(57)【要約】【課題】超電導ケーブルの臨界電流を精度よく測定できる超電導ケーブルの臨界電流測定方法を提供する。【解決手段】超電導導体層11及び超電導シールド層12を有するケーブルコア10a,10b,10cが断熱管13Aに収納された超電導ケーブル1Aにおいて、2本のケーブルコア10a,10bの一端側に直流電源2を接続し、他端側同士をリード部材3で電気的に接続して、両コア10a,10bの超電導導体層11に往復通電を行う。超電導導体層11に供給する直流電流の変化速度を選択して、超電導シールド層12に流れる誘導電流の値を調整し、超電導導体層11の臨界電流の測定を行う。超電導シールド層12に流れる誘導電流による磁場で、超電導導体層11に流す導体電流による磁場を低減することで、漏れ磁場による超電導導体層の臨界電流の低下を抑制して、当該臨界電流を精度よく測定することができる。【選択図】図1
2011133259.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも1本の超電導ケーブルに具える複数のケーブルコアを利用して、当該ケーブルコアに具える超電導導体層の臨界電流を測定する超電導ケーブルの臨界電流測定方法であって、
前記各ケーブルコアは、前記超電導導体層の外周に超電導シールド層を具えており、
前記複数のケーブルコアのうち、2本のケーブルコアの一端側を直流電源に接続し、前記両ケーブルコアの他端側同士を電気的に接続して、当該両ケーブルコアの超電導導体層に往復通電を行えるようにし、
前記超電導導体層に供給する直流電流の変化速度を選択して前記超電導シールド層に流れる誘導電流の値を調整し、前記臨界電流の測定を行うことを特徴とする超電導ケーブルの臨界電流測定方法。
【請求項２】
前記誘導電流が、前記超電導シールド層の臨界電流以下の範囲で、前記超電導導体層に流す導体電流の75％以上となるように、前記直流電流の変化速度を選択することを特徴とする請求項1に記載の超電導ケーブルの臨界電流測定方法。
【請求項３】
前記超電導シールド層の自己インダクタンスをLs、前記超電導導体層と超電導シールド層との相互インダクタンスをMとするとき、
M＞Lsの場合、前記誘導電流が、前記超電導シールド層の臨界電流以下の範囲で、前記超電導導体層に流す導体電流の75％以上133％以下となるように前記直流電流の変化速度を選択することを特徴とする請求項1又は2に記載の超電導ケーブルの臨界電流測定方法。
【請求項４】
前記2本のケーブルコアは、1本の超電導ケーブルに具えられる断熱管に収納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の臨界電流測定方法。
【請求項５】
前記2本のケーブルコアはそれぞれ、2本の超電導ケーブルのそれぞれに具えられる別の断熱管に収納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の臨界電流測定方法。
【請求項６】
前記超電導ケーブルは、前記超電導導体層の臨界電流の設定値が4kA以上であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の超電導ケーブルの臨界電流測定方法。
【請求項７】
前記2本のケーブルコアの超電導シールド層は、短絡されていることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の超電導ケーブルの臨界電流測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導ケーブルの臨界電流測定方法に関するものである。特に、臨界電流を精度よく測定することができる超電導ケーブルの臨界電流測定方法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、超電導導体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】
