JP5680505B2 - Method for measuring critical current of superconducting cable - Google Patents
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Description
本発明は、超電導ケーブルの臨界電流測定方法に関するものである。特に、小容量の電源を用いて臨界電流を精度よく測定可能な超電導ケーブルの臨界電流測定方法に関するものである。 The present invention relates to a method for measuring a critical current of a superconducting cable. In particular, the present invention relates to a method for measuring the critical current of a superconducting cable capable of accurately measuring the critical current using a small capacity power source.
電力供給路を構成する電力ケーブルとして、超電導ケーブルが開発されつつある。超電導ケーブルは、代表的には、超電導導体層を有するケーブルコアと、このケーブルコアを収納すると共に、液体窒素といった冷媒が満たされる断熱管とを具える。 Superconducting cables are being developed as power cables constituting power supply paths. A superconducting cable typically includes a cable core having a superconducting conductor layer, and a heat insulating tube that houses the cable core and is filled with a refrigerant such as liquid nitrogen.
上記超電導ケーブルを布設後、竣工試験などでケーブル特性を確認する目的で、超電導ケーブルの臨界電流を測定することがある。特許文献1では、測定対象となる1本のケーブルコアに、別のケーブルコアを接続して往復通電を行って、測定対象の臨界電流を測定することを開示している。この測定方法では、上記別のケーブルコアをリード部材として利用することで、布設後などで超電導ケーブルの両端が離れている場合などでも、銅などの常電導材料からなる長尺なリード部材を取り付け、このリード部材を介して電源に接続する必要が無い。また、このような長尺なリード部材の使用に伴う電気抵抗の増大が無く、当該電気抵抗を考慮した大容量の直流電源を使用しなくてよいため、上記測定方法は、臨界電流を簡便に測定可能である。
After laying the superconducting cable, the critical current of the superconducting cable may be measured for the purpose of confirming the cable characteristics in a completion test or the like.
従来の超電導ケーブルは、定格電流が1kA程度の送電に対応するように設計されている。交流送電用途では、過負荷時などの尤度を考慮して、超電導導体層の臨界電流の設計値を3kA程度としていた。今後の電力需要の増加によっては、定格電流が2kA以上、更に5kA以上といった大容量の電力供給路の構築が期待される。このような要求に対して、臨界電流が4kA以上、更に5kA以上、とりわけ10kA以上といった超電導導体層を設計することが求められる。しかし、このような大容量の電力供給用途の超電導ケーブルでは、臨界電流を精度よく測定することが難しい。 Conventional superconducting cables are designed to handle power transmission with a rated current of about 1 kA. In the AC power transmission application, the critical current design value of the superconducting conductor layer was set to about 3 kA in consideration of the likelihood during overload. Depending on the future increase in power demand, it is expected to construct a large-capacity power supply path with a rated current of 2 kA or more, and further 5 kA or more. In response to such demands, it is required to design a superconducting conductor layer having a critical current of 4 kA or more, further 5 kA or more, and particularly 10 kA or more. However, it is difficult to accurately measure the critical current in such a superconducting cable for large-capacity power supply.
本発明者らは、特許文献1に記載される往復通電を利用し、上述のような大容量の電力供給用途の超電導ケーブルに大容量の電流を供給して臨界電流を測定した。すると、測定した臨界電流は、設計値よりも低く、精度よく測定することが困難であった。
The present inventors measured the critical current by using a reciprocating current described in
測定した臨界電流が低下した原因は、以下のように考えられる。超電導導体層に直流電流を通電した場合、超電導導体層の外周には、通電電流に比例した磁場が形成される。超電導導体層の外周に超電導シールド層が設けられたケーブルコアの場合、超電導導体層に流れる導体電流による磁場が、超電導シールド層に流れる誘導電流による磁場とほぼ同じ大きさであれば、当該ケーブルコアの外部に磁場が実質的に漏れない。従って、隣り合うケーブルコア間で相互に磁場が影響し難い。しかし、超電導導体層に直流電流を供給するときの電流の変化速度によっては、誘導電流が導体電流よりも小さくなることがある。誘導電流が小さいことで、導体電流と誘導電流との差に基づく磁場がケーブルコアの外部に漏れる(漏れ磁場が生じる)。従って、往復通電を行う2本のケーブルコアは互いに近接していることで相互の漏れ磁場を受けて、臨界電流が低下したと考えられる。特に、大電流を供給する場合、漏れ磁場も大きくなり易く、臨界電流が更に低下したと考えられる。 The cause of the decrease in the measured critical current is considered as follows. When a direct current is applied to the superconducting conductor layer, a magnetic field proportional to the applied current is formed on the outer periphery of the superconducting conductor layer. In the case of a cable core in which a superconducting shield layer is provided on the outer periphery of the superconducting conductor layer, if the magnetic field due to the conductor current flowing through the superconducting conductor layer is approximately the same magnitude as the magnetic field due to the induced current flowing through the superconducting shield layer, the cable core The magnetic field does not substantially leak outside. Therefore, it is difficult for magnetic fields to affect each other between adjacent cable cores. However, the induced current may be smaller than the conductor current depending on the rate of change of current when a direct current is supplied to the superconducting conductor layer. Since the induced current is small, a magnetic field based on the difference between the conductor current and the induced current leaks to the outside of the cable core (a leakage magnetic field is generated). Therefore, it can be considered that the two cable cores that perform reciprocal energization are close to each other, so that the critical current decreases due to the mutual leakage magnetic field. In particular, when a large current is supplied, it is considered that the leakage magnetic field tends to increase, and the critical current further decreases.
漏れ磁場による臨界電流の低下を低減するには、漏れ磁場を低減する必要がある。漏れ磁場の低減には、超電導導体層に供給した電流と同程度の大きさの誘導電流を当該超電導導体の外周に具える超電導シールド層に十分に流すことが考えられる。誘導電流の大きさは、供給する電流の変化速度に相関があり、変化速度を大きくする(速くする)ほど、誘導電流を大きくすることができ、漏れ磁場による臨界電流の低下を抑制することができる、との知見を得た。 In order to reduce the decrease in critical current due to the leakage magnetic field, it is necessary to reduce the leakage magnetic field. In order to reduce the leakage magnetic field, it is conceivable that an induced current having the same magnitude as the current supplied to the superconducting conductor layer is sufficiently passed through the superconducting shield layer provided on the outer periphery of the superconducting conductor. The magnitude of the induced current correlates with the rate of change of the supplied current, and the larger the rate of change (the faster), the larger the induced current, and the lowering of the critical current due to the leakage magnetic field can be suppressed. The knowledge that it was possible was acquired.
しかし、通電電流の変化速度の増大に伴い、往復通電を行うケーブルコアの両端に発生する電圧が大きくなる。 However, as the change rate of the energization current increases, the voltage generated at both ends of the cable core that performs reciprocal energization increases.
ここで、現在、試験線路では、1本の長さ(単位長)が数十m〜数百m程度の超電導ケーブルが利用されている。実際の超電導ケーブル線路の構築では、単位長ができるだけ長い、少なくともキロメートルオーダーのケーブルが望まれる。従って、ケーブルコアもキロメートルオーダーに長大化し得る。 Here, at present, a superconducting cable having a length (unit length) of about several tens of meters to several hundreds of meters is used in the test line. In the construction of an actual superconducting cable line, a cable of at least a kilometer order having a unit length as long as possible is desired. Therefore, the cable core can be lengthened to the kilometer order.
