JP7048771B2 - Temperature measurement system for high-temperature superconducting cables - Google Patents

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Description

本発明は、送電の応用技術分野に関し、特に、高温超伝導ケーブルの温度測定システムに関する。 The present invention relates to the field of applied technology for power transmission, and more particularly to a temperature measuring system for a high temperature superconducting cable.

本申請は、申請番号２０１９１００６２５５１．３、発明名称「高温超伝導ケーブルの温度測定システム」の中国特許申請における優先権を、２０１９年１月２３日に中国特許庁に提出しており、上述の特許文献の内容全てが本申請において引用され組み込まれている。 This application submitted to the Japan Patent Office on January 23, 2019 the priority in the Chinese patent application of application number 2009100261551.3. All content of the literature is cited and incorporated in this application.

中国経済が急速に発展するのに伴い、多くの都市での電力消費量は年々増加しており、都市の中心部における電力負荷は急激に増加し、送配電容量も大幅に増加しているため、いかに送電網の損失を減少させ、送電網の動作の安定性を向上させるかという課題が提示されている。現在の送電網システムは、送配電プロセスにおける損失が多いため、各国が送電網の損失を減少させるプランを探求している。そのうち、超伝導材料は、送電網の損失を減少させるための最も重要なプランの１つであり、高温超伝導テープの商業化生産によって、世界中の超伝導裝置の広範囲な研究と応用が促進されている。高温超伝導ケーブルは、従来の電力ケーブルに比べて、通流能力が高いとともに、容量が大きく、コンパクトな構造で、電磁放射汚染がないといった長所を備えるため広く注目されており、現在、世界中で、複数の高温超伝導ケーブルネットワークがすでに運用されている。 With the rapid development of the Chinese economy, the power consumption in many cities is increasing year by year, the power load in the center of the city is increasing rapidly, and the transmission and distribution capacity is also increasing significantly. The challenge of how to reduce grid loss and improve grid operational stability has been presented. Current grid systems are costly in the grid transmission and distribution process, so countries are looking for plans to reduce grid losses. Of these, superconducting materials are one of the most important plans to reduce grid losses, and commercial production of high-temperature superconducting tapes facilitates extensive research and application of superconducting devices around the world. Has been done. High-temperature superconducting cables are attracting widespread attention because they have the advantages of higher flow capacity, larger capacity, compact structure, and no electromagnetic radiation pollution compared to conventional power cables. So, multiple high-temperature superconducting cable networks are already in operation.

従来の電力ケーブルの応用と異なる点として、高温超伝導ケーブルの運用環境は少なくとも液体窒素温度（－１９６℃）以下でなければならないとともに、サイズはさらに小さく且つコンパクトでなければならない。従って、高温超伝導ケーブルを送電網において大規模に応用するには、技術的に難しい点が以下の２点存在する。 The difference from the application of conventional power cables is that the operating environment of high-temperature superconducting cables must be at least liquid nitrogen temperature (-196 ° C) or lower, and the size must be smaller and more compact. Therefore, there are two technical difficulties in applying the high-temperature superconducting cable to the power grid on a large scale.

（１）高温超伝導ケーブルの動作時は、超伝導ケーブルを外部から臨界温度（－１９６℃）以下にまで冷却しなければ動作しない。しかしながら、通電時に超伝導ケーブルの一部の領域の熱妨害等の原因により超伝導ケーブルの一部の領域が超伝導状態から通常状態に遷移する際に生じるジュール熱により、超伝導ケーブルの温度が上昇し、周囲の常伝導遷移が促進されることで、常伝導状態の領域が拡大される（クエンチ現象）。 (1) When the high-temperature superconducting cable is operated, it does not operate unless the superconducting cable is cooled from the outside to a critical temperature (-196 ° C.) or less. However, the temperature of the superconducting cable rises due to Joule heat generated when a part of the superconducting cable transitions from the superconducting state to the normal state due to heat interference in a part of the superconducting cable when energized. As it rises and the surrounding superconducting transition is promoted, the region of the superconducting state is expanded (quenching phenomenon).

（２）高温超伝導ケーブル全線は液体窒素の中で動作するため、その構造と従来の電力ケーブルは大きく異なり、サイズがさらに小さく、構造がコンパクトであるため、測温抵抗体といった従来の温度センサーを超伝導ケーブルに取り付けてその沿線の温度を監視測定することができない（ケーブルの絶縁性能が損なわれるとともに、温度センサーの温度測定性能が電磁干渉の影響を受ける）。 (2) Since the entire high-temperature superconducting cable operates in liquid nitrogen, its structure and conventional power cable are significantly different, and because it is smaller in size and compact in structure, it is a conventional temperature sensor such as a temperature measuring resistor. Cannot be monitored and measured by attaching to a superconducting cable (the insulation performance of the cable is impaired and the temperature measurement performance of the temperature sensor is affected by electromagnetic interference).

上述の２点が高温超伝導ケーブルの送電網における幅広い応用を制限している点であるとともに、上述の２点により、現在の超伝導ケーブルシステムの温度監視測定範囲は、端末の冷却システムの温度監視測定に限定され、高温超伝導ケーブル沿綫の温度の測定はまだ実現していない。 The above two points limit the wide range of applications of high-temperature superconducting cables in the transmission network, and due to the above two points, the temperature monitoring measurement range of the current superconducting cable system is the temperature of the terminal cooling system. Limited to monitoring measurements, temperature measurements along high-temperature superconducting cables have not yet been realized.

本発明は、主に、従来技術の欠点を解決するため、使用しやすく構造が簡単であるといった長所を備え、高温超伝導ケーブルの沿線における温度の異常を正確に監視制御するとともにその位置を特定することができることで、超伝導ケーブルの整備点検の際に、故障を解決するとともに故障の範囲を狭め、故障の処理時間を短縮することのできる高温超伝導ケーブルの温度測定システムを提供することを目的とする。 The present invention mainly has the advantages of being easy to use and having a simple structure in order to solve the shortcomings of the prior art, and accurately monitors and controls temperature abnormalities along the high-temperature superconducting cable and identifies its position. By being able to do so, we will provide a temperature measurement system for high-temperature superconducting cables that can solve failures, narrow the scope of failures, and shorten the handling time of failures during maintenance and inspection of superconducting cables. The purpose.

上述の技術問題を解決するため、本発明の実施例は、低温温度測定光ファイバー及び測温抵抗体と、光ファイバー温度測定ホストと、測温抵抗体温度監視制御装置と、温度測定制御装置と、からなる高温超伝導ケーブルの温度測定システムを提供し、相互に接続された高温超伝導ケーブルと端末冷却システムに応用される。 In order to solve the above-mentioned technical problems, an embodiment of the present invention comprises a low temperature temperature measuring optical fiber and a temperature measuring resistor, an optical fiber temperature measuring host, a temperature measuring resistor temperature monitoring control device, and a temperature measurement control device. Provides a temperature measurement system for high temperature superconducting cables and is applied to interconnected high temperature superconducting cables and terminal cooling systems.

前記低温温度測定光ファイバーは、前記高温超伝導ケーブルに中に設けられ、前記測温抵抗体は、前記端末冷却システムに設置される。 The low temperature temperature measuring optical fiber is provided in the high temperature superconducting cable, and the resistance temperature detector is installed in the terminal cooling system.

前記光ファイバー温度測定ホストは、前記低温温度測定光ファイバーの各測定点からの温度測定情報を受信するのに用いられる。 The optical fiber temperature measurement host is used to receive temperature measurement information from each measurement point of the low temperature temperature measurement optical fiber.

前記測温抵抗体温度監視制御装置は、自己測温抵抗体からの温度情報を受信するのに用いられる。 The resistance temperature detector temperature monitoring and control device is used to receive temperature information from the self-resistance temperature detector.

前記温度測定制御装置は、前記光ファイバー温度測定ホスト及び前記測温抵抗体温度監視制御装置と相互に接続され、前記温度測定情報及び温度情報を受信し、前記温度測定情報及び温度情報に基づいて評価及び判定することにより、接続されたケーブル動作制御ホストの保護動作及び保護領域が決定され、前記ケーブル動作制御ホストは、前記保護動作及び保護領域に基づき、対応するインバータシステムまたは遮断器を操作する。 The temperature measurement control device is interconnected with the optical fiber temperature measurement host and the temperature measurement resistor temperature monitoring control device, receives the temperature measurement information and the temperature information, and evaluates based on the temperature measurement information and the temperature information. And the determination determines the protected operation and protected area of the connected cable operation control host, which operates the corresponding inverter system or breaker based on the protected operation and protected area.

前記光ファイバー温度測定ホストは、さらに、情報収集受信ユニットと、第１計算ユニットと、位置測定ユニットを備えることが好ましい。 It is preferable that the optical fiber temperature measurement host further includes an information collection / reception unit, a first calculation unit, and a position measurement unit.

前記情報収集受信ユニットは、前記低温温度測定光ファイバーの各温度測定点に散光されるストークス光と反ストークス光をそれぞれ収集するのに用いられる。 The information collection / reception unit is used to collect Stokes light and anti-Stokes light scattered at each temperature measurement point of the low temperature temperature measurement optical fiber.

前記第１計算ユニットは、各温度測定点におけるストークス光と反ストークス光を計算し、前記温度測定点の温度を取得するのに用いられ、計算公式は以下の通りである。 The first calculation unit is used to calculate Stokes light and anti-Stokes light at each temperature measurement point and acquire the temperature at the temperature measurement point, and the calculation formula is as follows.

Figure 0007048771000001
。
Figure 0007048771000001
 ..

式における、ＩＡＳは反ストークス強度であり、ＩＳはストークス強度であり、ｈはプランク定数であり、ｋはボルツマン定数であり、νは光の振動数であり、νｉは振動周波数であり、Ｔは絶対温度であり、レーザー源が決定されると、νは定数となり、νｉは、光ファイバー材料によって决定され、光ファイバーが確定されると定数となる。 In the equation, IAS is the anti-Stokes intensity, IS is the Stokes intensity, h is Planck's constant, k is the Boltzmann constant, ν is the frequency of light, and ν i is the vibration frequency. , T is the absolute temperature, ν becomes a constant when the laser source is determined, ν i is determined by the optical fiber material, and becomes a constant when the optical fiber is determined.

前記位置測定ユニットは、光学時間領域反射率測定（ＯＴＤＲ）技術に基づいて、前記低温温度測定光ファイバーの各温度測定点の位置を特定し、各温度測定点の位置情報を取得するのに用いられる。 The position measuring unit is used to identify the position of each temperature measuring point of the low temperature temperature measuring optical fiber and acquire the position information of each temperature measuring point based on the optical time domain reflectometer (OTDR) technique. ..

前記測温抵抗体は、Ｔ１００温度センサーであることが好ましい。 The resistance temperature detector is preferably a T100 temperature sensor.