上記超電導ケーブルを布設後、竣工試験などでケーブル特性を確認する目的で、超電導ケーブルの臨界電流を測定することがある。特許文献1では、測定対象となる1本のケーブルコアに、別のケーブルコアを接続して往復通電を行って、当該測定対象の臨界電流を測定することを開示している。この測定方法では、上記別のケーブルコアをリード部材として利用することで、布設されている場合などで超電導ケーブルの両端が離れている状態などでも、銅などの常電導材料からなる長尺なリード部材を使用する必要が無い。また、この長尺なリード部材の使用に伴う電気抵抗の増大を抑制したり、大型な直流電源を使用したりしなくて済むことから、上記測定方法は、臨界電流を簡便に測定することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2006-329838号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の超電導ケーブルは、定格電流が1kA程度の送電に対応するように設計されていた。具体的には、交流送電用の超電導ケーブルの場合、過負荷時などにも対応可能な尤度を考慮して、超電導導体層の臨界電流は、3kA程度に設計されていた。今後の電力需要の増加により、定格電流が2kA以上、更に5kA以上といった大容量の電力供給路の構築が期待される。このような要求に対して、臨界電流が4kA以上、更に5kA以上、とりわけ10kA以上といった超電導導体層を設計することが求められる。しかし、このような大容量の電力供給用途の超電導ケーブルに対して、臨界電流を精度よく測定することが難しい。
【０００６】
本発明者は、特許文献1に記載される往復通電を利用し、上述のような大容量の電力供給用途の超電導ケーブルに対して、大容量の電流を供給して臨界電流を測定した。すると、測定した臨界電流は、設計した臨界電流(設定値)よりも低くなっており、精度よく測定することが困難であった。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、超電導ケーブルの臨界電流を精度よく測定できる超電導ケーブルの臨界電流測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述のように臨界電流が低下した原因は、以下のように考えられる。超電導導体層に直流電流を通電した場合、超電導導体層の外周には、通電電流に比例した磁場が形成される。超電導導体層に流れる導体電流による磁場が、超電導シールド層に流れる誘導電流による磁場とほぼ同じ大きさであれば、ケーブルコアの外部に磁場が実質的に漏れることが無い。従って、隣り合うケーブルコア間で相互に磁場が影響し難い。しかし、超電導導体層に直流電流を供給するときのスイープ速度(電流の変化速度)によっては、誘導電流が導体電流よりも小さくなることがある。そして、誘導電流が小さいことで、導体電流と誘導電流との差に基づく磁場がケーブルコアの外部に漏れて、往復通電を行う2本のケーブルコアの超電導導体層は、漏れ磁場の影響を受け、臨界電流が低下したと考えられる。特に、大電流を供給する場合、漏れ磁場も大きくなり、臨界電流が更に低下したと考えられる。
【０００９】
そこで、本発明は、臨界電流の測定にあたり、漏れ磁場の増加による臨界電流の低下を抑制するために、超電導シールド層に流れる誘導電流の値を調整することを提案する。
【００１０】
本発明の超電導ケーブルの臨界電流測定方法は、少なくとも1本の超電導ケーブルに具える複数のケーブルコアを利用して、当該ケーブルコアに具える超電導導体層の臨界電流を測定する方法に係るものであり、上記各ケーブルコアは、上記超電導導体層の外周に超電導シールド層を具えるものとする。そして、本発明方法では、上記複数のケーブルコアのうち、2本のケーブルコアの一端側を直流電源に接続し、上記両ケーブルコアの他端側同士を電気的に接続して、当該両ケーブルコアの超電導導体層に往復通電を行えるようにする。更に、本発明方法では、上記超電導導体層に供給する直流電流の変化速度を選択して上記超電導シールド層に流れる誘導電流の値を調整し、上記超電導導体層の臨界電流の測定を行う。
【００１１】
本発明方法では、超電導導体層の臨界電流の測定にあたり、上述のように超電導シールド層に流れる誘導電流(シールド電流)の値を積極的に調整する構成とする。そして、誘導電流による磁場を利用して、超電導導体層に流れる導体電流による磁場を打ち消すようにすることで、本発明方法は、導体電流による磁場が外部に漏れて、この漏れ磁場により臨界電流が低くなることを抑制することができる。このように臨界電流を測定するにあたり誘導電流の値を調整する本発明方法を採用することで、漏れ磁場による臨界電流の低下を低減でき、超電導導体層の臨界電流を精度よく測定することができる。
