(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導体の外周に絶縁層を有する超電導ケーブルであって、
前記絶縁層は、内層から外層にかけて第１の絶縁層、第２の絶縁層及び第３の絶縁層からなる三層を有し、前記絶縁層は液体窒素が含浸された状態であり、
前記第１の絶縁層の誘電率ε１と誘電正接tanδ１の積は、０．１％以上であり、
前記第２の絶縁層の誘電率ε２と誘電正接tanδ２の積は、０．０４％以下であり、
前記第３の絶縁層の誘電率ε３と誘電正接tanδ３の積は、０．０４％より大きく０．３％以下の範囲であることを特徴とする超電導ケーブル。
【請求項２】
前記第１の絶縁層は、クラフト紙又はクラフト紙とプラスチックフィルムの複合されたテープ材料が複数枚巻きつけられて構成され、
前記第２の絶縁層は、プラスチック繊維製の不織布からなるテープ材料が複数枚巻きつけられて構成され、
前記第３の絶縁層は、クラフト紙とプラスチックフィルムの複合されたテープ材料が複数枚巻きつけられて構成されることを特徴とする請求項１に記載の超電導ケーブル。
【請求項３】
前記第３の絶縁層がクラフト紙とプラスチックフィルムの複合されたテープ材料であって、前記第３の絶縁層の外周に、更に、クラフト紙が複数枚巻きつけられていることを特徴とする請求項２に記載の超電導ケーブル。
【請求項４】
前記第２の絶縁層を構成するプラスチック繊維製の不織布は、無極性プラスチックであることを特徴とする請求項２又は３に記載の超電導ケーブル。
【請求項５】
前記第２の絶縁層を構成するプラスチック繊維製の不織布は、高密度化処理するためにカレンダー処理されていることを特徴とする請求項２〜４の何れか一項に記載の超電導ケーブル。
【請求項６】
前記第１の絶縁層は、前記絶縁層全体の厚さに対して１／４以下の厚さであり、
前記第２の絶縁層は、前記絶縁層全体の厚さに対して１／１０から１／３の範囲の厚さであり、
前記第３の絶縁層は、前記絶縁層全体の厚さから前記第１の絶縁層の厚さ及び前記第２の絶縁層の厚さを除いた厚さであることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の超電導ケーブル。
【請求項７】
前記第２の絶縁層は、５ｍｍ以下の厚さであることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の超電導ケーブル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導ケーブルに関する。
【背景技術】
【０００２】
超電導ケーブルは、コンパクトで大容量の電力を低損失で送電することが可能な新たな電力ケーブルとして注目されている。超電導ケーブルは、一般に、可撓性を有するフォーマ上に超電導導体層、絶縁層及び超電導シールド層が順次積層されて構成される。超電導導体層は、複数本のテープ状酸化物超電導線が巻き付けられて構成される。絶縁層は、絶縁テープが巻き付けられて構成される。超電導シールド層は複数本のテープ状酸化物超電導線が巻き付けられて構成される。【０００３】
特許文献１には、図４に示すようにフォーマ１ａ上に超電導導体層３ａ、絶縁層５１ａ、超電導シールド層７ａ等が順次積層された超電導ケーブルが開示されている。なお、超電導導体層３ａのテープ状酸化物超電導線材には、例えば、Ｙ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏ７−Ｘ（０≦Ｘ＜１）等のイットリウム系酸化物超電導線材が用いられる。【０００４】
