JP2005341737A - 超電導機器の端末構造 - Google Patents

Abstract

【課題】冷媒槽内における冷媒を流通させる部分にかかる電界をできるだけ小さくして、放電を防止することができる超電導機器の端末構造を提供する。
【解決手段】冷媒が貯留される冷媒槽3と、一端が冷媒槽内に配置され、他端が常温側に配置される導体部21と、冷媒槽内に配置される導体部の周囲に形成され、冷媒の流通が緩和される流通状態緩和部8と、流通状態緩和部の外周に形成され、冷媒を流通させる冷媒流通部32とを有する。流通状態緩和部と冷媒流通部との境界を接地する。電圧印加時に流通状態緩和部にかかる電界よりも、冷媒流通部にかかる電界を小さくする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、常温側と極低温側との間に配置され、超電導ケーブルなどの超電導機器による大容量送電を可能とする超電導機器の端末構造に関するものである。

超電導機器の端末構造として、例えば、図５に示す構造のものが知られている(特許文献1参照)。図５は、従来の超電導機器の端末構造を示す概略構成図である。この端末構造は、超電導ケーブルの端部と常温側の常電導導体の端部とを導体部で接続している。例えば、図５に示すように、超電導ケーブルの端部に接続用導体210を接続し、この接続用導体210の端部とジョイント部270を介して導体部220を接続したものがある。

この端末構造は、接続用導体210と導体部220の一端(接続用導体210との接続側)とが配置される冷媒槽230と、冷媒槽230を覆う真空容器240と、真空容器240の常温側に突設される碍管250とを具える。

接続用導体210と導体部220は、通常、銅やアルミニウムなどの常電導材料にて形成され、導体部220は冷媒槽230から真空容器240を介して碍管250に亘って配置される。なお、真空容器240により、冷媒槽230の周りに断熱層を形成している。導体部220は、FRPなどの絶縁材からなるブッシング260内に配置される。

冷媒槽230には、ジョイント部270が配置されるとともに、このジョイント部270に接続される接続用導体210と導体部220の低温側とを冷却する液体窒素などの液冷媒が満たされる。碍管250は、導体部220の他端側が収納され、絶縁油などの絶縁流体が充填される。

特開2002-238144号公報

超電導ケーブルは、液体窒素などの液冷媒により極低温(例えば、約77K)に冷却することで超電導導体部分を超電導状態として抵抗を小さくし、大電流送電を可能にしている。一方、超電導ケーブル線路の外部にある電力機器は常温で利用されているため、超電導ケーブルの端部において極低温から常温に電流を引き出して電力機器などに電力の供給が行われたり、常電導側から超電導ケーブル側に電力が供給されたりする。

ところが、超電導ケーブル線路の外部は常温であるため、超電導の状態で電流を引き出すことはできず、常電導材料からなる冷却された接続用導体210および導体部220を介して常温側に電流を引き出すようにしている。

従って、超電導ケーブルと常温側とを接続する接続用導体210および導体部220は、超電導ケーブルと同等の電力を常温側に供給するべく、大電流が流されることになる。そこで、導体部220（常電導導体）の断面積(外径)を大きくし、かつ、液冷媒で導体部220を冷却することにより、抵抗を小さくして、常電導導体で接続することによる常温側と超電導ケーブル側の温度差から生ずる熱伝達と、常電導導体に電流が流れることによるジュール損との和を小さくするように工夫されている。

さらに、従来の超電導機器の端末構造では、導体部220を低温部から常温部に引出すために冷媒槽230および真空容器240にはこの導体部220を貫通させるために貫通部が形成されている。そして、導体部220には、高電圧が印加されることから、冷媒槽230および真空容器240を貫通させる際に、絶縁を確保する必要があり、そのため、ゴムやFRPなどの絶縁部材で構成されるブッシング260の中に導体部が配置される。

上記端末構造では、冷媒槽内の液冷媒は、通常は冷媒槽の外部に設ける冷却装置との間を循環させながら冷却装置で冷却することで冷媒の温度を所定の温度に維持するように制御している。

