JP4604775B2 - Superconducting cable - Google Patents

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Description

本発明は、複数のケーブルコアを撚り合わせてなる超電導ケーブル、及びこの超電導ケーブルを利用した直流送電方法に関するものである。特に、ケーブル外径をより小さくすることができる超電導ケーブルに関するものである。   The present invention relates to a superconducting cable formed by twisting a plurality of cable cores, and a DC power transmission method using the superconducting cable. In particular, the present invention relates to a superconducting cable that can reduce the outer diameter of the cable.

従来、交流用超電導ケーブルとして、3つのケーブルコアを一括にした三心一括型のケーブルが知られている。図4は、三心一括型の三相交流用超電導ケーブルの断面図である。この超電導ケーブル100は、断熱管101内に3条のケーブルコア102を撚り合わせて収納させた構成である。断熱管101は、外管101aと内管101bとからなる二重管の間に断熱材(図示せず)が配置され、かつ外管101aと内管101bとの間が真空引きされた構成である。断熱管101の外周には、防食層104を具える。各ケーブルコア102は、中心から順にフォーマ200、超電導導体層201、絶縁層202、超電導シールド層203、保護層204を具え、内管101bと各ケーブルコア102とで囲まれる空間103が液体窒素などの冷媒の流路となる。   Conventionally, as a superconducting cable for alternating current, a three-core package type cable in which three cable cores are integrated is known. FIG. 4 is a cross-sectional view of a three-core collective three-phase AC superconducting cable. The superconducting cable 100 has a configuration in which three cable cores 102 are twisted and housed in a heat insulating tube 101. The heat insulating tube 101 has a structure in which a heat insulating material (not shown) is disposed between the double tubes composed of the outer tube 101a and the inner tube 101b, and the outer tube 101a and the inner tube 101b are evacuated. is there. An anticorrosion layer 104 is provided on the outer periphery of the heat insulating tube 101. Each cable core 102 includes, in order from the center, a former 200, a superconducting conductor layer 201, an insulating layer 202, a superconducting shield layer 203, and a protective layer 204. A space 103 surrounded by the inner tube 101b and each cable core 102 is liquid nitrogen or the like. It becomes the flow path of the refrigerant.

上記超電導ケーブルを用いて交流送電を行うと、インダクタンスによる交流損失が生じたり、短絡時の電流が大きく、このときの損失により温度が過度に上昇する恐れがある。これに対し、交流送電ではなく、超電導ケーブルによる直流送電の場合、交流損失がなく、短絡電流も小さくすることができる。直流用超電導ケーブルとして、特許文献1では、超電導導体と絶縁層とを有するケーブルコアを3条撚り合わせた超電導ケーブルが提案されている。この超電導ケーブルでは、各ケーブルコアをそれぞれ正極コア、負極コア、中性線コアとして双極送電を行う。   When AC power transmission is performed using the superconducting cable, an AC loss due to inductance occurs, or a current at the time of a short circuit is large, and the temperature may excessively increase due to the loss at this time. On the other hand, in the case of DC power transmission using a superconducting cable instead of AC power transmission, there is no AC loss and the short-circuit current can be reduced. As a DC superconducting cable, Patent Document 1 proposes a superconducting cable in which three cable cores each having a superconducting conductor and an insulating layer are twisted together. In this superconducting cable, bipolar power transmission is performed using each cable core as a positive electrode core, a negative electrode core, and a neutral wire core.

特開2003-249130号公報JP 2003-249130 A

上記特許文献1の超電導ケーブルでは、1条のケーブルで双極送電を行うことができる。しかし、このケーブルは、1条のケーブルにケーブルコアを3心も具えることからケーブル外径が大きくなるため、布設スペースによっては適用できないことも考えられる。従って、直流送電を行うにあたり、ケーブル外径をより小さくできる超電導ケーブルの開発が望まれる。また、図4に示す交流用超電導ケーブルも1条のケーブルに3心のコアを具えることから、上記特許文献1のケーブルと同様にケーブル外径が大きい。   The superconducting cable disclosed in Patent Document 1 can perform bipolar power transmission with a single cable. However, since this cable has three cable cores in one cable, the outer diameter of the cable increases, so it may not be applicable depending on the installation space. Therefore, it is desired to develop a superconducting cable capable of reducing the outer diameter of the cable when performing DC power transmission. Also, the AC superconducting cable shown in FIG. 4 has a three-core core in a single cable, so that the outer diameter of the cable is large like the cable of Patent Document 1.

そこで、本発明の主目的は、ケーブル外径がより小さい超電導ケーブルを提供することにある。また、本発明の他の目的は、直流送電に適した超電導ケーブルを提供することにある。更に、本発明の他の目的は、上記超電導ケーブルを利用した直流送電方法を提供することにある。   Accordingly, a main object of the present invention is to provide a superconducting cable having a smaller cable outer diameter. Another object of the present invention is to provide a superconducting cable suitable for direct current power transmission. Furthermore, the other object of this invention is to provide the direct current power transmission method using the said superconducting cable.

本発明は、1条のケーブルに具えるコア数を少なくすることで上記目的を達成する。   The present invention achieves the above object by reducing the number of cores provided in one cable.

即ち、本発明超電導ケーブルは、以下の構成を具える2条のケーブルコアを撚り合わせてなることを特徴とする。各ケーブルコアは、超電導導体層と、前記超電導導体層の外周に設けられる絶縁層と、前記絶縁層の外周に設けられる外部超電導層とを具えるものとする。   That is, the superconducting cable of the present invention is formed by twisting two cable cores having the following configuration. Each cable core includes a superconducting conductor layer, an insulating layer provided on the outer periphery of the superconducting conductor layer, and an external superconducting layer provided on the outer periphery of the insulating layer.

また、本発明直流送電方法は、上記超電導ケーブルを用いた送電方法であって、ケーブルコアに具える超電導導体層、外部超電導層を以下のように用いて送電を行う。
(単極送電)
両コアに具える超電導導体層を往路線路に用い、両コアに具える外部超電導層を帰路線路に用いる。
(双極送電)
一方のコアに具える超電導導体層を正極及び負極のいずれか一極の送電に用い、他方のコアに具える超電導導体層を他極の送電に用いる。そして、各コアの外部超電導層を中性線層とする。
The DC power transmission method of the present invention is a power transmission method using the superconducting cable, and performs power transmission using a superconducting conductor layer and an external superconducting layer included in the cable core as follows.
(Single pole transmission)
The superconducting conductor layer provided in both cores is used for the outgoing line, and the external superconducting layer provided in both cores is used for the return line.
(Bipolar transmission)
The superconducting conductor layer provided in one core is used for power transmission of one of the positive electrode and the negative electrode, and the superconducting conductor layer provided in the other core is used for power transmission of the other electrode. And let the external superconducting layer of each core be a neutral wire layer.

上述の図4に示す交流用超電導ケーブルや、特許文献1の直流用超電導ケーブルでは、冷却時のケーブルコアの収縮代をとるべく、コアを3条撚り合わせ、撚り合わせに弛みを持たせる構成としている。しかし、1条のケーブルに3心のコアを具える構成では、ケーブル径が大きくなってしまう。   In the AC superconducting cable shown in FIG. 4 and the DC superconducting cable disclosed in Patent Document 1, the cores are twisted in three strands so that the cable core contracts during cooling. Yes. However, a configuration in which a single cable has a three-core core increases the cable diameter.

例えば、中心から順にフォーマ、超電導導体層、絶縁層、銅製のシールド層、保護層を具えるケーブルコアを3条用意し、各コアを正極コア、負極コア、中性線コアとする直流用超電導ケーブルの大きさを考える。フォーマを含む超電導導体層の外径を20mm、絶縁層の厚さを5mm、シールド層の厚さを1mm、保護層の厚さを2mmとすると、3つのコアの包絡円の直径は、(36/√3+18)×2≒77.6mmとなる。更に、各コア間に5mm厚のスペーサを配置して弛みを持たせた場合、このときの包絡円の直径は、(41/√3+18)×2≒83.3mmとなる。   For example, three cores of cable cores, including a former, superconducting conductor layer, insulating layer, copper shield layer, and protective layer, are prepared in order from the center, and each core is a positive core, negative core, and neutral wire core. Consider the size of the cable. When the outer diameter of the superconducting conductor layer including the former is 20 mm, the thickness of the insulating layer is 5 mm, the thickness of the shield layer is 1 mm, and the thickness of the protective layer is 2 mm, the diameter of the envelope circle of the three cores is (36 /√3+18)×2≒77.6mm. Further, when a spacer having a thickness of 5 mm is disposed between the cores to give slack, the diameter of the envelope circle at this time is (41 / √3 + 18) × 2≈83.3 mm.

