WO2013077128A1 - 超電導ケーブルの臨界電流測定方法 - Google Patents

超電導ケーブルの臨界電流測定方法 Download PDF

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正義 大屋
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住友電気工業株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/12—Measuring magnetic properties of articles or specimens of solids or fluids
    • G01R33/1238—Measuring superconductive properties
    • G01R33/1246—Measuring critical current

Definitions

  • the present invention relates to a method for measuring the critical current of a superconducting cable.
  • the present invention relates to a method for measuring a critical current of a superconducting cable capable of measuring a critical current for an arbitrary superconducting layer included in a multiphase (typically three-phase) coaxial superconducting cable.
  • a superconducting cable is being developed as a power cable constituting the power supply path.
  • a superconducting cable includes a cable core having a superconducting layer formed by winding a superconducting wire having an oxide superconducting phase, and a heat insulating tube that houses one or a plurality of cable cores and is filled with a refrigerant such as liquid nitrogen.
  • a single-core superconducting cable or a multi-core superconducting cable Japanese Patent Laid-Open No. 2006-329838 (Patent Document 1) is typically used.
  • a three-core superconducting cable used for three-phase AC power transmission includes three cable cores, and a superconducting layer included in each cable core is used for power transmission in each phase.
  • a multiphase superconducting cable a coaxial superconducting cable that uses a plurality of coaxially arranged superconducting layers for power transmission in each phase has been studied (Japanese Patent Laid-Open No. 2005-253204 (Patent Document 2)). .
  • the critical current of the superconducting cable may be measured for the purpose of confirming the cable characteristics in a completion test or the like.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-228707 discloses that a critical current to be measured is measured by connecting another cable core to one cable core to be measured and performing reciprocal energization.
  • a critical current to be measured is measured by connecting another cable core to one cable core to be measured and performing reciprocal energization.
  • a critical current to be measured is measured by connecting another cable core to one cable core to be measured and performing reciprocal energization.
  • a long length made of a normal conducting material such as copper is used.
  • a lead member is unnecessary.
  • this measurement method can easily measure the critical current. is there.
  • JP 2006-329838 A Japanese Patent Laid-Open No. 2005-253204
  • a coaxial superconducting cable having a plurality of (especially three or more) superconducting layers in a coaxial shape is specifically designed to measure the critical current of each superconducting layer.
  • the method has not been studied.
  • the critical current may not be measured for any superconducting layer included in the coaxial superconducting cable.
  • the number of superconducting wires used in the superconducting layer located on the outer peripheral side in one cable core is larger than that in the superconducting layer located on the inner peripheral side.
  • the design value Ic layer of the critical current in the superconducting layer depends on the design value Ic wire of the critical current in the superconducting wire to be used (Ic wire ⁇ number of use), if the number of use is large as described above, the superconductivity on the outer peripheral side
  • the critical current design value Ic layer outer in the layer is larger than the critical current design value Ic layer inner in the superconducting layer on the inner circumference side.
  • the measurement target is the superconducting layer on the outer peripheral side.
  • the superconducting layer is the return path, it is limited to the inner peripheral critical current: Ic layer inner , and the current required for the measurement of the critical current: Ic layer outer cannot flow to the forward path and the return path. That is, the critical current to be measured cannot be measured.
  • the design value of the critical current is greatly different, a superconducting layer in which the critical current cannot be measured can be generated.
  • an object of the present invention is to provide a method for measuring the critical current of a superconducting cable capable of measuring the critical current of an arbitrary superconducting layer included in the coaxial superconducting cable.
  • the present invention provides a return path for measuring a critical current of a measurement object by performing reciprocal conduction between a superconducting layer to be measured and another superconducting layer other than the measurement object among a plurality of superconducting layers included in the coaxial superconducting cable.
  • the above object is achieved by assuming that the design value of the critical current satisfies a specific condition.
  • the method for measuring the critical current of a superconducting cable relates to a method for measuring the critical current of one superconducting layer to be measured in a coaxial superconducting cable having a cable core in which a plurality of superconducting layers are arranged coaxially. Is.
  • this measuring method first, at least one superconducting layer is selected from a plurality of superconducting layers excluding the superconducting layer to be measured. This selection is performed so that the design value of the critical current in the selected superconducting layer is equal to or greater than the design value of the critical current in the superconducting layer to be measured.
  • the superconducting layer to be measured and the selected superconducting layer are electrically connected, the superconducting layer to be measured is set as an outward path, and the selected superconducting layer is set as a return path.
  • Build a reciprocating current path on the other end of the coaxial superconducting cable, a DC power source is connected to the superconducting layer to be measured as an outward path and the selected superconducting layer as a return path, and a DC current is passed through the reciprocating energization path.
  • the critical current of the superconducting layer to be measured is measured.
  • the present invention in which one of the superconducting layers included in the coaxial superconducting cable (especially three or more) is a measurement target and a reciprocating current path is constructed using another superconducting layer is as described above.
  • a long lead member is unnecessary, and the critical current can be easily measured using a small power source.
  • the superconducting layer used for the return path is selected based on the design value of the critical current in the measurement target, and the current value that flows for the measurement of the critical current is not limited by the critical current value of the return path. It can be a sufficiently large value. Therefore, in the present invention, the critical current of an arbitrary superconducting layer included in the coaxial superconducting cable can be measured.
  • the form which uses the said return path as a some superconducting layer is mentioned.
  • the design value of the critical current design value of the critical current in the superconducting layer (total value) of the measurement target (hereinafter, referred to as the critical current Ic go) easily larger than
  • the above configuration can reliably measure the critical current to be measured.
  • the return path is constituted by a plurality of superconducting layers, a voltage is not substantially generated in the return path, and only the voltage of the forward path can be measured. Therefore, the critical current of the superconducting layer to be measured as the forward path can be accurately measured. It can be measured.
  • the superconducting layer to be measured as an outward path and the selected superconducting layer as a return path are provided in the same cable core, and the return path has an inner circumference than the superconducting layer to be measured.
  • the form containing the some superconducting layer located in the side is mentioned.