さらに、冷媒槽内では、導体部の低温側端部や、接続用導体に電圧が印加されるため、冷媒槽の内部において所定の電界以下になるように導体部の端部や接続用導体を冷媒槽の容器から離隔することにより所定の絶縁を確保している。

しかしながら、上記端末構造では、冷媒槽の液冷媒は、冷却装置で循環させているため、冷媒槽内に冷媒が流れる部分が生じる。この冷媒の循環などにより冷媒槽内で冷媒の移動が生じると、電気絶縁強度が低下し、場合によっては放電してしまう虞がある。

特に、直流送電用として超電導ケーブルを使用する場合、端末においては、電荷が冷媒槽内の冷媒に蓄積しやすく、冷媒の循環により冷媒の移動が生じると、直流電界内にある冷媒は電気絶縁強度が低下して放電する虞が大きい。

そこで、本発明の目的は、冷媒槽内における冷媒を流通させる部分にかかる電界をできるだけ小さくして、放電を防止することができる超電導機器の端末構造を提供することにある。

本発明は、超電導ケーブルと常温側との間の電力の送電を行うために、超電導ケーブルと常温側とを接続するための超電導機器の端末構造であり、直流送電用、または、交流送電用として用いることができる。

本発明の超電導機器の端末構造は、冷媒が貯留される冷媒槽と、一端が冷媒槽内に配置され、他端が常温側に配置される導体部と、冷媒槽内に配置される導体部の周囲に形成され、冷媒の流通が緩和される流通状態緩和部と、流通状態緩和部の外周に形成され、冷媒を流通させる冷媒流通部とを具える。そして、流通状態緩和部と冷媒流通部との境界を接地している。

導体部は、例えば、常温側の常電導導体と一端が接続され、他端が冷媒槽内に配置される。導体部における冷媒槽側端部は、超電導ケーブルの超電導導体と接続される接続用導体と接続するようにしてもよいし、接続用導体を介さずに超電導ケーブルの超電導導体に接続するようにしてもよい。

なお、導体部と接続用導体との接続は、接続用導体における導体部との接続側を編組導体にして、この編組導体の端部を導体部に接続することが好ましい。また、導体部は、その周りにブッシングを設ける構成とすることが好ましい。

前記接続用導体は、超電導導体でも常電導導体でもよい。常電導導体とする場合は、銅やアルミニウムなどの常電導材料にて形成する。また、超電導導体の場合は、例えば、Bi2223系超電導材料からなる線材を中実フォーマ上に螺旋状に巻回した構成や、中空フォーマ上に同線材を巻き付けた構成などが挙げられる。

導体部の周りにはブッシングが配置されており、冷媒槽の内部から、本体ケースから突出する位置に至るまで設けられている。このブッシングは、導体部の外周を直接絶縁材料で覆うようにして構成してもよいし、ステンレスなどの金属筒の外周に絶縁材料を注型する等によって構成してもよい。

絶縁材料としては、例えば、エチレンプロピレンゴムなどの絶縁ゴム材料や、強化繊維プラスチック(FRP)などが挙げられる。FRPは、絶縁性能がより高くて好ましい。

冷媒槽には、導体部の一部が配置される。例えば、導体部と、その導体部の一部の周りに形成されるブッシングと、導体部に接続される接続用導体とが配置される。そして、冷媒槽内に配置される導体部、ブッシング、接続用導体を冷媒で冷却するようになっている。冷媒槽に貯えられる冷媒としては、例えば液体窒素が挙げられる。

冷媒槽内の冷媒は、冷却装置で循環冷却できるようにすることが好ましい。冷却装置は本体ケース外部に設けられ、冷媒槽の冷媒を、冷媒供給通路を介して本体ケース外部に取り出し、冷却装置で冷却した後に冷媒供給通路を介して冷媒槽内に戻されるように循環させる。

