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論文

Voltage drop analysis and leakage suppression design for mineral-insulated cables

広田 憲亮; 柴田 裕司; 武内 伴照; 大塚 紀彰; 土谷 邦彦

Journal of Nuclear Science and Technology, 57(12), p.1276 - 1286, 2020/12

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.01(Nuclear Science & Technology)

ケーブル長に沿った電位分布の安定性を達成することを目的として、高温条件に供された時の電気的特性に対する無機絶縁(MI)ケーブルの材料の影響を伝送テストによって調査した。その結果、MIケーブルの絶縁材料として、酸化アルミニウム(Al$$_{2}$$O$$_{3}$$),酸化マグネシウム(MgO)が選定され、ケーブルに沿った電圧降下の発生を確認した。有限要素法(FEM)に基づいた解析を実行し、終端部で検出された電位の漏れを評価した。伝送テストと解析による電圧降下の収率は、Al$$_{2}$$O$$_{3}$$およびMgO材料のMIケーブルにおいてよい一致を示し、FEM解析結果と実験結果との相対的な関係を再現した。電圧降下を抑えるため、同様のFEM解析を行い、芯線直径($$d$$)と芯線間距離($$l$$)を変化させた。$$d$$の変化を考えた場合、MIケーブルの電位分布は、絶縁材料の直径($$D$$)を$$d$$で割って得られる比率$$d/D$$が0.35で最小電圧降下となった。$$l$$を変化させた場合、最小電圧降下は0.5のl/$$D$$であった。

論文

Corrosion property of sheath materials using MI cables at conditions simulated severe accident

中野 寛子; 柴田 裕司; 武内 伴照; 松井 義典; 土谷 邦彦

Proceedings of International Conference on Asia-Pacific Conference on Fracture and Strength 2016 (APCFS 2016) (USB Flash Drive), p.283 - 284, 2016/09

過酷事故時でも炉内の計測データを伝送可能な金属被覆無機絶縁ケーブル(MIケーブル)を開発している。本研究では、過酷事故時の環境を模擬したMIケーブル用シース材の耐食性を調べるため、選定したオーステナイト系ステンレス鋼SUS316及びニッケル基合金NCF600について、過酷事故環境を模擬した大気雰囲気(O$$_{2}$$雰囲気)、大気と水蒸気雰囲気(O$$_{2}$$/H$$_{2}$$O雰囲気)もしくは大気とヨウ素雰囲気(O$$_{2}$$/I$$_{2}$$雰囲気)中における耐食性を調べた。その結果、1000$$^{circ}$$Cの条件では、NCF600よりSUS316の方が腐食速度は大きいこと、また、H$$_{2}$$Oの添加によりO$$_{2}$$雰囲気より腐食速度が大きいことがわかった。一方、O$$_{2}$$/I$$_{2}$$雰囲気では、NCF600よりもSUS316の方が腐食速度が大きく、ヨウ素の影響によって腐食が促進されることを確認した。これにより、NCF600の方が想定される過酷環境における耐食性が高いことが示唆された。

論文

Radiation-induced thermoelectric sensitivity in the mineral-insulated cable of magnetic diagnostic coils for ITER

西谷 健夫; Vayakis, G.*; 山内 通則*; 杉江 達夫; 近藤 貴; 四竈 樹男*; 石塚 悦男; 川島 寿人

Journal of Nuclear Materials, 329-333(Part2), p.1461 - 1465, 2004/08

 被引用回数:16 パーセンタイル:71.69(Materials Science, Multidisciplinary)

ITERではプラズマ位置制御用磁気センサーとして無機絶縁(MI)ケーブルを用いた磁気コイルを用いるが、これまでの照射試験においてMIケーブルの中心導体と外皮導体間に数Vの起電力(RIEMF)が発生することが観測されており、磁気計測に与える影響が懸念されていた。そこで磁気コイルをJMTRで照射し、照射中に磁気コイルの中心導体両端に発生する起電力を高感度電圧計で測定した。これまで懸念されていたRIEMFによる中心導体両端間の起電力は十分小さいことを確認したが、中性子フルエンスの増加とおもに熱起電力が発生する現象を観測した。この結果をITERの使用条件に外挿すると、1000秒以上の長時間運転では問題となる可能性があることを指摘した。

論文

Performance of joints in the CS model coil and application to the full size ITER coils

高橋 良和; 吉田 清; Mitchell, N.*; Bessette, D.*; 布谷 嘉彦; 松井 邦浩; 小泉 徳潔; 礒野 高明; 奥野 清

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 14(2), p.1410 - 1413, 2004/06

