(57)【要約】【課題】電流値が5kA以上である大容量の送電に適した超電導ケーブル、及び超電導ケーブル線路を提供する。【解決手段】超電導ケーブル1は、超電導線材により形成された超電導導体層12を有する複数心のケーブルコア10が一つの断熱管20に収納された多心ケーブルである。各ケーブルコア10に具える超電導導体層12に流される電流は、同種の電流、例えば、単相の交流電流である。一つのケーブルコア10に使用する超電導線材の数を少なくして、同種の電流が流されるケーブルコア10の心数を多くする構成とすることで、ケーブルコア10に具える超電導導体層12に印加される磁場を低減できる。そのため、超電導ケーブル1は、印加磁場による超電導線材の臨界電流の低下度合いが小さく、所定の容量を確保するために使用する超電導線材の本数を低減することができる。【選択図】図1
2011086514.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導線材により形成された超電導層を有する複数心のケーブルコアが同一の断熱管に収納された超電導ケーブルであって、
前記ケーブルコアのうち、少なくとも2心のケーブルコアに流される電流が同種の電流であり、
これら同種の電流が流される超電導層を構成する超電導線材の合計臨界電流が5kA以上であることを特徴とする超電導ケーブル。
【請求項２】
前記超電導ケーブルは、三相交流送電に用いられ、
前記ケーブルコアのうち、少なくとも2心のケーブルコアに流される電流が同相の電流であり、
前記同相の電流が流されるケーブルコアのグループを3組具え、
前記各グループに流される電流がそれぞれ異なる相の電流であ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】
前記ケーブルコアのうち、少なくとも2心のケーブルコアは、複数の超電導層を同軸状に具えた同軸型コアであり、
前記一方の同軸型コアに具える前記超電導層の群に流される電流と、前記他方の同軸型コアに具える前記超電導層の群に流される電流とが同種の電流であ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４】
前記超電導層は、基板上にRE系酸化物超電導相を具える薄膜線材により形成されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の超電導ケーブル。
【請求項５】
請求項1〜4のいずれか1項に記載の超電導ケーブルを具え、電流値が5kA以上の電力供給に利用されることを特徴とする超電導ケーブル線路。
【請求項６】
超電導線材により形成された超電導層を有する複数心のケーブルコアが同一の断熱管に収納された超電導ケーブルを具え、三相交流送電に用いられる超電導ケーブル線路であって、
前記超電導ケーブルを3条具えており、各超電導ケーブルに流される電流がそれぞれ異なる相の電流であり、
前記各超電導ケーブルに具える各ケーブルコアに流される電流が同相の電流であり、これらの同相の電流が流される超電導層を構成する超電導線材の合計臨界電流が5kA以上であることを特徴とする超電導ケーブル線路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導層を有するケーブルコアを具える超電導ケーブル、及び超電導ケーブル線路に関するものである。特に、5kA以上といった大容量の送電に適した超電導ケーブルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電力供給路を構成する電力ケーブルとして、超電導ケーブルが開発されつつある。超電導ケーブルは、代表的には、超電導層を有するケーブルコアと、このケーブルコアを収納すると共に、液体窒素といった冷媒が満たされる断熱管とを具える。
【０００３】
上記超電導層は、一般に、超電導線材を巻回して形成される。使用する超電導線材の本数は、合計臨界電流が所定の送電容量を満たすように設定される。そして、上記超電導層は、設定された超電導線材を用いて、単層構造又は多層構造の超電導線材層により構成される。冷媒に液体窒素が利用される高温超電導ケーブルにおいて上記超電導線材は、BSCCOと呼ばれるBi系酸化物超電導相を具えるBi系超電導線材や、REBCOと呼ばれるRE系酸化物超電導相(RE:希土類元素)が基板上に形成された薄膜線材が代表的である。
【０００４】