冷媒槽内には、冷媒槽の壁部と導体部との間において、冷媒槽内に配置される導体部の周囲に形成され、冷媒の流通が緩和される流通状態緩和部と、流通状態緩和部の外周に形成され、冷媒を流通させる冷媒流通部とを有している。そして、流通状態緩和部と冷媒流通部との境界を接地している。接地は、例えば、流通状態緩和部の最外部を導電材料で覆い、この導電材料の部分を接地することにより行うことができる。この接地により、電圧印加時に流通状態緩和部にかかる電界よりも、冷媒流通部にかかる電界を小さくできる。

流通状態緩和部と冷媒流通部の具体的構成としては、例えば、冷媒槽内に、流通状態緩和部と冷媒流通部とに区画する区画壁を設けて、導体部が配置される区画壁の内側を流通状態緩和部とし、区画壁の外側を冷媒流通部とすることができる。この場合、区画壁を接地する。

この区画壁により、区画壁の内側に形成される空間に貯留される冷媒は流れが生じ難くなる。この区画壁によって、内側の空間のみで電界設計を行えばよくなる。なお、この区画壁とともに、後記するように導体部の周りに絶縁体を配置させたり、導体部として絶縁体を有する接続用ケーブルを用いたりして、流通状態緩和部を形成することもできる。

区画壁は、流通状態緩和部と冷媒流通部とを連通状態に区画するようにしてもよいし、流通状態緩和部と冷媒流通部とを非連通状態に区画するようにしてもよい。連通状態に区画する場合には、冷媒槽内における区画の内側では冷媒の流れがほとんど生じない程度に区画壁の内側と外側を連通する連通部を形成することができる。連通部を形成する場合には、内側空間内の冷媒も流れがほとんど生じない程度で連通部を介して徐々に冷媒の冷却を行うことができる。

区画壁はステンレスなどの導体で形成し、区画壁を接地することより、流通状態緩和部の冷媒の流れが緩和されて電界の乱れが無くなるし、電圧印加時に流通状態緩和部にかかる電界よりも、冷媒流通部にかかる電界を小さくできて、放電を防止できる。

流通状態緩和部と冷媒流通部とを非連通状態に区画する場合には、流通状態緩和部と冷媒流通部のそれぞれの冷媒圧力を圧力制御機構で制御することが好ましい。

流通状態緩和部と冷媒流通部とを非連通状態に区画して、冷媒圧力を制御する場合には、流通状態緩和部が冷媒流通部よりも高圧となるように制御する。流通状態緩和部の方が高圧となれば、流通状態緩和部の冷媒の沸点を冷媒流通部よりも上げられ（例えば77K→85Kなど）、導体の冷却により冷媒の温度が上昇しても冷媒が気化することを防止できる。流通状態緩和部の冷媒の温度より冷媒流通部の冷媒の温度を低くなるように温度勾配をつけることができるので、流通状態緩和部の冷却効果が向上する。

流通状態緩和部の他の構成としては、例えば、冷媒槽内に配置される導体部の周囲に冷媒が含浸された絶縁体を配置させることにより構成することができる。この場合、冷媒槽内に配置されている導体部は、その外周における前記ブッシングを設けていない部分の周囲に絶縁体を配置させることが好ましい。

導体部をこのように構成する場合、具体的には、前記ブッシングの電圧が印加される部分から、ブッシングが設けられていない導体部の全てを覆うように絶縁体を形成することが好ましい。このとき、導体部は、冷媒槽のケーブル側開口部に至る範囲まで、例えば、導体部と接続される接続用導体まで至るように、ブッシングから導体部、接続用導体まで連続するように絶縁体を配置させることが好ましい。

絶縁体は、冷媒を含浸させられる絶縁紙を用い、導体部の低温側端部の外周に絶縁紙を巻き付ける。導体部に接続用導体を接続する場合には、この接続用導体の外周にも絶縁紙を巻き付けることが好ましい。絶縁紙としては、クラフト紙やPPLP(登録商標)などの半合成絶縁紙が挙げられる。

さらに絶縁紙には冷媒を含浸させるとともに、この絶縁体の最外部に電極層を形成し、電極層を接地する。この場合、電極層の内側に流通状態緩和部が形成され、電極層の外側に冷媒流通部が形成される。このように絶縁体と電極層とを設け、この電極層を接地させることにより、この絶縁体中の冷媒は流れが起こり難くなり、絶縁体中の冷媒に電界が印加されても電界の乱れが起こらず、放電を確実に防止できる。

