JPH07114838A - 酸化物超電導ケーブル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 良好な可撓性を示して敷設作業性に優れると
共に、ケーブルを低温に冷却することで臨界電流等の特
性が低下しにくくて超電導特性に優れる酸化物超電導ケ
ーブルを得ること。 【構成】 線材編成物で被覆（２）した螺旋管又はコル
ゲート管からなるケーブルフォーマー（１）の外周に、
金属シースを有する酸化物超電導線からなる螺旋状の素
線（３，４）を有する酸化物超電導ケーブル。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電力ケーブル等に好適
な良敷設性で超電導特性に優れる酸化物超電導ケーブル
に関する。

【０００２】

【従来の技術】酸化物超電導体の特性を利用して大電流
送電をコンパクトな電力ケーブルで実現するシステムが
検討されている。

【０００３】従来、かかるシステムに用いる電力ケーブ
ルとしては、金属シースを有する酸化物超電導線を金属
パイプからなるケーブルフォーマーの外周に螺旋巻した
ものが知られていた。しかしながら、超電導状態を形成
するために低温に冷却した際に臨界電流等の特性が低下
すると共に、ケーブルを曲げることが困難で可撓性に乏
しく敷設時の作業性に劣る問題点があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、良好な可撓
性を示して敷設作業性に優れると共に、ケーブルを低温
に冷却することで臨界電流等の特性が低下しにくくて超
電導特性に優れる酸化物超電導ケーブルを得ることを課
題とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、線材編成物で
被覆した螺旋管又はコルゲート管からなるケーブルフォ
ーマーの外周に、金属シースを有する酸化物超電導線か
らなる螺旋状の素線を有することを特徴とする酸化物超
電導ケーブルを提供するものである。

【０００６】

【作用】ケーブルフォーマーとして螺旋管又はコルゲー
ト管を用いることで、ケーブルを低温に冷却した際に臨
界電流等の特性が低下することを防止できると共に、螺
旋管又はコルゲート管の良好な変形性に基づいて良可撓
性の敷設作業性に優れるケーブルとすることができる。
前記の低温冷却による特性低下の防止は、低温冷却時に
おける素線とケーブルフォーマーとの膨張率差等による
熱変形差を螺旋管又はコルゲート管が縮径化するなどし
て変形し、その変形で低温冷却による素線の収縮分が吸
収されてより線を形成する酸化物超電導線に発生する応
力歪が軽減されることによるものと思われる。

【０００７】また前記において、螺旋管又はコルゲート
管の外周を線材編成物で被覆してなるケーブルフォーマ
ーとすることで螺旋管又はコルゲート管の前記利点を損
ねることなく、それに螺旋状に設ける酸化物超電導線と
ケーブルフォーマーとの接触面積ないし密着状態の向上
をはかることができ、それによりケーブルフォーマーと
の部分的接触による酸化物超電導線の局所歪の発生を防
止ないし抑制することができる。酸化物超電導線の局所
歪は臨界電流の低下原因となる。

【０００８】

【実施例】本発明の酸化物超電導ケーブルは、線材編成
物で被覆した螺旋管又はコルゲート管からなるケーブル
フォーマーの外周に、金属シースを有する酸化物超電導
線からなる螺旋状の素線を有するものである。

【０００９】かかる酸化物超電導ケーブルの例を図１、
図２に示した。１が螺旋管からなるケーブルフォーマ
ー、２が線材編成物からなる被覆層、３が１層目の素
線、４が２層目の素線である。また５がコルゲート管か
らなるケーブルフォーマーである。なお６は、線材編成
物の被覆層２の上に設けたポリマーフィルム層であり、
これは螺旋管又はコルゲート管を用いたケーブルフォー
マーのいずれにも必要に応じて設けることができる。

【００１０】本発明においてケーブルフォーマーのベー
スとして用いる螺旋管、コルゲート管は、形成目的の酸
化物超電導ケーブルに応じて適宜なものを用いてよい。
一般には螺旋管としては幅２〜１０mm、厚さ１〜５mmの
板状線材を１〜５mmの隙間を設けて外径１０〜３０mmの
筒状に螺旋巻した形態のもの、コルゲート管としては凸
部密着型ないし凸部のピッチが３０cm以下、就中１５cm
以下で凹部の深さが１〜１０mm、外径が１０〜３０mmで
肉厚が１〜５mmのものなどが用いられる。

【００１１】また螺旋管、コルゲート管の形成材として
は、ステンレス、銀、銅の如き金属やプラスチック、あ
るいはカーボン繊維やガラス繊維等を用いたＦＲＰなど
が一般に用いられる。交流送電用のケーブルの形成に
は、ＦＲＰ等からなる螺旋管やコルゲート管が電力損失
が少なくて有利である。