ケーブルコアが長大化すると、上記両端の電圧が非常に大きくなる。従って、大電流・大電圧に対応可能な大容量の電源が必要となる。 When the cable core becomes longer, the voltage at both ends becomes very large. Therefore, a large-capacity power supply that can handle a large current and a large voltage is required.
より具体的に説明する。例えば、10kmの線路(ケーブルコアの単位長:10km、往復で20km)の臨界電流を測定する場合を考える。このとき、使用する電源は、臨界電流の定義電圧を0.1mV/mとすると、0.1mV/m×20,000m=2Vの電圧(抵抗成分)を確保する必要がある。 This will be described more specifically. For example, consider the case of measuring the critical current of a 10 km line (unit length of cable core: 10 km, 20 km for round trip). At this time, it is necessary to secure a voltage (resistance component) of 0.1 mV / m × 20,000 m = 2 V, assuming that the critical current has a defined voltage of 0.1 mV / m.
上記抵抗成分の電圧以外にも誘導電圧が発生する。通電電流の変化速度をα(A/sec)とすると、誘導電圧は、L・(dI/dt)=Lαで定義される。従って、変化速度αを大きくするほど、発生する誘導電圧が大きくなる。図5は、10kmの線路(往復20km)にα=720A/secで直流電流を通電した場合に発生する電圧波形を示す。図5に示すように、通電電流が4kA以上、更に5kA以上になると、誘導に起因する電圧は、抵抗成分の電圧を超える3V近くになっており、5.5kA以上となると急激に大きくなることが分かる。従って、超電導ケーブルのケーブル長が長い場合には、大容量の電源が必要になる。また、超電導ケーブルのケーブル長が短い場合でも、上述のように通電電流の変化速度αを大きくすることで、大容量の電源が必要になる。 In addition to the voltage of the resistance component, an induced voltage is generated. When the change rate of the energization current is α (A / sec), the induced voltage is defined by L · (dI / dt) = Lα. Therefore, the greater the change rate α, the greater the induced voltage that is generated. FIG. 5 shows a voltage waveform generated when a DC current is applied to a 10 km line (20 km round-trip) at α = 720 A / sec. As shown in Fig. 5, when the energizing current is 4 kA or more, and further 5 kA or more, the voltage due to induction is close to 3 V exceeding the voltage of the resistance component, and when it becomes 5.5 kA or more, it may increase rapidly. I understand. Therefore, when the length of the superconducting cable is long, a large capacity power source is required. Even when the length of the superconducting cable is short, a large-capacity power source is required by increasing the change rate α of the conduction current as described above.
そこで、本発明の目的は、小容量の電源を用いて超電導ケーブルの臨界電流を精度よく測定可能な超電導ケーブルの臨界電流測定方法を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for measuring the critical current of a superconducting cable that can accurately measure the critical current of the superconducting cable using a small-capacity power source.
本発明は、漏れ磁場による臨界電流の低下分を補正することで、上記目的を達成する。 The present invention achieves the above object by correcting a decrease in critical current due to a leakage magnetic field.
本発明の超電導ケーブルの臨界電流測定方法は、少なくとも1本の超電導ケーブルに具える複数のケーブルコアを利用して、当該ケーブルコアに具える超電導導体層の臨界電流を測定する方法に係るものであり、上記各ケーブルコアは、上記超電導導体層の外周に超電導シールド層を具えるものとする。上記複数のケーブルコアのうち、2本のケーブルコアの一端側同士を電気的に接続し、各ケーブルコアの他端側を直流電源に接続し、各ケーブルコアの超電導導体層に往復通電を行えるようにする。この往復通電を行うケーブルコアに具える超電導導体層に一定の変化速度で直流電流を通電し、臨界電流を測定する。往復通電を行う一方のケーブルコアに具える超電導導体層への通電電流と、上記変化速度に基づいて、このケーブルコアに具える超電導シールド層に流れる誘導電流との差から、当該ケーブルコアの外部に漏れる漏れ磁場によって、往復通電を行う他方のケーブルコアに具える超電導導体層の臨界電流が低下する量を求める。そして、本発明方法では、上記測定した臨界電流を上記低下した量に基づいて補正する。 The method for measuring the critical current of a superconducting cable according to the present invention relates to a method for measuring the critical current of a superconducting conductor layer provided in a cable core using a plurality of cable cores provided in at least one superconducting cable. Each cable core includes a superconducting shield layer on the outer periphery of the superconducting conductor layer. Of the plurality of cable cores, one end sides of two cable cores are electrically connected to each other, the other end side of each cable core is connected to a DC power source, and the superconducting conductor layer of each cable core can be reciprocated. Like that. A direct current is passed through the superconducting conductor layer provided in the cable core that performs this reciprocating current at a constant rate of change, and the critical current is measured. Based on the difference between the conduction current to the superconducting conductor layer provided in one cable core that performs reciprocal energization and the induced current flowing in the superconducting shield layer provided to this cable core based on the above change rate, the outside of the cable core The amount by which the critical current of the superconducting conductor layer included in the other cable core that performs reciprocal energization decreases due to the leakage magnetic field leaking to the surface is obtained. In the method of the present invention, the measured critical current is corrected based on the reduced amount.
本発明方法は、臨界電流を測定するにあたり、測定値に対して、往復通電を行うケーブルコア間における相互の漏れ磁場による低下分を補正する構成とする。つまり、漏れ磁場によって測定値が低下することを許容する。そのため、本発明方法の実施にあたり、通電電流の変化速度αを比較的小さく設定して、発生する誘導電圧を小さくすることができることから、比較的低容量の小型な電源を利用できる。例えば、往復通電を行う2本のケーブルコアの長さに応じた抵抗成分の電圧を確保した電源を利用すればよい。このように本発明方法は、容易に、かつ精度よく臨界電流を測定することができる。 In measuring the critical current, the method of the present invention is configured to correct the decrease due to the mutual leakage magnetic field between the cable cores performing reciprocal energization with respect to the measured value. In other words, the measurement value is allowed to decrease due to the leakage magnetic field. Therefore, in carrying out the method of the present invention, it is possible to reduce the induced voltage generated by setting the change rate α of the energization current to be relatively small, so that a small power source having a relatively low capacity can be used. For example, a power source that secures a voltage of a resistance component corresponding to the length of two cable cores that perform reciprocal energization may be used. Thus, the method of the present invention can easily and accurately measure the critical current.
本発明の一形態として、上記2本のケーブルコアに具える超電導シールド層は、短絡接続部によって電気的に接続された形態が挙げられる。 As an embodiment of the present invention, the superconducting shield layer provided in the two cable cores may be electrically connected by a short-circuit connection portion.
本発明方法では、超電導シールド層に誘導電流が流れるようにするための通電ループを形成する必要がある。例えば、超電導シールド層の二箇所(例えば、両端)を接地して、大地を介した通電ループを形成することが挙げられる。或いは、上記形態のように超電導シールド層を短絡させて通電ループを形成した場合、短絡接続部の抵抗があるものの、上記大地を介した場合よりも抵抗が小さくなり易く、誘導電流を大きくし易い。 In the method of the present invention, it is necessary to form an energization loop for allowing an induced current to flow through the superconducting shield layer. For example, two places (for example, both ends) of the superconducting shield layer are grounded to form an energization loop through the ground. Or, when the superconducting shield layer is short-circuited as in the above embodiment to form a current-carrying loop, although there is a resistance of the short-circuit connection portion, the resistance is likely to be smaller than that through the ground, and the induced current is likely to be increased. .
