JP5348511B2 - Superconducting cable and superconducting cable connection - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a superconducting cable and its connection part, capable of ensuring smaller size of the connection part as much as possible when mutually connecting the superconducting cables. <P>SOLUTION: A superconducting cable 100 includes: a former 11; a superconductive conductor layer 12; and an insulation layer 13, from a center side. The former 11 includes a center side former 11a made of stainless steel that is installed at the center side and an outside former 11b made of one or more kind of metal selected from among copper, aluminum, copper-alloy, and aluminum alloy that are installed at the outer periphery of the center side former 11a. The center side formers 11a are mutually abutted and fixed so that the mutual outer diameters are made to be equal, the outside formers 11b are mutually abutted and joined so that the mutual outer diameters are made to be equal, and the superconductive conductor layers 12 are mutually connected. <P>COPYRIGHT: (C)2012,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、中心側からフォーマと、超電導導体層と、絶縁層とを有する超電導ケーブルおよび超電導ケーブルの接続部に関するものである。特に、超電導ケーブル同士を接続する際に、接続部分の長さおよび径方向の大きさをできるだけ小さくできる超電導ケーブルおよび超電導ケーブルの接続部に関する。   The present invention relates to a superconducting cable having a former, a superconducting conductor layer, and an insulating layer from the center side, and a connecting portion of the superconducting cable. In particular, the present invention relates to a superconducting cable and a connecting portion of the superconducting cable that can reduce the length and radial size of the connecting portion as much as possible when connecting the superconducting cables.

従来、Bi系高温超電導テープ線などからなる超電導導体を用いた超電導ケーブルにおいて、ケーブルコアは、中心から順にフォーマ（例えば被覆絶縁付き軟銅より線）、超電導導体層、電気絶縁層、シールド層、保護層を備えている。超電導導体層は、フォーマ上に超電導線材を多層に螺旋状に巻回して構成される。電気絶縁層は、半合成絶縁紙を巻回して構成される。シールド層は、電気絶縁層上に超電導線材を螺旋状に巻回して構成される。そして、ケーブルコアを真空断熱用の二重ＳＵＳ管の内部に収納している。   Conventionally, in a superconducting cable using a superconducting conductor made of Bi-based high-temperature superconducting tape wire, the cable core is formed in order from the center (for example, annealed copper stranded wire with covering insulation), superconducting conductor layer, electrical insulation layer, shield layer, protection With layers. The superconducting conductor layer is formed by spirally winding a superconducting wire on a former in multiple layers. The electrical insulating layer is formed by winding semi-synthetic insulating paper. The shield layer is formed by spirally winding a superconducting wire on the electrical insulating layer. The cable core is housed inside a double SUS tube for vacuum insulation.

フォーマは、事故時の短絡電流を通電できることが要求されるだけでなく、超電導ケーブルの初期冷却時に発生する熱応力(引張力)に耐えられる機械的強度が要求される。このため、強度的に充分な断面積を有することが必要であるとともに、充分な電流容量を確保できる断面積を有することが必要となる。しかし、ケーブル全体の外径が大きくならないようにする必要もあることから、フォーマの外径の大径化を抑えるために、通常は、銅素線を絶縁被覆(例えばエナメルで被覆)したものを撚り合わせて構成している。   The former is required not only to be able to pass a short-circuit current at the time of an accident, but also to have mechanical strength that can withstand the thermal stress (tensile force) generated during the initial cooling of the superconducting cable. Therefore, it is necessary to have a sufficient cross-sectional area in terms of strength, and it is necessary to have a cross-sectional area that can secure a sufficient current capacity. However, since it is necessary to prevent the outer diameter of the entire cable from becoming large, in order to suppress an increase in the outer diameter of the former, usually, a copper wire that has been insulation-coated (e.g., enameled) is used. It is made by twisting together.

以上のような超電導ケーブルを用いて、長距離に亘る線路を構築する場合、複数の超電導ケーブルを繋ぎ合わせて所定の長さの線路を構築している。各超電導ケーブルの接続は、特許文献１に開示されているような接続部を用いて行われる。   When constructing a line over a long distance using the superconducting cable as described above, a plurality of superconducting cables are connected to construct a line having a predetermined length. Each superconducting cable is connected using a connecting portion as disclosed in Patent Document 1.

即ち、超電導ケーブル同士を接続する場合には、例えば特許文献１に示されているように、ケーブルのフォーマ同士を銅からなる接続スリーブで圧縮接続している。通常、接続スリーブは、長手方向中心部にフォーマを圧縮する小径部と、超電導導体が所定の隙間を介して挿入される大径部とを有し、小径部でフォーマを圧縮した後、大径部の内面と超電導導体との間の隙間に半田を流し込んで接続スリーブと超電導導体とを接続するようになっている。   That is, when connecting the superconducting cables, for example, as shown in Patent Document 1, the formers of the cables are compression-connected by a connection sleeve made of copper. Usually, the connection sleeve has a small diameter portion that compresses the former at the center in the longitudinal direction and a large diameter portion into which the superconducting conductor is inserted through a predetermined gap. Solder is poured into the gap between the inner surface of the part and the superconducting conductor to connect the connecting sleeve and the superconducting conductor.

フォーマ同士を接続する方法としては、ケーブルコアの外側から、段剥ぎして、最終的にフォーマを露出させた後、フォーマの素線を広げて、端部の素線絶縁被覆を除去し、素線を巻戻してフォーマ同士を突き合わせた状態で、接続スリーブで圧縮接続する方法がある。   As a method of connecting the formers, strip the steps from the outside of the cable core, and finally expose the former, then widen the strands of the former, remove the strand insulation coating at the end, There is a method of compressing and connecting with a connecting sleeve in a state where the wire is unwound and the formers are butted together.

ここで、接続スリーブでフォーマ接続を行う際、接続スリーブを介してフォーマ同士の電流容量を確保するために、上記したようにフォーマの素線絶縁被覆を除去した上で、圧縮接続をすることが必要となる。   Here, when performing the former connection with the connection sleeve, in order to secure the current capacity between the formers via the connection sleeve, the wire insulation coating of the former is removed as described above, and then the compression connection is performed. Necessary.

