JP2012175750A - 超電導ケーブルの布設方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】超電導導体層12と電気絶縁層(常温側電気絶縁層23)とを備える超電導ケーブル1の布設方法にあたり、まず、組み合わせることで超電導ケーブル1となる管状部材2と長尺部材3を個別に布設現場に用意する。次いで、用意した管状部材2を、布設現場となる管路8に布設する。そして、管路8に布設した管状部材2の内部に、長尺部材3を挿入する。
【選択図】図1
Description
(工程α)組み合わせることで超電導ケーブルとなる管状部材と長尺部材を個別に布設現場に用意する。ここで、管状部材の内部に長尺部材を配置することで、超電導ケーブルとなる。
(工程β)工程αで用意した管状部材を、布設現場に布設する。
(工程γ)工程αで用意した長尺部材を、上記工程βで布設された管状部材の内部に挿入する。
まず、分離型の常温絶縁型超電導ケーブルを用いた本発明超電導ケーブルの布設方法を実施する場合、布設前の超電導ケーブルは、低温導電部と常温被覆部とに分けて用意しておく(工程α)。そして、用意した常温被覆部を管状部材として布設現場に布設し(工程β)、その後、低温導電部を管状部材に収納する長尺部材として常温被覆部に挿入する(工程γ)。
一部一体型の常温絶縁型超電導ケーブルを用いて本発明超電導ケーブルの布設方法を実施する場合、布設前の超電導ケーブルは、導体部と、それ以外の構成(即ち、断熱管の外周に常温被覆部を一体に形成した被覆部付き断熱管)と、に分けて用意しておく(工程α)。そして、用意した被覆部付き断熱管を管状部材として布設現場に布設し(工程β)、その後、導体部を管状部材に挿入する長尺部材として被覆部付き断熱管に挿入する(工程γ)。
本実施形態では、図1に示すように、地中に埋設された管路8に超電導ケーブル1を布設する手順を説明する。この布設の手順は、工程α〜γからなるので、各工程を順次説明する。なお、この実施形態1を含む以降の説明において、共通の符号を付して説明する部材は、同一の構成を有する部材である。
工程αでは、組み合わせることで超電導ケーブル1となる管状部材2と長尺部材3とを布設現場に用意する。用意した管状部材2の内部に長尺部材3を配置することで、超電導ケーブル1となる。ここで、超電導ケーブル1には、低温絶縁型超電導ケーブルと常温絶縁型超電導ケーブルとがあり、後者の常温絶縁型超電導ケーブルにはさらに、分離型と一部一体型とがある。これら『低温絶縁型』、『常温絶縁型で、かつ分離型』、および『常温絶縁型で、かつ一部一体型』のうち、どのタイプのものを超電導ケーブル1として採用するかによって、管状部材2と長尺部材3の構成も異なる。タイプに応じた超電導ケーブル1の具体的な構成と、そのときの管状部材2と長尺部材3の構成の説明は、工程の説明が終わった後に行う。
まず、図1(A)に示すように、導入側のマンホール9の地上開口部から管状部材2を導入し、地中に埋設された管路8内に管状部材2を布設する。管状部材2の布設にあたっては、管状部材2に引込み用ワイヤーを直列に取り付け、その引込み用ワイヤーを到達側のマンホールの地上開口部から引き出し、その引込み用ワイヤーを図示しない巻き取り式の牽引装置で引っ張ることで、管路8内に管状部材2を引き込む。
次に、図1(B)に示すように、マンホール9の地上開口部から長尺部材3を導入し、管路8内に布設された管状部材2の内部に長尺部材3を挿入する。長尺部材3の牽引も、管状部材2の牽引と同様に行うと良い。ここで、この長尺部材3も、上記管状部材2と同様に、超電導ケーブル1よりも可撓性に優れ、軽量であるため、小さな牽引負荷でマンホール9から管路8内に布設される管状部材2に容易に引き込むことができる。また、可撓性に優れ、軽量な長尺部材3は、管状部材2に激しく摩擦されることがなく、損傷し難い。
図2(A)に示す分離型の常温絶縁型超電導ケーブル100は、図2(B)に示すように、個別に作製された低温導電部30と、その低温導電部30を内部に収納するパイプ状の常温被覆部20と、を布設現場にて組み合わせることで形成される。このような構成の常温絶縁型超電導ケーブル100を用いる場合、常温被覆部20を管状部材2、低温導電部30を長尺部材3として、図1に示す手順に従って超電導ケーブル100を布設する。以下、常温絶縁型超電導ケーブル100の各構成を詳細に説明する。