  • the superconducting layer to be measured as the forward path and the superconducting layer as the return path are present in the same cable core, the reciprocating current path can be formed more easily, and the workability is excellent when the measurement system is constructed.
  • the superconducting layer as the return path is the inner peripheral layer of the cable core, that is, the superconducting layer to be measured as the outward path is the outer peripheral side layer of the cable core, but a plurality of superconducting layers
  • the design value (total value) of the critical current in the return path can be easily made larger than the critical current Ic go to be measured, and the critical current to be measured can be reliably measured.
  • the coaxial superconducting cable is a multi-core cable in which a plurality of cable cores are housed in a single heat insulating tube, a cable core including the superconducting layer to be measured as an outward path, and a return path
  • the cable core having the selected superconducting layer is different from the above.
  • the superconducting layer to be measured as the outward path and the superconducting layer as the return path are housed in the same heat insulating pipe, a reciprocating current path can be easily formed, and the workability is excellent when the measurement system is constructed.
  • the above embodiment it is possible to select the superconducting layer to return from a plurality of cable cores, easy design value selects a larger superconducting layer than the critical current Ic go to be measured, a large degree of freedom of choice.
  • the method for measuring the critical current of the superconducting cable of the present invention can measure the critical current of any superconducting layer provided in the coaxial superconducting cable.
  • the coaxial superconducting cable 1 includes, for example, one cable core 10 having a plurality of superconducting layers (here superconducting layers 12A, 12B, and 12C) arranged coaxially as shown in FIG.
  • the cable core 10 includes, for example, a former 11, a superconducting layer, an electrical insulating layer, a shield layer 14, and a protective layer 15 in order from the center.
  • the former 11 is used for supporting a superconducting layer, a tensile strength material for a cable, and a current path for diverting an accident current in the event of an accident such as a short circuit or a ground fault.
  • a solid body or a hollow body (tubular body) made of a normal conductive material such as copper or aluminum can be suitably used as the former 11.
  • the solid body include a stranded wire material obtained by twisting a plurality of copper wires having an insulation coating such as polyvinyl formal (PVF) or enamel.
  • a cushion layer (not shown) can be provided on the outer periphery of the former 11 by winding an insulating tape such as kraft paper or PPLP (registered trademark of Sumitomo Electric Industries, Ltd.).
  • the cable core 10 includes three superconducting layers 12A, 12B, and 12C arranged coaxially.
  • Each of the superconducting layers 12A to 12C includes a single layer or a multilayer including a wire layer in which a superconducting wire is spirally wound.
  • Examples of the superconducting wire include a wire having an oxide superconducting phase. More specifically, when RE is a rare earth element, an RE-based thin film wire (metal substrate) having a rare-earth oxide superconducting phase such as REBa 2 Cu 3 O x (for example, YBCO, HoBCO, GdBCO, etc.) called RE123.
  • REBa 2 Cu 3 O x for example, YBCO, HoBCO, GdBCO, etc.
  • the superconducting phase wire comprising a thin film of
  • the superconducting phase wire includes a Bi 2 Sr 2 Ca 2 Cu 3 O 10 + ⁇ such Bi-based oxide superconducting phase, called Bi-2223-based, Bi-based wires to the metal matrix of Ag or Ag alloy High temperature superconducting wire.
  • Bi-2223-based, Bi-based wires to the metal matrix of Ag or Ag alloy High temperature superconducting wire.
  • an interlayer insulating layer in which insulating paper such as kraft paper is wound can be formed between the layers of each wire layer.
  • a semiconductive layer can be provided by winding carbon paper or the like as appropriate immediately above or directly below one superconducting layer.
  • the number of superconducting wires used to form each superconducting layer 12A to 12C and the number of laminated layers are designed according to the desired power supply capacity.
  • the critical current of the superconducting layer can be increased by increasing the number of used and the number of stacked layers.
  • a superconducting cable capable of supplying a large-capacity power having a rated current of 2 kA or more, further 4 kA or more, particularly 5 kA or more can be obtained.
  • the number of superconducting layers 12A to 12C used and the number of layers are determined depending on the transmission capacity of each phase. You should design according to.
  • the superconducting wires that make up each of the superconducting layers 12A to 12C can use wires with different specifications (material, size, critical current characteristics). However, when wires with similar specifications are used, they are excellent in wire manufacturability and wound. It is easy to adjust the conditions, and the cable productivity is excellent.
  • the number of superconducting wires constituting the superconducting layer (in this case, the superconducting layer 12C) located on the outer peripheral side in the cable core 10 is It is allowed that the number of superconducting wires constituting the superconducting layer (in this case, the superconducting layers 12A and 12B) located on the side is equal to or more than the number used.
  • the number of superconducting wires used in each superconducting layer can be made equal by adjusting the width of the superconducting wire and the spacing between the wires adjacent in the circumferential direction in the wire layer.
  • electrical insulation layers 13a, 13b, and 13c are provided coaxially between the superconducting layers 12A and 12B, between the superconducting layers 12B and 12C, and on the outer periphery of the superconducting layer 12C, respectively.
  • the electrical insulating layers 13a to 13c can be formed by winding an insulating tape such as kraft paper or semi-synthetic insulating paper such as PPLP (registered trademark).
  • PPLP registered trademark
  • the electrical insulating layers 13a to 13c are preferably provided so as to have withstand voltage characteristics necessary for interphase insulation or the like.
  • the shield layer 14 includes a form including at least one of a superconducting shield layer and a normal conducting shield layer.
  • the superconducting shield layer can be formed by, for example, winding the above-described superconducting wire spirally, and the normal conducting shield layer can be formed by, for example, winding a metal tape made of a normal conducting material such as copper.
  • the shield layer 14 can be used as a magnetic shielding layer when the coaxial superconducting cable 1 is operated.
  • the normal conducting shield layer can also be used for an energizing path that diverts the induced current of the above-described accident current.
  • the protective layer 15 has a function of mechanically protecting the shield layer (particularly the superconducting shield layer).
  • the protective layer 15 may be formed by winding an insulating tape such as kraft paper or semi-synthetic insulating paper such as PPLP (registered trademark).
