(57)【要約】【課題】多心超電導ケーブルにおいてもシールド電流を正確に計測できる超電導ケーブルのシールド電流測定方法を提供する。【解決手段】超電導導体の外周にシールド層を有する３本のケーブルコア１０２と、３本のコア１０２が集合された集合部から各コア１０２間を広げた状態のコア１０２を収納する分岐箱１と、分岐箱１内の各コア１０２のシールド層を接続する短絡電極２とを具える。この短絡電極２に電流測定手段（ロゴスキーコイル２０）を設ける。ロゴスキーコイル２０により、シールド層に流れる電流を測定することができる。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導導体の外周にシールド層を有する複数のケーブルコアを具える超電導ケーブルのシールド電流測定方法であって、
前記複数のケーブルコアが集合された集合部から各コア間を広げた分岐個所で、電流測定手段を用いて前記シールド層の電流を測定することを特徴とする超電導ケーブルのシールド電流測定方法。
【請求項２】
前記分岐個所において、間隔を広げた各コアのシールド層を短絡電極で短絡し、この短絡電極に電流測定手段を設けてシールド電流の測定を行うことを特徴とする請求項１に記載の超電導ケーブルのシールド電流測定方法。
【請求項３】
前記短絡電極よりも集合部側における各コアの外周に電流測定手段を配置してシールド電流の測定を行うことを特徴とする請求項２に記載の超電導ケーブルのシールド電流測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のケーブルコアからなる多相超電導ケーブルにおけるシールド電流を測定する方法に関するものである。特に、シールド層の機能を損なうことなく正確にシールド電流を測定することができる超電導ケーブルのシールド電流測定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、Ｂｉ系高温超電導テープ線などからなる超電導導体を用いた超電導ケーブルにおいて、複数のケーブルコアを一括にした多心一括型の多相超電導ケーブルが開発されつつある。図４は、三心一括型の三相超電導ケーブルの断面図である。この超電導ケーブル１００は、断熱管１０１内に３本のケーブルコア１０２を撚り合わせて収納させた構成である。
【０００３】
断熱管１０１は、外管１０１ａと内管１０１ｂとからなる二重管の間に断熱材（図示せず）が配置され、かつ二重管内が真空引きされた構成である。各ケーブルコア１０２は、中心から順にフォーマ２００、超電導導体２０１、電気絶縁層２０２、シールド層２０３、保護層２０４を具えている。超電導導体２０１は、フォーマ２００上に超電導線材を多層に螺旋状に巻回して構成される。シールド層２０３は、電気絶縁層２０２上に超電導導体２０１と同様の超電導線材を螺旋状に巻回して構成され、導体２０１に流れる電流により誘導される電流が流れる。シールド層２０３に流れる電流は、超電導導体２０１に流れる電流と逆向きでほぼ同じ大きさであり、その電流により生じる磁場にて、導体から発生する磁場を打ち消し合い、外部に漏れる磁場はほぼゼロになる。通常、内管１０１ｂと各ケーブルコア１０２とで囲まれる空間１０３が冷媒の流路となる。
【０００４】
上記多相超電導ケーブルは、これらケーブル同士を接続させたり、常電導ケーブルと接続させたり、終端構造を形成するなどの場合、各相に、即ち、ケーブルコア毎に分岐させて行う。各ケーブルコアの分岐は、極低温に維持された分岐箱内で行われ、分岐箱内において各コアは、各コア間が広げられた状態で保持される。各ケーブルコア間を広げた状態に保持する治具として、特許文献１記載のものがある。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００３−９３３０号公報（特許請求の範囲参照）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような超電導ケーブルのシールド層に流れる電流を測定する適切な方法がなかった。
【０００７】
