CN103026569B - 超导电缆线路 - Google Patents

Abstract

在超导电缆与终端连接部或中间连接部连接的超导电缆线路中，在终端连接部或中间连接部的附近设置曲线地铺设超导电缆的补偿部。而当假定在该补偿部超导电缆能够移动时，固定超导电缆的外管以使得伴随电缆芯的热伸缩而出现的超导电缆的移动量为最大的最大振幅部不能移动。

Description

超导电缆线路

技术领域

本发明涉及具有终端连接部或中间连接部的超导电缆线路。

背景技术

以往已知在极低温度条件下将处于超导状态的超导线材用作导体的超导电缆。超导电缆作为能够以低损耗输送大电流的电缆而备受期待，并正面向实用化进行开发。

图2示出超导电缆的一例。图2所示的超导电缆10是在隔热管12内收纳了单芯的电缆芯11的单芯型超导电缆。

电缆芯11由支撑管111、超导导体层112、电绝缘层113、超导屏蔽层114、常电导屏蔽层115、保护层116等构成。超导导体层112通过在支撑管111上螺旋状地缠绕多条超导线材而形成。同样地，超导电缆层114是通过在电绝缘层113上螺旋状地缠绕多条超导线材而形成的。

形成超导导体层112和超导屏蔽层114的超导线材例如具有在带状金属基板上按顺序形成中间层、超导层、保护层的层叠结构。作为构成超导层的超导体，例如有在液氮温度(大气压下的-196℃)以上的温度下表现出超导的RE类超导体(RE：稀土类元素)。尤其代表性的是化学式YBa₂Cu₃O_7-y所表示的钇类超导体(以下称之为Y类超导体)。

隔热管12具有由内管121和外管122构成的双重环结构。在内管121和外管122之间存在多层隔热层(超绝热体)123，并被抽真空。另外，外管122的外周被聚氯乙烯(PVC)和聚乙烯等防蚀层124覆盖。

在超导电缆10的稳定运转时，液氮等制冷剂在内管121的内部循环，供电电流在极低温状态下流到超导导体层112。

对连接这种超导电缆10与电力设备等实际系统的部位实施使用终端连接部的终端处理。在终端连接部，在作为低温部的低温容器中收纳着超导电缆10的端部，经过电流导线与作为常温部的实际系统连接。

另外，对于将超导电缆10彼此连接起来的部位实施使用了中间连接部的终端处理。在中间连接部中，将2根超导电缆10导入低温容器，在该低温容器内连接电缆芯11。

在上述具有终端连接部或中间连接部的超导电缆线路中，超导电缆10在组装施工时和维修点检时从常温被冷却至液氮温度，或从液氮温度升温至常温。在这种热循环过程中，已知电缆芯11以超导电缆长度的大约0.3％进行热伸缩。

尤其在终端连接部或中间连接部中，在电缆芯11难以在长度方向上移动的情况下，若电缆芯11进行热伸缩则会对超导电缆10施加局部的应力。而且在构成超导导体层112和超导屏蔽层114的超导线材中产生压曲等，使得超导电缆10的性能显著降低。

于是提出了在终端连接部中使用编织线等具有挠性的连接端子(挠性连接端子)将超导导体层与电流导线连接起来，吸收电缆芯的热伸缩的技术(例如专利文献1)。还提出了在终端连接部内对超导电缆设置补偿，使得终端连接部能够在超导电缆的长度方向上滑动，从而吸收电缆芯的热伸缩的技术。

还提出了在中间连接部的两侧设置补偿部，由于电缆芯的热伸缩而在超导电缆中产生了变形的情况下，使中间连接部上下移动以消除变形的方法(例如专利文献2)。如上，所谓补偿部意味着使电缆蛇行来铺设，这是一种吸收电缆的热伸缩的方法。

先行技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009-140912号公报

专利文献2：日本特开2000-331547号公报

发明内容

发明要解决的问题

然而在实际的超导电缆线路中，超导电缆并非伴随电缆芯的热伸缩而在整个线路上发生移动，而是存在不动区域(超导电缆不移动的区域)。即，终端连接部和中间连接部受到与最近的不动区域之间的区域中的电缆芯的热伸缩的影响。因此对超导电缆线路的不动区域进行预测，推测在终端连接部和中间连接部发现的电缆芯的热伸缩距离，在此基础上进行终端连接部和中间连接部的设计以吸收该热伸缩距离。

然而由于超导电缆的冷却方法、超导电缆线路中的局部倾斜、摩擦系数等会使得不动区域发生变化，因而难以正确把握不动区域，难以推测在终端连接部和中间连接部发现的电缆芯的热伸缩距离。另外，还已知在组装施工时的冷却工序中产生的热收缩量与维护点检时的升温工序中所产生的热伸缩量并不相同(在冷却时和升温时不动区域发生变化)。

其结果，需要将热伸缩距离估计得多一些来设计终端连接部或中间连接部，因此难以实现终端连接部和中间连接部的小型化。而若使终端连接部或中间连接部可动，则会对与其他设备的连接和向台架的固定带来障碍，因而难以实用。

本发明就是为了解决上述课题而完成的，其目的在于提供一种既能易于推测在热循环过程中在终端连接部或中间连接部发现的电缆芯的热伸缩距离，又能实现终端连接部或中间连接部的小型化的超导电缆线路。

解决问题的手段

本发明第一方面涉及的发明是一种超导电缆线路，其铺设有与终端连接部或中间连接部连接的超导电缆，该超导电缆是将具有支撑管和超导导体层的电缆芯收纳于包括电缆的外管和内管的隔热管内而构成的，其特征在于，在上述终端连接部或上述中间连接部的附近具备曲线地铺设上述超导电缆以便吸收上述超导电缆芯的热伸缩距离的补偿部，上述超导电缆线路具有固定上述补偿部的外管的一部分的固定部，上述固定部位于如下区域：该区域包含相对于将形成弧的端部的曲线的变极点之间连接起来的直线，在垂直方向上离得最远的上述弧的曲线上的点，其中上述弧构成上述补偿部；或者该区域是上述曲线上的点与上述变极点之间的区域。