【００１２】螺旋管又はコルゲート管の外周の線材編成
物からなる被覆層は、より線を形成する酸化物超電導線
が隙間や凹凸等のため螺旋管やコルゲート管と部分的に
接触した状態となり、ケーブルの曲げ延ばし等により酸
化物超電導線に応力差による局所歪が発生して特性の劣
化を誘発することを防止する目的で設ける。

【００１３】線材編成物は、その被覆層が螺旋管又はコ
ルゲート管における表面凹凸のバッファ層として機能し
てケーブルフォーマーに螺旋状に設ける酸化物超電導線
に局所歪を発生させないものが好ましく、従って螺旋管
又はコルゲート管における表面凹凸の大きさ等により適
宜な厚さを有するものが用いられる。また必要に応じて
用いられるポリマーフィルム層などを含めて螺旋状に設
ける酸化物超電導線に対して滑らかな表面のケーブルフ
ォーマーであることが好ましく、従って螺旋状に設ける
酸化物超電導線の断面寸法などに応じて適宜な隙間を有
するものなども用いうる。

【００１４】線材編成物としては、ステンレス、銀、銅
の如き金属、ポリイミド、ポリエステル、フッ素樹脂の
如きプラスチック、ガラスの如きセラミック等からなる
繊維やリボン等の線材、あるいはカーボン繊維等を織物
状やネット状ないし網代状あるいは不織布状等の適宜な
形態に編成した物などを用いることができる。

【００１５】線材編成物からなる被覆層の上に設けられ
ることのあるポリマーフィルム層は、表面がより滑らか
なケーブルフォーマーを得ることを目的に設けられる。
ポリマーフィルム層は、例えば線材編成物からなる被覆
層の外周にポリマーからなるテープ状やシート状等のフ
ィルムを隙間なく巻回して被覆する方式などにより形成
することができる。ポリマーフィルムとしては、例えば
ポリエステルやポリイミド、就中、滑り性や耐低温脆化
性の良好なフッ素樹脂などからなるものが好ましく用い
うる。なおポリマーフィルム層又は／及び線材編成物層
は、酸化物超電導線からなる素線を重畳させて多層巻構
造とする場合には、その層間にも設けることができる。

【００１６】酸化物超電導ケーブルの形成は、例えば直
線状等の酸化物超電導線をケーブルフォーマーの外周に
螺旋巻することにより行うこともできるし、予め螺旋状
の酸化物超電導線からなる素線を形成してそれをケーブ
ルフォーマーの外周に装着する方式などによっても行う
ことができる。前者は、フォーマーに酸化物超電導線を
密着性よく巻回できて緩み等による超電導特性の低下の
防止に有利であり、後者はフォーマーへの螺旋巻装着に
よる曲げ歪の発生を防止できて臨界電流等の超電導特性
に優れるケーブルの形成に有利であり、またフォーマー
への巻回処理の回避でその巻回処理によるクラックの発
生等の問題が回避され、より外径の小さいフォーマーの
使用が可能となってコンパクトなケーブルの形成に有利
である。なお酸化物超電導ケーブルは、１層あたり１０
〜１５本程度の素線を平行に螺旋巻したものが一般的で
あるが、これに限定されない。

【００１７】前記した酸化物超電導線からなる螺旋状の
素線は、例えば金属シースを有する酸化物超電導系より
線素材をケーブルフォーマーに螺旋巻する際の曲げ歪量
の０．１％以内の曲げ歪量差で耐熱管の外周に螺旋状に
巻回し、それを加熱処理する方法などにより製造するこ
とができる。

【００１８】耐熱管の外周に螺旋状に巻回する、金属シ
ースを有する酸化物超電導系より線素材は、超電導層の
焼結を終えて酸化物超電導線としたものであってもよい
が、一般には焼結処理前の金属シース内部の酸化物超電
導体が粉末状態にあるもの、あるいはそれを予備焼結し
それにプレス処理を施して、形成された超電導層を砕い
た状態のものなどである。前記プレス処理は、品質の安
定化や向上を目的としたもので、必要に応じ２回以上施
され、その場合には通常、前後のプレス処理間に加熱工
程が設けられる。

【００１９】前記のより線素材は、金属シースを有する
酸化物超電導線ないしその形成素材の単芯物からなって
いてもよいし、単線を適宜な方式で多芯化してなる複合
物などであってもよい。より線素材の形態は、幅２〜５
mm、厚さ０．１〜０．３mm程度のテープ状ないし平角状
等の扁平形態が一般的であるが、丸線形態、さらにはそ
の他の多角形形態などの適宜な断面形態を有していても
よい。

