WO2006059445A1 - 電力ケーブル線路 - Google Patents

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WO2006059445A1
WO2006059445A1 PCT/JP2005/020017 JP2005020017W WO2006059445A1 WO 2006059445 A1 WO2006059445 A1 WO 2006059445A1 JP 2005020017 W JP2005020017 W JP 2005020017W WO 2006059445 A1 WO2006059445 A1 WO 2006059445A1
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cable
superconducting
power
core
line
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PCT/JP2005/020017
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Inventor
Masayuki Hirose
Ryosuke Hata
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries, Ltd.
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B9/00—Power cables
    • 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
    • H02G15/34—Cable fittings for cryogenic cables
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J1/00—Circuit arrangements for dc mains or dc distribution networks
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/36—Arrangements for transfer of electric power between ac networks via a high-tension dc link
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J4/00—Circuit arrangements for mains or distribution networks not specified as ac or dc
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/60—Arrangements for transfer of electric power between AC networks or generators via a high voltage DC link [HVCD]

Definitions

  • the present invention relates to a power cable line that performs DC power transmission.
  • the present invention relates to a power cable line that can extract branched power supplied to various power devices that are included in the line and used for operation.
  • DC transmission enables large-capacity transmission without problems such as AC loss such as dielectric loss, conductor loss due to skin effect, and large current that flows during an accident such as a short circuit.
  • DC transmission There are two types of DC transmission: single pole transmission (monopole transmission) and bipolar transmission (bipolar transmission).
  • Fig. 11 (A) In unipolar transmission, as shown in Fig. 11 (A), the power cable 100g as the forward path and the power cable 100r as the return path are connected by the leads 104 and 105 via the orthogonal transformation ⁇ 102,103 and closed. Configure the circuit. These transformations 102 and 103 are connected to an AC system such as an AC power source 101 and a load that uses transmission power.
  • Fig. 11 (B) In bipolar power transmission, as shown in Fig. 11 (B), a power cable 100p that is a positive line, a power cable 100m that is a negative line, and a power cable 100 ⁇ that is a neutral line are provided in parallel.
  • 100p, 100m, and 100n are connected by leads 104p, 104m, 104n, 105p, 105m, and 105n through orthogonal converters 102p, 102m, 103p, and 103m to form a closed circuit.
  • These converters 102p, 102m, 103p, and 103m are connected to an AC power source 101 and an AC system connected to a load.
  • Power cables used for such DC power transmission are generally oil-impregnated paper cables such as solid cables and OF cables.
  • a superconducting cable for direct current power transmission has been proposed (for example, Patent Document 1).
  • Patent Document 1 Japanese Published Patent: Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-249130
  • an object of the present invention is to provide a power cable line that can easily draw branch power particularly in DC power transmission.
  • the present invention achieves the above-described object by superimposing an AC component for branch power on a cable in a cable line that performs DC power transmission, and transmitting the AC component simultaneously with the DC power.
  • the power cable line of the present invention includes a power cable that performs DC power transmission and distribution, an AC superimposing unit that superimposes an AC component on the power cable, and a branch power source that extracts power induced by the superimposed AC component from the cable. It is characterized by comprising a part.
  • the AC transmission line it is possible to drive the power device using the transmission power of the power cable. Specifically, it is possible to extract branch power by using inductive coupling.
  • this method cannot be used in DC transmission because no induced current can be generated. Therefore, according to the present invention, in direct current power transmission, the alternating current component necessary for the branch power to extract the branched power by inductive coupling is transmitted together with the direct current power in the same manner as in alternating current power transmission. Then, the electric power induced by the AC component force is taken out by the branch power supply unit and used as a power source for various power devices used for the operation of the track. With this configuration, the track of the present invention can avoid problems caused by loss of power from an independent power source that does not require a separate system or an independent power source such as a notch or generator. DC power transmission and distribution can be performed stably.
  • a normal conducting cable or a superconducting cable can be used.
  • normal conductive cables include oil-immersed paper cables such as oil-impregnated paper solid cables, GF cables, and OF cables.
  • a known normal conducting cable may be used.
  • Solid cables are advantageous in that they have a simple structure and are suitable for long distances, and do not require any oiling equipment.
  • OF cables are advantageous in that they are particularly excellent in electrical characteristics without the deoiling phenomenon found in solid cables.
  • the GF cable is advantageous in that it does not have the transient hydraulic problem like the OF cable.
  • a cable core having a conductor and an electric insulating layer disposed on the outer periphery of the conductor is provided, and a metal sheath or the like is disposed on the outer periphery of the cable core.
  • a single-core cable having one such cable core may be used, or a multi-core cable having a plurality of cores may be used.
  • the superconducting cable is more preferable because it has a lower resistance than the normal conducting cable and more power can be transmitted.
  • a superconducting cable typically has a structure in which a single-core or multi-core cable core is housed in a heat insulation pipe and is cooled by a refrigerant such as liquid nitrogen filled in the pipe.
  • the superconducting cable is classified into a low-temperature insulation type and a room-temperature insulation type.
  • the cable core includes a former, a first superconducting layer, an electrical insulation layer, A configuration having a superconducting layer can be given.
  • the first superconducting layer may be used as a layer through which an outward current flows and the second superconducting layer may be used as a layer through which a return current flows.
  • It may be a cable core without the second superconducting layer. That is, the core includes only one superconducting layer.
  • the cable core, which has this second superconducting layer, should have a grounding shield layer as a ground potential.
  • the cable core may include a former, a first superconducting layer, a heat insulating tube, an electric insulating layer, and a shield layer in order from the center force.
  • a plurality of cores are provided as in the case of the core not having the second superconducting layer.
  • a superconducting layer of one core may be used as a layer for passing an outward current
  • a superconducting layer of another core may be used as a layer for passing a return current.
  • a double pipe structure having a vacuum layer between the inner pipe and the outer pipe is generally used.
  • the line of the present invention constructs an outgoing line and a return line, and in the case of bipolar power transmission, a positive line, a negative line, and a neutral line are connected.
  • a single-core cable or a multi-core cable may be used.
  • Table 1 shows examples of specific lines when superconducting cables are used.
  • the track can be constructed with a minimum number of cores.
  • a single-core cable with a single-core cable core as shown in Table 1 should be used.
  • a line may be constructed for each core, a plurality of lines may be constructed with a single cable, a line is constructed with one core, and the remaining cores May be used as a spare line.
  • a single-core cable having one cable core as shown in Table 1 may be used. Two power cables with two cores as shown in Table 1 are used. The number of articles can be reduced. Using a three-core cable with a three-core, one cable may be used as a spare line.
  • First superconducting layer Outward line First superconducting: Positive line First superconducting layer: Negative line Second superconducting layer: Return line Second superconducting layer: neutral wire Second superconducting layer: neutral wire [0015] Having a second superconducting layer! /
  • First superconducting layer Outward line First superconducting: Positive line First superconducting layer: Negative line Second superconducting layer: Return line Second superconducting layer: neutral wire Second superconducting layer: neutral wire [0015] Having a second superconducting layer! /
  • a monopolar transmission line is constructed using a cable core, two cores are used, and the first superconducting layer of one core is used as the outgoing line.
  • the first superconducting layer of the other core should be the return line.
  • a single-core cable in which two cores are housed in separate heat insulation pipes, or a multi-core cable in which two cores are housed in the same heat insulation pipe, may be used.
  • a bipolar transmission line is constructed using a cable core that does not have a second superconducting layer
  • three cores are used, the first superconducting layer of one core is used as the positive line, and the other core
  • One superconducting layer may be a negative line, and the remaining first superconducting layer may be a neutral line.
  • a single-core cable in which the three cores are housed in separate heat insulation pipes may be used, or a multi-core cable in which the three cores are housed in the same heat insulation pipe.
  • the core that does not have the second superconducting layer is provided with a ground shield layer as a ground potential.
  • the superposition of alternating current may be performed on either the first superconducting layer or the second superconducting layer when the cable core having the second superconducting layer is used.
  • alternating current is superimposed on the first superconducting layer.
  • an electrode layer may be provided coaxially with the conductor with a conductive material such as copper on the outer periphery of the electrical insulating layer, or the second conductive layer.
  • a cable (core) having a conductor that carries a return current
  • a cable (core) having a conductor that carries a forward current.
  • alternating current may be superimposed on either the conductor or the electrode layer.
  • AC is superimposed on the conductor.
  • More specific line configuration of unipolar power transmission is AC / DC conversion, DC / AC between the power cable (or cable core, the same in the following paragraph) and the power cable as the return path. Connect with lead via transformation to make a closed circuit. Connect an AC power supply to one end of the outgoing cable, connect a load to the other end, and ground one end of the return cable. With this configuration, the load can use the power transmitted by the direct current from the alternating current power supply.
  • a more specific line configuration for bipolar transmission is the power cable used as the positive line.
  • a closed circuit is formed by connecting the lead via AC / DC converter and DC / AC converter so that the power cable for the cable, the negative line, and the power cable for the neutral line are in parallel.
  • an AC power supply to one end of the cable that will be the positive line, and a load to the other end. Also, an AC power supply is connected to one end of the cable serving as the negative line, and a load is connected to the other end. Ground one end of the cable that will be the neutral wire. With this configuration, the load can use the power transmitted by DC as the AC power supply.
  • an AC superimposing unit that superimposes an AC component on the line and a branch power supply unit that extracts electric power induced by the AC component are provided.
  • the location where the AC superimposing unit is arranged include a location where a direct current is applied to the line, specifically, the vicinity of the AC / DC change to which an AC power supply is connected.
  • the superimposed AC power is set to a desired amount of power necessary to drive the power equipment, and is not excessively superimposed so as not to impair DC power transmission. In other words, the superimposed AC power is sufficiently small relative to the DC current transmitted to the load.
  • a specific configuration of the AC superimposing unit includes, for example, a configuration including a transformer unit (transformer unit) connected to an AC power source and capable of changing the AC component to a desired size. In this configuration, the power can be adjusted to desired power by the transformer.
  • transformer unit transformer unit
  • the AC superimposing unit one having a configuration that superimposes an AC component by inductive coupling can be cited.
  • a magnetic body arranged on the outer periphery of a cable core (or a lead connecting the cores) included in the power cable and an AC current are connected to an AC power source, and the magnetic body is wound around the magnetic body.
  • a configuration comprising a shoreline is available. In this configuration, a magnetic field is applied to the magnetic body when the current from the AC power source flows in the shoreline, and a current flows through the cable core (or the core via the lead) according to the magnetic field and the magnetic permeability of the magnetic body.
  • the magnetic material is particularly preferably a ferromagnetic material having a high magnetic permeability, such as a ferrite core.
  • the magnetic body is preferably configured in a ring shape by combining a plurality of divided pieces so that it can be easily arranged on the outer periphery of the cable core or lead.
  • the shoreline is made of a conductive material.
  • a known inductive coupler may be used.
  • the branch power supply unit has a configuration using inductive coupling because branch power can be easily taken out.
  • a configuration comprising a shoreline through which an alternating current flows.
  • a magnetic field is applied to the magnetic material by the alternating current component superimposed on the power cable, and an alternating current flows in the winding according to the magnetic field and the magnetic permeability of the magnetic material, thereby supplying power to various power devices.
  • the magnetic material is particularly preferably a ferromagnetic material having a high magnetic permeability, such as a ferrite core.
  • the magnetic body is suitably configured in a ring shape by combining a plurality of divided pieces so that it can be easily placed on the outer periphery of the power cable.
  • the winding is formed of a conductive material.
  • a cable having a layer in which a forward current flows (hereinafter referred to as the forward layer) and a layer in which a return current flows coaxially (hereinafter referred to as a return layer) is used as a DC power cable
  • the forward layer a layer in which a forward current flows
  • a return layer a layer in which a return current flows coaxially
  • the magnetic field generated by the return current cancels out the magnetic field generated by the forward current and makes the leakage magnetic field outside the cable almost zero.
  • the second superconducting layer is Functions as a shield.
  • the branch power supply unit is provided at the separation point where the forward layer and the return layer are coaxial!
  • the part where the separation part is provided include an intermediate connection part for connecting cables and an end connection part for connecting the cable and an external device.
  • the shield layer (return layer), the electrical insulation layer, etc. that make up the cable are usually stripped and connected, so the outside of the forward layer is covered with the return layer.
  • a separation point is formed in which the forward layer and the return layer are arranged non-coaxially.
  • a branch power supply unit may be provided at an arbitrary position of the cable.
  • a branch power supply unit may be provided in the intermediate connection part or the terminal connection part as described above.
  • a branch power source may be provided.
  • a branch power supply should be provided at any location on this cable.
  • typical configurations of the intermediate connection portion of the superconducting cable include the following configurations.
  • a superconducting cable having a second superconducting layer will be described as an example.
  • the cores of the two cables to be connected are butted together, the second superconducting layer in each core is partially peeled off to expose the electrical insulating layer and the first superconducting layer, and the exposed first superconducting layers are Connection is made to form an insulating coating around the connection location.
  • the second superconducting layer provided on the electrical insulating layer in the cable core is connected between the butt cores or adjacent cores.
  • the insulating coating and the second superconducting layer connection are surrounded by a refrigerant tank and immersed in the refrigerant. Then, the periphery of the refrigerant tank is covered with a vacuum tank, and a vacuum is formed between the refrigerant tank and the vacuum tank to form an intermediate connection portion.