 被引用回数:10 パーセンタイル:49.01(Engineering, Electrical & Electronic)

ITERトロイダル磁場(TF)及び中心ソレノイド(CS)コイル用導体は、外径約0.8mmのNb$$_{3}$$Sn超電導素線を約1000本撚線したものを金属製コンジットの中に挿入したCIC型である。その定格電流値は、40-68kAである。CSモデル・コイル計画において開発した2種類のジョイント(ラップ型とバット型)は、その目標性能が通電実験により達成された。TFコイルの場合、D型の巻線部から離れた位置にジョイント部を置くことにより、その最高磁場は2.1Tとなり、巻線部の最高磁場11.8Tに比べて、かなり低減できる。CSコイルのジョイント部は、スペ-スが限られているため巻線部の外周に埋め込み、ジョイント部の最高磁場を3.5Tに抑える。これらのジョイントは、導体巻線部の出口に直列に繋げられ、冷却される。ジョイントの電気抵抗による冷媒の温度上昇を、冷凍機への熱負荷の制限により0.15K以下に設計した。ITER実機コイルの運転条件において実験デ-タをもとに性能を評価し、これらのジョイントがITER実機コイルに適用可能であることを明らかにした。

報告書

Report of the 13th IEA Workshop on Radiation Effects in Ceramic Insulators; December 9, 2003, Kyoto (Cooperative research)

核融合工学部

JAERI-Review 2004-004, 96 Pages, 2004/03

JAERI-Review-2004-004.pdf:14.47MB

IEA核融合材料研究実施協定付属書II(核融合材料の照射損傷に関する実験)に基づく第13回IEAセラミックス絶縁材の照射効果に関するワークショップは第11回核融合材料国際会議(ICFRM)のサテライト会合として2003年12月9日に京都で開催された。10か国,44名(日本26人,スペイン5人,ベルギー3人,米国3人,ロシア2人,オーストリア,ギリシャ,イタリア,ルーマニア,英国各1人)の参加者があり、本会議の組織委員で議長であるCIEMAT研究所のE.R. Hodgson博士の開催の辞の後、最新の実験結果である、照射誘起微視的構造変化における電場の効果,照射によるケーブルの寄生電流と寄生電圧,光学材料,IFMIF関連課題,基礎的問題について議論した。その結果、照射誘起絶縁劣化の原因として$$gamma$$-アルミナとアルミニウムコロイドの生成を確認する等の成果が得られた。

報告書

核融合炉用無機絶縁ケーブルの中性子照射効果に関する研究(委託研究)

飯田 敏行*; 田中 照也*; 佐藤 文信*; 落合 謙太郎; 西谷 健夫

JAERI-Tech 2002-077, 38 Pages, 2002/09

JAERI-Tech-2002-077.pdf:2.7MB

核融合診断系の設計のために、中性子照射下における電気絶縁材料の過渡的な特性低下の問題が注目されている。本研究では、酸化マグネシウムを絶縁体とした同軸型無機絶縁(MI)ケーブルの14MeV中性子照射下における電気的特性の変化について調べている。14MeV中性子照射実験は日本原子力研究所FNS施設において実施した。MIケーブルの芯線-シース間の漏れ電流の変化を中性子誘起伝導の効果として測定した。中性子誘起電流は芯線-シース間電圧及び中性子フラックスにほぼ比例して増加した。また、中性子フラックスが大きく変化する時に大きな誘起電流が過渡的に発生することや、芯線とシースが同電位である場合にも誘起電流が生ずることを観測した。これらの現象は、ケーブル絶縁層内に電荷蓄積が起こっていることやそれに伴う分極効果が複雑にケーブルの電気伝導特性に影響していることを示唆している。また、放射線誘起伝導の機構を調べるために行った$$gamma$$線照射実験及びパルスX線照射実験の結果と若干の考察を述べる。

論文

Irradiation effects on magnetic probes made of mineral insulated cable

西谷 健夫; 四竈 樹男*; 深尾 正之*; 松尾 廣伸*; Snider, R.*; Broesch, J.*; 佐川 尚司; 河村 弘; 河西 敏

Fusion Engineering and Design, 51-52(Part.B), p.153 - 158, 2000/11

 被引用回数:9 パーセンタイル:55.08(Nuclear Science & Technology)

