JP2005012915A - 超電導ケーブルの接続構造および超電導ケーブル接続用絶縁スペーサー - Google Patents
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Abstract
【解決手段】絶縁スペーサーの中心導体と超電導ケーブルとが、その端部がスリーブ形状の導体接続部材を介して接続されていることを特徴とする超電導ケーブルの接続構造。特に絶縁スペーサーの中心導体と導体接続部材とがマルチコンタクトにより接続されていることを特徴とする超電導ケーブルの接続構造。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、超電導ケーブルの接続に適用される接続構造および絶縁スペーサーに関するものである。より詳細には、超電導ケーブルの終端接続部あるいは超電導ケーブル同士の接続部において、アース部分と超電導ケーブル端末部とを絶縁するために用いられる絶縁スペーサーの中心導体と、超電導ケーブル端末との接続構造および接続に用いられる絶縁スペーサーに関する。
【0002】
【従来の技術】
超電導ケーブルの代表的な例の斜視図を図4に示す。超電導ケーブルは、その中心に金属線からなるフォーマー40を有しており、その周りが超電導層41(超電導線からなる層)により覆われている。超電導層41は、通常、超電導フィラメントが内部に設けられたテープ状の超電導線42をスパイラルピッチを少しずつずらして積層した層からなり、本例では4層からなる。超電導層41は、絶縁層43を介してシールド層44により覆われている。
【0003】
シールド層44は、超電導層41から発生する電界をシールドする機能を果し、通常、超電導層41と同様に超電導フィラメントが内部に設けられテープ状の超電導線をスパイラルピッチを少しずつずらし積層した層からなり、本例では2層からなる。シールド層44の周りはさらに保護層45で覆われている。(非特許文献1、第20頁)
【0004】
次に、電力送電用の超電導ケーブルと、外部電流系統に電流を引出すための電流リードとを接続する終端接続部の代表的な例の正面説明図を図5に示す。超電導ケーブル端末部53では、超電導ケーブル51の保護層、絶縁層などは取り除かれ、代わりに補強絶縁紙52により覆われており、さらにその外側から液体窒素などの冷媒58により超電導ケーブル端末部53が冷却されている。超電導ケーブル51は、その端末部53に接続されている導体を通して電流リード55と接続されているが、この接続は、外部への電界の漏れを防ぐために設置された下部シールド54内で行なわれている。
【0005】
電流リード55は、電界の漏れを防ぐために、FRPなどをその材質とするブッシング56に覆われており、終端接続部の上部においては、さらにその外側が碍管57により覆われている。電流リード55の下部や下部シールド54は、液体窒素などの冷媒58により冷却されている。冷媒槽59は、断熱のための真空槽60内に設けられている。
【0006】
このような終端接続部では、冷媒槽59や真空槽60はアースされているので、これらと超電導ケーブル端末部53との間は、絶縁されている必要がある。この絶縁のために、絶縁スペーサー61が用いられる。絶縁スペーサー61は、通常、エポキシ樹脂をその材質とし(エポキシユニットと通称されている。)、中央が太く両端がコーン状に形成されており、中心部に電気を流すための中心導体が設けられている。
【0007】
超電導ケーブル端末部53の終端は、この中心導体の一端と接続され、中心導体の他端は、下部シールド54内に導かれて、直接または間接に電流リード55と接続されている。(非特許文献1、第20頁)
【0008】
絶縁スペーサーの中心導体と超電導ケーブルの端部との接続構造については、公開された構造例は未だ見られないが、常電導のOFケーブル、CVケーブルなどでは、中心導体とケーブルの端部との接続は、圧縮スリーブを介した圧縮接続により行われている。
【0009】
【非特許文献1】
