WO2007116519A1 - 超電導ケーブル - Google Patents

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layer
superconducting
paper
cable
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PCT/JP2006/307578
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Inventor
Masayuki Hirose
Ryosuke Hata
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries, Ltd.
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B12/00—Superconductive or hyperconductive conductors, cables, or transmission lines
    • H01B12/02—Superconductive or hyperconductive conductors, cables, or transmission lines characterised by their form
    • H01B12/12—Hollow conductors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B17/00—Insulators or insulating bodies characterised by their form
    • H01B17/42—Means for obtaining improved distribution of voltage; Protection against arc discharges
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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

Definitions

  • the present invention relates to a superconducting cable.
  • the present invention relates to a DC superconducting cable capable of smoothing the electric field distribution in the radial direction of the insulating layer.
  • a superconducting cable shown in FIG. 5 has been proposed as a DC superconducting cable.
  • the superconducting cable 100 has a configuration in which three cable cores 10 are housed in a heat insulating tube 20 (see, for example, Patent Document 1).
  • the cable core 10 includes a former 11, a superconducting conductor 12, an insulating layer 13, a return conductor 14, and a protective layer 15 in order of central force.
  • the superconducting conductor 12 is formed by winding a superconducting wire on a former 11 in a spiral manner in multiple layers.
  • a superconducting wire is in the form of a tape in which a plurality of filaments made of an oxide superconducting material are arranged in a matrix such as a silver sheath.
  • the insulating layer 13 is formed by winding insulating paper.
  • the return conductor 14 is formed by spirally winding a superconducting wire similar to the superconducting conductor 12 on the insulating layer 13. Insulating paper or the like is used for the protective layer 15.
  • the heat insulating pipe 20 has a configuration in which a heat insulating material (not shown) is disposed between the double pipes composed of the inner pipe 21 and the outer pipe 22, and the inside of the double pipe is evacuated. .
  • An anticorrosion layer 23 is formed on the outside of the heat insulating tube 20. Then, a refrigerant such as liquid nitrogen is filled and circulated in the former 11 (when hollow) or in the space formed between the inner tube 21 and the core 10, and the insulating layer 13 is impregnated with the refrigerant. It is said.
  • a temperature gradient is generated in the radial direction of the insulating layer according to the load, and the DC electric field distribution of the insulating layer changes greatly accordingly.
  • the resistivity of the insulating layer (which determines the DC electric field distribution) varies greatly with temperature. This is because the higher the resistivity, the smaller the resistivity.
  • the temperature in the insulating layer is almost constant, so the electric field on the conductor side (inner side) is high due to the cylindrical coordinate structure of the electric field, and the electric field on the sheath side (outer side) is low.
  • the temperature on the conductor side becomes higher than the temperature on the sheath side, and the resistivity on the sheath side becomes small while the resistivity on the conductor side is small. Therefore, the DC electric field distribution depending on the resistivity has a higher electric field on the sheath side and a lower electric field on the conductor side.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-249130 (FIG. 1)
  • Patent Document 2 JP-A-11-224546 (FIGS. 13 and 14)
  • the insulating layer is made of a material having uniform electrical characteristics from the inner peripheral side to the outer peripheral side, and the electric field strength at the location where the maximum electric field strength is obtained is locally reduced.
  • the electric field strength at the location where the maximum electric field strength is obtained is locally reduced.
  • no effort has been made to smooth the DC electric field distribution over the entire thickness of the insulating layer.
  • superconducting cables are also required to have an insulating structure with better insulating properties and an insulating structure that can compact the insulating layer.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and a main object thereof is to provide a superconducting cable capable of smoothing a direct current electric field distribution in an insulating layer. Means for solving the problem
  • the present inventor conducted various studies on the DC electric field distribution in the insulating layer of the superconducting cable under the assumption that the DC superconducting cable should have an insulation design method suitable for the DC superconducting cable. As a result, the present invention has been completed.
  • the superconducting cable of the present invention is a superconducting cable having a superconducting conductor and an insulating layer, and the insulating layer is arranged on the inner peripheral side of the insulating layer so that the radial DC electric field distribution is smoothed. It is characterized by p-grading so that the resistivity on the outer peripheral side is low and the resistivity on the outer peripheral side is high.
  • a superconducting cable requires a superconducting wire used for the cable to be cooled to a very low temperature, and the insulating layer has a very stable temperature compared to a normal conducting cable in which the temperature change of the insulating layer due to load fluctuation is small. have. For this reason, the insulation layer of the superconducting cable has an almost uniform electric field distribution regardless of the load, and the position where the maximum electric field strength is changed between no load and maximum load, as in the insulation layer of the normal conduction cable. Nor.
  • the DC electric field distribution is smoothed over the entire radial direction (thickness direction) of the insulating layer. You can do it.
  • the superconducting cable of the present invention is typically composed of a cable core and a heat insulating tube that houses the cable core.
  • the cable core is basically composed of a superconducting conductor and an insulating layer.
  • a former is also provided in the cable core.
  • the former retains the superconducting conductor in a predetermined shape, and a pipe-shaped or stranded wire structure can be used.
  • the material is preferably a non-magnetic metal material such as copper or aluminum.
  • the inside of the former can be used as a refrigerant flow path.
  • the superconducting conductor is a conductor portion made of a superconducting material.
  • a superconducting conductor is formed in layers by winding a superconducting wire spirally on a former.
  • the superconducting wire there is a tape-like one in which a plurality of filaments that also have a Bi2223-based oxide superconducting material force are arranged in a matrix such as a silver sheath. Winding of superconducting wire May be a single layer or multiple layers.
  • an interlayer insulating layer may be provided.
  • the interlayer insulating layer may be formed by winding composite paper such as insulating paper such as kraft paper or PPLP (registered trademark, manufactured by Sumitomo Electric Industries, Ltd.).
  • the insulating layer is p-graded so that the resistivity on the outer peripheral side is low and the resistivity on the outer peripheral side is high. This p-grading is performed over the entire thickness of the insulating layer, which is not the local p-grading used in conventional normal conducting cables. With this configuration, the DC electric field distribution in the entire thickness direction of the insulating layer can be smoothed, and the thickness of the insulating layer can be reduced.
  • the insulating layer is composed of a plurality of layers having different resistivities in stages, but the number of layers is not particularly limited. Practically, two or three layers are preferable, but by increasing the number of layers, an insulating layer whose resistivity changes substantially continuously in the thickness direction of the insulating layer can be configured. Among these, it is desirable that the thickness of each layer be equal. If the thickness of each layer having different resistivity is uniform, the DC electric field distribution in the thickness direction of the insulating layer can be smoothed more effectively.
  • Typical means for changing the resistivity include the following.
