KR20140094012A - 초전도 케이블의 임계 전류 측정 방법 - Google Patents

초전도 케이블의 임계 전류 측정 방법 Download PDF

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Abstract

동축 초전도 케이블은, 복수의 초전도층(12A, 12B, 12C)이 동축 형상으로 배치된 케이블 코어를 구비한다. 케이블 코어의 외주측에 위치하는 초전도층(12C)을 측정 대상으로 할 때, 초전도층(12C)을 왕로로 하고, 다른 초전도층을 귀로로 하는 왕복 통전로를 구축하고, 이 왕복 통전로에 직류 전원(200)에 의해 직류 전류를 통전하여, 초전도층(12C)의 임계 전류를 측정한다. 귀로로 하는 초전도층은, 그 임계 전류의 설계값의 합계가, 측정 대상인 초전도층(12C)의 임계 전류의 설계값 이상으로 되도록 선택한다. 임계 전류의 측정에 있어, 측정 대상의 초전도층(12C)에 흘리는 전류가 귀로에 통전 가능한 전류값 이하로 되기 때문에, 임계 전류를 확실하게 측정할 수 있다. 이에 의해, 동축 초전도 케이블에 구비되는 초전도층의 임계 전류를 정밀도 좋게 측정할 수 있는 초전도 케이블의 임계 전류 측정 방법을 제공할 수 있다.

Description

초전도 케이블의 임계 전류 측정 방법{METHOD FOR MEASURING CRITICAL CURRENT OF SUPERCONDUCTIVE CABLE}
본 발명은, 초전도 케이블의 임계 전류를 측정하는 방법에 관한 것이다. 특히, 다상(대표적으로는 3상) 동축 초전도 케이블에 구비되는 임의의 초전도층에 대해, 임계 전류를 측정할 수 있는 초전도 케이블의 임계 전류 측정 방법에 관한 것이다.
전력 공급로를 구성하는 전력 케이블로서, 초전도 케이블이 개발되어 있다. 초전도 케이블은, 산화물 초전도상(超傳導相)을 구비하는 초전도 선재를 권회하여 구성된 초전도층을 가지는 케이블 코어와, 하나 또는 복수의 케이블 코어를 수납함과 아울러, 액체 질소라고 하는 냉매가 채워지는 단열관을 구비하는 단심 초전도 케이블, 또는 다심 초전도 케이블(특개 제2006－329838호 공보(특허 문헌 1))이 대표적이다. 예를 들면, 3상 교류 송전에 이용되는 3심 초전도 케이블에서는, 3개의 케이블 코어를 구비하며, 각 케이블 코어에 구비되는 초전도층을 각 상의 송전에 이용한다. 그 외에, 다상 초전도 케이블로서, 동축 형상으로 배치된 복수의 초전도층을 각각, 각 상의 송전에 이용하는 동축 초전도 케이블이 검토되어 있다(특개 제2005－253204호 공보(특허 문헌 2)).
한편, 초전도 케이블을 부설 후, 준공 시험 등으로 케이블 특성을 확인하는 목적으로, 초전도 케이블의 임계 전류를 측정하는 경우가 있다. 특허 문헌 1에서는, 측정 대상이 되는 1개의 케이블 코어에, 별도의 케이블 코어를 접속하여 왕복 통전을 행하여, 측정 대상의 임계 전류를 측정하는 것을 개시하고 있다. 이 측정 방법에서는, 상기 별도의 케이블 코어를 리드 부재로서 이용함으로써, 부설 후 등에서 초전도 케이블의 양단이 떨어져 있는 경우 등에서도, 전원의 접속에 있어, 구리 등의 상(常)전도 재료로 이루어지는 긴 리드 부재가 불필요하다. 또한, 긴 리드 부재의 사용에 따른 전기 저항의 증대가 없고, 상기 전기 저항을 고려한 대용량의 직류 전원을 사용하지 않아도 되기 때문에, 이 측정 방법은, 임계 전류를 간편하게 측정할 수 있다.
(선행 기술 문헌)
(특허 문헌)
특허 문헌 1 : 일본 특개 제2006－329838호 공보
특허 문헌 2 : 일본 특개 제2005－253204호 공보
그러나, 종래, 상술의 다상 동축 초전도 케이블과 같이, 복수(특히 3개 이상)의 초전도층을 동축 형상으로 구비하는 동축 초전도 케이블에 대해, 각 초전도층의 임계 전류를 측정하기 위한 구체적인 방법이 검토되어 있지 않다.
