JPH1166979A

JPH1166979A - 超電導ケーブル線路

Info

Publication number: JPH1166979A
Application number: JP9231620A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Iwata; 良浩岩田; Hideo Ishii; 英雄石井; Shoichi Honjo; 昇一本庄; Shinichi Mukoyama; 晋一向山; Hirokazu Tsubouchi; 宏和坪内; Kazutomi Miyoshi; 一富三好; Naotaka Ichiyanagi; 直隆一柳
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd; Tokyo Electric Power Co Inc
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd; Tokyo Electric Power Company Holdings Inc
Priority date: 1997-08-28
Filing date: 1997-08-28
Publication date: 1999-03-09

Abstract

(57)【要約】【課題】送電電流を増大させた超電導ケーブル線路を
提供する。【解決手段】一つの収納管１２中に納めた交流３相の
超電導ケーブル線路１０で、各超電導導体１３ａ、１３
ｂ、１３ｃのシールド層１５ａ、１５ｂ、１５ｃはそれ
ぞれ、絶縁層を介して３層の超電導体層Ａ１〜Ａ３、Ｂ
１〜Ｂ３、Ｃ１〜Ｃ３が積層されて構成されている超電
導ケーブル線路１０において、両終端近傍にてシールド
層１５ａ、１５ｂ、１５ｃの各超電導体層Ａ１〜Ａ３、
Ｂ１〜Ｂ３、Ｃ１〜Ｃ３は相互に非接触の状態で露出し
ており、前記各超電導体層Ａ１〜Ａ３、Ｂ１〜Ｂ３、Ｃ
１〜Ｃ３は前記露出部で、各相一層ずつが互いに異なる
層順番になるように、電気的に接続している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、交流多相、主に交
流３相の超電導ケーブル線路に関する。

【０００２】

【従来の技術】電力を低損失で送電する超電導ケーブル
は、導体を流れる電流が大電流であるため、そこから発
生する磁界が通常の常電導電力ケーブルに比べて大き
い。そのため、シールド層が用いられるが、このシール
ド層が破壊すると周辺に漏洩する磁界も強く、環境の問
題が生ずる。また、複数の超電導導体が存在する場合、
隣の超電導導体からの磁界により、超電導導体自体が高
い外部磁界にさらされることになる。ところで、超電導
体はその臨界電流密度が磁界依存性を持つ。すなわち、
高い外部磁界では臨界電流密度が低下し、超電導性の破
壊（クエンチ）が発生しやすくなる。そこで、超電導ケ
ーブルのなかにある超電導導体は、その外側をやはり超
電導体からなる磁気シールドで囲い、磁界が外部に漏れ
ないようにしている。

【０００３】超電導磁気シールドを有する交流３相の超
電導ケーブル線路の構成について図３を用いて説明す
る。一般に交流系統で用いられる超電導ケーブル線路１
は、一本の収納管２に３本の超電導導体３ａ、３ｂ、３
ｃを収納して、交流３相で運転される。超電導導体３
ａ、３ｂ、３ｃは、可とう性のある円筒パイプに超電導
テープを隙間なくスパイラル状に巻き付けたものであ
る。また、大きな導体面積を得るためには、超電導テー
プの層数を増やして多層化することで対応し、ケーブル
の電流容量を増加させている。

【０００４】超電導導体３ａ、３ｂ、３ｃの上には、導
体に加わる高電圧を絶縁するために、絶縁層４ａ、４
ｂ、４ｃが形成される。絶縁層４ａ、４ｂ、４ｃは、Ｅ
ＰＲやゴムなどの高分子樹脂により形成されたり、ある
いは紙を何層にも巻き付けて電気絶縁上必要とされる数
ｍｍの絶縁厚さにして形成される。