  • the resistivity can be changed by changing the density of kraft paper. Further, by adding dicyandiamide to kraft paper or making kraft paper with cyanoethyl paper, it is possible to obtain a low resistance kraft paper having a resistivity lower than that of general kraft paper.
  • the resistivity p (20 ° C) of general kraft paper is about 10 "to 10 17 ⁇ 'cm, and the resistivity of low resistance kraft paper is about half that of general kraft paper.
  • a typical composite paper having insulating paper and plastic film strength is a laminate of polypropylene film and kraft paper (PPLP).
  • PPLP polypropylene film and kraft paper
  • composite paper having different resistivity can be obtained by changing the ratio of the thickness tp of the plastic film to the thickness T of the composite paper (tp / T) X 100.
  • the ratio (tp / T) X 100 is set as a k value, and the resistivity may be changed by changing the value of the ratio k in a range of about 40% to 90%, for example. Normally, the resistivity p increases as the ratio k increases.
  • the resistivity p (20 ° C) of a composite paper with a ratio k of 40% is about 10 16 to 10 18 ⁇ 'cm, and 60% of the same.
  • Composite paper resistivity P (20 ° is 1017 19 0 '( ⁇ extent, resistivity p (20 ° C in the same 80% of the composite sheet) is 10 18 to 10 2 ° Omega' is about cm.
  • the resistivity of the composite paper can also be changed by changing the density, material, and additives of the insulating paper constituting the composite paper.
  • a low layer is formed with insulating paper having a low density
  • a high p layer is formed with insulating paper having a high density outside.
  • a low layer is formed with an insulating paper made of a material having a low resistivity, and a high p layer is formed on the outside with an insulating paper having a high material strength.
  • a low layer is formed with insulating paper having a low resistivity by adding an additive, and a high p layer is formed with insulating paper having no additive on the outside.
  • a low p layer is formed by alternately winding insulating paper and composite paper, and a high p layer is formed by winding only composite paper around the periphery of the low p layer.
  • Insulating paper and composite paper are alternately rolled to form an insulating layer, and the low p-layer is formed inside the insulating layer by changing the resistivity of the insulating paper or composite paper by the above method A or B. Then, a high p layer is formed on the outside. For example, insulating paper and composite paper having a low ratio k are alternately wound to form a low p layer, and insulating paper and composite paper having a high ratio k are alternately wound to form a high p layer.
  • a low p layer is formed only with insulating paper, and a high p layer is formed only with composite paper on the outside. In that case, it is preferable to insulate the low p layer so that the resistivity increases toward the outside from the inner side.
  • a structure composed of only insulating paper has the lowest cost. If composite paper and insulating paper are used in combination, the amount of expensive composite paper used can be reduced and the cable cost can be reduced as compared with the case where the insulating layer is composed of only composite paper.
  • the entire insulating layer is composed of composite paper having a ratio k of 60% or more. Due to the difference in resistivity between the insulating paper and the plastic film that make up the composite paper, the DC electric field stress is greatly applied to the plastic film with excellent DC withstand voltage characteristics. Therefore, by increasing the proportion of the plastic film in the insulating layer, it is possible to improve the DC withstand voltage characteristics of the insulating layer and reduce the thickness of the insulating layer. More preferably, p-grading may be formed using a composite paper having a ratio k of 70% or more.
  • a kraft paper having a relatively high airtightness As the insulating paper laminated on the plastic film.
  • PPLP has a relatively low air density to achieve low loss ⁇ low dielectric constant ( ⁇ ), low loss angle (tan ⁇ ) ⁇ and high impulse (Imp.) Withstand voltage.
  • Lacquered kraft paper (for example, about 1500 gale seconds).
  • DC cables there is no dielectric loss caused by AC, so there are a wide range of options for kraft paper laminated to plastic film. Therefore, it is possible to overcome the weak point that Imp.
  • Withstand pressure starts to decrease when the ratio k exceeds 40-50% by using kraft paper with a slightly higher airtightness, for example, 3000 galeseconds or more.
  • the insulating layer is composed of composite paper using kraft paper with a high ratio k and high airtightness, it is possible to obtain a superconducting cable excellent in both DC withstanding voltage and Imp.
  • the insulating layer preferably has a high ⁇ layer having a higher dielectric constant than other portions in the vicinity of the superconducting conductor.
  • the dielectric constant ⁇ (20 ° C) is about 3.2 to 4.5 for general kraft paper, about 2.8 for composite paper with a ratio k of 40%, about 2.6 for composite paper with 60%, and about 80% for composite paper. It is about 2.4.
  • the insulating layer may be configured such that the dielectric constant ⁇ is higher on the inner peripheral side and lower on the outer peripheral side. This ⁇ grading is not formed in the local part of the insulating layer, but is formed over the entire radial direction of the insulating layer.
  • the superconducting cable of the present invention has direct current characteristics. Power that is an excellent cable Current transmission lines are composed of alternating current. In the future, when considering the transition of the transmission system to AC power DC, a case where AC is transmitted transiently using the cable of the present invention is assumed.
  • the cable of the present invention is designed not only with excellent direct current characteristics but also with consideration for alternating current characteristics.
  • an insulating layer having a higher dielectric constant ⁇ on the inner peripheral side and a lower dielectric constant ⁇ on the outer peripheral side can be used to construct a cable with excellent impulse characteristics such as surge.
  • it is effective to combine local ⁇ -grading with a high ⁇ layer having a higher dielectric constant near the superconductor in the insulating layer and the above ⁇ -grading over the entire radial direction. It is.
  • the present invention cable used in the transition period can be used as a DC cable as it is.
  • the above-mentioned PPLP becomes high p low ⁇ when the ratio k is increased. Therefore, if the insulating layer is formed using PPLP having a higher ratio k toward the outer peripheral side of the insulating layer, the outer peripheral side becomes higher p and the outer peripheral side becomes lower ⁇ .
  • kraft paper generally has high ⁇ high ⁇ when the air density is increased. For this reason, it is difficult to construct an insulating layer having a high ⁇ at the outer peripheral side and a low ⁇ at the outer peripheral side only with kraft paper. Therefore, when kraft paper is used, it is preferable to form an insulating layer in combination with composite paper. For example, by forming a kraft paper layer on the inner peripheral side of the insulating layer and forming a PPLP layer on the outer side, the resistivity p becomes the kraft paper layer and becomes the PPLP layer, and the dielectric constant ⁇ becomes kraft paper layer> PPLP layer. If it is good.
  • a semiconductive layer may be formed on at least one of the inner and outer circumferences of the insulating layer, that is, between the superconducting conductor and the insulating layer, or between the insulating layer and the shield layer.
