JPH0785905A - 超電導装置用ブッシング装置 - Google Patents

超電導装置用ブッシング装置

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JPH0785905A
JPH0785905A JP23287693A JP23287693A JPH0785905A JP H0785905 A JPH0785905 A JP H0785905A JP 23287693 A JP23287693 A JP 23287693A JP 23287693 A JP23287693 A JP 23287693A JP H0785905 A JPH0785905 A JP H0785905A
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JP
Japan
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conductor
superconducting
central conductor
superconducting device
bushing
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Application number
JP23287693A
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English (en)
Inventor
Takashi Yazawa
孝 矢澤
Kenji Tazaki
賢司 田崎
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】小型で、低損失で、交流通電に適した超電導装
置用ブッシング装置を提供する。 【構成】中心導体1と上記中心導体1を電気的絶縁状態
で支持する気密性の取付フランジ2とを備え、超電導機
器を収容した内槽Pの壁に取付けられて、超電導機器と
外部導体とを電気的に接続するための超電導装置用ブッ
シング装置において、中心導体1が、棒状に形成された
常電導導体11と、この常電導導体11の外周面部にそ
れぞれが軸方向に延びる関係に周方向にほぼ等間隔に形
成された複数の溝と、これらの溝に埋め込み固定された
超電導線14とで構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、超電導機器を収容した
内槽の壁に取付けられて、上記超電導機器と内槽外に位
置する導体とを電気的に接続するための超電導装置用ブ
ッシング装置に係り、特に交流通電に適した超電導装置
用ブッシング装置に関する。
【0002】
【従来の技術】周知のように、最近の超電導応用の進展
は目覚ましく、限流器や変圧器などの交流機器の分野ま
で広がっている。ところで、超電導機器は、通常、液体
ヘリウムで代表される極低温液体と一緒に断熱容器内に
収容された状態で使用される。断熱容器は、一般に、超
電導機器と極低温液体とを直接収容する内槽と、この内
槽を囲むように設けられて内槽との間に真空断熱層を形
成する外槽とで構成されている。そして、内槽内に収容
されている超電導機器と内槽外に位置している導体との
電気的な接続は、内槽の壁に取り付けられたブッシング
装置を介して行われる。
【0003】ブッシング装置は、通常、銅などの常電導
導体で形成された中心導体と、この中心導体を電気的絶
縁状態で支持する気密性の取付フランジとで構成されて
いる。取付フランジは電気絶縁を確保するためのセラミ
ックス製の絶縁筒や熱収縮を吸収するためのベローズな
どを途中に介在させたものとなっている。
【0004】しかしながら、上記のように構成されたブ
ッシング装置にあっては次のような問題があった。すな
わち、内槽内に収容されている超電導機器が交流超電導
機器の場合には、ブッシング装置の中心導体にも交流電
流が流れる。常電導導体で形成された中心導体に交流電
流が流れると、電流は表皮効果によって中心導体の表面
部に流れ、中心部には流れない。このため、中心導体の
有効断面積が減少し、実効抵抗が増加してジュール熱が
増加する。
【0005】今、中心導体中の実際に電流が流れる部分
の厚さ、つまり表皮厚さをδとし、中心導体を形成して
いる材料の抵抗率をρとし、透磁率をμとし、角周波数
