WO2006067915A1 - 超電導機器の電力引き出し構造 - Google Patents

Abstract

低温側と常温側との間で電力の入力又は出力を行う超電導機器の電力引き出し構造であり、超電導機器に有する超電導部が収納される冷媒槽と、この冷媒槽の外周に配置される真空断熱槽と、一端側が常温側に配置され、他端側が超電導部に接続される引出導体部とを具える。この引出導体部は、超電導部に接続される低温側導体部と、常温側に配置される常温側導体部とに分割されており、低温側導体部と常温側導体部とが着脱可能な構成であり、導体断面積を変化させて、低温側と常温側との間で引き出す電力を容易に変更することができる超電導機器の電力引き出し構造、及びこの構造を具える超電導ケーブル線路を提供する。

Description

明 細 書

超電導機器の電力弓 Iき出し構造

技術分野

[0001] 本発明は、超電導機器において低温側と常温側との間に配置されて、電力の受け 渡しを行う電力引き出し構造、この電力引き出し構造を具える超電導ケーブル線路 に関するものである。特に、引き出す電力を容易に変更することができる超電導機器 の電力引き出し構造に関する。

背景技術

[0002] 超電導材料からなる超電導部を冷媒にて冷却して超電導状態とし、電気抵抗を低 減させる、或いは実質的になくすことができる超電導機器が種々検討されている。こ のような超電導機器として、例えば、超電導導体や超電導シールド層を有する超電 導ケーブルの他、超電導コイルを有する超電導限流器、超電導変圧器、超電導電力 貯蔵装置などがある。これら超電導機器において、超電導導体や超電導コイルなど の超電導部の端部には、通常、低温側と常温側との間で電力の入出力を行う引き出 し構造が形成される。例えば、図 7に示す超電導ケーブルでは、図 8(A)および図 8(B) に示すような引き出し構造が形成される。図 7は、三心一括型の超電導ケーブルの概 略を示す断面構成図、図 8は、三心一括型の超電導ケーブルの端末構造であって、 図 8(A)は、交流線路の場合、図 8(B)は、直流線路の場合を示す。

[0003] この超電導ケーブル 100は、三心のケーブルコア 102を断熱管 101内に収納した構 成であり、各コア 102は、中心力 順に、フォーマ 200、第一超電導層 201、電気絶縁 層 202、第二超電導層 203、保護層 204を有している。第一超電導層 201及び第二超 電導層 203は、超電導材料にて構成され、例えば、三相交流送電を行う場合、各コア 102の第一超電導層 201を超電導導体とし、第二超電導層 203を超電導シールド層と して用いる。また、例えば、双極直流送電を行う場合、一つのコアの第一超電導層 20 1を正極線路、他のコアの第一超電導層 201を負極線路、これら二つのコアの第二超 電導層 203を中性線とし、残りのコアを予備線として用いる。或いは、単極直流送電を 行う場合、一つのコアの第一超電導層 201を往路、このコアの第二超電導層 203を帰 路とし、残りのコアを予備線として用いる。

[0004] このような超電導ケーブルを用いた超電導ケーブル線路の端部には、低温側と常 温側との間を接続する端末構造が形成される (例えば、特許文献 1参照)。この端末構 造は、図 8(A)および図 8(B)に示すように超電導ケーブル 100の端部と、この端部を収 納する終端接続箱 300とから構成され、終端接続箱 300は、コア 102の端部が収納さ れる終端冷媒槽 301, 302と、これら終端冷媒槽 301,302の外周を覆うように配置される 終端真空断熱槽 303とを具える。各コア 102の端部は、段剥ぎされて第一超電導層 20 1、第二超電導層 203が露出され、それぞれ終端冷媒槽 301,302に導入される。第一 超電導層 201には、銅力もなるリード部 311を内蔵するプッシング 310が接続される。こ のプッシング 310の常温側には、碍管 312が配置される。そして、このプッシング 310を 介して、低温側力も常温側或いは常温側から低温側に電力を引き出すことができる。 なお、第一超電導層 201において終端冷媒槽 301と終端冷媒槽 302との間の近傍に 配置される箇所の外周にはエポキシユニット 313を配置して!/、る。

[0005] このような超電導ケーブル線路において交流送電を行う場合、第二超電導層 203は 、対地電圧が必要となる。そこで、図 8(A)に示すように三心の第二超電導層 203を短 絡部 210により接続し、接地電位をとるべく短絡部 210に接地線 211を接続させる。接 地線 211は、冷媒槽 302、真空断熱槽 303を貫通させて常温である外部に引き出され 、接地される。一方、単極直流送電を行う場合、第二超電導層 203には、帰路導体と して第一超電導層 201と同等の大きさの電流が常時流れ、双極直流送電を行う場合 、中性線として利用する第二超電導層 203には、アンバランス電流が流れる。従って、 直流送電を行う場合、図 8(B)に示すように短絡部 220により接続した三心の第二超電 導層 203に、プッシング 221に内蔵されるリード部 222を接続し、このプッシング 221の 端部を常温である外部に引き出している。なお、図 8(A)および図 8(B)では、二心のケ 一ブルコア 102のみ示している力 実際には三心存在する。

[0006] 特許文献 1：特開 2002-238144号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0007] 現在の送配電線路は、主に交流用として構成されているが、送電容量や送電ロス などを考慮すると直流送電の方がはるかに有利である。従って、交流線路から直流 線路への変更が望まれることが考えられる。このとき、ケーブルの転用は容易に行うこ とができる。しかし、図 8(A)および図 8(B)に示すように交流線路と直流線路では第二 超電導層に流れる電流が異なることで、端末構造が異なるため、交流線路をそのま ま直流線路に利用することが困難である。

[0008] 交流線路にお!ヽて第二超電導層に接続される接地線は、流れる電流が小さ!ヽこと から、導体部分の断面積が比較的小さいものでよい。これに対し、直流線路において 第二超電導層に流れる電流が第一超電導層に流れる電流と同程度の大きさである 場合、この第二超電導層に接続されるリード部は、上記電流を流すことができる設計 とするため、導体部分の断面積が大きいものが必要となる。従って、交流線路におけ る接地線を直流線路におけるリード部に転用しても、必要な電流を流すことがほとん どできない。逆に、直流線路から交流線路に変更する要求があった場合、直流線路 におけるリード部を利用して接地電位をとることが可能であっても、上記のようにリード 部の断面積が大きいことから、リード部を介した熱侵入が必要以上に大きくなるという 不具合が生じる。また、線路の両端に端末構造が設けられるが、交流線路における 接地線は、両端のうち、片端にのみ接続される場合があるのに対し、直流線路にお けるリード部は、両端に設けられる。そのため、交流線路を直流線路に変更する場合 、線路の一端側にリード部を新たに設ける必要があり、直流線路を交流線路に変更 する場合、線路の一端側のリード部は不必要であるば力りでなぐ上記のように熱侵 入の増加を招く。

[0009] 更に、プッシングに内蔵するリード部は、所望の電力が得られるように、又は所望の 電流が流せるように、その導体断面積が設計されるため、その後、要求される電力が 変化しても、その電力に応じて簡単に変更することができず、新たな要求に対し、過 不足が生じることが考えられる。従って、熱侵入の過剰な増加を生じることなぐ種々 の要求に対応して引き出せる電力の大きさを容易に変更できる構造の開発が望まれ る。この引き出す電力 (電流)の大きさを変更可能な構造は、超電導ケーブルだけでな ぐ超電導限流器、超電導変圧器、超電導電力貯蔵装置などの超電導機器におい ても望まれる。 [0010] そこで、本発明の主目的は、熱損失を過剰に増加させることなぐ低温側から常温 側或いは常温側力 低温側に引き出す電力の大きさを容易に変更することができる 超電導機器の電力引き出し構造を提供することにある。また、本発明の他の目的は、 上記電力の引き出し構造を具える超電導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