例えば、3相交流送電に利用される超電導ケーブルでは、3心の上記ケーブルコアが撚り合わされて一つの断熱管に収納された3心一括型の形態が代表的である(例えば、特許文献1の0002)。一方、直流送電に利用される超電導ケーブルとして、特許文献1では、往路導体と帰路導体とが同軸状に配置されたケーブルコアを具える同軸ケーブルを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開2005-332755号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の高温超電導ケーブルは、電流値がせいぜい3kA程度の送電に対応するように設計されている。しかし、更なる電力需要の増加に対応できるように、より大容量、具体的には、電流値が5kA以上、特に10kA以上といった大容量の送電が可能な構成が望まれる。
【０００７】
送電容量を増大するためには、例えば、一つのケーブルコアに具える超電導層を構成する超電導線材の使用本数を増加して、多層構造とすることが考えられる。しかし、上述のように所定の送電容量を満たすように超電導線材の使用本数を設定して上述のように多層構造としても、5kA以上といった大電流が流される用途では、超電導線材に印加される磁場が大きくなる。そのため、この磁場の印加による当該超電導線材の臨界電流の低下が大きくなり、所定の送電容量を確保することが困難である。
【０００８】
詳しく説明すると、上記Bi系超電導線材や薄膜線材といった超電導線材に通電すると、当該超電導線材から見て平行な成分の磁場(平行磁場。超電導ケーブルの径方向の磁場)が主として印加される。より具体的には、μ0を真空の透磁率(μ0＝4π×10-7)、Iを電流値(交流の場合は実効値)、Rを超電導線材の巻き付け半径とするとき、交流の場合、Br＝√2μ0I/(2πR)(T)と定義されるピーク磁場が、直流の場合、Br＝μ0I/(2πR)(T)と定義される磁場が主として印加される。そのため、通電電流(電流値)が大きくなると、超電導線材に印加される磁場が大きくなる。そして、この磁場が大きくなると、上記超電導線材の臨界電流Icが低下し、その結果、図4に示すようにIc維持率が低下する。Ic維持率とは、超電導線材(図4では、BSCCO又はGdBCO)における0Tでの臨界電流(自己磁場下における臨界電流):Ic＠0Tに対する、当該超電導線材における印加磁場(ここでは平行磁場)での臨界電流Icとの比:Ic/Ic＠0Tを言う。図4に示すグラフにおいて縦軸は、上記Ic維持率を示す。
【０００９】
5kA程度の通電を行った場合、0.1T(1×10-1T)を超えるような大きな磁場が超電導線材に印加される場合がある。図4のグラフに示すように、特に、超電導線材が薄膜線材(GdBCO)である場合、0.1Tを超えるとIc維持率の低下が大きく、Ic維持率が0.8ぐらいになる。従って、超電導線材の本来の特性を十分に活用できず、所定の送電容量を満たすように設定された本数の超電導線材の合計臨界電流よりも、超電導ケーブルの臨界電流が小さくなり、所定の送電容量を満たさなくなる可能性がある。
【００１０】
所定の送電容量を確保するためには、通電時の磁場による超電導線材の臨界電流Icの低下分を考慮して、超電導線材の本数を設定本数よりも更に増加する必要がある。例えば、上述したGdBCOでは、0.1Tの磁場が印加される場合、設定本数の約1.3倍の本数が必要である。
【００１１】
しかし、一つのケーブルコアに具える超電導層を構成する超電導線材の本数を上述のように設定値よりも増やすことで、ケーブルコアの製造性が悪くなる。また、高価な超電導線材を過剰に使用することは、不経済である。更に、超電導ケーブル線路の端部には、常電導機器に接続する端末接続部が設けられるが、5kA以上の大電流を1心のケーブルコアで送電する構成とする場合、上記端末接続部の設計が困難である。
【００１２】
そこで、本発明の目的の一つは、超電導線材を過剰に使用することなく、5kA以上といった大容量の送電に適した超電導ケーブルを提供することにある。
【００１３】
また、本発明の他の目的は、5kA以上といった大容量の送電に適した超電導ケーブル線路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、一つのケーブルコアに使用する超電導線材の本数を多くするのではなく、一つの断熱管に収納するケーブルコアの数を多くすることで上記目的を達成する。
【００１５】
本発明の超電導ケーブルは、超電導線材により形成された超電導層を有する複数心のケーブルコアが同一の断熱管に収納された多心ケーブルである。上記ケーブルコアのうち、少なくとも2心のケーブルコアに流される電流を同種の電流とする。また、これら同種の電流が流される超電導層を構成する超電導線材の合計臨界電流を5kA以上とする。
【００１６】
