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1. (WO2015136813) 超電導ケーブルの中間接続部材及び超電導ケーブルの中間接続構造
Document

明 細 書

発明の名称 超電導ケーブルの中間接続部材及び超電導ケーブルの中間接続構造

技術分野

0001  

背景技術

0002   0003   0004   0005  

先行技術文献

特許文献

0006  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0007   0008  

課題を解決するための手段

0009   0010  

発明の効果

0011  

図面の簡単な説明

0012  

発明を実施するための形態

0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063   0064   0065  

産業上の利用可能性

0066  

符号の説明

0067  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6  

図面

1   2   3   4   5   6  

明 細 書

発明の名称 : 超電導ケーブルの中間接続部材及び超電導ケーブルの中間接続構造

技術分野

[0001]
 本発明は、フォーマと、前記フォーマの外周に超電導線材で形成された超電導導体層とを有するケーブルコアを備える超電導ケーブル同士を接続する中間接続部材及び中間接続構造に関する。特に、接続し合う両超電導ケーブルの各ケーブルコアにおける超電導導体層同士を低抵抗で電気的に接続できると共に、両超電導ケーブルの接続部を接続箱に対して固定できる超電導ケーブルの中間接続部材及び超電導ケーブルの中間接続構造に関する。

背景技術

[0002]
 超電導ケーブルは、既存の常電導ケーブル(例、OFケーブルやCVケーブル)と比較して、大容量の電力を低損失で送電できることから、省エネルギー技術として実用化が期待されている。最近では、超電導ケーブルを布設して送電線路を構築し、実際に送電を行う実証試験が進められつつある。
[0003]
 超電導ケーブルは、フォーマの外周に超電導線材で形成された超電導導体層を有するケーブルコアを断熱管内に収納し、この断熱管内に冷媒(例、液体窒素)を流通させることで、超電導導体層(超電導線材)を冷却して超電導状態とする構造のものが代表的である。
[0004]
 複数の超電導ケーブルを繋ぎ合わせて送電線路を構築する場合、超電導ケーブル同士を接続する必要がある。そのため、接続し合う両超電導ケーブルの各ケーブルコアの端部から露出された超電導導体層同士を電気的に接続する中間接続構造を構築する必要がある。超電導ケーブルの中間接続構造に関する発明が、例えば特許文献1に記載されている。
[0005]
 特許文献1に記載の超電導ケーブルの接続構造では、両超電導ケーブルから引き出された各ケーブルコアの超電導導体同士を接続する中間接続部材として、ケーブルコアから露出させた超電導導体の端部が挿入される接続スリーブを利用することが記載されている。この接続スリーブは、銅やアルミニウムなどの常電導材料からなる棒状部材であり、両端部に超電導導体が挿入される接続部を備える。そして、接続スリーブの各接続部に各ケーブルコアの超電導導体をそれぞれ挿入して圧着することにより、超電導導体同士を接続する。また、接続スリーブの外周にエポキシ樹脂などの絶縁性樹脂からなる固体絶縁部材を配置し、この固体絶縁部材に突起部を設け、この突起部を固定金具により金属フランジを介して接続箱に固定する。

先行技術文献

特許文献

[0006]
特許文献1 : 特開2005-210834号公報

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0007]
 上述した従来の超電導ケーブルの中間接続構造では、超電導導体層同士が常電導材料からなる接続スリーブを介して電気的に接続されており、接続スリーブ自体が超電導導体層に比べて高抵抗である。そのため、超電導導体層同士の接続抵抗が高く、接続部における損失が大きい。
[0008]
 そこで、上記の事情に鑑みて、接続し合う両超電導ケーブルの各ケーブルコアにおける超電導導体層同士を低抵抗で電気的に接続できると共に、両超電導ケーブルの接続部を接続箱に対して固定できる超電導ケーブルの中間接続部材及び超電導ケーブルの中間接続構造を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0009]
 本発明の一態様に係る超電導ケーブルの中間接続部材は、フォーマと、前記フォーマの外周に超電導線材で形成された超電導導体層とを有するケーブルコアを備える超電導ケーブル同士を接続する超電導ケーブルの中間接続部材であって、前記フォーマの端部を固定する固定部を両端部に有し、前記フォーマ同士を接続する中心部と、前記超電導導体層を形成する前記超電導線材の端部に接続され、前記超電導導体層同士を電気的に接続する接続用超電導線材と、前記中心部の外側に設けられ、前記接続用超電導線材を配置する配置孔が形成された線材配置部と、前記線材配置部の外側に設けられ、絶縁性樹脂で形成された外側絶縁部と、を備え、前記外側絶縁部に、中間接続箱に固定する取付部を有する超電導ケーブルの中間接続部材である。
[0010]
 本発明の一態様に係る超電導ケーブルの中間接続構造は、フォーマと、前記フォーマの外周に超電導線材で形成された超電導導体層とを有するケーブルコアを備える超電導ケーブル同士を接続する超電導ケーブルの中間接続構造であって、接続し合う前記両超電導ケーブルの前記各ケーブルコアの端部と、前記各ケーブルコアの端部から露出された前記フォーマ同士及び前記超電導導体層同士を接続する中間接続部材と、前記各ケーブルコアの端部及び前記中間接続部材を収納する中間接続箱と、を備え、前記中間接続部材が上記本発明の一態様に係る中間接続部材であり、前記中間接続部材が前記中間接続箱に固定されている超電導ケーブルの中間接続構造である。