【００２０】前記のより線素材の形成は、例えば酸化物
超電導体の粉末を金属チューブに充填し、それをダイス
やピンチロール等の適宜な伸線手段や圧延手段、スウェ
ージング手段で細線長尺化処理ないし扁平化処理、鍛造
処理する方式などの任意な方式で行うことができる。前
記の金属チューブが加工を経て金属シースとなる。多芯
化線は、例えば複数の線材を金属チューブに充填しそれ
を細線ないし扁平化して複合化する処理を必要に応じて
複数回繰り返す方式などにより得ることができる。なお
用いる酸化物超電導体粉末の粒径は、１００μm以下、
就中０.１〜１０μmが一般的であり、その粉末は例えば
酸化物超電導体の焼結体を粉砕する方式などにより得る
ことができる。

【００２１】酸化物超電導系より線素材における金属シ
ースの形成材としては、例えば銀、金、白金、ステンレ
ス、銀・マグネシウム合金の如きかかる金属を含有する
合金、就中、銀・白金合金、銀・パラジウム合金の如き
高融点合金などからなる貴金属系のものが一般的である
が、これに限定されない。

【００２２】金属シース内部の酸化物超電導体を形成す
る成分の種類については特に限定はない。その例として
は、Ｂi₂Ｓr₂ＣaＣu₂Ｏ_yやＢi_2-xＰb_xＳr₂Ｃa₂Ｃu₃Ｏ_y
の如きＢi系酸化物超電導体、ＹＢa₂Ｃu₃Ｏ_yやＹＢa₂Ｃ
u₄Ｏ_yの如きＹ系酸化物超電導体、Ｂa_1-xＫ_xＢiＯ₃の如
きＢa系酸化物超電導体、Ｎd_2-xＣe_xＣuＯ_yの如きＮd系
酸化物超電導体、Ｔl₂Ｂa₂Ｃa₂Ｃu₃Ｏ_yの如きＴl系酸化
物超電導体、その他Ｌa系酸化物超電導体、Ｐb系酸化物
超電導体などがあげられる。

【００２３】また、前記のＢi等の成分を他の希土類元
素で置換したもの、Ｓr等の成分を他のアルカリ土類金
属で置換したもの、あるいはＯ成分をＦなどで置換した
ものなどもあげられる。さらに、ピンニングセンターを
含有させたものなどもあげられる。ピンニングセンター
含有の酸化物超電導体は、そのピンニングセンターによ
る磁束のピン止め効果により、高い磁場下においても大
きな臨界電流密度を示す利点を有する。ピンニングセン
ター含有の酸化物超電導体は、例えばＭＰＭＧ法（Melt
Powdering Melt Growth）などにより得ることができ
る。

【００２４】上記の螺旋状素線の形成に用いる耐熱管
は、加熱処理後に得られた素線をそれより取外しうるよ
うにすることを目的とし、従って加熱処理で酸化物超電
導系より線素材と接着して分離不能とならないアルミナ
の如きセラミックからなる管や、セラミックで被覆した
ステンレス管等の被覆管などの適宜なものからなってい
てよい。なお素線の取外しを容易とするために耐熱管
は、組立式の割型などとして形成されていてもよい。

【００２５】耐熱管外周への酸化物超電導系より線素材
の巻回条件は、使用対象のケーブルフォーマーに対して
螺旋巻する際の曲げ歪量の０．１％以内、就中０．０５
％以内の曲げ歪量差の螺旋巻条件が好ましい。その曲げ
歪量差が０．１％を超えるとケーブルフォーマーに適用
した場合の超電導特性の低下が大きい場合がある。

【００２６】なお前記の曲げ歪量（ε）は、式：ε＝ｔ
・cos²β／２ｒより求めることができる。なお、ｔは酸
化物超電導系より線素材の厚さ、ｒは耐熱管又はケーブ
ルフォーマーの外径に基づく半径、βは耐熱管又はケー
ブルフォーマーに対する螺旋巻の角度である。

【００２７】従って前記の曲げ歪量差を満足させつつ素
線を効率よく形成する点よりは、使用対象のケーブルフ
ォーマーよりも直径の大きい耐熱管を用いて、それに酸
化物超電導系より線素材を狭いピッチ（密）で螺旋巻す
ることが有利である。ただしその螺旋巻は、加熱処理時
により線素材が相互に接着しないよう重ね巻は避けられ
る。なお螺旋巻のピッチ（Ｐ）と角度（β）の関係は、
式：cosβ＝２ｒ／√（４ｒ²＋Ｐ²／４）で表される。

【００２８】なお前記において、素線はケーブルフォー
マー外周に２層以上の重畳層として設けうるものである
ことから、２層目以上となる素線を形成する場合には、
ケーブルフォーマーに１層目又は２層目等の下層となる
より線層を設けた状態の外径に基づいて曲げ歪量差が決
定される。