そして、超電導導体と接続スリーブとの接続は、超電導導体をそのまま接続スリーブに接続することもできるが、フォーマの剥ぎ出し部分に接続スリーブの逃がし代を設ける場合に、逃がし代まで超電導導体を除去したときは、超電導導体と接続スリーブとを接続用導体を介して接続している。   The connection between the superconducting conductor and the connecting sleeve can be performed by connecting the superconducting conductor to the connecting sleeve as it is. However, when providing the allowance for the connecting sleeve at the exposed portion of the former, the superconducting conductor is removed until the allowance is released. In some cases, the superconducting conductor and the connecting sleeve are connected via the connecting conductor.

フォーマを接続スリーブで接続する場合、「短絡電流の通電」「冷却時の熱応力へ対応するための所定の機械的強度」の両方を満足するために、通常は、銅製の接続スリーブを用いて圧縮接続を行っている。   When connecting a former with a connection sleeve, a copper connection sleeve is usually used in order to satisfy both the "energization of short-circuit current" and "predetermined mechanical strength to cope with thermal stress during cooling". A compression connection is being made.

特開２００５−３５３３７９号公報JP 2005-353379 A

ところで、超電導導体を接続するまでの接続作業は、概略以下(1)〜(5)の作業で実施する。   By the way, the connection work up to the connection of the superconducting conductor is carried out by the following work (1) to (5).

(1) 両側ケーブルのケーブルコアにおけるフォーマの剥ぎ出しを行う。
(2) 治具を用いて、フォーマ素線の絶縁剥ぎ出しを行う。
(3) 接続スリーブを一方のフォーマに嵌めこむ。このとき、一方のフォーマには、接続スリーブの逃がし代が必要となる。
(4) 圧縮機による接続スリーブとフォーマとの圧縮接続作業を行う。このとき、圧縮機を据え付けるための作業スペースが必要となるし、また、圧縮作業による接続スリーブの伸び代を考慮する必要がある。
(5) 超電導線材と接続スリーブとを半田付けにより接続する作業を行う。 (1) Strip the former from the cable core of the cable on both sides.
(2) Use a jig to strip the insulation of the former wire.
(3) Fit the connecting sleeve into one former. At this time, one of the formers needs a clearance for the connection sleeve.
(4) Compressing and connecting the connecting sleeve and former with a compressor. At this time, a work space for installing the compressor is required, and it is necessary to consider the extension of the connection sleeve due to the compression work.
(5) Work to connect the superconducting wire and the connection sleeve by soldering.

上記(1)のフォーマの剥ぎ出しは、フォーマ素線を広げる際に、超電導導体に損傷を与えないようにするため、接続スリーブの長さよりも長く剥き出す必要がある。   When the former (1) is stripped, it is necessary to strip the former longer than the length of the connection sleeve so as not to damage the superconducting conductor when the former is expanded.

さらに、上記(3)の接続スリーブをフォーマに挿通する作業のとき、超電導導体の機械的強度を考慮してむやみに曲げておくことができないので、フォーマの剥ぎ出し部分には、接続スリーブの逃がし代も必要となる。この逃がし代は無駄になっている。   Further, when inserting the connection sleeve of (3) above into the former, it cannot be bent as much as possible taking into account the mechanical strength of the superconducting conductor. A fee is also required. This escape fee is wasted.

また、接続スリーブは、短絡電流に対応できる電流容量を確保する大きな断面積が必要となる。また、接続スリーブの機械的強度は、接続スリーブのフォーマを把持する長さと断面積で決まり、接続スリーブはフォーマの強度以上の機械的強度を必要とするため、長さが長くなるだけでなく、径も大きくなる。   In addition, the connection sleeve needs a large cross-sectional area to ensure a current capacity that can cope with a short-circuit current. In addition, the mechanical strength of the connection sleeve is determined by the length and cross-sectional area that grips the former of the connection sleeve, and the connection sleeve requires a mechanical strength that is equal to or greater than the strength of the former. The diameter also increases.

さらに、接続スリーブは、銅により形成されているため、接続スリーブでフォーマを圧縮接続したとき、常電導導体の接続スリーブと、ケーブルコアの超電導導体との接続部分が生じる。そのため、この接続部分で発熱が起こり得る場合がある。   Further, since the connection sleeve is made of copper, when the former is compression-connected with the connection sleeve, a connection portion between the connection sleeve of the normal conductive conductor and the superconductive conductor of the cable core is generated. For this reason, there is a case where heat generation may occur at this connection portion.

また、接続スリーブの断面積を増大させて電流容量を大きくし、発熱を抑えるようにすると、接続スリーブの外径が超電導導体の外径よりも大きくなる。しかも、このように接続スリーブの外径が大きくなると、層方向に電界ストレスが発生するため、電界ストレス緩和のためのストレスコーンを設ける必要がでてくる。このように、接続スリーブとストレスコーンを設けることにより、接続部全体が径方向および長手方向に大きくなる可能性もある。   Further, when the cross-sectional area of the connection sleeve is increased to increase the current capacity to suppress heat generation, the outer diameter of the connection sleeve becomes larger than the outer diameter of the superconducting conductor. In addition, when the outer diameter of the connection sleeve is increased as described above, an electric field stress is generated in the layer direction. Therefore, it is necessary to provide a stress cone for reducing the electric field stress. As described above, by providing the connection sleeve and the stress cone, the entire connection portion may be enlarged in the radial direction and the longitudinal direction.

以上のように、本発明は、超電導ケーブル同士を接続する際、接続部においてサイズをできるだけ小さくできる超電導ケーブルをおよびその接続部を提供することを主目的とする。   As described above, the main object of the present invention is to provide a superconducting cable capable of reducing the size as much as possible in the connecting portion and the connecting portion when connecting the superconducting cables.

また、本発明の他の目的は、超電導ケーブルの接続部において、接続部の電気抵抗が大きくならないようにすることができる超電導ケーブルおよびその接続部を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide a superconducting cable and a connecting portion thereof that can prevent the electrical resistance of the connecting portion from increasing in the connecting portion of the superconducting cable.