発明の効果

[0011]
 上記超電導ケーブルの中間接続部材及び超電導ケーブルの中間接続構造は、接続し合う両超電導ケーブルの各ケーブルコアにおける超電導導体層同士を低抵抗で電気的に接続できると共に、両超電導ケーブルの接続部を接続箱に対して固定できる。

図面の簡単な説明

[0012]
[図1] 超電導ケーブルの一例を示すカットモデルの概略斜視図である。
[図2] 実施形態に係る超電導ケーブルの中間接続部材を説明する概略半断面図である。
[図3] 図2に示す中間接続部材を説明する概略端面図である。
[図4] 図2に示す中間接続部材の線材配置部における配置孔の形成方法の説明図である。
[図5] 図2に示す中間接続部材の外側線材配置部における配置孔の形成方法の説明図である。
[図6] 実施形態に係る超電導ケーブルの中間接続構造を説明する概略図である。

発明を実施するための形態

[0013]
 [本発明の実施形態の説明]
 最初に、本発明の実施態様を列記して説明する。
[0014]
 本発明の実施形態に係る超電導ケーブルの中間接続部材は、(1)フォーマと、前記フォーマの外周に超電導線材で形成された超電導導体層とを有するケーブルコアを備える超電導ケーブル同士を接続する超電導ケーブルの中間接続部材であって、前記フォーマの端部を固定する固定部を両端部に有し、前記フォーマ同士を接続する中心部と、前記超電導導体層を形成する前記超電導線材の端部に接続され、前記超電導導体層同士を電気的に接続する接続用超電導線材と、前記中心部の外側に設けられ、前記接続用超電導線材を配置する配置孔が形成された線材配置部と、前記線材配置部の外側に設けられ、絶縁性樹脂で形成された外側絶縁部と、を備え、前記外側絶縁部に中間接続箱に固定する取付部を有する超電導ケーブルの中間接続部材である。
[0015]
 上記超電導ケーブルの中間接続部材によれば、線材配置部の配置孔に配置された接続用超電導線材によって超電導導体層同士を電気的に接続するので、超電導導体層同士の接続抵抗を大幅に低減できる。したがって、接続し合う両超電導ケーブルの各ケーブルコアにおける超電導導体層同士を低抵抗で電気的に接続でき、接続部における損失を小さくできる。また、外側絶縁部に設けられた取付部によって、中間接続部材を中間接続箱に固定でき、両超電導ケーブル(ケーブルコア)を中間接続箱に対して固定できる。そのため、接続部において、熱収縮による超電導ケーブル(ケーブルコア)の位置ずれを抑制できる。更に、両端部に固定部を有する中心部を備えることで、フォーマ同士を機械的に接続(連結)でき、両超電導ケーブル(ケーブルコア)を強固に連結できる。外側絶縁部を形成する絶縁性樹脂としては、例えばエポキシ樹脂が挙げられる。
[0016]
 (2)前記ケーブルコアは、前記超電導導体層の外側に絶縁層を介して同心状に配置され、超電導線材で形成された外側超電導導体層を更に有し、前記外側超電導導体層を形成する前記超電導線材の端部に接続され、前記外側超電導導体層同士を電気的に接続する外側接続用超電導線材と、前記線材配置部と前記外側絶縁部との間に、絶縁性樹脂で形成された中間絶縁部と、前記中間絶縁部の外側に前記外側接続用超電導線材を配置する配置孔が形成された外側線材配置部と、を備えることが好ましい。
[0017]
 超電導ケーブルのケーブルコアの構造として、超電導導体層の外側に絶縁層を介して同心状に外側超電導導体層を配置することがある。例えば、直流送電では、単極(モノポール)送電方式の場合、外側超電導導体層を帰路電流が流れる導体に利用することや、双極(バイポール送電)方式の場合、外側超電導導体層を超電導導体層とは逆極性の電流が流れる導体に利用することがある。また、交流送電では、外側超電導導体層を電磁シールド層に利用することがある。上記形態によれば、外側接続用超電導線材によって外側超電導導体層同士を電気的に接続するので、外側超電導導体層同士の接続抵抗も大幅に低減でき、外側超電導導体層同士も低抵抗で電気的に接続できる。中間絶縁部は、外側絶縁部と同じ絶縁性樹脂(例えば、エポキシ樹脂)で形成することができる。
[0018]
 (3)前記接続用超電導線材の合計本数が、前記超電導導体層を形成する超電導線材の合計本数よりも多いことが好ましい。
[0019]
 同じ超電導線材であれば、送電電流は導体断面積の大きさ、つまり超電導線材の本数によって決まる。上記形態によれば、接続用超電導線材の合計本数が超電導導体層を形成する超電導線材の合計本数よりも多いことで、超電導導体層同士の接続抵抗をより低減し易く、接続部の送電容量を十分に確保できる。外側接続用超電導線材の合計本数も同じように、外側超電導導体層を形成する超電導線材の合計本数よりも多くしてもよい。
[0020]
 (4)1つの前記配置孔に、複数の前記接続用超電導線材が配置され、これら接続用超電導線材が一体化されていることが好ましい
[0021]
 上記形態によれば、複数の接続用超電導線材が一体化されていることで、複数の接続用超電導線材を1つの配置孔に同時に配置でき、接続用超電導線材を線材配置部に配置し易い。外側接続用超電導線材も同じように、複数を一体化した状態で1つの配置孔に配置してもよい。
