極低温下での大電流接続部の開発研究

2000 年度 研究成果報告書概要

• 研究課題/領域番号: 10650297
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 電力工学・電気機器工学
• 研究機関: 核融合科学研究所
• 研究代表者: 山田 修一 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 助教授 (50249968)
• 研究分担者: 力石 浩孝 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 助手 (60249969) ; 北川 史郎 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 助教授 (40023725) ; 三戸 利行 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 教授 (10166069) ; TANAHASHI Shugo National Institute for Fusion Science, LHD Project, Professor ; YAMADA Shuichi National Institute for Fusion Science, LHD Project, Associate Professor
• 研究期間 (年度): 1998 – 2000
• キーワード: 高温超伝導材料 / YBCO / 大電流接続部 / 接触抵抗 / LHD / 超伝導送電システム

研究概要

本研究では、超伝導ケーブルの端末構造として、低抵抗接続が可能な給電端子の構造、材質などを開発することをねらいとしている。この目的から、給電端子特に接触部の材料、接触荷重、超伝導線の埋め込み方法、等の構造、並びに接続部での電気的、熱的特性を調べると共に、極低温下での大電流接続部の実用化を目指して本研究を進めてきた。
接続部の荷重と接触抵抗に関する極低温下での試験では、冷却条件の良否、特に熱はけの良否によって接触抵抗は大きく変化することを示し、熱はけが良好な状態では通電電流及び接点荷重と接触抵抗には再現性があることを示した。この結果を踏まえ、極低温下での30kA級大電流接続部の開発を行った。対向の条件としては半田めっきとし、ターミナルの材料としては残留抵抗(RRR)が大きく、しかも熱伝導が良好な材料を使用した。また、ターミナル部でのジュール発熱を極力低減させるために、ターミナルの面積を大きくして電流密度をさげ、対向面の近傍まで超伝導線を埋め込む構造とした。これにより、30kA級の電流容量においても、発熱量は2W程度に抑えることができた。更に、超伝導コイルと超伝導ブスバー、あるいは超伝導ブスバーと電流リードの間を自由に接続可能なフレキシブル金具の開発を行なった。本金具は、核融合実験装置LHDの極低温大電流接続部に導入し、現在までに2500時間以上(1日12時間の連続を含む)の通電実績を有する。
電流リード、あるいは4Kから1.8Kへの電流導入端子では、熱侵入を低減させるために、高温超伝導材料のように熱伝導の悪い材料が切望される。高温超伝導材料の接続部に関する基礎データの収集と構造の検討については、今後の課題とする。

研究成果

• [文献書誌] S.Yamada et al: "Overall operating characteristics of superconducting current-feeder system for the LHD"Advances in Cryogenic Engineering. Vol.45. 1525-1532 (2000)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] K.Maehata et al: "High current transport test of a YBCO bulk conductor up to 25 kA"IEEE Transactions on Applied Superconductivity. Vol.9. 1281-1284 (1999)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] T.Mito et al: "Development of high Tc superconducting current feeders for a large-scale superconducting coil system"Journal of Nuclear Materials. Vol.258. 258-263 (1998)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] S.Yamada et al: "Cool-down and current carrying properties of SC current feeder system for the LHD"Fusion Engineering (Proc.of 20th SOFT). Vol.2. 1041-1044 (1998)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] S.Yamada, Y.Mito, R.Maekawa, H.Chikaraishi, A.Nishimura, A.Iwamoto, S.Moriuchi, K.Ohba et al: "Overall operating characteristics of superconducting current-feeder system for the LHD"Advabces in Cryogenic Engineering. Vol.45. 1525-1532 (2000)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] K.Maehata, T.Taino, M.Mizokami, K.Ishibashi, M.Takeo, T.Mito, I.Iwamoto, S.Yamada, S.Satoh, O.Motojima: "High Current Transport Test of a YBCO Bullk Conductor up to 25 kA"IEEEE Transactions on Applied Superconductivity. Vol.9. 1281-1284 (1999)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] T.Mito, et al: "Development of high Tc superconducting current feeders for a large scale superconducting coil system"Journal of Nuclear Materials. Vol.258. 258-263 (1998)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] S.Yamada et al: "Cool-down and current carrying properties of SC current-feeder system for the LHD"Fusion Engineering 1998 (Proc.20th SOFT). Vol.2. 1041-1044 (1998)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より