本発明の超電導ケーブルは、中心側からフォーマと、超電導導体層と、絶縁層とを有する超電導ケーブルであって、フォーマは、中心側に設けられ、ステンレス鋼からなる中心側フォーマと、この中心側フォーマの外周に設けられ、銅、アルミニウム、銅合金、およびアルミニウム合金から選ばれる１種以上の金属からなる外側フォーマとを備えることを特徴とする。   The superconducting cable of the present invention is a superconducting cable having a former, a superconducting conductor layer, and an insulating layer from the center side. The former is provided on the center side, and is formed of a stainless steel side center former and the center side. An outer former made of one or more metals selected from copper, aluminum, a copper alloy, and an aluminum alloy is provided on the outer periphery of the former.

中心側フォーマは、超電導導体層の形状維持部材としての機能を有し、外側フォーマは、短絡電流の通電用部材としての機能を有する。   The central former has a function as a shape maintaining member of the superconducting conductor layer, and the outer former has a function as a member for supplying a short-circuit current.

中心側フォーマは、超電導導体層の形状を維持するために、所定の強度が得られる断面積とする。   The center-side former has a cross-sectional area capable of obtaining a predetermined strength in order to maintain the shape of the superconducting conductor layer.

外側フォーマは、例えば、銅、アルミニウム、銅合金、およびアルミニウム合金のうちのいずれかの金属で形成される複数の素線を中心側フォーマの外周に螺旋状に巻きつけて形成することができるし、銅、アルミニウム、銅合金、およびアルミニウム合金のうちのいずれかの金属で形成した管状体で構成することもできる。素線を用いる場合、その外周を絶縁被覆することが好ましい。   The outer former can be formed by, for example, spirally winding a plurality of strands formed of any one of copper, aluminum, a copper alloy, and an aluminum alloy around the outer periphery of the central former. , Copper, aluminum, a copper alloy, and a tubular body formed of any one of aluminum alloys. When using a strand, it is preferable that the outer periphery is covered with insulation.

本発明の超電導ケーブルは、以上のようにフォーマを、機械的強度に優れたステンレス鋼で形成する中心側フォーマと、短絡電流容量に必要な電流容量を確保できる銅、アルミニウム、銅合金、およびアルミニウム合金から選ばれる１種以上の金属からなる外側フォーマとを有する構成としている。その結果、中心側フォーマ同士の接続によってケーブルの接続部に所定の機械的強度が得られるようにし、外側フォーマで短絡電流へ対応するようにして、それぞれに機能を分担させることができる。   As described above, the superconducting cable of the present invention includes a center-side former formed of stainless steel having excellent mechanical strength, copper, aluminum, a copper alloy, and aluminum capable of securing a current capacity necessary for a short-circuit current capacity. And an outer former made of one or more metals selected from alloys. As a result, a predetermined mechanical strength can be obtained at the connection portion of the cable by connecting the center-side formers, and the functions can be shared by the outer former so as to cope with the short-circuit current.

従って、従来の接続スリーブを使用しなくても、機械的強度を充分満足できる接続部の構造が得られるようになり、接続部の長手方向の寸法を短くでき、組立に必要なスペースも小さくできる。   Accordingly, the structure of the connecting portion that can sufficiently satisfy the mechanical strength can be obtained without using the conventional connecting sleeve, the longitudinal dimension of the connecting portion can be shortened, and the space required for assembly can also be reduced. .

即ち、中心側フォーマがステンレス鋼から形成されているので、フォーマ全体としての機械的強度を向上でき、ケーブルコア同士を接続する際、この機械的強度の強い中心側フォーマ同士を例えば溶接により接続して固定することにより、従来のような接続スリーブを用いることなく、所定の機械的強度を維持した接続を行えるようになる。   That is, since the center former is made of stainless steel, the mechanical strength of the former as a whole can be improved. When connecting the cable cores, the center formers having high mechanical strength are connected by welding, for example. Thus, the connection with the predetermined mechanical strength can be performed without using a conventional connection sleeve.

さらに、接続スリーブが不要となるので、ケーブル接続部での接続長さを短くできるだけでなく、接続部の径方向の大きさも、超電導ケーブルの径と、ほとんど変わらない大きさにできる。しかも、接続スリーブを使用しないことで、接続部の沿層方向電界ストレスを低減できる。   Further, since the connection sleeve is not required, not only the connection length at the cable connection portion can be shortened, but also the size in the radial direction of the connection portion can be made almost the same as the diameter of the superconducting cable. In addition, by using no connection sleeve, the creeping electric field stress at the connection portion can be reduced.

中心側フォーマは、ステンレス鋼管で形成してもよいし、ステンレス鋼の撚り線や、メッシュ部材や、テープ線材で形成してもよい。   The center former may be formed of a stainless steel pipe, or may be formed of a stainless steel stranded wire, a mesh member, or a tape wire.

ステンレス鋼管で形成する場合には、中心側フォーマは、中空の状態にできるので、この中心側フォーマの内部に冷媒通路を形成することが好ましい。冷媒通路に、液体窒素などの冷媒を流通させることにより、超電導導体層、中心側フォーマ、外側フォーマなどの導体を中心側から冷却して、温度上昇を抑制することができる。   In the case of forming with a stainless steel pipe, the center-side former can be in a hollow state. Therefore, it is preferable to form a refrigerant passage in the center-side former. By circulating a coolant such as liquid nitrogen in the coolant passage, conductors such as the superconducting conductor layer, the center former, and the outer former can be cooled from the center, and the temperature rise can be suppressed.

中心側フォーマを、メッシュ部材で形成する場合には、メッシュ部材で中実状に形成することが好ましい。なお、メッシュ部材は、細いステンレス線の周りに巻きつけて中実状に中心側フォーマを形成することが好ましい。このように中心側フォーマを、メッシュ部材で形成することにより、ステンレス鋼という大きな機械的強度を持ちながら、ケーブルの曲げに対応できる可撓性を有するようになり、ケーブルコア自体の剛性を向上させることができる。   When the center-side former is formed from a mesh member, it is preferably formed from a mesh member in a solid shape. The mesh member is preferably wound around a thin stainless steel wire to form the center former in a solid state. By forming the center-side former with a mesh member in this way, it becomes flexible enough to cope with the bending of the cable while having a large mechanical strength of stainless steel, thereby improving the rigidity of the cable core itself. be able to.

