JP4177307B2 - Superconducting cable core and superconducting cable - Google Patents

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Description

本発明は、超電導ケーブルコア及び超電導ケーブルに関し、より詳しくは、温度検出機能を有する超電導ケーブルコア及び超電導ケーブルに関する。   The present invention relates to a superconducting cable core and a superconducting cable, and more particularly to a superconducting cable core and a superconducting cable having a temperature detection function.

超電導ケーブルは、送電路の送電容量を上げ、トータルの送電コストを削減することが可能であるが、温度が上昇すると超電導状態から常電導状態に転移するクェンチが発生することがある。クェンチは、超電導ケーブルの抵抗の発生により熱的な損失を生じさせ、さらにその熱により超電導ケーブルの温度をさらに上昇させ、ケーブルの焼損や冷却系の障害発生の原因となる。   Although the superconducting cable can increase the transmission capacity of the transmission line and reduce the total transmission cost, there is a case where a quench that changes from the superconducting state to the normal conducting state may occur when the temperature rises. Quench causes thermal loss due to the generation of resistance of the superconducting cable, and further raises the temperature of the superconducting cable due to the heat, causing the cable to burn out and the failure of the cooling system.

そこで、温度センサを超電導ケーブル内に配置して超電導ケーブルの温度上昇を監視し、超電導ケーブルを構成する超電導線を液体窒素温度以下に保持する必要がある。   Therefore, it is necessary to place a temperature sensor in the superconducting cable to monitor the temperature rise of the superconducting cable, and to keep the superconducting wire constituting the superconducting cable below the liquid nitrogen temperature.

温度センサとして電気ノイズなどの影響を受けにくい光ファイバを使用し、この光ファイバを超電導ケーブルの超電導線に沿って取り付けることが下記の特許文献１、２に記載されている。また、特許文献３には、超電導機器内の絶縁筒の外周に巻き付けられる超電導線材に添って光ファイバを取り付けることが記載されている。光ファイバは温度変化により光特性が変化するので、その光特性の変化を測定することにより超電導ケーブルの温度を検出することができる。   Patent Documents 1 and 2 below describe that an optical fiber that is not easily affected by electrical noise or the like is used as a temperature sensor, and this optical fiber is attached along a superconducting wire of a superconducting cable. Patent Document 3 describes that an optical fiber is attached along a superconducting wire wound around the outer periphery of an insulating cylinder in a superconducting device. Since the optical characteristic of the optical fiber changes due to temperature change, the temperature of the superconducting cable can be detected by measuring the change of the optical characteristic.

実開平２−１３３８１７号公報Japanese Utility Model Publication No. 2-133817 特開平６−２７５１４４号公報JP-A-6-275144 特開平１１−１６２２６９号公報JP-A-11-162269

超電導ケーブルとして、ケーブルコアの超電導線を極低温に保つためにケーブルコアを断熱管の内部に入れた構造を有するものがあり、その中に光ファイバを配置すると図１０、図１１に示すようになる。   Some superconducting cables have a structure in which a cable core is placed inside a heat insulating tube in order to keep the superconducting wire of the cable core at an extremely low temperature. As shown in FIGS. Become.

図１０、図１１において、巻芯（former）１０１の外周に、第１カーボン紙１０２、超電導導体層１０３、第２カーボン紙１０４、電気絶縁層１０５、超電導遮蔽層１０６、絶縁性保護層１０７、不織布１１０が順に巻き付けられ、これらはフレキシブルなコルゲート状の断熱用金属管１１１に収められている。絶縁性保護層１０７、不織布１１０は、断熱用金属管１１１と超電導遮蔽層１０６の接触を防止するために配置されている。   10 and 11, the first carbon paper 102, the superconducting conductor layer 103, the second carbon paper 104, the electric insulating layer 105, the superconducting shielding layer 106, the insulating protective layer 107, Nonwoven fabric 110 is wound around in order, and these are housed in a flexible corrugated metal pipe 111 for heat insulation. The insulating protective layer 107 and the non-woven fabric 110 are disposed to prevent contact between the heat-insulating metal tube 111 and the superconducting shielding layer 106.

また、絶縁性保護層１０７と不織布１１０の間においては、光ファイバ１０８が絶縁性保護層１０７上でケーブルの長さ方向に沿って配置され、また、光ファイバ１０８及び絶縁性保護層１０７の上には第３カーボン紙１０９が巻かれている。   Further, between the insulating protective layer 107 and the nonwoven fabric 110, the optical fiber 108 is disposed on the insulating protective layer 107 along the length direction of the cable, and the optical fiber 108 and the insulating protective layer 107 are disposed above. The third carbon paper 109 is wound around the paper.

このような構造によれば、図１２に示すように、波付き形状を有する断熱用金属管１１１の内側に一定間隔で山が現れるため、断熱用金属管１１１内のケーブルコアの自重や超電導ケーブル敷設時の側圧等の応力が断熱用金属管１１１内側の山から光ファイバ１０８に加わり、これにより光ファイバ１０８が損傷されるおそれがある。   According to such a structure, as shown in FIG. 12, since mountains appear at regular intervals inside the heat insulating metal tube 111 having a corrugated shape, the weight of the cable core in the heat insulating metal tube 111 and the superconducting cable are formed. A stress such as a lateral pressure at the time of laying is applied to the optical fiber 108 from the crest inside the heat insulating metal tube 111, which may damage the optical fiber 108.

本発明の課題は、内部に配置された光ケーブルを外力から保護することができる超電導ケーブルコア及び超電導ケーブルを提供することにある。   The subject of this invention is providing the superconducting cable core and superconducting cable which can protect the optical cable arrange | positioned inside from external force.

本発明に係る第１の態様は、巻芯の周囲に配置される第１の超電導導体層と、前記第１の超電導導体層の周囲に配置される電気絶縁層と、前記電気絶縁層の周囲に配置される第２の超電導導体層と、少なくとも１本の光ファイバを収めた温度モニタリング層とを有し、前記温度モニタリング層は、前記光ファイバを金属線と同層で巻き付けて形成して構成されていることを特徴とする超電導ケーブルコアである。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a first superconducting conductor layer disposed around a winding core, an electrical insulating layer disposed around the first superconducting conductor layer, and a periphery of the electrical insulating layer a second superconducting conductor layer disposed, have a temperature monitoring layer that contains the at least one optical fiber, said temperature monitoring layer is the optical fiber is formed by winding on the same layer and a metal wire a superconducting cable core, characterized that you have been configured.

