JPH07122133A - 酸化物超電導導体およびその製造方法 - Google Patents

酸化物超電導導体およびその製造方法

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JPH07122133A
JPH07122133A JP5263380A JP26338093A JPH07122133A JP H07122133 A JPH07122133 A JP H07122133A JP 5263380 A JP5263380 A JP 5263380A JP 26338093 A JP26338093 A JP 26338093A JP H07122133 A JPH07122133 A JP H07122133A
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superconducting
silver
current
conductor
superconducting conductor
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JP5263380A
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Jun Fujigami
純 藤上
Nobuhiro Shibuta
信広 渋田
Kenichi Sato
謙一 佐藤
Chikushi Hara
築志 原
Hideo Ishii
英雄 石井
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Tokyo Electric Power Company Holdings Inc
Original Assignee
Tokyo Electric Power Co Inc
Sumitomo Electric Industries Ltd
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

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  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 経済性を考慮しつつ、事故時に対する安定性
が向上された酸化物超電導導体およびその製造方法を提
供する。 【構成】 銀または銀合金で被覆された酸化物超電導体
からなる超電導素線を複数本集合してなる超電導導体に
おいて、超電導素線3に接触して、別体の常電導金属線
材2が、超電導素線3とともに螺旋状に巻かれて集合さ
れている。また、常電導金属線材2は、超電導導体の通
電電流が臨界電流を超えた際、その通電電流と臨界電流
との差分以上の通電電流を分担することができる断面容
量の金属量である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、酸化物超電導導体お
よびその製造方法に関するものであり、特に、銀または
銀合金で被覆された酸化物超電導体からなるテープ状超
電導素線を複数本集合してなる酸化物超電導導体および
その製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、より高い臨界温度を示す超電導材
料として、セラミック系のもの、すなわち、酸化物超電
導材料が注目されている。なかでも、イットリウム系が
90K、ビスマス系が110K、タリウム系が120K
程度の高い臨界温度を示し、液体窒素を冷媒とした高温
超電導材料として、実用化が期待されている、。
【0003】これらの酸化物超電導材料は、大電流をコ
ンパクトな断面積で流す導体として、あるいはパワーリ
ードおよびコイルなどの導体としての応用が考えられ、
長尺化が検討されてきている。
【0004】このような超電導材料を用いて長尺の超電
導導体を得る方法の1つとして、以下の方法が知られて
いる。
【0005】まず、酸化物超電導体またはその原料の粉
末を銀または銀合金製の金属シースに充填した状態で塑
性加工および熱処理を施すことにより、金属シース内の
酸化物超電導体またはその原料の粉末を焼結させて超電
導体化し、銀または銀合金で被覆された酸化物超電導体
からなるテープ状超電導素線を作製する。次に、このテ
ープ状超電導素線を、たとえばパイプに複数本螺旋状に
巻付け集合させることによって、液体窒素温度で大電流
を流すことができる超電導導体が得られる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来、
事故時にはこの導体にかなり大きな電流が流れ、溶断す
