JP5807849B2 - 超電導ケーブルの中間接続部材及び超電導ケーブルの中間接続構造 - Google Patents

Description

本発明は、フォーマと、前記フォーマの外周に超電導線材で形成された超電導導体層とを有するケーブルコアを備える超電導ケーブル同士を接続する中間接続部材及び中間接続構造に関する。特に、接続し合う両超電導ケーブルの各ケーブルコアにおける超電導導体層同士を低抵抗で電気的に接続できると共に、両超電導ケーブルの接続部を接続箱に対して固定できる超電導ケーブルの中間接続部材及び超電導ケーブルの中間接続構造に関する。

超電導ケーブルは、既存の常電導ケーブル（例、ＯＦケーブルやＣＶケーブル）と比較して、大容量の電力を低損失で送電できることから、省エネルギー技術として実用化が期待されている。最近では、超電導ケーブルを布設して送電線路を構築し、実際に送電を行う実証試験が進められつつある。

超電導ケーブルは、フォーマの外周に超電導線材で形成された超電導導体層を有するケーブルコアを断熱管内に収納し、この断熱管内に冷媒（例、液体窒素）を流通させることで、超電導導体層（超電導線材）を冷却して超電導状態とする構造のものが代表的である。

複数の超電導ケーブルを繋ぎ合わせて送電線路を構築する場合、超電導ケーブル同士を接続する必要がある。そのため、接続し合う両超電導ケーブルの各ケーブルコアの端部から露出された超電導導体層同士を電気的に接続する中間接続構造を構築する必要がある。超電導ケーブルの中間接続構造に関する発明が、例えば特許文献１に記載されている。

特許文献１に記載の超電導ケーブルの接続構造では、両超電導ケーブルから引き出された各ケーブルコアの超電導導体同士を接続する中間接続部材として、ケーブルコアから露出させた超電導導体の端部が挿入される接続スリーブを利用することが記載されている。この接続スリーブは、銅やアルミニウムなどの常電導材料からなる棒状部材であり、両端部に超電導導体が挿入される接続部を備える。そして、接続スリーブの各接続部に各ケーブルコアの超電導導体をそれぞれ挿入して圧着することにより、超電導導体同士を接続する。また、接続スリーブの外周にエポキシ樹脂などの絶縁性樹脂からなる固体絶縁部材を配置し、この固体絶縁部材に突起部を設け、この突起部を固定金具により金属フランジを介して接続箱に固定する。

特開２００５−２１０８３４号公報

上述した従来の超電導ケーブルの中間接続構造では、超電導導体層同士が常電導材料からなる接続スリーブを介して電気的に接続されており、接続スリーブ自体が超電導導体層に比べて高抵抗である。そのため、超電導導体層同士の接続抵抗が高く、接続部における損失が大きい。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的の一つは、接続し合う両超電導ケーブルの各ケーブルコアにおける超電導導体層同士を低抵抗で電気的に接続できると共に、両超電導ケーブルの接続部を接続箱に対して固定できる超電導ケーブルの中間接続部材及び超電導ケーブルの中間接続構造を提供することにある。

本発明の一態様に係る超電導ケーブルの中間接続部材は、フォーマと、前記フォーマの外周に超電導線材で形成された超電導導体層とを有するケーブルコアを備え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中間接続部材は、前記フォーマの端部を固定する固定部を両端部に有し、前記フォーマ同士を接続する中心部と、前記超電導導体層を形成する前記超電導線材の端部に接続され、前記超電導導体層同士を電気的に接続する接続用超電導線材と、前記中心部の外側に設けられ、前記接続用超電導線材を配置する配置孔が形成された線材配置部と、前記線材配置部の外側に設けられ、絶縁性樹脂で形成された外側絶縁部と、を備える。前記外側絶縁部に、中間接続箱に固定する取付部を有する。

本発明の一態様に係る超電導ケーブルの中間接続構造は、フォーマと、前記フォーマの外周に超電導線材で形成された超電導導体層とを有するケーブルコアを備え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中間接続構造は、接続し合う前記両超電導ケーブルの前記各ケーブルコアの端部と、前記各ケーブルコアの端部から露出された前記フォーマ同士及び前記超電導導体層同士を接続する中間接続部材と、前記各ケーブルコアの端部及び前記中間接続部材を収納する中間接続箱と、を備える。そして、前記中間接続部材が上記本発明の中間接続部材であり、前記中間接続部材が前記中間接続箱に固定されている。

上記超電導ケーブルの中間接続部材及び超電導ケーブルの中間接続構造は、接続し合う両超電導ケーブルの各ケーブルコアにおける超電導導体層同士を低抵抗で電気的に接続できると共に、両超電導ケーブルの接続部を接続箱に対して固定できる。

超電導ケーブルの一例を示すカットモデルの概略斜視図である。 実施形態に係る超電導ケーブルの中間接続部材を説明する概略半断面図である。 図２に示す中間接続部材を説明する概略端面図である。 図２に示す中間接続部材の線材配置部における配置孔の形成方法の説明図である。 図２に示す中間接続部材の外側線材配置部における配置孔の形成方法の説明図である。 実施形態に係る超電導ケーブルの中間接続構造を説明する概略図である。

