KR20070104327A

KR20070104327A - 초전도 케이블의 내전압 시험 방법

Info

Publication number: KR20070104327A
Application number: KR1020077007780A
Authority: KR
Inventors: 마사유키 히로세; 겐 야츠카; 히로시 다키가와
Original assignee: 스미토모 덴키 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2005-01-07
Filing date: 2005-10-12
Publication date: 2007-10-25
Also published as: MX2007003871A; RU2007112778A; NO20071587L; US20080039334A1; KR101174177B1; US7701225B2; CA2580815A1; HK1108484A1; WO2006073016A1; CN100552466C; EP1847841B1; EP1847841A1; EP1847841A4; CN101036062A; RU2358274C2

Abstract

본 발명은, 냉매를 충전하는 일 없이, 냉매가 충전된 상태의 초전도 케이블의 절연 특성을 평가할 수 있는 초전도 케이블의 내전압 시험 방법을 제공한다. 시험 초전도 케이블에 냉매 대신에 기체를 충전하여, 상온하에서 본 내전압 시험을 행한다. 본 내전압 시험에 앞서 예비 내전압 시험을 행하는 것이 바람직하다. 예비 내전압 시험에서는, 냉매를 소정의 압력으로 충전한 제 1 기준 초전도 케이블과, 냉매 대신에 기체를 소정의 압력으로 충전한 제 2 기준 초전도 케이블을 준비한다. 제 1 기준 초전도 케이블은 냉매 온도에서, 제 2 기준 초전도 케이블은 상온에서 예비 내전압 시험을 행하여 각 케이블의 내전압 특성의 상관 관계를 구한다. 그 때, 제 2 기준 초전도 케이블의 내전압 특성에 근거하여 시험 전압을 정한다. 본 내전압 시험에서는, 이 시험 전압에서 내전압 시험을 행한다.

Description

초전도 케이블의 내전압 시험 방법{SUPERCONDUCTIVE CABLE WITHSTAND VOLTAGE TEST METHOD}

본 발명은, 초전도 케이블의 내전압 시험 방법에 관한 것이다. 특히, 냉매를 충전하는 일 없이 초전도 케이블의 내전압 특성을 평가할 수 있는 시험 방법에 관한 것이다.

OF 케이블, POF 케이블, CV 케이블 등의 상전도 케이블로서는, 절연 성능을 확인하는 방법으로서, 발취 시료에 의한 시료 시험이나 제품 전체 길이를 대상으로 하는 프레임 시험이 행해지고 있다.

전자는, 케이블에 전압을 장시간 계속 인가하더라도 문제가 없는지 확인하거나, 낙뢰 서지(lightning surge)에 대하여 소정의 절연 성능을 갖고 있는지를 발취 시료로 확인하는 것을 목적으로 하고 있다.

이것에 대하여, 후자는, 출하 시험으로서, 계통의 상용 주파 과전압에 대해 충분한 성능을 갖고 있는 것을, 케이블에 손상을 주지 않고 전체 길이로 확인하는 것을 목적으로 하고 있다.

환언하면, 케이블의 제조 조건이 문제없다는 것을 시료 시험으로 확인하여, 그 제조 조건이 케이블 전체 길이로 확실히 수행된 것을 프레임 시험으로 확인하고 있다고 말할 수 있다.

한편, 초전도 케이블이 실용화를 위해 연구되고 있다. 일례로서, 복수의 케이블 코어를 일괄로 한 다심 일괄형의 다상 초전도 케이블이 제안되어 있다(예컨대 특허 문헌 1). 도 1은, 3심 일괄형의 3상 초전도 케이블의 단면도이다. 이 초전도 케이블(100)은, 3개의 케이블 코어(110)를 단열관(120) 내에서 트위스트하여 수납한 구성이다.

단열관(120)은, 내관(121)과 외관(122)으로 이루어지는 2중관으로 구성되고, 양관의 사이에 단열재(도시하지 않음)가 배치되고, 그 간극이 진공되어 있다. 각 케이블 코어(110)는, 중심으로부터 순서대로 포머(10), 도체층(20), 절연층(30), 실드층(40), 보호층(50)을 구비하고 있다. 도체층(20)은, 포머(10) 상에 초전도 선재를 다층으로 나선 형상으로 감아서 구성되고, 절연층(30)은 반합성 절연지를 감아서 구성된다. 실드층(40)은, 절연층(30) 상에 도체층(20)과 동일한 초전도 선재를 나선 형상으로 감아서 구성된다. 그리고, 포머(10) 내나 내관(121)과 코어(110) 사이에 형성되는 공간에 액체 질소 등의 냉매를 충전·순환하여, 절연층에 냉매가 함침된 상태에서 사용 상태로 된다.