【００１２】
上記誘導電流が大きいほど、導体電流による磁場がケーブルコアの外部に漏れ難くなり、この漏れ磁場による超電導導体層の臨界電流の低下度合いを小さくできる傾向にある。そこで、本発明の一形態として、上記誘導電流が、上記超電導導体層に流す導体電流の75％以上となるように上記直流電流の変化速度を選択する形態が挙げられる。但し、上記誘導電流が上記超電導シールド層の臨界電流を超える大きさであると、当該超電導シールド層が測定時にクエンチすることから、上記誘導電流が上記超電導シールド層の臨界電流以下となるように変化速度を選択する。
【００１３】
誘導電流が導体電流の75％未満となるように変化速度を選択する場合、漏れ磁場による超電導導体層の臨界電流の低下を抑制する効果を十分に得られない。そして、誘導電流は、超電導シールド層の臨界電流以下の範囲で、できるだけ大きくすることが好ましく、導体電流の80％以上、更に90％以上、とりわけ100％程度、即ちIs≒Icとなるように変化速度を選択することが好ましい。
【００１４】
特に、上記超電導シールド層の自己インダクタンスをLs、上記超電導導体層と超電導シールド層との相互インダクタンスをMとするとき、M≦Lsの場合、上述のように誘導電流ができるだけ大きくなるように変化速度を大きくすることが好ましい。この理由を以下に説明する。
【００１５】
超電導導体層、及び超電導シールド層を図3に示す等価回路として考える。超電導導体層の自己インダクタンスをLc、超電導シールド層の自己インダクタンスをLs、超電導導体層と超電導シールド層との相互インダクタンスをM、超電導シールド層に誘導電流が流れるようにするための通電ループの形成に利用される常電導材料による抵抗をRjとする。超電導導体層の回路は、電圧Vcの直流電源を接続したときに導体電流Icが流れ、超電導シールド層の回路は、上記Ls,M,Rjに応じた誘導電流Isが流れるものとする。このような回路を考えた場合、超電導導体層の回路方程式、及び超電導シールド層の回路方程式はそれぞれ、以下の式(1)、式(2)で表される。
【００１６】
【数１】
2011133259.tif 000003
【００１７】
αを時間tの係数とし、超電導導体層の導体電流IcをIc＝αtで変化させたとき、誘導電流Isを初期値ゼロとして求めると、以下の式(3)で表される。また、Rj＝Oの理想状態の誘導電流Isは、以下の式(4)で表される。
【００１８】
【数２】
2011133259.tif 000004
【００１９】
Rj＝0の理想状態では、誘導電流Is0は、式(4)に示すように(M/Ls)×αに比例して大きくなる。また、M/Ls＝1の場合、Is0＝αt＝Icとなり、誘導電流Is0と導体電流Icが実質的に等しくなる。従って、Rj＝0の場合、誘導電流Is0による磁場により、導体電流Icの磁場が外部に漏れることを実質的に無くすことができる。しかし、現実的にはRj＞Oであるため、誘導電流Isは、Rjにより小さくなり、(M/Rj)×αに収束する。そして、導体電流Icと誘導電流Isとの差分による磁場が外部に漏れ、この漏れ磁場が超電導導体層の臨界電流を低下させる。
【００２０】
M≦Lsの場合、M/Ls≦1となることから、式(3)に示すように、係数αをできるだけ大きくすることで、誘導電流Isを大きくできる。そこで、本発明では、この係数αを電流の時間変化、つまり変化速度とし、この変化速度を調整することを提案する。より具体的には、t＝t0のときに超電導導体層に流す導体電流Icが超電導導体層の(設定)臨界電流Ic(c)に達する場合、t＝t0のときの誘導電流Is(t0)が導体電流Ic(t0)の75％以上になるように係数αを選択する。
【００２１】
一方、M＞Lsの場合、上記誘導電流Isが、上記超電導シールド層の臨界電流以下の範囲で、上記超電導導体層に流す導体電流の75％以上133％以下となるように上記直流電流の変化速度を選択することが好ましい。但し、上述のように測定中のクエンチを防止するために、上記誘導電流が上記超電導シールド層の臨界電流以下となるように変化速度を選択する。