導体に流れる電流は、超電導ケーブルと外部で接続される常電導ケーブルの電流を測定すれば良く、電流検知（変成）器（ＣＴ）、シャント抵抗などを利用して容易に測定することができる。同様に、シールド層に流れる電流も測定することが考えられる。しかし、電流測定のために抵抗を介在させることでシールド層の抵抗増加を招き、導体電流に対して誘導されるシールド電流が減少し、コアの外部に磁場が漏れる。そのため、シールド層のシールド効果が期待できなくなる虞がある。また、極低温部に抵抗を配置すると発熱が大きくなり、ロスの増大を招いて好ましくない。さらに、超電導ケーブルでは、冷媒温度を変えて運転することが考えられるが、冷媒温度により抵抗値が変化することから正確にシールド電流を測定することが困難である。
【０００８】
その他、断熱管の外部における漏れ磁界を計測することにより、シールド効果を検証する方法も考えられる。しかし、三心ケーブルでは三相電流が流れているため、位相差により磁場がキャンセルされたり、コア外部に生じる漏れ磁界により、その外部にある断熱管に渦電流が流れて磁場遮蔽効果が起こり、断熱管の外部から正確にシールド効果を確認することが困難である。
【０００９】
従って、本発明の主目的は、多心超電導ケーブルにおいてもシールド電流を正確に計測できる超電導ケーブルのシールド電流測定方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ロゴスキーコイル、光磁界センサなどの電流測定手段を用いることで上記の目的を達成する。
【００１１】
即ち、本発明超電導ケーブルのシールド電流測定方法は、超電導導体の外周にシールド層を有する複数のケーブルコアを具える超電導ケーブルのシールド電流測定方法であって、前記複数のケーブルコアが集合された集合部から各コア間を広げた分岐個所で、電流測定手段を用いて前記シールド層の電流を計測することを特徴とする。
【００１２】
各コアごとに分離した分岐個所で、電流測定手段を用いることにより、シールド層に抵抗を介在させることなく、各コアのシールド電流を測定することができる。そのため、シールド層のシールド効果を損なうことなく、正確にシールド電流を測定することができる。
【００１３】
電流測定手段は電流を測定できるものであれば特に限定されない。その具体例としては、ロゴスキーコイルやファラデー効果を用いた光磁界センサが挙げられる。ロゴスキーコイルは、被測定電流のつくる磁界の時間的変化に基づく誘導電圧を検出・積分して電流を測定するコイルである。同コイルを用いることで、コイルの内側に流れる電流により発生する磁場を補足し、この磁場に応じた電圧を発生するため、この電圧に基づいてシールド電流を計測することができる。
【００１４】
ロゴスキーコイルの具体的な構成例としては、非磁性の巻き枠に素線絶縁した導線を密巻きしたものが挙げられる。非磁性の巻き枠を用いることで、計測個所周辺の磁場により巻き枠が磁化されて正確に測定できなくなることを回避する。その他、巻き枠のないコアレス構造のロゴスキーコイルとしても良い。また、導線にはＣｕ線などの低抵抗材料が好適に利用できる。
【００１５】
電流測定手段の具体的な配置個所としては、分岐個所において、間隔を広げた各コアのシールド層を短絡電極で短絡し、この短絡電極に電流測定手段を設けることが好ましい。各コアごとに分岐された個所で、かつ各コアのシールド層が短絡された短絡電極に電流測定手段を配置することにより、シールド電流のみの信号を計測することができ、正確な測定を行うことができる。
【００１６】
その他、短絡電極よりも集合部側における各コアの外周に電流測定手段を配置することも好ましい。この構成により、超電導導体に流れる電流Ｉ１とシールド層に流れる電流Ｉ２の合成電流（Ｉ１−Ｉ２）に対する磁場に基づいてシールド電流を求めることができる。通常、超電導導体に流れる電流Ｉ１とシールド層に流れる電流Ｉ２は逆向きでほぼ同じ大きさであるため、合成電流が０になるほど好ましい状態であるといえる。
【００１７】
本発明測定方法では、超電導導体の外周にシールド層を有するケーブルコアを複数具える多相超電導ケーブルを対象とする。例えば、３本のケーブルコアを撚り合わせて断熱管に収納された三心一括型の三相超電導ケーブルが挙げられる。
【００１８】