  • the heat insulating tube 101 is a double tube of an inner tube 101i and an outer tube 101o, and typically has a vacuum heat insulating structure in which the space between the inner tube 101i and the outer tube 101o is evacuated.
  • the inner tube 101i is filled with a refrigerant 103 such as liquid nitrogen, and the superconducting layer and the superconducting shield layer are maintained in a superconducting state.
  • a heat insulating material such as super-insulation and a spacer (not shown) for maintaining a distance between both the tubes 101i and 101o can be used between the inner tube 101i and the outer tube 101o.
  • Corrosion resistance can be improved by providing a corrosion prevention layer 102 such as polyvinyl chloride (PVC) on the outer periphery of the outer tube 101o.
  • PVC polyvinyl chloride
  • At least one superconducting layer (excluding the superconducting layer 12C to be measured) is selected from the cable core 10 included in the coaxial superconducting cable 1.
  • the design value of the critical current in the selected superconducting layer (hereinafter referred to as critical current Ic return ) is selected so as to be equal to or greater than the critical current Ic go of the superconducting layer 12C to be measured.
  • the critical current Ic go to be measured is 5000A, and thus either one of the superconducting layers 12A and 12B. Is selected, the critical current Ic return of the selected superconducting layer does not exceed 5000A.
  • a reciprocal energization path is constructed in which the superconducting layer 12C to be measured is the outgoing path and both the selected superconducting layers 12A and 12B are the return paths.
  • both ends of the cable core are stepped off to expose the superconducting layers 12A, 12B, and 12C.
  • the superconducting layers 12A and 12B are electrically connected, and both the superconducting layers 12A and 12B and the superconducting layer 12C to be measured are electrically connected.
  • the lead members 210 and 211 can be used for this connection.
  • superconducting layers 12 ⁇ / b> A and 12 ⁇ / b> B are connected by lead member 210
  • superconducting layer 12 ⁇ / b> C and lead member 210 are connected by lead member 211.
  • lead members 210 and 211 and lead members 220 and 221 to be described later include members made of normal conducting materials such as copper and copper alloys, and members obtained by appropriately combining the above-described superconducting wires.
  • termination connection portions are connected to both ends of the superconducting cable 1, and the superconducting layer 12A, the superconducting layer 12B, and the superconducting layer 12C may be drawn from the low temperature portion to the normal temperature portion with different current leads.
  • the connection between the superconducting layer 12A and the superconducting layer 12B may be performed by connecting the tips of the current leads in the room temperature portion with a copper bar.
  • a DC power source 200 is connected to the forward path and the return path so that the constructed reciprocating current path can be reciprocated.
  • both the superconducting layers 12A and 12B as the return path are electrically connected by the lead member 220, the lead member 221 is connected to the superconducting layer 12C as the outbound path, and the DC power source 200 is connected to the lead members 220 and 221. is doing.
  • the DC power supply 200 can use a commercial product.
  • a DC power supply having a mechanism capable of controlling the change rate of energization or a commercially available sweeper device (not shown) capable of controlling the change rate may be provided in the DC power supply 200. it can.
  • a recording device including storage means for recording measurement data (mainly energization current) from the DC power supply 200 is connected to the DC power supply 200, an operator can easily grasp the measurement result.
  • a measuring means (not shown) for measuring a voltage between the end portions of the superconducting layers 12A and 12B and the end portion of the superconducting layer 12C is attached to the end portion of the cable core 10. If this measurement data storage means and recording device are also attached to the end of the cable core 10, the operator can easily grasp the measurement results.
  • a direct current is supplied to the reciprocating energization path composed of the forward path: the superconducting layer 12C and the return path: the superconducting layers 12A and 12B by the DC power source 200. Measure critical current.
  • the direct current flows from the lead portion 221 through the superconducting layer 12C, and further branched by the lead member 210 via the lead member 211 and flows through the superconducting layers 12A and 12B. Ideally, it is preferable that the same current flows in each of the superconducting layers 12A and 12B (1/2 of the energized current flows).
  • the shunt currents that have passed through the superconducting layers 12A and 12B are combined via the lead 220 on the DC power supply 200 side.
  • the superconducting layer as the return path is selected so that the critical current of the superconducting layer 12C to be measured as the outbound path is equal to or greater than the design value Ic go, the current flows through the superconducting layer as the return path.
  • the current does not exceed the design value of the critical current of the superconducting layer (below the current value that can be passed through the return path). Therefore, in the first embodiment, the energization current value can be sufficiently increased in order to measure the critical current, and the critical current to be measured can be reliably measured. Further, even when any superconducting layer is a measurement target, the critical current of all superconducting layers can be measured.
  • the critical current in the return path is designed by constructing the return path with a plurality of superconducting layers. The sum of the values can be set to be equal to or greater than the critical current design value Ic go . Therefore, in the first embodiment, the critical current to be measured can be reliably measured.
  • the superconducting layer 12C is the object to be measured, but the critical current of the superconducting layer 12A or the superconducting layer 12B can of course be measured.
  • the return path includes, for example, the superconducting layer 12B. Can be used.
  • the superconducting layers 12A and 12B are electrically connected by a lead member on one end side of the coaxial superconducting cable 1, and the DC power source 200 is connected to the superconducting layers 12A and 12B through the lead member as appropriate on the other end side.
  • the superconducting layer 12B is a measurement target
  • the superconducting layer 12C can be used for the return path.
  • the superconducting layers 12B and 12C are electrically connected by a lead member on one end side of the coaxial superconducting cable 1
  • the DC power source 200 is connected to the superconducting layers 12B and 12C through the lead member as appropriate on the other end side. Good.
  • the design value of the critical current in the superconducting layer as the return path is sufficiently larger than the design value of the critical current in the superconducting layer to be measured as the outbound path. Therefore, both the critical current of the superconducting layer 12A and the critical current of the superconducting layer 12B can be accurately measured.
  • any superconducting layer can be used for the return path.
  • the single-core cable is described as the superconducting cable to be measured.