【００２２】
M＞Lsの場合も、基本的には誘導電流を大きくするために、導体電流の75％以上となるように変化速度を選択することが望まれる。但し、この場合、M/Ls＞1となることから、誘導電流Isは、導体電流Ic(＝αt)よりも大きくなり得る。誘導電流Isが大き過ぎると、誘導電流Isに起因する漏れ磁場が生じ、この漏れ磁場により、超電導導体層の臨界電流の低下を招く。従って、M＞Lsの場合は、上記超電導シールド層の臨界電流を超えない範囲で、誘導電流Isを大きくすることが好ましく、誘導電流Isが導体電流の133％以下となるように、換言すれば、導体電流が誘導電流の75％以上になるように、変化速度を選択することがより好ましい。より具体的には、t＝t0のときに超電導導体層に流す導体電流Icが超電導導体層の(設定)臨界電流Ic(c)に達する場合、t＝t0のときの誘導電流Is(t0)が導体電流Ic(t0)の75％以上133％以下になるように、変化速度αを選択する。特に、Is≒Icとなるように変化速度αを選択することが好ましい。
【００２３】
本発明の一形態として、上記2本のケーブルコアは、1本の超電導ケーブルに具えられる断熱管に収納された形態が挙げられる。
【００２４】
2本のケーブルコアに電流Iを通電したときに発生する磁場は、両ケーブルコア間の中心間距離をrとするとき、(I/(2πr))で表される。従って、電流Iの増大に加えて、同じ断熱管に収納されたケーブルコア同士は、近接されていることで上記ケーブルコア間の距離rが小さいことからも、磁場が大きくなる傾向にある。しかし、上記形態であっても、上述のように誘導電流を流しながら臨界電流の測定を行うことで、臨界電流を精度よく測定できる。
【００２５】
本発明の一形態として、上記2本のケーブルコアはそれぞれ、2本の超電導ケーブルのそれぞれに具えられる別の断熱管に収納された形態が挙げられる。
【００２６】
本発明方法は、上述のように1本の超電導ケーブルに具える複数のケーブルコアだけでなく、異なる2本の超電導ケーブルの断熱管に収納された複数のケーブルコアに対しても、臨界電流を精度よく測定できる。この形態では、上記ケーブルコア間の距離rが大きくなり易いものの、10kA、20kAと電流Iが増大すれば、漏れ磁場による臨界電流の低下が生じ得る。従って、この形態でも、上述のように誘導電流を流しながら臨界電流の測定を行うことで、臨界電流を精度よく測定できる。
【００２７】
本発明の一形態として、上記超電導ケーブルは、上記超電導導体層の臨界電流の設定値が4kA以上である形態が挙げられる。
【００２８】
超電導導体層の臨界電流が4kA以上に設計されるような大容量の電力供給用途では、臨界電流の測定にあたり、超電導導体層に供給する電流も大きく、漏れ磁場による臨界電流の低下が生じ易い。従って、このような大容量の電力供給用途の超電導ケーブルに対して臨界電流を測定する場合に本発明方法は、好適に利用することができる。なお、超電導導体層の臨界電流の設定値が4kA未満の超電導ケーブル、例えば、従来の臨界電流の設定値が3kA程度の電力供給用途の超電導ケーブルに対しても、本発明方法を利用することで、臨界電流を精度よく測定できると期待される。
【００２９】
本発明の一形態として、2本のケーブルコアの超電導シールド層が短絡されている形態が挙げられる。
【００３０】
本発明方法では、超電導シールド層に誘導電流が流れるようにするための通電ループを形成する必要がある。例えば、超電導シールド層の二箇所(例えば、両端)を接地して、大地を介した通電ループを形成することが挙げられる。或いは、上述のように超電導シールド層を短絡させて通電ループを形成した場合、短絡接続部分の抵抗(上述した常電導材料による抵抗Rj)があるものの、上記大地を介した場合よりも抵抗が小さくなり易く、所望の誘導電流を流し易く好ましい。上記短絡接続部分は、更に、液体窒素などの冷媒に浸漬させた構成とすると、上記抵抗Rjを低減することができて好ましい。
【発明の効果】
【００３１】
本発明超電導ケーブルの臨界電流測定方法は、臨界電流を精度よく測定できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図1は、実施形態に係る超電導ケーブルの臨界電流測定方法を説明するための説明図であり、図1(I)は、多心超電導ケーブルの例、図1(II)は、単心超電導ケーブルの例を示す。