其中，“附近”指的是例如设热伸缩距离为10cm以内的情况下，能够采用紧凑的连接部的距离30m。因而若允许补偿部的设定，则也可以是50m(热伸缩距离为15cm)，还可以是100m(热伸缩距离为30cm)。

本发明第二方面涉及的发明基于第一方面的发明，其特征在于，设从上述曲线上的点到与距离上述曲线上的点最近的上述终端连接部或上述中间连接部连接的上述超导电缆端部为止的上述电缆芯在40℃时的长度与-196℃时的长度之差为a，设从-196℃时的上述电缆芯的长度开始伸展、上述终端连接部或上述中间连接部能够收纳的电缆芯的长度为x，则上述曲线上的点配置于满足x≥a的范围内。

其中，“能够收纳”指的是能够维持连接部(终端连接部或中间连接部)中的电气、机械性能的状态。

“40℃”是设想了夏天的外部大气的温度。

本发明第三方面涉及的发明基于第一方面的发明，其特征在于，设从上述曲线上的点到距离上述曲线上的点最近的上述终端连接部或上述中间连接部的上述超导电缆端部为止的-196℃时的上述电缆芯的长度为X，设从-196℃时的上述电缆芯的长度开始伸展、上述终端连接部或上述中间连接部能够收纳的电缆芯的长度为x，则上述曲线上的点配置于满足x≥X×0.003的范围内。

其中，“能够收纳”指的是能够维持连接部(终端连接部或中间连接部)中的电气、机械性能的状态。

本发明第四方面涉及的发明基于第一至第三方面中任一项的发明，其特征在于，在存在多个构成上述补偿部的弧的曲线的情况下，在与上述终端连接部或上述中间连接部最接近的弧的曲线上、第二接近的弧的曲线上、或多个弧的曲线中将上述变极点之间连接起来的直线与上述曲线上的点之间的长度最大的弧的曲线上，具有上述固定部。

其中，构成补偿部的弧的曲线形状指的是由变极点划分的曲线形状。

本发明第五方面涉及的发明基于第一方面的发明，其特征在于，上述补偿部为蛇形补偿结构。

本发明第六方面涉及的发明基于第一方面的发明，其特征在于，上述补偿部为弯曲补偿结构。

发明的效果

根据本发明，相反地使原本通过自由移动来吸收电缆芯的热伸缩的补偿固定，从而能够将超导电缆线路中的特定部分视作冷却时和升温时的不动区域，因此能够易于推测和管理终端连接部或中间连接部的电缆芯的热伸缩距离。因此易于实现终端连接部或中间连接部的设计，还能实现小型化。

附图说明

图1是表示实施方式涉及的超导电缆线路的概要构成的图。

图2是表示超导电缆线路的超导电缆的一例的图。

图3是表示超导电缆线路的终端连接部的一例的图。

图4是表示超导电缆线路的中间连接部的一例的图。

图5是表示设置于终端连接部的附近的补偿部的一例的图。

图6是表示图5的补偿部中的超导电缆的变形状态的图。

图7是表示设置在终端连接部的附近的补偿部的另一例的图。

图8是表示图7的补偿部中的超导电缆的变形状态的图。

图9是表示在终端连接部的附近设置的补偿部的另一例的图。

图10是表示实施例涉及的超导电缆线路的图。

图11是表示在终端连接部的附近设置的补偿部的一例的图。

图12是表示图11的补偿部中的超导电缆的变形状态的图。

图13是表示在终端连接部的附近设置的补偿部的一例的图。

图14是表示图13的补偿部中的超导电缆的变形状态的图。

具体实施方式

下面根据附图详细说明本发明的实施方式。

图1是表示实施方式涉及的超导电缆线路的概要构成的图。如图1所示，在超导电缆线路S中，在设置于地下的管道L中铺设了超导电缆10。而且在超导电缆10的两端配设有用于向实际系统导出电力的终端连接部1、2，在出入孔MH内2根超导电缆10、10利用中间连接部3连接。在终端连接部1上连接着冷却系统4，能够向超导电缆10内循环提供制冷剂(例如液氮)。

在本实施方式中，在终端连接部1、2或中间连接部3的附近(例如图1的区域A)设置补偿部OS，在补偿部OS的特定部位固定超导电缆10，从而有意地形成超导电缆线路S的不动区域。由此就能够易于推测在终端连接部或中间连接部发现的电缆芯的热伸缩距离，因此既能易于实现终端连接部或中间连接部的设计，又能实现小型化。

图2是表示超导电缆线路S的超导电缆10的一例的图。图2所示的超导电缆10是在隔热管12内收纳了单芯的电缆芯11的单芯型超导电缆。超导电缆11由支撑管111、超导导体层112、电绝缘层113、超导屏蔽层114、常电导屏蔽层115、保护层116等构成。

支撑管111是用于形成电缆芯11的卷芯，例如是将铜线等常电导线材彼此搓合在一起而构成的。支撑管111中被分流了在短路事故时流到超导导体层112的事故电流。

超导导体层112是在支撑管111上螺旋状地缠绕多条超导线材而形成的。图2中使超导导体层112为4层层叠结构。在稳定运转时在超导导体层112中流过供电电流。

构成超导导体层112的超导线材例如具备在带状的金属基板上按顺序形成有中间层、超导层、保护层等的层叠结构。作为构成超导层的超导体，可应用在液氮温度以上的温度下表现为超导的RE类超导体(RE：稀土类元素)，例如化学式YBa₂Cu₃O_7-y所表示的Y类超导体。

