JPH02299108A

JPH02299108A - 超電導ケーブル

Info

Publication number: JPH02299108A
Application number: JP1119652A
Authority: JP
Inventors: Satoru Tanaka; 悟田中; Koichiro Adachi; 浩一郎足立; Naotaka Ichiyanagi; 一柳　直隆
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 1989-05-12
Filing date: 1989-05-12
Publication date: 1990-12-11
Anticipated expiration: 2014-05-24
Also published as: JP2895507B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は外径が細（、圧力損失が少ない超電導ケーブル
に関するものである。

（従来の技術）超電導ケーブルは従来からあり、その構造は第２図に示
されるように、冷却剤流路２を形成する金属管１の外周
に熱絶縁体層３を介して保護用金属管４が配設され、最
外層に防蝕材層５が設けられてなる断熱管路６の、前記
金属管ｌ内に超電導ケーブルコア７が所望本数配置され
てなる。

この超電導ケーブルコア７はコア用冷却剤流路９を形成
する金属管８の外周に管状の通電用超電４導体１０が設
けられ、同超電導導体１０の外周に電気絶縁層１１が設
けられ、同絶縁層１１の外周に遮蔽用超電導導体１２が
設けられている。

上記通電用超電導導体１０と遮蔽用超電導導体１２は、
例えばビスマス、ストロンチュム、カルシウム、ｆＩＡ
の酸化物、或はイツトリウム、バリウム、銅の酸化物な
どの酸化物超電導体と、例えば銅またはアルミニウムか
らなる安定化層とが接合された複合テープから構成され
ている。

ところで従来の前記超電導ケーブルでは１通電用超電導
導体ＩＯと遮蔽用超電導導体１２の両方（以下単に超電
導導体と記す）を、必要とされる超電導電流を通電可能
な温度領域に保持するために、導体や絶縁体から発生す
る熱や外部から断熱管路６中に侵入する熱を除去する必
要がある。このため従来の超電導ケーブルでは断熱管路
６内の冷却剤流路２、及びケーブルコア内のコア用冷却
剤流路９に冷却剤として液体窒素を流している。

これらの冷却剤流路２．９を流れる液体窒素は、Ｍｉ電
導ケーブルコア７に含浸されて電気絶縁の役割も果すよ
うにしである。

この上２二つの冷却剤流路２，９に流す液体窒素は上記
の熱の合計量を完全に除去できるだけの１が必要であり
、且つ十分な電気絶縁特性を発揮できるだけの圧力を持
つものでなければならない、ちなみに、液体窒素の流量
が不足すると超電導ケーブルコア７の温度が上昇し過ぎ
て超電導状態が破れ、送電不可能となる。また、前記圧
力が不足すると液体窒素中に泡が生じて電気絶縁特性が
低下し、ケーブルが絶縁破壊してしまう。

また、冷却剤流路２．９内を流れる液体窒素には圧力損
失が生じるが、それは流での２東に比例し、波付けされ
ていない流路管の直径の５乗に反比例して増大する。こ
の圧力損失は断熱管路を曲げ得るようにするために断熱
管路６を構成する金属管ｌ、及び保護用金属管４に波付
けした場合も、流れる液体窒素に加わる抵抗が増大して
大きくなる。　この圧力損失が大きくなると圧力不足の
ためにケーブルが絶縁破壊する危険が起きたり、液体窒
素が冷却区間全体に流れなくなってケーブルが十分に冷
却されなくなったりする。このため−冷却区間で許容さ
れる圧力損失はある最大許容値以下にしなければならな
い。

そのためには液体窒素流路断面積を一定面積以上確保し
なければならない。

また圧力＋ｉ失がたとえ最大許容値を越えない場合でも
、圧力損失が大きくなるほどケーブルに大きな電気的、
機械的負荷がかかるので、設計上、強度を高める必要が
生じ、また、ケーブル運転時の安定性や信頼性も損なわ
れる。

（発明が解決しようとする課題）しかし、圧力損失を低減し、信頼性を向上させるために
液体窒素流路断面積を太き（するとケーブルの最外径が
大きくなる。

例えば、送電電圧６６ｋｖ、送電容量１００１００Ｏ，
超電導層の臨界電流密度ｌＸ１０’Ａ／ｃｍ”、外径４
０ｍｍのケーブルコアが３本内蔵された、厚み４０ｍｍ
の断熱層を持つ管路を持つ従来の超電導ケーブルの場合
、３本のケーブルコアを内蔵できる最小の断熱管路内径
は９０ｍｍであり、ケーブル外径は最小で１７０ｍｍと
なる。

しかし、このケーブルでは液体窒素を２，５ｋｍの一冷
却区間長で往復循環させると、圧力損失が１０気圧程度
にもなるため、液体窒素冷却機からケーブルに入るとこ
ろで１５気圧に保持してもケーブル出口では５気圧程度
に低下してしまう。

