JP2009171744A - 超電導ケーブルの中間接続構造 - Google Patents

Abstract

【課題】コンパクト化が達成されて大容量化に対処できるようにした超電導ケーブルの中間接続構造を提供する。
【解決手段】超電導ケーブル１のケーブルコア２，２同士の接続部Ｊを冷媒容器４内に支持するための超電導ケーブル１の中間接続構造であって、ケーブルコア２，２同士の接続部Ｊを収納支持する筒状の保護カバー３が、冷媒容器４内に配設される。このような構成によれば、保護カバー３によって、力学的に変曲点となるケーブルコア２，２同士の接続部Ｊに曲がりを発生させないように拘束した状態として、その荷重を均等に分散させて安定な状態で支持することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、超電導ケーブルのケーブルコア同士の接続部を冷媒容器内に支持するための超電導ケーブルの中間接続構造に関する。ケーブルコア同士の接続部は、コアの構造が異なり、いわゆる変曲点となるが、そのケーブルコア同士の接続部を安定な状態で収納支持する筒状の保護カバーを冷媒容器内に配設した超電導ケーブルの中間接続構造に関する。

送電線路における導体同士の接続部構造は、ＯＦケーブルの場合、例えば図４に示される(例えば特許文献1参照)。この例では、接続箱本体ケース３６内において、ＯＦケーブルの段剥ぎされた絶縁紙３１，３１から露出されて対向し合うケーブル導体３２，３２が、側面をテーパー状に形成されたエポキシユニット３３に一体化された中心導体３４を介して接続される。その接続部とエポキシユニット３３の外周には補強絶縁紙３５が巻回され、エポキシユニット３３の中央部に形成されたリング状のフランジ部３３ａが、接続箱本体ケース３６の対向し合う取付フランジ３６ａ，３６ａの間に挟持されることによって、ケーブル導体３２，３２の接続部が接続箱本体ケース３６内に固定状態に支持される。その接続箱本体ケース３６の内部空間３７には、絶縁油が充填され、ケーブル導体３２，３２の接続部が油浸状態に保持される。

このような接続箱本体ケース内にエポキシユニットを設けた導体同士の接続部構造の基本的な構成は、超電導ケーブルにも採用されている(例えば特許文献２の図３等参照)。超電導ケーブルの場合、接続箱本体ケースの内部空間には、液体窒素等の冷媒が充填され、エポキシユニットに一体化された中心導体の両端に、それぞれ接続スリーブを介して対向し合う超電導導体がフォーマと共に接続される。その接続スリーブの一端側には、フォーマと超電導導体を挿入するための中空部が形成され、他端側には、中心導体を挿入するための中空部が形成され、フォーマは中空部内で圧縮接続され、超電導導体は、例えば半田接続により接続スリーブに対して導通接続される。また、接続スリーブと中心導体は、例えば導電性弾性部材からなるマルチバンドを介して導通接続される。
特開平７−２４５８６３号公報 特開２００７−２８７１０号公報

上述のような従来のエポキシユニットを用いた導体接続構造では、接続部全体の構造寸法が大きくなるという問題があった。また、接続部の導体抵抗が高いという問題があった。即ち、まず、超電導導体と接続スリーブとを導通接続する半田接続部分が、超電導導体に比して高抵抗であった。次いで、銅からなる接続スリーブ自体が高抵抗であった。また、アルミ合金等で形成される中心導体も高抵抗であった。さらに、接続スリーブと中心導体が、マルチバンドを介した多面的な弾性接触状態で導通接続されるため、その接続部分が高抵抗であった。

また、特に、３心一括型の超電導ケーブルの導体接続構造では、各接続部の構造を組み合わせて構成する必要があり、接続部全体の構造が大きくなり過ぎる難点があった。例えば、既存送電線路システムの増容量化のために、超電導ケーブル用の中間接続部を構成する場合、サイズが巨大化してマンホールに収納できなくなることが懸念される。

本発明は、このような事情に鑑みてなされ、コンパクト化が達成されて大容量化に対処できるようにした超電導ケーブルの中間接続構造を提供することを目的とする。

本発明の超電導ケーブルの中間接続構造は、超電導ケーブルのケーブルコア同士の接続部を冷媒容器内に支持するための超電導ケーブルの中間接続構造であって、
前記ケーブルコア同士の接続部を、収納支持する筒状の保護カバーが、前記冷媒容器内に配設されることを特徴とする。