［本発明の実施形態の説明］
最初に、本発明の実施態様を列記して説明する。

（１）実施形態に係る超電導ケーブルの中間接続部材は、フォーマと、フォーマの外周に超電導線材で形成された超電導導体層とを有するケーブルコアを備える超電導ケーブル同士を接続する部材である。超電導ケーブルの中間接続部材は、フォーマの端部を固定する固定部を両端部に有し、フォーマ同士を接続する中心部と、超電導導体層を形成する超電導線材の端部に接続され、超電導導体層同士を電気的に接続する接続用超電導線材とを備える。超電導ケーブルの中間接続部材は、中心部の外側に設けられ、接続用超電導線材を配置する配置孔が形成された線材配置部と、線材配置部の外側に設けられ、絶縁性樹脂で形成された外側絶縁部とを備え、外側絶縁部に中間接続箱に固定する取付部を有する。

上記超電導ケーブルの中間接続部材によれば、線材配置部の配置孔に配置された接続用超電導線材によって超電導導体層同士を電気的に接続するので、超電導導体層同士の接続抵抗を大幅に低減できる。したがって、接続し合う両超電導ケーブルの各ケーブルコアにおける超電導導体層同士を低抵抗で電気的に接続でき、接続部における損失を小さくできる。また、外側絶縁部に設けられた取付部によって、中間接続部材を中間接続箱に固定でき、両超電導ケーブル（ケーブルコア）を中間接続箱に対して固定できる。そのため、接続部において、熱収縮による超電導ケーブル（ケーブルコア）の位置ずれを抑制できる。更に、両端部に固定部を有する中心部を備えることで、フォーマ同士を機械的に接続（連結）でき、両超電導ケーブル（ケーブルコア）を強固に連結できる。外側絶縁部を形成する絶縁性樹脂としては、例えばエポキシ樹脂が挙げられる。

（２）上記ケーブルコアが、上記超電導導体層の外側に絶縁層を介して同心状に配置され、超電導線材で形成された外側超電導導体層を更に有する場合、上記超電導ケーブルの中間接続部材の一形態としては、次のものが挙げられる。外側超電導導体層を形成する超電導線材の端部に接続され、外側超電導導体層同士を電気的に接続する外側接続用超電導線材と、上記線材配置部と上記外側絶縁部との間に、絶縁性樹脂で形成された中間絶縁部と、中間絶縁部の外側に外側接続用超電導線材を配置する配置孔が形成された外側線材配置部と、を備える。

超電導ケーブルのケーブルコアの構造として、超電導導体層の外側に絶縁層を介して同心状に外側超電導導体層を配置することがある。例えば、直流送電では、単極（モノポール）送電方式の場合、外側超電導導体層を帰路電流を流す導体に利用したり、双極（バイポール送電）方式の場合、外側超電導導体層を超電導導体層とは逆極性の電流を流す導体に利用したり、交流送電では、外側超電導導体層を電磁シールド層に利用したりすることが挙げられる。上記形態によれば、外側接続用超電導線材によって外側超電導導体層同士を電気的に接続するので、外側超電導導体層同士の接続抵抗も大幅に低減でき、外側超電導導体層同士も低抵抗で電気的に接続できる。中間絶縁部は、外側絶縁部と同じ絶縁性樹脂（例えば、エポキシ樹脂）で形成することができる。

（３）上記超電導ケーブルの中間接続部材の一形態としては、接続用超電導線材の合計本数が、超電導導体層を形成する超電導線材の合計本数よりも多いことが挙げられる。

同じ超電導線材であれば、送電電流は導体断面積の大きさ、つまり超電導線材の本数によって決まる。上記形態によれば、接続用超電導線材の合計本数が超電導導体層を形成する超電導線材の合計本数よりも多いことで、超電導導体層同士の接続抵抗をより低減し易く、接続部の送電容量を十分に確保できる。外側接続用超電導線材の合計本数も同じように、外側超電導導体層を形成する超電導線材の合計本数よりも多くしてもよい。

（４）上記超電導ケーブルの中間接続部材の一形態としては、１つの配置孔に、複数の接続用超電導線材が配置され、これら接続用超電導線材が一体化されていることが挙げられる。

上記形態によれば、複数の接続用超電導線材が一体化されていることで、複数の接続用超電導線材を１つの配置孔に同時に配置でき、接続用超電導線材を線材配置部に配置し易い。外側接続用超電導線材も同じように、複数を一体化した状態で１つの配置孔に配置してもよい。

（５）上記超電導ケーブルの中間接続部材の一形態としては、外側絶縁部を形成する絶縁性樹脂が、繊維強化樹脂であることが挙げられる。

上述したように、中間接続部材は外側絶縁部に取付部が設けられ、中間接続箱に固定されるため、超電導ケーブル（ケーブルコア）が熱収縮してもそれに耐える機械的強度が求められる。上記形態によれば、外側絶縁部が繊維強化樹脂（ＦＲＰ）で形成されていることで、外側絶縁部の機械的強度をより高めることができる。中間絶縁部も同じように、繊維強化樹脂で形成してもよい。

