JP2002530829A - 超伝導多相ケーブルの組立方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【解決手段】 Ｎ種類の相を備える超伝導多相ケーブルの組立方法であって、相導体は、Ｎ種類の相を有するｎ組にグループ化され、相グループは、１つの共通の電気スクリーンを有している。各相グループは、同軸または平坦に形成されている。相グループの各相は、さらに、テープのような導体で構成されている。相グループの各導体は、同一の絶縁体により、互いに隔離されている。本発明の好ましい実施例においては、相グループの数は１組であり、同軸または平坦に設けられている。このようにして、小型で、比較的安価で、少ない工程で、良好な電気的特性を備える超伝導多相ケーブルが得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】

本発明は、Ｎ種類の相導体を備える、例えば電力供給に用いられる超伝導多相
ケーブルの組立方法であって、複数の相導体及び絶縁手段を備え、Ｎ種類の異な
る相導体を有するｎ組のグループに分けられるものの組立方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】

超伝導ケーブルは、超伝導材料は、いわゆる臨界温度よりも低い温度にさらし
た時に、低抵抗になるという性質を利用している。その温度とは、例えば４〜７
Ｋ（低温超伝導体：ＬＴＳ）または１０〜３０Ｋ（高温超伝導体：ＨＴＳ）であ
る。常温で用いる時には、冷媒や断熱材で、周囲の熱から超伝導ケーブルを隔離
することが必要である。

【０００３】 超伝導ケーブルは、中央の冷媒流路の周りに超伝導バンドを捲回して構成され
、これに、電気導体材料層が同軸に捲回される。ついで、これに、超伝導体、ま
たは導体の同軸スクリーンが捲回される。

【０００４】 超伝導層の内側と絶縁体との間、つまり絶縁体の外側に、断熱層を設けること
もある。絶縁体は、高温（常温）または低温（極低温）にさらされる。このよう
な超伝導ケーブルの外径は、通常、８〜１５ｃｍである。

【０００５】 超伝導体中の交流損失は、冷媒流路の周りに超伝導バンドまたはワイヤを捲回
すると低下する。超伝導バンドまたはワイヤは、均一な電流分配がなされるよう
に、上昇角を付して捲回される。

【０００６】 超伝導バンドまたはワイヤは、例えば米国特許第4,327,244号に開示されてい
るように、複数の冷媒流路のまわりに捲回される。

【０００７】 この種の超伝導ケーブルの耐電流能力を高めるには、超伝導材料を増やせばよ
い。しかし、超伝導ケーブルのリアクタンス/インダクタンスが大きくなり、印
加される電圧及び流される電流は、長い超伝導ケーブルだけではなく、低電圧が
印加され、大電流が流れる短い超伝導ケーブルにおいても、移相シフトするので
、無効電力が増加する。

【０００８】 その場合には、内側の半導体の直径を３０〜５０ｃｍ大きくすると、リアクタ
ンス/インダクタンスは小さくなる。しかし、超伝導ケーブルの径を大きくする
と、必要な材料が増加し、かつ、断熱領域の増加により、熱伝達が増加する等の
不利が生じる。

【０００９】 また、超伝導ケーブルのリアクタンス/インダクタンスを低下させる他の方法
も公知である。通常、従来の交流単相ケーブルには、絶縁体、電気スクリーン、
及びそれぞれ異なる相を有する３種類の相導体が設けられている。

【００１０】 ヨーロッパ特許公開第0 786 783号公報に開示されている超伝導多相ケーブル
の各相は、相導体により構成されている。各相導体は互いに隔離され、超伝導ス
クリーンが設けられている。また、各相導体は、導体である「ケーブル」、スク
リーン、及び２つの絶縁層で構成されているので、超伝導多相ケーブルは、高価
で、かつ、かさばるものとなっている。

