JPH0945150A - 多層超電導導体 - Google Patents
多層超電導導体Info
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- JPH0945150A JPH0945150A JP7216708A JP21670895A JPH0945150A JP H0945150 A JPH0945150 A JP H0945150A JP 7216708 A JP7216708 A JP 7216708A JP 21670895 A JP21670895 A JP 21670895A JP H0945150 A JPH0945150 A JP H0945150A
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- 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
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- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Abstract
多層超電導導体において、内外層間のインダクタンスの
差を小さくし、偏流を抑制する。 【解決手段】 外径dの心材1の外周に、超電導線材2
を複数層巻回した超電導導体において、超電導線材2の
巻回ピッチを次式で示される最大有効ピッチPmax 以下
とした。 Pmax =22.0×d(m)
Description
導ケーブルなどに好適な多層超電導導体に関するもので
ある。
-O系、Tl-Ba-Ca-Cu-O 系などのように、液体窒素温度を
越える臨界温度をもつセラミックス超電導体を用いた超
電導線材が開発されている。超電導線材の臨界電流密度
Jcの値は向上しており、超電導線材を多数本集合して
超電導導体を作製し、電力輸送用超電導ケーブルに応用
すべく検討が行われている。このような高温超電導ケー
ブルの特徴として、大電流、高密度、低損失送電が可能
であるということが一般にいわれている。超電導導体の
作製技術として、例えば特開昭5-28847 号公報に示され
るように、丸棒や円筒などの心材外周に複数枚のテープ
状の超電導線材を螺旋状に巻回して、多層構造としたも
のがある。
超電導導体では内層のインダクタンスが外層のそれに比
べて大きくなるため、内層のインピーダンスが大きくな
り、外層ほど高い電流が流れるといった偏流の問題があ
る。偏流により外層の交流損失が著しく大きくなり、多
層超電導導体の線材一本当たりに対する交流損失(ここ
では、超電導線材のヒステリシス損失のみを指す)は、
その導体を構成している超電導線材が持つ交流損失より
も大きくなる。このような交流損失の増加は、超電導導
体の層数が増加するほど顕著になるといった課題があ
る。
ンダクタンスの差を小さくし、偏流の抑制を目的とする
もので、次の2つを要旨とするものである。第一の構成
は、外径dの心材の外周に、超電導線材を複数層巻回し
た超電導導体において、超電導線材の巻回ピッチを次式
で示される最大有効ピッチPmax 以下としたことを特徴
とする。 Pmax =22.0×d(m) この構成における各層の巻回ピッチは、最大有効ピッチ
以下であれば、全て同じでも、異なっていてもよい。
を、内層側よりも外層側の方を短かくしたことを特徴と
する。ここで、巻回ピッチは各層ごとに変えても数層ご
とに変えてもいずれでもよい。
には丸棒とパイプのいずれも用いることができる。ま
た、いずれの構成においても、超電導線材の巻回方向
は、各層ごとに逆にすることが好ましい。この構成によ
り、導体軸方向に生じる磁場を低減し、一方向だけに巻
回された導体に比べて交流損失を低減することができ
る。
2を螺旋状に巻回した導体に交流電流を通電した場合に
ついて考察する。同図には超電導線材を2層分しか示し
ていないが、実際には図2の断面図に示すように、超電
導線材2は第1層(半径r1 )から第n層(半径rn)
まであり、その上に磁気シールド層3(半径rs)が設
けられている。また、ここでは、同一層の超電導線材に
は均一な電流が流れ、導体作製に使用された超電導線材
の特性は等しく、特性のばらつきはないものと仮定す
る。
と周方向の2種類の磁場が発生する。ここで、軸方向の
磁場による各層の自己インダクタンス及び相互インダク
タンスをLa、周方向のそれをLcとすると、通常Lc
はLaよりも十分大きな値となる。また、Lcは層の半
径が大きくなるほど、即ち外層ほど小さくなる。さら
に、単位長さ当りの各層の抵抗成分Rは超電導状態のた
めインダクタンス成分より十分小さく、各層のインピー
ダンスはインダクタンス成分が支配的になる。結果的
に、外層のインピーダンスが内層に比べて小さくなり、
より大きな電流が外層に流れることになる。多層超電導
導体では、このような偏流の問題があるため、交流損失
が大きくなってしまうのである。
により、上記内外層のインダクタンスのアンバランスを
抑制し、超電導導体の交流損失を低減している。 (第一の構成)各層間のインピーダンスのアンバランス
を抑制するには、Laの値を調整することが考えられ
る。Laの値は各層の半径の2乗に比例して大きくなる
ため、Lcの値と加え合わされてインダクタンスの層ご
との違いを小さくする。ただし、LcはLaに比べて十
分大きいため、Laの値をできるだけ大きくする必要が
ある。そのためには、各層の超電導線材の巻回ピッチを
できるだけ小さくすればよい。
果、巻回ピッチを小さくすることが多層超電導導体の交
流損失の低減に有効に作用するのは、次式で示される最
大有効ピッチPmax 以下とした場合であることが判明し
た。 Pmax =22.0×d(m) 全層の超電導線材をPmax 以下のピッチで巻回すること
により、偏流を抑制し、多層超電導導体の交流損失を低
減することができる。
小さくなる。これによる層ごとのインダクタンスの違い
を小さくするためには、Laの値が外層になるほど大き
くなればよい。そのためには、外層の巻回ピッチを内層