前記温度測定システムは、信号受信処理ユニットと、保護動作決定ユニットと、保護領域決定ユニットと、保護情報送信ユニットを備えることが好ましい。 The temperature measurement system preferably includes a signal reception processing unit, a protection operation determination unit, a protection area determination unit, and a protection information transmission unit.

前記信号受信処理ユニットは、前記温度測定制御装置が温度信号を受信した後、ケーブル沿線温度Ｔ、ケーブル沿線温度の平均値Ｔａｖ、及び、冷却システム温度Ｔｃを取得するのに用いられる。 The signal reception processing unit is used to acquire the cable line temperature T, the average value T av of the cable line temperature, and the cooling system temperature T c after the temperature measurement control device receives the temperature signal.

前記保護動作決定ユニットは、前記信号受信処理ユニットによって取得された数値を、所定のケーブル沿線温度警告値Ｔｌ、ケーブル最高許容温度Ｔｍａｘ、ケーブル平均温度低しきい値ＴＬ、ケーブル平均温度高しきい値ＴＨ、及び、冷却システム最高許容温度ＴｃＨと比較してケーブル動作制御ホストの保護動作を判定するのに用いられる。 The protection operation determination unit uses the numerical values acquired by the signal reception processing unit as a predetermined cableside temperature warning value T l , cable maximum allowable temperature T max , cable average temperature low threshold value T L , and cable average temperature high. It is used to determine the protective operation of the cable operation control host in comparison with the threshold value TH and the maximum allowable temperature T cH of the cooling system.

前記保護領域決定ユニットは、前記数値が取得された後、ケーブル沿線の温度曲線を取得するとともに、シミュレーションにより、形態学的勾配のピーク幅の識別方法に基づいて得られた温度異常点を示した図を取得し、前記温度異常点を示した図における正と負の狭いピークの相対位置によって、ケーブル上の温度異常点の位置を特定することで、保護領域を確定するのに用いられる。 After the numerical value was acquired, the protected area determination unit acquired the temperature curve along the cable line and showed the temperature anomaly point obtained by simulation based on the method for identifying the peak width of the morphological gradient. It is used to determine the protected area by acquiring a diagram and identifying the location of the temperature anomaly on the cable by the relative positions of the narrow positive and negative peaks in the diagram showing the temperature anomaly.

前記保護情報送信ユニットは、前記保護動作及び保護領域情報を、接続されたケーブル動作制御ホストに送信するのに用いられる。 The protection information transmission unit is used to transmit the protection operation and protection area information to the connected cable operation control host.

前記保護動作決定ユニットは、以下に述べるポリシーにより保護動作が決定されることが好ましい。 It is preferable that the protection operation of the protection operation determination unit is determined by the policy described below.

比較結果が（Ｔ＞Ｔｌ）∨（Ｔａｖ＞ＴＬ）である場合、生成される保護動作は警報命令であり、ケーブル動作制御ホストが警報命令及び保護領域情報を受信すると、インバータシステムの前記保護領域における高温超伝導ケーブルの送電が制御される。 If the comparison result is (T> T l ) ∨ (T av > T L ), the protection action generated is an alarm command, and when the cable operation control host receives the warning command and protection area information, the inverter system The power transmission of the high temperature superconducting cable in the protected area is controlled.

比較結果が（Ｔ＞Ｔｍａｘ）∨（Ｔａｖ＞ＴＨ）∨（Ｔｃ＞ＴｃＨ）である場合、生成される保護動作は遮断命令であり、ケーブル動作制御ホストが前記遮断命令及び保護領域情報を受信すると、遮断器が制御され、直ちに前記保護領域における故障を起こした高温超伝導ケーブルが送電網から切断される。 If the comparison result is (T> T max ) ∨ (T av > TH ) ∨ (T c > T cH ), the generated protection action is a break command, and the cable operation control host is the break command and protection. Upon receiving the area information, the circuit breaker is controlled and immediately the faulty high temperature superconducting cable in the protected area is disconnected from the grid.

前記高温超伝導ケーブルは、外側から内側へ、低温恒温器と、シールド層と、少なくとも一層の絶縁層及び相導体と、ケーブルボビンを備えることが好ましい。前記低温恒温器とシールド層の間、及び、ケーブルボビン内には、いずれも液体窒素が充填される。 The high-temperature superconducting cable preferably includes a low-temperature thermostat, a shield layer, at least one insulating layer and a phase conductor, and a cable bobbin from the outside to the inside. Liquid nitrogen is filled between the low temperature thermostat and the shield layer and in the cable bobbin.

前記高温超伝導ケーブルの中には、さらに、低温耐性温度測定光ファイバーが取り付けられ、前記低温耐性温度測定光ファイバーは、少なくともシールド層外表面、最も外側の絶縁層と最も外側の相導体の間、ケーブルボビンの内表面の３つの位置のうちのいずれかに取り付けられる。 Further, a low temperature resistant temperature measuring optical fiber is installed in the high temperature superconducting cable, and the low temperature resistant temperature measuring optical fiber is a cable at least on the outer surface of the shield layer, between the outermost insulating layer and the outermost phase conductor. It is attached to any of the three positions on the inner surface of the bobbin.

前記低温耐性温度測定光ファイバーには、石英系マルチモード光ファイバーが採用されるとともに、光ファイバーコーティング層の周囲には、光ファイバーの断面が同心円になるように被覆材料が塗布される、または、非金属密着スリーブが套設され、前記非金属密着スリーブには、繊維強化複合プラスチックスリーブ、ＰＢＴルースチューブ、フィブリル化ケブラースリーブが採用されることが好ましい。 A quartz-based multimode optical fiber is adopted as the low temperature resistant temperature measurement optical fiber, and a coating material is applied around the optical fiber coating layer so that the cross section of the optical fiber is concentric, or a non-metal adhesion sleeve. It is preferable that a fiber reinforced composite plastic sleeve, a PBT loose tube, and a fibrillated Kevlar sleeve are adopted as the non-metal adhesive sleeve.

前記低温耐性光ファイバーには、直線敷設方法またはＳ敷設方式が採用されることが好ましい。 For the low temperature resistant optical fiber, it is preferable to adopt a straight line laying method or an S laying method.

前記低温恒温器は、真空中間層を備える２層のステンレスが溶接されて製造され、２層のステンレスの真空中間層には、複数の層の絶縁材料及び活性炭が設置されることが好ましい。 The low temperature thermostat is manufactured by welding two layers of stainless steel having a vacuum intermediate layer, and it is preferable that a plurality of layers of insulating materials and activated carbon are installed in the vacuum intermediate layer of the two layers of stainless steel.

シールド層は、銅シールド層であり、その一端または両端は、接地される。 The shield layer is a copper shield layer, and one end or both ends thereof are grounded.

絶縁層は、ポリプロピレンラミネート紙、芳香族ポリアミド紙、または、ポリイミド材料が採用されて製造される。 The insulating layer is manufactured by adopting polypropylene laminated paper, aromatic polyamide paper, or a polyimide material.

相導体は、Ｙ系高温超伝導体ＹＢＣＯであり、その幅は≧５ｍｍであり、その厚みは≒０．３ｍｍでなければならないとともに、銅層がメッキされることで安定層となる。 The phase conductor is a Y-based high-temperature superconductor YBCO, the width thereof must be ≧ 5 mm, the thickness thereof must be ≈0.3 mm, and the copper layer is plated to form a stable layer.

ケーブルボビンは、目の細かい金網で覆われた金属波形管であり、それは、超伝導テープが巻きつけられた基準支持物であると同時に、液体窒素の流通パイプに用いられる。 A cable bobbin is a metal corrugated tube covered with fine wire mesh, which is a reference support wrapped with superconducting tape and at the same time used for a flow pipe of liquid nitrogen.

高温超伝導ケーブルは、三相独立超伝導ケーブル構造、三相平行軸超伝導ケーブル構造、または、三相同軸超伝導ケーブル構造であることが好ましい。 The high-temperature superconducting cable is preferably a three-phase independent superconducting cable structure, a three-phase parallel axis superconducting cable structure, or a three-phase coaxial superconducting cable structure.

本発明の実施例を実施することで、以下の有益な效果を備える。 By carrying out the embodiment of the present invention, the following beneficial effects are obtained.

本発明の提供する高温超伝導ケーブル温度測定システムは、従来の温度センサー（測温抵抗体）と光ファイバー温度測定技術が組み合わせて使用され、超伝導ケーブルを製造する際に、あらかじめ光ファイバーを超伝導ケーブルの中に設置するとともに、測温抵抗体を超伝導ケーブル端末（端末冷却システム）に配置することで、光ファイバー温度測定と測温抵抗体が組み合わされた複合温度測定部品が組成され、それにより、高温超伝導ケーブル沿線の温度と端末冷却システムの温度が測定される。前記システムは、リアルタイムで高温超伝導ケーブル沿線の温度分布を正確に把握することができることで、超伝導ケーブルの動作温度に応じてケーブルの輸送電流または超伝導ケーブル保護裝置を制御することができる。熱障害に関連したケーブル動作の欠陥を早急に発見することができるとともに、警告信号を発信することで、高温超伝導ケーブルの安全な動作が保証される。形態学的勾配における正と負の狭いピークの位置によって高温超伝導ケーブルの沿線における温度の異常点の位置を正確に特定する方法を提出することで、超伝導ケーブルの整備点検の際に、故障を解決することができるとともに故障の範囲を狭めることができ、故障の処理時間を短縮することができる。 The high temperature superconducting cable temperature measurement system provided by the present invention uses a combination of a conventional temperature sensor (temperature measuring resistor) and optical fiber temperature measurement technology, and when manufacturing a superconducting cable, the optical fiber is preliminarily used as a superconducting cable. By arranging the temperature measuring resistor in the superconducting cable terminal (terminal cooling system), a composite temperature measuring component that combines the optical fiber temperature measurement and the temperature measuring resistor is composed, thereby forming a composite temperature measuring component. The temperature along the high temperature superconducting cable and the temperature of the terminal cooling system are measured. Since the system can accurately grasp the temperature distribution along the high-temperature superconducting cable in real time, it is possible to control the transport current of the cable or the superconducting cable protection device according to the operating temperature of the superconducting cable. The cable operation defects related to thermal failure can be detected immediately, and the warning signal is sent to ensure the safe operation of the high-temperature superconducting cable. By submitting a method to accurately identify the position of the temperature anomaly along the line of the high-temperature superconducting cable by the position of the narrow positive and negative peaks in the morphological gradient, the failure during maintenance and inspection of the superconducting cable The problem can be solved, the range of failure can be narrowed, and the failure processing time can be shortened.

