JP6401489B2 - Superconducting cable and superconducting equipment - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、超電導ケーブル、及び超電導機器に関する。 Embodiments described herein relate generally to a superconducting cable and a superconducting device.
超電導ケーブルは、電力需要の増大する地域における送電線容量不足の解消を図るとともに、電力送電時の損失低減を図ることができる技術として注目されている。超電導ケーブルとして、酸化物超電導導体を線材に加工したものをフォーマの周囲に螺旋巻きして構成された物が知られている。このような超電導ケーブルでは、酸化物超電導体からなる線材(酸化物超電導線材)が、絶縁層を介し多層に巻きつけられている。 Superconducting cables are attracting attention as a technology that can solve the shortage of transmission line capacity in areas where power demand increases and can reduce loss during power transmission. As a superconducting cable, a superconducting cable is known in which an oxide superconducting conductor processed into a wire is spirally wound around a former. In such a superconducting cable, a wire made of an oxide superconductor (oxide superconducting wire) is wound in multiple layers via an insulating layer.
上述の超電導ケーブルにおいては、超電導導体の層間のインピーダンスの相違により、各層を流れる電流値が均一ではなくなる偏流現象が起こりやすい。即ち、超電導ケーブルの内周の超電導層ほど電流密度が小さく、外周の超電導層ほど電流密度が大きくなりやすい。偏流現象が生じると交流損失が増大するため、偏流を抑制するための様々な研究がなされている(例えば、特許文献1)。 In the above-described superconducting cable, a drift phenomenon in which the current value flowing through each layer is not uniform easily occurs due to the difference in impedance between the layers of the superconducting conductor. That is, the current density is smaller in the superconducting layer on the inner circumference of the superconducting cable, and the current density tends to be larger in the outer superconducting layer. Since AC loss increases when a drift phenomenon occurs, various studies have been made to suppress the drift (for example, Patent Document 1).
超電導ケーブルは、層間の偏流のみならず、同一の層内の超電導線材同士においても偏った電流が流れることがある。同一の層内において、流れる電流が異なると、特定の線材に電流負荷が高まり発熱のリスクが高まるのみならず、周囲の磁場状態が不安定となり交流損失が増大するという問題があった。このような問題に対処するために、特許文献2には、同一層の超電導導体同士を短絡部で短絡する構造が開示されている。このような構造とすることで、層内の電流を短絡部で均一に配分させる。
In the superconducting cable, a biased current may flow not only between layers but also between superconducting wires in the same layer. If the flowing currents are different in the same layer, there is a problem that not only the current load increases on a specific wire and the risk of heat generation increases, but also the surrounding magnetic field state becomes unstable and AC loss increases. In order to deal with such a problem,
しかしながら、特許文献2の短絡部は、同一層の超電導線材同士の間を埋め込むように形成されている。このように超電導線材同士を埋め込むために、短絡部は半田を用いることが一般的であるが、短絡部が硬くなり曲げによって破損する虞がある。加えて、超電導線材同士を半田で接続しようとすると、隣り合う超電導導体同士の距離に依存する抵抗が発生する。隣り合う超電導導体同士の距離は完全には一致しないため、これに起因して各超電導導体同士の間で完全に均流化されないという問題がある。
However, the short circuit part of
本発明は、以上のような従来の実情に鑑みなされたものであり、同一層内の超電導導体に流れる電流を均流化した超電導ケーブルの提供を目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described conventional situation, and an object of the present invention is to provide a superconducting cable in which the current flowing through the superconducting conductor in the same layer is leveled.
本発明の超電導ケーブルは、芯材と、前記芯材よりも外周側に螺旋状に巻き付けられ超電導線材からなる線材層を構成する複数本のテープ状の超電導線材と、前記線材層を構成する前記超電導線材同士を短絡する短絡超電導線材と、を有する。
この構成によれば、同一層内に配される超電導線材同士を短絡超電導線材で短絡することで、各々の超電導線材に流れる電流を均一にできる。これにより、同一層内における一部の超電導線材に集中して電流が流れることを防ぎ、この超電導線材に流れる電流が臨界電流値を超えてしまうリスクを低減できる。加えて、超電導ケーブルの周囲には設計通りの磁場が形成されて、交流損失を低減できる。
上記超電導ケーブルにおいて、前記短絡超電導線材は、テープ状であってもよい。
上記超電導ケーブルにおいて、前記短絡超電導線材は、前記超電導線材と同じ層構造であってもよい。
The superconducting cable of the present invention includes a core material, a plurality of tape-shaped superconducting wires that form a wire layer made of a superconducting wire spirally wound around an outer peripheral side of the core material, and the wire layer It has a short-circuit superconducting wire you short superconducting wires to each other, the.