低温導電部30は、断熱管13の内部に、導体部10が収納されてなる長尺体である。
導体部10は、代表的には、中心から順にフォーマ11、超電導導体層12、保護層(図示せず)を備える。フォーマ11は、超電導導体層12の支持体に利用される部材であり、例えば、図2に示すようなパイプ状の中空体をフォーマ11として利用できる。中空体のフォーマ11は、その内部を冷媒131の流路として利用することができる。フォーマ11の形状としては、中空体の他、中実体を利用することもできる。一方、フォーマ11の材質も特に限定されない。単に超電導導体層12の支持体としてフォーマ11を利用するのであれば、フォーマ11は樹脂などの非導電性材料から構成しても良いし、フォーマ11に異常時電流の分流路としての機能も持たせるのであれば、銅やアルミニウムなどの常電導の金属材料から構成しても良い。これらのことを考慮してフォーマ11の具体的な構成を例示すると、中空体のフォーマ11としては例えば、金属材料からなるパイプを挙げることができるし、中実体のフォーマ11としては例えば、エナメルなどの絶縁被覆を備える複数の金属線を撚り合わせたものを挙げることができる。
上記導体部10を収納する断熱管13は、導体部10を内部に収納する内管14と、内管14を内部に収納する外管15と、を備える。内管14は、その内部に、超電導導体層12を超電導状態に維持するための冷媒131(代表的には、液体窒素や液体ヘリウム、ヘリウムガスなど)が充填され、冷媒流路として機能する。この内管14と、内管14の外周に設けられる外管15とで断熱管13を構成することで、外部からの侵入熱などにより冷媒131の温度が上昇することを抑制する。内管14と外管15との間は真空引きされ、それによって真空断熱層が形成されている。その他、内管14と外管15との間にスーパーインシュレーションといった断熱材や、内管14と外管15とを離隔させるスペーサを配置すると、断熱管13の断熱性を高められる。なお、本実施形態では、断熱管として二重管構造の断熱管を利用しているが、三重管以上の断熱管を利用しても良い。
長尺部材3である低温導電部30は、低温導電部30を常温被覆部20に引込む際の牽引張力を分担するテンションメンバを備えていることが好ましい。テンションメンバは、牽引張力を分担することで、牽引張力に起因する低温導電部30の損傷を抑制するための部材である。但し、低温導電部30は軽量で可撓性に優れるため、テンションメンバを簡素化することができる。場合によってはテンションメンバを省略することも可能である。
図示する常温被覆部20は、パイプ状構造物21と、パイプ状構造物21の外周に形成される分流導体22と、分流導体22のさらに外周に形成される常温側電気絶縁層23と、を備える。これらの構成のうち、パイプ状構造物21または分流導体22は省略可能である。
パイプ状構造物21は、その外周面に形成される分流導体22や常温側電気絶縁層23を保形する部材であって、最も重要な特性は高強度であることである。また、超電導ケーブル100に所定の可撓性を持たせるために、パイプ状構造物21も所定の可撓性を有することが求められる。これらの点を考慮して、パイプ状構造物21としては、アルミニウムのストレートパイプや、SUSのコルゲートパイプなどを利用することができる。その他、パイプ状構造物21は、樹脂などの非導電材料でできていても良い。ここで、このパイプ状構造物21が導電材料であれば、それ自身も分流導体22の機能の一部を分担できる。
分流導体22は、異常時電流が生じたときに、その異常時電流を分担する常電導導体である。この分流導体22は、超電導ケーブル線路の長手方向の接続部(超電導ケーブル100の中間接続部や終端接続部など)で超電導導体層12に接続されることで、異常時電流を超電導導体層12と分担できるようになっている。
