JP5696200B1 - 極低温ケーブルの終端接続部 - Google Patents

Abstract

【課題】計器類に対するシールド通電部の影響を低減でき、小型化を図ることができる極低温ケーブルの終端接続部を提供する。【解決手段】極低温ケーブルの終端接続部は、極低温ケーブルの端末部と、極低温ケーブルの端末部を収容し、運転時に冷媒が導入される冷媒槽と、真空槽本体部、真空槽本体部から上方に向けて垂設される第１の筒状部、及び第１の筒状部と離間して真空槽本体部から上方に向けて垂設される第２の筒状部を有し、冷媒槽を収容し、運転時に真空状態とされる真空槽と、冷媒槽内に各種計器類のセンサーを導入するための測定用配管と、極低温ケーブルのケーブルシールド層に接続され、外部に引き出して接地するシールド通電部と、を備える。測定用配管は、第２の筒状部内を通って当該第２の筒状部の上面から引き出され、シールド通電部は、第２の筒状部内を通って当該第２の筒状部の側面から引き出される。【選択図】図１

Description

本発明は、超電導ケーブル等の極低温ケーブルの終端接続部に関する。

従来、極低温で超電導状態になる超電導線材を導体として用いた超電導ケーブルが知られている。超電導ケーブルは、大電流を低損失で送電可能な電力ケーブルとして期待されており、実用化に向けて開発が進められている。
超電導ケーブルは、断熱管内に一心又は複数心のケーブルコアが収容された構造を有する。ケーブルコアは、例えば中心から順に、フォーマ、超電導導体層、電気絶縁層、ケーブルシールド層、及び保護層等を有する。断熱管は、ケーブルコアを収容し内部に冷媒（例えば液体窒素）が充填される内管（以下「断熱内管」）と、断熱内管の外周を覆う外管（以下「断熱外管」）を有する。断熱内管と断熱外管の間は、断熱のために真空状態とされる。

超電導ケーブルの終端接続部においては、低温部となる低温容器に超電導ケーブルの端末部が収容され、超電導ケーブルの超電導導体層が導体引出部を介して常温部となる実系統に接続される。また、超電導ケーブルのケーブルシールド層がシールド通電部を介して接地される。低温容器は、超電導ケーブルの端末部を収容し運転時に液体窒素等の冷媒が充填される冷媒槽と、冷媒槽を収容し運転時に真空状態とされる真空槽とからなる二重構造を有する（例えば特許文献１〜３）。

導体引出部及びシールド通電部はそれぞれ、一端が常温部に位置し、他端が低温部に位置するので、導体引出部及びシールド通電部を熱伝達経路として、常温部から低温部に熱侵入が生じる。この熱侵入を低減するためには、ある程度の熱伝達経路長を確保する必要がある。そこで、特許文献１に記載されるように、真空槽が、真空槽本体部から上方に延びる第１の筒状部（特許文献１において、冷媒槽３３の突出部分３３ｂに対応する真空槽３２の突出部分）及び第２の筒状部（特許文献１において、冷媒槽３３の突出部分３３ｃに対応する真空槽３２の突出部分）を有し、第１の筒状部に導体引出部が配置され、第２の筒状部にシールド通電部が配置されるようになっている。

また、冷媒槽の内部には、液面計、温度計、又は圧力計等の計器類のセンサーが配置される。これらのセンサーは、常温部から冷媒槽まで連通するコルゲート管等の測定用配管を通して冷媒槽内に導入される。導体引出部やシールド通電部と同様に、測定用配管も熱伝達経路となるため、ある程度の長さを確保する必要がある。真空槽において、第１の筒状部及び第２の筒状部とは別に、測定用配管を配置するための筒状部を設け、測定用配管を配置するようにしてもよいが、この場合、超電導ケーブルの終端接続部が大型化してしまうという課題が生じる。そのため、第２の筒状部に、シールド通電部と一緒に測定用配管を配置する。

特許第４９２７８０４号公報 特許第５０８９８２２号公報 特開２００５−２５３２０４号公報

上述したように、測定用配管とシールド通電部は、第２の筒状部に一緒に配置され、第２の筒状部の上面から引き出される場合、測定用配管の近傍に計器類を含む付帯設備（以下「測定部」）を配置すると、測定部はシールド通電部の近傍に配置されることとなる。そのため、シールド通電部に大電流が流れたときに、計器類に誤差が生じやすくなる。つまり、従来の終端接続部においては、測定用配管から十分に離して測定部を配置する必要があり、終端接続部の小型化を阻害する要因となっている。