특허 문헌 1 : 일본 공개 특허 제 2003-9330호 공보(도 5)

발명의 개시

발명이 해결하고자 하는 과제

그러나, 초전도 케이블에서는 공장 출하시에 냉매가 충전된 상태가 아니기 때문에, 냉매가 충전된 상태에서의 절연 특성을 적절히 시험하는 방법이 확립되어 있지 않았다.

예컨대, POF 케이블에서는, 케이블 코어의 절연층을 구성하는 절연지에 고점도의 절연유를 함침시켜, 그 절연유가 외부에 유출되지 않도록 방호한 뒤에 공장에서 프레임 시험을 행하고 있다. 이때, 절연층 중에는 공기가 존재하지만, 출하 후, 케이블 코어를 강관 내에 인입하고, 그 강관 내에 저점도유를 충전하여 고압력을 인가하는 것으로, 절연층 중에 존재하고 있었던 공기를 절연유 중에 용해하여 본래의 절연 성능을 갖는 상태로 된다. 따라서, POF 케이블에서는 공장 출하시에 절연층에 절연유가 함침된 상태로 되어 있고, 사용 상태에 가까운 상태로 하여 프레임 시험을 행하는 것이 가능하다.

한편, 초전도 케이블은, 공장 출하 시점에는 냉매가 충전되어 있지 않고, 포설 현장에서 단말 처리가 이루어진 후, 냉매를 충전, 순환하여 정규의 사용 상태로 된다. 그 때문에, 사용시와는 절연 특성이 크게 다른 공장 출하시에서는 유의적인 프레임 시험을 행할 수 없다. 가령, 초전도 케이블의 양 단말로부터 액체 냉매를 충전·순환시키기 위한 설비 투자를 행하여 초전도 케이블을 냉각 상태로 하여 프레임 시험을 행한 후에 출하하는 것을 상정한 경우, 그 설비 상각 및 냉각하기 위한 모든 비용이 초전도 케이블의 비용을 대폭 높이는 것으로 된다. 또한, 초전도 케이블을 드럼에 감은 상태로 냉각을 행하면, 현지에서 포설되는 것보다도 심하게 구부러진 상태로 기계적 응력이 작용하는 것이 되어, 케이블이 손상될 가능성도 있다.

따라서, 본 발명의 주목적은, 냉매를 충전하는 일 없이, 냉매가 충전된 상태의 초전도 케이블의 절연 특성을 평가할 수 있는 초전도 케이블의 내전압 시험 방법을 제공하는 것에 있다.

과제를 해결하기 위한 수단

본 발명은, 시험 대상의 초전도 케이블에 냉매를 충전하는 일 없이 상온하에서 초전도 케이블의 내전압 특성을 모의하는 것으로 상기의 목적을 달성한다.

본 발명의 초전도 케이블의 내전압 시험 방법은, 시험 초전도 케이블에 냉매 대신에 기체를 충전하여, 상온하에서 본 내전압 시험을 행하는 것을 특징으로 한다.

이 시험 방법에서는, 본 내전압 시험만을 행하는 경우는 물론, 미리 예비 내전압 시험을 행하더라도 좋다. 본 내전압 시험만을 행하는 경우, 시험 초전도 케이블에 냉매 대신에 기체를 충전하여, 상온하에서 본 내전압 시험을 행한다. 그때, 본 내전압 시험 방법의 대표예로서는, 부분 방전 시험이나 유전 정접(tanδ) 계측 시험 등을 들 수 있다. 시험 조건은, 예컨대, 냉매를 충전했을 때에 시험 초전도 케이블에 요구되는 내전압 특성을 기초로, 상온에서의 내전압 특성을 추정한 전압값을 시험 전압으로 하면 좋다. 이 추정 전압값은 설계값을 이용하여도 좋고, 계산에 의해 구할 수도 있다. 그리고, 그 시험 전압에 있어서 상온에서의 내전압 시험에 문제가 없으면, 냉매를 충전한 경우에도 소정의 내전압 특성을 만족하는 것으로 평가한다.

예비 내전압 시험을 행하는 경우는, 우선 냉매를 소정의 압력으로 충전한 제 1 기준 초전도 케이블과, 냉매 대신에 기체를 소정의 압력으로 충전한 제 2 기준 초전도 케이블을 준비한다. 계속해서, 제 1 기준 초전도 케이블은 냉매 온도에서, 제 2 기준 초전도 케이블은 상온에서 예비 내전압 시험을 행하여 각 케이블의 내전압 특성의 상관 관계를 구한다. 한편, 본 내전압 시험에서는, 시험 초전도 케이블에 상기 기체를 소정 압력으로 충전하여, 시험 전압에서 상온하에서 본 내전압 시험을 행한다. 그때의 시험 전압은, 제 2 기준 초전도 케이블의 내전압 특성에 근거하여 구한다. 또한, 구한 내전압 특성에 근거하는 값에 허용도를 고려한 값으로서도 좋다. 그리고, 본 내전압 시험으로 내전압 특성을 만족시키면, 냉매를 충전한 시험 초전도 케이블에서도 내전압 특성을 만족시키는 것으로 평가한다.