According to this configuration, the current flowing in each superconducting wire can be made uniform by short-circuiting the superconducting wires arranged in the same layer with the short-circuiting superconducting wire. Thereby, it is possible to prevent the current from concentrating on a part of the superconducting wires in the same layer, and to reduce the risk that the current flowing through the superconducting wire exceeds the critical current value. In addition, a designed magnetic field is formed around the superconducting cable, and AC loss can be reduced.
In the superconducting cable, the short-circuit superconducting wire may be in a tape shape.
In the superconducting cable, the short-circuit superconducting wire may have the same layer structure as the superconducting wire.
上記超電導ケーブルにおいて、前記短絡超電導線材は、前記線材層の周囲に半田を介して1周以上巻きつけられていても良い。
この構成によれば、短絡超電導線材が同一層内の超電導線材同士を電気的に接続できる。また、短絡超電導線材を同一層内の超電導線材の周囲に半田を介して接合することで、短絡超電導線材と超電導線材との接合は、略密着して行われるため、半田による接続抵抗のばらつきを低減して、各超電導線材に流れる電流のばらつきを低減できる。
In the superconducting cable, the short-circuit superconducting wire may be wound around the wire layer by one or more turns via solder.
According to this configuration, the superconducting wires can be electrically connected to each other in the same layer. Also, by joining the short-circuit superconducting wire around the superconducting wire in the same layer via solder, the connection between the short-circuit superconducting wire and the superconducting wire is performed in close contact with each other. It is possible to reduce the variation in current flowing through each superconducting wire.
上記超電導ケーブルにおいて、前記短絡超電導線材が、超電導ケーブル端部に配置されていても良い。
ケーブル端部に短絡超電導線材を形成することで、超電導ケーブルの全体に亘って、一部の超電導線材に集中して電流が流れることを抑制できる。加えて、このような短絡超電導線材は、超電導ケーブルと発電装置と接続する際に形成できる。即ち、超電導ケーブルの中程に設ける場合と比較して、容易に形成することが可能であり、安定した性能を発揮する短絡部を形成できる。
In the superconducting cable, the short-circuit superconducting wire may be disposed at the end of the superconducting cable.
By forming the short-circuit superconducting wire at the end of the cable, it is possible to suppress the current from concentrating on a part of the superconducting wire over the entire superconducting cable. In addition, such a short-circuit superconducting wire can be formed when connecting the superconducting cable and the power generator. That is, as compared with the case where it is provided in the middle of the superconducting cable, it can be easily formed, and a short-circuit portion that exhibits stable performance can be formed.
上記超電導ケーブルにおいて、超電導ケーブルの長手方向に複数配置される前記短絡超電導線材の間隔が、超電導ケーブルが1μV/cmに相当する電圧降下を示す長さ以下であっても良い。
この構成によれば、超電導ケーブルに交流電流を流した場合において、超電導ケーブルの超電導線材が臨界電流値を超えず安定して電力を供給できる。
In the superconducting cable, the interval between the short-circuited superconducting wires arranged in the longitudinal direction of the superconducting cable may be equal to or shorter than the length at which the superconducting cable exhibits a voltage drop corresponding to 1 μV / cm.
According to this configuration, when an alternating current is passed through the superconducting cable, the superconducting wire of the superconducting cable can stably supply power without exceeding the critical current value.
上記超電導ケーブルにおいて、前記短絡超電導線材の臨界電流値が、前記線材層を構成する複数本のテープ状の超電導線材の臨界電流値の平均値と最小値との差より大きくても良い。
この構成によれば、短絡超電導線材の臨界電流値を上述のように設定することで、同一層内の超電導線材に臨界電流値が低い線材があった場合において、短絡超電導線材をバイパスとして他の線材に電流を割り振ることができる。これにより、超電導線材に臨界電流値を超えて電流が流れることがなく、超電導線材の焼損を防止できる。
In the above superconducting cable, the critical current value of the short-circuit superconducting wire may be larger than the difference between the average value and the minimum value of the critical current values of the plurality of tape-shaped superconducting wires constituting the wire layer.