【０００５】上記絶縁層４ａ、４ｂ、４ｃ上には、超電
導磁気シールド層５ａ、５ｂ、５ｃが形成される。超電
導磁気シールド層５ａ、５ｂ、５ｃは、例えば以下のよ
うにして形成される。即ち、先ず、絶縁層４ａ、４ｂ、
４ｃの上に、超電導テープを隙間なくスパイラル状に巻
き付ける。１層目の巻き付けが終了した後に、１層目の
外側に２層目との電気絶縁のために薄い絶縁紙を巻き付
ける。次に絶縁紙の上に、超電導テープを１層目と同様
に隙間なくスパイラル状に巻き付けて２層目を形成す
る。２層目上にも同様に、薄い絶縁紙を巻き付ける。以
下、超電導テープと絶縁紙を必要な層数、交互に巻き付
ける。一般に、超電導磁気シールド層５ａ、５ｂ、５ｃ
を形成する超電導テープのサイズ、本数は、超電導導体
３ａ、３ｂ、３ｃを形成するに必要とした超電導テープ
のサイズ、本数と同等程度が良いとされている。その理
由は、超電導磁気シールド層５ａ、５ｂ、５ｃには超電
導導体３ａ、３ｂ、３ｃから発生する磁界をキャンセル
するために、超電導導体３ａ、３ｂ、３ｃに流れる電流
と逆方向にほぼ同じ値の電流（シールド電流）が電磁的
に誘導されて流れるからである。超電導磁気シールド層
５ａ、５ｂ、５ｃに、電磁的にシールド電流を誘導させ
るために、従来は超電導ケーブル線路１の端部で、超電
導磁気シールド層５ａ、５ｂ、５ｃを低抵抗の接続線６
で一括して短絡していた。具体的には、超電導磁気シー
ルド層５ａ、５ｂ、５ｃの端部の部分をタケノコ状に切
り出して、半田７を流して超電導磁気シールド層５ａ、
５ｂ、５ｃを構成する超電導テープの各層を電気的に接
続して、更に各超電導磁気シールド層５ａ、５ｂ、５ｃ
間を接続線６で接続している。このように施工すること
で、超電導磁気シールド層５ａ、５ｂ、５ｃには、超電
導導体３ａ、３ｂ、３ｃに流れる電流と逆向きに同じ値
の電流が流れることになる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明者らは上述のよ
うな超電導ケーブル線路について次のような現象を見出
した。即ち、３相の各超電導磁気シールド層を一括で短
絡して、超電導導体に交流電流を流すと、超電導磁気シ
ールド層に誘導されて流れるシールド電流の電流分布
は、超電導磁気シールド層の最内層に電流が集中して、
外層にほとんど電流が流れない状態となる。

【０００７】以上について、実験をした例により説明す
る。外径３０ｍｍφの電気絶縁層上に厚さ０．２ｍｍ、
幅３ｍｍのテープ状超電導線材を１層あたり２０本ずつ
３層に螺旋巻きした超電導磁気シールド層の各層に誘導
されて流れる電流の比は、測定結果によると、内層：中
間層：外層＝７：２：１になる。超電導線材１本あたり
の臨界電流Ｉc を５０Ａとして、超電導状態で超電導磁
気シールド層に流れる可能性のある最大のシールド電流
値Ｐを計算すると、Ｐ＝５０×２０×（１＋０．２８＋
０．１５）＝１４３０Ａになる。これ以上のシールド電
流が流れると、超電導磁気シールド層がクエンチして大
きな交流損失が生ずる結果となる。超電導ケーブルの交
流損失が増えると、超電導ケーブルに発生する電力ロス
が大きくなるばかりか、超電導ケーブルを冷却するため
の冷凍機能力も増強する必要があり、本来、低損失の電
力輸送線路である超電導ケーブル線路の低損失というメ
リットが無くなってしまう。そのため、上記の例では超
電導ケーブルには１４３０Ａまでの電流しか流せなくな
る。また、超電導磁気シールド層がクエンチすると、超
電導磁気シールド層を流れる電流が減少し、十分な磁気
シールド効果が得られなくなる。本例では、シールド電
流が超電導磁気シールド層全層に均一に流れたときの超
電導状態における最大シールド電流値Ｑは、Ｑ＝５０×
２０×（１＋１＋１）＝３０００Ａであるから、超電導
状態における可能な最大シールド電流値Ｑに対する従来
の超電導ケーブルにおける最大のシールド電流値Ｐの低
減率Ｒは、Ｒ＝（Ｑ−Ｐ）／Ｑ＝（３０００−１４３０）／３００
０＝０．５２になる。