예비 전압 시험에 이용하는 기준 초전도 케이블은, 정상으로 제조된 초전도 케이블로, 냉매를 충전한 것을 제 1 기준 초전도 케이블, 기체를 충전한 것을 제 2 기준 초전도 케이블로 한다. 상기 냉매는, 기체 냉매이지만, 액체 냉매이더라도 좋고, 통상, 어느 쪽의 기준 초전도 케이블도 발취 시료를 이용하면 좋다. 제 1 기준 초전도 케이블에 충전하는 액체 냉매의 구체예로서는, 액체 질소, 액체 헬륨, 액체 수소, 액체 산소, 액체 불소, 액체 아르곤, 액체 공기, 액체 네온 등을 들 수 있다. 기체 냉매의 구체예로서는, 질소 가스, 헬륨 가스, 수소 가스, 산소 가스, 불소 가스, 네온 가스, 아르곤 가스, 공기 등을 들 수 있다. 제 2 기준 초전도 케이블에 충전하는 기체에는, 예컨대 질소 가스나 공기를 이용할 수 있다.

예비 내전압 시험에는, 절연 파괴 시험을 이용할 수 있다. 이 파괴 시험에서는 파괴 전압을 구한다. 기타, 예컨대 부분 방전 시험이나 유전 정접(tanδ) 계측 시험을 이용할 수 있다. 부분 방전 시험에서는 부분 방전의 발생 전압을 구한다. 유전 정접 계측 시험에서는, tanδ가 높게 되는 (방전이 시작된다) 전압을 구한다. 절연 파괴 시험, 부분 방전 시험 및 유전 정접 계측 시험 중 어느 하나를 예비 내전압 시험으로 하여도 좋고, 복수의 조합을 예비 내전압 시험으로 하여도 좋다.

예비 내전압 시험에서는, 제 1 기준 초전도 케이블은 냉매 온도에서, 제 2 기준 초전도 케이블은 상온에서 내전압 특성을 시험한다. 여기서, 상기 냉매 온도란, 초전도 케이블의 운전에 적합한 냉각 온도일 때의 냉매의 온도를 말한다. 물론, 제 1·제 2 기준 초전도 케이블의 내전압 특성의 관계를 보다 자세히 파악하거나, 후술하는 시험 전압의 결정에 이용하는 참고 데이터 수를 많게 하기 때문에, 냉매 온도, 상온 이외의 온도에서의 내전압 특성을 시험하더라도 좋다. 이 냉매 또는 기체의 충전 압력은, 기본적으로는 케이블의 실사용 냉매 압력으로 한다. 실사용 냉매 압력은, 일반적으로, 대기압(1OOkPa)보다도 높은 압력이며, 구체적으로는, 2기압(300kPa) 이상이다. 물론, 그 이외의 압력에서의 측정도 함께 실행하는 것이 바람직하다.

시험 전압은, 예비 내전압 시험에 있어서의 제 2 기준 초전도 케이블의 내전압 특성에 근거하여 결정한다. 예컨대, 예비 내전압 시험으로서 절연 파괴 시험을 행한 경우, 제 1·제 2 기준 초전도 케이블로 파괴 전압의 비율을 구한다. 그리고, 액체 냉매를 충전한 케이블의 본 내전압 시험의 전압(미리 정해져 있다)에 대하여 상기 비율을 곱한 값을 시험 전압으로 하여도 좋고, 이 값에 허용도를 고려한 보다 낮은 전압값을 시험 전압으로 하여도 좋다. 또한, 예비 내전압 시험에서 부분 방전 시험을 행한 경우, 제 1·제 2 기준 초전도 케이블로 부분 방전이 발생한 전압의 비율을 구한다. 그리고, 액체 냉매를 충전한 케이블의 본 내전압 시험의 전압(미리 정해져 있다)에 대하여 상기 비율을 곱한 값을 시험 전압으로 하여도 좋고, 이 값에 허용도를 고려한 보다 낮은 전압값을 시험 전압으로 하여도 좋다. 또한, 예비 내전압 시험에서 유전 정접 계측을 행한 경우, 제 2 기준 초전도 케이블로 유전 정접의 계측을 행했을 때의 전압값 또는 이 전압값에 허용도를 고려한 보다 낮은 전압값을 시험 전압으로 하여도 좋다.

