(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スパイラル管と、該スパイラル管の外周に複数本の導線を螺旋状に卷回して形成した導線層と、該導線層の外周に設けた超電導導体層とを具えたことを特徴とする超電導ケーブル。
【請求項２】
前記導線層中の少なくとも１本の導線に絶縁被覆線を用いたことを特徴とする請求項１記載の超電導ケーブル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超電導ケーブルコアの外周部分に遮蔽層を具えた超電導ケーブルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、第１従来例を示す図である。図４において、３は超電導導体層、４は絶縁層、５は遮蔽層、６は保護層、７は内部コルゲート管、８は断熱層、９は外部コルゲート管、２０は巻芯である。
【０００３】
金属管よりなる巻芯２０の外周に、複数本の酸化物超電導線材等を螺旋状に巻いて超電導導体層３を形成し、その上にクラフト紙等よりなるテープを多層に巻き付けて絶縁層４を形成している。さらに、絶縁層４の外周には、複数本の超電導線材を螺旋状に巻線して遮蔽層５を施して超電導ケーブルのコア部を形成している。
【０００４】
コア部の外周には、ケーブル製造時やケーブル布設時等に、コア部が内部コルゲート管７の内面の凸部と擦れあって傷つくのを防止するために、ポリエチレンテレフタレートのテープを螺旋状に巻き付けて保護層６を形成している。その状態で内部コルゲート管７の中に収納し、内部コルゲート管７の中に液体窒素等よりなる寒剤を流すことでコア部を冷却し、ケーブルを超電導状態に保持するようにしている。
【０００５】
さらに、内部コルゲート管７は、口径が大きい外部コルゲート管９の中に収納し、内部コルゲート管７と外部コルゲート管９との間に、スーパーインシュレーションを多層に巻き付けて形成した断熱層８を介在させ、かつ、内部コルゲート管７と外部コルゲート管９との間の空間を真空状態に保持することにより、外部から内部コルゲート管７内部への熱の侵入を低く抑えている。
【０００６】
この超電導ケーブルでは、巻芯２０が銅管やアルミニウム管等の金属管を用いていて、巻芯２０は、超電導線材を保持する機能の他に、超電導線材の冷却のための液体窒素等の寒剤を圧力損失を低く維持しながら通す機能と、さらに短絡事故時の過大電流を分担して超電導導体層３の破損を防止する機能を具えている。
【０００７】
図５は、第２従来例を示す図である。図５において、符号は、図４のものに対応しており、２１はスパイラル管である。この実施形態では、図４のものにおける金属管よりなる巻芯２０の代わりに、金属あるいは非金属製で可撓性のあるスパイラル管２１を用いている。
【０００８】
この超電導ケーブルでは、スパイラル管２１は曲げに対して塑性変形がなくスムーズに曲げられるため、ケーブルを曲げたときスパイラル管２１の上に巻回した超電導導体層３に加わる歪みは小さく、臨界電流を低下させるようなことがなくなる。
【０００９】
また、可撓性のある巻芯としては、スパイラル管以外にもプラスチック製のコルゲート管等も用いられている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記第１従来例の超電導ケーブルでは、ケーブル製造時や布設時等にケーブルに曲げが加わると、巻芯２０が塑性変形してその上に巻回されている超電導導体層３に歪みが加わってしまい、超電導線の臨界電流特性を低下させるという問題点があった。そのため、ケーブルの通電容量を確保するためには、予め臨界電流特性の低下を見込んで超電導線材の巻線数を多くしておく必要があり、コストを上昇させてしまうという問題点があった。
【００１１】
また、前記第２従来例の超電導ケーブルやコルゲート管よりなる巻芯を用いた超電導ケーブルでは、スパイラル管やコルゲート管は引張強度が小さくて、ケーブルを引き込み布設する際等に強度メンバーとして機能し得ないという問題点があった。さらに、短絡事故が発生した場合、スパイラル管やコルゲート管では短絡電流をバイパスするには通電容量が不十分で、超電導導体層３や遮蔽層５が破損してしまうという問題点もあった。
【００１２】