従来の多心ケーブルでは、一般に、一つの断熱管に収納された各ケーブルコアにそれぞれ異種の電流が流される。例えば、三相交流送電用の3心ケーブルでは、各ケーブルコアにそれぞれ異なる相の電流が流される。これに対し、本発明超電導ケーブルでは、一つの断熱管に収納された複数心のケーブルコアに同種の電流が流される構成とする。例えば、本発明超電導ケーブルを三相交流送電に利用する場合、一つの断熱管に収納された複数心のケーブルコアに同相の電流が流される。或いは、例えば、本発明超電導ケーブルを直流のモノポール送電に利用する場合、一つの断熱管に収納された複数心のケーブルコアに往路電流(帰路電流)が流され、バイポール送電に利用する場合、一つの断熱管に収納された複数心のケーブルコアに＋極(−極)の電流が流される。このように本発明超電導ケーブルは、同じ用途の複数心のケーブルコアを一つの断熱管に収納させた構成とする。そして、これら同じ用途の複数心のケーブルコアに具える超電導層を構成する超電導線材の合計臨界電流が5kA以上となるように、各ケーブルコアの超電導層が構成されている。
【００１７】
上記構成を具える本発明超電導ケーブルは、電流値が5kA以上の送電容量を確保するために、ケーブルコアの心数を多くして、各ケーブルコアが負担する送電容量を分割することで、一つのケーブルコアに具える超電導層を構成する超電導線材の使用量を過度に多くする必要がない。例えば、上述した例では、一つのケーブルコアに具える超電導層を構成する超電導線材として、設定本数の1.3倍もの本数が必要となったのに対して、本発明超電導ケーブルでは、一つのケーブルコアにおける超電導線材の使用本数を設定本数と同程度とすることができる。
【００１８】
このような本発明超電導ケーブルは、(1)ケーブルコアの製造性に優れる、(2)高価な超電導線材の使用量を抑制することができる、(3)5kA以上といった大容量の送電に利用する端末接続部の設計が容易となる、といった優れた効果を奏する。
【００１９】
以下、本発明をより詳細に説明する。
本発明超電導ケーブルの各ケーブルコアに具える超電導層は、超電導相を具える超電導線材を巻回して形成される超電導線材層を単層、又は多層に積層することで構成される。
【００２０】
上記超電導相は、液体窒素を冷媒に使用することができ、臨界電流が高い高温酸化物超電導相、代表的には、上述したBi系超電導線材や薄膜線材が好ましい。Bi系超電導線材は、Bi系酸化物超電導相の粉末を銀又は銀合金のパイプに詰めて、このパイプに塑性加工と熱処理とを施してテープ状とした線材が代表的である。薄膜線材は、ステンレス鋼やニッケル合金などの金属からなる基板上に、RE系酸化物超電導相(RE:例えばY,Ho,Gdなど)を成膜し、この膜の上に銀や銅、その合金といった良導体からなる安定化層を形成した構成が代表的である。特に、超電導層が薄膜線材から形成される場合、図4に示すように磁場の増加に伴いIc維持率が低下し易いため、本発明超電導ケーブルのように一つの断熱管に収納される複数心のケーブルコアに同種の電流を分流させる構成では、超電導線材に印加される磁場が大きくなり難く、高いIc維持率を保持できる。従って、本発明超電導ケーブルによれば、臨界電流Icが高い薄膜線材の特性を十分に活用できる。
【００２１】
一つのケーブルコアに具える超電導層を構成する超電導線材の使用本数は、このケーブルコアを具える超電導ケーブルにおけるケーブルコア数と、この超電導ケーブルが使用される所定の送電容量とを考慮して、適宜選択することができる。特に、本発明超電導ケーブルでは、少なくとも2心のケーブルコアの超電導層に同種の電流を分割して流す構成とするため、一つのケーブルコアにおける超電導線材の使用本数を低減することができる。
【００２２】
上記ケーブルコアは、単層構造又は多層構造の超電導線材層からなる超電導層を一つ具える一軸型の形態の他、複数の超電導層を同軸状に具えた同軸型コアとすることができる。例えば、本発明超電導ケーブルの一形態として、少なくとも2心のケーブルコアが上記同軸型コアであり、上記一方の同軸型コアに具える上記超電導層の群に流される電流と、上記他方の同軸型コアに具える上記超電導層の群に流される電流とが同種の電流である形態とすることができる。
【００２３】
上記形態によれば、複数心の同軸型コアを具えることで、同じ送電容量を確保するにあたり、一心のみの場合と比較して、一心当りに流す電流を小さくできるため、超電導線材に印加される磁場が小さくなる。従って、この形態は、超電導線材の使用本数を更に低減することができる。
【００２４】
