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Railway Technical Research Institute

超電導き電ケーブル

研究開発推進部担当部長

超電導き電ケーブル課課長

材料技術研究部超電導応用研究室室長

富田優

2018/11/8 電力技術交流会

超電導とは


超電導の特性

電気抵抗ゼロで高い電流値！

超電導線材

ただし、電気抵抗ゼロは直流送電のみ！

変動磁場が発生すると周囲の線材に悪影響が生じ、損失となる（交流損失）

直流送電が有利！

‐1

0

1

2

3

4

5

6

0 50 100 150 200

発生

電圧

[mV]

通電電流値 [A]‐1

0

1

2

3

4

5

6

0 50 100 150 200

発生

電圧

[mV]

通電電流値 [A]

超電導

電圧発生なし（電気抵抗ゼロ）

送電損失なし！

電気抵抗に比例した電圧発生

送電損失が発生！

V=R×I

1kW/km程度

超電導き電ケーブルの開発

超電導線材と銅材への通電試験

‐1

0

1

2

3

4

5

6

0 50 100 150 200

発生

電圧

[mV]

通電電流値 [A]

銅材超電導

直列接続し、通電


超電導ケーブルの導入法とエネルギーフロー超電導ケーブル

変圧器整流器

変圧器

変圧器特高送電線

駅

直流1,500 V

発電所

変電所:設置数削減 or 冗長性(信頼性)向上

冷却電力が必要

＋

超電導ケーブル

メンテナンス効率の改善

省エネ

き電系損失の低減

回生率の向上機械ブレーキの使用頻度低下


SS1 SS2 SS3

き電線

トロリ線

レール

900

1200

1500

1800

0 1 2 3 4 5

電圧

[V]

距離 [km]

900

1200

1500

1800

0 1 2 3 4 5

電圧

[V]

距離 [km]

900

1200

1500

1800

0 1 2 3 4 5

電圧

[V]

距離 [km]

電圧降下が著しい場合によっては運行に支障をきたす！

変電所の送り出し電圧を上げる（例えば、1500V→1700V）

加速！

SS1 SS2電圧降下に対する対策

● 変電所の送り電圧を上げる● 変電所の間隔を狭める

直流き電方式の電気の流れ

900

1200

1500

1800

0 1 2 3 4 5

電圧

[V]

距離 [km]SS1 SS2

電圧降下なし

SS1 SS2 SS3

き電線

トロリ線

レール


電圧降下なし

導入効果● 電圧降下なし→き電電圧の安定化● 回生効率の上昇● 変電所間隔の拡大

超電導ケーブルとき電線の接続点が疑似変電所となる

直流き電方式の電気の流れ～超電導ケーブル導入時～



超電導ケーブル導入効果

① 電圧降下、送電損失が発生する →ダイヤが増やせない

変電所間の負荷平準化① ダイヤの増強が可能② 変電所の削減、商用地利用

解決！

直流電気鉄道の課題

SS1 SS2 SS3

き電線

トロリ線

レール


3 ～ 5 km3 ～ 5 km

② 回生失効の問題

SS1 SS2 SS3

き電線

トロリ線

レール


ブレーキ！加速！

送電損失低減回生効率

の向上（省エネ）

超電導ケーブルのき電導入例

(a) 現在の直流き電システム

SS1 SS2 SS3

き電線

トロリ線

レール


変電所Ａ

トロリ線

き電線

超電導ケーブル下り線

上り線

下り線

上り線

下り線

上り線

上り線

下り線

直流高速度遮断器

送電ロス、回生失効の抑制電圧補償電食の抑制

(ｃ) き電線と繋げた場合

き電線

トロリ線

レール

(b) 変電所間を結んだ場合

変電所間の負荷平準化送電ロス、回生失効の抑制

SS1 SS2 SS3

き電線

トロリ線

レール


き電線

トロリ線

レール


超電導き電ケーブルの動作試験

0200400600800100012001400160018002000

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

0 30 60 90 120 150

架線

電圧

( V )

時間 ( s )

１１１

100

200

300

400

500

0

電流

( A )

50

150

250

350

450

速度

( km h

-1)

10

20

30

40

50

0

5

15

25

35

45


鉄道総研内

30 m

構内試験線による超電導き電ケーブル

変電所

伊豆箱根鉄道における検証

（国立、30m）（夜間営業線、6 m）

短尺超電導き電ケーブルによる電車走行試験に成功

超電導き電ケーブル敷設技術の構築～国立研究所

敷設技術

①超電導き電ケーブルを内包した断熱管を現場で敷設する方法

②超電導き電ケーブルと断熱管を現場で別々に敷設する方法

①超電導き電ケーブルを内包した断熱管の敷設（300 m級超電導き電ケーブル）

超電導き電ケーブル敷設箇所


電流端末

超電導き電ケーブルを内包

断熱管（アルミ製）

スネークオフセット

超電導き電ケーブルを内包した断熱管の敷設技術を構築

11

超電導き電ケーブルの断熱管への引込手法～日野土木実験所

100 mサンプルでの模擬試験

・6.1 kNまでの動摩擦力を模擬・超電導ケーブルに異常のないことを確認

400 m級超電導き電ケーブルの引込

断熱管


張力を監視し、1.3 kNで引込成功

断熱管への超電導き電ケーブルの引込技術を構築

施工性を考慮し、断熱管の材質としてSUSを採用超電導き電ケーブルに引込層として鋼線ネットを付与 (特願2017‐001906)

②超電導き電ケーブルと断熱管を別々に敷設（400 m級超電導き電ケーブル）

ドラム

ガイドリールガイドリール

ウインチ車

巻取

サプライ装置（模擬負荷を付与）

断熱管（100m）長尺サンプル（60m)

固定架台

開発した超電導き電ケーブルシステム～日野土木実験所

約400 m日野土木実験所研究所４号

諸車庫

電流端末

液体窒素

リザーバ・ポンプ

電流端末

流量計冷凍機

冷却システムの構築

-0.01

0.01

0.03

0.05

0.07

0.09

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000

発生

電界

(μ

V/cm）

想定される通電電流値（A)

基準値（１μV/cm）

77.5~79.9 K8028A

75.5~77.9 K8850A

70.4~73.1 K11102A

通電試験


リザーバ・ポンプユニット

流量計

ターボ冷凍機電流端末


長距離用として開発

システムの信頼性を確認

-250

-200

-150

-100

-50

0

50

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450

光フ

ァイ

バ温

度（℃

）

位置（ｍ）

予冷開始

12時間後

24時間後

36時間後 48時間後 60時間後

72時間後

鉄道接続に向けた回路の設計検討保護回路の設計

日野土木実験所構内

DS

HSCB

50F50F

PP

64B 64B

基準接地


変電所の調査をふまえ、・過電流保護（50F）、・地絡故障保護（64B）

など、既設設備との接続試験に必要な保護回路を設計

超電導ケーブル回線直流高速度遮断器

超電導ケーブル回線避雷器

既設き電線

実路線（都市近郊路線）に接続可能な超電導き電ケーブルシステムを実現

R

F


DS DS

切り替えのための断路器(DS)のみ

伊豆箱根鉄道の実験用回路

実路線用の保護回路

電圧降下9.41 V

電圧降下0.02 V以下まで抑制

超電導き電の電圧降下対策の実証

超電導き電による電圧降下の抑制を実証


宮崎実験センター建屋

全長7km

長距離超電導き電ケーブルの開発

km級の実証試験に向け、システムを構築中

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