[0011] 本発明は、低温側と常温側との間に配置される弓 I出導体部を着脱自在な構成とし たことで、上記目的を達成する。即ち、本発明は、低温側と常温側との間で電力の入 力又は出力を行う超電導機器の電力引き出し構造であって、超電導機器に有する超 電導部が収納される冷媒槽と、この冷媒槽の外周を覆うように配置される真空断熱槽 と、一端側が常温側に配置され、他端側が超電導部に接続されて低温側と常温側と の間で電気的導通をとることが可能な引出導体部とを具える。そして、この引出導体 部は、超電導部に接続される低温側導体部と、常温側に配置される常温側導体部と を有し、これら低温側導体部と常温側導体部とが着脱可能なものとする。以下、本発 明を詳しく説明する。

[0012] 本発明構造を適用する超電導機器としては、超電導材料からなる超電導部を具え る種々のものが利用できる。例えば、超電導ケーブル、超電導変圧器、超電導限流 器、超電導電力貯蔵装置などが挙げられる。超電導ケーブルの場合、超電導部とし ては、第一超電導層と、この第一超電導層の外周に同軸状に配置される第二超電 導層とを具える構成が挙げられる。超電導変圧器、超電導限流器、超電導電力貯蔵 装置などの場合、超電導部として、超電導材料から形成された超電導コイルゃ超電 導限流素子などが挙げられる。

[0013] 上記超電導部は、冷媒槽に収納する。冷媒槽には、超電導部を超電導状態に冷 却保持する冷媒を充填する。冷媒としては、例えば、液体窒素、液体水素、液体ヘリ ゥムなどが挙げられる。この冷媒槽の外周には、冷媒槽を覆うように真空断熱槽を具 える。真空断熱槽は、内部を所定の真空度に真空引きする他、スーパーインシュレー シヨン (商品名)などの断熱材を配置し、輻射熱の反射が行なわれるように構成しても よい。これら冷媒槽、真空断熱槽は、強度に優れるステンレスなどの金属により形成 するとよ 、。 [0014] 冷媒槽に収納された超電導部に流れる電流を常温側に流す、又は常温側からの 電流を超電導部に流すベぐ低温側と常温側との間で電気的導通をとることができる 引出導体部を具える。この引出導体部は、一端を常温側に配置させ、他端側を超電 導部に接続させる。そして、本発明の最も特徴とするところは、この引出導体部が着 脱自在な分割部材力 構成される点にある。具体的には、この引出導体部は、超電 導部に電気的に接続される低温側導体部と、常温側に配置される常温側導体部との 複数の分割部材から構成される。このような分割部材を着脱することで、引出導体部 の導体断面積を変化させることができる。即ち、低温側導体部と常温側導体部とを接 続させた場合、導通可能であるため、予め設計した所定の導体断面積を有する引出 導体部となり、低温側導体部と常温側導体部とを離脱させた場合、この引出導体部 は、非導通状態となるため、導通可能な状態にある導体断面積はゼロとなる。従って 、例えば、導体断面積が等しい引出導体部を複数具える場合、低温側導体部と常温 側導体部との接続個数によって、導通可能な状態にある導体断面積を変更すること ができる。即ち、本発明構造では、要求される電力 (電流)に応じて、接続個数を変化 させることができ、例えば、要求される電力が大きい場合、接続個数を多くし、要求さ れる電力が小さい場合、接続個数を少なくすることができる。このとき、不用の引出導 体部の低温側導体部と常温側導体部とを非接続状態にすることで、非接続状態にあ る引出導体部を介した熱侵入の増加をほとんどなくすることができる。

[0015] 上記のように導体断面積が等しい引出導体部を複数具えて、その接続個数により 引出導体部全体において導通状態にある導体断面積を変化させてもよいが、導体 断面積が異なる引出導体部を複数具えて、接続する引出導体部の導体断面積を選 択することで、引出導体部全体において導通状態にある導体断面積を変化させても よい。具体的には、例えば、導体断面積が大きい引出導体部と、導体断面積が小さ い引出導体部とを具えておき、要求される電力 (電流)に応じて、断面積が大きい引出 導体部を接続したり、断面積が小さい引出導体部を接続するとよい。この場合も、不 用の引出導体部の低温側導体部と常温側導体部とを非接続状態にすることで、非 接続状態にある引出導体部を介した熱侵入の増加を防止できる。

[0016] このように本発明構造では、要求に応じて簡単に導体断面積を変化させることがで きながら、低温側導体部と常温側導体部とが接続されていない引出導体部を介して 熱侵入が行われることがないため、熱侵入による損失を効果的に防止することができ る。

[0017] 上記引出導体部は、通電によるジュール損などの発生損失と熱侵入による損失と の合計が最小となるような導体断面積と長さとを選択することが好ましい。特に、複数 の引出導体部を具える場合、各引出導体部は、その導体断面積 Sと長さ dとの比 (S/d) が一定となるように導体断面積と長さとを設定することが好ましい。従って、引出導体 部に流す電流が小さい場合、導体断面積を小さくして、長さを短めにするとよぐ引 出導体部に流す電流が大きい場合、温度上昇の抑制も考慮して導体断面積を大き くし、熱絶縁を図るべく長さを長めにするとよい。なお、引出導体部の数を多くするこ とで、引出導体部全体の導体断面積を大きくすることができる。そのため、導体断面 積が小さい引出導体部を複数合わせて、引出導体部全体の導体断面積を大型化す ることで、各引出導体部の長さ方向の大きさをより小さくすることができる。即ち、比 S/ dを一定とすると、導体断面積が大きく長さが長い引出導体部の代わりに、複数の導 体断面積が小さく長さが短い引出導体部を利用することができる。

[0018] また、引出導体部は、その長手方向において導体断面積が一様なものだけでなぐ その長手方向にぉ 、て導体断面積が異なる形状のものを利用してもょ 、し、その長 手方向にお ヽて異なる材料にて形成したものを利用してもよ ヽ。引出導体部の形成 材料としては、導電性に優れる材料、例えば、銅、銅合金、アルミニウム、アルミ-ゥ ム合金などが挙げられる。長手方向において異種の材料にて引出導体部を形成す る場合、上記金属材料から選択される少なくとも 2種の金属材料を利用するとよい。

[0019] 低温側導体部及び常温側導体部のより具体的な構造としては、例えば、常温側導 体部を棒状体とし、低温側導体部を、棒状である常温側導体部を嵌合可能な筒状と することが挙げられる。棒状である常温側導体部を筒状の低温側導体部に挿入する ことで、両者を接続させる構成としてもよいが、低温側導体部及び常温側導体部の少 なくとも一方に弾性接触子を具えておき、低温側導体部に常温側導体部を嵌合させ た際、上記弾性接触子を介して両者を接続させる構成としてもよい。このような弾性 接触子は、筒状である低温側導体部の内周面に設けてもよいし、棒状である常温側 導体部の外周面に設けてもよいし、双方に設けてもよい。このような筒状の部材として

、例えば、導体接続用コネクタとして市販されているマルチコンタクト (商品名)や、チュ 一リップコンタクトと呼ばれるものなどを利用してもよい。チューリップコンタクトとは、筒 状部材であって、棒状体が挿入される側は、長手方向に複数のスリットが設けられて 分割されており、これら分割片の開口端近傍を径方向に縮めた屈曲部を有し、この 屈曲部の弾性により、筒状部材と棒状体とが接触される構成である。常温側導体部 は、所望の導体断面積となるように大きさを調整するとよぐその長手方向において 一様な断面積を有する形状としてもよ!、し、その長手方向にお!、て断面積を部分的 に異ならせてもよいし、その長手方向において異種の材料にて形成してもよい。また 、低温側導体部と常温側導体部とを同種の導電性材料にて形成してもよいし、異種 の導電性材料にて形成してもよ 、。