本発明の目的は、計器類に対するシールド通電部の影響を低減でき、小型化を図ることができる極低温ケーブルの終端接続部を提供することである。

本発明に係る極低温ケーブルの終端接続部は、極低温ケーブルの端末部と、
前記極低温ケーブルの端末部を収容し、運転時に冷媒が導入される冷媒槽と、
真空槽本体部、前記真空槽本体部から上方に向けて垂設される第１の筒状部、及び前記第１の筒状部と離間して前記真空槽本体部から上方に向けて垂設される第２の筒状部を有し、前記冷媒槽を収容し、運転時に真空状態とされる真空槽と、
前記冷媒槽内に各種計器類のセンサーを導入するための測定用配管と、
前記極低温ケーブルのケーブルシールド層に接続され、外部に引き出して接地するシールド通電部と、を備え、
前記測定用配管は、前記第２の筒状部内を通って当該第２の筒状部の上面から引き出され、
前記シールド通電部は、前記第２の筒状部内を通って当該第２の筒状部の側面から引き出されることを特徴とする。

本発明によれば、計器類に対するシールド通電部の影響を低減でき、計器類に生じる誤差を格段に低減することができるとともに、終端接続部の小型化を図ることができる。

本発明の一実施の形態に係る終端接続部を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係る終端接続部１を示す図である。説明の便宜上、極低温ケーブル１０が導入される側を後端側（図１では右側）、反対側を先端側（図１では左側）として説明する。

図１に示すように、終端接続部１は、極低温ケーブル１０の端末部、低温容器２０、導体引出部３０、シールド通電部４０、碍管５０等を備える。低温容器２０（詳細には冷媒槽２１）に極低温ケーブル１０の端末部が所定の状態で収容され、導体引出部３０を介して極低温ケーブル１０の導体電流が電力機器等の実系統側に引き出される。また、シールド通電部４０を介して、極低温ケーブル１０のケーブルシールド層１１４が接地される。

極低温ケーブル１０は、断熱管１２内に一心のケーブルコア１１が収容された単心型の超電導ケーブルである。なお、極低温ケーブル１０は、ケーブルコア１１が３本撚り合わせた状態で断熱管１２内に収容される三心一括型の三相超電導ケーブルであってもよい。

ケーブルコア１１は、例えば中心から順に、フォーマ１１１、超電導導体層１１２、電気絶縁層１１３、ケーブルシールド層１１４、及び保護層１１５等を有する。

極低温ケーブル１０の端末部においては、ケーブルコア１１に段剥ぎ加工が施され、先端側から順に各層が露出する。超電導導体層１１２の外周には、超電導導体層１１２に電気的に接続される導体接続端子１３が配置される。ケーブルシールド層１１４の外周には、ケーブルシールド層１１４に電気的に接続されるシールド接続端子１４が配置される。導体接続端子１３とシールド接続端子１４の間に位置する電気絶縁層１１３の外周には、ストレスコーン等の電界緩和層１５が配置される。

断熱管１２は、内側の断熱内管１２１と外側の断熱外管１２２とからなる二重管構造を有する。断熱管１２の外周面は、ポリエチレンなどの防食層（図示略）で被覆される。
断熱内管１２１は、ケーブルコア１１を収容し、運転時には冷媒（例えば液体窒素）が充填される。これにより、超電導導体層１１２は、超電導状態に維持される。断熱内管１２１と断熱外管１２２の間は、断熱のために、運転時に真空状態に保持される。

低温容器２０は、内側の冷媒槽２１と外側の真空槽２２とからなる二重構造を有する。
冷媒槽２１は、例えば中空円筒形状を有し、極低温ケーブル１０の端末部を収容する。冷媒槽２１は、導体引出部３０を導入する導体引出口２１Ａ及びシールド通電部４０を導入するシールド引出口２１Ｂを有する。冷媒槽２１は、例えば真空槽２２内に配置された架台（図示略）等に載置してもよい。