电绝缘层113例如由绝缘纸、将绝缘纸与聚丙烯膜接合起来的半合成纸、高分子无纺布带等构成，通过缠绕于超导导体层112上而形成。

超导屏蔽层114是将多条超导线材螺旋状地缠绕于电绝缘层113上而形成的。图2中超导屏蔽层114为双层层叠结构。在超导屏蔽层114中，在稳定运转时通过电磁感应而以反相位流过与导体电流大致相同的电流。对构成超导屏蔽层114的超导线材可使用与超导导体层112同样的线材。

常电导屏蔽层115是通过将铜线等常电导线材缠绕于超导屏蔽层114上而形成的。在常电导屏蔽层115中被分流有在短路事故时流到超导屏蔽层114的事故电流。

保护层116例如由绝缘纸、高分子无纺布等构成，是缠绕于常电导屏蔽层115上而形成的。

隔热管12具有双重环结构，由收纳电缆芯11并填充有制冷剂(例如液氮)的内管121、以及配设成覆盖内管121的外周的外管122构成。

内管121和外管122例如是不锈钢制的波纹管。在内管121和外管122之间例如存在由蒸镀了铝的聚乙烯膜的层叠体构成的多层隔热层(超绝热体)123，被保持为真空状态。另外，外管122的外周被聚乙烯等的防蚀层124覆盖。

图3是表示超导电缆线路S的终端连接部1的一例的图。终端连接部2的构成也相同。

如图3所示，终端连接部1构成为将超导电缆10的端部以预定状态收纳于低温容器20中，经由导体用电流导线31和屏蔽用电流导线32将电流被导出至实际系统侧。

在终端连接部1中，超导电缆10的超导导体层112与导体用电流导线31经由导体用可动连接端子50而电连接起来(导体连接部C1)。导体用可动连接端子50是用于将电缆芯11以能够在长度方向上移动且能够在周向上旋转的状态与导体用电流导线31连接的端子。导体用可动连接端子50例如构成为包含安装于超导导体层112的外周的导体用插头51、以能够移动的方式安装有该导体用插头51的导体用插座52。

该终端连接部1中的导体用可动连接端子50的导体用插头51部分的端部相当于超导电缆10(电缆芯11)的电缆端部。

另外，超导电缆10的超导屏蔽层114与屏蔽层用电流导线32通过屏蔽用可动连接端子60而电连接起来(屏蔽连接部C2)。屏蔽用可动连接端子60是用于将电缆芯11以能够在长度方向上移动且能够在周向上旋转的状态与屏蔽用电流导线32连接的端子。屏蔽用可动连接端子60由安装于超导屏蔽层114的外周的屏蔽用插头61、以及以能够移动的方式安装有该屏蔽用插头61的屏蔽用插座62构成。

即，在终端连接部1，电缆芯11被导体连接部C1和屏蔽连接部C2支撑，能够在长度方向上移动且能够在周向上旋转。

低温容器20具有由内侧的制冷剂槽21和外侧的真空槽22构成的双重结构，被划分为收纳超导电缆10的端部的收纳部20a、垂直设于收纳部20a上的圆筒状的引出部20b、20c。低温容器20(制冷剂槽21、真空槽22)中形成有可密闭为气密状态的手孔(handhole)(省略图示)，以使作业人员能够从外部进行施工时的作业等。

导体用电流导线31、屏蔽用电流导线32是用于从超导电缆10向实际系统导出电流的导体，例如由铜制的管材等构成。导体用电流导线31下垂地配设于低温容器20的引出部20b上，屏蔽用电流导线32下垂地配设于引出部20c上。还可以由导电性的实心线材构成导体用电流导线31、屏蔽用电流导线32。

在导体用电流导线31的外周配设有例如由纤维强化塑料(FRP：FiberReinforcedPlastics)所构成的套管41，在导体用电流导线31的下端部(与导体用可动连接端子50的连接部)配设有电极屏蔽部件42。即，由于对导体用电流导线31施加高电压，因而通过配设套管41和电极屏蔽部件42，能够保持与接地的低温容器20的电绝缘。

在位于导体连接部C1与屏蔽连接部C2之间的电缆芯11的电绝缘层113的外周形成有由环氧树脂制的喇叭口和应力锥构成的电场缓和层13。该超导电缆10的端部被导入低温容器20的收纳部20a，浸入到制冷剂(例如液氮)中。此时，超导电缆10的内管121与制冷剂槽21的外壁连接，外管122与真空槽22的外壁连接(电缆连接部C3)。内管121与制冷剂槽21的连接、外管122与真空槽22的连接例如是通过熔接或螺栓固定来进行的。

在稳定运转时，由冷却系统4(参见图1)向超导电缆10的内管121的内部及以与之连通的制冷剂槽21循环提供制冷剂。另外，超导电缆10的内管121与外管122之间的间隙以及与之连通的真空槽22被真空泵(省略图示)保持为真空状态。

在终端连接部1中，超导电缆10的电缆芯11在导体连接部C1、屏蔽连接部C2和电缆连接部C3这三处被支撑。

并且将导体连接部C1、屏蔽连接部C2和电缆连接部C3的位置(高度)调整为使得电缆芯11以水平状态被笔直地支撑。若导体连接部C1、屏蔽连接部C2和电缆连接部C3对电缆芯11的支撑间隔过长，则电缆芯11可能会挠曲而有损水平状态，因此优选它们对电缆芯11的支撑间隔在2m以内。

在组装施工时或维修点检时的冷却工序或升温工序中，电缆芯11有时也会在径向上伸缩，而由于此时的伸缩量仅为几mm，因此只要将导体连接部C1、屏蔽连接部C2和电缆连接部C3的位置调整为大致相同，就不会极端地影响电缆芯11的水平状态。即，电缆芯11在径向上的热伸缩不会妨碍电缆芯11在长度方向的移动。