一方、直流用超電導ケーブルとして、シールド層を超電導材料にて形成した外部超電導層とし、帰路線路や中性線層として利用する場合、コアを2心とすることができ、上記3心のコアを具える超電導ケーブルよりもケーブル径を小さくすることができる。例えば、上記と同様に中心から順に、フォーマ、超電導導体層、絶縁層、外部超電導層、保護層を具えるケーブルコアを2条用意し、各コアの超電導導体層をそれぞれ正極、負極の送電に用い、両コアの外部超電導層を中性線層とする超電導ケーブルを考える。フォーマを含む超電導導体層の外径を20mm、絶縁層の厚さを5mm、外部超電導層を1mm、保護層の厚さを2mmとすると、2つのコアの包絡円の直径は、(20+5×2+1×2+2×2)×2=72mmとなる。また、各コア間に5mm厚のスペーサを配置して弛みを持たせた場合、その包絡円の直径は、72+5=77mmである。このようにコアを2心とした場合、ケーブルコア3条を撚り合わせた構造の上記超電導ケーブルと比較して、ケーブル径を小さくできる。   On the other hand, when a DC superconducting cable is used as an external superconducting layer with a shield layer formed of a superconducting material and used as a return line or neutral wire layer, the core can be made of two cores. The cable diameter can be made smaller than the superconducting cable provided. For example, in the same way as above, in order from the center, prepare two cable cores including a former, superconducting conductor layer, insulating layer, external superconducting layer, and protective layer, and each core superconducting conductor layer for positive and negative power transmission, respectively. We consider a superconducting cable that uses the outer superconducting layer of both cores as a neutral wire layer. When the outer diameter of the superconducting conductor layer including the former is 20 mm, the thickness of the insulating layer is 5 mm, the outer superconducting layer is 1 mm, and the thickness of the protective layer is 2 mm, the diameter of the envelope circle of the two cores is (20 + 5 × 2 + 1 × 2 + 2 × 2) × 2 = 72mm. In addition, when a spacer having a thickness of 5 mm is disposed between the cores so as to have a slack, the diameter of the envelope circle is 72 + 5 = 77 mm. When two cores are used in this way, the cable diameter can be reduced as compared with the superconducting cable having a structure in which three cable cores are twisted together.

交流用超電導ケーブルにおいても、2心のケーブルコアを具える超電導ケーブルを多条に用いることで3相交流送電を行うことができ、かつ1条のケーブルのケーブル外径を小さくすることがでできる。   Even in superconducting cables for AC, three-phase AC power transmission can be performed by using superconducting cables with two cores in multiple strips, and the outer diameter of one strip can be reduced. .

そこで、本発明では、コアを2心とすることを規定する。以下、本発明をより詳しく説明する。   Therefore, the present invention stipulates that the core has two cores. Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

本発明超電導ケーブルは、超電導導体層と、この超電導導体層の外周に設けられる絶縁層と、この絶縁層の外周に設けられる外部超電導層とを具えるケーブルコア2条を撚り合わせてなるものとする。特に、本発明では、単極送電において外部超電導層を帰路線路として利用し、双極送電において正負極のアンバランス電流を流したり、異常電流を流したりするため、外部超電導層を超電導材料にて形成する。   The superconducting cable of the present invention is formed by twisting two cable cores comprising a superconducting conductor layer, an insulating layer provided on the outer periphery of the superconducting conductor layer, and an external superconducting layer provided on the outer periphery of the insulating layer. To do. In particular, in the present invention, an external superconducting layer is used as a return line in unipolar transmission, and an external superconducting layer is formed of a superconducting material in order to flow positive and negative imbalance currents and abnormal currents in bipolar transmission. To do.

超電導導体層は、例えば、Bi2223系超電導材料からなる複数本のフィラメントが銀シースなどのマトリクス中に配されたテープ状線材を螺旋状に巻回することで形成するとよく、単層でも多層でもよい。多層とする場合、層間絶縁層を設けてもよい。層間絶縁層は、クラフト紙などの絶縁紙やPPLP(住友電気工業株式会社 登録商標)などの半合成絶縁紙を巻回して設けることが挙げられる。このような超電導導体層は、上記超電導材料からなる線材をフォーマの外周に巻回して形成する。フォーマは、銅やアルミニウムなどの金属材料にて形成した中実体でも中空体でもよく、例えば、銅線を複数本撚り合わせた構成のものが挙げられる。上記銅線は、絶縁被覆されたものを利用してもよい。フォーマは、超電導導体層の形状維持部材として機能する。フォーマと超電導導体層との間にクッション層を介在させてもよい。クッション層は、フォーマと超電導線材との間における金属同士の直接接触を回避し、超電導線材の損傷を防止する。特に、フォーマを撚り線構造とした場合、クッション層はフォーマ表面をより平滑な面にする機能も有する。クッション層の具体的材質としては、絶縁紙やカーボン紙が好適に利用できる。   The superconducting conductor layer may be formed, for example, by spirally winding a tape-like wire material in which a plurality of filaments made of Bi2223 series superconducting material are arranged in a matrix such as a silver sheath, and may be a single layer or a multilayer . In the case of a multilayer structure, an interlayer insulating layer may be provided. The interlayer insulating layer may be provided by winding insulating paper such as kraft paper or semi-synthetic insulating paper such as PPLP (registered trademark of Sumitomo Electric Industries, Ltd.). Such a superconducting conductor layer is formed by winding a wire made of the superconducting material around the outer periphery of the former. The former may be a solid body or a hollow body formed of a metal material such as copper or aluminum, and examples thereof include a configuration in which a plurality of copper wires are twisted together. The copper wire may be insulated. The former functions as a shape maintaining member for the superconducting conductor layer. A cushion layer may be interposed between the former and the superconducting conductor layer. The cushion layer avoids direct contact between metals between the former and the superconducting wire, and prevents damage to the superconducting wire. In particular, when the former has a stranded wire structure, the cushion layer also has a function of making the former surface smoother. As a specific material of the cushion layer, insulating paper or carbon paper can be suitably used.

絶縁層は、PPLP(登録商標)などの半合成絶縁紙やクラフト紙などの絶縁紙を巻回して形成することが挙げられる。この絶縁層は、超電導導体層と対地間の絶縁に必要な絶縁強度を具えるようにする。   The insulating layer may be formed by winding semi-synthetic insulating paper such as PPLP (registered trademark) or insulating paper such as kraft paper. This insulating layer has an insulation strength necessary for insulation between the superconducting conductor layer and the ground.

本発明超電導ケーブルを直流送電に用いる場合、上記絶縁層には、その径方向(厚さ方向)の直流電界分布が平滑化されるように、絶縁層の内周側の抵抗率が低く、外周側の抵抗率が高くなるようにρグレーディングを施してもよい。このようにρグレーディングを施して、絶縁層の厚さ方向において段階的に抵抗率を異ならせることで、絶縁層の厚さ方向全体の直流電界分布を平滑化でき、絶縁層の厚みを低減することができる。従って、ケーブル外径をより小径にすることができて好ましい。抵抗率を異ならせる層数は、特に問わないが、実用的には、2,3層程度である。特に、これら各層の厚みを均等にすると、直流電界分布の平滑化をより効果的に行える。   When using the superconducting cable of the present invention for DC power transmission, the insulating layer has a low resistivity on the inner peripheral side of the insulating layer so that the DC electric field distribution in the radial direction (thickness direction) is smoothed, Ρ grading may be applied so that the resistivity on the side becomes higher. By applying ρ grading in this way and gradually changing the resistivity in the thickness direction of the insulating layer, the DC electric field distribution in the entire thickness direction of the insulating layer can be smoothed, and the thickness of the insulating layer is reduced. be able to. Therefore, it is preferable that the outer diameter of the cable can be made smaller. The number of layers for varying the resistivity is not particularly limited, but is practically about 2 or 3 layers. In particular, when the thickness of each of these layers is made uniform, the DC electric field distribution can be smoothed more effectively.

ρグレーディングを施すには、抵抗率(ρ)の異なる絶縁材料を用いるとよく、例えば、クラフト紙といった絶縁紙を利用する場合、クラフト紙の密度を変化させたり、クラフト紙にジシアンジアミドを添加するなどにより、抵抗率を変えることができる。絶縁紙とプラスチックフィルムからなる複合紙、例えばPPLP(登録商標)の場合、複合紙全体の厚みTに対するプラスチックフィルムの厚みtpの比率k=(tp/T)×100を変えたり、絶縁紙の密度、材質、添加物などを変えることにより、抵抗率を変えることができる。比率kの値は、例えば40%〜90%程度の範囲が好ましい。通常、比率kが大きいほど抵抗率ρが大きくなる。   In order to perform ρ grading, it is better to use insulating materials with different resistivity (ρ) .For example, when using insulating paper such as kraft paper, the density of kraft paper is changed, dicyandiamide is added to kraft paper, etc. Thus, the resistivity can be changed. In the case of composite paper consisting of insulating paper and plastic film, such as PPLP (registered trademark), the ratio of the thickness tp of the plastic film to the total thickness T of the composite paper, k = (tp / T) x 100, or the density of the insulating paper The resistivity can be changed by changing materials, additives and the like. The value of the ratio k is preferably in the range of about 40% to 90%, for example. Usually, the resistivity ρ increases as the ratio k increases.