上記低温側導体部及び常温側導体部の具体的な配置としては、例えば、低温側 導体部の一端が冷媒槽、同他端が真空断熱槽に配置され、常温側導体部の一端が 真空断熱槽に配置され、同他端が常温である外部に配置される形態が挙げられる。 この形態は、超電導部に接続される低温側導体部の一端が冷媒槽に配置され、同 他端が真空断熱槽に突出して配置されるように低温側導体部を冷媒槽に固定すると 共に、常温側導体部の一端が真空断熱槽に配置され、他端が常温側である外部に 突出して配置されるように常温側導体部を真空断熱槽に固定することで実現できる。 このとき、冷媒槽において低温側導体部の固定部分は、冷媒槽から冷媒が真空断熱 槽に漏洩しな 、ように十分なシール構造とすると共に、低温側導体部と冷媒槽とが電 気的に絶縁されるように絶縁構造とすることが好ましい。例えば、低温側導体部の外 周に FRPやエポキシ榭脂などの電気絶縁材料で被覆層を設けることが好ま ヽ。従 来の電力引き出し構造でプッシングを冷媒槽力 真空断熱槽に亘つて配置する際に 利用されているシール構造や絶縁構造を適用してもよい。また、真空断熱槽におい て常温側導体部の固定部分は、真空断熱槽の真空状態が破壊されないように十分 なシール構造とし、常温側導体部と真空断熱槽とが電気的に絶縁されるように絶縁 構造とすることに加えて、熱絶縁構造とすることが好ましい。例えば、常温側導体部 の外周に FRPやエポキシ榭脂などの電気絶縁性、熱絶縁性に優れる材料で被覆層 を設けることが好ましい。また、常温側導体部において、真空断熱槽から突出させて 常温側に配置される箇所の外周には、内部に絶縁ガスなどの絶縁流体を充填させた 碍管などを配置してもよい。

[0021] 上記のように低温側導体部が冷媒槽に固定され、常温側導体部が真空断熱槽に 固定された状態で、真空断熱槽内に配置される常温側導体部の一端を真空断熱槽 内に配置される低温側導体部の他端に近接離反させることができるように、真空断熱 槽において常温側導体部が固定される箇所の近傍には、低温側導体部と常温側導 体部との着脱に伴い伸縮可能な伸縮部を具えておく。この伸縮部は、例えば、可撓 性に優れるベローズ管を利用することが挙げられる。

[0022] 上記構成により常温側導体部の一端を低温側導体部の他端側に接続させることで 、引出導体部は、導通状態となり、低温部と常温部との間で電力供給を行うことがで きる。また、常温側導体部の一端を低温側導体部の他端から離脱させることで、引出 導体部は、低温部と常温部との間を非導通状態とすることができると共に、この引出 導体部を介して常温側力 低温側への熱侵入を防止することができる。特に、この構 成では、真空断熱槽の低温真空状態を維持した状態で常温側導体部が低温側導体 部に対して着脱を行うため、真空断熱槽は、高い断熱性能を維持し続けることができ る。また、真空状態とした真空断熱槽は、引出導体部の着脱により、同槽内が常温に 戻されたり、真空が破られることがないため、引出導体部の着脱を行う際に同槽内の 温度を下げたり、真空引きを別途行わなくてもよい。

[0023] 上記低温側導体部及び常温側導体部の別の配置としては、例えば、低温側導体 部の一端が冷媒槽、同他端が冷媒槽の外側に配置され、常温側導体部が真空断熱 槽に設けられた揷通孔に揷通配置される形態が挙げられる。この形態は、上記のよう に真空断熱槽に常温側導体部を常時固定してぉ 、て、低温側導体部と接続又は非 接続状態とするのではなぐ必要なときにのみ常温側導体部を真空断熱槽又は後述 する補助真空槽に固定させる構成である。そこで、真空断熱槽には、常温側導体部 が揷通可能な揷通孔を設けておき、必要なとき、この孔に常温側導体部を揷通配置 して、低温側導体部に接続させる。このとき、低温側導体部は、冷媒槽に固定して、 超電導部に接続される一端が冷媒槽に配置され、同他端が冷媒槽の外側、具体的 には、真空断熱槽、或いは別途設けた補助断熱槽に突出して配置されるようにして おく。冷媒槽の外側を真空断熱槽とする場合、必要なとき、揷通孔に常温側導体部 を揷通配置して低温側導体部と接続して、接続後、真空断熱槽に常温側導体部を 固定する。また、常温側導体部を低温側導体部に接続しない (不用な)とき、上記挿通 孔は、真空断熱槽の真空状態を保持できるように蓋などで塞いでおく。蓋は、熱伝導 性が低い FRP、エポキシ榭脂などで形成するとよい。この構成では、常温側導体部を 低温側導体部に接続する際、或いは非接続状態とする際、蓋を開けて真空断熱槽 を常温常圧 (大気圧)に戻し、接続後 (或いは取り外し後)、真空引きを行う。

冷媒槽の外側を補助断熱槽とする場合、真空断熱槽と別個に補助断熱槽を設けて おく。具体的には、真空断熱槽の表面力 冷媒槽に亘つて上記揷通孔を設け、挿通 孔の内周側空間を真空状態に保持できるように補助真空槽を設ける。即ち、この構 成は、真空断熱槽とは独立した真空空間として、補助真空槽を設ける構成である。挿 通孔は、例えば、筒状部材を用意し、真空断熱槽及び冷媒槽に筒状部材の両端の 開口部に適合した孔を設け、冷媒槽及び真空断熱槽の各孔と筒状部材の開口部と を溶接などにより接続することで形成することができる。このような筒状部材は、例え ば、金属といった強度に優れる材料を用いて比較的薄い筒状に形成した後、その外 周に FRP、エポキシ榭脂などの熱絶縁性に優れる材料にて被覆層を設け、この被覆 層が真空断熱槽側となるように配置すると、熱絶縁性を高めることができて好ましい。 補助真空槽は、少なくともこの揷通孔の内周側空間を有するものとし、常温側導体部 の長さなどに応じて長さを変えてもよぐ補助真空槽の一部を真空断熱槽に突出させ て設けてもよい。また、補助真空槽は、常温側導体部において常温である外部に配 置させる箇所を除く大部分の外周に真空層が存在するように具える。この補助真空 槽には、常温側導体部が挿通可能な第二揷通孔を設けておき、必要なとき、揷通孔 、第二揷通孔に常温側導体部を揷通配置して低温側導体部と接続して、接続後、補 助断熱槽に常温側導体部を固定する。また、常温側導体部を低温側導体部と接続 しない (不用な)とき、第二揷通孔は、補助断熱槽の真空状態を保持できるように FRP 、エポキシ榭脂など力もなる蓋などで塞いでおくとよい。この構成では、常温側導体 部を低温側導体部に接続する際、或いは非接続状態とする際、蓋を開けて補助断 熱槽のみを常温常圧 (大気圧)に戻し、接続後 (或いは取り外し後)、補助断熱槽の真 空引きを行うだけでよぐ真空断熱槽の真空状態を保持したままで、引出導体部の着 脱を行うことができる。

[0025] 上記真空断熱槽に揷通孔を具える構成でも、冷媒槽において低温側導体部の固 定部分には、冷媒槽から冷媒が真空断熱槽ゃ補助断熱槽に漏洩しないように十分 なシール構造とすると共に、低温側導体部と冷媒槽とが電気的に絶縁されるように絶 縁構造とすることが好ましい。例えば、低温側導体部の外周に FRPやエポキシ榭脂な どの電気絶縁材料で被覆層を設けることが好ま ヽ。従来の電力弓 Iき出し構造でブ ッシングを冷媒槽カゝら真空断熱槽に亘つて配置する際に利用されているシール構造 や絶縁構造を適用してもよい。また、真空断熱槽又は補助断熱槽において常温側導 体部の固定は、真空引き後の真空断熱槽又は補助断熱槽の真空状態が破壊されな V、ように十分なシール構造とし、常温側導体部と真空断熱槽又は補助断熱槽とが電 気的に絶縁されるように絶縁構造とすることに加えて、熱絶縁構造とすることが好まし い。例えば、常温側導体部の外周に FRPやエポキシ榭脂などの電気絶縁性、熱絶縁 性に優れる材料で被覆層を設けることが好ましい。また、常温側導体部において、真 空断熱槽又は補助断熱槽から突出させて常温側に配置される箇所の外周には、内 部に絶縁ガスなどの絶縁流体を充填させた碍管などを配置してもよ 、。

