JP4716164B2 - 超電導ケーブル - Google Patents
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Description
本発明超電導ケーブルは、代表的には、ケーブルコアと、ケーブルコアを収納する断熱管とから構成される。そのうち、ケーブルコアは、超電導導体、絶縁層を有することを基本構成とする。通常は、ケーブルコアにフォーマも設けられる。
(1)密度の低い絶縁紙で低ρ層を形成し、その外側に密度の高い絶縁紙で高ρ層を形成する。
(2)抵抗率の低い材質からなる絶縁紙で低ρ層を形成し、その外側に抵抗率の高い材質からなる絶縁紙で高ρ層を形成する。
(3)添加物を加えることで抵抗率を低くした絶縁紙で低ρ層を形成し、その外側に添加物のない絶縁紙で高ρ層を形成する。
(1)比率kの低い複合紙で低ρ層を形成し、その外側に比率kの高い複合紙で高ρ層を形成する。
(2)複合紙を構成する絶縁紙の抵抗率を上記Aの手法で変えて、絶縁層の内側に低ρ層を形成し、その外側に高ρ層を形成する。
(1)絶縁紙と複合紙を交互に巻いて低ρ層を形成し、その低ρ層の外周に複合紙だけを巻いて高ρ層を形成する。
(2)絶縁紙と複合紙を交互に巻いて絶縁層を構成し、上記AまたはBの手法で絶縁紙または複合紙の抵抗率を変えることにより絶縁層の内側に低ρ層を形成し、その外側に高ρ層を形成する。例えば、絶縁紙と比率kが低い複合紙を交互に巻いて低ρ層を形成し、その外側に絶縁紙と比率kが高い複合紙を交互に巻いて高ρ層を形成する。
(3)絶縁紙だけで低ρ層を形成し、その外側に複合紙だけで高ρ層を形成する。その場合、低ρ層は内側から外側に向けて抵抗率が高くなるように絶縁紙を巻くことが好ましい。
[全体構造]
図1(A)に示すように、本発明超電導ケーブル100は、1心のケーブルコア10と、そのコア10を収納する断熱管20とから構成される。
このコア10は、中心から順に、フォーマ11、超電導導体12、絶縁層13、帰路導体14および保護層15を有する。
フォーマ11には、中空の金属パイプを用いた。中空のフォーマを用いた場合、その内部を冷媒(液体窒素)の流路とできる。
超電導導体12には、厚さ0.24mm、幅3.8mmのBi2223系Ag-Mnシーステープ線材を用いた。このテープ線材をフォーマの上に多層に巻回して導体を構成する。また、交流ケーブルとは異なり、各層の電流の均流化を考慮する必要はない。
このような超電導導体12の外周には絶縁層13が形成される。ここでは、絶縁層を、その厚さ方向に2分割して、内周側を低ρ層13Aとし、外周側を高ρ層13Cとした。低ρ層13Aは、クラフト紙とPPLP(クラフト紙とポリプロピレンをラミネートした複合紙)を交互巻きして構成している。その低ρ層に用いたPPLPの比率k((ポリプロピレンフィルムの厚みtp/複合紙全体の厚みT)×100)は40%、抵抗率ρ(20℃)はAΩ・cmである(Aは定数)。一方、高ρ層13Cは、比率kが60%のPPLPで構成した。そのPPLPの抵抗率ρ(20℃)は1.5AΩ・cm程度である。
絶縁層13の外側には、帰路導体14を設けた。直流では電流の往復流路が必要なため、単極送電では帰路導体14を設けて帰路電流の流路として利用する。帰路導体14は、超電導導体12と同様の超電導線材で構成され、超電導導体12と同様の送電容量を有している。
この帰路導体14の外側には絶縁材料で構成される保護層15が設けられている。ここでは、クラフト紙の巻回により保護層15を構成している。この保護層15により、帰路導体14の機械的保護と共に、断熱管(内管21)との絶縁をとり、断熱管20への帰路電流の分流を防ぐことができる。
断熱管20は内管21および外管22を具える2重管からなり、内外管21、22の間に真空断熱層が構成される。真空断熱層内には、プラスチックメッシュと金属箔を積層したいわゆるスーパーインシュレーションが配置されている。内管21の内側とコア10との間に形成される空間は冷媒の流路となる。また、必要に応じて、断熱管20の外周にポリ塩化ビニルなどで防食層23を形成しても良い。
上記の超電導ケーブルを用いて、無負荷時と最大負荷時の絶縁層における厚さ方向の直流電界分布を調べた。比較のため、図1(B)に示すように、絶縁層13が全て同一の抵抗率をもつクラフト紙で構成されたコア10を持つ超電導ケーブルを作製し、その直流電界分布も同様に調べた。比較ケーブルの絶縁層13を構成するクラフト紙の抵抗率ρ(20℃)は1015Ω・cm程度である。
次に、実施例1における絶縁層のρグレーディングを3段階とした構成を図3(A)に示す。本例の超電導ケーブルもケーブルコアが断熱管内に収納されている構造であり、断熱管自体の構成は実施例1と同様であるため、コア10の断面構造のみ図3(A)に示している。また、実施例1との相違点を中心に説明する。
低ρ層:比率k=60%、抵抗率ρ(20℃)=AΩ・cm、誘電率ε=B
中ρ層:比率k=70%、抵抗率ρ(20℃)=約1.2AΩ・cm、誘電率ε=約0.95B
高ρ層:比率k=80%、抵抗率ρ(20℃)=約1.4AΩ・cm、誘電率ε=約0.9B
ここで、A,Bは定数である。
次に、実施例1と同様の超電導ケーブルに、さらにεグレーディングを組み合わせた構成を図4に基づいて説明する。本例の超電導ケーブルもケーブルコアが断熱管内に収納されている構造であり、断熱管自体の構成は実施例1と同様であるため、コア10の断面構造のみ図4に示す。また、実施例1との相違点を中心に説明する。
高ε層:誘電率ε=4.0
低ρ層:誘電率ε=2.8、比率k=40%、抵抗率ρ=約AΩ・cm
高ρ層:誘電率ε=2.6、比率k=60%、抵抗率ρ=約1.5AΩ・cm
ここで、Aは定数である。
10 コア
11 フォーマ 12 超電導導体 13 絶縁層 14 帰路導体 15 保護層
13A 低ρ層 13B 中ρ層 13C 高ρ層 13D 高ε層
20 断熱管
21 内管 22 外管 23 防食層
Claims (5)
- 超電導導体と絶縁層とを有する超電導ケーブルであって、
前記絶縁層は、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おり、
ρグレーディングが、絶縁紙とプラスチックフィルムからなる複合紙と絶縁紙との組合せにより形成されていることを特徴とする超電導ケーブル。 - 超電導導体と絶縁層とを有する超電導ケーブルであって、
前記絶縁層は、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おり、
ρグレーディングは、複合紙の厚さに対するプラスチックフィルムの厚さの比率kが異なる複合紙の組合せにより形成されていることを特徴とする超電導ケーブル。 - 比率kが60%以上の複合紙を用いていることを特徴とする請求項2に記載の超電導ケーブル。
- 前記絶縁層は、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1〜3のいずれか1項に記載の超電導ケーブル。
- 前記絶縁層は、超電導導体の近傍に、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1〜4のいずれか1項に記載の超電導ケーブル。
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