ることによって、導体が破壊されてしまうという問題が
あった。
【0007】そのため、このような事故時に対する導体
の安定性の向上が望まれていた。この導体の安定性を向
上させるための手段の1つとして、たとえば、集合させ
るテープ状超電導素線の本数を増加して、導体としての
臨界電流値を上げることが考えられる。しかしながら、
テープ状超電導素線の本数を増やすと、導体のコンパク
ト化を図れない上に、経済上も好ましくない。
【0008】一方、導体の安定性を向上させるための別
の手段として、たとえば、テープ状超電導素線中に占め
る銀または銀合金の割合を増加させることが考えられ
る。しかしながら、銀または銀合金は高価であるため、
この銀または銀合金の割合を増加させることは経済性の
面で好ましくない。そこで、銀または銀合金以外の常電
導金属を被覆材として用いることも考えられるが、銀ま
たは銀合金以外の常電導金属は焼結の際超電導体と反応
してしまう。したがって、被覆材としては、銀または銀
合金しか用いることができなかった。
【0009】この発明の目的は、上述の問題点を解決
し、経済性を考慮しつつ、事故時に対する安定性が向上
された酸化物超電導導体およびその製造方法を提供する
ことにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明による酸
化物超電導導体は、銀または銀合金で被覆された酸化物
超電導体からなる超電導素線を複数本集合してなる超電
導導体において、超電導素線に接触して、別体の常電導
金属線材が超電導素線とともに螺旋状に巻かれて集合さ
れている。
【0011】請求項2の発明による酸化物超電導導体
は、請求項1の発明において、常電導金属線材は、超電
導導体の通電電流が臨界電流を超えた際、その通電電流
と臨界電流との差分以上の通電電流を分担することがで
きる断面容量の金属量である。
【0012】請求項3の発明による酸化物超電導導体
は、請求項2の発明において、常電導金属線材は、超電
導素線よりも内側に配置されている。
【0013】請求項4の発明による酸化物超電導導体の
製造方法は、複数本の超電導素線を集合させて超電導導
体を製造する方法であって、酸化物超電導体が銀または
銀合金で被覆された超電導素線を準備するステップと、
集合させるべき超電導素線の数量を決定するステップ
と、数量に基づいて、超電導導体の臨界電流と被覆され
た銀または銀合金の合計量とを算出するステップと、超
電導導体の臨界電流と、超電導導体の必要とされる最高
使用許容電流と、被覆された銀または銀合金の合計量と
に基づいて、最高使用許容電流に対して、銀または銀合
金の合計量では負担しきれない電流量に対して補うべき
量の常電導金属材を新たに準備するステップと、前記数
量の超電導素線と常電導金属線材とを集合させるステッ
プとを備えている。
【0014】
【作用】発明者らは、超電導導体に臨界電流値を超える
電流を流した際に溶断する原因は何かを調べるため、事
故時を想定した独自の実験を行なった。その結果、超電
導導体にその臨界電流値よりも十分に大きな電流を通電
した場合、導体が溶断される破壊電流値は、導体の臨界
電流値の大小よりも、むしろ導体を構成するテープ状超
電導素線の被覆材である銀または銀合金の量に左右され
ることを見い出した。
【0015】この実験の一例を、以下に説明する。ま
ず、銀被覆テープ状超電導素線を複数本集合してなる2
種の超電導導体AおよびBを作製した。これらの超電導
導体中に占める銀の量は、導体A:B=2:1であっ
た。一方、導体Aおよび導体Bについて臨界電流値を測
定したところ、それぞれ2000Aおよび200Aであ
った。
【0016】これら2種の超電導導体AおよびBについ
て、交流電流を流して徐々に電流量を上げていき、導体
が溶断する電流値を測定した。その結果、導体Aおよび
導体Bの導体が溶断する電流値は、それぞれ20kAお
よび10kAであった。
【0017】すなわち、この実験結果より、前述のよう
に、導体が溶断する電流値は、導体中に含まれる常電導
金属材の量によって決まることがわかる。したがって、
事故時に対する超電導導体の安定性を向上させるために
は、超電導導体全体に占める常電導金属材の量を増加さ
せることが必要である。
【0018】しかしながら、銀または銀合金被覆超電導
素線から構成される超電導導体の実用化を考えた場合、
前述のように経済性およびコンパクト化の観点から、超
電導導体に占める銀または銀合金の割合には上限があ
る。一方、被覆材としては、銀または銀合金以外の常電
導金属材を用いることは困難である。
【0019】そこで、本願発明者らは、超電導素線に接
触して、別体の常電導金属線材を素線とともに螺旋状に
