高温超伝導電力ケーブル用テープ線材における縦磁界交流損失

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12650269
• Research Institution: Yokohama National University
• Principal Investigator: 雨宮 尚之 横浜国立大学, 工学部, 助教授 (10222697)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 塚本 修巳 横浜国立大学, 工学部, 教授 (30017975)
• Keywords: 高温酸化物超伝導 / 交流損失 / 縦磁界 / ツイスト多心構造 / ツイストピッチ / ビスマス銀シース線材 / 多層導体

Research Abstract

電力ケーブル用多層導体中でテープ線材にかかる縦磁界の大きさは,電力ケーブルの設計により大幅に異なってくる.1-3GVAクラスの電力ケーブルを想定し,かかりうる縦磁界の大きさは50-100mT程度と評価した.この値を基準として,以下,縦磁界がツイスト多心テープ線材の交流損失に与える影響について,理論的,実験的評価を行った.
まず.有限要素法を用いた電磁界解析により,縦磁界成分を持った交流外部磁界中で交流電流を輸送するツイスト多心テープ線材内部の電流分布を求め,交流損失の大きさを求めた.実際の電力ケーブル中では外部磁界成分としては縦磁界成分のみならず横磁界成分も存在する.そこで,解析では,テープ軸と様々な角度をなす振幅50mTの外部磁界について行った.解析対象の線材は,臨界電流の70%の交流電流を輸送する幅4mm,厚さ0.25mm,自己磁界条件での臨界電流50AのBi2223多心テープ線材とし,ツイストピッチを変化させて解析を行った.以下,θは線材軸と外部磁界のなす角度である.θ=90度では,ツイストピッチを短くすると損失は減少する.一方,θ=0,180度の場合はツイストピッチを短くすると損失は増大する.θ=30,150度の場合,ツイストピッチ30mmあたりで損失は最小になっている.損失が最小となるツイストピッチ30mmの場合に電流密度はもっとも小さくなっている.
次に,断面形状・フィラメント数がほぼ同じツイストされていない多心テープ線材とツイストされた多心テープ線材を用意し,それらに最大約150mTの縦磁界を印加して磁化損失を測定した.臨界電流等が多少異なるので厳密な比較はできないが,ツイスト線の方が磁化損失は大きく,これは理論解析が示す通り,縦磁界がツイストされたフィラメント束と結合しているためと推定される.
数値解析結果と実験結果をもとに数値モデルの改良を行った.

Research Products

• [Publications] Naoyuki Amemiya: "Influence of longitudinal magnetic field on current distribution and AC loss in twisted multifilamentary high Tc superconducting tapes"Cryogenics. 40巻. 303-311 (2000)
• [Publications] 小川純: "高温超電導線材の交流縦磁界中における通電損失測定"電気学会超電導応用電力機器合同研究会. ASC-01-12. 65-70 (2001)