本発明に係る第２の態様は、第１の態様に係る超電導ケーブルコアを管に収めたことを特徴とする超電導ケーブルである。   According to a second aspect of the present invention, there is provided a superconducting cable characterized in that the superconducting cable core according to the first aspect is housed in a tube.

本発明によれば、光ファイバを収めた温度モニタリング層を第１、第２の超電導導体層のいずれか一方の周囲に配置しているので、ケーブルコア中の温度をモニタリングすることが出来ると同時に、超電導ケーブルコアを構成する要素を温度モニタリング層によって側圧等の応力から保護することが可能になる。 According to the present invention, since the temperature monitoring layer containing the optical fiber is disposed around one of the first and second superconducting conductor layers, the temperature in the cable core can be monitored simultaneously. The elements constituting the superconducting cable core can be protected from stress such as lateral pressure by the temperature monitoring layer.

以下に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の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態を示す超電導ケーブルの構成図であり、図２は、図１に示す超電導ケーブルの長手方向に対して直角に切断した状態を示す断面図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a configuration diagram of a superconducting cable showing a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view showing a state cut at right angles to the longitudinal direction of the superconducting cable shown in FIG. .

図１、図２において、ステンレス、アルミニウム、銅等からなる可撓性を有する円筒状の巻芯１の外周には、テープ状の第１のカーボン紙２が巻かれ、さらに第１のカーボン紙２の上には超電導導体層３が配置されている。   1 and 2, a tape-shaped first carbon paper 2 is wound around the outer periphery of a flexible cylindrical core 1 made of stainless steel, aluminum, copper or the like, and further the first carbon paper. A superconducting conductor layer 3 is disposed on 2.

超電導導体層３は、第１のカーボン紙２の外周に沿ってテープ状の超電導線材を１層当たり複数本螺旋状に巻き、これを単層又は複数層に巻き付けて構成される。超電導線材を複数層に巻く場合には、上の層と下の層の間に絶縁テープを介在させてもよい。   The superconducting conductor layer 3 is formed by winding a plurality of tape-like superconducting wires per layer along the outer periphery of the first carbon paper 2 and winding them around a single layer or a plurality of layers. When the superconducting wire is wound in a plurality of layers, an insulating tape may be interposed between the upper layer and the lower layer.

超電導導体層３を構成する超電導線材として、酸化物超電導線材と金属超電導線材のいずれでもよいが、本実施形態では、ビスマス（Bi）系の酸化物超電導線材、例えばBi2 Sr2 Ca2 Cu3 Ox 線材に銀マグネシウム合金シースを施してなる高温超電導テープを用いる。超電導線材の幅は、例えば幅４ｍｍ程度である。 The superconducting wire constituting the superconducting conductor layer 3 may be either an oxide superconducting wire or a metal superconducting wire, but in this embodiment, a bismuth (Bi) -based oxide superconducting wire , for example, Bi 2 Sr 2 Ca 2 Cu 3 A high-temperature superconducting tape made of a silver-magnesium alloy sheath applied to an O x wire is used. The width of the superconducting wire is, for example, about 4 mm in width.

なお、酸化物超電導線材として、Bi系の他に、イットリウム（Y） 系、ネオジウム（Nd）系、水銀（Hg）系、鉛（Pb）系、タリウム（TI）系等の酸化物超電導線材を適用してもよい。また、金属超電導線材には、バナジウム・ガリウム（V3Ga）系等がある。 In addition to Bi-based oxide superconducting wires, oxide superconducting wires such as yttrium (Y), neodymium (Nd), mercury (Hg), lead (Pb), and thallium (TI) are used. You may apply. Metal superconducting wires include vanadium gallium (V 3 Ga) type and the like.

また、シースの材料として、銀マグネシウムの他に、銀マンガン合金、銅、アルミニウム等を適用してもよい。さらに、超電導線材に施すシースの代わりに銀、ニッケルなどのテープ状基材を用いてもよい。   In addition to silver magnesium, a silver manganese alloy, copper, aluminum, or the like may be applied as the sheath material. Further, instead of the sheath applied to the superconducting wire, a tape-like substrate such as silver or nickel may be used.

そのような構成の超電導導体層３の外周には、超電導導体層３を押さえるためにテープ状の第２のカーボン紙４が巻き付けられている。 The outer circumference of the superconducting conductor layer 3 of such a configuration, a second carbon paper 4 tape-shaped is wound in order to suppress the superconducting conductor layer 3.

第２のカーボン紙４の上には、光ファイバを備えた温度モニタリング層１０が配置されている。この温度モニタリング層１０は、図３に示すような光ファイバ１１を内部に収めた金属管１２と、金属管１２を収める溝１３を有する金属層１４とから構成されている。   On the second carbon paper 4, a temperature monitoring layer 10 including an optical fiber is disposed. The temperature monitoring layer 10 includes a metal tube 12 in which an optical fiber 11 as shown in FIG. 3 is housed, and a metal layer 14 having a groove 13 in which the metal tube 12 is housed.

金属層１４は、テープ状の金属線を第２のカーボン紙４上に螺旋状に巻いて形成され、その構成材料として良導体である銅素材を用いることが好ましい。また、金属管１２は、光ファイバ１１を被覆するもので、金属層１４と同じ材料から構成してもよいし、異なる材料から構成してもよい。また、金属管１２と金属層１４は、何等かの事故が起きた場合に電流を分流させる機能も有する。   The metal layer 14 is preferably formed by winding a tape-shaped metal wire on the second carbon paper 4 in a spiral shape, and a copper material which is a good conductor is used as a constituent material thereof. The metal tube 12 covers the optical fiber 11 and may be made of the same material as the metal layer 14 or may be made of a different material. The metal tube 12 and the metal layer 14 also have a function of diverting current when some accident occurs.