増田外11名「66KV3心一括型高温超電導ケーブルの実用性検証試験」超電導応用電力機器、リニアドライブ合同研究会資料、社団法人電気学会、2002年1月24日、資料番号ASC−02−4、LD−02−4、第20頁
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記の、絶縁スペーサーの中心導体と常電導ケーブルの接続方法を、超電導ケーブルの端部との接続に使用すると、超電導ケーブル内の超電導層(超電導線)が破損し易く、超電導特性が維持できなくなるなどの問題が生じる。また、絶縁スペーサーの中心導体は、通常、アルミニウムや銅などを主体とする金属をその材質とするが、これらと、材質や構造が全く異なる超電導ケーブルを直接接続することは困難である。
【0011】
本発明者は、このような問題がない接続方法を検討の結果、中心導体と超電導ケーブル端末部の接続を、端部、特に両端がスリーブ形状の導体接続部材を介して行うことにより、上記の問題が解決できることを見出した。(本発明の第1の態様)
【0012】
しかし、この接続方法によっても、
中心導体と導体接続部材との接続を、溶接、特に電子線を用いた溶接(EB溶接)やハンダ付けなどにより行うと、溶接とくにEB溶接には、特別な装置や技術を必要とするので、終端接続部を設置する現場において、この方法により絶縁スペーサーの中心導体と導体接続部材を接続することは困難な場合が多い、
絶縁スペーサーの中心導体と導体接続部材が異なった材質からなる場合、ハンダ付けなどによる接続では充分な強度の接続が達成されない、
などの問題が生じる。
【0013】
また、導体接続部材と超電導ケーブル端末部との接続を、超電導ケーブル端末部を、導体接続部材の凹部に挿入し、該凹部を外側より圧縮する圧縮接続により行うと、上記と同様に、超電導ケーブル内の超電導層(超電導線)が破損し易く、超電導特性が維持できなくなるなどの問題が生じる。
さらに、ケーブル長手方向の接続長さに、導体接続部材の長さがさらに必要になるので、接続構造全体が長くなるとの問題も生じる。
本発明は、大電流の通電が可能であり、かつ前記の問題点を解決する超電導ケーブル端末構造を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明の第1の態様は、絶縁スペーサーの中心導体と超電導ケーブルとが、その端部がスリーブ形状の導体接続部材を介して接続されていることを特徴とする超電導ケーブルの接続構造である。
本発明の第2の態様および第3の態様は、この第1の態様の好ましい態様であり、絶縁スペーサーの中心導体と導体接続部材との接続に、マルチコンタクトによる接続や摩擦接合による接続を用いることにより、終端接続部を設置する現場においても、また絶縁スペーサーの中心導体と導体接続部材が異なった材質からなる場合であっても、中心導体と導体接続部材の充分な強度の接続を容易に行うことができる超電導ケーブルの接続構造を提供するものである。
【0015】
本発明者は、絶縁スペーサーの中心導体と導体接続部材との接続において、従来行われていたEB溶接やハンダ付けなどによらず、マルチコンタクトや摩擦圧接によっても、この接続に求められる強度や耐久性および、電流特性について、従来と同等ないしそれ以上の特性が得られることを見出し、第2、第3の態様の発明を完成したものである。
【0016】
即ち、本発明の第2の態様は、絶縁スペーサーの中心導体と超電導ケーブルとが、その端部がスリーブ形状の導体接続部材を介して接続されている超電導ケーブルの接続構造において、該絶縁スペーサーの中心導体と該導体接続部材とがマルチコンタクトにより接続されていることを特徴とする超電導ケーブルの接続構造である。
【0017】
本発明の第3の態様は、絶縁スペーサーの中心導体と超電導ケーブルとが、その端部がスリーブ形状の導体接続部材を介して接続されている超電導ケーブルの接続構造において、該絶縁スペーサーの中心導体と該導体接続部材とが摩擦圧接により接続されていることを特徴とする超電導ケーブルの接続構造である。
