JP2007089343A - 超電導ケーブルの中間接続構造の組立方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 中間接続構造をより小型に形成することができる超電導ケーブルの中間接続構造の組立方法を提供する。
【解決手段】 本発明は、ケーブルコア101と、コア101に沿って配される光ファイバ10A,10Bとを有する超電導ケーブル100A,100B同士を接続する中間接続構造の組立方法である。接続する2条の超電導ケーブル100A,100Bの端部において、光ファイバ10A,10Bの余長11A,11Bを引き出し、これら光ファイバ10A,10B同士を接続して接続部30を形成した後、余長10A,10Bを引き出した超電導ケーブル100A,100B側にそれぞれ引き込む。この引き込み作業により、接続箱に収納される光ファイバ10A,10Bの量を低減して、接続箱を小型化する。
【選択図】 図7

Description

本発明は、超電導ケーブル同士を接続する中間接続構造を組み立てる方法に関するものである。特に、小型な接続構造を構築することができる超電導ケーブルの中間接続構造の組立方法に関する。

従来、電力供給線路に用いる電力ケーブルとして、超電導ケーブルが検討されている。超電導ケーブルは、超電導導体を有するケーブルコアを断熱管内に収納させ、断熱管内に充填した冷媒により超電導導体を冷却して超電導状態とする構成のものが代表的である。また、近年、1条のケーブルコアを断熱管内に収納した単心ケーブルだけでなく、複数のコアを一括して断熱管内に収納した多心ケーブルも開発されつつある。

上記超電導ケーブルは、製造上、輸送上、布設上などの理由によりケーブル長が制約される。そのため、超電導ケーブルを用いて長距離に亘る電力供給線路を構築する場合、線路途中に異なるケーブル同士を接続する中間接続が必要となる。三心超電導ケーブルの中間接続構造として、例えば、特許文献1に記載のものがある。この中間接続構造は、接続する2条の超電導ケーブルの端部からそれぞれ3条のコアを引き出し、異なる超電導ケーブルから引き出されたコア同士を接続し、コアの端部及びこれらコアの接続部を同一の接続箱内に収納して構成される。

線路構築後、超電導ケーブルの断熱管内や上記接続箱内に冷媒を導入する。冷却初期に急激な冷却を行うと、ケーブル構成部材などが急激な温度変化により損傷する恐れがある。そこで、上記ケーブルコアの接続部を含むケーブルの全長に亘って温度を確認しながら、ケーブル構成部材の性能に影響を与えない程度の温度変化となるように徐々に冷却することが一般的である。そして、ケーブルコアやコアの接続部などが十分に冷却されたことを確認した上で、線路の運転が開始される。超電導ケーブルの全長に亘って温度を確認するためにケーブルコアに沿って光ファイバを用いた温度センサを配置することが考えられている(非特許文献1参照)。

光ファイバを用いた温度センサが配された超電導ケーブルにおいて中間接続構造を形成する際、ケーブルコア同士の接続に加えて、上記光ファイバ同士の接続も必要となる。光ファイバの接続には、通常、融着接続機が用いられる。従って、中間接続構造の形成にあたり光ファイバを接続する際、融着接続機を設置可能なスペースに光ファイバの端部が配されるように、超電導ケーブルの端部から光ファイバを引き出して行う。そして、接続箱には、ケーブルコアの接続部と共に、光ファイバの接続部、及び上記引き出した光ファイバの余長が収納される。

特開2000-340274号公報(図1) SUPERCONDUCTIVITY COMMUNICATIONS,Vol.11,No.1,Feb. 2002 タイトル：高温超電導ケーブルの試験結果一部公開さる 東京大学大学院工学系研究科超伝導工学専攻 岸尾研究室気付 超電導情報研究会 [平成17年6月22日検索]、インターネット＜http://www.chem.t.u-tokyo.ac.jp/appchem/labs/kitazawa/SUPERCOM＞

しかし、従来の中間接続構造では、大型化するという問題がある。
上述のように光ファイバ同士を付き合わせて融着接続した後、この接続部と超電導ケーブルから引き出された光ファイバの余長全体は、接続箱に収納される。ここで、光ファイバは、許容曲げ半径Rが比較的大きく、例えば、直径φ1mm程度の光ファイバでR=100mm程度である。許容曲げ半径Rを超える曲げを光ファイバに加えると、伝送損失が大きくなり、適正な測定や伝送を行うことができなくなる。そのため、許容曲げ半径Rを満たすように引き出した余長を接続箱に収納することになるが、その場合、接続構造(接続箱)の寸法、特に、外径が大きくなるという問題がある。また、ケーブルコアの接続部を先に形成した場合、コアの接続部の外周などに光ファイバの余長を巻回することが考えられるが、この場合も、接続箱の外径をある程度大きくせざるを得ない。接続箱の設置箇所によっては、スペースが限られている場合もあり、接続構造が大型化することで設置箇所(例えば、既存のマンホール)に収納できないことも考えられる。従って、接続構造の大型化は、好ましくない。

そこで、本発明の主目的は、ケーブルコアに沿って光ファイバを具える超電導ケーブルの中間接続構造を過度に大型化することなく、小型な接続構造とすることができる超電導ケーブルの中間接続構造の組立方法を提供することにある。

