常温絶縁型超電導ケーブル、およびその製造方法
【課題】従来よりも生産性に優れる常温絶縁型超電導ケーブルと、その製造方法を提供する。
【解決手段】フォーマ１１の外周に超電導導体層１２を形成してなる導体部１０と、その導体部１０を内部に収納して、導体部１０を極低温に維持する断熱管１３と、断熱管１３の外周に形成されるコーティング層１６を有する低温導電部１を作製する。また、低温導電部１とは別個に、低温導電部１の外径よりも大きな内径を有するパイプ状構造物２１と、パイプ状構造物２１の外周に形成される常温側電気絶縁層２３を有する常温被覆部２を作製する。そして、低温導電部１を、常温被覆部２の内部に挿入することで、常温絶縁型超電導ケーブル１００を完成させる。
【解決手段】フォーマ１１の外周に超電導導体層１２を形成してなる導体部１０と、その導体部１０を内部に収納して、導体部１０を極低温に維持する断熱管１３と、断熱管１３の外周に形成されるコーティング層１６を有する低温導電部１を作製する。また、低温導電部１とは別個に、低温導電部１の外径よりも大きな内径を有するパイプ状構造物２１と、パイプ状構造物２１の外周に形成される常温側電気絶縁層２３を有する常温被覆部２を作製する。そして、低温導電部１を、常温被覆部２の内部に挿入することで、常温絶縁型超電導ケーブル１００を完成させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導体部を断熱管内に収納してなる低温導電部と、その低温導電部の外周を取り囲む常温側電気絶縁層を有する常温被覆部と、を備える常温絶縁型超電導ケーブル、およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
超電導ケーブルでは、一般にフォーマの外周上に超電導導体層を有する導体部を二重の金属管で構成される断熱管内に収納してなる構成を備える。このような超電導ケーブルにおいて、超電導ケーブルを外部から電気的に絶縁する構成には以下の二つが挙げられる。一つ目の構成は、超電導導体層の上に電気絶縁層を備えた導体部が上記断熱管に収納され、導体部に備わる当該電気絶縁層も冷媒により冷却される低温絶縁型の構成である。二つ目の構成は、フォーマと超電導導体層を備える低温導電部が上記断熱管に収納され、かつその断熱管の上に電気絶縁層が形成されており、当該電気絶縁層が冷媒により冷却されない常温絶縁型の構成である（例えば、非特許文献１を参照）。特に、後者の常温絶縁型超電導ケーブルは、既存の常電導ケーブルの絶縁材料および構造が適用できるという利点がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】『Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ３５ｋＶ／１２１ＭＶＡ Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ Ｃａｂｌｅ Ｓｙｓｔｅｍ Ｉｎｓｔａｌｌｅｄ ａｔ Ｐｕｊｉ Ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ ｉｎ Ｓｏｕｔｈｅｒｎ Ｃｈｉｎａ Ｐｏｗｅｒ Ｇｒｉｄ』 Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ １巻１号８−１３ページ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上述した常温絶縁型超電導ケーブルは、生産性の点で改善の余地がある。
【０００５】
上記常温絶縁型超電導ケーブルは、その中心側から順次作製していくことが一般的である。その場合、常温絶縁型超電導ケーブルが出来上がった段階で低温導電部と常温被覆部のいずれかに不具合があれば、超電導ケーブル全体を作り直さなければならない。しかも、低温導電部の外周に常温被覆部を形成する過程で、常温被覆部の電気絶縁層や、低温導電部の断熱管に損傷を与えてしまう可能性もあり、その場合もやはり超電導ケーブル全体を作りなおさなければならない。このように、常温絶縁型超電導ケーブルの生産性が芳しくない。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、従来よりも生産性に優れる常温絶縁型超電導ケーブルと、その製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明常温絶縁型超電導ケーブルの製造方法は、以下の工程を備えることを特徴とする。
（工程Ａ）フォーマの外周に超電導導体層を形成してなる導体部と、その導体部を内部に収納して、導体部を極低温に維持する断熱管と、その断熱管の外周に形成されるコーティング層と、を有する低温導電部を作製する。
（工程Ｂ）低温導電部の外径よりも大きな内径を有するパイプ状構造物と、そのパイプ状構造物の外周に形成される常温側電気絶縁層と、を有する常温被覆部を作製する。
（工程Ｃ）工程Ａで作製した低温導電部を、工程Ｂで作製した常温被覆部の内部に挿入する。
【０００８】
本発明常温絶縁型超電導ケーブルの製造方法のように、低温導電部と常温被覆部とを個別に作製し、その後、常温被覆部の内部に低温導電部を挿入して超電導ケーブルを作製すれば、超電導ケーブルの歩留りを向上させることができる。それは、低温導電部と常温被覆部とをそれぞれ検品し、不具合のない低温導電部と常温被覆部とを組み合わせて超電導ケーブルを作製できるからである。これに対して、上記本発明の製造方法と異なり、超電導ケーブルの中心側から順次超電導ケーブルを作製していく場合、超電導ケーブルが出来上がった段階で低温導電部と常温被覆部のいずれかに不具合があれば、超電導ケーブル全体を作り直さなければならないし、低温導電部の外周に常温被覆部を形成する過程で、常温被覆部の常温側電気絶縁層や、低温導電部の断熱管に損傷を与えてしまう可能性もある。
【０００９】
また、本発明常温絶縁型超電導ケーブルの製造方法では、筒状の常温被覆部の最内周にパイプ状構造物が形成されていると共に、この常温被覆部に挿入する低温導電部の最外周にコーティング層が形成されている。そのため、常温被覆部の内部に低温導電部を挿入する際、常温絶縁型超電導ケーブルの運転に必須の構成が損傷することを効果的に防止することができる。この必須の構成とは、常温被覆部においては常温側電気絶縁層であり、低温導電部においては超電導導体を極低温に維持する断熱管である。
【００１０】
また、本発明常温絶縁型超電導ケーブルは、フォーマの外周に超電導導体層を形成してなる導体部、およびその導体部を内部に収納して、導体部を極低温に維持する断熱管を有する低温導電部と、断熱管の外周を取り囲む常温側電気絶縁層を有する常温被覆部と、を備える。この本発明常温絶縁型超電導ケーブルにおいて、常温被覆部は、常温側電気絶縁層を内周側から支持するパイプ状構造物を有し、低温導電部は、断熱管の外周に形成されるコーティング層を有することを特徴とする。
【００１１】
上記本発明常温絶縁型超電導ケーブルによれば、低温導電部と常温被覆部とを個別に扱うことができる。その結果、布設後の常温絶縁型超電導ケーブルの使用に伴い、当該ケーブルの低温導電部が損傷した場合、低温導電部のみを交換することができる。特に、低温導電部の最外周にコーティング層が形成されていることから、低温導電部を交換する際、常温被覆部から低温導電部を引抜き易い。また、常温被覆部にパイプ状構造物を設けると共に、低温導電部にコーティング層を設けることで、常温被覆部の内部に低温導電部を挿入するときも、常温被覆部の内部から低温導電部を引抜くときも、常温被覆部の常温側電気絶縁層や、低温導電部の断熱管などの、常温絶縁型超電導ケーブルの運転に必須の構成が損傷することを効果的に防止することができる。
【００１２】
以下、本発明常温絶縁型超電導ケーブルの好ましい形態について詳細に説明する。
【００１３】
本発明常温絶縁型超電導ケーブルの一形態として、常温被覆部は、常温側電気絶縁層の内側で、かつ断熱管の外側に配置され、短絡電流に代表される過大な異常時電流を分担する常電導の分流導体を備えることが好ましい。
【００１４】
常温被覆部に異常時電流を分担する分流導体を備えることにより、異常時電流が発生した際、低温導電部に流れる異常時電流量を低減することができる。その結果、低温導電部における冷媒温度の上昇を抑制できるし、過大な電流による超電導導体層の劣化を抑制できる。特に、冷媒温度の上昇を抑制することで、超電導送電に適した温度に冷媒温度を復旧させることが容易になるし、冷媒を液体冷媒としたときの冷媒温度の上昇による液体冷媒のガス化を抑制できる。
【００１５】