According to this configuration, by setting the critical current value of the short-circuit superconducting wire as described above, when there is a wire having a low critical current value in the superconducting wire in the same layer, the short-circuit superconducting wire is used as a bypass. Current can be assigned to the wire. Thereby, a current does not flow beyond the critical current value in the superconducting wire, and burning of the superconducting wire can be prevented.
上記超電導ケーブルにおいて、前記芯材の周囲に螺旋状に巻き付けられた複数本のテープ状の第1の超電導線材からなる第1の線材層と、前記第1の超電導線材同士を短絡する第1の短絡超電導線材と、前記第1の線材層の外周側に設けられた絶縁層と、前記絶縁層の周囲に螺旋状に巻き付けられた複数本のテープ状の第2の超電導線材からなる第2の線材層と、前記第2の超電導線材同士を短絡する第2の短絡超電導線材と、を有し、前記第1の短絡超電導線材と前記第2の短絡超電導線材とは、超電導ケーブルの長さ方向において異なる位置に設けられていても良い。
この構成によれば、第1の短絡超電導線材と前記第2の短絡超電導線材とが超電導ケーブルの長さ方向に異なる位置とすることですることで、超電導ケーブルの外径が大きくなることを抑制できる。
In the superconducting cable, a first wire layer made of a plurality of tape-shaped first superconducting wires wound spirally around the core material and a first short circuit between the first superconducting wires. A second circuit comprising a short-circuit superconducting wire, an insulating layer provided on the outer peripheral side of the first wire layer, and a plurality of tape-like second superconducting wires wound spirally around the insulating layer. A wire layer; and a second short-circuited superconducting wire that short-circuits the second superconducting wires, wherein the first short-circuited superconducting wire and the second short-circuited superconducting wire are in the length direction of the superconducting cable. May be provided at different positions.
According to this configuration, the first short-circuited superconducting wire and the second short-circuited superconducting wire are located at different positions in the length direction of the superconducting cable, thereby suppressing an increase in the outer diameter of the superconducting cable. it can.
また、一実施形態の超電導機器は、コイル芯と、前記コイル芯の周囲に、並行に巻きつけられ並列接続される複数のテープ状の超電導線材と、を備え、前記複数の超電導線材同士を短絡する短絡超電導線材と、を有する。
この構成によれば、並行にコイル巻きされる複数の超電導線材に電流を割り振って流すことができる。したがって、交流損失が少なく安定した性能を発揮する超電導機器を構成できる。
上記超電導機器において、前記短絡超電導線材は、テープ状であってもよい。
上記超電導機器において、前記短絡超電導線材は、前記超電導線材と同じ層構造であってもよい。
The superconducting device according to an embodiment includes a coil core and a plurality of tape-shaped superconducting wires wound in parallel around the coil core and connected in parallel, and the plurality of superconducting wires are short-circuited to each other. has a short-circuit superconducting wire you, the.
According to this configuration, a current can be allocated and flowed to a plurality of superconducting wires that are coiled in parallel. Therefore, it is possible to configure a superconducting device that exhibits stable performance with little AC loss.
In the superconducting device, the short-circuit superconducting wire may have a tape shape.
In the superconducting device, the short-circuit superconducting wire may have the same layer structure as the superconducting wire.
本発明によれば、同一層内に配される超電導線材同士を短絡超電導線材で短絡することで、各々の超電導線材に流れる電流を割り振ることができる。これにより、同一層内における一部の超電導線材に集中して電流が流れることを防ぎ、この超電導線材に流れる電流が臨界電流値を超えてしまうリスクを低減できる。加えて、超電導ケーブルの周囲には設計通りの磁場が形成されて、交流損失を低減できる。 According to the present invention, the current flowing through each superconducting wire can be allocated by short-circuiting the superconducting wires disposed in the same layer with the short-circuiting superconducting wire. Thereby, it is possible to prevent the current from concentrating on a part of the superconducting wires in the same layer, and to reduce the risk that the current flowing through the superconducting wire exceeds the critical current value. In addition, a designed magnetic field is formed around the superconducting cable, and AC loss can be reduced.