無機絶縁(MI)ケーブルを用いた磁気プローブの照射試験をJMTRで行った。MIケーブルは中心導体と外部導体間に無機物(ここではMgO)を充填したもので、機械的、熱的に信頼性が高い。MIケーブルは外部導体を有するため、MIケーブルを用いた磁気プローブでは、この外部導体が外部磁場に対し遮蔽効果を持つ。そこで、外部導体を中心導体に対する2次巻線とした回路モデルを作成し、照射中の磁気プローブ特性の解析を行った。その結果、原子炉出力0$$rightarrow$$40MWに対し、0.17%のインダクタンス増加を観測したが、$$gamma$$発熱に伴う、プローブ径の熱膨張で説明できることを明らかにした。また6$$times$$10$$^{19}$$n/cm$$^{2}$$までの照射においてインダクタンスの変化は見られなかった。また中心導体の抵抗は温度とともに上昇するが、照射による影響は見られなかった。

論文

分布定数回路モデルを用いた撚線導体内の常電導転移後電流分布の解析

小泉 徳潔; 高橋 良和; 辻 博史; 島本 進*

低温工学, 34(8), p.395 - 403, 1999/00

素線間にクロムメッキ等による高抵抗層を有する撚線導体内では、電流偏流のために、一部の素線が過剰電流を流す。分布定数回路を用いて、この電流の常電導転移後の挙動を解析した。その結果、過剰電流は10-100msで減衰することがわかった。また、導体中心で常電導転移したときは、端部にその影響が伝わるまで数秒かかることもわかった。このため、導体中央部で常電導抵抗が減少すると、過剰電流が増加する。ゆえに、過剰電流を流す一部の素線からの常電導転移が、導体クエンチを起こしうることが確認できた。

論文

Stability and heat removal characteristics of a cable-in-conduit superconductor for short length and short period perturbation

小泉 徳潔; 高橋 良和; 奥野 清; 礒野 高明; 辻 博史; 西 正孝

Cryogenics, 37(9), p.487 - 495, 1997/00

 被引用回数:2 パーセンタイル:16.92(Thermodynamics)

長さ6.3mのNbTiケーブル・イン・コンジット導体を用いて短長加熱に対する安定性、制限電流の挙動を調査した。あわせて、数値解析を行い、より詳細な解析を行った。これらの結果から、短長加熱では、素線内の熱伝導が安定性、制限電流に影響を及ぼすことが示された。また、誘起流れによって、高冷却領域が発生し、本領域から導体が冷却されることがわかった。

論文

Ramp-rate limitation due to current imbalance in a large cable-in-conduit conductor consisting of chrome-plated strands

小泉 徳潔; 高橋 良和; 西 正孝; 礒野 高明; 辻 博史; 小野 通隆*; 浜嶋 孝*; 藤岡 勉*

Cryogenics, 37(8), p.441 - 452, 1997/00

 被引用回数:28 パーセンタイル:77.64(Thermodynamics)

クロムメッキ素線からなる導体内の電流分布を解析した。ジョイントおよび素線の電気的接触を介して循環電流が発生することがわかった。これらの循環電流は、励磁速度が速くなると大きくなる。一方、励磁中に常電導転移した素線にも、引き続き循環電流が流れることが示された。これらの結果は、Ramp-rate limitationをよく説明するものである。また、実験結果から、電流分布の不均一がある場合は、安定性が劣化することが分かった。ただし、電流分布不均一よりクエンチに至るためには、導体内の冷媒流に層流域が発生する必要がある。このような層流域はパルス励磁時のACロスによって発生する。

論文

Analysis of the current imbalance in a Large CICC consisting of chrome plated strands

小泉 徳潔; 高橋 良和; 加藤 崇; 辻 博史; 小野 通隆*; 浜嶋 高太郎*; 高安 誠*

Proc. of 15th Int. Conf. on Magnet Technology (MT-15), p.453 - 456, 1997/00

励磁速度依存不安定を示したUS-DPCの導体内電流分布の解析を行った。本解析では、素線間の接触抵抗が重要なパラメータとなる。そこで、短寸US-DPC導体を用いて素線間接触抵抗の測定を行った。本測定結果を用いて、偏流解析を行った結果、偏流の大きさが励磁速度に依存することがわかった。これにより、励磁速度依存不安定性が導体内の電流分布の不均一に起因するものと考えられる。

論文

Radiation aging and degradation mechanism of polymer insulation for electric cables