【０００８】このように従来の超電導磁気シールド層を
有する超電導ケーブルにおける交流臨界電流の低減率Ｒ
は極めて大きい。言い換えると、従来の超電導ケーブル
では、超電導磁気シールド層はその性能を十分に発揮し
ていないということになる。本発明の目的は、交流臨界
電流を増大させた超電導ケーブル線路、言い換えると超
電導磁気シールド層のシールド効果を最大限に発揮した
超電導ケーブル線路を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点を解
決すべくなされたもので、一つの収納管中に納めた交流
３相の超電導ケーブル線路で、超電導ケーブルの各超電
導導体のシールド層が絶縁層を介して３層以上の超電導
体層が積層されて構成されている超電導ケーブル線路に
おいて、両終端近傍にてシールド層の各超電導体層は相
互に非接触の状態で露出しており、各相のシールド層の
各超電導体層は前記露出部で、各相一層ずつが互いに異
なる層順番になるように、電気的に接続していることを
特徴とするものである。

【００１０】本発明において、シールド層を構成する超
電導体層を４層とした場合について説明する。また、３
相の３本の超電導導体を順に、第１、第２、第３の導体
とし、各シールド層を構成する超電導体層を内側から順
に第１、第２、第３、第４の層とする。上述の超電導ケ
ーブル線路ついて、例えば、３本の超電導導体の両端部
で、第１の導体の第１層目を第２の導体の第２層目およ
び第３の導体の第３層目に接続線で電気的に接続する。
次に、第１の導体の第２層目を第２の導体の第３層目、
第３の導体の第４層目に電気的に接続する。さらに、第
１の導体の第３層目を第２の導体の第４層目および第３
の導体の第１層目に電気的に接続する。このように、１
本の導体のシールド層の各超電導体層が、他の２本の導
体の相互に異なる層番号の超電導体層に両端部で電気的
に接続している。

【００１１】上述のようにシールド層を構成する各超電
導体層が接続された超電導ケーブル線路では、すべての
超電導体層に同一のシールド電流が誘起される。例え
ば、第１の導体のシールド層の第１層目の超電導体層
（シールド電流Ｉ₁₁）を、第２の導体のシールド層の第
２層目の超電導体層（シールド電流Ｉ₂₂）、および第３
の導体のシールド層の第３層目の超電導体層（シールド
電流Ｉ₃₃）に接続線で電気的に接続すると、接続の影響
を受け、シールド電流Ｉ₁₁、Ｉ₂₂、Ｉ ₃₃は、１２０度位
相がずれて、｜Ｉ₁₁｜＝｜Ｉ₂₂｜＝｜Ｉ₃₃｜となる。順
に、第１の導体のシールド層の第２層目の超電導体層
（シールド電流Ｉ₁₂）を、第２の導体のシールド層の第
３層目の超電導体層（シールド電流Ｉ₂₃）、第３の導体
のシールド層の第４層目の超電導体層（シールド電流Ｉ
₃₄）に接続すると、シールド電流Ｉ₁₂、Ｉ₂₃、Ｉ₃₄はは
等しくなる。このように、シールド層の電流は、それを
構成する各超電導体層で均一化することになる。その結
果、シールド層の臨界シールド電流は、内側の超電導体
層にシールド電流が集中する従来のものに比較して増大
する。従って、本発明によれば交流臨界電流の低減率Ｒ
の小さな多相超電導ケーブル線路を提供することができ
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面に示した実施形態に基
づいて本発明を詳細に説明する。図１は、本発明の超電
導ケーブル線路の一実施形態の断面斜視説明図である。
図に示すように、超電導ケーブル線路１０は一本の収納
管１２の中に、３本の超電導導体１３ａ、１３ｂ、１３
ｃを収納して構成されている。この収納管１２は、断熱
内管１２ａと断熱外管１２ｂが同心状に配置されたもの
であり、断熱内管１２ａの中を超電導導体１３ａ、１３
ｂ、１３ｃを冷却するための冷媒が流れる。また、断熱
内管１２ａと断熱外管１２ｂの間には、断熱層（図示さ
れず）が設けられている。図１では、超電導導体１３
ａ、１３ｂ、１３ｃの端部を説明するために、収納管１
２を切り出して端部を見えるようにしている。実際に
は、超電導導体１３ａ、１３ｂ、１３ｃは収納管１２の
なかに完全に収納され、端部も冷媒で冷却されている。