예를 들면, 동축 초전도 케이블에 제공하는 복수의 초전도층 중, 하나의 초전도층을 측정 대상으로 할 때, 특허 문헌 1을 참조하여, 상기 측정 대상의 초전도층을 왕로로 하고, 다른 초전도층을 귀로로 하는 왕복 통전로를 구축하고, 임계 전류를 측정하는 것을 생각한다. 이 경우, 상술한 바와 같이 긴 리드 부재가 불필요하고, 임계 전류를 측정하기 위한 시스템을 용이하게 구축할 수 있는 것으로 기대된다.
그러나, 상기 수법을 이용해도, 동축 초전도 케이블에 구비되는 임의의 초전도층에 대해, 임계 전류를 측정할 수 없는 경우가 있다.
여기서, 동축 초전도 케이블에 제공하는 각 초전도층을 구성하는 초전도 선재로서, 동일 사양(재질, 사이즈 등)의 선재를 이용하는 경우, 선재의 제조성이 우수할 뿐만 아니라, 권회 조건의 조정 등을 행하기 쉽다. 그러나, 이 경우, 하나의 케이블 코어에 있어서 외주측에 위치하는 초전도층은, 내주측에 위치하는 초전도층과 비교하여, 초전도 선재의 사용 갯수가 많아진다. 초전도층에 있어서의 임계 전류의 설계값 Iclayer는, 사용하는 초전도 선재에 있어서의 임계 전류의 설계값 Icwire에 의존하므로(Icwire×사용 갯수), 상술한 바와 같이 사용 갯수가 많으면, 외주측의 초전도층에 있어서의 임계 전류의 설계값 Iclayer outer는, 내주측의 초전도층에 있어서의 임계 전류의 설계값 Iclayer inner와 비교하여 커진다. 외주측의 임계 전류 : Iclayer outer가 내주측의 임계 전류 : Iclayer inner보다 큰 경우에, 측정 대상이 외주측의 초전도층이며, 이 외주측의 초전도층을 왕로로 하고, 내주측의 초전도층을 귀로로 하면, 내주측의 임계 전류 : Iclayer inner로 제한되고, 임계 전류 : Iclayer outer의 측정에 필요한 전류를 왕로 및 귀로에 흘릴 수 없다. 즉, 측정 대상의 임계 전류를 측정할 수 없다. 특히, 동축 초전도 케이블에 제공하는 각 초전도층을 비교했을 때, 임계 전류의 설계값이 크게 상이한 경우에는, 임계 전류를 실측할 수 없는 초전도층이 생길 수 있다.
그래서, 본 발명의 목적은, 동축 초전도 케이블에 구비되는 임의의 초전도층의 임계 전류를 측정할 수 있는 초전도 케이블의 임계 전류 측정 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명은, 동축 초전도 케이블에 제공하는 복수의 초전도층 중, 측정 대상의 초전도층과, 측정 대상 이외의 다른 초전도층으로 왕복 통전을 행하여 측정 대상의 임계 전류를 측정함에 있어, 귀로로 하는 다른 초전도층으로서, 임계 전류의 설계값이 특정의 조건을 충족하는 것으로 함으로써, 상기 목적을 달성한다.
본 발명의 초전도 케이블의 임계 전류 측정 방법은, 복수의 초전도층이 동축 형상으로 배치된 케이블 코어를 구비하는 동축 초전도 케이블에 있어서, 측정 대상으로 하는 하나의 초전도층의 임계 전류를 측정하는 방법에 관한 것이다. 이 측정 방법에서는, 우선, 측정 대상으로 하는 초전도층을 제외한 복수의 초전도층으로부터, 적어도 하나의 초전도층을 선택한다. 이 선택은, 상기 선택한 초전도층에 있어서의 임계 전류의 설계값이, 측정 대상의 초전도층에 있어서의 임계 전류의 설계값 이상으로 되도록 행한다. 다음에, 상기 동축 초전도 케이블의 일단측에 있어서, 상기 측정 대상의 초전도층과 선택한 초전도층을 전기적으로 접속하여, 상기 측정 대상의 초전도층을 왕로로 하고, 상기 선택한 초전도층을 귀로로 하는 왕복 통전로를 구축한다. 그리고, 상기 동축 초전도 케이블의 타단측에 있어서, 왕로로 하는 상기 측정 대상의 초전도층과, 귀로로 하는 상기 선택한 초전도층에 직류 전원을 접속하고 상기 왕복 통전로에 직류 전류를 통전하여, 상기 측정 대상의 초전도층의 임계 전류를 측정한다.