のそれに比べて小さくすればよいことになる。超電導線
材の超電導特性を劣化させない最小の巻回ピッチPmin
が存在する場合には、最外層をPmin のピッチで巻き、
内層になるほどより大きなピッチで超電導線材を巻くこ
とにより超電導導体の交流損失を有効に低減することが
できる。
ォーマ)の外周に超電導線材を螺旋状に巻回した超電導
導体を作製し、この導体の交流損失を計算してみた。作
製した導体は、1kA級の4層構造で、各層ごとに巻回
方向を逆にしている。
層の巻回ピッチを全て同一とし、その巻回ピッチの値を
変えた場合(条件)に交流損失がどのように変化する
かを調べた。その結果を図3に示す。同図に示すよう
に、巻回ピッチが短いほど交流損失は小さく、特に巻回
ピッチが0.4m程度以下では急激に交流損失が低減し
ている。従って、巻回ピッチを小さくすることで超電導
導体の交流損失を有効に低減できるのは、巻回ピッチが
同図の変曲点となるPmax 以下であることが判明した。
同ピッチと心材の外径dとの関係を調べてみた。その結
果を図4に示す。同図において、黒丸は各フォーマ径に
おける最大巻回ピッチの値を示し、実線はこれら各値を
直線近似化したものである。このように、最大有効ピッ
チの値は心材の外径に依存し、近似直線より Pmax =22.0×d(m) と表される。以上の結果から、超電導線材の巻回ピッチ
を22.0×d以下とすれば、効果的に交流損失を低減
できることがわかった。
て、外層の巻回ピッチに対して内層の巻回ピッチを大き
くした超電導導体を作製し、その場合の交流損失につい
て調べてみた。ここでは第3層と第4層(最外層)を外
層、第1層(最内層)と第2層を内層とし、外層の巻回
ピッチを0.75mに固定して、内層の巻回ピッチを変
化させた場合(条件)に交流損失がどのように変化す
るかを計算してみた。その結果と前記条件の結果を図
5に示す。同図に示すように、外層の巻回ピッチに対し
て内層のそれが大きくなるほど交流損失は低減し、内層
の巻回ピッチが約0.75mを越えたところで交流損失
は条件よりも低くなっている。そして、内層の巻回ピ
ッチが4mとなったところで交流損失は0.345W/
mと非常に低くなっている。以上の結果から、外層の巻
回ピッチに対して内層の巻回ピッチを大きくすれば超電
導導体の交流損失を低減できることが確認された。
層超電導導体における偏流に基づく交流損失の増加を抑
制することができ、電力輸送用ケーブルなどに利用する
と効果的である。
ピッチと交流損失の関係を示すグラフである。
ラフである。
関係を示すグラフである。
間絶縁
Claims (2)
- 【請求項1】 外径dの心材の外周に、超電導線材を螺
旋状に複数層巻回した超電導導体であって、 前記超電導線材の巻回ピッチが、次式で示される最大有
効ピッチPmax 以下であることを特徴とする多層超電導
導体。 Pmax =22.0×d(m) - 【請求項2】 心材の外周に超電導線材を螺旋状に複数
層巻回した超電導導体であって、 前記超電導線材の巻回ピッチは、内層側よりも外層側の
方が短いことを特徴とする多層超電導導体。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21670895A JP3549296B2 (ja) | 1995-08-01 | 1995-08-01 | 多層超電導導体 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21670895A JP3549296B2 (ja) | 1995-08-01 | 1995-08-01 | 多層超電導導体 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0945150A true JPH0945150A (ja) | 1997-02-14 |
JP3549296B2 JP3549296B2 (ja) | 2004-08-04 |
Family
ID=16692681
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP21670895A Expired - Fee Related JP3549296B2 (ja) | 1995-08-01 | 1995-08-01 | 多層超電導導体 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3549296B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001256841A (ja) * | 2000-03-14 | 2001-09-21 | Toshiba Corp | 超電導ケーブルおよび同ケーブルを用いたマグネット |
US7091423B2 (en) | 2003-04-10 | 2006-08-15 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Superconducting cable |
-
1995
- 1995-08-01 JP JP21670895A patent/JP3549296B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2001256841A (ja) * | 2000-03-14 | 2001-09-21 | Toshiba Corp | 超電導ケーブルおよび同ケーブルを用いたマグネット |
US7091423B2 (en) | 2003-04-10 | 2006-08-15 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Superconducting cable |
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---|---|
JP3549296B2 (ja) | 2004-08-04 |
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