光ファイバ１１が収められる金属管１２は、巻芯１の長手方向に沿って螺旋状に配置され、１条の超電導ケーブルに対して少なくとも１本必要であるが、本実施形態では第２のカーボン紙４上の周方向にほぼ等間隔で複数本、例えば３本配置されている。   The metal tube 12 in which the optical fiber 11 is accommodated is spirally arranged along the longitudinal direction of the core 1, and at least one metal tube 12 is required for one superconducting cable. A plurality of, for example, three are arranged at substantially equal intervals in the circumferential direction on the paper 4.

金属層１４は、金属管１２とともに光ファイバ１１を保護する役割を有効に果たすために、その厚さを金属管１２の外径と一致させるかそれ以上であることが好ましい。金属管１２の外径は１ｍｍ〜２ｍｍであり、例えば、低温冷却時に金属管１２が熱収縮することを考慮して１．４ｍｍとする場合には、金属層１４の厚さも１．４ｍｍ相当とする。   In order to effectively perform the role of protecting the optical fiber 11 together with the metal tube 12, the metal layer 14 preferably has a thickness equal to or greater than the outer diameter of the metal tube 12. The outer diameter of the metal tube 12 is 1 mm to 2 mm. For example, when the metal tube 12 is 1.4 mm in consideration of thermal contraction during low temperature cooling, the thickness of the metal layer 14 is also equivalent to 1.4 mm. To do.

また、金属層１４を構成する金属線は、超電導導体層３を構成する超電導線材を巻き付ける機械を使用して巻き付けられる。従って、金属層１４を構成する金属線の幅は、超電導導体層３を構成する超電導線材の幅と一致する大きさとする。例えば、その金属線の幅を、超電導線材の幅と同じ幅、例えば４ｍｍとする。これにより、応力に弱い超電導線材の上にも金属線を巻き付けることができるようになる。 Further, the metal wire constituting the metal layer 14 is wound using a machine for winding the superconducting wire constituting the superconducting conductor layer 3. Therefore, the width of the metal wire constituting the metal layer 14 is set to be the same as the width of the superconducting wire constituting the superconducting conductor layer 3. For example, the width of the metal wire is the same as the width of the superconducting wire , for example, 4 mm. As a result, the metal wire can be wound on the superconducting wire which is weak against stress.

即ち、剛性の高い材料を巻き付ける機械は一般に２０Ｎ以上の張力で導体線材を巻き付ける構造を有しているのに対して、超電導体素線を巻き付ける機械はその張力を１０Ｎ以下で巻き付けることができる構造を有している。金属線を２０Ｎ未満の低張力で巻き付けることにより、超電導導体層３に加わる応力を低減することが可能になる。   That is, a machine for winding a highly rigid material generally has a structure for winding a conductor wire with a tension of 20 N or more, whereas a machine for winding a superconductor element can wind its tension at 10 N or less. have. By winding the metal wire with a low tension of less than 20N, the stress applied to the superconducting conductor layer 3 can be reduced.

それらの条件を満たす金属線としては、素線の径と編み方によって幅と厚さが簡単に調整でき、且つ良導体からなる編組線を適用することが効率がよい。編組線を構成する素線として銅線を適用する。   As a metal wire that satisfies these conditions, it is efficient to apply a braided wire made of a good conductor, and the width and thickness can be easily adjusted by the diameter and knitting method of the strands. A copper wire is applied as a wire constituting the braided wire.

以上のような温度モニタリング層１０は、その上に第３のカーボン紙５を巻き付けることにより押さえられる。   The temperature monitoring layer 10 as described above is pressed by winding the third carbon paper 5 thereon.

第３のカーボン紙５の上にはクラフト紙、半合成紙等よりなる絶縁テープを巻き付けて構成される電気絶縁層６が形成されている。絶縁テープの層数は、超電導ケーブルに必要な耐電圧値に応じて適宜調整される。なお、半合成紙として、例えばオリエンテッドポリプロピレンラミネートペーパ、ポリプロピレンラミネートペーパ等が適用される。   On the third carbon paper 5, there is formed an electrical insulating layer 6 formed by winding an insulating tape made of kraft paper, semi-synthetic paper or the like. The number of layers of the insulating tape is appropriately adjusted according to the withstand voltage value required for the superconducting cable. As semi-synthetic paper, for example, oriented polypropylene laminate paper, polypropylene laminate paper and the like are applied.

さらに、電気絶縁層６の外周には、複数本の超電導線材を螺旋状に巻くことにより形成される超電導遮蔽層７が配置されている。その超電導線材として、上記した酸化物超電導線材と金属超電導線材のいずれかを用い、例えば、ビスマス（Bi）系の酸化物超電導線材に銀マグネシウム合金シースを施してなる高温超電導テープを用いる。その超電導線材の幅は、例えば４ｍｍ程度である。   Furthermore, a superconducting shielding layer 7 formed by spirally winding a plurality of superconducting wires is disposed on the outer periphery of the electrical insulating layer 6. As the superconducting wire, any one of the above-described oxide superconducting wire and metal superconducting wire is used. For example, a high-temperature superconducting tape obtained by applying a silver magnesium alloy sheath to a bismuth (Bi) -based oxide superconducting wire is used. The width of the superconducting wire is, for example, about 4 mm.

また、超電導遮蔽層７は、単層又は複数層形成して構成される。超電導線材を複数層で巻く場合には、上の層と下の層の間に絶縁テープを介在させてもよい。   The superconducting shielding layer 7 is formed by forming a single layer or a plurality of layers. When the superconducting wire is wound in a plurality of layers, an insulating tape may be interposed between the upper layer and the lower layer.

なお、シースとして超電導導体層３に用いられる他の材料を使用してもよく、さらに、シースの代わりに銀、ニッケルなどのテープ状基材を用いてもよい。   Other materials used for the superconducting conductor layer 3 may be used as the sheath, and a tape-like substrate such as silver or nickel may be used instead of the sheath.

超電導遮蔽層７の外周には、テープ状のカーボン紙、絶縁クラフト紙等を螺旋状に巻いて構成される絶縁性保護層８が配置され、その上には第４のカーボン紙９が巻かれている。さらに、第４のカーボン紙９の外周には不織布１５が巻かれている。なお、不織布１５の代わりに金巾を用いてもよい。 On the outer periphery of the superconducting shielding layer 7, an insulating protective layer 8 configured by spirally winding a tape-like carbon paper, an insulating kraft paper or the like is disposed, and a fourth carbon paper 9 is wound thereon. ing. Furthermore, a nonwoven fabric 15 is wound around the outer periphery of the fourth carbon paper 9. A gold width may be used instead of the nonwoven fabric 15.