[0022]
 (5)前記外側絶縁部を形成する絶縁性樹脂が、繊維強化樹脂であることが好ましい。
[0023]
 上述したように、中間接続部材は外側絶縁部に取付部が設けられ、中間接続箱に固定されるため、超電導ケーブル(ケーブルコア)が熱収縮してもそれに耐える機械的強度が求められる。上記形態によれば、外側絶縁部が繊維強化樹脂(FRP)で形成されていることで、外側絶縁部の機械的強度をより高めることができる。中間絶縁部も同じように、繊維強化樹脂で形成してもよい。
[0024]
 本発明の実施形態に係る超電導ケーブルの中間接続構造は、(6)フォーマと、前記フォーマの外周に超電導線材で形成された超電導導体層とを有するケーブルコアを備える超電導ケーブル同士を接続する超電導ケーブルの中間接続構造であって、接続し合う前記両超電導ケーブルの前記各ケーブルコアの端部と、前記各ケーブルコアの端部から露出された前記フォーマ同士及び前記超電導導体層同士を接続する中間接続部材と、前記各ケーブルコアの端部及び前記中間接続部材を収納する中間接続箱と、を備え、前記中間接続部材が上述した(1)~(5)のいずれか1つに記載の実施形態の中間接続部材であり、前記中間接続部材が前記中間接続箱に固定されている超電導ケーブルの中間接続構造である。
[0025]
 上記超電導ケーブルの中間接続構造によれば、両超電導ケーブルの各ケーブルコアの端部から露出された超電導導体層同士が上記中間接続部材の接続用超電導線材によって電気的に接続されるので、超電導導体層同士の接続抵抗を大幅に低減できる。したがって、接続し合う両超電導ケーブルの各ケーブルコアにおける超電導導体層同士を低抵抗で電気的に接続でき、接続部における損失を小さくできる。また、フォーマ同士が上記中間接続部材の中心部によって機械的に接続(連結)され、両超電導ケーブル(ケーブルコア)を強固に連結できる。更に、上記中間接続部材の外側絶縁部に設けられた取付部によって中間接続部材が中間接続箱に固定され、両超電導ケーブル(ケーブルコア)が中間接続箱に対して固定されることから、中間接続箱内において、熱収縮による超電導ケーブル(ケーブルコア)の位置ずれを抑制できる。
[0026]
 [本発明の実施形態の詳細]
 本発明の実施形態の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。図中の同一符号は同一名称物を示す。以下では、まず、送電線路に利用される超電導ケーブルについて説明し、次いで、超電導ケーブルの中間接続構造に利用される中間接続部材について説明する。
 なお、本発明は、これらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
[0027]
 〈超電導ケーブル〉
 図1を参照して、超電導ケーブルの一例を説明する。ここでは、双極送電方式の直流超電導ケーブルを例に挙げて説明する。超電導ケーブル100は、ケーブルコア110と、ケーブルコア110を収納する断熱管120とを備え、断熱管120内に1つのケーブル110が収納された単心ケーブルである。
[0028]
 (ケーブルコア)
 ケーブルコア110は、中心から順にフォーマ111、超電導導体層112、絶縁層113、外側超電導導体層114、外側絶縁層115、接地層116、保護層117が同心状に配置されている。
[0029]
 (フォーマ)
 フォーマ111は、銅、アルミニウム、ステンレス鋼などの金属又は合金で形成されている。フォーマ111には、例えば、複数の金属線を撚り合わせた撚り線を利用できる。この例では、フォーマ111が複数の銅線を撚り合わせた撚り線で形成されている。直流超電導ケーブル場合、フォーマ(銅線)にエナメルなどの絶縁被覆を施す必要は無いが、交流超電導ケーブルの場合は、交流損失の低減を図る観点から、絶縁被覆を有する複数の金属線(代表的には銅線)を撚り合わせた撚り線をフォーマに利用することが好ましい。直流超電導ケーブルの場合であっても、絶縁被覆を有する銅線を用いてもよい。
[0030]
 (超電導導体層)
 超電導導体層112は、フォーマ111の外周に複数の超電導線材をスパイラル巻きすることで形成されており、超電導線材を多層に巻回することで超電導線材が積層された多層構造とすることができる。超電導線材には、例えば、Bi系銀シース線材やRE123系薄膜線材などの超電導線材を利用できる。この例では、超電導導体層112が4層構造であり、超電導導体層112には正極(+極)の電流が流れる。
[0031]
 (絶縁層)
 絶縁層113は、超電導導体層112とその外側に配置された外側超電導導体層114との間に介在し、超電導導体層112と外側超電導導体層114との間の電気的絶縁を確保する。絶縁層113は、超電導導体層112の外周に絶縁紙をスパイラル巻きすることで形成されている。絶縁紙には、例えば、クラフト紙やPPLP(登録商標;Polypropylene Laminated Paper)といった半合成紙などを利用できる。
[0032]
 (外側超電導導体層)