  • a shield layer for shielding the magnetic flux leaking to the outer periphery of the superconducting conductor is necessary to reduce the AC loss of the superconducting wire, but the DC superconducting cable is equivalent to the shield layer of the AC superconducting cable. It is necessary to provide a return conductor at the point where That is, by providing a return conductor such as a superconducting wire rod outside the insulating layer, the superconducting conductor can be used as a forward current flow path in unipolar power transmission, and the return conductor can be used as a return current flow path. This return conductor must have the same current capacity as the superconducting conductor.
  • a superconducting cable can be a multi-core type with multiple cores housed in a heat insulating tube, and it is also possible to adopt a unipolar transmission system or a bipolar transmission system.
  • the conductor corresponding to the shield layer of the AC superconducting cable in the cable of the present invention has a function as a neutral wire.
  • a cushion layer may be interposed between the former and the superconducting conductor.
  • the cushion layer avoids direct metal-to-metal contact between the former and the superconducting wire, and prevents damage to the superconducting wire.
  • the cushion layer also has a function of making the former surface smoother.
  • insulating paper or carbon paper can be suitably used as a specific material of the cushion layer.
  • the heat insulating tube has, for example, a configuration in which a heat insulating material is disposed between double tubes having a double structure including an outer tube and an inner tube, and a vacuum is drawn between the inner tube and the outer tube. It is done.
  • a super insulation layered with metal foil and plastic mesh is disposed between the inner tube and the outer tube.
  • the inner pipe contains at least a superconducting conductor and is filled with a refrigerant such as liquid nitrogen that cools the superconducting conductor.
  • This refrigerant can maintain the superconducting wire in a superconducting state.
  • liquid nitrogen is considered the most practical refrigerant, but other uses such as liquid helium and liquid hydrogen are also conceivable.
  • liquid nitrogen it is a liquid insulation that does not swell polypropylene, and even if the insulating layer is made of composite paper with a high ratio k, that is, a thick polypropylene, it has excellent DC withstand voltage characteristics and Imp. Withstand voltage characteristics. Configure cable can do.
  • the p-grading of the insulating layer can be designed with a high degree of freedom by changing the combination of insulating paper and composite paper, or changing the ratio of the thickness of the plastic film in the composite paper. Therefore, superconducting cables with various characteristics can be manufactured according to the required characteristics of the superconducting cable.
  • the ratio k is high, and composite paper is used for the insulating layer, and the ratio of the plastic film in the insulating layer is increased, thereby improving the DC withstand voltage characteristics of the insulating layer and reducing the thickness of the insulating layer. This can be reduced.
  • the superconducting cable 100 of the present invention is composed of a single cable core 10 and a heat insulating tube 20 that houses the core 10.
  • the core 10 has a former 11, a superconducting conductor 12, an insulating layer 13, a return conductor 14 and a protective layer 15 in the order of central force.
  • a hollow metal pipe was used for the former 11.
  • the inside can be used as a refrigerant (liquid nitrogen) flow path.
  • Bi2223-based Ag-Mn sheathed tape with a thickness of 0.24 mm and a width of 3.8 mm was used.
  • the tape wire is wound in multiple layers on the former to form a conductor. Also, unlike AC cables, there is no need to consider current sharing in each layer.
  • An insulating layer 13 is formed on the outer periphery of such a superconducting conductor 12.
  • the insulating layer was divided into two in the thickness direction, and the inner peripheral side was a low p layer 13A and the outer peripheral side was a high p layer 13C.
  • the low p-layer 13A consists of kraft paper and PPLP (composite paper laminated with kraft paper and polypropylene) that are wound together.
  • the PPLP ratio k ((polypropylene film thickness tpZ composite paper total thickness T) X 100) used for the low p layer is 40%, and the resistivity p (20 ° C) is ⁇ ⁇ 'cm ( A is a constant).
  • the high p-layer 13C was composed of PPLP with a ratio k of 60%.
  • the resistivity p (20 ° C) of the PPLP is about 1.5 ⁇ 'cm.
  • a return conductor 14 is provided outside the insulating layer 13. Since direct current flow is required for direct current, a return conductor 14 is provided for single-pole power transmission and used as a return current flow path.
  • the return conductor 14 is composed of a superconducting wire similar to the superconducting conductor 12 and has a transmission capacity similar to that of the superconducting conductor 12.
  • a protective layer 15 made of an insulating material is provided outside the return conductor 14.
  • the protective layer 15 is formed by winding kraft paper. With this protective layer 15, mechanical protection of the return conductor 14 and insulation from the heat insulating pipe (inner pipe 21) can be achieved and shunting of the return current to the heat insulating pipe 20 can be prevented.
  • the heat insulating pipe 20 is composed of a double pipe including an inner pipe 21 and an outer pipe 22, and a vacuum heat insulating layer is formed between the inner and outer pipes 21 and 22.
  • a so-called super insulation layered with plastic mesh and metal foil is arranged in the vacuum heat insulating layer.
  • a space formed between the inside of the inner tube 21 and the core 10 serves as a refrigerant flow path.
  • the anticorrosion layer 23 may be formed on the outer periphery of the heat insulating tube 20 with polyvinyl chloride vinyl or the like.
  • a superconducting cable with a core 10 made of kraft paper with all the insulating layers 13 having the same resistivity was produced, and the DC electric field distribution was also the same.
  • the resistivity p (20 ° C) of the kraft paper composing the insulation layer 13 of the comparative cable is about 10 15 ⁇ 'cm.
  • the results are shown in FIG.
  • the cable according to the present invention has a stepwise direct current electric field distribution (represented by a solid line) with a difference in resistivity, and it can be seen that the DC electric field distribution can be smoothed.
  • the DC electric field distribution in the thickness direction of the insulating layer can be smoothed, the DC withstand voltage characteristics can be improved, and the thickness of the insulating layer can be reduced. You can see that it can be reduced.
  • FIG. 3 (A) shows a configuration in which the p-grading of the insulating layer in Example 1 is performed in three stages.
  • the superconducting cable of this example also has a structure in which the cable core is housed in the heat insulating tube, and the structure of the heat insulating tube itself is the same as in Example 1. Therefore, only the cross-sectional structure of the core 10 is shown in FIG. . Further, the difference from the first embodiment will be mainly described.
  • the insulating layer 13 is composed of three p-layers 13C. Both layers are composed of composite paper (PPLP).
  • the ratio k, resistivity p, and dielectric constant ⁇ of the constituent materials of each layer are as follows. According to this configuration, since PPLP having a higher ratio k is used on the outer peripheral side of the insulating layer, the outer peripheral side of the insulating layer has a higher p and at the same time the outer peripheral side has a lower ⁇ .
  • the DC electric field distribution in the thickness direction of the insulating layer is a distribution having three stages according to the difference in resistivity as shown in FIG. 3 (B). Therefore, the DC electric field distribution in the thickness direction of the insulating layer can be smoothed, and the thickness of the insulating layer can be reduced.
