伝導冷却型高温超電導コイルの保護検討のためのコイル温度解析ツールの開発

摘要

一般に高温超電導線材は常伝導伝搬速度が遅い事から、常伝導転移個所近傍で局所的に温度上昇して劣化し易い。この為、電源から給電中の高温超電導コイルを保護する方法として、常伝導転移時に電源遮断して、保護抵抗で磁気エネルギを消費する方法が報告されている［1-2］。文献［1］では保護抵抗値Rや電源遮断条件（常伝導転移の検知電圧V_d）を決定する為に、コイルの常伝導転移試験を実施し、劣化が生じるR、V_dの値を探索している。また文献［2］では3次元熱伝導解析による保護設計が報告されている。しかしながら、常伝導伝搬速度は線材の特性や負荷条件といった多数のパラメータによって変化する為、コイル線材仕様を検討する段階では、実測データを用いるのは困難である。また解析により保護設計を実施する場合は、多数のパラメータを検討するには解析時間の短縮が課題となる。一方文献［3］では、特に線材表面が断熱条件に近い場合、常伝導伝搬速度は1次元解析でよく模擬できる事が報告されている。そこで本研究では、伝導冷却型コイルでは線材周囲への除熱が比較的小さい事から、線材表面を断熱とした1次元モデルで模擬し、さらに電源遮断による保護動作をシミュレートする機能を有するツールを開発した。本ツールを用いて多数のパラメータの解析結果から適切なRとV_dを探索する保護設計手法を考案した。本手法をMgB_2コイルに適用し、常伝導転移を伴う電源遮断試験をして、線材劣化の有無を調べた。