JP2010003678A - ２本の超伝導体ケーブルの接続構造 - Google Patents

Abstract

【課題】２本の超伝導体ケーブルを一つに接続するため、超伝導体ケーブルのおのおのは、少なくとも一つの超伝導部を備える中心導体とそれを取り囲む誘電体層、シールド、極低温エンクロージャを備える接続構造に関する。
【解決手段】二つのシールド端部の間に配置される半導電性材料からなる覆い及び二つのシールド端部を一つに接続するための電気的接続装置を備え、電気的接続装置は、覆いを取り囲み、極低温エンクロージャに収容されており、おのおのが二つのシールド端のそれぞれに電気的かつ機械的に結合された接合エレメント５、５’及び二つの接合エレメントを一つに結合するための電気的スプライス構造７を含む。
【選択図】図３

Description

本発明は、２本の超伝導体ケーブルの接続構造に関する。

高電圧超伝導体ケーブルを使用する電気伝送は、ケーブルの長さに対する電気損失、特に、ジュール効果損失が超伝導において非常に低いために、ジュール効果損失を制限しながら、抵抗電気導体からなる標準ケーブルよりも、ずっと小さな断面のケーブルによって高電流を伝送することを可能にする。

「低温誘電体」超伝導ケーブルとして知られるものは、少なくとも一つの超伝導部を含む中心超伝導体と、前記中心超伝導体を取り囲む誘電体層と、前記誘電体層を取り囲むシールドであって、全体にまたは部分的に超伝導体から構成されてもよいシールドと、前記シールドを取り囲む、極低温エンクロージャすなわち「クリオスタット」と、から構成される。前記クリオスタットは、通常、たとえば、１０^−５ミリバール（ｍｂａｒ）のレベルの真空によって、互いに熱的に絶縁された、二つの同心状のシェルを含む。クリオスタットの内側のシェルの内側に保持された極低温の流体は、中心導体が超伝導状態となる温度に達するまで、「低温誘電体」という名前ゆえに、誘電体層を通して中心導体を冷却する。例として、この温度は、「高温」超伝導体として知られるものに対しては、−１９６℃のオーダである。

低温誘電体超伝導体ケーブルについて、特に、シールドが全体にまたは部分的に超伝導体から構成されている場合には、中心導体とシールド内に同様の大きさの電流が流れるようになる。高圧ケーブルに対して、電流の強度は大きくなる可能性があり、たとえば２４００アンペア（Ａ）である。
このことは、導体が、その中を極低温流体が循環する、通常は管である中空エレメントを含む、「高温誘電体」超伝導体として知られる超伝導体の場合についても同様である。

２本のこのような超伝導体ケーブルを接続するための一つの解決策は、特許文献１に記載された装置を使用することである。

特許文献１は、シールド間の超伝導接続ケーブルを含む、超伝導体ケーブルのシールド用の接続構造を記載している。超伝導接続ケーブルは、接続用超伝導体及び該接続用超伝導体を取り囲む極低温シースを含む。該接続用超伝導体の両端のおのおのは、電気及び熱伝導性を有する接続手段によってシールドの一つに結合される。

FR2878654

しかし、そのような構造は、極低温流体用の追加の入口及び出口ならびに特定の接続用超伝導体を必要とするので、特に複雑で費用がかかる。

上記の問題を解決するために、本発明は、特に、端部と端部が一つに接続される場合の、２本の超伝導体ケーブルの装置に関する。この装置は、設計がシンプルであり、追加の極低温流体回路を必要としない。

上記を実現するために、本発明は、以下の接続構造を提案する。すなわち、２本の超伝導体ケーブルを一つに接続するための接続構造であって、超伝導体ケーブルのおのおのは、少なくとも一つの超伝導部を備える中心導体、前記中心導体を取り囲む誘電体層、前記誘電体層を取り囲むシールド、前記シールドを取り囲む極低温エンクロージャを備え、該接続構造は、二つの中心導体および二つの対応するシールドのむき出しにされた二つの誘電体層を一つに結合する電気的スプライス装置を備え、該接続構造は、二つのシールド端部の間に配置される半導電性材料からなる覆い及び二つのシールド端部を一つに接続するための電気的接続装置をさらに備え、該電気的接続装置は、前記覆いを取り囲み、前記極低温エンクロージャに収容されており、おのおのが二つのシールド端のそれぞれに電気的かつ機械的に結合された接合エレメント及び二つの接合エレメントを一つに結合するための電気的スプライス構造を含む。

