(57)【要約】【課題】超電導シールド層を備えない複数心のケーブルコアを備える超電導ケーブルにおいて、ケーブルコアから生じる磁場のうち断熱管に対して垂直な成分を低減できる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】超電導導体層と、前記超電導導体層の外周に設けられた電気絶縁層と、前記電気絶縁層の外周に設けられた常電導接地層とを有する複数心のケーブルコアと、前記複数心のケーブルコアを収納すると共に冷媒が流通される内管と、前記内管の外側に配設される外管とを有する断熱管とを備え、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の三相のケーブルコアを一纏まりの単位グループとするとき、前記複数心のケーブルコアは、複数の前記単位グループで構成され、前記単位グループごとに各相のケーブルコアが同一円周上に配置されており、各単位グループを構成する各相のケーブルコアは、全単位グループで円周方向のいずれか一方向に同一配列である超電導ケーブル。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導導体層と、前記超電導導体層の外周に設けられた電気絶縁層と、前記電気絶縁層の外周に設けられた常電導接地層とを有する複数心のケーブルコアと、
前記複数心のケーブルコアを収納すると共に冷媒が流通される内管と、前記内管の外側に配設される外管とを有する断熱管とを備え、
Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の三相のケーブルコアを一纏まりの単位グループとするとき、
前記複数心のケーブルコアは、複数の前記単位グループで構成され、前記単位グループごとに各相のケーブルコアが同一円周上に配置されており、
各単位グループを構成する各相のケーブルコアは、全単位グループで円周方向のいずれか一方向に同一配列である超電導ケーブル。
【請求項２】
前記複数心のケーブルコアで囲まれる中空部に、前記複数心のケーブルコアを内側から支持する芯部を備える請求項１に記載の超電導ケーブル。
【請求項３】
前記芯部は、前記断熱管の一端側から他端側に向かって前記内管の内部に流通された冷媒を、前記断熱管の他端側から一端側に向かって戻すリターン管である請求項２に記載の超電導ケーブル。
【請求項４】
前記芯部は、前記複数心のケーブルコアと同じ構成の予備コアである請求項２に記載の超電導ケーブル。
【請求項５】
超電導ケーブルと、前記超電導ケーブルの少なくとも一端が接続される接続部とを備える超電導ケーブル線路であって、
前記超電導ケーブルは、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の超電導ケーブルであ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、超電導シールド層を備えない複数心のケーブルコアを備える超電導ケーブル、及び超電導ケーブル線路に関する。特に、ケーブルコアから生じる磁場のうち断熱管に対して垂直な成分を低減できる超電導ケーブル、及び超電導ケーブル線路に関する。
【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。超電導ケーブルとして、一つの断熱管に三心のケーブルコアが撚り合わせて収納された三心一括型のケーブルが知られている。各ケーブルコアは、代表的には、中心から順にフォーマ、超電導導体層、電気絶縁層、超電導シールド層、保護層を備える。交流送電を行う場合、超電導シールド層には、超電導導体層に流れる電流と逆向きでほぼ同じ大きさの誘導電流が流れる。誘導電流から生じる磁場にて、超電導導体層から生じる磁場を打ち消し合うことで、磁場がケーブルコア外部に漏れることを抑制している。断熱管は、一般的に、内管と外管とを有する二重構造管であり、内管と外管との間の空間が真空引きされ、この空間に真空層が形成されている。
【０００３】
大容量の送電に適した超電導ケーブルとして、特許文献１には、複数心のケーブルコアが一つの断熱管に収納された多心ケーブルであって、複数心のケーブルコアに同種の電流が流される構成が開示されている。そして、三相交流送電を行う場合、ケーブルコアの心数が３の倍数である超電導ケーブルとし（例えば六心、九心など）、総心数の１／３ずつの心数のケーブルコアをそれぞれ、三相のいずれか一相の送電に利用する形態が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−８６５１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