동축 초전도 케이블에 제공하는 복수(특히, 3개 이상)의 초전도층 중, 하나의 초전도층을 측정 대상으로 하여, 다른 초전도층을 이용하여 왕복 통전로를 구축하는 본 발명은, 상술한 바와 같이 긴 리드 부재가 불필요하고, 소형인 전원을 이용하여 임계 전류를 간편하게 측정할 수 있다. 특히, 본 발명에서는, 측정 대상에 있어서의 임계 전류의 설계값을 기준으로 하여, 귀로에 이용하는 초전도층을 선택하고 있고, 임계 전류의 측정을 위해서 흘리는 전류값이 귀로의 임계 전류값에 의해 제한되지 않고, 충분히 큰 값으로 할 수 있다. 따라서, 본 발명에서는, 동축 초전도 케이블에 구비되는 임의의 초전도층의 임계 전류를 측정할 수 있다.
본 발명의 한 형태로서, 상기 귀로를 복수의 초전도층으로 하는 형태를 들 수 있다.
귀로를 복수의 초전도층에 의해 구성함으로써, 해당 초전도층에 있어서의 임계 전류의 설계값(합계치)을 측정 대상에 있어서의 임계 전류의 설계값(이하, 임계 전류 Icgo라고 칭함)보다도 용이하게 크게 할 수 있고, 상기 형태는, 측정 대상의 임계 전류를 확실하게 측정할 수 있다. 또한, 상기 형태는, 귀로를 복수의 초전도층에 의해 구성함으로써 귀로에 전압이 실질적으로 발생하지 않고, 왕로만의 전압을 측정할 수 있으므로, 왕로로 하는 측정 대상의 초전도층의 임계 전류를 정밀도 좋게 측정할 수 있다.
본 발명의 한 형태로서, 왕로로 하는 상기 측정 대상의 초전도층과, 귀로로 하는 상기 선택한 초전도층이 동일한 케이블 코어에 구비되고, 상기 귀로가, 상기 측정 대상의 초전도층보다도 내주측에 위치하는 복수의 초전도층을 포함하는 형태를 들 수 있다.
상기 형태는, 왕로로 하는 측정 대상의 초전도층과, 귀로로 하는 초전도층이 동일한 케이블 코어에 존재하기 때문에, 왕복 통전로를 보다 간단하게 형성할 수 있어, 측정 시스템의 구축시에 작업성이 우수하다. 또한, 상기 형태는, 귀로로 하는 초전도층이 케이블 코어의 내주측의 층이며, 즉, 왕로로 하는 측정 대상의 초전도층이 상기 케이블 코어의 외주측의 층이지만, 복수의 초전도층에 의해 귀로를 구축함으로써, 귀로의 임계 전류의 설계값(합계치)를 측정 대상의 임계 전류 Icgo보다 용이하게 크게 할 수 있어, 측정 대상의 임계 전류를 확실하게 측정할 수 있다.
본 발명의 한 형태로서, 상기 동축 초전도 케이블이, 복수의 케이블 코어가 하나의 단열관에 수납된 다심 케이블이며, 왕로로 하는 상기 측정 대상의 초전도층을 구비하는 케이블 코어와, 귀로로 하는 상기 선택한 초전도층을 구비하는 케이블 코어가 상이한 형태를 들 수 있다.
상기 형태는, 왕로로 하는 측정 대상의 초전도층과, 귀로로 하는 초전도층이 동일한 단열관내에 수납되어 있기 때문에, 왕복 통전로를 간단하게 형성할 수 있어, 측정 시스템의 구축시에 작업성이 우수하다. 또한, 상기 형태는, 복수의 케이블 코어로부터 귀로로 하는 초전도층을 선택할 수 있기 때문에, 측정 대상의 임계 전류 Icgo보다도 설계값이 큰 초전도층을 선택하기 쉽고, 선택의 자유도가 크다.
본 발명의 초전도 케이블의 임계 전류 측정 방법은, 동축 초전도 케이블에 구비되는 임의의 초전도층의 임계 전류를 측정할 수 있다.
도 1은 실시 형태에 따른 초전도 케이블의 임계 전류 측정 방법을 설명하기 위한 설명도이다.
도 2는 동축 초전도 케이블을 모식적으로 나타내는 횡단면도이다.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 도면에 있어서 동일 부호는, 동일 명칭물을 나타낸다. 우선, 측정 대상이 되는 동축 초전도 케이블을 설명한다.
동축 초전도 케이블(1)은, 예를 들면, 도 2에 나타낸 바와 같이 동축 형상으로 배치된 복수의 초전도층(여기에서는 초전도층(12A, 12B, 12C))을 구비하는 하나의 케이블 코어(10)가, 하나의 단열관(101)에 수납된 단심 케이블을 들 수 있다.
케이블 코어(10)는, 예를 들면, 중심으로부터 순서대로 포머(former)(11), 초전도층, 전기 절연층, 쉴드(shield)층(14), 보호층(15)을 구비한다.