本発明が提供する高温超伝導ケーブル温度測定システムは、電力送電網における高温超伝導ケーブルの温度測定と監視制御保護に応用することができ、高温超伝導ケーブルの構造の違いに応じて、高電圧レベル、中電圧レベル、低電圧レベルに対応することができるため、高い安定性と信頼性を備える。 The high-temperature superconducting cable temperature measurement system provided by the present invention can be applied to temperature measurement and monitoring control protection of high-temperature superconducting cables in a power transmission network, and high voltage depending on the difference in the structure of the high-temperature superconducting cable. It has high stability and reliability because it can handle levels, medium voltage levels, and low voltage levels.

本発明の実施例または従来技術における技術案についてさらに分かりやすく説明するため、以下に実施例または従来技術を描写するのに必要な図について簡単に紹介する。見て分かる通り、以下に描写する図は、本発明の実施例の一部に過ぎず、本分野の一般の技術者が創造力を働かせずに、これらの図に基づいて取得したその他の図も本発明の保護範囲内に含まれるものとする。
本発明が提供する高温超伝導ケーブルの温度測定システムにおける１つ実施例の構造を示した図である。 図１の高温超伝導ケーブルの断面図である。 図１の光ファイバー温度測定ホストの構造を示した図である。 図１の温度測定制御装置の構造を示した図である。 図４の保護領域決定ユニットにおける形態学アルゴリズムに関連したＴｏｐ－Ｈａｔ変換の原理を示した図である。 図４の保護領域決定ユニットにおける入出力図である。 In order to explain the embodiment of the present invention or the technical proposal in the prior art in an easy-to-understand manner, the drawings necessary for describing the embodiment or the prior art are briefly introduced below. As you can see, the figures depicted below are only part of the embodiments of the present invention and are other figures obtained based on these figures by a general engineer in the art without creativity. Is also included in the scope of protection of the present invention.
It is a figure which showed the structure of one Example in the temperature measurement system of the high temperature superconducting cable provided by this invention. It is sectional drawing of the high temperature superconducting cable of FIG. It is a figure which showed the structure of the optical fiber temperature measurement host of FIG. It is a figure which showed the structure of the temperature measurement control apparatus of FIG. It is a figure which showed the principle of the Top-Hat conversion which was related to the morphological algorithm in the protection area determination unit of FIG. It is an input / output diagram in the protection area determination unit of FIG.

以下に本発明の実施例の図と組み合わせて、本発明の実施例における技術案をさらに分かりやすく、全て説明する。明らかな点として、本発明が以下に描写する実施例は、本発明の一部の実施例に過ぎず、全ての実施例ではない。本発明の実施例に基づいて、本分野の一般の技術者が創造力を働かせずに取得した全てのその他の実施例は、全て本発明の保護範囲内に含まれるものとする。 Hereinafter, all the technical proposals in the examples of the present invention will be described in an easy-to-understand manner in combination with the drawings of the examples of the present invention. As is clear, the examples described below by the present invention are only a part of the examples of the present invention, not all the examples. All other examples obtained by a general engineer in the art without creativity based on the examples of the present invention shall be included within the scope of protection of the present invention.

図１は、本発明が提供する高温超伝導ケーブル１１の温度測定システムにおける１つ実施例の構造を示した図である。後に続く図を併せて組み合わせる。本実施例において、本発明の実施例が提供する高温超伝導ケーブル１１の温度測定システムは、相互に接続された高温超伝導ケーブル１１と端末冷却システム４に応用され、高温超伝導ケーブル１１の温度測定システムは、低温温度測定光ファイバー９及び測温抵抗体５と、光ファイバー温度測定ホスト１と、測温抵抗体温度監視制御装置２と、温度測定制御装置３と、からなる。 FIG. 1 is a diagram showing the structure of one embodiment in the temperature measuring system of the high-temperature superconducting cable 11 provided by the present invention. Combine the following figures together. In this embodiment, the temperature measuring system of the high-temperature superconducting cable 11 provided by the embodiment of the present invention is applied to the interconnected high-temperature superconducting cable 11 and the terminal cooling system 4, and the temperature of the high-temperature superconducting cable 11 is applied. The measuring system includes a low temperature temperature measuring optical fiber 9, a temperature measuring resistor 5, an optical fiber temperature measuring host 1, a temperature measuring resistor temperature monitoring control device 2, and a temperature measurement control device 3.

低温温度測定光ファイバー９は高温超伝導ケーブル１１に設けられ、測温抵抗体５は端末冷却システム４に設けられる。 The low temperature temperature measuring optical fiber 9 is provided in the high temperature superconducting cable 11, and the resistance temperature detector 5 is provided in the terminal cooling system 4.

光ファイバー温度測定ホスト１は、低温温度測定光ファイバー９の各測定点からの温度測定情報を受信するのに用いられる。 The optical fiber temperature measurement host 1 is used to receive temperature measurement information from each measurement point of the low temperature temperature measurement optical fiber 9.

測温抵抗体温度監視制御装置２は、自己測温抵抗体５からの温度情報を受信するのに用いられる。 The resistance temperature detector temperature monitoring control device 2 is used to receive temperature information from the self-resistance temperature detector 5.

温度測定制御装置３は、光ファイバー温度測定ホスト１及び測温抵抗体温度監視制御装置２と相互に接続され、前記温度測定情報及び温度情報を受信し、前記温度測定情報及び温度情報に基づいて評価及び判定することにより、接続されたケーブル動作制御ホスト６の保護動作及び保護領域が決定され、ケーブル動作制御ホスト６は、前記保護動作及び保護領域に基づいて、対応するインバータシステム７または遮断器８を操作する。 The temperature measurement control device 3 is interconnected with the optical fiber temperature measurement host 1 and the temperature measurement resistor temperature monitoring control device 2, receives the temperature measurement information and the temperature information, and evaluates based on the temperature measurement information and the temperature information. And the determination determines the protected operation and protected area of the connected cable operation control host 6, and the cable operation control host 6 determines the corresponding inverter system 7 or breaker 8 based on the protected operation and protected area. To operate.

当然のことながら、本発明の実施例において、高温超伝導ケーブル１１内部にあらかじめ低温耐性（－１９６℃以下）の温度測定光ファイバー９が設置され、端末冷却システム４の内部には、測温抵抗体５が設置されるとともに、温度測定制御装置３によって温度信号に基づきケーブルの動作状况が判定されることで、ケーブル動作制御ホスト６の動作がプリセットされ、実測温度とあらかじめ設置された各温度の闕値の間の比較結果に基づいて判定されると同時に、形態学的勾配における波形の特徴の分析に基づいて温度異常点の位置が判定される。ケーブル動作制御ホスト６は、判定結果に基づきインバータシステム７７または遮断器８を制御することで、高温超伝導ケーブル１１が確実に安全な動作状態に保たれる、または、故障したケーブルが直ちに切断される。 As a matter of course, in the embodiment of the present invention, the temperature measuring optical fiber 9 having low temperature resistance (-196 ° C. or lower) is installed in advance inside the high temperature superconducting cable 11, and the temperature measuring resistor is inside the terminal cooling system 4. 5 is installed, and the temperature measurement control device 3 determines the operating condition of the cable based on the temperature signal, so that the operation of the cable operation control host 6 is preset, and the measured temperature and the temperature of each installed in advance are measured. At the same time as the determination is based on the comparison between the values, the location of the temperature anomaly is determined based on the analysis of the characteristics of the waveform in the morphological gradient. The cable operation control host 6 controls the inverter system 77 or the circuit breaker 8 based on the determination result, so that the high-temperature superconducting cable 11 is surely kept in a safe operating state, or the failed cable is immediately disconnected. To.

本発明の構造をより理解しやすくするため、以下に本発明の各構成部品について詳しく説明する。まず、本発明における高温超伝導ケーブル１１の構造について紹介する。 In order to make the structure of the present invention easier to understand, each component of the present invention will be described in detail below. First, the structure of the high-temperature superconducting cable 11 in the present invention will be introduced.

本発明における高温超伝導ケーブル１１は、ケーブル相と相導体の相互関係によって、（ａ）三相独立超伝導ケーブル構造と、（ｂ）三相平行軸超伝導ケーブル構造と、（ｃ）三相同軸超伝導ケーブル構造の３種類に分類される。そのうち、三相独立超伝導ケーブルは、１つのケーブルのケーシング内に相導体のみを備え、各相の間の電磁干渉を防止するため、中電圧レベル及び高電圧レベルで三相独立超伝導ケーブルを使用することができる。三相平行軸超伝導ケーブルの三相は、いずれも同じ断熱器とケーブルケーシング内に備えられることで、スペースが大幅に節約されるとともに、導体の損失も低減し、電磁場をシールドするための金属防護層が必要ないことで、中電圧レベルで使用することができる。三相同軸超伝導ケーブルの三相導体は、同じ軸に沿って巻き付けられることで、さらにスペースが節約されるとともに、ケーブル全体で１つシールド層１３のみが使用されるため、さらに材料が節約されるが、この構造では、電気絶縁が難しくなるため、中電圧レベル及び低電圧レベルにのみ適用される。 The high temperature superconducting cable 11 in the present invention has (a) a three-phase independent superconducting cable structure, (b) a three-phase parallel axis superconducting cable structure, and (c) three-phase homogeneity, depending on the mutual relationship between the cable phase and the phase conductor. It is classified into three types of shaft superconducting cable structures. Among them, the three-phase independent superconducting cable has only the phase conductor in the casing of one cable, and in order to prevent electromagnetic interference between each phase, the three-phase independent superconducting cable is installed at medium voltage level and high voltage level. Can be used. The three phases of a three-phase parallel axis superconducting cable are all housed in the same insulator and cable casing, which saves a lot of space, reduces conductor loss, and is a metal for shielding electromagnetic fields. It can be used at medium voltage levels without the need for a protective layer. The three-phase conductors of a three-phase coaxial superconducting cable can be wound along the same axis to further save space, and the entire cable uses only one shield layer 13, further saving material. However, this structure makes electrical insulation difficult and is therefore only applicable to medium and low voltage levels.

本実施例では、三相同軸超伝導ケーブル構造について説明するが、当然のことながら、本発明は、その他２種類の形態の超伝導ケーブル構造を採用することもできる。 In this embodiment, a three-phase coaxial superconducting cable structure will be described, but as a matter of course, the present invention can also adopt two other types of superconducting cable structures.