  • Typical configurations of the terminal connection portion of the superconducting cable include the following configurations. It has a termination junction box that covers the refrigerant tank with a vacuum tank, introduces the end of the superconducting cable along the horizontal direction into the refrigerant tank, and introduces one end of the lead bar along the vertical direction into the refrigerant tank. At the same time, the other end is pulled out of the vacuum chamber, and one end of the lead rod and the end of the superconducting cable are connected directly or indirectly in the refrigerant bath.
  • the lead rod is, for example, copper or It is possible to use a combination of a force-bearing conductor such as aluminum and an insulating bushing such as FRP that covers the outside of the conductor.
  • the intermediate connection portion and the termination connection portion of the superconducting cable may branch a refrigerant tank or a vacuum tank for each core.
  • the vacuum chamber is configured to store the three cores at once by branching only the refrigerant tank.
  • the connection section contains a plurality of cores
  • the refrigerant tank is provided with a refrigerant branch section that branches for each core and stores the separation portion
  • the vacuum tank covers all the refrigerant branch sections collectively. Constitute.
  • the branch power source is formed at the separation point of the refrigerant branch.
  • both the refrigerant tank and the vacuum tank may be branched.
  • the connecting portion contains a plurality of cores
  • the refrigerant tank is provided with a refrigerant branch part that branches for each core and accommodates the separation portion
  • the vacuum tank is provided with a vacuum branch part that covers each refrigerant branch part. Let's make it.
  • the branch power supply unit is formed at the separation point of the vacuum branch unit.
  • the connecting portion has an individual connecting portion formed in each of the plurality of single-core superconducting cables, and a short-circuit portion that short-circuits the second superconducting layers of each cable between adjacent individual connecting portions.
  • This short-circuit portion is a separation location where the first superconducting layer and the second superconducting layer are not arranged coaxially.
  • the branch power supply unit may be provided in at least one place in the refrigerant tank, outside the refrigerant tank, inside the vacuum tank, and outside the vacuum tank.
  • the portion where the second superconducting layer is peeled off in the core of the superconducting cable having the second superconducting layer usually has a large diameter due to the presence of the electrically insulating layer, but the core force is separated and only the second superconducting layer has a force. The diameter becomes smaller at the place. Therefore, it is preferable to provide a branch power supply portion at a location where only the second superconducting layer is powerful.
  • connection location where the first superconducting layer is connected by abutting a pair of cores, and the second superconducting layers of both cores are connected in parallel to this connection location
  • such a branch power supply unit may be provided only on the forward line, may be provided only on the return line, or may be provided on both the forward line and the return line.
  • a bipolar transmission line it may be provided on at least one of the positive line, the negative line, and the neutral line, for example, may be provided only on the positive line, or may be provided on the positive line and the negative line. You may provide in all the lines of a positive electrode line, a negative electrode line, and a neutral wire.
  • an induction current is generated by an alternating magnetic field superimposed on the cable, and this current is drawn out of the connection section via a separate lead wire attached to the branch power supply section.
  • This lead wire passes through the refrigerant tank and the vacuum tank when the branch power supply unit is arranged in the refrigerant tank, and when the branch power supply unit is arranged outside the refrigerant tank and inside the vacuum tank, Each is drawn out of the connection through the tank. At this time, it is preferable to seal the penetration portion of the lead wire in the refrigerant tank or the vacuum tank with a hermetic seal or the like.
  • the branch power supply unit is connected to various power devices used for operation of the power cable via lead wires, and supplies the power extracted by the branch power supply unit to the power device.
  • Examples of electric power equipment include various sensors and monitoring devices, and in the case of superconducting cables, auxiliary refrigerators, auxiliary pumps, and auxiliary vacuum pumps.
  • the superimposed AC component is hardly transmitted to the load as it is, but a filter is provided to ensure that the AC component flows to the load. It is good also as a structure reduced to.
  • a filter is placed in the vicinity of a load that uses DC power to be transmitted.
  • a filter may be built in the DC / AC converter. This filter attenuates the superimposed AC component and passes DC current. It is good to use the thing of the structure to make it.
  • the power cable line of the present invention having the above-described configuration can easily supply power to various power devices used for the operation of the line by superimposing an AC component while performing DC power transmission. An excellent effect can be achieved.
  • a superconducting cable is used as a power cable, it is preferable that a large-capacity DC transmission can be performed compared to a normal conducting cable.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a power cable line of the present invention, where (A) shows a unipolar transmission line and (B) shows a bipolar transmission line.
  • FIG. 2 is a schematic configuration diagram of an AC superposition unit provided in the line of the present invention.
  • (A) is a configuration including a transformation unit
  • (B) is a configuration including an inductive coupling unit. is there.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of a superconducting cable of a three-core type.
  • FIG. 4 is a schematic diagram of a schematic configuration including a branch power supply unit in an intermediate connection portion of a three-core superconducting cable, in which three cores are housed in the same refrigerant tank and vacuum tank, and are different.
  • the structure which has the short circuit part which connected the 2nd superconducting layers of the core which constructs a line is shown.
  • FIG. 5 shows a configuration having a short-circuit connection portion for connecting a short-circuit portion in the intermediate connection portion of the three-core superconducting cable shown in FIG.
  • Fig. 6 is a schematic diagram of a schematic configuration including a branch power supply unit in the intermediate connection portion of the three-core superconducting cable.
  • the three-core core is housed in the same refrigerant tank and vacuum tank, and is the same.
  • a configuration having a connecting portion that connects the second superconducting layers of the core that constructs the line is shown.
  • FIG. 7 is a schematic diagram of a schematic configuration including a branch power source at the intermediate connection portion of the three-core superconducting cable.
  • the coolant tank is branched for each core, and the branch points of the coolant tank are bundled together.
  • a configuration including a vacuum chamber for covering is shown.
  • FIG. 8 is a schematic diagram of a schematic configuration including a branch power supply unit in an intermediate connection portion of a three-core superconducting cable, and shows a configuration including a refrigerant tank and a vacuum tank branched for each core.
  • Fig. 9 is a schematic diagram showing a branch power supply unit at the intermediate connection of a single-core superconducting cable. It is a schematic diagram of a general configuration.
  • FIG. 10 is a schematic diagram of a schematic configuration including a branch power supply unit in an intermediate connection portion of a normal conducting cable.
  • A is an example including a branch power supply unit on the outer periphery of a connection line.
  • B) shows an example in which a branch power supply unit is provided on the outer periphery of the junction of the connection case.
  • FIG. 11A is a schematic configuration diagram of a unipolar transmission line
  • FIG. 11B is a schematic configuration diagram of a bipolar transmission line.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a power cable line according to the present invention.
  • (A) is a unipolar transmission line
  • ( B) shows a bipolar transmission line.
  • the line of the present invention includes a power cable (lg, lr, lp, lm, ln) for direct current transmission and distribution, an AC superimposing unit 2 for superimposing an AC component on the cable, and power induced by the superimposed AC component.
  • a branch power supply unit 3 for taking out the
  • the explanation will be divided into single pole transmission lines and bipolar transmission lines.
  • the unipolar transmission line comprises a power cable lg serving as a forward line and a power cable lr serving as a return line, and both cables lg and lr are Connected by leads 13 and 14 via AC / DC converter 11 and DC / AC converter 12 to form a closed circuit.
  • An AC power source 10a is connected to one end of the outgoing cable lg, and a load is connected to the other end.
  • the AC / DC converter 11 converts the AC of the AC power source 10a into DC
  • the DC / AC converter 12 converts the transmitted DC into AC.
  • one end of the return cable lr is grounded.
  • the track according to the present invention includes an AC superimposing unit 2 that superimposes an AC component on the power cables lg and lr in such a unipolar transmission line.
  • the AC superimposing unit 2 is arranged in the vicinity of the AC / DC converter 11 in the lead 13. In the example shown in FIG.
  • the AC superimposing unit 2 is arranged on the return line side of the AC / DC converter 11 in the lead 13, but in addition to the outgoing line side of the AC / DC converter 11 in the lead 13, the load side ( On lead 14), specifically, it may be arranged in the broken line square A portion of FIG.
  • the AC superimposing unit 2 is connected to the AC power source 10b and superimposes an AC component of a desired size on the power cables lg and lr. Detailed configuration will be described later.
  • the track according to the present invention includes the branch power supply unit 3 in the cables lg and lr so as to bow out the AC component superimposed on the cables lg and lr.
  • the branch power supply unit 3 used in this example is configured to extract an AC component by inductive coupling. Detailed configuration will be described later.
  • the track according to the present invention performs DC transmission and distribution, but can easily extract the AC component superimposed on the power cable. Therefore, the extracted power can be supplied to various power devices used for track operation, and a separate independent power source can be provided. There is no need to provide it.
  • the extracted power is supplied to the power equipment by connecting the branch power supply unit and the power equipment with a lead wire or the like.
  • the branch power supply units are provided on both the outgoing line and the return line, but V or a deviation may be used.
  • a filter that attenuates the AC component that more reliably reduces the transmission of the superimposed AC component to the load and passes only the DC component is disposed. May be.
  • Such a filter may be arranged on the load side after being converted to AC by the DC / AC converter 12, specifically, in the broken circle B portion in FIG. 1 (A). Let's build it into Ref.
  • the power cable to be used may be a single single-cable cable including the first and second superconducting layers (or electrode layers), or the first and second superconducting layers (or electrode layers). It is also possible to use a multi-core cable with two or more cable cores. When using a multi-core cable, the core not used for power transmission should be a spare line. The core used for power transmission is constructed using the first and second superconducting layers provided in one core. Alternatively, a single-core cable that does not include the second superconducting layer (or electrode layer) may be used, and the second superconducting layer (or electrode layer) may be used. You may utilize the multiple core cable twisted above.
  • the core not used for power transmission uses the first superconducting layer of one core and the first superconducting layer of another core to construct a line.
  • a grounding shield layer as a ground potential is provided for voltage application.
  • the bipolar transmission line includes a power cable lp serving as a positive line, a power cable lm serving as a negative line, and a power cable In serving as a neutral line in parallel.
  • the cables ⁇ , ⁇ ⁇ are connected with leads 13p, 13n, 14p, 14n via the first AC / DC converter llp and the first DC / AC converter 12p, and the cables lm, ln are connected with the second AC / DC converter LLM, lead via the second DC / AC Henkoboshi 12m 13m, 13 n, 14m, a closed circuit by connecting at 14n to configure.
  • the AC power supply 10a is connected to one end of the cable lp that becomes the positive line.
  • a load is connected to the end side.
  • the first AC / DC converter llp and the second AC / DC converter 11 m convert the AC of the AC power source 10a into DC, the first DC / AC converter 12p, the second DC / AC converter l2m
  • the transmitted direct current is converted into alternating current.
  • one end (in this example, the load side) of the cable In that is a neutral wire is grounded.
  • the track of the present invention includes an alternating current superimposing unit 2 that superimposes an alternating current component on the power cables lp and In in such a bipolar transmission line.
  • the AC superposition unit 2 is arranged in the vicinity of the first AC / DC converter lip in the lead 13p.
  • the AC superimposing section 2 is arranged on the neutral line side of the first AC / DC converter lip in the lead 13p, but the second AC / DC converter lip is connected to the positive line side of the first AC / DC converter lip.
  • the AC superimposing unit 2 is connected to the AC power supply 10b and superimposes an AC component of an appropriate size on the power cables lp and In.
  • the detailed configuration of the AC superposition unit 2 will be described later.
  • the track of the present invention includes the branch power supply unit 3 in the cable lp, In that draws the AC component superimposed on the cable lp, In.
  • the branch power supply unit 3 used in this example is configured to extract an AC component by inductive coupling, and a detailed configuration will be described later.
  • the line of the present invention performs direct-current power transmission / distribution in the same manner as a single-pole power transmission line, and can easily extract an alternating-current component. Therefore, the extracted electric power can be supplied to various electric power equipment used for the operation of the track.
  • the extracted power is supplied to the power equipment by connecting the branch power supply unit and the power equipment with a lead wire or the like.
  • the branch power supply unit is provided on the positive line and the neutral line. However, it may be provided on at least one of the positive line, the negative line, and the neutral line. Alternatively, it may be provided on both the positive line and the negative line, or may be provided on all three lines.
  • an AC superimposition is placed on the lead 13m.
  • the AC superimposition unit may be provided on any of leads 13p, 13m, and 13n. Yes.
  • a filter may be arranged. Such a filter is the load side after being converted to AC by the first DC / AC converter l2p,
  • the power cable to be used may be a single-cable cable including the first and second superconducting layers (or electrode layers), or the first and second superconducting layers (or electrode layers).
  • a two-core cable obtained by twisting two cable cores may be used.
  • using a multi-core cable with three or more cores do not use it for power transmission! You may provide a core as a spare line.
  • the core used for power transmission is constructed using the first superconducting layer and the second superconducting layer provided in the two cores.
  • a single-core cable that does not have a second superconducting layer (or electrode layer) may be used, and a second superconducting layer (or electrode layer) may be used! / ,!
  • the core not used for power transmission should be a reserve line.