更に、絶縁層は、超電導導体層の近傍に、他の箇所よりも誘電率が高い高ε層を有すると、直流耐電圧特性の向上に加えて、Imp.耐圧特性も向上させることができる。なお、誘電率ε(20℃)は一般的なクラフト紙で3.2〜4.5程度、比率kが40%の複合紙で2.8程度、同60%の複合紙で2.6程度、同80%の複合紙で2.4程度である。特に、比率kが高く、かつ気密度も高めのクラフト紙を用いた複合紙により絶縁層を構成すれば、直流耐電圧とImp.耐圧の双方に優れて好ましい。   Furthermore, if the insulating layer has a high ε layer having a dielectric constant higher than that of other portions in the vicinity of the superconducting conductor layer, the Imp. Withstand voltage characteristic can be improved in addition to the improvement of the direct current withstand voltage characteristic. The dielectric constant ε (20 ° C) is about 3.2 to 4.5 for general kraft paper, about 2.8 for composite paper with a ratio k of 40%, about 2.6 for composite paper of 60%, and about 80% for composite paper. About 2.4. In particular, if the insulating layer is composed of composite paper using kraft paper having a high ratio k and high air density, both DC withstand voltage and Imp.

上記ρグレーディングに加えて、絶縁層は、その内周側ほど誘電率εが高く、外周側ほど誘電率εが低くなるように構成してもよい。このεグレーディングも絶縁層の径方向全域に亘って形成する。また、上述のようにρグレーディングを施すことで本発明超電導ケーブルは、直流特性に優れたケーブルとなり、直流送電に好適に利用することができる。一方、現行の送電線路は、大半が交流で構成されている。今後、送電方式を交流から直流へ移行することを考えた場合、直流送電へ移行する前に、過渡的に本発明ケーブルを用いて交流を送電するケースが想定される。例えば、送電線路の一部のケーブルを本発明超電導ケーブルに交換したが残部が交流送電用ケーブルのままであるとか、送電線路の交流送電用ケーブルを本発明超電導ケーブルに交換したが、ケーブルに接続される送電機器は交流用のままとなっている場合などである。この場合、本発明ケーブルで過渡的に交流送電を行い、その後、最終的に直流送電に移行されることになる。そのため、本発明ケーブルにおいては、直流特性に優れているのみならず、交流特性をも考慮した設計とすることが好ましい。交流特性をも考慮した場合、内周側ほど誘電率εが高く、外周側ほど誘電率εが低い絶縁層とすることで、サージなどのインパルス特性に優れたケーブルを構築することができる。して、上記過渡期が過ぎて直流送電が行われることになった場合には、過渡期に用いていた本発明ケーブルをそのまま直流ケーブルとして利用することができる。即ち、ρグレーディングに加えてεグレーディングを施した本発明ケーブルは、交流直流両用のケーブルとして好適に利用することができる。   In addition to the ρ grading, the insulating layer may be configured such that the dielectric constant ε is higher on the inner peripheral side and the dielectric constant ε is lower on the outer peripheral side. This ε grading is also formed over the entire radial direction of the insulating layer. Further, by applying ρ grading as described above, the superconducting cable of the present invention becomes a cable having excellent direct current characteristics and can be suitably used for direct current power transmission. On the other hand, most of current transmission lines are composed of alternating current. In the future, when considering shifting the power transmission method from AC to DC, a case is assumed in which AC is transiently transmitted using the cable of the present invention before shifting to DC power transmission. For example, a part of the cable of the transmission line is replaced with the superconducting cable of the present invention, but the remaining part remains the AC power transmission cable, or the AC power transmission cable of the power transmission line is replaced with the superconducting cable of the present invention. This is the case when the power transmission equipment is still used for AC. In this case, AC power transmission is transiently performed with the cable of the present invention, and then, finally, transition to DC power transmission is performed. Therefore, the cable of the present invention is preferably designed not only with excellent direct current characteristics but also with consideration for alternating current characteristics. In consideration of AC characteristics, a cable having excellent impulse characteristics such as surge can be constructed by using an insulating layer having a higher dielectric constant ε on the inner peripheral side and lower dielectric constant ε on the outer peripheral side. And when the said transition period passes and direct current power transmission will be performed, this invention cable used in the transition period can be utilized as a direct current cable as it is. That is, the cable of the present invention that has been subjected to ε grading in addition to ρ grading can be suitably used as a cable for both AC and DC.

通常、上述したPPLP(登録商標)は、比率kを高くすると高ρ低εとなる。そのため、絶縁層の外周側ほど比率kの高いPPLP(登録商標)を用いて絶縁層を構成すれば、外周側ほど高ρになり、同時に外周側ほど低εにできる。   Normally, the above-mentioned PPLP (registered trademark) has a high ρ low ε when the ratio k is increased. For this reason, if the insulating layer is configured using PPLP (registered trademark) having a higher ratio k toward the outer peripheral side of the insulating layer, the outer peripheral side becomes higher ρ, and at the same time, the outer peripheral side becomes lower ε.

一方、クラフト紙は、一般に気密度を高くすると高ρ高εになる。そのため、クラフト紙だけで外周側ほど高ρであると共に外周側ほど低εの絶縁層を構成することは難しい。そこで、クラフト紙を用いる場合は、複合紙と組み合わせて絶縁層を構成することが好適である。例えば絶縁層の内周側にクラフト紙層を形成し、その外側にPPLP層を形成することで、抵抗率ρはクラフト紙層<PPLP層となり、誘電率εはクラフト紙層>PPLP層となるようにすればよい。   On the other hand, kraft paper generally has high ρ and high ε when the air density is increased. For this reason, it is difficult to construct an insulating layer having a higher ρ on the outer peripheral side and a lower ε on the outer peripheral side with kraft paper alone. Therefore, when kraft paper is used, it is preferable to configure the insulating layer in combination with composite paper. For example, by forming a kraft paper layer on the inner peripheral side of the insulating layer and forming a PPLP layer on the outer side, the resistivity ρ becomes kraft paper layer <PPLP layer, and the dielectric constant ε becomes kraft paper layer> PPLP layer. What should I do?

上記絶縁層上には、外部超電導層を設ける。この外部超電導層は、上記超電導導体層と同様に超電導材料にて形成する。外部超電導層に用いる超電導材料は、上記超電導導体層の形成に利用したものと同様のものを用いてもよい。また、外部超電導層は、接地電位にしておく。本発明超電導ケーブルを利用して双極送電を行う場合、通常、正極電流と負極電流とは、ほとんど同じ大きさであり互いにキャンセルし合うため、中性線層として機能する外部超電導層には、電圧がほとんどかからない。しかし、本発明では、正極と負極でアンバランスが生じた際のアンバランス電流を流したり、一方の極に異常が生じて双極送電から単極送電に変更する際、送電電流と同等の電流を外部超電導層に流す(単極送電の帰路線路として機能させる)ため、外部超電導層を超電導材料にて形成する。外部超電導層の外周には、絶縁を兼ねた保護層を設けることが好ましい。   An external superconducting layer is provided on the insulating layer. This external superconducting layer is formed of a superconducting material in the same manner as the superconducting conductor layer. The superconducting material used for the external superconducting layer may be the same as that used for forming the superconducting conductor layer. Further, the external superconducting layer is set to the ground potential. When performing bipolar power transmission using the superconducting cable of the present invention, the positive current and the negative current are generally almost the same size and cancel each other, so the external superconducting layer functioning as a neutral wire layer has a voltage It hardly takes. However, in the present invention, when an unbalance current flows when an imbalance occurs between the positive electrode and the negative electrode, or when an abnormality occurs in one of the poles and a change is made from bipolar transmission to unipolar transmission, a current equivalent to the transmission current is used. In order to flow through the external superconducting layer (function as a return line for monopolar power transmission), the external superconducting layer is formed of a superconducting material. It is preferable to provide a protective layer also serving as an insulation on the outer periphery of the external superconducting layer.

その他、絶縁層の内外周の少なくとも一方、つまり超電導導体層と絶縁層との間や、絶縁層と外部超電導層との間に半導電層を形成してもよい。前者の内部半導電層、後者の外部半導電層を形成することで、超電導導体層と絶縁層の間或いは絶縁層と外部超電導層の間での密着性を高め、部分放電の発生などに伴う劣化を抑制する。   In addition, a semiconductive layer may be formed at least one of the inner and outer circumferences of the insulating layer, that is, between the superconducting conductor layer and the insulating layer, or between the insulating layer and the external superconducting layer. By forming the former inner semiconductive layer and the latter outer semiconductive layer, the adhesion between the superconducting conductor layer and the insulating layer or between the insulating layer and the outer superconducting layer is improved, resulting in the occurrence of partial discharge, etc. Suppress deterioration.