常温側電気絶縁層23は、超電導ケーブル100を外部環境から電気的に絶縁する層である。この常温側電気絶縁層23には、常電導ケーブルで実績がある電気絶縁強度に優れる材料、代表的にはCVケーブルに利用される架橋ポリエチレン(XLPE)などを利用できる。架橋ポリエチレンなどの絶縁性樹脂であれば、パイプ状構造物21に分流導体22を形成した管状部材の外周に絶縁性樹脂を押し出すだけで常温側電気絶縁層23を容易に形成できる。その他、常温側電気絶縁層23には、OFケーブルにおける絶縁層と同様の構成を採用することができる。例えば、分流導体22の外周にテープ状のクラフト紙や半合成紙を多層に巻回し、その絶縁層に合成油などの絶縁油を含浸させることで常温側電気絶縁層23を形成することができる。
常温側電気絶縁層23の外周には、代表的には、銅やアルミニウムなどの常電導材料から構成された外側遮蔽層(図示せず)が設けられる。外側遮蔽層は、絶縁層23の外側の電位を与えるもので、従来の電力ケーブルと同様に常電導材料を利用できる。そのため、超電導ケーブルの製造性100は製造性に優れる。また、外側遮蔽層の外周には、外側遮蔽層を保護すると共に、所定の絶縁特性を有する防食層(図示せず)が設けられている。
図3(A)に示す分離型の常温絶縁型超電導ケーブル101は、図3(B)に示すように、個別に作製された低温導電部30と、その低温導電部30を内部に収納するパイプ状の常温被覆部20と、を布設現場にて組み合わせることで形成される。この点は、図2を参照して説明した超電導ケーブル100と共通する。図3の超電導ケーブル101と図2の超電導ケーブル100の相違点は、分流導体22を設ける位置が、図2の超電導ケーブル100では常温被覆部20であるのに対して、図3の超電導ケーブル101では低温導電部30であることである。このような構成の常温絶縁型超電導ケーブル101を用いる場合、常温被覆部20を管状部材2、低温導電部30を長尺部材3として、図1に示す手順に従って超電導ケーブル100を布設する。以下、常温絶縁型超電導ケーブル101の各構成を詳細に説明する。
図3の低温導電部30は、導体部10と、分流導体付き断熱管13´とからなる。分流導体付き断熱管13´は、断熱管13の外周に分流導体22を形成することで作製できる。
図3の常温被覆部20は、パイプ状構造物21の外周に常温側電気絶縁層23を形成することで作製できる。
図4(A)に示す一部一体型の常温絶縁型超電導ケーブル200は、図4(B)に示すように、個別に作製された導体部10と、その導体部10を内部に収納するパイプ状の被覆部付き断熱管40と、を布設現場にて組み合わせることで形成される。このような構成の常温絶縁型超電導ケーブル200を用いる場合、被覆部付き断熱管40を管状部材2、導体部10を長尺部材3として、図1に示す手順に従って常温絶縁型超電導ケーブル200を布設する。以下、この超電導ケーブル200の各構成を詳細に説明する。
導体部10の構成は、図2を参照して説明した分離型の常温絶縁型超電導ケーブル100における導体部10と同じである。つまり、導体部10は、フォーマ11と超電導導体層12とを備える。また、導体部10の外周には、所定の絶縁特性を有し、超電導導体層12を摩擦などから保護する保護層(図示せず)を設けておくと良い。
被覆部付き断熱管40は、図4(B)に示すように、断熱管13の外周に常温被覆部20を一体化した部材である。この被覆部付き断熱管40を作製するには、まず断熱管13を用意し、その外周に分流導体22を形成する。そして、その分流導体22の外周に、例えば押出などにより絶縁性樹脂を被覆し、常温側電気絶縁層23を形成すると良い。
図5(A)に示す低温絶縁型超電導ケーブル300は、図5(B)に示すように、個別に作製されたケーブルコア50と、そのケーブルコア50を内部に収納する断熱管13と、を布設現場にて組み合わせることで形成される。このような構成の低温絶縁型超電導ケーブル300を用いる場合、断熱管13を管状部材2、ケーブルコア50を長尺部材3として、図1に示す手順に従って低温絶縁型超電導ケーブル300を布設する。以下、この超電導ケーブル300の各構成を詳細に説明する。