絶縁層５１ａは、合成紙、半合成絶縁紙又はクラフト紙等の絶縁紙が巻き付けられて構成される。絶縁層５１ａは、超電導ケーブルが液体窒素により冷却された際、絶縁紙の内部又は絶縁紙間の隙間（バッドギャップ：bad gap）に液体窒素を保持する。【０００５】
式１に、均一な絶縁素材により構成される絶縁層５１ａ内の電界分布を示す。
絶縁層５１ａの耐電圧性能は、絶縁層５１ａ内の最大電界よりも大きい必要がある。下記式１によれば、ｒ＝ｒ１のときに絶縁層５１ａ内の電界は最大電界となる。超電導ケーブルの絶縁設計は、絶縁層５１ａ内の最大電界が耐電圧性能よりも低くなるようにして設計される。【０００６】
【数１】
0005877153.tif 000002
【０００７】
一方、特許文献２には、グレーディングと呼ばれる絶縁層の構成が開示されている。
均一な絶縁材料により構成される特許文献１に記載の絶縁層に対して、グレーディングでは絶縁層が２層により構成される。２層の絶縁層のうち、内周側の絶縁層の誘電率ε１は高く、外周側の絶縁層の誘電率ε２は低い。【０００８】
内周側の絶縁層の誘電率ε１を高くし、外周側の絶縁層の誘電率ε２を低くすることで、交流特性を考慮した場合に高い耐電圧性能を実現することができる。【０００９】
式２に、内周側の絶縁層と外周側の絶縁層との境界電圧Ｖａを示す。
内周側の絶縁層で負担する電圧ΔＶは、（Ｖ−Ｖａ）となり、内周側の絶縁層の誘電率ε１を高くし、外周側の絶縁層の誘電率ε２を低くするため（ε１＞ε２）、電圧ΔＶは小さくなる。その結果、グレーディングは内部の電界を緩和する（低下させる）効果がある。よって、導体直上の最大電界を下げることができ、高い耐電圧性能を実現することができる。【００１０】
【数２】
0005877153.tif 000003
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００６−１５６１６３号公報
【特許文献２】特開２００６−１５６３２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところで、超電導ケーブル等の絶縁層を有するケーブルにより交流電力を輸送するには、交流電流と交流電圧を加える必要がある。超電導ケーブルに交流電圧を印加すると、絶縁層の内部では電圧により誘電分極した双極子が電場の変動に追随して振動する。このとき、双極子が振動に後れを伴うと誘電損失が生じる。この位相差による誘電損失を表す値として、誘電正接tanδを用いることができる。
超電導ケーブルの誘電損失は、下記式３及び４で表される。【００１３】
【数３】
0005877153.tif 000004
【００１４】
【数４】
0005877153.tif 000005
【００１５】
上記式（３）及び（４）から、誘電損失の小さな超電導ケーブルを実現するには、超電導ケーブル運転時温度（液体窒素温度：７０〜７７Ｋ程度）における誘電率εおよび誘電正接tanδの小さな絶縁材を選べばよい。【００１６】
表１に、超電導ケーブルの絶縁層として通常用いられる絶縁材を示す。また、各絶縁材料の誘電率ε、誘電正接tanδ、材料コストを示す。なお、誘電率及び誘電正接の値は、液体窒素含浸（大気圧７７Ｋ）におけるものである。【００１７】
【表１】
0005877153.tif 000006
【００１８】
表１に記載の絶縁材は、各々の材料単体の絶縁破壊強度としては４０〜５０ｋＶ／ｍｍを有している。しかし、絶縁材を巻きつけて超電導ケーブルの絶縁層を形成した場合には、液体窒素（誘電率１．４３（大気圧７７Ｋ））が含浸された状態で絶縁層が形成されている。このような超電導ケーブルの場合には、絶縁層では誘電率εが小さい場合には、バッドギャップに存在する液体窒素にかかる電界が高くなるため、高い耐電圧性能を実現することができない。