上記構成を具えるケーブルコアを2条用意し、2条のコアを撚り合わせた構造とすることで、本発明の超電導ケーブルは、ケーブル冷却時の収縮代を持たせることができる。収縮代を持たせる構成、即ち、熱収縮分を吸収させる構成としては、例えば、各コアの撚り合わせに弛みを持たせたることが挙げられる。弛みを持たせる方法としては、コア間にスペーサを配置してコアを撚り合わせ、撚り合わせたコアを断熱管に収納する際(断熱管形成時)、スペーサを除去する方法が挙げられる。スペーサは、例えば、5mm程度の厚さのフェルトなどが挙げられる。スペーサの厚さは、ケーブルコア径に応じて適宜変更するとよい。   By preparing two cable cores having the above configuration and twisting the two cores, the superconducting cable of the present invention can have a shrinkage allowance when the cable is cooled. An example of a configuration that has a shrinkage allowance, that is, a configuration that absorbs heat shrinkage, is to provide a slack in twisting of each core. As a method of giving slack, there is a method in which a spacer is disposed between cores, the cores are twisted together, and the twisted cores are accommodated in a heat insulating tube (when a heat insulating tube is formed), and the spacers are removed. Examples of the spacer include felt having a thickness of about 5 mm. The thickness of the spacer may be appropriately changed according to the cable core diameter.

本発明超電導ケーブルは、上記2条のコアを撚り合わせて、断熱管内に収納して構成する。断熱管は、例えば、外管と内管とからなる二重構造の管の間に断熱材を配置し、内管と外管間を真空引きする構成が挙げられる。内管内のケーブルコアの外周面と内管の内周面とで囲まれる空間には、ケーブルコアを冷却する液体窒素などの冷媒を充填し、この空間を冷媒流路とする。断熱管の外周には、ポリ塩化ビニルなどの樹脂にて防食層などを設けてもよい。   The superconducting cable of the present invention is configured by twisting the two cores and storing them in a heat insulating tube. As the heat insulating tube, for example, a structure in which a heat insulating material is disposed between a double-structured tube composed of an outer tube and an inner tube, and a vacuum is drawn between the inner tube and the outer tube. A space surrounded by the outer peripheral surface of the cable core in the inner tube and the inner peripheral surface of the inner tube is filled with a refrigerant such as liquid nitrogen that cools the cable core, and this space serves as a refrigerant flow path. An anticorrosion layer or the like may be provided on the outer periphery of the heat insulating tube with a resin such as polyvinyl chloride.

上記断熱管の内管内の冷媒流路を冷媒往路とし、別途、冷媒復路を具える構成とすると、侵入熱を少なくすることができて好ましい。冷媒復路としては、冷媒管を利用することが挙げられる。冷媒管は、2条のコアと撚り合わせた構成とすると、断熱管内に配置し易く好ましい。冷媒管を具えることでケーブル外径が大きくならないように、冷媒管は、その直径をコアの直径未満とし、2心のコアと冷媒管との包絡円の直径が2心のコアの包絡円の直径と同径となるような大きさとする。このような冷媒管は、1つでもよいし、複数具えていてもよい。   It is preferable that the refrigerant flow path in the inner pipe of the heat insulating pipe be a refrigerant forward path and be provided with a refrigerant return path separately because intrusion heat can be reduced. An example of the refrigerant return path is to use a refrigerant pipe. It is preferable that the refrigerant pipe be twisted together with the two cores because it is easy to arrange in the heat insulating pipe. In order to prevent the outer diameter of the cable from increasing by providing the refrigerant pipe, the diameter of the refrigerant pipe is less than the diameter of the core, and the diameter of the envelope circle between the two cores and the refrigerant pipe is the envelope circle of the two cores. The size is the same as the diameter of. There may be one or more such refrigerant tubes.

上記冷媒管は、ケーブル冷却時に収縮可能な伸縮性を有していることが好ましい。伸縮性を有する冷媒管として、例えば、冷媒温度においても強度に優れるステンレスなどの金属材料からなるコルゲート管が挙げられる。伸縮性を有する冷媒管を用いる場合、上記2条のコアの撚り合わせのようにケーブル冷却時に収縮するための弛みを持たせずに2条のコアと撚り合わせてもよい。2条のコアの撚り合わせのように収縮するための弛みを確保しなくても、冷媒管自体の伸縮性により、収縮を吸収することができるからである。また、この冷媒管の外周には、クラフト紙などを巻回して保護層を設けてもよい。保護層を設けることで、冷媒管がコアや断熱管と接触し、これらが損傷するなどの不具合を抑制することができる。   It is preferable that the refrigerant pipe has a stretchability capable of contracting when the cable is cooled. Examples of the stretchable refrigerant pipe include a corrugated pipe made of a metal material such as stainless steel having excellent strength even at the refrigerant temperature. In the case of using a stretchable refrigerant tube, it may be twisted with the two cores without having a slack for contraction when the cable is cooled as in the case of twisting the two cores. This is because the contraction can be absorbed by the stretchability of the refrigerant pipe itself without securing the slack for contraction like twisting of the two cores. Further, a kraft paper or the like may be wound around the outer periphery of the refrigerant pipe to provide a protective layer. By providing the protective layer, it is possible to suppress problems such as the refrigerant pipe coming into contact with the core and the heat insulating pipe and damaging them.

上記構成を具える本発明の超電導ケーブルは、両コアに具える超電導導体層を往路線路に用い、両コアに具える外部超電導層を帰路線路に用いることで、単極送電を行うことができる。また、一方のコアの超電導導体層を正極及び負極のいずれか一極の送電に用い、他方のコアの超電導導体層を他極の送電に用い、各コアに具える外部超電導層を中性線層として用いることで、双極送電を行うことができる。更に、双極送電を行っている際、一方の極に異常が生じた場合、例えば、その極の超電導導体層やケーブルに接続される直交流変換器などに異常が生じて、一方の極の送電を停止する場合、異常が生じていない極のコアを利用して、単極送電を行うことができる。このとき、異常が生じていない極のコアの超電導導体層を往路線路、外部超電導層を帰路線路として用いるとよい。なお、単極送電、双極送電のいずれの送電の場合も、両コアの外部超電導層は、接地電位にしておく。   The superconducting cable of the present invention having the above configuration can perform unipolar power transmission by using the superconducting conductor layer provided in both cores for the forward line and using the external superconducting layer provided for both cores for the return line. . Also, the superconducting conductor layer of one core is used for power transmission of one of the positive electrode and the negative electrode, the superconducting conductor layer of the other core is used for power transmission of the other electrode, and the external superconducting layer provided in each core is a neutral wire Bipolar power transmission can be performed by using it as a layer. Furthermore, when an abnormality occurs in one pole during bipolar transmission, for example, an abnormality occurs in the superconducting conductor layer of that pole or the cross-flow converter connected to the cable, and the transmission of one pole occurs. When the operation is stopped, unipolar power transmission can be performed using the core of the pole where no abnormality has occurred. At this time, it is preferable to use the superconducting conductor layer of the core having no abnormality as the outgoing line and the external superconducting layer as the return line. In both cases of unipolar transmission and bipolar transmission, the external superconducting layers of both cores are kept at ground potential.

本発明超電導ケーブルは、直流送電だけでなく、上述のようにεグレーディングを施した絶縁層を設けることで、交流送電にも好適に利用することができる。単相交流送電を行う場合、この超電導ケーブルを1条用い、各コアの超電導導体層を相の送電に、各コアの外部超電導層をシールド層として利用してもよいし、1心のコアの超電導導体層を相の送電に、このコアの外部超電導層をシールド層として利用し、残り1心を予備心としてもよい。この超電導ケーブルにて単相交流送電後に直流送電を行う場合、単極送電、双極送電のいずれを行ってもよい。3相交流送電を行う場合、本発明超電導ケーブルを2条又は3条用意して、コア数の合計が3心以上となるようにする。2条のケーブルを用いる場合、コア数の合計は、4心となるため、1心を予備心とし、残り3心のコアの超電導導体層をそれぞれの相の送電に利用し、外部超電導層をシールド層として利用するとよい。3条のケーブルを用いる場合、各ケーブルの超電導導体層をそれぞれの相の送電に利用し、外部超電導層をシールド層として利用するとよい。即ち、2心のコアで1相の送電を行うとよい。これらの超電導ケーブルにて3相交流送電後に直流送電を行う場合、各ケーブルはそれぞれ、単極送電、双極送電のいずれを行ってもよい。   The superconducting cable of the present invention can be suitably used not only for direct current power transmission but also for alternating current power transmission by providing an insulating layer subjected to ε grading as described above. When performing single-phase AC power transmission, one superconducting cable may be used, the superconducting conductor layer of each core may be used for phase power transmission, the external superconducting layer of each core may be used as a shield layer, The superconducting conductor layer may be used for phase power transmission, the outer superconducting layer of the core may be used as a shield layer, and the remaining core may be used as a spare core. When direct current power transmission is performed after single-phase alternating current power transmission using this superconducting cable, either unipolar power transmission or bipolar power transmission may be performed. When performing three-phase AC power transmission, prepare two or three superconducting cables of the present invention so that the total number of cores is three or more. When using two cables, the total number of cores is four, so one core is reserved, the remaining three cores are used for power transmission in each phase, and the external superconducting layer is used. It is good to use as a shield layer. When using three cables, the superconducting conductor layer of each cable should be used for power transmission in each phase, and the external superconducting layer should be used as a shield layer. In other words, it is better to perform one-phase power transmission with two cores. When direct current power transmission is performed after three-phase alternating current power transmission using these superconducting cables, each cable may perform either unipolar power transmission or bipolar power transmission.