포머(11)는, 초전도층의 지지, 케이블의 항장력재, 그 외에, 단락이나 지락(地絡) 등의 사고시에 있어서의 사고 전류를 분류하는 통전로 등에 이용된다. 통전로에도 이용하는 경우, 포머(11)는, 구리나 알루미늄 등의 상전도 재료로 이루어지는 중실체(中實體)나 중공체(中空體)(관체)를 바람직하게 이용할 수 있다. 중실체는, 예를 들면, 폴리비닐 포멀(PVF)나 에나멜 등의 절연 피복을 구비하는 구리선을 복수개 서로 꼬이게 한 트워스트 선재를 들 수 있다. 포머(11)의 외주에 크라프트지(kraft paper)나 PPLP(스미토모 전기공업 주식회사 등록상표)라고 하는 절연성 테이프 등을 권회하여 쿠션층(도시하지 않음)을 마련할 수 있다.
케이블 코어(10)에서는, 동축 형상으로 배치된 3개의 초전도층(12A, 12B, 12C)을 구비한다. 각 초전도층(12A∼12C)은 모두, 초전도 선재를 나선 형상으로 권회한 선재층을 단층 또는 다층으로 구비하는 형태를 들 수 있다. 초전도 선재는, 산화물 초전도상을 구비하는 선재를 들 수 있다. 보다 구체적으로는, RE를 희토류 원소로 할 때, RE123이라 불리는 REBa2Cu3Ox(예를 들면, YBCO, HoBCO, GdBCO 등)라고 하는 희토류계 산화물 초전도상을 구비하는 RE계 박막 선재(금속 기판 상에 상기 초전도상의 박막을 구비하는 선재)나, Bi2223이라 불리는 Bi2Sr2Ca2Cu3O10 ＋δ라고 하는 Bi계 산화물 초전도상을 구비하며, Ag나 Ag 합금을 금속 매트릭스로 하는 Bi계 선재라고 하는 고온 초전도 선재를 들 수 있다. 하나의 초전도층을 다층 구조로 하는 경우, 각 선재층의 층간에 크라프트지 등의 절연지를 권회한 층간 절연층을 형성할 수 있다. 그 외에, 하나의 초전도층의 바로 위나 바로 아래에는, 카본지 등을 적절히 권회하여 반도전층을 마련할 수 있다.
각 초전도층(12A∼12C)을 구성하는 초전도 선재의 사용 수나 선재층의 적층 수는, 소망하는 전력 공급 용량에 따라 설계된다. 일반적으로, 사용 수나 적층 수를 많게 하면, 초전도층의 임계 전류를 크게 할 수 있다. 예를 들면, 정격 전류가 2kA 이상, 또한 4kA 이상, 특히 5kA 이상이라고 하는 대용량의 전력 공급이 가능한 초전도 케이블로 할 수 있다. 동축 초전도 케이블(1)을, 예를 들면, 3상 교류 송전에 이용하고, 각 초전도층(12A∼12C)을 각 상의 송전에 이용하는 경우, 각 초전도층(12A∼12C)의 사용 수나 적층 수는, 각 상의 송전 용량에 따라 설계하면 좋다.
각 초전도층(12A∼12C)을 구성하는 초전도 선재는, 상이한 사양(재질, 사이즈, 임계 전류 특성)의 선재를 이용할 수 있지만, 동일한 사양의 선재로 하면, 선재의 제조성이 우수할 뿐만 아니라, 권회 조건의 조정 등을 행하기 쉽고, 케이블의 생산성도 우수하다. 각 초전도층(12A∼12C)이 동일한 사양의 선재에 의해 구성되어 있는 경우, 케이블 코어(10)에 있어서 외주측에 위치하는 초전도층(여기에서는, 초전도층(12C))을 구성하는 초전도 선재의 사용 수가, 내주측에 위치하는 초전도층(여기에서는, 초전도층(12A, 12B))을 구성하는 초전도 선재의 사용 수 이상인 것을 허용한다. 초전도 선재의 폭이나, 선재층에 있어서 둘레방향으로 서로 인접하는 선재의 간격 등을 조정함으로써, 각 초전도층에 있어서의 초전도 선재의 사용 수를 동일하게 할 수 있다.
케이블 코어(10)에서는, 초전도층(12A, 12B) 사이, 초전도층(12B, 12C) 사이, 및 초전도층(12C)의 외주에 각각, 전기 절연층(13a, 13b, 13c)을 동축 형상으로 구비한다. 전기 절연층(13a∼13c)은, 크라프트지나 PPLP(등록상표)라고 하는 반합성 절연지 등의 절연성 테이프를 권회함으로써 형성할 수 있다. 전기 절연층(13a∼13c)은, 예를 들면, 각 초전도층(12A∼12C)을 3상 교류 송전의 각 상의 송전에 이용하는 경우, 상간(相間) 절연 등에 필요한 내전압 특성을 가지도록 마련하면 좋다.