 外側超電導導体層114は、超電導導体層112の外側、具体的には絶縁層113の外周に複数の超電導線材をスパイラル巻きすることで形成されている。この外側超電導導体層114も超電導導体層112と同様に、超電導線材を多層に巻回することで超電導線材が積層された多層構造とすることができる。この例では、外側超電導導体層114が2層構造であり、外側超電導導体層114には負極(-極)の電流が流れる。
[0033]
 (外側絶縁層)
 外側絶縁層115は、外側超電導導体層114とその外側に配置された接地層116との間に介在し、外側超電導導体層114と接地層116との間の電気的絶縁を確保する。外側絶縁層115は、外側超電導導体層114の外周に絶縁紙をスパイラル巻きすることで形成されている。
[0034]
 (接地層)
 接地層116は、中性線として機能し、接地されている。接地層116は、外側絶縁層115の外周に接地導体を巻回することで形成されている。接地層116は、例えば、銅やアルミニウムなどの常電導材料からなる素線やテープをスパイラル巻きすることで形成したり、常電導材料からなる編組線を巻回することで形成したりすることができる。この例では、接地層116が銅テープで形成されている。接地層116は電界しゃへい層としても機能する。
[0035]
 (保護層)
 保護層117は、ケーブルコア110の最外周に配置され、ケーブルコア110(保護層117の内側に位置する部材(接地層116など))を機械的、電気的に保護する。保護層117は、接地層116の外周に絶縁紙をスパイラル巻きすることで形成されている。
[0036]
 (断熱管)
 断熱管120は、内管121と外管122とを有する二重管構造であり、内管121と外管122との間の空間が真空引きされ、その空間にスーパーインシュレーション(商品名)などの断熱材123が配置されている。この例では、内管121及び外管122がステンレス鋼製のコルゲート管であり、断熱管120(外管122)の外周にビニルやポリエチレンなどは防食層124が設けられている。
[0037]
 〈中間接続部材〉
 図2~図6を参照して、上述した超電導ケーブル100同士を接続する中間接続部材の一例を説明する。図3は、中間接続部材1を端面から見た図であり、断面図ではないが、図を見易くするために部分的にハッチングを施してある(図4、図5も同じ)。中間接続部材1は、図6に示すように、接続し合う両超電導ケーブル100の各ケーブルコア110の端部から露出されたフォーマ111同士、超電導導体層112同士及び外側超電導導体層114同士を接続する部材である。中間接続部材1は、図2、図3に示すように、中心部10と、線材配置部20と、中間絶縁部30と、外側線材配置部40と、外側絶縁部50とを備え、線材配置部20及び外側線材配置部40にそれぞれ接続用超電導線材20s及び外側接続用超電導線材40sが配置されている。
[0038]
 (中心部)
 中心部10は、フォーマ111(図6参照)同士を接続する丸棒状の部材であり、両端部にフォーマ111の端部を固定する固定部11を有する。中心部10は、フォーマ111同士を機械的に接続(連結)することから、機械的強度が高い金属で形成されることが好ましい。中心部10を形成する金属としては、例えば銅、アルミニウム、ステンレス鋼などの金属又は合金が挙げられる。中間接続部材1では、超電導導体層112同士及び外側超電導導体層114同士の電気的な接続は、接続用超電導線材20s及び外側接続用超電導線材40sが担うことから、中心部10には導電性は基本的に求められない。したがって、中心部10は、機械的強度に優れるステンレス鋼で形成されていることがより好ましい。この例では、中心部10はステンレス鋼で形成されている。
[0039]
 固定部11には嵌合穴11oが形成されている。この嵌合穴11oに、例えばフォーマ111の端部を挿入して外側から圧縮することで、中心部10とフォーマ111とが接続される。この固定部11の嵌合穴11oが形成された部分は肉厚になっているので、圧縮接合し易くなっている。
[0040]
 (線材配置部)
 線材配置部20は、中心部10の外周に設けられ、接続用超電導線材20sを配置する配置孔20hが形成された円筒状の部分である。配置孔20hは、線材配置部20の長手方向の一端から他端に亘って貫通している。この配置孔20hに、複数の接続用超電導線材20sが配置されている。接続用超電導線材20sは、線材配置部20の配置孔20hに一方から他方に向かって挿通され、超電導導体層112同士を電気的に接続する(図6参照)。接続用超電導線材20sは、配置孔20hの長さよりも十分に長く、接続用超電導線材20sの両端部は、配置孔20hから突出している。線材配置部20は、接続用超電導線材20sを冷却し易いように熱伝導率の高い金属で形成されていることが好ましい。この例では、中心部10と線材配置部20とが一体に形成されており、線材配置部20がステンレス鋼で形成されている。また、接続用超電導線材20sには、超電導導体層112を形成する超電導線材と同じ超電導線材を利用しており、接続用超電導線材20sの合計本数が超電導導体層112を形成する超電導線材の合計本数よりも多い。つまり、線材配置部20に配置されている接続用超電導線材20sの総導体断面積が超電導導体層112の導体断面積よりも大きい。