図２に示す通り、本発明の実施例において、高温超伝導ケーブル１１は、外側から内側へ、低温恒温器１２と、シールド層１３と、少なくとも一層の絶縁層及び相導体と、ケーブルボビン１６を備え、そのうち、少なくとも一層の絶縁層は、最も外側に位置するＣ相絶縁層１４を備え、少なくとも一層の相導体は、Ｃ相相導体１５を備え、続く順番は、Ｂ相絶縁層、Ｂ相相導体、Ａ相絶縁層、Ａ相相導体である。低温恒温器１２とシールド層１３の間、及び、ケーブルボビン１６内には、いずれも液体窒素１７が充填されることで、高温超伝導ケーブル１１は、動作温度（－１９６℃）以下で作動する。 As shown in FIG. 2, in the embodiment of the present invention, the high temperature superconducting cable 11 includes a low temperature thermostat 12, a shield layer 13, at least one insulating layer and a phase conductor, and a cable bobbin 16 from the outside to the inside. The at least one layer of the insulating layer is provided with the outermost C-phase insulating layer 14, the at least one layer of the phase conductors is provided with the C-phase phase conductor 15, and the following order is the B-phase insulating layer and the B-phase. A phase conductor, an A phase insulating layer, and an A phase phase conductor. The high-temperature superconducting cable 11 operates at an operating temperature (-196 ° C.) or lower by filling liquid nitrogen 17 between the low-temperature thermostat 12 and the shield layer 13 and in the cable bobbin 16. ..

高温超伝導ケーブル１１の中には低温耐性温度測定光ファイバー９がさらに設置され、低温耐性温度測定光ファイバー９は、少なくとも、シールド層１３の外表面、最も外側の絶縁層（つまり、Ｃ相絶縁層１４）と最も外側の相導体（つまり、Ｃ相相導体１５）の間、及び、ケーブルボビン１６の内表面の３つの位置のうちの１つに設置される。 A low temperature resistant temperature measuring optical fiber 9 is further installed in the high temperature superconducting cable 11, and the low temperature resistant temperature measuring optical fiber 9 is at least the outer surface of the shield layer 13 and the outermost insulating layer (that is, the C phase insulating layer 14). ) And the outermost phase conductor (that is, the C phase phase conductor 15), and at one of three positions on the inner surface of the cable bobbin 16.

そのうち、低温恒温器１２は、真空中間層を備える２層のステンレスが溶接されて製造され、２層のステンレスの真空中間層の中には、複数層の絶熱材料及び活性炭がさらに設けられることで、超伝導ケーブル１１を出入りする液体窒素の温度は確実に一定に保たれる。 Among them, the low temperature thermostat 12 is manufactured by welding two layers of stainless steel provided with a vacuum intermediate layer, and a plurality of layers of heat-dissipating material and activated charcoal are further provided in the vacuum intermediate layer of the two layers of stainless steel. Therefore, the temperature of the liquid nitrogen entering and exiting the superconducting cable 11 is surely kept constant.

シールド層１３は銅シールド層であり、その一端または両端は接地され、その主な役割は、電界をシールドすることであり、シールド層１３自体は電流を通さない。 The shield layer 13 is a copper shield layer, one end or both ends thereof is grounded, and its main role is to shield an electric field, and the shield layer 13 itself does not conduct an electric current.

前記絶縁層の製造には、ポリプロピレンラミネート紙（ＰＰＬＰ）、芳香族ポリアミド紙（Ｎｏｍｅｘ）、または、ポリイミド素材（ＰＩ）が採用され、これらの材料は、いずれも低温下で正常に使用される複合型材料である。当然のことながら、絶縁層の設計は、絶縁材料の特性、動作電圧、ケーブルのサイズ等の要素に基づいて決定される。電気性能、熱性能、耐力性能、及び製造技術の難易度等の要素をすべて考量した上で、本実施例において、低温絶縁材料としてＰＰＬＰを採用することが好ましい。 Polypropylene laminated paper (PPLP), aromatic polyamide paper (Nomex), or polyimide material (PI) is used for producing the insulating layer, and all of these materials are composites that are normally used at low temperatures. It is a mold material. As a matter of course, the design of the insulating layer is determined based on factors such as the characteristics of the insulating material, the operating voltage, and the size of the cable. It is preferable to use PPLP as the low temperature insulating material in this embodiment after considering all the factors such as electrical performance, thermal performance, proof stress performance, and difficulty of manufacturing technology.

在本実施例において、前記相導体には、Ｙ系高温超伝導体ＹＢＣＯが採用され、その幅は≧５ｍｍであり、その厚度は≒０．３ｍｍでなければならないとともに、銅メッキは安定層である。当然のことながら、Ｙ系高温超伝導体ＹＢＣＯとは、金属ベースにエピタキシャル配向成長させた希土類膜導体（希土類被覆導体とも呼ばれる）である。この種の材料には、まず、ニッケルまたはニッケル合金のベースに結晶構造の拡張に有利な化学的に安定した層がめっきされ、高温と特定の雰囲気条件下で高温超伝導材料ＲＢａ２Ｃｕ３Ｏ７（Ｒはいずれかの希土元素であり、最も一般的に使用されるのはＹ系である）が結晶格子の配向が一致されてめっきされた後、銀または銅の保護層がさらにめっきされる。現在、製造業者は、４～１２ｍｍ幅のＹ系高温超伝導体を提供することができ、その厚みは一般に０．３ｍｍ及びそれ以下である。 In the present embodiment, a Y-based high-temperature superconductor YBCO is adopted as the phase conductor, the width thereof must be ≥5 mm, the thickness thereof must be ≈0.3 mm, and the copper plating is a stable layer. be. As a matter of course, the Y-based high-temperature superconductor YBCO is a rare earth film conductor (also referred to as a rare earth coated conductor) grown in an epitaxial orientation on a metal base. This type of material is first plated with a chemically stable layer that favors expansion of the crystal structure on a nickel or nickel alloy base and then under high temperature and specific atmospheric conditions the high temperature superconducting material RBa 2 Cu 3 O. 7 (R is one of the rare earth elements, most commonly used is Y-based) is plated with the same orientation of the crystal lattice, and then a silver or copper protective layer is further plated. Will be done. Currently, manufacturers can provide Y-based high-temperature superconductors with a width of 4 to 12 mm, the thickness of which is generally 0.3 mm or less.

ケーブルボビン１６は、目の細かい金網で覆われた金属波形管であり、それは、超伝導テープが巻きつけられた基準支持物であると同時に、液体窒素の流通パイプに用いられる。 The cable bobbin 16 is a metal corrugated tube covered with a fine wire mesh, which is a reference support wrapped with superconducting tape and is also used for a flow pipe of liquid nitrogen.

低温耐性温度測定光ファイバー９には、石英系のマルチモード光ファイバーが採用され、具体的には、石英系光ファイバーを構成する材質は、純石英ガラス、ゲルマニウム（Ｇｅ）のドープ石英ガラス（屈折率が向上）等の中から適切に選択される。 A quartz-based multimode optical fiber is used for the low-temperature resistant temperature measurement optical fiber 9. Specifically, the materials constituting the quartz-based optical fiber are pure quartz glass and germanium (Ge) doped quartz glass (improved refractive index). ) Etc. are appropriately selected.

当然のことながら、高温超伝導ケーブル１１に使用される温度測定光ファイバー９は、極低温度（－１９６℃以下）の環境に耐えられなければならず、光信号が低温耐性光ファイバー９において正常に伝達されるとともに、応力といった温度以外のその他の物理的要因の影響を受けない。 As a matter of course, the temperature measuring optical fiber 9 used in the high-temperature superconducting cable 11 must be able to withstand an environment of extremely low temperature (-196 ° C. or lower), and the optical signal is normally transmitted in the low temperature resistant optical fiber 9. At the same time, it is not affected by other physical factors other than temperature, such as stress.

光ファイバー設置後に高温超伝導ケーブル１１を損傷させない絶縁性能及び設置難易度を可能な限り抑えられるかを基準に考えて、低温耐性の温度測定光ファイバー９のサイズは、可能な限り小さくなくてはならないとともに、金属外装を備えることができない。従って、温度測定光ファイバー９には、ポリイミドの裸光ファイバー（強度が比較的低い）または非金属密着スリーブ光ファイバーのみが塗布される。前記非金属密着スリーブには、一般に、ファイバー強化複合プラスチックスリーブ、ＰＢＴルースチューブ、フィブリル化ケブラースリーブ等が採用されることで、光ファイバーが保護され、その強度が強化され、折れやすくされる。 The size of the low temperature resistant temperature measurement optical fiber 9 must be as small as possible, considering whether the insulation performance that does not damage the high temperature superconducting cable 11 after the optical fiber is installed and the installation difficulty can be suppressed as much as possible. , Cannot be equipped with a metal exterior. Therefore, only a polyimide bare optical fiber (relatively low in strength) or a non-metal close contact sleeve optical fiber is applied to the temperature measuring optical fiber 9. In general, a fiber reinforced composite plastic sleeve, a PBT loose tube, a fibrillated Kevlar sleeve, or the like is adopted for the non-metal adhesive sleeve to protect the optical fiber, enhance its strength, and make it easy to break.

本実施例において使用される高温超伝導ケーブル１１は、三相同軸超伝導ケーブル構造であり、その構造はコンパクトで、サイズは比較的小さい。従って、採用される温度測定光ファイバー９のサイズは大きすぎないことで、超伝導ケーブル内部のスペースが占拠されないとともに、ケーブルの絶縁性能に影響を及ぼさない。実施例では、サイズの比較的小さいポリイミドが塗布されただけの裸光ファイバーまたはサイズの比較的小さい非金属の密着スリーブ光ファイバーが採用され、高温超伝導ケーブル１１内部における設置位置は、図２に示す通りである。 The high-temperature superconducting cable 11 used in this embodiment has a three-phase coaxial superconducting cable structure, and the structure is compact and the size is relatively small. Therefore, since the size of the temperature measuring optical fiber 9 adopted is not too large, the space inside the superconducting cable is not occupied and the insulation performance of the cable is not affected. In the embodiment, a bare optical fiber only coated with a relatively small size polyimide or a relatively small size non-metal close-fitting sleeve optical fiber is adopted, and the installation position inside the high-temperature superconducting cable 11 is as shown in FIG. Is.

サイズが小さいポリイミド素材が塗布されただけの裸光ファイバーは、Ｃ相相導体１５とＣ相絶縁層１４の間に設置できることで、相導体の温度がさらに直に検出されるが、注意しなければならない点として、裸光ファイバーの強度は比較的低く、超伝導ケーブルを製造する過程で裸光ファイバーを直接設置すると、複雑な製造工程において損傷し折れてしまう可能性がある（設置が非常に困難である）。設置の難しさを低減するため、サイズの比較的小さい非金属の密着スリーブ光ファイバーの使用を考慮に入れることができ、その強度は比較的高いとともにケーブルの絶縁性能にほぼ影響を及ぼさず、高温超伝導ケーブル１１のケーブルボビン１６にまたはシールド層１３と低温恒温器１２の間の隙間に設置することができる。 A bare optical fiber coated with a small-sized polyimide material can be installed between the C-phase conductor 15 and the C-phase insulating layer 14, so that the temperature of the phase conductor can be detected more directly, but care must be taken. On the other hand, the strength of bare optical fiber is relatively low, and if bare optical fiber is installed directly in the process of manufacturing a superconducting cable, it can be damaged and broken in a complicated manufacturing process (it is very difficult to install). ). To reduce installation difficulties, the use of relatively small non-metal contact sleeve optical fibers can be taken into account, the strength of which is relatively high and has little effect on the insulation performance of the cable, and is super high temperature. It can be installed in the cable bobbin 16 of the conduction cable 11 or in the gap between the shield layer 13 and the low temperature incubator 12.