他の流通状態緩和部の構成としては、導体部の少なくとも一部を、超電導導体と第一絶縁体を具える接続用ケーブルで構成するものが挙げられる。

接続用ケーブルは、超電導ケーブルと同じ構造の超電導導体と第一絶縁体を具えることが好ましい。そして、接続用ケーブルの両端部に第二絶縁体を配置し、第一絶縁体と第二絶縁体に冷媒を含浸させて流通状態緩和部を構成する。

第二絶縁体は、例えば、ブッシングの電圧が印加される部分から接続用ケーブルの常温側端部に至る範囲と、接続用ケーブルの超電導ケーブル側端部付近とに配置する。

接続用ケーブルの超電導ケーブル側端部付近とは、例えば、接続用ケーブルにおける第一絶縁体のケーブル側端部から、冷媒槽のケーブル側開口部近くまでの範囲をいう。

超電導ケーブルと同じ構造の超電導導体とは、Bi2223系超電導材料からなる線材をフォーマ上に螺旋状に巻回した構成をいい、フォーマは、中空タイプでも中実タイプでもよい。絶縁体とは、超電導導体に前記した絶縁紙を巻き付けて構成される。

この場合も、導体部の周りに形成される絶縁体に冷媒が含浸され、この絶縁体の最外部に電極層を形成する。この場合も、電極層の内側に流通状態緩和部が形成され、電極層の外側に冷媒流通部が形成される。この電極層を接地させているので、冷媒に電界が印加されても、流通状態緩和部においては、電界の乱れが生じず、安定した絶縁強度が得られ、放電を確実に防止できる。

なお、本発明の端末構造に接続される超電導ケーブルは、超電導導体を有するケーブルコアを１本具える単相超電導ケーブルとしてもよいし、同ケーブルコアを複数具える多相超電導ケーブルとしてもよい。後者の場合、例えば、３本のケーブルコアを撚り合わせて断熱管に収納された三心一括型の三相超電導ケーブルが挙げられる。公知の単相超電導ケーブル、多相超電導ケーブルでもよい。

本発明の超電導機器の端末構造は、前記したように、冷媒槽は、流通状態緩和部と、冷媒流通部とを具え、流通状態緩和部と冷媒流通部との境界を接地させ、冷媒流通部に電界がほとんどかからないように構成している。

その結果、流通状態緩和部により導体部から冷媒に電圧が印加されても導体部の周りの冷媒には流れがほとんど生じず、導体部の周りの冷媒による電気絶縁強度の低下を防ぐことができる。

特に、直流送電用超電導機器の端末構造の場合、電荷が冷媒槽内の冷媒に蓄積しやすいので、冷媒の移動が生じると、直流電界内にある冷媒は電気絶縁強度が低下する。しかしながら、本発明によれば、流通状態緩和部に電荷を溜め、この流通状態緩和部と冷媒流通部の境界を接地しているので、放電を防止することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１に本発明の第一実施形態を示す。

(第一実施形態)
図１は、第一実施形態に係る本発明超電導機器の端末構造を示す概略全体構成図であって、本実施形態は、直流送電用超電導機器の端末構造である。この端末構造は、接続用導体12と、導体部21と、本体ケース13と、碍管14とを具える。接続用導体12は、超電導ケーブル10に具えるケーブル用超電導導体101の端部と電気的に接続される。導体部21は、接続用導体12と常温側の常電導導体11とを接続する。本体ケース13は、真空容器を形成し、内部に冷媒槽3が配置される。碍管14は、本体ケース13に取り付けられている。

本体ケース13と冷媒槽3は、ステンレスで形成されており、本体ケース13内を真空状態にすることにより、冷媒槽3の周りに断熱層を形成している。冷媒槽3の周りに形成される断熱層により、冷媒槽3の極低温状態を効率良く維持するようになっている。

