１２を形成している。それらの銅線としては、第２実施形態の金属線保護層１０では、例えば、直径２ｍｍのものを用い、第３実施形態の編組線保護層１２では、例えば、直径０．７ｍｍのものを用いることができる。また、金属線保護層１０や編組線保護層１２の中の一部にホルマール等の絶縁被覆を施した絶縁被覆導線１１，１３を用いている。絶縁被覆導線１１（１３）は、１本又は複数本設ける。絶縁被覆導線１１（１３）は、コア部に沿って布設された状態になっている。
【００１８】
このように、金属線保護層１０や編組線保護層１２の中の一部に絶縁被覆導線１１，１３を設けておくと、その絶縁被覆導線１１，１３を、臨界電流特性を測定する際の電圧リードとして用いることができる。次に、その点について説明する。
【００１９】
図４は、臨界電流特性の測定方法を示す図である。図４において、符号１１は、図２のものに対応しており、１４は超電導ケーブル、１５はそのコア部、１６，１７はケーブル端末、１８，１９接続点、２０はリード線、２１は電圧計である。
【００２０】
超電導ケーブルの臨界電流特性の測定は、超電導導体に流れる電流を徐々に増加させていきながらケーブル両端間の電圧降下を測定する。超電導導体層が超電導状態にあるときは、超電導導体の抵抗が０であるため電圧降下も０になるが、電流が臨界電流になると超電導状態が崩れだして電圧降下が発生する。その電圧降下を検出することにより臨界電流の測定ができる。その際、数ｍ以上のケーブルの臨界電流特性の測定には、ｍＶ以下のレベルの電圧測定が必要となる。
【００２１】
しかしながら、従来の臨界電流特性の測定方法では、図４（ロ）のように、ケーブル両端に設けたケーブル端末の出口間に電圧計２１を接続するようにしており、超電導ケーブルの超電導導体層と電圧計２１を接続するリードとで巨大なループが形成されるため、外部からの誘導ノイズの影響を受けやすくｍＶ以下のレベルの電圧測定は困難であった。
【００２２】
それに対して、第２，第３実施形態の超電導ケーブルでは、図４（イ）に示すように、コア部に沿って配された状態になっている絶縁被覆導線１１（又は絶縁被覆導線１３）の他端を接続点１８で超電導導体層に半田付けして、電圧計２１に接続するリードとして利用する。その結果、超電導ケーブルの超電導導体層とリードとで形成されるループの断面積を極めて小さくすることができ、外部からの誘導ノイズの影響を低減することができる。
【００２３】
以上、第１，第２及び第３実施形態のいずれの場合においても、内径７８ｍｍのステンレス製の内部コルゲート管７にコアを３本撚り合わせたものを収納して、液体窒素中に浸漬し、遮蔽層の超電導特性を測定したところ、遮蔽層の超電導特性は低下していないことが分かった。さらに、短絡電流として遮蔽部分に２０ｋＡｒｍｓを０．５秒通電しても、電流が保護層に分流されて遮蔽層に過大な電流が流れず、遮蔽層は損傷を受けることがなかった。
【００２４】
なお、第２，第３実施形態において、金属線保護層１０や編組線保護層１２としては、銅線だけでなくアルミニウム線等、その他の良導電性の線材を用いることもできる。また、前記電圧リードとして用いる絶縁被覆導線は、巻芯１に接して設けたり、絶縁層３，遮蔽層４，保護テープ層５などの層に配して、前述した誘導ノイズの影響を低減する効果が得られる。
【００２５】
【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、遮蔽層の外側に金属製の保護層を設けたので、保護層の強度が大きくなって遮蔽層を十分に保護できるとともに、短絡事故が発生しても事故電流の一部を保護層に分流させることにより遮蔽層に過大な電流が流れないようにすることができる。
【００２６】
そして、請求項２に記載の超電導ケーブルは、保護層が絶縁被覆線を有するようにしたので、絶縁被覆線を臨界電流特性の測定の際に、電圧リードとして用いることにより、誘導ノイズの影響を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示す図である。
【図２】本発明の第２実施形態を示す図である。
【図３】本発明の第３実施形態を示す図である。
【図４】臨界電流特性の測定方法を示す図である。
【図５】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…超電導導体層
３…絶縁層
４…遮蔽層
５…保護テープ層
６…金属テープ保護層
７…内部コルゲート管
８…断熱層
９…外部コルゲート管
１０…金属線保護層
１１…絶縁被覆導線
１２…編組線保護層
１３…絶縁被覆導線

Claims

超電導導体と、該超電導導体の外周に設けられた絶縁層と、該絶縁層の外周に形成された超電導性の遮蔽層と、該遮蔽層の外側に非金属製のテープを巻き付けて形成された保護テープ層と、その外周に金属テープ，金属線又は金属編組線を巻き付けて形成された保護層とを具えたことを特徴とする超電導ケーブル。
前記保護層中、長手方向に絶縁被覆線を有し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。