JP4114120B2 - 高温超電導導体 - Google Patents
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- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高温超電導ケーブルの導体構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、高温超電導ケーブルの導体としては、アスペクト比の高い例えばセラミック系高温超電導線材を集合して巻心上にスパイラル状に配置し、多層化して所望の電流容量を得る構造が採用されている。
【０００３】
上記高温超電導導体において、交流通電時の損失を低減する目的で、例えば図１に示すように、各層の高温超電導線材の巻層２Ａ，２Ｂ間を渡って流れる渦電流のパスを、各層間にプラスチック、絶縁紙等の絶縁シート３'Ａ、３'Ｂを介在させることによって切る構造が提案されている（特開平６−２４９２７９号公報）。
図面において、１はフォーマで高温超電導線材を集合してスパイラル状に巻付ける巻心の役割をなすとともに、上記高温超電導線材を冷却する液体窒素等の冷媒を流す冷媒管の役目を担い、金属スパイラル管、銅管等が用いられる。又４は内部半導層、５は電気絶縁層、６は外部半導電層である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、各層の高温超電導線材の巻層間に絶縁シートを介在させた層間絶縁を施した多層構造の高温超電導導体は、屈曲等により万が一高温超電導線材の一部が断線した場合、断片となった高温超電導線材は浮遊電極となって導体内部で放電が生じ、上記線材を損傷するおそれがある。
【０００５】
上述のように、各層の高温超電導線材の巻層は交流損失低減を目的として、各層間に介在させた絶縁シートにより層間をまたがって流れる渦電流のパスを切断しており、上記各層の高温超電導線材は中間接続部（約１００ｍ毎）及び終端接続部のみにおいて互いに電気的に接続されている。
これを図１に示す２層構造の高温超電導導体について考えると、フォーマ、各層の高温超電導線材層及び内部半導電層は図２の等価回路となる。即ち、フォーマ１、各層の高温超電導線材層２Ａ，２Ｂ及び内部半導電層４は抵抗とインピーダンスを有し、絶縁シート３'Ａ，３'Ｂによる層間絶縁はコンデンサーとなる。
【０００６】
ここで、例えば第１層の高温超電導線材層の第１層２Ａの一部が断線したとすると、図３の等価回路となる。図３においてＡ部が断線個所である。断線長をＬとするとＡ部が等電位の浮遊電極となる。一方、フォーマ１、高温超電導線材層の第２層２Ｂには電流が流れるために、インピーダンスにより電圧降下が生じる。即ち、断線長Ｌが長くなる程、上記断線個所Ａ部との電位差が大きくなり、放電が生じる可能性が大きくなる。放電が生じることにより健全な第２層の高温超電導線材層２Ｂも性能が劣化し、断線に至る危険性が生じる。
【０００７】
以上説明したように、多層構造の高温超電導導体においては、
▲１▼交流通電時の損失低減のためには、各層の高温超電導線材の層間を絶縁する必要がある。
▲２▼層間を絶縁することにより、高温超電導線材の一部が断線した場合、放電を生ずる可能性がある。
という層間絶縁の相反する利点と欠点がある。
【０００８】
このような相反する利点と欠点について検討を加えた結果、
▲１▼において、層間絶縁の目的は、上下層にわたって流れる渦電流のパスを切ることにある。しかし、この目的のためには絶縁性でなくても層間に高抵抗を介在させてもよい。
▲２▼の放電の問題は上下層に電位差が生ずるために発生するものであり、断線が生じても各層の高温超電導線材層間に電位差が生じないようにすればよい。
との結論に達した。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上述の結論に基づきなされたもので、その特徴は、積層構造の高超電導導体において、各層の高温超電導線材層の層間に、絶縁シートの少なくとも片面に金属を蒸着した半導電性シートを介在させた高温超電導導体にある。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は積層構造の高温超電導導体の構成図である。