本発明は、接続の際に超電導ケーブルから引き出した光ファイバを、接続後、超電導ケーブル側に戻すことで上記目的を達成する。
本発明は、ケーブルコアと、コアに沿って配される光ファイバとを有する超電導ケーブル同士を接続する超電導ケーブルの中間接続構造の組立方法において、以下の1〜3の工程を具えることを特徴とする。
1.接続する2条の超電導ケーブルの端部において、光ファイバを引き出し、これら光ファイバ同士を接続する工程
2.光ファイバ接続後、光ファイバの余長を引き出した超電導ケーブル側に戻す工程
3.コア同士の接続を行う工程

以下、本発明をより詳しく説明する。
まず、本発明に利用する超電導ケーブルの構成から説明する。本発明に用い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具えるものを対象とし、代表的には、このケーブルコアを収納し、内部に冷媒が充填される断熱管を具えるものが挙げられる。ケーブルコアは、超電導導体と、同導体の外周に設けられる電気絶縁層とを具える構成を基本構成とする。その他、ケーブルコアの構成部材として、超電導導体の内側に設けられるフォーマ、電気絶縁層の外周に設けられ、超電導導体と異なる外部超電導層、外部超電導層の外周に設けられる保護層が挙げられる。更に、ケーブルコアは、超電導導体と電気絶縁層との間に設けられる内部半導電層、電気絶縁層と外部超電導層との間に設けられる外部半導電層を具えていてもよい。

フォーマは、超電導導体を所定形状に保形するもので、中実でも中空でもよく、パイプ状のものや撚り線構造のものが利用できる。材質としては、銅、銅合金やアルミニウム、アルミニウム合金などといった冷媒温度近傍において低抵抗であり、非磁性の金属材料が好適である。フォーマと超電導導体との間に絶縁紙やカーボン紙などで形成されるクッション層を介在させると、フォーマと超電導導体を構成する超電導線材(後述)との間で、これらを構成する金属同士が直接接触することを回避し、超電導線材の損傷を防止することができる他、フォーマ表面をより平滑な面にする機能も有する。超電導導体及び外部超電導層は、例えば、Bi2223系酸化物超電導材料からなる線材をフォーマ上、電気絶縁層上に螺旋状に巻回することで形成される。超電導線材の巻回は単層でも多層でもよく、多層とする場合、クラフト紙などの絶縁紙や、ポリプロピレンとクラフト紙とからなるPPLP(住友電気工業株式会社の登録商標)などの半合成絶縁紙などから構成される層間絶縁層を設けてもよい。電気絶縁層は、PPLP(登録商標)などの半合成紙やクラフト紙などの絶縁紙といった絶縁材を超電導導体の外周に巻回して形成される。外部超電導層は、超電導ケーブルを交流送電に利用する場合、超電導導体を流れる交流の磁場が外部に漏洩することを抑制する遮蔽層として機能する。超電導ケーブルを直流送電に利用する場合、外部超電導層は、帰路導体や中性線として利用できる。保護層は、主として外部超電導層の機械的保護を図るものであり、クラフト紙などの絶縁紙を外部超電導層の上に巻回して形成される。

上記ケーブルコアを収納する断熱管は、例えば、外管と内管とからなる二重管の間を真空引きした真空断熱構造のものが挙げられる。真空引きに加えて、両管の間に断熱材を配置してもよい。真空引きは、予め工場などで行っておくことが好ましい。また、断熱管は、所定の真空度の真空層を有する状態としておき、かつケーブルコアの接続部を構成する際に上記真空層が破壊されないような構成としておくと、布設現場における真空引き作業を軽減することができる。内管内には、超電導導体や外部超電導層を冷却する液体窒素などの冷媒を充填させる。このような断熱管としては、可撓性を有するコルゲート管が好ましい。

本発明では、上記ケーブルコアを1条以上断熱管内に収納させた超電導ケーブルを利用する。例えば、1条のケーブルコアを断熱管に収納させた単心超電導ケーブルでもよいし、2条以上のコアを撚り合わせて断熱管に収納させた多心超電導ケーブルでもよい。多心ケーブルとしては、例えば、3条のコアを撚り合わせて一つの断熱管に一括して収納させた三心ケーブルが挙げられる。多心ケーブルとする場合、撓みを持ってケーブルコアを撚り合わせると、この撓みを熱収縮代として利用することができる。

特に、本発明では、上記ケーブルコアに沿って光ファイバが配され、この状態で断熱管に収納された超電導ケーブルを対象とする。光ファイバは、最小限の保護層を具える光ファイバ素線、光ファイバ素線の外周に二次被覆を具える光ファイバ心線のいずれを利用してもよく、心線の場合、1心の光ファイバを具える単心線、複数心の光ファイバを並べて被覆層を設けてテープ状としたテープ心線などがある。更に、光ファイバとして、光ファイバ素線の外周、又は光ファイバ心線の外周に高強度材料からなる被覆層を具えたものを利用すれば、光ファイバをより確実に保護できると共に、後述するような引き込みや押し込みといった操作の際に損傷することを防止することができる。高強度材料としては、例えば、ステンレスなどの金属材料が挙げられる。また、高強度材料からなる被覆層は、可撓性を有するものが好ましく、例えば、上記材料からなる薄肉管を利用することが挙げられる。例えば、高強度材料からなる被覆層としてステンレス管を利用する場合、厚さは、0.1〜0.3mm程度が挙げられる。このとき、薄肉管の内周と光ファイバ(素線又は心線)の外周との間に設けられる空隙は、樹脂などを充填し、光ファイバと管とを一体化しておくことが好ましい。上記空隙が十分小さく、光ファイバが薄肉管から抜け落ちないようであれば、樹脂などを充填しなくてもよい。この薄肉管に収納させる光ファイバは、1心としてもよいし、多心としてもよい。収納させる光ファイバの数に応じて薄肉管の大きさを適宜選択するとよい。その他、光ファイバとして、上記光ファイバ心線を具える光ファイバケーブルを利用してもよい。光ファイバケーブルの具体的な構成としては、外周側に心線を収納可能な溝を有するスペーサと、スペーサの外周を覆うように配される保護層とを具える構成が挙げられる。上記スペーサの中心部には、テンションメンバを具える。