  • the proportion of polypropylene excellent in DC withstand voltage characteristics in the insulating layer can be increased, and the thickness reduction effect of the insulating layer can be further expected.
  • Example 2 a configuration in which ⁇ -grading is further combined with the same superconducting cable as in Example 1 will be described with reference to FIG. Since the superconducting cable of this example also has a structure in which the cable core is housed in the heat insulating tube, and the structure of the heat insulating tube itself is the same as that of Example 1, only the cross-sectional structure of the core 10 is shown in FIG. Further, the difference from the first embodiment will be mainly described.
  • both the low rho layer 13A and the high rho layer 13C in the insulating layer 13 are made of PPLP, and kraft paper is wound over the superconductor 12 over a thickness of 0.5 mm.
  • a high ⁇ layer 13D having a dielectric constant ⁇ higher than that of other portions of the insulating layer 13 was formed.
  • the conditions of the constituent materials of each layer are as follows.
  • the dielectric constant and resistivity are all values at 20 ° C.
  • the high ⁇ layer 13D is provided immediately above the superconducting conductor, so that Imp. Withstand voltage characteristics can be improved in addition to improvement of current withstand voltage characteristics.
  • the superconducting cable of the present invention can be used as a DC power transportation means.
  • it can be suitably used for transmitting alternating current in a transition period in which the transmission system is changed from alternating current to direct current.
  • FIG. 1 (A) is a cross-sectional view of a superconducting cable in Example 1, and (B) is a cross-sectional view of a core of a comparative cable.
  • FIG. 2 (A) is a graph showing the DC electric field distribution of the insulating layer in the superconducting cable of Example 1.
  • (B) is a graph showing a DC electric field distribution of an insulating layer in an OF cable.
  • FIG. 3 (A) is a cross-sectional view of the core of the superconducting cable in Example 2, and (B) is a graph showing the DC electric field distribution of the insulating layer in the cable.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a core of a superconducting cable in Example 3.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a conventional superconducting cable.

Abstract

　絶縁層における直流電界分布を平滑化できる超電導ケーブルを提供する。 　本発明超電導ケーブルは、超電導導体12と絶縁層13とを有する超電導ケーブルである。この絶縁層13は、その内周側の抵抗率が低く、外周側の抵抗率が高くなるようにρグレーディングが施されている。この構成により絶縁層13における径方向の直流電界分布が平滑化でき、絶縁層13の厚み低減を図ることができる。また、絶縁層のρグレーディングは、絶縁紙と複合紙の組合せ、あるいは複合紙におけるプラスチックフィルムの厚さの比率を変えることで自由度の高い設計が可能である。

Description

明 細 書
超電導ケーブル
技術分野
[0001] 本発明は、超電導ケーブルに関するものである。特に、絶縁層の径方向における 電界分布を平滑ィ匕できる直流超電導ケーブルに関するものである。
背景技術
[0002] 直流超電導ケーブルとして、図 5に記載の超電導ケーブルが提案されている。この 超電導ケーブル 100は、 3本のケーブルコア 10を断熱管 20内に収納した構成である（ 例えば特許文献 1参照)。
[0003] ケーブルコア 10は、中心力 順にフォーマ 11、超電導導体 12、絶縁層 13、帰路導 体 14、保護層 15を具えている。超電導導体 12は、フォーマ 11上に超電導線材を多層 に螺旋状に卷回して構成される。通常、超電導線材には、酸化物超電導材料からな る複数本のフィラメントが銀シースなどのマトリクス中に配されたテープ状のものが用 いられる。絶縁層 13は絶縁紙を卷回して構成される。帰路導体 14は、絶縁層 13上に 超電導導体 12と同様の超電導線材を螺旋状に卷回して構成する。そして、保護層 15 には絶縁紙などが用いられる。