上記短絡接続部を具える形態として、上記短絡接続部にロゴスキーコイルを取り付けて、上記超電導シールド層に流れる電流を実測し、上記誘導電流にこの実測値を用いる形態が挙げられる。 As a form having the short-circuit connection part, there is a form in which a Rogowski coil is attached to the short-circuit connection part, a current flowing through the superconducting shield layer is measured, and this actually measured value is used as the induced current.
短絡接続部の抵抗は、その構成材料や断面積などによって、ある程度決定される。しかし、使用時の冷媒温度、ケーブルコアや短絡接続部の製造誤差、短絡接続部の施工誤差などによって、短絡接続部の抵抗は、変化し得る。また、ある程度線路を使用した後、メンテナンス時などで臨界電流を測定する場合には、ケーブルコアや短絡接続部の経年変化などによって、短絡接続部の抵抗が変化する可能性がある。上記形態は、漏れ磁場を求めるにあたり、誘導電流の実測値を利用するため、上述のような短絡接続部の抵抗の変化に依らず、正確な漏れ磁場を求められ、ひいては漏れ磁場による臨界電流の低下量を正確に求められる。従って、上記形態は、臨界電流を高精度に求められる。また、上記形態は、ロゴスキーコイルを利用することで、短絡接続部に容易に取り付けられて、作業性に優れる上に、使用後も簡単に取り外すことができる。 The resistance of the short-circuit connection portion is determined to some extent by the constituent material, cross-sectional area, and the like. However, the resistance of the short-circuited connection portion may change depending on the refrigerant temperature during use, the manufacturing error of the cable core and the short-circuited connection portion, the construction error of the short-circuited connection portion, and the like. In addition, when the critical current is measured during maintenance after using the line to some extent, the resistance of the short-circuited connection portion may change due to aging of the cable core or the short-circuited connection portion. In the above embodiment, the actual value of the induced current is used to determine the leakage magnetic field. Therefore, an accurate leakage magnetic field can be obtained regardless of the change in the resistance of the short-circuited connection as described above. The amount of decrease can be obtained accurately. Therefore, the said form requires a critical current with high precision. Moreover, the said form is easily attached to a short circuit connection part by using a Rogowski coil, and it is excellent in workability | operativity and can also be removed easily after use.
上記短絡接続部を具える形態として、上記短絡接続部に取り付けられたシャント抵抗によって、上記超電導シールド層に流れる電流を実測し、上記誘導電流にこの実測値を用いる形態が挙げられる。 As a form having the short-circuit connection part, a form in which the current flowing through the superconducting shield layer is measured by a shunt resistor attached to the short-circuit connection part, and this actually measured value is used as the induced current can be cited.
上記形態も、誘導電流の実測値を用いて誘導電流を求めるため、結果として、臨界電流を高精度に求められる。また、上記形態は、シャント抵抗を利用することで誘導電流を高精度に求められることから、臨界電流をより高精度に測定できる。 In the above embodiment, the induced current is obtained using the measured value of the induced current, and as a result, the critical current can be obtained with high accuracy. Moreover, since the said form calculates | requires an induced current with high precision using shunt resistance, it can measure a critical current with high precision.
本発明の一形態として、上記超電導ケーブルは、上記超電導導体層の臨界電流の設定値が4kA以上である形態が挙げられる。 As an embodiment of the present invention, the superconducting cable may include an embodiment in which a set value of the critical current of the superconducting conductor layer is 4 kA or more.
超電導導体層の臨界電流が4kA以上に設計されるような大容量の電力供給用途では、臨界電流の測定にあたり、超電導導体層に供給する電流も大きく、漏れ磁場による臨界電流の低下が生じ易い。従って、このような大容量の電力供給用途の超電導ケーブルに対して臨界電流を測定する場合に本発明方法は、好適に利用することができる。 In large-capacity power supply applications in which the critical current of the superconducting conductor layer is designed to be 4 kA or higher, the current supplied to the superconducting conductor layer is large when measuring the critical current, and the critical current is likely to decrease due to the leakage magnetic field. Therefore, the method of the present invention can be suitably used when the critical current is measured for such a superconducting cable for large-capacity power supply.
本発明超電導ケーブルの臨界電流測定方法は、小容量の電源を用いて臨界電流を精度よく測定できる。 The method for measuring the critical current of the superconducting cable of the present invention can accurately measure the critical current using a small capacity power source.
以下、適宜図面を参照して、本発明をより詳細に説明する。図において同一符号は、同一名称物を示す。まず、測定対象となる超電導ケーブルを説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings as appropriate. In the figure, the same reference numeral indicates the same name object. First, the superconducting cable to be measured will be described.
本発明方法の測定対象となる超電導ケーブルは、例えば、往復通電を行う2本のケーブルコアが、1つの断熱管に収納された形態が挙げられる。 The superconducting cable to be measured by the method of the present invention includes, for example, a form in which two cable cores that perform reciprocal energization are accommodated in one heat insulating tube.
ここで、並列させた2本のケーブルコアのうち、1本のケーブルコアに電流Iを通電したときにもう1本のケーブルコアの中心に発生する磁場は、両ケーブルコア間の中心間距離をrとするとき、(I/(2πr))で表される。同じ一つの断熱管に収納されたケーブルコア同士は近接されていることから、上記ケーブルコア間の距離rが小さくなり易い。従って、電流Iの増大に加えて、発生磁場も大きく、漏れ磁場も大きくなり易い。しかし、本発明では、漏れ磁場による臨界電流の低下分を補正することで、発生磁場が大きい場合でも、臨界電流を精度よく測定できる。 Here, of the two cable cores in parallel, when the current I is applied to one cable core, the magnetic field generated at the center of the other cable core is the distance between the centers of the two cable cores. When r, it is represented by (I / (2πr)). Since the cable cores housed in the same heat insulating tube are close to each other, the distance r between the cable cores tends to be small. Therefore, in addition to the increase in current I, the generated magnetic field is large and the leakage magnetic field tends to be large. However, in the present invention, the critical current can be accurately measured even when the generated magnetic field is large by correcting the decrease in the critical current due to the leakage magnetic field.
超電導ケーブルのより具体的な形態として、1条の3心一括型超電導ケーブルを説明する。 As a more specific form of superconducting cable, we will explain the one-core three-core superconducting cable.