中心側フォーマを、テープ線材で形成する場合には、スパイラルに巻きつけて筒状に形成することが好ましい。このように、スパイラル構造にすることで、中心側フォーマを、ステンレス鋼という大きな機械的強度を持ちながら、ケーブルの曲げに対応できる可撓性を有するようになり、ケーブルコア自体の剛性を向上させることができる。さらに、筒状の中心側フォーマ内部を冷媒通路にすることができる。   When the center former is formed of a tape wire, it is preferably wound around a spiral and formed into a cylindrical shape. In this way, by adopting a spiral structure, the center-side former has flexibility that can cope with the bending of the cable while having high mechanical strength of stainless steel, thereby improving the rigidity of the cable core itself. be able to. Furthermore, the inside of the cylindrical center-side former can be used as a refrigerant passage.

中心側からフォーマと、超電導導体層と、絶縁層とを有する超電導ケーブル同士を接続する本発明の超電導ケーブルの接続部は、超電導ケーブルのフォーマが、中心側に設けられ、ステンレス鋼からなる中心側フォーマと、この中心側フォーマの外周に設けられ、銅、アルミニウム、銅合金、およびアルミニウム合金から選ばれる１種以上の金属からなる外側フォーマとを備え、中心側フォーマ同士が、互いの外径が等しくなるように突き合わされて固定され、外側フォーマ同士も互いの外径が等しくなるように突き合わされて接合されて、超電導導体層同士が接続されていることを特徴とする。   The connecting portion of the superconducting cable of the present invention for connecting the superconducting cables having the former, the superconducting conductor layer, and the insulating layer from the center side is provided on the center side, and the superconducting cable former is provided on the center side. A former and an outer former formed of one or more metals selected from copper, aluminum, a copper alloy, and an aluminum alloy provided on the outer periphery of the center-side former; It is characterized by being abutted and fixed so as to be equal, and the outer formers are also abutted and joined so that their outer diameters are equal, and the superconducting conductor layers are connected.

本発明の超電導ケーブルの接続部は、低温領域でも使用可能で機械的強度の強いステンレス鋼の中心側フォーマ同士を突き合わせて固定することにより、従来の接続スリーブを使用しなくても、機械的強度を充分満足できる接続部の構造が得られる。また、銅、アルミニウム、銅合金、およびアルミニウム合金から選ばれる１種以上の金属の導体を用いて外側フォーマを形成しているので、短絡電流容に必要な電流容量を確保できる。   The connection part of the superconducting cable of the present invention can be used even in a low temperature region, and the mechanical strength of the stainless steel center former is abutted and fixed to each other, so that the mechanical strength can be obtained without using a conventional connection sleeve. Thus, the structure of the connecting portion that satisfies the above can be obtained. Further, since the outer former is formed using one or more kinds of metal conductors selected from copper, aluminum, copper alloy, and aluminum alloy, the current capacity necessary for the short-circuit current capacity can be secured.

その結果、本発明の超電導ケーブルの接続部は、長手方向の寸法と径方向の寸法とを短くでき、組立に必要なスペースも小さくできる。しかも、接続スリーブを使用しないことで、接続部の沿層方向電界ストレスを低減できる。   As a result, the connecting portion of the superconducting cable of the present invention can shorten the dimension in the longitudinal direction and the dimension in the radial direction, and can also reduce the space required for assembly. In addition, by using no connection sleeve, the creeping electric field stress at the connection portion can be reduced.

さらに、本発明の超電導ケーブルの接続部の構造は、超電導導体層同士を接続スリーブを用いることなく接続するので、常電導導体の接続スリーブを用いた場合に生じていた発熱を回避できる。   Furthermore, since the structure of the connecting portion of the superconducting cable of the present invention connects the superconducting conductor layers without using a connecting sleeve, it is possible to avoid the heat generated when the connecting sleeve of the normal conducting conductor is used.

超電導ケーブルの超電導導体層同士は、外側フォーマの接合部分を覆い、超電導部材からなる接続用超電導導体層を介して接続することもできる。このように、超電導導体層同士を、同じ超電導部材からなる接続用超電導導体層を介して接続することにより、ケーブルコアを段剥ぎしても、電気抵抗がほとんど無い状態でケーブルの接続が可能となる。   The superconducting conductor layers of the superconducting cable can also be connected via a connecting superconducting conductor layer made of a superconducting member, covering the joint portion of the outer former. In this way, by connecting the superconducting conductor layers through the connecting superconducting conductor layer made of the same superconducting member, even if the cable core is stripped, the cable can be connected with almost no electrical resistance. Become.

超電導導体としては、銀などのマトリクス中にＢｉ２２２３系などの超電導フィラメントが多数本埋め込まれた超電導線材を用いることができる。超電導導体層は、外側フォーマ上に超電導線材を螺旋状に巻回した構成が挙げられる。このとき超電導線材は、通常、多層に巻回される。超電導導体層の超電導線材同士の接続は、例えば、半田付けにより行うことができる。   As the superconducting conductor, a superconducting wire in which a number of superconducting filaments such as Bi2223 series are embedded in a matrix of silver or the like can be used. The superconducting conductor layer has a configuration in which a superconducting wire is spirally wound on an outer former. At this time, the superconducting wire is usually wound in multiple layers. The connection between the superconducting wires of the superconducting conductor layer can be performed by soldering, for example.

接続用超電導導体層も、前記超電導線材を用いることができ、多数の超電導線材を超電導導体層間に掛け渡すように超電導導体層の外周全周に均等配置し、半田付けにより接続することができる。   The superconducting conductor layer for connection can also use the above-mentioned superconducting wire, and can be connected by soldering by uniformly arranging the superconducting conductor layer on the entire outer periphery of the superconducting conductor layer so that a large number of superconducting wires are spanned between the superconducting conductor layers.