このため電気絶縁層１１に部分放電が起きないようにす
るのに必要な圧力が得に＜＜、運転の安定性や信頼性が
きわめて低くなる。

ちなみに、ここで生じる圧力損失は超電導ケーブルコア
７の内部のコア用冷却剤流路９内で生じたものではなく
、断熱管路６の冷却剤流路２内で生じたものであり、そ
の主要な原因は、断熱管路６内の冷却剤流路２の形状が
円形でなく、シかもコア内の冷却剤流路９よりも細いた
めに、冷却剤の流れが乱れ易く、摩擦抵抗が増大するこ
とによる。

そこで、従来の上記超電導ケーブルにおいて。

圧力が５気圧程度に下がらないようにするためには、ケ
ーブル外径を１７０ｍｍより大きくして圧力損失を減し
たり、入口圧力を２０気圧に高めて出口圧力がＩＯ気圧
程度になるようにケーブルの設計強度及び冷却機出力を
高めることが必要になる。しかし、ケーブル外径を大き
くするとその分だけ製造、輸送、布設の経費が高くなり
、また。

ケーブルの設計強度及び冷却機出力を高めると経費が高
くなり、いずれにしてもコスト高となる。

以上のように従来の超電導ケーブルでは、圧力損失やケ
ーブル外径が大きくなり、信頼性や経済性が損なわれる
という問題点があった。

（発明の目的）本発明の超電導ケーブルは前記の諸問題を解決すべく開
発されたものであり、その目的は、ケーブルの外径が細
く、しかも圧力損失の少ない超電導ケーブルを提供する
ことにある。

（課題を解決するための手段）本発明の超電導ケーブルは第１図のように、冷却剤流路
２を形成する金属管ｌの外周に熱絶縁体層３を介して保
護用金属管４が配設され、最外層に防蝕材層５が設けら
れてなる断熱管路６の前記冷却剤流路２を形成する金属
管ｌ中に、コア内の冷却剤流路９を形成する金属管８の
外周に管状の通電用超電導導体１０が設けられ、同超電
導導体１０の外周に電気絶縁層１１が設けられ、同絶縁
層１１の外周に遮蔽用超電導導体１２が設けられてなる
超電導ケーブルコア７が所望本数配置された超電導ケー
ブルにおいて、前記断熱管路６の冷却剤流路２を形成す
る金属管ｌ内に、冷却剤流路１３を形成する波付けされ
ていない無波付金属管１４を所望本数配置させたことを
特徴とするものである。

本発明における冷却剤流路１３を形成する無波付金属管
１４としては、その内部を流れる冷却剤が外部から熱を
効率よく取り込めるように１例えば銅のように熱伝導度
の高い金属で作られている。

本発明の超電導ケーブルを使用するに当っては、従来の
超電導ケーブルの断熱管路６内の冷却剤流路２を形成す
る金属管ｌ内に流されていた冷却剤の全部または殆ど全
部を、本発明の超電導ケーブルの断熱管路６内に配置し
た無波付金属管１４内に流すのが望ましく、その場合は
、超電導ケーブルコア７に含浸させるための電気絶縁用
液体窒素を、無波付金属管１４内に流す熱除去用液体窒
素と分離して用いる。このようにすれば、電気絶縁用液
体窒素は熱除去用液体窒素と異なり、冷却区間内を循環
させる必要が無いので圧力損失が生ぜず、全区間の圧カ
一定となるので、より一層信頼性の高い電気絶縁を行な
うことができる。

本発明の超電導ケーブルの外径を細くし、圧力損失を少
なくするには、断熱管路６の内径と超電導ケーブルコア
７の外径との比ＲＪが、２．１≦ＲＪ≦２．５となるよ
うにするのが望ましい。

（作用〕本発明の超電導ケーブルは、断熱管路６の金属管１内に
、冷却剤流路１３を形成する波付けされていない無波付
金属管１４が設けられているので、従来の超電導ケーブ
ルで断熱管路６内を通流していた冷却剤の全部或は殆ど
全部を、冷却剤流路１３を形成する無波付金属管１４内
に流すことによって、断熱管路６を構成する金属管ｌ内
と冷却剤流路１３内で生じる圧力損失が大幅に減少する
。

（実施例）以下に本発明の超電導ケーブルを実施例により詳細に説
明する。

第１図に示した本発明の超電導ケーブルの送電規格を６
６ｋｖ、１００１００Ｏ，ケーブル外径を１７０ｍｍと
して、圧力損失Ｐを求めた。圧力損失Ｐは次のようにし
て求められる。