[0026] この揷通孔を有する構成においても、常温側導体部の一端を揷通孔に揷通させて 、低温側導体部に接続することで、上記常温導体部を常時真空断熱槽に固定してお く構成と同様に、引出導体部は、導通状態となり、低温部と常温部との間で電力供給 を行うことができる。また、常温側導体部を揷通孔力も抜き取り、低温側導体部から離 脱させることで、引出導体部は、低温部と常温部との間を非導通状態とすると共に、 この引出導体部を介して常温側から低温側への熱侵入を防止できる。

[0027] このような引出導体部は、例えば、超電導機器を超電導ケーブルとし、この超電導 ケーブルを用いてケーブル線路を構築して 、る場合、線路の終端部に形成する端末 構造に具えることが挙げられる。特に、超電導ケーブルが超電導部として、第一超電 導層と、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一超電導層と同軸 状に配置される第二超電導層との二層を具える場合、第一超電導層及び第二超電 導層の少なくとも一方に、上記引出導体部を具えることが好適である。即ち、第一超 電導層のみに引出導体部を設けてもよいし、第二超電導層のみに引出導体部を設 けてもよいし、第一超電導層及び第二超電導層の双方に引出導体部を設けてもよい

[0028] 例えば、第二超電導層に引出導体部を設けた場合、この引出導体部の着脱により 導体断面積を適切な大きさに変更することで、交流送電線路から直流送電線路への 変更や、直流送電線路から交流送電線路への変更を簡単に行うことができる。このと き、使用しない引出導体部の低温側導体部と常温側導体部とは、離脱しておくことで この引出導体部を介した熱侵入を防止できる。また、第一超電導層及び第二超電導 層の双方に引出導体部を設けた場合、上記送電種類の変更の他、要求される電力 が変更された際、引出導体部の着脱により導体断面積を適切な大きさに変更するこ とで、過不足なく要求電力の供給を行うことができる。このとき、上記と同様に不使用 の引出導体部は、非接続状態とすることで、この引出導体部を介した熱侵入の防止 を図ることができる。

[0029] その他、超電導機器を超電導ケーブルとし、この超電導ケーブルを用いてケープ ル線路を構築している場合、線路途中の任意の箇所に上記引出導体部を設けてお いてもよい。線路途中の引出導体部の着脱により導体断面積を適切な大きさにする ことで、負荷の大きさに応じて引き出せる電力を変更したり、送配電ルートの変更に 対応することができる。このときも上記と同様に使用しない引出導体部は、離脱してお き、熱侵入の増大を防止しておく。なお、線路途中に引出導体部を設ける構成は、絶 縁性を考慮すると、絶縁構造の形成が容易な低電圧送電線路 (配電線路)に適用す ることが好ましい。

[0030] 本発明構造を適用する超電導機器において、超電導ケーブルのより具体的な構成 としては、断熱管内に一心以上のケーブルコアを収納した構成が挙げられる。断熱 管は、内管と外管との二重構造で、内管と外管との間を真空引きした構成が挙げられ る。内管の外周にスーパーインシュレーション (商品名)などの断熱材を卷回した断熱 層を有していてもよい。このような断熱管は、強度に優れるステンレスなどの金属から 形成され、可撓性に優れるコルゲート管を利用することが好ましい。ケーブルコアは、 中心から順にフォーマ、第一超電導層、電気絶縁層、第二超電導層、保護層を有す る構成が挙げられる。電気絶縁層の内周側 (第一超電導層の外周側)や電気絶縁層 の外周側 (第二超電導層の内周側)に半導電層を設けてもよい。本発明では、上記ケ 一ブルコアを断熱管内に一心具える単心ケーブルを利用してもよいし、複数心具え る多心ケーブルを利用してもよい。ケーブルコアが収納される内管内においてコアの 外周と内管の内周とで囲まれる空間が超電導部 (第一超電導層や第二超電導層)を 冷却する冷媒の流通路となる。冷媒としては、液体窒素などが挙げられる。

発明の効果

[0031] 上記のように本発明構造は、引出導体部を低温側と常温側とで分割し、両者を着 脱自在な構成とすることで、導体断面積を容易に変化させることができる。即ち、引 出導体部の低温側と常温側とを接続することで所望の導体断面積を確保して送電を 可能とし、両者を離脱することで、引出導体部を介した熱侵入を防止する。このような 構成の本発明構造を超電導ケーブル線路に利用する場合、例えば、交流線路から 直流線路に、又は直流線路から交流線路に容易に変更することができる。また、本 発明構造を超電導ケーブル線路に利用する場合、引出導体部の着脱を行うことで導 体断面積を変化させ、熱侵入を過剰に増加させることなぐ要求に応じた電力を引き 出すことができる。更に、本発明構造を超電導ケーブル線路の任意の箇所に設けて おくことで、ルート変更などにより電力引出箇所が変更となっても、簡単に対処するこ とがでさる。

[0032] 力!]えて、本発明構造は、超電導ケーブルだけでなぐ低温側と常温側との間で電力 の授受を行うその他の超電導機器、例えば、超電導変圧器、超電導限流器、超電導 電力貯蔵装置などにも適用することができる。

図面の簡単な説明

[0033] [図 1]図 1は、本発明電力引き出し構造の概略構成図であり、常温側導体部が真空 断熱槽に固定される例を示す。

[図 2(A)]図 2(A)は、本発明電力引き出し構造に利用される引出導体部の概略構成図 であり、常温側導体部の断面積が長手方向に一様であって、断面積が大きく長さが 長い例を示す。 [図 2(B)]図 2(B)は、本発明電力引き出し構造に利用される引出導体部の概略構成図 であり、常温側導体部の断面積が長手方向に一様であって、断面積が小さぐ長さが 短い例を示す。

[図 2(C)]図 2(C)は、本発明電力引き出し構造に利用される引出導体部の概略構成 図であり、常温側導体部の断面積が長手方向に異なる例を示す。

[図 3]本発明電力引き出し構造であって常温側導体部が真空断熱槽に常時固定され な 、例を示す概略構成図である。

圆 4(A)]図 4(A)は、本発明電力引き出し構造であって常温側導体部が真空断熱槽 に常時固定されない例を示す概略構成図であり、常温側導体部が短い例を示す。

[図 4(B)]図 4(B)は、本発明電力引き出し構造であって常温側導体部が真空断熱槽に 常時固定されない例を示す概略構成図であり、常温側導体部が長い例を示す。

[図 5(A)]図 5(A)は、本発明電力引き出し構造を具える超電導ケーブル線路において 、端末部分の概略構成図であり、交流送電線路の例を示す。

[図 5(B)]図 5(B)は、本発明電力引き出し構造を具える超電導ケーブル線路において

、端末部分の概略構成図であり、直流送電線路の例を示す。

[図 6]図 6は、本発明電力引き出し構造を具える超電導変圧器の概略構成図である。

[図 7]図 7は、三心一括型の超電導ケーブルの概略を示す断面構成図である。

[図 8(A)]図 8(A)は、従来の超電導ケーブル線路の端末構造を示す概略構成図であ り、交流送電線路に具える端末構造例を示す。

[図 8(B)]図 8(B)は、従来の超電導ケーブル線路の端末構造を示す概略構成図であり 、直流送電線路に具える端末構造例を示す。

符号の説明

10 超電導部

20 冷媒槽 21 低温側シール部

30 真空断熱槽 31 常温側シール部 32 伸縮部 35A,35B 揷通孔

35C 第二揷通孔 36 蓋 37 補助断熱槽 38 被覆層

40,40A,40B,40C 引出導体部 41 低温側導体部 42 常温側導体部

43 リード 44 接地線 50 終端接続箱 51,52 終端冷媒槽 53 終端真空断熱槽

60 プッシング 61 リード部 62 碍管 63 エポキシユニット

70 短絡部

100 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 第一超電導層 202 電気絶縁層 203 第二超電導層 204 保護層