本発明は、そのような問題点を解決し、ケーブルに曲げが加わっても超電導導体層３に大きな歪みが加わらず、しかも、巻芯を強度メンバーとして機能させることができ、短絡事故が発生した場合には、短絡電流をバイパスできるようにすることを目的とするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、請求項１に記載の超電導ケーブルは、スパイラル管と、該スパイラル管の外周に複数本の導線を螺旋状に卷回して形成した導線層と、該導線層の外周に設けた超電導導体層とを具えたことを特徴とする。このようにすると、ケーブルに曲げが加わっても超電導導体層に大きな歪みが加わらず、しかも、巻芯を強度メンバーとして機能させることができ、短絡事故が発生した場合には、短絡電流をバイパスできるようになる。
【００１４】
そして、請求項２に記載の超電導ケーブルは、前記導線層中の少なくとも１本の導線に絶縁被覆線を用いたことを特徴とする。このようにすると、超電導ケーブルの臨界電流特性を測定する際に、絶縁被覆線を電圧リードとして用いることにより、誘導ノイズの影響を低減させることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態を示す図である。符号は、図５のものに対応しており、１はスパイラル管、２は導線層である。
【００１６】
厚さ１ｍｍの細長い鉄板をスパイラル状に卷回して形成したスパイラル管１の外周に複数本の銅丸線を巻き付けて導線層２を形成して巻芯としている。ここで、スパイラル管１は、内径１５ｍｍ、導線層２としては、直径２ｍｍの銅丸線を１層当たり２６本巻き付けたものを２層形成した。なお、スパイラル管１は、鉄以外にも、銅やアルミニウム等のその他の金属、あるいはＦＲＰやテフロン等の非金属で形成してもよい。また、導線層２を形成する丸線は、銅以外にアルミニウム等のその他の良導電性の金属でもよい。
【００１７】
そのような導線層２の外周に、複数本の酸化物超電導線材等を螺旋状に巻線して超電導導体層３を形成し、その上にクラフト紙あるいは半合成紙よりなるテープを多層に巻き付けて絶縁層４を形成している。さらに、絶縁層４の外周には、複数本の超電導線材を螺旋状に巻線して遮蔽層５を施し、スパイラル管１，導線層２，超電導導体層３，絶縁層４及び遮蔽層５で超電導ケーブルのコア部を形成している。さらに、遮蔽層５の上には、ポリエチレンテレフタレートのテープを螺旋状に巻き付けて保護層６を形成している。
【００１８】
ここで、超電導導体層３及び遮蔽層５を形成する超電導線材としては、例えば、Ｂｉ系の酸化物超電導体に銀マグネシウム合金シースを施した高温超電導テープ線を用いることができる。そして、超電導導体層３では、例えば、芯数が５５本、液体窒素中での臨界電流値が２７Ａで、幅３．５ｍｍ，厚さ０．２ｍｍの高温超電導テープ線を、１層当たり１６本巻き付けて、それを４層形成する。また、遮蔽層５では、同様な高温超電導テープ線を、１層当たり３１本巻き付けて、２層形成する。しかし、必ずしもそれに限定されず、超電導導体層３，遮蔽層５の層数は、それ以外でも単数層でもよく、さらに、複数層にする場合、層間に絶縁テープを施工してもよい。
【００１９】
また、超電導線材としては、Ｂｉ系以外にも、Ｙ系，Ｎｄ系，Ｈｇ系，Ｐｂ系，Ｔｌ系等の酸化物系超電導線材でもよく、さらに、Ｎｂ系，Ｎｂ３  Ｓｎ系，Ｖ３  Ｇａ系等の金属系超電導線材でもよい。また、シース材も銀マグネシウム合金以外に、銀マンガン合金や銅，アルミニウム等でもよい。さらに、シースとせずに、ベース状の銀やニッケル等のテープ状の基材としてもよい。
【００２０】
一方、超電導導体層３外周に施した絶縁層４は、幅３０ｍｍ，厚さ１５０μｍのクラフト紙テープを４０層巻き付けた。ただし、絶縁層４の材料としては、クラフト紙以外に、オリエンテッドポリプロピレンラミネートペーパー（ＯＰＰＬ）やポリプロピレンラミネートペーパー（ＰＰＬＰ）等の半合成紙でもよい。また、巻数は、ケーブルに必要な耐電圧値に応じて適宜調整される。
【００２１】
（第２実施形態）
図２は、本発明の第２実施形態を示す図である。図２において、符号１は、図１のものに対応しており、２−１，２−２は導線層、１０は絶縁被覆導線である。この実施形態では、導線層２−２に巻き付けられている導線の内の１本に、ホルマール等の絶縁被覆を施した絶縁被覆導線１０を用いている。