[0041]
 この例では中心部10と線材配置部20とが一体に形成されているが、中心部10と線材配置部20とは別部材としてもよい。中心部10と線材配置部20が別部材である場合は、中心部10と線材配置部20とを、接着剤で結合したり、ねじで機械的に結合したりするとよい。また、線材配置部20を、銅やアルミニウムなどの金属又は合金で形成することも可能であるが、ステンレス鋼で形成することが好ましい。線材配置部20を、比較的電気抵抗の大きいステンレス鋼で形成することにより、接続用超電導線材20sに流れる電流の一部が線材配置部20に流れ難くなるので、接続抵抗をより低減し易く、線材配置部20の発熱も抑制できる。また、接続用超電導線材20sには、超電導導体層112を形成する超電導線材とは異なる超電導線材を利用してもよい。
[0042]
 線材配置部20の配置孔20hを形成方法について説明する。配置孔20hは、線材配置部20の長手方向にドリルなどを用いて切削することで形成してもよいが、長い貫通孔をドリルで形成することは難しい。そこで、この例では、線材配置部20を配置孔20hの形成箇所で径方向に2つの円筒状部材に分割し、これらを一体化することで線材配置部20を作製している。具体的には、図4に示すように、線材配置部20を、中心部10を含む内筒部21(図4の左上)と、内筒部21の外径と同じ内径を有する外筒部22(図4の右上)とに分けて作製する。そして、内筒部21の外周面に長手方向の一端から他端に亘って配置溝21gを形成しておき、内筒部21を外筒部22に挿入して内筒部21と外筒部22とを端部で溶接して一体化することにより、線材配置部20(図4の下)を作製する。これにより、内筒部21の外周面に形成した配置溝21gが配置孔20hとなり、長手方向に貫通する配置孔20hが形成された線材配置部20が得られる。この線材配置部20では、長い貫通孔をドリルで形成する必要がなく、したがって簡単な溝加工で配置孔20hを精度よく形成できる。この例では、内筒部21の外周面に配置溝21gを形成する場合を例に挙げて説明したが、外筒部22の内周面に配置溝を形成してもよく、内筒部21の外周面及び外筒部22の内周面にそれぞれ配置溝を形成してもよい。後者の場合、内筒部21と外筒部22の配置溝が径方向に重なるようにして、内筒部21と外筒部22とを一体化するとよい。
[0043]
 この例では、配置孔20hが線材配置部20の周方向に間隔をあけて3つ形成されており、各配置孔20hに複数の接続用超電導線材20sが配置されている。具体的には、接続用超電導線材20sを各配置孔20hに周方向に並べて挿通して、線材配置部20の端部に半田で固定している。また、例えば複数の接続用超電導線材20sを積層して配置孔20hに挿通する場合は、積層した接続用超電導線材20sを半田で一体化しておき、一体化された接続用超電導線材20sを各配置孔20hの周方向に並べて挿通してもよい。
[0044]
 (中間絶縁部)
 中間絶縁部30は、線材配置部20の外周に設けられ、絶縁性樹脂で形成された円筒状の部材である。中間絶縁部30は、線材配置部20とその外側に配置される外側線材配置部40との間に介在し、接続用超電導線材20sと外側接続用超電導線材40sとの間の電気的絶縁を確保する。中間絶縁部30を形成する絶縁性樹脂としては、例えばエポキシ樹脂などが挙げられ、更に、樹脂を繊維で強化した繊維強化樹脂(FRP)でもよい。中間絶縁部30をFRPで形成することで、中間絶縁部30の機械的強度をより高めることができる。この例では、中間絶縁部30がエポキシ樹脂をガラス繊維で強化したFRPの成形品で形成されている。
[0045]
 中間絶縁部30は、線材配置部20の外周面に結合されている。線材配置部20と中間接続部30とは、接着剤で結合したり、更に、線材配置部20と中間絶縁部30とをより強固に結合するため、ねじで機械的に結合してもよい。
[0046]
 (外側線材配置部)
 外側線材配置部40は、中間絶縁部30の外周に設けられ、外側接続用超電導線材40sを配置する配置孔40hが形成された円筒状の部材である。配置孔40hは、外側線材配置部40の長手方向の一端から他端に亘って貫通している。この配置孔40hに、複数の外側接続用超電導線材40sが配置されている。外側接続用超電導線材40sは、外側線材配置部40の配置孔40hに一方から他方に向かって挿通され、外側超電導導体層114同士を電気的に接続する(図6参照)。外側接続用超電導線材40sは、配置孔40hの長さよりも十分に長く、外側接続用超電導線材40sの両端部は、配置孔40hから突出している。外側線材配置部40は、外側接続用超電導線材40sを冷却し易いように熱伝導率の高い金属で形成されていることが好ましい。この例では、外側線材配置部40がステンレス鋼で形成されている。また、外側接続用超電導線材40sには、外側超電導導体層114を形成する超電導線材と同じ超電導線材を利用しており、外側接続用超電導線材40sの合計本数が外側超電導導体層114を形成する超電導線材の合計本数よりも多い。つまり、外側線材配置部40に配置されている外側接続用超電導線材40sの総導体断面積が外側超電導導体層114の導体断面積よりも大きい。
