JP5209695B2 - 終端装置 - Google Patents
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02G—INSTALLATION OF ELECTRIC CABLES OR LINES, OR OF COMBINED OPTICAL AND ELECTRIC CABLES OR LINES
- H02G15/00—Cable fittings
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Description
1.導体(電流要素)
2.電気絶縁(電圧要素)
3.熱絶縁(熱要素)
4.冷却手段、例えば、低温流体(冷却要素)
5.任意選択の種々の診断(診断要素)
以上の要素のうち3)、4)および5)は、通常、慣用的ケーブルに存在していないが、4)は、冷却バスバーにやや類似し、要素5)は、一定圧力に保たれたオイルを連続的に監視するオイル絶縁ケーブルにおいてある程度存在している。任意選択の異なる診断、例えば、圧力、温度(内部および/または外部)、流れ、極低温液レベル、空気湿度等の監視も実装されてよい。
1.超電導材料の使用を34−50%減らすことにより、コストおよびエネルギー損失を低減できる。
2.極低温包囲材料と低温表面の使用を30−50%減らすことにより、コストを低減し、エネルギー効率を高めることができる。
1.ケーブルに外部障害を生み出す外部磁界が存在しない。
2.インダクタンスとキャパシタンスの電気的特性の関係が改善されることにより、臨界長が増し、安定性が改善され、負荷依存の電圧降下が減少する。
3.ケーブル内部の磁界を減らすことにより、エネルギー損失を低減し、超電導材料の性能が改善される。
4.極低温包囲材料と低温表面の使用を係数30−50%減らすことにより、コストを低減し、エネルギー効率を高めることができる。
5.極低温エンベロープの数を減らすことにより、溶接および製造段階を少なくし、製造コストを低減し、信頼性を高めることができる。
1.高温誘電単相ケーブルほど知られていないため、使用上のリスクが高い。
2.同軸低温誘電と高温誘電単相よりもケーブル設計および終端設計が複雑なため、製造および使用におけるリスクが高い。
3.相1、2および3におけるインピーダンスが本質的/一般的に不均衡。
超電導ケーブルシステムの終端装置は、多数の先行技術文書に記載されている。
本発明に従い、終端装置は、1つ以上の分流リードと、冷却液を含むように適合された包囲する熱絶縁エンベロープのためのケーブルの末端区間を含み、分流リードは個別の電気絶縁体により前記熱絶縁エンベロープから個々に絶縁されている。
ケーブルの末端区間が長手方向軸心を規定し、末端区間はN個の相導体の末端部と1つの中性導体の末端部を含み、N個の相導体と中性導体の末端部はそれぞれ少なくとも1つの電導体を含み、ケーブル内でコア形成体の周囲に、相1がケーブル内で相対的に最も内側に、相Nが相対的に最も外側に同心的に配置され、相Nは中性導体によって包囲されている。隣り合う相導体の間および相Nと中性導体との間には電気絶縁体が配置されている。中性導体と相導体の末端部分はそれぞれ電流リード(分流リード)に電気的に接続されるための接触面を含む。中性導体とそれぞれの相導体の接触面は、中性導体/相導体の覆われていない部分、すなわち露出させるために電気絶縁体を取り除いて分流リードとの接続を提供するための接触面へのアクセスを可能にする、覆われていない部分によって提供される。(接触面を提供する)覆われていない部分の各々は、好ましくは、最小限の長さで長手方向に延び、覆われていない部分は長手方向に延びるケーブルの末端区間に沿って順次配置されている。
ケーブルに関して最も内側/最も外側との用語は、それぞれケーブル形成体により近いこと、およびケーブル形成体からより離れていることを意味する。代替として、それぞれケーブルの末端区間の長手方向軸心により近いこと、およびケーブル形成体からより離れていることを意味してよい。
終端装置の実施形態において、接触面と中性導体/層導体と電気的接続の少なくとも1つは、接触面を全面的または部分的に包囲する電界制御システムを含み、それぞれの相電圧で等電位容積部を提供する。
理解されるように、本発明の冷却構成はシステムを安定させる信頼性の高い冷却を提供し、比較的高い定格電流を生み出す。この安定した信頼性の高い冷却構成のために、多種多様な冷却液を使用することができる。
終端装置の実施形態において、等電位容積部は、電流リードベース、電流クランプおよび電流スリーブのうちの少なくとも1つの要素に接続された分流リードを含み、分流リードは最終的に中性導体または1つの相導体の接触面に接続されており、さらに前記要素の少なくとも1つは、好ましくは、電流リードベース、電流クランプ、電流スリーブおよび/または前記要素のいずれかの間のインターフェースを経過および/または通過する強制流冷却(例えば、溝、孔、異形断面、フランジ)による低温アンカーのための手段を有し、前記相導体は、好ましくは、超電導体、ハイパーコンダクティブ導体および慣用的導体から選択された導体である。
