ケーブル・イン・コンジット導体に電磁力が作用したときの結合損失の増大

点击翻译按钮获取中文摘要

核融合装置や超電導電力貯蔵装置で用いられる大型のマクネット用の導体には,大電流通電(〜数10kA),強大な電磁力に耐えうるケーブル・イン・コンジット導体が用いられる.この導体は,超電導体のヒステリシス損失が最小となる,直径1mm程度の超電導素線を作成し,それを多数段にわけて撚り線加工し,金属ケース(コンジット)に収容される構造をしている.電流密度を上げるためにはボイド率(空隙率)を小さくする必要があるため,多段の撚り線導体は,圧縮力をかけてコンジットに収納される.マグネットの通電による交流損失測定実験では,強大な電磁力がかかると,交流損失の一つである結合損失が増大する現象が観測されている.この損失はほぼ時定数に比例し,短尺導体試験では時定数0.1sec程度であるのが,長尺では,数10secにも及ぶ.この現象の原因として考えられてきたのが,電磁力によって素線間の接触抵抗が一時的に減少し,L/Rで表される時定数が増大することである.これを解明するため,コンジットの一部を取り除き,電磁力模擬圧縮力を印加した導体(210mm長,486素線)を約10mm間隔で切断した.素線配置の3D計測器を構築し,座標をつなぎ合わせることで導体内部の素線配置を詳細に取得することに成功した。模擬圧縮力を印加して導体を横切る方向の合成抵抗を測定した実験では,素線間接触抵抗の顕著な減少が確認されたが,今年度の素線配置3D計測では,導体切断までに時間がかかってしまった故に素線配置の緩和が生じて,素線間接触抵抗減少につながる有用なデータは得られなかった.しかし,矩形断面のCIC導体において,素線の配置が円形断面のそれとは異なり,コンジットの壁面に沿って直線的に素線が配置されることが明らかになった.結合損失の低減には,素線配置によって形成される結合電流ループの変動磁界に対する鎖交面積を小さくする必要があるが,この矩形断面導体では,円形断面の導体よりも,鎖交面積が大きくなることがわかった.これは,結合損失の低減を目的とする導体設計に対して有用な指針を示す結果であると考えられる.