【0018】
次に、本発明の第4の態様は、超電導ケーブルと導体接続部材との接続に関し、超電導ケーブルのフォーマーと導体接続部材とは圧縮接合により接合し、導体接続部材と超電導層とはハンダ付けまたはロウ付けで接続することにより、導体接続部材と超電導ケーブルとが、超電導層を破損することなく、かつ充分な強度で接続されている超電導ケーブルの接続構造を提供するものである。
【0019】
即ち、本発明の第4の態様は、超電導ケーブルと長尺導体とが導体接続部材を介して接続されている超電導ケーブルの接続構造において、該超電導ケーブルのフォーマーの端末部と該導体接続部材とが圧縮接合により接続され、かつ該フォーマー外周に設けられた超電導層と該導体接続部材とがハンダ付けまたはロウ付けにより接続されていることを特徴とする超電導ケーブルの接続構造である。
ここで、長尺導体としては、絶縁スペーサーの中心導体が挙げられるが、これに限定されるものではなく、常電導ケーブルや他の超電導ケーブルの端末も例示することができる。
【0020】
さらに、本発明の第5の態様は、絶縁スペーサーの中心部に、中空管を設け、該中空管内に導体接続部材と超電導ケーブルとの接続部を設置することにより、ケーブル長手方向の長さが短い超電導ケーブルの接続構造を提供するものである。
【0021】
即ち、本発明の第5の態様は、超電導ケーブルと長尺導体とが導体接続部材を介して接続されている超電導ケーブルの接続構造において、絶縁スペーサーの中心部に設けられた中空管の内部に、該導体接続部材と該超電導ケーブルとの接続部が設置されていることを特徴とする超電導ケーブルの接続構造である。
【0022】
中空管の内部に、導体接続部材と長尺導体との接続部が設けられていると、ケーブル長手方向の長さが短いとの効果をより奏する。なお、中空管の材質は導体に限定されない。
【0023】
本発明の第6の態様は、絶縁スペーサーの中心導体として、超電導層を有する中心導体を用いることにより、超電導ケーブルの接続を電流容量の観点からさらに効果的に行なうものである。
【0024】
即ち、本発明の第6の態様は、超電導ケーブルと接続される中心導体を有し、該中心導体が超電導層を有することを特徴とする超電導ケーブル接続用絶縁スペーサーである。
【0025】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳述する。
はじめに、本発明の第1ないし第3の態様の実施形態について説明する。
図1は、本発明の第1、第2および第4の態様の、超電導ケーブルの接続構造の一例を示す正面説明図である。本例では、絶縁スペーサー1は、樹脂部2および中実の中心導体3から構成されている。樹脂部2には、通常エポキシ樹脂が用いられる。
【0026】
中心導体3の材質としては、低温で低抵抗となる金属が用いられ、銅またはアルミニウムを主体とする金属が例示される。中でも、アルミニウムを主体とする金属がより好ましく用いられている。ここでアルミニウムを主体とするとは、アルミニウム単体およびアルミニウムを主成分とする合金も含まれるとの意味である。
【0027】
図1中、4は導体接続部材である。導体接続部材4の材質としては、銅またはアルミニウムを主体とする金属が例示される。中でも、銅を主体とする金属が好ましく用いられている。ここで銅を主体とするとは、銅単体および銅を主成分とする合金も含まれるとの意味である。
【0028】
中心導体3にアルミニウムを主体とする金属を用い、導体接続部材4に銅を主体とする金属を用いる場合、異種の金属の接続となるためハンダ付けやロウ付けなどによっては、充分な強度の接続は困難である。前記のように、本発明の第2の態様では、マルチコンタクトによる接続を行なうことにより、この問題が解決されている。
【0029】
即ち、図1の例では、中心導体3と導体接続部材4の接続は、マルチコンタクトにより行われている。より具体的には、導体接続部材4はその一端末に凹部7を有し、かつその内周に3本の溝5が設けられ、溝5に導電弾性体(図示せず。)が挿入されている。中心導体3の端末には、凹部7の内径よりわずかに小さい径の突出部6が設けられ、突出部6が凹部7に挿入されている。