上記構成を具える本発明超電導ケーブルは、ケーブル外径をより小さくしながら、1条のケーブルで双極送電を行うことができる。また、一方の極に異常が生じた際には、双極送電から単極送電に切り替えて送電を行うことができる。更に、本発明超電導ケーブルは、ケーブル外径を大きくすることなく冷媒管を具えることで、侵入熱を小さくすることができる。   The superconducting cable of the present invention having the above configuration can perform bipolar power transmission with a single cable while reducing the outer diameter of the cable. In addition, when an abnormality occurs in one of the poles, power transmission can be performed by switching from bipolar transmission to unipolar transmission. Furthermore, the superconducting cable of the present invention can reduce intrusion heat by providing the refrigerant pipe without increasing the cable outer diameter.

加えて、本発明超電導ケーブルに具えるコアにおいて、ρグレーディングを施した絶縁層とすることで、絶縁層の厚さ方向の全体にわたって直流電界分布を平滑化して、直流耐電圧特性を改善し、絶縁層の厚みを減少することができる。従って、ケーブル外径をより小さくすることができる。また、ρグレーディングに加えて超電導導体層の近傍が高εとなるように絶縁層を設けることで、上述した直流耐電圧特性の向上に加えて、Imp.耐圧特性も向上できる。特に、絶縁層の内周側ほど高εとし外周側ほど低εとすることで、本発明超電導ケーブルは、交流の電気特性にも優れたケーブルとすることができる。そのため、本発明超電導ケーブルは、直流送電用、交流送電用のそれぞれに好適に利用できるだけでなく、送電方式を交流と直流の間で変更する過渡期においても好適に利用することができる。   In addition, in the core provided in the superconducting cable of the present invention, by making the insulating layer subjected to ρ grading, the DC electric field distribution is smoothed over the entire thickness direction of the insulating layer, and the DC withstand voltage characteristics are improved. The thickness of the insulating layer can be reduced. Therefore, the outer diameter of the cable can be further reduced. Further, by providing the insulating layer so that the vicinity of the superconducting conductor layer has a high ε in addition to the ρ grading, the Imp. Withstand voltage characteristic can be improved in addition to the improvement in the DC withstand voltage characteristic described above. In particular, the superconducting cable of the present invention can be a cable having excellent AC electrical characteristics by setting the ε higher toward the inner peripheral side of the insulating layer and lower ε toward the outer peripheral side. Therefore, the superconducting cable of the present invention can be suitably used not only for DC power transmission and AC power transmission, but also in a transition period in which the power transmission method is changed between AC and DC.

以下、本発明の実施の形態を説明する。   Embodiments of the present invention will be described below.

図1(A)は、本発明の超電導ケーブルを用いて単極送電用の直流送電線路を構築した状態を示す概略構成図、(B)は、同ケーブルのケーブルコア間にスペーサを介在させた状態を示す概略断面図である。以下、図中同一符号は同一物を示す。この超電導ケーブル1は、超電導材料からなる超電導導体層4及び外部超電導層6を有するケーブルコア2を2条撚り合わせて断熱管8内に収納させた構成である。各ケーブルコア2は、中心から順にフォーマ3、超電導導体層4、絶縁層5、外部超電導層6、保護層7を具える。   FIG. 1 (A) is a schematic configuration diagram showing a state in which a DC transmission line for single-pole power transmission is constructed using the superconducting cable of the present invention, and (B) is a diagram in which spacers are interposed between the cable cores of the cable. It is a schematic sectional drawing which shows a state. In the drawings, the same reference numerals denote the same items. The superconducting cable 1 has a configuration in which two cable cores 2 having a superconducting conductor layer 4 and an external superconducting layer 6 made of a superconducting material are twisted together and accommodated in a heat insulating tube 8. Each cable core 2 includes a former 3, a superconducting conductor layer 4, an insulating layer 5, an external superconducting layer 6, and a protective layer 7 in order from the center.

本例において超電導導体層4及び外部超電導層6は、Bi2223系超電導テープ線(Ag-Mnシース線)にて形成した。超電導導体層4はフォーマ3の外周に、外部超電導層6は絶縁層5の外周にそれぞれ、上記超電導テープ線を螺旋状に巻回して構成した。フォーマ3は、銅線を複数本撚り合わせたものを用い、フォーマ3と超電導導体層4との間には、絶縁紙によりクッション層(図示せず)を形成した。絶縁層5は、超電導導体層4の外周に半合成絶縁紙(PPLP:住友電気工業株式会社 登録商標)を巻回して構成した。この絶縁層5は、超電導導体層4と対地間の絶縁に必要な絶縁強度を有するように設けた。保護層7は、外部超電導層6の外周にクラフト紙を巻回して設けた。   In this example, the superconducting conductor layer 4 and the external superconducting layer 6 were formed of Bi2223 superconducting tape wires (Ag-Mn sheath wires). The superconducting conductor layer 4 was formed on the outer periphery of the former 3 and the outer superconducting layer 6 was formed on the outer periphery of the insulating layer 5 by spirally winding the superconducting tape wire. The former 3 was formed by twisting a plurality of copper wires, and a cushion layer (not shown) was formed between the former 3 and the superconducting conductor layer 4 with insulating paper. The insulating layer 5 was formed by winding semi-synthetic insulating paper (PPLP: registered trademark of Sumitomo Electric Industries, Ltd.) around the outer periphery of the superconducting conductor layer 4. This insulating layer 5 was provided so as to have an insulation strength necessary for insulation between the superconducting conductor layer 4 and the ground. The protective layer 7 was provided by winding kraft paper around the outer periphery of the external superconducting layer 6.

本例では、これらフォーマ3、超電導導体層4、絶縁層5、外部超電導層6、保護層7からなるケーブルコア2を2条用意し、熱収縮に必要な収縮代を有するように弛みを持たせて撚り合わせ、断熱管8内に収納している。本例において断熱管8には、SUSコルゲート管を用い、図4に示す従来の超電導ケーブルと同様に、外管8aと内管8bとからなる二重管の間に断熱材(図示せず)を多層に配置し、かつ二重管内を真空引きした真空多層断熱構成とした。内管8bと2心のケーブルコア2とで囲まれる空間9が液体窒素などの冷媒の流路となる。また、断熱管8の外周には、ポリ塩化ビニルで防食層(図示せず)を形成した。更に、ケーブルコア2間に弛みを持たせて撚り合せるために、図1(B)に示すようにケーブルコア2間にスペーサ90を介在させて撚り合わせ、断熱管8に収納する際(断熱管8を形成する際)にスペーサ90を除去した。本例においてスペーサ90は、断面矩形状の5mm厚みのフェルトを用いた。   In this example, two cable cores 2 comprising these former 3, superconducting conductor layer 4, insulating layer 5, external superconducting layer 6 and protective layer 7 are prepared, and have slack so as to have a shrinkage margin necessary for heat shrinkage. They are twisted together and stored in the heat insulating tube 8. In this example, the heat insulating pipe 8 uses a SUS corrugated pipe, and in the same manner as the conventional superconducting cable shown in FIG. 4, a heat insulating material (not shown) is provided between the double pipe consisting of the outer pipe 8a and the inner pipe 8b. Were arranged in multiple layers, and a vacuum multi-layer heat insulation configuration was formed in which the inside of the double tube was evacuated. A space 9 surrounded by the inner tube 8b and the two cable cores 2 serves as a flow path for a refrigerant such as liquid nitrogen. Further, an anticorrosion layer (not shown) was formed on the outer periphery of the heat insulating tube 8 with polyvinyl chloride. Further, in order to twist the cable core 2 with a slack, twist it with the spacer 90 interposed between the cable cores 2 as shown in FIG. The spacer 90 was removed when forming 8). In this example, the spacer 90 is a 5 mm thick felt having a rectangular cross section.