[0004] また、断熱管 20は、内管 21と外管 22とからなる二重管の間に断熱材 (図示せず)が配 置され、かつ二重管内が真空引きされた構成である。断熱管 20の外側には、防食層 23が形成されている。そして、フォーマ 11(中空の場合)内や内管 21とコア 10の間に形 成される空間に液体窒素などの冷媒を充填 '循環し、絶縁層 13に冷媒が含浸された 状態で使用状態とされる。
[0005] 一方、常電導ケーブルでは、絶縁層における直流電界の高くなる箇所に局部的な グレーデイングを形成して、その部分の直流電界を下げることが行われている（例 えば特許文献 2)。
[0006] 常電導ケーブル、例えば直流 OFケーブルでは、負荷に応じて絶縁層の径方向に 温度勾配が発生し、それに伴って絶縁層の直流電界分布が大きく変化する。これは 、直流の電界分布を決める絶縁層の抵抗率 )が温度により大きく変化し、温度が 高いほど抵抗率が小さくなるためである。例えば、負荷がないときは、絶縁層中の温 度がほぼ一定のため、電界の円筒座標構造により、導体側（内周側）の電界が高ぐ シース側 (外周側）の電界が低い。一方、負荷力かかると導体側の温度がシース側の 温度に比べて高くなり、導体側の抵抗率が小さぐシース側の抵抗率が大きくなる。 そのため、抵抗率に依存する直流の電界分布は、シース側の電界が高くなり、導体 側の電界が低くなる。
[0007] このように、常電導ケーブルでは負荷によって最大電界強度となる位置が変化し、 通常、最大負荷時のシース側の電界ストレスが絶縁層の弱点になることから、絶縁層 におけるシース側の電界強度を下げるために、シース側に抵抗率の小さいクラフト紙 を適用して局所的な pグレーデイングを施すことが行われている。
[0008] 特許文献 1：特開 2003-249130号公報 (図 1)
特許文献 2 :特開平 11-224546号公報 (図 13、図 14)
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0009] しかし、従来の超電導ケーブルでは、絶縁層が内周側から外周側にわたって一様 な電気特性の材料で構成されており、最大電界強度となる箇所の電界強度を局部的 に緩和することはもちろん、絶縁層の厚さ方向全体にわたって直流の電界分布を平 滑ィ匕するための工夫はなされていない。そのため、超電導ケーブルにおいても、より 絶縁特性に優れた絶縁構造や絶縁層をコンパクトィ匕できる絶縁構造が求められてい る。
[0010] その際、常電導ケーブルで既に利用されて!ヽる グレーデイングなどの絶縁設計 技術をそのまま超電導ケーブルに転用することも考えられる。しかし、常電導ケープ ルでは負荷の状態によって絶縁層の径方向の温度分布が大きく変化するのに対し、 超電導ケーブルでは絶縁層が極低温状態に保持されて 、ると 、う特殊事情がある。 そのため、超電導ケーブルでは、この特殊事情を考慮して常電導ケーブルとは異な つた手法により絶縁設計がなされるべきである。
[0011] 本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、その主目的は、絶縁層における直 流電界分布を平滑化できる超電導ケーブルを提供することにある。 課題を解決するための手段
[0012] 本発明者は、直流超電導ケーブルには直流超電導ケーブルに適した絶縁設計の 手法があるはずであるとの考えの下、超電導ケーブルの絶縁層における直流の電界 分布に関して種々の検討を行った結果、本発明を完成するに至った。
[0013] 本発明超電導ケーブルは、超電導導体と絶縁層とを有する超電導ケーブルであつ て、前記絶縁層は、その径方向の直流電界分布が平滑ィヒされるように、絶縁層の内 周側の抵抗率が低ぐ外周側の抵抗率が高くなるように pグレーデイングが施されて いることを特徴とする。
[0014] 超電導ケーブルは、そのケーブルに用いられる超電導線材を極低温に冷却する必 要上、負荷の変動による絶縁層の温度変化も小さぐ常電導ケーブルに比べれば非 常に温度が安定した絶縁層を有している。そのため、超電導ケーブルの絶縁層では 負荷に関わらずほぼ一様な電界分布となっており、常電導ケーブルの絶縁層のよう に、無負荷時と最大負荷時で最大電界強度となる位置が変わることもない。そこで、 絶縁層の内周側の抵抗率が低ぐ外周側の抵抗率が高くなるように pグレーデイング を施すことで、絶縁層の径方向 (厚さ方向）の全体にわたって直流電界分布を平滑 ィ匕することがでさる。
[0015] 以下、本発明の超電導ケーブルをより詳しく説明する。
本発明超電導ケーブルは、代表的には、ケーブルコアと、ケーブルコアを収納する 断熱管とから構成される。そのうち、ケーブルコアは、超電導導体、絶縁層を有するこ とを基本構成とする。通常は、ケーブルコアにフォーマも設けられる。
[0016] フォーマは、超電導導体を所定形状に保形するもので、パイプ状のものや撚り線構 造のものが利用できる。その材質には、銅やアルミニウムなどの非磁性の金属材料が 好適である。フォーマをパイプ状のものとした場合、フォーマ内を冷媒の流路とできる
[0017] 超電導導体は、超電導材料から構成される導体部分である。例えば、超電導線材 をフォーマ上に螺旋状に卷回することで層状に超電導導体を形成する。超電導線材 の具体例としては、 Bi2223系酸ィ匕物超電導材料力もなる複数本のフィラメントが銀シ ースなどのマトリクス中に配されたテープ状のものが挙げられる。超電導線材の卷回 は単層でも多層でもよい。また、多層とする場合、層間絶縁層を設けてもよい。層間 絶縁層は、クラフト紙などの絶縁紙や PPLP (住友電気工業株式会社製、登録商標)な どの複合紙を卷回して設けることが挙げられる。
[0018] 絶縁層には、内周側の抵抗率が低ぐ外周側の抵抗率が高くなるように pグレーデ イングを施す。この pグレーデイングは、従来の常電導ケーブルにおいて利用されて いた局部的な pグレーデイングではなぐ絶縁層の厚さ方向の全体にわたって施す。 この構成により、絶縁層の厚さ方向全体の直流電界分布を平滑化でき、絶縁層の厚 みを低減することができる。
[0019] その際、絶縁層は抵抗率が段階的に異なる複数層から構成されることになるが、そ の層数は特に問わない。実用的には、 2層あるいは 3層程度が好ましいが、この層数 を増やすことで絶縁層の厚さ方向に実質的に連続して抵抗率が変化する絶縁層を 構成することができる。中でも、これら各層の厚みは均等にすることが望ましい。抵抗 率の異なる各層の厚みが均等であれば、絶縁層の厚さ方向における直流電界分布 の平滑化がより効果的に行える。
[0020] グレーデイングを施すには、抵抗率（ p )の異なる絶縁材料を用いる必要がある。
抵抗率を変える代表的な手段としては、次のものがある。
[0021] 絶縁紙の場合、例えばクラフト紙の密度を変えることで抵抗率を変えることができる 。また、クラフト紙にジシアンジアミドを添加したり、クラフト紙をシァノエチル紙で構成 することにより、抵抗率が一般的なクラフト紙よりも低い低抵抗クラフト紙とすることが できる。一般的なクラフト紙の抵抗率 p (20°C)は 10"〜1017 Ω 'cm程度、低抵抗クラフ ト紙の同抵抗率は一般的なクラフト紙の抵抗率の半分ぐらいである。