また、電流測定手段を設ける分岐個所は、多相超電導ケーブルをケーブルコア毎に分岐させたコアを収納する分岐箱を用いることが好適である。即ち、分岐箱内には、多相超電導ケーブルを構成する複数のケーブルコアが集合された集合部から各コア間を広げた状態のコアが収納される。この分岐箱には、これらケーブルコアを超電導状態に維持するべく冷却するための液体窒素などの冷媒が満たされる。従って、分岐箱は断熱構造であることが望ましい。
【００１９】
分岐箱内において各ケーブルコアの保持は、保持具を用いて行うとよい。保持具は、各ケーブルコアを保持可能であると共に、各コア間を広げた状態に保持できるものが挙げられる。特に、ケーブルコアの伸縮に伴って分岐箱内を移動可能な構成を具える保持具が好ましい。
【００２０】
そして、短絡電極は導電性材料にて構成する。導電性材料としては、例えば、銅（７７Ｋでの比抵抗ρ＝２×１０−９Ωｃｍ）やアルミニウム（７７Ｋでの比抵抗ρ＝２×１０−７Ωｃｍ）などのように、ケーブルに使用される液体窒素温度近傍においても低抵抗を示す金属が挙げられる。この短絡電極は、分岐箱に収納される各コアのシールド層を局部的に接続すればよい。通常、シールド層の外周には保護層が形成されているため、短絡電極を設ける個所のみ保護層を除去してシールド層を露出させ、この露出個所に短絡電極を設ける。短絡電極としては、例えば、シールド層の外周を覆う円筒状部材と、この円筒状部材同士を連結する連結部材とを組み合わせた形状が挙げられる。
【００２１】
短絡電極とシールド層との接続は、接続による電気的抵抗が小さい方法が好ましく、例えば、半田による接続などが挙げられる。
【００２２】
なお、この短絡電極は、分岐箱内に配置される各ケーブルコアの任意の位置に取り付けてもよいが、集合部側よりも分岐端側に取り付ける場合、各コア間がより広げられてコア間の距離が大きいため、短絡電極の取り付け作業性がよく好ましい。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
（実施例１）
図１は、本発明方法を適用する三相超電導ケーブルの相分岐構造を示す概略構成図である。
【００２４】
この分岐構造は、超電導導体の外周にシールド層を有する３本のケーブルコア１０２と、３本のコア１０２が集合された集合部から各コア１０２間を広げた状態のコア１０２を収納する分岐箱１と、分岐箱１内の各コア１０２のシールド層を接続する短絡電極２とを具える。
【００２５】
本例で用いた三相超電導ケーブル１００は、図４に示すものと同様の構成のものである。即ち、中心から順にフォーマ２００、超電導導体２０１、電気絶縁層２０２、シールド層２０３、保護層２０４を具えるケーブルコア１０２を３本撚り合わせて断熱管１０１内に収納された構成のものである。フォーマ２００は、絶縁被覆された銅線を複数本撚り合わせたものを用いた。超電導導体２０１、シールド層２０３は、それぞれフォーマ２００の外周、電気絶縁層２０２の外周にＢｉ２２２３系超電導テープ線（Ａｇ−Ｍｎシース線）を多層に螺旋状に巻回して構成した。電気絶縁層２０２は、超電導導体２０１の外周に半合成絶縁紙（住友電気工業株式会社製ＰＰＬＰ：登録商標）を巻回して構成した。保護層２０４は、シールド層２０３の外周にクラフト紙を巻回して構成した。断熱管１０１は、ＳＵＳコルゲート管を用い、外管１０１ａと内管１０１ｂ間に断熱材を多層に配置して真空引きした真空多層断熱構造とした。また、断熱管１０１の外周には、ポリ塩化ビニルからなる防食層１０４を設けた。
【００２６】
上記三相超電導ケーブル１００の撚り合わされた各コア１０２は、それぞれ別個に取り扱い易くするべく、集合されていたケーブル１００の各コア１０２間の間隔を広げられ分岐される。分岐箱１は、これら３本のケーブルコア１０２間の間隔が徐々に広げられた状態のコア１０２を収納する。従って、分岐箱１の一面側（図１では右面側）には、超電導ケーブル１００が挿入され、この面と対向する他面側（同左面側）からは、分岐させた各コア１０２がそれぞれ突出される。また、分岐箱１内には、液体窒素などの冷媒が満たされ、収納されたケーブルコア１０２を冷却する。そのため、分岐箱１は、断熱層１ａを具える断熱構造とした。また、本例において分岐箱１は、円筒状とした。
【００２７】