上記構成を具える本発明の超電導ケーブル1は、直流送電、具体的には双極送電、単極送電のいずれにも用いることができる。まず、単極送電を行う場合を説明する。単極送電を行うには、図1(A)に示すような送電線路を構築するとよい。具体的には、図1(A)において右側のコア2に具える超電導導体層4の一端側に、交流系統(図示せず)に接続される直交流変換器10がリード20,リード21を介して接続され、同超電導導体層4の他端側に、交流系統(図示せず)に接続される直交流変換器11がリード22を介して接続される。図1(A)において左側のコア2に具える超電導導体層4の一端側には、同様に直交流変換器10がリード23,リード21を介して接続され、同超電導導体層4の他端側に、直交流変換器11がリード22を介して接続される。両コア2の外部超電導層6は、リード24,リード25,リード26を介して直交流変換器10に接続され、リード27を介して直交流変換器11に接続される。そして、本例では、リード26を接地している。この接地により、外部超電導層6は接地電位となる。なお、本例では片端接地としたが、リード27も接地して両端接地としてもよい。また、リード20〜27は、超電導導体層4や外部超電導層6と直交流変換器10,11とを電気的に接続するものである。   The superconducting cable 1 of the present invention having the above-described configuration can be used for DC power transmission, specifically, bipolar power transmission or unipolar power transmission. First, the case of performing unipolar power transmission will be described. In order to perform unipolar power transmission, it is preferable to construct a power transmission line as shown in FIG. Specifically, a cross flow converter 10 connected to an AC system (not shown) is connected to one end side of a superconducting conductor layer 4 provided in the right core 2 in FIG. A cross flow converter 11 connected to an AC system (not shown) is connected to the other end side of the superconducting conductor layer 4 via a lead 22. In FIG. 1 (A), a cross flow converter 10 is similarly connected to one end side of the superconducting conductor layer 4 provided in the left core 2 via a lead 23 and a lead 21, and the other end of the superconducting conductor layer 4 is connected. On the side, the cross flow converter 11 is connected via a lead 22. The external superconducting layers 6 of both cores 2 are connected to the crossflow converter 10 via leads 24, leads 25 and leads 26, and are connected to the crossflow converter 11 via leads 27. In this example, the lead 26 is grounded. By this grounding, the external superconducting layer 6 becomes a ground potential. In this example, one-end grounding is used, but the lead 27 may also be grounded and both-end grounding. The leads 20 to 27 electrically connect the superconducting conductor layer 4 and the external superconducting layer 6 to the crossflow transducers 10 and 11.

上記構成を具える直流送電線路では、両コア2に具える超電導導体層4に単極の電流を流して往路線路として用い、両コア2に具える外部超電導層6に帰路電流を流して帰路線路として用いることで単極送電を行うことができる。また、この超電導ケーブルは、弛みを持たせて2条のケーブルコアを撚り合わせているため、この弛みにより、冷却時、熱収縮分を吸収することができる。更に、この超電導ケーブル1は、従来のケーブルよりもコア数が少ないため、ケーブル径を小さくすることができる。   In a DC transmission line having the above configuration, a unipolar current is passed through the superconducting conductor layer 4 provided in both cores 2 to be used as an outgoing line, and a return current is supplied to the external superconducting layer 6 provided in both cores 2 to return. Unipolar power transmission can be performed by using it as a track. In addition, since this superconducting cable has a slack and twists the two cable cores, the slack can absorb heat shrinkage during cooling. Furthermore, since the superconducting cable 1 has a smaller number of cores than the conventional cable, the cable diameter can be reduced.

次に、双極送電を行う場合を説明する。図2(A)は、本発明の超電導ケーブルを用いて双極送電用の直流送電線路を構築した状態を示す概略構成図、(B)は一方のコアの超電導導体層及び外部超電導層を用いて単極送電を行う直流送電線路を構築した状態を示す概略構成図である。実施例1で用いた超電導ケーブル1は、双極送電にも用いることができる。双極送電を行うには、図2(A)に示すような送電線路を構築するとよい。具体的には、一方のコア2(図2(A)のおいて右側のコア2)に具える超電導導体層4の一端側に、交流系統(図示せず)に接続される直交流変換器12がリード30を介して接続され、同超電導導体層4の他端側に、交流系統(図示せず)に接続される直交流変換器13がリード31を介して接続される。また、このコア2に具える外部超電導層6の一端側に直交流変換器12がリード32,リード33を介して接続され、同外部超電導層6の他端側に、直交流変換器13がリード34を介して接続される。他方のコア2(図2(A)において左側のコア2)に具える超電導導体層4の一端側に、交流系統(図示せず)に接続される直交流変換器14がリード35を介して接続され、同超電導導体層4の他端側に、交流系統(図示せず)に接続される直交流変換器15がリード36を介して接続される。また、このコア2に具える外部超電導層6の一端側に直交流変換器14がリード37,リード33を介して接続され、同外部超電導層6の他端側に、直交流変換器15がリード34を介して接続される。そして、リード33を接地している。この接地により、外部超電導層6は接地電位となる。本例では、リード33のみ接地して片端接地としたが、リード34も接地して両端接地としてもよい。なお、リード30〜37は、超電導導体層4や外部超電導層6と直交流変換器12,13,14,15とを電気的に接続するものである。   Next, the case where bipolar transmission is performed will be described. FIG. 2 (A) is a schematic configuration diagram showing a state where a DC transmission line for bipolar transmission is constructed using the superconducting cable of the present invention, and (B) is a diagram using a superconducting conductor layer of one core and an external superconducting layer. It is a schematic block diagram which shows the state which constructed | assembled the DC power transmission line which performs monopolar power transmission. Superconducting cable 1 used in Example 1 can also be used for bipolar power transmission. In order to perform bipolar power transmission, a power transmission line as shown in FIG. Specifically, a cross flow converter connected to an AC system (not shown) on one end side of the superconducting conductor layer 4 provided in one core 2 (the right core 2 in FIG. 2A). 12 is connected via a lead 30, and a cross flow converter 13 connected to an AC system (not shown) is connected to the other end side of the superconducting conductor layer 4 via a lead 31. Further, a cross flow converter 12 is connected to one end side of the external superconducting layer 6 included in the core 2 via leads 32 and 33, and a cross flow converter 13 is connected to the other end side of the external superconducting layer 6. Connected via lead 34. On one end side of the superconducting conductor layer 4 included in the other core 2 (the left core 2 in FIG. 2A), a cross flow converter 14 connected to an AC system (not shown) is connected via a lead 35. A cross flow converter 15 connected to an AC system (not shown) is connected to the other end of the superconducting conductor layer 4 via a lead 36. Further, a cross flow converter 14 is connected to one end side of the external superconducting layer 6 included in the core 2 via leads 37 and 33, and a cross flow converter 15 is connected to the other end side of the external superconducting layer 6. Connected via lead 34. The lead 33 is grounded. By this grounding, the external superconducting layer 6 becomes a ground potential. In this example, only the lead 33 is grounded and one end is grounded, but the lead 34 may be grounded and both ends grounded. The leads 30 to 37 are for electrically connecting the superconducting conductor layer 4 and the external superconducting layer 6 to the crossflow transducers 12, 13, 14, and 15.

上記構成により、直交流変換器13、リード31、図2(A)において右側のコア2の超電導導体層4、リード30、直交流変換器12、リード33、リード32、外部超電導層6、リード34という正極順路が構築される。また、直交流変換器15、リード36、図2(A)において左側のコア2の超電導導体層4、リード35、直交流変換器14、リード33、リード37、外部超電導層6、リード34という負極順路が構築される。これら正極順路、負極順路により双極送電を行うことができる。このとき、両コア2の外部超電導層6は、中性線層として利用される他、正負極のアンバランス電流や異常電流を流すのに利用される。なお、本例では、図2(A)において右側のコアを正極、左側のコアを負極に用いたがもちろん逆でもよい。   With the above configuration, the cross flow converter 13, the lead 31, the superconducting conductor layer 4, the lead 30, the cross flow transducer 12, the lead 33, the lead 32, the external superconducting layer 6, the lead on the right core 2 in FIG. A positive route of 34 is established. Also, the cross flow converter 15, the lead 36, the superconducting conductor layer 4, the lead 35, the cross flow converter 14, the lead 33, the lead 37, the external superconducting layer 6, and the lead 34 on the left core 2 in FIG. A negative path is established. Bipolar power transmission can be performed by these positive and negative paths. At this time, the external superconducting layer 6 of both cores 2 is used not only as a neutral wire layer but also for flowing positive and negative unbalance currents and abnormal currents. In this example, the right core is used as the positive electrode and the left core is used as the negative electrode in FIG.

一方、いずれかの極の超電導導体層や直交流変換器に異常が生じて、その極の超電導導体層による送電を停止した際、異常を生じていない極の超電導導体層を利用して単極送電を行うことができる。例えば、図2(A)において左側のコア2や直交流変換器14,15などに異常が生じた場合、即ち、負極に異常が生じた場合、図2(A)において左側のコア2を利用した送電を停止する。このとき、図2(B)に示すように一方のコア2(図2において右側のコア2)を用いた単極送電用の送電線路が構築され、このコア2の超電導導体層4を往路線路、外部超電導層6を帰路線路として単極送電を行うことができる。なお、本例では、負極に異常が生じた場合を説明したが、正極に異常が生じた場合も同様である。このとき、他方のコア2(図2において左側のコア2)の超電導導体層4を往路線路、外部超電導層6を帰路線路として単極送電を行うとよい。   On the other hand, when an abnormality occurs in the superconducting conductor layer or cross flow converter of any pole, and power transmission by the superconducting conductor layer of that pole is stopped, a single pole using the superconducting conductor layer of the pole that does not cause an abnormality Electric power can be transmitted. For example, when an abnormality occurs in the left core 2 or the crossflow converters 14 and 15 in FIG. 2 (A), that is, when an abnormality occurs in the negative electrode, the left core 2 is used in FIG. 2 (A). Stop power transmission. At this time, as shown in FIG. 2 (B), a transmission line for unipolar power transmission using one core 2 (the right core 2 in FIG. 2) is constructed, and the superconducting conductor layer 4 of this core 2 is connected to the outgoing line. Then, unipolar power transmission can be performed using the external superconducting layer 6 as a return line. In addition, although the case where abnormality occurred in the negative electrode was described in this example, the same applies to the case where abnormality occurs in the positive electrode. At this time, unipolar power transmission may be performed with the superconducting conductor layer 4 of the other core 2 (the left core 2 in FIG. 2) as the forward line and the external superconducting layer 6 as the return line.