如上，在终端连接部1中，由于电缆芯11能够在长度方向上移动，因此能够有效地吸收在组装施工时或维修点检时的冷却工序或升温工序中产生的电缆芯11的热伸缩。还由于电缆芯11能够在周向上旋转，因此还能吸收由超导电缆10的制造时和铺设时的残留应力对电缆芯11施加的扭力。因此不会伴随电缆芯11的热伸缩和扭动而使得应力局部地集中，而使得超导导体层112和超导屏蔽层114发生压曲，因此可维持超导电缆10的健全性。

图4是表示超导电缆线路S的中间连接部3的一例的图。图4中，用剖面示出中间连接部3的大致上半部分。另外，在对所连接的2根超导电缆进行区分的情况下，对各超导电缆的构成要素的符号附加下标a、b。

如图4所示，中间连接部3具有如下的结构：2根超导电缆10a、10b的电缆端部以预定状态收纳于低温容器70中，在该低温容器70内，在电缆端部上连接着相当的电缆芯11a、11b。

支撑管111a、111b在将端面彼此面对面的状态下例如通过熔接连接起来。超导导体层112a、112b配置为在分隔开预定长度的状态下将端面彼此相对，从一个超导导体层112a到另一个超导导体层112b架设导体连接用的超导线材117并通过焊接结合而连接起来。

在电绝缘层113a、113b之间缠绕着加强绝缘纸(例如牛皮纸)118。与超导导体层112a、112b的连接同样地，超导屏蔽层114a、114b配置为在分隔开预定长度的状态下将端面彼此相对，从一个超导屏蔽层114a到另一个超导屏蔽层114b架设屏蔽连接用的超导线材119并通过焊接结合而连接起来。

使用铜编织线(省略图示)将常电导屏蔽层115a、115b压接连接。在保护层116a、116b之间缠绕着保护层(省略图示)。

并且如上所述，在终端连接部1上存在可动连接端子(导体用可动连接端子50、屏蔽用可动连接端子60)，从而能够某种程度上吸收电缆芯11的热伸缩距离。

另一方面，在中间连接部3中不存在终端连接部1所具备的那种可动连接端子。

然而，中间连接部3的电缆连接部分比其他电缆芯11粗，并且不进入到电缆的内管121内，因而收纳于特别的盒子(低温容器70)内(参见图4)。当该电缆连接部分的斜坡部分(变粗的部分)由于电缆芯11的热伸缩而抵接到内管121和盒子的内侧从而形状发生了崩塌时，无法如期望那样发挥连接部分的绝缘功能。因此优选收纳于箱中而处于不怎么移动的状态。因此，优选补偿处于中间连接部3的两侧，还要求能预测到电缆芯11的热伸缩，能够调节为两侧的热伸缩相同。

因此，中间连接部3的可允许的电缆芯11的热伸缩的吸收允许距离为在盒子内的电缆芯连接部分不与盒子内的内侧接触的范围内的电缆芯连接部分的挠曲。其原因在于，(1)中间连接部3的电缆芯11的热伸缩的允许距离是有限度的(因为抵接于盒子的内侧)，(2)要求中间连接部3两侧的电缆芯11的热伸缩距离为同等程度(因为从盒子向管侧偏移，比通常的电缆芯粗的连接部分嵌入到较窄的管内)。

低温容器70具有由内侧的制冷剂槽71、外侧的真空槽72构成的双重结构。与终端连接部1同样地，超导电缆10的内管121与制冷剂槽71的外壁连接，外管122与真空槽72的外壁连接。内管121与制冷剂槽21的连接、外管122与真空槽22的连接例如是通过熔接或螺栓固定来进行的。

在稳定运转时，向超导电缆10的内管121的内部及与之连通的制冷剂槽71循环提供制冷剂，而超导电缆10的内管121与外管122之间的间隙以及与之连通的真空槽72被保持为真空状态。

图5是表示在终端连接部1附近(例如图1的区域A)设置的补偿部OS的一例的图。图5所示的补偿部OS1是光滑地连接设置了以半径R_θ、以θ_θ为中心角向上凸的圆弧CA1和向下凸的圆弧CA2的S字的补偿。而且在该补偿部OS1中，用3个固定部件K固定超导电缆10的外管122，以使得与圆弧CA1的中心对应的超导电缆10的最大振幅部P(或最大位移部P)不能移动。使用该固定部件K固定补偿部OS1的外管122的一部分的部位就是固定部。

并且，最大位移部P指的是在与将构成补偿部OS1的圆弧的曲线形状的端部所具有的曲线的变极点之间连接起来的直线垂直的方向上发生最大位移的电缆芯的部分。

电缆的固定部件使用通常的电缆夹板。使用电缆夹板夹住电缆，将该电缆夹板固定于台架等，从而固定电缆的外管122。固定是在处于室温时或冷却(升温)过程中进行的。若在室温时进行固定，则能减少向连接部的伸缩量，然而固定部中的热侵入量会变大。而若在冷却过程中进行固定，则固定部中的热侵入量减小，在固定之前电缆芯发生移动，因此向连接部的伸缩量变大。

设超导电缆10的外径为D时，优选补偿部OS1的弯曲半径在15D～20D以上。例如在超导电缆10的平均外径为150mm的情况下，设补偿部OS1的弯曲半径在2250mm～3000mm以上。这些数值可使用与以往的电缆的弯曲半径的开发试验中所需的数值同样的数值(JEC规格、JEC-3401)。