쉴드층(14)은, 초전도 쉴드층 및 상전도 쉴드층 중 적어도 한쪽을 구비하는 형태를 들 수 있다. 초전도 쉴드층은, 예를 들면, 상술의 초전도 선재를 나선 형상으로 권회하여 형성하고, 상전도 쉴드층은, 예를 들면, 구리라고 하는 상전도 재료로 이루어지는 금속 테이프를 권회하여 형성할 수 있다. 쉴드층(14)은, 동축 초전도 케이블(1)의 운전시, 자기 차폐층으로서 이용할 수 있다. 상전도 쉴드층은, 상술의 사고 전류의 유도 전류를 분류하는 통전로에 이용할 수도 있다.
보호층(15)은, 쉴드층(특히 초전도 쉴드층)을 기계적으로 보호하는 기능을 가진다. 보호층(15)은, 크라프트지나 PPLP(등록상표)라고 하는 반합성 절연지 등의 절연성 테이프를 권회하여 형성한 형태를 들 수 있다.
단열관(101)은, 내관(101i)과 외관(101o)의 이중 관으로 이루어지고, 내관(101i)과 외관(101o)의 사이가 진공된 진공 단열 구조의 것이 대표적이다. 운전시, 내관(101i)내에는, 액체 질소라고 하는 냉매(103)가 충진되고, 초전도층이나 초전도 쉴드층을 초전도 상태로 유지한다. 내관(101i)과 외관(101o)의 사이에 수퍼인슐레이션(superinsulation)이라고 하는 단열재(도시하지 않음)나, 양(兩) 관(101i, 101o)의 간격을 유지하는 스페이서(도시하지 않음)를 배치시킨 구성을 이용할 수 있다. 외관(101o)의 외주에는, 폴리염화비닐(PVC)이라고 하는 방식층(anti-corrosion layer)(102)을 구비하면, 내식성을 높일 수 있다.
(실시 형태 1)
다음에, 상기 구성을 구비하는 동축 초전도 케이블(1)에 구비되는 초전도층의 임계 전류를 측정하는 방법을 구체적으로 설명한다. 여기에서는, 케이블 코어(10)에 있어서 외주측에 위치하는 초전도층(12C)을 측정 대상으로 하는 경우를 설명한다.
우선, 동축 초전도 케이블(1)에 구비되는 케이블 코어(10)로부터, 적어도 하나의 초전도층(측정 대상의 초전도층(12C)을 제외함)을 선택한다. 특히, 본 발명에서는, 해당 선택한 초전도층에 있어서의 임계 전류의 설계값(이하, 임계 전류 Icreturn라고 칭함)이, 측정 대상인 초전도층(12C)의 임계 전류 Icgo 이상으로 되도록 선택하는 것을 특징으로 한다.
예를 들면, 초전도층(12A, 12B, 12C)에 있어서의 임계 전류의 설계값을 각각 순서대로, 3000A, 4000A, 5000A로 하면, 측정 대상의 임계 전류 Icgo는 5000A이므로, 초전도층(12A, 12B) 중 어느 한쪽을 선택해도, 상기 선택한 초전도층의 임계 전류 Icreturn은, 5000A 이상으로 되지 않는다. 한편, 초전도층(12A, 12B)의 양쪽을 선택하면, 임계 전류 Icreturn(여기에서는 합계치)는, 3000A＋4000A = 7000A로 되고, 측정 대상의 임계 전류 Icgo : 5000A 이상으로 된다. 그래서, 이 예에서는, 초전도층(12A, 12B)의 양쪽을 선택한다.