冷媒槽２１には後端側から極低温ケーブル１０の端末部が導入される。冷媒槽２１の後端部２１２には、極低温ケーブル１０の断熱内管１２１が接続される。冷媒槽２１には、運転時に冷媒循環装置（図示略）により冷媒が循環供給される。冷媒槽２１に連通する断熱内管１２１の内部も冷媒で充填される。

冷媒槽２１の導体引出口２１Ａには、導体引出部３０及び冷媒槽２１の外面に密着して、絶縁スペーサー６２が配置される。絶縁スペーサー６２は、例えばエポキシ樹脂や繊維強化プラスチック（ＦＲＰ：Fiber Reinforced Plastics）で構成される。冷媒槽２１のシールド引出口２１Ｂには、冷媒槽２１の外面に密着して、蓋６３が配置される。絶縁スペーサー６２と蓋６３により冷媒槽２１と真空槽２２とが仕切られ、冷媒槽２１は気密かつ水密に封止される。

真空槽２２は、例えば中空円筒形状を有し、冷媒槽２１を収容する真空槽本体部２２Ａ、真空槽本体部２２Ａから上方に向けて垂設される第１の筒状部２２Ｂ、及び第１の筒状部２２Ｂと離間して真空槽本体部２２Ａから上方に向けて垂設される第２の筒状部２２Ｃを有する。一般に、第１の筒状部２２Ｂ及び第２の筒状部２２Ｃは、温度勾配部と呼ばれる。

真空槽２２の内部には、第１の筒状部２２Ｂの下方に導体引出口２１Ａが位置し、第２の筒状部２２Ｃの下方にシールド引出口２１Ｂが位置するように位置決めされた状態で、冷媒槽２１が配置される。真空槽２２の後端部２２２には、極低温ケーブル１０の断熱外管１２２が接続される。

第１の筒状部２２Ｂには導体引出部３０が配置され、第１の筒状部２２Ｂの上部には碍管５０が配置される。第２の筒状部２２Ｃには測定用配管６１、及びシールド通電部４０が配置される。
冷媒槽２１の導体引出口２１Ａ及びシールド引出口２１Ｂが真空槽２２の真空槽本体部２２Ａに収容されるので、熱伝達経路となる導体引出部３０、シールド通電部４０、及び測定用配管６１は真空槽本体部２２Ａの内部まで導入される。熱侵入を低減するためには熱伝達経路長を確保する必要があるが、冷媒槽２１の導体引出口２１Ａ及びシールド引出口２１Ｂが真空槽２２の真空槽本体部２２Ａに収容される分、温度勾配部による熱伝達経路長を確保しやすくなるので、第１の筒状部２２Ｂ及び第２の筒状部２２Ｃの高さを低く抑えることができる。したがって、終端接続部１の小型化を図ることができる。

真空槽２２は、運転時に真空ポンプ（図示略）により真空引きされ、真空状態に保持される。真空槽２２に連通する断熱内管１２１と断熱外管１２２の間の空間、及び碍管５０の内部も真空状態に保持される。

導体引出部３０は、極低温ケーブル１０から実系統に電流を引き出すための導体である。導体引出部３０は、例えば銅製の棒材またはパイプ材からなる導体引出棒を有する。なお、導体引出部３０の構成はこれに限定されず、公知の構成を適用することができる。導体引出部３０（導体引出棒）の一端は碍管５０を気密に貫通して外部に引き出され、他端は導体接続端子１３に接続される。導体引出部３０は、導体接続端子１３を介して極低温ケーブル１０の超電導導体層１１２と電気的に接続される。

導体引出部３０は、少なくとも一部に、例えば平編銅線等のフレキシブル導体（図示略）を有するのが好ましい。これにより、極低温ケーブル１０の熱伸縮により導体接続端子１３の位置が水平方向に（図１の左右方向）に移動しても、容易に追従することができるので、絶縁スペーサー６２等の損傷を防止できる。

シールド通電部４０は、極低温ケーブル１０のケーブルシールド層１１４を接地するための導電部材である。シールド通電部４０は、冷媒槽２１から上方に向けて引き出される第１のシールド引出部４１と、第１のシールド引出部４１に対して直角方向に接続され、真空槽２２の第２の筒状部２２Ｃの側面から引き出される第２のシールド引出部４２と、を有する。シールド通電部４０の一端（第１のシールド引出部４１の冷媒槽側端部）は、冷媒槽２１のシールド引出口２１Ｂの上部に設けられた蓋６３を気密に貫通する低温部側シールド接続導体（図示略）を介して、冷媒槽２１内のケーブルシールド層１１４と電気的に接続される。また、シールド通電部４０の他端（第２のシールド引出部４２の引出口側端部）は、真空槽２２の第２の筒状部２２Ｃの側面を気密に貫通する常温部側シールド接続導体（図示略）を介して、真空槽２２の外側（すなわち常温部）に引き出される。