分岐箱１内に収納されるケーブルコア１０２は、箱１の一面側（超電導ケーブル１００の集合部側）から箱１の他面側（コア１０２の分岐端側）に向かって、各コア１０２間の間隔が徐々に広げられ、一定の間隔が保持されている。本例においてケーブルコア１０２の保持は、集合部側を保持する第一保持具１０と、中間部を保持する第二保持具１１と、第一保持具１０と第二保持具１１間のコア１０２を保持する中間保持具１２とで行う。
【００２８】
第一保持具１０は、中心に環状部を具え、この環状部の外周に三つの中間保持具１２が固定される。この第一保持具１０は、３本のケーブルコア１０２で囲まれる空間のほぼ中心部に環状部の中心が位置するようにコア１０２間に配置し、各中間保持具１２にそれぞれコア１０２を配置することで、コア１０２間の間隔を広げた状態に保持する。
【００２９】
第二保持具１１の基本的構成は、第一保持具１０とほぼ同様の構成であり、環状部の径を第一保持具１０よりも大きくしたものである。本例では、ケーブルコア１０２の伸縮に伴って移動できるように、分岐箱１の内周面にほぼ点接触するような摺動部１１ａを具える。この摺動部１１ａは、環状部の外周で中間保持具１２を固定していない個所に取り付けている。
【００３０】
中間保持具１２は、半円弧状の部材、いわゆる樋状の部材を組み合わせて円筒状とする構成である。本例では、一対の樋状の部材によりケーブルコア１０２の外周を覆い、この樋状の部材の外周をバンド（図示せず）などの締付具によりコア１０２の外周に固定し、コア１０２を保持する。また、中間保持具１２内のケーブルコア１０２が冷媒と接触し易いように、保持具１２に適宜貫通孔を設けてもよい。
【００３１】
これら各ケーブルコア１０２のシールド層同士を短絡電極２にて接続する。即ち、各ケーブルコア１０２のシールド層は、短絡電極２を介して閉ループを形成し、一括してアースに落とされている。本例では、上記第二保持具１１よりも分岐端側に位置するケーブルコア１０２のシールド層同士を短絡電極２にて接続した。図２（Ａ）は、図１のＢ−Ｂ断面図、（Ｂ）は、図１に示す領域Ｃ内のケーブルコア部分の断面図である。本例において短絡電極２は、図２に示すように各ケーブルコア１０２のシールド層２０３の外周をそれぞれ覆う円筒状部材２ａと、円筒状部材２ａ同士を連結する編組部材２ｂとを具える。
【００３２】
円筒状部材２ａは、各ケーブルコア１０２のシールド層２０３の外周に取り付け易いように、コア１０２の外形に適合した一対の半円弧状部材から構成され、これら半円弧状部材を組み合わせることでシールド層２０３の外周を覆う。より具体的には、図２（Ｂ）に示すようにケーブルコア１０２の保護層２０４の一部を除去してシールド層２０３を露出させ、露出させたシールド層２０３上に一対の半円弧状部材を配置してコア１０２を覆う。本例において円筒状部材２ａは、銅にて形成した。また、本例において半円弧状部材同士の接合、及び各円筒状部材２ａと各ケーブルコア１０２のシールド層２０３の接合は、半田にて行った。
【００３３】
編組部材２ｂは、円筒状部材２ａ同士を接続すると共に、ケーブルコア１０２間を広げた状態に保持させるものであり、上記円筒状部材２ａと同様に銅線にて形成した。短絡電極に可とう性を有する編組部材２ｂを用いることで、冷却収縮に伴う各コアの移動にも追従することができる。本例では、３本の編組部材２ｂを用い、各編組部材２ｂの両端に円筒状部材２ａを接合し、図２（Ａ）に示すように円筒状部材２ａを頂点とする三角形状に短絡電極２を形成する。本例において編組部材２ｂと円筒状部材２ａの接合は半田にて行った。
【００３４】
そして、上記編組部材２ｂの外周にロゴスキーコイル２０を配置した。本例では、各相のシールド電流を個別に計測できるよう、３本の編組部材２ｂの各々の外周にロゴスキーコイル２０を配置している。ロゴスキーコイル２０は、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）製巻き枠に銅線を密巻きした環状のコイルである。このコイル２０は、定常的に通電する電流値において、１００ｍＶ以上の電圧が発生するような巻き数で構成されていることが好ましい。このコイル２０の銅線は図示しない計測線につながり、この計測線を分岐箱の外部に引き出して積分回路につなげ、ロゴスキーコイル２０の出力を取り出せるように構成している。計測線と分岐箱１とのシールにはハーメチックシールを用いて気密を保持している。
【００３５】