図1(A)に示す超電導ケーブル1Aは、3心のケーブルコア10a,10b,10cが撚り合わされて1つの断熱管13Aに収納された構成である。各コア10a,10b,10cは、例えば、中心から順にフォーマ(図示せず)、超電導導体層11、電気絶縁層(図示せず)、超電導シールド層12、常電導シールド層(図示せず)、保護層(図示せず)を具える。超電導導体層11や超電導シールド層12は、断熱管13A内に充填される液体窒素といった冷媒によって超電導状態に維持される。
A
フォーマは、超電導導体層11を支持する他、短絡や地絡などの事故時に事故電流を分流する通電路に利用されることから、銅やアルミニウムなどの常電導材料からなる中実体や中空体(管体)が挙げられる。例えば、ポリビニルホルマール(PVF)やエナメルなどの絶縁被覆を具える銅線を複数本撚り合わせた撚り線材が利用できる。フォーマの外周にクラフト紙やPPLP(住友電気工業株式会社 登録商標)といった絶縁性テープを巻回してクッション層を設けてもよい。
In addition to supporting the
超電導導体層11及び超電導シールド層12は、超電導線材を螺旋状に巻回した線材層を単層又は多層に具える形態が挙げられる。超電導線材は、酸化物超電導相を具える線材が挙げられる。具体的には、REBa2Cu3Ox(RE123:REは希土類元素)、例えばYBCO,HoBCO,GdBCOといった希土類系酸化物超電導相を具える薄膜線材や、Bi2Sr2Ca2Cu3O10+δ(Bi2223)といったBi系酸化物超電導相を具え、Agやその合金を金属マトリクスとする線材がある。多層構造とする場合、各線材層の層間にクラフト紙などの絶縁紙を巻回した層間絶縁層を形成することができる。超電導導体層11の直上にカーボン紙などを巻回して内側半導電層を設けることができる。なお、薄膜線材及びBi系酸化物超電導線材はいずれも、その表面に対して垂直に磁場が印加されると(超電導線材の厚さ方向に磁場が印加されると)、その表面に平行に磁場が印加される場合に比べて、臨界電流が低下する傾向にある。
Examples of the
超電導導体層11及び超電導シールド層12を構成する超電導線材の数や線材層の数は、所望の電力供給容量に応じて設計される。一般に、超電導線材の数や線材層の数を多くすることで、超電導導体層や超電導シールド層の臨界電流を4kA以上にすることができ、ケーブルの定格電流が2kA以上、更に5kA以上といった大容量の電力供給が可能な超電導ケーブルとすることができる。なお、超電導シールド層12は、直流送電の場合、帰路導体や中性線に利用することができる。
The number of superconducting wires constituting the
電気絶縁層は、超電導導体層11(或いは内側半導電層)の上に、クラフト紙やPPLP(登録商標)といった半合成絶縁紙などの絶縁性テープを巻回することで形成することができる。電気絶縁層の直上に、カーボン紙などを巻回して外側半導電層を設けることができる。 The electric insulating layer can be formed by winding an insulating tape such as kraft paper or semi-synthetic insulating paper such as PPLP (registered trademark) on the superconducting conductor layer 11 (or the inner semiconductive layer). An outer semiconductive layer can be provided by winding carbon paper or the like directly on the electrical insulating layer.
常電導シールド層は、上述した事故電流の誘導電流を分流する通電路に利用されることから、銅といった常電導材料からなる金属テープを巻回して形成した構成が挙げられる。 Since the normal conductive shield layer is used in the current path for diverting the above-described induced current of the accident current, there is a configuration formed by winding a metal tape made of a normal conductive material such as copper.
超電導シールド層12(或いは常電導シールド層)の外周に、クラフト紙やPPLP(登録商標)といった半合成絶縁紙などの絶縁性テープを巻回して、シールド層を機械的に保護するための保護層を設けることができる。 A protective layer for mechanically protecting the shield layer by winding an insulating tape such as kraft paper or semi-synthetic insulation paper such as PPLP (registered trademark) around the outer periphery of the superconducting shield layer 12 (or normal conducting shield layer) Can be provided.
断熱管13Aは、内管と外管との二重管からなり、内管と外管との間が真空引きされた真空断熱構造のものが代表的である。内管と外管との間にスーパーインシュレーションといった断熱材や、両管の間隔を保持するスペーサを配置させた構成が利用できる。外管の外周には、ポリ塩化ビニル(PVC)といった防食層を具えると、耐食性を高められる。
The
或いは、往復通電を行う2本のケーブルコアがそれぞれ、別々の断熱管に収納された形態が挙げられる。 Alternatively, a form in which two cable cores that perform reciprocal energization are housed in separate heat insulating pipes can be mentioned.
本発明方法は、異なる2本の超電導ケーブルの断熱管にそれぞれ収納されたケーブルコアを往復通電できるように接続することで、臨界電流を精度よく測定できる。上記形態では、上述のケーブルコア間の距離rが大きくなり易いものの、電流Iが10kA、20kAと増大すれば、漏れ磁場が大きくなる。しかし、本発明では、上述のように漏れ磁場による臨界電流の低下分を補正することで、漏れ磁場が大きい場合でも、臨界電流を精度よく測定できる。 In the method of the present invention, the critical current can be measured with high accuracy by connecting the cable cores respectively housed in the heat insulation pipes of two different superconducting cables so as to be able to reciprocate. In the above embodiment, the distance r between the cable cores is likely to increase, but if the current I increases to 10 kA and 20 kA, the leakage magnetic field increases. However, in the present invention, the critical current can be accurately measured even when the leakage magnetic field is large by correcting the decrease in the critical current due to the leakage magnetic field as described above.
より具体的な形態としては、図1(B)に示すような3条の単心超電導ケーブルが挙げられる。超電導ケーブル1B,1C,1Dはそれぞれ、断熱管13B,13C,13Dにそれぞれ1条のケーブルコア10d,10e,10fが収納されている。各コア10d,10e,10fの基本構成、断熱管13B,13C,13Dの基本構成は、上述した超電導ケーブル1Aのケーブルコア10a,断熱管13Aと同様である。
As a more specific form, there is a three-core single-conductor superconducting cable as shown in FIG. 1 (B).