また、超電導導体層の接続部分の外側には、補強絶縁層を設けることが好ましい。この補強絶縁層は、外径を超電導ケーブルの絶縁層の外径と等しくすることが好ましい。補強絶縁層は、接続部において、電気絶縁を確保する部材である。この補強絶層は、絶縁紙を超電導導体層の外周に巻回することにより形成することができる。本発明では、補強絶縁層は、従来の接続スリーブを設けた場合のように、厚みの大きいストレスコーンを形成する必要が無く、接続部を小さくできる。   Further, it is preferable to provide a reinforcing insulating layer outside the connecting portion of the superconducting conductor layer. This reinforcing insulating layer preferably has an outer diameter equal to the outer diameter of the insulating layer of the superconducting cable. The reinforcing insulating layer is a member that ensures electrical insulation at the connecting portion. This reinforcing insulation layer can be formed by winding insulating paper around the outer periphery of the superconducting conductor layer. In the present invention, the reinforcing insulating layer does not need to form a stress cone having a large thickness as in the case where a conventional connection sleeve is provided, and the connection portion can be made small.

さらに、超電導ケーブルのケーブルコアは、絶縁層の外側にシールド層を形成してもよい。例えば、絶縁層の上に、超電導導体層と同じ超電導線材を螺旋状に巻回して、シールド層を形成することができる。   Furthermore, the cable core of the superconducting cable may form a shield layer outside the insulating layer. For example, the same superconducting wire as the superconducting conductor layer can be spirally wound on the insulating layer to form the shield layer.

シールド層を設ける場合も、ケーブルを接続する際には、接続部の補強絶縁層の外側に、このシールド層と同じ外径のまま、シールド層の超電導線材同士を突き合わせて半田付けにより接続することが好ましい。   Even when a shield layer is provided, when connecting the cable, the superconducting wires of the shield layer are butted together and connected to the outside of the reinforcing insulating layer of the connection part with the same outer diameter as this shield layer. Is preferred.

なお、本発明の超電導ケーブルは、単心超電導ケーブルはもちろんのこと、２心、３心などの複数のケーブルコアを撚り合わせた超電導ケーブルにも適用できる。   The superconducting cable of the present invention can be applied not only to a single-core superconducting cable but also to a superconducting cable in which a plurality of cable cores such as 2-core and 3-core are twisted together.

本発明の超電導ケーブルによれば、中心側フォーマ同士の接続によってケーブルの接続部に所定の機械的強度が得られるようにし、外側フォーマで短絡電流へ対応するようにしているので、従来の接続スリーブを使用しなくても、機械的強度を充分満足できる接続部の構造が得られる。その結果、接続部の長手方向の寸法と径方向の寸法を小さくでき、しかも、組立に必要なスペースも小さくできる。さらに、接続スリーブを使用しないことで、接続部の沿層方向電界ストレスを低減できる。   According to the superconducting cable of the present invention, a predetermined mechanical strength can be obtained at the connecting portion of the cable by connecting the center-side formers, and the outer former can cope with a short-circuit current. Even without using, a connection structure that can sufficiently satisfy the mechanical strength can be obtained. As a result, the dimension in the longitudinal direction and the dimension in the radial direction of the connecting portion can be reduced, and the space required for assembly can also be reduced. Furthermore, by using no connection sleeve, the creeping direction electric field stress at the connection portion can be reduced.

本発明超電導ケーブルのケーブル同士の接続部における部分断面図を示す。The fragmentary sectional view in the connection part of the cables of this invention superconducting cable is shown. 本発明超電導ケーブルの径方向断面図である。It is radial direction sectional drawing of this invention superconducting cable.

以下、本発明の超電導ケーブルの実施の形態を説明する。本実施形態では、断熱管内に三心のケーブルコアが収納された超電導ケーブルの構成について説明する。   Hereinafter, embodiments of the superconducting cable of the present invention will be described. In the present embodiment, a configuration of a superconducting cable in which a three-core cable core is housed in a heat insulating tube will be described.

本発明の超電導ケーブル100は、図２に示すように、３心のケーブルコア10と、そのケーブルコア10を収納する断熱管20とから構成されている。各ケーブルコア10は、中心から順に、フォーマ11、超電導導体層12、絶縁層13、シールド層14、保護層15を有している。   As shown in FIG. 2, the superconducting cable 100 of the present invention includes a three-core cable core 10 and a heat insulating tube 20 that houses the cable core 10. Each cable core 10 includes a former 11, a superconducting conductor layer 12, an insulating layer 13, a shield layer 14, and a protective layer 15 in order from the center.

フォーマ11は、ステンレス鋼からなる中心側の中心側フォーマ11aと、この中心側フォーマ11aの外周に設けられ、銅、アルミニウム、銅合金、およびアルミニウム合金のうちのいずかの金属からなる外側フォーマ11bとを備える。   The former 11 is a central-side former 11a made of stainless steel, and an outer former made of copper, aluminum, a copper alloy, or an aluminum alloy provided on the outer periphery of the central-side former 11a. 11b.

中心側フォーマ11aは、ステンレス鋼管（ＳＵＳ管）で形成されており、中心側フォーマ11aの筒内部に冷媒通路を形成する。   The center-side former 11a is formed of a stainless steel pipe (SUS pipe), and forms a refrigerant passage inside the cylinder of the center-side former 11a.

外側フォーマ11bは、銅、アルミニウム、銅合金、およびアルミニウム合金のうちのいずかの金属の素線を中心側フォーマ11aの外周に多層で螺旋状に巻き付けて形成している。銅等の素線は、絶縁被覆が施されている。   The outer former 11b is formed by winding a metal wire of any one of copper, aluminum, a copper alloy, and an aluminum alloy in a multilayered manner around the outer periphery of the center-side former 11a. Wires such as copper are provided with an insulating coating.

超電導導体層12は、外側フォーマ11b上に超電導線材を多層で螺旋状に巻き付けて形成している。この超電導線材は、銀マトリクス中にＢｉ２２２３系超電導フィラメントが多数本埋め込まれて形成されている。   The superconducting conductor layer 12 is formed by winding a superconducting wire in a multi-layered manner on the outer former 11b. This superconducting wire is formed by embedding a number of Bi2223 superconducting filaments in a silver matrix.

絶縁層13は、絶縁紙とポリプロピレンフィルムとを接合した半合成紙を超電導導体層12上に巻き付けて形成している。   The insulating layer 13 is formed by winding semi-synthetic paper obtained by bonding insulating paper and a polypropylene film around the superconducting conductor layer 12.

