JPH07272555A - Nb−Ti超電導線 - Google Patents
Nb−Ti超電導線Info
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- JPH07272555A JPH07272555A JP6087459A JP8745994A JPH07272555A JP H07272555 A JPH07272555 A JP H07272555A JP 6087459 A JP6087459 A JP 6087459A JP 8745994 A JP8745994 A JP 8745994A JP H07272555 A JPH07272555 A JP H07272555A
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- Japan
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- wire
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- stabilized
- appliance
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
Landscapes
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 安定化Cuからの渦電流損失発生を抑制した
まま、超電導線に電気抵抗ゼロで通電可能な交流電流値
を大幅に向上させること。 【構成】 Cu合金がCuに0.1〜1wt%のNI,
Si,Mnのいずれかの1元素を含んでいる。
まま、超電導線に電気抵抗ゼロで通電可能な交流電流値
を大幅に向上させること。 【構成】 Cu合金がCuに0.1〜1wt%のNI,
Si,Mnのいずれかの1元素を含んでいる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、商用周波数領域の交流
磁界中で使用される電力機器用のNb−Ti超電導線に
関するものである。
磁界中で使用される電力機器用のNb−Ti超電導線に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】超電導線の安定化Cuは、交流磁界中で
渦電流損失を発生させる。渦電流損失は、安定化Cuの
抵抗率に逆比例し、直径の2乗に比例して増加する。つ
まり、抵抗率が低く、安定化Cuの径が大きいほど、渦
電流損失が大きくなる。従来の、交流用Nb−Ti超電
導線の安定化Cuは、CuをCu−10%Ni等のCu
より約3桁電気抵抗の高い合金によって安定化Cuを細
く分割することで、安定化Cuの直径を小さくして渦電
流損失を防いでいた。
渦電流損失を発生させる。渦電流損失は、安定化Cuの
抵抗率に逆比例し、直径の2乗に比例して増加する。つ
まり、抵抗率が低く、安定化Cuの径が大きいほど、渦
電流損失が大きくなる。従来の、交流用Nb−Ti超電
導線の安定化Cuは、CuをCu−10%Ni等のCu
より約3桁電気抵抗の高い合金によって安定化Cuを細
く分割することで、安定化Cuの直径を小さくして渦電
流損失を防いでいた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来の交流用Nb−T
i超電導線に、商用周波数オーダの交流電流を流した場
合、何らかの原因で瞬時に超電導が破られてしまうクエ
ンチ現象が起きる。クエンチ前にNb−Tiフィラメン
トに流れていた電流は、クエンチと同時に安定化Cuへ
分流する。安定化Cuは渦電流損失低減のため、Cuよ
り約3桁電気抵抗の高いCu−10〜30%wt%Ni
合金で分割されており、安定化Cu同士の間には高抵抗
層が存在することになる。これらの高抵抗層は、クエン
チ時におきる分流過程においてジュール発熱を発生さ
せ、その熱により安定化銅の温度が上昇して、安定化C
u自身の抵抗が急激に増加し、安定化の役割をはたさな
くなる。この現象は、特に、臨界電流値が大きくなる低
磁界側で顕著になり、臨界電流よりかなり低い電流値で
超電導層がクエンチしてしまう。この結果、低磁界で
は、本来の超電導線の性能(臨界電流)が得られなくな
る。これを解決するには、発熱の原因であるCu−10
〜30wt%Ni合金を排除し、なお且つ安定化Cuの
渦電流損失を低減させなければならない。
i超電導線に、商用周波数オーダの交流電流を流した場
合、何らかの原因で瞬時に超電導が破られてしまうクエ
ンチ現象が起きる。クエンチ前にNb−Tiフィラメン
トに流れていた電流は、クエンチと同時に安定化Cuへ
分流する。安定化Cuは渦電流損失低減のため、Cuよ