<実施形態1>
図1(A)に示す多心の超電導ケーブル1Aを布設して、超電導ケーブル1Aの両端に適宜端末構造を形成して超電導ケーブル線路を構築し、本発明方法を利用して、ケーブルコア10aと、別の1本のケーブルコア(ここではケーブルコア10b)を利用し、これら2本のコア10a,10bの超電導導体層11の臨界電流を測定する場合を説明する。
<
A
《誘導電流の通電ループの形成》
ケーブルコア10aの超電導シールド層12の端部とケーブルコア10bの超電導シールド層12の端部とを短絡接続部120によって電気的に接続し、両コア10a,10bの超電導シールド層12と短絡接続部120とで誘導電流が流れる通電ループを形成する。通電ループは、超電導シールド層12をアース電位とするために片端を接地している。短絡接続部120には、銅や銅合金などの導電性に優れる常電導材料、その他、上述の超電導線材を適宜組み合せて形成することができる。なお、線路を構築する場合、超電導ケーブル1Aに具える複数のコア10a,10b,10cの超電導シールド層12を全て電気的に接続して短絡し、誘導電流の通電ループを形成する。この通電ループを利用することができる。
《Formation of energization loop of induced current》
The end of the
《ケーブルコア同士の接続》
両ケーブルコア10a,10bの一端側において超電導導体層11同士を電気的に接続して、後述する直流電源3からの直流電流の通電路を形成する。この接続には、リード部材2が利用できる。リード部材2は、銅や銅合金などの常電導材料、その他、上述の超電導線材を適宜組み合わせて形成することができる。リード部材2は、例えば、線路に具える終端接続箱などに収納させることができるが、当該接続箱などの外部に設けると、接続作業が行い易い。
<Connection between cable cores>
Superconducting conductor layers 11 are electrically connected to each other at one end side of both
《直流電源の接続》
両ケーブルコア10a,10bの他端側の超電導導体層11に直流電源3を接続する。直流電源3は、上述の抵抗電圧、及び通電電流の変化速度に応じた誘導電圧分の出力電圧を確保した適宜なものが利用でき、市販品を利用することができる。直流電源3として、変化速度の制御が可能な機構を具えるものを利用したり、変化速度を制御可能な市販のスイーパ装置(図示せず)を直流電源3に併設させたりすることができる。直流電源3を取り付けることで、リード部材2によって接続された両コア10a,10bの超電導導体層11に直流電流を供給して、往復通電を行うことができる。
<DC power supply connection>
A
更に、直流電源3やケーブルコア10a,10bなどからの種々の測定データ(通電電流、コア10a,10b間の両端の電圧などの信号)を記録する記録装置4を直流電源3や両コア10a,10bの一端側に接続すると、作業者が測定結果を把握し易い。記録装置4は、測定データを記憶する記憶手段を具えていればよいが、更に、記憶手段から呼び出したデータを用いて、漏れ磁場によって低下した臨界電流の低下分を補正するための補正量を演算する補正量演算手段と、求めた補正量を用いて測定値を補正し、適切な臨界電流(理想的には、漏れ磁場による低下が無いときの本来の臨界電流)を演算する臨界電流演算手段とを具えるものを利用できる。或いは、上記演算手段を具える演算装置を別途用意して利用することができる。
Further, the recording device 4 for recording various measurement data (signals such as energized current and voltages at both ends of the
《臨界電流の測定》
(1) 実測値を利用する場合
上述のように2本のケーブルコア10a,10bと、両コア10a,10bの一端側同士を電気的に接続するリード部材2と、各コア10a,10bの他端側に接続される直流電源3とを具え、各コア10a,10bの超電導導体層11に往復通電が可能なシステムを構成したら、直流電源3によって一定の変化速度αで直流電流を超電導導体層11に供給して、超電導導体層11の臨界電流Icrealを測定する。臨界電流Icrealは、記録装置4の記憶手段に記憶しておくと、測定データを利用し易い。
<Measurement of critical current>
(1) When using measured values As described above, the two
なお、臨界電流Icrealは、両ケーブルコア10a,10bにおける直流電源3側の端部の電圧信号(電位差)を測定して、電流と電圧との関係を記録装置4に記録し、得られた電流-電圧特性から、1μV/cm(=0.1mV/m)の電界が生じた電流とする。
The critical current Ic real was obtained by measuring the voltage signal (potential difference) at the end of the
短絡接続部120にロゴスキーコイル5を取り付けて、ロゴスキーコイル5からの測定情報を用いて超電導シールド層12に流れる誘導電流Isrealを測定する。具体的には、ロゴスキーコイル5の発生電圧を積分し、この積分値に校正係数をかけることで、誘導電流Isrealを求める。測定データは、記録装置4の記憶手段に記憶しておくと、測定データを利用し易い。ロゴスキーコイル5は、着脱が容易であり、測定時の作業性に優れる。ロゴスキーコイル5に代えて、短絡接続部120を構築する際にシャント抵抗(図示せず)を設けておき、シャント抵抗を利用して誘導電流Isrealを測定することができる。シャント抵抗は短絡接続部120の構成要素に直接、直列接続されるため、測定誤差が小さく、誘導電流Isrealの測定精度が高い。
The
測定した臨界電流Icrealと誘導電流Isrealとの差:ΔIc=Icreal−Isrealを求め、両電流の差ΔIcに基づく漏れ磁場による臨界電流の低下量を求める。通電電流の変化速度αを大きくするほど誘導電流Isrealが大きくなることでΔIcが小さくなる。つまり、漏れ磁場が少なくなり、臨界電流の低下量も少なくなり、補正による誤差が小さくなる。臨界電流の低下量は、種々の大きさの磁場と、各磁場を印加したときの臨界電流の低下量との相関データを予め求めておき、この相関データを参照して求めるようにすると、容易に求められる。この相関データも、上述した記録装置4などの記憶手段に記憶させておくと、臨界電流の低下量をより簡単に、自動的に求められる。 The difference between the measured critical current Ic real and the induced current Is real : ΔIc = Ic real −Is real is obtained, and the amount of decrease in the critical current due to the leakage magnetic field based on the difference ΔIc between the two currents is obtained. As the change rate α of the energization current is increased, the induced current Is real is increased, so that ΔIc is decreased. That is, the leakage magnetic field is reduced, the amount of decrease in critical current is reduced, and the error due to correction is reduced. The amount of decrease in critical current can be easily obtained by obtaining in advance correlation data between various magnitudes of magnetic fields and the amount of decrease in critical current when each magnetic field is applied, and referring to this correlation data. Is required. If this correlation data is also stored in storage means such as the recording device 4 described above, the amount of decrease in critical current can be determined more easily and automatically.
或いは、臨界電流の低下量は、上記漏れ磁場分布を解析し、超電導導体層を構成する線材に磁場が印加された場合の臨界電流の低下率を演算によって求めておき、この演算値を利用することができる。具体的には、1本のケーブルコアの通電電流と誘導電流との差によって発生する磁場分布を(二次元或いは三次元の)電磁場解析によって計算し、もう1本のケーブルコアに具える超電導導体層を形成する各超電導線材に印加する磁場を算出する。また、予め、超電導線材に磁場が印加されたときの臨界電流の維持率を実験的に求めておき、上記磁場による各超電導線材の臨界電流の低下を求め、この低下量を用いて、超電導導体層の臨界電流の低下率を求める。上記電磁場解析には、市販の解析ソフトを利用することができる。 Alternatively, the critical current decrease amount is obtained by analyzing the leakage magnetic field distribution, calculating the critical current decrease rate when a magnetic field is applied to the wire constituting the superconducting conductor layer, and using this calculated value. be able to. Specifically, the distribution of the magnetic field generated by the difference between the conduction current and the induced current of one cable core is calculated by electromagnetic field analysis (two-dimensional or three-dimensional), and the superconducting conductor provided in the other cable core. The magnetic field applied to each superconducting wire forming the layer is calculated. Also, in advance, experimentally determined the critical current maintenance rate when a magnetic field is applied to the superconducting wire, and determined the reduction of the critical current of each superconducting wire due to the magnetic field, and using this decrease amount, the superconducting conductor Determine the critical current reduction rate of the layer. Commercially available analysis software can be used for the electromagnetic field analysis.
そして、測定した臨界電流Icrealに求めた低下量を加えて補正し、臨界電流Icを求める。この演算も、記録装置4などに具える演算手段に行わせるようにすると、臨界電流Icをより簡単に、自動的に求められる。 Then, added to correct the measured drop amount determined in the critical current Ic real and obtains the critical current Ic. If this calculation is also performed by calculation means provided in the recording device 4 or the like, the critical current Ic can be obtained more easily and automatically.
この形態は、実測値の誘導電流Isrealを利用することで短絡接続部120の抵抗が設計値と相違する場合でも、臨界電流Icを精度よく求められ、信頼性が高い。
In this embodiment, even when the resistance of the short-
(2) 数値解析を利用する場合
或いは、上述した往復通電のシステムを構築した場合における誘導電流を以下に説明する数値解析コードを用いて演算により求め、この演算値を用いて、臨界電流Icを演算により求めることができる。
(2) When numerical analysis is used, or when the above-described reciprocating system is constructed, the induced current is obtained by calculation using the numerical analysis code described below, and the critical current Ic is calculated using this calculated value. It can be obtained by calculation.