シールド層14は、超電導導体層12に用いたものと同様の超電導線材を絶縁層13上に多層に巻き付けて形成している。   The shield layer 14 is formed by winding a superconducting wire similar to that used for the superconducting conductor layer 12 around the insulating layer 13 in multiple layers.

一方、断熱管20は、内管21および外管22を備える二重管からなり、内外管21、22の間に真空断熱層が構成される。内管21および外管22は、いずれもコルゲート管で構成されている。真空断熱層内には、プラスチックメッシュと金属箔を積層したいわゆるスーパーインシュレーション（商品名）が配置されている。さらに、外管の外側には、順次、防食層23、保護被覆層（図示せず）が形成される。   On the other hand, the heat insulating tube 20 is a double tube including an inner tube 21 and an outer tube 22, and a vacuum heat insulating layer is formed between the inner and outer tubes 21 and 22. Both the inner tube 21 and the outer tube 22 are corrugated tubes. A so-called super insulation (trade name) in which a plastic mesh and a metal foil are laminated is disposed in the vacuum heat insulating layer. Further, an anticorrosion layer 23 and a protective coating layer (not shown) are sequentially formed outside the outer tube.

断熱管20における内管21内部および中心側フォーマ11aの内部は、ケーブルコア10を冷却する液体窒素などの冷媒を充填する冷媒流通路となっている。   The inside of the inner pipe 21 and the inside of the center-side former 11a in the heat insulating pipe 20 serve as a refrigerant flow path that is filled with a refrigerant such as liquid nitrogen that cools the cable core 10.

本実施形態の超電導ケーブルは、上記構成を有する複数のケーブルコア10が撚り合わされた状態で前記断熱管20内に収納されている。   The superconducting cable of the present embodiment is housed in the heat insulating tube 20 in a state where a plurality of cable cores 10 having the above-described configuration are twisted together.

次に、上記超電導ケーブル同士を接続した接続部の構成を図１に基づいて説明する。   Next, the structure of the connection part which connected the said superconducting cables is demonstrated based on FIG.

上記した超電導ケーブル100同士を接続する場合、断熱管20の端部から各ケーブルコア10を一定長さ露出させる。そして、ケーブルコア10の端部において、保護層15を端部から所定長さ分除去し、超電導シールド層14の端部を一旦ほぐして広げ、絶縁層13を露出させる。その状態で、さらに、絶縁層13を所定長さ分除去する。絶縁層13を除去する長さは、超電導導体層12の超電導線材と、フォーマ11の外側フォーマ11bの素線とをほぐして広げた状態で中心側フォーマ11aを溶接して接続固定する際に、作業の支障にならない十分な長さとする。   When the above-described superconducting cables 100 are connected to each other, each cable core 10 is exposed for a certain length from the end of the heat insulating tube 20. Then, at the end portion of the cable core 10, the protective layer 15 is removed from the end portion by a predetermined length, and the end portion of the superconducting shield layer 14 is loosened and widened to expose the insulating layer 13. In this state, the insulating layer 13 is further removed by a predetermined length. The length of the insulating layer 13 is removed when the superconducting wire of the superconducting conductor layer 12 and the strands of the outer former 11b of the former 11 are loosened and expanded to weld and fix the center-side former 11a. Make the length long enough not to interfere with work.

なお、超電導導体層12の端部とフォーマ11の端部を同じ長さとして、超電導導体層12の超電導線材と、フォーマ11の外側フォーマ11bの素線をほぐして広げるようにしてもよいが、図１に示すように、外側フォーマ11bの端部が露出するように、超電導導体層12の長さを短くするようにしてもよい。図のように、超電導導体層12の長さが短い場合には、超電導導体層12の端部同士を接続するように、接続用超電導導体層3を設けるようにする。   The end of the superconducting conductor layer 12 and the end of the former 11 may have the same length, and the superconducting wire of the superconducting conductor layer 12 and the outer former 11b of the former 11 may be loosened and expanded, As shown in FIG. 1, the length of the superconducting conductor layer 12 may be shortened so that the end of the outer former 11b is exposed. As shown in the figure, when the length of the superconducting conductor layer 12 is short, the connecting superconducting conductor layer 3 is provided so that the ends of the superconducting conductor layer 12 are connected to each other.

そして、超電導導体層12の超電導線材をほぐして広げ、さらに、外側フォーマ11bの素線をほぐして広げる。この状態で中心側フォーマ11aを溶接して接続固定する。本実施形態では、超電導導体層12の超電導線材と外側フォーマ11bの素線をほぐして広げるが、従来のように接続スリーブは使用しないので、接続スリーブの逃がし代は設ける必要が無くなる。   Then, the superconducting wire of the superconducting conductor layer 12 is loosened and widened, and further, the strands of the outer former 11b are loosened and widened. In this state, the center-side former 11a is welded and fixed. In the present embodiment, the superconducting wire material of the superconducting conductor layer 12 and the strands of the outer former 11b are loosened and widened. However, since the connecting sleeve is not used as in the prior art, it is not necessary to provide an allowance for the connecting sleeve.

そして、外側フォーマ11bの素線を元の状態に巻き戻し、外側フォーマ11bの素線同士を突き合わせて半田付けにより接合する。半田付けの場合、半割れの薄肉のスリーブカバー（例えば、銅管）を用いれば、半田付けの作業性が良い。この状態では、中心側フォーマ11aは、接続固定する前と同じ外径となっている。なお、外側フォーマ11bの素線は、半田付けするために、ほぐして広げた際に端部の絶縁被覆層を剥がしておく。外側フォーマ11bの素線は、端部の絶縁被覆を剥がして半田付けで接続しているので、この半田部分が中心側フォーマ11aのＳＵＳ管と接触することになり、ＳＵＳ管と外側フォーマ11bの素線とが繋がった状態にでき、ＳＵＳ管にも電流を流すことができる。   Then, the strands of the outer former 11b are rewound to the original state, the strands of the outer former 11b are butted together and joined by soldering. In the case of soldering, if a half-sleeved thin sleeve cover (for example, a copper tube) is used, the soldering workability is good. In this state, the center-side former 11a has the same outer diameter as before connection and fixation. Note that the insulation coating layer at the end is peeled off when the strands of the outer former 11b are loosened and spread for soldering. Since the strands of the outer former 11b are connected by soldering after peeling off the insulating coating at the end, this solder portion comes into contact with the SUS pipe of the center-side former 11a. It can be in a state where it is connected to a strand, and a current can also flow through the SUS tube.