をω(= 2π×電流の周波数)とすると、表皮厚さδ
は、 δ=( 2ρ/μω)1/2 で与えられる。中心導体が電気銅(ρ=2 ×10-10 Ω
m)で形成されているものとし、周波数が50Hzであると
すると、表皮厚さδは約 1mmとなる。
【0006】したがって、中心導体に1000A 流すものと
し、中心導体の長さが100mm であるとし、中心導体での
発熱量を0.1 W 以下に抑えようとすると、中心導体の直
径を64mm以上に設定する必要がある。
【0007】極低温液体として液体ヘリウム(4.2K)を
用いる場合、冷凍機の冷凍能力を少しでも向上させよう
とすると、冷凍機を大幅に大型化させる必要がある。し
たがって、特に内槽の壁に取り付けられるブッシング装
置については、中心導体での発熱量を0.1 W 以下に抑え
ることが重要となる。しかし、このように発熱量を抑え
ようとすると、上述の如く中心導体の直径を64mm以上に
設定する必要があるので、収容されている超電導機器が
小型化されているにも拘らず、内槽を大型化しなければ
ならないという問題が生じる。また、中心導体の直径が
大きくなると、中心導体と取付フランジとの間および取
付フランジに設けられる気密封止箇所の面積も増加する
ので、極低温下における気密保持の信頼性が低下する虞
もある。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】上述の如く、従来のブ
ッシング装置にあっては、交流超電導機器を内蔵した超
電導装置に組み込んだ場合に、中心導体の大径化を招
き、これが原因して超電導装置固有の小型化できる利点
を阻害するばかりか、装置としての信頼性を低下させる
虞があった。そこで本発明は、上述した不具合を解消で
き、小型で低損失な超電導装置用ブッシング装置を提供
することを目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、中心導体と上記中心導体を電気的絶縁状
態で支持する気密性の取付フランジとを備え、超電導機
器を収容した容器の壁に取付けられて、上記超電導機器
と外部導体とを電気的に接続するための超電導装置用ブ
ッシング装置において、前記中心導体が、棒状に形成さ
れた常電導導体と、この常電導導体の外周面部にそれぞ
れが軸方向に延びる関係に周方向にほぼ等間隔に形成さ
れた複数の溝と、これらの溝に埋め込み固定された超電
導線とを備えていることを特徴としている。
【0010】なお、前記中心導体として、線径が表皮厚
さ以下の複数の常電導素線を互いの間に絶縁物を介在さ
せてリンツ編みした後に樹脂を含浸して固化させたもの
を用いることも有効である。
【0011】
【作用】常電導導体の外周面部に複数の超電導線を埋め
込んでなる中心導体を備えたブッシング装置では、各超
電導線が臨界温度以下の温度に冷却されていると、常に
超電導線を通して電流が流れる。すなわち、臨界電流が
機器の定格電流以上である超電導線を組み込んでおきさ
えすれば、ジュール損失は発生しない。このとき、ヒス
テリシス損失や結合損失を生じるが、この損失は無視で
きるレベルである。また、超電導線と中央の常電導導体
とが結合して常電導導体に誘導電流が流れる可能性があ
るが、常電導導体の外周部に各超電導線を対称関係に配
置すれば、誘導磁場をキャンセルでき、常電導導体に誘
導電流が流れるのを防止できる。したがって、上記構成
の場合、中心導体の直径を10mm以下に設定しても先の10
00Aで発熱量が0.1W以下の条件を満たすことが可能であ
る。
【0012】一方、線径が表皮厚さ以下の複数の常電導
素線を互いの間に絶縁物を介在させてリンツ編みした後
に樹脂を含浸し固化させてなる中心導体を備えたブッシ
ング装置では、リンツ編みによって各常電導素線が外側
と内側とを均等に経由するので、各常電導素線に均一に
電流が流れる。すなわち、有効断面積が各常電導素線の
断面積に素線本数を乗じたものとなり、表皮効果の影響
はない。したがって、この構成の場合、中心導体の直径
を20mm以下に設定しても先の1000A で発熱量が0.1W以下
の条件を満たすことが可能である。
【0013】
【実施例】以下、図面を参照しながら実施例を説明す
る。図1には本発明の一実施例に係るブッシング装置が
示されている。このブッシング装置は、中心導体1と、
この中心導体1を電気的絶縁状態で支持する気密性の取