【００１３】送電する電流を流す３本の超電導導体１３
ａ、１３ｂ、１３ｃの外側にはそれぞれ、絶縁層１４
ａ、１４ｂ、１４ｃが形成され、その外側にはそれぞ
れ、シールド層１５ａ、１５ｂ、１５ｃが形成されてい
る。各シールド層１５ａ、１５ｂ、１５ｃは３層の超電
導体層で構成されているが、３層以上であればよい。こ
こで、第１の超電導導体１３ａのシールド層１５ａを構
成する超電導体層を内側から第１の超電導体層Ａ１、第
２の超電導体層Ａ２、第３の超電導体層Ａ３とし、第２
の超電導導体１３ｂのシールド層１５ｂを構成する超電
導体層を内側からＢ１、Ｂ２、Ｂ３とし、第３の超電導
導体１３ｃのシールド層１５ｃを構成する超電導体層を
内側からＣ１、Ｃ２、Ｃ３とする。また、シールド層１
５ａの各超電導体層Ａ１〜Ａ３の間には、全長にわた
り、超電導体層Ａ１〜Ａ３間が電気的に導通しないよう
に、薄い絶縁紙（図示されず）が巻き込まれている。シ
ールド層１５ｂ、１５ｃについても同様である。また、
シールド層１５ａ、１５ｂ、１５ｃの外周には、相互に
電気的に接触しないよう、また保護をかねて、絶縁紙
（図示されず）が巻き付けられている。超電導導体１３
ａ、１３ｂ、１３ｃ端部では、シールド層１５ａ、１５
ｂ、１５ｃは、図に示すように、階段状に切り出され、
各超電導体層Ａ１〜Ａ３、Ｂ１〜Ｂ３、Ｃ１〜Ｃ３が露
出している。

【００１４】超電導導体１３ａ、１３ｂ、１３ｃに流れ
る電流により発生する磁界を遮蔽するために、シールド
層１５ａ、１５ｂ、１５ｃにシールド電流を誘導させる
が、そのためにシールド層１５ａ、１５ｂ、１５ｃをそ
の両端部で短絡する。本実施形態では、３層化したシー
ルド層１５ａ、１５ｂ、１５ｃの各超電導体層Ａ１〜Ａ
３、Ｂ１〜Ｂ３、Ｃ１〜Ｃ３のシールド電流を均一化す
る方法として、先ず、第１の導体の第１の超電導体層Ａ
１を、第２の導体の第２の超電導体層Ｂ２と第３の導体
の第３の超電導体層Ｃ３に接続線１６で電気的に接続す
る。この接続は、線路の両端で行われる。次に、第１の
導体の第２の超電導体層Ａ２は、第２の導体の第３の超
電導体層Ｂ３と第３の導体の第１の超電導体層Ｃ１に、
線路両端で接続線１６で電気的に接続する。さらに、第
１の導体の第３の超電導体層Ａ３は、第２の導体の第１
の超電導体層Ｂ１と第３の導体の第２の超電導体層Ｃ２
に、線路両端で接続線１６で電気的に接続する。なお、
それぞれの接続線１６は電気絶縁被覆が被され、電気的
に接触しないようにする。このようなシールド層１５
ａ、１５ｂ、１５ｃの接続を行った超電導導体１３ａ、
１３ｂ、１３ｃに３相の交流電流を通電したところ、シ
ールド層１５ａ、１５ｂ、１５ｃには、それぞれ１２０
度位相のずれた交流シールド電流が、それぞれの超電導
導体１３ａ、１３ｂ、１３ｃの通電電流と逆向きに流れ
た。また、シールド層１５ａ、１５ｂ、１５ｃを構成す
る各３層の超電導体層Ａ１〜Ａ３、Ｂ１〜Ｂ３、Ｃ１〜
Ｃ３のシールド電流は３層とも同じとなり、各超電導体
層Ａ１〜Ａ３、Ｂ１〜Ｂ３、Ｃ１〜Ｃ３の誘導電流が臨
界電流に達するまで超電導導体１３ａ、１３ｂ、１３ｃ
に交流電流を流しても、超電導体層Ａ１〜Ａ３、Ｂ１〜
Ｂ３、Ｃ１〜Ｃ３にクエンチ現象が起きず、安定にそし
て低損失で送電することができた。