上記表１によれば、（１）クラフト紙を絶縁層として用いた場合、誘電率εが大きいため高い耐電圧性能を実現し得るが、誘電率ε及び誘電正接δの両方が大きいため誘電損失が大きくなる問題がある。
また、（２）半合成紙（ポリプロピレンラミネート紙：クラフト紙とプラスチックフィルムの複合されたテープ材料）を絶縁層として用いた場合、誘電率ε及び誘電正接δは比較的好ましいが、誘電率εが小さいため、高い耐電圧性能を実現することができない。
また、（３）合成樹脂製不織布（プラスチック繊維製の不織布）を絶縁層として用いた場合、不織布自体の誘電率ε及び誘電正接δは好ましいが、不織布は伸縮性のある材料であるため、不織布を絶縁層として用いた場合や不織布が絶縁層に占める割合が大きい場合、超電導ケーブルに曲げが生じると不織布に皺ができる。絶縁層中に皺ができると絶縁層に隙間が生じ、電気絶縁的に電界集中と耐絶縁の低いボイドができ、これにより低電圧が印加された場合でも絶縁破壊する問題がある。これ以外にも、不織布を絶縁層に用いることは、コスト面で問題がある。
また、（４）合成樹脂製フィルム（プラスチックフィルム）を絶縁層として用いた場合、誘電率ε及び誘電正接δの特性とコスト面で適用が難しい。ポリイミド樹脂、ポリアミド合成繊維のナイロン（登録商標）、塩化ビニル樹脂を用いた場合は、誘電率ε及び誘電正接δの両方が大きいため誘電損失が大きくなるという問題を有しており、フッ素樹脂のテフロン（登録商標）やＡＢＳ樹脂を用いた場合には、誘電率ε及び誘電正接δは比較的好ましいが、コスト面で大きな問題があり、更に、誘電率εが小さいため、高い耐電圧性能を実現することができない。
なお、ここでのコスト評価は、構成材料自体の価格を意味する。【００１９】
本発明の課題は、誘電損失を抑制し、高い耐電圧性能を有した材料コストの安価な超電導ケーブルを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明によれば、導体の外周に絶縁層を有する超電導ケーブルであって、
前記絶縁層は、内層から外層にかけて第１の絶縁層、第２の絶縁層及び第３の絶縁層からなる三層を有し、前記絶縁層は液体窒素が含浸された状態であり、
前記第１の絶縁層の誘電率ε１と誘電正接tanδ１の積は、０．１％以上であり、
前記第２の絶縁層の誘電率ε２と誘電正接tanδ２の積は、０．０４％以下であり、
前記第３の絶縁層の誘電率ε３と誘電正接tanδ３の積は、０．０４％より大きく０．３％以下の範囲であることを特徴とする超電導ケーブルが提供される。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、誘電損失を抑制し、高い耐電圧性能を有した材料コストの安価な超電導ケーブルを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】超電導導体の概略断面図である。
【図２】絶縁層の内部の電界分布を示す図である。
【図３】誘電損失の値を示す図である。
【図４】従来の超電導導体の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本実施形態における超電導ケーブルの構成について図面を用いて詳細に説明する。なお、本実施形態は一例であり、本発明はこれに限定されるものではない。
【００２４】
図１に超電導ケーブル１０の概略断面図を示す。
超電導ケーブル１０は、フォーマ１、平滑層２、超電導導体層３、内部半導電層４、絶縁層５、外部半導電層６、超電導シールド層７、シールド保護層８、絶縁保護層９を備えて構成される。
【００２５】