半導電性の覆いは、電界を誘電体層に閉じ込め、電気的接続装置はシールドによって移動させられる電流を運ぶように機能する。

好ましい実施形態において、前記電気的スプライス構造は、その端部が前記接合エレメントに接続され、前記半導電性材料からなる覆いの周囲に配置された複数の導電性ブレイドによって構成される。

前記導電性ブレイドは銅から形成されてもよい。

ブレイドを使用する上記の接続は、ブレイドの柔軟性により、配置するのが特に簡単である。上記の接続は、また、特に安価である。上記の接続は、また、極低温流体の温度による熱的収縮型の変形に対応する。

前記接合エレメントのおのおのは、前記シールドの外壁に固定された内壁を有する管によって形成されるのが有利である。

前記管は、前記導電性ブレイドの終端を固定するための環状フランジを備えるのが好ましい。

前記接合エレメントのおのおのは、低融点の合金を使用するろう付け又ははんだ付けによって、対応するシールドの端部へ固定されるのが有利である。

前記接合エレメントは、銅から形成されてもよい。

前記半導電性材料からなる覆いは、カーボンブラック紙テープの巻きであってもよい。

接続中の第１の段階における、２本の超伝導体ケーブルの長手方向断面図である。 接続中の第２の段階における、２本の超伝導体ケーブルの長手方向断面図である。 本発明による、２本の超伝導体ケーブルの接続構造の長手方向断面図である。 詳細透視図である。 詳細透視図である。

図１に示すように、端部と端部とを一緒に接続するために、低温誘電体超伝導体ケーブルＣ、Ｃ’のおのおのの端部は、おのおののケーブルの中心導体を取り囲む誘電体層１、１’を示すように、最初にそのシールドを取り除く。例として、この誘電体層は、ポリプロピレン・ラミネート紙（ＰＰＬＰ）からなる複数の層を含む。

ここで、シールドは、超伝導材料２、２’の層及び金属、好ましくは銅のシールド３、３’から形成される。超伝導材料２、２’の層の短い長さが、覆われていない状態となるように、金属シールド３、３’は切り取られている。

接続構造は、第一に、中心導体及び対応するシールドがはがされた誘電体層を、一緒に接合するための電気的スプライス装置４を含む。このスプライス装置は、それ自体公知であり、EP1195872に記載されたタイプであってもよい。

左側のケーブルＣにおいて、接合エレメント５は、超伝導層２及び金属シールド３を覆い、そこに結合されるように、シールドの端部に電気的かつ機械的に結合される。この接合エレメント５は、特に図４において観察することができる。接合エレメント５は、高電気伝導性の材料、特に銅からなり、その内壁が、シールドの外壁、具体的には、超伝導材料２の層及び金属シールド３に固定された管によって形成される。この管は、これらの部分の両方を覆うように配置される。

上記の結合を行うのに、接合エレメント５は、管に配置された長手方向の溝５Ａに導かれる、低融点の合金を使用したろう付けまたははんだ付けによって取り付けられる。この合金は、超伝導材料２の層が破壊されないようにする。

管は、以下に記載するように、終端を固定するための環状フランジ５Ｂを備え、上記の結合を行うために、管５の周囲に所定の角度で規則的に配置された複数の開口部５Ｃを備える。

本発明による接続構造は、二つのシールド端部の間に配置された半導電性材料の覆いと該二つの端部を一緒に接続する電気接続装置とを含む。該電気接続装置は、図２及び図３を参照して以下に説明するように、該覆いを取り囲み、ケーブルＣ、Ｃ’を含む極低温エンクロージャ内に含まれる。

図２に示されるように、シールド端部のおのおのは、すでに述べたように電気的及び機械的にそこに結合された、それぞれの接合エレメント５、５’を備え、半導電性材料の覆い６が、接続部分の長さにわたり、２個の接合エレメント５、５’の間に配置される。半導電性材料の覆いは、通常行われるように、異なる径の間で、径が変化する端部円錐形状を形成する。この半導電性材料の覆い６は、カーボンブラック紙テープの巻きであるのが好ましい。カーボンブラック紙テープは、細かな銅メッシュで補強されていてもよい。