  • the core used for power transmission constructs a line using the first superconducting layer of one core, the first superconducting layer of another core, and the first superconducting layer of another core.
  • a grounding shield layer is provided as a ground potential for voltage application.
  • FIG. 2 is a schematic configuration diagram of an alternating current superimposing unit provided on the track of the present invention.
  • (A) is a configuration including a transformer unit
  • (B) is a configuration including an inductive coupling unit.
  • the AC superposition unit 2A shown in FIG. 2 (A) is connected to the AC power source 10b and includes a transformer unit that transforms AC power.
  • the transformer converts the power from the AC power source 10b to an appropriate magnitude and superimposes the AC component on the lead 13.
  • an AC component flows through the power cable (see FIG. 1) via the lead 13, and a DC component flows through the AC / DC converter 11.
  • the AC superposed portion 2 ⁇ shown in FIG. 2 (B) includes a ferromagnetic body 2a disposed on the outer periphery of the lead 13 and a ferromagnetic In addition to being wound spirally around the outer periphery of the sex body 2a, it is connected to an AC power source 10b and has a winding 2b through which AC power flows.
  • a ferromagnetic material 2a a ferrite core was used, which was easily arranged on the outer periphery of the lead 13 and formed into a ring shape by combining a pair of semicircular arc pieces.
  • As the winding 2b one having a conductive material strength was used.
  • this AC superimposing section 2B when an AC current flows from the AC power source 10 to the winding 2b, a magnetic field is applied to the ferromagnetic body 2a and applied to the lead 13 according to the magnetic field and the permeability of the ferromagnetic body 2a. Alternating current flows.
  • an AC component is supplied to the power cable (see FIG. 1) via the lead 13, and a DC component is supplied by the AC / DC change ll.
  • This AC superimposing portion by inductive coupling is particularly preferable when a superconducting cable capable of large-capacity DC transmission is used for the line.
  • the power superimposed by the AC superimposing unit shall be less than or equal to the DC power transmitted so as not to impair the DC transmission and distribution.
  • the power cable used for the track of the present invention can be used for both normal and superconducting cables.
  • the configuration of the branch power supply unit and the arrangement state of the branch power supply unit when using a superconducting cable will be described.
  • Fig. 3 is a cross-sectional view of a three-conductor type superconducting cable.
  • This cable 100 is a low-temperature insulation type cable, and has a configuration in which a three-core cable core 110 is housed in a heat insulation pipe 120.
  • Each core 110 has a former 15, a first superconducting layer 20, an electrical insulating layer 30, a second superconducting layer 40, and a protective layer 50 in order of central force.
  • superconducting wires are used for the first superconducting layer 20 and the second superconducting layer 40.
  • bipolar transmission is possible by using the first superconducting layer of one core as the positive line, the first superconducting layer of the other core as the negative line, and the second superconducting layer of these two cores as the neutral line. It can be performed .
  • the remaining cores may be used for spare lines.
  • unipolar power transmission can be performed by using the first superconducting layer of each core as an outgoing line and the second superconducting layer of the same core as a returning line.
  • Former 15 includes solid ones made by twisting metal wires, and hollow ones using metal knobs. Things are available.
  • An example of a solid former is one in which multiple copper strands are twisted together.
  • the inside can be used as a refrigerant flow path.
  • the first superconducting layer 20 is preferably a tape wire in which a plurality of high-temperature oxide superconducting filaments are covered with a silver sheath.
  • Bi2223 tape wire was used. This tape wire is wound in multiple layers on the former to form the first superconducting layer 20.
  • the electrical insulating layer 30 is made of, for example, a laminate of kraft paper and a resin film such as polypropylene (PPLP: registered trademark manufactured by Sumitomo Electric Industries, Ltd.), and the like on the outer periphery of the first superconducting layer 20. Can be configured by winding.
  • PPLP polypropylene
  • the superconducting cable used in this example is provided with a second superconducting layer 40 coaxially with the first superconducting layer 20 outside the electrical insulating layer 30.
  • the second superconducting layer 40 is formed by winding a superconducting wire similar to that used for the first superconducting layer 20 provided outside the electrical insulating layer 30.
  • This second superconducting layer 40 is used as a return line in the case of unipolar transmission, and is used as a neutral line in the case of bipolar transmission.
  • a protective layer 50 is further formed on the second superconducting layer 40.
  • This protective layer 50 mechanically protects the structure inside the second superconducting layer 40, and is formed by scrubbing craft paper or cloth tape on the second superconducting layer 40.
  • the heat insulating pipe 120 has a double pipe structure having a corrugated inner pipe 121 and a corrugated outer pipe 122 made of stainless steel. Usually, a space is formed between the corrugated inner tube 121 and the corrugated outer tube 122, and the space is evacuated. In the space to be evacuated, a super insulation (trade name) is arranged to reflect radiant heat.
  • the liquid In the corrugated inner pipe 121, the liquid is contained in a space 123 surrounded by the inner peripheral surface of the inner pipe 121 and the outer peripheral surface of the cable core 110.
  • a refrigerant such as body nitrogen is filled, and the first superconducting layer 20 and the second superconducting layer 40 are cooled by this refrigerant to maintain the superconducting state. When liquid nitrogen is used as a refrigerant, it also serves as electrical insulation.
  • an anticorrosion layer 124 made of polysalt tube is formed on the corrugated outer tube 122.
  • a configuration including a branch power supply unit that draws branch power as a power source of various power devices used for operation of the track in the intermediate connection portion of the superconducting cable will be described with reference to FIG.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the intermediate connection portion of the superconducting cable. This figure does not show the force of two cores for convenience of explanation, but there are actually three cores.
  • the thick solid line indicates the first superconducting layer of each core
  • the broken line indicates the second superconducting layer.
  • the second superconducting layer is actually coaxially arranged outside the first superconducting layer via an electrical insulating layer. It is a place. The same applies to the connecting portions shown in each figure after FIG. 5 to be described later.
  • the intermediate connection portion 200 shown in FIG. 4 has a configuration in which the ends of a pair of superconducting cables are butted and the three cores 110 constituting each cable are butted and connected.
  • the end portions of the respective cores 110 are arranged in contact with each other, and the end portions of the first superconducting layer 20, the electrical insulating layer, and the second superconducting layer 40 are exposed. Remove it. Then, the first superconducting layers 20 of the cores 110 that are abutted are connected to each other to form a conductor connection portion.
  • the cores 110 to be matched shall be the ones that construct the same line among the three cores included in each superconducting cable. For example, a core used as a positive line in one superconducting cable and a core used as a positive line in the other superconducting cable are matched.
  • An insulation coating 31 is formed outside the conductor connection portion by wrapping insulation paper or the like.
  • the core second superconducting layers 40 constituting different lines are short-circuited by a short-circuit portion 41. That is, the second superconducting layers 40 of the cores of different lines are connected by the short-circuit portion 41 on the right side and the left side across the insulating coating portion 31, respectively, and are closed circuit. Is formed.
  • the braided material having excellent flexibility is used for the short-circuit portion 41, it is easy to connect the second superconducting layers 40 to each other, and the connection workability is excellent.
  • each of the cores 110, the insulation coating portion 31, and the short-circuit portion 41 are accommodated in the refrigerant tank 210.
  • a refrigerant such as liquid nitrogen is circulated, and the superconducting wire used in the connection portion is cooled to a cryogenic temperature and maintained in a superconducting state.
  • a vacuum tank 220 is disposed outside the refrigerant tank 210 to be insulated.
  • an intermediate connection portion 200 there is a portion between the insulating coating portion 31 and the end portion of the superconducting layer 40 where the electric insulating layer is exposed and not covered with the second superconducting layer 40. .
  • a branch power supply unit 3 is provided on the outer periphery of the separation location.
  • the alternating current superimposing unit superimposes the alternating current component on the first superconducting layer 20.
  • the branch power supply unit 3 used is one that extracts AC power by inductive coupling. Specifically, it has a configuration including a ferromagnetic body disposed on the outer periphery of the separation portion and a winding (not shown) wound spirally around the outer periphery of the ferromagnetic body.
  • Figure 4 shows an annular ferromagnet as viewed along the outer radial direction.
  • a ferrite core force is used, and a pair of semicircular arc pieces are combined to form an annular shape so as to be easily arranged on the outer periphery of the branching portion.
  • the branch power supply unit 3 is arranged in a state immersed in the refrigerant. Then, an induced current is generated in the feeder line of the branch power supply unit 3 using the magnetic field generated by the alternating current flowing in the first superconducting layer 20 at the separation location, and the induced current is not shown and drawn out through the lead wire.
  • the lead wire passes through the refrigerant tank 210 and the vacuum tank 220 and is drawn to the outside of the connection portion. At this time, each passage location of the refrigerant tank 210 and the vacuum tank 220 is sealed with a hermetic seal.
  • the end of the lead wire is connected to various power devices necessary for the operation of the superconducting cable, such as sensors, monitoring devices, and other devices such as an auxiliary refrigerator and an auxiliary pump. With this configuration, these power devices can be driven using AC power drawn by the branch power supply unit.
  • the portion where the second superconducting layer 40 is removed and the electrically insulating layer is exposed is defined as a separation location, and the branch power supply unit 3 is disposed at this separation location.
  • the short circuit part 41 itself of the second superconducting layer 40 can also be used.
  • This short-circuit portion 41 is a portion where the second superconducting layer 40 is separated from the first superconducting layer 20 and arranged non-coaxially, so that the magnetic fields due to the currents flowing in both layers 20 and 40 may cancel each other.
  • power can be drawn by the branch power supply unit 3.
  • the AC superposition unit superimposes an AC component on the second superconducting layer 40 (return conductor or neutral wire).
  • the branch power supply units are arranged at a plurality of locations that can be used as separation locations. However, any one of these locations may be selected to provide the branch power supply units. The same applies to FIG. 5 and subsequent figures.
  • the superconducting cable having the second superconducting layer is described as! /.
  • the superconducting cable having the second superconducting layer is not suitable. May have a layer).
  • the first superconducting layer of one core is a positive line
  • the first superconducting layer of the other core is a negative line
  • the first superconducting layer of another core is a neutral line, and at least one of these.
  • An AC component may be superimposed on the first superconducting layer of one core.
  • a branch power supply unit can be provided at any location of the core.
  • the first superconducting layer of one core is used as the outgoing line
  • the first superconducting layer of the other core is used as the returning line
  • the other core is used as a backup line.
  • An AC component may be superimposed on the first superconducting layer of the core. The same applies to Fig. 5 and subsequent figures.
  • Example 1 a configuration having the short-circuit portion 41 in which the second superconducting layers of the cores constructing different lines are connected is shown. Further, as shown in FIG. 5, these short-circuited portions 41 may be connected, and the branch power supply unit 3 may be disposed in the short-circuited connected portion 41a. Since the short-circuited connection part 41a is separated from the first superconducting layer 20 and arranged non-coaxially in the same manner as the short-circuited part 41, the branch power supply part 3 is arranged in the connection part 41a, so that the connection part 41a The power can be branched out by induction of the magnetic field force of the alternating current flowing through the. Such a short-circuit connection portion 41a can also be provided in the embodiments shown in FIG.
  • Example 1 a configuration having a short-circuit portion in which the second superconducting layers of the cores constructing different lines are connected is shown.
  • the core that does not have the same short-circuited part and constructs the same line
  • a branch power source part is provided in the intermediate connection part in which the second superconducting layers are connected in parallel with the first superconducting layer
  • each layer is cut off at the ends of the pair of superconducting cables to form a conductor connection portion and an insulation coating portion 31, and the connection portions of these cores 110 are collectively collected as a refrigerant.
  • the points covered with the tank 210 and the vacuum tank 220 are the same as in Example 1.
  • the difference between Example 1 and this example is that the second superconducting layer 40 of the core 110 that constructs the same line is not short-circuited between the second superconducting layers 40 of the core 110 that construct different lines. This is because the branch power supply unit 3 is provided in the connecting unit 42. Note that the configuration of the branch power supply unit 3 is the same as in Example 1, and the point that the branch power supply unit 3 is immersed in the refrigerant is also the same as in Example 1.
  • the connecting part 42 shown in this example is arranged by connecting the branch power supply unit 3 to the connecting part 42.
  • the magnetic field force of the alternating current flowing through 42 can also be taken out by inducting power.
  • a branch power supply unit is provided in an intermediate connection part having a refrigerant tank branched for each core and a vacuum tank that collectively covers the branching points of these refrigerant tanks. I will explain.
  • the intermediate connection part of the superconducting cable shown in Examples 1 to 3 a connection structure was formed by branching for each core 110, and three connection points were accommodated in the same refrigerant tank.
  • the intermediate connection portion shown in this example is different in that the refrigerant tank 210 itself is branched for each core 110. That is, at the end of each core 110, the conductor connecting portion and the insulating covering portion 31 are formed in the same manner as in Example 1, and the second superconducting layer 40 is short-circuited by the short-circuit portion 41 between the cores constructing different lines. Yes.
  • the refrigerant tank 210 is branched for each core to form a refrigerant branch part 211, and the insulation coating part 31 and the separation part are accommodated in each refrigerant branch part 211, respectively.
  • the refrigerant branching portion 211 is formed using a member that can be divided into right and left in substantially the middle.