[0022] 絶縁紙とプラスチックフィルム力 なる複合紙には、代表的にはポリプロピレンフィル ムにクラフト紙をラミネートしたもの（PPLP)が挙げられる。この種の複合紙において、 複合紙全体の厚み Tに対するプラスチックフィルムの厚み tpの比率 (tp/T) X 100を 変えることにより抵抗率の異なる複合紙を得ることができる。ここでは、この比率 (tp/ T) X 100を k値とし、この比率 kの値を例えば 40%〜90%程度の範囲で変化させるこ とにより抵抗率を変えればよい。通常、比率 kが大きいほど抵抗率 pが大きくなる。例 えば、比率 kが 40%の複合紙の抵抗率 p (20°C)は 1016〜1018 Ω 'cm程度、同 60%の 複合紙の抵抗率 P (20° は1017〜10190 '(^程度、同 80%の複合紙の抵抗率 p (20 °C)は 1018〜102°Ω 'cm程度である。さらに、複合紙を構成する絶縁紙の密度、材質、 添加物などを変えることでも複合紙の抵抗率を変えることができる。
[0023] 以上の絶縁紙と複合紙を用いて pグレーデイングを構成する場合、例えば、次の 構成が考えられる。
[0024] A:絶縁紙だけを用いる場合
(1)密度の低い絶縁紙で低 層を形成し、その外側に密度の高い絶縁紙で高 p 層を形成する。
(2)抵抗率の低い材質からなる絶縁紙で低 層を形成し、その外側に抵抗率の高 い材質力 なる絶縁紙で高 p層を形成する。
(3)添加物を加えることで抵抗率を低くした絶縁紙で低 層を形成し、その外側に 添加物のない絶縁紙で高 p層を形成する。
[0025] B :複合紙だけを用いる場合
(1)比率 kの低い複合紙で低 層を形成し、その外側に比率 kの高い複合紙で高 P層を形成する。
(2)複合紙を構成する絶縁紙の抵抗率を上記 Aの手法で変えて、絶縁層の内側に 低 P層を形成し、その外側に高 p層を形成する。
[0026] C :絶縁紙と複合紙を組み合わせる場合
(1)絶縁紙と複合紙を交互に巻いて低 p層を形成し、その低 p層の外周に複合紙 だけを巻いて高 p層を形成する。
(2)絶縁紙と複合紙を交互に卷 ヽて絶縁層を構成し、上記 Aまたは Bの手法で絶 縁紙または複合紙の抵抗率を変えることにより絶縁層の内側に低 p層を形成し、そ の外側に高 p層を形成する。例えば、絶縁紙と比率 kが低い複合紙を交互に巻いて 低 p層を形成し、その外側に絶縁紙と比率 kが高い複合紙を交互に巻いて高 p層を 形成する。
(3)絶縁紙だけで低 p層を形成し、その外側に複合紙だけで高 p層を形成する。 その場合、低 p層は内側カゝら外側に向けて抵抗率が高くなるように絶縁紙を卷くこと が好ましい。 [0027] 以上の各構成にお!、て、絶縁紙だけで構成する構造が最も低コストである。複合紙 と絶縁紙とを複合して用いれば、複合紙のみで絶縁層を構成する場合に比べて高価 な複合紙の使用量を低減でき、ケーブルコストを下げることができる。
[0028] 比率 kが 60%以上の複合紙を用いて pグレーデイングを形成することが好ま 、。
より好ましくは、絶縁層の全てを比率 kが 60%以上の複合紙で構成することである。複 合紙を構成する絶縁紙とプラスチックフィルムの各抵抗率の違いにより、直流電界ス トレスは直流耐電圧特性に優れたプラスチックフィルムに大きくかかる。そのため、絶 縁層に占めるプラスチックフィルムの比率を高めることで絶縁層の直流耐電圧特性を 改善し、絶縁層の厚みを低減することが可能となる。さらに好ましくは、比率 kが 70% 以上の複合紙を用いて pグレーデイングを形成すればよい。
[0029] また、複合紙のうち、プラスチックフィルムにラミネートする絶縁紙は気密度が比較 的高い値のクラフト紙を選択することが好ましい。交流ケーブルの場合、 PPLPは低損 失 {低誘電率（ ε )、低損失角 (tan δ ) }を実現することと高インパルス (Imp.)耐圧を実 現するために、比較的気密度が小さ ヽ（例えば約 1500ガーレ秒)クラフト紙をラミネ一 トしている。直流ケーブルの場合、交流によって生じる誘電体損は存在しないので、 プラスチックフィルムにラミネートするクラフト紙の選択肢が広い。そのため、やや高め の気密度、例えば 3000ガーレ秒以上のクラフト紙を使用して、比率 kが 40〜50%を越 えると Imp.耐圧が低下し始める弱点を克服できる。とりわけ、比率 kが高ぐかつ気密 度も高めのクラフト紙を用いた複合紙で絶縁層を構成すれば、直流耐電圧と Imp.耐 圧の双方に優れる超電導ケーブルを得ることができる。
[0030] さらに、絶縁層は、超電導導体の近傍に、他の箇所よりも誘電率が高い高 ε層を有 することが好ましい。この構成により、上述した直流耐電圧特性の向上に加えて、 Imp .耐圧特性も向上させることができる。なお、誘電率 ε (20°C)は一般的なクラフト紙で 3.2〜4.5程度、比率 kが 40%の複合紙で 2.8程度、同 60%の複合紙で 2.6程度、同 80 %の複合紙で 2.4程度である。
[0031] その他、絶縁層は、その内周側ほど誘電率 εが高ぐ外周側ほど誘電率 εが低く 構成してもよい。この εグレーデイングは、絶縁層の局部に形成されているのではな ぐ絶縁層の径方向全域に亘つて形成する。本発明超電導ケーブルは直流特性に 優れたケーブルである力 現行の送電線路は交流で構成されている。今後、送電方 式を交流力 直流へ移行することを考えた場合、過渡的に本発明ケーブルを用いて 交流を送電するケースが想定される。例えば、送電線路の一部のケーブルを本発明 超電導ケーブルに交換したが残部が交流用ケーブルのままであるとか、送電線路の 交流用ケーブルを本発明超電導ケーブルに交換したが、ケーブルに接続される送 電機器は交流用のままとなっている場合などである。この場合、本発明ケーブルで過 渡的に交流送電を行い、その後、最終的に直流送電に移行されることになる。そのた め、本発明ケーブルにおいては、直流特性に優れているのみならず、交流特性をも 考慮した設計とすることが好ましい。交流特性をも考慮した場合、内周側ほど誘電率 εが高ぐ外周側ほど誘電率 εが低い絶縁層とすることで、サージなどのインパルス 特性に優れたケーブルを構築することができる。もちろん、絶縁層における超電導導 体の近傍に、他の箇所よりも誘電率が高い高 ε層を設ける局部的な εグレーディン グと径方向全域に亘る上記 εグレーデイングとを組み合わせることが効果的である。 そして、上記過渡期がすぎて直流送電が行われることになつた場合には、過渡期に 用いて!/ヽた本発明ケーブルをそのまま直流ケーブルとして利用することができる。
[0032] 通常、上述した PPLPは、比率 kを高くすると高 p低 εとなる。そのため、絶縁層の外 周側ほど比率 kの高い PPLPを用いて絶縁層を構成すれば、外周側ほど高 pになり、 同時に外周側ほど低 εにできる。