【図２】図2は、超電導導体層に供給する電流の変化速度を種々の大きさにしたときの超電導導体層に流す導体電流と、超電導シールド層に流れる誘導電流との関係を示すグラフである。
【図３】図3は、超電導導体層及び超電導シールド層の等価回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、図面を参照して実施の形態を説明する。図において同一符号は、同一名称物を示す。
【００３４】
＜実施形態1＞
実施形態1では、1条の3心一括型超電導ケーブルについて、各ケーブルコアに具える超電導導体層の臨界電流を測定する場合を説明する。まず、超電導ケーブルを説明する。
【００３５】
[超電導ケーブル]
超電導ケーブル1Aは、3心のケーブルコア10a,10b,10cが撚り合わされて一つの断熱管13Aに収納された構成である。各ケーブルコア10a,10b,10cは、例えば、中心から順にフォーマ(図示せず)、超電導導体層11、電気絶縁層(図示せず)、超電導シールド層12、常電導シールド層(図示せず)、保護層(図示せず)を具える。超電導導体層11や超電導シールド層12は、断熱管13A内に充填される液体窒素といった冷媒により超電導状態に維持される。
【００３６】
フォーマは、超電導導体層11を支持する他、短絡や地絡などの事故時に事故電流を分流する通電路に利用されることから、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)が利用される。例えば、ポリビニルホルマール(PVF)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た撚り線材が利用できる。フォーマの外周にクラフト紙やPPLP(住友電気工業株式会社  登録商標)といった絶縁性テープを巻回してクッション層を設けてもよい。
【００３７】
超電導導体層11及び超電導シールド層12は、超電導線材を螺旋状に巻回した線材層を多層に具える多層構造が利用される。超電導線材は、REBa2Cu3Ox(RE123:REは希土類元素)、例えばYBCO,HoBCO,GdBCOといった薄膜線材や、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が利用できる。上記各線材層の層間にクラフト紙などの絶縁紙を巻回した層間絶縁層を形成したり、超電導導体層11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。
【００３８】
超電導導体層11及び超電導シールド層12を構成する超電導線材の数や線材層の数は、所望の電力供給容量に応じて設計される。一般に、超電導線材の数や線材層の数を多くすることで、超電導導体層や超電導シールド層の臨界電流を4kA以上にすることができ、ケーブルの定格電流が2kA以上、更に5kA以上といった大容量の電力供給が可能な超電導ケーブルとすることができる。
【００３９】
電気絶縁層は、上記超電導導体層11(或いは内側半導電層)の上に、クラフト紙やPPLP(住友電気工業株式会社  登録商標)といった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。電気絶縁層の直上に、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。
【００４０】
常電導シールド層は、上記事故時に誘導電流を分流する通電路に利用されることから、銅といった常電導材料からなる金属テープを巻回して形成した構成が利用される。
【００４１】
超電導シールド層12(或いは常電導シールド層)の外周に、クラフト紙やPPLP(住友電気工業株式会社  登録商標)といった半合成絶縁紙などの絶縁性テープを巻回して、シールド層を機械的に保護するための保護層を設けることができる。
【００４２】
断熱管13Aは、内管と外管との二重管からなり、内管と外管との間が真空引きされた真空断熱構造のものが利用できる。内管と外管との間にスーパーインシュレーションといった断熱材や、両管の間隔を保持するスペーサを配置させてもよい。外管の外周には、ポリ塩化ビニル(PVC)といった防食層を具えると、耐食性を高められる。