可撓性を有する直径３０ｍｍの銅撚り線導体のフォーマ１の表面には、平滑層２が形成される。平滑層２の外側には、２０本のテープ状超電導線を３００ｍｍのピッチで螺旋状に巻き付けた超電導導体層３が形成される。ここで、超電導線は例えばＹＢＣＯ線材であり、断面寸法は幅４ｍｍ、厚さ０．２ｍｍである。超電導導体層３の上面には、テープ状のカーボン紙で１ｍｍ程のギャップを開けて内部半導電層４が形成される。内部半導電層４の役割は、導体表面のＹＢＣＯ線材の角や、表面上の突起における電界の集中を緩和させるものである。内部半導電層４の上には、絶縁層５が形成される。
【００２６】
絶縁層５は、第１の絶縁層５ａ、第２の絶縁層５ｂ及び第３の絶縁層５ｃにより構成され、第１〜第３の絶縁層（５ａ〜５ｃ）が内層から外層にかけて順次積層されて構成される。
【００２７】
第１の絶縁層５ａは、ポリエチレン紙をクラフト紙がサンドイッチ上に挟みこんで複合化されたポリエチレンラミネート紙（幅２０ｍｍ、厚さ０．１５ｍｍ）を２０枚、１ｍｍのギャップを開けて連続螺旋状に巻きつけて形成される。第１の絶縁層５ａの厚さは、絶縁層５全体に対して１／４以下であることが望ましい。第１の絶縁層５ａの厚さが、絶縁層５全体の厚さの１／４を超えると、誘電損失が高くなるという問題が生じるためである。
なお、実施例では第１の絶縁層５ａにポリエチレンラミネート紙を用いたがこれに限らず、例えば第１の絶縁層５ａは、クラフト紙だけで構成してもよい。
ここで、第１の絶縁層５ａは、誘電正接tanδ１が０．０５％以上であり、誘電率ε１は１．０以上であればよい。誘電正接tanδ１が０．０５％未満の場合には、耐電圧特性が悪くなるという問題がある。また、誘電正接tanδ１は好ましくは０．２％以下であることが好ましい。０．２％を超えた場合には、誘電損失が高くなるという問題が生じるためである。また、誘電率ε１と誘電正接tanδ１の積は好ましくは０．１％以上０．４％未満であることが好ましい。誘電率ε１と誘電正接tanδ１の積が、０．１％未満の場合には耐電圧特性が悪くなるという問題が生じる、０．２％を超える場合には誘電損失が高くなるという問題が生じるためである。
【００２８】
第２の絶縁層５ｂは、幅２０ｍｍ、厚さ０．１５ｍｍの不織布を２０枚、１ｍｍのギャップを開けて連続螺旋状に巻きつけて形成される。不織布は、テフロン（登録商標）繊維、ポリスチレン繊維、ポリエチレン不織布、ポリプロピレン繊維等を熱的、機械的又は化学的作用により接着又は絡み合わせたものであり、例えばタイベック（登録商標）を用いることができる。第２の絶縁層５ｂの厚さは、絶縁層５全体に対して１／１０〜１／３の範囲であり、好適には１／５〜１／４の範囲である。第２の絶縁層５ｂの厚さを上述のようにすることで、安価な絶縁層とすることができる。また、第２の絶縁層５ｂの厚さは、５ｍｍ以下とすることが望ましい。第２の絶縁層５ｂの厚さが５ｍｍを超えると、材料コストが上昇してしまい好ましくない。
ここで、第２の絶縁層５ｂは、誘電正接tanδ２が０．０２％以下であり、誘電率ε２は１．０以上であればよい。誘電正接tanδ２が０．０２％を超えた場合には、誘電損失が高くなるという問題がある。また、誘電率ε２と誘電正接tanδ２の積は好ましくは０．０４％以下であることが好ましい。誘電率ε２と誘電正接tanδ２の積が、０．０４％を超える場合には誘電損失が高くなるという問題が生じるためである。
なお、第２の絶縁層５ｂは、高密度化処理するためカレンダー処理されていることが望ましい。
【００２９】
第３の絶縁層５ｃは、第１の絶縁層５ａと同じく幅２０ｍｍ、厚さ０．１５ｍｍポリエチレンラミネート紙を６６枚巻きつけて形成される。なお、第３の絶縁層５ｃもポリエチレンラミネート紙に限られない。第３の絶縁層５ｃの厚さは、絶縁層５全体の厚さから第１の絶縁層５ａと第２の絶縁層５ｃの厚さを除いた厚さとなる。