このような構成によれば、力学的に変曲点となるケーブルコア同士の接続部を、筒状の保護カバーによって収納支持させるので、接続部に曲がりを発生させないように拘束した状態として荷重を均等に分散させて安定な状態で支持することができる。これにより、従来のようなケーブルコア同士の接続部を支持するための嵩高いエポキシユニットが不要となり、接続部構造のコンパクト化を図ることができる。また、ケーブルコア同士の接続部の支持状態が安定化するため、例えばフォーマ同士を接続スリーブで圧縮接続すれば、超電導導体同士を超電導線材を介して直接導通接続するような接続構造も可能になる。これにより、接続部における導体抵抗を大幅に低減化することができ、大電流の通電が可能となる。

前記保護カバーが、前記冷媒容器内に固定状態に支持されるようにしてもよい。このようにすれば、冷媒による冷却に伴う収縮等に起因してケーブルに発生する尺取り虫現象（縦座屈）の伝播を、ケーブルコア同士の接続部で阻止することができる。

前記保護カバーが、ボルト締結によって前記冷媒容器内に着脱自在に支持されるようにしてもよい。このようにすれば、保護カバーの組立・分解が容易となり、良品回収が可能となる。

前記保護カバーが、凹凸嵌合によって前記冷媒容器内に着脱自在に支持されるようにしてもよい。このようにすれば、保護カバーの組立・分解が容易となり、良品回収が可能となる。

前記保護カバーの少なくとも一端側は、ベローズ構造を介して筒軸方向に伸縮自在に構成されるようにしてもよい。このようにすれば、現地での組み立て作業時に、ケーブルの断熱管であるコルゲート管に対する両端部分の取付対応位置を調整できるため、その組み付け作業が容易となる。

前記保護カバーが、前記冷媒容器内で容器軸方向にスライド自在に支持されるようにしてもよい。このようにすれば、使用時における冷媒による冷却に伴う収縮等に起因して接続部にケーブル軸方向に応力が作用しても保護カバーがスライドすることによって該応力を吸収できるため、接続部への応力集中を回避することができる。また、冷媒容器に対する保護カバーの軸方向の対応位置を規制する必要がなくなるため、現地での組み付け作業が容易となる。

前記保護カバーが、滑動性部材乃至は回転部材によって支持されるようにしてもよい。例えばテフロン（登録商標）等の滑動性部材やローラ等で保護カバーを支持すれば、スライド時の抵抗を少なくすることができる。

前記保護カバーは、銅、銅合金、アルミ又はアルミ合金、の中の何れかで形成されるようにしてもよい。このように、金属材料で保護カバーを形成する場合、例えば冷媒容器に電位的なボンドをとることによって、浮遊電極化を防止することができる。また、所要の強度を得ることができる。

前記保護カバーは、電気絶縁性素材で形成されるようにしてもよい。このようにすれば、保護カバーには帯電しないため、電位的なボンドをとる必要がなく、例えばＦＲＰ等で形成すれば、製作・組付性が容易となる。

前記保護カバーは、半割れ状に形成されてもよい。保護カバーの全体もしくはその一部を半割れ状に形成することによって、保護カバーの組立・分解作業が容易となり、良品回収が可能となる。

前記保護カバーは、軸方向に分割されて構成されてもよい。このようにすれば、保護カバーの組立・分解が容易となり、良品回収が可能となる。

前記保護カバーは、軸方向中央部分が、両側部分よりも径大に形成されるようにしてもよい。このようにすれば、嵩高くなるケーブルコア同士の接続部を、軸方向中央部分に納まりよく収納することができる。

互いに接続されるケーブルコアから引き出されたフォーマ同士が、接続スリーブを介して圧縮接続され、かつ、超電導導体同士が、前記接続スリーブ上に縦添え状に配設される超電導線材によって導通接続されるようにしてもよい。このようにすれば、接続スリーブを介したフォーマ同士の圧縮接続によって、ケーブルコア同士が所要の引張強度を確保した状態に接続される。そして、超電導線材を介した超電導導体同士の接続により、接続部における導体抵抗が少なくなる。このような接続部が、円筒状の保護カバーに収納支持されるため、従来のような嵩高いエポキシユニットを用いる必要がなく、接続部構造の著しいコンパクト化を図ることができる。

前記超電導ケーブルは、単一のケーブルコアを備えた単心型の超電導ケーブルであり、該単心のケーブルコア同士の接続部が、前記保護カバー内に収納支持されるようにしてもよい。単一のケーブルコア同士の接続に、このような中間接続構造を適用すれば、コンパクト化を達成することができ、かつ、接続部における導体抵抗の低減化を図ることができ、大容量化に対処することができる。