  • the present invention is also applicable to a multi-core cable having a plurality of cable cores (with the configuration described in the first embodiment) in one heat insulating tube. Measurement methods can be used.
  • any superconducting layer can be used as a measurement object and an outgoing path, and at least one other superconducting layer provided in the same cable core can be used as a return path (however, In the return path, a superconducting layer satisfying critical current Ic go ⁇ critical current Ic return (total value in the case of a plurality of layers) is selected.
  • an arbitrary superconducting layer is set as a measurement target and an outgoing path, and at least one superconducting layer included in another cable core is set as a return path, or included in the same cable core.
  • Both at least one other superconducting layer and at least one superconducting layer included in another cable core can be used as a return path (however, in the return path, critical current Ic go ⁇ critical current I c return (multiple layers) In this case, select a superconducting layer that satisfies the total value).
  • this embodiment has a large degree of freedom in selecting the superconducting layer as the return path, and can measure the critical current of any superconducting layer.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately changed without departing from the gist of the present invention.
  • the number of superconducting layers provided in one cable core, the number of cable cores provided in one heat insulating tube, and the like can be changed.
  • the method for measuring the critical current of the superconducting cable of the present invention can be suitably used for measuring the critical current when performing a completion test of the superconducting cable after installation.
  • the measurement target can be a DC superconducting cable in addition to a multiphase AC superconducting cable.

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Abstract

　同軸超電導ケーブルは、複数の超電導層（１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ）が同軸状に配置されたケーブルコアを具える。ケーブルコアの外周側に位置する超電導層（１２Ｃ）を測定対象とするとき、超電導層（１２Ｃ）を往路とし、別の超電導層を復路とする往復通電路を構築し、この往復通電路に直流電源（２００）によって直流電流を通電して、超電導層（１２Ｃ）の臨界電流を測定する。復路とする超電導層は、その臨界電流の設計値の合計が、測定対象である超電導層（１２Ｃ）の臨界電流の設計値以上となるように選択する。臨界電流の測定にあたり、測定対象の超電導層（１２Ｃ）に流す電流が復路に通電可能な電流値以下となるため、臨界電流を確実に測定できる。これにより、同軸超電導ケーブルに具える超電導層の臨界電流を精度よく測定できる超電導ケーブルの臨界電流測定方法を提供することができる。

Description

超電導ケーブルの臨界電流測定方法
　本発明は、超電導ケーブルの臨界電流を測定する方法に関するものである。特に、多相（代表的には三相）同軸超電導ケーブルに具える任意の超電導層について、臨界電流を測定可能な超電導ケーブルの臨界電流測定方法に関するものである。
　電力供給路を構成する電力ケーブルとして、超電導ケーブルが開発されつつある。超電導ケーブルは、酸化物超電導相を具える超電導線材を巻回して構成された超電導層を有するケーブルコアと、一つ又は複数のケーブルコアを収納すると共に、液体窒素といった冷媒が満たされる断熱管とを具える単心超電導ケーブル、又は多心超電導ケーブル（特開２００６－３２９８３８号公報（特許文献１））が代表的である。例えば、三相交流送電に利用される三心超電導ケーブルでは、三つのケーブルコアを具え、各ケーブルコアに具える超電導層を各相の送電に利用する。その他、多相超電導ケーブルとして、同軸状に配置された複数の超電導層をそれぞれ、各相の送電に利用する同軸超電導ケーブルが検討されている（特開２００５－２５３２０４号公報（特許文献２））。