図面において、１は金属スパイラル管又は銅パイプ等により構成されたフォーマで、その上に高温超電導線材２Ａ，２Ｂをスパイラル状に巻付ける巻心の役割をなすとともに、内部に高温超電導線材層２Ａ，２Ｂを冷却する液体窒素等の冷媒を流す冷媒管の役目を担っている。２Ａ，２Ｂは例えばセラミック系高温超電導線材を集合してスパイラル状に配置し、多層化した高温超電導線材層、３Ａ，３Ｂは上記フォーマ１及び高温超電導線材層２Ａ，２Ｂの層間に介在させた半導電性シート、４は内部半導電層、５は電気絶縁層、６は外部半導電層である。
【００１１】
上記半導電性シート３Ａ，３Ｂは、例えばクラフト紙やポリエチレン、ポリプロピレン等の絶縁フィルムの片面又は両面に銅、アルミ等の金属を蒸着したシートが用いられる。このような半導電性シートの固有抵抗ρは１０−１≦ρ≦１０８Ωcmの範囲が望ましい。ρが上記範囲を超えるときは絶縁シートに近くなり、上述のような放電の問題が生じ、上記範囲に満たない場合は導電性となり、交流通電時の損失低減の効果が失われる。
【００１２】
上述のように、高温超電導線材層の層間に金属を蒸着した半導電性シートを介在させて高温超電導導体を構成することにより、高温超電導線材層の相互間は電気絶縁された状態となり、各層間の電流の乗り移りを防止でき交流通電時の損失低減が可能となる。又各層間の電気絶縁を維持した状態で各層間における長手方向の導通状態を維持することが出来、各層を構成する高温超電導線材層の一部が断線しても、断線部の高温超電導線材の電位を周囲の高温超電導線材と同電位に保持することができ、電位差による放電の発生を抑制することができる。
【００１３】
又本発明の高温超電導導体は高温超電導ケーブルの導体として、製造、布設、冷却等の工程で印加される機械的応力に耐える必要がある。一方、高温超電導線材はセラミックを主材料としており、張力、曲げにより断線、性能劣化が生じやすい材料である。これに対して本発明の高温超電導導体では、高温超電導線材をスパイラル状に巻付けることにより、上記の機械的応力が印可されたとき、各層線材が滑ることによりスパイラルピッチが変化して各層に印加される機械的応力を低減する。このとき、高温超電導線材層間に金属蒸着半導電性シートを介在させていることにより、滑り摩擦係数を低減することができ、高温超電導線材が受ける機械的応力を低減でき、線材の断線、劣化を抑制効果があり、さらに半導電性シートのクッション効果により線材が受ける径方向の応力をも低減する効果ががある。
【００１４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の高温超電導導体によれば、高温超電導線材の層間に金属を蒸着した半導電性シートを介在させることにより、交流損失の低減に不可欠な各層間の渦電流パスの切断を実現し、かつ、万一超高温電導線材の一部が断線しても断線部の電位を周囲の高温超電導線材と同電位に維持し、放電を防止する効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】積層構造の高温超電導導体の構成図である。
【図２】高温超電導導体の線材の層間に絶縁シートを介在させた等価回路図である。
【図３】図２において高温超電導線材の一部が断線したときの等価回路図である。
【符号の説明】
１ フォーマ ２Ａ，２Ｂ 高温超電導線材層
３Ａ，３Ｂ 半導電性シート ４ 内部半導電層 ５ 電気絶縁層
６ 外部半導電層
【発明の属する技術分野】
本発明は、高温超電導ケーブルの導体構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、高温超電導ケーブルの導体としては、アスペクト比の高い例えばセラミック系高温超電導線材を集合して巻心上にスパイラル状に配置し、多層化して所望の電流容量を得る構造が採用されている。
【０００３】
上記高温超電導導体において、交流通電時の損失を低減する目的で、例えば図１に示すように、各層の高温超電導線材の巻層２Ａ，２Ｂ間を渡って流れる渦電流のパスを、各層間にプラスチック、絶縁紙等の絶縁シート３'Ａ、３'Ｂを介在させることによって切る構造が提案されている（特開平６−２４９２７９号公報）。
図面において、１はフォーマで高温超電導線材を集合してスパイラル状に巻付ける巻心の役割をなすとともに、上記高温超電導線材を冷却する液体窒素等の冷媒を流す冷媒管の役目を担い、金属スパイラル管、銅管等が用いられる。又４は内部半導層、５は電気絶縁層、６は外部半導電層である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、各層の高温超電導線材の巻層間に絶縁シートを介在させた層間絶縁を施した多層構造の高温超電導導体は、屈曲等により万が一高温超電導線材の一部が断線した場合、断片となった高温超電導線材は浮遊電極となって導体内部で放電が生じ、上記線材を損傷するおそれがある。
