トータルシステム等の研究中間目標最終目標 6-3 ト -1 Super-ACE SGM 1. トータルシステムの研究 (1) 超低温電気絶縁特性の把握 (2) 機器解析モデルの構築機器特性と系統導入効果の解明 2. 導入効果等の調査事業原簿 P.Ⅲ-40 参照

(1)

トータルシステム等の研究

１．トータルシステムの研究

（１）超低温電気絶縁特性の把握

（２）機器解析モデルの構築、機器特性と系統導入

　　　　効果の解明

２．導入効果等の調査　

Super-ACE

SGM

・極低温電気絶縁特性、超電導導体の交流・極低温電気絶縁特性、超電導導体の交流・極低温電気絶縁特性、超電導導体の交流・極低温電気絶縁特性、超電導導体の交流通電特性及び交流損失特性等の基礎特性通電特性及び交流損失特性等の基礎特性通電特性及び交流損失特性等の基礎特性通電特性及び交流損失特性等の基礎特性に基づいた機器解析モデルを構築し、に基づいた機器解析モデルを構築し、に基づいた機器解析モデルを構築し、に基づいた機器解析モデルを構築し、機器特性とその系統導入効果を解明機器特性とその系統導入効果を解明機器特性とその系統導入効果を解明機器特性とその系統導入効果を解明・ケーブル、限流器、交流マグネットに関・ケーブル、限流器、交流マグネットに関・ケーブル、限流器、交流マグネットに関・ケーブル、限流器、交流マグネットに関連する連する連する連する技術の全般について調査研究実施技術の全般について調査研究実施技術の全般について調査研究実施技術の全般について調査研究実施・単心ケーブルの系統導入・単心ケーブルの系統導入・単心ケーブルの系統導入・単心ケーブルの系統導入効果を解明効果を解明効果を解明効果を解明【中間目標】【最終目標】ﾄ-1 資料6-3

(2)

１．トータルシステムの研究

（１）超低温電気絶縁特性の把握

１）超低温電気絶縁特性の把握

　

((((超電導ケーブル）

超電導ケーブル）

2. 設計に必要な各種特性

　(a) 初期特性の把握

交流絶縁破壊電圧，雷インパルス絶縁破壊電圧

　(b) 長期特性の把握

　　交流電圧印加時，多数回の雷インパルス電圧印加時

　(c) 交流電圧印加時の雷インパルス重畳による影響

　　　　　

_{(超電導ケーブル運用時の雷サージ侵入を想定)}

1.

1. 1. 部分放電，絶縁破壊メカニズムの解明

部分放電，絶縁破壊メカニズムの解明

　　　　　

　　　　　(a) 絶縁厚依存性

絶縁厚依存性

　　　　　

　　　　　(b) 液体窒素圧力依存性

液体窒素圧力依存性

Super-ACE

SGM

(3)

超電導ケーブルによる送電：66～77kVクラスの送電電圧　→

冷媒中での電気絶縁が必要

電気絶縁層の構造超電導導体導体保護テープ絶縁紙カーボン紙カーボン紙バットギャップバットギャップバットギャップバットギャップバットギャップ：　・絶縁紙巻回によって電気絶縁層中に　形成される隙間(幅1mm程度) 　・冷媒が浸漬　　→ 高電圧印加により

部分放電

が発生　　→ 絶縁層の電気的劣化要因・部分放電が発生しない電気絶縁設計・長期的絶縁性能を確保する電気絶縁設計・雷等の短時間過電圧に対する電気絶縁設計

　　

超電導ケーブルの電気絶縁

Super-ACE

SGM

(4)

0 5 10 15 20 25 0 1 2 3 4 5 6 Thickne s s [mm] P D IE [k V rm s /m m ] P =0.2MP a ･G P =0MP a ･G 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 0 .1 0.15 0.2 0.25 0.3 P re s s ure [MP a･G] P D IE [k V rm s /m m ] 1 m m 2 m m 3 m m 4 m m 6 m m 液体窒素圧力依存性絶縁厚依存性

部分放電開始電界(PDF)と

液体窒素圧力依存性、絶縁厚依存性

液体窒素圧：

液体窒素圧：0.2MPa・・・・Gで絶縁厚

で絶縁厚

_{で絶縁厚6ｍｍで}

で絶縁厚

ｍｍで

　

　PDF=15kV/mm以上が確保可能

以上が確保可能

Super-ACE

SGM

(5)

１．トータルシステムの研究

（２）機器解析モデルの構築、機器特性と

　　　系統導入効果の解明

①解析用ケーブル構造の設定

　　→系統解析定数の決定　　　　　　　

　　　　　　（リアクタンス、充電容量）

②機器特性と系統導入効果の解明

Super-ACE

SGM

・単心ケーブルの系統導入効果解明

・単心ケーブルの系統導入効果解明を

を

を実施

実施

【中間目標】

(6)