以下、本発明に係る酸化物超電導線材の実施形態について図面に基づいて説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。 Hereinafter, embodiments of an oxide superconducting wire according to the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, in the drawings used in the following description, in order to make the features easy to understand, there are cases where the portions that become the features are enlarged for the sake of convenience, and the dimensional ratios of the respective components are not always the same as the actual ones. Absent.
<第1実施形態>
図1に第1実施形態としての超電導ケーブル1の部分断面略図を示す。
超電導ケーブル1は、ケーブルコア85と、このケーブルコア85を収納する金属製の断熱二重管84とを有している。
断熱二重管84は、可撓性を有する。また、断熱二重管84は、内管84aと外管84cを有し、内管84aと外管84cの間には、真空断熱層84bが形成されており、外部からの熱の影響を排除する構造となっている。内管84aの内部には、冷媒流通用の間隙87をあけてケーブルコア85が収容されている。
<First Embodiment>
FIG. 1 shows a partial cross-sectional schematic view of a
The
The heat insulating
ケーブルコア85は、複数層構造を有しており、内側から順にフォーマ(芯材)81と、第1線材層6と、絶縁層82と、第2線材層7と、ケーブル安定化層86と、保護層83と、を有している。
フォーマ81は、金属製(例えば銅製)の撚線からなる。第1線材層6は、複数列のテープ状の超電導線材2がフォーマ81に螺旋状に巻きつけられて形成されている。第1線材層6の周囲には、絶縁層82が形成されており、絶縁層82の内側の層(第1線材層6)と外側の層(第2線材層7)とを絶縁している。第2線材層7は、第1線材層6と同様に、複数列のテープ状の超電導線材3が螺旋状に巻きつけられて形成されている。第2線材層7を構成する超電導線材3は、第1線材層6を構成する超電導線材2と同一の線材を用いても良く、また幅広のものを用いても良い。また、図1には、第1線材層6の超電導線材2と第2線材層7の超電導線材3との螺旋方向を一致させた例を示しているが、螺旋方向を互いに逆向きとしても良い。
ケーブル安定化層86は、導電性の金属からなり、ケーブルに流れる電流を安定化する役割を果たす。保護層83は、冷媒からケーブルコア85を保護する役割を果たす。
The
The former 81 is made of a stranded wire made of metal (for example, copper). The
The
本実施形態のテープ状の超電導線材2、3は、金属基材上に配向中間層、RE系超電導層、安定化層が形成されたRE123系酸化物超電導線材であり、その寸法は幅3〜10mm、厚さ0.5mm程度である。また、ビスマス系の多芯構造の酸化物超電導線材を適用することもできる。
超電導線材2、3は、超電導ケーブル1において、内側に金属基材が配置され外側に安定化層が配置されるように螺旋巻きされている。
The tape-shaped
The
本実施形態において、超電導線材2、3が螺旋状に巻きつけられて形成される線材層は、第1線材層6と第2線材層7との2層構造とされているが、これより多くの層を形成しても良い。また、第2線材層7の外周に絶縁層を介して超電導シールド層を形成しても良い。この場合超電導シールド層として、第1、第2線材層6、7の超電導線材2、3と同様の線材を、螺旋巻きして形成することができる。超電導シールド層を設けることで、超電導導体層に流れ得る電流によって発生する電磁界を打ち消して、電磁界による影響を超電導ケーブル1の外部に及ぼさないようにできる。
In the present embodiment, the wire layer formed by spirally winding the
第1線材層6の周囲には、第1短絡超電導線材4が巻きつけられて、第1短絡部10を形成している。
第1短絡超電導線材4は、その端部4a、4a同士が互いに突き合わされるように第1線材層6の周囲に巻きつけられている。第1短絡超電導線材4と、第1線材層6の超電導線材2とは、半田8を介して接続されている。
第1線材層6の超電導線材2は、内周側に基材、外周側に安定化層が配置されている。また、第1短絡超電導線材4は、第1線材層6の超電導線材2と同じ層構造及び幅の線材を用いることができ、安定化層側を内側にして巻きつけられている。第1短絡超電導線材4と超電導線材2とは、互いの安定化層同士が向き合って配置され、当該安定化層同士が半田8によって接合されている。
第1短絡部10において、第1線材層6を構成する複数の超電導線材2は、全て短絡されている。したがって、第1短絡部10は、並行して螺旋巻きされる複数の超電導線材2に流れる電流を均流化できる。
A first short-
The first short-
The