[0047]
 外側線材配置部40は、銅やアルミニウムなどの金属又は合金で形成することも可能であるが、ステンレス鋼で形成することが好ましい。線材配置部20を、比較的電気抵抗の大きいステンレス鋼で形成することにより、外側接続用超電導線材40sに流れる電流の一部が外側線材配置部40に流れ難くなるので、接続抵抗をより低減し易く、外側線材配置部40の発熱も抑制できる。また、外側接続用超電導線材40sには、外側超電導導体層114を形成する超電導線材とは異なる超電導線材を利用してもよい。
[0048]
 外側線材配置部40も、線材配置部20と同じように、配置孔40hの形成箇所で径方向に2つの円筒状部材に分割し、これらを一体化することで作製している。具体的には、図5に示すように、外側線材配置部40を、内筒部41(図5の左上)と、内筒部41の外径と同じ内径を有する外筒部42(図5の右上)とに分け、内筒部41の外周面に長手方向の一端から他端に亘って配置溝41gを形成しておく。そして、内筒部41を外筒部42に挿入して内筒部41と外筒部42とを端部で溶接して一体化することにより、外側線材配置部40(図5の下)を作製する。これにより、内筒部41の外周面に形成した配置溝41gが配置孔40hとなり、長手方向に貫通する配置孔40hが形成された外側線材配置部40が得られる。この外側線材配置部40では、長い貫通孔をドリルで形成する必要がなく、したがって簡単な溝加工で配置孔40hを精度よく形成できる。
[0049]
 この例では、配置孔40hが外側線材配置部40の周方向に間隔をあけて6つ形成されており、各配置孔40hに複数の外側接続用超電導線材40sが配置されている。具体的には、外側接続用超電導線材40sを各配置孔40hに周方向に並べて挿通した後、外側線材配置部40の端部に半田で固定している。また、例えば複数の外側接続用超電導線材40sを積層して配置孔40hに挿通する場合は、積層した外側接続用超電導線材40sを半田で一体化しておき、一体化された外側接続用超電導線材40sを各配置孔40hの周方向に並べて挿通してもよい。
[0050]
 外側線材配置部40は、中間絶縁部30の外周面に結合されている。中間絶縁部30と外側線材配置部40とは、接着剤で結合したり、更に、中間絶縁部30と外側線材配置部40とをより強固に結合するため、ねじで機械的に結合してもよい。
[0051]
 (外側絶縁部)
 外側絶縁部50は、外側線材配置部40の外周に設けられ、絶縁性樹脂で形成された円筒状の部材である。外側絶縁部50は、中間接続部材1の最外周に配置され、その外側に位置する部材(例、接続用接地線52(図2参照)など)と外側接続用超電導線材40sとの間の電気的絶縁を確保する。外側絶縁部50を形成する絶縁性樹脂としては、例えばエポキシ樹脂などが挙げられ、更に、樹脂を繊維で強化した繊維強化樹脂(FRP)でもよい。外側絶縁部50をFRPで形成することで、外側絶縁部50の機械的強度をより高めることができる。この例では、外側絶縁部50がエポキシ樹脂をガラス繊維で強化したFRPの成形品で形成されている。
[0052]
 外側絶縁部50は、外側線材配置部40の外周面に結合されている。外側線材配置部40と外側絶縁部50とは、接着剤で結合したり、更に、外側線材配置部40と外側絶縁部50とをより強固に結合するため、ねじで機械的に結合してもよい。
[0053]
 外側絶縁部50には、径方向に突出するフランジ状の取付部51が一体に成形されている。この取付部51を中間接続箱7の支持部70a(図6参照)にボルトなどで固定することで、中間接続部材1が中間接続箱7に固定される。具体的には、取付部51を支持部70aと押え板70bとで挟み込み、ボルトで支持部70aと押え板70bとの間を締め付けることで、中間接続部材1が中間接続箱7に固定される。支持部70aは、中間接続箱7の内周面から立設するように中間接続箱7に設けられており、例えばステンレス鋼で形成されている。支持部70aは、中間接続箱7の内周面に周方向に間隔をあけて複数設けられている。押え板70bは、例えば支持部70aとの間で取付部51を挟むリング状の部材であり、ステンレス鋼で形成されている。中間接続箱7は、中間接続部材1を含む両超電導ケーブル100の接続箇所を覆う箱であり、大地に対して固定される。
[0054]
 更に、外側絶縁部50の外周には接続用接地線52が巻回されており、この接続用接地線52には、接地層116が電気的に接続される(図6参照)。この例では、接続用接地線52が銅やアルミニウムなどの常電導材料からなる編組線で形成されている。接続用接地線52の両端部は、接続し合う両超電導ケーブル100の各ケーブルコア110の接地層116と電気的に接続され、接続用接地線52は、接地層116同士を電気的に接続して、電界しゃへい層を形成する。
[0055]
 次に、主に図6を参照して、上述した超電導ケーブル100同士を接続する中間接続構造の一例を説明する。中間接続構造は、接続し合う両超電導ケーブル100の各ケーブルコア110の端部と、上述した中間接続部材1と、各ケーブルコア110の端部及び中間接続部材1を収納する中間接続箱7とを備える。図6に示す中間接続構造は、次のようにして構築されている。
