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高温超電導ケーブル（2000 年～現在）

Key-words： 高 温 超 電導，酸化物超電導線，電力ケーブル

注 1 金属系超電導体
は，極低温の液体ヘリウム（沸点 4.2K）で超電導状態が維持されるものであるのに対して，酸化物体からなる超電導は，液体窒素（沸点77.3K）で超電導になるものである．
注 2 元となる基板の結晶上に，基板に用いられる結晶と特定の方位関係にある結晶膜を堆積成長させる方法のこと．

高温超電導注１）電力ケーブルは，導体に液体窒素温度で超電導状態になる高温超電導線を用いることで，現用のケーブルに比べて大電流を低損失で送電することが可能であり，二酸化炭素削減に寄与する送電線として期待されている．高温超電導ケーブルで使用される高温超電導線は，現在２種類の線材が実用化されており，一つは銀合金テープの中に，Bi，Sr，Ca，Cu，O からなる酸化物体がフィラメントとして埋め込まれた Bi 系超電導線であり，もう一つが金属基板テープ上に，RE（希土類元素），Ba，Cu，O からなる薄膜が形成された RE 系超電導線である．これら高温超電導ケーブルは，日本を始めとして実用化に向けた実証試験が実施されており，ほぼ実用に提供できる技術的成立性を確立している．
１．適用分野の背景呼ばれる直径約２ｍのトンネルに布設されていたもの

地球規模の温暖化に対して，従来のエネルギーの大で，管路と呼ばれる地中埋設された直径 150 ｍｍのダ量消費型社会から，エネルギーを効率的に使う社会へクトに布設することができ，工事コストの大幅な低減の転換が求められている．一方で，家電製品の大型が可能となる．

化，冷暖房機器の普及，高度情報化社会におけるコンピュータや通信機器など電気機器の増加のため，エネ

２．高温超電導線の製法

ルギー消費における電力の占める割合も高くなり，発超電導ケーブルに適用される高温超電導線として電，送電でのロスの低減が CO2 削減のために必要と考は，現在２種類の線材が実用化されている（図１）．一えられている．1989 年に発見された高温超電導体は，つは，Bi 系超電導線と呼ばれる線材で，Bi，Sr，Ca，液体窒素温度（77K）で超電導状態にすることができ，Cu，Ｏから構成される酸化物粉末を，銀合金パイプ従来の液体ヘリウム温度（4.2K）で超電導になる金属超に詰め込み，それを多数本集合して，伸線して断面積電導体に対して冷却コストを低くすることができる．

を小さくして，さらにテープ状に圧延する．このテー

そこで，この高温超電導体を発電，送電の電力機器にプを 800℃以上の温度で長時間熱処理して，酸化物粉適用することで，経済的な電力系統を構成することが末を焼結して銀合金母材の中に長手に連続した多数本できると考えられている．の超電導フィラメントを形成して製品化したものであ

超電導電力機器のうち高温超電導ケーブルは，高温る．

超電導線を電流が流れる導体に使用するもので，小さもう一つは，希土類（RE）系超電導線と呼ばれる線な断面積で大電流を，低損失で流すことができる．こ材で現在実用化に向けた開発が進められている．構造れは現用の銅を導体とする送電ケーブルと比較して送としては，ハステロイ ® 基板などの金属基板上に，中電損失を半分にすることができる．さらに，軽量かつ間層，超電導層，保護層の多層構造で構成されていコンパクトな大容量送電線を実現することが可能である．中間層は超電導層をエピタキシャル成長注２）させり，従来の電力ケーブルでは都市部での布設に洞道とるためのベースとなるもので結晶方位を制御した酸化膜が形成される．この中間層上に，RE，Ba，Cu，Ｏを成分とする酸化物結晶（REBCO）を，結晶軸を一方向に揃える面内配向させながら超電導層を形成している．この超電導層の成膜法としては，PLD（パルスレーザー堆積法），CVD（化学気相堆積法），MOD（有Bi 系超電導線機金属成膜法）が試みられている．

Y 系超電導線

保護層は，遮水および酸化物層か

図１ 高温超電導線

らの酸素が抜けることを防止す

液体窒素温度で超電導状態になる高温超電導線としては，現在，Bi 系超電導線と Y 系超電導線の２種類が実用化されている．

るために，銀をスパッターや真空セラミックス

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蒸着で成膜されている．

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３．製品の構造と適用
高温超電導線を用いた高温超電導ケーブルの構造を図２に示す．超電導ケーブルの構造は，フォーマと呼ばれる円筒形状の銅より線にテープ状の高温超電導線を多数本螺旋上に巻きつけ，さらにその上に，電気絶縁層，超電導シールド層，保護層を設けることでケーブルコアを形成しており，そのケーブルコアを断熱管の中に収納したものである．断熱管は，ケーブルコアを液体窒素温度に冷却するためにその内部を液体窒素が流れる．約－ 200℃の液体窒素を蒸発させること無く流すために，断熱管には高い断熱性能が要求され，ステンレスの波付け管による２重管構造となり，その図２ 高温超電導ケーブル

管の間には断熱材を施工して，さらにその間を真空排

高温超電導線を電気が流れる導体に用いることで，低損失で大電流を流すことが可能である．超電導を維持するために，ケーブルは液体窒素が流れる可とう性を有する断熱管の内部に収納されている．

気している．
高温超電導ケーブルのプロトタイプに関しては、初期の取組の１つとして 2005 年に日本国内で当時世界最長となる 500m 長の超電導ケーブルを電力中央研究所に敷設してフィールド試験が実施された。その後、電力部門においては徹底した省エネを進めるととも日本国内では変電所構内の実際の電力系統に布設したに、脱炭素エネルギーの導入など，超電導ケーブルを横浜プロジェクトが行われた。交流の超電導ケーブルはじめとした超電導機器への期待が高まっている。そに関する開発とは別に、直流超電導ケーブルの開発ものために、超電導ケーブルのインフラへの適用を進め行われ、超電導ケーブルの適用が幅広く検討されている上で、超電導ケーブルの実フィールでの実績をつみ、る。表１に、国内外の主要な超電導ケーブルのフィー信頼性、安全性の向上が求められている。

ルド試験を記載する。
．
文 献(1) 八木正史 “世界最長 500m 超電導ケーブルのフィールド試験”, 古河電工時報 第 116 号（平成 17 年 7 月）
(2} 大屋正義 “三心一括型超電導ケーブルによる国内初の実系統送電（高温超電導ケーブル実証プロジェクト）”2013年1
月・S E I テクニ カ ル レビュー・第 1 8 2 号

４．将来展望超電導ケーブルについては、超電導により送電で失う電力を低減できることや、送電線の低電圧化およびコンパクト、軽量化で、これまで大電力電力ケーブルの布設が困難な状況において布設が可能となる。2050年目標のカーボンニュートラルの実現に向けては、［連絡先］ 向山 晋一
古河電気工業（株）研究開発本部

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表１ 超電導ケーブルの主要なプロジェクト

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