In the 1st
第2線材層7の周囲には、第2短絡超電導線材5が巻きつけられて、第2短絡部11を構成している。第2短絡部11は、第1短絡部10に対して超電導ケーブル1の長さ方向の位置をずらして形成されている。第1、第2短絡部10、11が形成された部分の超電導ケーブル1は、第1、第2短絡超電導線材4、5の厚みだけ外径が太くなる。第1、第2短絡部10、11を超電導ケーブル1の長さ方向にずらして(異なる位置に)配置することで、超電導ケーブル1の外径が極端に太くなることがない。
A second short-
第2短絡超電導線材5は、第2線材層7の超電導線材3と同様の層構造及び幅を有している。第2短絡超電導線材5は、その端部5a、5a同士が互いに突き合わされるように第2線材層7の周囲に巻きつけられている。第2短絡超電導線材5は、第2線材層7の超電導線材3と同じ層構造及び幅の線材を用いることができる。また、第2線材層7を構成する超電導線材3と第2短絡超電導線材5とは、互いの安定化層同士が半田8により接合されている。
第2短絡部11によって、第2線材層7を構成する超電導線材3は全て短絡されて、各超電導線材3に流れる電流は均流化される。
The second short-
All the superconducting wires 3 constituting the second
第1、第2短絡超電導線材4、5は、第1、第2線材層6、7の外周に半田8を介して接合されている。第1、第2短絡超電導線材4、5と超電導線材2、3との接合は、互いの線材同士が密着して行われる。したがって、半田8の厚みは非常に薄いもの(最大で数μm)となり、接続抵抗を低減することができる。さらに、線材同士を密着させているため、半田8の厚みは均一となり接続抵抗のばらつきを低減できる。加えて、半田8による接続抵抗が小さいために、接続抵抗のばらつきによる各線材に流れる電流の差は殆ど生じない。
The first and second short-
また、第1短絡超電導線材4は、第1線材層6を構成する複数の超電導線材2の中に、臨界電流値が低い線材がある場合、この線材の臨界電流値を超える電流を他の線材に振り分けて流すことができる。
第1短絡超電導線材4は、複数の超電導線材2に同じ電圧を加え各線材に均等に電流を流す。しかしながら、第1線材層6を構成する超電導線材2の臨界電流値にばらつきがある場合は、均等に流された電流値が、最も臨界電流値が低い超電導線材2の臨界電流値を上回ることがある。このとき、第1短絡超電導線材4を介して、この上回った電流を他の線材に振り分けて流すことができる。したがって、超電導線材2に臨界電流値を超える電流が流れようとすることがなく、超電導線材2の焼損を防止できる。
Moreover, the 1st short
The first short-
第1短絡超電導線材4の臨界電流値IcSは、第1線材層6を構成する複数の超電導線材2の臨界電流値の平均値IcAVEと、最小値IcMINの差より大きくすることが好ましい。
即ち、以下の式に従うように第1短絡超電導線材4の臨界電流値IcSを構成することが好ましい。
IcS>IcAVE−IcMIN
The critical current value Ic S of the first short-
That is, it is preferable to configure the critical current value Ic S of the first short-
Ic S > Ic AVE -Ic MIN
第1線材層6を構成する複数の超電導線材2の中に、臨界電流値が低い線材がある場合、この線材によって流すことができない電流を第1短絡超電導線材4が他の超電導線材に振り分けて流させる。第1線材層6を構成する超電導線材の中で、最も臨界電流値の低い超電導線材の臨界電流値をIcMINとすると、この線材に流れる電流値が臨界電流値IcMINに達すると、第1短絡部10を経由して他の超電導線材に電流を流す。第1短絡部10の第1短絡超電導線材4の臨界電流値IcSは、最も臨界電流値の低い線材の臨界電流値IcMINと、そのほかの線材の臨界電流値の平均値IcAVEとの差以上の臨界電流値であれば、このように他の線材に電流をバイパスすることができる。
したがって、第1短絡超電導線材4の臨界電流値IcSは、IcAVE−IcMIN以上であることが好ましい。
When there is a wire having a low critical current value among the plurality of
Therefore, the critical current value Ic S of the first short-
同様に、第2短絡超電導線材5は、第2線材層7を構成する複数の超電導線材3の中に、臨界電流値が低い線材がある場合、この線材の臨界電流値を超える電流を他の線材に振り分けて流すことができる。第2短絡超電導線材5の臨界電流値は、第1短絡超電導線材4と同様に、第2線材層7を構成する複数の超電導線材3の平均と最小値の差より大きくすることが好ましい。
Similarly, when the second short-
第1、第2短絡部10、11は、超電導ケーブル1の端部に設けられていることが好ましい。
超電導ケーブル1の端部は、例えば電力を供給する発電装置が接続されている。超電導ケーブル1の端部とこのような発電装置との接続は、発電装置から延びる端子との半田接合で行われる。端子との半田接合において、超電導ケーブル1の第1、第2線材層6、7を構成する超電導線材2、3に対して、同じ接続抵抗で接続することは困難である。したがって、第1線材層6を構成する複数の超電導線材2、並びに第2線材層7を構成する複数の超電導線材3は、それぞれ異なる接続抵抗によって、発電装置と接続される。超電導線材2、3は、低温において抵抗値が0となるため、わずかな接続抵抗の差によって、流れる電流が大きく変わってしまう。