[0056]
 接続し合う両超電導ケーブル1の各断熱管120からケーブルコア110を引き出す。引き出した各ケーブルコア110の端部において、端部処理を施し、保護層117、外側絶縁層115、絶縁層113を剥ぎ取り、フォーマ111、超電導導体層112、外側超電導導体層114、接地層116を露出させる。端部処理する際、接地層116は、露出させた端部で接地導体(銅テープ)の巻回を解いて、端部から接地導体を分離した状態で引き出して逃がしておく。また、超電導導体層112及び外側超電導導体層114も、露出させた端部で超電導線材の巻回を解いて、端部から超電導線材を分離した状態で引き出して逃がしておく。
[0057]
 中間接続部材1は、両超電導ケーブル100の接続箇所となる位置に予め設置しておく。この例では、中間接続箱7の一部となるリング状の周環部73に中間接続部材1を予め固定しておき、周環部73を吊り下げるなどして、中間接続部材1を所定の位置に設置する。この周環部73には、内周面から突出するように支持部70aが一体に形成されている。そして、中間接続部材1の外側絶縁部50に設けられた取付部51を支持部70aと押え板70bとの間で挟み込み、ボルトで締め付けることで、周環部73に中間接続部材1を固定する。
[0058]
 各ケーブルコア110から露出させたフォーマ111の端部を中間接続部材1の中心部10の嵌合穴11oに挿入し、固定部11の外側から圧縮してフォーマ111を圧縮接合することで、フォーマ111同士を接続する。
[0059]
 次に、各ケーブルコア110から露出させた超電導導体層112を形成する超電導線材の端部と、中間接続部材1の線材配置部20に配置された接続用超電導線材20sの端部とを重ね合わせ、半田接合することにより、超電導導体層112同士を電気的に接続する。
[0060]
 超電導導体層112を形成する超電導線材と接続用超電導線材20sとを接続した後、露出させた超電導導体層112(超電導線材)と接続用超電導線材20sの周囲に絶縁紙を巻回して補強絶縁部61を形成する。
[0061]
 補強絶縁部61を形成した後、各ケーブルコア110から露出させた外側超電導導体層114を形成する超電導線材の端部と、中間接続部材1の外側線材配置部40に配置された外側接続用超電導線材40sの端部とを重ね合わせ、半田接合することにより、外側超電導導体層114同士を電気的に接続する。その後、露出させた外側超電導導体層114(超電導線材)と外側接続用超電導線材40sの周囲に絶縁紙を巻回して補強絶縁部62を形成する。
[0062]
 次いで、各ケーブルコア110から露出させた接地層116を形成する接地導体の端部と、中間接続部材1の外側絶縁部50に設けられた接続用接地線52の端部とを重ね合わせ、半田接合によって電気的に接続して、電界しゃへい層を形成する。以上により、各ケーブルコア110の端部と中間接続部材1との中間接続処理が完了する。
[0063]
 最後に、各ケーブルコア110の端部及び中間接続部材1を収納するように中間接続箱7を組み立てる。この例では、中間接続箱7は、円筒状の周壁部71と、周壁部71の両端を閉じる一対の端壁部72とを有する。各端壁部72には、両超電導ケーブル100の各断熱管120の端部が接続され、各ケーブルコア110の端部が導入される導入孔が設けられている。また、周壁部71は、上述した環状の周環部73と、長手方向に分割可能な一対の円筒状の半割れ片とで形成され、中間接続処理が完了した後、予め逃がしておいた両半割れ片を両超電導ケーブル100の接続箇所(中間接続部材1)側に移動させ、両半割れ片を周環部73に溶接して一体化する。そして、両半割れ片と周環部73とを一体化して周壁部71を形成した後、周壁部71の両端部に各端壁部72を溶接で接合することで、中間接続箱7を組み立てる。これにより、中間接続部材1の取付部51が中間接続箱7(周環部73)の支持部70aに固定され、中間接続部材1が中間接続箱7に固定されることになる。中間接続箱7は、大地に対して固定する。
[0064]
 中間接続箱7を二重構造にして、二重構造の各層の間に断熱材を配置したり、二重構造の各層の間を真空引きして真空断熱層を形成したりすることによって、熱侵入を効果的に低減できる。中間接続箱7の周壁部71(周環部73を含む)及び端壁部72は、例えばステンレス鋼で形成することができる。上記の中間接続構造の例では、周環部73に支持部70aを一体に形成しているが、周環部73の内周面に支持部70aを溶接などにより接合することで設けてもよい。
[0065]
 以上説明した実施形態では、双極送電方式の直流超電導ケーブルを例に挙げて説明したが、本発明は、単極送電方式の直流超電導ケーブルにも適用可能である他、交流超電導ケーブルにも適用可能である。また、上述した実施形態では、1つのケーブルコアが断熱管内に収納された単心ケーブルを例に挙げて説明したが、本発明は、複数のケーブルコアが断熱管内に収納された多心ケーブルにも適用可能である。具体的には、3つのケーブルコアが撚り合わされて断熱管内に一括して収納された三心一括型超電導ケーブルにも適用可能である。