上記光ファイバがケーブルコアに沿って配されることで、コアの諸状態の把握に利用することができる。例えば、光ファイバは、ケーブルコアの温度や、コアの長手方向に沿って温度分布を測定することに利用できる。より具体的には、例えば、光ファイバの端部にレーザ光源を有する温度検出装置を接続し、光ファイバの一端或いは両端からパルス波形のレーザ光を入射して、そのラマン後方散乱光の強度を検出すると、上記散乱光の強度が温度に依存する性質から、光ファイバの外周近傍の温度、即ち、ケーブルコアの温度を求めることができる。また、レーザ光を光ファイバに入射してからその散乱光が検出されるまでの往復時間により、散乱光の発生位置を決定することができる。即ち、ケーブルコアの各地点の温度が求められる。従って、例えば、運転時、ケーブルコアのある地点で事故などによりクエンチが生じて温度が上昇した際、温度及び位置を確認することで、事故地点を検出することができる。このように光ファイバを事故点検出用センサとして用いることができる。また、上記のように光ファイバを用いることで、ケーブルコアの各地点の温度が求められることから、コアの長手方向に沿った温度分布を得ることができる。従って、例えば、線路構築後、冷媒の導入初期において、ケーブルコアの長手方向の温度分布を把握することができる。即ち、光ファイバを温度分布検出用センサとして用いることができる。或いは、光ファイバを通信線として利用することももちろん可能である。このような光ファイバを複数心具えて、異なる用途に用いることもできる。

上記光ファイバをケーブルコアに沿って配置するには、例えば、コアの外周に螺旋状に巻き付けることが挙げられる。このとき、巻き付け径は、光ファイバの許容曲げ範囲内とする。或いは、超電導ケーブルが多心ケーブルであり、ケーブルコアが撓みを持った撚り合せ構造である場合、撚り合わされたコアの中心部には、隙間(コアで囲まれる空間)を有しており、この隙間に光ファイバを挿通させることが挙げられる。また、ケーブルコアの撚り合せ時に上記隙間に配置されるように光ファイバをコアの撚り合せ箇所に供給して、コアの撚り合せを行ってもよい。

上述のように光ファイバは、そのままの状態、即ち、素線、心線、素線又は心線に高強度材料からなる被覆層を具えるもの、光ファイバケーブルのいずれかの状態でケーブルコアの外周に巻回したり、コア間の隙間に挿通させたりしてコアに沿って配置してもよいが、この場合、損傷する恐れがある。また、上記そのままの状態の光ファイバでは、後述するように接続にあたり引き出す際や接続後に戻す際、その他、上述したコア間の隙間に光ファイバを挿通配置させる際などで摩擦抵抗が大きくなり易い。従って、光ファイバの保護と上記摩擦抵抗の低減とを考慮して、筒状部材をケーブルコアに沿って配置し、この筒状部材に光ファイバを収納させる構成とすることが好ましい。このとき、筒状部材に予め光ファイバを挿通配置させておき、光ファイバを内蔵した筒状部材をケーブルコアに沿って配置してもよいし、先にケーブルコアに沿って筒状部材を配置してから光ファイバを筒状部材に挿通配置してもよい。ケーブルコアが撓みを持った撚り合せ構造であり、コアの中心部に設けられる隙間に筒状部材を配置させる場合、撚り合わされたコアにおいて、コア間につくられる上記隙間に筒状部材を挿通配置させてもよいし、コアを撚り合わせる際、撚り合わせる複数のコアの中心部に筒状部材を配置し、筒状部材の外周にコアを撚り合わせるようにしてもよい。筒状部材としては、冷媒の使用温度における耐性を有し、熱収縮可能な可撓性を有するものが好ましく、例えば、ステンレス、銅、アルミニウム、及びこれらを含む合金といった金属材料からなるコルゲート管やメッシュ管やシリコンからなるチューブなどが挙げられる。筒状部材の大きさ(内径)は、所望数の光ファイバを収納できるものを適宜選択するとよく、例えば、筒状部材の内径を比較的大きめにして、筒状部材の内周と光ファイバの外周とのクリアランスが大きくなるようにすると、後述するように光ファイバの接続後に余長を押し込んで筒状部材内に余長を収納することができる。また、上記高強度材料からなる被覆層を具える光ファイバを筒状部材に収納する場合、同被覆層と筒状部材との二重保護構造となるため、光ファイバの損傷をより確実に防止することができる。光ファイバを温度計測や事故点検知などに利用する場合、筒状部材内に収納された光ファイバが冷媒と接触可能なように、筒状部材は、内部に冷媒が充填可能な構成とすることが好ましい。例えば、筒状部材の表裏を貫通する貫通孔を適宜設けておき、断熱管内に冷媒を導入した際、この貫通孔から筒状部材の内部に冷媒が流入される構成とすることが挙げられる。筒状部材として、メッシュ管を利用する場合、網目の隙間から冷媒を流入することができる。なお、光ファイバとして光ファイバケーブルを利用する場合は、スペーサや保護層などにより光ファイバの保護や摩擦抵抗の低減を図ることができるため、筒状部材に収納させなくてもよいし、筒状部材に収納させる構成としてもよい。