超電導ケーブル1の端部に第1、第2短絡部10、11を設けることで、超電導ケーブル1の端部の接続抵抗に起因する電流値の差による影響を、超電導ケーブル1の全域に亘って排除できる。
The first and second short-
For example, a power generation device that supplies power is connected to the end of the
By providing the first and second short-
また、超電導ケーブル1は、発電装置などと接続する際に、図1に示すように端部の各層を露出させる。端部近傍は、第1、第2線材層6、7が露出した状態となるため、第1、第2短絡部10、11を容易に形成することができる。また、第1、第2短絡部10、11を形成するために、超電導ケーブル1の各層を露出させるなどの工程を特段行う必要がないため、安定した性能を発揮する短絡部を形成できる。
Further, when the
このような超電導ケーブル1は、直流、交流、何れの電流を流すケーブルとしても用いることができる。直流電流が流れる場合においては、第1、第2短絡部10、11は、超電導ケーブル1の端部以外にも、できるだけ多く(できるだけ短い間隔で)設けることが望ましい。第1、第2短絡部10、11をできるだけ多く設けることで、特定の超電導線材に集中して電流が流れることを抑制して、超電導線材が発熱するリスクを低くできる。
Such a
また、交流電流が流れる場合においては、第1、第2短絡部10、11は、超電導ケーブル1の端部以外に、超電導ケーブル1の電圧降下が臨界電流基準1μV/cmに達するより短い間隔で、形成されていることが好ましい。
超電導線材は、臨界温度以下で抵抗値がゼロであるため電圧は発生しない。しかしながら、流れる電流Iが臨界電流値Icに近づくと、V∝In(n値は定数)で表される電圧Vが発生する。一般的に酸化物超電導線材の臨界電流値Icの測定は、酸化物超電導線材に徐々に大きな電流を流していき1cmあたり1μVの電圧が発生する電流値を臨界電流値として判定している。即ち、電圧降下が臨界電流基準1μV/cmに達すると、臨界電流値Icとなり、超電導線材が発熱する虞がある。
したがって、電圧降下が臨界電流基準1μV/cmに達するより短い間隔で第1、第2短絡部10、11をそれぞれ設けることで、超電導線材が発熱するリスクを低減できる。
In addition, when an alternating current flows, the first and second short-
The superconducting wire does not generate voltage because its resistance value is zero below the critical temperature. However, when the flowing current I approaches the critical current value Ic, a voltage V represented by V∝I n (n value is a constant) is generated. In general, in the measurement of the critical current value Ic of an oxide superconducting wire, a large current is gradually passed through the oxide superconducting wire, and the current value at which a voltage of 1 μV per cm is generated is determined as the critical current value. That is, when the voltage drop reaches the critical
Therefore, the risk that the superconducting wire generates heat can be reduced by providing the first and second short-
一例として、超電導ケーブル1の第1線材層6を構成する超電導線材2のインダクタンスを10μH/mとして、周波数50Hz、100Aの交流電流を流す場合について説明する。この超電導線材2の電圧降下は、10μH/m×50Hz×100Aの計算式により50mVとなる。臨界電流基準1μV/cmを考慮すると、500m以下の間隔で第1短絡部10を形成することが望ましい。
なお、第2線材層7を構成する超電導線材3のインダクタンスは、第1線材層6の超電導線材2は略同じか若干小さくなる。第2線材層7には、第1線材層6と同じ電流を流すように構成されているため、第2線材層7においても同じ間隔で第2短絡部11を形成すればよい。
As an example, a case will be described in which the inductance of the
The inductance of the superconducting wire 3 constituting the
<変形例>