本発明超電導ケーブルは、単相又は三相の交流送電や、モノポール又はバイポールの直流送電のいずれにも好適に利用することができる。例えば、本発明超電導ケーブルの一形態として、本発明超電導ケーブルを三相交流送電に利用する場合、上記ケーブルコアのうち、少なくとも2心のケーブルコアに流される電流が同相の電流であり、これら同相の電流が流されるケーブルコアのグループを3組具え、各グループに流される電流がそれぞれ異なる相の電流である形態が挙げられる。
【００２５】
三相交流送電には、上述のように1条の3心一括型の超電導ケーブルを使用し、3心のケーブルコアはそれぞれに異なる相(例えば、u相、v相、w相)の送電に利用される構成が代表的である。これに対して、上記形態では、1条の超電導ケーブルに多心のケーブルコアを具え、かつ少なくとも2心のケーブルコアを同相送電に利用する。より具体的には、例えば、u相の送電用ケーブルコア、v相の送電用ケーブルコア、w相の送電用ケーブルコアをそれぞれ2心ずつ、合計6心のケーブルコアが一つの断熱管に収納された形態が挙げられる。
【００２６】
本発明超電導ケーブルは、電流値が5kA以上の電力供給に利用される電力供給路の構成要素に好適に利用することができる。例えば、本発明超電導ケーブルを具える線路として、以下の形態が挙げられる。本発明の超電導ケーブル線路は、超電導線材により形成された超電導層を有する複数心のケーブルコアが同一の断熱管に収納された超電導ケーブルを具え、三相交流送電に用いられる線路である。この線路は、上記超電導ケーブルを3条具え、各超電導ケーブルに流される電流がそれぞれ異なる相の電流とする。また、上記各超電導ケーブルに具える各ケーブルコアに流される電流が同相の電流であり、これらの同相の電流が流される超電導層を構成する超電導線材の合計臨界電流を5kA以上とする。
【００２７】
上記本発明超電導ケーブル線路では、三相交流送電にあたり、3条の超電導ケーブルを具え、それぞれを、例えば、u相の送電用ケーブル、v相の送電用ケーブル、w相の送電用ケーブルとし、これら各ケーブルに、当該相の電流が流される複数心のケーブルコアを具える。上記構成によれば、三相交流送電にあたり、3心一括型の超電導ケーブルを1条利用する場合と比較して、1条の超電導ケーブルに具える各ケーブルコアにおける超電導線材の使用本数を低減できる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明超電導ケーブル及び本発明超電導ケーブル線路は、5kA以上といった大容量の送電に使用することができる上に、超電導線材の使用本数を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図1は、実施形態1の超電導ケーブルの概略構成を示す斜視図である。
【図２】図2は、実施例の超電導ケーブルの概略構成を示す断面図である。
【図３】図3は、比較例の超電導ケーブルの概略構成を示す断面図である。
【図４】図4は、超電導線材に印加される磁場とIc維持率：Ic/Ic＠0Tとの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、図面を参照して実施形態を説明する。図において同一符号は、同一名称物を示す。
【００３１】
(実施形態1)
図1を参照して、実施形態1の超電導ケーブル1を説明する。
[全体構成]
超電導ケーブル1は、3心のケーブルコア10が撚り合わされて一つの断熱管20に収納された、3心一括型の単相交流用の超電導ケーブルである。各ケーブルコア10はいずれも、超電導線材120により形成された超電導層(超電導導体層12、及び外側超電導層14)を具える。この超電導ケーブル1の特徴とするところは、3心のケーブルコア10に使用される超電導線材120の合計電流容量が5kA以上となるように各超電導導体層12が形成されている点、及び3心のケーブルコア10に具える超電導導体層12のいずれにも、同相の電流が流される点にある。以下、各構成をより詳細に説明する。
【００３２】
[断熱管]
断熱管20は、内管21と外管22とからなる二重構造管であり、内管21と外管22との間が真空引きされた真空断熱構造である。内管21内には、液体窒素といった冷媒が充填され、この冷媒によりケーブルコア10の超電導導体層12及び外側超電導層14が冷却されて、超電導状態に維持される。内管21と外管22との間には、スーパーインシュレーションといった断熱材23や、両管21,22の間隔を保持するスペーサ(図示せず)が配置される。外管22の外周には、ポリ塩化ビニルといった耐食性に優れる材料を押出して形成した防食層24を具える。
【００３３】
[ケーブルコア]