上記分流導体は銅で構成されていることが好ましい。銅の電気抵抗値は、種々の金属・合金の中でも低いため、分流導体として好適である。異常時電流の発生時、超電導導体層とフォーマと分流導体に異常時電流は分流するが、フォーマに流れる電流を小さくし、分流導体に流れる電流を大きくすることが望まれる。そのためには常電導導体である分流導体の抵抗値を小さくすることが有効であり、当該抵抗値を小さくするためには銅が好ましい。分流導体に流れる電流を大きくすると、その分だけフォーマの断面積を小さくすることができ、その結果として超電導ケーブルの寸法を小さくすることもできる。
【００１６】
本発明常温絶縁型超電導ケーブルの一形態として、パイプ状構造物に対するコーティング層の表面の静止摩擦係数は、０．３以下であることが好ましい。
【００１７】
コーティング層の表面の静止摩擦係数は、常温被覆部への低温導電部の挿入し易さ、常温被覆部からの低温導電部の引抜き易さに関係する。コーティング層の静止摩擦係数は小さいほど、常温被覆部に対する低温導電部の挿抜が容易になるし、常温被覆部と低温導電部とが接触した際に両者が強く擦れあって損傷することを防止することもできる。静止摩擦係数は、０．２以下とすることがより好ましく、０．１以下とすることが最も好ましい。なお、静止摩擦係数は、ＪＩＳ Ｋ７１２５に準拠する静止摩擦係数測定により求めることができる。
【００１８】
本発明常温絶縁型超電導ケーブルの一形態として、コーティング層の縦断面の外周輪郭線を、コーティング層の表面におけるパイプ状構造物との接触面積が小さくなるように凹凸形状に形成することが挙げられる。
【００１９】
常温被覆部に対する低温導電部の挿抜のし易さは、コーティング層をどのような材質で構成するかだけでなく、コーティング層の表面形状によっても変化する。上記構成のように、コーティング層の縦断面の外周輪郭線を凹凸形状に形成すると、コーティング層の表面におけるパイプ状構造物との接触面積が小さくなり、常温被覆部に対する低温導電部の挿抜がし易くなる。例えば、当該外周輪郭線を正弦波状としたり、のこぎり波状としたりすることが挙げられる。特に、後者の構成の場合、低温導電部の長手方向の一方に常温被覆部に対する低温導電部の挿抜が行い易くなる。反対に、低温導電部の長手方向の他方には、常温被覆部に対して低温導電部が移動し難くなるので、布設された常温絶縁型超電導ケーブルにおいて、常温被覆部内の低温導電部の移動を抑制できる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明常温絶縁型超電導ケーブルの製造方法によれば、歩留り良く常温絶縁型超電導ケーブルを作製することができる。また、本発明常温絶縁型超電導ケーブルによれば、当該超電導ケーブルの運転に伴い超電導ケーブルの低温導電部が損傷しても、その損傷した低温導電部のみを交換するだけで、超電導ケーブルの運転を再開できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】（Ａ）は、実施形態１に記載される常温絶縁型超電導ケーブルの概略横断面図、（Ｂ）はその組立前の状態を示す横断面図である。
【図２】常温絶縁型超電導ケーブルに用いるコーティング付き断熱管の縦断面図である。
【図３】常温絶縁型超電導ケーブルに用いるコーティング付き断熱管の縦断面図であって、図２とは異なる表面形状を有するコーティング層を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面に基づいて、本発明常温絶縁型超電導ケーブルの実施形態を説明する。図において同一符号は、同一名称物を示す。
【００２３】
＜実施形態１＞
≪全体構成≫
図１（Ａ）に示す常温絶縁型超電導ケーブル１００は、個別に作製された低温導電部１と、その低温導電部１を内部に収納するパイプ状の常温被覆部２と、を組み合わせることで形成されていることを特徴とする。そして、この常温絶縁型超電導ケーブル１００では、常温被覆部２に対する低温導電部１の挿抜を容易にするために、低温導電部１の最外周にコーティング層１６が設けられ、常温被覆部２の最内周にパイプ状構造物２１が設けられている。以下、各構成を順次詳細に説明する。
【００２４】
≪低温導電部≫
低温導電部１は、断熱管１３の内部に、導体部１０が収納されてなる長尺体である。
【００２５】
［導体部］
導体部１０は、代表的には、中心から順にフォーマ１１、超電導導体層１２、保護層（図示せず）を備える。フォーマ１１は、超電導導体層１２の支持体に利用される部材であり、例えば、図１に示すようなパイプ状の中空体をフォーマ１１として利用できる。中空体のフォーマ１１は、その内部を冷媒１３１の流路として利用することができる。フォーマ１１の形状としては、中空体の他、中実体を利用することもできる。一方、フォーマ１１の材質も特に限定されない。単に超電導導体層１２の支持体としてフォーマ１１を利用するのであれば、フォーマ１１は樹脂などの非導電性材料から構成しても良いし、フォーマ１１に異常時電流（短絡電流）の分流路としての機能も持たせるのであれば、銅やアルミニウムなどの常電導の金属材料から構成しても良い。但し、フォーマ１１を非導電性材料から構成するのであれば、後述する常温被覆部２において分流導体２２を形成することが好ましい。以上の点を考慮してフォーマ１１の具体的な構成を例示すると、中空体のフォーマ１１としては例えば、金属材料からなるパイプを挙げることができるし、中実体のフォーマ１１としては例えば、エナメルなどの絶縁被覆を備える複数の金属線を撚り合わせたものを挙げることができる。
【００２６】
次に、超電導導体層１２としては、例えば、酸化物超電導体を備えるテープ状線材が好適に利用できる。テープ状線材は、例えば、Ｂｉ２２２３系超電導テープ線（Ａｇ−ＭｎやＡｇなどの安定化金属中に酸化物超電導体からなるフィラメントが配されたシース線）、ＲＥ１２３系薄膜線材（ＲＥ：希土類元素、例えばＹ、Ｈｏ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄなど。金属基板に酸化物超電導相が成膜された積層線材）が挙げられる。超電導導体層１２は、上記テープ状線材を螺旋状に巻回して形成した単層構造又は多層構造が挙げられる。
【００２７】
図示しない保護層は、上記超電導導体層１２を保護し、断熱管１３との絶縁を確保するためのものであり、クラフト紙などを巻回することで形成できる。
【００２８】
［断熱管］
上記導体部１０を収納する断熱管１３は、導体部１０を内部に収納する内管１４と、内管１４を内部に収納する外管１５と、を備える。内管１４は、その内部に、超電導導体層１２を超電導状態に維持するための冷媒１３１（代表的には、液体窒素や液体ヘリウム、ヘリウムガスなど）が充填され、冷媒流路として機能する。この内管１４と、内管１４の外周に設けられる外管１５とで断熱管１３を構成することで、外部からの侵入熱などにより冷媒１３１の温度が上昇することを抑制する。内管１４と外管１５との間は真空引きされ、それによって真空断熱層が形成されている。その他、内管１４と外管１５との間にスーパーインシュレーションといった断熱材や、内管１４と外管１４とを離隔させるスペーサを配置すると、断熱管１３の断熱性を高められる。なお、本実施形態では、断熱管として二重管構造の断熱管を利用しているが、三重管以上の断熱管を利用しても良い。
【００２９】
内管１４及び外管１５の構成材料は、ステンレス鋼、アルミニウムやその合金などの金属が挙げられる。上記金属は、耐食性に優れることから、種々の流体の保持や輸送を行う断熱管１３の構成材料に適する。両管１４，１５の材質を異ならせてもよい。また、両管１４，１５はいずれも、その全長に亘ってコルゲート加工が施されたコルゲート管としたり、アルミニウムやその合金などの比較的柔らかく可撓性を有する材質からなるストレート管としたりすることで屈曲可能となる。このように可撓性を有する断熱管１３を採用することで、搬送時や布設時に超電導ケーブル１００を曲げ易くすることができる。さらに、コルゲート管で断熱管１３を形成することで、断熱管１３が冷媒１３１に冷却されて熱収縮する際に変形することで熱応力を緩和できる。
【００３０】
［コーティング層］
本実施形態の断熱管１３はさらに、外管１５の外周に形成されるコーティング層１６を備える。コーティング層１６は、後述する常温絶縁型超電導ケーブル１００の製造方法に示すように、常温被覆部２の内部に後から低温導電部１を挿入する際、上記断熱管１３の損傷を防止する機能を有する。また、コーティング層１６は、常温被覆部２の内部に低温導電部１を挿入し易く、かつ常温被覆部２に収納された低温導電部１を引抜き易くする機能も担う。これらの機能を両立させるためにコーティング層１６に要求される特性としては、コーティング層１６と擦れ合うパイプ状構造物２１に対するコーティング層１６の表面の静止摩擦係数が０．３以下、好ましくは０．２以下、最も好ましくは０．１以下であることである。コーティング層１６の表面の静止摩擦係数が小さければ、常温被覆部２に低温導電部１を挿抜し易いし、その挿抜の際に、常温被覆部２の内周面（後述するパイプ状構造物２１の内周面）に低温導電部１の外周面が強く擦れることを防止できる。