実際の工程では、具体的な温度測定のニーズに基づいて、光ファイバーを設置する位置と設置する数を決めることができる。上述の設置位置には、複数の温度測定光ファイバーを同時に設置することができ、そのうちの一箇所に温度測定光ファイバーを設置することもできる。 In the actual process, the position and number of optical fibers to be installed can be determined based on the specific temperature measurement needs. A plurality of temperature measuring optical fibers can be installed at the same time at the above-mentioned installation positions, and a temperature measuring optical fiber can be installed at one of them.

高温超伝導ケーブル１１内部のＣ相相導体１５とＣ相絶縁層１４の間に設置される温度測定光ファイバー９は、直線敷設の方法でＣ相相導体１５に敷設されることができるとともに、Ｃ相相導体１５と共に巻き付けられる。高温超伝導ケーブル１１内のケーブルボビン１６にまたはシールド層１３と低温恒温器１２の間に設置される温度測定光ファイバー９は、Ｓ敷設の方法で敷設されることができる。 The temperature measuring optical fiber 9 installed between the C-phase conductor 15 and the C-phase insulating layer 14 inside the high-temperature superconducting cable 11 can be laid on the C-phase conductor 15 by a linear laying method, and C. It is wound together with the phase conductor 15. The temperature measuring optical fiber 9 installed on the cable bobbin 16 in the high-temperature superconducting cable 11 or between the shield layer 13 and the low-temperature thermostat 12 can be laid by the S laying method.

その他２種類の超伝導ケーブルにおける光ファイバーの設置位置と設置方法は、本実施例において採用されている三相同軸高温超伝導ケーブル１１と同じである。 The installation position and installation method of the optical fiber in the other two types of superconducting cables are the same as those of the three-phase coaxial high-temperature superconducting cable 11 adopted in this embodiment.

以下に、本発明における光ファイバー測定ホストについて説明する。図３に示す通り、本実施例において、光ファイバー温度測定ホスト１は、さらに、情報収集受信ユニット１００と、第１計算ユニット１１０と、位置測定ユニット１２０を備える。 The optical fiber measurement host in the present invention will be described below. As shown in FIG. 3, in the present embodiment, the optical fiber temperature measurement host 1 further includes an information collection / reception unit 100, a first calculation unit 110, and a position measurement unit 120.

情報収集受信ユニット１００は、低温温度測定光ファイバー９の各温度測定点に散光されるストークス光と反ストークス光をそれぞれ収集するのに用いられる。 The information collection / reception unit 100 is used to collect Stokes light and anti-Stokes light scattered at each temperature measurement point of the low temperature temperature measurement optical fiber 9.

第１計算ユニット１１０は、各温度測定点におけるストークス光と反ストークス光を計算し、前記温度測定点の温度を取得するのに用いられ、計算公式は以下の通りである。 The first calculation unit 110 is used to calculate the Stokes light and the anti-Stokes light at each temperature measurement point and acquire the temperature at the temperature measurement point, and the calculation formula is as follows.

Figure 0007048771000002
。
Figure 0007048771000002
 ..

式における、ＩＡＳは反ストークス強度であり、ＩＳはストークス強度であり、ｈはプランク定数であり、ｋはボルツマン定数であり、νは光の振動数であり、νｉは振動周波数であり、Ｔは絶対温度であり、レーザー源が決定されると、νは定数となり、νｉは、光ファイバー材料によって决定され、光ファイバーが確定されると定数となる。 In the equation, IAS is the anti-Stokes intensity, IS is the Stokes intensity, h is Planck's constant, k is the Boltzmann constant, ν is the frequency of light, and ν i is the vibration frequency. , T is the absolute temperature, ν becomes a constant when the laser source is determined, ν i is determined by the optical fiber material, and becomes a constant when the optical fiber is determined.

位置測定ユニット１２０は、光学時間領域反射率測定（ＯＴＤＲ）技術に基づいて、前記低温温度測定光ファイバー９の各温度測定点の位置を特定し、各温度測定点の位置情報を取得するのに用いられる。 The position measuring unit 120 is used to identify the position of each temperature measuring point of the low temperature temperature measuring optical fiber 9 and acquire the position information of each temperature measuring point based on the optical time domain reflectometer (OTDR) technique. Be done.

具体的には、位置測定ユニット１２０は、光学時間領域反射率測定（ＯＴＤＲ）技術に基づいて、光ファイバー沿線の温度測定点の位置を特定する。その基本原理は、レーザー源から発信されるパルス光が光ファイバーの中に入射されて送信され、仮に入射光が光ファイバーに入射される瞬間を計時の開始点、時刻０とし、レーザー源Ｌから離れた場所で散乱された場合、後ろ向きに散乱された光がコアに沿って入射端に戻ってくる時刻をｔとすると、

Figure 0007048771000003
となる。 Specifically, the position measuring unit 120 identifies the position of a temperature measuring point along an optical fiber based on an optical time domain reflectometry (OTDR) technique. The basic principle is that the pulsed light transmitted from the laser source is incident on the optical fiber and transmitted, and the moment when the incident light is incident on the optical fiber is set as the starting point of timing, time 0, and is separated from the laser source L. When scattered at a place, let t be the time when the light scattered backwards returns to the incident end along the core.
Figure 0007048771000003
 Will be.

そのうち、νは、光ファイバーにおける光波の伝播速度を指し、ｃは、真空下における光速を指し、ｎは、光ファイバーの屈折率を指す。従って、時間ｔにより測定点と入射端の距離を取得し、位置を特定することができる。このように入射光と反射光のデータを利用して、時間間隔を収集することで空間における位置を特定する技術が光学時間領域反射率測定技術（ＯＴＤＲ）である。 Of these, ν refers to the speed of light wave propagation in an optical fiber, c refers to the speed of light under vacuum, and n refers to the refractive index of the optical fiber. Therefore, the distance between the measurement point and the incident end can be acquired by the time t, and the position can be specified. Optical time domain reflectometry (OTDR) is a technique for specifying a position in space by collecting time intervals using data of incident light and reflected light.

当然のことながら、光ファイバー温度測定ホスト１１上の光信号によりチャネルが収集され、各温度測定点に散光されるストークス光と反ストークス光がそれぞれ収集され、２つの強度の比率により温度信号が復調される。そのうち、温度測定点には、光ファイバー温度測定ホスト１１が設けられた温度測定ソフトウェアが設置される、つまり、光信号によって間隔点がサンプリングされ（本実施で設置されたサンプリング間隔は、０．４ｍである）、光ファイバー温度測定ホスト１１によって各温度測定点の光信号が収集されるとともに、その位置が特定される。 As a matter of course, the channel is collected by the optical signal on the optical fiber temperature measurement host 11, the Stokes light and the anti-Stokes light scattered at each temperature measurement point are collected, and the temperature signal is demodulated by the ratio of the two intensities. To. Among them, the temperature measurement software provided with the optical fiber temperature measurement host 11 is installed at the temperature measurement point, that is, the interval points are sampled by the optical signal (the sampling interval installed in this embodiment is 0.4 m). The optical fiber temperature measurement host 11 collects an optical signal at each temperature measurement point and identifies its position.

測温抵抗体温度監視制御装置２に接続される測温抵抗体５は、金属導体の抵抗値が温度の変化によって変化するという特性に基づいて温度を測定し、その抵抗値が温度の上昇に伴い大きくなる場合、正の抵抗率温度抵抗センサーと呼ばれ、反対に、その抵抗値が温度の上昇に伴い小さくなる場合、負の抵抗率抵抗温度センサーと呼ばれる。測温抵抗体５は、ほとんどが純金属材料で製造され、現在最も広く使用されているのはプラチナと銅である。さらに、現在すでに、ニッケル、マンガン、ロジウム等の材料によって測温抵抗体が製造されている。そのうち、プラチナの測温抵抗体５（ＰＴ１００温度センサー）の測定精度が最も優れており、工業用温度測定において広く応用されているだけでなく、標準的な基準器としても製造されている。ＰＴ１００の温度測定範囲は、－２００℃－６５０℃であり、測定精度は０．１℃に達し、好ましい安定性と比較的快い応答速度を備え、低温環境下における測定温度の理想的な選択肢である。従って、本実施例においてＰＴ１００プラチナ抵抗は、温度センサーによって端末冷却システム４の温度を監視測定するために使用される。 Resistance temperature detector The resistance temperature detector 5 connected to the temperature monitoring control device 2 measures the temperature based on the characteristic that the resistance value of the metal conductor changes with a change in temperature, and the resistance value changes to the temperature rise. When it increases with increasing resistance, it is called a positive resistance temperature resistance sensor, and conversely, when its resistance value decreases with increasing temperature, it is called a negative resistance temperature resistance temperature sensor. The resistance temperature detector 5 is mostly made of pure metal material, and the most widely used at present are platinum and copper. Furthermore, resistance temperature detectors are already manufactured from materials such as nickel, manganese, and rhodium. Among them, the platinum resistance temperature detector 5 (PT100 temperature sensor) has the highest measurement accuracy, and is not only widely applied in industrial temperature measurement, but also manufactured as a standard standard. The temperature measurement range of PT100 is -200 ° C-650 ° C, the measurement accuracy reaches 0.1 ° C, it has favorable stability and relatively comfortable response speed, and it is an ideal choice of measurement temperature in low temperature environment. be. Therefore, in this embodiment, the PT100 platinum resistor is used to monitor and measure the temperature of the terminal cooling system 4 by the temperature sensor.

続いて温度測定制御装置３を紹介する。図４に示す通り、本発明の実施例において、温度測定制御装置３は、信号受信処理ユニット３００と、保護動作決定ユニット３１０と、保護領域決定ユニット３２０と、保護情報送信ユニット３３０を備える。 Next, the temperature measurement control device 3 will be introduced. As shown in FIG. 4, in the embodiment of the present invention, the temperature measurement control device 3 includes a signal reception processing unit 300, a protection operation determination unit 310, a protection area determination unit 320, and a protection information transmission unit 330.

信号受信処理ユニット３００は、温度信号を受信した後、ケーブル沿線温度Ｔ、ケーブル沿線温度の平均値Ｔａｖ、及び、端末冷却システムの温度Ｔｃを取得するのに用いられる。 After receiving the temperature signal, the signal reception processing unit 300 is used to acquire the temperature T along the cable line, the average value T av of the temperature along the cable line, and the temperature T c of the terminal cooling system.