【００１１】 ドイツ国特許公開第4340046号公報には、３相の相導体を互いに同軸で設け、
共通帰路により被覆した超伝導多相ケーブルが開示されている。３相の相導体は
、共通のスクリーンを有しているので、材料を減らすことができる。

【００１２】 ３相の相導体を用いる場合に必要となる材料を増やすことなく、インダクタン
スを低くするために、個々の相導体の直径は大きくなっている。しかし、リアク
タンスと直径との関係は対数的であるため、インダクタンスを十分に低くするこ
とはできない。

【００１３】 同様に、特開平1−231217号公報には、冷媒流路、超伝導相導体、及び絶縁体
からなり、かつ、導体スクリーンで被覆された複数の層導体を有する超伝導多相
ケーブルが開示されている。このような構成によると、超伝導材料を減らすこと
ができる。

【００１４】 通常、導体スクリーンは抵抗体であり、上述した技術によると、互いに異なる
相を有する相導体を三角形状に設けて、導体スクリーン内で誘導される電流を低
下させることが必要となる。

【００１５】 上述した相分割技術は、例えばリアクタンス/インダクタンスの並列結合の法
則により、無効電力を低下させることができるという利点を有してる。個々の相
導体における電流が低下すると、相導体の面における磁界、及び超伝導材料の交
流損失も低下する。

【００１６】 上述した技術の欠点は、個々の相導体が、冷媒流路、導体、絶縁体、及び電気
スクリーンを有し、互いに独立しているということである。そのため、複数の相
を有する多くの相グループを備え、かつ小型で安価な超伝導多相ケーブルを組み
立てることは不可能であった。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】

本発明の目的は、従来と比べて、かさばらず、高効率であり、組立コストが安
く、しかも多くの相グループを備え、好ましくは1kV〜132kV用の超伝導多相ケー
ブルの製造を容易とすることにある。

【００１８】 本発明の他の目的は、従来の者に比して、ずんぽうを大きくしたり、価格を上
昇させたりすることなく、超伝導多相ケーブルのリアクタンス/インダクタンス
を低くすることにある。

【００１９】 本発明の目的は、Ｎ種類の相導体をｎ組の相グループにグループ化すること、
及び１組以上の相グループに共通の電気スクリーンを設けることにより達成され
る。

【００２０】

【課題を解決するための手段】

超伝導多相ケーブルは、相導体及び片状の電気絶縁体により組み立てられる。
絶縁体は、相導体をアッセンブルして超伝導多相ケーブルを組み立てるよりも前
の工程で、各超伝導体の相導体を被覆したり、片状にされる。

【００２１】 このようにして組み立てられた超伝導多相ケーブルは、小型となり、かつ、組
立工程が減少するため安価となる。また、各相導体には、個々に電気スクリーン
が設けられていない。

【００２２】 組立コストをさらに安くするためには、請求項２に記載のように、各相導体は
、超伝導体及び絶縁体のみを含むものとするのがよい。

【００２３】 組立工程をさらに簡略化するために、請求項３に記載の発明のように、同軸の
ｎ組の相グループを設け、各同軸層に、複数の異なる相導体を設けるか、または
、各同軸層に相導体を設けるのが好ましい。これにより、冷媒の流路の数を減ら
した、簡単な冷媒装置を得ることができる。

【００２４】 請求項４に記載のように、相グループを、Ｎ種類の平坦な相導体として設ける
と、相導体に流れる電流により発生する磁界が長くなり、ケーブルの磁気誘導が
低下する。

【００２５】 このような構成においては、絶縁体として、１つまたは複数の片を用いるのが
好ましい。前記片は、１つ以上の絶縁層とするか、または、導電層とする。

【００２６】 導電性片、または相導体の面を被覆する導体層を用いる場合には、必要に応じ
、その一部を被覆しないこともある。

【００２７】 本発明の上記以外の適切な実施例については、特許請求の範囲の従属項に記載
してある。

【００２８】 次に、本発明の単なる例示的な実施例を、図面を参照して説明する。

【００２９】

【発明の実施の形態】

図１は、本発明の第１の実施例としての超伝導多相ケーブル（１）の断面図で
ある。

【００３０】 図１に示す超伝導多相ケーブル（１）は３相であり、各相に、ａ、ｂ、または
ｃと付してある。例えば、第１の相グループは、「１ｎ」と付された複数の相導
体で構成されている。また、「Ｎａ」は、相ａの第Ｎ番目の相導体であることを
示している。