【0030】
マルチコンタクトを使用することにより、中心導体3と導体接続部材4の接続は、終端接続部を設置する現場においても容易に行うことができるとともに、この接続部に大きな電流を通電することができる。ただしマルチコンタクトは、導電弾性体のばね性により凹部7(接続孔)に挿入保持されているだけであるため、そのままでは突出部6が抜け落ちるおそれがある。このため、マルチコンタクトによる接続部分にロックナット、係止リングなどの係止機構(図示せず。)を使用し、突出部6の抜け落ちを防止することが好ましい。例えば、接続部分の中心導体3の表面および導体接続部材4の表面に雄ねじを設け、これらを両端にロックナットを有する連結ナットでつなぐ方法が考えられる。雄ねじによりロックナットを締め、該ロックナットの締め付け力により係止する。
【0031】
なお、図1の例では溝5は3本であるが、この本数は限定されず1本または複数本の溝を設けることができる。凹部7の内周に溝5を設ける代わりに、突出部6の外周に溝5を設けていてもよい。また本例では、中心導体3に突出部6が設けられ、導体接続部材4に凹部7が設けられているが、中心導体3に凹部が設けられ、導体接続部材4に突出部が設けられている構造でもよい。
【0032】
本発明の第3の態様では、中心導体3と導体接続部材4の接続は、マルチコンタクトによる代わりに摩擦圧接により行われる。摩擦圧接とは、被接続部材(図1の例では、中心導体3と導体接続部材4)の接続部を接触させ、一方を回転させて(または、回転速度または回転方向を相違させながら両方を回転させて)接触摩擦発熱をさせた後、回転を停止して、発生した摩擦熱と接続部に加えられた圧力により接合する方法である。摩擦圧接によっても、中心導体3と導体接続部材4の接続は、終端接続部を設置する現場においても容易に行うことができるとともに、この接続部に大きな電流を通電することができる。
【0033】
次に本発明の第4の態様の実施形態について説明する。
図1の導体接続部材4の他方の端末は、超電導ケーブル8の端末と接続されている。図1の例の超電導ケーブル8は、図4に示す従来の超電導ケーブルの例と同様の構造を有している。
【0034】
すなわち、その中心に金属線からなるフォーマー10を有しており、その周りが超電導層9により覆われ、さらにその周りが絶縁層、シールド層、保護層により覆われているが、導体接続部材4との接続部分では絶縁層、シールド層、保護層は取り除かれており、超電導層9の各層およびフォーマー10が階段状に露出している。
【0035】
そして、超電導層9がハンダ付けにより導体接続部材4に接続されている。図1の例においては、超電導層9は4層からなるが、各層毎に導体接続部材4とハンダ付けにより接続されている。本例においては、この接続はハンダ付けにより接続されているが、銀ロウ付けなどのロウ付けにより接続されていてもよい。
フォーマー10は、導体接続部材4と圧縮接合により接続されている。すなわち、導体接続部材4は凹部11を有し、その中にフォーマー10を挿入し、その挿入部の外側から導体接続部材4を圧縮することにより、導体接続部材4とフォーマー10が接続されている。
【0036】
本例において、超電導層9と導体接続部材4との接続は、ハンダ付けなどにより行われ、圧縮接合されていないので、従来技術の応用で問題になると考えられた接続による超電導層の破損が生じることはなく、また大電流が通電可能な接続が達成される。一方、フォーマー10と導体接続部材4との接続は、圧縮接合によるので、充分な強度を有する接続が達成される。すなわち超電導ケーブル8と導体接続部材4との間で、充分な強度を有し大電流が通電可能な接続が、超電導層の破損を生じることなく達成される。
【0037】
なお、中心導体3としては中空の管を用いることもできる。電流の表皮効果により、中空の管を用いても通電容量が大幅に低下することはない。
【0038】
次に本発明の第5の態様の実施形態について説明する。