【００２９】耐熱管の外周に酸化物超電導系より線素材
を所定の曲げ歪量で螺旋巻したものの加熱処理は、焼結
状態の超電導層を有する酸化物超電導線からなる螺旋状
の素線の形成を目的とする。従って加熱条件は、酸化物
超電導体の種類に応じて従来に準じ適宜に決定すること
ができる。一般には７００〜１２００℃の温度で加熱処
理される。

【００３０】得られた螺旋状の素線は、耐熱管より取り
外され、所定のケーブルフォーマーに装着されて目的の
酸化物超電導ケーブルとされる。その場合、素線は単相
巻きであってもよいし、多層巻であってもよい。多層巻
としては２０層以下、就中４〜１０層が一般的であるが
これに限定されない。電力ケーブルを得る場合には、送
電ロスを低減する点より１０００Ａ以上の送電能力をも
たせることが好ましく、その場合には多層巻構造とする
ことが一般的である。なお多層巻構造とする場合、素線
のスパイラル方向を上下で逆転させることがケーブルの
可撓性の向上の点より有利である。

【００３１】実施例１ Ｂi_1.7Ｐb_0.3Ｓr₂Ｃa₂Ｃu₃Ｏ_y系酸化物超電導体の粒径
０.１〜１０μmの粉末を、肉厚１.０mm、直径７.０mmの
銀チューブに充填し、それをピンチロールで圧延して幅
３mm、厚さ０.２mm（超電導部の厚さ１００μm）のテー
プ体に加工した後、そのテープ体を直線状態で８２０〜
８６０℃で約５０時間加熱処理して酸化物超電導線を得
た。

【００３２】次に前記の酸化物超電導線を、幅５mm、厚
さ２mmの銅板を２mmの隙間を設けつつ筒状に螺旋巻して
なる外径２０mmの螺旋管の外周を線材編成物で被覆した
ものからなるケーブルフォーマーの外周に５０mmピッチ
で螺旋巻して１層目を形成し、ついでその上にスパイラ
ル方向を逆転させて２層目を形成して長さ約４００mmの
酸化物超電導ケーブルを得た。なお１層目及び２層目の
形成には、それぞれ２０本の酸化物超電導線を用いた。
従って合計４０本の酸化物超電導線がケーブルフォーマ
ーの外周に巻回する。また前記の線材編成物としては直
径０．２mmのステンレス線を１mmピッチでネット状に編
成した網代を用い、それを１層重ね巻したもので被覆層
を形成した。

【００３３】実施例２ テープ体を外径５０mmのアルミナ管の外周に５mmピッチ
で螺旋巻し、それを８２０〜８６０℃で約５０時間加熱
処理して酸化物超電導線からなる螺旋状の素線を得た。
次に前記の素線をアルミナ管より可及的に曲げ応力がか
からないよう取外し、それを実施例１に準じたケーブル
フォーマーの外周に可及的に曲げ応力がかからないよう
装着して酸化物超電導ケーブルを得た。

【００３４】実施例３ 螺旋管に代えて、高さと幅が５mmの凸部を２０mmピッチ
で有する外径２０mm、肉厚１mmのステンレス製コルゲー
ト管を使用し、線材編成物の被覆層の上に厚さ８０μm
のカプトンテープを隙間なく巻きつけてなるケーブルフ
ォーマーを用いたほかは実施例２に準じて酸化物超電導
ケーブルを得た。

【００３５】比較例 ケーブルフォーマーに隙間のない通例形態の肉厚２mmの
銅パイプを用いたほかは実施例１に準じて酸化物超電導
ケーブルを得た。

【００３６】評価試験 可撓性 実施例、比較例で得たケーブルを１０cmに切り出し、そ
の片側を支持して他端に１０ｋｇの荷重を付加した場合
に、その他端での撓み量を調べた。

【００３７】超電導特性 実施例、比較例で得たケーブルを液体窒素で冷却し、そ
の直線状態の場合と直径１ｍの曲げ状態の場合における
臨界電流を調べた。

【００３８】前記の結果を次表に示した。

【００３９】

【発明の効果】本発明の酸化物超電導ケーブルは、低温
冷却時における臨界電流等の超電導特性に優れ、かつ良
好な可撓性を示して敷設作業性に優れている。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例の説明側面図。

【図２】 他の実施例の説明側面図。

【符号の説明】

１：螺旋管からなるケーブルフォーマー ２：線材編成物からなる被覆層 ３，４：酸化物超電導線からなる螺旋状の素線 ５：コルゲート管からなるケーブルフォーマー

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 線材編成物で被覆した螺旋管又はコルゲ
   ート管からなるケーブルフォーマーの外周に、金属シー
   スを有する酸化物超電導線からなる螺旋状の素線を有す
   ることを特徴とする酸化物超電導ケーブル。
2. 【請求項２】 線材編成物の被覆層の上にポリマーフィ
   ルム層を有するケーブルフォーマーを用いてなる請求項
   １に記載の酸化物超電導ケーブル。