説明

超電導ケーブルの端末接続構造

【課題】構成が簡易で接続部の電気抵抗が低くコンパクト化された超電導ケーブルの端末接続構造を提供する。
【解決手段】超電導ケーブル10の超電導層2と常温側導体17との接続部を、冷媒槽33内に設けた超電導ケーブルの端末接続構造であって、超電導ケーブル10のケーブルコア9から引き出された超電導層2が、冷媒槽33内の冷媒35中に浸漬される常温側導体17の先端に近接する位置まで延長され、該常温側導体17と、超電導層2と、が冷媒35中で編組線36を介して導通接続される。このような端末接続構造は、特に、低電圧大容量の直流電送用として好適である。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、超電導ケーブルの超電導層と常温側導体とを接続するための超電導ケーブルの端末接続構造に関し、特に、低電圧大容量の直流送電に好適な超電導ケーブルの端末接続構造に関する。
【背景技術】
【0002】
超電導線材として、Bi-Sr-Ca-Cu-Oテープ線材に代表されるBi系超電導テープ線材が実用化されつつある。このようなBi系超電導テープ線材を用いた3心一括型の超電導ケーブルは、例えば図2に示すように構成される。即ち、常電導線材からなるフォーマ1を中心として、その外周に、Bi系超電導テープ線材からなる超電導導体層2、絶縁層3、Bi系超電導テープ線材からなる超電導シールド層4が形成され、これらでケーブルコア9が形成される。そして、3本のケーブルコア9が互いに撚り合わされて内管6と外管7とで形成される二重断熱管内に挿入され、内管6内に冷媒流通路5が形成される。また、外管7は防食層8によって覆われ、内管6と外管7の間は真空引きされて真空層とされる。
【0003】
このような超電導ケーブル10を常電導側の機器と接続する場合には、従来、例えば図5(a)(b)に示すような終端接続箱(低温容器)13が用いられていた(例えば特許文献1参照)。この終端接続箱13には、補助接続箱23が接続され、それぞれ内部に互いに連通する冷媒槽14,24と、その外側に形成される真空断熱槽15,25と、を備えている。補助接続箱23に導入された超電導ケーブル10は、各ケーブルコア9が分離されて、接続部Jにおいて、それぞれ常温側と電気的に接続される。即ち、超電導導体層2は、銅スリーブ等の接続部材11を介して、アルミ合金等で形成されるエポキシユニット中心導体12と接続され、そのエポキシユニット中心導体12は、終端接続箱13内の冷媒槽14内に延長されて、接続部16を介して、常温側のブッシング17に接続される。
【0004】
接続部Jの構成を詳しく説明すると、図5(a)に示すように、段剥ぎされた超電導導体層2が、半田によって接続部材11の一端に接続される一方、接続部材11の他端が、マルチバンドmを介して、エポキシユニット中心導体12に被嵌接続される。これにより、超電導導体層2が、接続部材11及びマルチバンドmを介して、エポキシユニット中心導体12に接続される。そして、そのエポキシユニット19を含めた接続部分の外周に補強絶縁紙20が巻回される。このような状態にて、エポキシユニット19のフランジ19aが、終端接続箱13の縦壁21に固定される。尚、図5(b)では、3心一括型の超電導ケーブルにおける1心の図示を省略している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2006−196628号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
上述のような従来の端末接続構造では、導体抵抗が高いため、大電流の送電には適さないという問題があった。即ち、まず、超電導導体層2と接続部材11とを導通接続している半田接続部分が、超電導導体層2に比して高抵抗であった。次いで、銅からなる接続部材11自体が高抵抗であった。また、アルミ合金等で形成されるエポキシユニット中心導体12も高抵抗であった。さらに、接続部材11とエポキシユニット中心導体12がマルチバンドmを介したマルチコンタクトによって導通接続されているため、その接続部分が高抵抗であった。このようなことから、従来の接続構造では、接続部Jの電気抵抗が高くなるため、極低温状態で、大電流を通電するのは困難であり、その対策が求められていた。また、その端末接続構造が、外付けの補助接続箱23を要して、部品点数が多く、複雑で嵩高いため、マンホール内での施工作業性が低くなる上に、総じてコスト高になるという問題もあった。
【0007】