【００２２】
このように、導線層の中の一部に絶縁被覆導線１０を設けておくと、その絶縁被覆導線１０を、臨界電流特性を測定する際の電圧リードとして用いることができる。次に、その点について説明する。
【００２３】
図３は、臨界電流特性の測定方法を示す図である。図３において、符号１０は、図２のものに対応しており、１１は超電導ケーブル、１２はそのコア部、１３，１４はケーブル端末、１５，１６は接続点、１７はリード線、１８は電圧計である。
【００２４】
超電導ケーブルの臨界電流特性の測定は、超電導導体に流れる電流を徐々に増加させていきながらケーブル両端間の電圧降下を測定する。超電導導体層が超電導状態にあるときは、超電導導体の抵抗が０であるため電圧降下も０になるが、電流が臨界電流になると超電導状態が崩れだして電圧降下が発生する。その電圧降下を検出することにより臨界電流の測定ができる。その際、数ｍ以上のケーブルの臨界電流特性の測定には、ｍＶ以下のレベルの電圧測定が必要となる。
【００２５】
しかしながら、従来の臨界電流特性の測定方法では、図３（ロ）のように、ケーブル両端に設けたケーブル端末の出口間に電圧計１８を接続するようにしており、超電導ケーブルの超電導導体層と電圧計１８を接続するリードとで巨大なループが形成されるため、外部からの誘導ノイズの影響を受けやすくｍＶ以下のレベルの電圧測定は困難であった。
【００２６】
それに対して、図２に示す第２実施形態の超電導ケーブルでは、図３（イ）に示すように、絶縁被覆導線１０の他端を接続点１５で超電導導体層に半田付けして、電圧計１８に接続するリードとして利用する。その結果、超電導ケーブルの超電導導体層とリードとで形成されるループの断面積を極めて小さくすることができ、外部からの誘導ノイズの影響を低減することができる。特に、巻芯を構成する導線層２に絶縁被覆導線１０を設けると、超電導導体層３との間隔が狭くなり、前記ループをより小さくできるので、前記誘導ノイズの影響をより低減できる。
【００２７】
以上説明したような本発明の超電導ケーブルを使って通電試験を実施したところ、ケーブルを直線状にしても、また、直径２ｍに曲げた状態でも、臨界電流に変化はなかった。さらに、短絡電流を想定して２０ｋＡｒｍｓを０．５秒通電しても、電流が巻芯に分流して超電導導体層３は損傷を受けることがなかった。
【００２８】
次に、管路布設を想定して、室温においてケーブルに７００ｋｇｆの張力を掛けて引っ張ったところ、巻芯を強度メンバーとして引っ張ることができ、布設が可能であった。また、スパイラル管１の中に液体窒素を流す際の圧力損失は、巻芯にフレキシブル管を用いた従来のものより低いことが分かった。
【００２９】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されているので、次に記載するような効果を奏する。
すなわち、請求項１に記載の超電導ケーブルは、スパイラル管の外周に複数本の導線を螺旋状に卷回して導線層を形成して巻芯としたので、ケーブルに曲げが加わっても超電導導体層に大きな歪みが加わらず、しかも、巻芯を強度メンバーとして機能させることができ、短絡事故が発生した場合には、短絡電流を分流できるようになる。
【００３０】
そして、請求項２に記載の超電導ケーブルは、導線層中の少なくとも１本の導線に絶縁被覆線を用いるようにしたので、絶縁被覆線を臨界電流特性の測定の際に、電圧リードとして用いることにより、誘導ノイズの影響を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示す図である。
【図２】本発明の第２実施形態を示す図である。
【図３】臨界電流特性の測定方法を示す図である。
【図４】第１従来例を示す図である。
【図５】第２従来例を示す図である。
【符号の説明】
１…スパイラル管
２…導線層
３…超電導導体層
４…絶縁層
５…遮蔽層
６…保護層
７…内部コルゲート管
８…断熱層
９…外部コルゲート管
１０…絶縁被覆導線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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