【００４３】
[臨界電流の測定のための構成及び測定手順]
《ケーブルコアの選択》
上記構成を具える超電導ケーブル1Aを布設して、超電導ケーブル1Aの両端に適宜端末構造を形成して超電導ケーブル線路を構築した。この超電導ケーブル線路において、例えば、ケーブルコア10aの超電導導体層11の臨界電流Ic(c)の測定を行うにあたり、ケーブルコア10aの他に、別の1本のケーブルコア(ここではケーブルコア10b)を利用し、これら2本のケーブルコア10a,10bの超電導導体層11の臨界電流Ic(c)を一括して測定する。
【００４４】
《誘導電流の通電ループの形成》
ここでは、ケーブルコア10aの超電導シールド層12の端部とケーブルコア10bの超電導シールド層12の端部とをそれぞれ短絡接続部120で接続して短絡させた状態とし、両ケーブルコア10a,10bの超電導シールド層12と短絡接続部120とで誘導電流が流れる通電ループを形成している。短絡接続部120には、銅などの導電性に優れる常電導材料が好適に利用することができる。また、上記通電ループは、超電導シールド層12をアース電位とするために片端を接地している。なお、線路を構築する場合、超電導ケーブル1Aに具える複数のケーブルコア10a,10b,10cの超電導シールド層12を全て短絡させて、誘導電流の通電ループを形成する。ここでは、この通電ループを利用する。
【００４５】
《直流電源の接続》
臨界電流の測定にあたり、超電導導体層11に直流電流を供給するために、上記両ケーブルコア10a,10bの一端側の超電導導体層11を直流電源2に接続する。直流電源2は、市販のものが利用できる。特に、臨界電流の測定にあたり直流電流の変化速度を制御するため、直流電源には、変化速度の制御が可能な機構を具えるものを利用したり(図1(II)参照)、変化速度を制御可能な市販のスイーパ装置20を併設させたりすることができる(図1(I)参照)。更に、測定値を記録する記録装置4などを両ケーブルコア10a,10bの一端側に接続させておくと、作業者が測定結果を把握し易い。
【００４６】
《ケーブルコア同士の接続》
両ケーブルコア10a,10bの他端側において超電導導体層11同士を電気的に接続して、直流電源2からの直流電流の通電ループを形成する。上記接続には、銅などの常電導材料からなるリード部材3が利用できる。このようにケーブルコア10a,10bをリード部材3で接続することで、両ケーブルコア10a,10bの超電導導体層11に往復通電を行うことができる。
【００４７】
《臨界電流の測定》
図1(I)に示すように2本のケーブルコア10a,10bと、両ケーブルコア10a,10bの一端側に接続される直流電源2と、他端側を電気的に接続するリード部材3とを具えて、超電導導体層11に往復通電が可能なシステムを構成したら、直流電源2により超電導導体層11に直流電流を供給する。このとき、直流電流の変化速度αを適宜選択して超電導シールド層12に流れる誘導電流Isの値を調整して、調整した大きさの誘導電流Isを流した状態で臨界電流Ic(c)の測定を行う。変化速度αは、誘導電流Isが超電導導体層11に流す導体電流Icにできる限り等しくなるように、即ち、Is≒Icとなるように大きい値を選択することが好ましい。
【００４８】
なお、臨界電流Ic(c)は、両ケーブルコア10a,10bにおける直流電源2側の端部の電圧信号(電位差)を測定して、電流と電圧との関係を記録装置4に記録し、得られた電流-電圧特性から、1μV/cmの電界が生じた電流とする。
【００４９】
[試験例]
上述した往復通電システムを構築して、超電導導体層11に供給する直流電流の変化速度αを変化させたときの超電導シールド層12に流れる誘導電流Isの変化をシミュレーションにより調べた。その結果を図2に示す。
【００５０】
ここでは、超電導ケーブルは、ケーブルの定格電流が5kAの交流送電に利用するものを想定して設計した。具体的には、超電導導体層の臨界電流Ic(c)の設定値は、定格電流のピーク値(約7kA)に対して尤度を持たせて10kAとした。そして、変化速度αを200A/sec、400A/sec、1000A/secのいずれかに設定して、設定した変化速度αで10kAまでの通電を行ったときの誘導電流Isを上述した式(3)を用いて演算により求めた。