前記超電導ケーブルは、複数のケーブルコアを備えた多心一括型の超電導ケーブルであり、該複数のケーブルコア同士の接続部が、一括されて、前記保護カバー内に収納支持されるようにしてもよい。３心一括型等の多心一括型の超電導ケーブルにこのような中間接続構造を適用すれば、コンパクト化を達成することができ、かつ、接続部における導体抵抗の低減化を図ることができ、大容量化に対処することができる。また、短絡電流が流れた場合における各ケーブルコア同士の反発を保護カバーによって押え込むことができる。

本発明の超電導ケーブルの中間接続構造は、力学的に変曲点となるケーブルコア同士の接続部を、筒状の保護カバーに収納支持させるので、接続部に曲がりを発生させないように拘束した状態として荷重を均等に分散させて安定な状態で支持することができる。これにより、従来の嵩高いエポキシユニットを不要として、接続部構造の著しいコンパクト化を図ることができる。また、ケーブルコア同士の接続部の支持状態が安定化することから、例えばフォーマ同士を接続スリーブで圧縮接続して、超電導導体同士を超電導線材を介して直接導通接続するような接続構造も可能になる。これにより、接続部における導体抵抗を大幅に低減化することができ、大電流の通電が可能となる。

以下に、本発明の実施の形態に係る超電導ケーブルの中間接続構造について図面を参照しつつ詳細に説明する。

〔実施の形態１〕
図１は、超電導ケーブルの中間接続構造の半断面図、図２は、超電導導体同士の接続構造を示す半断面図である。この中間接続構造は、例えば３心一括型の超電導ケーブル１のケーブルコア２，２同士の接続部Ｊを収納支持する筒状の保護カバー３が、冷媒容器４内に固定状態に保持されている。その保護カバー３は、力学的に変曲点となるケーブルコア２，２同士の接続部Ｊに曲がりを発生させないように拘束した状態として荷重を均等に分散させて安定な状態で支持できる程度の長さに設定されている。このような構成により、ケーブルコア２，２同士の接続部Ｊの支持状態が安定化するため、その接続部Ｊでは、例えば図２に示すように、銅撚り線等からなるフォーマ７，７同士を接続スリーブ８で圧縮接続すると共に、超電導導体９，９同士を、接続スリーブ８の上に縦添え状に配設した超電導線材１０を介して直接導通接続することができる。即ち、段剥ぎされた絶縁紙６から露出されたフォーマ７，７同士を、接続スリーブ８を介して圧縮接続することで、所要の接続強度を確保することができる。従って、従来のような嵩高いエポキシユニットを不要として、ケーブルコア２，２同士の接続部構造を著しくコンパクト化することができる。また、従来使用されていた高抵抗なアルミ合金等で形成される中心導体やマルチバンド等を用いることなく、抵抗の低い超電導線材１０を介して超電導導体９，９同士を導通接続しているため、導体抵抗を著しく低減化することができる。これにより、大電流の通電が可能となる。尚、図２に示すケーブルコア２，２同士の接続部Ｊは、各ケーブルごとに図示省略の補強絶縁紙が巻回されて３心が一括された状態で保護カバー３内に収納される。

その他の構成について説明すると、保護カバー３を収納する冷媒容器４は、例えばステンレス材等によって筒状に形成され、組立・分解作業を容易とするために、また、良品回収を可能とするために、その筒軸方向に、中央部分４ａと両側部分４ｂに分割される。その各部分４ａ、４ｂは、それぞれ半割れ状に形成され、さらに中央部分４ａは中央で左右に分割されている。分割された各部分は、溶接等によって組み立てられる。その中央部分４ａは、両側部分４ｂよりも径大に形成され、その軸方向４カ所に保護カバー３を固定するための長孔状のボルト孔付きの支持ブラケット１１が１２０°間隔に３個ずつ設けられている。その両側部分４ｂの端部には、３心一括のケーブルコア２を収納しているコルゲート管１２が密封状態に挿入固定され、その外周直径方向の両側には、コルゲート管１２からホースを介して引き出される真空ポート(図示省略)を装入するための真空ポート取付口１３が一対設けられ、その外周上部には、冷媒注入口１４が設けられている。尚、各部分４ａ，４ｂの外周には、雌ねじ付きの吊下げ用金具ｅが設けられている。