中性導体/相導体の接触面の長手方向軸心からの半径方向距離は、調整インサートを用いて調整することができる。調整インサートは、例えば、以下に説明する適合インサートであってよいが、長手方向軸心から接触面までの半径方向距離が等しくないように調整することもできる。調整インサートの構造は、以下に適合インサートについて説明するのと同様であってよいが、長手方向軸心からの半径方向距離が実質的に等しくなるように接触面を適合させる必要はない。
適合インサートは、所望の適合を提供するために所望の厚さを持つことができる。
終端装置の末端区間は、例えば、相導体と中性導体との間に等距離を提供する長手方向スペーサーを含んでいる。これらの長手方向スペーサーは、追加的に流れ制御、流れ分離、電気絶縁および/またはモジュール組み立て/構成システムを提供できる。末端区間は等しい長手方向距離、および特に半径方向距離を提供する半径方向適合インサートを包含してよく、適合インサートは、例えば、追加の誘電体およびモジュール構成コンセプトの選択肢を提供できる。
上述したように、中性導体または相導体の少なくとも1つは電流スリーブと電気的接触を有することができる。電流スリーブは、原則として任意の導電材料からなるか、または任意の導電材料を含むことができる。しかしながら、電流スリーブが少なくとも一部は慣用的な導電材料からなることがしばしば選好される。
ある実施形態において、電流スリーブの少なくとも一部は、前記接触面と前記各分流リードとの間に電気的接続を提供する。この実施形態では、電流スリーブは分流リードに電気的に接続されたスリーブ接触面を有することができる。
ある実施形態において、中性導体と相導体のスリーブ接触面の長手方向軸心からの半径方向距離が実質的に等しいことが、好ましくは、前記電流スリーブの半径方向寸法を個々に適合させることによって提供される。例えば、電流スリーブは、異なる内寸と、本質的に等しい外寸を有することができる。
別の実施形態において、はんだ付け区間は長さと高さを関連するHTSテープ/ワイヤーおよび任意選択の慣用的な分流導体テープに適合させたテラス部を付けて作製されている。
一般に、相導体および中性導体の少なくとも1つは超電導材料またはハイパーコンダクティブ材料を含むことが通常望ましい。
ある実施形態において、終端装置はスリーブ、インサートおよびクランプの少なくとも1つを含み、前記スリーブ、インサートおよび/またはクランプはそれぞれカフ形状を有している。
電界を制御するために、長手方向スペーサー、適合インサート、スリーブ、クランプ、電流リードベースのエッジ部および/または面は、好ましくは、丸み付けされてよい。
ある実施形態において、終端装置はエポキシ材料、例えば、繊維強化エポキシ樹脂、例えば、エポキシ樹脂結合材を使用した連続フィラメントガラス繊維材料からなる熱硬化性工業ラミネートを有する少なくとも1つのインサート(適合インサート)を含む。
ある実施形態では、前記ケーブルの前記末端区間がモジュール式に構成され、各モジュールはケーブルの末端区間の長さを包囲するための部分と、中性導体または相導体を分岐させるための少なくとも1つの分岐部を含む。
ある実施形態では冷却効果を増すために、熱絶縁エンベロープは2つの別個の冷却液流路を含むことができる。
ある実施形態において、終端装置は熱絶縁エンベロープの分岐部でケーブルの末端区間の周囲に配置された電気絶縁材料と接している電界制御システムを含み、電界制御システムは、好ましくは、相電圧における等電位容積部を規定し、相電圧から終端ハウジングのアース電位への分岐部の近傍で電界の経路を制御する。
単一の相導体(N=1)と中性導体とを同心的に配置したケーブルは、同軸ケーブルとも呼ぶ。
ある実施形態において、多重同軸ケーブルの接触面は長手方向で順次実現され、相中性線間接触距離と相間接触距離はほぼ等しいことを特徴とする。
図は、見やすくするために概略化され、本発明を理解するために欠かせない詳細のみ示し、他の詳細は省略してある。全体を通して、同一または対応する部材には同じ参照符号を使用した。その際、図1の部材「102」は図2では「202」とするように、共通の参照符号の前に図面番号を付けた。
硬化部材1419は円筒対称形であることができ、冷却液または固体が流れるのを可能にするために中空であり、それによってケーブル末端区間の中心を通って流れるのを防ぐ。
Claims (25)
- 極低温ケーブルの末端区間を含む極低温ケーブルの終端装置であって、