例如，设从最大振幅部P到距离补偿部OS1最近的终端连接部1的电缆端部(51)为止的电缆长度的热伸缩距离为a、终端连接部1的电缆芯11进行热伸缩的吸收允许距离为x，这种情况下，优选在满足x≥a的范围内设置补偿部OS1。例如在设从构成补偿部OS1的弧的曲线形状上的点到距离该曲线形状上的点最近的终端连接部或中间连接部的电缆端部为止的电缆芯的长度上所产生的由热伸缩导致的40℃时的长度与-196℃时的长度之差为a，从-196℃时的长度开始伸展、终端连接部或中间连接部能够收纳的电缆芯的长度为x的情况下，则曲线形状上的点配置于满足x≥a的范围内。

更具体而言，设从最大振幅部P到与补偿部OS1最近的终端连接部1的电缆端部(51)为止的电缆长度为X、终端连接部1的电缆芯11进行热伸缩的吸收允许距离为x的情况下，优选补偿部OS1设置于满足x≥X×0.003(0.3％)的范围内。例如，从构成补偿部OS1的弧的曲线形状上的点到距离该曲线形状上的点最近的终端连接部或中间连接部的电缆端部为止的-196℃时的电缆芯的长度为X，从-196℃时的长度开始伸展、终端连接部或中间连接部能够收纳的电缆芯的长度为x的情况下，则曲线形状上的点配置于满足x≥X×0.003的范围内。

由此，在终端连接部1中发现的热伸缩距离变小，因此能够以更高精度良好地推测该热伸缩距离，还能实现终端连接部1的小型化。

并且，最大振幅部P指的是相对于将构成补偿部OS1的弧的曲线形状的端部所具有的曲线的变极点之间连接起来的直线，在垂直方向上离得最远的弧的曲线形状上的点。而变极点指的是如图5、9等(黑点)所示在补偿部的曲线形状的曲线上弯曲的方向发生变化的点。具体指的是在固定补偿部时或重新进行设定时曲线形状的曲线的变极点。

其中，在补偿部OS1中超导电缆10能够移动的情况下，如图6所示，冷却时电缆芯11发生热收缩而向弯曲的内侧(弯曲半径变大的方向)移动。而内管121随之被向电缆芯11按压，进而外管122也被按压，超导电缆10整体向内侧变形以使得圆弧CA1、CA2的弯曲半径变大(接近直线状)。而在升温时电缆芯11发生热伸展而向弯曲的外侧(弯曲半径变小的方向)移动。而内管121随之被向电缆芯11按压，进而外管122也被按压，超导电缆10整体向外侧变形以使得圆弧CA1、CA2的弯曲半径变小。

此时，在补偿部OS1中，超导电缆10的移动量(位移)在圆弧CA1、CA2的中心为最大，相对于将CA1的端部的变极点和CA2的端部的变极点连接起来的直线具备最大振幅。在电缆芯11进行热伸缩时，电缆芯11首先在圆弧CA1、CA2的中心与内管121抵接，此后在附近部位依次抵接。在现有的超导电缆线路中，设置补偿部OS1，使超导电缆10整体发生变形，从而吸收电缆芯11的热收缩。

对此，在本实施方式中，超导电缆10的最大振幅部P被固定部件K固定为无法移动。因此在冷却时超导电缆10整体向弯曲内侧发生变形，而在电缆芯11和内管121朝弯曲内侧移动并抵接外管122之后，电缆芯11和内管121被按压到外管122。因此，对于电缆芯11的热收缩会产生较大的摩擦阻力，限制了电缆芯11的移动。即，超导电缆10的最大振幅部P成为不动点，此后电缆芯11朝向最大振幅部P收缩。

另外，在升温时超导电缆10整体向弯曲外侧变形，而电缆芯11和内管121朝弯曲外侧移动并抵接外管122之后，电缆芯11和内管121被按压到外管122。因此，相对于电缆芯11的热伸展会产生较大的摩擦阻力，限制电缆芯11的移动。即，超导电缆10的最大振幅部P为不动点，此后电缆芯11以最大振幅部P为基准向终端连接部1侧伸展。

如上，在图5所示的补偿部OS1中，在假定超导电缆10能够移动时，伴随电缆芯11的热伸缩出现的超导电缆10的移动量为最大的最大振幅部(圆弧CA1的中心和圆弧CA2的中心)中与终端连接部1最近的最大振幅部P被固定为无法移动。

由此，由于能够将超导电缆线路S的特定部分(最大振幅部P的右侧(终端连接部1的相反侧)的部分)视作冷却时和升温时的不动区域，因此能易于推测在终端连接部1中发现的电缆芯11的热伸缩距离。

即，构成为最大振幅部P必定包含于不动区域中，而关于热伸缩距离，只要考虑从最大振幅点P到电缆端部51位置的长度即可。

因此，既能根据所推测的热伸缩距离容易地设计终端连接部1，又能实现终端连接部1的小型化。具体而言，可以将导体用可动连接端子50(导体用插头51和导体用插座52)和屏蔽用可动连接端子60(屏蔽用插头61和屏蔽用插座62)的长度和位置等设计为在冷却时或升温时不会妨碍电缆芯11与电流导线31、32之间的电连接的程度即可。

图7是表示在终端连接部1的附近(例如图1的区域A)设置的补偿部OS的另一例的图。图7所示的补偿部OS2是与图5所示的补偿部OS1呈线对称地延伸设置的C字补偿。而且在该补偿部OS2中，使用3个固定部件K固定超导电缆10的外管122，以使得与弯曲的最下方的点对应的超导电缆10的最大振幅部P不能移动。

与图5所示的S字补偿的情况同样地，设超导电缆10的外径为D时，补偿部OS2的弯曲半径优选在15D以上。

例如，设从最大振幅部P到与补偿部OS2最近的终端连接部1的电缆端部(51)为止的电缆长度的热伸缩距离为a、终端连接部1的电缆芯11进行热伸缩的吸收允许距离为x的情况下，优选补偿部OS2设置于满足x≥a的范围内。