【０００５】
上述のように、各層の高温超電導線材の巻層は交流損失低減を目的として、各層間に介在させた絶縁シートにより層間をまたがって流れる渦電流のパスを切断しており、上記各層の高温超電導線材は中間接続部（約１００ｍ毎）及び終端接続部のみにおいて互いに電気的に接続されている。
これを図１に示す２層構造の高温超電導導体について考えると、フォーマ、各層の高温超電導線材層及び内部半導電層は図２の等価回路となる。即ち、フォーマ１、各層の高温超電導線材層２Ａ，２Ｂ及び内部半導電層４は抵抗とインピーダンスを有し、絶縁シート３'Ａ，３'Ｂによる層間絶縁はコンデンサーとなる。
【０００６】
ここで、例えば第１層の高温超電導線材層の第１層２Ａの一部が断線したとすると、図３の等価回路となる。図３においてＡ部が断線個所である。断線長をＬとするとＡ部が等電位の浮遊電極となる。一方、フォーマ１、高温超電導線材層の第２層２Ｂには電流が流れるために、インピーダンスにより電圧降下が生じる。即ち、断線長Ｌが長くなる程、上記断線個所Ａ部との電位差が大きくなり、放電が生じる可能性が大きくなる。放電が生じることにより健全な第２層の高温超電導線材層２Ｂも性能が劣化し、断線に至る危険性が生じる。
【０００７】
以上説明したように、多層構造の高温超電導導体においては、
▲１▼交流通電時の損失低減のためには、各層の高温超電導線材の層間を絶縁する必要がある。
▲２▼層間を絶縁することにより、高温超電導線材の一部が断線した場合、放電を生ずる可能性がある。
という層間絶縁の相反する利点と欠点がある。
【０００８】
このような相反する利点と欠点について検討を加えた結果、
▲１▼において、層間絶縁の目的は、上下層にわたって流れる渦電流のパスを切ることにある。しかし、この目的のためには絶縁性でなくても層間に高抵抗を介在させてもよい。
▲２▼の放電の問題は上下層に電位差が生ずるために発生するものであり、断線が生じても各層の高温超電導線材層間に電位差が生じないようにすればよい。
との結論に達した。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上述の結論に基づきなされたもので、その特徴は、積層構造の高超電導導体において、各層の高温超電導線材層の層間に、絶縁シートの少なくとも片面に金属を蒸着した半導電性シートを介在させた高温超電導導体にある。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は積層構造の高温超電導導体の構成図である。
図面において、１は金属スパイラル管又は銅パイプ等により構成されたフォーマで、その上に高温超電導線材２Ａ，２Ｂをスパイラル状に巻付ける巻心の役割をなすとともに、内部に高温超電導線材層２Ａ，２Ｂを冷却する液体窒素等の冷媒を流す冷媒管の役目を担っている。２Ａ，２Ｂは例えばセラミック系高温超電導線材を集合してスパイラル状に配置し、多層化した高温超電導線材層、３Ａ，３Ｂは上記フォーマ１及び高温超電導線材層２Ａ，２Ｂの層間に介在させた半導電性シート、４は内部半導電層、５は電気絶縁層、６は外部半導電層である。
【００１１】
上記半導電性シート３Ａ，３Ｂは、例えばクラフト紙やポリエチレン、ポリプロピレン等の絶縁フィルムの片面又は両面に銅、アルミ等の金属を蒸着したシートが用いられる。このような半導電性シートの固有抵抗ρは１０−１≦ρ≦１０８Ωcmの範囲が望ましい。ρが上記範囲を超えるときは絶縁シートに近くなり、上述のような放電の問題が生じ、上記範囲に満たない場合は導電性となり、交流通電時の損失低減の効果が失われる。
【００１２】
上述のように、高温超電導線材層の層間に金属を蒸着した半導電性シートを介在させて高温超電導導体を構成することにより、高温超電導線材層の相互間は電気絶縁された状態となり、各層間の電流の乗り移りを防止でき交流通電時の損失低減が可能となる。又各層間の電気絶縁を維持した状態で各層間における長手方向の導通状態を維持することが出来、各層を構成する高温超電導線材層の一部が断線しても、断線部の高温超電導線材の電位を周囲の高温超電導線材と同電位に保持することができ、電位差による放電の発生を抑制することができる。
【００１３】