上記のように本発明の超電導ケーブルは、1条のケーブルで、双極送電及び単極送電の双方を行うことができる。特に、1条のケーブルに具えるケーブルコア数を2心としたため、3心のコアを具える構成と比較して、ケーブル外径をより小さくできる。   As described above, the superconducting cable of the present invention is a single cable, and can perform both bipolar power transmission and monopolar power transmission. In particular, since the number of cable cores provided in one cable is two, the outer diameter of the cable can be reduced as compared with a configuration including three cores.

上記のように直流送電を行う場合、絶縁層5において内周側の抵抗率が低く、外周側の抵抗率が高くなるようにρグレーディングを施すと、絶縁層の厚み方向の直流電界分布を平滑化することにより、絶縁層の厚みをより小さくできる。抵抗率は、比率kが異なるPPLP(登録商標)を用いることで変化させることができ、比率kが大きくなると抵抗率が高くなる傾向にある。また、絶縁層5において超電導導体層4の近傍に高ε層を設けると、直流耐電圧特性の向上に加えて、Imp.耐圧特性も向上させることができる。高ε層は、例えば、比率kが小さいPPLP(登録商標)を用いて形成することが挙げられる。このとき、高ε層は、低ρ層ともなる。更に、上記ρグレーディングに加えて、内周側ほど誘電率εが高く、外周側ほど誘電率εが低くなるように絶縁層5を形成すると、交流特性にも優れる。従って、上記超電導ケーブル1を交流送電にも好適に利用することができる。例えば、以下のように比率kが異なるPPLP(登録商標)を用いて、抵抗率及び誘電率が3段階に異なるように絶縁層を設けることが挙げられる。以下の三層は、内周側から順に具えるとよい(X,Yは定数)。
低ρ層:比率k=60%、抵抗率ρ(20℃)=X Ω・cm、誘電率ε=Y
中ρ層:比率k=70%、抵抗率ρ(20℃)=約1.2X Ω・cm、誘電率ε=約0.95Y
高ρ層:比率k=80%、抵抗率ρ(20℃)=約1.4X Ω・cm、誘電率ε=約0.9Y
When direct current power transmission is performed as described above, if ρ grading is performed so that the resistivity on the inner peripheral side of the insulating layer 5 is low and the resistivity on the outer peripheral side is high, the DC electric field distribution in the thickness direction of the insulating layer is smoothed. As a result, the thickness of the insulating layer can be further reduced. The resistivity can be changed by using PPLP (registered trademark) having a different ratio k, and the resistivity tends to increase as the ratio k increases. In addition, when a high ε layer is provided in the vicinity of the superconducting conductor layer 4 in the insulating layer 5, the Imp. Withstand voltage characteristic can be improved in addition to the improvement in the DC withstand voltage characteristic. For example, the high ε layer may be formed using PPLP (registered trademark) having a small ratio k. At this time, the high ε layer also becomes a low ρ layer. Further, in addition to the ρ grading, if the insulating layer 5 is formed so that the dielectric constant ε is higher on the inner peripheral side and lower on the outer peripheral side, the AC characteristics are also excellent. Therefore, the superconducting cable 1 can be suitably used for AC power transmission. For example, by using PPLP (registered trademark) having different ratios k as described below, an insulating layer may be provided so that the resistivity and the dielectric constant are different in three stages. The following three layers should be provided in order from the inner periphery (X and Y are constants).
Low ρ layer: Ratio k = 60%, resistivity ρ (20 ° C) = X Ω · cm, dielectric constant ε = Y
Middle ρ layer: Ratio k = 70%, resistivity ρ (20 ° C) = about 1.2X Ω · cm, dielectric constant ε = about 0.95Y
High ρ layer: Ratio k = 80%, resistivity ρ (20 ° C) = about 1.4X Ω · cm, dielectric constant ε = about 0.9Y

超電導ケーブル1を用いて3相交流送電を行う場合、超電導ケーブル1を2条又は3条を用意して行うとよい。2条のケーブル1を用いる場合、2条のケーブル1に具える4心のコア2のうち、1心のコア2を予備心とし、残り3心のコア2の超電導導体層4をそれぞれ相の送電に利用し、これらのコア2の外部超電導層6をシールド層として利用するとよい。3条のケーブル1を用いる場合、各ケーブル1をそれぞれ相の送電に利用する。即ち、各ケーブル1に具える2心のコア2で1相の送電を行う。このとき、各ケーブル1に具える2心のコア2の超電導導体層4を相の送電に利用し、これら超電導導体層4の外周に具える外部超電導層6をシールド層として利用する。超電導ケーブル1を用いて単相交流送電を行う場合、超電導ケーブル1を1条用意し、各コア2の超電導導体層4を同じ相の送電に利用し、これら超電導導体層4の外周に具える外部超電導層6をシールド層として利用するとよい。   When performing three-phase AC power transmission using the superconducting cable 1, it is preferable to prepare the superconducting cable 1 with two or three. When using two-wire cable 1, out of the four cores 2 included in the two-wire cable 1, one core 2 is used as a spare core, and the remaining three cores 2 are each of the superconducting conductor layer 4 It is preferable to use the outer superconducting layer 6 of the core 2 as a shield layer for power transmission. When using the three cable 1s, each cable 1 is used for phase transmission. That is, one-phase power transmission is performed by the two cores 2 included in each cable 1. At this time, the superconducting conductor layer 4 of the two cores 2 provided in each cable 1 is used for phase power transmission, and the external superconducting layer 6 provided on the outer periphery of these superconducting conductor layers 4 is used as a shield layer. When single-phase AC power transmission is performed using superconducting cable 1, one superconducting cable 1 is prepared, superconducting conductor layer 4 of each core 2 is used for power transmission in the same phase, and the outer periphery of superconducting conductor layer 4 is provided. The external superconducting layer 6 may be used as a shield layer.

超電導ケーブル1は、上記交流送電を行った後、上述した単極送電や双極送電といった直流送電を行うことも可能である。このようにρグレーディングやεグレーディングを施した絶縁層を具える本発明超電導ケーブルでは、直流交流両用ケーブルとして好適に利用することができる。これらρグレーディング、εグレーディングに関する事項は、後述の実施例3についても同様である。   The superconducting cable 1 can also perform direct current power transmission such as the above-described unipolar power transmission or bipolar power transmission after performing the above alternating current power transmission. Thus, the superconducting cable of the present invention having the insulating layer subjected to ρ grading or ε grading can be suitably used as a DC / AC dual-purpose cable. The matters regarding these ρ grading and ε grading are the same as in Example 3 described later.

次に、冷媒往路と冷媒復路との双方を具える構成を説明する。図3は、2条のコアと冷媒管とを撚り合わせてなる本発明の超電導ケーブルの断面模式図である。上記実施例1、2では、断熱管の内管内を冷媒流路とする構成を説明したが、図3に示すように冷媒管40を別途具えて、内管内の空間9を冷媒往路とし、冷媒管40内を冷媒復路としてもよい。このように冷媒の往復路を具えることで、侵入熱を低減することができる。   Next, a configuration including both the refrigerant forward path and the refrigerant return path will be described. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a superconducting cable of the present invention formed by twisting two cores and a refrigerant pipe. In the first and second embodiments, the configuration in which the inner pipe of the heat insulating pipe is used as the refrigerant flow path has been described. However, as shown in FIG. 3, the refrigerant pipe 40 is separately provided, the space 9 in the inner pipe is used as the refrigerant forward path, and the refrigerant The inside of the pipe 40 may be a refrigerant return path. Thus, by providing a reciprocating path of the refrigerant, intrusion heat can be reduced.

本例では、2つの冷媒管40を用意し、2条のケーブルコア2と撚り合わせた構造とした。特に本例では、冷媒管40として、ステンレス製のコルゲート管を用いた。コルゲート管のように可撓性を有する管を用いた場合、冷媒管40自体の伸縮性により、ケーブル冷却時の収縮を吸収することができる。従って、2条のケーブルコア2と撚り合わせる際、冷媒管40は、上記収縮するための弛みを持たせることなく撚り合わせた。   In this example, two refrigerant pipes 40 are prepared and twisted together with two cable cores 2. Particularly in this example, a stainless corrugated pipe was used as the refrigerant pipe 40. When a flexible tube such as a corrugated tube is used, the contraction during cooling of the cable can be absorbed by the stretchability of the refrigerant tube 40 itself. Therefore, when twisting with the two cable cores 2, the refrigerant tube 40 was twisted without giving the slack for shrinkage.