일반적으로, 냉매 또는 기체의 온도가 낮으면, 냉매 또는 기체의 압력이 높을수록 내전압 특성이 우수한 경향이 있다. 그 때문에, 상기 허용도의 고려는, 예컨대 실사용 냉매 온도보다도 높은 온도에서의 내전압 특성값 또는 실사용 냉매 압력보다도 낮은 압력에서의 내전압 특성값을 시험 전압으로 하는 것으로 실행할 수 있다.

한편, 본 내전압 시험에서는, 시험 초전도 케이블을 대상으로 한다. 시험 초전도 케이블은, 기준 초전도 케이블과 동일한 구성을 갖는 초전도 케이블로, 실제로 내전압 특성을 조사할 케이블이다. 대표적으로는, 출하시의 초전도 케이블 전체 길이를 시험 초전도 케이블로 한다. 그것에 의하여, 케이블 전체 길이에 대한 내전압 특성을 시험할 수 있어, 본 내전압 시험을 프레임 시험으로 할 수 있다.

본 내전압 시험도, 예컨대 절연 파괴 시험, 부분 방전 시험이나 유전 정접의 계측 시험을 이용할 수 있다. 예비 내전압 시험은, 말하자면 본 내전압 시험에서의 시험 전압을 결정하기 위한 시험이기 때문에, 예비 내전압 시험과 같은 시험 방법을 본 내전압 시험으로 채용하더라도 좋고, 다른 시험 방법을 채용하더라도 좋다.

즉, 주요 시험 방법의 조합으로서 다음 것이 생각된다.

(1) 예비 내전압 시험을 절연 파괴 시험으로 하여 시험 전압을 결정하고, 이 시험 전압에서 본 내전압 시험으로서 절연 파괴 시험을 행하여 절연 파괴가 없는 것을 확인한다.

(2) 예비 내전압 시험을 부분 방전 시험으로 하여 시험 전압을 결정하고, 이 시험 전압에서 본 내전압 시험으로서 부분 방전 시험을 행하여 부분 방전의 발생이 없는 것을 확인한다.

(3) 예비 내전압 시험을 유전 정접 계측 시험으로 하여 시험 전압을 결정하고, 이 시험 전압에서 본 내전압 시험으로서 유전 정접 계측 시험을 행하여 tanδ에 이상이 없는 것을 확인한다.

(4) 예비 내전압 시험을 유전 정접 계측 시험 및 부분 방전 시험으로 하여 시험 전압을 결정하고, 이 시험 전압에서 본 내전압 시험으로서 유전 정접 계측 시험을 행하여 tanδ에 이상이 없는 것을 확인한다.

(5) 예비 내전압 시험을 유전 정접 계측 시험 및 부분 방전 시험으로 하여 시험 전압을 결정하고, 이 시험 전압에서 본 내전압 시험으로서 부분 방전 시험 및 유전 정접 계측 시험을 행하여 부분 방전이 발생하지 않는 것과 tanδ에 이상이 없는 것을 확인한다.

부분 방전의 측정은, 케이블을 길게 하는 것으로 부분 방전의 감도가 단말로부터 멀어질수록 나빠지기 때문에, 케이블이 긴 경우는 유전 정접의 계측을 선택하는 것이 바람직하다. 또한, 부분 방전 시험과 유전 정접의 계측을 병용하는 것으로, 이물 혼입과 같은 큰 결함에 대해서는 부분 방전으로, 전체적인 사용 재료·제조 조건의 불비에 대해서는 tanδ로 평가하는 것이 유효하다.

발명의 효과

본 발명의 초전도 케이블의 내전압 시험 방법은, 시험 초전도 케이블에 기체 냉매 또는 액체 냉매 대신에 기체를 충전하여, 상온하에서 본 내전압 시험을 행하기 때문에, 냉매를 시험 초전도 케이블에 충전하는 일 없이 내전압 시험을 행할 수 있다.

또한, 예비 내전압 시험으로서, 제 1·제 2 기준 초전도 케이블로부터 얻은 내전압 특성을 이용하여, 냉매가 충전된 경우와 기체가 충전된 경우의 각 기준 초전도 케이블 내전압 특성의 상관 관계를 구한다. 그리고, 시험 초전도 케이블에 냉매 대신에 기체를 충전하여 상온하에서 내전압 시험을 행하여, 이 시험 결과로부터 냉매를 충전한 경우의 내전압 특성을 모의할 수 있다. 따라서, 본 내전압 시험에서는 냉매를 충전하는 일 없이 상온하에서 시험을 행하는 것이 가능하고, 냉매를 충전한 경우의 내전압 특성을 추정할 수 있다. 또한, 시험 초전도 케이블을 손상시키는 일없이 내전압 시험을 실행할 수 있다.