【００３１】
ここで、コーティング層１６の表面の静止摩擦係数は、以下のようにして求めることができる。まず、コーティング層１６の構成材料で平板状の試験片を作製すると共に、パイプ状構造物２１の構成材料でも平板状の試験片を作製する。そして、これら試験片を用いて、ＪＩＳ Ｋ７１２５に準拠する静止摩擦係数測定を行う。
【００３２】
コーティング層１６の表面の静止摩擦係数を決定する要因は、コーティング層１６を構成する材質である。コーティング層１６の構成材料としては、例えば、エポキシや、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンなどの樹脂材料を挙げることができる。これら樹脂材料は、適度な弾性を有しており、コーティング層１６自身が損傷することも低減できるし、コーティング層１６に擦れ合うパイプ状構造物２１（後述する）が損傷することも低減できる。また、これらの樹脂材料によれば、断熱管１３の外周に押出しなどで容易に形成することができる。なお、テープ状の樹脂材料を断熱管１３の外周に巻回することでコーティング層１６を形成しても良い。
【００３３】
上記コーティング層１６の材質の他、常温被覆部２に対する低温導電部１の挿抜のし易さを決定する要因として、コーティング層１６の形状を挙げることができる。具体的には、コーティング層１６と、常温被覆部２の内周面（後述するパイプ状構造物２１の内周面）との接触面積が小さければ、常温被覆部２に対する低温導電部１の挿抜を行い易くなる。そのため、コーティング層１６の表面に凹凸形状を形成することが好ましい。具体的なコーティング層１６の表面形状の例について、常温絶縁型超電導ケーブルの縦断面図である図２、図３に基づいて説明する。なお、これら図２，３では、外管１５とコーティング層１６のみを図示する。
【００３４】
まず、図２に示すコーティング層１６は、コルゲート状の外管１５の外周面形状に沿って形成されている。この図２に示すコーティング層１６の外周輪郭線は正弦波状となっており、外管１５の凹凸の谷部分においてコーティング層１６の厚さが大きくなっている。このような形状は、断熱管１３の外周に樹脂材料を押出したり、溶融樹脂材料を断熱管１３の外周に吹き付けるなどして形成することができる。押出により、外管１５の長手方向におけるコーティング層１６の厚さを変化させるには、押出の過程で樹脂材料の供給量を随時変化させれば良い。また、図２とは異なり、コーティング層は、外管の山部分に厚く、谷部分に薄く形成されていても良い。山部分を厚くすることで、常温被覆部の内周面と実際に擦れ合う部分を効果的に保護することができる。この観点からすれば、外管の山部分にのみコーティング層が形成されていても良い。その他、外管の形状に沿ったほぼ均一な厚みのコーティング層であっても良い。
【００３５】
一方、図３に例示するコーティング層１６の外周輪郭線は、のこぎり波状に形成されている。のこぎり波形状には、山部分の頂点を挟む２辺がほぼ等しい略二等辺三角形状のものや、同頂点を挟む一方の辺が他方の辺よりも長い略三角形状のものを挙げることができる。のこぎり波状の外周輪郭線を有するコーティング層１６によれば、図２の構成に比べて、のこぎり波の長辺が配列されている方向（図面上、右方向）に限って、常温被覆部２に対する低温導電部１の移動抵抗を低減させることができる。反対に、のこぎり波の短辺が配列される方向（紙面左方向）には、常温被覆部２に対して低温導電部１が移動し難くなるので、布設された常温絶縁型超電導ケーブル１００において、常温被覆部２内の低温導電部１の移動を抑制できる。
【００３６】
なお、上記コーティング層１６は、材質の異なる複数の層から構成されていても良い。その場合、例えば、断熱管１３の直上に形成される層では、断熱管１３との密着性や強度などを優先させて材質を選定すれば良い。一方、最外周に形成される層では、静止摩擦係数が小さい材質を用いると良い。
【００３７】
≪常温被覆部≫
常温被覆部２は、パイプ状構造物２１と、その外周に形成される常温側電気絶縁層２３と、を備える。ここで、常温被覆部２はさらに、パイプ状構造物２１と常温側電気絶縁層２３との間に、異常時電流の分流路となる分流導体２２を備えることが好ましい。この実施形態では、分流導体２２を備える常温被覆部２を説明する。
【００３８】
［パイプ状構造物］
パイプ状構造物２１は、その外周面に形成される分流導体２２や常温側電気絶縁層２３を保形すると共に、保護する部材である。このパイプ状構造物２１における最も重要な特性は強度である。また、超電導ケーブル１００に所定の可撓性を持たせるために、パイプ状構造物２１も所定の可撓性を有することが求められる。これらの点を考慮して、パイプ状構造物２１としては、アルミニウムのストレートパイプや、ＳＵＳのコルゲートパイプなどを利用することができる。その他、パイプ状構造物２１は、樹脂などの非導電材料でできていても良い。なお、このパイプ状構造物２１が導電材料であれば、それ自身も分流導体２２の機能の一部を分担できる。
【００３９】
ここで、上記コーティング層１６の表面が凹凸形状を有している場合、パイプ状構造物２１をコルゲートパイプとすると、コーティング層１６の凹凸と、パイプ状構造物２１の内周面の凹凸が引っ掛かる恐れがある。そこで、コーティング層１６とパイプ状構造物２１のいずれかを凹凸の無い形状とすることが好ましい。特に、コーティング層１６に凹凸を設け、パイプ状構造物２１をストレートパイプとする組み合わせが好ましい。後述するように、パイプ状構造物２１の外周側に分流導体２２や常温側電気絶縁層２３を形成する際、凹凸を有するパイプ状構造物２１では隙間が形成され易く、隙間が形成されるとその隙間が電気的弱点となる恐れがあるからである。
【００４０】
［分流導体］
分流導体２２は、異常時電流（短絡電流）が生じたときに、その異常時電流を分担する常電導導体である。この分流導体２２は、超電導ケーブル線路の長手方向のどこか（代表的には、超電導ケーブル１００の中間接続部や終端接続部など）で超電導導体層１２、およびフォーマ１１に接続されることで、異常時電流を超電導導体層１２の金属成分、およびフォーマ１１と分担できるようになっている。
【００４１】
分流導体２２は、異常時電流を分担する役割を担う観点から、パイプ状構造物２１よりも高導電性の金属材料、つまり電気抵抗値が低い銅やアルミニウム、銀などの金属材料から構成される。特に、銅は、銀に次ぐ高い導電率を有し、銀よりも格段に安価である点で、分流導体２２として好適である。
【００４２】
上記分流導体２２は、銅撚り線で構成されるセグメント導体など既存常電導ケーブルの導体に準じた部材をパイプ状構造物２１上に巻回することで形成することができる。
【００４３】
上記分流導体２２の形成厚さは、超電導ケーブル線路の運転上、どの程度の異常時電流が発生し得るか、その発生した異常時電流を分流導体２２にどの程度負担させるかによって適宜選択すれば良い。例えば、上述した低温導電部１のフォーマ１１を非導電性材料で構成する場合、異常時電流の大部分を分流導体２２に流せるように分流導体２２の厚さを決定し、分流導体２２と超電導導体層１２の金属成分とで異常時電流を分担させることで、超電導導体層１２を保護する。また、当該フォーマ１１を導電性材料とし、異常時電流を分流導体２２と超電導導体層１２の金属成分に分担させるだけでなく、フォーマ１１にも分担させる構成であれば、分流導体２２に分担させる異常時電流を流せるように分流導体２２の厚さを決定すれば良い。
【００４４】
［常温側電気絶縁層］
常温側電気絶縁層２３は、超電導ケーブル１００を外部環境から電気的に絶縁する層である。この常温側電気絶縁層２３には、常電導ケーブルで実績がある電気絶縁強度に優れる材料、代表的にはＣＶケーブルに利用される架橋ポリエチレン（ＸＬＰＥ）などを利用できる。架橋ポリエチレンなどの絶縁性樹脂であれば、パイプ状構造物２１に分流導体２２を形成した筒状部材の外周に絶縁性樹脂を押し出すだけで常温側電気絶縁層２３を容易に形成できる。その他、常温側電気絶縁層２３には、ＯＦケーブルにおける絶縁層と同様の構成を採用することができる。例えば、分流導体２２の外周にテープ状のクラフト紙や半合成紙を多層に巻回し、その絶縁層に合成油などの絶縁油を含浸させることで常温側電気絶縁層２３を形成することができる。