本発明は、このような事情に鑑みてなされ、構成が簡易で接続部の電気抵抗が低くコンパクト化された超電導ケーブルの端末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】
【0008】
本発明の超電導ケーブルの端末接続構造は、超電導ケーブルの超電導層と常温側導体との接続部を、冷媒槽内に設けた超電導ケーブルの端末接続構造であって、
前記超電導層は、Bi系超電導テープ又はRE系超電導薄膜によって形成されており、
超電導ケーブルのケーブルコアから引き出された超電導層が、冷媒槽内の冷媒中に浸漬される常温側導体の先端に近接する位置まで延長され、該常温側導体と、前記超電導層と、が冷媒中で電気的に接続されることを特徴とする。
【0009】
このような構成によれば、超電導層を、冷媒槽内の冷媒中に浸漬される常温側導体の先端に近接する位置まで延長して、その常温側導体と冷媒中で電気的に接続するため、その接続部における構成をきわめて簡素なものにすることができる。これにより、接続部の電気抵抗を顕著に低減化できるため、大容量の通電が可能となり、特に、低電圧大容量の直流送電用として好適となるが、交流用としても使用することができる。このように超電導層を、常温側導体の先端に近接する位置まで延長していることによって、従来必要とされていたスリーブやエポキシユニット中心導体、マルチバンド等が不要になり、かつ、超電導層を常温側導体の先端と共に、冷媒槽内で冷却できるため、補助接続箱も不要になる。従って、部品点数が大幅に削減され、構成の簡素化と著しいコンパクト化が可能となり、現地での施工作業の簡素化とコストの低減化が可能となる。
【0010】
前記超電導層と、常温側導体と、が編組線により接続されるようにしてもよい。このようにすれば、超電導層と常温側導体とを、編組線を介した半田接続によって現地で作業性よく接続することができる。また、その接続部分の構成がきわめて簡素になるため、部品点数の大幅な削減化が可能となり、それに伴い、電気抵抗を格段に低減することができる。
【0011】
超電導ケーブルのケーブルコアから引き出されたフォーマの先端が、絶縁体を介して冷媒槽内壁に固定されるようにしてもよい。このようにすれば、例えば、まず、超電導層と常温側導体とを接続し、その後で、ケーブルコアの先端から段剥ぎ状態に引き出しているフォーマを冷媒槽内壁に固定する手順で施工を行うことができる。フォーマを冷媒槽内壁に固定していることにより、ケーブルコアの支持状態が安定化し、冷却・昇温時の熱伸縮に伴うケーブルコアの変動を規制して安定な状態に支持することができる。
【0012】
前記常温側導体と超電導層との接続部は、電界シールド層によって覆われるようにしてもよい。電界シールドカバーによって、超電導層と常温側導体との接続部を覆うことによって、接続部における電位の安定化を図ることができる。尚、電界シールドカバーは、例えば冷媒槽内の冷媒中に臨む常温側導体の先端部等に吊り下げ状態に取り付けることができる。
【0013】
前記絶縁体は、エポキシ樹脂で形成されるようにしてもよい。エポキシ樹脂は、成形性及び加工性がよく絶縁性能が良好で適度の剛性を備えているため、例えばボルト締結等によって壁面等に対して容易に取り付けられるようにすることができる。なお、FRPによっても、略同等の作用効果を得ることができる。
【0014】
前記超電導ケーブルは、直流用超電導ケーブルであり、前記超電導層は、内側超電導層及び外側超電導層であってもよい。このようにすれば、低電圧大容量の直流送電に好適に適用することができる。
【0015】
前記内側超電導層と常温側導体の接続部を冷却するための冷媒槽と、前記外側超電導層と常温側導体の接続部を冷却するための冷媒槽と、が互いに連通状態に配設されるようにしてもよい。このようにすれば、冷媒槽に循環供給する冷媒の循環系統を簡略化することができ、冷媒を効率よく循環させることができる。
【0016】
前記内側超電導層と常温側導体の接続部と、前記外側超電導層と常温側導体の接続部と、が単一の冷媒槽内に収納されるようにしてもよい。このようにすれば、冷媒槽の構成の簡素化とコンパクト化が可能となり、コスト安を実現することができる。
【0017】
前記超電導ケーブルは、交流用超電導ケーブルであり、前記超電導層は、超電導導体層及び超電導シールド層であってもよい。このようにすれば、大容量の交流送電に好適に対処することができる。
【0018】