도 1은 본 발명의 시험 방법에 이용하는 초전도 케이블의 단면도,

도 2는 초전도 케이블에 질소 가스를 충전하여, 그 케이블을 냉각하기 시작할 때부터의 시간과 tanδ의 관계를 나타내는 그래프이다.

부호의 설명

100 : 초전도 케이블 110 : 코어

10 : 포머 20 : 도체층

30 : 절연층 40 : 실드층

50 : 보호층 120 : 단열관

121 : 코루게이트 내관 122 : 코루게이트 외관

123 : 방식층

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

이하, 본 발명의 실시예를 설명한다.

본 발명의 시험 방법으로 시험하는 초전도 케이블의 일례로서, 3심 초전도 케이블을 제작했다. 그 단면도를 도 1에 나타낸다.

이 케이블(100)은, 트위스트된 3심의 코어(110)와, 이들의 코어를 수납하는 단열관(120)으로 구성된다. 코어(110)는, 중심으로부터 순서대로, 포머(10), 도체층(20), 절연층(30), 실드층(40), 보호층(50)을 갖고 있다. 이들의 각 층 중, 도체층(20)과 실드층(40)에 초전도 선재가 이용된다.

포머(10)에는, 금속선을 트위스트한 중실(中實)의 것이나, 금속 파이프를 이용한 중공(中空)의 것이 이용될 수 있다. 중실의 포머의 일례로서는, 복수의 동소선을 꼬아 합친 것을 들 수 있다. 트위스트 선 구조의 포머로 함으로써 교류 손실의 저감과 과전류에서의 온도 상승 억제를 동시에 실현할 수 있다. 한편, 중공의 포머를 이용한 경우, 그 내부를 냉매의 유로(流路)로 할 수 있다.

도체층(20)에는, 복수개의 산화물 고온 초전도 필라멘트를 은 시스(sheath)로 피복한 테이프 선재가 바람직하다. 여기서는 Bi2223계 테이프 선재를 이용했다. 이 테이프 선재를 포머의 위에 다층으로 감아서 도체층(20)을 구성한다. 이 도체층(20)은, 각 층에서 초전도 선재의 트위스트 피치가 다르다. 추가로, 각 층마다 또는 복수층마다 감은 방향을 변경함으로써 각 층에 흐르는 전류의 균류화를 도모할 수 있다.

도체층(20)의 외주에는 절연층(30)이 형성된다. 이 절연층(30)는, 예컨대 크래프트지와 폴리프로필렌 등의 수지 필름을 적층한 반합성지(스미토모 덴키 산교 가부시키 가이샤 제 PPLP : 등록 상표)를 이용하여, 도체층(20)의 외주에 감아서 구성할 수 있다.

교류용의 초전도 케이블에서는, 절연층(30)의 외측에 자기(磁氣)를 실드하기 위한 실드층(40)을 마련한다. 실드층(40)은, 절연층(30)의 외측에 도체층(20)에 이용한 것과 동일한 초전도 선재를 감아서 형성된다. 이 실드층(40)에 도체층(20)과 대략 동일 크기로 역방향의 전류가 유도됨으로써 외부로의 자계의 발생을 감쇄할 수 있다.

또한 실드층(40)의 위에는 보호층(50)이 형성되어 있다. 이 보호층(50)은, 실드층(40)보다도 내측의 구조를 기계적으로 보호하는 것으로, 실드층(40) 상에 크래프트지나 포테이프를 감아서 형성된다.

단열관(120)은, 코루게이트 내관(121)과 코루게이트 외관(122)을 갖는 2 중관 구조다. 통상, 코루게이트 내관(121)과 코루게이트 외관(122) 사이는 공간이 형성되고, 그 공간은 진공되어 있다. 진공되는 공간 내에는, 초절연체가 배치되고, 복사열의 반사가 행하여진다. 그리고, 코루게이트 외관의 위에는, 폴리염화비닐 등에 의한 방식층(123)이 형성되어 있다.

단열관(120) 내에는, 도체층(20) 및 실드층(40)을 임계 온도보다도 낮은 온도에서 냉각하기 위해서, 냉매가 충전된다. 냉매로서는, 액체 냉매 또는 기체 냉매가 사용된다.

액체 냉매로서는, 예컨대, 액체 질소·액체 헬륨·액체 네온·액체 수소 등을 들 수 있다. 초전도 케이블의 냉매에 액체 냉매를 사용하는 경우, 초전도 케이 블에 대전류를 흘릴 때에 발생하는 케이블을 구성하는 부재의 발열에 대하여, 액체 냉매와 도체층(20) 및 실드층(40)는 신속히 열평형에 도달한다. 이것에 의해, 도체층(20) 및 실드층(40)은, 초전도 케이블의 운전에 적합한 온도에서 안정하게 유지된다.