保護動作決定ユニット３１０は、信号受信処理ユニット３００によって取得された数値を、所定のケーブル沿線温度警告値Ｔｌ、ケーブル最高許容温度Ｔｍａｘ、ケーブル平均温度低しきい値ＴＬ、ケーブル平均温度高しきい値ＴＨ、及び、端末冷却システムの最高許容温度ＴｃＨと比較して、ケーブル動作制御ホスト６の保護動作を判定するのに用いられる。 The protection operation determination unit 310 uses the numerical values acquired by the signal reception processing unit 300 as a predetermined cableside temperature warning value T l , a cable maximum allowable temperature T max , a cable average temperature low threshold value T L , and a cable average temperature high. It is used to determine the protective operation of the cable operation control host 6 by comparing with the threshold value TH and the maximum allowable temperature T cH of the terminal cooling system.

保護領域決定ユニット３２０は前記数値が取得された後、ケーブル沿線の温度曲線を取得するとともに、シミュレーションにより、形態学的勾配のピーク幅の識別方法に基づいて得られた温度異常点を示した図を取得し、前記温度異常点を示した図における正と負の狭いピークの相対位置によって、ケーブル上の温度異常点の位置を特定することで、保護領域を確定するのに用いられる。 After the numerical value is acquired, the protected area determination unit 320 acquires the temperature curve along the cable line and shows the temperature anomaly points obtained based on the method for identifying the peak width of the morphological gradient by simulation. Is used to determine the protected area by identifying the location of the temperature anomaly on the cable by the relative positions of the narrow positive and negative peaks in the figure showing the temperature anomaly.

保護情報送信ユニット３３０は、前記保護動作及び保護領域情報を接続されたケーブル動作制御ホスト６に送信するのに用いられる。 The protection information transmission unit 330 is used to transmit the protection operation and protection area information to the connected cable operation control host 6.

保護動作決定ユニット３１０は、以下に述べるポリシーにより保護動作が決定されることが好ましい。 It is preferable that the protection operation of the protection operation determination unit 310 is determined by the policy described below.

比較結果が（Ｔ＞Ｔｌ）∨（Ｔａｖ＞ＴＬ）である場合（つまり、上述のいずれかの判断結果が生じた場合）、生成される保護動作は警報命令であり、ケーブル動作制御ホスト６が警報命令及び保護領域情報を受信すると、インバータシステム７の前記保護領域における高温超伝導ケーブル１１の送電が制御される。 When the comparison result is (T> T l ) ∨ (T av > T L ) (that is, when any of the above judgment results occurs), the protection operation generated is an alarm command and cable operation control. When the host 6 receives the alarm command and the protected area information, the power transmission of the high-temperature superconducting cable 11 in the protected area of the inverter system 7 is controlled.

比較結果が、（Ｔ＞Ｔｍａｘ）∨（Ｔａｖ＞ＴＨ）∨（Ｔｃ＞ＴｃＨ）である場合（つまり、上述のいずれかの判断結果が生じた場合）、生成される保護動作は遮断命令であり、ケーブル動作制御ホスト６が前記遮断命令及び保護領域情報を受信すると、遮断器８が制御され、直ちに前記保護領域における故障を起こした高温超伝導ケーブル１１が送電網から切断される。 If the comparison result is (T> T max ) ∨ (T av > TH ) ∨ (T c > T cH ) (that is, if any of the above judgment results occur), the protective action generated is generated. Is a cutoff command, and when the cable operation control host 6 receives the cutoff command and the protected area information, the circuit breaker 8 is controlled, and the high-temperature superconducting cable 11 that has caused a failure in the protected area is immediately disconnected from the power grid. To.

本発明の実施例では、保護領域決定ユニット３２０は、形態学的勾配のピーク幅に基づく識別方法によって、保護領域（つまり故障領域）が確定される。 In the embodiment of the present invention, the protected area determination unit 320 determines the protected area (that is, the failed area) by the identification method based on the peak width of the morphological gradient.

そのうち、数学的形態学（Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ Ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ）とは、幾何学的形状と構造を分析する数学方法であり、集合代数の基礎に基づいて確立されており、集合論の方法で対象の幾何学的構造を定量的に描写する学科である。そのうち、形態学的操作と腐食画像は、形態学における２つの最も基本的な操作である。 Among them, mathematical morphology is a mathematical method for analyzing geometric shapes and structures, which has been established based on the basics of set algebra, and is the geometric structure of an object by the method of set theory. It is a department that quantitatively describes. Of these, morphological manipulation and corrosion imaging are the two most basic manipulations in morphology.

腐食とは、特定の"プローブ"（つまり特定の形状のプリミティブまたは構造要素）により１つの画像をプローブすることで、画像内部における前記プリミティブを制御できる領域を探すことができる、つまり腐食は画像の縮小に似ており、その定義は以下の通りである。 Corrosion is the search for areas within an image that can control the primitive by probing one image with a particular "probe" (ie, a primitive or structural element of a particular shape), that is, corrosion is the image's. It is similar to shrinkage, and its definition is as follows.

集合Ａが集合Ｂに腐食される場合、

Figure 0007048771000004
と表示され、数学形式は、
Figure 0007048771000005
 である。 If set A is corroded by set B
Figure 0007048771000004
 Is displayed, and the mathematical format is
Figure 0007048771000005
 Is.

膨脹、腐食計算の二次元計算は、拡張に似ており、その数学形式は、

Figure 0007048771000006
である。 The two-dimensional calculation of expansion and corrosion calculation is similar to extension, and its mathematical form is
Figure 0007048771000006
 Is.

画像における形態学的勾配の計算は、形態学における重要な操作の１つであり、腐食と膨脹の２つの基本操作が適切に組み合わされてなる。形態学的勾配には、グレイ値の形態学的アルゴリズムがあり、そのうちのＴｏｐ－Ｈａｔ（トップハット）変換は、監視測定のピーク作用を備え、それを示した図が図５であり、信号のプリミティブによる腐食と定義され、計算によりＴｏｐ－Ｈａｔ変換が取得されると、信号のピークが検出される。 The calculation of morphological gradients in images is one of the important operations in morphology, and consists of an appropriate combination of the two basic operations of corrosion and swelling. The morphological gradient has a gray value morphological algorithm, of which the Top-Hat conversion has a peak effect of surveillance measurements, which is shown in Figure 5 of the signal. It is defined as corrosion due to the primitive, and when the Top-Hat conversion is obtained by calculation, the peak of the signal is detected.

要約すると、温度測定制御装置３にケーブル沿線の温度信号を入力し、上述の形態学的勾配における腐食と膨脹により、温度異常の大まかな領域が検出され、さらに、Ｔｏｐ－Ｈａｔ変換により温度異常点のピークが検出されることで、温度異常の位置が確定される。 In summary, the temperature signal along the cable line is input to the temperature measurement control device 3, the rough region of the temperature abnormality is detected by the corrosion and expansion in the above-mentioned morphological gradient, and the temperature abnormality point is further detected by the Top-Hat conversion. By detecting the peak of, the position of the temperature abnormality is determined.

形態学的勾配のピーク幅の識別方法に基づいて、ケーブル沿線の温度異常の状况がシミュレーションされ、そのシミュレーション結果は図６に示す通りであり、温度測定制御装置３にケーブルの沿線温度曲線（上図）が出力され、出力は、形態学的勾配のピーク幅の識別方法に基づいて得られる温度異常点を示した図である（下図）。温度曲線上の各ピークは、１つの正の狭いピークと１つの負の狭いピークの勾配の組み合わせに対応し、形態学的勾配の正と負の狭いピークによって急速に冷却された個所（温度異常点）の位置を特定することができるとともに、正と負の狭いピークにおけるピーク値の間の距離に基づいて急速に冷却された領域の幅が推定される。 Based on the method of identifying the peak width of the morphological gradient, the condition of the temperature abnormality along the cable is simulated, and the simulation result is as shown in FIG. (Figure) is output, and the output is a diagram showing the temperature anomaly points obtained based on the method for identifying the peak width of the morphological gradient (see the figure below). Each peak on the temperature curve corresponds to a combination of one positive narrow peak and one negative narrow peak gradient, where it is rapidly cooled by the positive and negative narrow peaks of the morphological gradient (temperature anomaly). The location of the point) can be determined, and the width of the rapidly cooled region is estimated based on the distance between the peak values at the narrow positive and negative peaks.

さらに具体的には、本発明の高温超伝導ケーブル温度測定システムにおいて使用される光ファイバー温度測定ホスト１１は、ＤＴＳ光ファイバー温度測定ホスト１Ｎ４３８５Ｂであることができ、計算機のポートは、ＵＳＢとイーサネット（ＬＡＮ）を備え、通信プロトコルはＳＣＰＩとＭｏｄｂｕｓ ＴＣＰ／ＩＰ（オプション－０６０）をサポートしている。測温抵抗体温度監視制御装置２２には、Ｋｅｉｔｈｌｅｙ３７００シリーズデジタルマルチメータが使用され、そのホストは、最大５７６の２線式のマルチプレクサチャネルをサポートすることができ、複数のＰＴ白金抵抗センサーの測定信号に同時に接続することができる。光ファイバー温度測定ホスト１１と測温抵抗体温度監視制御装置２２が組み合わされた複合温度測定部品は、温度測定制御装置３に温度信号を出力し、前記システムは、Ｌａｂｖｉｅｗプログラムに基づいてソフトウェアを開発し、光ファイバー温度測定と測温抵抗体５による温度測定を組み合わせるとともに、仮想の計測プラットフォームに相当する測定及び判定プラットフォームを構築することで、データ情報の集積を大幅に向上させることにより、良好なマンマシンインタフェースが提供され、システムの使用における柔軟性が向上される。 More specifically, the optical fiber temperature measurement host 11 used in the high temperature superconducting cable temperature measurement system of the present invention can be the DTS optical fiber temperature measurement host 1N4385B, and the computer ports are USB and Ethernet (LAN). The communication protocol supports SCPI and Modbus TCP / IP (option-060). The resistance temperature detector temperature monitoring controller 22 uses a Keithley 3700 series digital multimeter whose host can support up to 576 2-wire multiplexer channels and has multiple PT platinum resistance sensor measurement signals. Can be connected to at the same time. The composite temperature measurement component, which is a combination of the optical fiber temperature measurement host 11 and the temperature measurement resistor temperature monitoring control device 22, outputs a temperature signal to the temperature measurement control device 3, and the system develops software based on the Labview program. , By combining optical fiber temperature measurement and temperature measurement by temperature measuring resistor 5 and constructing a measurement and judgment platform equivalent to a virtual measurement platform, it is possible to greatly improve the accumulation of data information, which is a good man machine. An interface is provided to increase flexibility in using the system.