超電導導体層及び超電導シールド層が上述した超電導線材からなる多層構造であり、合計でN層の線材層を具えるケーブルコアについて(超電導導体層の線材層の数:Nc)、各線材層を同軸円筒モデルで近似し、各線材層に、当該線材層のスパイラル方向(線材の巻回方向)と平行に電流が流れる場合を考える。 Superconducting conductor layer and superconducting shield layer is a multilayer structure composed of the above-mentioned superconducting wire, and for a cable core having a total of N wire layers (number of superconducting conductor layers: N c ), each wire layer is Approximation is performed using a coaxial cylindrical model, and a case is considered in which a current flows in each wire layer in parallel to the spiral direction of the wire layer (winding direction of the wire).
超電導導体層を構成するi層目(1≦i≦NC)の線材層、及び超電導シールド層を構成するi層目((NC+1)≦i≦N)の線材層に対する回路方程式はそれぞれ、式(1)及び式(2)で表される。VCは、往復通電する2本のケーブルコアに具える超電導導体層の両端の電圧、Iiは、i層目に流れる電流、ISは、誘導電流の総和、rSは短絡接続部の抵抗(ここでは三相短絡抵抗)である。 The circuit equations for the wire layer of the i-th layer (1 ≦ i ≦ N C ) constituting the superconducting conductor layer and the wire layer of the i-th layer ((N C +1) ≦ i ≦ N) constituting the superconducting shield layer are respectively Are represented by formula (1) and formula (2). V C is the voltage across the superconducting conductor layer in the two cable cores carrying reciprocating current, I i is the current flowing in the i layer, I S is the sum of the induced currents, and r S is the short-circuit connection Resistance (here, three-phase short-circuit resistance).
Liはi層目の自己インダクタンス、Mi,jはi層目とj層目との相互インダクタンスであり、それぞれ式(3)及び式(4)で表される。dは、ケーブルコアの長さ、aiはi層目の半径、piはi層目のスパイラルピッチ、siはi層目の撚り方向係数(線材がS撚りの場合では「1」、Z撚りの場合では「-1」)、Rは積分半径である。Viは直流通電時にi層目に発生する抵抗成分の電圧であり、式(5)で表される。IC,iはi層目の線材の臨界電流の総和、niはi層目の線材のn値、E0は、基準電界:0.1mV/mである。 L i is the self-inductance of the i- th layer, M i, j is the mutual inductance of the i-th layer and the j-th layer, and is expressed by the equations (3) and (4), respectively. d is the length of the cable core, a i is the radius of the i- th layer, p i is the spiral pitch of the i- th layer, s i is the twist direction factor of the i- th layer (`` 1 '' when the wire is S-twisted, In the case of Z twist, "-1"), R is the integral radius. V i is the voltage of the resistance component generated in the i-th layer during direct current energization, and is expressed by equation (5). I C, i is the sum of critical currents of the i- th layer wire, n i is the n value of the i- th layer wire, and E 0 is the reference electric field: 0.1 mV / m.
往復通電に用いる2本のケーブルコアにおいて、一方のケーブルコアの超電導導体層に流れる導体電流It=αtと、同じケーブルコアに具える超電導シールド層に流れる誘導電流ISとの差に起因する漏れ磁場の分布について、上述のように解析しておく。また、各線材層を構成する超電導線材に印加される磁場による臨界電流の低下率も上述のように求めておく。そして、各層の臨界電流IC,iには、この低下率を考慮したものとする。 In the two cable cores to be used for reciprocating energized, due to the difference in the conductor current I t = [alpha] t flowing through the superconducting conductor layer of one of the cable core, the induced current I S flowing through the superconducting shield layer comprising the same cable core The distribution of the leakage magnetic field is analyzed as described above. Further, the reduction rate of the critical current due to the magnetic field applied to the superconducting wire constituting each wire layer is also obtained as described above. The critical current I C, i of each layer is assumed to take this reduction rate into consideration.
設定した変化速度α及び抵抗rSに対して、上記の非線形過渡現象を示す連立方程式を解くことで、各時刻tにおいて2本のケーブルコアに具える超電導導体層の両端に発生する電圧Vcや超電導シールド層に誘導する誘導電流Isを求められる。Vcが、臨界電流の定義電圧0.1mV/mに達した時刻における通電電流値が臨界電流Icrealであり、このときのISとの差に基づく漏れ磁場による臨界電流の低下量によってIcrealを補正して、臨界電流Icを演算により求めることができる。 The voltage V c generated at both ends of the superconducting conductor layers included in the two cable cores at each time t is solved by solving the simultaneous equations showing the nonlinear transient phenomenon with respect to the set change rate α and resistance r S. obtained an induced current I s to divert to and superconducting shield layer. The conduction current value at the time when V c reaches the critical current definition voltage of 0.1 mV / m is the critical current I c real , and I c real depends on the amount of decrease in the critical current due to the leakage magnetic field based on the difference from I S at this time. And the critical current Ic can be obtained by calculation.
[試験例]
超電導導体層の臨界電流の設計値が6.1kA(6100A)の3心一括型超電導ケーブル(長さ:30m)を作製して布設し、上述した往復通電のシステム(図1(A)参照)を構築して、臨界電流を測定した。
[Test example]
A superconducting conductor layer with a critical current design value of 6.1 kA (6100 A) is manufactured and installed, and the above-mentioned reciprocating system (see Fig. 1 (A)) is installed. Constructed and measured critical current.
ケーブルコアの構成部材、及び仕様を表1に示す。超電導線材は、厚さ:0.35mmのBi系酸化物超電導線材を用いた。n値:15〜18、スパイラルピッチ:100mm〜500mm、各線材層の撚り方向はフォーマ側から順にSSZZSSとした。 Table 1 shows the components and specifications of the cable core. As the superconducting wire, a Bi-based oxide superconducting wire having a thickness of 0.35 mm was used. n value: 15 to 18, spiral pitch: 100 mm to 500 mm, and the twist direction of each wire layer was SSZZSS in order from the former side.
超電導導体層に供給する直流電流の変化速度αを種々の値として通電し、超電導シールド層に流れる誘導電流Isが異なった状態で臨界電流Icrealを測定した。また、ロゴスキーコイルを用いて、各変化速度αにおける誘導電流Isrealを測定した。 The critical current Ic real was measured in a state where the induction current Is flowing through the superconducting shield layer was varied by supplying various values of the change rate α of the direct current supplied to the superconducting conductor layer. In addition, the induced current Is real at each change rate α was measured using a Rogowski coil.