기체 냉매로서는, 예컨대, 헬륨 가스·수소 가스 등을 들 수 있다. 기체 냉매를 사용하는 경우, 다음과 같은 이점이 있다. (1) 액체 냉매를 사용할 때의 가스화의 문제가 없다. (2) 냉매를 순환시킬 때의 압력 손실을 작게 할 수 있다. (3) 기체 냉매의 온도 변화폭(예컨대, 수소 가스는 비점이 약 20K이며, Bi2223의 임계 온도가 약 105K이기 때문에, 온도 변화폭의 허용도는 약 85K이거나, 액체 냉매의 온도 변화폭(예컨대, 질소의 융점 및 비점은, 각각 63K 및 77K이며, 액체 냉매는 임계 온도까지 온도가 상승하기 전에 가스화한다)에 비해 크다. 즉, 기체 냉매는, 엄밀한 온도 관리가 요구되지 않는다.

(실시예 1)

<예비 내전압 시험>

상기의 구성을 갖고 정상으로 제조된 초전도 케이블의 발취 시료를 이용하여 예비 내전압 시험을 행한다. 여기서는, 예비 내전압 시험으로서 부분 방전 시험을 행한다. 각 발취 시료 중, 액체 질소(약 77K)를 충전한 것을 제 1 기준 초전도 케이블, 상온의 질소 가스를 충전한 것을 제 2 기준 초전도 케이블로 한다. 또한, 150K의 질소 가스를 충전한 제 1 기준 초전도 케이블을 준비하여, 비교예로 했다. 그리고, 표 1에 나타내는 온도 및 압력 조건으로서 각 기준 초전도 케이블에 대하여 부분 방전 시험을 행하여, 부분 방전이 발생하는 전압을 구한다. 부분 방전 시험의 시험 방법은, IEC 60885-2 Ed.1.0 : 1987(b)에 규정된 방법에 준하여 실행한다. 이 시험 결과도 더불어 표 1에 나타낸다. 표 중 단위가 없는 수치는 부분 방전 발생 전계값(kV/mm)을 나타내고 있다.

이 표에 표시된 결과를 고찰하면, 액체 질소 온도(약 77K)에서는, 절연층 중에 포함되어 있는 수분은 동결하는 것으로 생각되고, 가장 높은 절연 특성을 나타내고 있기 때문에, 그 수분에 의해서 절연 성능이 저하하지 않는 것으로 표시되어 있다.

액체 질소 함침(77K)과 질소 가스 충전(150K)을 비교하면, 충전 대상의 유전율이 작은 것만큼, 가스 부분의 전계가 높게 되기 때문에 질소 가스 충전쪽이 일찍 부분 방전이 발생하여, 절연 강도도 낮은 것을 알게 되었다.

또한 상온에서는, 절연층 중에 수분이 존재하기 때문에 부분 방전이 보다 일찍 발생하여, 절연 강도도 또한 저하한다.

<시험 전압의 결정>

초전도 케이블의 경우, 냉매 압력은 300kPa 이상으로 운용되고 있다고 생각되고 있다. 그래서, 허용도를 보면, 77K에 있어서 200kPa에서 부분 방전이 발생하지 않는 스트레스(24kV/mm)와 상온에서의 동 스트레스(4.8kV/mm)와의 비인 5 : 1을 본 내전압 시험에서 적용한다.

<본 내전압 시험>

본 내전압 시험에서는, 시험 초전도 케이블 전체 길이를 시험 대상으로 한다(프레임 시험). 이 시험 초전도 케이블은, 기준 초전도 케이블과 동일한 구성을 갖고, 질소 가스가 200kPa로 충전된 케이블이다. 이 시험 초전도 케이블에 대하여 상온에서 부분 방전 시험을 행한다. 그 때, 부분 방전 시험의 전압은, 전술한 비를 적용하여, 액체 질소를 충전한 초전도 케이블의 프레임 시험 전압의 1/5로 하여, 케이블의 전체 길이에 대하여 프레임 시험을 행한다. 이 부분 방전 시험의 시험 방법도 IEC 60885-2 Ed.1.0 : 1987(b)에 규정된 방법에 준하여 실행한다. 그리고, 이 본 내전압 시험에 있어서 부분 방전이 발생하지 않으면, 그 시험 초전도 케이블은 정상적인 내전압 특성을 갖는 것으로서 출하한다.