各ケーブルコア10は、中心から順にフォーマ11、超電導導体層12、電気絶縁層13、外側超電導層14、常電導シールド層15、保護層16を具える。いずれのケーブルコア10も、構成材料、線材などの大きさや使用本数、フォーマや各層12〜16の外径が等しく、同様の仕様である。各ケーブルコア10は、超電導導体層12、外側超電導層14という二つの超電導層を同軸状に具えた同軸型コアである。
【００３４】
＜フォーマ＞
フォーマ11は、超電導導体層12の支持体として機能する他、超電導ケーブル1では、短絡や地絡などの事故時に瞬間的に生じる大きな事故電流の分流路に利用される。このようなフォーマ11は、銅やアルミニウムなどの常電導材料にて形成された中実体や中空体(管体)を利用することができる。ここでは、フォーマ11は、ポリ塩化ビニル(PVC)やエナメルなどの絶縁被覆を具える銅線を複数本撚り合わせて構成された中実体としている。撚り線構造であることで、交流送電時における渦電流損の低減や曲げ特性に優れるといった効果が得られる。
【００３５】
上記フォーマ11の外周にクッション層を設けてもよい。クッション層は、例えば、クラフト紙といった絶縁紙や、クラフト紙とプラスチックとを複合した半合成絶縁紙(例えば、PPLP(住友電気工業株式会社  登録商標))からなる絶縁性テープを巻回することで形成することができる。クッション層を具えることで、超電導導体層12を形成し易い上に、フォーマ11を構成する銅線により超電導導体層12が損傷することを防止することができる。
【００３６】
＜超電導導体層、外側超電導層＞
超電導導体層12及び外側超電導層14はいずれも、超電導線材120を螺旋状に巻回することで形成された超電導線材層を多層に具える多層構造である。外側超電導層14は、通常運転時、超電導導体層12に流れる電流(導体電流)と実質的に同じ大きさの誘導電流が流され、この誘導電流がつくる磁界により導体電流がつくる磁界を打ち消して、導体電流による磁界が外部に漏れることを抑制するシールド機能を有する。ここでは、超電導線材120は、REBa2Cu3Ox(RE123)、例えばYBCO,HoBCO,GdBCOといった薄膜線材を利用している。その他、例えば、超電導相にBi2Sr2Ca2Cu3O10+δ(Bi2223)を具え、Agを金属マトリクスとするBi系酸化物超電導線材を利用してもよい。公知の超電導線材を利用してもよい。
【００３７】
上記各超電導線材層の層間には、クラフト紙などの絶縁紙を巻回した層間絶縁層125が形成されている。超電導導体層12及び外側超電導層14のいずれも、超電導線材120からなる部分に加えて層間絶縁層125を含むことを許容する。
【００３８】
超電導導体層12を構成する超電導線材の数や超電導線材層の数は、所望の送電容量に応じて選択することができる。また、外側超電導層14を構成する超電導線材の数や超電導線材層の数は、上記超電導導体層12に応じて適宜選択することができる。
【００３９】
なお、超電導導体層12の直上に、カーボン紙などを巻回して内側半導電層を設けることができる。また、外側超電導層14の上に、銅といった常電導材料からなる金属テープを巻回して、常電導シールド層15を設けることができる。常電導シールド層15は、事故時において誘導電流の分流路として機能させることができる。
【００４０】
＜電気絶縁層＞
電気絶縁層13は、上記超電導導体層12(或いは内側半導電層)の上に、上述したクラフト紙や半合成絶縁紙などの絶縁性テープを巻回することで形成されている。ここでは、電気絶縁層13は、PPLP(住友電気工業株式会社  登録商標)により構成されている。更に、電気絶縁層13の直上に、カーボン紙などを巻回して外側半導電層を設けることができる。
【００４１】
＜保護層＞
外側超電導層14(或いは常電導シールド層15)の外周に、外側超電導層14を機械的に保護するための保護層16を具える。保護層16は、上述したクラフト紙や半合成絶縁紙などの絶縁性テープを巻回することで形成することができる。
【００４２】
[大容量の送電に対する構成]
上述のように超電導ケーブル1に具える3心のケーブルコア10において超電導導体層12を構成する超電導線材120の使用本数、及び超電導線材層の積層数がいずれも同じである。そして、1心のケーブルコア10における超電導導体層12を構成する超電導線材120の使用本数は、3心のケーブルコアの超電導線材120の合計臨界電流が所定の送電容量(5kA以上)を満たす最小限の本数(＋尤度)に設定されている。
【００４３】
即ち、超電導ケーブル1は、3心のケーブルコア10を合わせることで、電流値が5kA以上の送電容量を確保する。換言すれば、超電導ケーブル1は、5kA以上の容量を3心のケーブルコア10により3分割して送電する構成である。従って、超電導ケーブル1では、3心のケーブルコア10に具える超電導導体層12のいずれにも、同種の電流(ここでは単相交流電流)が流される。なお、3心のケーブルコア10に具える外側超電導層14のいずれにも同種の電流(ここでは上記超電導導体層12に流される電流の誘導電流)が流される。