産業上の利用可能性

[0066]
 本発明の超電導ケーブルの中間接続部材及び超電導ケーブルの中間接続構造は、複数の超電導ケーブルを繋ぎ合わせて送電線路を構築する際の、超電導ケーブル同士を接続する中間接続部材及び中間接続構造に好適に利用することができる。

符号の説明

[0067]
 1 中間接続部材
 10 中心部
  11 固定部  11o 嵌合穴
 20 線材配置部 20s 接続用超電導線材
  20h 配置孔
  21 内筒部  22 外筒部  21g 配置溝
 30 中間絶縁部
 40 外側線材配置部  40s 外側接続用超電導線材
  40h 配置孔
  41 内筒部  42 外筒部  41g 配置溝
 50 外側絶縁部
  51 取付部    52 接続用接地線
 61,62 補強絶縁部
 7 中間接続箱
  70a 支持部  70b 押え板
  71 周壁部  72 端壁部
  73 周環部
 100 超電導ケーブル
 110 ケーブルコア
  111 フォーマ  112 超電導導体層
  113 絶縁層   114 外側超電導導体層
  115 外側絶縁層  116 接地層  117 保護層
 120 断熱管
  121 内管   122 外管
  123 断熱材  124 防食層

請求の範囲

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

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]

[ 図 6]