冷媒槽3内は、液体窒素などの冷媒が充填されており、本体ケース13の外部に設けるリザーバー44、ポンプ42、冷却装置41を冷媒供給通路43を介して冷媒槽3に連通させている。本実施形態では、まず、冷媒槽3の冷媒をポンプ42により本体ケース外部に取り出して一旦リザーバー44に溜め、このリザーバー44から冷媒を冷却装置41に供給する。そして、ポンプ42により冷却装置41で冷却された冷媒を冷媒槽3に戻すようにして、冷媒槽3内の冷媒を循環冷却するようになっている。

本実施形態では、導体部21の周りにはブッシング15が配設されており、導体部21の一端が冷媒槽3内に配置され、本体ケース13の断熱層を介して他端が碍管14の内部に挿入されるように配置されている。

ブッシング15は、導電性の金属筒の外周を絶縁性に優れるFRPなどの絶縁部材で覆って構成している。碍管14の内部に形成される空間には、絶縁油などの絶縁流体を充填させている。

接続用導体12は、本実施形態では、銅やアルミニウムなどの常電導材料からなる常電導導体を用いている。なお、接続用導体12は、Bi2223系超電導材料からなる線材をフォーマ上に螺旋状に巻回した超電導導体を使用してもよい。

導体部21の冷媒槽内側端部には編組導体16を接続しており、編組導体16は、一端が接続用導体12の端部に接続され、他端が導体部21の端部に接続される。この編組導体16の周囲は、銅からなるシールドカバー17で覆われている。シールドカバー17の外面には、図示していないがクラフト紙などの絶縁紙が巻かれている。金属からなるシールドカバー17を直接冷媒に露出させることなく、絶縁材で覆うことにより、絶縁性能を向上させられ、絶縁強度を確保することができる。

本実施形態で用いる超電導ケーブルは、例えば、１本のケーブルコア100を断熱管102に収納された単相超電導ケーブル10を用いている。このケーブル10の断熱管102は、図示していないが、外管と内管とからなる二重管の間に断熱材を配置して二重管内を真空引きした構成としている。ケーブルコアは、中心から順にフォーマ、超電導導体、電気絶縁層、シールド層、保護層を具える。

本実施形態では、超電導ケーブル10のケーブル用超電導導体101の端部を接続用導体12に接続し、この接続用導体12を編組導体16を介して導体部21の端部に接続するようになっている。なお、ケーブル用超電導導体101の端部と接続用導体12との接続は、低温槽3の外部のケーブル接続側冷媒槽53内で行っている。

接続用導体12の外周における、冷媒槽3のケーブル側開口部31に対向した位置には、絶縁機能と機械的強度とを有するエポキシユニット51を配置している。接続用導体12の外周におけるエポキシユニット51の長手方向の両側と、露出されたケーブルコア100のケーブル用超電導導体101の外周には、クラフト紙などの絶縁材52を配置させている。

そして、接続用導体12の超電導ケーブルとの接続側を液体窒素などの冷媒を充填させたケーブル接続側冷媒槽53に収納させ、ケーブル接続側冷媒槽53は、本体ケース13に収納させている。

本実施形態では、冷媒槽3内に、導体部21と接続用導体12が内蔵される内側空間61と、この内側空間61の外側に設ける外側空間62とに区画する区画壁7を設けている。区画壁7は、冷媒槽3と同じステンレスにより形成されており、この区画壁7により内側空間61に流通状態緩和部8を形成し、外側空間62に冷媒流通部32を形成している。

区画壁7は、導体部21の外周に配置されるブッシング15のテーパー部が終わり、直線部分となる外周面近くから、接続用導体12の冷媒槽3のケーブル側開口部31まで、ブッシング15と導体部21と接続用導体12とを覆うようにＬ型筒状に形成されている。そして、区画壁7は、ブッシング側開口部において、内側空間61と外側空間62を連通させる連通部71を形成している。この連通部71により、外側空間62と内側空間61との間で冷媒の流出入を行うようにしている。さらに、区画壁7の外面を接地している。

区画壁7を設けることにより、区画壁7の内部に形成される内側空間61に貯留される冷媒は、冷媒の流れが生じ難くなり、また、外側空間62では、冷却装置41による循環冷却で冷媒を移動させながら冷却がなされる。