巻芯１から不織布１５までの各層により構成されるケーブルコアは、金属から構成されて可撓性を有するコルゲート状の断熱用内管１６に収納されており、断熱用内管１６内に流される液体窒素等の冷媒により極低温に保たれる。また、断熱用内管１６は、その外径より口径の大きなコルゲート状の断熱用外管１８の中に収納される。   The cable core composed of each layer from the core 1 to the nonwoven fabric 15 is housed in a corrugated heat insulating inner tube 16 made of metal and having flexibility, and flows into the heat insulating inner tube 16. It is kept at a very low temperature by a refrigerant such as liquid nitrogen. The heat insulating inner tube 16 is housed in a corrugated heat insulating outer tube 18 having a larger diameter than the outer diameter.

さらに、断熱用外管１８と断熱用内管１６の間に形成される空間は減圧されて真空状態に保持されることにより、外部から断熱用内管１８への熱の侵入が抑制されている。また、その空間には、例えばスーパーインシュレーションを多層に巻き付けて形成された断熱層１７が介在されている。   Further, the space formed between the heat insulating outer tube 18 and the heat insulating inner tube 16 is reduced in pressure and kept in a vacuum state, so that intrusion of heat from the outside to the heat insulating inner tube 18 is suppressed. . Further, in that space, for example, a heat insulating layer 17 formed by winding super insulation in multiple layers is interposed.

以上のような構成を有する超電導ケーブルによれば、温度モニタリング用に配置される光ファイバ１１を金属管１２内に収めるとともに、その金属管１２をその両側で金属層１４により挟むようにしている。   According to the superconducting cable having the above-described configuration, the optical fiber 11 arranged for temperature monitoring is housed in the metal tube 12, and the metal tube 12 is sandwiched between the metal layers 14 on both sides thereof.

これによって、断熱用内管１６内でのケーブルコア１〜１５の自重や超電導ケーブル敷設時の側圧等の応力によって断熱用内管１６内側での波形の突出部とケーブルコア１〜１５の相互間に力が作用しても、光ファイバ１１に加えられる応力が金属管１２及び金属層１４によって抑制されるので、光ファイバ１１が保護されて損傷を受け難くなる。さらに、超電導導体層３は、その外周に配置された温度モニタリング層１０によって断熱用内管１６の応力から保護される。 As a result, the corrugated protrusions on the inner side of the inner pipe 16 for heat insulation and the cable cores 1 to 15 are caused by the self-weight of the cable cores 1 to 15 in the inner pipe 16 for heat insulation or the stress such as the side pressure when the superconducting cable is laid. Even if a force acts on the optical fiber 11, the stress applied to the optical fiber 11 is suppressed by the metal tube 12 and the metal layer 14, so that the optical fiber 11 is protected and hardly damaged. Furthermore, the superconducting conductor layer 3 is protected from the stress of the heat insulating inner tube 16 by the temperature monitoring layer 10 disposed on the outer periphery thereof.

温度モニタリング層１０内の光ファイバ１１を用いて超電導ケーブルの温度分布を測定する場合には、例えば光時間領域反射測定法（ＯＴＤＲ：Optical Time Domain Reflectometry）を用いるが、温度モニタリング層１０の光ファイバ１１が金属管１２と金属層１４により保護されているので、測定エラーが生じにくくなって超電導ケーブルの温度管理の信頼性が高まる。特に、超電導導体層３から最も近い位置に光ファイバ１１が配置されているので、超電導導体層３の温度を正確に測定できる。   When the temperature distribution of the superconducting cable is measured using the optical fiber 11 in the temperature monitoring layer 10, for example, an optical time domain reflectometry (OTDR) method is used, but the optical fiber of the temperature monitoring layer 10 is used. Since 11 is protected by the metal tube 12 and the metal layer 14, measurement errors are less likely to occur, and the reliability of temperature management of the superconducting cable is increased. In particular, since the optical fiber 11 is disposed closest to the superconducting conductor layer 3, the temperature of the superconducting conductor layer 3 can be accurately measured.

ところで、温度モニタリング層１０の配置位置は、ケーブルコア１〜１５の中であれば特に制約されるものではなく、絶縁層６中であってもよい。そこで、次の実施形態では、温度モニタリング層１０を超電導遮蔽層７の外周に配置した構造について説明する。   By the way, the arrangement position of the temperature monitoring layer 10 is not particularly limited as long as it is in the cable cores 1 to 15, and may be in the insulating layer 6. Therefore, in the next embodiment, a structure in which the temperature monitoring layer 10 is disposed on the outer periphery of the superconducting shielding layer 7 will be described.

（第２の実施の形態）
図４は、本発明の第２の実施の形態を示す超電導ケーブルの層構造を示す構成図であり、図５は、図４に示す超電導ケーブルの長手方向に対して直角に切断した状態を示す断面図である。図４、図５において、図１、図２、図３と同じ符号は同じ要素を示している。図４、図５において、円筒状の巻芯１の外周には、第１の実施の形態と同様に、第１のカーボン紙２、超電導導体層３、第２のカーボン紙４が順に配置されている。 (Second Embodiment)
FIG. 4 is a configuration diagram showing a layer structure of a superconducting cable showing a second embodiment of the present invention, and FIG. 5 shows a state cut at right angles to the longitudinal direction of the superconducting cable shown in FIG. It is sectional drawing. 4 and 5, the same reference numerals as those in FIGS. 1, 2, and 3 indicate the same elements. 4 and 5, the first carbon paper 2, the superconducting conductor layer 3, and the second carbon paper 4 are sequentially arranged on the outer periphery of the cylindrical core 1, as in the first embodiment. ing.

第２のカーボン紙４の上には、クラフト紙、半合成紙等よりなる絶縁テープを巻き付けて構成される電気絶縁層６が形成されている。絶縁テープの層数は、超電導ケーブルに必要な耐電圧値に応じて適宜調整される。   On the second carbon paper 4, an electrical insulating layer 6 formed by winding an insulating tape made of kraft paper, semi-synthetic paper or the like is formed. The number of layers of the insulating tape is appropriately adjusted according to the withstand voltage value required for the superconducting cable.