超電導ケーブルを実用化する上で、超電導ケーブルの低コスト化の視点から超電導シールド層を省略することが検討されている。しかし、超電導シールド層を備えない超電導ケーブルでは、超電導導体層から生じる磁場が断熱管（特に内管）に印加されることになる。
【０００６】
断熱管は一般的に金属で構成されているため、断熱管に磁場（特に断熱管に対して垂直な磁場）が印加されると、渦電流によってジュール熱が生じることによる渦電流損失が発生する虞がある。断熱管に渦電流損失が発生すると、断熱管の内部に充填される冷媒を冷却する冷凍機の負荷となる。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、本発明の目的の一つは、超電導シールド層を備えない複数心のケーブルコアを備える超電導ケーブルにおいて、ケーブルコアから生じる磁場のうち断熱管に対して垂直な成分を低減できる超電導ケーブル及び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】
【０００８】
本発明の一態様に係る超電導ケーブルは、超電導導体層と、前記超電導導体層の外周に設けられた電気絶縁層と、前記電気絶縁層の外周に設けられた常電導接地層とを有する複数心のケーブルコアと、前記複数心のケーブルコアを収納すると共に冷媒が流通される内管と、前記内管の外側に配設される外管とを有する断熱管とを備える。Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の三相のケーブルコアを一纏まりの単位グループとするとき、前記複数心のケーブルコアは、複数の前記単位グループで構成され、前記単位グループごとに各相のケーブルコアが同一円周上に配置されている。各単位グループを構成する各相のケーブルコアは、全単位グループで円周方向のいずれか一方向に同一配列である。
【０００９】
本発明の一態様に係る超電導ケーブル線路は、超電導ケーブルと、前記超電導ケーブルの少なくとも一端が接続される接続部とを備える超電導ケーブル線路であって、前記超電導ケーブルは、上記一態様に係る超電導ケーブルである。
【発明の効果】
【００１０】
上記超電導ケーブルは、ケーブルコアから生じる磁場のうち断熱管に対して垂直な成分を低減できる。また、上記超電導ケーブル線路は、ケーブルコアから生じる磁場のうち断熱管に対して垂直な成分を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態１の超電導ケーブルの概略横断面図である。
【図２】実施形態１の超電導ケーブルを備える超電導ケーブル線路の概略図である。
【図３】実施形態２の超電導ケーブルの概略横断面図である。
【図４】比較形態の超電導ケーブルの概略横断面図である。
【図５】試験例Ａにおいて断熱管に生じる渦電流損失の値を示すグラフである。
【図６】試験例Ｂにおいて断熱管に生じる渦電流損失の値を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［本発明の実施形態の説明］
本発明者らは、超電導シールド層を備えない複数心のケーブルコアが一つの断熱管に収納された超電導ケーブルにおいて、ケーブルコアから生じる磁場の影響を受けた場合に断熱管に生じる渦電流損失を検討した。超電導ケーブルに用いられる断熱管は、液体窒素といった冷媒が流通されるため、一般的にステンレス鋼といった超電導ケーブルの運用温度に対する耐性に優れる材料から構成される。ステンレス鋼といった金属は、磁場が印加されると、渦電流によってジュール熱が生じることによる渦電流損失が発生する。そこで、異なる相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の送電に利用されるケーブルコアとして、超電導シールド層を備えない三心のケーブルコアが断熱管に収納された三心一括型の超電導ケーブルを使用し、断熱管に生じる渦電流損失をＦＥＭ（Ｆｉｎｉｔｅ  Ｅｌｅｍｅｎｔ  Ｍｅｔｈｏｄ）解析によって調べた。その結果、断熱管の内管及び外管ともに大きな渦電流損失が発生することがわかった。