【００４４】
[効果]
上記構成を具える超電導ケーブル1は、5kA以上といった大容量の送電を行うにあたり、一つのケーブルコアにまとめて多数の超電導線材を使用する場合と比較して、一つのケーブルコア10における超電導線材の使用本数を低減できる。更に、超電導ケーブル1は、3心のケーブルコア10における超電導線材の合計使用本数をも低減できる。この理由は、以下のように考えられる。一心のケーブルコアにまとめて大電流を流すのではなく、複数心のケーブルコアに分割して電流を流すことで、超電導ケーブル1に所定の電流を通電したとき、各ケーブルコア10の超電導導体層12に印加される磁場(主として平行磁場)が比較的小さい。そのため、超電導ケーブル1は、磁場による臨界電流の低減度合いが小さく、高いIc維持率が確保できる。より具体的には、超電導ケーブル1では、5kA以上といった大容量の電流が通電されたときに印加される磁場下においても、各ケーブルコア10に具える超電導導体層12を構成する超電導線材120の臨界電流Icの低下度合いが少なく、Ic維持率を90％以上とすることができる。
【００４５】
上述のように超電導線材の使用量を低減できることで、超電導ケーブル1は、ケーブルコアの製造性に優れる。例えば、超電導ケーブル1に具えるケーブルコア10の製造にあたり、従来の低容量(送電容量が3kA程度)のケーブルコアの製造に使用していた製造装置をそのまま利用することができ得る。また、超電導線材の使用量が少ないことで、一つのケーブルコアに多量に超電導線材を利用した場合と比較して、ケーブルコア10は、小径で軽い上に、曲げ易いため、取り扱い易い。更に、高価な超電導線材を過剰に使用することが無く、経済性にも優れる。
【００４６】
＜変形例1＞
上記実施形態1では、1心のケーブルコアに具える超電導層が多層構造である構成を説明したが、単層構造としてもよいし、積層数を適宜変更してもよく、送電容量に応じて適宜選択することができる。この点は、後述する実施形態や変形例についても同様である。
【００４７】
＜変形例2＞
上記実施形態1では、3心ケーブルを説明したが、2心、又は4心以上のケーブルコアを具える構成とすることができる。ケーブルコアの心数は、送電容量に応じて適宜選択することができる。
【００４８】
＜変形例3＞
上記実施形態1では、1心のケーブルコアに具える超電導層を超電導導体層と外側超電導層との二つとしたが、更に多くしてもよい。例えば、1心のケーブルコアに三つの超電導層を同軸状に具える構成とし、三相交流の各相の送電に各超電導層をそれぞれ利用する形態、即ち、u相の送電用超電導層、v相の送電用超電導層、w相の送電用超電導層を具える形態とすることができる。このような同軸型コアを複数心具える超電導ケーブルとすると、超電導シールド層として機能させる外側超電導層を省略することができ、使用する超電導線材の本数を更に低減することができる。
【００４９】
上記同軸型コアを複数心具える超電導ケーブルにより三相交流送電を行う場合、上記各同軸型コアに具える三つの超電導層の群において、各相の配置順序は適宜選択することができる。即ち、全ての同軸型コアにおいて、各相の配置順序が等しくてもよいし、少なくとも二心の同軸型コアにおいて、各相の配置順序が異なっていてもよい。例えば、ある同軸型コアは、内側から順にu相の送電用超電導層、v相の送電用超電導層、w相の送電用超電導層が並び、他の同軸型コアは、内側から順にv相の送電用超電導層、w相の送電用超電導層、u相の送電用超電導層が並んだ形態とすることができる。
【００５０】
＜変形例4＞
上記実施形態1では、一つの超電導ケーブルに具える各ケーブルコアの仕様を同一としたが、一つの超電導ケーブルにおける超電導線材の合計臨界電流が所定の送電容量を確保できる範囲内で、各ケーブルコアの仕様を異ならせることができる。例えば、一つの超電導ケーブルに具える、あるケーブルコアの超電導層を単層構造とし、別のケーブルコアの超電導層を多層構造とすることができる。或いは、一つの超電導ケーブルに具える全てのケーブルコアの超電導層を多層構造とし、各ケーブルコアの超電導線材層の層数を異ならせることができる。但し、実施形態1のように一つの超電導ケーブルに具える全てのケーブルコアの仕様が揃っている場合、ケーブルコアや超電導ケーブルの生産性に優れる。
【００５１】
(実施形態2)
上記実施形態1では、単相交流送電に用いられる超電導ケーブルを説明したが、三相交流送電や直流のモノポール送電、バイポール送電に利用される超電導ケーブルとすることができる。