上記光ファイバは、超電導ケーブルのケーブル長に対応した長さに加えて、少なくとも光ファイバ同士の接続に必要な余長(接続余長)を有するものとする。その他、光ファイバ同士を接続する際、超電導ケーブルから引き出すのに必要な余長(引出余長)を見込んだ長さを有するものを利用してもよいし、接続時に必要な長さを引き出すことが可能な構成、例えば、上述したように低摩擦の筒状部材に光ファイバを収納した構成とする場合、光ファイバは、引出余長を有していなくてもよい。また、光ファイバの接続は、超電導ケーブルの両端部において行われるため、光ファイバに引出余長を有する場合、引出余長は、ケーブルの一端側について接続が行われる分のみ、例えば、約2000mmとしてもよいし、ケーブルの両端側について接続が行われる分、例えば、約2000mm×2＝約4000mmとしてもよい。このように光ファイバが引出余長を有する場合、光ファイバの長さがケーブルコア(撚り合せ構造のものは撚り合わせた状態)の長さよりも引出余長分だけ長くなる。そのため、光ファイバの引出余長を超電導ケーブルの断熱管内に収納させておく必要がある。引出余長の収納箇所は、超電導ケーブルの長手方向における任意の箇所を選択することができる。特に、引出余長の収納箇所を超電導ケーブルの端部近傍とすれば、即ち、端部に引出余長を配した超電導ケーブルとしておけば、光ファイバを接続するにあたり引出余長を引き出す際、短時間で引き出すことができて作業性がよい。超電導ケーブルの断熱管内に引出余長を収納するには、光ファイバの許容曲げ半径の範囲でケーブルコアの外周に巻回させてもよいし、同許容曲げ半径の範囲でコイル状に巻き取って断熱管内に配置させてもよい。上記いずれの場合も光ファイバを筒状部材に収納させた構成とするときには、引出余長を筒状部材に収納させずに露出させたままとしておいてもよい。或いは、光ファイバを筒状部材に収納させた構成とする場合、筒状部材内で光ファイバを引出余長分だけ蛇行させて収納させてもよい。即ち、筒状部材内に引出余長をも収納された状態としてもよい。このとき、筒状部材は、引出余長分を収納可能な空間を有するように、内径の大きさを適宜選択するとよい。

上述のようにケーブルコアに沿って光ファイバが配された超電導ケーブルを管路などの所定の布設場所に布設後、ケーブル同士を接続するには、I.光ファイバの接続工程と、II.コアの接続工程という二つの工程を行う。いずれを先に行ってもよいが、ケーブルコアの接続を先に行う方が一般的である。従って、ケーブルコアの接続を先に説明する。なお、接続前工程として、超電導ケーブルの端部において断熱管を所定長切断し、断熱管からケーブルコアの端部を露出させた状態で断熱管を保持しておく。このとき、切断により、断熱管の真空層が破壊されないような構成の断熱管としておくと、断熱管を再度真空引きする必要がなく好ましい。超電導ケーブルが多心ケーブルの場合、露出させたケーブルコアの端部において撚りを解して、コアの接続構造を形成し易いようにコア間の間隔を広げておいてもよい。

ケーブルコアの接続は、例えば、以下のように行う。上述したように断熱管の端部から露出させたケーブルコアの端部を段剥ぎするなどして超電導導体、フォーマを露出させ、接続スリーブにてフォーマ、超電導導体を接続し、導体接続部を構成する。次に、この導体接続部の外周にエポキシ樹脂などの絶縁材からなる絶縁層を設ける。また、導体接続部の外周やケーブルコアの端部の外周に、クラフト紙などの絶縁紙やPPLP(登録商標)などの合成絶縁紙といった絶縁材料を巻回などして、補強絶縁層を設けてもよい。更に、補強絶縁層の外周にシールド層や接地電位層を設けてもよい。なお、ケーブルコアの接続を光ファイバの接続よりも先に行う場合、コアの接続作業中に光ファイバが損傷しないように、接続作業の邪魔にならない箇所に光ファイバをどけておいたり、カバーなどで覆っておくことが望ましい。特に、光ファイバが引出余長を有する場合、ケーブルコアの接続作業中に損傷する恐れがあるため、上記損傷保護対策を行うことが好ましい。光ファイバが引出余長を有する場合、その余長は、2000mm程度と比較的長い。そのため、光ファイバの引出余長を超電導ケーブルの端部に具える場合、ケーブルコアの接続作業時、引出余長に作業者やコアの接続部の形成部材、使用する工具などが引っ掛かったり接触するなどして、光ファイバを損傷したり、断線する恐れがある。従って、上記損傷保護対策を行うことが有効である。

次に、光ファイバの接続を説明する。光ファイバを接続するにあたり、接続し合う2条の超電導ケーブルの端部から光ファイバを引き出す。この引き出しは、光ファイバの接続作業を行うことができるように融着接続機などが設置可能な箇所に接続し合う光ファイバの端部が位置するように行う。このとき、超電導ケーブルの端部に光ファイバの引出余長を有する場合、光ファイバを簡単に引き出すことができ、引出作業を短時間で行うことができる。また、引出余長を有していない光ファイバであっても光ファイバが筒状部材に収納されている場合、引き出しの際の摩擦抵抗が小さいため、同様に簡単に引き出すことができる。上記引き出しは、光ファイバが断線したり、過度に張力が加わらないように許容張力の範囲内の力で行う。上述のしたようにケーブルコアの接続作業にあたり、光ファイバにカバーなどを配した場合、カバーを取り外してから上記引出作業を行う。