第１のシールド引出部４１及び第２のシールド引出部４２は、例えば一本の平編銅線等のフレキシブル導体で構成される。フレキシブル導体自体を直角方向に直角に曲げることにより、容易に第１のシールド引出部４１及び第２のシールド引出部４２を形成することができる。第１のシールド引出部４１と第２のシールド引出部４２をそれぞれ棒状またはパイプ状の導体で構成して第２の筒状部２２Ｃ内で接続する場合に比較して、接続材料が不要となり部品点数を低減できる上、極低温ケーブル１０又は冷媒槽２１の熱収縮に容易に追従することができる。

測定用配管６１は、冷媒槽２１内に各種計器類（例えば液面計、温度計、圧力計等）のセンサー６５を導入するためのコルゲート管である。測定用配管６１の一端は真空槽２２の第２の筒状部２２Ｃの上面を気密に貫通して外部に引き出され、他端は蓋６３を気密に貫通して冷媒槽２１に連通する。各種計器類を含む付帯設備としての測定部６４は、測定用配管６１の近傍に配置される。

碍管５０は、ポリマー套管５１及び遮へい金具５２を有する。
ポリマー套管５１は、絶縁筒５１ａと、ポリマー被覆体５１ｂと、を有する。絶縁筒５１ａは、機械的強度の高いＦＲＰ（繊維強化プラスチック）で構成される。ポリマー被覆体５１ｂは、電気絶縁性能に優れる材料、例えばシリコーンポリマー（シリコーンゴム）などの高分子材料で構成される。ポリマー被覆体５１ｂは、絶縁筒５１ａの外周に設けられており、ポリマー被覆体５１ｂの外周面には、複数個の傘状の襞部が長手方向に離間して形成される。ポリマー套管５１の内部（絶縁筒５１ａの内部）は中空となっている。

遮へい金具５２は、ポリマー套管５１と同心状に埋設される円筒部５２ａと、円筒部５２ａの下端から径方向外側に延出するフランジ部５２ｂを有する。円筒部５２ａは電界緩和機能を有し、碍管５０の電界を緩和する。

真空槽２２の第１の筒状部２２Ｂの上部に碍管５０を載置し、遮へい金具５２のフランジ部５２ｂをボルト等の接続部材（図示略）で接続することにより、碍管５０は真空槽２２に気密に固定される。碍管５０の内部は第１の筒状部２２Ｂに連通し、運転時には真空状態となる。これにより、真空断熱部を大きく確保することができるので、導体引出部３０を介する外部からの熱侵入を低減することができる。

このように、終端接続部１は、極低温ケーブル１０の端末部と、極低温ケーブル１０の端末部を収容し、運転時に冷媒が導入される冷媒槽２１と、真空槽本体部２２Ａ、真空槽本体部２２Ａから上方に向けて垂設される第１の筒状部２２Ｂ、及び第１の筒状部２２Ｂと離間して真空槽本体部２２Ａから上方に向けて垂設される第２の筒状部２２Ｃを有し、冷媒槽２１を収容し、運転時に真空状態とされる真空槽２２と、冷媒槽２１内に各種計器類のセンサーを導入するための測定用配管６１と、極低温ケーブル１０のケーブルシールド層１１４に接続され、外部に引き出して接地するシールド通電部４０と、を備える。そして、測定用配管６１は、第２の筒状部２２Ｃ内を通って当該第２の筒状部２２Ｃの上面から引き出され、シールド通電部４０は、第２の筒状部２２Ｃ内を通って当該第２の筒状部２２Ｃの側面から引き出される。