図2は、本発明の第5の態様の一例を示す正面説明図である。図に示されるように、中空管22の内部で超電導ケーブル21の端末と導体接続部材24との接続がされている。この接続部の構造は特に限定されないが、図2の例では図1の場合と同様の構造を有している。中空管22内に接続部を設置することにより、導体接続部材24と超電導ケーブル21端末部の長さ分だけ、超電導ケーブルの接続構造を短くすることができる。
【0039】
図2の例では、導体接続部材24の他方の端末は、他の長尺導体25と接続されている。その接続部の構造は特に限定されないが、マルチコンタクトなどを用いることができる。このように、導体接続部材24が他の長尺導体25と接続されている場合は、中空管22は必ずしも導体である必要はなく、絶縁物からなるものであってもよく、例えば絶縁スペーサーの樹脂部23の樹脂により形成された管であってもよい。
【0040】
あるいは、中空管22としてアルミニウムなどの導体の管を用い、中空管22と導体接続部材24を、大電流の通電が可能なように接続してもよい。さらに中空管22が絶縁スペーサーの中心導体としての役割を併用していてもよい。
なお、導体接続部材24が他の長尺導体25と接続される部分は、必ずしも中空管22内になくてもよいが、図2の例のように中空管22内に設けられていると超電導ケーブルの接続構造をより短くすることができる。
【0041】
図3は第5の態様における超電導ケーブル同士の接続の一例を示す正面説明図であり、樹脂部33と中空管32からなる絶縁スペーサーの中空管32の中で、超電導ケーブル30および超電導ケーブル31が、導体接続部材34により接続されている。
【0042】
次に本発明の第6の態様の実施形態について説明する。
本発明の第6の態様では、図1の超電導ケーブルの接続構造において、中心導体3が、本発明の超電導ケーブルの接続構造が使用される環境下で超電導状態となる超電導層(超電導線)を有している。中心導体3が、超電導層を有せず、かつその断面積が充分大きくない場合、中心導体3に大電流を通電すると発熱量が大きくなる。その結果、液体窒素などの冷媒の気化による絶縁破壊などの問題が生じるおそれがあるので、この問題の発生を防ぐために大容量の冷凍機を使用する必要がある。
【0043】
一方、大電流の通電に対応するため中心導体3の断面積を大きくすると、絶縁スペーサー1全体の形状も大きくなり、冷却の際の中心導体3と樹脂の熱収縮の相違により樹脂部2が割れやすくなるという問題が生じる。中心導体3が超電導層を有する場合は、超電導層により発熱を伴わずに大電流を通電することができ、中心導体3の断面積を大きくする必要がないため好ましい。
【0044】
中心導体3に超電導層を設ける方法としては、超電導線を中心導体3に沿わしてハンダ付けする、中心導体3内に超電導線材を埋め込む方法などが例示される。なお、前記のような超電導層をその中心導体に有する絶縁スペーサーは、前記の本発明の第1〜5の態様以外の場合、さらには超電導ケーブル端末と該中心導体とを、導体接続部材を介さずに接続する場合においても使用でき、これらの場合においても、発熱を伴わずに大電流を通電することができ、中心導体の断面積を大きくする必要がないという効果を奏する。
【0045】
本発明の第1〜6の態様の超電導ケーブルの接続構造の用途は、超電導ケーブルと常電導ケーブルとの接続、超電導ケーブル同士の接続のいずれにも用いることができる。
【0046】
【発明の効果】
絶縁スペーサーの中心導体と導体接続部材との接続に、マルチコンタクトまたは摩擦圧接を用いることを特徴とする本発明の第1、第2の態様の超電導ケーブルの接続構造は、大電流が通電可能であり、かつ、中心導体と導体接続部材との接続を、終端接続部を設置する現場などにおいても、また中心導体と導体接続部材が異なった材質からなる場合であっても、容易にすることができ、かつ充分な強度の接続が得られる。
【0047】