【００４５】
［その他の構成］
常温側電気絶縁層２３の外周には、代表的には、銅やアルミニウムなどの常電導材料から構成された外側導体層（図示せず）が設けられる。外側導体層は、代表的には電磁シールドに利用される。常温絶縁型超電導ケーブル１００では、上述のように外部導体層にも常電導材料を利用できるため、超電導ケーブルの製造性に優れる。また、外側導体層の外周には、外側導体層を保護する防食層（図示せず）が設けられている。
【００４６】
≪常温絶縁型超電導ケーブルの効果≫
実施形態の常温絶縁型超電導ケーブル１００の構成であれば、超電導ケーブル１００の運転にあたり低温導電部１が損傷したとき、その損傷した低温導電部１を交換するだけで、超電導ケーブル１００の運転を再開することができる。また、この交換に際し、低温導電部１に形成されるコーティング層１６と、常温被覆部２のパイプ状構造物２１とが存在することにより、常温被覆部２の常温電気絶縁層２３や低温導電部１の断熱管１３など、常温絶縁型超電導ケーブル１００の運転に必須の構成が損傷することがない。
【００４７】
また、本実施形態の常温絶縁型超電導ケーブル１００では、常温被覆部２に分流導体２２が形成されていることにより、異常時電流が発生したときに、その異常時電流を分流導体２２に分担させることができる。そのため、超電導導体層１２がクエンチして超電導導体層１２が劣化することを回避できる。さらに、常温被覆部２に分流導体２２が設けられていることで、分流導体２２で生じるジュール熱により低温導電部１の冷媒１３１が熱せられることがない。そのため、冷媒１３１が熱せられてガス化することを抑制できるし、冷媒１３１を運用可能な温度まで冷却するための時間を短くすることもできるので、異常時電流の発生から短時間で超電導ケーブル線路を通常運転に復帰させることができる。
【００４８】
≪常温絶縁型超電導ケーブルの製造方法≫
以上説明した超電導ケーブル１００は、図１（Ｂ）に示すように、次の工程Ａ〜Ｃにより作製することができる。なお、工程Ａと工程Ｂの順序は入れ替え可能である。
【００４９】
［工程Ａ］
工程Ａでは、低温導電部１を作製する。低温導電部１は、導体部１０を作製し、その導体部１０の外周に、順次内管１４、外管１５、コーティング層１６を形成することで作製することができる。その他、導体部１０と断熱管１３とを別個に作製し、断熱管１３の内管１４内に導体部１０を挿入することで、低温導電部１を作製しても良い。
【００５０】
［工程Ｂ］
工程Ｂでは、上記低温導電部１とは別に、常温被覆部２を作製する。まずパイプ状構造物２１を用意し、その外周に、例えば銅撚り線で構成されるセグメント導体を巻回して分流導体２２を形成する。次いで、分流導体２２の外周に、例えば押出などにより絶縁性樹脂を被覆し、常温側電気絶縁層２３を形成する。常温側電気絶縁層２３は、クラフト紙やＰＰＬＰ（住友電気工業の登録商標）を巻回することで形成しても良い。
【００５１】
ここで、低温導電部１の長さと、常温被覆部２の長さとは、同じである必要はない。例えば、低温導電部１を常温被覆部２よりも長くしてもかまわない。その場合、低温導電部１の両端部が常温被覆部２から露出するので、複数の超電導ケーブル１００を接続して超電導ケーブル線路を構築する際、隣接する低温導電部１同士の接続を容易に行える。
【００５２】
［工程Ｃ］
工程Ａで作製した低温導電部１を、工程Ｂで作製した常温被覆部２の内部に挿入する。低温導電部１を常温被覆部２に挿入する際は、低温導電部１のフォーマ１１や断熱管１３の部分を引っ張って、常温被覆部２の内部に低温導電部１を引込むようにすると良い。ここで、工程Ａにおいて低温導電部１にテンションメンバを設けておき、常温被覆部２の内部に低温導電部１を引込む際の引込み張力をテンションメンバに分担させても良い。このテンションメンバにより、低温導電部１の損傷を防止できる。
【００５３】
以上説明した常温絶縁型超電導ケーブル１００の製造方法によれば、歩留り良く本発明常温絶縁型超電導ケーブル１００を作製することができる。それは、工程Ｃで常温絶縁型超電導ケーブル１００を完成させる前に、低温導電部１と常温被覆部２とをそれぞれ検品することができ、不具合のない低温導電部１と常温被覆部２とで常温絶縁型超電導ケーブル１００を完成させることができるからである。
【００５４】
また、低温導電部１に形成されるコーティング層１６と、常温被覆部２のパイプ状構造物２１とが存在することにより、常温被覆部２の内部に低温導電部１を挿入する際、常温被覆部２の常温電気絶縁層２３や低温導電部１の断熱管１３など、常温絶縁型超電導ケーブル１００の運転に必須の構成が損傷することがない。特に、コーティング層１６の静止摩擦係数を小さくすることで、常温被覆部２の内部に低温導電部１を挿抜し易く、かつその際、常温被覆部２の内周面に低温導電部１の外周面が強く擦れて、互いに損傷することを効果的に防止できる。
【００５５】
＜変形実施形態＞
上述した実施形態では、コルゲート状の断熱管１３の外周に形成されるコーティング層１６を波付き形状としたが、コルゲート状の断熱管１３の谷部分を埋めるようにコーティング層１６を形成し、コーティング層１６の外周面が平滑な円筒面になるようにしても良い。つまり、断熱管１３の外周面を完全にコーティング層１６で覆ってしまい、このコーティング層１６を被覆したコルゲート状の断熱管１３が、見た目上ストレートパイプとなるようにする。このようにコーティング層１６を形成することで、コルゲート状の断熱管１３の引込み時に断熱管１３が長手方向に変形すること（伸びること）を抑制できるという利点がある。
【００５６】
なお、本発明の実施形態は、上述した実施形態に限定されるわけではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更することが可能である。例えば、実施形態では説明を省略したが、常温側電気絶縁層２３の内周部と外周部の各々に内部半導電層と外部半導電層を形成するのが一般的である。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明常温絶縁型超電導ケーブルは、大電流送電網の形成に好適に利用することができる。また、本発明常温絶縁型超電導ケーブルの製造方法は、本発明常温絶縁型超電導ケーブルの製造に好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００５８】
１００ 常温絶縁型超電導ケーブル
１ 低温導電部
１０ 導体部 １１ フォーマ １２ 超電導導体層
１３ 断熱管 １４ 内管 １５ 外管 １３１ 冷媒
１６ コーティング層
２ 常温被覆部
２１ パイプ状構造物
２２ 分流導体
２３ 常温側電気絶縁層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導体部を断熱管内に収納してなる低温導電部と、その低温導電部の外周を取り囲む常温側電気絶縁層を有する常温被覆部と、を備える常温絶縁型超電導ケーブル、およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
超電導ケーブルでは、一般にフォーマの外周上に超電導導体層を有する導体部を二重の金属管で構成される断熱管内に収納してなる構成を備える。このような超電導ケーブルにおいて、超電導ケーブルを外部から電気的に絶縁する構成には以下の二つが挙げられる。一つ目の構成は、超電導導体層の上に電気絶縁層を備えた導体部が上記断熱管に収納され、導体部に備わる当該電気絶縁層も冷媒により冷却される低温絶縁型の構成である。二つ目の構成は、フォーマと超電導導体層を備える低温導電部が上記断熱管に収納され、かつその断熱管の上に電気絶縁層が形成されており、当該電気絶縁層が冷媒により冷却されない常温絶縁型の構成である（例えば、非特許文献１を参照）。特に、後者の常温絶縁型超電導ケーブルは、既存の常電導ケーブルの絶縁材料および構造が適用できるという利点がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】『Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ３５ｋＶ／１２１ＭＶＡ Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ Ｃａｂｌｅ Ｓｙｓｔｅｍ Ｉｎｓｔａｌｌｅｄ ａｔ Ｐｕｊｉ Ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ ｉｎ Ｓｏｕｔｈｅｒｎ Ｃｈｉｎａ Ｐｏｗｅｒ Ｇｒｉｄ』 Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ １巻１号８−１３ページ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上述した常温絶縁型超電導ケーブルは、生産性の点で改善の余地がある。