り約3桁電気抵抗の高いCu−10〜30%wt%Ni
合金で分割されており、安定化Cu同士の間には高抵抗
層が存在することになる。これらの高抵抗層は、クエン
チ時におきる分流過程においてジュール発熱を発生さ
せ、その熱により安定化銅の温度が上昇して、安定化C
u自身の抵抗が急激に増加し、安定化の役割をはたさな
くなる。この現象は、特に、臨界電流値が大きくなる低
磁界側で顕著になり、臨界電流よりかなり低い電流値で
超電導層がクエンチしてしまう。この結果、低磁界で
は、本来の超電導線の性能(臨界電流)が得られなくな
る。これを解決するには、発熱の原因であるCu−10
〜30wt%Ni合金を排除し、なお且つ安定化Cuの
渦電流損失を低減させなければならない。
【0004】従って、本発明の目的は安定化Cuからの
渦電流損失発生を抑制したまま、超電導線に電気抵抗ゼ
ロで通電可能な交流電流値を大幅に向上させることがで
きるNb−Ti超電導線を提供することである。
渦電流損失発生を抑制したまま、超電導線に電気抵抗ゼ
ロで通電可能な交流電流値を大幅に向上させることがで
きるNb−Ti超電導線を提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点に鑑
み、安定化Cuからの渦電流損失発生を抑制したまま超
電導線に電気抵抗ゼロで通電可能な交流電流値を大幅に
向上させるため、安定化Cuに微量のNi,Si,Mn
のいずれか一元素を添加して、純Cuより約1桁電気抵
抗を上げ、加えて安定化Cuを分割していたCu−Ni
合金(純Cuより約3桁抵抗が高い)を除去したNb−
Ti超電導線を提供するものである。
み、安定化Cuからの渦電流損失発生を抑制したまま超
電導線に電気抵抗ゼロで通電可能な交流電流値を大幅に
向上させるため、安定化Cuに微量のNi,Si,Mn
のいずれか一元素を添加して、純Cuより約1桁電気抵
抗を上げ、加えて安定化Cuを分割していたCu−Ni
合金(純Cuより約3桁抵抗が高い)を除去したNb−
Ti超電導線を提供するものである。
【0006】安定化Cuに添加するNi,SiまたはM
n濃度は0.1〜1wt%とする。Ni濃度を0.1w
t%未満にすると、安定化Cuの液体ヘリウム中での電
気抵抗率は、4×10-9 Ω・m以下となり、渦電流損
失が無視できないほど増大する。その場合、従来のよう
にCu−10wt%Ni等の高Ni濃度かつ、高抵抗の
Cu−Ni合金で分割しなければならない。
n濃度は0.1〜1wt%とする。Ni濃度を0.1w
t%未満にすると、安定化Cuの液体ヘリウム中での電
気抵抗率は、4×10-9 Ω・m以下となり、渦電流損
失が無視できないほど増大する。その場合、従来のよう
にCu−10wt%Ni等の高Ni濃度かつ、高抵抗の
Cu−Ni合金で分割しなければならない。
【0007】Ni濃度が1wt%より大きくなると、安
定化Cuの液体ヘリウム中での電気抵抗率は1.2×1
0-8 Ω・m以上となり、抵抗が高すぎて、安定化材の
役割をはたさない。同様の理由でSiまたはMnの添加
濃度も0.1〜1wt%の範囲になる。
定化Cuの液体ヘリウム中での電気抵抗率は1.2×1
0-8 Ω・m以上となり、抵抗が高すぎて、安定化材の
役割をはたさない。同様の理由でSiまたはMnの添加
濃度も0.1〜1wt%の範囲になる。
【0008】安定化Cuの直径を0.15mm以下とす
る。超電導線における安定化材の渦電流損失は、前述し
たように径の2乗に比例して増加する。一例として、直
径0.15mm、Cu−1wt%Ni合金に振幅0.5
T、50Hzの交流磁界を印加すると、Cu−Niから
発生する渦電流損失は70J/m3 に達する。この損失
は、交流磁界中で超電導線を使用するための上限値に近
く、安定化銅の直径を0.15mm以下にすることは、
渦電流損失抵減の観点から必要である。
る。超電導線における安定化材の渦電流損失は、前述し
たように径の2乗に比例して増加する。一例として、直
径0.15mm、Cu−1wt%Ni合金に振幅0.5
T、50Hzの交流磁界を印加すると、Cu−Niから
発生する渦電流損失は70J/m3 に達する。この損失
は、交流磁界中で超電導線を使用するための上限値に近
く、安定化銅の直径を0.15mm以下にすることは、
渦電流損失抵減の観点から必要である。
【0009】
【実施例】以下に、本発明の実施例を示す。Nb−Ti
素材としてNb−46.5wt%Ti材を用意し、この
Nb−Ti合金棒をCu−30wt%Ni合金の管に挿
入し、それぞれ外径約29mmの押出用ビレットとし
た。その押出用ビレットをそれぞれ温間にて外径10m
mに静水圧押出した後、それぞれ引抜伸線し、図3およ
び図4(図3の拡大図)に示すように、対辺距離が2.
