JP4720976B2 - 超電導ケーブル - Google Patents
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Description
巻き付け径とは、常電導線材が巻き付けられる部材の径、つまり常電導線材により構成された層の内径のことである。巻き付け径に対する巻き付けピッチの比率を上記のように限定することで、冷却により常電導線材が収縮した際の縮径量を小さくできる短ピッチで、かつ常電導線材の使用量も抑制できる巻き付けピッチとすることができる。
例えば、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、絶縁層と超電導シールド層との間に半導電層を形成しても良い。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、電気性能の安定に有効である。半導電層は、カーボン紙の巻回などにより構成すればよい。
超電導線材を螺旋状に巻回して超電導層(超電導導体層や超電導シールド層)を構成する場合、通常、偏流抑制の観点から種々の異なるピッチを組み合わせて超電導線材を巻き付けている。一方、超電導線材の巻き付け径が同じであれば、巻き付けピッチが長いほど縮径量は大きい。そのため、応力緩和層による吸収量によっては、巻き付けピッチの大きい超電導線材には収縮に伴う応力の作用を許容する必要がある。その場合、超電導線材が抗張力性に優れた線材であれば、十分実用的な超電導ケーブルを構成することが可能である。この抗張力性に優れた超電導線材を得る手段の一つとして、加圧焼成法により超電導線材を製造することが挙げられる。
超電導線材の引張強度が高ければ、超電導線材への応力の作用を許容できて好ましいことは前述したとおりであるが、超電導線材に補強層を設けることでも抗張力性の超電導線材を構成することができる。この補強層としては、例えば、超電導線材にステンレステープを貼り合わせたり、超電導線材にエナメルなどの樹脂コーティングを施すことが挙げられる。
超電導層(超電導導体層や超電導シールド層)の外側に押え巻き層を形成してもよい。超電導層の外側に押え巻き層を形成することで、超電導層に対して内側に締め付ける作用が期待できる。その締付作用により、超電導層の縮径を円滑に挙動させることができる。押え巻き層の材質は、超電導層に所定の締付力を生じさせられるものであればよく、例えば金属テープ、特に銅テープなどが好適に利用できる。
[全体構造]
図1に示すように、本発明交流超電導ケーブル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、超電導導体層12、クッション層13、押え巻き層14、絶縁層15、超電導シールド層16、常電導シールド層17、保護層18を有する。
フォーマ11は、超電導線材からなる超電導導体層12を形成するための芯となる部材で、中心から順に、芯材11A、応力緩和層11B、常電導導体層11Cを備えている。ここでは、芯材11Aにスパイラル鋼帯を用い、その芯材11A上に絶縁テープを巻き付けて応力緩和層11Bとし、さらに応力緩和層11Bの上に常電導線材を巻回して常電導導体層11Cとしている。
超電導導体層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。このテープ線材は、加圧焼成法により製造されている。このテープ線材をフォーマ11(常電導導体層11C)の上に多層に巻回して超電導導体層12を構成する。ここでは、4層に超電導線材を巻き付ける。各層の巻回方向は、内層側から順にS-S-Z-Zとした。
超電導導体層12の上にクッション層13を形成し、さらにその上に押え巻き層14を形成した。クッション層13は、超電導導体層12上に数層のクラフト紙を巻きつけることで構成し、押え巻き層14は銅テープを巻き付けることで構成した。クッション層13は超電導導体層12と押え巻き層14による金属同士の接触を回避し、押え巻き層14はクッション層13を介して超電導導体層12を内周側に締め付けて冷却時の超電導導体層12の縮径、さらには常電導導体層11Cの縮径を円滑に挙動させる。
押え巻き層14の上には絶縁層15が形成される。この絶縁層15は、導体層12に流れる交流に対する電気絶縁の機能を有する。ここでは、PPLPで絶縁層15を構成した。また、この絶縁層15は、後に述べる常電導シールド層17の冷却に伴う縮径量を吸収する外部応力緩和層としての機能も有する。絶縁層15自体を外部応力緩和層とすることで、別個に外部応力緩和層を形成する必要がなく、ケーブルコアの外径が大きくなることを抑制できる。
絶縁層15の外側には、超電導シールド層16を設けた。この超電導シールド層16は、ケーブル運用時、超電導導体層12とほぼ同じ大きさで逆方向の電流が誘導されることで超電導導体層12から生じる磁場を相殺し、外部への磁場の漏洩を防止する。ここでは、超電導導体層12と同様の超電導線材で構成した。より具体的には、2層に構成され、各層の巻回方向はS-Sとしている。
続いて、超電導シールド層16の上に常電導シールド層17を形成した。この常電導シールド層17は、短絡事故時などに過大な事故電流が超電導シールド層16に誘導されて超電導シールド層16が損傷することを抑制するために、事故電流の分流路となるものである。ここでは、ポリフッ化ビニルを被覆した銅線を超電導シールド層16上に螺旋状に巻き付けて構成している。この常電導シールド層17は2層から構成され、テープ状銅線が用いられている。常電導シールド層17の各層の巻回方向は、内層側から順にS-Zとした。
この常電導シールド層17の外側には絶縁材料で構成される保護層18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18を構成している。この保護層18により、常電導シールド層17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への誘導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。
次に、上記の超電導ケーブルを作製するのに際し、常電導線材の縮径量を小さくできるように同線材の短ピッチ化を目指しながら、常電導線材の使用量を少なくできるように以下の試算を行った。
10 コア
11 フォーマ 11A 芯材 11B 応力緩和層 11C 常電導導体層
12 超電導導体層 13 クッション層 14 押え巻き層
15 絶縁層 16 超電導シールド層 17 常電導シールド層 18 保護層
20 断熱管
21 内管 22 外管 23 防食層
Claims (7)
- 超電導層と、この超電導層の内側および外側の少なくとも一方に配される常電導層とを有する超電導ケーブルであって、
前記超電導ケーブルは、フォーマと、フォーマの外側に超電導層として形成される超電導導体層と、超電導導体層の外側に形成される絶縁層とを有し、
前記フォーマは、前記常電導層と、この常電導層の内側に設けられる応力緩和層とを有しており、
この応力緩和層により、冷媒の冷却に伴う常電導層の径方向への収縮分の少なくとも一部を吸収するように構成されていることを特徴とする超電導ケーブル。 - 前記常電導層は、螺旋状に巻回される常電導線材で構成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。
- 前記常電導線材の巻き付けピッチが、巻き付け径の4〜6倍であることを特徴とする請求項2に記載の超電導ケーブル。
- さらに前記超電導ケーブルは、前記絶縁層の外側に超電導層として形成される超電導シールド層と、超電導シールド層の外側に常電導層として形成される常電導シールド層とを有することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の超電導ケーブル。
- 前記超電導層は超電導線材により構成され、
この超電導線材が加圧焼成法により製造されたBi系酸化物超電導線材であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の超電導ケーブル。 - 前記超電導層は超電導線材により構成され、
この超電導線材には、その引張強度を補強する補強層が設けら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。 - 前記応力緩和層が、クラフト紙、プラスチックテープおよびクラフト紙とプラスチックテープとの複合テープの少なくとも1種から構成されることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の超電導ケーブル。
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