（６）実施形態に係る超電導ケーブルの中間接続構造は、フォーマと、フォーマの外周に超電導線材で形成された超電導導体層とを有するケーブルコアを備える超電導ケーブル同士を接続する構造である。超電導ケーブルの中間接続構造は、接続し合う両超電導ケーブルの各ケーブルコアの端部と、各ケーブルコアの端部から露出されたフォーマ同士及び超電導導体層同士を接続する中間接続部材と、各ケーブルコアの端部及び中間接続部材を収納する中間接続箱とを備える。そして、中間接続部材が上述した（１）〜（５）のいずれか１つに記載の実施形態の中間接続部材であり、中間接続部材が中間接続箱に固定されている。

上記超電導ケーブルの中間接続構造によれば、両超電導ケーブルの各ケーブルコアの端部から露出された超電導導体層同士が上記中間接続部材の接続用超電導線材によって電気的に接続されるので、超電導導体層同士の接続抵抗を大幅に低減できる。したがって、接続し合う両超電導ケーブルの各ケーブルコアにおける超電導導体層同士を低抵抗で電気的に接続でき、接続部における損失を小さくできる。また、フォーマ同士が上記中間接続部材の中心部によって機械的に接続（連結）され、両超電導ケーブル（ケーブルコア）を強固に連結できる。更に、上記中間接続部材の外側絶縁部に設けられた取付部によって中間接続部材が中間接続箱に固定され、両超電導ケーブル（ケーブルコア）が中間接続箱に対して固定されることから、中間接続箱内において、熱収縮による超電導ケーブル（ケーブルコア）の位置ずれを抑制できる。

［本発明の実施形態の詳細］
本発明の実施形態の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。図中の同一符号は同一名称物を示す。以下では、まず、送電線路に利用される超電導ケーブルについて説明し、次いで、超電導ケーブルの中間接続構造に利用される中間接続部材について説明する。なお、本発明は、これらの例示に限定されるものではなく、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及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

〈超電導ケーブル〉
図１を参照して、超電導ケーブルの一例を説明する。ここでは、双極送電方式の直流超電導ケーブルを例に挙げて説明する。超電導ケーブル１００は、ケーブルコア１１０と、ケーブルコア１１０を収納する断熱管１２０とを備え、断熱管１２０内に１つのケーブル１１０が収納された単心ケーブルである。

（ケーブルコア）
ケーブルコア１１０は、中心から順にフォーマ１１１、超電導導体層１１２、絶縁層１１３、外側超電導導体層１１４、外側絶縁層１１５、接地層１１６、保護層１１７が同心状に配置されている。

（フォーマ）
フォーマ１１１は、銅やアルミニウムなどの金属又は合金、ステンレス鋼などの金属で形成されており、例えば、複数の金属線を撚り合わせた撚り線を利用できる。この例では、フォーマ１１１が複数の銅線を撚り合わせた撚り線で形成されている。直流超電導ケーブル場合、フォーマ（銅線）にエナメルなどの絶縁被覆を施す必要は無いが、交流超電導ケーブルの場合は、交流損失の低減を図る観点から、絶縁被覆を有する複数の金属線（代表的には銅線）を撚り合わせた撚り線をフォーマに利用することが好ましい。直流超電導ケーブルの場合であっても、絶縁被覆を有する銅線を用いてもよい。

（超電導導体層）
超電導導体層１１２は、フォーマ１１１の外周に複数の超電導線材をスパイラル巻きすることで形成されており、超電導線材を多層に巻回することで超電導線材が積層された多層構造とすることができる。超電導線材には、例えば、Ｂｉ系銀シース線材やＲＥ１２３系薄膜線材などの超電導線材が利用できる。この例では、超電導導体層１１２が４層構造であり、超電導導体層１１２には正極（＋極）の電流が流れる。

（絶縁層）
絶縁層１１３は、超電導導体層１１２とその外側に配置された外側超電導導体層１１４との間に介在し、超電導導体層１１２と外側超電導導体層１１４との間の電気的絶縁を確保する。絶縁層１１３は、超電導導体層１１２の外周に絶縁紙をスパイラル巻きすることで形成されている。絶縁紙には、例えば、クラフト紙やＰＰＬＰ（登録商標；Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ Ｌａｍｉｎａｔｅｄ Ｐａｐｅｒ）といった半合成紙などが利用できる。

（外側超電導導体層）
外側超電導導体層１１４は、超電導導体層１１２の外側、具体的には絶縁層１１３の外周に複数の超電導線材をスパイラル巻きすることで形成されている。この外側超電導導体層１１４も超電導導体層１１２と同様に、超電導線材を多層に巻回することで超電導線材が積層された多層構造とすることができる。この例では、外側超電導導体層１１４が２層構造であり、外側超電導導体層１１４には負極（−極）の電流が流れる。