付フランジ2とで構成されている。
【0014】中心導体1は、銅やアルミニウムなどで棒
状、具体的には円柱状に形成された常電導導体11と、
この常電導導体11の外周面部に図2に示すように、そ
れぞれが軸方向に延びる関係に周方向にほぼ等間隔に形
成された複数の溝12と、これらの溝12に半田や銀ロ
ーなどの固定部材13を介してそれぞれ埋め込み固定さ
れた超電導線14とで構成されている。
【0015】各超電導線14は、使用される極低温液体
が液体ヘリウムの場合には、NbTiなどの合金系超電
導体やNb3 Sn,酸化物系などの化合物系超電導体に
よって形成されている。そして、これらの超電導線14
は、図1に示すように、両端部15a,15bを溝12
から所定長さ突出させ、かつ常電導導体11の軸心線を
中心にして対称性よく各溝12内に固定されている。
【0016】一方、取付フランジ2は、内周面が中心導
体1の外周面に銀ローなどで気密固定されたステンレス
鋼製の第1筒体21と、この第1筒体21に一端側が気
密接続されると共に中間部にセラミックス製の絶縁筒2
2を気密に介在させてなるコバール(商品名)製の第2
筒体23と、一端側が第2筒体23の他端側に気密接続
されて軸方向に伸縮可能に形成された第3筒体24と、
この第3筒体24の他端側に気密接続されて内槽Pの容
器壁に設けられたブッシング貫通孔Qの周縁部に気密に
溶接固定される第4筒体25とで構成されている。
【0017】なお、中心導体1の外周面に第1筒体21
を銀ローなどで気密に固定する際には、予め中心導体1
の外周面を平滑に加工した後に固定する方式が採用され
る。また、上記のように構成されたブッシング装置を内
槽Pに設けられたブッシング貫通孔Qの周縁部へ固定す
る際には、取付フランジ2の内側に極低温液体が入り込
む位置関係にして固定される。また、内槽P内に収容さ
れている交流超電導機器との電気的な接続は各超電導線
14の内槽P内に突出している端部15aを半田等で接
続することによって行われ、同様に内槽P外の導体Rと
の電気的な接続は各超電導線14の端部15bを半田等
で接続することによって行われる。
【0018】このような構成であると、定常時には取付
フランジ2の内側に入り込んでいる極低温液体によって
各超電導線14が臨界温度以下に冷却される。したがっ
て、各超電導線14は、超電導状態に転移している。こ
のため、中心導体1に流れる電流は、常に各超電導線1
4を通して流れる。すなわち、臨界電流が機器の定格電
流以上である超電導線14を組み込んでおきさえすれ
ば、ジュール損失は発生しない。このとき、ヒステリシ
ス損失や結合損失を生じるが、この損失は無視できるレ
ベルである。また、各超電導線14と中央の常電導導体
11とが結合して常電導導体11に誘導電流の流れる可
能性があるが、この実施例のように常電導導体11の外
周面部に各超電導線14を対称関係に配置しておけば、
誘導磁場をキャンセルでき、常電導導体11に誘導電流
が流れるのを防止できる。
【0019】したがって、上記構成のブッシング装置で
あると、従来の装置に比べて中心導体1の直径を大幅に
小さくした状態で交流超電導機器を内蔵した超電導装置
に適用でき、内槽Pの大型化を招くようなことはない。
また、中心導体1を小径化できるので、中心導体1と取
付フランジ2との間および取付フランジ2に設けられる
気密封止箇所の面積を減少させることができ、極低温下
における気密保持の信頼性を向上させることができる。
【0020】図3には常電導導体への超電導線の埋め込
みの変形例が示されている。この例では、常電導導体1
1aの外周面部にそれぞれが軸方向に偏平状に延びる関
係に複数の溝12aを周方向にほぼ等間隔に設け、これ
らの溝12aに半田や銀ローなどの固定部材13aを介
してたとえば銀などでシースされ、テープ状に形成され
た酸化物超電導体からなる超電導線14aを常電導導体
11aの軸心線を中心にして対称関係にそれぞれ埋め込
み固定したものとなっている。
【0021】このように構成された中心導体1aを用い
ることもできる。図4には本発明の別の実施例に係るブ
ッシング装置が示されている。このブッシング装置も中
心導体1bと、この中心導体1bを支持する気密性の取
付フランジ2aとで構成されている。
【0022】中心導体1bは、線径が表皮厚さ以下の複
数の銅線、つまり常電導素線31を互いの間にガラス繊