さらに、超電導導体層12の超電導線材を元の状態に巻き戻し、各超電導導体層12の超電導線材の端部同士を接続用超電導導体層3で連結して超電導線材と接続用超電導導体層3とを半田付けにより接合する。   Further, the superconducting wire of the superconducting conductor layer 12 is rewound to the original state, and the ends of the superconducting wires of each superconducting conductor layer 12 are connected to each other by the connecting superconducting conductor layer 3, and the superconducting wire and the connecting superconducting conductor layer 3 are connected. Are joined by soldering.

接続用超電導導体層3は、超電導導体層12の端部に接触するように、超電導導体層12の全周亘って、等間隔で配置して掛け渡される多数の超電導線材と、これら超電導線材をモールドする樹脂部とから構成されている。   The superconducting conductor layer 3 for connection is composed of a number of superconducting wires that are arranged at equal intervals over the entire circumference of the superconducting conductor layer 12 so as to contact the end of the superconducting conductor layer 12, and the superconducting wires. And a resin part to be molded.

接続用超電導導体層3を形成する方法としては、まず、対向する超電導導体層12の端部にそれぞれ接触するように多数の超電導線材を、超電導導体層12の全周亘って、等間隔で配置して掛け渡す。そして、接続用超電導導体層3の超電導線材と超電導導体層12の超電導線材とを半田付けにより接続する。最後に接続用超電導導体層3の超電導線材を樹脂でモールドして、接続用超電導導体層3を超電導導体層12の一部と、外側フォーマ11bを覆うように形成する。   As a method of forming the superconducting conductor layer 3 for connection, first, a large number of superconducting wires are arranged at equal intervals over the entire circumference of the superconducting conductor layer 12 so as to be in contact with the ends of the opposing superconducting conductor layer 12, respectively. Then hand it over. Then, the superconducting wire of the connecting superconducting conductor layer 3 and the superconducting wire of the superconducting conductor layer 12 are connected by soldering. Finally, the superconducting wire of the connecting superconducting conductor layer 3 is molded with resin, and the connecting superconducting conductor layer 3 is formed so as to cover a part of the superconducting conductor layer 12 and the outer former 11b.

このように、超電導導体層12を接続用超電導導体層3で接続するので、接続部の電気抵抗を小さくでき、発熱を抑制できる。   Thus, since the superconducting conductor layer 12 is connected by the connecting superconducting conductor layer 3, the electrical resistance of the connecting portion can be reduced and heat generation can be suppressed.

次に、接続用超電導導体層3を設けた状態で、超電導導体層12の露出している端部と、接続用超電導導体層3とを覆うように補強絶縁層4で覆う。補強絶縁層4は、絶縁紙を超電導導体層12の露出している端部と、接続用超電導導体層3とを覆うように巻き付けて形成することができる。この補強絶縁層4の外径は、ケーブルコア10の絶縁層13と同じ外径になるように形成する。   Next, with the connection superconducting conductor layer 3 provided, the reinforcing insulating layer 4 covers the exposed end of the superconducting conductor layer 12 and the connecting superconducting conductor layer 3. The reinforcing insulating layer 4 can be formed by winding insulating paper so as to cover the exposed end of the superconducting conductor layer 12 and the connecting superconducting conductor layer 3. The reinforcing insulating layer 4 is formed to have the same outer diameter as that of the insulating layer 13 of the cable core 10.

次に、補強絶縁層4の上に、一旦ほぐして広げておいたシールド層14の超電導線材を巻き戻し、超電導線材同士を突き合わせて半田付けにより接続する。このシールド層14同士の接続により、シールド層14も、接続部において、超電導ケーブルの外径と同じ外径にすることができる。   Next, the superconducting wire of the shield layer 14 which has been loosened and spread out on the reinforcing insulating layer 4 is rewound, the superconducting wires are brought into contact with each other and connected by soldering. By connecting the shield layers 14, the shield layer 14 can also have the same outer diameter as the outer diameter of the superconducting cable at the connection portion.

保護層15も接続部において、超電導ケーブルの外径と同じ外径となるように形成しなおす。   The protective layer 15 is also formed again at the connecting portion so as to have the same outer diameter as that of the superconducting cable.

以上のようにして超電導ケーブル同士を接続するので、接続部の外径は、ケーブルコア10の外径とほぼ同じ外形とすることができ、超電導ケーブルの接続部を小型化することができる。   Since the superconducting cables are connected to each other as described above, the outer diameter of the connecting portion can be made substantially the same as the outer diameter of the cable core 10, and the connecting portion of the superconducting cable can be downsized.

さらに、本実施形態では、中心側フォーマ11aのステンレス鋼管同士を溶接により固定することで強度を持たせることができる。その結果、従来必要としていた接続スリーブの逃がし代分の剥ぎ出し長さを無くすことができて接続部の長手方向の長さを小さくできる。さらに、接続スリーブを用いた場合には、層方向のストレスが大きくなるため、補強絶縁層を含めて接続部の外径が大きくなっていたが、本実施形態では接続スリーブが不要になるので、接続部の径を小さくでき、全体的にコンパクトにできる。   Furthermore, in this embodiment, the strength can be imparted by fixing the stainless steel pipes of the center former 11a by welding. As a result, it is possible to eliminate the stripping length of the connecting sleeve that has been required in the past and to reduce the length of the connecting portion in the longitudinal direction. Furthermore, when the connection sleeve is used, since the stress in the layer direction increases, the outer diameter of the connection portion including the reinforcing insulating layer has increased, but in this embodiment, the connection sleeve is unnecessary, The diameter of the connecting portion can be reduced and the overall size can be reduced.