又本発明の高温超電導導体は高温超電導ケーブルの導体として、製造、布設、冷却等の工程で印加される機械的応力に耐える必要がある。一方、高温超電導線材はセラミックを主材料としており、張力、曲げにより断線、性能劣化が生じやすい材料である。これに対して本発明の高温超電導導体では、高温超電導線材をスパイラル状に巻付けることにより、上記の機械的応力が印可されたとき、各層線材が滑ることによりスパイラルピッチが変化して各層に印加される機械的応力を低減する。このとき、高温超電導線材層間に金属蒸着半導電性シートを介在させていることにより、滑り摩擦係数を低減することができ、高温超電導線材が受ける機械的応力を低減でき、線材の断線、劣化を抑制効果があり、さらに半導電性シートのクッション効果により線材が受ける径方向の応力をも低減する効果ががある。
【００１４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の高温超電導導体によれば、高温超電導線材の層間に金属を蒸着した半導電性シートを介在させることにより、交流損失の低減に不可欠な各層間の渦電流パスの切断を実現し、かつ、万一超高温電導線材の一部が断線しても断線部の電位を周囲の高温超電導線材と同電位に維持し、放電を防止する効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】積層構造の高温超電導導体の構成図である。
【図２】高温超電導導体の線材の層間に絶縁シートを介在させた等価回路図である。
【図３】図２において高温超電導線材の一部が断線したときの等価回路図である。
【符号の説明】
１ フォーマ ２Ａ，２Ｂ 高温超電導線材層
３Ａ，３Ｂ 半導電性シート ４ 内部半導電層 ５ 電気絶縁層
６ 外部半導電層
Claims (2)
- 高温超電導ケーブルに用いられる積層構造の高温超電導導体において、各層の高温超電導線材層の層間に、絶縁シートの少なくとも片面に金属を蒸着した半導電性シートを介在させたことを特徴とする高温超電導導体。
- 上記半導電性シートの固有抵抗ρが１０−１≦ρ≦１０８Ωcmであることを特徴とする請求項１記載の高温超電導導体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03585099A JP4114120B2 (ja) | 1999-02-15 | 1999-02-15 | 高温超電導導体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03585099A JP4114120B2 (ja) | 1999-02-15 | 1999-02-15 | 高温超電導導体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000235816A JP2000235816A (ja) | 2000-08-29 |
| JP4114120B2 true JP4114120B2 (ja) | 2008-07-09 |
Family
ID=12453481
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03585099A Expired - Fee Related JP4114120B2 (ja) | 1999-02-15 | 1999-02-15 | 高温超電導導体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4114120B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| DK1717821T3 (da) * | 2005-04-27 | 2011-10-24 | Nexans | Supralederkabel |
| KR100706494B1 (ko) | 2006-01-20 | 2007-04-10 | 엘에스전선 주식회사 | 초전도 케이블 |
| ATE401654T1 (de) * | 2006-08-08 | 2008-08-15 | Nexans | System mit einem supraleitfähigen kabel |
-
1999
- 1999-02-15 JP JP03585099A patent/JP4114120B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000235816A (ja) | 2000-08-29 |
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