WO2005086291A1 - 超電導ケーブルの中間接続部 - Google Patents

Abstract

　フォーマと、超電導導体と、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中間接続部であって、突き合わされる各フォーマ端部に接続スリーブをはめ込み、圧縮接続により接続スリーブの外径とフォーマの外径とが等しくなるようにフォーマ同士を接続し、この接続スリーブの外側で突き合わされる超電導導体同士を、超電導ケーブルにおける超電導導体の外径と等しくして接続することにより、小型化が可能な超電導ケーブルの中間接続部を提供する

Description

明 細 書

超電導ケーブルの中間接続部

技術分野

[0001] 本発明は、超電導ケーブルの中間接続部に関するものである。特に、サイズを小型 化できる超電導ケーブルの中間接続部に関するものである。

背景技術

[0002] 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具えた超電導ケーブル において、ケーブルコアを 1本具える単相ケーブルだけでなぐ複数のケーブルコア を一括にした多心一括型の多相ケーブルが開発されつつある。図 2 (A)および図 2 ( B)に、 3心一括型の三相超電導ケーブルを示す。この超電導ケーブル 100は、断熱 管 101内に 3本のケーブルコア 102を撚り合わせて収納させた構成である。

[0003] 断熱管 101は、外管 101aと内管 101bとからなる二重管の間に断熱材 (図示せず)が 配置され、かつ二重管内が真空引きされた構成である。このうち、外管 101aの上には 防食層 104が形成されている。各ケーブルコア 102は、中心から順にフォーマ 200、超 電導導体 201、電気絶縁層 202、シールド層 203、保護層 204を具えている。超電導導 体 201は、フォーマ 200上に超電導線材を多層に螺旋状に卷回して構成される。電気 絶縁層 202は、半合成絶縁紙を卷回して構成される。シールド層 203は、電気絶縁層 202上に超電導導体 201と同様の超電導線材を螺旋状に卷回して構成される。このシ 一ルド層 203には、定常時、超電導導体 201に流れる電流と逆向きでほぼ同じ大きさ の電流が誘起される。この誘導電流により生じる磁場にて、超電導導体 201から生じ る磁場を打ち消し合い、ケーブルコア 102外部への漏れ磁場をほぼゼロにすることが できる。通常、内管 101bと各ケーブルコア 102とで囲まれる空間 103が冷媒の流路とな る。

[0004] このような多相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、線路 途中において、異なるケーブルから引き出したケーブルコア同士を接続する中間接 続が必要となる。の中間接続部として、例えば、特許文献 1に記載のものがある。この 構造では、図 3に示すように、接続箱 500に収納した超電導導体 201の端部同士を Cu などの常電導の接続スリーブ 510にて接続し、これら超電導導体 201の端部及び接続 スリーブ 510の外周にストレスコーン 520を装着している。そして、このストレスコーン 520を FRP製の支持棒 530にて支持し、さらに接続箱内のケーブルコア 102を FRP製の 把持部 540にて支持して 、る (特許文献 1参照)。

[0005] 特許文献 1：特開 2000-340274号公報 (図 1)

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0006] し力し、上記の技術では、次のような問題があった。

[0007] (1)中間接続部における発熱量が大きくなる。

上記の接続部では、接続スリーブに常電導材料を用いており、この箇所が超電導 導体に比べて導体抵抗が大きくなり、接続部でジュール損による発熱を生じて、冷媒 の冷却システムに負担力かかる。

[0008] (2)中間接続部のサイズが大きくなる。

上記の接続部では、接続スリーブの外径が超電導導体よりも大きくなり、層方向に 電界ストレスが発生するため、その緩和にストレスコーンを設ける必要がある。このスト レスコーンは、例えば絶縁紙の卷回により形成される。そのため、径方向および長手 方向に中間接続部が大きくなる。また、熱抵抗の大きい絶縁紙を大量に用いてストレ スコーンを形成しているためストレスコーンの熱抵抗が大きぐ上記ジュール損による 接続スリーブの発熱とあいまって、中間接続部が冷却上の最大の障害になり得ること ち考免られる。

[0009] (3)中間接続部で冷媒の圧損が生じることがある。

上記の接続部では、ストレスコーンを設けて、 FRP製の支持棒でストレスコーンを支 持している。そのため、この支持棒が冷媒の流通に対して障害になり、圧損を生じる 結果、接続部の冷却能力に影響が及ぶことがある。