（外側絶縁層）
外側絶縁層１１５は、外側超電導導体層１１４とその外側に配置された接地層１１６との間に介在し、外側超電導導体層１１４と接地層１１６との間の電気的絶縁を確保する。外側絶縁層１１５は、外側超電導導体層１１４の外周に絶縁紙をスパイラル巻きすることで形成されている。

（接地層）
接地層１１６は、中性線として機能し、接地されている。接地層１１６は、外側絶縁層１１５の外周に接地導体を巻回することで形成されている。接地層１１６は、例えば、銅やアルミニウムなどの常電導材料からなる素線やテープをスパイラル巻きすることで形成したり、常電導材料からなる編組線を巻回することで形成したりすることができる。この例では、接地層１１６が銅テープで形成されている。接地層１１６は電界しゃへい層としても機能する。

（保護層）
保護層１１７は、ケーブルコア１１０の最外周に配置され、ケーブルコア１１０（保護層１１７の内側に位置する部材（接地層１１６など））を機械的、電気的に保護する。保護層１１７は、接地層１１６の外周に絶縁紙をスパイラル巻きすることで形成されている。

（断熱管）
断熱管１２０は、内管１２１と外管１２２とを有する二重管構造であり、内管１２１と外管１２２との間の空間が真空引きされ、その空間にスーパーインシュレーション（商品名）などの断熱材１２３が配置されている。この例では、内管１２１及び外管１２２がステンレス鋼製のコルゲート管であり、断熱管１２０（外管１２２）の外周にビニルやポリエチレンなどは防食層１２４が設けられている。

〈中間接続部材〉
図２〜図６を参照して、上述した超電導ケーブル１００同士を接続する中間接続部材の一例を説明する。図３は、中間接続部材１を端面から見た図であり、断面図ではないが、図を見易くするために部分的にハッチングを施してある（図４、図５も同じ）。中間接続部材１は、図６に示すように、接続し合う両超電導ケーブル１００の各ケーブルコア１１０の端部から露出されたフォーマ１１１同士、超電導導体層１１２同士及び外側超電導導体層１１４同士を接続する部材である。中間接続部材１は、図２、図３に示すように、中心部１０と、線材配置部２０と、中間絶縁部３０と、外側線材配置部４０と、外側絶縁部５０とを備え、線材配置部２０及び外側線材配置部４０にそれぞれ接続用超電導線材２０ｓ及び外側接続用超電導線材４０ｓが配置されている。

（中心部）
中心部１０は、フォーマ１１１（図６参照）同士を接続する丸棒状の部材であり、両端部にフォーマ１１１の端部を固定する固定部１１を有する。中心部１０は、フォーマ１１１同士を機械的に接続（連結）することから、機械的強度が高い金属で形成することが好ましい。中心部１０を形成する金属としては、例えば銅やアルミニウムなどの金属又は合金、ステンレス鋼が挙げられる。中間接続部材１では、超電導導体層１１２同士及び外側超電導導体層１１４同士の電気的な接続は、接続用超電導線材２０ｓ及び外側接続用超電導線材４０ｓが担うことから、中心部１０には導電性は基本的に求められない。したがって、中心部１０は、機械的強度に優れるステンレス鋼で形成されていることがより好ましい。この例では、中心部１０がステンレス鋼で形成されている。

固定部１１には嵌合穴１１ｏが形成されており、この嵌合穴１１ｏに例えばフォーマ１１１の端部を挿入して外側から圧縮することで、中心部１０とフォーマ１１１とが接続される。この固定部１１の嵌合穴１１ｏが形成された部分は肉厚になっており、圧縮接合し易くなっている。

（線材配置部）
線材配置部２０は、中心部１０の外周に設けられ、接続用超電導線材２０ｓを配置する配置孔２０ｈが形成された円筒状の部分である。配置孔２０ｈは、線材配置部２０の長手方向の一端から他端に亘って貫通している。この配置孔２０ｈに、複数の接続用超電導線材２０ｓが配置されている。接続用超電導線材２０ｓは、線材配置部２０の配置孔２０ｈに一方から他方に向かって挿通され、超電導導体層１１２同士を電気的に接続する（図６参照）。接続用超電導線材２０ｓは、配置孔２０ｈの長さよりも十分に長く、接続用超電導線材２０ｓの両端部は、配置孔２０ｈから突出している。線材配置部２０は、接続用超電導線材２０ｓを冷却し易いように熱伝導率の高い金属で形成されていることが好ましい。この例では、中心部１０と線材配置部２０とが一体に形成されており、線材配置部２０がステンレス鋼で形成されている。また、接続用超電導線材２０ｓには、超電導導体層１１２を形成する超電導線材と同じ超電導線材を利用しており、接続用超電導線材２０ｓの合計本数が超電導導体層１１２を形成する超電導線材の合計本数よりも多い。つまり、線材配置部２０に配置されている接続用超電導線材２０ｓの総導体断面積が超電導導体層１１２の導体断面積よりも大きい。