前記超電導導体層と常温側導体の接続部を冷却するための冷媒槽と、前記超電導シールド層と常温側導体の接続部を冷却するための冷媒槽と、が互いに連通状態に配設されるようにしてもよい。このようにすれば、冷媒槽に循環供給する冷媒の循環系統を簡略化することができ、冷媒を効率よく循環させることができる。
【0019】
前記超電導導体層と常温側導体の接続部と、前記超電導シールド層と常温側導体の接続部と、が単一の冷媒槽内に収納されるようにしてもよい。このようにすれば、冷媒槽の構成の簡素化とコンパクト化が可能となり、コスト安を実現することができる。
【発明の効果】
【0020】
本発明の超電導ケーブルの端末接続構造は、超電導層を、冷媒槽内の冷媒中に浸漬される常温側導体の先端に近接する位置まで延長して、超電導層と常温側導体を冷媒中で電気的に接続するので、その接続部における構成をきわめて簡素なものにすることができ、接続部の電気抵抗を顕著に低減化することができる。また、従来必要とされていたスリーブやエポキシユニット中心導体、マルチバンド等が不要になり、かつ、補助接続箱も不要になるため、部品点数が大幅に削減され、構成の簡素化と著しいコンパクト化が可能となり、現地での施工作業の簡素化とコスト安を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【0021】
【図1】本発明の実施の形態に係る超電導ケーブルの端末接続構造の基本的な構成を示す説明図である。
【図2】3心一括型の超電導ケーブルの断面図である。
【図3】フォーマ先端を冷媒槽内壁に固定する構造の一例を示し、(a)は模式的な拡大部分図、(b)は取付座の平面図である。
【図4】ケーブルコアの超電導シールド層同士を接続する構造の一例を模式的に示す断面図である。
【図5】(a)は従来の超電導ケーブルの端末接続における超電導導体と常温側導体の接続の拡大断面図、(b)は同端末構造の部分破断説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0022】
以下に、本発明の実施の形態に係る超電導ケーブルの端末接続構造について図面を参照しつつ詳細に説明する。
【0023】
図1は、超電導ケーブルの端末接続構造(端末容器)の基本的な構成を示す説明図で、例えば3心一括型の交流用超電導ケーブル10の1本のケーブルコア9の接続構造を模式的に図示している。図示のように、この端末容器31は、真空槽32内に、冷媒槽33を備えている。そして、冷媒槽33の一端側(図中右側)から導入された超電導ケーブル10のケーブルコア9から段剥ぎ状態に引き出された超電導導体層2が、冷媒槽33の他端側の冷媒35中に浸漬されるように垂下される一方の常温側導体(ブッシング)17の先端に近接する位置まで延長される。そして、該常温側導体17と超電導導体層2と、が編組線36等によって導通接続される。つまり、超電導導体層2と常温側導体17が冷媒35中で電気的に接続される。常温側導体17は、真空槽32と冷媒槽33の上凸状の突出部分33bに貫通して配設され、その下半部分が冷媒35中に浸漬され、上半部分が、外部に突出して碍子によって覆われている。また、冷媒槽33の両側に設けた冷媒35の導入口45と排出口46と、が外部に設けた図示省略の循環装置に接続され、冷媒槽33内に冷媒35が循環供給されるように構成される。
【0024】
このような構成にあって、フォーマ1は、ケーブルコア9からストレイトに引き出されて、絶縁体37を介して、冷媒槽33の他端側の壁面33aに固定される。具体的には、例えばフォーマ1の先端に固定用スリーブ38の一端を圧縮接続する一方、冷媒槽33の壁面33aに、エポキシ樹脂又はFRPで形成された絶縁体37を取り付けるための取付座(図示省略)を設け、固定用スリーブ38の他端を、ボルト締結又は嵌合等によって絶縁体37に固定し、その絶縁体37をボルト締結又は嵌合等によって壁面33aの取付座に固定すればよい。尚、実際の施工では、冷媒槽33の壁面33aにフォーマ1を固定する前に、超電導導体層2と常温側導体17と、を半田により編組線36を介して接続しておくのが好ましい。また、絶縁体37は、予め工場等で固定用スリーブ38を介してフォーマ1の先端に接続しておいて、現地では、絶縁体37を壁面33aに取り付けるようにしてもよい。また、その接続部を覆うように電界シールドカバー(電界シールド層)Cを設けてもよい。その場合、電界シールドカバーCは、例えば樹脂材に金属箔を一体化させた構成として、その金属箔を接地させればよい。
【0025】