[0010] 従って、本発明の主目的は、サイズを小さくすることができる超電導ケーブルの中 間接続部を提供することにある。

[0011] また、本発明の他の目的は、接続部におけるジュール損の発生を抑制できる超電 導ケーブルの中間接続部を提供することにある。 課題を解決するための手段

[0012] 本発明は、付き合わせた超電導導体同士を中間接続部とそれ以外の箇所で同一 径となるように接続することで上記の目的を達成する。

[0013] 本発明中間接続部は、フォーマと、超電導導体と、絶縁層とを有する超電導ケープ ル同士を接続する超電導ケーブルの中間接続部である。突き合わされる各フォーマ 端部に接続スリーブをはめ込み、圧縮接続により接続スリーブの外径とフォーマの外 径とを等しくしてフォーマ同士を接続する。そして、この接続スリーブの外側で突き合 わされる超電導導体同士を、超電導ケーブルにおける超電導導体の外径と等しくし て接続したことを特徴とする。

[0014] 突き合わせたフォーマ同士の外周に配置した導体接続スリーブを圧縮機により圧 縮して、この接続スリーブの外径をフォーマと実質的に等外径に圧縮することで、接 続箇所の径を大きくすることなくフォーマ同士の接続を行うことができる。そのため、フ ォーマ上に位置する超電導導体も接続部の箇所のみ径が大きくなることを抑制でき る。その結果、ストレスコーンを用いる必要がなぐ直接突き合わされた超電導導体同 士あるいは一部をオーバーラップさせた超電導導体同士を接続することで、接続部 のサイズ、特に外径を小さくすることができる。

[0015] また、超電導導体同士を直接接続することができるため、常電導導体の接続スリー ブを用いる必要がなぐジュール損の発生を抑制することができる。

[0016] ここで、フォーマの接続は、接続スリーブを用いた圧縮接続が好適である。そのた め、圧縮接続が可能なように、フォーマは中実構造または撚り線構造が望ましい。例 えば、複数の金属線を撚り合わせたものが挙げられる。

[0017] 接続スリーブには、圧縮接続が可能なように塑性変形が容易な金属スリーブが望ま しい。代表的には、銅スリーブなどが利用できる。このスリーブの厚みは、例えば圧縮 後にお 、て、上記フォーマの公称断面積の 50%以上の断面積が確保できる寸法と なるようにする。このような接続スリーブを用いることで、接続スリーブの外径とフォー マの外径とが実質的に一致するような圧縮接続を行った場合、接続箇所における通 電容量や機械的強度を確保しやすくできる。

[0018] 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フォーマ上にらせん状に卷回した構成が挙げられる 。この超電導線材は、通常、多層に卷回される。超電導導体同士の接続は、例えば 半田付けにより行えばよい。超電導導体同士を常電導導体を介在させることなく直接 接続することで、常電導導体を用いた場合のジュール損を回避できる。

[0019] また、超電導導体の外側に補強絶縁層を設け、この補強絶縁層の外径を超電導ケ 一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、中間接続部にお いて電気絶縁を確保する部材である。この補強絶縁材は、絶縁紙の卷回などで形成 すれば良いが、ストレスコーンのように厚みを大きくしたり紡錘状に形成する必要がな く、従来の接続部に比べてサイズを大幅に縮小できる。

[0020] 本発明中間接続部で接続される超電導ケーブルは、さらにシールド層を有してもよ い。例えば、絶縁層の上に超電導導体と同様の超電導線材をらせん状に卷回又は 直線状に配置することでシールド層とする。その場合も、中間接続部における超電導 導体の外側には上述した補強絶縁層を設ける。この補強絶縁層も、超電導ケーブル における絶縁層と同一外径としておく。そして、この補強絶縁層の外側で突き合わさ れるシールド層同士を、超電導ケーブルにおけるシールド層の外径と等しくして接続 することが好ましい。この構成によれば、シールド層を有するケーブルにおいても、接 続部の外径が大きくなることを抑制できる。シールド層同士の接続も、例えば半田付 けにて行なえば良い。

[0021] さらに、通常、超電導ケーブルは超電導導体を冷却する（シールド層を有する場合 はシールド層も冷却する）冷媒の流路を有する。本発明中間接続部は、この超電導 ケーブルの冷媒流路と同等の断面積が確保できる外ケースを有することが好適であ る。中間接続部においても超電導ケーブルの冷媒流路と同等の断面積を確保するこ とで、接続部における冷媒の圧損を抑制できる。外ケースは、例えば中間接続部に おける補強絶縁層の外側を覆う断熱ケースで構成することが挙げられる。中間接続 部にシールド層がある場合はシールド層の外側を覆う断熱ケースとすればよ 、。この 外ケースは、超電導ケーブルの長手方向に分割可能な構成とすることが好ま ヽ。 外ケースを分割構造とすることで、狭 、作業スペースでの中間接続部の組み立てを 可能にすることができる。 [0022] 本発明中間接続部は、単心超電導ケーブルの接続は勿論、 3心より合わせ超電導 ケーブルの各心の接続にも利用することができる。