外管は外部環境（常温部）側に露出しており、渦電流によるジュール熱は常温部側に放熱するため、冷媒を冷却する冷却機構（冷凍機）の負荷には殆どならない。よって、外管に生じる渦電流損失はそれ程問題にはならないと考えられる。一方、内管は冷媒と接触する（低温部）側に位置するため、渦電流によるジュール熱は冷媒側に放熱する。よって、内管に生じる渦電流損失は冷凍機の負荷となるため、この冷凍機の負荷を低減するために内管に生じる渦電流損失を極力低減したい。この内管に生じる渦電流損失は、上記ＦＥＭ解析の結果、約１０Ｗ／ｍ程度と無視できない程大きいことがわかった。そこで、断熱管に印加されるケーブルコアからの磁場のうち断熱管に対して垂直な成分を低減することを検討し、本発明を完成するに至った。以下、本発明の実施形態の内容を列記して説明する。
【００１３】
（１）実施形態の超電導ケーブルは、超電導導体層と、前記超電導導体層の外周に設けられた電気絶縁層と、前記電気絶縁層の外周に設けられた常電導接地層とを有する複数心のケーブルコアと、前記複数心のケーブルコアを収納すると共に冷媒が流通される内管と、前記内管の外側に配設される外管とを有する断熱管とを備える。Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の三相のケーブルコアを一纏まりの単位グループとするとき、前記複数心のケーブルコアは、複数の前記単位グループで構成され、前記単位グループごとに各相のケーブルコアが同一円周上に配置されている。各単位グループを構成する各相のケーブルコアは、全単位グループで円周方向のいずれか一方向に同一配列である。
【００１４】
上記構成によれば、超電導シールド層を備えないため、高価な超電導線材の使用量を抑制することができ、超電導ケーブルのコストを抑制することができる。超電導シールド層を備えない超電導ケーブルの場合、超電導導体層から生じる磁場が断熱管に印加されるが、ケーブルコアを複数の単位グループで構成してケーブルコアの心数を多くし、各ケーブルコアを特定の配置形態とすることで、各ケーブルコアから生じる磁場のうち断熱管に対して垂直な成分（以下、垂直磁場と呼ぶことがある）が断熱管に印加されることを低減することができる。この理由は、ケーブルコアの心数を単位グループごとに多くして六心以上の超電導ケーブルとすることで、三心型の超電導ケーブルに比較して、一心当たりに流す電流を小さくできるため、各相のケーブルコアから生じる磁場を低減でき、かつ各ケーブルコアが特定の配置形態であることで、各相のケーブルコアからの磁場同士が相殺し合い、断熱管に印加される垂直磁場が低減されるからと考えられる。断熱管に印加される垂直磁場が低減されることで、断熱管において垂直磁場によって渦電流損失が発生することを低減できる。よって、断熱管のうち特に低温部側に位置する内管に生じる渦電流損失を低減できるため、冷凍機の負荷を抑制できる。
【００１５】
（２）実施形態の超電導ケーブルとして、前記複数心のケーブルコアで囲まれる中空部に、前記複数心のケーブルコアを内側から支持する芯部を備えることが挙げられる。
【００１６】
芯部を備えることで、この芯部の外周に各ケーブルコアを撚り合わせることができるため、各ケーブルコアの配置形態を維持し易い。
【００１７】
（３）芯部を備える実施形態の超電導ケーブルとして、前記芯部は、前記断熱管の一端側から他端側に向かって前記内管の内部に流通された冷媒を、前記断熱管の他端側から一端側に向かって戻すリターン管であることが挙げられる。
【００１８】
芯部がリターン管であることで、断熱管の一端側から他端側に向かって流通された冷媒を循環して元に戻す管を別途設ける必要がなく、中空部を効率的に活用できる。リターン管を別途設ける必要がないため、超電導ケーブルシステム全体としての熱負荷を低減することができる。
【００１９】
（４）芯部を備える実施形態の超電導ケーブルとして、前記芯部は、前記複数心のケーブルコアと同じ構成の予備コアであることが挙げられる。
【００２０】
芯部が予備コアであることで、複数心のケーブルコアのいずれかが故障した場合、予備コアを用いて送電を確保できる。この場合、上述した各ケーブルコアの特定の配置形態は維持できなくなるが、三心一括型の超電導ケーブルに比べてケーブルコアの心数が多く、断熱管での渦電流損失の低減が期待できる。
【００２１】