この例では、中心部１０と線材配置部２０とが一体に形成されているが、中心部１０と線材配置部２０とは別部材としてもよく、別部材とする場合は、中心部１０と線材配置部２０とを接着剤で結合したり、ねじで機械的に結合したりすることが挙げられる。また、線材配置部２０は、銅やアルミニウムなどの金属又は合金で形成することも可能であるが、電気抵抗の高いステンレス鋼で形成する方が、接続用超電導線材２０ｓに流れる電流の一部が線材配置部２０に流れ難くなるので、接続抵抗をより低減し易く、線材配置部２０の発熱も抑制できる。また、接続用超電導線材２０ｓには、超電導導体層１１２を形成する超電導線材とは異なる超電導線材を利用してもよい。

線材配置部２０の配置孔２０ｈを形成方法について説明する。配置孔２０ｈは、線材配置部２０の長手方向にドリルなどを用いて切削することで形成してもよいが、長い貫通孔をドリルで形成することは難しい。そこで、この例では、線材配置部２０を配置孔２０ｈの形成箇所で径方向に２つの円筒状部材に分割し、これらを一体化することで線材配置部２０を作製している。具体的には、図４に示すように、線材配置部２０を、中心部１０を含む内筒部２１（図４の左上）と、内筒部２１の外径と同じ内径を有する外筒部２２（図４の右上）とに分けて作製する。そして、内筒部２１の外周面に長手方向の一端から他端に亘って配置溝２１ｇを形成しておき、内筒部２１を外筒部２２に挿入して内筒部２１と外筒部２２とを端部で溶接して一体化することにより、線材配置部２０（図４の下）を作製する。これにより、内筒部２１の外周面に形成した配置溝２１ｇが配置孔２０ｈとなり、長手方向に貫通する配置孔２０ｈが形成された線材配置部２０が得られる。この線材配置部２０は、長い貫通孔をドリルで開ける必要がなく、簡単な溝加工で配置孔２０ｈを精度よく形成できる。この例では、内筒部２１の外周面に配置溝２１ｇを形成する場合を例に挙げて説明したが、外筒部２２の内周面に配置溝を形成してもよく、内筒部２１の外周面及び外筒部２２の内周面にそれぞれ配置溝を形成してもよい。後者の場合、内筒部２１と外筒部２２の配置溝が径方向に重なるようにして、内筒部２１と外筒部２２とを一体化するとよい。

この例では、配置孔２０ｈが線材配置部２０の周方向に間隔をあけて３つ形成されており、各配置孔２０ｈに複数の接続用超電導線材２０ｓが配置されている。具体的には、接続用超電導線材２０ｓを各配置孔２０ｈに周方向に並べて挿通して、線材配置部２０の端部に半田で固定している。また、例えば複数の接続用超電導線材２０ｓを積層して配置孔２０ｈに挿通する場合は、積層した接続用超電導線材２０ｓを半田で一体化しておき、一体化された接続用超電導線材２０ｓを各配置孔２０ｈの周方向に並べて挿通してもよい。

（中間絶縁部）
中間絶縁部３０は、線材配置部２０の外周に設けられ、絶縁性樹脂で形成された円筒状の部材である。中間絶縁部３０は、線材配置部２０とその外側に配置される外側線材配置部４０との間に介在し、接続用超電導線材２０ｓと外側接続用超電導線材４０ｓとの間の電気的絶縁を確保する。中間絶縁部３０を形成する絶縁性樹脂としては、例えばエポキシ樹脂などが挙げられ、更に、樹脂を繊維で強化した繊維強化樹脂（ＦＲＰ）でもよい。中間絶縁部３０をＦＲＰで形成することで、中間絶縁部３０の機械的強度をより高めることができる。この例では、中間絶縁部３０がエポキシ樹脂をガラス繊維で強化したＦＲＰの成形品で形成されている。

中間絶縁部３０は、線材配置部２０の外周面に結合されている。線材配置部２０と中間接続部３０とは、接着剤で結合したり、更に、線材配置部２０と中間絶縁部３０とをより強固に結合するため、ねじで機械的に結合してもよい。

（外側線材配置部）
外側線材配置部４０は、中間絶縁部３０の外周に設けられ、外側接続用超電導線材４０ｓを配置する配置孔４０ｈが形成された円筒状の部材である。配置孔４０ｈは、外側線材配置部４０の長手方向の一端から他端に亘って貫通している。この配置孔４０ｈに、複数の外側接続用超電導線材４０ｓが配置されている。外側接続用超電導線材４０ｓは、外側線材配置部４０の配置孔４０ｈに一方から他方に向かって挿通され、外側超電導導体層１１４同士を電気的に接続する（図６参照）。外側接続用超電導線材４０ｓは、配置孔４０ｈの長さよりも十分に長く、外側接続用超電導線材４０ｓの両端部は、配置孔４０ｈから突出している。外側線材配置部４０は、外側接続用超電導線材４０ｓを冷却し易いように熱伝導率の高い金属で形成されていることが好ましい。この例では、外側線材配置部４０がステンレス鋼で形成されている。また、外側接続用超電導線材４０ｓには、外側超電導導体層１１４を形成する超電導線材と同じ超電導線材を利用しており、外側接続用超電導線材４０ｓの合計本数が外側超電導導体層１１４を形成する超電導線材の合計本数よりも多い。つまり、外側線材配置部４０に配置されている外側接続用超電導線材４０ｓの総導体断面積が外側超電導導体層１１４の導体断面積よりも大きい。