ケーブルコア50は、フォーマ11の上に順次、超電導導体層12、電気絶縁層16、外側超電導導体層(または外側遮蔽層)17、保護層18を設けた構成を備える。これら11〜18のうち、電気絶縁層16は、上述した常温絶縁型超電導ケーブル100,200における常温側電気絶縁層23と同様の役割を担う層である。但し、常温側電気絶縁層23と異なり、電気絶縁層16は、後述する断熱管13内で超電導導体層12と共に極低温に冷却される。
低温絶縁型超電導ケーブル300における断熱管13は、常温絶縁型超電導ケーブルにおける断熱管と同様に、内管14と外管15とを備える。外管15の外周には、所定の絶縁特性を有し、外管15を衝撃や腐食から防護する防食層(図示せず)を形成することが好ましい。
実施形態1では、管路に布設する管状部材の長さと長尺部材の長さとが概ね1対1であった。これに対して、本実施形態2では、長尺部材の長さを、連続して複数連なる管状部材の長さよりも長くすることで、管状部材の数に比べて長尺部材の数を少なくした本発明超電導ケーブルの布設方法を、図6に基づいて説明する。
2 管状部材
3 長尺部材
8 管路
9 マンホール
100,101,200 常温絶縁型超電導ケーブル
10 導体部
30 低温導電部
11 フォーマ 12 超電導導体層
13 断熱管 14 内管 15 外管 131 冷媒
13´ 分流導体付き断熱管
20 常温被覆部
21 パイプ状構造体
22 分流導体
23 常温側電気絶縁層
40 被覆部付き断熱管
300 低温絶縁型超電導ケーブル
50 ケーブルコア
16 電気絶縁層 17 外側超電導導体層 18 保護層
Claims (9)
- 超電導導体層と電気絶縁層とを備える超電導ケーブルの布設方法であって、
組み合わせることで前記超電導ケーブルとなる管状部材と長尺部材を個別に布設現場に用意する工程αと、
前記管状部材を、布設現場に布設する工程βと、
前記長尺部材を、前記工程βで布設された管状部材の内部に挿入する工程γと、
を備えることを特徴とする超電導ケーブルの布設方法。 - 前記長尺部材は、前記管状部材よりも長いことを特徴とする請求項1に記載の超電導ケーブルの布設方法。
- 前記長尺部材の長さが、複数の連なった管状部材の長さよりも長いことを特徴とする請求項2に記載の超電導ケーブルの布設方法。
- 前記超電導ケーブルは、
フォーマの外周に前記超電導導体層を形成してなる導体部、およびその導体部を内部に収納して、導体部を極低温に維持する断熱管を有する低温導電部と、
前記断熱管の外周を取り囲むように配置される前記電気絶縁層を有する常温被覆部と、
を備える常温絶縁型超電導ケーブルであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の超電導ケーブルの布設方法。 - 前記工程βで布設される管状部材は、前記常温被覆部からなり、
前記工程γで管状部材に挿入される長尺部材は、前記低温導電部からなることを特徴とする請求項4に記載の超電導ケーブルの布設方法。 - 前記常温被覆部はさらに、分流導体を備え、
この分流導体は、常温被覆部における電気絶縁層の内側に形成され、異常時電流を分担す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布設方法。 - 前記低温導電部はさらに、分流導体を備え、
この分流導体は、低温導電部における断熱管の外側に形成され、異常時電流を分担す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布設方法。 - 前記工程βで布設される管状部材は、前記断熱管の外周に前記常温被覆部を一体に形成した被覆部付き断熱管からなり、
前記工程γで管状部材に挿入される長尺部材は、前記導体部からなることを特徴とする請求項4に記載の超電導ケーブルの布設方法。 - 前記被覆部付き断熱管はさらに、分流導体を備え、
この分流導体は、被覆部付き断熱管における断熱管の外側で、前記電気絶縁層の内側に形成され、異常時電流を分担することを特徴とする請求項8に記載の超電導ケーブルの布設方法。
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