図2は、本実施形態の変形例の超電導ケーブル9の部分断面略図を示す。超電導ケーブル9は、上述の超電導ケーブル1と比較して、第1、第2短絡部10A、11Aの構成が異なる。
第1短絡部10Aの第1短絡超電導線材4Aは、その端部4Aa、4Aa同士が幅方向にオーバーラップするように1周以上巻きつけられている。同様に、第2短絡部11Aの第2短絡超電導線材5Aは、その端部5Aa、5Aa同士が幅方向にオーバーラップするように1周以上巻きつけられている。
このように、第1、第2短絡超電導線材4A、5Aを1周以上巻きつけて、確実に第1線材層6の超電導線材2同士、並びに第2線材層7の超電導線材3同士を短絡しても良い。また、第1、第2短絡超電導線材4A、5Aを2周、3周と巻きつけて、より確実に短絡を行っても良い。
<Modification>
FIG. 2 shows a partial cross-sectional schematic view of a
The first short-
In this way, the first and second short-
<第2実施形態>
図3に、第2実施形態としての超電導線材13の短絡構造14を示す。
短絡構造14は、並行して並ぶ複数のテープ状の超電導線材13と、これらの超電導線材13と直交する向きに跨って配置される短絡超電導線材12とを有している。複数の超電導線材13と短絡超電導線材12とは、半田8により接合されている。
Second Embodiment
In FIG. 3, the
The short-
超電導線材13及び短絡超電導線材12は、金属基材上に配向中間層、RE系超電導層、安定化層が形成されたRE123系酸化物超電導線材が適用できる。超電導線材13と短絡超電導線材12とは、互いの安定化層同士を向い合せて配置され、互いの安定化層同士が半田接合されている。
As the
短絡構造14は、並行して並ぶ複数の超電導線材13が短絡超電導線材12によって短絡されているため、複数の超電導線材13に電流を割り振って流すことができる。
このような短絡構造14を超電導機器に採用することで、例えば積層された複数のコイルに同電圧で電流を振り分けて流すことができる。超電導機器として超電導限流器を例示して、図4を基にこのような構造について説明を行う。
In the short-
By adopting such a short-
図4は、短絡構造14を備えた超電導限流器99である。
超電導限流器99は、超電導限流器用モジュール90を有している。この超電導限流器用モジュール90は、複数の超電導線材13がコイル芯15に並行して巻回されてなる超電導コイル90Aが積層された構造を有している。
超電導限流器用モジュール90は、液体窒素98が充填された液体窒素容器95に格納されている。さらに液体窒素容器95は、外部との熱を遮断する真空容器96の内部に格納されている。液体窒素容器95は、上部に、液体窒素充填部91と冷凍機93を有し、冷凍機93の下方には、熱アンカー92と熱板97が設けられている。
FIG. 4 shows a superconducting fault
The superconducting current limiting
The superconducting fault
この超電導限流器99は、外部電源(図示略)に接続するための電流リード部94A、94Bを有している。超電導限流器用モジュール90の外周側において、複数の超電導コイル90Aの超電導線材13の外周側端末が電流リード部94Aの端子94aにそれぞれ接続されている。また、超電導限流器用モジュール90の内周側において、複数の超電導コイル90Aの超電導線材13の内周側端末が電流リード部94Bの端子94bにそれぞれ接続されている。これにより、超電導限流器用モジュール90を構成する複数の超電導コイル90Aを電流リード部94A、94Bの間で並列に接続する。
短絡超電導線材12は、コイル芯15に並行に巻回された各超電導コイル90Aの超電導線材13を橋渡しするようにそれぞれ接続され、図3に示す短絡構造14を構成する。
電流リード部94Aから供給された電流は、端子94aを介して短絡超電導線材12に流れ、並行に巻きつけられた超電導線材13に均等に振り分けられる。したがって、各超電導コイル90Aに均一な電流を流すことができる。
なお、図4に示す超電導コイル90Aは、シングルパンケーキコイル、ダブルパンケーキコイル、無誘導巻きコイル等を適用できるが、特にこれらに限定されるものではない。
The superconducting fault
The short-
The current supplied from the
The
短絡構造14が採用できる超電導機器は、超電導限流器に限るものではない。超電導線材同士を並列に並べてコイル巻きした構造であれば、採用可能であり、その他にSMES(Superconducting Magnet Energy Storage:超電導磁気エネルギー貯蔵装置)などに適用可能である。
The superconducting device that can employ the short-
以上に、本発明の各実施形態を説明したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはない。 Each embodiment of the present invention has been described above, but each configuration and combination thereof in each embodiment is an example, and the addition, omission, replacement, and configuration of the configuration is within the scope of the present invention. Other changes are possible. Further, the present invention is not limited by the embodiment.