　一方、超電導ケーブルを布設後、竣工試験などでケーブル特性を確認する目的で、超電導ケーブルの臨界電流を測定することがある。特許文献１では、測定対象となる１本のケーブルコアに、別のケーブルコアを接続して往復通電を行って、測定対象の臨界電流を測定することを開示している。この測定方法では、上記別のケーブルコアをリード部材として利用することで、布設後などで超電導ケーブルの両端が離れている場合などでも、電源の接続にあたり、銅などの常電導材料からなる長尺なリード部材が不要である。また、長尺なリード部材の使用に伴う電気抵抗の増大が無く、当該電気抵抗を考慮した大容量の直流電源を使用しなくてよいため、この測定方法は、臨界電流を簡便に測定可能である。
特開２００６－３２９８３８号公報 特開２００５－２５３２０４号公報
　しかし、従来、上述の多相同軸超電導ケーブルのように、複数（特に三つ以上）の超電導層を同軸状に具える同軸超電導ケーブルについて、各超電導層の臨界電流を測定するための具体的な方法が検討されていない。
　例えば、同軸超電導ケーブルに具える複数の超電導層のうち、一つの超電導層を測定対象とするとき、特許文献１を参照して、当該測定対象の超電導層を往路とし、別の超電導層を復路とする往復通電路を構築して、臨界電流を測定することを考える。この場合、上述のように長尺なリード部材が不要であり、臨界電流を測定するためのシステムを容易に構築できると期待される。
　しかし、上記手法を利用しても、同軸超電導ケーブルに具える任意の超電導層について、臨界電流を測定できない場合がある。
　ここで、同軸超電導ケーブルに具える各超電導層を構成する超電導線材として、同一仕様（材質、サイズなど）の線材を利用する場合、線材の製造性に優れる上に、巻回条件の調整などを行い易い。しかし、この場合、一つのケーブルコアにおいて外周側に位置する超電導層は、内周側に位置する超電導層と比較して、超電導線材の使用本数が多くなる。超電導層における臨界電流の設計値Ｉｃｌａｙｅｒは、使用する超電導線材における臨界電流の設計値Ｉｃｗｉｒｅに依存する（Ｉｃｗｉｒｅ×使用本数）ため、上述のように使用本数が多いと、外周側の超電導層における臨界電流の設計値Ｉｃｌａｙｅｒ　ｏｕｔｅｒは、内周側の超電導層における臨界電流の設計値Ｉｃｌａｙｅｒ　ｉｎｎｅｒに比較して大きくなる。外周側の臨界電流：Ｉｃｌａｙｅｒ　ｏｕｔｅｒが内周側の臨界電流：Ｉｃｌａｙｅｒ　ｉｎｎｅｒよりも大きい場合に、測定対象が外周側の超電導層であり、この外周側の超電導層を往路とし、内周側の超電導層を復路とすると、内周側の臨界電流：Ｉｃｌａｙｅｒ　ｉｎｎｅｒに制限されて、臨界電流：Ｉｃｌａｙｅｒ　ｏｕｔｅｒの測定に必要な電流を往路及び復路に流すことができない。つまり、測定対象の臨界電流を測定できない。特に、同軸超電導ケーブルに具える各超電導層を比較したとき、臨界電流の設計値が大きく異なる場合には、臨界電流を実測できない超電導層が生じ得る。
　そこで、本発明の目的は、同軸超電導ケーブルに具える任意の超電導層の臨界電流を測定可能な超電導ケーブルの臨界電流測定方法を提供することにある。
　本発明は、同軸超電導ケーブルに具える複数の超電導層のうち、測定対象の超電導層と、測定対象以外の別の超電導層とで往復通電を行って測定対象の臨界電流を測定するにあたり、復路とする別の超電導層として、臨界電流の設計値が特定の条件を満たすものとすることで、上記目的を達成する。
　本発明の超電導ケーブルの臨界電流測定方法は、複数の超電導層が同軸状に配置されたケーブルコアを具える同軸超電導ケーブルにおいて、測定対象とする一つの超電導層の臨界電流を測定する方法に係るものである。この測定方法では、まず、測定対象とする超電導層を除く複数の超電導層から、少なくとも一つの超電導層を選択する。この選択は、当該選択した超電導層における臨界電流の設計値が、測定対象の超電導層における臨界電流の設計値以上となるように行う。次に、上記同軸超電導ケーブルの一端側において、上記測定対象の超電導層と選択した超電導層とを電気的に接続して、上記測定対象の超電導層を往路とし、上記選択した超電導層を復路とする往復通電路を構築する。そして、上記同軸超電導ケーブルの他端側において、往路とする上記測定対象の超電導層と、復路とする上記選択した超電導層とに直流電源を接続して上記往復通電路に直流電流を通電して、上記測定対象の超電導層の臨界電流を測定する。
　同軸超電導ケーブルに具える複数（特に、三つ以上）の超電導層のうち、一つの超電導層を測定対象とし、別の超電導層を利用して往復通電路を構築する本発明は、上述のように長尺なリード部材が不要であり、小型な電源を利用して臨界電流を簡便に測定できる。特に、本発明では、測定対象における臨界電流の設計値を基準として、復路に利用する超電導層を選択しており、臨界電流の測定のために流す電流値が復路の臨界電流値によって制限されず、十分に大きな値とすることができる。従って、本発明では、同軸超電導ケーブルに具える任意の超電導層の臨界電流を測定することができる。
　本発明の一形態として、上記復路を複数の超電導層とする形態が挙げられる。
　復路を複数の超電導層によって構成することで、当該超電導層における臨界電流の設計値（合計値）を測定対象における臨界電流の設計値（以下、臨界電流Ｉｃｇｏと呼ぶ）よりも容易に大きくすることができ、上記形態は、測定対象の臨界電流を確実に測定できる。また、上記形態は、復路を複数の超電導層によって構成することで復路に電圧が実質的に生じず、往路のみの電圧を測定できることから、往路とする測定対象の超電導層の臨界電流を精度よく測定できる。
　本発明の一形態として、往路とする上記測定対象の超電導層と、復路とする上記選択した超電導層とが同一のケーブルコアに具えられ、上記復路が、上記測定対象の超電導層よりも内周側に位置する複数の超電導層を含む形態が挙げられる。
　上記形態は、往路とする測定対象の超電導層と、復路とする超電導層とが同一のケーブルコアに存在するため、往復通電路をより簡単に形成でき、測定システムの構築時に作業性に優れる。また、上記形態は、復路とする超電導層がケーブルコアの内周側の層である、つまり、往路とする測定対象の超電導層が当該ケーブルコアの外周側の層であるものの、複数の超電導層によって復路を構築することで、復路の臨界電流の設計値（合計値）を測定対象の臨界電流Ｉｃｇｏよりも容易に大きくすることができ、測定対象の臨界電流を確実に測定できる。