発明の効果

[0023] 本発明中間接続部によれば、フォーマの接続部の外径をフォーマの外径と同等に 形成できるため、中間接続部のサイズを小さくすることができる。また、超電導導体同 士を常電導導体を介して接続する必要がないため、ジュール損による発熱を抑制で きる。

図面の簡単な説明

[0024] [図 1]図 1は、本発明中間接続部の部分縦断面図である。

[図 2(A)]図 2 (A)は、本発明接続部により接続される超電導ケーブルの断面図である

[図 2(B)]図 2 (B)は、同ケーブルコアの段剥ぎ状態を示す斜視図である。

[図 3]図 3は、従来の中間接続部の部分断面図である。

符号の説明

[0025] 100 三相超電導ケーブル 101 断熱管 101a 外管 101b 内管

102 ケーブルコア 103 空間 104 防食層

200 フォーマ 201 超電導導体 202 絶縁層 203 シールド層

204 保護層

300 接続スリーブ 310 外ケース 311、 312 半体 320 補強絶縁層

500 接続箱 510 常電導接続スリーブ 520 ストレスコーン

530 支持棒 540 把持部

発明を実施するための最良の形態

[0026] 以下、本発明の実施の形態を説明する。なお、図面の寸法比率は、説明のものと 必ずしも一致していない。

[0027] 本発明中間接続部の説明に先だって、接続される超電導ケーブルの構成を説明 する。この中間接続部で接続される超電導ケーブルも、図 2で説明した超電導ケープ ル 100と同様の構成である。つまり、断熱管 101内に 3心のコア 102が収納されている。 各コア 102は、中心から順にフォーマ 200、超電導導体 201、絶縁層 202、シールド層 203、保護層 204を具えている。フォーマ 200は複数の銅線を多層に撚り合せて構成し ている。超電導導体 201は、フォーマ 200上に超電導線材を多層に螺旋状に卷回して 構成される。この超電導線材は、銀マトリクス中に ΒΪ2223系超電導フィラメントが多数 本埋め込まれて形成される。絶縁層 202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 201上に卷回して構成している。また、シールド層 203は、 超電導導体 201に用いたものと同様の超電導線材を絶縁層 202上に多層に卷回して 構成している。

[0028] 次に、上記の超電導ケーブル 100同士を接続する中間接続部を図 1に示す。このよ うな超電導ケーブル同士を接続する際、断熱管の端部力 各コアを一定長露出して おくと共に、コアの端部において、各層の長さ調整を行なう。具体的には、フォーマ 200、超電導導体 201、シールド層 203は切断端部までの長さとしておき、絶縁層 202 は切断端部から一定長さ分除去する。この絶縁層 202の除去を行なうには、超電導 線材の卷回により構成されたシールド層 203の端部をー且ほぐして広げ、絶縁層 202 を露出させる。その状態で一定長さ分の絶縁層 202を除去する。この除去される長さ は、後述するフォーマ 200に対する接続スリーブ 300の圧縮作業が十分に行える程度 の長さとしておく。その他、図示していないが、超電導ケーブルの端部から超電導導 体、絶縁層、シールド層を一定長切断しておいてフォーマのみを一定長露出しても 良い。この場合、超電導導体同士、シールド層同士を接続するには、各々接続用超 電導線材を別途介在させる。

[0029] 一対の超電導ケーブル同士の接続には、まず後述する外ケース 310の半体

311,312を、 3心コアの集合体の端部にはめ込み、この外ケース 310をコアの端部から 離れる位置にー且逃がしておく。図 1ではコアは 1心し力示していない。

[0030] 次に、圧縮後において、フォーマ 200の公称断面積の 50%以上の断面積が確保で きる厚さの接続スリーブ 300を用意し、このスリーブ 300の各端部力もフォーマ 200を揷 入する。ここではタフピッチ銅棒（1100BD)製で、フォーマの外径よりも若干大きな内 径を有するスリーブ 300を用いた。その状態で接続スリーブ 300を圧縮して、フォーマ 200同士を接続する。この接続により、スリーブはフォーマに食い込んで圧縮後にお ける接続スリーブ 300の外径と圧縮箇所以外のフォーマの外径とは実質的に同等とな る。