다음에, 측정 대상의 초전도층(12C)을 왕로로 하고, 상기 선택한 초전도층(12A, 12B)의 양쪽을 귀로로 하는 왕복 통전로를 구축한다. 구체적으로는, 도 1에 나타낸 바와 같이 케이블 코어의 양 단측을 각각 벗겨, 각 초전도층(12A, 12B, 12C)을 노출시켜 놓는다. 그리고, 동축 초전도 케이블(1)의 일단부(도 1에서는 우측)에 있어서, 초전도층(12A, 12B)을 전기적으로 접속함과 아울러, 초전도층(12A, 12B) 양쪽과 측정 대상의 초전도층(12C)을 전기적으로 접속한다. 이 접속에는, 리드 부재(210, 211)를 이용할 수 있다. 여기에서는, 리드 부재(210)에 의해 초전도층(12A, 12B)을 접속하고, 리드 부재(211)에 의해 초전도층(12C)과 리드 부재(210)를 접속하고 있다. 리드 부재(210, 211), 및 후술하는 리드 부재(220, 221)는, 구리나 구리 합금 등의 상전도 재료로 이루어지는 부재, 기타, 상술의 초전도 선재를 적절히 조합한 부재를 들 수 있다. 예를 들어, 초전도 케이블(1)의 양단에는 종단 접속부(단말 용기)가 접속되고, 초전도층(12A), 초전도층(12B) 및 초전도층(12C)은, 각각 상이한 전류 리드에서 저온부로부터 상온부로 인출되어도 상관없다. 예를 들어, 초전도층(12A)과 초전도층(12B)의 접속은, 상온부에 있는 전류 리드 선단끼리를 구리 바(copper bar)로 접속하는 것에 의해 행해져도 상관없다.
다음에, 동축 초전도 케이블(1)의 타단부(도 1에서는 좌측)에 있어서, 왕로 및 귀로에 직류 전원(200)을 접속하여, 구축한 왕복 통전로에 왕복 통전을 행할 수 있도록 한다. 여기에서는, 귀로로 하는 초전도층(12A, 12B) 양쪽을 리드 부재(220)에 의해 전기적으로 접속함과 아울러, 왕로로 하는 초전도층(12C)에 리드 부재(221)를 접속하고, 리드 부재(220, 221)에 직류 전원(200)을 접속하고 있다.
직류 전원(200)은, 시판품을 이용할 수 있다. 직류 전원(200)으로서, 통전의 변화 속도의 제어가 가능한 기구를 구비하는 것을 이용하거나, 변화 속도를 제어 가능한 시판의 스위퍼(sweeper) 장치(도시하지 않음)를 직류 전원(200)에 병설시키거나 할 수 있다. 또한, 직류 전원(200)으로부터의 측정 데이터(주로 통전 전류)를 기록하는 기억 수단을 구비하는 기록 장치를 직류 전원(200)에 접속하면, 작업자가 측정 결과를 파악하기 쉽다.
기타, 여기에서는, 초전도층(12A, 12B)의 단부와 초전도층(12C)의 단부 간의 전압을 측정하는 측정 수단(도시하지 않음)을 케이블 코어(10)의 단부에 접착한다. 이 측정 데이터의 기억 수단이나 기록 장치 등도, 케이블 코어(10)의 단부에 접착하면, 작업자가 측정 결과를 파악하기 쉽다.
상술과 같은 측정 시스템을 구축하면, 직류 전원(200)에 의해, 왕로 : 초전도층(12C)와 귀로 : 초전도층(12A, 12B)으로 이루어지는 왕복 통전로에, 일정한 변화 속도로 직류 전류를 공급하여, 왕로의 임계 전류를 측정한다. 직류 전류는, 리드부(221)로부터 초전도층(12C)을 거치고, 또한 리드 부재(211)를 거쳐서 리드 부재(210)에서 분기되어 초전도층(12A, 12B)을 흐른다. 이상적으로는, 초전도층(12A, 12B)의 각각, 동일한 크기의 전류가 흐르는(통전한 전류의 1/2씩이 흐름) 것이 바람직하다. 초전도층(12A, 12B)을 거친 분류 전류는, 직류 전원(200)측에 있어서 리드부(220)를 거쳐 결합된다.
여기에서는, 초전도층(12C)의 임계 전류는, 초전도층(12C)과, 초전도층(12A, 12B)의 사이의 전압 신호(전위차)를 측정하여, 전류와 전압의 관계를 구하고, 얻어진 전류-전압 특성으로부터 1μV/cm(= 0.1mV/m)의 전계가 발생한 전류를 구하여, 이 전류로 한다.
상술한 바와 같이, 동축 초전도 케이블에 제공하는 복수의 초전도층 중, 하나의 초전도층의 임계 전류를 측정함에 있어, 다른 초전도층을 이용하여 왕복 송전로를 구축함으로써, 긴 리드 부재가 불필요하기 때문에, 긴 리드 부재에 발생하는 전압을 보증하기 위한 대용량의 전원을 사용할 필요가 없다. 따라서, 실시 형태 1에서는, 소용량의 전원을 이용하여, 측정 대상으로 하는 초전도층의 임계 전류를 간편하게 측정할 수 있다. 특히, 실시 형태 1에서는, 왕로로 하는 측정 대상의 초전도층(12C)에 있어서의 임계 전류의 설계값 Icgo 이상으로 되도록, 귀로로 하는 초전도층을 선택하고 있는 것에 의해, 귀로로 하는 초전도층에 흐르는 전류는, 상기 초전도층의 임계 전류의 설계값을 넘지 않는다(귀로에 통전 가능한 전류값 이하로 됨). 그 때문에, 실시 형태 1에서는, 임계 전류를 측정하기 위해 통전 전류값을 충분히 크게 할 수 있어, 측정 대상의 임계 전류를 확실하게 측정할 수 있다. 또한, 임의의 초전도층을 측정 대상으로 했을 경우에도, 모든 초전도층의 임계 전류를 측정할 수 있다.