次に、引き出された光ファイバ同士の接続を行う。この接続は、上記融着接続機などを用いて行う。その他、通常の光ファイバの接続で行われている手順と同様にして、光ファイバの接続部を適宜形成するとよい。そして、光ファイバの接続部を構築したら、接続のために引き出された光ファイバの余長を、引き出した超電導ケーブル側に戻す点が本発明の最も特徴とするところである。光ファイバの余長を超電導ケーブル側に戻すには、例えば、このケーブルにおいて上記光ファイバの接続部が形成された接続部側の端部と反対側の端部が開放されている場合、この反対側の端部(以下、開放端部と呼ぶ)から光ファイバを引っ張ることが挙げられる。超電導ケーブルにおいて上記反対側の端部が開放されている場合とは、例えば、開放端部側で中間接続構造が形成されていない場合などが挙げられる。超電導ケーブルの開放端部から光ファイバを引っ張る場合も上記引出作業と同様に光ファイバの許容張力の範囲内で行う。特に、光ファイバが筒状部材に収納されている場合、引っ張る際の摩擦抵抗を小さくすることができる。また、光ファイバとして、高強度材料からなる被覆層を具えるものを利用する場合、強度に優れるため、断線などの不具合を防止することができる。上記引張作業は、接続し合う2条の超電導ケーブルのいずれか一方の開放端部から接続した光ファイバ2条分の余長(引出余長)を引っ張ってもよいし、双方のケーブルの開放端部からそれぞれ光ファイバ1条分ずつの余長を引っ張ってもよい。即ち、光ファイバの余長は、光ファイバを引き出した超電導ケーブルと同じケーブルに戻さなくてもよい。いずれか一方の超電導ケーブルの開放端部から光ファイバの余長を引っ張る場合、例えば、接続し合う2条の超電導ケーブルのうち、相対的に短い方のケーブルとしたり、ケーブルの布設形態により高低差がある場合などでは摩擦が小さいと考えられる側のケーブルの開放端部から引っ張ると、引き込みに要する時間を短縮できたり、引き込み作業が行い易いため、作業性がよい。このように超電導ケーブルの開放端部から光ファイバを引っ張ることで、超電導ケーブルから引き出された光ファイバをケーブル側に引き込むことができる。超電導ケーブルの開放端部から引き出された余長は、開放端部側において光ファイバの接続部を形成する際に利用してもよいし、不用な分は切断してもよい。開放端部側で光ファイバを接続した後、接続した別の超電導ケーブルの開放端部側から同様に光ファイバの余長を引っ張るとよい。

上述のように、光ファイバ同士を接続後、超電導ケーブルの開放端部から光ファイバの余長を引っ張ってケーブル側に戻す以外の手法としては、例えば、超電導ケーブル側に光ファイバの余長を押し込むことが挙げられる。例えば、断熱管内(内管内)の空隙に押し込んでもよいし、光ファイバが筒状部材に収納された構成である場合、筒状部材内に押し込んでもよい。後者の場合、筒状部材は、余長が収納可能なように内径の大きさを適宜選択するとよい。筒状部材内に入れ込まれた余長分の光ファイバは、筒状部材内で蛇行するように収納される。押し込んだ後、光ファイバが筒状部材から飛び出す恐れがある場合、筒状部材の端部に光ファイバをテープなどで固定しておいてもよい。

なお、光ファイバの接続部を形成し、光ファイバの余長を引っ張ったり、押し込んだりして超電導ケーブル側に戻してからケーブルコアの接続を行う場合、コアの接続作業中に上記余長に接触することがほとんど無いため、光ファイバの損傷を防止できる。

上述のように光ファイバの接続、及びケーブルコアの接続が終わったら、これらを接続箱に収納する。このとき、本発明では、上述のように光ファイバの余長を超電導ケーブル側に戻しているため、超電導ケーブルの端部から光ファイバが過度に突出していることがない。即ち、接続箱に収納される光ファイバの量が従来よりも低減されている。従って、本発明では、接続箱の大型化、特に、外径の大型化を抑制することができる。接続箱は、超電導導体や導体接続部を冷却するための液体窒素などといった冷媒が充填される冷媒槽と、この冷媒槽の外周を覆うように設けられる断熱槽とからなる二重構造の構成とすることが挙げられる。特に、接続箱は、ケーブルコアの長手方向に分割可能な分割片を組み合わせて一体に形成される構成とすると、マンホールのように設置スペースが限られている箇所においても、接続作業が行い易く好ましい。光ファイバの接続やケーブルコアの接続を行う際、接続箱の分割片は、超電導ケーブル側に逃しておいて光ファイバの端部やコアの端部が露出されるようにしておき、光ファイバ及びコアの接続作業後、逃がしていた分割片を移動させて分割片の縁部を溶接などにより接続し、一体の接続箱に形成するとよい。接続箱が形成されたら、冷媒槽と断熱槽との間を真空引きするなどして、断熱槽に断熱機能を付与するとよい。真空層を具える接続箱を利用してもよい。また、真空引きに加えて、冷媒槽と断熱槽との間にスーパーインシュレーション(商品名)などの断熱材を配置させてもよい。