このように、区画壁7を設け、この区画壁7の外面を接地しておくことにより、内側空間61の冷媒の流れが緩和されると、電界の乱れが抑制され、絶縁強度が確保される。この区画壁7で、内側空間61のみで電界設計を行えばよくなる。特に、本実施形態では、直流送電用端末であるので、電荷が冷媒槽内の冷媒に蓄積しやすいが、流通状態緩和部8に電荷を溜め、区画壁7を接地しているので、放電を防止することができる。

上記実施形態では、単相超電導ケーブルを示したが、多相超電導ケーブルでも利用できる。この点は、以下の実施形態についても同様である。

(第二実施形態)
第二実施形態では、図２に示すように、内側空間と外側空間とを連通不能となるように区画壁を構成し、内側空間（流通状態緩和部）および外側空間（冷媒流通部）の内部圧力を個別に圧力制御するようにしている。

図２に示す端末構造は、基本的構成は図１に示す第一実施形態の超電導機器の端末構造と同様であり、同じ構成部分については、同一の符号で示し、説明を省略する。

本実施形態では、区画壁7のブッシング側開口部は、冷媒槽3の内壁面に当接させ、他方の開口部をケーブル側開口部31の外周囲に当接させて、内側空間61と外側空間62とが連通しないようにしている。そして、内側空間61と外側空間62のそれぞれの空間の冷媒圧力を圧力制御機構9で制御する構成としている。

圧力制御機構9は、内側空間61の冷媒圧力を制御する第一圧力調整手段91と外側空間62の冷媒圧力を制御する第二圧力調整手段92とを具える。

区画壁7には、本体ケース13の外部に引き出される圧力調整用通路93が接続される。この圧力調整用通路93の終端部には第一リザーバー94が配置される。第一圧力調整手段91は、第一リザーバー94の近くに配置される。第一圧力調整手段91は、例えばヘリウムガスを第一リザーバー94内に供給し、第一リザーバー94内から排出するようになっている。この第一圧力調整手段91を図示していない制御手段により内側空間61内の冷媒が所定の圧力となるように駆動させる。

また、外側空間62内の冷媒の圧力制御は、冷媒供給通路43の途中で、冷媒槽3とポンプ42との間に第二リザーバー95を設け、この第二リザーバー95内の圧力を第二圧力調整手段92で調整するようにしている。第二圧力調整手段92も、例えばヘリウムガスを第二リザーバー95内に供給し、第二リザーバー95内から排出するようになっている。第二リザーバー95内の圧力を調整することにより、冷却装置41で冷却される冷媒の圧力を所定の圧力にして、冷却された所定圧力の冷媒をポンプ42により冷媒槽3に供給するようにしている。

本実施形態では、内側空間61の圧力を外側空間62の圧力よりも高圧となるように、即ち、外側空間62内の冷媒沸点よりも、内側空間61内の冷媒沸点が、例えば10K高くなるように冷媒圧力制御を行う。このように冷媒圧力を制御することにより、導体の冷却により内側空間61内の冷媒の温度が外側空間62内の冷媒の温度より高くなっても冷媒が気化することを防止できる。

(第三実施形態)
図３に示す第三実施形態は、区画壁を用いることなく、冷媒に接する部分となるブッシング15および導体部21の低温側端部そして接続用導体12の端部の外周に冷媒が含浸された絶縁体81を配置することにより流通状態緩和部8を構成している。

図３に示す端末構造は、基本的構成は図１に示す第一実施形態の超電導機器の端末構造と同様であり、同じ構成部分については、同一の符号で示し、説明を省略する。なお、ケーブル用超電導導体101の端部と接続用導体12との接続は、低温槽3の外部のケーブル接続側冷媒槽53内で行っている。

第三実施形態も、導体部21と、この導体部21が内蔵されるブッシング15と、接続用導体12と、導体部21と接続用導体12と接続する編組導体16と、接続用導体12に接続されるケーブル用超電導導体101とを有する構成となっている。