210,220 短絡部 211 接地線 221 プッシング 222 リード部

300 終端接続箱 301,302 終端冷媒槽 303 終端真空断熱槽

310 プッシング 311 リード部 312 碍管 313 エポキシユニット

発明を実施するための最良の形態

[0035] 以下、本発明の実施の形態を説明する。なお、図において同一符号は同一物を示 す。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。

(実施例 1)

図 1は、本発明電力引き出し構造の概略構成図である。本発明電力引き出し構造 は、超電導機器に有する超電導部 10が収納される冷媒槽 20と、この冷媒槽 20の外周 を覆うように配置される真空断熱槽 30と、一端側が常温側に配置され、他端側が超 電導部 10に接続されて、低温側と常温側との間で電気的導通をとることが可能な引 出導体部 40とを具える。そして、本発明電力引き出し構造の最も特徴とするところは、 引出導体部 40が常温側と低温側とで分割されており、両者が着脱自在な点にある。 即ち、引出導体部 40は、低温側に配置され、超電導部 10に接続される低温側導体 部 41と、常温側に配置され、低温側導体部 41に対して着脱可能な常温側導体部 42と を具える。

[0036] 超電導機器に具える超電導部 10は、酸化物系超電導材料などの超電導材料から 形成され、冷媒槽 20内に収納される。超電導部 10としては、例えば、超電導ケーブル の超電導導体や超電導シールド層、超電導変圧器、超電導限流器、超電導電力貯 蔵装置の超電導コイル、超電導限流素子などが挙げられる。この冷媒槽 20には、超 電導部 10を超電導状態に維持するために冷却を行う冷媒が流通される。この冷媒槽 20の外周には、常温である外部力 の熱侵入を低減するべぐ真空断熱槽 30が配置 される。本例においてこれら冷媒槽 20及び真空断熱槽 30は、強度に優れるステンレ ス製の容器を利用した。また、真空断熱槽 30内には、スーパーインシュレーションとい つた断熱材を配置すると共に、所定の真空度に真空引きを行っている。

[0037] このような超電導部 10において低温側と常温側との間で電力の入力又は出力を行 う箇所に、上記引出導体部 40を利用した電力引き出し構造を形成する。本例で用い た引出導体部 40は、低温側導体部 41が冷媒槽 20に固定され、常温側導体部 42が真 空断熱槽 30に固定された構成であり、真空断熱槽 30の真空状態が維持された状態 で低温側導体部 41に対して常温側導体部 42を着脱できる構成である。即ち、この構 成では、引出導体部 40の着脱を行う際、真空断熱槽 30を常温常圧 (大気圧)に戻す 必要がない。

[0038] 本例では、常温側導体部 42を所定の断面積を有する棒状体とし、低温側導体部 41 を棒状の常温側導体部 42が嵌合可能な筒状体とした。また、筒状体の内周面には、 弾性接触子 (図示せず)を複数具えており、低温側導体部 41に常温側導体部 42を嵌 合させた際、弾性接触子を介して低温側導体部 41と常温側導体部 42とが強固に接 触される構成である。これら接触子が常温側導体部 42の外周面に接触することで、 低温側導体部 41と常温側導体部 42とは、導通可能な状態となる。このような低温側 導体部 41及び常温側導体部 42は ヽずれも銅と ヽつた導電性材料にて形成した。こ の構成により、常温側導体部 42を低温側導体部 41に差し込むことで両部 41,42は、電 気的に接続されて、低温側と常温側との間の電力の授受を可能とし、常温側導体部 42を低温側導体部 41から引き抜くことで両部 41,42は、非導通状態となる。

[0039] 上記低温側導体部 41は、冷媒槽 20に固定している。具体的には、一端を超電導部 10に電気的に接続させ、この接続側が冷媒槽 20内に配置される。そして、他端が真 空断熱槽 30に突出して配置される。この低温側導体部 41において冷媒槽 20の固定 箇所には、冷媒槽 20から真空断熱槽 30に冷媒が流出したり、冷媒槽 20と低温側導体 部 41とが電気的に接続されることを防止するべく、その外周に FRPと ヽつた絶縁材料 にて低温側シール部 21を設けて 、る。

[0040] 上記常温側導体部 42は、真空断熱槽 30に固定している。具体的には、一端が真空 断熱槽 30内に配置され、他端が常温である外部に突出して配置される。この常温側 導体部 42において真空断熱槽 30の固定箇所には、真空断熱槽 30の真空状態が破 壊されたり、真空断熱槽 30と常温側導体部 42とが電気的に接続されたり、外部からの 熱侵入が増大したりすることを防止するべぐその外周に FRPといった電気絶縁性、 熱絶縁性に優れる材料にて常温側シール部 31を設けている。なお、常温側導体部 4 2において、常温側に配置される他端側には、外部の機器などと接続されるリード 43 が取り付けられる。また、常温側導体部 42において、常温側に配置される他端側に は、内部に絶縁ガスなどの絶縁流体を充填させた碍管などを配置してもよい。これら リード、碍管に関する構成は、後述する実施例 2,3についても同様である。

[0041] そして、常温側導体部 42を低温側導体部 41に対して近接離反させる際、常温側導 体部 42の移動に伴 、真空断熱槽 30が破壊されな 、ように、真空断熱槽 30にお 、て 常温側導体部 42の固定箇所近傍には、伸縮部 32を設けている。本例において伸縮 部 32は、強度及び可撓性に優れるステンレス製コルゲート管を利用した。

[0042] 上記構成を具える本発明電力引き出し構造は、低温側導体部 41に常温側導体部 4 2を接続することで、引出導体部 40が導通状態となり、低温側導体部 41から常温側導 体部 42を離脱することで、引出導体部 40が非導通状態となる。そのため、低温側導 体部 41と常温側導体部 42の接続数を変化させることで、引出導体部 40の導体断面 積を容易に変化させることが可能である。即ち、本発明構造では、必要な電力 (電流） に応じた導体断面積が確保できるように低温側導体部 41と常温側導体部 42とを接続 させることができ、不用の引出導体部は、低温側導体部 41と常温側導体部 42とを接 続させない状態としておくことができる。従って、複数の引出導体部 40を具えていても 、不用の引出導体部を介した熱侵入を防止することができる。このように本発明電力 引き出し構造は、要求に応じて導体断面積を容易に変更可能であると共に、過剰な 熱侵入を防止することができる。

[0043] 以下に説明する引出導体部に関する事項は、実施例 2,3についても同様である。上 記実施例 1では、二つの引出導体部を具える例を説明したが、一つだけでもよいし、 三つ以上の引出導体部を具えていてもよい。また、この例では、断面積が長手方向 において一様であり、同じ断面積を有する引出導体部を二つ用いた力 このように同 じ断面積を有する複数の引出導体部を具える場合、接続個数を変化させることで、 導通状態にある導体断面積を変更することができる。

[0044] 更に、断面積が異なる引出導体部を組み合わせて複数具えて 、てもよ 、。例えば 、一方の引出導体部 40Aを図 2(A)に示すように断面積 Sが大きぐ長さ dが長いものと

1 1

し、他方の引出導体部 40Bを図 2(B)に示すように断面積 Sが小さぐ長さ dが短いもの

2 2 としてもよい。この場合、接続する引出導体部を選択することで、導通状態にある導 体断面積を変更することができる。例えば、大きな電力 (電流)が要求される場合は、 引出導体部 40Aの低温側導体部 41と常温側導体部 42とを接続し、引出導体部 40Bの 低温側導体部 41と常温側導体部 42とを離脱させ、小さな電力 (電流)が要求される場 合は、上記と逆、即ち、引出導体部 40Aの低温側導体部 41と常温側導体部 42とを離 脱し、引出導体部 40Bの低温側導体部 41と常温側導体部 42とを接続させるとよい。