ケーブルの末端区間が長手方向軸心を規定すると共に、N個の相導体の末端部分と、中性導体の末端部分と、冷却液を含むように構成された周囲の熱絶縁エンベロープとを含み、N個の相導体の末端部分及び中性導体の末端部分はそれぞれ少なくとも1つの導電体を含むと共にケーブル内で相1を相対的に最も内側に相Nを相対的に最も外側にそれぞれ配置しつつコア形成体の周囲に同心上に配置され、相Nは中性導体によって包囲され、隣り合う相導体間および相N及び中性導体間には電気絶縁体が配置され、中性導体及び相導体の末端部分はそれぞれ電気的接続部を提供するように少なくとも1つの分流リードに対して電気的に接続される接触面を含み、前記各接触面はケーブルの長手方向に延びると共に前記ケーブルの末端区間の長手方向に沿って順次配置され、
前記少なくとも1つの分流リードは、各電気絶縁体によって前記熱絶縁エンベロープから別々に絶縁され、
少なくとも一つの電気的接続部には、電気的接続部を流れる強制流冷却によって冷却液との熱交換を行うための手段が設けられ、
前記熱交換手段は、冷却液が流れる孔、溝、フィン、異形断面及び又はフランジからなる終端装置。 - 請求項1記載の終端装置において、
前記電気的接続部の少なくとも1つは、全面的または部分的に接触面を包囲して、それぞれの相電圧で等電位容積部を提供する電界制御システムを含む終端装置。 - 請求項1又は2記載の終端装置において、
冷却液は、前記等電位容積部の内部に向けられている終端装置。 - 請求項1〜3のいずれか一項に記載の終端装置において、
前記末端区間は、少なくとも1つの電流リードベースを含み、前記終端装置の電気的接続部は、冷却液が前記電流リード上および前記接触面上で前記少なくとも1つの電流リードベースと熱交換可能に構成されている終端装置。 - 請求項2〜4のいずれか一項に記載の終端装置において、
前記等電位容積部は、電流リードベース、電流クランプおよび電流スリーブのうちの少なくとも1つの要素に接続された分流リードを含み、分流リードは、最終的に中性導体または1つの相導体の接触面に接続され、前記要素の少なくとも1つは、好ましくは、低温アンカーのための手段を有し、その手段は、電流リードベース、電流クランプ、電流スリーブおよび/または前記要素のいずれかの間のインターフェースを経過および/または通過する強制流冷却による溝、孔、異形断面、フランジからなり、前記相導体は、好ましくは、超電導体、ハイパーコンダクティブ導体および慣用的導体から選択された導体である終端装置。 - 請求項1〜5のいずれか一項に記載の終端装置において、
接触面は、長手方向に延びるケーブルの末端区間に沿って順次配置され、中性導体および相導体のそれぞれの接触面が少なくとも前記接触面の全長の少なくとも一部に亘って長手方向軸心から実質的に等しい半径方向距離に確実に配置されることによってモジュール方式に従って配置されている終端装置。 - 請求項6記載の終端装置において、
前記実質的に等しい長手方向距離は、実質的に同一の半径方向外寸を有する半径方向適合インサートによって得られ、前記半径方向適合インサートは、ケーブルの末端区間における長手方向寸法および特に半径方向寸法の寸法を等しくする相導体及び中性導体に適用され、
電流リードベース、電流クランプおよび電流スリーブのうちの少なくとも1つの要素は、各接触面及び各分流リードとの電気的接続を提供するように各適合インサートに重ねられている終端装置。 - 請求項7記載の終端装置において、
前記半径方向適合インサートの少なくとも1つは、中性導体または相導体の接触面の電導体と下側の絶縁層との間に配置され、
中性導体及び相導体の接触面のケーブルの末端区間の長手方向軸心からの実施的に等しい半径方向距離が、前記半径方向適合インサートの内側の半径方向寸法の各適合によって提供され、
前記半径方向適合インサートは、調整インサートとして形成されると共に、エポキシ材料、繊維強化エポキシ樹脂、エポキシ樹脂結合材を使用した連続フィラメントガラス繊維材料からなる熱硬化性工業ラミネート等の絶縁材料、半導材料またはこれらの材料の組み合わせからなる終端装置。 - 請求項1〜8のいずれか一項に記載の終端装置において、
長手方向スペーサー、適合インサート、スリーブ、クランプ、電流リードベースのエッジ部および/または面は、丸みを帯び、および/または電界を制御するように適合されている終端装置。 - 請求項1〜9のいずれか一項に記載の終端装置において、
ケーブルの末端区間の接触面間の長手方向距離は、実質的に等しくなるように配置されている終端装置。 - 請求項1〜10のいずれか一項に記載の終端装置において、
各分流リード間に固定した距離を提供する1つ以上の長手方向スペーサーを含み、長手方向スペーサーは、冷却液の流れ制御または流れ制限として機能し、冷却液の少なくとも一部を、電流リードベースの接触面近傍の熱交換手段を通して案内する終端装置。 - 請求項5〜11のいずれか一項に記載の終端装置において、