実際に測定した臨界電流Icreal(実測値)と、上述の数値解析コードを用いて求めた臨界電流Icreal(解析値)とを図2に示す。ここでは、印加磁場を垂直磁場として解析した。図2に示すように、変化速度αが大きいほど、臨界電流Icrealが大きいことが分かる(ここでは、α=720A/secのとき、Icreal=5635A(設計Ic値:6100Aの90%以上))。これは、誘導電流Isが十分に流れたことで漏れ磁場が低減され、漏れ磁場に基づく臨界電流の低下量が小さくなることで、測定した臨界電流Icrealが設計値に近くなった、と考えられる。変化速度αが小さい場合では、誘導電流Isが十分に流れないために漏れ磁場が大きくなり、図2に示すように変化速度αが大きい場合に比較して、臨界電流が低下している(ここでは、α=240A/secのとき、Icreal=5433A(設計Ic値:6100Aの約89%)。しかしながら、いずれの場合においても、実測値と解析値とはよく一致している。従って、変化速度αの増大に伴う誘導電圧に対応した大容量の電源を用いなくても、上述の実測値や解析値を利用して上述の補正を行うことで、臨界電流Icを精度よく求められる、と言える。 Actually measured critical current Ic real (measured value), showing the critical current Ic real obtained using numerical analysis code above (analysis value) in FIG. Here, the applied magnetic field was analyzed as a vertical magnetic field. As shown in FIG. 2, it can be seen that the larger the change rate α, the larger the critical current Ic real (here, when α = 720 A / sec, Ic real = 5635 A (designed Ic value: 90% or more of 6100 A)) ). This is because the leakage magnetic field is reduced by sufficiently flowing the induced current Is, and the amount of decrease in the critical current based on the leakage magnetic field is reduced, so that the measured critical current Ic real is close to the design value. It is done. When the rate of change α is small, the induced current Is does not flow sufficiently and the leakage magnetic field becomes large, and the critical current is reduced compared to the case where the rate of change α is large as shown in FIG. 2 (here Then, when α = 240 A / sec, Ic real = 5433 A (design Ic value: about 89% of 6100 A) However, in any case, the measured value and the analytical value agree well. Even without using a large-capacity power supply corresponding to the induced voltage accompanying the increase in the speed α, the critical current Ic can be obtained with high accuracy by performing the above-described correction using the above-described measured values and analytical values. I can say that.
上述のように実測値と解析値との整合が高く、図2に示すように、実測値と解析値との差は20A〜40A程度である。従って、臨界電流Icを演算するにあたり、上述した数値解析コードは、妥当性があると言える。 As described above, there is a high match between the actual measurement value and the analysis value. As shown in FIG. 2, the difference between the actual measurement value and the analysis value is about 20A to 40A. Therefore, it can be said that the above-described numerical analysis code is valid in calculating the critical current Ic.
図3は、上述の数値解析コードを用いて、誘導電流Isを演算により求めたグラフ(解析値)と、実測値:誘導電流Isrealのグラフである。誘導電流Isの演算では、rs=6.3μΩ、d=30mとした。図3に示すように、解析値と実測値とが整合していることが分かる。従って、上述の数値解析コードは、誘導電流Isの演算にも妥当性があり、臨界電流の低下率も精度よく求められる、と言える。 3, using a numerical analysis code described above, the graph of the induced current I s was obtained by calculation and (analysis value), Found: is a graph of the induced current Is real. In the calculation of the induced current I s , r s = 6.3 μΩ and d = 30 m. As shown in FIG. 3, it can be seen that the analysis value and the actual measurement value are consistent. Therefore, numerical analysis code described above, there is a validity to operation of the induction current I s, rate of decrease in the critical current is also required accurately, and it can be said.
上述の数値解析コードを用いて、ケーブルコアの長さ:ケーブル長を変えた場合の臨界電流Icrealを演算により求めた。その結果を図4に示す。図4に示すようにケーブル長が大きくなる(ケーブルコアの長さが長くなる)と、臨界電流Icrealは、設計値(ここでは6100A)に近づくことが分かる。また、ケーブル長が大きくなると変化速度αの大小の差による臨界電流Icrealの差が小さくなることが分かる。 Using the above numerical analysis code, the cable core length: the critical current Ic real when the cable length was changed was obtained by calculation. The results are shown in FIG. As shown in FIG. 4, it can be seen that as the cable length increases (the cable core length increases), the critical current Ic real approaches the design value (here, 6100 A). Further, it can be seen that the difference in the critical current Ic real due to a difference in the magnitude of the change rate α cable length increases is reduced.
以上から、超電導ケーブル線路に対して臨界電流Icrealを測定する場合、上述のように漏れ磁場による臨界電流の低下分を補正することで、小容量の電源を用いても、臨界電流Icを精度よく測定できると言える。特に、ケーブル長が短い場合では、誘導電流を誘導し難く、図4に示すように漏れ磁場によって臨界電流が低下し易いため、上述のように測定値を補正する本発明を好適に利用できる、と言える。また、キロメートルオーダーといった長尺な線路に対して、上述のように実測した誘導電流Isrealを利用して補正することで、臨界電流Icをより高精度に測定できると言え、上述の数値解析コードを用いると、容易に、かつ簡単に臨界電流Icを測定できると言える。 From the above, when measuring the critical current Ic real for a superconducting cable line, the critical current Ic can be accurately measured even if a small-capacity power supply is used by correcting the decrease in the critical current due to the leakage magnetic field as described above. It can be said that it can be measured well. In particular, when the cable length is short, it is difficult to induce the induced current, and the critical current is likely to be reduced by the leakage magnetic field as shown in FIG. 4, so that the present invention for correcting the measurement value as described above can be preferably used. It can be said. In addition, it can be said that the critical current Ic can be measured with higher accuracy by correcting the long current line such as the kilometer order by using the induction current Is real measured as described above. Can be used to easily and easily measure the critical current Ic.
なお、上記超電導ケーブルの出荷前に、工場にて当該超電導ケーブルの一部を切断して、1本の短尺なサンプルケーブル(例えば2m〜数m程度)を用意し、当該サンプルケーブルの両端を直流電源に接続して超電導導体層の臨界電流Icを測定したところ、設計値(6.1kA)に誤差範囲で一致した。この測定では、リード線などを介して直流電源にサンプルケーブルの両端を接続しており、上述のように別のケーブルコアを併設していないため、漏れ磁場による臨界電流の低下が実質的に生じない。また、サンプルケーブルは長さが短いため、上記リード線も短くて済み、リード線の抵抗を実質的に考慮しなくてもよい。従って、上記サンプルケーブルでは、漏れ磁場による影響を受けず、臨界電流を精度よく測定できる。上述の超電導ケーブル線路を構築する超電導ケーブルは、サンプルケーブルと同等の特性が維持されていることが確認できた。 Before shipping the superconducting cable, cut a part of the superconducting cable at the factory to prepare one short sample cable (for example, about 2m to several meters), and connect both ends of the sample cable to the DC When the critical current Ic of the superconducting conductor layer was measured by connecting to a power source, it agreed with the design value (6.1 kA) within the error range. In this measurement, both ends of the sample cable are connected to a DC power source via lead wires, etc., and a separate cable core is not provided as described above. Absent. Further, since the sample cable is short, the lead wire can be short, and the resistance of the lead wire need not be substantially taken into consideration. Therefore, in the sample cable, the critical current can be accurately measured without being affected by the leakage magnetic field. It was confirmed that the superconducting cable for constructing the above-described superconducting cable line maintained the same characteristics as the sample cable.
[効果]
上述したように、2本のケーブルコアの超電導導体層を往復通電可能とし、一定の変化速度αで超電導導体層に直流電流を通電して測定した臨界電流に対して、超電導導体層への通電電流と超電導シールド層に流れる誘導電流との差に基づく漏れ磁場による臨界電流の低下分を補正することで、小容量の電源を用いても、臨界電流を精度よく測定できる。
[effect]
As described above, the superconducting conductor layer of the two cable cores can be reciprocally energized, and the superconducting conductor layer is energized with respect to the critical current measured by applying a direct current to the superconducting conductor layer at a constant rate of change α. By correcting the decrease in critical current due to the leakage magnetic field based on the difference between the current and the induced current flowing in the superconducting shield layer, the critical current can be accurately measured even with a small-capacity power supply.