　本発明の一形態として、上記同軸超電導ケーブルが、複数のケーブルコアが一つの断熱管に収納された多心ケーブルであり、往路とする上記測定対象の超電導層を具えるケーブルコアと、復路とする上記選択した超電導層を具えるケーブルコアとが異なる形態が挙げられる。
　上記形態は、往路とする測定対象の超電導層と、復路とする超電導層とが同一の断熱管内に収納されているため、往復通電路を簡単に形成でき、測定システムの構築時に作業性に優れる。また、上記形態は、複数のケーブルコアから復路とする超電導層を選択できるため、測定対象の臨界電流Ｉｃｇｏよりも設計値が大きな超電導層を選択し易く、選択の自由度が大きい。
　本発明超電導ケーブルの臨界電流測定方法は、同軸超電導ケーブルに具える任意の超電導層の臨界電流を測定できる。
実施形態に係る超電導ケーブルの臨界電流測定方法を説明するための説明図である。 同軸超電導ケーブルを模式的に示す横断面図である。
　以下、図面を参照して、本発明をより詳細に説明する。図において同一符号は、同一名称物を示す。まず、測定対象となる同軸超電導ケーブルを説明する。
　同軸超電導ケーブル１は、例えば、図２に示すように同軸状に配置された複数の超電導層（ここでは超電導層１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ）を具える一つのケーブルコア１０が、一つの断熱管１０１に収納された単心ケーブルが挙げられる。
　ケーブルコア１０は、例えば、中心から順にフォーマ１１、超電導層、電気絶縁層、シールド層１４、保護層１５を具える。
　フォーマ１１は、超電導層の支持、ケーブルの抗張力材、その他、短絡や地絡などの事故時における事故電流を分流する通電路などに利用される。通電路にも利用する場合、フォーマ１１は、銅やアルミニウムなどの常電導材料からなる中実体や中空体（管体）が好適に利用できる。中実体は、例えば、ポリビニルホルマール（ＰＶＦ）やエナメルなどの絶縁被覆を具える銅線を複数本撚り合わせた撚り線材が挙げられる。フォーマ１１の外周にクラフト紙やＰＰＬＰ（住友電気工業株式会社　登録商標）といった絶縁性テープなどを巻回してクッション層（図示せず）を設けることができる。
　ケーブルコア１０では、同軸状に配置された三つの超電導層１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃを具える。各超電導層１２Ａ～１２Ｃはいずれも、超電導線材を螺旋状に巻回した線材層を単層又は多層に具える形態が挙げられる。超電導線材は、酸化物超電導相を具える線材が挙げられる。より具体的には、ＲＥを希土類元素とするとき、ＲＥ１２３と呼ばれるＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ（例えば、ＹＢＣＯ，ＨｏＢＣＯ，ＧｄＢＣＯなど）といった希土類系酸化物超電導相を具えるＲＥ系薄膜線材（金属基板の上に上記超電導相の薄膜を具える線材）や、Ｂｉ２２２３と呼ばれるＢｉ２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏ１０＋δといったＢｉ系酸化物超電導相を具え、ＡｇやＡｇ合金を金属マトリクスとするＢｉ系線材といった高温超電導線材が挙げられる。一つの超電導層を多層構造とする場合、各線材層の層間にクラフト紙などの絶縁紙を巻回した層間絶縁層を形成することができる。その他、一つの超電導層の直上や直下には、カーボン紙などを適宜巻回して半導電層を設けることができる。
　各超電導層１２Ａ～１２Ｃを構成する超電導線材の使用数や線材層の積層数は、所望の電力供給容量に応じて設計される。一般に、使用数や積層数を多くすると、超電導層の臨界電流を大きくすることができる。例えば、定格電流が２ｋＡ以上、更に４ｋＡ以上、特に５ｋＡ以上といった大容量の電力供給が可能な超電導ケーブルとすることができる。同軸超電導ケーブル１を例えば、３相交流送電に利用し、各超電導層１２Ａ～１２Ｃを各相の送電に利用する場合、各超電導層１２Ａ～１２Ｃの使用数や積層数は、各相の送電容量に応じて設計するとよい。
　各超電導層１２Ａ～１２Ｃを構成する超電導線材は、異なる仕様（材質、サイズ、臨界電流特性）の線材が利用できるが、同様の仕様の線材とすると、線材の製造性に優れる上に、巻回条件の調整などを行い易く、ケーブルの生産性にも優れる。各超電導層１２Ａ～１２Ｃが同様の仕様の線材によって構成されている場合、ケーブルコア１０において外周側に位置する超電導層（ここでは、超電導層１２Ｃ）を構成する超電導線材の使用数が、内周側に位置する超電導層（ここでは、超電導層１２Ａ，１２Ｂ）を構成する超電導線材の使用数以上であることを許容する。超電導線材の幅や、線材層において周方向に隣り合う線材の間隔などを調整することで、各超電導層における超電導線材の使用数を等しくすることができる。
　ケーブルコア１０では、超電導層１２Ａ，１２Ｂ間、超電導層１２Ｂ，１２Ｃ間、及び超電導層１２Ｃの外周にそれぞれ、電気絶縁層１３ａ，１３ｂ，１３ｃを同軸状に具える。電気絶縁層１３ａ～１３ｃは、クラフト紙やＰＰＬＰ（登録商標）といった半合成絶縁紙などの絶縁性テープを巻回することで形成することができる。電気絶縁層１３ａ～１３ｃは、例えば、各超電導層１２Ａ～１２Ｃを３相交流送電の各相の送電に利用する場合、相間絶縁などに必要な耐電圧特性を有するように設けるとよい。
　シールド層１４は、超電導シールド層及び常電導シールド層の少なくとも一方を具える形態が挙げられる。超電導シールド層は、例えば、上述の超電導線材を螺旋状に巻回して形成し、常電導シールド層は、例えば、銅といった常電導材料からなる金属テープを巻回して形成することができる。シールド層１４は、同軸超電導ケーブル１の運転時、磁気遮蔽層として利用することができる。常電導シールド層は、上述の事故電流の誘導電流を分流する通電路に利用することもできる。
　保護層１５は、シールド層（特に超電導シールド層）を機械的に保護する機能を有する。保護層１５は、クラフト紙やＰＰＬＰ（登録商標）といった半合成絶縁紙などの絶縁性テープを巻回して形成した形態が挙げられる。
　断熱管１０１は、内管１０１ｉと外管１０１ｏとの二重管からなり、内管１０１ｉと外管１０１ｏとの間が真空引きされた真空断熱構造のものが代表的である。運転時、内管１０１ｉ内には、液体窒素といった冷媒１０３が充填され、超電導層や超電導シールド層を超電導状態に維持する。内管１０１ｉと外管１０１ｏとの間にスーパーインシュレーションといった断熱材（図示せず）や、両管１０１ｉ，１０１ｏの間隔を保持するスペーサ（図示せず）を配置させた構成が利用できる。外管１０１ｏの外周には、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）といった防食層１０２を具えると、耐食性を高められる。