（５）実施形態の超電導ケーブル線路として、超電導ケーブルと、前記超電導ケーブルの少なくとも一端が接続される接続部とを備える超電導ケーブル線路であって、前記超電導ケーブルは、上記（１）〜（４）の実施形態の超電導ケーブルであることが挙げられる。ここでの接続部には、終端接続部や中間接続部が含まれる。
【００２２】
実施形態の超電導ケーブル線路は、実施形態の超電導ケーブルを備えることで、断熱管に印加される垂直磁場が低減され、断熱管において垂直磁場によって渦電流損失が発生することを低減できる。よって、断熱管のうち特に低温部側に位置する内管に生じる渦電流損失を低減でき、冷凍機の負荷を抑制できる。
【００２３】
［本発明の実施形態の詳細］
本発明の実施形態の詳細を、以下に説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。図中、同一符号は同一名称物を示す。
【００２４】
＜実施形態１＞
《超電導ケーブル》
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。超電導ケーブル１は、六心のケーブルコア１０が撚り合わされて一つの断熱管２０に収納された、六心一括型の三相交流用の超電導ケーブルである。実施形態１の超電導ケーブル１の主たる特徴とするところは、各ケーブルコア１０が超電導シールド層を備えておらず、各ケーブルコア１０が規則的に配置されていることにある。以下各構成について詳しく説明する。
【００２５】
〔断熱管〕
断熱管２０は、ステンレス鋼製の内管２１と外管２２とを有する二重構造のコルゲート管であり、内管２１と外管２２との間が真空引きされ、この空間に真空断熱層が形成されている。真空断熱層には、断熱性を高めるためにスーパーインシュレーション（商品名）などの断熱材（図示せず）を配置してもよい。内管２１内（各ケーブルコア１０と内管２１との間の空間）には冷媒が充填される。断熱管２０はコルゲート管で構成する他、直管で構成してもよい。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２３を備える。
【００２６】
〔ケーブルコア〕
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、常電導接地層１４、保護層１５を備え、超電導シールド層を備えない。これら各構成部材には、公知の構成・材料を用いることができる。
【００２７】
フォーマ１１は、超電導導体層の支持、ケーブルの抗張力材、その他、短絡や地絡などの事故時における事故電流を分流する通電路などに利用される。通電路にも利用する場合、フォーマ１１は、銅やアルミニウムなどの常電導材料からなる中実体や中空体（管体）が好適に利用できる。中実体は、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備える銅線を複数本撚り合わせた撚り線材が挙げられる。フォーマ１１の外周にクラフト紙やＰＰＬＰ（住友電気工業株式会社の登録商標）といった絶縁性テープなどを巻回してクッション層（図示せず）を設けることができる。
【００２８】
超電導導体層１２は、酸化物超電導導体を備えるテープ状線材、例えばＢｉ２２２３系超電導テープ線（Ａｇ−Ｍｎシース線）を単層又は多層に螺旋状に巻回した構成が挙げられる。その他、ＲＥ１２３系薄膜線材（ＲＥ：希土類元素、例えばＹ、Ｈｏ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄなど）も超電導導体層１２に利用できる。一つの超電導導体層１２を多層構造とする場合、各超電導線材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することができる。
【００２９】
電気絶縁層１３は、クラフト紙などの絶縁紙テープや、クラフト紙とプラスチックとを複合した半合成絶縁テープ、例えばＰＰＬＰといったテープ状の絶縁性材料を巻回した構成が挙げられる。
【００３０】
常電導接地層１４は、電気絶縁層１３の電界分布の均一化などを目的とした層で、銅といった常電導材料からなる金属テープを巻回した構成が挙げられる。常電導接地層１４は、接地線（図示せず）を介して接地されている。常電導接地層１４は、例えば一点接地することで、超電導導体層１２からの磁場に対する誘導電流が流れないようにすることができる。
【００３１】