そして、上記冷媒管40は、その直径がケーブルコア2の直径よりも小さいものとし、かつ、図3に示すように2つの冷媒管40と2心のコア2との包絡円(図3の破線円)の直径が2心のコア2の包絡円の直径と等しくなるようにした。そのため、2心のケーブルコア2に加えて冷媒管40を具えていても、この超電導ケーブルは、冷媒管40を具えていない実施例1,2に示す超電導ケーブル1と比較して、ケーブル外径が大きくなることがない。なお、本例では、冷媒管40を2つとしたが、1つでもよいし、3つ以上としてもよい。但し、冷媒管と2心のケーブルコアとの包絡円の直径が2心のコアの包絡円の直径と等しくなるように、冷媒管の大きさを選択する。   The refrigerant tube 40 has a diameter smaller than the diameter of the cable core 2, and as shown in FIG. 3, an envelope circle between the two refrigerant tubes 40 and the two cores 2 (broken line in FIG. 3). The diameter of the circle) was made equal to the diameter of the envelope circle of the core 2 with 2 cores. Therefore, even if the refrigerant tube 40 is provided in addition to the two-core cable core 2, this superconducting cable is compared with the superconducting cable 1 shown in Examples 1 and 2 that does not include the refrigerant tube 40. Will not grow. In this example, the number of the refrigerant tubes 40 is two, but may be one, or may be three or more. However, the size of the refrigerant tube is selected so that the diameter of the envelope circle between the refrigerant tube and the two-core cable core is equal to the diameter of the envelope circle of the two-core core.

本発明の超電導ケーブルは、電力送電を行う線路に利用することが好適である。特に、本発明超電導ケーブルは、直流の電力輸送手段の他、送電方式を交流から直流に移行する過渡期において、交流を送電することにも好適に利用できる。また、本発明直流送電方法は、上記本発明超電導ケーブルを用いて直流送電を行う際に好適に利用することができる。   The superconducting cable of the present invention is preferably used for a power transmission line. In particular, the superconducting cable of the present invention can be suitably used for transmitting alternating current in a transition period in which the power transmission method is shifted from alternating current to direct current, in addition to the direct current power transportation means. The direct current power transmission method of the present invention can be suitably used when direct current power transmission is performed using the superconducting cable of the present invention.

(A)は、本発明の超電導ケーブルを用いて直流送電線路を構築した状態を示す概略構成図、(B)は、同ケーブルにおいて、ケーブルコア間にスペーサを介在させた状態を示す概略断面図である。(A) is a schematic configuration diagram showing a state in which a DC transmission line is constructed using the superconducting cable of the present invention, (B) is a schematic cross-sectional view showing a state in which a spacer is interposed between cable cores in the cable. It is. (A)は、本発明の超電導ケーブルを用いて双極送電用の直流送電線路を構築した状態を示す概略構成図、(B)は一方のコアの超電導導体層及び外部超電導層を用いて単極送電用の直流送電線路を構築した状態を示す概略構成図である。(A) is a schematic configuration diagram showing a state where a DC transmission line for bipolar transmission is constructed using the superconducting cable of the present invention, (B) is a single pole using a superconducting conductor layer of one core and an external superconducting layer. It is a schematic block diagram which shows the state which constructed | assembled the DC power transmission line for power transmission. 2心のケーブルコアと冷媒管とを撚り合わせてなる本発明の超電導ケーブルの断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of the superconducting cable of the present invention formed by twisting a two-core cable core and a refrigerant pipe. 三心一括型の三相交流用超電導ケーブルの断面図である。It is sectional drawing of the superconducting cable for three-phase collective type three-phase alternating current.

符号の説明Explanation of symbols

1 超電導ケーブル 2 ケーブルコア 3 フォーマ 4 超電導導体層
5 絶縁層 6 外部超電導層 7 保護層 8 断熱管 8a 外管 8b 内管
9 空間 10〜15 直交流変換器
20〜27,30〜37 リード 40 冷媒管 90 スペーサ
100 三相交流用超電導ケーブル 101 断熱管 101a 外管 101b 内管
102 ケーブルコア 103 空間 104 防食層
200 フォーマ 201 超電導導体層 202 絶縁層 203 超電導シールド層
204 保護層
1 Superconducting cable 2 Cable core 3 Former 4 Superconducting conductor layer
5 Insulating layer 6 Outer superconducting layer 7 Protective layer 8 Heat insulation tube 8a Outer tube 8b Inner tube
9 space 10-15 cross flow transducer
20 to 27, 30 to 37 Lead 40 Refrigerant tube 90 Spacer
100 Three-phase AC superconducting cable 101 Insulated tube 101a Outer tube 101b Inner tube
102 Cable core 103 Space 104 Anticorrosion layer
200 Former 201 Superconducting conductor layer 202 Insulating layer 203 Superconducting shield layer
204 Protective layer

Claims (10)

複数のケーブルコアを撚り合わせてなる超電導ケーブルであって、
前記ケーブルコアは、
超電導導体層と、
前記超電導導体層の外周に設けられる絶縁層と、
前記絶縁層の外周に設けられる外部超電導層とを具え、
このケーブルコア2条を撚り合わせて形成されることを特徴とする超電導ケーブル。
A superconducting cable formed by twisting a plurality of cable cores,
The cable core is
A superconducting conductor layer;
An insulating layer provided on the outer periphery of the superconducting conductor layer;
Comprising an external superconducting layer provided on the outer periphery of the insulating layer;
A superconducting cable formed by twisting two cable cores.
2心のコアの撚り構造が、ケーブル冷却時の収縮代を有することを特徴とする請求項1に記載の超電導ケーブル。   2. The superconducting cable according to claim 1, wherein the twisted structure of the two-core core has a shrinkage allowance when the cable is cooled. 更に、2心のコアと少なくとも一つの冷媒管とが撚り合わされており、
前記冷媒管は、その直径がコアの直径未満であり、
2心のコアと冷媒管との包絡円の直径が2心のコアの包絡円の直径と同径であることを特徴とする請求項1又は2に記載の超電導ケーブル。
Furthermore, the two cores and at least one refrigerant pipe are twisted together,
The refrigerant pipe has a diameter less than that of the core;
3. The superconducting cable according to claim 1, wherein the diameter of the envelope circle between the two cores and the refrigerant tube is the same as the diameter of the envelope circle of the two cores.
冷媒管は、ケーブル冷却時に収縮可能な伸縮性を有し、ケーブル冷却時に収縮するための弛みを持たせることなく、2心のコアと撚り合わされていることを特徴とする請求項3に記載の超電導ケーブル。   4. The refrigerant tube according to claim 3, wherein the refrigerant tube has a stretchable property that can be contracted when the cable is cooled, and is twisted together with a core of two cores without giving a slack for contracting when the cable is cooled. Superconducting cable. 冷媒管は、金属コルゲート管であることを特徴とする請求項4に記載の超電導ケーブル。   5. The superconducting cable according to claim 4, wherein the refrigerant pipe is a metal corrugated pipe. 絶縁層は、その径方向の直流電界分布が平滑化されるように、絶縁層の内周側の抵抗率が低く、外周側の抵抗率が高くなるようにρグレーディングが施されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の超電導ケーブル。   The insulating layer is ρ-graded so that the resistivity on the inner peripheral side of the insulating layer is low and the resistivity on the outer peripheral side is high so that the DC electric field distribution in the radial direction is smoothed. The superconducting cable according to any one of claims 1 to 5, wherein 絶縁層は、超電導導体層の近傍に、他の箇所よりも誘電率が高い高ε層を有することを特徴とする請求項6に記載の超電導ケーブル。   7. The superconducting cable according to claim 6, wherein the insulating layer has a high ε layer having a higher dielectric constant than other portions in the vicinity of the superconducting conductor layer. 絶縁層は、その内周側ほど誘電率εが高く、外周側ほど誘電率εが低く構成されていることを特徴とする請求項6に記載の超電導ケーブル。   7. The superconducting cable according to claim 6, wherein the insulating layer has a higher dielectric constant ε toward the inner peripheral side and a lower dielectric constant ε toward the outer peripheral side. 請求項1〜8のいずれかに記載の超電導ケーブルを用いた直流送電方法であって、
両コアに具える超電導導体層を往路線路に用い、
両コアに具える外部超電導層を帰路線路に用いて単極送電を行うことを特徴とする直流送電方法。
A DC power transmission method using the superconducting cable according to any one of claims 1 to 8,
The superconducting conductor layer provided in both cores is used for the outgoing line,
A direct current power transmission method characterized by performing unipolar power transmission using external superconducting layers provided in both cores as return lines.
請求項1〜8のいずれかに記載の超電導ケーブルを用いた直流送電方法であって、
一方のコアに具える超電導導体層を正極及び負極のいずれか一極の送電に用い、
他方のコアに具える超電導導体層を他極の送電に用い、
両コアの外部超電導層を中性線層として双極送電を行うことを特徴とする直流送電方法。
A DC power transmission method using the superconducting cable according to any one of claims 1 to 8,
The superconducting conductor layer provided in one core is used for power transmission of either the positive electrode or the negative electrode,
The superconducting conductor layer provided on the other core is used for power transmission on the other pole,
A direct current power transmission method, wherein bipolar power transmission is performed using the external superconducting layers of both cores as a neutral wire layer.
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