  • the refrigerant tank 210 is housed in one vacuum tank 220 as in the first example. That is, the vacuum chamber 220 is not branched, and a cylindrical container that can collectively store the refrigerant branch portions 211 of the refrigerant vessel 210 is used. It is.
  • the branch power supply unit 3 is provided on the outer periphery of the separation part.
  • the configuration of the branch power supply unit 3 is the same as in Example 1 above.
  • the branch power supply unit 3 may be provided at a separation location inside the refrigerant branching portion 211, or may be provided outside the refrigerant branching portion 211 and at a separation location inside the vacuum chamber 220. In the latter case, the lead wire connected to the branch power supply unit 3 only needs to pass through the vacuum tank 220 which does not need to pass through the refrigerant tank 210.
  • branch power supply unit 3 may be arranged on the outer periphery of the short circuit part 41 or on the outer periphery of the connection part by providing a connection part without providing the short circuit part as in Example 3. By providing the branch power supply unit 3 at such a separation point, branch power can be taken out from the connection unit.
  • Example 4 a force using a refrigerant branch part 211 formed in the refrigerant tank 210 and the vacuum tank 220 not branched is used.
  • the vacuum tank 220 is also branched for each core 110. Yes.
  • the vacuum tank 220 is formed with a vacuum branching part 221 that is branched for each refrigerant branching part 211 so that the refrigerant branching part 211 of the refrigerant tank 210 can be individually covered.
  • the vacuum branch 221 is formed by using a member that can be divided into left and right substantially in the middle, similar to the refrigerant branch 211.
  • the single-core superconducting cable has a configuration in which the core of the above three-core superconducting cable is a single core.
  • a single-pole power transmission line can be constructed by providing a single strand of such a single-core superconducting cable (having a second superconducting layer, and in this case, striping).
  • a bipolar transmission line can be constructed by providing such a single-core superconducting cable (having a second superconducting layer, in this case, three).
  • a single-core superconducting cable having a second superconducting layer, in this case, three.
  • a monopolar transmission line is constructed using a single-core superconducting cable having a second superconducting layer. That is, in each single-core superconducting cable, the first superconducting layer is used for the outgoing line, and the second superconducting layer is used for the return conductor.
  • each cable 300 is formed with an individual connection portion 250.
  • These individual connection parts 250 are formed by forming a conductor connection part at the end of the superconducting cable 300 in the same manner as in Example 1 and providing the insulating coating part 31 thereon.
  • Each individual connection part 250 is housed in the refrigerant tank 210 and immersed in a coolant such as liquid nitrogen. The outside of the refrigerant tank 210 is covered with a vacuum tank 220 and insulated.
  • a short-circuit portion 41 that short-circuits the second superconducting layers 40 of the respective superconducting cables 300 is formed between adjacent individual connection portions 250.
  • short-circuit portions 41 are formed on the right side and the left side of the insulation coating portion 31, respectively, and the second superconducting layers 40 of the individual connection portions 250 located on the right side of the insulation coating portion 31 are short-circuit portions 41.
  • a connected closed circuit is formed, and similarly, a closed circuit is formed in which the second superconducting layers 40 of the individual connection portions 250 located on the left side of the insulating coating portion 31 are connected to each other.
  • These short-circuit parts 41 are covered with a refrigerant connecting part 212 and a vacuum connecting part 222 that connect adjacent refrigerant tanks 210 and adjacent vacuum tanks 220, and are immersed in a refrigerant such as liquid nitrogen.
  • the short-circuit portion 41 is used as a separation location, and the branch power source portion 3 is provided on the outer periphery of the short-circuit portion 41. More specifically, examples include the inside of the refrigerant tank 210 in the short-circuit portion 41, the inside of the vacuum connection portion 222 outside the refrigerant connection portion 212 in the short-circuit portion 41, and the outside of the vacuum connection portion 222 in the short-circuit portion 41.
  • the Other separation points are in the refrigerant tank 210 other than the refrigerant connecting part 212 and between the insulating covering part 31 and the short circuit part 41, and outside the vacuum tank 220 other than the vacuum connecting part 222 and in the insulating covering part.
  • the short-circuit connection portion 41a When the short-circuit connection portion 41a is provided between the portion 31 and the short-circuit portion 41, the short-circuit connection portion 41a and the like are listed. As shown in this example, the connecting power of the single-core superconducting cable 300 can also extract the branch power.
  • the normal conducting cable 60 is configured to include a sheath 61 on the outer periphery of a cable core having a conductor, an electrical insulating layer, and an electrode layer coaxially in order of central force.
  • the conductor layer is exposed by cutting off the electrode layer and the electrical insulation layer at the end of each core 61, and the conductors are connected using a connection member such as a connection sleeve.
  • connection case 62 is a combination of split pieces that can be divided in the longitudinal direction, and the joint 64 of the split pieces is formed of an insulating material.
  • the sheath 61 of each cable 60 is electrically connected to the connection case 62. Therefore, as shown in FIG. 10 (A), the divided pieces of the connection case 62 are coupled by the connection line 63, and the branch power supply unit 3 is disposed on the connection line 63.
  • connection line 63 is a separation point arranged non-coaxially with respect to the conductor, and power can be drawn out by the branch power supply unit 3.
  • the branch power supply unit 3 may be arranged on the outer periphery of the joint portion 64. Since the junction 64 does not have the electrode layer 61 and the connection case 62 that is electrically connected to the electrode layer 61 on the outer periphery of the conductor, the branch power supply unit 3 can draw power.