【００１５】超電導体層Ａ１〜Ａ３、Ｂ１〜Ｂ３、Ｃ１
〜Ｃ３を、臨界電流Ｉc が５０Ａのテープ状超電導線材
を２０本、螺旋巻きして構成し、超電導導体１３ａ、１
３ｂ、１３ｃに流れる交流電流と超電導体Ａ１〜Ａ３、
Ｂ１〜Ｂ３、Ｃ１〜Ｃ３の交流損失の関係を測定したと
ころ、図２に示す関係が得られた。また、図３に示す従
来例についても同様の関係を測定した。図２からわかる
ように、本実施形態では、交流電流が３０００Ａを超え
ると交流損失が急増するが、従来例では、交流電流が１
４３０Ａを超えると、交流損失は急激に増大する。言い
換えると、本実施形態では、低交流損失で通電電流を増
加させることができる。

【００１６】本発明は上記実施形態に限定されることは
ない。例えば、シールド層が４層以上のｎ層の超電導体
層からなる超電導ケーブル線路について説明する。表１
に、３相の各シールド層を構成する超電導体層の接続の
組み合わせ例を示した。超電導体層番号は、内層から順
に１〜ｎとした。本発明の意図するところは、３相の各
シールド層の接続は、各シールド層の超電導体層番号が
異なるように接続することにある。このような組み合わ
せで各シールド層を接続すると、各相のシールド層を構
成する超電導体層を全て電気的に一括して接続させたう
えで、各相間のシールド層を接続した場合に比し、１〜
ｎ層の各超電導層には均一化したシールド電流が流れ、
全体として低交流損失でシールド電流を増大させること
ができる。

【００１７】

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、各
シールド層を構成する超電導体層を流れる電流を均一化
することで、シールド層の交流臨界電流を増大させるこ
とができるので、超電導ケーブル線路の送電電流容量を
増大させることができるという工業上顕著な効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る超電導ケーブル線路の一実施形態
の断面斜視説明図である。

【図２】上記実施形態の超電導導体に流れる交流電流と
シールド層の交流損失の関係を測定を示す図である。

【図３】従来の超電導ケーブル線路の断面斜視説明図で
ある。

【符号の説明】

１０超電導ケーブル線路１２収納管１２ａ断熱内管１２ｂ断熱外管１３ａ、１３ｂ、１３ｃ超電導導体１４ａ、１４ｂ、１４ｃ絶縁層１５ａ、１５ｂ、１５ｃシールド層１６接続線Ａ１〜Ａ３、Ｂ１〜Ｂ３、Ｃ１〜Ｃ３超電導体層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者本庄昇一神奈川県横浜市鶴見区江ケ崎町４番１号東京電力株式会社電力技術研究所内 (72)発明者向山晋一東京都千代田区丸の内２丁目６番１号古河電気工業株式会社内 (72)発明者坪内宏和東京都千代田区丸の内２丁目６番１号古河電気工業株式会社内 (72)発明者三好一富東京都千代田区丸の内２丁目６番１号古河電気工業株式会社内 (72)発明者一柳直隆東京都千代田区丸の内２丁目６番１号古河電気工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一つの収納管中に納めた交流３相の超電
導ケーブル線路で、超電導ケーブルの各超電導導体のシ
ールド層が絶縁層を介して３層以上の超電導体層が積層
されて構成されている超電導ケーブル線路において、両
終端近傍にてシールド層の各超電導体層は相互に非接触
の状態で露出しており、各相のシールド層の各超電導体
層は前記露出部で、各相一層ずつが互いに異なる層順番
になるように、電気的に接続していることを特徴とする
超電導ケーブル線路。