導体外径34mm 断熱管層厚44mm 絶縁層厚8mm 磁気遮蔽外径42mm ケーブル外径134mm

超電導ケーブルの解析

（単心構造）

48 48 48 48ｍｍｍｍTTTT ケーブル内の磁束密度分布ケーブル内の磁束密度分布ケーブル内の磁束密度分布ケーブル内の磁束密度分布（電磁解析結果：３ｋ（電磁解析結果：３ｋ（電磁解析結果：３ｋ（電磁解析結果：３ｋAAAA通電）通電）通電）通電）ケーブル構造ケーブル構造ケーブル構造ケーブル構造

リアクタンス、充電容量は２７５

リアクタンス、充電容量は２７５KV

KV

KV架空送電線と同程度の値

架空送電線と同程度の値

であることが判明

Super-ACE

SGM

(7)

500kV/架空線 275kV/ 15km 架空線増加する負荷増加する負荷増加する負荷増加する負荷増加する負荷増加する負荷増加する負荷増加する負荷従来ケーブルシステム従来ケーブルシステム従来ケーブルシステム従来ケーブルシステム高温超電導ケーブルシステム高温超電導ケーブルシステム高温超電導ケーブルシステム高温超電導ケーブルシステム 2000 MW 2000 MW _{2000 MW} _{2000 MW} 4000MW 4000MW 400MW 600MW 400MW 200MW _600MW 400MW 1000MW 500MW 500MW 500MW 500MW 500MW 500MW 500MW _500MW 154kV/10km -架空線 154kV/10km -架空線 275kV/15km CVケーブル 154kV/10 km OFケーブル 77kV/25km 超電導ケーブル 275/154kV 154/77kV 275/154kV 154/77kV 154/77kV 275/154kV 154/77kV 275/77kV 500/275kV 500/275kV

超電導ケーブル導入系統図

Super-ACE

SGM

(8)

送電限界送電限界送電限界送電限界超電導ケーブル超電導ケーブル超電導ケーブル超電導ケーブル CV CVCV CVケーブルケーブルケーブルケーブル 1.1GW _{1.5 GW} 0.5 0.5 0.5 0.5 1.01.01.01.0 1.51.51.51.5 2.02.02.02.0 電力需要地への供給電力電力需要地への供給電力電力需要地への供給電力 電力需要地への供給電力 (GW) 電力需要地点の電圧電力需要地点の電圧電力需要地点の電圧電力需要地点の電圧 (PU) 0. 6 0 .8 1. 0 電力系統における電圧安定度向上　送電容量約電力系統における電圧安定度向上　送電容量約電力系統における電圧安定度向上　送電容量約電力系統における電圧安定度向上　送電容量約1.31.31.3倍に増加1.3倍に増加倍に増加倍に増加

送電電力安定度限界

Super-ACE

SGM

(9)

（系統図）

増設ケースでの新設分（置き換え含む）増設ケースでの新設分（置き換え含む）増設ケースでの新設分（置き換え含む）増設ケースでの新設分（置き換え含む） G G G G 500/275kV スポットネットワーク 77/22kV 60MVA×1 スポットネットワーク 77/22kV 60MVA×1 配電用変電所 77/6.6kV 20MVA×2 配電用変電所 77/6.6kV 20MVA×2 スポットネットワーク 77/22kV 60MVA×3 スポットネットワーク 77/22kV 60MVA×3 配電用変電所 77/6.6kV 20MVA×2 配電用変電所 77/6.6kV 20MVA×2 増設分：SC　1ルート（4km）　220MVA 既設分：1ルート当たり100MVA 既設分：1ルート当たり100MVA 275kV地下ケーブル CV1800，430MW/cct 30km, 1cct 275/77kV地下SS 200MVA/バンク 2バンク 77kV地下ケーブル（1ルート3cct） CV400，130MW/ルート 2km，1ルート 3cct 3cct 3cct 3cct 3cct 3cct 2cct　ないし　1cct G G 500/275kV （都市導入部） 275kV地下ケーブル線種：CV1800，送電容量：430MW/cct 亘長：30km, 回線数：1cct 275/77kV地下SS 200MVA/バンク 2バンク 77kV地下ケーブル（1ルート3cct）線種：CV400，送電容量：130MW/ルート亘長：2km，ルート数：2ルートスポットネットワーク 77/22kV 60MVA×1 配電用変電所 77/6.6kV 20MVA×2 既設分：1ルート当たり100MVA 3cct 3cct 3cct 3cct 3cct 3cct G G G 500/275kV （都市導入部） 275kV地下ケーブル線種：CV1800，送電容量：430MW/cct 亘長：30km, 回線数：1cct 275/77kV地下SS 200MVA/バンク 2バンク 77kV地下ケーブル（1ルート3cct）線種：CV400，送電容量：130MW/ルート亘長：2km，ルート数：2ルートスポットネットワーク 77/22kV 60MVA×1 スポットネットワーク 77/22kV 60MVA×1 配電用変電所 77/6.6kV 20MVA×2 配電用変電所 77/6.6kV 20MVA×2 既設分：1ルート当たり100MVA 既設分：1ルート当たり100MVA 3cct 3cct 3cct 3cct 3cct 3cct 増設後系統増設後系統増設後系統増設後系統（超電導導入）（超電導導入）（超電導導入）（超電導導入）増設前の系統増設前の系統増設前の系統増設前の系統在来ケーブル　在来ケーブル　在来ケーブル　在来ケーブル　：：：：4444ｋｍの亘長の（管路＋ケーブル）の建設ｋｍの亘長の（管路＋ケーブル）の建設ｋｍの亘長の（管路＋ケーブル）の建設ｋｍの亘長の（管路＋ケーブル）の建設　　　　超電導ケーブル：超電導ケーブル：超電導ケーブル：超電導ケーブル：2222kmkmkmkmの亘長の管路＋４ｋｍのケーブルの建設の亘長の管路＋４ｋｍのケーブルの建設の亘長の管路＋４ｋｍのケーブルの建設の亘長の管路＋４ｋｍのケーブルの建設 Super-ACE