Ｐ＝Ｒ−Ｍ２　・　Ｌ／Ｄ　’　　・　・　・　・　（
１）ｆ旦し。

Ｒ：流動抵抗、　Ｍ：冷却剤質１流Ｉ、Ｌ：冷却区間長
、。

Ｄ・冷却剤流路直径（または冷却剤流路等価直径）。

冷却剤質量流量Ｍは次式で求められる。

Ｍ＝Ｗ−Ｌ／　（Ｃ・Ｔ）・・・・　（２）（旦し。

Ｗｌｔｊ？’去すべき熱量、Ｃ０冷却剤熱容啜、Ｔ：冷
却剤温度上昇。

除去すべき熱量Ｗは導体の交流損失、電気絶縁体の誘電
損失及び熱侵入からなる。

上記（１）（２）式においてＬ＝２．５ｋｍ。

Ｃ＝２０３５Ｊ／ｋｇ−に、Ｔ＝１５にとし、Ｗは主た
るものが導体交流損失で、これが超電導導体の臨界電流
密度に反比例することも考慮して、この電流密度を１ｘ
１０’Ａ／ｃｍ”とした。

この実施例では、従来の超電導ケーブルの断熱管路を構
成する冷却剤流路２を形成する金属管１内を流れていた
冷却剤のうち、９５％を波付されていない無波付金属管
１４内に流し、残り５％を断熱管路を構成する金属管ｌ
に流すものとした。

また１本発明の超′：Ｍ導ケーブルについて、断熱管路
６を構成する金属管ｌと保護用金属管４が波付けされて
いる場合と、波付けされていない場合の両方について圧
力損失を算出した。また、比較のためそれと同一規格、
同サイズの従来の超電導ケーブルについても同様の計算
を行なった。その結果を、第１表に両者の設計数値を並
べて示した。

第１表波付型　：断熱管路を構成する金属管１．保護用金属管
４が波付けされている場無液付型：断熱管路を構成する金属管ｌ、保護用金属管
４が波付けされていない場合。

第１表より明らかなように本発明の超電導ケーブルでは
定格容Ｎ１０Ｎ１０Ｏ０の大容量送電が、ケーブル外径
が１７０ｍｍという細いケーブルで可能となる。

また、超電導ケーブルでは、圧力損失が波付型の場合も
、無波付型の場合も共に最大許容量の１０気圧を大きく
下回る３、６気圧、３５気圧である。これより経済性と
運転時の安定性、信頼性に優れでいることがわかる。

これに対して従来の超電導ケーブルでは１本発明の超電
導ケーブルと同容量、同サイズの場合、圧力損失が波付
型の場合１Ｏ１９気圧、無波付型の場合８．７気圧であ
った。

従って、比較例では本発明の超電導ケーブルに比して運
転条件、設計条件が廠しくなり、ケーブル本体や冷却装
置等がコスト高となる。

また、比較例において本発明のケーブルと同程度の圧力
損失にするためには、ケーブル外径を大きくする必要が
あり、これまたコスト高となってしまう。

（発明の効果）本発明の超電導ケーブルは、ケーブルコア７に超電導体
が用いられ、断熱管路６内に冷却剤流路２を形成する無
波付金属管１４が配されているので次のような効果があ
る。

■、ケーブル外径が細く、圧力損失が少ない超電導ケー
ブルとなり、大容量電力を低コスト、高信頼で送電する
ことが可能となる。

■９９本発明超電導ケーブルでは、従来の超電導ケーブ
ルの断熱管路６内に流していた冷却剤の全てを該断熱管
路６内に別途配置した無波付金属管１４に流し、超電導
ケーブルコア７に含浸させるための電気絶縁用液体窒素
を、無波付金属管１４に流す熱除去用液体窒素と分離し
て用いるので圧力損失が生じない、また、冷却区間の全
長に渡り十分な圧力を一定に１采持できるので、より一
層信頼性の高い電気絶縁を行なうことができろ。

■、電気絶縁用液体窒素を断熱管路６の金属管ｌ内に流
さないので、同液体窒素内に例えば水のような不純物が
混入し、これが通流中にケーブルコア及び断熱管路を傷
付ける危険性を殆ど無くなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明の酸化物超電導ケーブルの一例の説明
図、第２図は従来の酸化物超電導ケーブルの説明図であ
る。１は金属管２は冷却剤流路３は熱絶縁体層４は保護用金属管５は防蝕材層６は断熱管路７は超電導ケーブルコア８は金属管９は冷却剤流路１０は通電用超電導導体１１は電気絶縁層１２はＪｌ！蔽用起用超電導導体は冷却剤流路１４は無波付金属管

Claims

【特許請求の範囲】

冷却剤流路２を形成する金属管１の外周に熱絶縁体層３
を介して保護用金属管４が配設され、最外層に防蝕材層
５が設けられてなる断熱管路６の前記金属管１中に、コ
ア用冷却剤流路９を形成する金属管８の外周に管状の通
電用超電導導体１０が設けられ、同超電導導体１０の外
周に電気絶縁層１１が設けられ、同絶縁層１１の外周に
遮蔽用超電導導体１２が設けられてなる超電導ケーブル
コア７が所望本数配置された超電導ケーブルにおいて、
前記断熱管路６の金属管１内に、冷却剤流路１３を形成
する波付けされていない無波付金属管１４が所望本数配
置されてなることを特徴とする超電導ケーブル。