保護層１５は、ケーブルコア１０の最外周に配置され、その内側に配置された部材（特に超電導導体層１２）の機械的保護、常電導接地層１４と断熱管２０との間の電気的絶縁の確保を目的として設けられる。保護層１５は、クラフト紙などの絶縁紙テープや、クラフト紙とプラスチックとを複合した半合成絶縁テープ、例えばＰＰＬＰといったテープ状の絶縁性材料を巻回した構成が挙げられる。
【００３２】
超電導ケーブル１は、Ｕ相の送電用ケーブルコア１０Ｕ、Ｖ相の送電用ケーブルコア１０Ｖ、Ｗ相の送電用ケーブルコア１０Ｗを備える。Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の三相のケーブルコアを一纏まりの単位グループ１０Ｇとするとき、六心一括型の超電導ケーブル１は、単位グループ１０Ｇを二つ備える。つまり、超電導ケーブル１は、Ｕ相の送電用ケーブルコア１０Ｕ、Ｖ相の送電用ケーブルコア１０Ｖ、Ｗ相の送電用ケーブルコア１０Ｗをそれぞれ二心ずつ、合計六心のケーブルコア１０を備える。
【００３３】
〈ケーブルコアの配置〉
六心のケーブルコア１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗは、単位グループ１０Ｇごとに各相のケーブルコアが同一円周上に配置されている。各ケーブルコア１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗの中心を繋ぐと正六角形となる配置である。そして、各単位グループ１０Ｇを構成する各相のケーブルコアの配列は、二つの単位グループ１０Ｇで円周方向のいずれか一方向に同じ配列である。ここでは、円周方向の時計回りに、一方の単位グループ１０ＧのＵ相のケーブルコア１０Ｕ、Ｖ相のケーブルコア１０Ｖ、Ｗ相のケーブルコア１０Ｗ、他方の単位グループ１０ＧのＵ相のケーブルコア１０Ｕ、Ｖ相のケーブルコア１０Ｖ、Ｗ相のケーブルコア１０Ｗの順に配列している。隣接するケーブルコアは必ず異なる相であり、かつ一つのケーブルコアを見たとき、この一つのケーブルコアの両側のケーブルコア同士も異なる相である。例えば、Ｕ相のケーブルコア１０Ｕの両側のケーブルコアは、Ｖ相のケーブルコア１０ＶとＷ相のケーブルコア１０Ｗである。同様に、Ｖ相のケーブルコア１０Ｖの両側のケーブルコアは、Ｗ相のケーブルコア１０ＷとＵ相のケーブルコア１０Ｕであり、Ｗ相のケーブルコア１０Ｗの両側のケーブルコアは、Ｕ相のケーブルコア１０ＵとＶ相のケーブルコア１０Ｖである。ここでは、六心のケーブルコア１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗは、各相が断熱管２０の中心軸を中心とする同一円周上に配置されているが、実際に超電導ケーブル線路において超電導ケーブル１を布設すると、各ケーブルコア１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗは自重によって断熱管の下方に偏在することがある。
【００３４】
単位グループ１０Ｇを構成する各相のケーブルコアの配列は、単位グループ１０Ｇ間で同一であれば上記配列に限定されない。例えば、単位グループ１０Ｇの各相のケーブルコアは、Ｕ相のケーブルコア１０Ｕ、Ｖ相のケーブルコア１０Ｖ、Ｗ相のケーブルコア１０Ｗの配列以外に、Ｖ相のケーブルコア１０Ｖ、Ｕ相のケーブルコア１０Ｕ、Ｗ相のケーブルコア１０Ｗの配列などが挙げられる。
【００３５】
〈ケーブルコアから生じる磁場〉
各ケーブルコア１０から生じる磁場を説明するにあたり、図４を参照して、三心のケーブルコア１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗが撚り合わされて一つの断熱管２０に収納された、三心一括型の三相交流用の超電導ケーブル３と比較する。図１及び図４の点線は、各ケーブルコア１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗから生じる磁場の様子をシミュレーションで求めた磁束を表す。
【００３６】