本発明の実施例を実施することで、以下の有益な效果を備える。 By carrying out the embodiment of the present invention, the following beneficial effects are obtained.

本発明の提供する高温超伝導ケーブル温度測定システムは、従来の温度センサー（測温抵抗体）と光ファイバー温度測定技術が組み合わされて使用され、超伝導ケーブルを製造する際に、あらかじめ光ファイバーを超伝導ケーブルの中に設置するとともに、測温抵抗体を超伝導ケーブル端末（端末冷却システム）に配置することで、光ファイバー温度測定と測温抵抗体が組み合わされた複合温度測定部品が組成され、それにより、高温超伝導ケーブル沿線の温度と端末冷却システムの温度が測定される。前記システムは、リアルタイムで高温超伝導ケーブル沿線の温度分布を正確に把握することができることで、超伝導ケーブルの動作温度に応じてケーブルの輸送電流または超伝導ケーブル保護裝置を制御することができる。熱障害に関連したケーブル動作の欠陥を早急に発見することができるとともに、警告信号を発信することで、高温超伝導ケーブルの安全な動作が保証される。形態学的勾配における正と負の狭いピークの位置によって高温超伝導ケーブルの沿線における温度の異常点の位置を正確に特定する方法を提出することで、超伝導ケーブルの整備点検の際に、故障を解決することができるとともに故障の範囲を狭めることができ、故障の処理時間を短縮することができる。 The high temperature superconducting cable temperature measurement system provided by the present invention is used in combination with a conventional temperature sensor (temperature measuring resistor) and optical fiber temperature measurement technology, and superconducts the optical fiber in advance when manufacturing a superconducting cable. By installing the temperature measuring resistor in the cable and arranging the temperature measuring resistor in the superconducting cable terminal (terminal cooling system), a composite temperature measuring component that combines the optical fiber temperature measurement and the temperature measuring resistor is composed, thereby forming a composite temperature measuring component. , The temperature along the high temperature superconducting cable and the temperature of the terminal cooling system are measured. Since the system can accurately grasp the temperature distribution along the high-temperature superconducting cable in real time, it is possible to control the transport current of the cable or the superconducting cable protection device according to the operating temperature of the superconducting cable. The cable operation defects related to thermal failure can be detected immediately, and the warning signal is sent to ensure the safe operation of the high-temperature superconducting cable. By submitting a method to accurately identify the position of the temperature anomaly along the line of the high-temperature superconducting cable by the position of the narrow positive and negative peaks in the morphological gradient, the failure during maintenance and inspection of the superconducting cable The problem can be solved, the range of failure can be narrowed, and the failure processing time can be shortened.

本発明が提供する高温超伝導ケーブル温度測定システムは、電力送電網における高温超伝導ケーブルの温度測定と監視制御保護に応用することができ、高温超伝導ケーブルの構造の違いに応じて、高電圧レベル、中電圧レベル、低電圧レベルに対応することができるため、高い安定性と信頼性を備える。 The high-temperature superconducting cable temperature measurement system provided by the present invention can be applied to temperature measurement and monitoring control protection of high-temperature superconducting cables in a power transmission network, and high voltage depending on the difference in the structure of the high-temperature superconducting cable. It has high stability and reliability because it can handle levels, medium voltage levels, and low voltage levels.

説明すべき点として、本文中の、第１、第２等の関係用語はすべて、１つの実体または操作を他の実体または操作と区別する目的にのみに使用され、必ずしもこれらの実体または操作の間に実際の関係または順序が存在することを要求または暗示するものではない。また、用語の「からなる」、「備える」、またはいかなるその他の変形語も、非排他的な含みをカバーすることを意図し、それによって、一連の要素からなる過程、方法、物品または設備は、それらの要素を含むだけでなく、明確に示されていないその他の要素も含み、または、この種の過程、方法、物品あるいは設備にもとからある要素も含むことになる。さらに多くの制限がない場合、「一つの……からなる」の文によって限定される要素は、前記要素を含む過程、方法、物品または設備中に存在する別の共通する要素を排除しない。 As a point to be explained, all related terms such as 1st and 2nd in the text are used only for the purpose of distinguishing one entity or operation from another entity or operation, and are not necessarily used for these entities or operations. It does not require or imply that there is an actual relationship or order between them. Also, the term "consisting", "preparing", or any other variant is intended to cover non-exclusive implications, thereby a process, method, article or equipment consisting of a series of elements. , Not only those elements, but also other elements that are not explicitly shown, or that are inherent in this type of process, method, article or equipment. Without further restrictions, the elements limited by the sentence "consisting of one ..." do not exclude another common element present in the process, method, article or equipment containing said element.

上述は、本発明の具体的な実施方法に過ぎず、指摘すべき点として、本技術分野における一般の技術者は、本発明の原理を逸脱することなく、若干の改善及び潤色を行うことができ、これらの改善及び潤色も本発明の保護範囲に含まれるものとする。 The above is only a specific method for carrying out the present invention, and it should be pointed out that a general engineer in the present technical field may make some improvements and colors without deviating from the principle of the present invention. These improvements and colors are also included in the scope of protection of the present invention.

１ 光ファイバー温度測定ホスト
２ 測温抵抗体温度監視制御装置
３ 温度測定制御装置
４ 端末冷却システム
５ 自己測温抵抗体
６ ケーブル動作制御ホスト
７ インバータシステム
８ 遮断器
９ 低温温度測定光ファイバー
１１ 高温超伝導ケーブル
１２ 低温恒温器
１３ シールド層
１４ Ｃ相絶縁層
１５ Ｃ相相導体
１６ ケーブルボビン
１７ 液体窒素
１００ 情報収集受信ユニット
１１０ 第１計算ユニット
１２０ 位置測定ユニット
３００ 信号受信処理ユニット
３１０ 保護動作決定ユニット
３２０ 保護領域決定ユニット
３３０ 保護情報送信ユニット 1 Optical fiber temperature measurement host
2 Resistance temperature detector Temperature monitoring and control device 3 Temperature measurement control device 4 Terminal cooling system 5 Self-temperature resistor 6 Cable operation control host 7 Inverter system 8 Breaker 9 Low temperature temperature measurement optical fiber
11 High-temperature superconducting cable
12 Low temperature thermostat 13 Shield layer 14 C phase insulation layer 15 C phase conductor 16 Cable bobbin 17 Liquid nitrogen 100 Information collection and reception unit 110 First calculation unit 120 Position measurement unit 300 Signal reception processing unit 310 Protection operation determination unit 320 Protection area Decision unit 330 Protection information transmission unit

Claims (9)