【００３１】 相導体は、ｎ組の相グループに分割されている。また、各相グループは、３種
類の相導体を有している。

【００３２】 相導体は、共通の電気スクリーンをなす中性線（４）により被覆されている。
本発明では、共通の電気スクリーンは、１組以上の相グループを被覆するように
なっている。

【００３３】 個々の相導体、個々の相グループ、複数の相グループ、または、管状の超伝導
多相ケーブル全体に、冷媒を流すのが好ましい。冷媒は、一方向または複数の方
向に流れる。

【００３４】 この実施例によると、極めて小型で、低インピーダンスの好ましい電気的特性
を有する超伝導多相ケーブルを得ることができる。

【００３５】 図２は、本発明による超伝導多相ケーブルの第２の実施例を示す。

【００３６】 図２に示す３相の超伝導多相ケーブル（５）は、図１のものと比べると、平ら
である。各相に、ａ、ｂ、またはｃと付してある。図２では、３種類の相をそれ
ぞれ含むように、２つの相グループ（６）（７）に分割されているが、これに限
定されるものではない。

【００３７】 図２からわかるように、各相グループの各相は、列状とされた複数のテープか
らなり、その各列は、同一の絶縁体（１８）により隔離されている。また、図５
（図２の変形例）に示すように、相グループの形状に対応する大きさの絶縁層で
あるバンド（１７）を、各相グループ間に設けて、隔離させてもよい。

【００３８】 図３は、図２に示す超伝導多相ケーブルの変形例を示し、各相グループの各相
は、絶縁体（１３）（１４）によりそれぞれ隔離されている。このようにして、
各列を電気絶縁することができ、絶縁体（１３）（１４）の各面は、１つの相の
みに関連している。従って、相導体間の漏洩電流を防止することができる。

【００３９】 図４は、図２に示す超伝導多相ケーブルの別の変形例を示し、図３における２
枚の片状の絶縁体（１３）と（１４）は連続しており、１枚の絶縁体（１８）と
なっている。これにより、空間を必要としないで、漏洩電流の防止路をさらに延
長させることができる。

【００４０】 この変形例では、電流が流れている際に発生するケーブル内の誘導磁界の距離
が長くなり、インピーダンスが低下する。

【００４１】 図６は、さらに別の実施例を示し、円形断面を有する超伝導多相ケーブル（８
）は、同軸の３相（１０）（１１）（１２）を備えている。各層は、図２の実施
例と同様に、ｎ枚のテープからなっている。各層には、Ｎ種類の相導体で構成さ
れたｎ組の相グループが設けられている。

【００４２】 また、本実施例では、冷媒用の共通流路（９）が設けられている。しかし、超
伝導多相ケーブル全体を、他の方法で冷却してもよい。

【００４３】 相導体の１つ以上の相グループを被覆する上述した電気スクリーンの一部また
は全てを、超伝導材料、金属材料、または半導体材料で、さらに、紙に石炭粉末
を含浸した材料と非導体材料との混合材料で形成することができる。

【００４４】 混合材料の一部は、熱伝導性の高いまたは低い多孔質、または非多孔質の高分
子材料やセラミック材料に含浸される。そのため、冷却は、固形状で行われたり
、多孔質の材料や、１つ以上の相または相グループを透通するＮ₂、Ｈｅ₂、Ｎｅ
のような液体状または気体状の媒体によって行われる。