本実施形態では、前記ブッシング15の電圧が印加される部分から接続用導体12における冷媒槽3のケーブル側開口部31に至る範囲において、ブッシング15、導体部21、編組導体16、接続用導体12の外周に連続するように絶縁体81を配置させている。

具体的には、導体部21の低温側端部をブッシング15のテーパー部分と共に覆い、さらに、編組導体16と接続用導体12とを導体部との接続端部からエポキシユニット51まで覆うように絶縁体81を設けている。この絶縁体81もクラフト紙などの絶縁紙を導体の外周に巻き付けることにより形成されている。

なお、図示していないが、絶縁体81の最外周面を、例えば、冷媒が通過可能な銅などの導電材料からなる編組材で覆って電極層を形成している。そして、この電極層を接地線引出し部18から本体ケース外部に接地させている。

本実施形態では、電極層の内側に流通状態緩和部が形成され、電極層の外側に冷媒流通部が形成される。そして、絶縁体81を設け、この絶縁体81の外周面に形成する電極層を接地させているので、絶縁体81に含浸された冷媒は流れが起こり難くなり、絶縁体中の冷媒に電界が印加されても安定した絶縁強度を有することとなる。

(第四実施形態)
図４に示す第四実施形態では、導体部21と、ブッシング15と、接続用ケーブル22とを有する構成となっている。本実施形態では、接続用ケーブル22を導体部21の一部としている。接続用ケーブル22は、超電導ケーブルと同じ構造の接続用超電導導体23と第一絶縁体24を具える。

図４に示す端末構造は、基本的構成は図１に示す第一実施形態の超電導機器の端末構造と同様であり、同じ構成部分については、同一の符号で示し、説明を省略する。本実施形態は、接続用超電導導体23をケーブル用超電導導体101の端部と接続しており、この接続はエポキシユニット51内の接続部材を介して行っている。

第四実施形態では、接続用ケーブル22の一端側周辺と他端周辺に第二絶縁体82,83を配置している。具体的には、ブッシング15の電圧が印加される部分から接続用ケーブル22の導体部側端部に至る範囲において、ブッシング15、導体部21、接続用ケーブル22の端部の外周に第二絶縁体82を配置する。即ち、第二絶縁体82は、導体部21の低温側端部をブッシング15のテーパー部分とともに覆い、さらに、接続用ケーブル22の導体部との接続端部まで覆うように設けられている。

また、接続用ケーブル22は、冷媒槽3のケーブル側開口部31から第一絶縁体24のケーブル側端部に至るまで、即ち、第一実施形態の絶縁材52と同じように、接続用ケーブル22の超電導ケーブル側端部の外周と、エポキシユニット51を覆うように、その外周に第二絶縁体83を配置する。第一絶縁体24、第二絶縁体82,83のそれぞれに冷媒を含浸させて流通状態緩和部8を構成している。

接続用ケーブル22の接続用超電導導体23は、本実施形態では、Bi2223系超電導材料からなる線材をフォーマ上に螺旋状に巻回したものを用いている。さらに、第一絶縁体24は、接続用超電導導体23にクラフト紙などの絶縁紙を巻き付けて構成している。

なお、図示していないが、第二絶縁体82、第一絶縁体24，83の最外周面を、例えば、冷媒が通過可能な銅などの導電材料からなる編組材で覆って電極層を形成している。そして、この電極層を接地線引出し部18から本体ケース外部に接地させている。

本実施形態も、第一絶縁体24、第二絶縁体82,83の外面に設ける電極層を接地している。この場合も、電極層の内側に流通状態緩和部が形成され、電極層の外側に冷媒流通部が形成される。第一絶縁体24、第二絶縁体82,83に冷媒が含浸されているので絶縁体中の冷媒に電界が印加されても電界の乱れが生じず、絶縁強度が確保できる。

流通状態緩和部と冷媒流通部の境界の接地は、冷媒槽の外面を接地させて、冷媒槽の内面と流通状態緩和部と冷媒流通部の境界とを電気的に接続することにより、冷媒槽を介して前記境界を接地するようにしてもよい。また、導体部の外周に設ける絶縁体を超電導ケーブルの超電導導体を覆う絶縁体に連続させるように構成して、この超電導導体を覆う絶縁体と導体部の絶縁体とに連続する電極層を形成して、この電極層を接地するようにしてもよい。