上記工程により、超電導ケーブルの中間接続構造が構築される。この中間接続構造に加え、常温側機器と接続される終端接続構造を別途構築して超電導ケーブル線路が構築される。このような超電導ケーブル線路を運転するには、ケーブルの断熱管及び接続箱に冷媒を適宜充填し、コアや導体接続部が十分に冷却されてから運転を開始する。このとき、温度計測用の光ファイバを具える超電導ケーブルの場合、この光ファイバを利用して、ケーブルコアの温度を確認することで、冷却状態を把握することができる。

本発明組立方法によれば、接続にあたり引き出した光ファイバの余長を光ファイバ接続後に超電導ケーブル側に戻すため、接続箱に収納される光ファイバの量を少なくすることができる。従って、本発明組立方法を利用することで、接続箱を大きくする必要がなく、中間接続構造が過度に大型化することがない。そのため、接続箱の設置スペースが比較的小さい布設場所であっても、中間接続構造を十分に構築することができる。また、光ファイバの余長を超電導ケーブル側に戻してからケーブルコアの接続構造を形成すると、コアの接続部の形成時に光ファイバの余長が邪魔にならず、かつ光ファイバが損傷するなどの不具合を低減することができる。

以下、本発明の実施の形態を説明する。以下、図面において同一符号は、同一物を示す。
図1(A)は、布設前の超電導ケーブルの概略構成図、(B)は、図1(A)のB-B断面図、図2〜図8は、超電導ケーブルの中間接続構造の組立手順を示す説明図であり、図2は、超電導ケーブルの端部から、ケーブルコアを露出させた状態、図3は、ケーブルコアの接続部を形成した状態、図4は、光ファイバの余長を引き出した状態、図5は、光ファイバの端部を融着接続機により接続している状態、図6は、光ファイバの接続部を形成した状態、図7は、超電導ケーブル側に光ファイバを引っ張った状態、図8は、コアの接続部及び光ファイバの接続部が接続箱に収納された状態を示す。なお、図2以降では、1条の超電導ケーブルに具えるケーブルコアを2心しか示していないが、実際には3心存在する。

本発明は、超電導ケーブルの中間接続構造の組立方法に係るものである。まず、超電導ケーブルについて説明する。図1に示す超電導ケーブル100は、3心のケーブルコア101が撚り合わされて断熱管102に収納された3心ケーブルである。ケーブルコア101は、中心から順にフォーマ110、超電導導体111、電気絶縁層112、外部超電導層113、保護層114を具える。フォーマ110は、被覆銅線を撚り合わせた撚り線構造からなるものを用いた。超電導導体111及び外部超電導層113は、Bi2223系超電導テープ線(Ag-Mnシース線)を螺旋状に巻回して多層に形成した。電気絶縁層112は、半合成絶縁紙(住友電気工業株式会社製PPLP：登録商標)を巻回して形成した。保護層114は、クラフト紙を巻回して構成した。なお、電気絶縁層の内周側、外周側に半導電層を設けてもよい。このような構成を具えるケーブルコア101を3条用意し、これらのコア101は、熱収縮時の収縮代を有するように撓みを持たせて撚り合わされている。

断熱管102は、ステンレス製のコルゲート管からなる内管102aと外管102bとの二重構造管であり、図1(A)に示すように内管102aよりも外管102bを長くしている(延長部分は、フラット管にて形成している)。また、内管102aの端部で内管102aと外管102bとの間が封じられており、封じられた両管102a,102bの間は真空引きされている。両管102a,102bの間に断熱材を多層に配置してもよい。内管102a内には、線路運転時に液体窒素などの冷媒が充填され、内管102aの内周面とケーブルコア101の外周面とで囲まれる空間を冷媒流通路として利用する。断熱管102の外周には、ポリ塩化ビニルからなる防食層(図示せず)を具える。

上記撚り合わされたケーブルコア101の中心部に設けられた隙間には、光ファイバ10が配されている。本例で用いた光ファイバ10は、1心の光ファイバ心線の外周にステンレス製の薄肉管を具え、心線とステンレス管との間に樹脂が充填されて心線とステンレス管とが一体化された構成である。また、本例では、この光ファイバ10を上記コア101間の隙間に配される筒状部材20の中に収納させている(図1(B)参照、図1(A)では省略)。筒状部材20は、ステンレスからなるコルゲート管であり、表裏に貫通する貫通孔を複数具える構成である。この構成により、断熱管102(内管102a)内に冷媒が流入されると、筒状部材20の内部には、上記貫通孔を介して冷媒が充填され、筒状部材20内に収納された光ファイバ10が冷媒に接触できる。なお、図1(B)では、筒状部材20内の空間を誇張して記載しており、筒状部材20は、光ファイバ10を挿通配置できる程度の大きさのものを適宜選択するとよい。この筒状部材20は、ケーブルコア101を撚り合わせた後、上記コア101間の隙間に挿通配置させ、その後、筒状部材20に光ファイバ10を挿通配置させた。このようにケーブルコア101の長手方向に沿って配置された筒状部材20内に光ファイバ10を挿通配置することで、コア101の長手方向に沿って光ファイバ10が配された状態となる。なお、筒状部材20に光ファイバ10を予め挿通配置させた状態で筒状部材20をケーブルコア101間の隙間に配置させてもよい。