[0033] 一方、クラフト紙は、一般に気密度を高くすると高 ρ高 εになる。そのため、クラフト 紙だけで外周側ほど高 ρであると共に外周側ほど低 εの絶縁層を構成することは難 しい。そこで、クラフト紙を用いる場合は、複合紙と組み合わせて絶縁層を構成するこ とが好適である。例えば絶縁層の内周側にクラフト紙層を形成し、その外側に PPLP 層を形成することで、抵抗率 pはクラフト紙層く PPLP層となり誘電率 εはクラフト紙 層 > PPLP層となるようにすれば良 、。
[0034] その他、絶縁層の内外周の少なくとも一方、つまり超電導導体と絶縁層との間や、 絶縁層とシールド層との間に半導電層を形成しても良い。前者の内部半導電層、後 者の外部半導電層を形成することで、超電導導体と絶縁層の間あるいは絶縁層とシ 一ルド層の間での密着性を高め、部分放電の発生などに伴う劣化を抑制する。 [0035] 上記の絶縁層の外側に帰路導体を設けることは単極方式の送電を行う際に必要な 構成である。交流超電導ケーブルでは、超電導線材の交流損失を減らすためにも超 電導導体の外周に漏れる磁束を遮蔽するためのシールド層が必要であるが、直流超 電導ケーブルでは、交流超電導ケーブルのシールド層に相当する箇所に帰路導体 を設ける必要がある。つまり、絶縁層の外側に超電導線材カゝらなる帰路導体を設ける ことで、超電導導体を単極送電における往路電流流路とし、帰路導体を帰路電流流 路として用いることができる。この帰路導体は、超電導導体と同一の電流容量を具え る構成とする必要がある。超電導ケーブルを複数のコアが断熱管内に収納された多 心一括型とし、単極送電方式または双極送電方式を採用することも可能である。後 者の場合、本発明ケーブルにおける交流超電導ケーブルのシールド層に相当する 導体は中性線としての機能を有する。なお、本発明ケーブルにより過渡的に交流を 送電する場合が考えられることは既に述べたが、本発明ケーブルで交流を送電する 場合、上述した帰路導体がシールド層として機能する。
[0036] その他、フォーマと超電導導体との間にクッション層を介在してもよい。クッション層 は、フォーマと超電導線材間における金属同士の直接接触を回避し、超電導線材の 損傷を防止する。特に、フォーマを撚り線構造とした場合、クッション層はフォーマ表 面をより平滑な面にする機能も有する。クッション層の具体的材質としては、絶縁紙や カーボン紙が好適に利用できる。
[0037] 一方、断熱管は、例えば、外管と内管とからなる二重構造の二重管の間に断熱材 を配置し、内管と外管との間を真空引きする構成が挙げられる。通常、内管と外管と の間には、金属箔とプラスチックメッシュを積層したスーパーインシュレーションが配 置される。内管内には、少なくとも超電導導体が収納されると共に、超電導導体を冷 却する液体窒素などの冷媒が充填される。
[0038] この冷媒は、超電導線材を超電導状態に維持できるものとする。現在、冷媒には液 体窒素の利用が最も実用的と考えられているが、その他、液体ヘリウム、液体水素な どの利用も考えられる。特に、液体窒素の場合、ポリプロピレンを膨潤させない液体 絶縁であり、比率 kが高い、つまりポリプロピレンの厚みの大きい複合紙で絶縁層を 構成した場合でも直流耐電圧特性や Imp.耐圧特性に優れた超電導ケーブルを構成 することができる。
発明の効果
[0039] 本発明超電導ケーブルによれば、次の効果を奏することができる。
[0040] (1)絶縁層の内周側の抵抗率が低ぐ外周側の抵抗率が高くなるように pグレーディ ングを施すことで、絶縁層の厚さ方向の全体にわたって直流電界分布を平滑ィ匕する ことができる。それに伴って、直流耐電圧特性を改善し、絶縁層の厚みを減少するこ とがでさる。
[0041] (2)絶縁層の pグレーデイングは、絶縁紙と複合紙の組合せ、あるいは複合紙にお けるプラスチックフィルムの厚さの比率を変えることで自由度の高い設計が可能であ る。そのため、要求される超電導ケーブルの特性に応じて、様々な特性の超電導ケ 一ブルを作製することができる。
[0042] (3)比率 kの高 、複合紙を絶縁層に用いることや、絶縁層に占めるプラスチックフィ ルムの比率を高めることで絶縁層の直流耐電圧特性を改善し、絶縁層の厚みを低減 することが可能となる。
[0043] (4)絶縁層を内周側ほど高 εとすることで、本発明ケーブルで交流送電を行う場合 にも交流の電気特性に優れたケーブルとすることができる。そのため、送電方式を交 流と直流の間で変更する過渡期において、本発明ケーブルで交流を送電する際にも 高い電気性能を有するケーブルとして利用することができる。
[0044] (5)絶縁層における超電導導体の近傍に、他の箇所よりも誘電率が高い高 ε層を設 けることで、上述した直流耐電圧特性の向上にカ卩えて、 Imp.耐圧特性も向上させるこ とがでさる。
発明を実施するための最良の形態
[0045] 以下、本発明の実施の形態を説明する。
[0046] (実施例 1)
[全体構造]
図 1(A)に示すように、本発明超電導ケーブル 100は、 1心のケーブルコア 10と、その コア 10を収納する断熱管 20とから構成される。
[0047] [コア] このコア 10は、中心力 順に、フォーマ 11、超電導導体 12、絶縁層 13、帰路導体 14 および保護層 15を有する。
[0048] <フォーマ >
フォーマ 11には、中空の金属パイプを用いた。中空のフォーマを用いた場合、その 内部を冷媒 (液体窒素)の流路とできる。
[0049] <超電導導体 >
超電導導体 12には、厚さ 0.24mm、幅 3.8mmの Bi2223系 Ag- Mnシーステープ線材を 用いた。このテープ線材をフォーマの上に多層に卷回して導体を構成する。また、交 流ケーブルとは異なり、各層の電流の均流化を考慮する必要はない。
[0050] <絶縁層 >
このような超電導導体 12の外周には絶縁層 13が形成される。ここでは、絶縁層を、 その厚さ方向に 2分割して、内周側を低 p層 13Aとし、外周側を高 p層 13Cとした。低 p層 13Aは、クラフト紙と PPLP (クラフト紙とポリプロピレンをラミネートした複合紙)を交 互巻きして構成している。その低 p層に用いた PPLPの比率 k ( (ポリプロピレンフィル ムの厚み tpZ複合紙全体の厚み T) X 100)は 40%、抵抗率 p (20°C)は Α Ω 'cmであ る（Aは定数)。一方、高 p層 13Cは、比率 kが 60%の PPLPで構成した。その PPLPの 抵抗率 p (20°C)は 1.5ΑΩ 'cm程度である。
[0051] <帰路導体 >
絶縁層 13の外側には、帰路導体 14を設けた。直流では電流の往復流路が必要な ため、単極送電では帰路導体 14を設けて帰路電流の流路として利用する。帰路導体 14は、超電導導体 12と同様の超電導線材で構成され、超電導導体 12と同様の送電 容量を有している。
[0052] <保護層>
この帰路導体 14の外側には絶縁材料で構成される保護層 15が設けられている。こ こでは、クラフト紙の卷回により保護層 15を構成している。この保護層 15により、帰路 導体 14の機械的保護と共に、断熱管（内管 21)との絶縁をとり、断熱管 20への帰路電 流の分流を防ぐことができる。