[0045] 同じ断面積を有する引出導体部において、導電率の異なる材料にて形成したもの を複数具えて、接続する引出導体部を選択することで、要求される電力 (電流)に対応 するよう〖こしてもよい。例えば、大きな電力が要求される場合は、導電率が高い材料 からなる引出導体部の低温側導体部と常温側導体部とを接続し、導電率が低い材料 からなる引出導体部の低温側導体部と常温側導体部とを離脱させ、小さな電力が要 求される場合は、上記と逆に導電率が高い材料からなる引出導体部の低温側導体 部と常温側導体部とを離脱し、導電率が低い材料からなる引出導体部の低温側導体 部と常温側導体部とを接続させるとよい。また、引出導体部の長さ方向に断面積が一 様であって、長さ方向に導電率の異なる材料からなる引出導体部を複数具えて、接 続する引出導体部を選択することで、出入力される電力を変化させてもよい。

[0046] その他、図 2(c)に示す引出導体部 40Cのように、常温側導体部 42の長さ方向にお V、て断面積が異なるものを利用してもよ!/、。この引出導体部 40Cの常温側導体部 42 は、長さ dで、断面積 S 力 、さい部分と、断面積 S が大きい部分とを有する。なお、

3 31 32

これら引出導体部 40A,40B,40Cを組み合わせて複数具える場合、いずれも断面積 S と長さ dとの比 (S/d)が一定になるようにしておく。

[0047] (実施例 2)

上記実施例 1では、常温側導体部を真空断熱槽に常時固定しておく例を説明した 力 この例及び後述する実施例 3では、常温側導体部が真空断熱槽に常時固定され ない例を説明する。図 3は、本発明電力引き出し構造であって真空断熱槽に常温側 導体部が挿通可能な揷通孔を有する例を示す概略構成図である。この例に示す本 発明電力引き出し構造は、超電導機器に有する超電導部 10が収納される冷媒槽 20 と、この冷媒槽 20の外周を覆うように配置される真空断熱槽 30と、一端側が常温側に 配置され、他端側が超電導部 10に接続されて、低温側と常温側との間で電気的導通 をとることが可能な引出導体部 40とを具える。引出導体部 40は、低温側に配置され、 超電導部 10に接続される低温側導体部 41と、常温側に配置され、低温側導体部 41 に対して着脱可能な常温側導体部 42とを具える。低温側導体部 41は、冷媒槽 20に 固定され、一端が冷媒槽 20内、他端が冷媒槽 20の外側にある真空断熱槽 30に突出 して配置される。また、低温側導体部 41において冷媒槽 20の固定箇所には、低温側 シール部 21を設けている。これらの点は、実施例 1と同様の構成であり、異なる点は、 本例で用いた引出導体部 40の常温側導体部 42が真空断熱槽 30に常時固定されて いないことにある。以下、この点を中心に説明する。

[0048] 本例で用いた引出導体部 40は、実施例 1と同様の構成のものを用いた。即ち、常温 側導体部 42として、所定の断面積を有する棒状体を利用し、低温側導体部 41として 、棒状の常温側導体部 42が嵌合可能な筒状体で、内周面に複数の弾性接触子 (図 示せず)を有するものを利用した。従って、この引出導体部 40は、実施例 1と同様に、 常温側導体部 42を低温側導体部 41に差し込むことで弾性接触子を介して両者が接 続されて導通状態となり、常温側導体部 42を低温側導体部 41から引き抜くことで非導 通状態となる。

[0049] そして、この例に示す真空断熱槽 30は、この槽 30の表裏を貫通し、常温側導体部 4 2が揷通可能な揷通孔 35Aを有している。揷通孔 35Aは、常温側導体部 42を低温側 導体部 41に接続させる際、常温側導体部 42が揷通配置され、接続後、常温側導体 部 42が固定される。常温側導体部 42の固定箇所には、実施例 1と同様に、真空断熱 槽 30の真空状態の維持などを目的として、常温側シール部 31を設けている。一方、 常温側導体部 42と低温側導体部 41とを取り外して非接続状態とする場合、常温側導 体部 42を真空断熱槽 30に固定しておかず、槽 30の外部においておく。このとき、挿 通孔 35Aは、真空断熱槽 30の真空状態を維持するべぐ蓋 36にて塞いでおく。本例 において蓋 36は、 FRPにて形成した。

[0050] 上記構成を具える本発明電力引き出し構造は、揷通孔 35Aに常温側導体部 42を挿 通させて低温側導体部 41に接続することで、引出導体部 40が導通状態となり、低温 側導体部 41から常温側導体部 42を離脱することで、引出導体部 40が非導通状態と なる。そのため、実施例 1と同様に低温側導体部 41と常温側導体部 42の接続数を変 化させることで、引出導体部 40の導体断面積を容易に変更できる。従って、必要とさ れる電力に応じた導体断面積となるように低温側導体部 41と常温側導体部 42とを接 続し、不用の引出導体部の低温側導体部 41と常温側導体部 42とを接続させないこと で、複数の引出導体部 40を具えていても、不用の引出導体部を介した熱侵入を防止 できる。このように本発明電力引き出し構造は、要求に応じて導体断面積を容易に変 更可能であり、かつ過剰な熱侵入を防止することができる。

[0051] なお、本例では、引出導体部を二つ設けた場合を示している力 一つでもよいし、 三つ以上設けてもよい。また、常温側導体部を低温側導体部に接続させる際、挿通 孔の蓋を開けて、真空断熱槽内を常温常圧 (大気圧)に戻して力も行う。そして、接続 して常温側導体部を真空断熱槽に固定した後、真空断熱槽を所定の真空度に真空 引きを行うとよい。また、常温側導体部と低温側導体部とを取り外す際も同様に真空 断熱槽内を常温常圧に戻して、再び真空引きを行うとよい。

[0052] (実施例 3)

上記実施例 2では、真空断熱槽のみ具える例を示したが、この例では、真空断熱槽 と別に補助断熱槽を具える例を説明する。図 4(A)および図 4(B)は、本発明電力引き 出し構造であって常温側導体部が挿通配置される補助断熱槽を具える例を示す概 略構成図であり、図 4(A)は、常温側導体部の長さが短い例、図 4(B)は、常温側導体 部の長さが長い例を示す。この例に示す本発明電力引き出し構造は、基本的構造は 、実施例 2と同様であり、揷通孔 35Bが真空断熱槽 30の表面力 冷媒槽 20に亘つて設 けられ、この孔 35Bの内周側空間を真空状態に保持する補助断熱槽 37を具える点が 異なる。以下、これらの点を中心に説明する。

[0053] 本例にぉ ヽて揷通孔 35Bは、以下のようにして形成した。低温側導体部 41、常温側 導体部 42が揷通可能である筒状部材を用意し、この筒状部材の開口部に対応した 孔を真空断熱槽 30、冷媒槽 20のそれぞれに設ける。筒状部材は、強度に優れるステ ンレス製パイプを利用した。そして、真空断熱槽 30と冷媒槽 20との間に筒状部材を配 置し、筒状部材の一方の開口部を真空断熱槽 30の孔に溶接するなどして固定し、他 方の開口部を冷媒槽 20の孔に溶接するなどして固定することで揷通孔 35Bを形成し た。本例では、この揷通孔 35Bの外周側、即ち、真空断熱槽 30に配置される側には、 冷媒槽 20や真空断熱槽 30への熱伝導を低減するべく、 FRPなどの熱伝導性が低 、 材料にて被覆層 38を形成した。

[0054] この揷通孔 35Bの冷媒槽側に低温導体部 41を固定して 、る。即ち、低温側導体部 4 1は、一端が冷媒槽 20、他端が冷媒槽 20の外側にある揷通孔 35Bの内周側空間 (補 助断熱槽 37内)に配置される。本例では、冷媒槽 20から揷通孔 35Bの内周側空間 (補 助断熱槽 37内)に冷媒が漏洩したり、低温側導体部 41と冷媒槽 20や揷通孔 35とが電 気的に接続されたりするのを防止したり、揷通孔 35近傍の熱伝導性を低減するべぐ 低温側導体部 41の外周に FRPと 、つた熱絶縁性、電気絶縁性に優れる材料にて低 温側シール部 21を設けて!/、る。