終端接続部１によれば、シールド通電部４０を真空槽２２の第２の筒状部２２Ｃの側面から引き出すことにより、各種計器類を含む付帯設備としての測定部６４と、シールド通電部４０の引出部を容易に離間させることができるので、シールド通電部４０に大電流が流れても計器類は影響を受けない。
また、測定部６４を測定用配管６１の近傍に配置することができるので、省スペース化を図ることができ、さらには、真空槽２２の第２の筒状部２２Ｃに、測定用配管６１とシールド通電部４０とを一緒に収容するので、測定用配管６１を収容するための筒状部を別途設ける必要もない。
すなわち、本発明によれば、計器類に対するシールド通電部４０の影響を低減でき、計器類に生じる誤差を格段に低減することができるとともに、終端接続部１の小型化を図ることができる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
例えば、第１のシールド引出部４１と第２のシールド引出部４２を、それぞれ銅製の棒状またはパイプ状の導体で構成し、接続材料を用いて互いに直角となるように接続してもよい。また、一本の棒状またはパイプ状の導体を直角に折曲加工することにより、第１のシールド引出部４１と第２のシールド引出部４２を形成するようにしてもよい。
この場合も、シールド通電部４０は、少なくとも一部に、例えば平編銅線等のフレキシブル導体（図示略）を有するのが好ましい。これにより、極低温ケーブル１０や冷媒槽２１の熱伸縮に容易に追従することができるので、蓋６３等の損傷を防止できる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 終端接続部
１０ 極低温ケーブル
１１ ケーブルコア
１１１ フォーマ
１１２ 超電導導体層
１１３ 電気絶縁層
１１４ ケーブルシールド層
１１５ 保護層
１２ 断熱管
１２１ 断熱内管
１２２ 断熱外管
１３ 導体接続端子
１４ シールド接続端子
１５ 電界緩和層
２０ 低温容器
２１ 冷媒槽
２１Ａ 導体引出口
２１Ｂ シールド引出口
２１１ 先端部
２１２ 後端部
２２ 真空槽
２２Ａ 真空槽本体部
２２Ｂ 第１の筒状部
２２Ｃ 第２の筒状部
２２１ 先端部
２２２ 後端部
３０ 導体引出部
４０ シールド通電部
４１ 第１のシールド引出部
４２ 第２のシールド引出部
５０ 碍管
５１ ポリマー套管
５１ａ 絶縁筒
５１ｂ ポリマー被覆体
５２ 遮へい金具
５２ａ 円筒部
５２ｂ フランジ部
６１ 測定用配管
６２ 絶縁スペーサー
６３ 蓋
６４ 測定部
６５ センサー

Claims (6)

1. 極低温ケーブルの端末部と、
   前記極低温ケーブルの端末部を収容し、運転時に冷媒が導入される冷媒槽と、
   真空槽本体部、前記真空槽本体部から上方に向けて垂設される第１の筒状部、及び前記第１の筒状部と離間して前記真空槽本体部から上方に向けて垂設される第２の筒状部を有し、前記冷媒槽を収容し、運転時に真空状態とされる真空槽と、
   前記冷媒槽内に各種計器類のセンサーを導入するための測定用配管と、
   前記極低温ケーブルのケーブルシールド層に接続され、外部に引き出して接地するシールド通電部と、を備え、
   前記測定用配管は、前記第２の筒状部内を通って当該第２の筒状部の上面から引き出され、
   前記シールド通電部は、前記第２の筒状部内を通って当該第２の筒状部の側面から引き出されることを特徴とする極低温ケーブルの終端接続部。
2. 前記シールド通電部は、前記冷媒槽から上方に向けて引き出される第１のシールド引出部と、前記第１のシールド引出部に対して直角方向に接続され、前記第２の筒状部の側面から引き出される第２のシールド引出部と、を有することを特徴とする請求項１に記載の極低温ケーブルの終端接続部。
3. 前記シールド通電部は、少なくとも一部がフレキシブル導体で構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の極低温ケーブルの終端接続部。
4. 前記第１のシールド引出部及び前記第２のシールド引出部は、一本のフレキシブル導体を直角に曲げることにより構成されることを特徴とする請求項２に記載の極低温ケーブルの終端接続部。
5. 前記冷媒槽は、前記第２の筒状部に対応する位置にシールド引出口を有し、
   前記測定用配管及び前記シールド通電部は、前記シールド引出口を介して上方に向けて引き出されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の極低温ケーブルの終端接続部。
6. 前記シールド引出口は、前記真空槽本体部内に位置することを特徴とする請求項５に記載の極低温ケーブルの終端接続部。

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