  • the power cable line of the present invention can be used for power supply, and while being a DC power transmission line, it is possible to take out and use an AC component separately superimposed for driving a power device for operating the line. .

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Abstract

　直流送配電線路において、線路の運転に利用される各種の電力機器に簡単に電力を供給することができる電力ケーブル線路を提供する。 　直流送配電を行う電力ケーブル(1g,1r,1p,1m,1n)と、このケーブルに交流成分を重畳する交流重畳部2と、重畳された交流成分により誘導される電力を同ケーブルから取り出す分岐電源部3とを具える。交流重畳部2により交流成分を電力ケーブルに重畳し、電力ケーブルに直流電力と共に交流電力を送電する。そして、ケーブル途中に設けた分岐電源部3により、重畳された交流成分を取り出し、各種の電力機器に供給する。

Description

明 細 書
電力ケーブル線路
技術分野
[0001] 本発明は、直流送電を行う電力ケーブル線路に関するものである。特に、線路に具 えられて運転に利用される種々の電力機器に供給する分岐電力を引き出すことが可 能な電力ケーブル線路に関するものである。
背景技術
[0002] 従来、電力供給には、交流送電だけでなく、直流送電も行われて!/、る。直流送電で は、交流送電で生じる問題、例えば、誘電体損、表皮効果による導体損失といった 交流損失や、短絡などの事故時に流れる大電流などといった問題がなぐ大容量の 送電が可能である。直流送電には、単極送電 (モノポール送電)、双極送電 (バイポー ル送電)の二つの方式がある。
[0003] 単極送電では、図 11(A)に示すように往路線路となる電力ケーブル 100gと、帰路線 路となる電力ケーブル 100rとが直交変 ^102,103を介してリード 104,105により接続 されて閉回路を構成する。これら変翻102,103には、交流電源 101や送電電力を利 用する負荷といった交流系統が接続される。双極送電では、図 11(B)に示すように正 極線路となる電力ケーブル 100pと、負極線路となる電力ケーブル 100mと、中性線とな る電力ケーブル 100ηとを並列に具え、これらのケーブル 100p,100m,100nが直交変換 器 102p,102m,103p,103mを介して、リード 104p,104m,104n,105p,105m,105nにより接 続されて閉回路を構成する。これら変換器 102p,102m,103p,103mには、交流電源 101 や負荷と ヽつた交流系統が接続される。
[0004] このような直流送電に利用される電力ケーブルは、ソリッドケーブルや OFケーブル などの油浸紙ケーブルが一般的である。また、上記常電導ケーブルの他、直流送電 用の超電導ケーブルが提案されて 、る (例えば、特許文献 1)。
[0005] 一方、電力ケーブル線路を運転するには、各種センサー、監視装置などの電力機 器が利用される。また、超電導ケーブルでは、これらの他に、補助冷凍機、補助ボン プ、補助真空ポンプなどの機器も利用される。 [0006] 特許文献 1：日本公開特許：特開 2003-249130号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0007] 上記電力機器を駆動する電源として、安全かつ容易に提供できることから、電力ケ 一ブルに送電される電力と独立する系統を導入したり、バッテリや発電機などを洞道 やマンホールなどの各所に別途配して、これら独立電源が利用される。しかし、事故 などにより上記独立した電源力 の電力が喪失した場合、監視不能などの状態にな れば、安定して運転を行うことができないという問題がある。特に、超電導ケーブル線 路の場合、超電導状態の維持に利用される冷媒の冷却に必要な機器の電源を失う と、送電停止といった事態を招く恐れがある。これらの事態を回避するべぐ別の対策 が求められる。
[0008] 従って、本発明の目的は、特に直流送電において簡単に分岐電力を引き出すこと が可能な電力ケーブル線路を提供することにある。
課題を解決するための手段
[0009] 本発明は、直流送電を行うケーブル線路において、分岐電力用の交流成分をケー ブルに重畳し、直流電力と同時に交流成分をも送電することで、上記目的を達成す る。即ち、本発明の電力ケーブル線路は、直流送配電を行う電力ケーブルと、前記 電力ケーブルに交流成分を重畳する交流重畳部と、重畳された交流成分により誘導 される電力を前記ケーブルから取り出す分岐電源部とを具えることを特徴する。
[0010] 交流送電線路では、電力ケーブルの送電電力を利用して、上記電力機器を駆動 することが可能である。具体的には、誘導結合を利用することで、分岐電力を取り出 すことが挙げられる。しかし、直流送電では、誘導電流が生じ得ないため、この方法 を利用することができない。そこで、本発明は、直流送電においても、交流送電と同 様に誘導結合により分岐電力を取り出すベぐ分岐電力に必要な交流成分を直流電 力と共に送電する。そして、分岐電源部にて交流成分力 誘導される電力を取り出し て、線路の運転に利用される種々の電力機器の電源として利用する。この構成により 、本発明線路は、別途系統を導入したり、ノ ッテリや発電機などの独立した電源を各 所に設ける必要がなぐ独立電源からの電力喪失による不具合を回避することができ 、安定して直流送配電を行うことができる。
[0011] 本発明の線路に具える電力ケーブルとしては、常電導ケーブル、超電導ケーブル のいずれも利用できる。常電導ケーブルとしては、油浸紙ソリッドケーブル、 GFケー ブル、 OFケーブルといった油浸紙ケーブルが挙げられる。公知の常電導ケーブルを 利用してもよい。ソリッドケーブルは、構造が簡単で長距離に適しており、給油設備が 不要である点で有利である。 OFケーブルは、ソリッドケーブルにみられる脱油現象が なぐ電気特性に特に優れる点で有利である。 GFケーブルは、 OFケーブルのような 過渡油圧問題がな 、点で有利である。これらの常電導ケーブルの代表的な構成とし ては、導体と、導体の外周に配置される電気絶縁層を有するケーブルコアを具え、こ のケーブルコアの外周に金属シースなどが配置される。このようなケーブルコアを一 つ具える単心ケーブルを利用してもよ 、し、コアを複数具える多心ケーブルを利用し てもよい。
[0012] 上記常電導ケーブルでもよいが、超電導ケーブルは、常電導ケーブルと比較して 低抵抗であり、送電電力がより大きく取れるため、より好ましい。超電導ケーブルは、 代表的には断熱管内に単心又は多心のケーブルコアが収納され、管内に充填され る液体窒素などの冷媒にて冷却される構造を有するものが挙げられる。また、超電導 ケーブルは、低温絶縁型のものと、常温絶縁型のものがあり、例えば、低温絶縁型の 場合、上記ケーブルコアは、中心力 順にフォーマ、第一超電導層、電気絶縁層、 第二超電導層を有する構成が挙げられる。この第一及び第二超電導層を具えるコア の場合、例えば、第一超電導層を往路電流を流す層として利用し、第二超電導層を 帰路電流を流す層として利用するとよ ヽ。第二超電導層を有しな ヽケーブルコアとし てもよい。即ち、このコアは、超電導層を一層のみ具えるものである。この第二超電導 層を有して ヽな 、ケーブルコアでは、対地電位としての接地用シールド層を具えて おく。第二超電導層を有していないコアの場合、複数のコアを利用し、例えば、あるコ ァの超電導層を往路電流を流す層として利用し、別のコアの超電導層を帰路電流を 流す層として利用するとよい。常温絶縁型の場合、上記ケーブルコアは、中心力ゝら順 にフォーマ、第一超電導層、断熱管、電気絶縁層、シールド層を有する構成が挙げ られる。このようなコアの場合、上記第二超電導層を有していないコアと同様に複数 のコアを利用し、例えば、あるコアの超電導層を往路電流を流す層として利用し、別 のコアの超電導層を帰路電流を流す層として利用するとよい。断熱管は、一般に内 管と外管との間に真空層を有する二重管構造のものが利用される。超電導ケーブル も常電導ケーブルと同様に、上述のケーブルコアを一つ具える単心ケーブルを利用 してもょ 、し、コアを複数具える多心ケーブルを利用してもよ!/、。
[0013] 本発明の線路は、単極送電、双極送電のいずれでもよぐ単極送電の場合、往路 線路及び帰路線路を構築し、双極送電の場合、正極線路、負極線路、中性線を構 築する。超電導ケーブルを利用して本発明線路を構築する場合、単心ケーブルを利 用してもよいし、多心ケーブルを利用してもよい。表 1に超電導ケーブルを利用した場 合の具体的な線路例を示す。超電導ケーブルを利用して、単極送電、双極送電を行 う場合、表 1に示すように電気絶縁層を介して同軸状に第一超電導層、第二超電導 層を有するケーブルコァを具えるケーブルを利用すると、最小限のコァ数で線路を構 築することができる。例えば、単極送電では、表 1に示す一心のケーブルコアを具える 単心ケーブルを利用するとよい。或いは、表 1に示すコアを複数具える多心ケーブル として、コアごとに線路を構築し、一条のケーブルで複数線路を構築してもよいし、一 つのコアで線路を構築し、残りのコアを予備線として利用してもよい。また、双極送電 では、表 1に示すケーブルコアを一心ずつ具える単心ケーブルをニ条利用してもよい 力 表 1に示すように二心のコアを具える多心ケーブルを利用すると、ケーブル条数 をより少なくすることができる。三心のコアを具える三心ケーブルを利用して、一心を 予備線としてもよい。
[0014] [表 1] 単極送電 双極送電
ケ- ルコア 1 ケ-フ'ルコア 2
Figure imgf000006_0001
第一超電導層:往路線路 第一超電導 :正極線路 第一超電導層:負極線路 第二超電導層:帰路線路 第二超電導層：中性線 第二超電導層：中性線 [0015] 第二超電導層を有して!/、な 、ケーブルコアを利用して単極送電線路を構築する場 合、二つのコアを利用し、一方のコアの第一超電導層を往路線路とし、他方のコアの 第一超電導層を帰路線路とするとよい。このとき、二つのコアをそれぞれ別の断熱管 に収納した単心ケーブルとしてもよいし、二つのコアを同一の断熱管に収納した多心 ケーブルとしてもよい。また、第二超電導層を有していないケーブルコアを利用して 双極送電線路を構築する場合、三つのコアを利用し、一つのコアの第一超電導層を 正極線路とし、他のコアの第一超電導層を負極線路とし、残りのコアの第一超電導層 を中性線とするとよい。このとき、三つのコアをそれぞれ別の断熱管に収納した単心 ケーブルとしてもよいし、三つのコアを同一の断熱管に収納した多心ケーブルとして もよい。なお、第二超電導層を有していないコアは、対地電位としての接地用シール ド層を具えておく。
[0016] 上記各線路において交流の重畳は、第二超電導層を有するケーブルコアを用いて いる場合、第一超電導層、第二超電導層のいずれに行ってもよい。第二超電導層を 有して 、な 、ケーブルコアを用いて 、る場合、第一超電導層に交流を重畳する。
[0017] 常電導ケーブルを利用する場合、通常、第二超電導層に該当する導電層を有して いない。そこで、第二超電導層に該当する層を設ける、具体的には電気絶縁層の外 周に銅などの導電性材料にて導体と同軸状に電極層を設けてもよいし、第二導電層 を有して!/、な!/、超電導ケーブルの場合と同様に、帰路電流を流す導体を有するケー ブル (コア)と、往路電流を流す導体を有するケーブル (コア)とに分けて具えてもよ ヽ。 前者の場合、交流の重畳は、導体、電極層のいずれに行ってもよい。後者の場合、 交流の重畳は導体に行う。
[0018] 単極送電のより具体的な線路構成は、往路となる電力ケーブル (又はケーブルコア 、以下この段落において同様)と帰路となる電力ケーブルとを交流/直流変^^、直 流/交流変翻を介してリードで接続して閉回路とする。往路となるケーブルの一端 側には、交流電源を接続し、同他端側には、負荷を接続し、帰路となるケーブルの一 端側を接地する。この構成により、負荷は、交流電源カゝら直流で送電された電力を利 用することができる。双極送電のより具体的な線路構成は、正極線路となる電力ケー ブル、負極線路となる電力ケーブル、中性線となる電力ケーブルとが並列となるよう に交流/直流変^^、直流/交流変 を介してリードで接続して閉回路とする。正 極線路となるケーブルの一端側には、交流電源を接続し、同他端側には、負荷を接 続する。また、負極線路となるケーブルの一端側には、交流電源を接続し、同他端側 には、負荷を接続する。中性線となるケーブルの一端側は接地しておく。この構成に より、負荷は、交流電源力も直流で送電された電力を利用することができる。
そして、本発明では、上記線路に交流成分を重畳する交流重畳部と、この交流成 分により誘導される電力を取り出す分岐電源部とを具える。交流重畳部の配置箇所 としては、例えば、直流電流が線路に印加される箇所、具体的には、交流電源が接 続される交流/直流変 の近傍が挙げられる。また、重畳する交流電力は、電力機 器を駆動するのに必要な所望の電力量とし、直流送電を損なわな 、ように過剰な重 畳を行わない。即ち、重畳する交流電力は、負荷に送電する直流電流に対して十分 小さいものとする。交流の重畳は、超電導ケーブルの場合、第一超電導層、第二超 電導層、常電導ケーブルの場合、導体、電気絶縁層の外周に設けた電極部に行うこ とが挙げられる。交流重畳部の具体的な構成としては、例えば、交流電源に接続され て、交流成分を所望の大きさに変化可能な変圧部 (トランス部)を具える構成が挙げら れる。この構成では、変圧部により、所望の電力に調整することができる。その他、交 流重畳部として、誘導結合により交流成分を重畳する構成を具えるものが挙げられる 。具体的には、電力ケーブルに具えるケーブルコア (或いはコア同士を接続するリー ド)の外周に配置される磁性体と、交流電源に接続されて交流電流が流されると共に 、この磁性体に巻き付けられる卷線とを具える構成が利用できる。この構成では、交 流電源からの電流が卷線に流れることで磁性体に磁界が印加され、磁界と磁性体の 透磁率とに応じてケーブルコア (或いはリードを介してコア)に電流が流れるものであり 、上記変圧部を具える構成よりも、大電流の直流送電を行う場合に有利である。磁性 体は、特に、高い透磁率を有する強磁性体力 なるもの、例えば、フェライトコアが好 ましい。また、磁性体は、ケーブルコアやリードの外周に配置し易いように、複数の分 割片を組み合わせて環状に構成されるものが適する。卷線は、導電性を有する材料 にて形成する。公知の誘導結合器を利用してもよい。 [0020] 分岐電源部としては、誘導結合を利用した構成とすると、分岐電力を簡単に取り出 すことができて好ましい。具体的には、後述する分離箇所や第二超電導層において 帰路電流が流れな 、部分などの外周に配置させる磁性体と、この磁性体の外周に卷 き付けられると共に各種電力機器に接続されて、交流電流が流れる卷線とを具える 構成が挙げられる。この構成は、電力ケーブルに重畳された交流成分により磁性体 に磁界が印加され、この磁界と磁性体の透磁率とに応じて卷線に交流電流が流れて 、各種電力機器への電力供給を可能にする。磁性体は、特に、高い透磁率を有する 強磁性体力もなるもの、例えば、フェライトコアが好ましい。また、磁性体は、電力ケー ブルの外周に配置し易 ヽように、複数の分割片を組み合わせて環状に構成されるも のが適する。卷線は、導電性を有する材料にて形成する。