さらに、電気絶縁層６の外周には、複数本の超電導線材を螺旋状に巻いて超電導遮蔽層７が形成されている。その超電導線材として、ビスマス（Bi）系の酸化物超電導線材に銀マグネシウム合金シースを施してなる高温超電導テープを用いる。その超電導線材の幅は、例えば４ｍｍ程度である。なお、超電導線材を複数層で巻く場合には、上の層と下の層の間に絶縁テープを介在させてもよい。   Furthermore, a superconducting shielding layer 7 is formed on the outer periphery of the electrical insulating layer 6 by spirally winding a plurality of superconducting wires. As the superconducting wire, a high-temperature superconducting tape obtained by applying a silver magnesium alloy sheath to a bismuth (Bi) -based oxide superconducting wire is used. The width of the superconducting wire is, for example, about 4 mm. When the superconducting wire is wound in a plurality of layers, an insulating tape may be interposed between the upper layer and the lower layer.

超電導遮蔽層７を構成する超電導線材として、第１の実施形態と同様に、Bi系以外の酸化物超電導線材、又は金属超電導線材のいずれかを選択してもよい。また、シースとして、銀マグネシウムの他に第１実施形態で示した材料を適用してもよく、さらに、シースの代わりに銀、ニッケルなどのテープ状基材を用いてもよい。 As the superconducting wire constituting the superconducting shielding layer 7, any one of oxide superconducting wires other than Bi-based materials and metal superconducting wires may be selected as in the first embodiment. In addition to the silver magnesium, the material shown in the first embodiment may be applied as the sheath, and a tape-like substrate such as silver or nickel may be used instead of the sheath.

超電導遮蔽層７の外周には、テープ状のカーボン紙、絶縁クラフト紙等を螺旋状に巻いて構成される保護層８が形成されている。
On the outer periphery of the superconducting shielding layer 7, a protective layer 8 is formed by spirally winding a tape-like carbon paper, an insulating kraft paper or the like.

そして、保護層８の上には、光ファイバを備えた温度モニタリング層１０が配置されている。この温度モニタリング層１０は、第１の実施形態と同様に、光ファイバ１１を内部に収めた金属管１２と、金属管１２を収める溝１３を有する金属層１４とから構成されている。金属管１２、金属層１４は、第１の実施形態と同じ構成である。   A temperature monitoring layer 10 including an optical fiber is disposed on the protective layer 8. As in the first embodiment, the temperature monitoring layer 10 includes a metal tube 12 that houses the optical fiber 11 and a metal layer 14 that has a groove 13 that houses the metal tube 12. The metal tube 12 and the metal layer 14 have the same configuration as in the first embodiment.

金属管１２は、巻芯１の長手方向に沿って螺旋状又は直線状に配置され、１条の超電導ケーブルに対して少なくとも１本必要であるが、本実施形態では保護層８の周方向に３本配置されている。   The metal tube 12 is arranged spirally or linearly along the longitudinal direction of the core 1, and at least one metal tube 12 is required for one superconducting cable. In this embodiment, the metal tube 12 is arranged in the circumferential direction of the protective layer 8. Three are arranged.

金属層１４の厚さは、第１の実施形態で説明したように、金属層１４に光ファイバ１１を保護する役割を有効に果たせるために、金属管１２の外径と一致させるかそれ以上であることが好ましい。   As described in the first embodiment, the thickness of the metal layer 14 is equal to or larger than the outer diameter of the metal tube 12 in order to effectively play the role of protecting the optical fiber 11 in the metal layer 14. Preferably there is.

また、金属層１４を構成する金属線は、超電導導体層３や超電導遮蔽層７を構成する超電導線材を巻き付ける機械を使用して巻き付けられる。従って、金属層１４を構成する金属線の幅は、超電導導体層３や超電導遮蔽層７を構成する超電導線材の幅と一致する大きさであることが好ましい。例えば、その金属線の幅を、超電導線材の幅と同じ幅、例えば４ｍｍとする。これにより、応力に弱い超電導線材の上にも金属線を巻き付けて、超電導導体層３、超電導遮蔽層７に加わる応力を低減することが可能になる。 Moreover, the metal wire which comprises the metal layer 14 is wound using the machine which winds the superconducting wire which comprises the superconducting conductor layer 3 and the superconducting shielding layer 7. FIG. Therefore, it is preferable that the width of the metal wire constituting the metal layer 14 is the same as the width of the superconducting wire constituting the superconducting conductor layer 3 and the superconducting shielding layer 7. For example, the width of the metal wire is the same as the width of the superconducting wire , for example, 4 mm. This makes it possible to reduce the stress applied to the superconducting conductor layer 3 and the superconducting shielding layer 7 by winding a metal wire on the superconducting wire which is weak against stress.

それらの条件を満たす金属線としては、素線径と編み方によって幅と厚さが簡単に調整でき、且つ良導体である銅の編組線を適用するのが効率がよい。   As a metal wire that satisfies these conditions, it is efficient to apply a copper braided wire that can be easily adjusted in width and thickness depending on the wire diameter and knitting method, and is a good conductor.

以上のような温度モニタリング層１０は、その上に第３のカーボン紙５が巻き付けられて束ねられている。さらに、第３のカーボン紙５の外周には不織布１５が巻かれている。なお、不織布１５の代わりに金巾を用いてもよい。   The temperature monitoring layer 10 as described above is bundled by winding the third carbon paper 5 thereon. Further, a nonwoven fabric 15 is wound around the outer periphery of the third carbon paper 5. A gold width may be used instead of the nonwoven fabric 15.

以上の巻芯１から不織布１５までのケーブルコアは、可撓性を有する金属からなるコルゲート状の断熱用内管１６に収納されて、断熱用内管１６内に流される液体窒素等の冷媒により極低温に保たれる。また、断熱用内管１６は、その外径より口径の大きなコルゲート状の断熱用外管１８の中に収納される。   The cable core from the core 1 to the nonwoven fabric 15 is housed in a corrugated heat insulating inner tube 16 made of a flexible metal, and is cooled by a refrigerant such as liquid nitrogen flowing into the heat insulating inner tube 16. It is kept at a very low temperature. The heat insulating inner tube 16 is housed in a corrugated heat insulating outer tube 18 having a larger diameter than the outer diameter.