이상과 같은 시험 방법은, 초전도 케이블의 절연층이 PPLP로 대표되는 반합성지의 경우에 특히 유효하다. 크래프트지는 절연유의 함침이 없으면 공기 중의 수분을 포함하고 있기 때문에, 절연 강도가 극단적으로 저하한다. 그것에 비해, PPLP의 경우, 폴리프로필렌의 수지층이 존재하여 절연층에 차지하는 크래프트지의 비율이 적어지기 때문에, 크래프트지에 포함되는 수분의 영향에 의한 내전압 특성의 변동을 억제할 수 있다. 그 결과, 패드 갭부(절연층에 감긴 PPLP의 권수(turn) 사이의 갭의 부조화)의 조건이 다른 것에 의한 부분 방전 발생 레벨의 차를 분명하게 할 수 있다.

(변형예 1)

상기 실시예에서는, 본 내전압 시험에 적용하는 전압의 결정에 있어서, 제 1 기준 초전도 케이블에 충전된 액체 질소의 부분 방전 발생 전계값을 참조했지만, 예비 내전압 시험에 있어서, 상기 액체 질소를 초전도 케이블의 운전에 적합한 온도에서 냉각한 수소 가스로 치환하여, 상기 수소 가스에 있어서의 부분 방전 발생 전계값을 참조하여 본 내전압 시험에 적용하는 전압을 결정하더라도 좋다. 그 경우, 상기 실시예와 마찬가지로, 허용도를 고려하여, 상기 수소 가스의 초전도 케이블의 운전에 적합한 온도에 있어서의 200kPa에서의 부분 방전이 발생하지 않는 스트레스와 상온에 있어서의 200kPa에서의 스트레스와의 비를 본 내전압 시험에서 적용한다. 이 측정값에 따라서, 본 내전압 시험에 사용하는 부분 방전 시험의 전압을 상기의 비를 기초로 결정하여, 케이블 전체 길이에 대한 프레임 시험을 행한다. 그리고, 이 본 내전압 시험에 있어서 부분 방전이 발생하지 않으면, 그 시험 초전도 케이블은 정상적인 내전압 특성을 갖는 것으로서 출하한다.

(변형예 2)

상기 실시예에서는, 예비 내전압 시험·본 내전압 시험과 함께 부분 방전 시험으로 행했지만, 예비·본 내전압 시험과 함께 유전 정접 계측 시험으로 치환할지, 예비·본 내전압 시험과 함께 유전 정접 계측 시험을 병용하거나, 예비 내전압 시험은 부분 방전 시험과 유전 정접 계측 시험을 병용하거나, 본 내전압 시험에만 유전 정접 계측 시험을 행하더라도 좋다. 예컨대, 예비 내전압 시험, 본 내전압 시험과 함께 유전 정접 계측 시험을 행하여, 기준 초전도 케이블의 tanδ와 비교하여 시험 초전도 케이블의 tanδ에 이상이 없는 것을 확인하거나, 예비 내전압 시험을 유전 정접 계측 시험 및 부분 방전 시험으로 하여, 부분 방전 시험의 결과로부터 시험 전압을 결정하고, 이 시험 전압에서 본 내전압 시험으로서 유전 정접 계측 시험 및 부분 방전 시험을 행하여 tanδ에 이상이 없는 것과, 부분 방전의 발생하지 않는 것을 확인하는 것을 들 수 있다.

(실시예 2)

다음에, 예비 내전압 시험 및 본 내전압 시험으로서 유전 정접 계측 시험을 행한 경우를 설명한다.

여기서도, 실시예 1과 마찬가지로, 예비 내전압 시험에서, 액체 질소를 충전한 제 1 기준 초전도 케이블의 유전 정접과, 질소 가스를 충전한 제 2 기준 초전도 케이블의 유전 정접을 측정한다. 이 유전 정접 계측 시험은 JIS 고전압 시험법에 근거하여 행했다.

도 2는 초전도 케이블에 질소 가스를 충전하여, 그 케이블을 냉각하기 시작할 때부터의 시간과 tanδ와의 관계를 나타내는 그래프이다. 이 그래프로부터 알 수 있는 바와 같이, 냉각 개시 후의 시간이 0인 경우, 즉, 상온에서 질소 가스가 충전된 상태의 경우, 높은 tanδ를 나타내고 있다. 한편, 냉각 시간의 경과에 따라 tanδ는 저하되고, 일정 시간 경과 후의 액체 질소 온도에서는, tanδ는 거의 일정한 값으로 되어 있다.

다음에, 시험 초전도 케이블에 대하여 본 내전압 시험을 행한다. 이 내전압 시험도 유전 정접 계측 시험을 행하지만, 그 때의 시험 전압은 예비 내전압 시험에 있어서 제 2 기준 초전도 케이블에서의 측정을 행했을 때의 전압으로 한다.