[0021] 直流用電力ケーブルとして往路電流が流れる層 (以下、往路層と呼ぶ)と同軸状に 帰路電流が流れる層 (以下、帰路層と呼ぶ)を具えるケーブルを利用する場合、帰路 層には、往路電流と逆向きの電流が流れることから、この帰路電流により生じる磁場 にて、往路電流により生じる磁場を打ち消し合い、ケーブル外部への漏れ磁場をほ ぼゼロにしている。例えば、第一超電導層と第二超電導層とを同軸状に具える超電 導ケーブルにおいて、第一超電導層を往路層、第二超電導層を帰路層として利用 する場合、第二超電導層は、シールドとして機能する。そのため、帰路層を具える部 分では、誘導結合により電力を取り出すことができない。従って、往路層と帰路層とを 同軸状に具えるケーブルにおいて上記分岐電源部は、往路層と帰路層とが同軸状 になって!/、な 、分離箇所に設けることが好適である。分離箇所が設けられる部分とし ては、ケーブル同士を接続する中間接続部や、ケーブルと外部機器とを接続する終 端接続部が挙げられる。電力ケーブル線路のうち上記接続部では、通常、ケーブル を構成するシールド層 (帰路層)、電気絶縁層などの各層が段剥ぎされて接続処理さ れるため、往路層の外側が帰路層により覆われていない箇所、つまり往路層と帰路 層とが非同軸状に配された分離箇所が形成される。この分離箇所では、往路層に流 れる電流による磁場と帰路層に流れる電流による磁場とが相殺し合うことがな 、ため 、これら磁場のいずれかの磁場を利用して誘導結合により電力を接続部から分岐し て取り出すことができる。 [0022] 第一超電導層と第二超電導層とを同軸状に具えるケーブルコアを二心用い、各コ ァの第一超電導層を正負極線路とし、両コアの第二超電導層を中性線として双極送 電を行う場合、両コアの第二超電導層には、見かけ上直流電流が流れない。従って 、第一超電導層と第二超電導層とが同軸状に配置された箇所であっても、分岐電源 咅を設けることができることもある。
[0023] 第二超電導層を有して!/ヽな ヽ超電導ケーブルを利用する場合、このケーブルの任 意の箇所に分岐電源部を設けるとよ 、。
[0024] また、常電導ケーブルにおいて、帰路層となる電極層を有するケーブルを利用する 場合、上記と同様に中間接続部や終端接続部において分岐電源部を設けるとよい。 導体と電極層とを同軸状に具えるケーブルコアを二心用い、各コアの導体を正負極 線路とし、両コアの電極層を中性線として双極送電を行う場合、上記と同様に導体と 電極層とが同軸状に配置された箇所であっても、分岐電源部を設けることができるこ ともある。帰路層となる電極層を有しない常電導ケーブルを利用する場合、このケー ブルの任意の箇所に分岐電源部を設けるとよ 、。
[0025] 特に、超電導ケーブルの中間接続部の代表的な構成としては、以下の構成が挙げ られる。ここでは、第二超電導層を具える超電導ケーブルを例に説明する。接続する 二つのケーブルに具えるコア同士をそれぞれ突き合わせ、各コアにおける第二超電 導層を部分的に剥ぎ取って電気絶縁層及び第一超電導層を露出させ、露出した第 一超電導層同士を接続して、この接続箇所の周囲に絶縁被覆部を形成する。ケープ ルコアにおいて電気絶縁層上に設けられていた第二超電導層は、突き合わせたコア 同士或いは隣接するコア同士で接続する。この絶縁被覆部及び第二超電導層接続 部を冷媒槽で取り囲んで冷媒中に浸漬する。そして、冷媒槽の周囲を真空槽で覆つ て、冷媒槽と真空槽との間を真空に形成して中間接続部を形成する。
[0026] 超電導ケーブルの終端接続部の代表的な構成としては、以下の構成が挙げられる 。冷媒槽を真空槽で覆った終端接続箱を有し、水平方向に沿った超電導ケーブル の端部側を冷媒槽内に導入し、垂直方向に沿ったリード棒の一端を冷媒槽内に導 入すると共に他端を真空槽外に引き出して、リード棒の一端と超電導ケーブルの端 部側とを冷媒槽内で直接又は間接に接続した構成である。リード棒は、例えば、銅や アルミニウムなど力もなる導体部と、導体部の外側を覆う FRPなどの絶縁プッシングと 力 構成したものが利用できる。
[0027] 上記超電導ケーブルの中間接続部や終端接続部は、多心ケーブルの場合、コア ごとに冷媒槽ゃ真空槽を分岐してもよい。例えば、三心のコアを有する超電導ケープ ルの場合、冷媒槽だけを分岐して真空槽は三心を一括収納する構成とすることが考 えられる。即ち、接続部には、複数のコアが収容され、冷媒槽に、コアごとに分岐して 分離箇所を収納する冷媒分岐部を設け、真空槽は、全冷媒分岐部を一括して覆うよ うに構成する。このとき、分岐電源部は、冷媒分岐部の分離箇所に形成する。
[0028] その他、多心超電導ケーブルの場合、冷媒槽と真空槽との両方を分岐してもよ 、。
即ち、接続部には複数のコアが収容され、冷媒槽に、コアごとに分岐して分離箇所を 収納する冷媒分岐部を設け、真空槽に、各冷媒分岐部を覆う真空分岐部を設ける構 成とする。このとき、分岐電源部は、真空分岐部の分離箇所に形成する。
[0029] 一方、第二超電導層を有する単心超電導ケーブルを複数並列させた線路の場合、 各単心ケーブルのそれぞれに形成された個別の接続部を並列させ、この並列した個 別の接続部同士を連結した接続部から分岐電力の弓 Iき出しを行うことが好適である。 即ち、接続部は複数の単心超電導ケーブルの各々に形成された個別接続部と、隣 接する個別接続部同士の間で、各ケーブルの第二超電導層を互いに短絡させる短 絡部とを有する。この短絡部は、第一超電導層と第二超電導層とが同軸状に配置さ れない分離箇所となる。このとき、分岐電源部は、この短絡部に設けることができる。
[0030] 上記のように超電導ケーブルを電力ケーブルとして利用する場合、分岐電源部は、 冷媒槽内、冷媒槽の外側で真空槽の内側、真空槽の外側の少なくとも一箇所に設け ればよい。このとき、通常、第二超電導層を具える超電導ケーブルのコアにおいて第 二超電導層を剥離した箇所は電気絶縁層が存在して径が大きいが、コア力 分離さ れて第二超電導層のみ力もなる箇所は、径が小さくなる。従って、この第二超電導層 のみ力 なる箇所に分岐電源部を設けることが好ましい。以上から第二超電導層を 具える超電導ケーブルを利用した線路の場合、分岐電源部を設ける分離箇所の具 体例をまとめると、接続部において次の箇所が挙げられる。
(1)コアのうち第一超電導層が第二超電導層で覆われていない箇所 (2)複数のコアを有する場合、各コアの第一超電導層を接続した接続箇所の近傍で 、第一超電導層が接続された状態で異なるコア (例えば、正極のコアと負極のコア)の 第二超電導層同士を短絡した短絡部
(3)—対のコアを突き合わせて第一超電導層を接続し、この接続箇所に並列して両 コアの第二超電導層同士を接続した接続箇所
[0031] このような分岐電源部は、単極送電線路の場合、往路線路のみに設けてもよし、帰 路線路のみに設けてもよいし、往路線路及び帰路線路の双方に設けてもよい。双極 送電線路の場合、正極線路、負極線路、中性線の少なくとも一つの線路に設けると よぐ例えば、正極線路のみに設けてもよいし、正極線路と負極線路とに設けてもよ いし、正極線路、負極線路及び中性線の全ての線路に設けてもよい。
[0032] 上記分岐電源部を設けることで、ケーブルに重畳された交流の磁界により誘導電 流が生成され、この電流は、分岐電源部に取り付けた別途リード線を介して接続部の 外部に引き出すことができる。このリード線は、分岐電源部が冷媒槽内に配されてい る場合、冷媒槽と真空槽とを通って、分岐電源部が冷媒槽の外側で真空槽の内側に 配されている場合、真空槽を通って、それぞれ接続部の外部に引き出される。このと き、冷媒槽又は真空槽におけるリード線の貫通箇所は、ハーメチックシールなどでシ ールすることが好ましい。
[0033] 上記分岐電源部は、電力ケーブルの運転に利用される各種電力機器にリード線を 介して接続し、分岐電源部にて取り出した電力を電力機器に供給する。電力機器と しては、各種センサー、監視装置の他、超電導ケーブルの場合、補助冷凍機、補助 ポンプ、補助真空ポンプなどが挙げられる。
[0034] 上記分岐電源部により交流成分を抽出することで、重畳した交流成分が負荷にそ のまま伝送されることはほとんどないが、フィルタを設けて同交流成分が負荷に流れ ることを確実に低減させる構成としてもよい。このようなフィルタは、送電される直流電 力を利用する負荷の近傍に配置する。このような配置箇所として、例えば、直流電流 を変換した交流電流が線路に印加される箇所の近傍、具体的には、直流/交流変換 器により交流に変換された後の負荷側が挙げられる。直流/交流変^^にフィルタを 内蔵させてもよい。このフィルタは、重畳した交流成分を減衰し、直流電流を通過さ せる構成のものを利用するとよい。
発明の効果
[0035] 上記構成を具える本発明電力ケーブル線路は、直流送電を行いながら交流成分を 重畳することで、線路の運転に利用される各種電力機器に電力供給を簡単に行うこ とができるという優れた効果を奏し得る。特に、電力ケーブルとして超電導ケーブルを 利用する場合、常電導ケーブルに比べて大容量の直流送電を行うことができて好ま しい。
図面の簡単な説明
[0036] [図 1]図 1は、本発明の電力ケーブル線路の概略構成図であり、（A)は、単極送電線 路、（B)は、双極送電線路を示す。
[図 2]図 2は、本発明の線路に具える交流重畳部の概略構成図であり、（A)は、変圧 部を具える構成、（B)は、誘導結合部を具える構成である。
[図 3]図 3は、三心一括型の超電導ケーブルの断面図である。
[図 4]図 4は、三心超電導ケーブルの中間接続部において、分岐電源部を具える概 略構成の模式図であり、三心のコアを同一の冷媒槽及び真空槽に収納し、異なる線 路を構築するコアの第二超電導層同士を接続した短絡部を有する構成を示す。
[図 5]図 5は、図 4に示す三心超電導ケーブルの中間接続部において、短絡部を接続 する短絡接続部を有する構成を示す。
[図 6]図 6は、三心超電導ケーブルの中間接続部において、分岐電源部を具える概 略構成の模式図であり、三心のコアを同一の冷媒槽及び真空槽に収納し、同じ線路 を構築するコアの第二超電導層同士を接続した連結部を有する構成を示す。
[図 7]図 7は、三心超電導ケーブルの中間接続部において、分岐電源部を具える概 略構成の模式図であり、コアごとに冷媒槽を分岐し、冷媒槽の分岐箇所を一括して 覆う真空槽を具える構成を示す。
[図 8]図 8は、三心超電導ケーブルの中間接続部において、分岐電源部を具える概 略構成の模式図であり、コアごとに冷媒槽及び真空槽を分岐して具える構成を示す
[図 9]図 9は、単心超電導ケーブルの中間接続部において、分岐電源部を具える概 略構成の模式図である。
[図 10]図 10は、常電導ケーブルの中間接続部において、分岐電源部を具える概略 構成の模式図であり、（A)は、接続線の外周に分岐電源部を具える例、（B)は、接続ケ ースの接合部の外周に分岐電源部を具える例を示す。
[図 11]図 11は、（A)は、単極送電線路の概略構成図、（B)は、双極送電線路の概略構 成図である。
符号の説明
[0037] lg,lr,lp,lm,ln 電力ケーブル 2,2A,2B 交流重畳部 2a 強磁性体
2b 卷線 3 分岐電源部
10a, 10b 交流電源 11 交流/直流変換器 lip 第一交流/直流変換器 11m 第二交流/直流変換器 12 直流/交流変換器
12p 第一直流/交流変換器 12m 第二直流/交流変換器
13,13p,13m,13n,14,14p,14m,14n リード
15 フォーマ 20 第一超電導層 30 電気絶縁層 40 第二超電導層
50 保護層
31 絶縁被覆部 41 短絡部 41a 短絡接続部 42 連結部
60 常電導ケーブル 61 シース 62 接続ケース 63 接続線 64 接合部
100 超電導ケーブル 110 ケーブルコア 120 断熱管
121 コルゲート内管 122 コルゲート外管 123 空間 124 防食層
200 中間接続部 210 冷媒槽 211 冷媒分岐部 212 冷媒連結部
220 真空槽 221 真空分岐部 222 真空連結部
250 個別接続部
300 単心超電導ケーブル
発明を実施するための最良の形態
[0038] 以下、本発明の実施の形態を説明する。まずは、本発明線路の全体構成について 述べ。。
[0039] (線路の全体構成）
図 1は、本発明の電力ケーブル線路の概略構成図であり、（A)は、単極送電線路、 ( B)は、双極送電線路を示す。以下、図において同一符号は、同一物を示す。本発明 線路は、直流送配電を行う電力ケーブル (lg,lr,lp,lm,ln)と、このケーブルに交流成 分を重畳する交流重畳部 2と、重畳された交流成分により誘導される電力を同ケープ ルから取り出す分岐電源部 3とを具える。以下、単極送電線路、双極送電線路に分け て説明する。
[0040] <単極送電線路 >
本発明にお!、て単極送電線路は、図 1(A)に示すように往路線路となる電力ケープ ル lgと、帰路線路となる電力ケーブル lrとを具え、両ケーブル lg,lrは、交流/直流変 翻11、直流/交流変翻12を介してリード 13,14により接続され閉回路を構成する。 往路となるケーブル lgの一端側には、交流電源 10aが接続され、同他端側には、負 荷が接続される。交流/直流変換器 11は、交流電源 10aの交流を直流に変換し、直流 /交流変 12は、送電された直流を交流に変換する。また、帰路となるケーブル lr の一端を接地している。この構成により、交流電源 10aから交流/直流変 llを介し て往路に送電された直流電力は、直流/交流変 l2を介して負荷に供給される。 本発明線路は、このような単極送電線路において、電力ケーブル lg,lrに交流成分を 重畳するべぐ交流重畳部 2を具える。本例では、リード 13において交流/直流変換 器 11の近傍に交流重畳部 2を配置している。図 1に示す例では、リード 13において交 流/直流変換器 11の帰路線路側に交流重畳部 2を配置したが、リード 13の交流/直流 変換器 11の往路線路側の他、負荷側 (リード 14上)、具体的には、図 1の破線四角 A部 分に配置してもよい。
[0041] 交流重畳部 2は、交流電源 10bに接続されて、所望の大きさの交流成分を電力ケー ブル lg,lrに重畳するものである。詳しい構成は後述する。そして、本発明線路は、ケ 一ブル lg, lrに重畳された交流成分を弓 Iき出すべく、ケーブル lg, lrに分岐電源部 3を 具える。本例で用いた分岐電源部 3は、誘導結合により交流成分を取り出す構成で ある。詳しい構成は後述する。