ケーブルコア101の端部(超電導ケーブルの端部)には、光ファイバ10同士を接続する際に利用される光ファイバ10の余長11,12が配されている。本例において余長11,12は、光ファイバの許容曲げ半径の範囲でコイル状に巻き取った形状とし、断熱管102(内管102a)内の隙間に収納させている。ケーブルコア101の一端側(図1(A)では左側)に配される余長11は、光ファイバ同士の接続に必要な接続余長と、光ファイバの接続構造を形成する際に作業箇所に光ファイバ10の端部を配置させるために必要な引出余長とを見込んだものであり、他端側(同右側)に配される余長12は、接続余長を見込んだものであり、引出余長を含んでいない。これら余長11,12は、筒状部材20に収納させておらず、露出させた状態としている。

上記構成を具える超電導ケーブル100は、両端部にプーリングキャップ200が取り付けられてドラムなどに巻回され、ドラムに巻き取られた状態で布設現場に搬送される。そして、超電導ケーブル100は、プーリングキャップ200を介して牽引され、所定の布設箇所に布設される。なお、搬送時、布設時において超電導ケーブル100の断熱管102内には、冷媒が充填されていない状態である。

次に、布設された超電導ケーブル100の端部に形成される中間接続構造の組立手順を説明する。
I.ケーブルコアの露出
超電導ケーブル100が所定の箇所に布設されたら、まず、接続し合う2条のケーブルのうち、一方のケーブルについて断熱管102の端部を切断して、ケーブルコア101を露出させる。本例では、外管102bのうち、内管102aよりも長く伸びた延長部分のみを切断することで、断熱管102の真空が破壊されないようにした。

II.断熱管の保持
次に、図2に示すように、固定治具300により断熱管102の端部を保持する。本例では、固定治具300として、断熱管102を保持すると共に、ケーブルコア101を挿通可能な切欠き303を有した垂直片301と、垂直片301を大地に支持する水平片302とを有するものを用い、断熱管102の端部を大地に固定させる構成とした。本例に示す固定治具300は、主として断熱管102の外管102bを保持し、切欠き303から内管102aの開口部が十分に望めるようなものを用いた。

III.ケーブルコアの接続
次に、超電導ケーブル100の端部に配されたプーリングキャップ(図1参照)を取り外し、図2に示すようにコア101の端部の撚りを解いて、コアの接続部を形成するのに十分な程度に各コア101の端部を分離しておく。分離状態を保持できるように適宜保持具(図示せず)を配置させてもよい。光ファイバの余長11は、断熱管102(内管102a)に収納させたままとしてもよいし、断熱管102から引き出して、ケーブルコアの接続部を形成するのに邪魔にならないようにおいておいてもよい。余長11を引き出した場合、ケーブルコアの接続作業中における損傷を防止するべく、カバーなどで覆っておいてもよい。本例では、断熱管102に収納させたままとした。上述した作業を、接続対象となる他方の超電導ケーブルに対しても行う。なお、本例では、他方の超電導ケーブルも図1に示す超電導ケーブルと同様の構成のものとし、各超電導ケーブルにおいて引出余長を見込んだ側の余長11が配された端部同士が向き合うように布設された場合を説明する。

図3に示すように超電導ケーブル100A,100Bから引き出されたケーブルコア101同士の接続構造を構築する。具体的には、各コア101の端部を段剥ぎしてフォーマ、超電導導体を露出させ、接続スリーブを用いて各超電導ケーブル100A,100Bから引き出されたコア101のフォーマ同士、超電導導体同士を接続する。フォーマは、圧縮接続、超電導導体は、半田接続にて接続スリーブと一体化することが挙げられる。この接続スリーブの外周には、テープ状の絶縁材を巻回して補強絶縁層115を形成する。このようにしてコア101の接続部を三つ形成する。

IV.光ファイバの余長の引き出し
ケーブルコアの接続部を形成したら、図4に示すようにコイル状に巻き取っていた余長11A,11Bを開放し、光ファイバの接続作業が行えるように断熱管102から固定治具300の切欠き303を介して、ケーブルコアの接続部側に引き出す。

V.光ファイバの接続
次に、図5に示すように接続し合う各超電導ケーブル100A,100Bの端部から引き出された光ファイバ10A,10Bの余長11A,11Bの端部を融着接続機400に配して、両光ファイバ10A,10Bを接続する。そして、図6に示すように所定の接続部30を構築する。

VI.光ファイバの余長の引き戻し
次に、図7に示すように固定治具300に固定されていない各超電導ケーブル100A,100Bの端部(以下、開放端部と呼ぶ、ケーブル100Aでは左端部、ケーブル100Bでは右端部)において光ファイバ10A,10Bをそれぞれ引っ張り、超電導ケーブル100Aから引き出された余長11Aをケーブル100A側に引き込み、ケーブル100Bから引き出された余長11Bをケーブル100B側に引き込む。本例では、各超電導ケーブル100A,100Bのもう一方の端部(この例では余長12(図1参照)が配された側の端部(開放端部))は、余長11A,11B側の接続を行う際において、開放されているものとした。このように超電導ケーブル100A,100Bの各開放端部からそれぞれ光ファイバ10A,10Bを引っ張ることで、余長11A,11Bが超電導ケーブル100A,100B側に戻され、図7に示すようにケーブル100A,100B端部からの突出量を低減することができる。特に、本例では、光ファイバ10A,10Bを筒状部材に収納させているため、引き込みの際の摩擦を低減して、光ファイバの断線などを生じることなく、簡単に引き込み作業を行うことができる。また、開放端部側に引き出された光ファイバは、開放端部側にて光ファイバの接続部を形成する際に引出余長として利用することができる。