相互に接続される高温超伝導ケーブルと端末冷却システムに応用される高温超伝導ケーブルの温度測定システムであって、
前記高温超伝導ケーブルの温度測定システムは、
低温温度測定光ファイバーと、
測温抵抗体と、
光ファイバー温度測定ホストと、
測温抵抗体温度監視制御装置と、
温度測定制御装置と、からなり、
前記低温温度測定光ファイバーは、前記高温超伝導ケーブルに中に設けられ、
前記測温抵抗体は、前記端末冷却システムに設置され、
前記光ファイバー温度測定ホストは、前記低温温度測定光ファイバーの各測定点からの温度測定情報を受信するのに用いられ、
前記測温抵抗体温度監視制御装置は、測温抵抗体からの温度情報を受信するのに用いられ、
前記温度測定制御装置は、前記光ファイバー温度測定ホスト及び前記測温抵抗体温度監視制御装置と相互に接続され、前記温度測定情報及び温度情報を受信し、前記温度測定情報及び温度情報に基づいて評価及び判定することにより、接続されたケーブル動作制御ホストの保護動作及び保護領域が決定され、前記ケーブル動作制御ホストは、前記保護動作及び保護領域に基づき、対応するインバータシステムまたは遮断器を操作し、
前記温度測定制御装置は、信号受信処理ユニットと、保護動作決定ユニットと、保護領域決定ユニットと、保護情報送信ユニットと、を備え、
前記信号受信処理ユニットは、前記温度測定制御装置が温度信号を受信した後、ケーブル沿線温度Ｔ、ケーブル沿線温度の平均値Ｔ ａｖ 、及び、冷却システムの温度Ｔ ｃ を取得するのに用いられ、
前記保護動作決定ユニットは、前記信号受信処理ユニットによって取得された数値を、所定のケーブル沿線温度警告値Ｔ ｌ 、ケーブル最高許容温度Ｔ ｍａｘ 、ケーブル平均温度低しきい値Ｔ Ｌ 、ケーブル平均温度高しきい値Ｔ Ｈ 、及び、冷却システムの最高許容温度Ｔ ｃＨ と比較してケーブル動作制御ホストの保護動作を判定するのに用いられ、
前記保護領域決定ユニットは、前記数値が取得された後、ケーブル沿線の温度曲線を取得するとともに、シミュレーションにより、形態学的勾配のピーク幅の識別方法に基づいて得られた温度異常点を示した図を取得し、前記温度異常点を示した図における正と負の狭いピークの相対位置によって、ケーブル上の温度異常点の位置を特定することで、保護領域を確定するのに用いられ、
前記保護情報送信ユニットは、前記保護動作及び保護領域情報を、接続されたケーブル動作制御ホストに送信するのに用いられる
ことを特徴とする高温超伝導ケーブルの温度測定システム。 A temperature measurement system for interconnected high-temperature superconducting cables and high-temperature superconducting cables applied to terminal cooling systems.
The temperature measurement system of the high-temperature superconducting cable is
Low temperature temperature measurement optical fiber and
With a resistance temperature detector ,
Fiber optic temperature measurement host and
Resistance temperature detector temperature monitoring and control device,
It consists of a temperature measurement control device and
The low temperature temperature measuring optical fiber is provided inside the high temperature superconducting cable.
The resistance temperature detector is installed in the terminal cooling system.
The optical fiber temperature measurement host is used to receive temperature measurement information from each measurement point of the low temperature temperature measurement optical fiber.
The resistance temperature detector temperature monitoring control device is used to receive temperature information from the resistance temperature detector.
The temperature measurement control device is interconnected with the optical fiber temperature measurement host and the temperature measurement resistor temperature monitoring control device, receives the temperature measurement information and the temperature information, and evaluates based on the temperature measurement information and the temperature information. And the determination determines the protected operation and protected area of the connected cable operation control host, which operates the corresponding inverter system or breaker based on the protected operation and protected area .
The temperature measurement control device includes a signal reception processing unit, a protection operation determination unit, a protection area determination unit, and a protection information transmission unit.
The signal reception processing unit is used to acquire the temperature along the cable line T, the average value T av of the temperature along the cable line , and the temperature T c of the cooling system after the temperature measurement control device receives the temperature signal.
The protection operation determination unit uses the numerical values acquired by the signal reception processing unit as a predetermined cableside temperature warning value T l , cable maximum allowable temperature T max , cable average temperature low threshold value T L , and cable average temperature high. Used to determine the protective operation of the cable operation control host compared to the threshold TH and the maximum permissible temperature T cH of the cooling system .
After the numerical value was acquired, the protected area determination unit acquired the temperature curve along the cable line and showed the temperature anomaly point obtained by simulation based on the method for identifying the peak width of the morphological gradient. It is used to determine the protected area by acquiring a diagram and identifying the location of the temperature anomaly on the cable by the relative positions of the narrow positive and negative peaks in the diagram showing the temperature anomaly.
The protection information transmission unit is used to transmit the protection operation and protection area information to the connected cable operation control host.
A temperature measurement system for high-temperature superconducting cables. 請求項１に記載の高温超伝導ケーブルの温度測定システムにおいて、
前記光ファイバー温度測定ホストは、さらに、情報収集受信ユニットと、第１計算ユニットと、位置測定ユニットを備え、
前記情報収集受信ユニットは、前記低温温度測定光ファイバーの各温度測定点に散光されるストークス光と反ストークス光をそれぞれ収集するのに用いられ、
前記第１計算ユニットは、各温度測定点におけるストークス光と反ストークス光を以下の計算公式、
Figure 0007048771000007
 で計算し、前記温度測定点の温度を取得するのに用いられ、
式における、ＩＡＳは反ストークス強度であり、ＩＳはストークス強度であり、ｈはプランク定数であり、ｋはボルツマン定数であり、νは光の振動数であり、νｉは振動周波数であり、Ｔは絶対温度であり、レーザー源が決定されると、νは定数となり、νｉは、光ファイバー材料によって决定され、光ファイバーが確定されると定数となり、
前記位置測定ユニットは、光学時間領域反射率測定（ＯＴＤＲ）技術に基づいて、前記低温温度測定光ファイバーの各温度測定点の位置を特定し、各温度測定点の位置情報を取得するのに用いられる
ことを特徴とする高温超伝導ケーブルの温度測定システム。 In the temperature measuring system of the high-temperature superconducting cable according to claim 1 ,
The optical fiber temperature measurement host further includes an information collection / reception unit, a first calculation unit, and a position measurement unit.
The information collection / reception unit is used to collect Stokes light and anti-Stokes light scattered at each temperature measurement point of the low temperature temperature measurement optical fiber.
The first calculation unit calculates Stokes light and anti-Stokes light at each temperature measurement point using the following calculation formula.
Figure 0007048771000007
 Calculated in, used to obtain the temperature at the temperature measurement point,
In the equation, IAS is the anti-Stokes intensity, IS is the Stokes intensity, h is Planck's constant, k is the Boltzmann constant, ν is the frequency of light, and ν i is the vibration frequency. , T is the absolute temperature, ν becomes a constant when the laser source is determined, ν i is determined by the optical fiber material, and becomes a constant when the optical fiber is determined.
The position measuring unit is used to identify the position of each temperature measuring point of the low temperature temperature measuring optical fiber and acquire the position information of each temperature measuring point based on the optical time domain reflectometer (OTDR) technique.
A temperature measurement system for high-temperature superconducting cables. 請求項１または請求項２に記載の高温超伝導ケーブルの温度測定システムにおいて、
前記測温抵抗体は、ＰＴ１００温度センサーである
ことを特徴とする高温超伝導ケーブルの温度測定システム。 In the temperature measuring system of the high-temperature superconducting cable according to claim 1 or 2.
The resistance temperature detector is a PT100 temperature sensor.
A temperature measurement system for high-temperature superconducting cables . 請求項１から請求項３のいずれかに記載の高温超伝導ケーブルの温度測定システムにおいて、
前記保護動作決定ユニットは、
比較結果が、（Ｔ＞Ｔｌ）∨（Ｔａｖ＞ＴＬ）である場合、生成される保護動作は警報命令であり、ケーブル動作制御ホストが警報命令及び保護領域情報を受信すると、インバータシステムの前記保護領域における前記高温超伝導ケーブルの送電が制御されるポリシーと
比較結果が、（Ｔ＞Ｔｍａｘ）∨（Ｔａｖ＞ＴＨ）∨（Ｔｃ＞ＴｃＨ）である場合、生成される保護動作は遮断命令であり、ケーブル動作制御ホストが前記遮断命令及び保護領域情報を受信すると、遮断器が制御され、直ちに前記保護領域における故障を起こした前記高温超伝導ケーブルが送電網から切断されるポリシーとにより保護動作が決定される
ことを特徴とする高温超伝導ケーブルの温度測定システム。 In the temperature measuring system for the high-temperature superconducting cable according to any one of claims 1 to 3 .
The protection operation determination unit is
If the comparison result is (T> T l ) ∨ ( Tav > T L ), the generated protection action is an alarm command, and when the cable operation control host receives the warning command and protection area information, the inverter system Generated when the policy and comparison result of controlling the transmission of the high temperature superconducting cable in the protected area is (T> T max ) ∨ (T av > TH ) ∨ (T c > T cH ). The protection operation is a cutoff command, and when the cable operation control host receives the cutoff command and the protection area information, the circuit breaker is controlled and the high temperature superconducting cable having a failure in the protection area is immediately disconnected from the power grid. The protection behavior is determined by the policy to be applied.
A temperature measurement system for high-temperature superconducting cables. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の高温超伝導ケーブルの温度測定システムにおいて、
前記高温超伝導ケーブルは、外側から内側へ、低温恒温器と、シールド層と、少なくとも一層の絶縁層及び相導体と、ケーブルボビンを備え、前記低温恒温器とシールド層の間、及び、ケーブルボビン内には、いずれも液体窒素が充填され、そのうち、
前記高温超伝導ケーブルの中には、さらに、低温耐性温度測定光ファイバーが取り付けられ、前記低温耐性温度測定光ファイバーは、少なくともシールド層外表面、最も外側の絶縁層と最も外側の相導体の間、ケーブルボビンの内表面の３つの位置のうちのいずれかに取り付けられる
ことを特徴とする高温超伝導ケーブルの温度測定システム。 In the temperature measuring system for the high-temperature superconducting cable according to any one of claims 1 to 4 .
The high-temperature superconducting cable comprises a low-temperature thermostat, a shield layer, at least one insulating layer and a phase conductor, and a cable bobbin from the outside to the inside, and between the low-temperature thermostat and the shield layer, and a cable bobbin. The inside is filled with liquid nitrogen, and of these,
Further, a low temperature resistant temperature measuring optical fiber is installed in the high temperature superconducting cable, and the low temperature resistant temperature measuring optical fiber is a cable at least on the outer surface of the shield layer, between the outermost insulating layer and the outermost phase conductor. Attached to any of the three positions on the inner surface of the bobbin
A temperature measurement system for high-temperature superconducting cables. 請求項５に記載の高温超伝導ケーブルの温度測定システムにおいて、
前記低温耐性温度測定光ファイバーには、石英系マルチモード光ファイバーが採用されるとともに、光ファイバーコーティング層の周囲には、光ファイバーの断面が同心円になるように被覆材料が塗布される、または、非金属密着スリーブが設けられ、前記非金属密着スリーブには、繊維強化複合プラスチックスリーブ、ＰＢＴルースチューブ、フィブリル化ケブラースリーブが採用される
ことを特徴とする高温超伝導ケーブルの温度測定システム。 In the temperature measuring system of the high-temperature superconducting cable according to claim 5 .
A quartz-based multimode optical fiber is adopted as the low temperature resistant temperature measurement optical fiber, and a coating material is applied around the optical fiber coating layer so that the cross section of the optical fiber is concentric, or a non-metal adhesion sleeve. The non-metal adhesive sleeve is provided with a fiber reinforced composite plastic sleeve, a PBT loose tube, and a fibrillated Kevlar sleeve.
A temperature measurement system for high-temperature superconducting cables. 請求項５または請求項６に記載の高温超伝導ケーブルの温度測定システムにおいて、
前記低温耐性光ファイバーには、直線敷設またはＳ敷設の方法が採用される
ことを特徴とする高温超伝導ケーブルの温度測定システム。 In the temperature measuring system of the high-temperature superconducting cable according to claim 5 or 6 .
A straight line laying method or an S laying method is adopted for the low temperature resistant optical fiber.
A temperature measurement system for high-temperature superconducting cables. 請求項５から請求項７のいずれかに記載の高温超伝導ケーブルの温度測定システムにおいて、
前記低温恒温器は、真空中間層を備える２層のステンレスが溶接されて製造され、前記２層のステンレスの真空中間層には、複数の層の絶縁材料及び活性炭が設置され、
前記シールド層は、銅シールド層であり、その一端または両端は、接地され、
前記絶縁層は、ポリプロピレンラミネート紙、芳香族ポリアミド紙、または、ポリイミド材料が採用されて製造され、
前記相導体は、Ｙ系高温超伝導体ＹＢＣＯであり、その幅は≧５ｍｍであり、その厚みは≒０．３ｍｍでなければならないとともに、銅層がメッキされることで安定層とされ、
ケーブルボビンは、目の細かい金網で覆われた金属波形管であり、超伝導テープが巻きつけられた基準支持物であると同時に、液体窒素の流通パイプに用いられる
ことを特徴とする高温超伝導ケーブルの温度測定システム。 In the temperature measuring system for the high-temperature superconducting cable according to any one of claims 5 to 7 .
The low temperature thermostat is manufactured by welding two layers of stainless steel having a vacuum intermediate layer, and a plurality of layers of insulating materials and activated carbon are installed in the vacuum intermediate layer of the two layers of stainless steel.
The shield layer is a copper shield layer, and one end or both ends thereof are grounded.
The insulating layer is manufactured by adopting polypropylene laminated paper, aromatic polyamide paper, or a polyimide material.
The phase conductor is a Y-based high-temperature superconductor YBCO, the width thereof must be ≧ 5 mm, the thickness thereof must be ≈0.3 mm, and the copper layer is plated to form a stable layer.
A cable bobbin is a metal corrugated tube covered with fine wire mesh, a reference support wrapped with superconducting tape, and at the same time used as a flow pipe for liquid nitrogen.
A temperature measurement system for high-temperature superconducting cables. 請求項１から請求項８のいずれかに記載の高温超伝導ケーブルの温度測定システムにおいて、
前記高温超伝導ケーブルは、三相独立超伝導ケーブル構造、三相平行軸超伝導ケーブル構造、または、三相同軸超伝導ケーブル構造である
ことを特徴とする高温超伝導ケーブルの温度測定システム。 In the temperature measuring system for the high-temperature superconducting cable according to any one of claims 1 to 8 .
The high-temperature superconducting cable has a three-phase independent superconducting cable structure, a three-phase parallel axis superconducting cable structure, or a three-phase coaxial superconducting cable structure.
A temperature measurement system for high-temperature superconducting cables.
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