三心一括型の超電導ケーブル３の場合、図４に示すように、断熱管２０（特に内管２１）にかかる複数の磁束が存在する。一方、六心一括型の超電導ケーブル１の場合、図１に示すように、断熱管２０（特に内管２１）にかかる磁束が三心一括型の超電導ケーブル３に比べて減少する。ケーブルコアを二つの単位グループ１０Ｇで構成してケーブルコアの心数を多くし、各ケーブルコアに流れる電流を二分割にすることで、各ケーブルコアから生じる磁場が低減される。また、二つの単位グループ１０Ｇの各ケーブルコアの配列が、円周方向の時計回りに、一方の単位グループ１０ＧのＵ相のケーブルコア１０Ｕ、Ｖ相のケーブルコア１０Ｖ、Ｗ相のケーブルコア１０Ｗ、他方の単位グループ１０ＧのＵ相のケーブルコア１０Ｕ、Ｖ相のケーブルコア１０Ｖ、Ｗ相のケーブルコア１０Ｗの順になっていることで、隣接するケーブルコア同士が１２０度ずつ位相が異なるため、各ケーブルコア１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗからの磁場がそれぞれ打ち消し合い、断熱管２０に印加される磁場が低減される。よって、断熱管２０に対して垂直な成分の磁場（以下、垂直磁場と呼ぶことがある）が低減される。
【００３７】
〔その他の構成〕
超電導ケーブル１は、六心のケーブルコア１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗで囲まれる中空部に、六心のケーブルコア１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗを内側から支持する芯部３０を備えることが挙げられる。芯部３０は、各ケーブルコア１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗを支持することができるような材質、厚みなどを選択すればよい。例えば、銅やアルミニウムなどの常電導材料からなる中実体や中空体（管体）が利用できる。六心のケーブルコア１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗは、芯部３０の外周に撚り合わせて配置する。そうすることで、六心のケーブルコア１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗを芯部３０に対して固定できるため、六心のケーブルコア１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗの配置形態（ケーブルコア１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗの中心を繋いだ形状が正六角形）を維持し易い。
【００３８】
芯部３０は、断熱管２０の一端側から他端側に向かって流通された冷媒を循環して元に戻すリターン管３１とすることが挙げられる。このとき、芯部３０は、銅やアルミニウムなどの常電導材料からなる中空体（管体）とする。他に、芯部３０は、上記ケーブルコア１０と同じ構成の予備コア（図示せず）とすることが挙げられる。
【００３９】
《超電導ケーブル線路》
上述した超電導ケーブル１を備える超電導ケーブル線路１００を図２に示す。超電導ケーブル線路１００は、その両端部に終端接続部（端末）１０１，１０２が設けられている。終端接続部１０１，１０２は、常電導ケーブルと超電導ケーブル１との間で電力を受け渡すための端末であり、常電導機器と超電導導体層１２（図１を参照）との接続部分が収納される。また、超電導ケーブル線路１００は、上記超電導ケーブル１と、超電導ケーブル１と接続され冷媒の循環経路を構成する冷媒管１１０と、超電導ケーブル１に冷媒を循環供給する冷却機構２００とを備える。冷却機構２００は、冷媒を所定温度に冷却する冷凍機と、冷凍機で冷却した冷媒を超電導ケーブル１に圧送して循環させるポンプとを備える。冷却機構２００の冷凍機で冷却された冷媒は、終端接続部１０１を介して超電導ケーブル１の断熱管２０を流通した後、終端接続部１０２を介して冷媒管１１０を流通して冷却システム２００に戻される。ここでは、超電導ケーブル１の断熱管２０を冷媒の往路、冷媒管１１０を冷媒の復路としたが、超電導ケーブル１がリターン管３１（図１を参照）を備える場合、このリターン管３１を冷媒の復路とし、冷媒管１１０を省略することができる。ここでは、超電導ケーブル１の両端部に終端接続部１０１，１０２を設けたが、中間接続部（図示せず）を設けて、超電導ケーブル同士を接続することもできる。
【００４０】
＜実施形態２＞