更具体而言，设从最大振幅部P到与补偿部OS2最近的终端连接部1的电缆端部(51)为止的电缆长度为X、终端连接部1的电缆芯11进行热伸缩的吸收允许距离为x的情况下，优选补偿部OS2设置于满足x≥X×0.003(0.3％)的范围内。

其中，在补偿部OS2中超导电缆10能够移动的情况下，如图8所示，在冷却时电缆芯11产生热收缩而向弯曲的内侧(弯曲半径变大的方向)移动。而内管121随之被按压向电缆芯11，进而外管122也被按压，超导电缆10整体向内侧变形，使得补偿部OS2的弯曲半径变大(接近直线状)。另一方面，在升温时，电缆芯11热伸缩而向弯曲的外侧(弯曲半径变小的方向)移动。而内管121随之被按压向电缆芯11，进而外管122也被按压，超导电缆10整体向外侧变形，使得补偿部OS2的弯曲半径变小。

此时，在补偿部OS2中，超导电缆10的移动量(位移)在弯曲的最下方的点处为最大。即，在电缆芯11热伸缩时，电缆芯11首先在弯曲的最下方的点处与内管121抵接，然后在附近的部位依次抵接。

对此，在本实施方式中，超导电缆10的最大振幅部P被固定部件K固定成不能移动。因此，冷却时超导电缆10整体向弯曲的内侧变形，然而在电缆芯11和内管121向弯曲的内侧移动并抵接于外管122之后，电缆芯11和内管121被按压到外管122。因此相对于电缆芯11的热收缩产生较大的摩擦阻力，限制了电缆芯11的移动。即，超导电缆10的最大振幅部P是不动点，此后电缆芯11朝最大振幅部P收缩。

另外，在升温时超导电缆10整体向弯曲的外侧变形，而在电缆芯11和内管121向弯曲的外侧移动而抵接于外管122之后，电缆芯11和内管121被按压到外管122。因此相对于电缆芯11的热伸展产生较大的摩擦阻力，限制了电缆芯11的移动。即，超导电缆10的最大振幅部P是不动点，此后电缆芯11以最大振幅部P为基准向终端连接部1侧伸展。

如上，在图7所示的补偿部OS2中，在假定为超导电缆10能够移动时，随着电缆芯11的热伸缩而产生的超导电缆的移动量为最大的最大振幅部P被固定为无法移动。在补偿部OS2中，随着电缆芯11的热伸缩而产生的超导电缆的移动量为最大的部位为弯曲的最下方的点这一处，所以该部位就是最大振幅部。

由此，由于能够将超导电缆线路S的特定部分(最大振幅部P的两侧)视作冷却时和升温时的不动区域，因此能够易于推测出在终端连接部1中发现的电缆芯11的热伸缩距离。

即，构成为最大振幅部P必定包含于不动区域中，关于热伸缩距离，只要考虑从最大振幅点P到电缆端部51的长度即可。

因此，既能根据所推测出的热伸缩距离容易地设计终端连接部1，又能实现终端连接部1的小型化。

图5、图7所示的补偿部OS1、OS2为一例，在终端连接部1的附近设置的补偿部OS的形状不限于此。即，在假定为在设置于终端连接部1的附近的补偿部OS中超导电缆10能够移动时，只要将伴随电缆芯11的热伸缩而产生的超导电缆10的移动量为最大的部位中最接近终端连接部1的最大振幅部P固定为不能移动即可。

而在补偿部OS1、OS2中，在电缆芯11热伸缩时，电缆芯11和内管121被按压到外管122，因此超导电缆10的隔热管12的隔热性能可能会稍微降低。此时如图9所示，通过使用蛇状的补偿部就能抑制隔热管12的隔热性能的降低。

图9是表示在终端连接部1的附近(例如图1的区域A)设置的补偿部OS的另一例的图。图9所示的补偿部OS3是相对于图7所示的补偿部OS2呈线对称地延伸设置的蛇形补偿部。在补偿部OS3中，将最大振幅部P固定成在终端连接部1侧的补偿部OS2中无法移动，而超导电缆10能够在最大振幅部P的右侧(终端连接部1的相反侧)移动。

因此，在电缆芯11进行热伸缩时可减少在超导电缆10中残留的应力，能够防止电缆芯11和内管121被过度按压于外管122，因此能够抑制对于电缆芯11的局部的热侵入。尤其在冷却时能够抑制对于电缆芯11的局部的热侵入，因此能够防止热侵入导致超导电缆10的供电性能降低的情况。

[实施例]

在实施例中，在外径150mm、电缆长度50m的超导电缆10的一端连接终端连接部1，以另一端作为固定端，构建模拟了从不动区域的端部(相当于固定端)到终端连接部1的超导电缆线路(参见图10)。而针对设置了不同形状的补偿部OS的情况(包含直线铺设)，对从室温冷却至液氮温度时的热收缩量与从液氮温度升温至室温时的热伸展量进行了比较。具体而言，使用应用了X射线或γ射线等放射线的观察装置，观察终端连接部1的导体用可动连接端子50的内部，测定了导体用插座52内的导体用插头51的移动量。而在冷却时测定在固定端产生的轴力，比较伴随电缆芯11的热收缩而在超导电缆10中产生的残留应力。

