JP4114120B2 - 高温超電導導体 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、高温超電導ケーブルの導体構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、高温超電導ケーブルの導体としては、アスペクト比の高い例えばセラミック系高温超電導線材を集合して巻心上にスパイラル状に配置し、多層化して所望の電流容量を得る構造が採用されている。
【0003】
上記高温超電導導体において、交流通電時の損失を低減する目的で、例えば図1に示すように、各層の高温超電導線材の巻層2A,2B間を渡って流れる渦電流のパスを、各層間にプラスチック、絶縁紙等の絶縁シート3'A、3'Bを介在させることによって切る構造が提案されている(特開平6−249279号公報)。
図面において、1はフォーマで高温超電導線材を集合してスパイラル状に巻付ける巻心の役割をなすとともに、上記高温超電導線材を冷却する液体窒素等の冷媒を流す冷媒管の役目を担い、金属スパイラル管、銅管等が用いられる。又4は内部半導層、5は電気絶縁層、6は外部半導電層である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、各層の高温超電導線材の巻層間に絶縁シートを介在させた層間絶縁を施した多層構造の高温超電導導体は、屈曲等により万が一高温超電導線材の一部が断線した場合、断片となった高温超電導線材は浮遊電極となって導体内部で放電が生じ、上記線材を損傷するおそれがある。
【0005】
上述のように、各層の高温超電導線材の巻層は交流損失低減を目的として、各層間に介在させた絶縁シートにより層間をまたがって流れる渦電流のパスを切断しており、上記各層の高温超電導線材は中間接続部(約100m毎)及び終端接続部のみにおいて互いに電気的に接続されている。
これを図1に示す2層構造の高温超電導導体について考えると、フォーマ、各層の高温超電導線材層及び内部半導電層は図2の等価回路となる。即ち、フォーマ1、各層の高温超電導線材層2A,2B及び内部半導電層4は抵抗とインピーダンスを有し、絶縁シート3'A,3'Bによる層間絶縁はコンデンサーとなる。
【0006】
ここで、例えば第1層の高温超電導線材層の第1層2Aの一部が断線したとすると、図3の等価回路となる。図3においてA部が断線個所である。断線長をLとするとA部が等電位の浮遊電極となる。一方、フォーマ1、高温超電導線材層の第2層2Bには電流が流れるために、インピーダンスにより電圧降下が生じる。即ち、断線長Lが長くなる程、上記断線個所A部との電位差が大きくなり、放電が生じる可能性が大きくなる。放電が生じることにより健全な第2層の高温超電導線材層2Bも性能が劣化し、断線に至る危険性が生じる。
【0007】
以上説明したように、多層構造の高温超電導導体においては、
▲1▼交流通電時の損失低減のためには、各層の高温超電導線材の層間を絶縁する必要がある。
▲2▼層間を絶縁することにより、高温超電導線材の一部が断線した場合、放電を生ずる可能性がある。
という層間絶縁の相反する利点と欠点がある。
【0008】
このような相反する利点と欠点について検討を加えた結果、
▲1▼において、層間絶縁の目的は、上下層にわたって流れる渦電流のパスを切ることにある。しかし、この目的のためには絶縁性でなくても層間に高抵抗を介在させてもよい。
▲2▼の放電の問題は上下層に電位差が生ずるために発生するものであり、断線が生じても各層の高温超電導線材層間に電位差が生じないようにすればよい。
との結論に達した。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は上述の結論に基づきなされたもので、その特徴は、積層構造の高超電導導体において、各層の高温超電導線材層の層間に、絶縁シートの少なくとも片面に金属を蒸着した半導電性シートを介在させた高温超電導導体にある。
【0010】
【発明の実施の形態】
図1は積層構造の高温超電導導体の構成図である。
図面において、1は金属スパイラル管又は銅パイプ等により構成されたフォーマで、その上に高温超電導線材2A,2Bをスパイラル状に巻付ける巻心の役割をなすとともに、内部に高温超電導線材層2A,2Bを冷却する液体窒素等の冷媒を流す冷媒管の役目を担っている。2A,2Bは例えばセラミック系高温超電導線材を集合してスパイラル状に配置し、多層化した高温超電導線材層、3A,3Bは上記フォーマ1及び高温超電導線材層2A,2Bの層間に介在させた半導電性シート、4は内部半導電層、5は電気絶縁層、6は外部半導電層である。
【0011】
上記半導電性シート3A,3Bは、例えばクラフト紙やポリエチレン、ポリプロピレン等の絶縁フィルムの片面又は両面に銅、アルミ等の金属を蒸着したシートが用いられる。このような半導電性シートの固有抵抗ρは10−1≦ρ≦108Ωcmの範囲が望ましい。ρが上記範囲を超えるときは絶縁シートに近くなり、上述のような放電の問題が生じ、上記範囲に満たない場合は導電性となり、交流通電時の損失低減の効果が失われる。
【0012】
上述のように、高温超電導線材層の層間に金属を蒸着した半導電性シートを介在させて高温超電導導体を構成することにより、高温超電導線材層の相互間は電気絶縁された状態となり、各層間の電流の乗り移りを防止でき交流通電時の損失低減が可能となる。又各層間の電気絶縁を維持した状態で各層間における長手方向の導通状態を維持することが出来、各層を構成する高温超電導線材層の一部が断線しても、断線部の高温超電導線材の電位を周囲の高温超電導線材と同電位に保持することができ、電位差による放電の発生を抑制することができる。
【0013】
又本発明の高温超電導導体は高温超電導ケーブルの導体として、製造、布設、冷却等の工程で印加される機械的応力に耐える必要がある。一方、高温超電導線材はセラミックを主材料としており、張力、曲げにより断線、性能劣化が生じやすい材料である。これに対して本発明の高温超電導導体では、高温超電導線材をスパイラル状に巻付けることにより、上記の機械的応力が印可されたとき、各層線材が滑ることによりスパイラルピッチが変化して各層に印加される機械的応力を低減する。このとき、高温超電導線材層間に金属蒸着半導電性シートを介在させていることにより、滑り摩擦係数を低減することができ、高温超電導線材が受ける機械的応力を低減でき、線材の断線、劣化を抑制効果があり、さらに半導電性シートのクッション効果により線材が受ける径方向の応力をも低減する効果ががある。
【0014】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の高温超電導導体によれば、高温超電導線材の層間に金属を蒸着した半導電性シートを介在させることにより、交流損失の低減に不可欠な各層間の渦電流パスの切断を実現し、かつ、万一超高温電導線材の一部が断線しても断線部の電位を周囲の高温超電導線材と同電位に維持し、放電を防止する効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】積層構造の高温超電導導体の構成図である。
【図2】高温超電導導体の線材の層間に絶縁シートを介在させた等価回路図である。
【図3】図2において高温超電導線材の一部が断線したときの等価回路図である。
【符号の説明】
1 フォーマ 2A,2B 高温超電導線材層
3A,3B 半導電性シート 4 内部半導電層 5 電気絶縁層
6 外部半導電層
Claims (2)
- 高温超電導ケーブルに用いられる積層構造の高温超電導導体において、各層の高温超電導線材層の層間に、絶縁シートの少なくとも片面に金属を蒸着した半導電性シートを介在させたことを特徴とする高温超電導導体。
- 上記半導電性シートの固有抵抗ρが10−1≦ρ≦108Ωcmであることを特徴とする請求項1記載の高温超電導導体。
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