또한, 이 예에서는, 측정 대상의 초전도층이 외주측에 위치하고, 귀로로 하는 초전도층이 내주측에 위치하지만, 복수의 초전도층에 의해 귀로를 구축함으로써, 귀로에 있어서의 임계 전류의 설계값의 합계치를 임계 전류의 설계값 Icgo 이상으로 할 수 있다. 따라서, 실시 형태 1에서는, 측정 대상의 임계 전류를 확실하게 측정할 수 있다.
또한, 이 예에서는, 귀로를 복수의 초전도층에 의해 구축함으로써, 상기 복수의 초전도층에 전류가 분기하여, 귀로에 실질적으로 전압이 생기지 않는다. 그 때문에, 실시 형태 1에서는, 왕로로 하는 측정 대상의 초전도층의 전압을 적절히 측정할 수 있으므로, 임계 전류를 정밀도 좋게 측정할 수 있다.
(변형예 1)
상술의 RE계 박막 선재나 Bi계 선재는 모두, 그 표면에 대해서 수직으로 자장이 인가되면(초전도 선재의 두께 방향으로 자장이 인가되면), 그 표면에 평행하게 자장이 인가되는 경우에 비해, 임계 전류가 저하하는 경향이 있다. 따라서, 실시 형태 1과 같이, 케이블 코어(10)의 외주측에 위치하는 초전도층(12C)을 측정 대상 및 왕로로 하고, 내주측에 위치하는 초전도층(12A, 12B)을 귀로로 하는 경우, 귀로로 하는 초전도층(12A, 12B)이 형성하는 자장에 의한 임계 전류의 저하분을 보정하면, 임계 전류를 더욱 정밀도 좋게 측정할 수 있다.
(변형예 2)
실시 형태 1에서는, 초전도층(12C)을 측정 대상으로 했지만, 초전도층(12A) 또는 초전도층(12B)의 임계 전류도 물론 측정할 수 있다. 상술한 바와 같이 초전도층(12A, 12B, 12C)에 있어서의 임계 전류의 설계값을 각각 순서대로, 3000A, 4000A, 5000A로 할 때에, 초전도층(12A)을 측정 대상으로 하는 경우, 귀로에는, 예를 들면, 초전도층(12B)을 이용할 수 있다. 이 경우, 동축 초전도 케이블(1)의 일단측에서, 초전도층(12A, 12B)을 리드 부재에 의해 전기적으로 접속하고, 타단측에서, 리드 부재를 적절히 거쳐서 초전도층(12A, 12B)에 직류 전원(200)을 접속하면 좋다. 초전도층(12B)을 측정 대상으로 하는 경우, 귀로에는, 초전도층(12C)을 이용할 수 있다. 이 경우, 동축 초전도 케이블(1)의 일단측에서, 초전도층(12B, 12C)을 리드 부재에 의해 전기적으로 접속하고, 타단측에서, 리드 부재를 적절히 거쳐서 초전도층(12B, 12C)에 직류 전원(200)을 접속하면 좋다.
상기 어느 경우에도, 귀로로 하는 초전도층에 있어서의 임계 전류의 설계값은, 왕로로 하는 측정 대상의 초전도층에 있어서의 임계 전류의 설계값보다 충분히 크다. 따라서, 초전도층(12A)의 임계 전류, 초전도층(12B)의 임계 전류의 모두 정밀도 좋게 측정할 수 있다.
또한, 측정 대상으로 하는 초전도층의 임계 전류 Icgo와, 다른 초전도층의 임계 전류의 설계값에 큰 차이가 없는 경우에는, 임의의 초전도층을 귀로에 이용할 수 있다.
(실시 형태 2)
실시 형태 1에서는, 측정 대상의 초전도 케이블로서 단심 케이블을 설명했지만, 하나의 단열관내에 복수의 케이블 코어(실시 형태 1에서 설명한 구성의 것)를 구비하는 다심 케이블에도, 본 발명 측정 방법을 이용할 수 있다. 이 경우, 다심 동축 초전도 케이블에 제공하는 임의의 케이블 코어에 대해, 임의의 초전도층을 측정 대상 및 왕로로 하고, 동일한 케이블 코어에 구비되는 적어도 하나의 다른 초전도층을 귀로로 할 수 있다(단, 귀로에는, 임계 전류 Icgo ≤ 임계 전류 Icreturn(복수층의 경우에는 합계치)를 만족하는 초전도층을 선택함).