ここで、第３の絶縁層５ｃは、誘電正接tanδ３が０．０２％より大きく、誘電率ε３は１．０以上であればよい。誘電正接tanδ３が０．０２％以下の場合には、耐電圧特性が悪くなるという問題がある。また、誘電率ε３と誘電正接tanδ３の積は好ましくは０．０４％より大きく０．３％以下であることが好ましい。誘電率ε３と誘電正接tanδ３の積が、０．０４％未満の場合には耐電圧特性が悪くなるという問題が生じる、０．３％を超える場合には誘電損失が大きくなるという問題が生じるためである。
【００３０】
図２に、絶縁層５の内部の電界分布を示す。
第２の絶縁層５ｂ内は、一般的に誘電率εが小さいので電界が集中するところ、絶縁層５全体の厚さに対して薄いため電界上昇は第１の絶縁層５ａに比べて小さい。よって、耐電圧性能の低い合成紙等を用いて第２の絶縁層５ｂを形成した場合でも、絶縁層５全体として電圧性能を損なうものではない。
【００３１】
図１に戻り、絶縁層５の外側の構成については本発明の本題と異なるが、一つの構成の例として説明すると、絶縁層５の上に外部半導電層６が形成される。更に、外部半導電層６上に３０本の超電導線を巻き付けてなる超電導シールド層７が形成される。超電導シールド層７に用いた超電導線の材質、寸法及び巻き付け方法は超電導導体層３と同じである。更に、超電導シールド層７の上面に、シールド保護層８が形成される。シールド保護層８は、銅テープが複数層巻きつけられて構成され、超電導シールド層７の超電導線の保護及び過電流がシールド層を流れたときに分流させて導体を保護する役割を担う。更に、シールド保護層８の外側に、１ｍｍ厚の絶縁保護層９が形成される。絶縁保護層９は、テープ状クラフト紙が１ｍｍ程度のギャップを開けて螺旋状に４層巻き付けられて構成され、ケーブルコアと断熱管の間の絶縁を取る役割を担う。
【００３２】
表２を参照して、第１の実験について説明する。
第１の実験は、本実施形態に係る３層の絶縁層５を備えた超電導ケーブル１０及び比較例に対して２７５ｋＶ級の交流電圧を印加させて行った。
実験結果として、絶縁層５の各層（５ａ〜５ｃ）の最大電界、誘電損失及び絶縁破壊強度を得た。
なお、ここでの最大電界とは、絶縁体層を形成する絶縁体中の１ｍｍ当たりの電圧勾配が最も高いところを意味し、誘電損失は、誘電率と誘電正接を測定することによって求めた。また、絶縁破壊強度は、交流電圧を２７５ｋＶ印加した際の絶縁破壊及び部分放電の有無を確認した。Ａは交流電圧を印加した際の絶縁破壊及び部分放電の両方が生じなかった場合、Ｂは部分放電が生じた場合、Ｃは両方とも生じた場合として評価を行った。
【００３３】
実施例１は、第１の絶縁層がポリエチレンラミネート紙、第２の絶縁層がポリエチレン不織布、第３の絶縁層がポリエチレンラミネート紙からなる絶縁層を備えた超電導ケーブルである。このときの第１の絶縁層５ａの厚さは５ｍｍ、第２の絶縁層５ｂの厚さは５ｍｍ、第３の絶縁層５ｃの厚さは１４ｍｍとした。
実施例２〜９についても、表２に記載したような絶縁材を用いて絶縁層を形成し、各絶縁層の厚みについても表２に記載したように構成した。
【００３４】
実施例１〜４については、第１の絶縁層と第３の絶縁層が同じ絶縁材を用いて形成した。
実施例５〜７は、第１の絶縁層と第３の絶縁層を異なる絶縁材を用いて形成した。
実施例８は、２〜４層目に本実施形態の第１〜３の絶縁層を配し、１層目に誘電率εと誘電正接δの積が大きい絶縁材を配した。
実施例９は、１〜３層目に本実施形態の第１〜３の絶縁層を配し、４層目に誘電率εと誘電正接δの積が大きい絶縁材を配した。
【００３５】