SGM

(10)

超電導ケーブルの建設費節減効果

超電導ケーブル送電容量が超電導ケーブル送電容量が超電導ケーブル送電容量が超電導ケーブル送電容量がCVCVCVCVケーブルの送電容量のケーブルの送電容量のケーブルの送電容量のケーブルの送電容量の　５倍の場合、超電導ケーブルの製造費が　５倍の場合、超電導ケーブルの製造費が　５倍の場合、超電導ケーブルの製造費が　５倍の場合、超電導ケーブルの製造費がCVCVCVケーブルの３倍以下CVケーブルの３倍以下ケーブルの３倍以下ケーブルの３倍以下になれば建設費の節減効果があることが判明になれば建設費の節減効果があることが判明になれば建設費の節減効果があることが判明になれば建設費の節減効果があることが判明（９倍の場合、超電導ケーブルの製造費が（９倍の場合、超電導ケーブルの製造費が（９倍の場合、超電導ケーブルの製造費が（９倍の場合、超電導ケーブルの製造費がCVCVCVCVケーブルの５倍以下）ケーブルの５倍以下）ケーブルの５倍以下）ケーブルの５倍以下） 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 SCケーブル単価建設費 SC導入(容量5倍想定) SC導入(容量9倍想定) SC非導入超電導ｹｰﾌﾞﾙと現用ｹｰﾌﾞﾙの建設費超電導ｹｰﾌﾞﾙと現用ｹｰﾌﾞﾙの建設費超電導ｹｰﾌﾞﾙと現用ｹｰﾌﾞﾙの建設費超電導ｹｰﾌﾞﾙと現用ｹｰﾌﾞﾙの建設費　　　　超電導ｹｰﾌﾞﾙの単価　　　　　　　PU　　　　　　　　　　　　　※　（１PUは現用ｹｰﾌﾞﾙと同額）建設費　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 ( 1 ｐｕは現用ケーブル１ｋｍの建設費） Super-ACE

SGM

(11)

２．導入効果等の調査

電気学会に「超電導調査特別委員会」を設置

　委員会のもとに、ケーブルWG、機器WG、システムWGを設置

（１）導入効果の調査（１）導入効果の調査（１）導入効果の調査（１）導入効果の調査　　システムWGで国内外の超電導交流機器の開発状況調査の実施（米国DOEｹｰﾌﾞﾙプロジェクトと欧州のｹｰﾌﾞﾙおよび限流器のプロジェクトリーダとの情報交換会）と電力系統への導入効果の解析評価を実施（２）試験法の調査（２）試験法の調査（２）試験法の調査（２）試験法の調査　　現用ケーブル、類似する機器等の試験方法を調査し、超電導ケーブル、超電導限流器、超電導変圧器の試験方法に必要な項目を抽出（３）試験法の規格化（３）試験法の規格化（３）試験法の規格化（３）試験法の規格化　　・上記調査結果に基づいた試験項目、方法により500ｍ単心ケーブル試験を　実施予定　　・超電導限流器、変圧器も上記調査結果に基づく試験を実施予定　　・　　・　　・　　・これらの試験方法、試験結果を商品化試験案としてIEC-TC90規格に提案　予定 Super-ACE

SGM

(12)

試験場所試験場所試験場所試験場所電力中央研究所　横須賀研究所試験期間試験期間試験期間試験期間　　平成16年3月～12月目的目的目的目的極低温冷却技術（真空断熱，熱収縮，寒剤流動）の確立、5km級　　　　　　　　超電導ケーブルの成立性を明らかにする。試験内容　　試験内容　　試験内容　　試験内容　　初期冷却特性，敷設による導体の健全性，交流損失評価　　長期課通電時の安定性，再冷却によるヒートサイクルの影響　　負荷変動の影響，過負荷電流の影響　　冷却停止時の限界条件，耐電圧，過負荷限界冷却システム気中終端課電設備 10m垂直懸垂地中埋設部ケーブルオフセット 5M半径

500ｍ単心超電導ケーブルﾌｨｰﾙﾄﾞ試験

_Super-ACE

SGM