2013 Fiscal Year Research-status Report
超伝導直流送電用に最適化された新しい電力ケーブルの設計
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25420928
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | Chubu University |
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Principal Investigator |
渡辺 裕文 中部大学, 超伝導持続可能エネルギー研究センター, 准教授 (10447584)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 超伝導直流送電 / 超伝導ケーブル |
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| Research Abstract |
ケーブルを流れる電流により線材の周りには磁場が発生する。高温超伝導線材の臨界電流密度は磁場の強度と向きに依存するため、線材の中のそれぞれの場所でとることが可能な最大電流密度は異なる。本研究では、ケーブル設計のために、線材中の臨界電流密度分布の磁場に対する依存性を表す式を実験により求め、その式をプログラムに組み込むことにより、様々な線材配置に対してケーブルへの通電可能な電流量を求めるプログラムを作成する。
プログラムを製作するにあたり、磁場に対する臨界電流密度分布の依存性を表す式が必要になる。臨界電流密度分布の式のモデルとしてGomoryらが用いた式[F.Gomory et al Supercond. Schi. Technol. Vol.19(2006)732]を採用する。彼らの式を定めるためには四つの変数が存在する。線材に異なる方向から異なる強さの磁場をかけ臨界電流を測定し、彼らの式から計算した臨界電流が実験による臨界電流を再現するように変数を定める。平成25年度は線材表面に対して水平方向と30度方向から、線材に臨界電流までの電流を流した時に発生する磁場と同程度の0mTから約50mTの範囲の磁場をかけて臨界電流の測定を行ない、外部からかけた磁場の向きと磁束密度に対する線材の臨界電流値を得た。
線材中の臨界電流密度分布を計算するプログラムを作成し完成させた。空間に置いた微小線要素を流れる電流が空間の一点に作る磁場をビオ・サバールの法則により計算する。空間の一点の磁場はそれらの微小要素により作られる磁場の重ね合わせとして求める。磁場に対する臨界電流密度分布の依存性を表す式により、計算で得られた磁場から初期電流密度分布を修正した臨界電流密度分布を求める。再帰計算を行うことで、最終的な線材中の臨界電流密度分布を求める。Gomoryらの結果と比較しプログラムの正常動作を確認した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
平成25年度の研究目標は、一本の線材に異なる方向から異なる強さの磁場をかけて臨界電流を測定することにより、臨界電流密度分布の磁場に対する依存性を表す式を求めることと、線材中の臨界電流密度分布を計算するシミュレーションプログラムを完成させることであった。
シミュレーションプログラムを作成するという点については、予定通り完成させることができ、概ね計画通り研究を進めることができた。
臨界電流密度分布の磁場に対する依存性を表す式を求める実験については、線材に外部から磁場をかけ、磁場の向きと強さに対する線材の臨界電流の測定を行ったが、臨界電流密度分布の式を定めるまでに至らなかった。また、実験の過程で、磁場の向きと強さに対する実験データを平成25年度に行った向きや強さ以外についても実験を行い蓄積する必要が出てきた。従って、今回の評価をやや遅れているとした。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成26年度は平成25年度に行った臨界電流の外部磁場の線材表面に対する向きと強さへの依存性の測定を継続する。平成25年度に行った、線材表面に対して水平方向と30度方向から磁場をかけた測定だけでなく、それ以外の方向についても測定する。これにより、精度良く臨界電流密度分布の磁場に対する依存性の式が求められる。又、異なる線材についても測定を行う。平成26年度以降の研究において、実際に線材を組み合わせて臨界電流を測定し、計算結果と比較することになるが、その際、ある程度の長さの範囲で線材を切り出すことになる。異なる線材について測定した結果から、線材の違いがどの程度最終的な計算結果に影響を与えるか把握することができる。
ケーブル状に配置した線材の臨界電流測定は大変なので、まず初めに単純な線材配置で行った臨界電流測定の結果と計算結果の比較を行う。三本の線材を平板上に平行に並べ等量の電流を同方向に流し、中央の線材の臨界電流を測定する実験を行う。プログラムを用いて計算した臨界電流と、実験結果を比較し、完成したプログラムが実験結果を再現するか確認する。
完成したプログラムを用い、様々な線材配置について、ケーブルの臨界電流を計算する。変数として次のような物が考えられる。線材間の隙間間隔、線材の芯材への巻き付けピッチ、二層構造の場合、上側の線材と下側の線材の相対位置、上側と下側の線材のケーブル軸に対する巻き付けの回転方向、上側と下側の巻き付けピッチ。条件を変えながら網羅的に試し、臨界電流が増加する線材の配置を求める。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
ケーブルを模擬したシミュレーションを行うために平成25年度はコンピューターの購入費用を予算に計上していた。平成25年度に行ったシミュレーションプログラムの作成ではコードの作成と小規模なモデルを用いての計算結果の確認を行ったため、現在所持しているコンピューターの能力で十分であった。ケーブルを模擬した大きいシミュレーションを開始するまでコンピューターの購入を延期したため、それに対応する次年度使用額が発生した。
平成26年度の研究計画では三本の線材を並べた場合をモデル化して臨界電流の計算を行うことに続いて、ケーブルをモデル化した計算も行う予定にしているので、計算の規模が大きくなる。速いコンピューターが必要になるので前年度繰り越したコンピューターの購入を行う。又、平成26年度も臨界電流密度分布の磁場に対する依存性の測定を継続することにしたため、それに関する計測関連機器、消耗品を購入する。
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[Presentation] 高温超電導テープ線材の磁場測定2013
Author(s)
タロウリ モハメド, 孫 建, 渡辺 裕文, 浜辺 誠, 河原 敏男, 山口 作太郎, 二ノ宮 晃, 張 騰, シャルフィ-カッドウル サミア
Organizer
2013年度秋季低温工学・超電導学会
Place of Presentation
愛知県産業労働センター
Year and Date
20131204-20131206