　（実施形態１）
　次に、上記構成を具える同軸超電導ケーブル１に具える超電導層の臨界電流を測定する方法を具体的に説明する。ここでは、ケーブルコア１０において外周側に位置する超電導層１２Ｃを測定対象とする場合を説明する。
　まず、同軸超電導ケーブル１に具えるケーブルコア１０から、少なくとも一つの超電導層（測定対象の超電導層１２Ｃを除く）を選択する。特に、本発明では、当該選択した超電導層における臨界電流の設計値（以下、臨界電流Ｉｃｒｅｔｕｒｎと呼ぶ）が、測定対象である超電導層１２Ｃの臨界電流Ｉｃｇｏ以上となるように選択することを特徴とする。
　例えば、超電導層１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃにおける臨界電流の設計値をそれぞれ順に、３０００Ａ，４０００Ａ，５０００Ａとすると、測定対象の臨界電流Ｉｃｇｏは５０００Ａであることから、超電導層１２Ａ，１２Ｂのいずれか一方を選択しても、当該選択した超電導層の臨界電流Ｉｃｒｅｔｕｒｎは、５０００Ａ以上とならない。一方、超電導層１２Ａ，１２Ｂの双方を選択すると、臨界電流Ｉｃｒｅｔｕｒｎ（ここでは合計値）は、３０００Ａ＋４０００Ａ＝７０００Ａとなり、測定対象の臨界電流Ｉｃｇｏ：５０００Ａ以上となる。そこで、この例では、超電導層１２Ａ，１２Ｂの双方を選択する。
　次に、測定対象の超電導層１２Ｃを往路とし、上記選択した超電導層１２Ａ，１２Ｂの双方を復路とする往復通電路を構築する。具体的には、図１に示すようにケーブルコアの両端側をそれぞれ段剥ぎして、各超電導層１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃを露出させておく。そして、同軸超電導ケーブル１の一端部（図１では右側）において、超電導層１２Ａ，１２Ｂを電気的に接続すると共に、超電導層１２Ａ，１２Ｂの双方と測定対象の超電導層１２Ｃとを電気的に接続する。この接続には、リード部材２１０，２１１が利用できる。ここでは、リード部材２１０によって超電導層１２Ａ，１２Ｂを接続し、リード部材２１１によって超電導層１２Ｃとリード部材２１０とを接続している。リード部材２１０，２１１、及び後述するリード部材２２０，２２１は、銅や銅合金などの常電導材料からなる部材、その他、上述の超電導線材を適宜組み合せた部材が挙げられる。たとえば、超電導ケーブル１の両端には終端接続部（端末容器）が接続され、超電導層１２Ａ、超電導層１２Ｂおよび超電導層１２Ｃは、それぞれ異なる電流リードで低温部から常温部に引き出されても構わない。たとえば、超電導層１２Ａと超電導層１２Ｂとの接続は、常温部にある電流リード先端同士を銅バーで接続することにより行われても構わない。
　次に、同軸超電導ケーブル１の他端部（図１では左側）において、往路及び復路に直流電源２００を接続して、構築した往復通電路に往復通電を行えるようにする。ここでは、復路とする超電導層１２Ａ，１２Ｂの双方をリード部材２２０によって電気的に接続すると共に、往路とする超電導層１２Ｃにリード部材２２１を接続し、リード部材２２０，２２１に直流電源２００を接続している。
　直流電源２００は、市販品を利用することができる。直流電源２００として、通電の変化速度の制御が可能な機構を具えるものを利用したり、変化速度を制御可能な市販のスイーパ装置（図示せず）を直流電源２００に併設させたりすることができる。また、直流電源２００からの測定データ（主として通電電流）を記録する記憶手段を具える記録装置を直流電源２００に接続すると、作業者が測定結果を把握し易い。
　その他、ここでは、超電導層１２Ａ，１２Ｂの端部と超電導層１２Ｃの端部間の電圧を測定する測定手段（図示せず）をケーブルコア１０の端部に取り付ける。この測定データの記憶手段や記録装置なども、ケーブルコア１０の端部に取り付けると、作業者が測定結果を把握し易い。
　上述のような測定システムを構築したら、直流電源２００によって、往路：超電導層１２Ｃと復路：超電導層１２Ａ，１２Ｂとからなる往復通電路に、一定の変化速度で直流電流を供給して、往路の臨界電流を測定する。直流電流は、リード部２２１から超電導層１２Ｃを経て、更にリード部材２１１を介してリード部材２１０で分岐されて超電導層１２Ａ，１２Ｂを流れる。理想的には、超電導層１２Ａ，１２Ｂのそれぞれに、同じ大きさの電流が流れる（通電した電流の１／２ずつが流れる）ことが好ましい。超電導層１２Ａ，１２Ｂを経た分流電流は、直流電源２００側においてリード部２２０を経て合わせられる。
　ここでは、超電導層１２Ｃの臨界電流は、超電導層１２Ｃと、超電導層１２Ａ，１２Ｂとの間の電圧信号（電位差）を測定して、電流と電圧との関係を求め、得られた電流－電圧特性から１μＶ／ｃｍ（＝０．１ｍＶ／ｍ）の電界が生じた電流を求め、この電流とする。
　上述のように、同軸超電導ケーブルに具える複数の超電導層のうち、一つの超電導層の臨界電流を測定するにあたり、別の超電導層を利用して往復送電路を構築することで、長尺なリード部材が不要であるため、長尺なリード部材に発生する電圧を保証するための大容量の電源を使用する必要がない。従って、実施形態１では、小容量の電源を利用して、測定対象とする超電導層の臨界電流を簡便に測定することができる。特に、実施形態１では、往路とする測定対象の超電導層１２Ｃにおける臨界電流の設計値Ｉｃｇｏ以上となるように、復路とする超電導層を選択していることで、復路とする超電導層に流れる電流は、当該超電導層の臨界電流の設計値を超えない（復路に通電可能な電流値以下となる）。そのため、実施形態１では、臨界電流を測定するのために通電電流値を十分に大きくすることができ、測定対象の臨界電流を確実に測定することができる。また、任意の超電導層を測定対象とした場合にも、全ての超電導層の臨界電流を測定することができる。
　更に、この例では、測定対象の超電導層が外周側に位置し、復路とする超電導層が内周側に位置するものの、複数の超電導層によって復路を構築することで、復路における臨界電流の設計値の合計値を臨界電流の設計値Ｉｃｇｏ以上にすることができる。従って、実施形態１では、測定対象の臨界電流を確実に測定できる。
　加えて、この例では、復路を複数の超電導層によって構築することで、当該複数の超電導層に電流が分岐して、復路に実質的に電圧が生じない。そのため、実施形態１では、往路とする測定対象の超電導層の電圧を適切に測定できることから、臨界電流を精度よく測定することができる。