杉山 政彦*; 仁田 眞*; 谷 恒夫*; 瀬口 忠男; 八木 敏明

Proc. of 46th Int. Wire and Cable Symp., p.1 - 5, 1997/00

ケーブル用高分子絶縁材料の放射線劣化とそのメカニズムについて、放射線により誘起される酸化と電気特性、さらにゲル分率、引張特性、EPMAによる酸化層の分析、微少高度測定、超音波顕微鏡による観察を行った。この実験結果により、放射線酸化により電気特性が変化すること、ゲル分率の変化が酸化層の割合によく対応していること、及び試料表面の酸化層がノッチ効果と呼ばれる引張試験時の破壊を誘起していることが確認された。

論文

Development of radiation crosslinking process for high voltage power cable

佐々木 隆; 細井 文雄; 萩原 幸; 荒木 邦夫; 斉藤 栄輔*; 石谷 速夫*; 植杉 賢司*

Radiation Physics and Chemistry, 14(3-6), p.821 - 830, 1979/00

(B-8078に同じ)高圧電力ケーブルの電子線橋かけ技術の開発を目的に肉厚ポリエチレン(PE)を照射すると発泡と放電破壊が起るという問題の解決を検討した。6.6kV級ケーブルの被覆層に相当する4mmのPE板を1.5MeVの電子線で20Mrad照射すると、95$$^{circ}$$Cまで上昇し、発泡を起した。一方、充分な耐熱性(75%ゲル生成)を得るためには、PEだけでは24Mradの照射を必要とした。既知の橋かけ促進剤を使用すると橋かけ所用線量は10~12Mradに低減したが数Mrad以下で放電破壊を起した。しかし、コハク酸ジプロパルギル(DPS)を用いると発泡と放電破壊を同時に防止できることを見出した。DPSを2部含むPEで被覆した6.6kV級ケーブルを1.5MeV電子線で照射した結果、蒸気加硫したケーブルと同等の性能を示しただけでなく、絶縁層にはボイドがほとんどなかった。22~33kV級ケーブルの電子線橋かけの可能性についても言及する。

口頭

Corrosion properties of sheath materials for MI cables under various gas conditions containing iodine gas

中野 寛子; 武内 伴照; 広田 憲亮; 土谷 邦彦

no journal, , 

軽水炉の過酷事故時でも炉内計測データを伝送可能な金属被覆無機絶縁ケーブル(MIケーブル)を開発している。本研究では、ヨウ素を含む環境におけるMIケーブル用被覆材の耐食性を調べるため、選定したオーステナイト系ステンレス鋼SUS316及びニッケル基合金NCF600について、窒素ガスベースで5種類の雰囲気(I$$_{2}$$、I$$_{2}$$/O$$_{2}$$、I$$_{2}$$/H$$_{2}$$O、I$$_{2}$$/O$$_{2}$$/H$$_{2}$$O、I$$_{2}$$/O$$_{2}$$/H$$_{2}$$O/CO)で1000$$^{circ}$$Cにおける耐食性を調べた。その結果、SUS316については、I$$_{2}$$、I$$_{2}$$/O$$_{2}$$、I$$_{2}$$/O$$_{2}$$/H$$_{2}$$O/CO雰囲気下では試料表面に黒褐色の薄いスケールの形成とともに孔食が点在していたが、I$$_{2}$$/H$$_{2}$$O、I$$_{2}$$/O$$_{2}$$/H$$_{2}$$O雰囲気下では試料表面に厚いスケールが形成され、損傷が大きかった。一方、NCF600については、全ての雰囲気下で試料表面に薄いスケールの形成のみであった。これにより、NCF600はヨウ素が含まれる環境における耐食性が高いことが示唆された。

口頭

Research and development of high-heat temperature resistance type mineral insulated cables for severe accident in LWR

中野 寛子; 武内 伴照; 広田 憲亮; 井手 広史; 塙 正成*; 土谷 邦彦

no journal, , 

福島第一原子力発電所の事故以来、過酷事故時の原子力発電所の状況を監視するために研究開発を行った。過酷事故時には、原子炉容器が高温・高放射線に曝されることから、原子炉容器内の温度や圧力を長時間測定することが困難になる可能性がある。そのため、耐放射線性及び耐熱性に優れた無機絶縁(MI)ケーブルの開発が必要である。本研究では、過酷事故模擬環境下でも使用可能なMIケーブルを開発するために、過酷事故模擬条件においてMIケーブルの電気特性及び腐食特性を評価した。その結果、過酷事故模擬環境下でも使用可能な高温MIケーブルとして、ニッケル合金をシース材に用いたMIケーブルを提案できる見通しが得られた。

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