1、9…超電導ケーブル、2、3…超電導線材、4、4A…第1短絡超電導線材、4a、4Aa、5a、5Aa…端部、5、5A…第2短絡超電導線材、6…第1線材層、7…第2線材層、8…半田、10、10A…第1短絡部、11、11A…第2短絡部、12…短絡超電導線材、13…超電導線材、14…短絡構造、15…コイル芯、81…フォーマ(芯材)、82…絶縁層、83…保護層、84…断熱二重管、85…ケーブルコア、90…超電導限流器用モジュール、90A…超電導コイル、94…電流リード部、94a…端子、99…超電導限流器
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記芯材よりも外周側に螺旋状に巻き付けられ超電導線材からなる線材層を構成する複数本のテープ状の超電導線材と、
前記線材層を構成する前記超電導線材同士を短絡する短絡超電導線材と、を有し、
前記短絡超電導線材は、テープ状である超電導ケーブル。 A core material,
A plurality of tape-shaped superconducting wires that form a wire layer made of a superconducting wire spirally wound on the outer peripheral side of the core material;
Have a, a short-circuit superconducting wire shorting the superconducting wires that constitute the wire layer,
The short-circuit superconducting wire is a tape-shaped superconducting cable.
前記第1の超電導線材同士を短絡する第1の短絡超電導線材と、
前記第1の線材層の外周側に設けられた絶縁層と、
前記絶縁層の周囲に螺旋状に巻き付けられた複数本のテープ状の第2の超電導線材からなる第2の線材層と、
前記第2の超電導線材同士を短絡する第2の短絡超電導線材と、を有し、
前記第1の短絡超電導線材と前記第2の短絡超電導線材とは、超電導ケーブルの長さ方向において異なる位置に設けられている、請求項1〜6の何れか一項に記載の超電導ケーブル。 A first wire layer composed of a plurality of tape-shaped first superconducting wires wound spirally around the core;
A first short-circuit superconducting wire that short-circuits the first superconducting wires;
An insulating layer provided on the outer peripheral side of the first wire layer;
A second wire layer made of a plurality of tape-like second superconducting wires wound spirally around the insulating layer;
A second short-circuited superconducting wire that short-circuits the second superconducting wires,
The superconducting cable according to any one of claims 1 to 6 , wherein the first short-circuit superconducting wire and the second short-circuiting superconducting wire are provided at different positions in the length direction of the superconducting cable.
前記コイル芯の周囲に、並行に巻きつけられ並列接続される複数のテープ状の超電導線材と、を備え、
前記複数の超電導線材同士を短絡する短絡超電導線材と、を有し、
前記短絡超電導線材は、テープ状である超電導機器。 A coil core;
A plurality of tape-shaped superconducting wires that are wound in parallel and connected in parallel around the coil core,
Have a, a short-circuit superconducting wire shorting the plurality of superconducting wires to each other,
The short-circuit superconducting wire is a superconducting device having a tape shape .
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