[0031] 続いて、接続されたフォーマ 200の上で、超電導導体 201を半田付けにて接続する 。接続スリーブ表面とフォーマ表面との間に段差が形成されていないため、ー且ほぐ して開!ヽて!ヽた超電導線材を巻き戻して若しくは別の接続用超電導線材を用意して 接続すれば、超電導導体 201自体も接続スリーブ 300を覆う位置とそれ以外の箇所で 外径が異なることを回避できる。その上、常電導材料を介在して超電導導体の接続 を行う必要もなぐ接続部でのジュール損に伴う発熱を抑制することができる。

[0032] 次に、接続された超電導導体 201上に補強絶縁層 320を形成する。超電導ケープ ルの各コアのうち、絶縁層 202は端部から一定長さ分が除去されているため、この除 去されて!ヽる箇所に例えば絶縁紙を卷回して補強絶縁層 320を形成すればょ ヽ。こ の補強絶縁層 320の外径もコアの絶縁層 202の外径に合わせておく。超電導導体あ るいはこの導体と電気的に接続された箇所が部分的に径方向に膨らんで接続されて いないため、ストレスコーンを形成する必要はなぐコアの絶縁層 202と同等の厚さの 補強絶縁層 320でも必要な電気絶縁は確保できる。

[0033] 次に、補強絶縁層 320の上に、ー且ほぐして開いていた超電導線材を巻き戻して若 しくは別の接続用超電導線材を用意してシールド層 203を被せる。そして、この超電 導線材同士若しくはシールド層を構成する超電導線材と接続用超電導線材とを半田 付けして接続する。このシールド層 203の接続により、シールド層 203自身も補強絶縁 層 320を覆う位置とそれ以外の箇所で外径が異なることを回避できる。以上のようにコ ァの各層を接続すれば、接続部の外径を超電導ケーブルのコアの外径と同等にでき 、接続部のサイズを極力小さくすることができる。

[0034] さらに、ー且コアの端部力 離れる方向に逃がしていた外ケースの半体 311,312を 補強絶縁層 320が形成された位置の外側に引き戻して接続する。この半体 311,312は 、一端が小径で他端が太径の断熱構造を有する円筒体である。この半体 311,312の 太径側開口部同士を突き合わせて、溶接やフランジを用いたボルトによる締め付け で一体化する。この半体 311,312の接合により、両端部が小径で中間部が太径の外 ケース 310が形成される。図 1では図示していないが、外ケース 310の両端部は、超電 導ケーブルの断熱管 101 (図 2)の端部と接続される。

[0035] 外ケース 310の小径箇所の内径は、超電導ケーブルの断熱管の内径以上を確保し ておく。外ケース 310の内側とシールド層外側との間の空間は冷媒流路となるため、 前記外ケース 310の内径確保により、超電導ケーブル内と同等の冷媒流路断面積が 確保でき、接続部での冷媒の圧損を抑制できる。

産業上の利用可能性

[0036] 本発明中間接続部は、電力輸送路などに利用される超電導ケーブル線路におい て、超電導ケーブル同士の接続箇所として利用することが期待される。

Claims

請求の範囲

[1] フォーマと、超電導導体と、絶縁層とを有する超電導ケーブル同士を接続する超電 導ケーブルの中間接続部であって、

突き合わされる各フォーマ端部に接続スリーブをはめ込み、圧縮接続により接続ス リーブの外径とフォーマの外径とが等しくなるようにフォーマ同士を接続し、

この接続スリーブの外側で突き合わされる超電導導体同士を、超電導ケーブルに おける超電導導体の外径と等しくして接続したことを特徴とする超電導ケーブルの中 間接続部。

[2] 超電導導体の外側に補強絶縁層を設け、この補強絶縁層の外径を超電導ケープ ルの絶縁層の外径と等しくしたことを特徴とする請求項 1に記載の超電導ケーブルの 中間接続部。

[3] 前記超電導ケーブルは、シールド層を有し、

前記補強絶縁層の外側で突き合わされるシールド層同士を、超電導ケーブルにお けるシールド層の外径と等しくして接続したことを特徴とする請求項 2に記載の超電 導ケーブルの中間接続部。

[4] 前記超電導ケーブルは超電導導体を冷却する冷媒の流路を有し、

前記中間接続部は、この超電導ケーブルの冷媒流路と同等の断面積が確保できる 外ケースを有することを特徴とする請求項 1一 3のいずれかに記載の超電導ケーブル の中間接続部。