外側線材配置部４０は、銅やアルミニウムなどの金属又は合金で形成することも可能であるが、電気抵抗の高いステンレス鋼で形成する方が、外側接続用超電導線材４０ｓに流れる電流の一部が外側線材配置部４０に流れ難くなるので、接続抵抗をより低減し易く、外側線材配置部４０の発熱も抑制できる。また、外側接続用超電導線材４０ｓには、外側超電導導体層１１４を形成する超電導線材とは異なる超電導線材を利用してもよい。

外側線材配置部４０も、線材配置部２０と同じように、配置孔４０ｈの形成箇所で径方向に２つの円筒状部材に分割し、これらを一体化することで作製している。具体的には、図５に示すように、外側線材配置部４０を、内筒部４１（図５の左上）と、内筒部４１の外径と同じ内径を有する外筒部４２（図５の右上）とに分け、内筒部４１の外周面に長手方向の一端から他端に亘って配置溝４１ｇを形成しておく。そして、内筒部４１を外筒部４２に挿入して内筒部４１と外筒部４２とを端部で溶接して一体化することにより、外側線材配置部４０（図５の下）を作製する。これにより、内筒部４１の外周面に形成した配置溝４１ｇが配置孔４０ｈとなり、長手方向に貫通する配置孔４０ｈが形成された外側線材配置部４０が得られる。この外側線材配置部４０は、長い貫通孔をドリルで開ける必要がなく、簡単な溝加工で配置孔４０ｈを精度よく形成できる。

この例では、配置孔４０ｈが外側線材配置部４０の周方向に間隔をあけて６つ形成されており、各配置孔４０ｈに複数の外側接続用超電導線材４０ｓが配置されている。具体的には、外側接続用超電導線材４０ｓを各配置孔４０ｈに周方向に並べて挿通した後、外側線材配置部４０の端部に半田で固定している。また、例えば複数の外側接続用超電導線材４０ｓを積層して配置孔４０ｈに挿通する場合は、積層した外側接続用超電導線材４０ｓを半田で一体化しておき、一体化された外側接続用超電導線材４０ｓを各配置孔４０ｈの周方向に並べて挿通してもよい。

外側線材配置部４０は、中間絶縁部３０の外周面に結合されている。中間絶縁部３０と外側線材配置部４０とは、接着剤で結合したり、更に、中間絶縁部３０と外側線材配置部４０とをより強固に結合するため、ねじで機械的に結合してもよい。

（外側絶縁部）
外側絶縁部５０は、外側線材配置部４０の外周に設けられ、絶縁性樹脂で形成された円筒状の部材である。外側絶縁部５０は、中間接続部材１の最外周に配置され、その外側に位置する部材（例、接続用接地線５２（図２参照）など）と外側接続用超電導線材４０ｓとの間の電気的絶縁を確保する。外側絶縁部５０を形成する絶縁性樹脂としては、例えばエポキシ樹脂などが挙げられ、更に、樹脂を繊維で強化した繊維強化樹脂（ＦＲＰ）でもよい。外側絶縁部５０をＦＲＰで形成することで、外側絶縁部５０の機械的強度をより高めることができる。この例では、外側絶縁部５０がエポキシ樹脂をガラス繊維で強化したＦＲＰの成形品で形成されている。

外側絶縁部５０は、外側線材配置部４０の外周面に結合されている。外側線材配置部４０と外側絶縁部５０とは、接着剤で結合したり、更に、外側線材配置部４０と外側絶縁部５０とをより強固に結合するため、ねじで機械的に結合してもよい。

外側絶縁部５０には、径方向に突出するフランジ状の取付部５１が一体に成形されている。この取付部５１を中間接続箱７の支持部７０ａ（図６参照）にボルトなどで固定することで、中間接続部材１が中間接続箱７に固定される。具体的には、取付部５１を支持部７０ａと押え板７０ｂとで挟み込み、ボルトで支持部７０ａと押え板７０ｂとの間を締め付けることで、中間接続部材１が中間接続箱７に固定される。支持部７０ａは、中間接続箱７の内周面から立設するように中間接続箱７に設けられており、例えばステンレス鋼で形成されている。支持部７０ａは、中間接続箱７の内周面に周方向に間隔をあけて複数設けられている。押え板７０ｂは、例えば支持部７０ａとの間で取付部５１を挟むリング状の部材であり、ステンレス鋼で形成されている。中間接続箱７は、中間接続部材１を含む両超電導ケーブル１００の接続箇所を覆う箱であり、大地に対して固定される。