さらに、断熱用外管１８と断熱用内管１６の間には、断熱層１７が介在され、さらに、その間に形成される空間は減圧されて真空状態に保持されることにより、外部から断熱用内管１６への熱の侵入が抑制されている。   Further, a heat insulating layer 17 is interposed between the heat insulating outer tube 18 and the heat insulating inner tube 16, and the space formed between them is reduced in pressure and kept in a vacuum state, so that the heat insulating layer 17 is insulated from the outside. Intrusion of heat into the inner tube 16 is suppressed.

以上のような超電導ケーブルによれば、温度モニタリングに用いられる光ファイバ１１を金属管１２内に収めるとともに、その金属管１２をその両側で金属層１４により挟むようにして超電導遮蔽層７の外周に巻かれている。   According to the superconducting cable as described above, the optical fiber 11 used for temperature monitoring is housed in the metal tube 12, and the metal tube 12 is wound around the outer periphery of the superconducting shielding layer 7 so as to be sandwiched between the metal layers 14 on both sides thereof. ing.

従って、断熱用内管１６内のケーブルコア１〜１５の自重や超電導ケーブル敷設時の側圧等の応力が生じて、断熱用内管１８内側の波状の山部からケーブルコア１〜１５に力が加えられても、金属管１２と金属層１４によって光ファイバ１１は保護されて損傷されにくくなる。これにより、光ファイバ１１を用いて超電導ケーブルの温度分布を測定する場合の信頼性が高まる。   Accordingly, stresses such as the self-weight of the cable cores 1 to 15 in the heat insulation inner pipe 16 and the side pressure at the time of laying the superconducting cable are generated, and a force is applied to the cable cores 1 to 15 from the wavy peaks inside the heat insulation inner pipe 18. Even if added, the optical fiber 11 is protected by the metal tube 12 and the metal layer 14 and is not easily damaged. Thereby, the reliability in the case of measuring the temperature distribution of a superconducting cable using the optical fiber 11 increases.

また、超電導遮蔽層７及び超電導導体層３は、その外周に配置された温度モニタリング層１０によって断熱用内管１６の応力から保護される。なお、温度モニタリング層１０は、超電導遮蔽層７の外周に配置されているので、高電圧の影響を受けずに信号出力装置の煩雑化が避けられる。 Further, the superconducting shielding layer 7 and the superconducting conductor layer 3 are protected from the stress of the heat insulating inner tube 16 by the temperature monitoring layer 10 disposed on the outer periphery thereof. In addition, since the temperature monitoring layer 10 is arrange | positioned on the outer periphery of the superconducting shielding layer 7, the complication of a signal output device can be avoided without being influenced by a high voltage.

（第３の実施の形態）
図６は、本発明の第３の実施の形態を示す超電導ケーブルの層構造を示す構成図であり、図７は、図６に示す超電導ケーブルの長手方向に対して直角に切断した状態を示す断面図である。図６、図７において、図３、図４、図５と同じ符号は同じ要素を示している。 (Third embodiment)
FIG. 6 is a configuration diagram showing a layer structure of a superconducting cable showing a third embodiment of the present invention, and FIG. 7 shows a state cut at right angles to the longitudinal direction of the superconducting cable shown in FIG. It is sectional drawing. 6 and 7, the same reference numerals as those in FIGS. 3, 4, and 5 indicate the same elements.

図６、図７において、巻芯１の外周には、第２の実施の形態と同様に、第１のカーボン紙２、超電導導体層３、第２のカーボン紙４、電気絶縁層６、超電導遮蔽層７、絶縁性保護層８が順に配置されている。 6 and 7, on the outer periphery of the core 1, as in the second embodiment, the first carbon paper 2, the superconducting conductor layer 3, the second carbon paper 4, the electric insulating layer 6, the superconducting material The shielding layer 7 and the insulating protective layer 8 are arranged in this order.

絶縁性保護層８の外周には、第１実施形態と同様な構成で、巻芯１の長手方向に沿って螺旋状又は直線状に配置される金属管１２と、金属管１２を収める隙間１３を有する金属層１４とを有する温度モニタリング層１０が配置されている。金属管１２内には、図３に示したように光ファイバ１１が収められている。   On the outer periphery of the insulating protective layer 8, the metal tube 12 is arranged in a spiral or linear shape along the longitudinal direction of the core 1 with the same configuration as that of the first embodiment, and a gap 13 for housing the metal tube 12. A temperature monitoring layer 10 having a metal layer 14 having The optical fiber 11 is housed in the metal tube 12 as shown in FIG.

温度モニタリング層１０の上には第３のカーボン紙５が巻き付けられている。さらに、第３のカーボン紙５の上には、良導体からなる金属編組線を巻き付けて構成される金属保護層２０が一層以上配置されている。金属保護層２０を構成する金属編組線は、例えば、温度モニタリング層１０を構成する金属層１４に適用されると同じ構造の金属編組線を選択してもよい。   A third carbon paper 5 is wound on the temperature monitoring layer 10. Further, one or more metal protective layers 20 formed by winding a metal braided wire made of a good conductor are disposed on the third carbon paper 5. As the metal braided wire constituting the metal protective layer 20, for example, a metal braided wire having the same structure as that applied to the metal layer 14 constituting the temperature monitoring layer 10 may be selected.

その金属保護層２０は、その上に巻かれる第４のカーボン紙２１によって押さえられている。第４のカーボン紙２１の外周には不織布１５が巻かれている。なお、不織布１５の代わりに金巾を用いてもよい。   The metal protective layer 20 is pressed by a fourth carbon paper 21 wound thereon. A nonwoven fabric 15 is wound around the outer periphery of the fourth carbon paper 21. A gold width may be used instead of the nonwoven fabric 15.

以上の巻芯１から不織布１５までのケーブルコアは、可撓性を有する金属からなるコルゲート状の断熱用内管１６に収納され、断熱用内管１６内に流される液体窒素等の冷媒により極低温に保たれる。また、断熱用内管１６は、その外径より口径の大きなコルゲート状の断熱用外管１８の中に収納される。   The cable core from the core 1 to the nonwoven fabric 15 is housed in a corrugated heat insulating inner tube 16 made of a flexible metal, and is poled by a refrigerant such as liquid nitrogen flowing into the heat insulating inner tube 16. Kept at low temperature. The heat insulating inner tube 16 is housed in a corrugated heat insulating outer tube 18 having a larger diameter than the outer diameter.