また、比較例として、誘電率εと誘電正接δの積が大きい１層の絶縁層を備えた超電導ケーブル（比較例１）、誘電率εと誘電正接δの積が小さい１層の絶縁層を備えた超電導ケーブル（比較例２）、及び比較例１と比較例２の絶縁層を用いた２層の絶縁層を備えた超電導ケーブル（比較例３）、内側から外側の絶縁層に向かって誘電率εと誘電正接δの積が大きくなっていく３層の絶縁層を備えた超電導ケーブル（比較例４）についても同様の実験を行った。比較例３において、内側の絶縁層（第１の絶縁層）の厚さは１０ｍｍ、外側の絶縁層（第２の絶縁層）の厚さは１４ｍｍとし、比較例４において、第１層の絶縁層の厚さは５ｍｍとし、第２の絶縁層の厚さは５ｍｍとし、第３の絶縁層の厚さは１４ｍｍとした。
なお、絶縁層全体の厚さは、実施例１〜９及び比較例１〜４の全てにおいて２４ｍｍとした。
【００３６】
【表２−１】
0005877153.tif 000007
【表２−２】
0005877153.tif 000008
【００３７】
表２に示すように、実施例１〜９では、誘電損失を抑制しつつ、更に、安価な絶縁層又は高い耐電圧性能を実現することができた。以下、具体的に各実施例について説明する。
【００３８】
実施例１では、高い耐電圧性能を実現しつつ、誘電損失を０．４Ｗ／ｍまで抑制することができた。実施例１は比較例１と比較すると、誘電損失が約７０％に削減された。また、高価な第２の絶縁層５ｂの厚さを５ｍｍまで薄くすることで、コストを抑えることができた。なお、交流電圧を印加しても絶縁破壊はもちろん、部分放電等の絶縁上で問題となる現象も起こらなかった。
【００３９】
一方、比較例１では、実施例１及び他の比較例２、３、４と比較して誘電損失が高かった。
また、比較例２では、耐電圧性能の低い絶縁層にもかかわらず、最大電界で１０ｋＶ／ｍｍの電圧がかかっており、耐電圧性能としては好ましくない。また、誘電損失は低いものの、コストがかかる。
また、比較例３では、誘電率ε及び誘電正接δが小さい高価な絶縁層を厚さ１４ｍｍも用いるためコストがかかる。また、外側に伸縮性のある不織布のタイベック（登録商標）を用いるため、超電導ケーブルに曲げが生じると外側の絶縁層に皺ができる。絶縁層中に皺ができると絶縁層に隙間が生じ、電気絶縁的に電界集中と耐絶縁の低いボイドができ、これにより低電圧が印加された場合でも絶縁破壊する問題があるため、好ましくない。
更に、比較例４では、３層の構成とし、絶縁破壊強度は十分ではあるが、誘電損失が実施例１や比較例１，２に比べてやや高く、更にコストがかかってしまった。
【００４０】
実施例２では、実施例１と同様に誘電損失を０．４Ｗ／ｍまで抑制することができた。しかし、交流電圧を印加した場合には部分放電が生じてしまった。しかし、材料コストは比較例２〜４に比べれば抑えることができた。比較例３と比べて、誘電損失および絶縁破壊強度は同等ではるが、材料コストが比較例３よりも抑えることができ、優位性がある。
実施例３では、実施例１と同様に誘電損失を０．４Ｗ／ｍまで抑制することができた。更に、交流電圧を印加した場合でも部分放電は生じなかった。材料コストは実施例１，２に比べると高いが、比較例２〜４に比べれば抑えることができた。
実施例４では、誘電損失を０．５Ｗ／ｍまで抑制でき、更に、交流電圧を印加した場合でも部分放電は生じなかった。また、材料コストも実施例１と同等であり、好ましい。
【００４１】
実施例５では、誘電損失が０．６Ｗ／ｍであり、実施例１〜４に比べてやや高くなってしまった。また、交流電圧を印加した場合には部分放電が生じてしまった。しかし、材料コストは実施例１〜４に比べれば抑えることができた。比較例４と比べると誘電損失は同等であるが、絶縁破壊強度ではやや劣る。しかし、材料コストが比較例４に比べると半分となり、好ましい。
実施例６では、誘電損失を０．５Ｗ／ｍまで抑制できた。しかし、交流電圧を印加した際の絶縁破壊及び部分放電の両方が生じてしまった。材料コストは、実施例１〜５に比べて高いが、比較例２と比べると３０％削減することができる。