[0042] 上記構成により、本発明線路は、直流送配電を行うものでありながら、電力ケープ ルに重畳させた交流成分を簡単に取り出すことができる。従って、線路の運転に利用 される種々の電力機器に取り出した電力を供給することができ、別途独立した電源を 設ける必要がない。なお、取り出した電力の電力機器への供給は、分岐電源部と電 力機器とをリード線などで接続することで行う。
[0043] 本例では、分岐電源部を往路線路及び帰路線路の双方に設けたが、 V、ずれか一 方にしてもよい。また、往路線路にのみ分岐電源部を設ける場合、重畳した交流成 分が負荷に伝送されることをより確実に低減するべぐ交流成分を減衰させ、直流成 分のみを通過させるフィルタを配置してもよい。このようなフィルタは、直流/交流変換 器 12により交流に変換された後の負荷側、具体的には図 1(A)において破線円 B部分 に配置してもよ 、し、直流/交流変翻 12に内蔵させてもょ 、。
[0044] なお、利用する電力ケーブルは、第一及び第二超電導層 (又は電極層)を具える単 心ケーブルを一条利用してもよいし、第一及び第二超電導層 (又は電極層)を具える ケーブルコアを二心以上燃り合わせた複数心ケーブルを利用してもよ ヽ。複数心ケ 一ブルを利用する場合、送電に使用しないコアは、予備線とするとよい。また、送電 に使用するコアは、一つのコアに具える第一超電導層、第二超電導層を利用して線 路を構築する。或いは、第二超電導層 (又は電極層)を具えていない単心ケーブルを ニ条利用してもよ 、し、第二超電導層 (又は電極層)を具えて 、な!、ケーブルコアを 二心以上撚り合わせた複数心ケーブルを利用してもよい。複数心ケーブルを利用す る場合、往路線路用のコア数と、帰路線路用のコア数とを同数具えておく。また、複 数心ケーブルを利用する場合、送電に使用しないコアは、予備線とするとよい。送電 に使用するコアは、あるコアの第一超電導層と、別のコアの第一超電導層とを利用し て線路を構築する。なお、第二超電導層 (又は電極層)を具えていないケーブル (コア) の場合、電圧印加のため、対地電位としての接地用シールド層を具えておく。
[0045] <双極送電線路 >
本発明にお ヽて双極送電線路は、図 1(B)に示すように正極線路となる電力ケープ ル lpと、負極線路となる電力ケーブル lmと、中性線となる電力ケーブル Inとを並列に 具え、ケーブル Ιρ,ΐηを第一交流/直流変換器 llp、第一直流/交流変換器 12pを介し てリード 13p,13n,14p,14nにて接続し、ケーブル lm,lnを第二交流/直流変換器 llm、 第二直流/交流変翻 12mを介してリード 13m,13n,14m,14nにて接続して閉回路を構 成する。正極線路となるケーブル lpの一端側には、交流電源 10aが接続され、同他 端側には、負荷が接続される。第一交流/直流変換器 llp、第二交流/直流変換器 11 mは、交流電源 10aの交流を直流に変換し、第一直流/交流変換器 12p、第二直流/ 交流変 l2mは、送電された直流を交流に変換する。また、中性線となるケーブル Inの片端 (この例では負荷側)を接地している。この構成により、交流電源 10aから交 流/直流変 1 lp, 1 lmを介してケーブル lp, lmに送電された直流電力は、直流/交 流変 12ρ, 12mを介して負荷に供給される。本発明線路は、このような双極送電線 路において、電力ケーブル lp, Inに交流成分を重畳するべぐ交流重畳部 2を具える 。本例では、リード 13pにおいて第一交流/直流変換器 lipの近傍に交流重畳部 2を 配置している。図 1に示す例では、リード 13pにおいて第一交流/直流変換器 lipの中 性線側に交流重畳部 2を配置したが、第一交流/直流変換器 lipの正極線路側、第 二交流/直流変換器 11mの中性線側、第二交流/直流変換器 11mの負極線路側、ケ 一ブル Inの交流電源 10a側の他、負荷側 (リード 14p,14n,14m上)、具体的には、図 1の 破線四角 A部分に配置してもよ 、。
[0046] 交流重畳部 2は、交流電源 10bに接続されて、適切な大きさの交流成分を電力ケー ブル lp, Inに重畳するものである。交流重畳部 2の詳しい構成は後述する。そして、本 発明線路は、ケーブル lp, Inに重畳された交流成分を引き出すベぐケーブル lp, In に分岐電源部 3を具える。本例で用いた分岐電源部 3は、誘導結合により交流成分を 取り出す構成であり、詳しい構成は後述する。
[0047] 上記構成により、本発明線路は、単極送電線路と同様に、直流送配電を行うもので ありながら、交流成分を簡単に取り出すことができる。従って、線路の運転に利用され る種々の電力機器に取り出した電力を供給することができる。なお、取り出した電力 の電力機器への供給は、分岐電源部と電力機器とをリード線などで接続することで 行う。
[0048] 本例では、分岐電源部を正極線路と中性線とに設けたが、正極線路、負極線路、 中性線の少なくとも一つに設ければよぐ例えば、正極線路のみに設けてもよいし、 正極線路と負極線路の双方に設けてもよいし、三線路全てに設けてもよい。負極線 路に分岐電源部を設ける場合、リード 13mに交流重畳部を配置する。中性線にのみ 分岐電源部を設ける場合、交流重畳部は、リード 13p,13m,13nのいずれに設けてもよ い。また、正極線路のみ、或いは負極線路のみに分岐電源部を設ける場合、重畳し た交流成分が負荷に伝送されることをより確実に低減するべぐ交流成分を減衰させ 、直流成分のみを通過させるフィルタを配置してもよい。このようなフィルタは、第一直 流/交流変 l2pにより交流に変換された後の負荷側、
Figure imgf000018_0001
により交流に変換された後の負荷側、具体的には図 1(B)において破線円 B部分に配 置してもよいし、第二直流/交流変翻 12p, 12mに内蔵させてもよい。更に、本例では 、中性線の接地を片端側のみとしたが、両端側を接地してもよい。
[0049] なお、利用する電力ケーブルは、第一及び第二超電導層 (又は電極層)を具える単 心ケーブルをニ条利用してもよいし、第一及び第二超電導層 (又は電極層)を具える ケーブルコアを二心撚り合わせた二心ケーブルを利用してもよい。また、三心以上具 えた複数心ケーブルを利用して、送電に使用しな!、コアを予備線として具えて ヽても よい。送電に使用するコアは、二つのコアに具える第一超電導層、第二超電導層を 利用して線路を構築する。或いは、第二超電導層 (又は電極層)を具えていない単心 ケーブルを三条利用してもよ 、し、第二超電導層 (又は電極層)を具えて!/、な!/、ケー ブルコアを三心撚り合わせた多心ケーブルを利用してもよ 、。三条以上の単心ケー ブル、又は三心以上の多心ケーブルを利用する場合、送電に使用しないコアは、予 備線とするとよい。送電に使用するコアは、あるコアの第一超電導層と、別のコアの第 一超電導層と、他のコアの第一超電導層を利用して線路を構築する。なお、第二超 電導層 (又は電極層)を具えていないケーブル (コア)の場合、電圧印加のため、対地 電位としての接地用シールド層を具えておく。
[0050] (交流重畳部）
図 2は、本発明線路に具える交流重畳部の概略構成図であり、（A)は、変圧部を具 える構成、（B)は、誘導結合部を具える構成である。図 2(A)に示す交流重畳部 2Aは、 交流電源 10bに接続されて、交流電力を変圧する変圧部を具えるものである。変圧部 により、交流電源 10bからの電力を適切な大きさに変化させて交流成分をリード 13に 重畳する。この構成により、電力ケーブル (図 1参照)には、リード 13を介して交流成分 が流されると共に、交流/直流変 11により直流成分が流される。
[0051] 図 2(B)に示す交流重畳部 2Βは、リード 13の外周に配置される強磁性体 2aと、強磁 性体 2aの外周に螺旋状に巻き付けられると共に、交流電源 10bに接続されて交流電 力が流れる卷線 2bとを具えるものである。本例では、強磁性体 2aとして、フェライトコ ァカ なるもので、リード 13の外周に配置し易 、ように一対の半円弧状片を組み合わ せて円環状となるものを利用した。卷線 2bは、導電性材料力もなるものを用いた。こ の交流重畳部 2Bは、交流電源 10から交流電流が卷線 2bに流れることで、強磁性体 2 aに磁界が印加され、磁界と強磁性体 2aの透磁率とに応じてリード 13に交流電流が流 れる。この構成により、電力ケーブル (図 1参照)には、リード 13を介して交流成分が流 されると共に、交流/直流変 l lにより直流成分が流される。この誘導結合による 交流重畳部は、特に、大容量の直流送電が可能な超電導ケーブルを線路に利用す る場合に好ましい。なお、交流重畳部にて重畳する電力は、直流送配電を損なわな いように、送電する直流電力以下とする。
[0052] (分岐電源部）
本発明線路に利用する電力ケーブルは、常電導ケーブル、超電導ケーブルのい ずれにも利用できる。ここでは、特に、超電導ケーブルを利用した場合の分岐電源部 の構成、及分岐電源部の配置状態を説明する。
<超電導ケーブル >
まず、分岐電源部の説明に先だって、線路に用いる超電導ケーブルの構成を説明 する。図 3は、三心一括型の超電導ケーブルの断面図である。このケーブル 100は、 低温絶縁型のケーブルであって、三心のケーブルコア 110を断熱管 120内に収納した 構成である。各コア 110は、中心力も順に、フォーマ 15、第一超電導層 20、電気絶縁 層 30、第二超電導層 40、保護層 50を有している。これらの各層のうち、第一超電導層 20と第二超電導層 40に超電導線材が用いられる。このような超電導ケーブルにおい て一つのコアの第一超電導層が正極線路、他のコアの第一超電導層が負極線路、 これら二つのコアの第二超電導層が中性線とすることで双極送電を行うことができる 。なお、残りのコアは、予備線に利用するとよい。また、各コアの第一超電導層を往路 線路、同じコアの第二超電導層を帰路線路とすることで単極送電を行うことができる。
[0053] 《フォーマ》
フォーマ 15には、金属線を撚り合わせた中実のものや、金属ノィプを用いた中空の ものが利用できる。中実のフォーマの一例としては、複数の銅素線を撚り合わせたも のが挙げられる。中空のフォーマを用いた場合、その内部を冷媒の流路として利用 することができる。
[0054] 《第一超電導層》
第一超電導層 20には、複数本の酸化物高温超電導フィラメントを銀シースで被覆し たテープ線材が好適である。ここでは Bi2223系テープ線材を用いた。このテープ線 材をフォーマの上に多層に卷回して第一超電導層 20を形成する。
[0055] 《電気絶縁層》
第一超電導層 20上には、電気絶縁層 30が形成される。この電気絶縁層 30は、例え ば、クラフト紙とポリプロピレンなどの榭脂フィルムとを重ね合わせたもの (住友電気工 業株式会社製 PPLP:登録商標)などを用い、第一超電導層 20の外周に卷回して構成 することができる。
[0056] 《第二超電導層》
本例で利用する超電導ケーブルには、電気絶縁層 30の外側に第一超電導層 20と 同軸状に第二超電導層 40を設ける。第二超電導層 40は、電気絶縁層 30の外側に設 けた第一超電導層 20に用いたものと同様の超電導線材を卷回して形成される。この 第二超電導層 40は、単極送電の場合、帰路線路として利用し、双極送電の場合、中 性線として利用する。
[0057] 《保護層》
第二超電導層 40の上には、更に保護層 50が形成されている。この保護層 50は、第 二超電導層 40よりも内側の構造を機械的に保護するもので、第二超電導層 40上にク ラフト紙や布テープを卷きつけることで形成される。
[0058] 《断熱管》
断熱管 120は、ステンレス製のコルゲート内管 121と同コルゲート外管 122とを有する 二重管構造である。通常、コルゲート内管 121とコルゲート外管 122との間は空間が形 成され、その空間は真空引きされる。真空引きされる空間内には、スーパーインシュ レーシヨン (商品名)が配置され、輻射熱の反射が行なわれる。コルゲート内管 121内 において、内管 121の内周面とケーブルコア 110の外周面とで囲まれる空間 123に液 体窒素などの冷媒が充填され、この冷媒により、第一超電導層 20や第二超電導層 40 を冷却して超電導状態を維持する。また、液体窒素を冷媒とする場合、電気絶縁も 兼ねる。そして、コルゲート外管 122の上には、ポリ塩ィ匕ビュルなどによる防食層 124 が形成されている。
[0059] 上記の超電導ケーブルの中間接続部において、線路の運転に利用される各種の 電力機器の電源として分岐電力を引き出す分岐電源部を具える構成を図 4に基づい て説明する。
[分岐電源部 例 1]
図 4は、超電導ケーブルの中間接続部の概略構成を示す模式図である。この図で は説明の便宜上、 2本のコアし力示していないが、実際には 3本のコアが存在する。 図 4のケーブルコア 110において太実線は各コアの第一超電導層、破線は第二超電 導層を示している。また、太実線と破線を並列して示している箇所があるが、この箇所 は、実際には第一超電導層の外側に電気絶縁層を介して第二超電導層が同軸状に 配されている箇所である。これらの点は、後述する図 5以降の各図に示す接続部でも 同様とする。
[0060] 図 4に示す中間接続部 200は、一対の超電導ケーブルの端部を突き合わせ、各ケ 一ブルを構成する 3本のコア 110をそれぞれ突き合わせて接続した構成である。この 接続部 200を構成するには、各コア 110の端部同士を突き合わせた状態に配置し、第 一超電導層 20、電気絶縁層、第二超電導層 40の端部が各々露出するように段剥ぎ しておく。そして、突き合わされた各コア 110の第一超電導層 20同士を接続して導体 接続部を形成する。突き合わせるコア 110は、各超電導ケーブルに具える 3本のコア のうち、同じ線路を構築するもの同士とする。例えば、一方の超電導ケーブルにおい て正極線路として利用されるコアと、他方の超電導ケーブルにおいて正極線路として 利用されるコアとを突き合わせる。この導体接続部の外側には、絶縁紙を巻き付ける などして絶縁被覆部 31を形成する。
[0061] 第二超電導層 40の端部には、異なる線路を構築するコアの第二超電導層 40同士 が短絡部 41で短絡されている。つまり、絶縁被覆部 31を挟んで右側と左側のそれぞ れで、異なる線路のコアの第二超電導層 40同士が短絡部 41により接続されて閉回路 が形成される。この短絡部 41は、可とう性に優れる編組材を用いると、第二超電導層 40同士を接続し易くて接続作業性に優れる。
[0062] これら各コア 110の端部、絶縁被覆部 31、短絡部 41は、冷媒槽 210に収納されてい る。冷媒槽 210内には、液体窒素などの冷媒が流通され、接続部に用いられている超 電導線材を極低温に冷却し、超電導状態に維持する。この冷媒槽 210の外側には、 真空槽 220が配置されて断熱される。