導体接続部材と、超電導ケーブルのフォーマー端末とが圧縮接合により接続され、かつ導体接続部材と超電導層端末とがハンダ付けまたはロウ付けにより接続されていることを特徴とする本発明の第4の態様の超電導ケーブルの接続構造は、大電流が通電可能であり、導体接続部材と超電導ケーブルとが、超電導線が破損されることなく、さらに充分な強度で接続されている。
【0048】
絶縁スペーサーの中心にある中空管内に、導体接続部材と超電導ケーブルとの接続部が設置されていることを特徴とする本発明の第5の態様の超電導ケーブルの接続構造は、ケーブル長手方向の接続長さが短く、接続構造全体の長さを短くすることができる。
【0049】
絶縁スペーサーの中心導体に超電導層を設けた本発明の第6の態様の超電導ケーブル接続用絶縁スペーサーは、大電流の通電が可能であると共に、中心導体の断面積を小さくすることができ、絶縁スペーサーの小型化と絶縁スペーサーの樹脂部の割れ防止の効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一例を示す正面説明図。
【図2】本発明の他の例を示す正面説明図。
【図3】本発明の他の例を示す正面説明図。
【図4】従来の超電導ケーブルの一例を示す斜視図。
【図5】従来の終端接続部の一例を示す正面説明図。
【符号の説明】
1.61.絶縁スペーサー
2.23.33.樹脂部
3.中心導体
4.24.34.導体接続部材
5.溝
6.突出部
7.11.凹部
8.21.30.31.51.超電導ケーブル
9.41.超電導層
10.40.フォーマー
22.32.中空管
25.長尺導体
42.超電導線
43.絶縁層
44.シールド層
45.保護層
52.補強絶縁紙
53.超電導ケーブル端末部
54.下部シールド
55.電流リード
56.ブッシング
57.碍管
58.冷媒
59.冷媒槽
60.真空槽
Claims (10)
- 絶縁スペーサーの中心導体と超電導ケーブルとが、その端部がスリーブ形状の導体接続部材を介して接続されていることを特徴とする超電導ケーブルの接続構造。
- 絶縁スペーサーの中心導体と導体接続部材とがマルチコンタクトにより接続されていることを特徴とする請求項1に記載の超電導ケーブルの接続構造。
- 絶縁スペーサーの中心導体と導体接続部材とが摩擦圧接により接続されていることを特徴とする請求項1に記載の超電導ケーブルの接続構造。
- 絶縁スペーサーの中心導体の材質が、アルミニウムを主体とする金属であり、導体接続部材の材質が、銅を主体とする金属であることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の超電導ケーブルの接続構造。
- 超電導ケーブルと長尺導体とが導体接続部材を介して接続されている超電導ケーブルの接続構造において、該超電導ケーブルのフォーマーの端末部と該導体接続部材とが圧縮接合により接続され、かつ該フォーマー外周に設けられた超電導層と該導体接続部材とがハンダ付けまたはロウ付けにより接続されていることを特徴とする超電導ケーブルの接続構造。
- 長尺導体が絶縁スペーサーの中心導体であることを特徴とする請求項5に記載の超電導ケーブルの接続構造。
- 超電導ケーブルと長尺導体とが導体接続部材を介して接続されている超電導ケーブルの接続構造において、絶縁スペーサーの中心部に設けられた中空管の内部に、該導体接続部材と該超電導ケーブルとの接続部が設置されていることを特徴とする超電導ケーブルの接続構造。
- 絶縁スペーサーの中心部に設けられた中空管の内部に、導体接続部材と長尺導体との接続部が設置されていることを特徴とする請求項7に記載の超電導ケーブルの接続構造。
- 超電導ケーブルと接続される中心導体を有し、該中心導体が超電導層を有することを特徴とする超電導ケーブル接続用絶縁スペーサー。
- 中心導体が導体接続部材を介して超電導ケーブルと接続される中心導体であることを特徴とする超電導ケーブル接続用絶縁スペーサー。
Priority Applications (6)
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