【００４５】 電気絶縁特性を改善するために、冷媒または代替的な冷媒を、絶縁体に含浸し
てもよい。

【００４６】 以上、本発明を、図１〜図６に示した実施例に則して説明したが、本発明は、
特許請求の範囲に記載した範囲内の他の実施例を含むものである。例えば、超伝
導多相ケーブルの断面を、楕円形や多角形等としてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による超伝導多相ケーブルの第１の実施例を示す図である。

【図２】 本発明による超伝導多相ケーブルの第２の実施例を示す図である。

【図３】 図２に示す第２の実施例の変形例を示す図である。

【図４】 図２に示す第２の実施例の別の変形例を示す図である。

【図５】 図２に示す第２の実施例のさらに別の変形例を示す図である。

【図６】 本発明による超伝導多相ケーブルの第３の実施例を示す図である。

【符号の説明】

１、５、８ 超伝導多相ケーブル １ａ、１ｂ、１ｃ 相導体 ２ａ、２ｂ、２ｃ 相導体 ３ 相導体 ６ａ１、６ａ４，６ｂ９、６ｂ１１、６ｃ１３、６ｃ１４ 相導体 ７ａ１、７ｂ２、７ｃ３ 相導体 １０ａｎ 相導体 １１ｂｎ 相導体 １２ｃｎ 相導体 ４ 中性線 ６，７ 相グループ ９ 共通流路 １３、１４、１８ 絶縁体 １７ バンド

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ， ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，Ｃ Ｒ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ， ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，Ｋ Ｚ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ， ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，Ｓ Ｋ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 超伝導多相ケーブルの各相を複数の相導体で構成し、絶縁手
   段を超伝導多相ケーブル内に設け、相をｎ組にグループ化し、各相グループにＮ
   種類の異なる相導体を設けるようにした、超伝導多相ケーブルの組立方法におい
   て、 Ｎ種類の相導体をグループ化し、かつ１組以上の相グループに、共通の電気ス
   クリーンを設けることを特徴とする組立方法。
2. 【請求項２】 各相は、超伝導体及び絶縁体のみを有することを特徴とする
   、請求項１記載の組立方法。
3. 【請求項３】 ｎ組の相グループは同軸であり、各同軸層に複数の異なる相
   導体を設けるか、または個々の同軸層に各相導体を設けることを特徴とする、請
   求項１または２記載の組立方法。
4. 【請求項４】 相グループを、Ｎ種類の平坦な相導体で構成することを特徴
   とする、請求項１または２記載の組立方法。
5. 【請求項５】 各相を、１枚または複数枚の相導体、例えばテープにより構
   成することを特徴とする、請求項４記載の組立方法。
6. 【請求項６】 相グループの数は、１組であることを特徴とする、請求項１
   〜５のいずれかに記載の組立方法。
7. 【請求項７】 相グループの数は１組であり、Ｎ種類の相導体を、それらの
   間にある同心的な絶縁体に同軸で設けることを特徴とする、請求項１〜３のいず
   れかに記載の組立方法。
8. 【請求項８】 各相グループの相を互いに隔離し、かつ、電気絶縁すること
   を特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の組立方法。
9. 【請求項９】 各相グループの相を、共通の絶縁体により互いに隔離するこ
   とを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の組立方法。
10. 【請求項１０】 ｎ組の相グループの数は複数あって、好ましくは１０以上
    、より好ましくは１００以上であることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか
    に記載の組立方法。
11. 【請求項１１】 電気スクリーンは０電位に保持され、その全てまたは一部
    が、半導体材料またはそれらの材料の混合材料からなり、電気絶縁材料に近接し
    て設けることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれかに記載の組立方法。
12. 【請求項１２】 各相グループの各相は、磁気的に協働する誘導率を有する
    ことを特徴とする、請求項１〜１１のいずれかに記載の組立方法。
13. 【請求項１３】 少なくとも１つの相が、中性線を有することを特徴とする
    、請求項１〜１２のいずれかに記載の組立方法。