【００５２】
《三相交流送電》
三相交流送電を行う場合、例えば、実施形態1の超電導ケーブル1を3条用意し、各超電導ケーブル1をそれぞれ各相の送電に利用する。即ち、1条の超電導ケーブル1に具える3心のケーブルコア10を3相のいずれか一の相の送電に利用する。このように多条の超電導ケーブルとすると共に、各相の送電をそれぞれ多心のケーブルコアにより行う構成とすることで、5kA以上といった大容量の送電を行うにあたり、一つのケーブルコアにおける超電導線材の使用本数を低減できる。
【００５３】
或いは、三相交流送電を行う場合、実施形態1で説明したケーブルコア10の心数が3の倍数である超電導ケーブルとし(例えば、6心、9心、…)、総心数の1/3ずつの心数のケーブルコア10をそれぞれ、三相のいずれか一の相の送電に利用する形態としてもよい。このように一つの超電導ケーブルに、各相の送電を行うケーブルコアをそれぞれ複数心具えることで、5kA以上といった大容量の送電を行うにあたり、一つのケーブルコアにおける超電導線材の使用本数を低減できる。特に、この形態では、上記3条の超電導ケーブルを使用する場合と比較して、一つの超電導ケーブルの外径が大きくなるものの、超電導ケーブルの使用条数を低減できる。
【００５４】
《モノポール送電》
超電導ケーブル1によりモノポール送電を行う場合、例えば、各ケーブルコア10の超電導導体層12を往路導体に利用し、外側超電導層14を帰路導体に利用することが挙げられる。このように一つの超電導ケーブルに、往復の送電を行うケーブルコア10をそれぞれ複数心具えることで、5kA以上といった大容量の送電を行うにあたり、一つのケーブルコア10における超電導線材の使用本数を低減できる。
【００５５】
《バイポール送電》
バイポール送電を行う場合、例えば、実施形態1の超電導ケーブル1を2条用意し、各超電導ケーブル1をそれぞれ各極の送電に利用する。即ち、一方の超電導ケーブル1に具える3心のケーブルコア10の超電導導体層12を＋極の送電、他方の超電導ケーブル1に具える3心のケーブルコア10の超電導導体層12を−極の送電に利用し、両超電導ケーブル1の外側超電導層14を中性線に利用する。このように多条の超電導ケーブルとすると共に、各極の送電をそれぞれ多心のケーブルコア10により行う構成とすることで、5kA以上といった大容量の送電を行うにあたり、一つのケーブルコアにおける超電導線材の使用本数を低減できる。
【００５６】
或いは、実施形態1で説明したケーブルコア10の心数が偶数である超電導ケーブルとし(例えば、2心、4心、…)、総心数の1/2ずつの心数のケーブルコア10の超電導導体層12をいずれか一方の極の送電に利用し、全てのケーブルコアの外側超電導層14を中性線に利用する形態としてもよい。このように一つの超電導ケーブルに、各極の送電を行うケーブルコアをそれぞれ複数心具えることで、5kA以上といった大容量の送電を行うにあたり、一つのケーブルコアにおける超電導線材の使用本数を低減できる。特に、この形態では、上記2条の超電導ケーブルを利用する場合と比較して、一つの超電導ケーブルの外径が大きくなるものの、超電導ケーブルの使用条数を低減できる。
【００５７】
[試験例]
電流値が10kAの直流モノポール送電に利用する超電導ケーブルとして、ケーブルコア数及び一つのケーブルコアに使用される超電導線材の数が異なるケーブルを設計し、10kAの通電時の磁場及びIc維持率をシミュレーションにより調べた。この試験では、幅:4mm、超電導相:GdBCOの薄膜線材(自己磁場下の臨界電流Ic@0T:300A)を用いた例を説明する。
【００５８】
［比較ケーブル］
比較として、図3に示す超電導ケーブル1cを用意した。超電導ケーブル1cは、1心のケーブルコア10cが断熱管20に収納された単心ケーブルである。ケーブルコア10cは、電流値10kAの送電容量を確保するために、上記薄膜線材を巻回してなる超電導線材層を3層積層させた多層構造の超電導導体層12cを具える。超電導ケーブル1cの仕様を表1に示す。このケーブルコア10c及び後述する実施例ケーブルのケーブルコア10eはいずれも、常電導シールド層15のみを有し、外側超電導層を有しておらず、かつ電気絶縁層13の内外に半導電層(図示せず)を具える。
【００５９】
【表１】
2011086514.tif 000003
【００６０】
各超電導線材層に使用する薄膜線材の数は、表1に示すようにいずれも14本とする。従って、超電導ケーブル1cに使用する薄膜線材(14本×3層＝42本)の合計臨界電流は、300A×42本＝12600A(12.6kA)となり、超電導ケーブル1cは、10kAの直流送電に可能な容量を確保できることになる。