更に、外側絶縁部５０の外周には接続用接地線５２が巻回されており、この接続用接地線５２には、接地層１１６が電気的に接続される（図６参照）。この例では、接続用接地線５２が銅やアルミニウムなどの常電導材料からなる編組線で形成されている。接続用接地線５２の両端部は、接続し合う両超電導ケーブル１００の各ケーブルコア１１０の接地層１１６と電気的に接続され、接続用接地線５２は、接地層１１６同士を電気的に接続して、電界しゃへい層を形成する。

次に、主に図６を参照して、上述した超電導ケーブル１００同士を接続する中間接続構造の一例を説明する。中間接続構造は、接続し合う両超電導ケーブル１００の各ケーブルコア１１０の端部と、上述した中間接続部材１と、各ケーブルコア１１０の端部及び中間接続部材１を収納する中間接続箱７とを備える。図６に示す中間接続構造は、次のようにして構築されている。

接続し合う両超電導ケーブル１の各断熱管１２０からケーブルコア１１０を引き出す。引き出した各ケーブルコア１１０の端部において、端部処理を施し、保護層１１７、外側絶縁層１１５、絶縁層１１３を剥ぎ取り、フォーマ１１１、超電導導体層１１２、外側超電導導体層１１４、接地層１１６を露出させる。端部処理する際、接地層１１６は、露出させた端部で接地導体（銅テープ）の巻回を解いて、端部から接地導体を分離した状態で引き出して逃がしておく。また、超電導導体層１１２及び外側超電導導体層１１４も、露出させた端部で超電導線材の巻回を解いて、端部から超電導線材を分離した状態で引き出して逃がしておく。

中間接続部材１は、両超電導ケーブル１００の接続箇所となる位置に予め設置しておく。この例では、中間接続箱７の一部となるリング状の周環部７３に中間接続部材１を予め固定しておき、周環部７３を吊り下げるなどして、中間接続部材１を所定の位置に設置する。この周環部７３には、内周面から突出するように支持部７０ａが一体に形成されている。そして、中間接続部材１の外側絶縁部５０に設けられた取付部５１を支持部７０ａと押え板７０ｂとの間で挟み込み、ボルトで締め付けることで、周環部７３に中間接続部材１を固定する。

各ケーブルコア１１０から露出させたフォーマ１１１の端部を中間接続部材１の中心部１０の嵌合穴１１ｏに挿入し、固定部１１の外側から圧縮してフォーマ１１１を圧縮接合することで、フォーマ１１１同士を接続する。

次に、各ケーブルコア１１０から露出させた超電導導体層１１２を形成する超電導線材の端部と、中間接続部材１の線材配置部２０に配置された接続用超電導線材２０ｓの端部とを重ね合わせ、半田接合することにより、超電導導体層１１２同士を電気的に接続する。

超電導導体層１１２を形成する超電導線材と接続用超電導線材２０ｓとを接続した後、露出させた超電導導体層１１２（超電導線材）と接続用超電導線材２０ｓの周囲に絶縁紙を巻回して補強絶縁部６１を形成する。

補強絶縁部６１を形成した後、各ケーブルコア１１０から露出させた外側超電導導体層１１４を形成する超電導線材の端部と、中間接続部材１の外側線材配置部４０に配置された外側接続用超電導線材４０ｓの端部とを重ね合わせ、半田接合することにより、外側超電導導体層１１４同士を電気的に接続する。その後、露出させた外側超電導導体層１１４（超電導線材）と外側接続用超電導線材４０ｓの周囲に絶縁紙を巻回して補強絶縁部６２を形成する。

次いで、各ケーブルコア１１０から露出させた接地層１１６を形成する接地導体の端部と、中間接続部材１の外側絶縁部５０に設けられた接続用接地線５２の端部とを重ね合わせ、半田接合によって電気的に接続して、電界しゃへい層を形成する。以上により、各ケーブルコア１１０の端部と中間接続部材１との中間接続処理が完了する。

最後に、各ケーブルコア１１０の端部及び中間接続部材１を収納するように中間接続箱７を組み立てる。この例では、中間接続箱７は、円筒状の周壁部７１と、周壁部７１の両端を閉じる一対の端壁部７２とを有する。各端壁部７２には、両超電導ケーブル１００の各断熱管１２０の端部が接続され、各ケーブルコア１１０の端部が導入される導入孔が設けられている。また、周壁部７１は、上述した環状の周環部７３と、長手方向に分割可能な一対の円筒状の半割れ片とで形成され、中間接続処理が完了した後、予め逃がしておいた両半割れ片を両超電導ケーブル１００の接続箇所（中間接続部材１）側に移動させ、両半割れ片を周環部７３に溶接して一体化する。そして、両半割れ片と周環部７３とを一体化して周壁部７１を形成した後、周壁部７１の両端部に各端壁部７２を溶接で接合することで、中間接続箱７を組み立てる。これにより、中間接続部材１の取付部５１が中間接続箱７（周環部７３）の支持部７０ａに固定され、中間接続部材１が中間接続箱７に固定されることになる。中間接続箱７は、大地に対して固定する。