【０００５】
上記常温絶縁型超電導ケーブルは、その中心側から順次作製していくことが一般的である。その場合、常温絶縁型超電導ケーブルが出来上がった段階で低温導電部と常温被覆部のいずれかに不具合があれば、超電導ケーブル全体を作り直さなければならない。しかも、低温導電部の外周に常温被覆部を形成する過程で、常温被覆部の電気絶縁層や、低温導電部の断熱管に損傷を与えてしまう可能性もあり、その場合もやはり超電導ケーブル全体を作りなおさなければならない。このように、常温絶縁型超電導ケーブルの生産性が芳しくない。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、従来よりも生産性に優れる常温絶縁型超電導ケーブルと、その製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明常温絶縁型超電導ケーブルの製造方法は、以下の工程を備えることを特徴とする。
（工程Ａ）フォーマの外周に超電導導体層を形成してなる導体部と、その導体部を内部に収納して、導体部を極低温に維持する断熱管と、その断熱管の外周に形成されるコーティング層と、を有する低温導電部を作製する。
（工程Ｂ）低温導電部の外径よりも大きな内径を有するパイプ状構造物と、そのパイプ状構造物の外周に形成される常温側電気絶縁層と、を有する常温被覆部を作製する。
（工程Ｃ）工程Ａで作製した低温導電部を、工程Ｂで作製した常温被覆部の内部に挿入する。
【０００８】
本発明常温絶縁型超電導ケーブルの製造方法のように、低温導電部と常温被覆部とを個別に作製し、その後、常温被覆部の内部に低温導電部を挿入して超電導ケーブルを作製すれば、超電導ケーブルの歩留りを向上させることができる。それは、低温導電部と常温被覆部とをそれぞれ検品し、不具合のない低温導電部と常温被覆部とを組み合わせて超電導ケーブルを作製できるからである。これに対して、上記本発明の製造方法と異なり、超電導ケーブルの中心側から順次超電導ケーブルを作製していく場合、超電導ケーブルが出来上がった段階で低温導電部と常温被覆部のいずれかに不具合があれば、超電導ケーブル全体を作り直さなければならないし、低温導電部の外周に常温被覆部を形成する過程で、常温被覆部の常温側電気絶縁層や、低温導電部の断熱管に損傷を与えてしまう可能性もある。
【０００９】
また、本発明常温絶縁型超電導ケーブルの製造方法では、筒状の常温被覆部の最内周にパイプ状構造物が形成されていると共に、この常温被覆部に挿入する低温導電部の最外周にコーティング層が形成されている。そのため、常温被覆部の内部に低温導電部を挿入する際、常温絶縁型超電導ケーブルの運転に必須の構成が損傷することを効果的に防止することができる。この必須の構成とは、常温被覆部においては常温側電気絶縁層であり、低温導電部においては超電導導体を極低温に維持する断熱管である。
【００１０】
また、本発明常温絶縁型超電導ケーブルは、フォーマの外周に超電導導体層を形成してなる導体部、およびその導体部を内部に収納して、導体部を極低温に維持する断熱管を有する低温導電部と、断熱管の外周を取り囲む常温側電気絶縁層を有する常温被覆部と、を備える。この本発明常温絶縁型超電導ケーブルにおいて、常温被覆部は、常温側電気絶縁層を内周側から支持するパイプ状構造物を有し、低温導電部は、断熱管の外周に形成されるコーティング層を有することを特徴とする。
【００１１】
上記本発明常温絶縁型超電導ケーブルによれば、低温導電部と常温被覆部とを個別に扱うことができる。その結果、布設後の常温絶縁型超電導ケーブルの使用に伴い、当該ケーブルの低温導電部が損傷した場合、低温導電部のみを交換することができる。特に、低温導電部の最外周にコーティング層が形成されていることから、低温導電部を交換する際、常温被覆部から低温導電部を引抜き易い。また、常温被覆部にパイプ状構造物を設けると共に、低温導電部にコーティング層を設けることで、常温被覆部の内部に低温導電部を挿入するときも、常温被覆部の内部から低温導電部を引抜くときも、常温被覆部の常温側電気絶縁層や、低温導電部の断熱管などの、常温絶縁型超電導ケーブルの運転に必須の構成が損傷することを効果的に防止することができる。
【００１２】
以下、本発明常温絶縁型超電導ケーブルの好ましい形態について詳細に説明する。
【００１３】
本発明常温絶縁型超電導ケーブルの一形態として、常温被覆部は、常温側電気絶縁層の内側で、かつ断熱管の外側に配置され、短絡電流に代表される過大な異常時電流を分担する常電導の分流導体を備えることが好ましい。
【００１４】
常温被覆部に異常時電流を分担する分流導体を備えることにより、異常時電流が発生した際、低温導電部に流れる異常時電流量を低減することができる。その結果、低温導電部における冷媒温度の上昇を抑制できるし、過大な電流による超電導導体層の劣化を抑制できる。特に、冷媒温度の上昇を抑制することで、超電導送電に適した温度に冷媒温度を復旧させることが容易になるし、冷媒を液体冷媒としたときの冷媒温度の上昇による液体冷媒のガス化を抑制できる。
【００１５】
上記分流導体は銅で構成されていることが好ましい。銅の電気抵抗値は、種々の金属・合金の中でも低いため、分流導体として好適である。異常時電流の発生時、超電導導体層とフォーマと分流導体に異常時電流は分流するが、フォーマに流れる電流を小さくし、分流導体に流れる電流を大きくすることが望まれる。そのためには常電導導体である分流導体の抵抗値を小さくすることが有効であり、当該抵抗値を小さくするためには銅が好ましい。分流導体に流れる電流を大きくすると、その分だけフォーマの断面積を小さくすることができ、その結果として超電導ケーブルの寸法を小さくすることもできる。
【００１６】
本発明常温絶縁型超電導ケーブルの一形態として、パイプ状構造物に対するコーティング層の表面の静止摩擦係数は、０．３以下であることが好ましい。
【００１７】
コーティング層の表面の静止摩擦係数は、常温被覆部への低温導電部の挿入し易さ、常温被覆部からの低温導電部の引抜き易さに関係する。コーティング層の静止摩擦係数は小さいほど、常温被覆部に対する低温導電部の挿抜が容易になるし、常温被覆部と低温導電部とが接触した際に両者が強く擦れあって損傷することを防止することもできる。静止摩擦係数は、０．２以下とすることがより好ましく、０．１以下とすることが最も好ましい。なお、静止摩擦係数は、ＪＩＳ Ｋ７１２５に準拠する静止摩擦係数測定により求めることができる。
【００１８】
本発明常温絶縁型超電導ケーブルの一形態として、コーティング層の縦断面の外周輪郭線を、コーティング層の表面におけるパイプ状構造物との接触面積が小さくなるように凹凸形状に形成することが挙げられる。
【００１９】
常温被覆部に対する低温導電部の挿抜のし易さは、コーティング層をどのような材質で構成するかだけでなく、コーティング層の表面形状によっても変化する。上記構成のように、コーティング層の縦断面の外周輪郭線を凹凸形状に形成すると、コーティング層の表面におけるパイプ状構造物との接触面積が小さくなり、常温被覆部に対する低温導電部の挿抜がし易くなる。例えば、当該外周輪郭線を正弦波状としたり、のこぎり波状としたりすることが挙げられる。特に、後者の構成の場合、低温導電部の長手方向の一方に常温被覆部に対する低温導電部の挿抜が行い易くなる。反対に、低温導電部の長手方向の他方には、常温被覆部に対して低温導電部が移動し難くなるので、布設された常温絶縁型超電導ケーブルにおいて、常温被覆部内の低温導電部の移動を抑制できる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明常温絶縁型超電導ケーブルの製造方法によれば、歩留り良く常温絶縁型超電導ケーブルを作製することができる。また、本発明常温絶縁型超電導ケーブルによれば、当該超電導ケーブルの運転に伴い超電導ケーブルの低温導電部が損傷しても、その損傷した低温導電部のみを交換するだけで、超電導ケーブルの運転を再開できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】（Ａ）は、実施形態１に記載される常温絶縁型超電導ケーブルの概略横断面図、（Ｂ）はその組立前の状態を示す横断面図である。
【図２】常温絶縁型超電導ケーブルに用いるコーティング付き断熱管の縦断面図である。