上記した実施形態では、中心側フォーマ11aにＳＵＳ管を用いたが、テープ状ステンレス鋼をスパイラル巻きして、筒状に形成することにより、所定の可撓性が得られるようにしてもよい。スパイラル構造とすることにより、中心側フォーマ11aが筒状に形成され、筒内部を冷媒通路にすることができる。さらに、編組線のようにメッシュ構造のステンレス鋼を用いて、全体の断面積で必要な強度を得ながら、メッシュ構造で可撓性を得るようにしてもよい。   In the above-described embodiment, the SUS pipe is used for the center-side former 11a. However, a predetermined flexibility may be obtained by spirally winding tape-like stainless steel and forming it into a cylindrical shape. With the spiral structure, the center-side former 11a is formed in a cylindrical shape, and the inside of the cylinder can be used as a refrigerant passage. Furthermore, it is also possible to use a mesh structure stainless steel like a braided wire to obtain flexibility with a mesh structure while obtaining a necessary strength in the entire cross-sectional area.

また、フォーマ11の中心側フォーマ11aは、ケーブル全長に亘って形成してもよいし、ケーブル端部の所定長さだけ形成するようにしてもよい。   Further, the center-side former 11a of the former 11 may be formed over the entire length of the cable, or may be formed for a predetermined length of the cable end.

本発明の超電導ケーブルは、直流送電用、交流送電用の何れの超電導ケーブルで採用してもよい。直流送電用に用いる場合には、フォーマの素線絶縁が不要となり、フォーマには被覆無しの素線を用いることができる。   The superconducting cable of the present invention may be adopted for any superconducting cable for DC power transmission or AC power transmission. When used for direct current power transmission, the wire insulation of the former is not necessary, and an uncoated wire can be used for the former.

さらに、本発明の超電導ケーブルの構造および接続部の構造は、上記した実施形態に限らないのであり、本発明の範囲が上記実施形態に限定されるものではない。   Furthermore, the structure of the superconducting cable and the structure of the connecting portion of the present invention are not limited to the above-described embodiments, and the scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments.

本発明超電導ケーブルおよびその接続部の構成は、交流送電又は直流送電といった電力供給に好適に利用することができる。   The configuration of the superconducting cable of the present invention and its connecting portion can be suitably used for power supply such as AC power transmission or DC power transmission.

100 超電導ケーブル
10ケーブルコア
11 フォーマ 11a 中心側フォーマ 11b 外側フォーマ
12 超電導導体層 13 絶縁層
14 シールド層 15 保護層
20 断熱管 21 内管 22 外管 23 防食層
3 接続用超電導導体層 4 補強絶縁層 100 superconducting cable
10 cable core
11 former 11a center former 11b outer former
12 Superconducting conductor layer 13 Insulating layer
14 Shield layer 15 Protective layer
20 Heat insulation pipe 21 Inner pipe 22 Outer pipe 23 Anticorrosion layer
3 Superconducting conductor layer for connection 4 Reinforcing insulation layer

Claims (5)

中心側からフォーマと、超電導導体層と、絶縁層とを有する超電導ケーブルであって、
フォーマは、中心側に設けられ、ステンレス鋼からなるメッシュ部材で構成される中心側フォーマと、この中心側フォーマの外周に設けられ、銅、アルミニウム、銅合金、およびアルミニウム合金から選ばれる１種以上の金属からなる外側フォーマとを備えることを特徴とする超電導ケーブル。 A superconducting cable having a former, a superconducting conductor layer, and an insulating layer from the center side,
The former is provided on the center side and is formed of a mesh member made of stainless steel. The former is provided on the outer periphery of the center side former, and one or more selected from copper, aluminum, a copper alloy, and an aluminum alloy. A superconducting cable comprising an outer former made of any metal. 中心側からフォーマと、超電導導体層と、絶縁層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接続部であって、
超電導ケーブルのフォーマは、中心側に設けられ、ステンレス鋼からなるメッシュ部材で構成される中心側フォーマと、この中心側フォーマの外周に設けられ、銅、アルミニウム、銅合金、およびアルミニウム合金から選ばれる１種以上の金属からなる外側フォーマとを備え、
中心側フォーマ同士が、互いの外径が等しくなるように突き合わされて固定され、外側フォーマ同士も互いの外径が等しくなるように突き合わされて接合されて、超電導導体層同士が接続されていることを特徴とする超電導ケーブルの接続部。 A superconducting cable connecting portion that connects superconducting cables having a former, a superconducting conductor layer, and an insulating layer from the center side,
The superconducting cable former is provided on the center side and is formed of a stainless steel mesh member, and is provided on the outer circumference of the center former, and is selected from copper, aluminum, a copper alloy, and an aluminum alloy. With an outer former made of one or more metals,
The center formers are abutted and fixed so that their outer diameters are equal, and the outer formers are also abutted and joined so that their outer diameters are equal, and the superconducting conductor layers are connected. Superconducting cable connection, characterized in that. 超電導ケーブルの超電導導体層同士は、外側フォーマの接合部分を覆い、超電導部材からなる接続用超電導導体層を介して接続されていることを特徴とする請求項２に記載の超電導ケーブルの接続部。 The superconducting cable connection part according to claim 2 , wherein the superconducting conductor layers of the superconducting cable cover the joint portion of the outer former and are connected via a connecting superconducting conductor layer made of a superconducting member. 前記超電導導体層同士の接続部分の外側に補強絶縁層を具え、  Comprising a reinforcing insulating layer on the outside of the connecting portion between the superconducting conductor layers,
前記補強絶縁層の外径が、超電導ケーブルの絶縁層の外径と等しいことを特徴とする請求項２または３に記載の超電導ケーブルの接続部。  4. The superconducting cable connection part according to claim 2, wherein an outer diameter of the reinforcing insulating layer is equal to an outer diameter of the insulating layer of the superconducting cable. 前記絶縁層の外側に超電導線材からなるシールド層を具え、  Comprising a shield layer made of a superconducting wire on the outside of the insulating layer;
前記シールド層と同じ外径のまま、シールド層の超電導線材同士を突き合わせて接続していることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の超電導ケーブルの接続部。  The superconducting cable connection part according to any one of claims 2 to 4, wherein superconducting wires of the shield layer are butted and connected with the same outer diameter as that of the shield layer.
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