6mmの六角断面を有するシングル線1とした。そのシ
ングル線85本をそれぞれ外径29mmのCu−30w
t%Ni合金2の管に挿入組み立てして押出用ビレット
とした。その押出用ビレットをそれぞれ静水圧押出にて
外径10mmとした後、対辺距離が2.6mmの六角断
面を有するサブマルチ線10とした。次に85本のサブ
マルチ線10をそれぞれ外径29mmのCu−10wt
%Ni製の管内に挿入組み立てして押出用ビレットとし
た後、対辺距離2.6mmの六角断面を有する2次スタ
ック20とした。2次スタック20と外観の寸法が同様
の対辺距離2.6mmの六角断面を有するCu−10w
t%Niを被覆した安定化Cu(純度99.996%)
のシングル線4(図5)の31本と2次スタック20の
54本より成る合計85本を外径約29mmのCu−1
0wt%Ni合金8の管内に挿入組み立てしたビレット
をサンプル−1とした。一方、図1に示すように、対辺
距離2.6mmの六角断面を有するCu−0.5wt%
Niの安定化Cu5と54本の2次スタック20を外径
約29mmのCu−10wt%Ni合金8の管内に挿入
組み立てしたビレットをサンプル−2とした。サンプル
−1と2を静水圧押出しした後線径0.2mmまで伸線
加工してNi−Tiフィラメント径が0.1μmの超極
細多芯Nb−Ti超電導線とした。サンプル−1におけ
る、分割された個々に安定化Cuの直径は約0.016
mm、その電気抵抗率は5×10-10 Ω・mであった。
一方、サンプルの2の分割していないCu−0.5wt
%Ni安定化Cuの平均直径は約0.1mm、その電気
抵抗率は8×10-9 Ω・mであり、安定化Cu5の直
径はサンプル−1の約6.3倍になり、抵抗率は16倍
になった。尚、0.5wt%のSiまたはMnを添加し
たCu合金においても、ほぼ同様の電気抵抗率となっ
た。
素材としてNb−46.5wt%Ti材を用意し、この
Nb−Ti合金棒をCu−30wt%Ni合金の管に挿
入し、それぞれ外径約29mmの押出用ビレットとし
た。その押出用ビレットをそれぞれ温間にて外径10m
mに静水圧押出した後、それぞれ引抜伸線し、図3およ
び図4(図3の拡大図)に示すように、対辺距離が2.