[0055] そして、この揷通孔 35Bの内周側空間を真空状態に保持するべぐ補助断熱槽 37を 設けている。本例では、補助断熱槽 37の一部として揷通孔 35Bの内周側空間を含み 、補助断熱槽 37の他部を図 4(B)に示すように真空断熱槽 30の表面力 突出させて設 けている。この補助断熱槽 37は、真空断熱槽 30と同様にステンレスにて形成し、槽 30 力も突出させた部分は、溶接にて真空断熱槽 30に固定している。また、この突出させ た部分には、常温側導体部 42を挿通できるように第二揷通孔 35Cを設けている。第 二揷通孔 35Cは、常温側導体部 42を低温側導体部 41に接続させる際、常温側導体 部 42が揷通配置され、接続後、常温側導体部 42が固定される。従って、固定された 常温側導体部 42の外周には、常温である外部に配置される一部を除いて、補助断 熱槽 37が存在する。常温側導体部 42の固定箇所には、実施例 1,2と同様に、真空断 熱槽 30の真空状態の維持などを目的として、常温側シール部 31を設けている。一方 、常温側導体部 42と低温側導体部 41とを非接続状態とする場合、実施例 2と同様に 常温側導体部 42を真空断熱槽 30に固定しておかず、槽 30の外部においておく。この とき、第二揷通孔 35Cは、真空断熱槽 30の真空状態を維持するべぐ FRPなどにて形 成した蓋 (図示せず)にて塞いでおく。

[0056] 上記構成を具える本発明電力引き出し構造は、揷通孔 35B、第二揷通孔 35Cに常 温側導体部 42を挿通させて低温側導体部 41に接続することで、引出導体部 40が導 通状態となり、低温側導体部 41から常温側導体部 42を離脱することで、引出導体部 4 0が非導通状態となる。そのため、実施例 1,2と同様に本発明電力引き出し構造は、 要求に応じて導体断面積を容易に変更可能であり、かつ過剰な熱侵入を防止するこ とがでさる。

[0057] なお、本例では、引出導体部を一つのみ示している力 実施例 1,2に示すように二 つでもよいし、三つ以上設けてもよい。また、常温側導体部を低温側導体部に接続さ せる際、第二揷通孔の蓋を開けて、補助断熱槽内を常温常圧 (大気圧)に戻してから 行う。そして、常温側導体部と低温側導体部とを接続して常温側導体部を補助断熱 槽に固定した後、補助断熱槽のみを所定の真空度に真空引きを行うとよい。また、常 温側導体部と低温側導体部とを取り外す際も同様に補助断熱槽内のみを常温常圧 に戻して、再び真空引きを行うとよい。本例では、実施例 2と異なり、真空断熱槽と別 に補助断熱槽を具えることで、引出導体部の着脱に際し、真空が破られる補助断熱 槽の真空引きのみをやり直せばよぐ真空断熱槽は、真空状態を保持したままとする ことができる。更に、補助断熱槽の大きさは、引出導体部の大きさ、長さに応じて適宜 変更するとよぐ例えば、常温側導体部 42が短い場合、補助断熱槽 37の長さ (図 4で は真空断熱槽 30から突出させる長さ)は、図 4(A)に示すように短くするとよぐ常温側 導体部 42が長い場合、補助断熱槽 37の長さ (図 4では真空断熱槽 30力 突出させる 長さ)は、図 4(B)に示すように長くするとよい。

[0058] (適用例 1)

上記実施例 1に示す本発明電力引き出し構造の適用例を説明する。この例では、 超電導ケーブル線路の端末構造として、本発明電力引き出し構造を形成した場合を 説明する。図 5(A)および図 5(B)は、本発明電力引き出し構造を具える超電導ケープ ル線路の端末部分の概略構成図であり、図 5 (A)は、交流送電線路の場合、図 5(B) は、直流送電線路の場合を示す。 [0059] 本例では、図 7に示す三心一括型の超電導ケーブルを用いた線路を用いた。即ち 、三心のケーブルコア 102を断熱管 101内に収納した超電導ケーブル 100を利用する 。各コア 102は、中心力も順に、フォーマ 200、第一超電導層 201、電気絶縁層 202、第 二超電導層 203、保護層 204を有しており、第一超電導層 201及び第二超電導層 203 は、ビスマス系酸化物といった超電導材料から構成される。断熱管 101は、外管 101a と内管 101bと力もなる二重構造で、いずれもステンレス製のコルゲート管からなる。両 管 101a,101bの間は、所定の真空度に真空引きされると共に、スーパーインシュレー シヨン (商品名)といった断熱材力もなる断熱層を具える。また、内管 101b内の空間 103 は、第一超電導層 201、第二超電導層 203を冷却する液体窒素といった冷媒が流通 される冷媒流通路である。断熱管 101の外周には、防食層 104を具える。なお、図 5(A) および図 5(B)では、二心のケーブルコア 102のみ示している力 実際には三心存在 する。

[0060] このような超電導ケーブル 100を用いたケーブル線路の端末部分には、図 5(A)およ び図 5(B)に示すような端末構造が形成される。この端末構造は、超電導ケーブル 100 の端部と、このケーブル端部を収納する終端接続箱 50とから構成される。終端接続 箱 50は、各コア 102の端部が収納される終端冷媒槽 51,52と、これら終端冷媒槽 51,52 の外周を覆うように配置される終端真空断熱槽 53とを具える。各コア 102の端部は、 段剥ぎされて第一超電導層 201、第二超電導層 203が露出され、それぞれ終端冷媒 槽 51,52に導入される。この例では、第一超電導層 201に銅といった導電性材料から なるリード部 61を内蔵するプッシング 60を接続させて 、る。このプッシング 60の常温側 には、碍管 62が配置される。なお、第一超電導層 201において終端冷媒槽 51と終端 冷媒槽 52との間の近傍に配置される箇所の外周にはエポキシユニット 63を配置して いる。また、第一超電導層 201に銅などの常電導材料からなる接続導体を接続させて 、この接続導体を終端冷媒槽 51に導入させてプッシング 60のリード部 61に接続させ てもよい。ここまでの構成は、従来と同様である。この例の特徴とするところは、第二 超電導層 203に上述した分割構造の引出導体部 40を具える点にある。本例では、三 心のコアの第二超電導層 203を接続した短絡部 70に引出導体部 40を配置させている 。図 5(A)および図 5(B)では、二つの引出導体部を示している力 一つでもよいし、三 つ以上具えていてもよい。

[0061] この構成により、例えば、この超電導ケーブル線路を三相交流線路として利用する 場合、各コア 102の第一超電導層 201を超電導導体とし、第二超電導層 203を超電導 シールド層として用いる。そのため、交流送電の場合、第二超電導層 203は、対地電 圧が必要となる。そこで、図 5(A)に示すように対地電圧をとるのに必要な分だけ引出 導体部 40の低温側導体部 41と常温側導体部 42とを接続させ、不用の引出導体部 40 2の低温側導体部 41と常温側導体部 42とを離脱させておく。なお、本例では、接続さ せた引出導体部 40の常温側導体部 42には、接地線 44を接続して接地している。また 、交流送電では、線路の片端の端末構造のみを接地すればよぐもう一方の端末構 造に具える引出導体部 40は離脱させて、非導通状態としておくとよい。