実施形態１では、六心一括型の三相交流用の超電導ケーブル１を説明した。実施形態２では、図３に示すように、九心のケーブルコア１０（１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗ）が撚り合わされて一つの断熱管２０に収納された、九心一括型の三相交流用の超電導ケーブル２を説明する。実施形態２では、ケーブルコア１０の心数が異なるだけであり、他の構成は実施形態１と同様であるため、以下の説明は相違点を中心に行う。
【００４１】
九心一括型の超電導ケーブル２は、単位グループ１０Ｇを三つ備える。つまり、超電導ケーブル２は、Ｕ相の送電用ケーブルコア１０Ｕ、Ｖ相の送電用ケーブルコア１０Ｖ、Ｗ相の送電用ケーブルコア１０Ｗをそれぞれ三心ずつ、合計九心のケーブルコア１０を備える。九心一括型の超電導ケーブル２の各ケーブルコア１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗの配置は、実施形態１と同様に、単位グループ１０Ｇごとに各相のケーブルコアが同一円周上に配置されている。そして、各単位グループ１０Ｇを構成する各相のケーブルコアの配列は、三つの単位グループ１０Ｇで円周方向のいずれか一方向に同じ配列である。
【００４２】
各ケーブルコア１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗから生じる磁場の様子をシミュレーションで求めた磁束を図３の点線で表す。九心一括型の超電導ケーブル２の場合、断熱管２０（特に内管２１）にかかる磁束が六心一括型の超電導ケーブル１に比べて減少する。九心一括型の超電導ケーブル２は、六心一括型の超電導ケーブル１（図１を参照）と比べて、さらにケーブルコアの心数が多くなることで、各ケーブルコアに流れる電流が三分割され、各ケーブルコアから生じる磁場がさらに低減される。また、隣り合うケーブルコア同士が１２０度ずつ位相が異なることで、各ケーブルコアからの磁場がそれぞれ打ち消し合い、断熱管２０に印加される磁場が低減される。よって、断熱管２０に対して垂直な成分の磁場（垂直磁場）がさらに低減される。
【００４３】
＜試験例＞
・試験例Ａ
超電導シールド層を備えない複数心のケーブルコアを備える超電導ケーブルにおいて、断熱管に生じる渦電流損失をＦＥＭ解析によって調べた。試験例Ａでは、ケーブルコアの心数を変えることで渦電流損失に与える影響を主に調べた。以下に、各試験例の詳細な条件を示す。
【００４４】
・・試験例１−１
六心のケーブルコアを一つの断熱管に収納した六心一括型の超電導ケーブルである（図１を参照）。六心のケーブルコアは、同一円周上に、各ケーブルコアの中心を繋ぐと正六角形となるように配置されている。かつ、六心のケーブルコアは、円周方向の時計回りに、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相となるように配置されている。各ケーブルコアの直径は、３２．４ｍｍである。また、各ケーブルコアの中心間距離は、３２．４ｍｍである。断熱管の内管は、内径１１２．８ｍｍ、外径１１４．４ｍｍで、厚さ０．８ｍｍのステンレス鋼製であり、断熱管の外管は、内径１５２．８ｍｍ、外径１５４．４ｍｍで、厚さ０．８ｍｍのステンレス鋼製である。各ケーブルコアの中心に線電流源を設定し、１．５ｋＡｒｍｓの電流を流す。
【００４５】
・・試験例２−１
九心のケーブルコアを一つの断熱管に収納した九心一括型の超電導ケーブルである（図３を参照）。九心のケーブルコアは、同一円周上に、各ケーブルコアの中心を繋ぐと正九角形となるように配置されている。かつ、九心のケーブルコアは、円周方向の時計回りに、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相となるように配置されている。各ケーブルコアの直径は、２４．７７ｍｍである。また、各ケーブルコアの中心間距離は、２４．７７ｍｍである。断熱管は、試験例１−１と同様である。各ケーブルコアの中心に線電流源を設定し、１．０ｋＡｒｍｓの電流を流す。
【００４６】
・・試験例３−１
三心のケーブルコアを一つの断熱管に収納した三心一括型の超電導ケーブルである（図４を参照）。三心のケーブルコアは、同一円周上に、各ケーブルコアの中心を繋ぐと正三角形となるように、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相が配置されている。各ケーブルコアの直径は、４５ｍｍである。また、各ケーブルコアの中心間距離は、４５ｍｍである。断熱管は、試験例１−１と同様である。各ケーブルコアの中心に線電流源を設定し、３．０ｋＡｒｍｓの電流を流す。