【００５１】
また、ここでは、単位長さあたりの超電導導体層と超電導シールド層との相互インダクタンスMをM＝0.785μH/m、超電導シールド層の自己インダクタンスLsをLs＝0.8μH/m(M≦Ls)とし、超電導ケーブルの長さを100mとした。更に、ここでは、短絡接続部の抵抗RjをRj＝1μΩ、超電導シールド層の臨界電流Ic(s)の設定値を超電導導体層の臨界電流Ic(c)の設定値と同じ大きさ(10kA)に設定した(設定Ic(s)＝設定Ic(c)×100％)。Rj≠0の場合に加えて、理想状態のRj＝0の場合の誘導電流Is0も上述した式(4)を用いて演算により求めた。その結果を図2に示す。
【００５２】
図2に示すように、理想状態のRj＝0の場合、超電導導体層に流す導体電流Icと誘導電流Isとは、略一致していることが分かる(Is≧Ic×98％)。これに対し、Rj＞0の場合、変化速度αの大きさによって、導体電流Icと誘導電流Isとに差が生じていることが分かる。この導体電流Icと誘導電流Isとの差は、導体電流Icが3kA(3000A)程度ではほとんど見られないが(Is≧Ic×90％)、導体電流Icが4kA以上となると、変化速度αが小さい場合、当該差が大きくなっていることが分かる。特に、5kA(5000A)以上、更に6kA(6000A)以上となるほど、変化速度αが小さい場合、上記導体電流Icと誘導電流Isとの差が非常に大きくなっていることが分かる。
【００５３】
例えば、導体電流IcがIc＝10kA(10000A)の場合を考える。このとき、変化速度αが遅い場合、即ちα＝200A/secの場合、誘導電流Is＝7296A≦Ic×75％であり、誘導電流Isがつくる磁場により導体電流Icがつくる磁場を十分に打ち消すことが難しいと言える。一方、変化速度αをα＝400A/secに速めた場合:Is＝8427A≧Ic×80％、変化速度αをα＝1000A/secに更に速めた場合:Is＝9224A≧Ic×90％と誘導電流Isが十分に大きく、誘導電流Isがつくる磁場により導体電流Icがつくる磁場を十分に打ち消すことができると期待される。このように変化速度αを大きくして直流電流を供給することで、超電導導体層の臨界電流Ic(c)を精度よく測定できると期待される。
【００５４】
実際に、超電導導体層の臨界電流の設定値が6.1kA(6100A)の3心一括型超電導ケーブル(長さ:30m)を作製して布設した後、種々の変化速度αを選択して超電導導体層の臨界電流Ic(c)を測定したところ、図2に示すグラフと同様の結果が得られ、上記シミュレーションと整合性があることが確認できた。具体的には、変化速度αをα＝120A/sec〜720A/secとして、超電導シールド層に臨界電流Isが流れた状態で超電導導体層の臨界電流Ic(c)を測定したところ、変化速度αが大きいほど臨界電流Ic(c)の低下度合いが少なく、設定値(6.1kA)に近い結果が得られた。なお、上記超電導ケーブルの出荷前に、工場にて当該超電導ケーブルの一部を切断して、1本の短尺なサンプルケーブル(例えば2m〜数m程度)を用意し、当該サンプルケーブルの両端を直流電源に接続して超電導導体層の臨界電流Ic(c)を測定したところ、設定値(6.1kA)に誤差範囲で一致した。この測定では、リード線などを介して直流電源をサンプルケーブルの両端に接続しており、上述のように別のケーブルコアを利用していないため、漏れ磁場による臨界電流の低下が実質的に生じない。また、サンプルケーブルは長さが短いため、上記リード線も短くて済み、リード線による抵抗の増大を実質的に考慮しなくてもよい。従って、上記サンプルケーブルでは、直流電流の変化速度によらず、臨界電流を精度よく測定することができる。上記布設した超電導ケーブルは、サンプルケーブルと同等の特性が維持されていることが確認できた。
【００５５】
[効果]
上述したように、2本のケーブルコアの超電導導体層に往復通電を行えるようにし、変化速度αを選択して、超電導シールド層に所定の誘導電流が流れた状態で超電導導体層の臨界電流を測定することで、当該臨界電流を精度よく測定できる。特に、超電導導体層の臨界電流の設定値が4kA以上、更には5kA以上、とりわけ10kAといった大容量の電力供給用途の超電導ケーブルに対しても、臨界電流を精度よく測定できる。