【００６１】
この超電導ケーブル1cに10kAの直流を送電した場合の各超電導線材層(内周側から順に1層目とする)に印加される磁場(平行磁場)、各超電導線材層を構成する超電導線材の臨界電流Ic、Ic維持率を表2に示す。磁場は、上述した式(Br＝μ0I/(2πR))を用いて算出し、算出した磁場における維持率を図4に基づいて求めた。この点は、後述する実施例ケーブルでも同様である。
【００６２】
【表２】
2011086514.tif 000004
【００６３】
表2に示すように、10kAの通電時、超電導導体層を構成する2層目、3層目の超電導線材層では、磁場が0.1T以上と大きくなる。また、磁場の増加により、表2に示すように各超電導線材層を構成する超電導線材の臨界電流が大きく低下し、Ic維持率も低下している。この結果、超電導ケーブル1cの臨界電流は、(268A＋238A＋210A)×14本＝10024A(10.024kA)になるため、10kAの送電が難しいと考えられる。
【００６４】
[実施例ケーブル]
実施例として、図2に示す超電導ケーブル1eを用意した。超電導ケーブル1eは、3心のケーブルコア10eが断熱管20に収納された3心一括型のケーブルである。各ケーブルコア10eは、上記薄膜線材を巻回してなる一層の超電導線材層から構成される単層構造の超電導導体層12eを具える。そして、超電導ケーブル1eでは、電流値10kAの送電容量を確保するために、上記単層構造の超電導導体層12eを具えるケーブルコア10eを3心具える構成としている。超電導ケーブル1eの仕様を表3に示す。
【００６５】
【表３】
2011086514.tif 000005
【００６６】
各ケーブルコアに具える超電導導体層12eに使用する薄膜線材の数は、表3に示すようにいずれのケーブルコアも14本とする。従って、超電導ケーブル1eに使用する薄膜線材(14本×3心＝42本)の合計臨界電流は、比較の超電導ケーブル1cと同様に、300A×42本＝12600A(12.6kA)となり、超電導ケーブル1eは、10kAの直流送電に可能な容量を確保できることになる。
【００６７】
この超電導ケーブル1eに10kAの直流を送電した場合(各ケーブルコアに3333Aずつ通電した場合)の各ケーブルコアに具える超電導導体層12eに印加される磁場(平行磁場)、超電導導体層12eを構成する超電導線材の臨界電流Ic、Ic維持率を表4に示す。
【００６８】
【表４】
2011086514.tif 000006
【００６９】
表4に示すように、10kAの通電時であっても、各ケーブルコア10eの超電導導体層12eに印加される磁場は、0.1T未満である。この磁場により、超電導ケーブル1eは、表4に示すように超電導線材の臨界電流Icが若干低下するものの、高いIc維持率を有している。具体的には、超電導ケーブル1eの臨界電流は、268A×42本＝11256A(11.256kA)になるため、10kAの送電を十分に行うことができる。
【００７０】
このように5kA以上の大容量の送電では、一つのケーブルコアに使用する超電導線材の数を多くするのではなく、一つのケーブルコアに使用する超電導線材の数は少なくして、ケーブルコアの心数を多くすることで、ケーブル外径は大きくなるものの、ケーブル全体における超電導線材の使用本数を低減することができる。
【００７１】
上述した実施形態や変形例、実施例は、本発明の要旨を逸脱することなく、適宜変更することが可能であり、上述した構成に限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明超電導ケーブルは、電流値が5kA以上といった大容量の送電を行う超電導ケーブル線路の構成部材に好適に利用することができる。本発明超電導ケーブル線路は、電流値が5kA以上といった大容量の送電に好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００７３】
1,1e,1c  超電導ケーブル
10,10e,10c  ケーブルコア  11  フォーマ  12,12e,12c  超電導導体層
13  電気絶縁層  14  外側超電導層  15  常電導シールド層  16  保護層
20  断熱管  21  内管  22  外管  23  断熱材  24  防食層
120  超電導線材  125  層間絶縁層
【図１】
2011086514.tif 000007
【図２】
2011086514.tif 000008
【図３】
2011086514.tif 000009
【図４】
2011086514.tif 000010