【００４７】
試験例１−１，２−１，３−１において、断熱管に生じる渦電流損失を図５に示す。試験例３−１では、内管及び外管共に大きな渦電流損失が生じた。特に、内管では約１０Ｗ／ｍ程度の非常に大きな渦電流損失が生じた。断熱管のうち特に内管に生じる渦電流損失は、冷媒の冷却負荷の増大を招くため、非常に問題である。一方、ケーブルコアの心数が多く、かつ各ケーブルコアを特定の配置形態とした試験例１−１，２−１では、断熱管に生じる渦電流損失が、試験例３−１に比べて大きく低減した。試験例１−１は、内管で約１．２５Ｗ／ｍ程度となり、試験例３−１に比べて約８７．５％も低減された。また、試験例２−１は、内管で約０．３５Ｗ／ｍ程度となり、試験例３−１に比べて約９６．５％も低減された。これは、ケーブルコアの心数が多くなることで、各ケーブルコアに流れる電流を分割でき、各ケーブルコアから生じる磁場が低減されたからと考えられる。かつ隣接するケーブルコア同士が１２０度ずつ位相が異なることで、各ケーブルコアからの磁場がそれぞれ打ち消し合い、断熱管に印加される磁場が低減され、上記垂直磁場が低減されたと考えられる。
【００４８】
・試験例Ｂ
超電導シールド層を備えない六心のケーブルコアを備える六心一括型の超電導ケーブルにおいて、各ケーブルコアの配列を変えることで渦電流損失に与える影響を調べた。以下に、各試験例の詳細な条件を示す。
【００４９】
・・試験例１−２
六心のケーブルコアは、円周方向の時計回りに、Ｕ相、Ｕ相、Ｖ相、Ｖ相、Ｗ相、Ｗ相となるように配置されている。その他の条件は、試験例１−１と同様である。
【００５０】
・・試験例１−３
六心のケーブルコアは、円周方向の時計回りに、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相、Ｕ相、Ｗ相、Ｖ相となるように配置されている。その他の条件は、試験例１−１と同様である。
【００５１】
試験例１−１，１−２，１−３において、断熱管に生じる渦電流損失を図６に示す。試験例１−１は、上述したように、内管に生じる渦電流損失が約１．２５Ｗ／ｍ程度と非常に小さかった。一方、各ケーブルコアの配列が、二つの単位グループ（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）で見たとき、単位グループごとに各相のケーブルコアが配列されていない試験例１−２では、断熱管に生じる渦電流損失が大きくなり、内管で約１１．５３Ｗ／ｍ程度であった。また、単位グループで時計回りに同一配列でない試験例１−３でも、断熱管に生じる渦電流損失が大きくなり、内管で約３．２４Ｗ／ｍ程度であった。このことから、各ケーブルコアを特定の配列（単位グループで円周方向の一方向に同一配列）とすることで、渦電流損失を低減できることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明の超電導ケーブルは、超電導シールド層を備えない複数心のケーブルコアを備える超電導ケーブルに好適に利用できる。また、本発明の超電導ケーブル線路は、超電導シールド層を備えない複数心のケーブルコアを備える超電導ケーブルが布設される交流送電線路に好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００５３】
１，２，３  超電導ケーブル
１０，１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗ  ケーブルコア
１１  フォーマ    １２  超電導導体層
１３  電気絶縁層    １４  常電導接地層    １５  保護層
１０Ｇ  単位グループ
２０  断熱管    ２１  内管    ２２  外管    ２３  防食層
３０  芯部    ３１  リターン管
１００  超電導ケーブル線路
１０１，１０２  終端接続部
１１０  冷媒管
２００  冷却機構
【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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【図６】
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