시험 초전도 케이블에 대하여 본 내전압 시험을 행한 결과, tanδ에 이상이 없으면, 즉, tanδ의 값이 대략 2.0% 정도이면, 액체 질소를 충전한 경우에도, 그 시험 초전도 케이블은 소정의 내전압 특성을 갖는 것으로 평가한다.

(변형예)

상기 실시예 2에서는 예비 내전압 시험에, 액체 질소를 충전한 제 1 기준 초전도 케이블을 사용했지만, 상기 액체 질소 대신에, 수소 가스를 사용하더라도 좋다. 이 경우, 실시예 2의 구성 중, 제 1 기준 초전도 케이블에 충전하는 냉매를 초전도 케이블의 운전에 적합한 온도에서 냉각한 수소 가스로 치환하여, 다른 구성 및 측정 방법을 실시예 2에 준하여 실행한다. 그리고, 시험 초전도 케이블에 대하여 본 내전압 시험을 행한 결과, tanδ에 이상이 없으면, 수소 가스를 충전한 경우에도, 그 시험 초전도 케이블은 소정의 내전압 특성을 갖는 것으로 평가한다.

본 발명을 상세히 또한 특정의 실시예를 참조하여 설명했지만, 본 발명의 정신과 범위를 일탈하는 일 없이 여러 변경이나 수정을 가할 수 있는 것은 당업자에 있어서 분명하다.

본 출원은 2004년 6월 28일 출원의 일본 특허 출원 제 2004-190222 호 및 2005년 1월 7일 출원의 일본 특허 출원 제 2005-003192 호에 근거하는 것이며, 그 내용은 여기에 참조로서 포함된다.

본 발명의 초전도 케이블의 내전압 시험 방법은, 특히 초전도 케이블의 출하시에 있어서의 프레임 시험에 적합하게 이용할 수 있다. 그 때, 초전도 케이블은 단심·다심의 어느 것이라도 좋고, AC·DC의 어느 것이든 좋다.

Claims

시험 초전도 케이블에 냉매 대신에 기체를 충전하고,

상온하에서 본 내전압 시험을 행하는

것을 특징으로 하는 초전도 케이블의 내전압 시험 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 초전도 케이블은, 운전시에 액체 냉매로 냉각되는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블의 내전압 시험 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 초전도 케이블은, 운전시에 기체 냉매로 냉각되는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블의 내전압 시험 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

냉매를 소정의 압력으로 충전한 제 1 기준 초전도 케이블과, 냉매 대신에 기체를 소정의 압력으로 충전한 제 2 기준 초전도 케이블을 준비하고,

상기 제 1 기준 초전도 케이블은 냉매 온도에서, 상기 제 2 기준 초전도 케이블은 상온에서 예비 내전압 시험을 행하여 각 케이블의 내전압 특성의 상관 관계를 구하여 두고,

상기 제 2 기준 초전도 케이블의 내전압 특성에 근거하여 시험 전압을 구하고,

그 시험 전압에서 상기 시험 초전도 케이블에 본 내전압 시험을 행하고,

상기 본 내전압 시험에서 내전압 특성을 만족하면, 냉매를 충전한 시험 초전도 케이블에서도 내전압 특성을 만족한다고 평가하는

것을 특징으로 하는 초전도 케이블의 내전압 시험 방법.
제 4 항에 있어서,

상기 시험 전압은, 제 2 기준 초전도 케이블의 내전압 특성에 허용도를 고려한 값으로 하는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블의 내전압 시험 방법.
제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,

상기 예비 내전압 시험을 부분 방전 시험으로 하고,

이 부분 방전 시험의 결과에 근거하여 시험 전압을 결정하는

것을 특징으로 하는 초전도 케이블의 내전압 시험 방법.
제 6 항에 있어서,

상기 예비 내전압 시험으로 유전 정접(tanδ) 계측 시험(a dielectric loss tangent (tanδ) measurement test)도 행하는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블의 내전압 시험 방법.
제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,

상기 예비 내전압 시험을 유전 정접(tanδ) 계측 시험으로 하고,

상기 유전 정접(dielectric loss tangent)을 구했을 때의 측정 조건에 근거하여 시험 전압을 결정하는

것을 특징으로 하는 초전도 케이블의 내전압 시험 방법.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 본 내전압 시험으로 부분 방전 시험을 행하는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블의 내전압 시험 방법.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 본 내전압 시험으로 유전 정접(tanδ) 계측 시험을 행하는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블의 내전압 시험 방법.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 본 내전압 시험이 시험 초전도 케이블의 전체 길이에 대한 출하 시험인 것을 특징으로 하는 초전도 케이블의 내전압 시험 방법.