巻付けて集合させることにより、通電電流が臨界電流を
超えた際、その通電電流と臨界電流との差分以上の通電
電流を常電導金属線材に分担させることとした。
【0020】すなわち、本願発明によれば、通常はテー
プ状超電導素線に電流が流れているが、事故時等超電導
導体の臨界電流値よりも十分に大きな電流を通電した場
合には、電流が新たに設けられた常電導金属線材に流れ
るようになるため、超電導導体の破壊が防止される。
【0021】
【実施例】図1は、本願発明の第1の実施例による超電
導導体の構成を示す断面図である。
【0022】また、図2は、図1に示す超電導導体の構
成を示す斜視図であり、構成を明確にするため構成要素
の一部を部分的に除去して示している。
【0023】図1および図2を参照して、この超電導導
体は、パイプ1の表面上に、銅からなるテープ状常電導
金属線2が、螺旋状に巻付けられて集合されている。さ
らに、この巻付けられたテープ状常電導金属線2の表面
上には、銀で被覆された酸化物超電導体からなるテープ
状超電導素線3が複数本螺旋状に巻付けられて集合さ
れ、超電導導体の長手方向に沿って常電導金属線2が超
電導素線3に接触させられるように構成されている。
【0024】なお、テープ状超電導素線3中に占める被
覆材としての銀の割合は、78%以下であった。また、
被覆材としては、銀の他に銀合金であってもよい。さら
に、常電導金属としては、銅の他にアルミニウムまたは
鉄であってもよい。また、パイプに常電導金属線を螺旋
状に巻付ける代わりに、常電導金属からなるパイプを用
いて、このパイプの表面上に直接テープ状超電導素線を
複数本螺旋状に巻付けて集合させてもよい。
【0025】図3は、本願発明の第2の実施例による超
電導導体の構成を示す断面図である。
【0026】図3を参照して、この超電導導体は、パイ
プ1の表面上に、銀または銀合金で被覆された酸化物超
電導体からなるテープ状超電導素線3が、複数本螺旋状
に巻付けられて集合されている。さらに、この巻付けら
れたテープ状超電導素線3の表面上には、銅、アルミニ
ウムまたは鉄等の常電導金属からなるテープ状常電導金
属線2が螺旋状に巻付けられ、超電導導体の長手方向に
沿って常電導金属線2が超電導素線3に接触させられる
ように構成されている。
【0027】すなわち、この第2の実施例による超電導
導体は、第1の実施例とは超電導素線と常電導金属線の
配置が逆になっている。
【0028】次に、超電導素線が外側に配置された第1
の実施例による超電導導体と、超電導素線が内側に配置
された第2の実施例による超電導導体について、交流損
失を比較した。
【0029】その結果、第1の実施例のように超電導素
線の内側に常電導金属線を配置した方が、交流損失が小
さくなった。
【0030】一般に、金属導体に交流電流を流した際に
は、磁場が発生し、この磁場を打ち消す方向に渦電流が
発生する。
【0031】第2の実施例による超電導導体のように、
超電導素線の外側に常電導金属線が配置されている場合
には、この常電導金属線の部分に渦電流が発生し、交流
損失が増大する。一方、第1の実施例による超電導導体
のように、超電導素線の内側に常電導金属線が配置され
ている場合には、この常電導金属線の部分には渦電流が
発生しなため、交流損失が小さくなる。
【0032】なお、超電導素線と常電導金属線の配置と
しては、上述の2種の他に、次のようなものも考えられ
る。
【0033】図4は、本願発明の第3の実施例による超
電導導体の構成を示す断面図である。
【0034】図4を参照して、この超電導導体は、パイ
プ1の表面上に、テープ状常電導金属線2とテープ状超
電導素線3とが、交互に螺旋状に巻付けられて集合され
ている。
【0035】また、図5は、本願発明の第4の実施例に
よる超電導導体の構成を示す断面図である。
【0036】図5を参照してこの超電導導体は、パイプ
1の表面上に巻付けられて集合されたテープ状超電導素
線3の中に、テープ状常電導金属線2が分割して設けら
れている。
【0037】なお、超電導素線と常電導金属線の配置
は、以上説明したものに限られるものではなく、渦電流
による交流損失、短絡電流の大きさ等を考慮して、最適
化するとよい。
【0038】また、常電導金属線としては、用途に応じ
て、電気抵抗、熱伝導度、熱収縮率等の性質が最適なも
のを使用するとよい。
【0039】次に、本願発明による酸化物超電導導体の
製造において、補うべき常電導金属材の量を決める方法
について説明する。
【0040】まず、超電導導体の銀の断面積が40mm
2 の導体を作製し、事故電流を想定した交流電流を通電
し、導体の溶断電流を調査したところ、10kA、1.