其中，在将超导电缆10固定成使得在补偿部OS中最大振幅部不能移动的情况下，从终端连接部1到最大振幅部的距离为以下的值。

并且补偿部OS的弯曲半径为15D(D：超导电缆10的外径)。

另外，关于电缆的允许弯曲半径(R)、补偿宽度(F)、补偿长度(L)，如下的一般式(1)的关系成立。

$L\≥\sqrt{(4RF-F^2)}...\left(1\right)$

在实施例1中，对补偿部OS应用S字补偿(参见图5)，固定成最接近终端连接部1的最大振幅部不能移动。

其中，电缆外径(D)＝150mm、允许弯曲半径(R)＝2250mm、补偿宽度(F)＝300mm，基于式(1)，补偿长度(L)＝1615.5mm。

图5中，作为一例示出了在一般式(1)中成立时的补偿长度。

这种情况下，冷却时的热收缩量为6mm，升温时的热伸展量为5.5mm。而固定端的产生轴力为8000N。

在实施例2中，对补偿部OS应用C字补偿(参见图7)，固定成最大振幅部不能移动。

图7是与图5的补偿形状为左右对称的形状。因而图7的补偿长度为图5的补偿长度的2倍。因此补偿长度(L)＝1615.5mm×2mm＝3231mm。

(并且，图7应用了图5的形状，图7仅为图5的补偿形状的左右对称的形状，因而一般式(1)中不成立。)

这种情况下，冷却时的热收缩量和升温时的热伸展量都为5mm。而固定端的产生轴力为2000N。

在实施例3中，对补偿部OS应用蛇形补偿(参见图9)，固定成最接近终端连接部1的最大振幅部不能移动。

图9是与图7的补偿形状为左右对称的形状。因而图9的补偿长度为图7的补偿长度的2倍。因此补偿长度(L)＝3231mm×2mm＝6462mm。

(并且，图9应用了图5的形状，图9仅为图7的补偿形状的左右对称的形状，因而一般式(1)中的不成立。)

这种情况下，冷却时的热收缩量和升温时的热伸展量都为5mm。而固定端的产生轴力为500N。

在比较例1中，未设置补偿部OS，而一样地直线铺设了超导电缆10。这种情况下，冷却时的热收缩量为60mm，升温时的热伸展量为150mm。而固定端的产生轴力为10000N。

在比较例2中，对补偿部OS应用与实施例2相同形状的C字补偿。其中，在补偿部OS中超导电缆未固定。这种情况下，冷却时的热收缩量为25mm，升温时的热伸展量为50mm。而固定端的产生轴力为500N。

[表1]

	实施例1	实施例2	实施例3	比较例1	比较例2
						冷却时的热伸缩量(mm)	-6	-5	-5	-60	-25
升温时的热伸缩量(mm)	5.5	5	5	150	50
						冷却时的产生轴力(N)	8000	2000	500	10000	500

表1表示评价结果。表1的热伸缩量(热伸缩距离)表示温度变化前后的变化量。在比较例1中，升温时的热伸缩的变化量大于冷却时的热伸缩的变化量，因而可认为不动区域在冷却时和升温时发生了变化。即，冷却时成为不动区域的部分在升温时不再是不动区域，因而认为升温时热伸缩的变化量大于冷却时热伸缩的变化量。

在比较例2中，在终端连接部1中发现的热伸缩量(热伸缩距离)为比较例1时的1/3左右。即，由于补偿部OS的超导电缆10的形状变化，从而有效吸收了电缆芯11的热伸缩。然而由于冷却时和升温时在终端连接部1中发现的热伸缩量(热伸缩距离)不同(在升温后不会恢复为冷却前的补偿形状)，因而可认为不动区域在冷却时和升温时产生了变化。

如比较例1、2所示，在冷却时的热伸缩与升温时的热伸缩并不具有可逆关系的情况下，必须将热伸缩量(热伸缩距离)预测得比较多来设计终端连接部1，因此难以实现终端连接部1的小型化。

而在实施例1～3中，在终端连接部1中发现的热伸缩量(热伸缩距离)大致相同。即，冷却时的热伸缩与升温时的热伸缩处于可逆的关系，因此能够精度良好地推测在终端连接部1中发现的热伸缩量(热伸缩距离)。因此既能易于设计终端连接部1，又能实现小型化。

另外，在实施例1中，超导电缆10能够在被固定的最大振幅部的右侧的补偿部中移动，因此在该部分中由于超导电缆10的形状变化使得热伸缩被吸收。在实施例2中，超导电缆10可移动的部分大于实施例1(补偿长度较长)，因此相比实施例1降低了在超导电缆10中产生的残留应力。同样地，在实施例3中，超导电缆10可移动的部分大于实施例2(补偿长度较长)，因此进一步降低了在超导电缆10中产生的残留应力。

另外，在上述实施例中，设电缆长度为50m进行了实验，而电缆长度为100m、200m的情况下也能获得相同的结果。即，即使电缆长度不同，通过固定电缆来设定不动区域，仅需考虑不动区域部分与终端部之间的长度即可。

以上根据实施方式具体说明了本发明人实施的发明，而本发明不限于上述实施方式，可以在不脱离其主旨的范围内进行变更。

如实施方式所示，在终端连接部1中发现的热伸缩距离依赖于从补偿部OS中的被固定的最大振幅部到终端连接部1的距离，因此该距离越短则越能减小在终端连接部1中发现的热伸缩距离。若终端连接部1中的热伸缩的吸收量充分，则不必特别规定补偿部OS在超导电缆线路S内的设置部位。

另外，在实施方式中，在补偿部OS中，在包含最大振幅部在内的3个部位处固定超导电缆10，从而使得最大振幅部不能移动，然而固定部位的数量和配置不限于此。例如还可以固定最大振幅部附近的多个部位，结果使得最大振幅部不能移动。还例如可以在电缆芯11进行热伸缩时的产生轴力变大的情况下，在3个以上的部位固定超导电缆10。

另外，在实施方式中，示出了在终端连接部1的附近设置补偿部OS的情况，而也可以不仅在终端连接部2的附近，还在中间连接部3的两端附近设置将最大振幅部固定为无法移动的补偿部OS。由此能易于推测在终端连接部2和中间连接部3中发现的电缆芯11的热伸缩并进行管理。