特に、補正値を求めるにあたり、誘導電流の実測値を利用することで、短絡接続部の抵抗分を正確に反映できるため、短絡接続部の抵抗を一定値とする場合と比較して、臨界電流をより精度よく測定することができる。 In particular, when calculating the correction value, the resistance value of the short-circuited connection can be accurately reflected by using the measured value of the induced current. Can be measured with higher accuracy.
実施形態1では、同じ断熱管13Aに収納された2本のケーブルコア10a,10bを測定に用いており、各コア10a,10bの磁場が互いに干渉し易い環境であるが、上述のように補正することで、臨界電流を精度よく測定できる。
In the first embodiment, the two
なお、実施形態1では、ケーブルコア10a,10bに対して臨界電流を測定する場合を説明したが、ケーブルコア10b,10c、或いはケーブルコア10a,10cの臨界電流も勿論測定できる。
In the first embodiment, the case where the critical current is measured for the
<実施形態2>
図1(B)に示す3条の単心超電導ケーブルに対して、本発明方法を利用して、超電導導体層11の臨界電流を測定する場合を説明する。
<
A case where the critical current of the
この形態の場合も、超電導ケーブル1B,1C,1Dの断熱管13B,13C,13Dにそれぞれ収納されたケーブルコア10d,10e,10fに具える各超電導シールド層12の両端を短絡接続部120により接続して通電ループを形成し、片端を接地する。そして、例えば、超電導ケーブル1Bに具えるケーブルコア10dの超電導導体層11の一端側と超電導ケーブル1Cに具えるケーブルコア10eの超電導導体層11の一端側同士をリード部材2によって接続し、各コア10d,10eの他端側を直流電源3に接続する。こうすることで、両超電導ケーブル1B,1Cのコア10d,10eの超電導導体層11は、往復通電が可能となる。
Also in this form, both ends of each
上述のような往復通電システムを構築したら、実施形態1と同様に、往復通電を行う超電導導体層11に一定の変化速度αで直流電流を通電して臨界電流を測定し、漏れ磁場に起因する低下分を補正する。こうすることで、実施形態2の場合も、小容量の電源を用いて、臨界電流Icを精度よく測定できる。
When the reciprocating current system as described above is constructed, the critical current is measured by applying a direct current to the
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be modified as appropriate without departing from the gist of the present invention.
本発明超電導ケーブルの臨界電流測定方法は、布設後の超電導ケーブルの竣工試験や、工場で作製した超電導ケーブルに対してサンプル試験を行う場合などで臨界電流を測定する際に好適に利用することができる。特に、本発明臨界電流測定方法は、超電導導体層の臨界電流の設定値が4kA以上、更に5kA以上といった大容量の電力供給用途の超電導ケーブルに対して、臨界電流を測定する際に好適に利用することができる。なお、本発明臨界電流測定方法は、超電導導体層の臨界電流の設定値が4kA未満、例えば、従来の臨界電流の設定値が3kA程度の電力供給用途の超電導ケーブルに対しても利用することができる。 The method for measuring the critical current of the superconducting cable of the present invention can be suitably used when measuring the critical current in the completion test of the superconducting cable after installation or when performing a sample test on a superconducting cable manufactured in a factory. it can. In particular, the critical current measuring method of the present invention is suitably used for measuring a critical current for a superconducting cable for large-capacity power supply applications in which the setting value of the critical current of the superconducting conductor layer is 4 kA or more, and further 5 kA or more. can do. Note that the critical current measurement method of the present invention can be used for a superconducting cable for power supply that has a critical current setting value of less than 4 kA, for example, a conventional critical current setting value of about 3 kA. it can.
1A,1B,1C,1D 超電導ケーブル 2 リード部材 3 直流電源 4 記録装置
5 ロゴスキーコイル 120 短絡接続部
10a,10b,10c,10d,10e,10f ケーブルコア 11 超電導導体層
12 超電導シールド層 13A,13B,13C,13D 断熱管
1A, 1B, 1C,
5
10a, 10b, 10c, 10d, 10e,
12
Claims (5)
前記各ケーブルコアは、前記超電導導体層の外周に超電導シールド層を具えており、前記少なくとも1本の超電導ケーブルの断熱管に収納されており、
前記複数のケーブルコアのうち、2本のケーブルコアの一端側同士を電気的に接続し、各ケーブルコアの他端側を直流電源に接続し、各ケーブルコアの超電導導体層に往復通電を行えるようにして、当該超電導導体層に720A/sec以下の一定の変化速度で直流電流を通電して、臨界電流を測定し、
往復通電を行う一方のケーブルコアに具える超電導導体層への通電電流と、前記変化速度に基づいて、このケーブルコアに具える超電導シールド層に流れる誘導電流との差から、当該ケーブルコアの外部に漏れる漏れ磁場によって、往復通電を行う他方のケーブルコアに具える超電導導体層の臨界電流が低下する量を求め、
前記測定した臨界電流を前記低下した量に基づいて補正する超電導ケーブルの臨界電流測定方法。 A method for measuring a critical current of a superconducting cable, which uses a plurality of cable cores included in at least one superconducting cable and measures a critical current of a superconducting conductor layer included in the cable core,
Each of the cable cores includes a superconducting shield layer on the outer periphery of the superconducting conductor layer, and is housed in a heat insulating tube of the at least one superconducting cable,
Among the plurality of cable cores, one end sides of two cable cores are electrically connected to each other, the other end side of each cable core is connected to a DC power source, and the superconducting conductor layer of each cable core can be reciprocated. In this way, a direct current is passed through the superconducting conductor layer at a constant change rate of 720 A / sec or less, and the critical current is measured.
Based on the difference between the conduction current to the superconducting conductor layer provided in one cable core that performs reciprocal energization and the induced current flowing in the superconducting shield layer provided to this cable core based on the change speed, the outside of the cable core The amount by which the critical current of the superconducting conductor layer included in the other cable core that performs reciprocal energization decreases due to the leakage magnetic field leaking into the
Critical current measurement method of the superconducting cable you corrected based on the critical current was the measured amount and the decrease.
前記短絡接続部にロゴスキーコイルを取り付けて、前記超電導シールド層に流れる電流を実測し、前記誘導電流には、この実測値を用いる請求項1に記載の超電導ケーブルの臨界電流測定方法。 The superconducting shield layers provided in the two cable cores are electrically connected by a short-circuit connection portion,
Said mounting Rogowski coil short-circuited portion, the superconducting actually measured current flowing in the shield layer, the said induced current, the critical current measurement method of the superconducting cable according to 請 Motomeko 1 Ru using the measured values.
前記短絡接続部に取り付けられたシャント抵抗によって、前記超電導シールド層に流れる電流を実測し、前記誘導電流には、この実測値を用いる請求項1に記載の超電導ケーブルの臨界電流測定方法。 The superconducting shield layers provided in the two cable cores are electrically connected by a short-circuit connection portion,
The shunt resistor mounted on the short-circuited portion, the superconducting actually measured current flowing in the shield layer, the said induced current, the critical current measurement method of the superconducting cable according to 請 Motomeko 1 Ru using the measured values.
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