3secで溶断した。
【0041】この実験結果をもとに、超電導導体の銀の
断面積が40mm2 の場合、その導体に近接して常電導
の金属線を沿わせて配置した構成で金属線の断面積と溶
断電流との関係を計算した。その結果を図6に示す。
【0042】図6より、常電導金属線の量を増すほど、
溶断電流は明らかに大きくなることがわかった。
【0043】以下、具体的な方法について説明する。た
とえば、酸化物超電導体を被覆している銀の割合を超電
導線材の78%とし、超電導線材1本(素線)の臨界電
流を20Aとする。
【0044】このとき、導体の最高使用許容電流を10
00Aとすれば、超電導線材は50本必要となるが、実
際には、安全率Kを考慮して素線数を決めることにな
る。たとえば、安全率K=1.5とすれば、必要な素線
数は75本となる。そのときの導体の銀の断面積は約4
0mm2 であり、この導体の溶断電流は、図6より10
kAである。したがって、最高使用許容電流の約10倍
の電流で溶断することになる。このとき、事故時の電流
が10kA以上の場合は、それを負担するための常電導
金属線を配置させる。たとえば、事故電流が25kAの
ときは、導体が溶断しないためには常電導金属線の断面
積が65mm2 以上必要となる。
【0045】このようにして、常電導金属材の量を決め
ることができる。
【0046】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、事故時に対する安定化が向上された酸化物超電導導
体が得られる。
【0047】また、常電導金属材として銀または銀合金
以外の金属を使用できるため、経済的であり、かつ、導
体の設計がより柔軟となる。
【0048】さらに、超電導素線中の銀または銀合金の
割合を変化させることなく、使用する常電導金属材の量
によって導体の破壊電流値を調製することが可能となる
ため、同一の超電導素線を用いて性能の異なる導体が作
製でき、製造が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本願発明の第1の実施例による超電導導体の構
成を示す断面図である。
【図2】図1に示す超電導導体の構成を示す斜視図であ
る。
【図3】本願発明の第2の実施例による超電導導体の構
成を示す断面図である。
【図4】本願発明の第3の実施例による超電導導体の構
成を示す断面図である。
【図5】本願発明の第4の実施例による超電導導体の構
成を示す断面図である。
【図6】常電導金属線の断面積と溶断電流との関係を示
す図である。
【符号の説明】
1 パイプ 2 テープ状常電導金属線 3 テープ状超電導素線 なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 謙一 大阪市此花区島屋一丁目1番3号 住友電 気工業株式会社大阪製作所内 (72)発明者 原 築志 東京都調布市西つつじケ丘二丁目4番1号 東京電力株式会社技術研究所内 (72)発明者 石井 英雄 東京都調布市西つつじケ丘二丁目4番1号 東京電力株式会社技術研究所内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 銀または銀合金で被覆された酸化物超電
    導体からなる超電導素線を複数本集合してなる超電導導
    体において、 前記超電導素線に接触して、別体の常電導金属線材が、
    前記超電導素線とともに螺旋状に巻かれて集合されてい
    ることを特徴とする、酸化物超電導導体。
  2. 【請求項2】 前記常電導金属線材は、前記超電導導体
    の通電電流が臨界電流を超えた際、その通電電流と臨界
    電流との差分以上の通電電流を分担することができる断
    面容量の金属量であることを特徴とする、請求項1記載
    の酸化物超電導導体。
  3. 【請求項3】 前記常電導金属線材は、前記超電導素線
    よりも内側に配置されることを特徴とする、請求項2記
    載の酸化物超電導導体。
  4. 【請求項4】 複数本の超電導素線を集合させて超電導
    導体を製造する方法であって、 酸化物超電導体が銀または銀合金で被覆された超電導素
    線を準備するステップと、 集合させるべき超電導素線の数量を決定するステップ
    と、 前記数量に基づいて、前記超電導導体の臨界電流と、前
    記被覆された銀または銀合金の合計量とを算出するステ
    ップと、 前記超電導導体の臨界電流と、前記超電導導体の必要と
    される最高使用許容電流と、前記被覆された銀または銀
    合金の合計量とに基づいて、前記最高使用許容電流に対
    して、前記銀または銀合金の合計量では負担しきれない
    電流量に対して、補うべき量の常電導金属材を新たに準
    備するステップと、 前記数量の超電導素線と前記常電導金属材とを集合させ
    るステップとを備える、酸化物超電導導体の製造方法。
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Cited By (3)

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