[0053] [断熱管] 断熱管 20は内管 21および外管 22を具える 2重管からなり、内外管 21、 22の間に真 空断熱層が構成される。真空断熱層内には、プラスチックメッシュと金属箔を積層し たいわゆるスーパーインシュレーションが配置されている。内管 21の内側とコア 10との 間に形成される空間は冷媒の流路となる。また、必要に応じて、断熱管 20の外周に ポリ塩ィ匕ビニルなどで防食層 23を形成しても良 、。
[0054] [直流電界分布]
上記の超電導ケーブルを用いて、無負荷時と最大負荷時の絶縁層における厚さ方 向の直流電界分布を調べた。比較のため、図 1(B)に示すように、絶縁層 13が全て同 一の抵抗率をもつクラフト紙で構成されたコア 10を持つ超電導ケーブルを作製し、そ の直流電界分布も同様に調べた。比較ケーブルの絶縁層 13を構成するクラフト紙の 抵抗率 p (20°C)は 1015 Ω 'cm程度である。
[0055] その結果を図 2 (A)に示す。比較ケーブルでは、絶縁層の厚さ方向において、直流 電界分布は負荷状態に関わらず導体側が高ぐその反対側 (保護層側)が低い状態 となる (破線表示)。一方、本発明ケーブルでは、抵抗率の相違に伴って段階的な直 流電界分布となり（実線表示）、直流電界分布の平滑化が実現できることがわかる。
[0056] なお、 OFケーブルでは、図 2(B)に示すように、無負荷時には導体側（内周側）の直 流電界が高ぐシース側 (外周側）の直流電界が低い分布となるが、最大負荷時には 、逆に導体側（内周側)の直流電界が低ぐシース側 (外周側)の直流電界が高い分 布となる。
[0057] これらの結果から、本発明超電導ケーブルによれば絶縁層の厚さ方向における直 流電界分布を平滑ィ匕することができ、直流耐電圧特性を改善して絶縁層の厚さを低 減できることがわかる。
[0058] (実施例 2)
次に、実施例 1における絶縁層の pグレーデイングを 3段階とした構成を図 3(A)に示 す。本例の超電導ケーブルもケーブルコアが断熱管内に収納されている構造であり 、断熱管自体の構成は実施例 1と同様であるため、コア 10の断面構造のみ図 3(A)に 示している。また、実施例 1との相違点を中心に説明する。
[0059] ここでは、超電導導体 12側から保護層 15側に向かって低 p層 13A、中 p層 13B、高 p層 13Cの 3層で絶縁層 13を構成している。いずれの層も複合紙 (PPLP)により構成 されている。各層の構成材料の比率 kと抵抗率 p並びに誘電率 εは次の通りである 。この構成によれば、絶縁層の外周側ほど比率 kの高い PPLPを用いているため、絶 縁層の外周側ほど高 pになると同時に外周側ほど低 εとなっている。
低 Ρ層：比率 k=60%、抵抗率 p (20°C)=AQ -cm,誘電率 ε =Β
中 Ρ層：比率 k=70%、抵抗率 ρ (20° =約1.2 0 '(^、誘電率 ε =約 0.95Β 高 Ρ層：比率 k=80%、抵抗率 ρ (20° =約1.4 0 '(^、誘電率 ε =約 0.9Β ここで、 Α,Βは定数である。
[0060] 本例においても、絶縁層の厚さ方向における直流電界分布は図 3(B)に示すように 抵抗率の相違に応じた 3つの段階を有する分布となる。そのため、絶縁層の厚さ方向 における直流電界分布を平滑ィ匕でき、絶縁層の厚みを低減することができる。特に、 比率 kの高 、PPLPで絶縁層を構成することで、直流耐電圧特性に優れるポリプロピ レンが絶縁層に占める割合を高めることができ、絶縁層の厚み低減効果がより一層 期待できる。
[0061] (実施例 3)
次に、実施例 1と同様の超電導ケーブルに、さらに εグレーデイングを組み合わせ た構成を図 4に基づ 、て説明する。本例の超電導ケーブルもケーブルコアが断熱管 内に収納されている構造であり、断熱管自体の構成は実施例 1と同様であるため、コ ァ 10の断面構造のみ図 4に示す。また、実施例 1との相違点を中心に説明する。
[0062] 本例では、絶縁層 13における低 ρ層 13Aと高 ρ層 13Cをいずれも PPLPで構成し、さ らに超電導導体 12の直上にクラフト紙を厚さ 0.5mmに亘つて卷回し、誘電率 εが絶 縁層 13の他の箇所に比べて高い高 ε層 13Dを形成した。各層の構成材料の諸条件 は次の通りである。誘電率と抵抗率は全て 20°Cにおける値である。
高 ε層：誘電率 ε =4.0
低 /0層：誘電率 ε =2.8、比率 k=40%、抵抗率 ρ =約 ΑΩ -cm
高 /0層：誘電率 ε =2.6、比率 k=60%、抵抗率 ρ =約 1.5ΑΩ ·αη
ここで、 Αは定数である。
[0063] 本例の構成によれば、超電導導体の直上に高 ε層 13Dを設けることで、上述した直 流耐電圧特性の向上にカ卩えて、 Imp.耐圧特性も向上させることができる。
産業上の利用可能性
[0064] 本発明超電導ケーブルは、直流の電力輸送手段として利用することができる。その 他、送電方式を交流から直流に移行する過渡期において、交流を送電することにも 好適に利用できる。
図面の簡単な説明
[0065] [図 1](A)は実施例 1における超電導ケーブルの横断面図、（B)は比較ケーブルのコア の横断面図である。
[図 2](A)は実施例 1の超電導ケーブルにおける絶縁層の直流電界分布を示すグラフ
、（B)は OFケーブルにおける絶縁層の直流電界分布を示すグラフである。
[図 3](A)は実施例 2における超電導ケーブルのコアの横断面図、（B)は同ケーブルに おける絶縁層の直流電界分布を示すグラフである。
[図 4]実施例 3における超電導ケーブルのコアの横断面図である。
[図 5]従来の超電導ケーブルの横断面図である。
符号の説明
[0066] 100 超電導ケーブル
10 コア
11 フォーマ 12 超電導導体 13 絶縁層 14 帰路導体 15 保護層 13A 低 層 13B 中 p層 13C 高 p層 13D 高 ε層
20 断熱管
21 内管 22 外管 23 防食層

Claims

請求の範囲
[1] 超電導導体と絶縁層とを有する超電導ケーブルであって、
前記絶縁層は、その径方向の直流電界分布が平滑ィヒされるように、絶縁層の内周 側の抵抗率が低ぐ外周側の抵抗率が高くなるように pグレーデイングが施されてい ることを特徴とする超電導ケーブル。
[2] グレーディンダカ 絶縁紙とプラスチックフィルム力もなる複合紙と絶縁紙との組 合せにより形成されていることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の超電導ケープ ル。
[3] グレーデイングは、複合紙の厚さに対するプラスチックフィルムの厚さの比率 kが 異なる複合紙の組合せにより形成されていることを特徴とする請求の範囲第 1項に記 載の超電導ケーブル。
[4] 比率 kが 60%以上の複合紙を用いていることを特徴とする請求の範囲第 3項に記載 の超電導ケーブル。
[5] 前記絶縁層は、その内周側ほど誘電率 εが高ぐ外周側ほど誘電率 εが低く構成 されていることを特徴とする請求の範囲第 1項〜第 4項のいずれかに記載の超電導 ケーブル。
[6] 前記絶縁層は、超電導導体の近傍に、他の箇所よりも誘電率が高い高 ε層を有す ることを特徴とする請求の範囲第 1項〜第 4項のいずれかに記載の超電導ケーブル
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