以上の構成において、超電導ケーブルの運転を行なうと、超電導導体２０１（図４）に電流が流れ、その電流と逆向きでほぼ同じ大きさの電流がシールド層２０３に流れる。各相のシールド層２０３は短絡電極２を介して接続されているため、短絡電極２にはシールド電流のみが流れ、導体電流の磁場の影響を受けることなく各相のシールド電流のみの信号を測定することが可能になる。すなわち、シールド電流に対応した電圧がコイル２０の両端に誘起し、この電圧がシールド電流の微分波形になっているため、積分回路を通すことでシールド電流を再現することができる。電圧信号から電流値への変換は、このコイル２０を装着する前にコイル内の被測定対象の電流とコイル２０に誘起する電圧との相関を把握しておけば容易に行なうことができる。
【００３６】
なお、本例では、分岐箱１から引き出された各ケーブルコア１０２の外周には、それぞれステンレスからなる断熱管３を配置しており、管３内には、箱１内と同様に冷媒が満たされる。従って、分岐箱１から突出した各ケーブルコア１０２も超電導状態を維持することができる。なお、各ケーブルコア１０２の分岐端には、他のケーブルコアや接続機器などと接続可能な端末部４をそれぞれ設けている。これらの構成は、後述する実施例２についても同様である。
【００３７】
（実施例２）
図３に、各コアにロゴスキーコイルを設けた三相超電導ケーブルの相分岐構造の概略構成図を示す。実施例１では、三相のシールド層をつなぐ短絡電極にロゴスキーコイルを設けたが、本例では短絡電極２よりも集合部側における各コアの外周にロゴスキーコイル２０を設けてシールド電流の測定を行なう。
【００３８】
この場合、各ロゴスキーコイル２０は、超電導導体２０１（図４）に流れる電流Ｉ１とシールド層２０３に流れる電流Ｉ２の合成電流（Ｉ１−Ｉ２）に対する磁場に基づいてシールド電流を求めることができる。通常、超電導導体２０１に流れる電流Ｉ１とシールド層２０３に流れる電流Ｉ２は逆向きでほぼ同じ大きさであるため、合成電流が０になるほど好ましい状態であるといえる。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明シールド電流の測定方法によれば、各コアごとに分離した分岐個所において、電流測定手段を用いることにより、シールド層に抵抗を介在させることなく、各コアのシールド電流を測定することができる。そのため、シールド層のシールド効果を損なうことなく、正確にシールド電流を測定することができる。
【００４０】
従って、本発明方法は超電導ケーブル線路の運転中でもシールド電流の測定が可能で、シールド層に特性の変化が無いかどうかを確認したり、導体電流の減少に伴うシールド電流の減少からケーブルの異常を監視したりすることに利用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法を適用する三相超電導ケーブルの相分岐構造の概略構成図である。
【図２】（Ａ）は、図１のＢ−Ｂ断面図、（Ｂ）は、図１に示す領域Ｃ内のケーブルコア部分の断面図である。
【図３】短絡電極よりも集合部側における各コアにロゴスキーコイルを設けた三相超電導ケーブルの相分岐構造の概略構成図である。
【図４】三心一括型の三相超電導ケーブルの断面図である。
【符号の説明】
１  分岐箱  １ａ  断熱層  ２  短絡電極  ２ａ、２ａ’  円筒状部材
２ｂ  編組部材  ２ｂ’  板状部材  ３  断熱管  ４  端末部
１０  第一保持具  １１  第二保持具  １１ａ  摺動部  １２  中間保持具
２０  ロゴスキーコイル
１００  三相超電導ケーブル  １０１  断熱管  １０１ａ  外管  １０１ｂ  内管
１０２  ケーブルコア  １０３  空間  １０４  防食層
２００  フォーマ  ２０１  超電導導体  ２０２  電気絶縁層  ２０３  シールド層
２０４  保護層
【図１】
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【図２】
2005012926.tif 000004
【図３】
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【図４】
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