혹은, 다심 동축 초전도 케이블에 제공하는 임의의 케이블 코어에 대해, 임의의 초전도층을 측정 대상 및 왕로로 하고, 다른 케이블 코어에 구비되는 적어도 하나의 초전도층을 귀로로 하거나, 동일한 케이블 코어에 구비되는 적어도 하나의 다른 초전도층과 다른 케이블 코어에 구비하는 적어도 하나의 초전도층 모두를 귀로로 할 수 있다(단, 귀로에는, 임계 전류 Icgo ≤ 임계 전류 Icreturn(복수층의 경우에는 합계치)를 만족하는 초전도층을 선택함).
상술한 바와 같이 이 형태는, 귀로로 하는 초전도층의 선택의 자유도가 크고, 임의의 초전도층의 임계 전류를 측정할 수 있다.
본 발명은, 상술한 실시의 형태로 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 적절히 변경하는 것이 가능하다. 예를 들면, 하나의 케이블 코어에 구비되는 초전도층의 수, 하나의 단열관에 구비되는 케이블 코어의 수 등을 변경할 수 있다.
(산업상의 이용 가능성)
본 발명 초전도 케이블의 임계 전류 측정 방법은, 부설 후의 초전도 케이블의 준공 시험을 행하는 경우 등에서 임계 전류를 측정할 때에 바람직하게 이용할 수 있다. 측정 대상으로는, 다상 교류용 초전도 케이블 이외에, 직류용 초전도 케이블로 할 수 있다.
1 : 동축 초전도 케이블 10 : 케이블 코어
11 : 포머 12A, 12B, 12C : 초전도층
13a, 13b, 13c : 전기 절연층 14 : 쉴드층
15 : 보호층 101: 단열관
101i : 내관 101o : 외관
102 : 방식층 103 : 냉매
210, 211, 220, 221 : 리드 부재 200 : 직류 전원

Claims (5)

  1. 복수의 초전도층이 동축 형상으로 배치된 케이블 코어를 구비하는 동축 초전도 케이블의 임계 전류 측정 방법으로서,
    측정 대상으로 하는 하나의 초전도층의 임계 전류를 측정할 때에, 측정 대상으로 하는 초전도층을 제외한 복수의 초전도층으로부터, 적어도 하나의 초전도층을 선택하고, 이 선택은, 상기 선택한 초전도층에 있어서의 임계 전류의 설계값이, 측정 대상의 초전도층에 있어서의 임계 전류의 설계값 이상으로 되도록 행하고,
    상기 동축 초전도 케이블의 일단측에 있어서, 상기 측정 대상의 초전도층과 선택한 초전도층을 전기적으로 접속하고, 상기 측정 대상의 초전도층을 왕로로 하고, 상기 선택한 초전도층을 귀로로 하는 왕복 통전로를 구축하고,
    상기 동축 초전도 케이블의 타단측에 있어서, 왕로로 하는 상기 측정 대상의 초전도층과, 귀로로 하는 상기 선택한 초전도층에 직류 전원을 접속하고 상기 왕복 통전로에 직류 전류를 통전하여, 상기 측정 대상의 초전도층의 임계 전류를 측정하는
    것을 특징으로 하는 초전도 케이블의 임계 전류 측정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 귀로는, 복수의 초전도층으로 하는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블의 임계 전류 측정 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 선택한 초전도층에 있어서의 임계 전류의 설계값은, 상기 복수의 초전도층 각각의 임계 전류의 설계값의 합계치인 것을 특징으로 하는 초전도 케이블의 임계 전류 측정 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    왕로로 하는 상기 측정 대상의 초전도층과, 귀로로 하는 상기 선택한 초전도층은, 동일한 케이블 코어에 구비되고,
    상기 귀로는, 상기 측정 대상의 초전도층보다도 내주측에 위치하는 복수의 초전도층을 포함하는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블의 임계 전류 측정 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 동축 초전도 케이블은, 복수의 케이블 코어가 하나의 단열관에 수납된 다심 케이블이며,
    왕로로 하는 상기 측정 대상의 초전도층을 구비하는 케이블 코어와, 귀로로 하는 상기 선택한 초전도층을 구비하는 케이블 코어가 상이한 것을 특징으로 하는 초전도 케이블의 임계 전류 측정 방법.
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