さらに、断熱用外管１８と断熱用内管１６の間には、第１実施形態と同様に断熱層１７が介在され、さらに、その間に形成される空間は減圧されて真空状態に保持されることにより、外部から断熱用内管１６への熱の侵入が抑制されている。   Further, a heat insulating layer 17 is interposed between the heat insulating outer tube 18 and the heat insulating inner tube 16 as in the first embodiment, and the space formed therebetween is reduced in pressure and kept in a vacuum state. As a result, intrusion of heat from the outside to the heat insulating inner tube 16 is suppressed.

以上のような超電導ケーブルによれば、温度モニタリング用に配置される光ファイバ１１を金属管１２内に収めるとともに、その金属管１２をその両側で金属層１４により挟むようにしている。   According to the superconducting cable as described above, the optical fiber 11 arranged for temperature monitoring is housed in the metal tube 12, and the metal tube 12 is sandwiched between the metal layers 14 on both sides thereof.

これによって、断熱用内管１６内のケーブルコア１〜１５、２０、２１の自重や超電導ケーブル敷設時の側圧等の応力が生じて、断熱用内管１６の内側の突出部とケーブルコア部〜１５、２０、２１の相互間に応力が発生しても、光ファイバ１１は、金属管１２と金属層１４によって保護されて損傷され難くなる。 As a result, stresses such as the own weight of the cable cores 1 to 15, 20, and 21 in the heat insulation inner pipe 16 and the side pressure at the time of laying the superconducting cable are generated, and the protrusions and the cable core parts inside the heat insulation inner pipe 16 Even if a stress is generated between 15, 20, and 21, the optical fiber 11 is protected by the metal tube 12 and the metal layer 14 and is not easily damaged.

しかも、光ファイバ１１は、金属管１２、金属層１４のみならず外周で金属保護層２０により囲まれているので、断熱用内管１６からの応力が二重に防護され、外力による損傷をさらに受けにくくなる。特に、金属層１４の剛性よりも金属管１２の剛性が高く、金属層１４が光ファイバ１１を十分に保護できないおそれがある場合には、金属保護層２０は光ファイバ１１の予備的な保護に有効である。   Moreover, since the optical fiber 11 is surrounded not only by the metal tube 12 and the metal layer 14 but also by the metal protective layer 20 at the outer periphery, the stress from the heat insulating inner tube 16 is double protected, and damage due to external force is further increased. It becomes difficult to receive. In particular, when the rigidity of the metal tube 12 is higher than the rigidity of the metal layer 14 and the metal layer 14 may not sufficiently protect the optical fiber 11, the metal protective layer 20 is used for preliminary protection of the optical fiber 11. It is valid.

また、超電導遮蔽層７及び超電導導体層３は、温度モニタリング層１０と金属保護層２０の二層以上の構造により、断熱用内管１６内側の波状の突出部からの押圧力による損傷を受けにくくなる。なお、第１〜第３の実施の形態に示した温度モニタリング層１０において、金属層１４の替わりに導電性カーボンその他の導電性材料からなる層を適用してもよい。 Further, the superconducting shielding layer 7 and the superconducting conductor layer 3 are less likely to be damaged by the pressing force from the wavy protruding portion inside the heat insulating inner tube 16 due to the structure of two or more layers of the temperature monitoring layer 10 and the metal protective layer 20. Become. In the temperature monitoring layer 10 shown in the first to third embodiments, a layer made of conductive carbon or other conductive material may be applied instead of the metal layer 14.

ところで、上述した実施形態の効果を確認するために、第２、第３の実施形態に係る超電導ケーブルと図１０に示す比較例に係る超電導ケーブルを試作し、これらの試料に側圧を与え、それらの超電導ケーブル内の光ケーブルと超電導遮蔽層に与える影響を調査した。
なお、第３の実施形態に係る超電導ケーブルを試料１とし、第２の実施形態に係る超電導ケーブルを試料２とし、比較例に係る超電導ケーブルを試料３とした。比較例に係る超電導ケーブルにおいて、光ファイバは金属管に入れて配置した。 By the way, in order to confirm the effects of the above-described embodiments, the superconducting cables according to the second and third embodiments and the superconducting cable according to the comparative example shown in FIG. 10 are prototyped, and a lateral pressure is applied to these samples. The effects on the optical cable and superconducting shielding layer in the superconducting cable were investigated.
The superconducting cable according to the third embodiment was designated as sample 1, the superconducting cable according to the second embodiment was designated as sample 2, and the superconducting cable according to the comparative example was designated as sample 3. In the superconducting cable according to the comparative example, the optical fiber was placed in a metal tube.

それらの評価は、超電導ケーブルに０kN/m〜５kN/mまでの圧力を与えて、与えた毎に超電導遮蔽層の臨界電流値（Ｉc ）測定と光ファイバのロス測定を行うことにより実施したところ、図８、図９に示すような結果が得られた。なお、臨界電流値、光ファイバロスともに０kN時の値を１００％として表記した。   These evaluations were performed by applying a pressure of 0 kN / m to 5 kN / m to the superconducting cable and measuring the critical current (Ic) of the superconducting shielding layer and measuring the loss of the optical fiber each time it was applied. The results shown in FIGS. 8 and 9 were obtained. Note that the critical current value and the optical fiber loss are expressed as 100% at 0 kN.

図８，図９において、試料１では、超電導遮蔽層の臨界電流値の低下も光ファイバのロスの増加も認められないが、試料２では試料１に比べて臨界電流値がわずかに低下する一方、光ファイバのロスがわずかに増加した。これに対して、試料３では、臨界電流値は大幅に低下する一方、光ファイバのロスは大幅に増加した。   8 and 9, in sample 1, neither the decrease in the critical current value of the superconducting shielding layer nor the increase in the loss of the optical fiber is observed, but in sample 2, the critical current value slightly decreases compared to sample 1. The optical fiber loss increased slightly. On the other hand, in sample 3, the critical current value significantly decreased, while the loss of the optical fiber increased significantly.