VII.接続箱の組立
次に、図8に示すように、光ファイバ10の接続部30、3心のケーブルコア101の接続部をまとめて包括する冷媒槽120aを形成する。本例では、上述のように光ファイバ10の余長11を超電導ケーブル側に引き込んで冷媒槽120aに収納される量を少なくしている。そのため、冷媒槽120aを過度に大きくする必要がなく、引いては、接続箱120を小型化することができる。上記冷媒槽120aの外側には、真空槽120bを形成し、冷媒槽120aと真空槽120bとの間を所定の真空度に真空引きする。このようにして接続箱120が形成される。接続箱120の形成により、中間接続構造の形成が完了する。

以上説明したように、本発明組立方法では、光ファイバの接続時に超電導ケーブルの端部から引き出した光ファイバの余長を超電導ケーブル側に引き戻し、接続箱に収納される光ファイバを少なくしているため、接続箱を過度に大型化する必要がなく、外径が小さい中間接続構造とすることができる。また、本例では、接続し合う両超電導ケーブルの開放端部から、引き出した光ファイバの余長をそれぞれ引き込む構成としたため、ケーブルコアの接続部と同様に光ファイバの接続部をも接続箱の中央部近傍に配することができる。従って、ケーブルコアの接続部と光ファイバの接続部とを接続箱内のほぼ同位置に収納させることができ、管理し易い。

上記の例では、接続する両超電導ケーブルの開放端部から、光ファイバの余長を引き込む構成としたが、一方の超電導ケーブルの開放端部からのみ余長を引き込んでもよい。このとき、光ファイバの接続部は、接続箱において光ファイバの引き込みが行われた側寄りに配される。接続する両超電導ケーブルが開放端部を有していない(反対側の端部が開放されていない)場合、例えば、反対側の端部において既に接続箱が形成されている場合には、光ファイバを筒状部材に押し入れることで超電導ケーブル側に戻してもよい。このとき、筒状部材は、余長を収納可能な空間を有する大きさ(内径)のものを利用するとよい。また、筒状部材に光ファイバを収納しておらず、光ファイバのみをケーブルコアの長手方向に沿って配置させている場合、断熱管内の隙間に余長が配されるように押し込んでもよい。押し込む際、光ファイバに加えられる曲げは、許容曲げ半径以内の曲げとなるようにする。また、筒状部材を用いず光ファイバのみをケーブルコアに沿って配置させる場合、光ファイバは、外周に高強度材料からなる被覆層を具えるものを利用することが好ましい。また、上記の例では、光ファイバが引出余長を有する場合を説明したが、光ファイバの接続時に融着接続機の配置箇所に光ファイバの端部を引き出すことができれば、引出余長を有していない光ファイバを利用してもよい。このとき、光ファイバは、筒状部材に収納させていると、引き出し易く好ましい。

本発明は、超電導ケーブル線路の構築にあたり、超電導ケーブル同士を接続する中間接続構造の組立に利用することができる。また、本発明により得られた中間接続構造を具える超電導ケーブル線路は、交流送電、直流送電のいずれにも利用することができる。

(A)は、布設前の超電導ケーブルの概略構成図、(B)は、(A)のB-B断面図である。 超電導ケーブルの中間接続構造の組立手順を示す説明図であり、超電導ケーブルの端部から、ケーブルコアを露出させて、撚りを解した状態を示す。 超電導ケーブルの中間接続構造の組立手順を示す説明図であり、ケーブルコアの接続部を形成した状態を示す。 超電導ケーブルの中間接続構造の組立手順を示す説明図であり、光ファイバの余長を引き出した状態を示す。 超電導ケーブルの中間接続構造の組立手順を示す説明図であり、光ファイバの端部を融着接続機により接続している状態を示す。 超電導ケーブルの中間接続構造の組立手順を示す説明図であり、光ファイバの接続部を形成した状態を示す。 超電導ケーブルの中間接続構造の組立手順を示す説明図であり、超電導ケーブル側に光ファイバを引っ張った状態を示す。 超電導ケーブルの中間接続構造の組立手順を示す説明図であり、ケーブルコアの接続部及び光ファイバの接続部が接続箱に収納された状態を示す。

符号の説明

10,10A,10B 光ファイバ 11,11A,11B,12 余長 20 筒状部材 30 接続部
100,100A,100B 超電導ケーブル 101 ケーブルコア 102 断熱管 102a 内管
102b 外管
110 フォーマ 111 超電導導体 112 電気絶縁層 113 外部超電導層
114 保護層 115 補強絶縁層
120 接続箱 120a 冷媒槽 120b 真空槽 200 プーリングキャップ
300 固定治具 301 垂直片 302 水平片 303 切欠き 400 融着接続機

Claims (4)

1. ケーブルコアと、コアに沿って配される光ファイバとを有する超電導ケーブル同士を接続する超電導ケーブルの中間接続構造の組立方法であって、
   接続する2条の超電導ケーブルの端部において、光ファイバを引き出し、これら光ファイバ同士を接続する工程と、
   光ファイバ接続後、光ファイバの余長を引き出した超電導ケーブル側に戻す工程と、
   コア同士の接続を行う工程とを具えることを特徴とする超電導ケーブルの中間接続構造の組立方法。
2. 接続の際に引き出される光ファイバの引出余長が接続する超電導ケーブルの端部近傍に配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中間接続構造の組立方法。
3. ケーブルコアに沿って筒状部材が配されており、
   光ファイバは、前記筒状部材に挿通配置されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の超電導ケーブルの中間接続構造の組立方法。
4. 光ファイバは、ケーブルコアの温度計測、ケーブルコアの事故点検知、通信線のいずれかに用いられるものであ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中間接続構造の組立方法。

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