【図３】常温絶縁型超電導ケーブルに用いるコーティング付き断熱管の縦断面図であって、図２とは異なる表面形状を有するコーティング層を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面に基づいて、本発明常温絶縁型超電導ケーブルの実施形態を説明する。図において同一符号は、同一名称物を示す。
【００２３】
＜実施形態１＞
≪全体構成≫
図１（Ａ）に示す常温絶縁型超電導ケーブル１００は、個別に作製された低温導電部１と、その低温導電部１を内部に収納するパイプ状の常温被覆部２と、を組み合わせることで形成されていることを特徴とする。そして、この常温絶縁型超電導ケーブル１００では、常温被覆部２に対する低温導電部１の挿抜を容易にするために、低温導電部１の最外周にコーティング層１６が設けられ、常温被覆部２の最内周にパイプ状構造物２１が設けられている。以下、各構成を順次詳細に説明する。
【００２４】
≪低温導電部≫
低温導電部１は、断熱管１３の内部に、導体部１０が収納されてなる長尺体である。
【００２５】
［導体部］
導体部１０は、代表的には、中心から順にフォーマ１１、超電導導体層１２、保護層（図示せず）を備える。フォーマ１１は、超電導導体層１２の支持体に利用される部材であり、例えば、図１に示すようなパイプ状の中空体をフォーマ１１として利用できる。中空体のフォーマ１１は、その内部を冷媒１３１の流路として利用することができる。フォーマ１１の形状としては、中空体の他、中実体を利用することもできる。一方、フォーマ１１の材質も特に限定されない。単に超電導導体層１２の支持体としてフォーマ１１を利用するのであれば、フォーマ１１は樹脂などの非導電性材料から構成しても良いし、フォーマ１１に異常時電流（短絡電流）の分流路としての機能も持たせるのであれば、銅やアルミニウムなどの常電導の金属材料から構成しても良い。但し、フォーマ１１を非導電性材料から構成するのであれば、後述する常温被覆部２において分流導体２２を形成することが好ましい。以上の点を考慮してフォーマ１１の具体的な構成を例示すると、中空体のフォーマ１１としては例えば、金属材料からなるパイプを挙げることができるし、中実体のフォーマ１１としては例えば、エナメルなどの絶縁被覆を備える複数の金属線を撚り合わせたものを挙げることができる。
【００２６】
次に、超電導導体層１２としては、例えば、酸化物超電導体を備えるテープ状線材が好適に利用できる。テープ状線材は、例えば、Ｂｉ２２２３系超電導テープ線（Ａｇ−ＭｎやＡｇなどの安定化金属中に酸化物超電導体からなるフィラメントが配されたシース線）、ＲＥ１２３系薄膜線材（ＲＥ：希土類元素、例えばＹ、Ｈｏ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄなど。金属基板に酸化物超電導相が成膜された積層線材）が挙げられる。超電導導体層１２は、上記テープ状線材を螺旋状に巻回して形成した単層構造又は多層構造が挙げられる。
【００２７】
図示しない保護層は、上記超電導導体層１２を保護し、断熱管１３との絶縁を確保するためのものであり、クラフト紙などを巻回することで形成できる。
【００２８】
［断熱管］
上記導体部１０を収納する断熱管１３は、導体部１０を内部に収納する内管１４と、内管１４を内部に収納する外管１５と、を備える。内管１４は、その内部に、超電導導体層１２を超電導状態に維持するための冷媒１３１（代表的には、液体窒素や液体ヘリウム、ヘリウムガスなど）が充填され、冷媒流路として機能する。この内管１４と、内管１４の外周に設けられる外管１５とで断熱管１３を構成することで、外部からの侵入熱などにより冷媒１３１の温度が上昇することを抑制する。内管１４と外管１５との間は真空引きされ、それによって真空断熱層が形成されている。その他、内管１４と外管１５との間にスーパーインシュレーションといった断熱材や、内管１４と外管１４とを離隔させるスペーサを配置すると、断熱管１３の断熱性を高められる。なお、本実施形態では、断熱管として二重管構造の断熱管を利用しているが、三重管以上の断熱管を利用しても良い。
【００２９】
内管１４及び外管１５の構成材料は、ステンレス鋼、アルミニウムやその合金などの金属が挙げられる。上記金属は、耐食性に優れることから、種々の流体の保持や輸送を行う断熱管１３の構成材料に適する。両管１４，１５の材質を異ならせてもよい。また、両管１４，１５はいずれも、その全長に亘ってコルゲート加工が施されたコルゲート管としたり、アルミニウムやその合金などの比較的柔らかく可撓性を有する材質からなるストレート管としたりすることで屈曲可能となる。このように可撓性を有する断熱管１３を採用することで、搬送時や布設時に超電導ケーブル１００を曲げ易くすることができる。さらに、コルゲート管で断熱管１３を形成することで、断熱管１３が冷媒１３１に冷却されて熱収縮する際に変形することで熱応力を緩和できる。
【００３０】
［コーティング層］
本実施形態の断熱管１３はさらに、外管１５の外周に形成されるコーティング層１６を備える。コーティング層１６は、後述する常温絶縁型超電導ケーブル１００の製造方法に示すように、常温被覆部２の内部に後から低温導電部１を挿入する際、上記断熱管１３の損傷を防止する機能を有する。また、コーティング層１６は、常温被覆部２の内部に低温導電部１を挿入し易く、かつ常温被覆部２に収納された低温導電部１を引抜き易くする機能も担う。これらの機能を両立させるためにコーティング層１６に要求される特性としては、コーティング層１６と擦れ合うパイプ状構造物２１に対するコーティング層１６の表面の静止摩擦係数が０．３以下、好ましくは０．２以下、最も好ましくは０．１以下であることである。コーティング層１６の表面の静止摩擦係数が小さければ、常温被覆部２に低温導電部１を挿抜し易いし、その挿抜の際に、常温被覆部２の内周面（後述するパイプ状構造物２１の内周面）に低温導電部１の外周面が強く擦れることを防止できる。
【００３１】
ここで、コーティング層１６の表面の静止摩擦係数は、以下のようにして求めることができる。まず、コーティング層１６の構成材料で平板状の試験片を作製すると共に、パイプ状構造物２１の構成材料でも平板状の試験片を作製する。そして、これら試験片を用いて、ＪＩＳ Ｋ７１２５に準拠する静止摩擦係数測定を行う。
【００３２】
コーティング層１６の表面の静止摩擦係数を決定する要因は、コーティング層１６を構成する材質である。コーティング層１６の構成材料としては、例えば、エポキシや、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンなどの樹脂材料を挙げることができる。これら樹脂材料は、適度な弾性を有しており、コーティング層１６自身が損傷することも低減できるし、コーティング層１６に擦れ合うパイプ状構造物２１（後述する）が損傷することも低減できる。また、これらの樹脂材料によれば、断熱管１３の外周に押出しなどで容易に形成することができる。なお、テープ状の樹脂材料を断熱管１３の外周に巻回することでコーティング層１６を形成しても良い。
【００３３】
上記コーティング層１６の材質の他、常温被覆部２に対する低温導電部１の挿抜のし易さを決定する要因として、コーティング層１６の形状を挙げることができる。具体的には、コーティング層１６と、常温被覆部２の内周面（後述するパイプ状構造物２１の内周面）との接触面積が小さければ、常温被覆部２に対する低温導電部１の挿抜を行い易くなる。そのため、コーティング層１６の表面に凹凸形状を形成することが好ましい。具体的なコーティング層１６の表面形状の例について、常温絶縁型超電導ケーブルの縦断面図である図２、図３に基づいて説明する。なお、これら図２，３では、外管１５とコーティング層１６のみを図示する。
【００３４】
まず、図２に示すコーティング層１６は、コルゲート状の外管１５の外周面形状に沿って形成されている。この図２に示すコーティング層１６の外周輪郭線は正弦波状となっており、外管１５の凹凸の谷部分においてコーティング層１６の厚さが大きくなっている。このような形状は、断熱管１３の外周に樹脂材料を押出したり、溶融樹脂材料を断熱管１３の外周に吹き付けるなどして形成することができる。押出により、外管１５の長手方向におけるコーティング層１６の厚さを変化させるには、押出の過程で樹脂材料の供給量を随時変化させれば良い。また、図２とは異なり、コーティング層は、外管の山部分に厚く、谷部分に薄く形成されていても良い。山部分を厚くすることで、常温被覆部の内周面と実際に擦れ合う部分を効果的に保護することができる。この観点からすれば、外管の山部分にのみコーティング層が形成されていても良い。その他、外管の形状に沿ったほぼ均一な厚みのコーティング層であっても良い。
【００３５】