[0063] このような中間接続部 200において、絶縁被覆部 31と超電導層 40の端部との間には 、電気絶縁層が露出して第二超電導層 40に覆われていない箇所が存在する。これら の箇所を分離箇所として、分離箇所の外周に分岐電源部 3を設ける。この場合、交流 重畳部は、第一超電導層 20に交流成分を重畳させるようにする。
[0064] 本例において分岐電源部 3には、誘導結合により交流電力を取り出すものを利用し た。具体的には、分離箇所の外周に配置される強磁性体と、この強磁性体の外周に 螺旋状に巻き付けられる卷線 (図示せず)とを具える構成である。図 4では円環状の強 磁性体を外周側力 径方向に沿って見た状態で示している。本例では、強磁性体と して、フェライトコア力 なるもので、分岐箇所の外周に配置し易いように一対の半円 弧状片を組み合わせて円環状となるものを利用した。卷線は、導電性材料力 なるも のを用いた。また、本例では、分岐電源部 3が冷媒中に浸漬された状態に配置されて いる。そして、分離箇所の第一超電導層 20を流れる交流電流による磁界を利用して 分岐電源部 3の卷線に誘導電流を生じさせ、その誘導電流を図示しな!、リード線を 介して引き出す。リード線は冷媒槽 210、真空槽 220を通って接続部の外部に引き出 される。このとき、冷媒槽 210、真空槽 220の各通過箇所はハーメチックシールによりシ ールしている。
[0065] 上記リード線の端部は、超電導ケーブルの運転に必要な各種の電力機器、例えば 、センサーや監視装置、その他、補助冷凍機、補助ポンプなどの機器に接続する。こ の構成により、これらの電力機器は、分岐電源部により引き出した交流電力を利用し て駆動することができる。
[0066] なお、図 4では、第二超電導層 40が除去されて電気絶縁層が露出した箇所を分離 箇所とし、この分離箇所に分岐電源部 3を配置したが、その他の分離箇所として、例 えば、第二超電導層 40の短絡部 41自体も利用できる。この短絡部 41は、第二超電導 層 40が第一超電導層 20から分離されて非同軸状に配された箇所であるため、両層 2 0,40を流れる電流による磁界が相殺し合うことがなく、分岐電源部 3による電力の引き 出しが可能である。この場合、交流重畳部は、第二超電導層 40(帰路導体又は中性 線)に交流成分を重畳させるようにする。また、図 4では分離箇所として利用できる複 数の箇所に分岐電源部を配置しているが、これらのいずれか一箇所を選択して分岐 電源部を設けてもよい。このことは、図 5以降についても同様である。
[0067] また、この例では、第二超電導層を有する超電導ケーブルにつ!/、て述べたが、第 二超電導層を有して ヽな ヽ超電導ケーブル (但し、接地電位としての接地用シールド 層を有する)を利用してもよい。例えば、双極送電では、一つのコアの第一超電導層 を正極線路、他のコアの第一超電導層を負極線路、別のコアの第一超電導層を中 性線とし、これらのうち、少なくとも一つのコアの第一超電導層に交流成分を重畳させ てもよい。このとき、コアの任意の箇所に分岐電源部を設けることができる。同様に、 単極送電では、一つのコアの第一超電導層を往路線路、他のコアの第一超電導層 を帰路線路、別のコアを予備線とし、往路、帰路として利用するコアの少なくとも一方 のコアの第一超電導層に交流成分を重畳させてもよい。このことは、図 5以降につい ても同様である。
[0068] [分岐電源部 例 2]
上記例 1では、異なる線路を構築するコアの第二超電導層同士を接続した短絡部 4 1を有する構成を示した。更に、図 5に示すようにこれら短絡部 41を接続し、この短絡 接続部 41aに分岐電源部 3を配置してもよい。この短絡接続部 41aは、短絡部 41と同 様に第一超電導層 20から分離されて非同軸状に配置されるため、この接続部 41aに 分岐電源部 3を配置することで、接続部 41aを流れる交流電流の磁界力 誘導により 電力を分岐して取り出すことができる。このような短絡接続部 41aは、図 6以降に示す 実施例についても設けることができる。
[0069] [分岐電源部 例 3]
上記例 1では、異なる線路を構築するコアの第二超電導層同士を接続した短絡部 を有する構成を示した。この例では、同短絡部を有さず、同じ線路を構築するコアの 第二超電導層同士を第一超電導層と並列に接続した中間接続部において、分岐電 源部を具える場合を図 6に基づいて説明する。
[0070] 図 6に示す接続部も、一対の超電導ケーブルの端部において各層を断剥ぎして、 導体接続部、絶縁被覆部 31を形成し、これら各コア 110の接続箇所を一括して冷媒 槽 210及び真空槽 220で覆って 、る点は例 1と同様である。例 1と本例との相違点は、 異なる線路を構築するコア 110の第二超電導層 40同士を短絡するのではなぐ同じ 線路を構築するコア 110の第二超電導層 40同士を連結部 42にて接続し、この連結部 42に分岐電源部 3を設けたことにある。なお、分岐電源部 3の構成は例 1と同様であり 、この分岐電源部 3が冷媒に浸漬されている点も例 1と同様である。
[0071] 本例に示す連結部 42は、第一超電導層 20と同軸状に第二超電導層 40が配されて いないため、この連結部 42に分岐電源部 3を配置することで、連結部 42を流れる交流 電流の磁界力も誘導により電力を分岐して取り出すことができる。
[0072] [分岐電源部 例 4]
次に、コアごとに分岐した冷媒槽と、これら冷媒槽の分岐箇所を一括して覆う真空 槽とを有する中間接続部にお ヽて、分岐電源部を具える場合を図 7に基づ ヽて説明 する。
[0073] 例 1〜例 3に示す超電導ケーブルの中間接続部では、コア 110ごとに分岐して接続 構造が形成され、三つの接続箇所が同一の冷媒槽に収納されていた。これに対し、 本例に示す中間接続部は、冷媒槽 210自体もコア 110ごとに分岐している点で相違し ている。即ち、各コア 110の端部には、例 1と同様に導体接続部と絶縁被覆部 31が形 成され、異なる線路を構築するコア間で第二超電導層 40が短絡部 41により短絡され ている。また、短絡部 41と絶縁被覆部 31との間には、第一超電導層 20と第二超電導 層 40とが非同軸状に配された分離箇所が形成されている。一方、冷媒槽 210は、コア ごとに分岐されて冷媒分岐部 211が形成され、各冷媒分岐部 211に上記絶縁被覆部 3 1及び分離箇所がそれぞれ収納されている。この冷媒分岐部 211は、そのほぼ中間で 左右に 2分割可能な部材を用いて形成している。そして、本例では、例 1と同様に上 記冷媒槽 210を一つの真空槽 220に収納している。即ち、真空槽 220は、分岐されて おらず、冷媒槽 210の冷媒分岐部 211を一括して収納可能な円筒状の容器が利用さ れている。
[0074] 図 7に示す接続部において分岐電源部 3は、上記分離箇所の外周に設ける。分岐 電源部 3の構成は、上記例 1と同様である。この分岐電源部 3は、冷媒分岐部 211の内 部における分離箇所に設けてもよいし、冷媒分岐部 211の外側で真空槽 220の内側 の分離箇所に設けてもよい。後者の場合、分岐電源部 3に接続したリード線は、冷媒 槽 210を貫通する必要はなぐ真空槽 220を貫通するだけでよい。また、分岐電源部 3 は、短絡部 41の外周や、例 3のように短絡部を設けず連結部を設けて、この連結部の 外周に配置してもよい。このような分離箇所に分岐電源部 3を設けることで、接続部か ら分岐電力を取り出すことができる。
[0075] [分岐電源部 例 5]
次に、冷媒槽だけでなぐ真空槽もコアごとに分岐した中間接続部において、分岐 電源部を具える場合を図 8に基づいて説明する。
[0076] 上記例 4では、冷媒槽 210に冷媒分岐部 211を形成し、真空槽 220が分岐されていな いものを用いた力 本例では、真空槽 220もコア 110ごとに分岐した構成としている。 つまり、冷媒槽 210の冷媒分岐部 211を個別に覆うことができるように、真空槽 220は、 冷媒分岐部 211ごとに分岐させた真空分岐部 221が形成されている。この真空分岐部 221は、冷媒分岐部 211と同様に、そのほぼ中間で左右に 2分割可能な部材を用いて 形成している。なお、真空槽 220もコア 110ごとに分岐されている点を除いて、中間接 続部の構成は上記例 3と同様であり、各冷媒分岐部 211内に絶縁被覆部 31及び分離 箇所がそれぞれ収納されて!ヽる。
[0077] 図 8に示す中間接続部の場合、冷媒分岐部 211内の分離箇所や、冷媒分岐部 211 の外側で真空分岐部 221の内側の分離箇所の他、真空分岐部 221の外側の分離箇 所に分岐電源部 3を設けることが考えられる。真空分岐部 211の外側の分離箇所に分 岐電源部 3を具える場合、分岐電源部 3に接続したリード線は、冷媒槽 210や真空槽 2 20を貫通する必要がない。また、分岐電源部 3は、短絡部 41の外周や、例 3のように 短絡部を設けず連結部を設けて、この連結部の外周に配置してもよい。このような分 離箇所に分岐電源部 3を設けることで、例 1〜3と同様に接続部力も分岐電力を取り出 すことができる。 [0078] [分岐電源部 例 6]
上記例 1〜5では、多心超電導ケーブルの中間接続部において、分岐電源部を具 えて、分岐電力を取り出す構成について説明した。この例では、単心超電導ケープ ルの中間接続部力 分岐電力を引き出す構成を図 9に基づいて説明する。単心超電 導ケーブルは、上記 3心超電導ケーブルにおけるコアが 1心となった構成である。この ような単心超電導ケーブルを一条具える (第二超電導層を有して 、な 、場合ニ条)こ とで、単極送電線路を構築することができる。また、このような単心超電導ケーブルを ニ条具える (第二超電導層を有して 、な 、場合三条)ことで、双極送電線路を構築す ることができる。本例では、第二超電導層を有している単心超電導ケーブルを一条用 いて単極送電線路を構築した場合を説明する。即ち、各単心超電導ケーブルにお いて第一超電導層が往路線路に利用され、第二超電導層が帰路導体に利用される
[0079] 本例では、単心超電導ケーブル 300が二つ並列され、各ケーブル 300には、個別接 続部 250が形成されている。これら個別接続部 250は、超電導ケーブル 300の端部に お!ヽて例 1と同様に導体接続部を形成し、その上に絶縁被覆部 31を設けて構成され る。また、各個別接続部 250は、それぞれ冷媒槽 210に収納されて液体窒素などの冷 媒に浸漬される。冷媒槽 210の外側は、真空槽 220で覆って断熱されている。
[0080] 本例では、隣接する個別接続部 250同士の間に、各超電導ケーブル 300の第二超 電導層 40を互いに短絡させる短絡部 41を形成する。本例では、絶縁被覆部 31の右 側と左側のそれぞれに短絡部 41を形成しており、絶縁被覆部 31の右側に位置する 個別接続部 250の第二超電導層 40同士が短絡部 41で接続された閉回路を形成し、 同様に絶縁被覆部 31の左側に位置する個別接続部 250の第二超電導層 40同士が 短絡部 41接続された閉回路を形成する。これら短絡部 41は、隣接する冷媒槽 210同 士及び隣接する真空槽 220同士を連結する冷媒連結部 212及び真空連結部 222で覆 われ、液体窒素などの冷媒内に浸漬されている。
[0081] この短絡部 41を分離箇所とし、短絡部 41の外周に分岐電源部 3を設ける。より具体 的には、短絡部 41における冷媒槽 210の内側、短絡部 41における冷媒連結部 212の 外側で真空連結部 222の内側、短絡部 41における真空連結部 222の外側が挙げられ る。その他の分離箇所としては、冷媒連結部 212以外の冷媒槽 210内であって絶縁被 覆部 31と短絡部 41との間、真空連結部 222以外の真空槽 220の外側であって絶縁被 覆部 31と短絡部 41との間、短絡接続部 41aを設けた場合は短絡接続部 41aなどが挙 げられる。この例に示すように、単心超電導ケーブル 300の接続部力もも、分岐電力 を取り出すことができる。
[0082] [分岐電源部 例 7]
上記例 1〜6では、超電導ケーブルにおいて分岐電力を取り出す構成について説 明したが、この例では、常電導ケーブルの中間接続部力 分岐電力を引き出す構成 を図 10に基づいて説明する。常電導ケーブル 60は、中心力 順に導体、電気絶縁層 、電極層を同軸状に有するケーブルコアの外周にシース 61を具える構成である。この ようなケーブル 60同士を接続する中間接続構造は、各コア 61端部において電極層、 電気絶縁層を断剥ぎして導体を露出させ、接続スリーブなどの接続部材を用いて導 体同士を接続し、この導体接続部分及び断剥ぎした各層の端部を覆うように補強絶 縁層を設け、その外周に接続ケース 62を配置する。接続ケース 62は、長手方向に分 割可能な分割片を組み合わせたものであり、分割片の接合部 64が絶縁材カゝら構成さ れる。そして、各ケーブル 60のシース 61は、接続ケース 62に電気的に接続させている 。そこで、図 10(A)に示すように接続ケース 62の各分割片を接続線 63で結合し、この 接続線 63に分岐電源部 3を配置する。接続線 63は、導体に対して非同軸状に配され た分離箇所であり、分岐電源部 3による電力の引き出しが可能である。或いは、図 10( B)に示すように接合部 64の外周に分岐電源部 3を配置してもよい。接合部 64は、導体 の外周に電極層 61及び電極層 61と電気的に接続される接続ケース 62が存在しない ため、分岐電源部 3による電力の引き出しが可能である。
[0083] 本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲 を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明ら かである。
なお、本出願は、 2004年 12月 1日出願の日本特許出願 (特願 2004— 349164) に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
産業上の利用可能性 本発明の電力ケーブル線路は、電力供給に利用することができ、直流送電線路で ありながら、線路を運転するための電力機器の駆動に、別途重畳させた交流成分を 取り出して利用することができる。

Claims

請求の範囲
[1] 直流送配電を行う電力ケーブルと、
前記電力ケーブルに交流成分を重畳する交流重畳部と、
重畳された交流成分により誘導される電力を前記ケーブルから取り出す分岐電源 部とを具えることを特徴とする電力ケーブル線路。
[2] 前記電力ケーブルは、超電導ケーブルであることを特徴とする請求項 1に記載の電 力ケーブル線路。
[3] 前記超電導ケーブルは、第一超電導層と、前記第一超電導層の外周に設けられる 電気絶縁層を介して第二超電導層とを同軸状に有しており、前記分岐電源部は、ケ 一ブルの接続部において、前記第一超電導層と前記第二超電導層とが同軸状にな つていない分離箇所に設けられることを特徴とする請求項 2に記載の電力ケーブル 線路。
[4] 線路で送電される電力を利用する負荷の近傍に配置され、重畳された交流成分が 負荷に流れることを低減するフィルタを具えることを特徴とする請求項 1〜3のいずれ かに記載の電力ケーブル線路。
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