フォーマ先端を冷媒槽内壁に固定する構造の一例を図3に示す。この固定構造は、図3(a)に示すように、冷媒槽33の壁面33aに固定される取付座50と、エポキシ樹脂又はFRPからなる絶縁体37と、銅製の固定用スリーブ38と、絶縁体37と固定用スリーブ38とを中継接続する固定金具51とを備える。取付座50は、一方の端面が平面に形成され、他方の端面が半球状(ドーム状)面に形成されたステンレス製のドーム状の円板であり、図3(b)に示すように、他方の端面には絶縁体37の一端を挿入固定する開口部50mが設けられている。また、取付座50には、ボルト55を挿通する挿通孔52が設けられている。固定金具51は、取付座50と同形状をしたステンレス製のドーム状の円板であり、一方の端面が平面に形成され、他方の端面がドーム状面に形成されると共に、他方の端面には絶縁体37の他端を挿入固定する開口部51mが設けられている。固定用スリーブ38は、固定金具51と類似形状をしており、一方の端面が平面に形成され、他方の端面がドーム状面に形成されると共に、他方の端面にはフォーマ1の先端を挿入嵌合する筒状部53が設けられている。
【0026】
絶縁体37の両端に対する取付座50及び固定金具51の固定は、接着剤54を介して行われている。一方、フォーマ1の先端に固定用スリーブ38を接続するときは、フォーマ先端を筒状部53内に挿入した後、筒状部53をかしめて圧縮することで行われている。また、固定金具51と固定用スリーブ38とは、平面に形成された一方の端面同士を重ね合わせてボルト締結することで接続されている。そして、壁面33aに取付座50をボルト55で固定し取り付けることで、フォーマ1の先端が絶縁体37を介して壁面33aに固定されることになる。さらに、取付座50、固定金具51及び固定用スリーブ38は、いずれもドーム状の部材であり、角部が曲面で形成されているため、電界の集中を緩和することができ、絶縁破壊を起し難い。フォーマ1の先端に対する固定用スリーブ38の接続は、圧縮接続の他、溶接などにより行ってもよい。
【0027】
このような超電導導体層2と常温側導体17の接続作業に先立って、冷媒槽33内で絶縁層3の中間部を支持するために、絶縁層3の中間部外周に補強絶縁紙40をストレスコーン状に巻回すると共に、その円筒状部分の端部に、電界制御用のベルマウス41を立設しておく。そして、冷媒槽33の底部に立設したケーブルコア支持用の半円弧状の支持座42に、補強絶縁紙40の円筒状部分を載置して締結バンドb等によって固定する。これにより、ケーブルコア9の中間部を冷媒槽33内に安定に支持することができる。
【0028】
そして、冷媒槽33の一端側には、ケーブルコア9から段剥ぎされた超電導シールド層4が、冷媒35中に浸漬されるように垂下される他方の常温側導体(ブッシング)27の先端に近接する位置に臨んでおり、その超電導シールド層4が、編組線36を介して、常温側導体27と導通接続される。その常温側導体27は、真空槽32と冷媒槽33の上凸状の突出部分33cに貫通して配設され、その下半部分が冷媒35中に浸漬され、上半部分が、外部に突出して碍子によって覆われている。また、ケーブルコア9の導入側端末部は冷媒槽33の一端側の壁面33dに形成された導入孔に支持される。従って、端末容器31内に導入されたケーブルコア9は、先端部と中間部及び端末部の3点で安定に支持されることになる。
【0029】
このような構成によれば、超電導導体層2を、冷媒槽33内の冷媒35中に浸漬される常温側導体17の先端に近接する位置まで延長して、超電導導体層2と常温側導体17とを、編組線36で導通接続しているため、部品点数が大幅に削減され、その接続部における構成がきわめて簡素なものとなる。これにより、接続部の電気抵抗を顕著に低減化できるため、大容量の通電が可能となり、特に、低電圧大容量の直流送電に好適となるが、交流用としても使用することができる。また、このように超電導導体層2を、常温側導体17の先端に近接する位置まで延長していることによって、従来必要とされていたスリーブやエポキシユニット中心導体、マルチバンド等が不要になり、かつ、超電導導体層2を常温側導体17の先端と共に、冷媒槽33内で冷却できるため、補助接続箱も不要になる。従って、部品点数が大幅に削減され、構成の簡素化と著しいコンパクト化が可能となり、コスト安を実現することができる。また、本実施の形態では、単一の冷媒槽33内で、超電導シールド層4をも他方の常温側導体27の先端に導通接続しているため、冷媒35の循環経路を簡素化できると共に、全体として、顕著なコンパクト化を達成することができる。ちなみに、従来の補助接続箱23を含めた終端接続箱13の全長L0は、5〜7mであるのに対して(図5(b)参照)、この終端接続箱13に対応する超電導導体層側の接続部分が占める端末容器31の長さL1は、2〜3m以内に納めることができる。また、超電導シールド層側の接続部分の長さL2は、さらに短くなり、1〜2m以内に納めることができる。以上説明した実施の形態では、真空槽32内に、超電導導体層側接続部と超電導シールド層側接続部を収納する単一の冷媒槽33を設けているが、冷媒槽については、それぞれ独立に設けてもよい。その場合、相互に冷媒の流通が可能な連通状態としてもよい。