　（変形例１）
　上述のＲＥ系薄膜線材やＢｉ系線材はいずれも、その表面に対して垂直に磁場が印加されると（超電導線材の厚さ方向に磁場が印加されると）、その表面に平行に磁場が印加される場合に比べて、臨界電流が低下する傾向にある。従って、実施形態１のように、ケーブルコア１０の外周側に位置する超電導層１２Ｃを測定対象及び往路とし、内周側に位置する超電導層１２Ａ，１２Ｂを復路とする場合、復路とする超電導層１２Ａ，１２Ｂが形成する磁場による臨界電流の低下分を補正すると、臨界電流を更に精度よく測定することができる。
　（変形例２）
　実施形態１では、超電導層１２Ｃを測定対象としたが、超電導層１２Ａ又は超電導層１２Ｂの臨界電流も勿論測定することができる。上述のように超電導層１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃにおける臨界電流の設計値をそれぞれ順に、３０００Ａ，４０００Ａ，５０００Ａとするときに、超電導層１２Ａを測定対象とする場合、復路には、例えば、超電導層１２Ｂを利用することができる。この場合、同軸超電導ケーブル１の一端側で、超電導層１２Ａ，１２Ｂをリード部材によって電気的に接続し、他端側で、リード部材を適宜介して超電導層１２Ａ，１２Ｂに直流電源２００を接続するとよい。超電導層１２Ｂを測定対象とする場合、復路には、超電導層１２Ｃを利用することができる。この場合、同軸超電導ケーブル１の一端側で、超電導層１２Ｂ，１２Ｃをリード部材によって電気的に接続し、他端側で、リード部材を適宜介して超電導層１２Ｂ，１２Ｃに直流電源２００を接続するとよい。
　上記いずれの場合も、復路とする超電導層における臨界電流の設計値は、往路とする測定対象の超電導層における臨界電流の設計値よりも十分に大きい。従って、超電導層１２Ａの臨界電流、超電導層１２Ｂの臨界電流のいずれも精度よく測定することができる。
　なお、測定対象とする超電導層の臨界電流Ｉｃｇｏと、別の超電導層の臨界電流の設計値に大きな差がない場合には、任意の超電導層を復路に利用することができる。
　（実施形態２）
　実施形態１では、測定対象の超電導ケーブルとして単心ケーブルを説明したが、一つの断熱管内に複数のケーブルコア（実施形態１で説明した構成のもの）を具える多心ケーブルにも、本発明測定方法を利用することができる。この場合、多心同軸超電導ケーブルに具える任意のケーブルコアについて、任意の超電導層を測定対象及び往路とし、同じケーブルコアに具える少なくとも一つの別の超電導層を復路とすることができる（但し、復路には、臨界電流Ｉｃｇｏ≦臨界電流Ｉｃｒｅｔｕｒｎ（複数層の場合には合計値）を満たす超電導層を選択する）。
　或いは、多心同軸超電導ケーブルに具える任意のケーブルコアについて、任意の超電導層を測定対象及び往路とし、別のケーブルコアに具える少なくとも一つの超電導層を復路としたり、同じケーブルコアに具える少なくとも一つの別の超電導層と別のケーブルコアに具える少なくとも一つの超電導層との双方を復路としたりすることができる（但し、復路には、臨界電流Ｉｃｇｏ≦臨界電流Ｉｃｒｅｔｕｒｎ（複数層の場合には合計値）を満たす超電導層を選択する）。
　上述のようにこの形態は、復路とする超電導層の選択の自由度が大きく、任意の超電導層の臨界電流を測定することができる。
　本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、一つのケーブルコアに具える超電導層の数、一つの断熱管に具えるケーブルコアの数などを変更することができる。
　本発明超電導ケーブルの臨界電流測定方法は、布設後の超電導ケーブルの竣工試験を行う場合などで臨界電流を測定する際に好適に利用することができる。測定対象には、多相交流用超電導ケーブルの他、直流用超電導ケーブルとすることができる。
　１　同軸超電導ケーブル　１０　ケーブルコア　１１　フォーマ　１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ　超電導層　１３ａ，１３ｂ，１３ｃ　電気絶縁層　１４　シールド層　１５　保護層　１０１　断熱管　１０１ｉ　内管　１０１ｏ　外管　１０２　防食層　１０３　冷媒　２１０，２１１，２２０，２２１　リード部材　２００　直流電源。

Claims (5)

  1. 　複数の超電導層が同軸状に配置されたケーブルコアを具える同軸超電導ケーブルの臨界電流測定であって、
    　測定対象とする一つの超電導層の臨界電流を測定するときに、測定対象とする超電導層を除く複数の超電導層から、少なくとも一つの超電導層を選択し、この選択は、前記選択した超電導層における臨界電流の設計値が、測定対象の超電導層における臨界電流の設計値以上となるように行い、
    　前記同軸超電導ケーブルの一端側において、前記測定対象の超電導層と選択した超電導層とを電気的に接続して、前記測定対象の超電導層を往路とし、前記選択した超電導層を復路とする往復通電路を構築し、
    　前記同軸超電導ケーブルの他端側において、往路とする前記測定対象の超電導層と、復路とする前記選択した超電導層とに直流電源を接続して前記往復通電路に直流電流を通電して、前記測定対象の超電導層の臨界電流を測定することを特徴とする超電導ケーブルの臨界電流測定方法。
  2. 　前記復路は、複数の超電導層とすることを特徴とする請求項１に記載の超電導ケーブルの臨界電流測定方法。
  3. 　前記選択した超電導層における臨界電流の設計値は、前記複数の超電導層の各々の臨界電流の設計値の合計値であることを特徴とする請求項２に記載の超電導ケーブルの臨界電流測定方法。
  4. 　往路とする前記測定対象の超電導層と、復路とする前記選択した超電導層とは、同一のケーブルコアに具えられ、
    　前記復路は、前記測定対象の超電導層よりも内周側に位置する複数の超電導層を含むことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の超電導ケーブルの臨界電流測定方法。
  5. 　前記同軸超電導ケーブルは、複数のケーブルコアが一つの断熱管に収納された多心ケーブルであり、
    　往路とする前記測定対象の超電導層を具えるケーブルコアと、復路とする前記選択した超電導層を具えるケーブルコアとが異なることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の超電導ケーブルの臨界電流測定方法。
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