ケーブルコア２，２同士の接続部Ｊを収納支持する保護カバー３は、例えば銅、銅合金、アルミ又はアルミ合金等によって筒状に形成され、組立・分解作業を容易とするために、また、良品回収を可能とするために、その筒軸方向に、中央部分３ａと両側部分３ｂに分割される。その各部分３ａ、３ｂは、それぞれ半割れ状に形成され、その両端部分３ｂは、伸縮自在なベローズ構造５を介して、中央部分３ａに接続されており、その中央部分３ａは中央で左右に分割されている。分割された各部分は溶接等によって組み立てられる。そして、冷媒容器４の支持ブラケット１１に対応する保護カバー３の外周の軸方向４カ所には長孔状のボルト孔付きの支持ブラケット１５が１２０°間隔に３個ずつ設けられている。尚、図１では、支持ブラケット１１，１５同士の対応関係を角度を変えて拡大表示している。

このような構成により、冷媒容器４に、保護カバー３を位置決めした後に、保護カバー３の支持ブラケット１５を、冷媒容器４の支持ブラケット１１に対応させてボルト締結することにより、保護カバー３を冷媒容器４に着脱自在に固定することができる。そして、両端部分３ｂの端部は、冷媒容器４内に挿入されたコルゲート管１２の内管の端部と接続され、保護カバー３内に冷媒を導入できるようにすると共に、コルゲート管１２からホースを介して引き出された真空ポート(図示省略)を真空ポート取付口１３に装入させるようにしている。尚、現地での組み付け作業では、保護カバー３の冷媒容器４に対する固定作業が完了してから、冷媒容器４の残余部分を溶接等によって組み付けて密封状態にするのが好ましい。また、ボルト締結に代えて、凹凸嵌合によって保護カバー３を冷媒容器４に着脱自在に支持させるようにしてもよい。

このような構成では、まず、保護カバー３の中央部分３ａが、両側部分３ｂよりも径大に形成されているため、一括されて嵩高くなるケーブルコア２，２同士の接続部Ｊを中央部分３ａに納まりよく収納することができる。そして、冷媒容器４の両端部に固定されたコルゲート管１２，１２から引き出された３心のケーブルコア２，２の接続部Ｊは、機械的には何ら拘束されることなく、保護カバー３内に均等に荷重を分散させた状態で曲がりが発生しないように一括して収納支持されている。従って、熱変動に伴って接続部Ｊに作用する軸方向の応力は、３心のケーブルコア２が撚り合わせされていることによって生じる伸縮吸収代によって吸収され、変曲点となる接続部Ｊでの曲がり変形が阻止される。このように、冷媒容器４内に保護カバー３が固定状態に支持される超電導ケーブルの中間接続構造では、冷媒の冷却等に起因してケーブルコア２に発生する尺取り虫現象（縦座屈）の伝播を阻止することができる。また、短絡電流が流れた場合における各ケーブルコア２の反発を保護カバーに３よって押え込むことができる。そして、保護カバー３の両端部分３ｂが伸縮自在なベローズ構造５を介して中央部分３ａに対して筒軸方向に伸縮自在に構成されているため、現地での組み立て作業時に、コルゲート管１２に対する両端部分３ｂの対応位置を調整できるため、その組み付け作業が容易となる。尚、保護カバー３は、冷媒容器４に対して電位的なボンドをとることによって、浮遊電極化が防止され、接続部Ｊの周囲に安定した電界を形成することができる。また、金属材料に代えて、成形加工性のよいＦＲＰ等の電気絶縁性素材で保護カバー３を形成してもよい。その場合には、接地する必要がなく、製作・組付性が容易となり、コスト安を実現することができる。

〔実施の形態２〕
図３は、超電導ケーブルの中間接続構造における保護カバーの半断面図である。この例では、保護カバー３が、冷媒容器４内で容器軸方向にスライド自在に支持されている。保護カバー３は、例えば銅、銅合金、アルミ又はアルミ合金等によって筒状に形成され、組立・分解作業を容易とするために、また、良品回収を可能とするために、その筒軸方向に、中央部分３ａと両側部分３ｂに分割され、その各部分３ａ、３ｂは、それぞれ半割れ状に形成され、分割された各部分は溶接等によって組み立てられる。中央部分３ａは、両側部分３ｂよりも径大に形成され、その中央部分３ａに、例えば図２に示されるようなケーブルコア同士の接続部が収納支持される。そして、保護カバー３の外周の軸方向４カ所には、テフロン製の半球状のコマ部材１６ａを備えた支持ブラケット１６が、１２０°間隔に３個ずつ設けられている。その各コマ部材１６ａが、冷媒容器４の内面に摺接することによって、保護カバー３が、冷媒容器４に対して心出しされた状態で抵抗少なくスライド自在に支持される点が前実施の形態と異なる。尚、コマ部材１６ａに代えて、ローラ等の回転部材で保護カバー３を支持させてもよい。その他の点については、前実施の形態と同様に構成される。