[0062] 一方、図 5(A)に示す三相交流送電から単極直流送電に変更する要求があった際、 超電導ケーブル 100において、例えば、一つのコアの第一超電導層 201を往路、この コアの第二超電導層 203を帰路、残りの二つコアを予備線として用いる場合を考える 。このとき、帰路として利用する第二超電導層 203は、往路として利用する第一超電 導層 201と同等の大きさの電流が流れる。即ち、図 5(A)に示される交流送電の場合と 比較して、第二超電導層 203に流れる電流が大きくなる。そこで、図 5(B)に示すように 交流送電の場合に離脱して！/ヽた引出導体部 40の低温側導体部 41と常温側導体部 4 2とを接続することで、必要な電流を流すのに十分な導体断面積を確保することがで きる。また、直流送電では、線路の両端部において引出導体部を導通状態にする必 要がある。そこで、非導通状態としていたもう一方の引出導体部も導通状態にする。

[0063] 逆に、図 5(B)に示す直流送電から交流送電に変更する要求があった際は、対地電 圧に必要な導体断面積を確保するべぐ一方の引出導体部 40の低温側導体部 41と 常温側導体部 42とを接続させて導通状態とし、他方を離脱させて非導通状態とする とよい。即ち、直流送電において導通状態させていた両引出導体部のうち、一方の 取り外して、非導通状態とする。

[0064] このように本発明引き出し構造を利用することで、直流送電から交流送電、又は交 流送電から直流送電に容易に変更することができる。また、不用の引出導体部の低 温側導体部と常温側導体部とは、離脱させておくため、この離脱させた引出導体部 を介した熱侵入を防止することが可能である。

[0065] なお、本例では、単極送電の場合を説明した力 双極直流送電に変更することもも ちろん可能である。双極送電を行う場合、一つのコアの第一超電導層 201を正極線 路、他のコアの第一超電導層 201を負極線路、これら二つのコアの第二超電導層 203 を中性線とし、残りのコアは予備線として用いることが挙げられる。このとき、第二超電 導層 203には、アンバランス電流が流れる。従って、アンバランス電流に必要とされる 導体断面積になるように引出導体部の着脱を行うとよい。

[0066] また、この例では、第二超電導層にのみ引出導体部を設けた構成を説明したが、 第一超電導層にのみ引出導体部を設けてもよいし、第一超電導層及び第二超電導 層の双方に引出導体部を設けてももちろんよい。第一超電導層のみに引出導体部を 設けた場合、例えば、交流送電線路とし、要求される電力の増減に応じて引出導体 部の着脱を行うことで、所望の導体断面積を確保することができる。更に、第一、第二 超電導層の双方に引出導体部を設けた場合、例えば、直流送電線路とし、要求され る電力の増減に応じて第一超電導層に接続される引出導体部及び第二超電導層に 接続される引出導体部の着脱を行うことで、所望の導体断面積を確保することができ る。

[0067] 加えて、上記適用例では、超電導ケーブル線路の端末構造を説明したが、線路途 中の任意の箇所において、実施例 1〜3に示す引出導体部を第一超電導層や第二 超電導層に接続し、線路の任意の箇所力 電力の引き出しが可能な構成としてもよ い。

[0068] (適用例 2)

上記実施例 1に示す本発明電力引き出し構造の別の適用例を説明する。この例で は、超電導変圧器に本発明電力引き出し構造を具える構成を説明する。図 6は、本 発明電力引き出し構造を具える超電導変圧器の概略構成図である。超電導変圧器 は、超電導部 10(超電導コイル)と、超電導部 10が収納される冷媒槽 20と、冷媒槽 20の 外周を覆うように配置される真空断熱槽 30とを具え、超電導コイルにおいて、低温側 と常温側との間で電力の出入力を行う箇所にはそれぞれ、実施例 1に示す引出導体 部 40を具える。この構成により、引出導体部 40の接続状態を調整することで、超電導 コイルに供給する電流や超電導コイルから引き出す電流に応じて導体断面積を変化 させることができる。また、不用の引出導体部の低温側導体部と常温側導体部とは、 離脱させておくため、この離脱させた引出導体部を介した熱侵入を防止することが可 能である。なお、本例では、常温側から低温側に電力が供給される側、低温側から常 温側に電力が供給される側のそれぞれに二つの引出導体部を具える例 (両側で合計 四つの引出導体部を具える例)を説明したが、片側に一つだけ (両側で合計二つ)で もよいし、片側に三つ以上 (両側で合計六つ以上)の引出導体部を具えていてもよい 産業上の利用可能性

本発明電力引き出し構造は、超電導機器において低温側と常温側との間で電力の 授受を行う箇所に形成することが好適である。適用される超電導機器としては、超電 導ケーブル、超電導電力貯蔵装置、超電導限流器、超電導変圧器などが挙げられ る。また、本発明電力引き出し構造は、直流送電用又は交流送電用の超電導ケープ ル線路において端末構造として形成してもよいし、線路途中の任意の箇所に設ける ことも可能である。このような電力引き出し構造を具える本発明超電導ケーブル線路 は、交流送電線路から直流送電線路への変更、直流送電線路から交流送電線路へ の変更を容易に行うことができる。また、送配電ルートの変更や要求電力の変更にも 簡単に対応することができる。

Claims

請求の範囲

[1] 低温側と常温側との間で電力の入力又は出力を行う超電導機器の電力引き出し構 造であって、

超電導機器に有する超電導部が収納される冷媒槽と、

前記冷媒槽の外周を覆うように配置される真空断熱槽と、

一端側が常温側に配置され、他端側が超電導部に接続されて低温側と常温側との 間で電気的導通をとることが可能な引出導体部とを具え、

前記引出導体部は、超電導部に接続される低温側導体部と、常温側に配置される 常温側導体部とを有し、低温側導体部と常温側導体部とが着脱可能であることを特 徴とする超電導機器の電力引き出し構造。

[2] 引出導体部を複数具えることを特徴とする請求項 1に記載の超電導機器の電力引 き出し構造。

[3] 低温側導体部の一端は、超電導部に接続され、他端は、真空断熱槽に配置され、 常温側導体部の一端は、真空断熱槽に配置され、他端は、常温である外部に配置 され、この常温側導体部は、前記低温側導体部に対して真空断熱槽の真空状態を 維持した状態で着脱可能であり、

真空断熱槽には、低温側導体部と常温側導体部との着脱に伴!ヽ伸縮可能な伸縮 部を具えることを特徴とする請求項 1又は 2に記載の超電導機器の電力引き出し構造

[4] 低温側導体部の一端は、超電導部に接続され、他端は、冷媒槽の外側に配置され 真空断熱槽には、常温側導体部が挿通可能な揷通孔が設けられて 、ることを特徴 とする請求項 1又は 2に記載の超電導機器の電力弓 Iき出し構造。

[5] 揷通孔は、真空断熱槽の表面力 冷媒槽に亘つて設けられ、

真空断熱槽には、前記揷通孔の内周側空間を真空状態に保持する補助真空槽が 設けられていることを特徴とする請求項 4に記載の超電導機器の電力引き出し構造。

[6] 常温側導体部は、棒状体であり、

低温側導体部は、常温側導体部を嵌合可能な筒状体であり、 低温側導体部及び常温側導体部の少なくとも一方には、低温側導体部に常温側 導体部を嵌合させた際、両者を接続させる弾性接触子を有することを特徴とする請 求項 1〜5の 、ずれかに記載の超電導機器の電力弓 Iき出し構造。

[7] 常温側導体部は、棒状体であり、長手方向の断面積が部分的に異なることを特徴 とする請求項 1〜6の 、ずれかに記載の超電導機器の電力弓 Iき出し構造。

[8] 超電導機器は、超電導ケーブルであることを特徴とする請求項 1〜7のいずれかに 記載の超電導機器の電力引き出し構造。

[9] 超電導部は、第一超電導層と、第一超電導層の外周に設けられる電気絶縁層を介 して第一超電導層と同軸状に配置される第二超電導層との二層力 なり、

第一超電導層及び第二超電導層の少なくとも一方に引出導体部を具えることを特 徴とする請求項 8に記載の超電導機器の電力引き出し構造。

[10] 請求項 8又は 9に記載の電力引き出し構造を具えることを特徴とする超電導ケープ ル線路。