トータルシステム等の研究 中間目標 最終目標 6-3 ト -1 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
ト -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 ( 超電導ケーブル ) 1. 部分放電, 絶縁破壊メカニズムの解明 (a) 絶縁厚依存性 (b) 液体窒素圧力依存性 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 ) 事業原簿 P.Ⅲ-43 参照
超電導ケーブルの電気絶縁 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 ト -3 電気絶縁層の構造 カーボン紙 導体保護テープ バットギャップ 絶縁紙 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部分放電が発生 絶縁層の電気的劣化要因 カーボン紙 超電導導体 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 事業原簿 P.Ⅲ-43 参照
ト -4 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 液体窒素圧力依存性 絶縁厚依存性 P DIE [kvrms /mm] 25 20 15 10 5 0 1 mm 2 mm 3 mm 4 mm 6 mm 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 Pressure [MPa G] P DIE [kvrms/mm] 25 20 15 10 5 P=0.2MPa G P=0MPa G 0 0 1 2 3 4 5 6 Thickness [mm] 液体窒素圧 :0.2MPa G で絶縁厚 6mm で PDF=15kV/mm 以上が確保可能 事業原簿 P.Ⅲ-43 参照
ト -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 中間目標 を 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 事業原簿 P.Ⅲ-40 参照
ト -6 超電導ケーブルの解析 ( 単心構造 ) 断熱管層厚 44mm ケーブル外径 134mm 磁気遮蔽外径 42mm 48mT 導体外径 34mm 絶縁層厚 8mm ケーブル構造 ケーブル内の磁束密度分布 ( 電磁解析結果 :3kA 通電 ) リアクタンス 充電容量は 275KV 架空送電線と同程度の値であることが判明 事業原簿 P.Ⅲ-40 参照
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 - 架空線 超電導ケーブル導入系統図超電導ケーブル導入系統図超電導ケーブル導入系統図超電導ケーブル導入系統図 ト -7 事業原簿 P.Ⅲ-41 参照
送電電力安定度限界 ト -8 電力需要地点の電圧 (PU) 0.6 0.8 1.0 CV ケーブル 超電導ケーブル 1.5 GW 送電限界 0.5 1.0 1.5 2.0 電力需要地への供給電力 (GW) 電力系統における電圧安定度向上送電容量約 1.3 倍に増加 事業原簿 P.Ⅲ-41 参照
超電導ケーブルの建設費節減効果 ( 系統図 ) G G 増設前の系統 500/275kV 500/275kV 増設後系統 ( 超電導導入 ) ト -9 G G 275/77kV 地下 SS 200MVA/ バンク 2 バンク ( 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 275kV 地下ケーブル CV1800,430MW/cct 30km, 1cct 増設ケースでの新設分 ( 置き換え含む ) 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 3cct 3cct 3cct 3cct 3cct 3cct 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 2cct ないし 1cct 配電用変電所スポットネットワーク 77/6.6kV 77/22kV 20MVA 2 60MVA 1 既設分 :1 ルート当たり 100MVA 配電用変電所 77/6.6kV 20MVA 2 スポットネットワーク 77/22kV 60MVA 1 既設分 :1 ルート当たり 100MVA 配電用変電所スポットネットワーク 77/6.6kV 77/22kV 20MVA 2 60MVA 3 増設分 :SC 1ルート (4km) 220MVA 在来ケーブル :4km の亘長の ( 管路 + ケーブル ) の建設超電導ケーブル :2km の亘長の管路 +4km のケーブルの建設 事業原簿 P.Ⅲ-42 参照
超電導ケーブルの建設費節減効果 建設 1 費 p u は現用ケーブル 1 k m の建設費 ) ( 建設費 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 超電導ケーフ ルと現用ケーフ ルの建設費 SC 導入 ( 容量 5 倍想定 ) SC 導入 ( 容量 9 倍想定 ) SC 非導入 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 ト -10 超電導ケーフ ルの単価 PU (1PUは現用ケーフ ルと同額 SCケーブル単価 ) 超電導ケーブル送電容量が CV 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 CV 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 (9 倍の場合 超電導ケーブルの製造費が CV ケーブルの 5 倍以下 ) 事業原簿 P.Ⅲ-42 参照
ト -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 ルプロジェクトと欧州のケーフ 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 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 事業原簿 P.Ⅲ-45 参照
500m 単心超電導ケーブルフィールト 試験 試験場所 電力中央研究所横須賀研究所 試験期間平成 16 年 3 月 ~12 月 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 気中終端 ケーブルオフセット ト -12 10m 垂直懸垂 課電設備 冷却システム 地中埋設部 5M 半径 事業原簿 P.Ⅲ-44 参照