中間接続箱７は、二重構造にして、その間に断熱材を配置したり、その間を真空引きして真空断熱層を形成すると、熱侵入を効果的に低減できる。中間接続箱７の周壁部７１（周環部７３を含む）及び端壁部７２は、例えばステンレス鋼で形成することが挙げられる。上記の中間接続構造の例では、周環部７３に支持部７０ａを一体に形成しているが、周環部７３の内周面に支持部７０ａを溶接などにより接合することで設けてもよい。

以上説明した実施形態では、双極送電方式の直流超電導ケーブルを例に挙げて説明したが、本発明は、単極送電方式の直流超電導ケーブルにも適用可能である他、交流超電導ケーブルにも適用可能ある。また、上述した実施形態では、１つのケーブルコアが断熱管内に収納された単心ケーブルを例に挙げて説明したが、本発明は、複数のケーブルコアが断熱管内に収納された多心ケーブルにも適用可能である。具体的には、３つのケーブルコアが撚り合わされて断熱管内に一括して収納された三心一括型超電導ケーブルが挙げられる。

本発明の超電導ケーブルの中間接続部材及び超電導ケーブルの中間接続構造は、複数の超電導ケーブルを繋ぎ合わせて送電線路を構築する際の、超電導ケーブル同士を接続する中間接続部材及び中間接続構造に好適に利用することができる。

１ 中間接続部材
１０ 中心部
１１ 固定部 １１ｏ 嵌合穴
２０ 線材配置部 ２０ｓ 接続用超電導線材
２０ｈ 配置孔
２１ 内筒部 ２２ 外筒部 ２１ｇ 配置溝
３０ 中間絶縁部
４０ 外側線材配置部 ４０ｓ 外側接続用超電導線材
４０ｈ 配置孔
４１ 内筒部 ４２ 外筒部 ４１ｇ 配置溝
５０ 外側絶縁部
５１ 取付部 ５２ 接続用接地線
６１，６２ 補強絶縁部
７ 中間接続箱
７０ａ 支持部 ７０ｂ 押え板
７１ 周壁部 ７２ 端壁部
７３ 周環部
１００ 超電導ケーブル
１１０ ケーブルコア
１１１ フォーマ １１２ 超電導導体層
１１３ 絶縁層 １１４ 外側超電導導体層
１１５ 外側絶縁層 １１６ 接地層 １１７ 保護層
１２０ 断熱管
１２１ 内管 １２２ 外管
１２３ 断熱材 １２４ 防食層

Claims (6)

1. フォーマと、前記フォーマの外周に超電導線材で形成された超電導導体層とを有するケーブルコアを備える超電導ケーブル同士を接続する超電導ケーブルの中間接続部材であって、
   前記フォーマの端部を固定する固定部を両端部に有し、前記フォーマ同士を接続する中心部と、
   前記超電導導体層を形成する前記超電導線材の端部に接続され、前記超電導導体層同士を電気的に接続する接続用超電導線材と、
   前記中心部の外側に設けられ、前記接続用超電導線材を配置する配置孔が形成された線材配置部と、
   前記線材配置部の外側に設けられ、絶縁性樹脂で形成された外側絶縁部と、を備え、
   前記外側絶縁部に、中間接続箱に固定する取付部を有する超電導ケーブルの中間接続部材。
2. 前記ケーブルコアは、前記超電導導体層の外側に絶縁層を介して同心状に配置され、超電導線材で形成された外側超電導導体層を更に有し、
   前記外側超電導導体層を形成する前記超電導線材の端部に接続され、前記外側超電導導体層同士を電気的に接続する外側接続用超電導線材と、
   前記線材配置部と前記外側絶縁部との間に、
   絶縁性樹脂で形成された中間絶縁部と、
   前記中間絶縁部の外側に前記外側接続用超電導線材を配置する配置孔が形成された外側線材配置部と、を備える請求項１に記載の超電導ケーブルの中間接続部材。
3. 前記接続用超電導線材の合計本数が、前記超電導導体層を形成する超電導線材の合計本数よりも多い請求項１又は請求項２に記載の超電導ケーブルの中間接続部材。
4. １つの前記配置孔に、複数の前記接続用超電導線材が配置され、これら接続用超電導線材が一体化されている請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の超電導ケーブルの中間接続部材。
5. 前記外側絶縁部を形成する絶縁性樹脂が、繊維強化樹脂である請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の超電導ケーブルの中間接続部材。
6. フォーマと、前記フォーマの外周に超電導線材で形成された超電導導体層とを有するケーブルコアを備える超電導ケーブル同士を接続する超電導ケーブルの中間接続構造であって、
   接続し合う前記両超電導ケーブルの前記各ケーブルコアの端部と、
   前記各ケーブルコアの端部から露出された前記フォーマ同士及び前記超電導導体層同士を接続する中間接続部材と、
   前記各ケーブルコアの端部及び前記中間接続部材を収納する中間接続箱と、を備え、
   前記中間接続部材が請求項１に記載の中間接続部材であり、
   前記中間接続部材が前記中間接続箱に固定されている超電導ケーブルの中間接続構造。

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