另外，在超导电缆线路S中设置补偿部OS的情况下，可以在冷却时或升温时阶段性地调整补偿部OS的固定。例如，可以在冷却时或升温时，在处于预定温度(例如-100℃)的阶段暂时解除固定，使超导电缆10发生变形而去除了残留应力之后，重新进行固定。

由此就能够降低在超导电缆10中产生的残留应力，因此能够抑制冷却时对于电缆芯11的局部的热侵入。因此能够防止由于热侵入导致的超导电缆10的供电性能的降低。

在实施例2中使用上述方法进行了冷却和升温，其冷却时的热收缩量和升温时的热伸展量都为12mm。而固定端的产生轴力为1000N。与实施例2的结果进行比较可以确认到热伸缩距离约为2倍，产生轴力为1/2，降低了在超导电缆10中产生的残留应力。

并且由于冷却时的热收缩量与升温时的热伸展量相同，因此与实施例2同样地，能够易于推测在终端连接部1中发现的热伸缩距离。

另外，在实施方式中说明了铺设单芯型超导电缆10的超导电缆线路S，而本发明还可以应用于铺设了将3芯的电缆芯一并收纳于隔热管内的3芯一并型超导电缆的超导电缆线路S。

另外，超导电缆线路S具备的终端连接部1、2或中间连接部3的构成不限于实施方式所示内容。例如在终端连接部1、2中可以使用具有挠性的连接端子(挠性连接端子)将电缆芯11的超导导体层112与导体用电流导线31、或将超导屏蔽层114与屏蔽用电流导线32连接起来。

在实施方式中，作为补偿部举例说明的是S字补偿(参见图5、图6)、C字补偿(参见图7、图8)、蛇形补偿(参见图9)，本发明还可以应用于图11、图12所示的90°弯曲补偿和图13、图14所示的180°弯曲补偿。即，分别在包含最大振幅部P的区域或夹着最大振幅部P的区域固定超导电缆的外管，从而构成为最大振幅部P必定包含于不动区域中，关于热伸缩距离，只要考虑从最大振幅点P到电缆端部51的长度即可。并且，图11、图12、图13、图14的弯曲半径R₀需要满足R₀≥R(允许弯曲半径)。而基于铺设补偿的场所的空间限制等，可以选择适合于铺设场所的补偿形状。这种补偿部指的是蛇行铺设电缆，吸收电缆的热伸缩的方法。

另外，实施方式中举例说明了终端连接部中的补偿，而本发明也能应用于中间连接部。这种情况下，例如可以将图5～图9的终端连接部置换为中间连接部，适当设定电缆端部。

另外，实施方式中所述的最大振幅部P指的是在与下述直线垂直的方向上最为相离的弧的曲线形状上的点，该直线是将构成补偿部OS1的上述弧的曲线形状的端部所具备的曲线的变极点之间连接起来的直线。而变极点指的是如图5、图9等(黑点)所示在补偿部中的曲线形状的曲线中弯曲方向发生改变的点。具体是在将补偿部固定时或重新设定补偿部时曲线形状的曲线的变极点。

本申请所公开的实施方式的所有内容都为示例，不应用来限制本发明。本发明的范围并非上述说明，而是由权利要求书的范围来表示，包含在与权利要求书等同意义和范围内的所有变更。

工业应用性

本发明如上构成，因而可用作超导电缆线路。

标号说明

1、2终端连接部；3中间连接部；4冷却系统；10超导电缆；11电缆芯；12隔热管；111支撑管；112超导导体层；L管道；MH出入孔；OS(OS1、OS2、OS3)补偿部；P最大振幅部；S超导电缆线路。

Claims (6)

1.一种超导电缆线路，其铺设有与终端连接部或中间连接部连接的超导电缆，该超导电缆是将具有超导导体层的电缆芯收纳于包括外管和内管的隔热管内而构成的，其特征在于，

在上述终端连接部或上述中间连接部的附近具备曲线地铺设上述超导电缆以便吸收上述超导电缆芯的热伸缩距离的补偿部，

上述超导电缆线路具有固定上述补偿部的外管的一部分的固定部,

上述固定部位于如下区域：该区域包含相对于将形成弧的端部的曲线的变极点之间连接起来的直线，在垂直方向上离得最远的上述弧的曲线上的点，其中上述弧构成上述补偿部；或者该区域是上述曲线上的点与上述变极点之间的区域。

2.根据权利要求1所述的超导电缆线路，其特征在于，

设从上述曲线上的点到与距离上述曲线上的点最近的上述终端连接部或上述中间连接部连接的上述超导电缆端部为止的上述电缆芯在40℃时的长度与-196℃时的长度之差为a，

设从-196℃时的上述电缆芯的长度开始伸展、上述终端连接部或上述中间连接部能够收纳的电缆芯的长度为x，

则上述曲线上的点配置于满足x≥a的范围内。

3.根据权利要求1所述的超导电缆线路，其特征在于，

设从上述曲线上的点到距离上述曲线上的点最近的上述终端连接部或上述中间连接部的上述超导电缆端部为止的-196℃时的上述电缆芯的长度为X，

设从-196℃时的上述电缆芯的长度开始伸展、上述终端连接部或上述中间连接部能够收纳的电缆芯的长度为x，

则上述曲线上的点配置于满足x≥X×0.003的范围内。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的超导电缆线路，其特征在于，在存在多个构成上述补偿部的弧的曲线的情况下，在与上述终端连接部或上述中间连接部最接近的弧的曲线上、第二接近的弧的曲线上、或多个弧的曲线中将上述变极点之间连接起来的直线与上述曲线上的点之间的长度最大的弧的曲线上，具有上述固定部。

5.根据权利要求1所述的超导电缆线路，其特征在于，上述补偿部为蛇形补偿结构。

6.根据权利要求1所述的超导电缆线路，其特征在于，上述补偿部为弯曲补偿结构。