一方、図３に例示するコーティング層１６の外周輪郭線は、のこぎり波状に形成されている。のこぎり波形状には、山部分の頂点を挟む２辺がほぼ等しい略二等辺三角形状のものや、同頂点を挟む一方の辺が他方の辺よりも長い略三角形状のものを挙げることができる。のこぎり波状の外周輪郭線を有するコーティング層１６によれば、図２の構成に比べて、のこぎり波の長辺が配列されている方向（図面上、右方向）に限って、常温被覆部２に対する低温導電部１の移動抵抗を低減させることができる。反対に、のこぎり波の短辺が配列される方向（紙面左方向）には、常温被覆部２に対して低温導電部１が移動し難くなるので、布設された常温絶縁型超電導ケーブル１００において、常温被覆部２内の低温導電部１の移動を抑制できる。
【００３６】
なお、上記コーティング層１６は、材質の異なる複数の層から構成されていても良い。その場合、例えば、断熱管１３の直上に形成される層では、断熱管１３との密着性や強度などを優先させて材質を選定すれば良い。一方、最外周に形成される層では、静止摩擦係数が小さい材質を用いると良い。
【００３７】
≪常温被覆部≫
常温被覆部２は、パイプ状構造物２１と、その外周に形成される常温側電気絶縁層２３と、を備える。ここで、常温被覆部２はさらに、パイプ状構造物２１と常温側電気絶縁層２３との間に、異常時電流の分流路となる分流導体２２を備えることが好ましい。この実施形態では、分流導体２２を備える常温被覆部２を説明する。
【００３８】
［パイプ状構造物］
パイプ状構造物２１は、その外周面に形成される分流導体２２や常温側電気絶縁層２３を保形すると共に、保護する部材である。このパイプ状構造物２１における最も重要な特性は強度である。また、超電導ケーブル１００に所定の可撓性を持たせるために、パイプ状構造物２１も所定の可撓性を有することが求められる。これらの点を考慮して、パイプ状構造物２１としては、アルミニウムのストレートパイプや、ＳＵＳのコルゲートパイプなどを利用することができる。その他、パイプ状構造物２１は、樹脂などの非導電材料でできていても良い。なお、このパイプ状構造物２１が導電材料であれば、それ自身も分流導体２２の機能の一部を分担できる。
【００３９】
ここで、上記コーティング層１６の表面が凹凸形状を有している場合、パイプ状構造物２１をコルゲートパイプとすると、コーティング層１６の凹凸と、パイプ状構造物２１の内周面の凹凸が引っ掛かる恐れがある。そこで、コーティング層１６とパイプ状構造物２１のいずれかを凹凸の無い形状とすることが好ましい。特に、コーティング層１６に凹凸を設け、パイプ状構造物２１をストレートパイプとする組み合わせが好ましい。後述するように、パイプ状構造物２１の外周側に分流導体２２や常温側電気絶縁層２３を形成する際、凹凸を有するパイプ状構造物２１では隙間が形成され易く、隙間が形成されるとその隙間が電気的弱点となる恐れがあるからである。
【００４０】
［分流導体］
分流導体２２は、異常時電流（短絡電流）が生じたときに、その異常時電流を分担する常電導導体である。この分流導体２２は、超電導ケーブル線路の長手方向のどこか（代表的には、超電導ケーブル１００の中間接続部や終端接続部など）で超電導導体層１２、およびフォーマ１１に接続されることで、異常時電流を超電導導体層１２の金属成分、およびフォーマ１１と分担できるようになっている。
【００４１】
分流導体２２は、異常時電流を分担する役割を担う観点から、パイプ状構造物２１よりも高導電性の金属材料、つまり電気抵抗値が低い銅やアルミニウム、銀などの金属材料から構成される。特に、銅は、銀に次ぐ高い導電率を有し、銀よりも格段に安価である点で、分流導体２２として好適である。
【００４２】
上記分流導体２２は、銅撚り線で構成されるセグメント導体など既存常電導ケーブルの導体に準じた部材をパイプ状構造物２１上に巻回することで形成することができる。
【００４３】
上記分流導体２２の形成厚さは、超電導ケーブル線路の運転上、どの程度の異常時電流が発生し得るか、その発生した異常時電流を分流導体２２にどの程度負担させるかによって適宜選択すれば良い。例えば、上述した低温導電部１のフォーマ１１を非導電性材料で構成する場合、異常時電流の大部分を分流導体２２に流せるように分流導体２２の厚さを決定し、分流導体２２と超電導導体層１２の金属成分とで異常時電流を分担させることで、超電導導体層１２を保護する。また、当該フォーマ１１を導電性材料とし、異常時電流を分流導体２２と超電導導体層１２の金属成分に分担させるだけでなく、フォーマ１１にも分担させる構成であれば、分流導体２２に分担させる異常時電流を流せるように分流導体２２の厚さを決定すれば良い。
【００４４】
［常温側電気絶縁層］
常温側電気絶縁層２３は、超電導ケーブル１００を外部環境から電気的に絶縁する層である。この常温側電気絶縁層２３には、常電導ケーブルで実績がある電気絶縁強度に優れる材料、代表的にはＣＶケーブルに利用される架橋ポリエチレン（ＸＬＰＥ）などを利用できる。架橋ポリエチレンなどの絶縁性樹脂であれば、パイプ状構造物２１に分流導体２２を形成した筒状部材の外周に絶縁性樹脂を押し出すだけで常温側電気絶縁層２３を容易に形成できる。その他、常温側電気絶縁層２３には、ＯＦケーブルにおける絶縁層と同様の構成を採用することができる。例えば、分流導体２２の外周にテープ状のクラフト紙や半合成紙を多層に巻回し、その絶縁層に合成油などの絶縁油を含浸させることで常温側電気絶縁層２３を形成することができる。
【００４５】
［その他の構成］
常温側電気絶縁層２３の外周には、代表的には、銅やアルミニウムなどの常電導材料から構成された外側導体層（図示せず）が設けられる。外側導体層は、代表的には電磁シールドに利用される。常温絶縁型超電導ケーブル１００では、上述のように外部導体層にも常電導材料を利用できるため、超電導ケーブルの製造性に優れる。また、外側導体層の外周には、外側導体層を保護する防食層（図示せず）が設けられている。
【００４６】
≪常温絶縁型超電導ケーブルの効果≫
実施形態の常温絶縁型超電導ケーブル１００の構成であれば、超電導ケーブル１００の運転にあたり低温導電部１が損傷したとき、その損傷した低温導電部１を交換するだけで、超電導ケーブル１００の運転を再開することができる。また、この交換に際し、低温導電部１に形成されるコーティング層１６と、常温被覆部２のパイプ状構造物２１とが存在することにより、常温被覆部２の常温電気絶縁層２３や低温導電部１の断熱管１３など、常温絶縁型超電導ケーブル１００の運転に必須の構成が損傷することがない。
【００４７】
また、本実施形態の常温絶縁型超電導ケーブル１００では、常温被覆部２に分流導体２２が形成されていることにより、異常時電流が発生したときに、その異常時電流を分流導体２２に分担させることができる。そのため、超電導導体層１２がクエンチして超電導導体層１２が劣化することを回避できる。さらに、常温被覆部２に分流導体２２が設けられていることで、分流導体２２で生じるジュール熱により低温導電部１の冷媒１３１が熱せられることがない。そのため、冷媒１３１が熱せられてガス化することを抑制できるし、冷媒１３１を運用可能な温度まで冷却するための時間を短くすることもできるので、異常時電流の発生から短時間で超電導ケーブル線路を通常運転に復帰させることができる。
【００４８】
≪常温絶縁型超電導ケーブルの製造方法≫
以上説明した超電導ケーブル１００は、図１（Ｂ）に示すように、次の工程Ａ〜Ｃにより作製することができる。なお、工程Ａと工程Ｂの順序は入れ替え可能である。
【００４９】
［工程Ａ］
工程Ａでは、低温導電部１を作製する。低温導電部１は、導体部１０を作製し、その導体部１０の外周に、順次内管１４、外管１５、コーティング層１６を形成することで作製することができる。その他、導体部１０と断熱管１３とを別個に作製し、断熱管１３の内管１４内に導体部１０を挿入することで、低温導電部１を作製しても良い。
【００５０】
［工程Ｂ］
工程Ｂでは、上記低温導電部１とは別に、常温被覆部２を作製する。まずパイプ状構造物２１を用意し、その外周に、例えば銅撚り線で構成されるセグメント導体を巻回して分流導体２２を形成する。次いで、分流導体２２の外周に、例えば押出などにより絶縁性樹脂を被覆し、常温側電気絶縁層２３を形成する。常温側電気絶縁層２３は、クラフト紙やＰＰＬＰ（住友電気工業の登録商標）を巻回することで形成しても良い。
【００５１】
ここで、低温導電部１の長さと、常温被覆部２の長さとは、同じである必要はない。例えば、低温導電部１を常温被覆部２よりも長くしてもかまわない。その場合、低温導電部１の両端部が常温被覆部２から露出するので、複数の超電導ケーブル１００を接続して超電導ケーブル線路を構築する際、隣接する低温導電部１同士の接続を容易に行える。