実施例７では、誘電損失を０．２Ｗ／ｍまで抑制でき、更に、交流電圧を印加した場合でも部分放電は生じなかった。ただし、材料コストが高くなってしまった。しかし、比較例２と比べると同等の誘電損失を実現し、更に絶縁破壊強度も十分とすることができ、好ましい。
【００４２】
実施例８では、誘電損失が０．６Ｗ／ｍであり、実施例１〜４，６，７に比べてやや高くなってしまった。しかし、交流電圧を印加した場合でも部分放電は生じなかった。また、材料コストも実施例１，４と同等に抑えることができた。比較例４と比べると、誘電損失と絶縁破壊強度は同等であるが、材料コストを４０％削減することができ、好ましい。
実施例９では、誘電損失を０．４Ｗ／ｍまで抑制でき、更に、交流電圧を印加した場合でも部分放電は生じなかった。更に、材料コストについても実施例１よりも低く抑えることができ、好ましい。
【００４３】
次に、実施例１〜９において、各絶縁層の誘電率εと誘電正接tanδの積の好ましい範囲について述べる。
実施例１と実施例３，４を比較すると、第２の絶縁層の誘電率εと誘電正接tanδの積（ε２×tanδ２）は、０．０４％以下とすることで、誘電損失の低減率が向上していることがわかる。また、ε２×tanδ２の値が０．０４％以下の範囲内であれば誘電損失及び絶縁破壊強度は変化しないが、実施例３のようにフッ素樹脂フィルムを用いることで材料コストが上昇してしまうことが判る。
実施例２と６を比較すると、第１の絶縁層の誘電率εと誘電正接tanδの積（ε１×tanδ１）は、０．１％以上とすることで、絶縁破壊強度が向上することが判る。
実施例１と５、実施例３と７をそれぞれ比較すると、第３の絶縁層の誘電率εと誘電正接tanδの積（ε３×tanδ３）が、０．３％以下であれば、絶縁破壊強度が好ましいことが判る。また、ε３×tanδ３の値が、ε２×tanδ２の値よりも高い範囲内であれば、ε３×tanδ３の値が低ければ低いほど誘電損失の低減が向上していることが判る。
【００４４】
実施例８と９を比較すると、４層の絶縁層を形成する際には、誘電率εと誘電正接δの積が大きい絶縁材を１層目に配するよりも４層目目に配した方が、誘電損失低減が向上し、更に材料コストも削減できることが判る。
誘電損失、絶縁破壊強度、材料コストを総合評価した場合には、実施例１、４、９が最も好ましいことが判る。つまり、第１の絶縁層には半合成紙（ポリプロピレンラミネート紙）を用い、第２の絶縁層には合成樹脂製不織布を用い、第３の絶縁層には第１の絶縁層と同じ材料を用いることが最も好ましい。
【００４５】
図３を参照して、誘電損失と絶縁層の厚さとの関係について説明する。
図３に、本実施形態に係る絶縁層５を備えた超電導ケーブル１０の第１の絶縁層５ａの厚さと第２の絶縁層５ｂの厚さとを変化させ、それぞれの場合に２７５ｋＶ級の交流電圧を印加させた場合の誘電損失の値を示す。
【００４６】
図３に示すように、第２の絶縁層５ｂを厚くすると誘電損失は低減するが、８ｍｍ程度からその減少率は減ってくる。一方で、第２の絶縁層５ｂを多く用いるとコスト高になる。また、第１の絶縁層５ａの厚さを薄くすると誘電損失は減少するが、第１の絶縁層５ａの厚さが５ｍｍのとき第２の絶縁層５ｂにかかる最大電界は８ｋＶ／ｍｍであるのに対し、第１の絶縁層５ａの厚さが２ｍｍのとき第２の絶縁層５ｂにかかる最大電界は９．５ｋＶ／ｍｍ程度と高くなり、絶縁耐力上信頼性を損なう要因となる。
【００４７】