6mmの六角断面を有するシングル線1とした。そのシ
ングル線85本をそれぞれ外径29mmのCu−30w
t%Ni合金2の管に挿入組み立てして押出用ビレット
とした。その押出用ビレットをそれぞれ静水圧押出にて
外径10mmとした後、対辺距離が2.6mmの六角断
面を有するサブマルチ線10とした。次に85本のサブ
マルチ線10をそれぞれ外径29mmのCu−10wt
%Ni製の管内に挿入組み立てして押出用ビレットとし
た後、対辺距離2.6mmの六角断面を有する2次スタ
ック20とした。2次スタック20と外観の寸法が同様
の対辺距離2.6mmの六角断面を有するCu−10w
t%Niを被覆した安定化Cu(純度99.996%)
のシングル線4(図5)の31本と2次スタック20の
54本より成る合計85本を外径約29mmのCu−1
0wt%Ni合金8の管内に挿入組み立てしたビレット
をサンプル−1とした。一方、図1に示すように、対辺
距離2.6mmの六角断面を有するCu−0.5wt%
Niの安定化Cu5と54本の2次スタック20を外径
約29mmのCu−10wt%Ni合金8の管内に挿入
組み立てしたビレットをサンプル−2とした。サンプル
−1と2を静水圧押出しした後線径0.2mmまで伸線
加工してNi−Tiフィラメント径が0.1μmの超極
細多芯Nb−Ti超電導線とした。サンプル−1におけ
る、分割された個々に安定化Cuの直径は約0.016
mm、その電気抵抗率は5×10-10 Ω・mであった。
一方、サンプルの2の分割していないCu−0.5wt
%Ni安定化Cuの平均直径は約0.1mm、その電気
抵抗率は8×10-9 Ω・mであり、安定化Cu5の直
径はサンプル−1の約6.3倍になり、抵抗率は16倍
になった。尚、0.5wt%のSiまたはMnを添加し
たCu合金においても、ほぼ同様の電気抵抗率となっ
た。
【0010】表1に、サンプル−1,2の直流および交
流(50Hz)クエンチ電流測定結果を示す。
流(50Hz)クエンチ電流測定結果を示す。
【表1】
【0011】直流クエンチ電流は、分流時の過程が、時
間的に非常に緩やかであるため、安定化材の電気抵抗の
低いサンプル−1のほうがサンプル−2よりクエンチ電
流が高くなった。一方、交流クエンチ電流は、サンプル
−1に比較してサンプル−2のほうが約20%程クエン
チ電流が大きく、直流のクエンチ電流より交流のほうが
大きくなっている。この原因は、1/1000秒単位で
電流が変化する交流電流の場合、分流の過程が過渡的
で、サンプル−1の安定化Cuを分割しているCu−1
0%Niの高抵抗層が分流の大きな妨げになっているこ
とを示している。また、両者の渦電流損失は、抵抗率や
安定化Cuの直径等を、理論式に代入して求めた結果、
約20J/m3 であり、実用上十分低い値であった。超
電導電力機器の中でも、S/N(超電導・常電導)転移
型限流器のような、常電導時に0.1Ωオーダーの線材
抵抗が要求され、かつ一定の安定したクエンチ電流がも
とめられるNb−Ti超電導線において、線材抵抗を調
整する意味で、本発明の低Ni濃度のCu−Ni合金
(Ni濃度0.1〜1wt%)をNi濃度と体積率を調
節して使用することにより、所望の線材抵抗とクエンチ
電流を有する線材を簡便に設計できる。本発明のNb−
Ti超電導線を多数撚り合わせた、大電流容量導体に適
用すれば、導体の交流クエンチ電流を向上させることが
でき、導体の電流密度が向上して電力機器の小型化が促
進できる。
間的に非常に緩やかであるため、安定化材の電気抵抗の
低いサンプル−1のほうがサンプル−2よりクエンチ電
流が高くなった。一方、交流クエンチ電流は、サンプル
−1に比較してサンプル−2のほうが約20%程クエン
チ電流が大きく、直流のクエンチ電流より交流のほうが
大きくなっている。この原因は、1/1000秒単位で
電流が変化する交流電流の場合、分流の過程が過渡的
で、サンプル−1の安定化Cuを分割しているCu−1
0%Niの高抵抗層が分流の大きな妨げになっているこ
とを示している。また、両者の渦電流損失は、抵抗率や
安定化Cuの直径等を、理論式に代入して求めた結果、
約20J/m3 であり、実用上十分低い値であった。超
電導電力機器の中でも、S/N(超電導・常電導)転移
型限流器のような、常電導時に0.1Ωオーダーの線材
抵抗が要求され、かつ一定の安定したクエンチ電流がも
とめられるNb−Ti超電導線において、線材抵抗を調
整する意味で、本発明の低Ni濃度のCu−Ni合金
(Ni濃度0.1〜1wt%)をNi濃度と体積率を調
節して使用することにより、所望の線材抵抗とクエンチ
電流を有する線材を簡便に設計できる。本発明のNb−
Ti超電導線を多数撚り合わせた、大電流容量導体に適
用すれば、導体の交流クエンチ電流を向上させることが
でき、導体の電流密度が向上して電力機器の小型化が促
進できる。
【0012】図2にサンプル−1および2の素線6の3
6本をCu−10wt%Niのダミー線7を使用して撚