【００５２】
［工程Ｃ］
工程Ａで作製した低温導電部１を、工程Ｂで作製した常温被覆部２の内部に挿入する。低温導電部１を常温被覆部２に挿入する際は、低温導電部１のフォーマ１１や断熱管１３の部分を引っ張って、常温被覆部２の内部に低温導電部１を引込むようにすると良い。ここで、工程Ａにおいて低温導電部１にテンションメンバを設けておき、常温被覆部２の内部に低温導電部１を引込む際の引込み張力をテンションメンバに分担させても良い。このテンションメンバにより、低温導電部１の損傷を防止できる。
【００５３】
以上説明した常温絶縁型超電導ケーブル１００の製造方法によれば、歩留り良く本発明常温絶縁型超電導ケーブル１００を作製することができる。それは、工程Ｃで常温絶縁型超電導ケーブル１００を完成させる前に、低温導電部１と常温被覆部２とをそれぞれ検品することができ、不具合のない低温導電部１と常温被覆部２とで常温絶縁型超電導ケーブル１００を完成させることができるからである。
【００５４】
また、低温導電部１に形成されるコーティング層１６と、常温被覆部２のパイプ状構造物２１とが存在することにより、常温被覆部２の内部に低温導電部１を挿入する際、常温被覆部２の常温電気絶縁層２３や低温導電部１の断熱管１３など、常温絶縁型超電導ケーブル１００の運転に必須の構成が損傷することがない。特に、コーティング層１６の静止摩擦係数を小さくすることで、常温被覆部２の内部に低温導電部１を挿抜し易く、かつその際、常温被覆部２の内周面に低温導電部１の外周面が強く擦れて、互いに損傷することを効果的に防止できる。
【００５５】
＜変形実施形態＞
上述した実施形態では、コルゲート状の断熱管１３の外周に形成されるコーティング層１６を波付き形状としたが、コルゲート状の断熱管１３の谷部分を埋めるようにコーティング層１６を形成し、コーティング層１６の外周面が平滑な円筒面になるようにしても良い。つまり、断熱管１３の外周面を完全にコーティング層１６で覆ってしまい、このコーティング層１６を被覆したコルゲート状の断熱管１３が、見た目上ストレートパイプとなるようにする。このようにコーティング層１６を形成することで、コルゲート状の断熱管１３の引込み時に断熱管１３が長手方向に変形すること（伸びること）を抑制できるという利点がある。
【００５６】
なお、本発明の実施形態は、上述した実施形態に限定されるわけではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更することが可能である。例えば、実施形態では説明を省略したが、常温側電気絶縁層２３の内周部と外周部の各々に内部半導電層と外部半導電層を形成するのが一般的である。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明常温絶縁型超電導ケーブルは、大電流送電網の形成に好適に利用することができる。また、本発明常温絶縁型超電導ケーブルの製造方法は、本発明常温絶縁型超電導ケーブルの製造に好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００５８】
１００ 常温絶縁型超電導ケーブル
１ 低温導電部
１０ 導体部 １１ フォーマ １２ 超電導導体層
１３ 断熱管 １４ 内管 １５ 外管 １３１ 冷媒
１６ コーティング層
２ 常温被覆部
２１ パイプ状構造物
２２ 分流導体
２３ 常温側電気絶縁層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォーマの外周に超電導導体層を形成してなる導体部、およびその導体部を内部に収納して、導体部を極低温に維持する断熱管を有する低温導電部と、
前記断熱管の外周を取り囲む常温側電気絶縁層を有する常温被覆部と、
を備える常温絶縁型超電導ケーブルであって、
前記常温被覆部は、常温側電気絶縁層を内周側から支持するパイプ状構造物を有し、
前記低温導電部は、断熱管の外周に形成されるコーティング層を有することを特徴とする常温絶縁型超電導ケーブル。
【請求項２】
前記常温被覆部は、前記常温側電気絶縁層の内側で、かつ前記断熱管の外側に配置され、異常時電流を分担する常電導の分流導体を備えることを特徴とする請求項１に記載の常温絶縁型超電導ケーブル。
【請求項３】
前記パイプ状構造物に対する前記コーティング層の表面の静止摩擦係数は、０．３以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の常温絶縁型超電導ケーブル。
【請求項４】
前記コーティング層の縦断面の外周輪郭線は、前記コーティング層の表面における前記パイプ状構造物との接触面積が小さくなるように凹凸形状に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の常温絶縁型超電導ケーブル。
【請求項５】
前記外周輪郭線は、正弦波状であることを特徴とする請求項４に記載の常温絶縁型超電導ケーブル。
【請求項６】
前記外周輪郭線は、のこぎり波状であることを特徴とする請求項４に記載の常温絶縁型超電導ケーブル。
【請求項７】
フォーマの外周に超電導導体層を形成してなる導体部と、その導体部を内部に収納して、導体部を極低温に維持する断熱管と、その断熱管の外周に形成されるコーティング層と、を有する低温導電部を作製する工程Ａと、
前記低温導電部の外径よりも大きな内径を有するパイプ状構造物と、そのパイプ状構造物の外周に形成される常温側電気絶縁層と、を有する常温被覆部を作製する工程Ｂと、
前記工程Ａで作製した低温導電部を、前記工程Ｂで作製した常温被覆部の内部に挿入する工程Ｃと、
を備えることを特徴とする常温絶縁型超電導ケーブルの製造方法。
【請求項１】
フォーマの外周に超電導導体層を形成してなる導体部、およびその導体部を内部に収納して、導体部を極低温に維持する断熱管を有する低温導電部と、
前記断熱管の外周を取り囲む常温側電気絶縁層を有する常温被覆部と、
を備える常温絶縁型超電導ケーブルであって、
前記常温被覆部は、常温側電気絶縁層を内周側から支持するパイプ状構造物を有し、
前記低温導電部は、断熱管の外周に形成されるコーティング層を有することを特徴とする常温絶縁型超電導ケーブル。
【請求項２】
前記常温被覆部は、前記常温側電気絶縁層の内側で、かつ前記断熱管の外側に配置され、異常時電流を分担する常電導の分流導体を備えることを特徴とする請求項１に記載の常温絶縁型超電導ケーブル。
【請求項３】
前記パイプ状構造物に対する前記コーティング層の表面の静止摩擦係数は、０．３以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の常温絶縁型超電導ケーブル。
【請求項４】
前記コーティング層の縦断面の外周輪郭線は、前記コーティング層の表面における前記パイプ状構造物との接触面積が小さくなるように凹凸形状に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の常温絶縁型超電導ケーブル。
【請求項５】
前記外周輪郭線は、正弦波状であることを特徴とする請求項４に記載の常温絶縁型超電導ケーブル。
【請求項６】
前記外周輪郭線は、のこぎり波状であることを特徴とする請求項４に記載の常温絶縁型超電導ケーブル。
【請求項７】
フォーマの外周に超電導導体層を形成してなる導体部と、その導体部を内部に収納して、導体部を極低温に維持する断熱管と、その断熱管の外周に形成されるコーティング層と、を有する低温導電部を作製する工程Ａと、
前記低温導電部の外径よりも大きな内径を有するパイプ状構造物と、そのパイプ状構造物の外周に形成される常温側電気絶縁層と、を有する常温被覆部を作製する工程Ｂと、
前記工程Ａで作製した低温導電部を、前記工程Ｂで作製した常温被覆部の内部に挿入する工程Ｃと、
を備えることを特徴とする常温絶縁型超電導ケーブルの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−１７４４０４（Ｐ２０１２−１７４４０４Ａ）
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３３１５１（Ｐ２０１１−３３１５１）
【出願日】平成２３年２月１８日（２０１１．２．１８）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月１８日（２０１１．２．１８）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
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