以上より、第１の絶縁層５ａと第２の絶縁層５ｂの厚さにも最適な範囲が存在することが分かる。すなわち本構成の効果を生む範囲としては、厚さ２４ｍｍの絶縁層５に対して、第１の絶縁層５ａの厚さは２ｍｍ〜６ｍｍ（絶縁層５全体に対して１／４以下の厚さ）、第２の絶縁層５ｂの厚さは２ｍｍ〜８ｍｍ（絶縁層５全体に対して１／１０〜１／３の厚さ）、第３の絶縁層５ｃの厚さは残りの厚さで構成されるとよい。
【００４８】
以上のように、本実施形態によれば、超電導ケーブル１０における絶縁層５を３層構造のグレーディングとすることで、誘電損失を低減することができる。さらに、誘電正接tanδは小さいが耐電圧性能が低い第２の絶縁層５ｂについて電圧分布を低く抑えることができ、超電導ケーブル１０全体の耐電圧性能を損なうことなしに、かつ、絶縁層を厚くすることなく、誘電損失を低減することができる。
【００４９】
また、絶縁層５全体の厚さを従来の絶縁性能の高いポリエチレンラミネート紙と同じ厚さとすることができ、超電導ケーブルのコンパクト性を損なうことがない。
また、誘電損失をポリエチレンラミネート紙による超電導ケーブルに比べて８０％に低減することができ、ケーブル自身の電力送電による送電損失を低減できることに加えて、その損失による発熱を除去するために冷凍機の必要能力を下げることができ、冷凍システムの建設コストを抑えることができる。
また、第２の絶縁層５ｂに高価な不織布を使用するものの厚さを抑えることができ、全体のトータルシステムコストを低減することができる。
また、電機絶縁の信頼性も従来の絶縁層と同等であることから、ケーブルの長期間の使用とケーブルの絶縁破壊により、都市部への送電の停止によりおこる都市機能、市民生活機能への障害をなくし、信頼ある社会的基盤の維持を図ることができる。
【００５０】
なお、本発明において、材料を特定せずに電気的な特性で示すことも可能であり、第１の絶縁層の誘電率ε１と誘電正接tanδ１の積と第２の絶縁層の誘電率ε２と誘電正接tanδ２の積がε１×tanδ１＞ε２×tanδ２であり、かつ第１の絶縁層の耐電圧強度Ｆ１と第２の絶縁層の耐電圧強度Ｆ２がＦ１＞Ｆ２の関係で有れば良く、誘電率の大小については制限されるものではない。すなわち誘電率については、第１の絶縁層の誘電率＞第２の絶縁層の誘電率、であっても、第１の絶縁層の誘電率＜第２の絶縁層の誘電率、であってもよい。また、第２の絶縁層の誘電率ε２と誘電正接tanδ２の積と第３の絶縁層の誘電率ε３と誘電正接tanδ３の積の関係においても、ε２×tanδ２＜ε３×tanδ３の関係であればよく、ε１×tanδ１とε３×tanδ３が同じで有る必要はない。
【００５１】
また、超電導導体層３及び超電導シールド層７に用いる超電導線には、ＹＢＣＯ線材やＨｏＢＣＯ線材等のＲＥ系超電導線材、Ｂｉ２２２３等のＢｉ系の超電導体に銀シースを施したＢｉ系超電導線材を用いることができる。なお、ＲＥは希土類元素であり、Ｒｅ系超電導材料はＹ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕから選ばれる１種類または２種類以上の元素からなる超電導材料である。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、以上のように構成されていることから、超電導ケーブルとして利用できる。
【符号の説明】
【００５３】
１    フォーマ
２    超電導層
３    超電導導体層
４    半導電層
５    絶縁層
５ａ  第１の絶縁層
５ｂ  第１の絶縁層
５ｃ  第１の絶縁層
６    半導電層
７    超電導層
８    シールド保護層
９    絶縁保護層
１０  超電導導体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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