り合わせた2次撚線の断面図を示し、表2に各々の交流
クエンチ電流を示す。
6本をCu−10wt%Niのダミー線7を使用して撚
り合わせた2次撚線の断面図を示し、表2に各々の交流
クエンチ電流を示す。
【表2】
【0013】同じ寸法の導体で約300Aのクエンチ電
流向上が確認できた。
流向上が確認できた。
【0014】
【発明の効果】表1に示すように、本発明によって作製
したNb−Ti超電導線は交流クエンチ電流を向上さ
せ、線材の交流電流密度を向上させる。本発明Nb−T
i超電導線または、素線を撚り合わせた多重撚線を用い
て電力機器を作製すれば、従来の超電導機器を更に小型
化でき、加えて機器の信頼性を向上できる。また、クエ
ンチ後に発生する常電導の抵抗が、従来の超電導線に比
較して高いために、抵抗成分による過大電流の限流効果
も期待できる。
したNb−Ti超電導線は交流クエンチ電流を向上さ
せ、線材の交流電流密度を向上させる。本発明Nb−T
i超電導線または、素線を撚り合わせた多重撚線を用い
て電力機器を作製すれば、従来の超電導機器を更に小型
化でき、加えて機器の信頼性を向上できる。また、クエ
ンチ後に発生する常電導の抵抗が、従来の超電導線に比
較して高いために、抵抗成分による過大電流の限流効果
も期待できる。
【図1】本発明の一実施例のNb−Ti超電導線材(サ
ンプル−2)の実施例を示す断面図。
ンプル−2)の実施例を示す断面図。
【図2】2次スタックを示す断面図。
【図3】シングルスタックを示す断面図。
【図4】図3の拡大図。
【図5】従来のNb−Ti超電導線(サンプル−1)を
示す断面図。
示す断面図。
【図6】図1および図5に示したサンプル−1または2
の素線36本とCu−10wt%Niダミー線を撚り合
わせて作製した二次撚線を示す断面図。
の素線36本とCu−10wt%Niダミー線を撚り合
わせて作製した二次撚線を示す断面図。
1 Nb−Tiフィラメント 2 Cu−30wt%Ni合金 3 Cu−10wt%Ni合金 4 シングル線 5 安定化Cu 6 素線 7 ダミー線
Claims (3)
- 【請求項1】 安定化材にCu合金を用いた極細多芯N
b−Ti超電導線において、 前記Cu合金がCuに0.1〜1wt%のNI,Si,
Mnのいずれかの1元素を含んだことを特徴とするNb
−Ti超電導線。 - 【請求項2】 前記Cu合金に含まれる燐,酸素等の不
可避の不純物元素が0.05%以下であることを特徴と
する請求項1のNb−Ti超電導線。 - 【請求項3】 前記Cu合金の直径は0.15mm以下
であることを特徴とする請求項1のNb−Ti超電導
線。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6087459A JPH07272555A (ja) | 1994-03-31 | 1994-03-31 | Nb−Ti超電導線 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6087459A JPH07272555A (ja) | 1994-03-31 | 1994-03-31 | Nb−Ti超電導線 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07272555A true JPH07272555A (ja) | 1995-10-20 |
Family
ID=13915467
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6087459A Pending JPH07272555A (ja) | 1994-03-31 | 1994-03-31 | Nb−Ti超電導線 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH07272555A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103956219A (zh) * | 2014-04-21 | 2014-07-30 | 西部超导材料科技股份有限公司 | 一种NbTi-CuNi-Cu超导复合线材的制备方法 |
-
1994
- 1994-03-31 JP JP6087459A patent/JPH07272555A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103956219A (zh) * | 2014-04-21 | 2014-07-30 | 西部超导材料科技股份有限公司 | 一种NbTi-CuNi-Cu超导复合线材的制备方法 |
CN103956219B (zh) * | 2014-04-21 | 2016-08-31 | 西部超导材料科技股份有限公司 | 一种NbTi-CuNi-Cu超导复合线材的制备方法 |
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