この半導電性材料の覆い６は、電界を誘電体層１、１’内に確実に閉じ込める。接続構造製造のこの段階において、該覆いは、電圧を確実に維持するが、シールド２、２’、３、３’が移動させる電流を運ぶことはできない。

つぎに、図３に示すように、２個の接合エレメント５、５’を一つにスプライス（結合）するための電気的スプライス構造７が、半導電性材料の覆い６の周囲に配置される。この電気的スプライス構造７は、特に図５に示されており、高い電気伝導性を有する材料、特に、銅からなる、複数の、調整された導電性ブレイド７Ａから構成される。導電性ブレイドは、端部において接合エレメント５、５’に接続され、半導電性材料の覆い６の周囲に配置される。これらの導電性ブレイド７Ａの直径は、導電性ブレイドが引き続いて極低温流体に浸されるのでその抵抗が低いことを考慮して、移動される電流に基づいて計算される。

見やすくするように、導電性ブレイド７Ａの全ては、図５に示されていないが、本実施形態において、８本の導電性ブレイドが存在し、これらは端部において、おのおのの接合エレメントのフランジ５Ｂに設けられた開口部５Ｃに接続された終端７Ｂを備える。

外壁８Ａ及び内壁８Ｂを含む極低温エンクロージャ、すなわちクリオスタット８は、接続構造を取り囲む。極低温流体、たとえば液体窒素は、超伝導体ケーブルＣ、Ｃ’及びその接続を冷却するように、内壁８Ｂ内部を循環することができる。加熱及び高レベルの極低温流体消費を避けるように、内壁８Ｂ及び外壁８Ａの間で熱絶縁、たとえば、１０^−５ミリバールの真空を設ける。

本発明は、２本の高温誘電体超伝導体ケーブルを一つに接続することにも適用される。差異は、導体の構造であり、高温誘電体超伝導体ケーブルの場合に、導体の構造は、管状である。

Claims (8)

1. ２本の超伝導体ケーブル（Ｃ、Ｃ’）を一つに接続するための接続構造であって、超伝導体ケーブルのおのおのは、少なくとも一つの超伝導部を備える中心導体、前記中心導体を取り囲む誘電体層（１、１’）、前記誘電体層を取り囲むシールド（２、２’、３、３’）、前記シールドを取り囲む極低温エンクロージャ（８）を備え、該接続構造は、二つの中心導体および二つの対応するシールドのむき出しにされた二つの誘電体層を一つに結合する電気的スプライス装置（４）を備え、該接続構造は、二つのシールド端部の間に配置される半導電性材料からなる覆い（６）及び二つのシールド端部を一つに接続するための電気的接続装置をさらに備え、該電気的接続装置は、前記覆いを取り囲み、前記極低温エンクロージャに収容されており、おのおのが二つのシールド端のそれぞれに電気的かつ機械的に結合された接合エレメント（５、５’）及び二つの接合エレメントを一つに結合するための電気的スプライス構造（７）を含む、接続構造。
2. 前記電気的スプライス構造（７）は、その端部が前記接合エレメント（５、５’）に接続され、前記半導電性材料からなる覆い（６）の周囲に配置された複数の導電性ブレイド（７Ａ）によって構成される請求項１に記載の接続構造。
3. 前記導電性ブレイド（７Ａ）が銅からなる請求項２に記載の接続構造。
4. 前記接合エレメント（５、５’）のおのおのが、前記シールドの外壁に固定された内壁を有する管によって形成される請求項１から３のいずれかに記載の接続構造。
5. 前記管が、前記導電性ブレイドの終端を固定するための環状フランジ（５Ｂ、５Ｂ’）を備える請求項２に従属する請求項４に記載の接続構造。
6. 前記接合エレメント（５、５’）のおのおのが、低融点の合金を使用するろう付け又ははんだ付けによって、対応するシールドの端部へ固定される請求項１から５のいずれかに記載の接続構造。
7. 前記接合エレメント（５、５’）が銅から形成される請求項１から６のいずれかに記載の接続構造。
8. 前記半導電性材料からなる覆い（６）は、カーボンブラック紙テープの巻きである請求項１から７のいずれかに記載の接続構造。

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