さらに、前記した第２実施形態の区画壁の構成に、第３実施形態、または、第４実施形態の絶縁体の構成を組み合わせて、区画壁と絶縁体とにより流通状態緩和部を構成してもよい。この場合は、絶縁体の最外部に電極層を形成して、この電極層を接地させることが好ましい。

本発明端末構造は、常温にて利用される電気機器や常電導ケーブルなどに接続される超電導ケーブルの終端部の形成に好適であり、単相超電導ケーブル、多相超電導ケーブルのいずれにも利用することができる。また、交流線路、直流線路のいずれにも利用することができるが、直流送電用として用いる場合に好適である。

本発明超電導機器の端末構造を示す第一実施形態に係る概略全体構成図である。 本発明超電導機器の端末構造を示す第二実施形態に係る概略全体構成図である。 本発明超電導機器の端末構造を示す第三実施形態に係る概略部分構成図である。 本発明超電導機器の端末構造を示す第四実施形態に係る概略部分構成図である。 従来の超電導機器の端末構造を示す概略構成図である。

符号の説明

10 超電導ケーブル
100 ケーブルコア 101 ケーブル用超電導導体 102 断熱管
11 常電導導体 12 接続用導体 13 本体ケース 14 碍管
15 ブッシング 16 編組導体 17 シールドカバー
18 接地線引出し部
21 導体部 22 接続用ケーブル
23 接続用超電導導体 24 第一絶縁体
3 冷媒槽 31 ケーブル側開口部 32 冷媒流通部
41 冷却装置 42 ポンプ 43 冷媒供給通路
44 リザーバー
51 エポキシユニット 52 絶縁材
53 ケーブル接続側冷媒槽
61 内側空間 62 外側空間
7 区画壁 71 連通部
8 流通状態緩和部
81 絶縁体 82,83 第二絶縁体
9 圧力制御機構
91 第１圧力調整手段 92 第２圧力調整手段
93 圧力調整用通路 94 第一リザーバー 95 第二リザーバー
210 接続用導体 220 導体部 230 冷媒槽 240 真空容器
250 碍管 260 ブッシング 270 ジョイント部

Claims (6)

1. 冷媒が貯留される冷媒槽と、
   一端が冷媒槽内に配置され、他端が常温側に配置される導体部と、
   冷媒槽内に配置される導体部の周囲に形成され、冷媒の流通が緩和される流通状態緩和部と、
   流通状態緩和部の外周に形成され、冷媒を流通させる冷媒流通部とを有し、
   流通状態緩和部と冷媒流通部との境界を接地していることを特徴とする超電導機器の端末構造。
2. 冷媒槽内に、流通状態緩和部と冷媒流通部とに区画する区画壁を設け、この区画壁を接地していることを特徴とする請求項１に記載の超電導機器の端末構造。
3. 冷媒槽内に配置される導体部の周囲に冷媒が含浸された絶縁体を配置し、この絶縁体の最外部に電極層を形成し、電極層を接地していることを特徴とする請求項１に記載の超電導機器の端末構造。
4. 冷媒槽内に配置される導体部の少なくとも一部が、
   超電導導体と第一絶縁体を具える接続用ケーブルで構成され、
   接続用ケーブルの端部に第二絶縁体を有し、
   それぞれの絶縁体に冷媒を含浸させ、
   これら絶縁体の最外部に電極層を形成し、電極層を接地していることを特徴とする請求項１に記載の超電導機器の端末構造。
5. 冷媒槽内に、流通状態緩和部と冷媒流通部とを非連通状態に区画する区画壁を設け、
   流通状態緩和部と冷媒流通部のそれぞれの冷媒圧力を個々に圧力制御機構で制御可能としていることを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の超電導機器の端末構造。
6. 直流送電用の超電導ケーブルの接続に用いることを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載の超電導機器の端末構造。

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