【００５６】
また、実施形態1では、同じ断熱管13Aに収納された2本のケーブルコア10a,10bを測定に用いており、各コア10a,10bの磁場が互いに干渉し易い環境であるが、上述のように誘導電流を流した状態とすることで、各コア10a,10bの超電導導体層11に流れる導体電流による磁場が外部に漏れることを効果的に抑制できる。従って、臨界電流を精度よく測定できる。
【００５７】
更に、誘導電流が超電導シールド層の臨界電流以下の範囲で、超電導導体層に流す導体電流の75％以上となるように変化速度αを選択することで、臨界電流をより精度よく測定できる。加えて、液体窒素といった冷媒中で超電導シールド層を短絡させることで、抵抗Rjを小さくすることができ、このことからも臨界電流を精度よく測定できる。
【００５８】
なお、実施形態1では、ケーブルコア10a,10bに対して臨界電流を測定する場合を説明したが、上述したシステムを構築して、上述のように変化速度αを調整することで、ケーブルコア10b,10c、或いはケーブルコア10a,10cの臨界電流を測定できる。
【００５９】
＜実施形態2＞
実施形態2では、図1(II)に示すように、3条の単心超電導ケーブルに対して、1条の超電導ケーブルに具えるケーブルコアと、別の1条の超電導ケーブルに具えるケーブルコアとを利用して臨界電流を測定する場合を説明する。
【００６０】
超電導ケーブル1B,1C,1Dの基本的構成は、超電導ケーブル1Aと同様であるため、詳細な説明を省略する。実施形態2では、超電導ケーブル1B,1C,1Dの断熱管13B,13C,13Dに収納されたケーブルコア10d,10e,10fの各超電導シールド層12の両端において、短絡接続部120により短絡させて通電ループを形成すると共に、片端を接地している。短絡接続部120は、冷媒中に存在させている。また、超電導ケーブル1Bに具えるケーブルコア10dの超電導導体層11の一端側、及び超電導ケーブル1Cに具えるケーブルコア10eの超電導導体層11の一端側に直流電源2を接続し、超電導ケーブル1Bのケーブルコア10dの超電導導体層11と超電導ケーブル1Cのケーブルコア10eの超電導導体層11との他端側同士をリード部材3により接続し、両超電導ケーブル1B,1Cのケーブルコア10d,10eの超電導導体層11に往復通電を行えるようにしている。
【００６１】
上述のような往復通電システムを構築したら、実施形態1と同様に、上記ケーブルコア10d,10eの超電導シールド層12に所定の電流を誘導するために、直流電流の変化速度αを選択し、超電導シールド層12に所定の大きさの誘導電流Isが流れた状態で臨界電流Ic(c)の測定を行う。こうすることで、実施形態2の場合も、臨界電流Ic(c)を精度よく測定できる。
【００６２】
上述した実施形態は、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。例えば、M＞Lsの場合は、誘導電流Isが導体電流Icの75％以上133％以下となるように変化速度αを選択することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明超電導ケーブルの臨界電流測定方法は、布設後の超電導ケーブルの竣工試験や、工場で作製した超電導ケーブルに対してサンプル試験を行う場合などで臨界電流を測定する際に好適に利用することができる。特に、本発明臨界電流測定方法は、超電導導体層の臨界電流の設定値が4kA以上、更に5kA以上といった大容量の電力供給用途の超電導ケーブルに対して、臨界電流を測定する際に好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００６４】
1A,1B,1C,1D  超電導ケーブル  2  直流電源  3  リード部材  4  記録装置
10a,10b,10c,10d,10e,10f  ケーブルコア  11  超電導導体層
12  超電導シールド層  13A,13B,13C,13D  断熱管
20  スイーパ装置  120  短絡接続部
【図１】
2011133259.tif 000005
【図２】
2011133259.tif 000006
【図３】
2011133259.tif 000007