このような構成によれば、前実施の形態と同様に、その保護カバー３は、力学的に変曲点となるケーブルコア同士の接続部に曲がりを発生させないように拘束した状態として荷重を均等に分散させて安定な状態で支持できる程度の長さに設定されている。このような構成により、ケーブルコア同士の接続部の支持状態が安定化するため、例えば図２に示すように、その接続部Ｊでは、銅線を撚り合わせたフォーマ７，７同士を接続スリーブ８で圧縮接続すると共に、超電導導体９，９同士を、接続スリーブ８の上に縦添え状に配設した超電導線材１０を介して直接導通接続することができる。従って、従来のような嵩高いエポキシユニットを不要として、ケーブルコア２，２同士の接続部構造を著しくコンパクト化することができる。また、その接続部Ｊでは、従来使用されていた高抵抗なアルミ合金等で形成される中心導体やマルチバンド等を用いることなく、抵抗の低い超電導線材１０を介して超電導導体９，９同士を導通接続しているため、導体抵抗を著しく低減化することができる。これにより、大電流の通電が可能となる。そして、その保護カバー３が、冷媒容器４に対して筒軸方向にスライド自在に支持されるので、運転時における冷媒による冷却に伴うケーブルコア２の収縮等に起因して接続部Ｊにケーブル軸方向に応力が作用しても保護カバー３がスライドすることによって該応力を吸収できるため、接続部Ｊへの応力集中を回避することができる。このような中間接続構造は、３心一括型のケーブルコアにも適用可能であるが、軸方向の伸縮代が少ない単心型の超電導ケーブルに好適となる。尚、本発明は、実施の形態に限定されることなく、発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、適宜、必要に応じて改良、変更等は自由である。

本発明の超電導ケーブルの中間接続構造は、コンパクト化が達成されて大容量化に対処できるので、大容量の送電線路システムや既存送電線路システムの増容量化に好適に適用することができる。

本発明の実施の形態に係る超電導ケーブルの中間接続構造の半断面図である。 同超電導導体同士の接続構造を示す半断面図である。 同別の実施の形態に係る超電導ケーブルの中間接続構造における保護カバーを示し、（ａ）は保護カバーの側面図、（ｂ）はその正面図である。 従来のエポキシユニットを用いた超電導ケーブルの中間接続構造の半断面図である。

符号の説明

1 超電導ケーブル ２ ケーブルコア ３ 保護カバー ３ａ 中央部分
３ｂ 両側部分 ４ 冷媒容器 ４ａ 中央部分 ４ｂ 両側部分
５ ベローズ構造 ６ 絶縁紙 ７ フォーマ ８ 接続スリーブ
９ 超電導導体 １０ 超電導線材 １１ 支持ブラケット
１２ コルゲート管 １３ 真空ポート取付口 １４ 冷媒注入口
１５ 支持ブラケット １６ 支持ブラケット １６ａ コマ部材
３１ 絶縁紙 ３２ ケーブル導体 ３３ エポキシユニット
３３ａ フランジ部 ３４ 中心導体 ３５ 補強絶縁紙
３６ 接続箱本体ケース ３６ａ 取付フランジ ３７ 内部空間
Ｊ 接続部 ｅ 吊下げ用金具

Claims (7)

1. 超電導ケーブルのケーブルコア同士の接続部を冷媒容器内に支持するための超電導ケーブルの中間接続構造であって、
   前記ケーブルコア同士の接続部を、収納支持する筒状の保護カバーが、前記冷媒容器内に配設されることを特徴とする超電導ケーブルの中間接続構造。
2. 前記保護カバーが、前記冷媒容器内に固定状態に支持され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。
3. 前記保護カバーが、前記冷媒容器内で容器軸方向にスライド自在に支持され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。
4. 前記保護カバーが、滑動性部材乃至は回転部材によって支持されることを特徴とする請求項３に記載の超電導ケーブルの中間接続構造。
5. 前記保護カバーは、軸方向中央部分が、両側部分よりも径大に形成されることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の超電導ケーブルの中間接続構造。
6. 互いに接続されるケーブルコアから引き出されたフォーマ同士が、接続スリーブを介して圧縮接続され、かつ、超電導導体同士が、前記接続スリーブ上に縦添え状に配設される超電導線材によって導通接続されることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載に超電導ケーブルの中間接続構造。
   続構造。
7. 前記超電導ケーブルは、複数のケーブルコアを備えた多心一括型の超電導ケーブルであり、該複数のケーブルコア同士の接続部が、一括されて、前記保護カバー内に収納支持されることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の超電導ケーブルの中間接続構造。

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