前記電流スリーブは、電流リードに対し電気的に接続されるためのスリーブ接触面を有し、前記ケーブル自体からの超電導材料は、前記スリーブ接触面における少なくとも一部を構成する終端装置。 - 請求項5〜12のいずれか一項に記載の終端装置において、
2つ以上の中性導体または相導体は、各電流スリーブとの電気的接触を有し、前記電流スリーブの寸法は、好ましくは、実質的に同一である終端装置。 - 請求項5〜13のいずれか一項に記載の終端装置において、
中性導体及び相導体のスリーブ接触面の長手方向軸心からの実質的に等しい半径方向距離は、好ましくは、前記電流スリーブの半径方向寸法の各適合によって提供される終端装置。 - 請求項1〜14のいずれか一項に記載の終端装置は、慣用的な導電材料(例えば、銅であるが、これに限らない)からなる少なくとも1つの電流クランプを含み、前記電流クランプは、電流リードと電気的に接続され、かつ前記接触面および/または前記スリーブ接触面に緊定され、前記電流クランプは、好ましくは、前記接触面の軸方向長さより短く、および/またはスリーブ接触面より短い終端装置。
- 請求項1〜15のいずれか一項に記載の終端装置において、
前記電気的接続の少なくとも1つ、好ましくは、前記電流クランプの少なくとも1つは、貫通孔を有している終端装置。 - 請求項2〜16のいずれか一項に記載の終端装置において、
電界制御システムは、ウルテムTM、又は、G−10、FRP、ポリウレタン、ポリプロピレン、ナイロン、およびこれらの組み合わせである繊維強化エポキシプラスチックからなる誘電体を含み、
電界制御システムは、例えば、金属材料または半導材料等の電界平滑化材料を含み、前記電界平滑化材料は、好ましくは、電界制御システムの層、より好ましくは、電界制御システムの内側層を構成する終端装置。 - 請求項2〜17のいずれか一項に記載の終端装置において、
終端装置は、熱絶縁エンベロープの分岐部でケーブルの末端区間の周囲に配置された電気絶縁材料と接する電界制御システムを含み、前記電界制御システムは、好ましくは、相電圧における等電位容積部を規定し、相電圧から終端ハウジングのアース電位への分岐部の近傍で電界の経路を制御する終端装置。 - 請求項2〜18のいずれか一項に記載の終端装置において、
電界制御システムは、前記分流リードの1つとの移行継手を提供し、前記分流絶縁は、前記分流リードを絶縁し、前記移行継手は、クリープ長さを増すために整合するジグザグ経路または蛇行経路を形成する面の間に設けられている終端装置。 - 請求項1〜19のいずれか一項に記載の終端装置において、
前記移行継手は、分流絶縁システムの角度を調整可能な球面を有し、好ましくは、前記移行継手が、ガスケットによりシールされている終端装置。 - 請求項1〜20のいずれか一項に記載の終端装置において、
相導体の数Nは、N=1,2,3,4からそれ以上であり、好ましくは、3である終端装置。 - 請求項1〜21のいずれか一項に記載の終端装置において、
前記終端装置は、ケーブルの末端区間を機械的に支持するため、ケーブルの末端区間のコア形成体中心の開口部内に、剛性を有する円筒またはチューブを備えている終端装置。 - 請求項1〜22のいずれか一項に記載の終端装置において、
終端装置は、極低温で冷却された多相ケーブルシステムを提供し、かつ終端電流リードに周囲温度で終端させるように構成され、前記ケーブル末端区間は多相ケーブルの末端区間であり、多相ケーブルの末端区間はケーブルの末端区間の少なくとも一部を周囲温度以下の温度に冷却し、かつその温度に維持するために熱絶縁エンベロープにより包囲され、熱絶縁エンベロープは、ケーブル相導体および中性導体の末端区間からそれぞれの電流リードに分岐させるために分流リードとして形成された複数の分岐部を含み、これらの分岐部は、長手方向に延びるケーブルの末端区間に沿って、前記中性導体および相導体の対応する末端部分の接触面と整合する位置に順次配置され、第1の分岐部は中性導体を分岐させ、第2の分岐部はN番目の相導体を分岐させ、第3の分岐部は(N−1)番目の相導体を分岐させ、最後に(N+1)番目の分岐部はN番目の相導体を分岐させ、前記ケーブルの末端区間は、熱絶縁エンベロープ内に偏心配置されている終端装置。 - 請求項23記載の終端装置において、
前記ケーブルの前記末端区間がモジュール式に構成され、各モジュールは、前記ケーブルの末端区間の全長を包囲するための部分と、中性導体または相導体を分岐させるための少なくとも1つの分岐部とを備えている終端装置。 - 請求項1〜24のいずれか一項に記載の終端装置において、
前記冷却液の少なくとも一部は、終端装置に固有の流路に制限され、超電導ケーブルの残余部分は通らない終端装置。
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