維等の絶縁物を介在させてリンツ編みした後にエポキシ
樹脂等の樹脂32を含浸して固化させ、この樹脂32で
全体の一体化と、導体の軸方向の気密性保持と、絶縁被
覆層の確保とを図ったものとなっている。
【0023】一方、取付フランジ2aは、中心導体1b
の表面の樹脂層に形成されたネジ山に装着された後に、
中心導体1bに対して樹脂で気密に固定されたものとな
っている。
【0024】このような構成であると、リンツ編みによ
って各常電導素線31が外側と内側とを均等に経由する
ので、各常電導素線31に均一に電流が流れる。したが
って、有効断面積は各常電導素線31の断面積に素線本
数を乗じたものとなり、表皮効果の影響はない。また、
各常電導素線31間に絶縁材を編み込み、その後に樹脂
32を含浸して固化させているので、中心導体1bの機
械的強度の確保、導体の軸方向の気密性確保、絶縁被覆
層確保を図ることができる。
【0025】したがって、このように構成されたブッシ
ング装置にあっても、従来の装置に比べて中心導体1b
の直径を大幅に小さくした状態で交流超電導機器を内蔵
した超電導装置に適用でき、内槽の大型化を招くような
ことはない。また、中心導体1bを小径化できるので、
中心導体1bと取付フランジ2aとの間の気密封止箇所
の面積を減少させることができ、極低温下における気密
保持の信頼性を向上させることができる。
【0026】なお、上述した説明は、交流超電導機器を
内蔵した超電導装置に使用することを前提にしている
が、本発明に係るブッシング装置は直流超電導機器を内
蔵した超電導装置にも使用できることは勿論である。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
全体の小型化を図った状態で交流を通電したときのジュ
ール発熱を抑制でき、しかも極低温下における気密保持
の信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る超電導装置用ブッシン
グ装置の縦断面図
【図2】図1におけるA−A線に沿って切断し矢印方向
に見た図
【図3】中心導体の変形例を示す横断面図
【図4】本発明の別の実施例に係る超電導装置用ブッシ
ング装置の縦断面図
【符号の説明】
1,1a,1b…中心導体 2,2a…取付フ
ランジ 11,11a…常電導導体 12,12a…溝 13,13a…固定部材 14,14a…超
電導線 15a,15b…端部 31…常電導素線 32…樹脂 P…内槽 Q…ブッシング貫通孔 R…外部導体

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】中心導体と上記中心導体を電気的絶縁状態
    で支持する気密性の取付フランジとを備え、超電導機器
    を収容した容器の壁に取付けられて、上記超電導機器と
    外部導体とを電気的に接続するための超電導装置用ブッ
    シング装置において、前記中心導体は、棒状に形成され
    た常電導導体と、この常電導導体の外周面部にそれぞれ
    が軸方向に延びる関係に周方向にほぼ等間隔に形成され
    た複数の溝と、これらの溝に埋め込み固定された超電導
    線とを備えてなることを特徴とする超電導装置用ブッシ
    ング装置。
  2. 【請求項2】中心導体と上記中心導体を電気的絶縁状態
    で支持する気密性の取付フランジとを備え、超電導機器
    を収容した容器の壁に取付けられて、上記超電導機器と
    外部導体とを電気的に接続するための超電導装置用ブッ
    シング装置において、前記中心導体は、線径が表皮厚さ
    以下の複数の常電導素線を互いの間に絶縁物を介在させ
    てリンツ編みした後に樹脂を含浸固化させたもので形成
    されていることを特徴とする超電導装置用ブッシング装
    置。
JP23287693A 1993-09-20 1993-09-20 超電導装置用ブッシング装置 Pending JPH0785905A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2521129A (en) * 2013-12-10 2015-06-17 Siemens Plc A current feed-through

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