また、光ファイバが収められた金属管の外観を調査したところ、試料１では金属管に特に異常が見られないが、試料２、試料３では断熱用の波付き断熱用内管の内側の山で金属管が潰れていることを目視により確認した。ただし、試料２の金属管の潰れは、試料３の金属管の潰れに比べて小さかった。   Further, when the appearance of the metal tube containing the optical fiber was examined, in Sample 1, there was no abnormality in the metal tube, but in Sample 2 and Sample 3, the peaks inside the corrugated heat insulating inner tube were used. It was visually confirmed that the metal tube was crushed. However, the collapse of the metal tube of sample 2 was smaller than the collapse of the metal tube of sample 3.

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る超電導ケーブルを示す構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram showing a superconducting cable according to a first embodiment of the present invention. 図２は、本発明の第１の実施の形態に係る超電導ケーブルの長手方向に対して直角に切断した状態を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a state in which the superconducting cable according to the first embodiment of the present invention is cut at right angles to the longitudinal direction. 図３は、本発明の実施の形態に係る超電導ケーブルに取り付けられる金属管とその中に収められる光ケーブルを示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing a metal tube attached to the superconducting cable according to the embodiment of the present invention and an optical cable housed therein. 図４は、本発明の第２の実施の形態に係る超電導ケーブルを示す構成図である。FIG. 4 is a block diagram showing a superconducting cable according to the second embodiment of the present invention. 図５は、本発明の第２の実施の形態に係る超電導ケーブルの長手方向に対して直角に切断した状態を示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view showing a state in which the superconducting cable according to the second embodiment of the present invention is cut at right angles to the longitudinal direction. 図６は、本発明の第３の実施の形態に係る超電導ケーブルを示す構成図である。FIG. 6 is a block diagram showing a superconducting cable according to the third embodiment of the present invention. 図７は、本発明の第３の実施の形態に係る超電導ケーブルの長手方向に対して直角に切断した状態を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing a state where the superconducting cable according to the third embodiment of the present invention is cut at right angles to the longitudinal direction. 図８は、本発明の実施の形態に係る超電導ケーブルと従来技術に係る超電導ケーブルについて、側圧と光ファイバロス増加率の関係を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the lateral pressure and the optical fiber loss increase rate for the superconducting cable according to the embodiment of the present invention and the superconducting cable according to the prior art. 図９は、本発明の実施の形態に係る超電導ケーブルと従来技術に係る超電導ケーブルについて、側圧と超電導導体臨界電流値低下率の関係を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the lateral pressure and the superconducting conductor critical current value reduction rate for the superconducting cable according to the embodiment of the present invention and the superconducting cable according to the prior art. 図１０は、従来技術に係る超電導ケーブルを示す構成図である。FIG. 10 is a block diagram showing a superconducting cable according to the prior art. 図１１は、従来技術に係る超電導ケーブルの長手方向に対して直角に切断した状態を示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing a state in which the superconducting cable according to the prior art is cut at right angles to the longitudinal direction. 図１２は、従来技術に係る問題点を示す超電導ケーブルの長手方向の断面図である。FIG. 12 is a cross-sectional view in the longitudinal direction of a superconducting cable showing the problems associated with the prior art.

符号の説明Explanation of symbols

１：巻芯
２，４，５，９：カーボン紙
３：超電導導体層
６：電気絶縁層
７：超電導遮蔽層
８：絶縁性保護層
１０：温度モニタリング層
１１：光ファイバ
１２：金属管
１３：溝
１４：金属層
１５：不織布
１６：断熱用内管
１７：断熱層
１８：断熱用外管
２０：金属保護層
２１：カーボン層
1: Core 2, 4, 5, 9: Carbon paper 3: Superconducting conductor layer 6: Electrical insulating layer 7: Superconducting shielding layer 8: Insulating protective layer 10: Temperature monitoring layer 11: Optical fiber 12: Metal tube 13: Groove 14: Metal layer 15: Non-woven fabric 16: Thermal insulation inner tube 17: Thermal insulation layer 18: Thermal insulation outer tube 20: Metal protective layer 21: Carbon layer

Claims (7)

巻芯の周囲に配置される第１の超電導導体層と、
前記第１の超電導導体層の周囲に配置される電気絶縁層と、
前記電気絶縁層の周囲に配置される第２の超電導導体層と、
少なくとも１本の光ファイバを収めた温度モニタリング層とを有し、
前記温度モニタリング層は、前記光ファイバを金属線と同層で巻き付けて形成して構成されていることを特徴とする超電導ケーブルコア。 A first superconducting conductor layer disposed around the core;
An electrically insulating layer disposed around the first superconducting conductor layer;
A second superconducting conductor layer disposed around the electrically insulating layer;
Have a temperature monitoring layer that contains the at least one optical fiber,
The temperature monitoring layer, a superconducting cable core, characterized in Rukoto have the optical fiber is constructed by forming by winding in the same layer as metal wires. 前記温度モニタリング層は、前記第２の超電導導体層の外周に配置されることを特徴とする請求項１に記載の超電導ケーブルコア。 The superconducting cable core according to claim 1, wherein the temperature monitoring layer is disposed on an outer periphery of the second superconducting conductor layer. 前記金属線は良導体であることを特徴とする請求項１に記載の超電導ケーブルコア。 The superconducting cable core according to claim 1 , wherein the metal wire is a good conductor. 前記光ファイバは、金属管に収納されていることを特徴とする請求項１に記載の超電導ケーブルコア。 The superconducting cable core according to claim 1 , wherein the optical fiber is housed in a metal tube. 前記温度モニタリング層の外周に形成される一層以上の保護層をさらに有することを特徴とする請求項１または２に記載の超電導ケーブルコア。 Superconducting cable core according to claim 1 or 2, characterized by further comprising a protective layer of one or more layers formed on the outer periphery of the temperature monitoring layer. 前記保護層は良導体からなることを特徴とする請求項５に記載の超電導ケーブルコア。 The superconducting cable core according to claim 5 , wherein the protective layer is made of a good conductor. 請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の超電導ケーブルコアを管に収めてなることを特徴とする超電導ケーブル。 A superconducting cable comprising the superconducting cable core according to any one of claims 1 to 6 in a tube.
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