【0030】
また、端末容器31(冷媒槽33)内に導入された3心のケーブルコア9の各超電導シールド層4同士を接続し、共通の常温側導体27に導通接続する構成としてもよい。ケーブルコアの超電導シールド層同士を接続する構造の一例を図4に示す。この接続構造は、例えばY型のシールド接続用導体60を利用しており、シールド接続用導体60は、常温側導体27に接続される1つの共通端子61と、共通端子61と各超電導シールド層4とを接続する3つの結線部材62とを備える。共通端子61及び結線部材62は導電性材料からなり、共通端子61は円板状であり、結線部材62は編組線で構成されている。そして、各結線部材62の一端を各超電導シールド層4に半田接続し、各結線部材62の他端をそれぞれ共通端子61に半田接続することで、各超電導シールド層4同士がシールド接続用導体60で接続されることになる。
【0031】
このような構成によれば、共通端子61を常温側導体27に導通接続することで、各超電導シールド層4がシールド接続用導体60を介して常温側導体27に導通接続されることになる。そのため、複数の超電導シールド層に対して常温側導体が一つで済むことになり、部品点数が大幅に削減され、構成の簡素化と著しいコンパクト化が可能となる。また、3心一括型の超電導ケーブルを三相交流送電に利用した場合、3つの超電導シールド層4に120°位相の異なる交流が流れ、各超電導シールド層4に流れる電流を合成した電流がシールド接続用導体60を介して常温側導体27に流れることになる。つまり、常温側導体には三相間のアンバランス分の電流が流れることになるため、常温側導体の電流容量を小さくすることができ、常温側導体のコンパクト化が可能となる。その他、結線部材62には、棒状体などを利用することもできる。
【0032】
尚、本発明は、実施の形態に限定されることなく、発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、適宜、必要に応じて改良、変更等は自由である。また、本発明の超電導ケーブルの接続構造は、超電導ケーブルの構成を特定するものではなく、3心一括型の他に、単心型の超電導ケーブル等にも適用することができる。また、その超電導ケーブルの超電導層を形成する素材は、Bi系超電導テープに限らずRE系超電導薄膜であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【0033】
本発明の超電導ケーブルの端末接続構造は、電気抵抗の低減化とコンパクト化が達成されるので、低電圧大容量の直流送電用として好適に採用することができる。
【符号の説明】
【0034】
1 フォーマ 2 超電導層(超電導導体層,内側超電導層)
3 絶縁層 4 超電導層(超電導シールド層,外側超電導層)
5 冷媒流通路 6 内管 7 外管 8 防食層
9 ケーブルコア 10 超電導ケーブル
11 接続部材 12 エポキシユニット中心導体
13 終端接続箱(低温容器) 14 冷媒槽 15 真空断熱層
16 接続部 17,27 常温側導体(ブッシング)
19 エポキシユニット 19a フランジ 20 補強絶縁紙
21 縦壁 23 補助接続箱 24 冷媒槽 25 真空断熱槽
J 接続部 m マルチバンド C 電界シールドカバー
31 端末容器 32 真空槽 33 冷媒槽
33a,33d 壁面 33b,33c 突出部分
35 冷媒 36 編組線 37 絶縁体 38 固定用スリーブ
40 補強絶縁紙 41 ベルマウス 42 支持座 b バンド
45 導入口 46 排出口
50 取付座 51 固定金具 50m,51m 開口部
52 挿通孔 53 筒状部 54 接着剤 55 ボルト
60 シールド接続用導体 61 共通端子 62 結線部材

【特許請求の範囲】
【請求項1】
超電導ケーブルの超電導層と常温側導体との接続部を、冷媒槽内に設けた超電導ケーブルの端末接続構造であって、
前記超電導層は、Bi系超電導テープ又はRE系超電導薄膜によって形成されており、
超電導ケーブルのケーブルコアから引き出された超電導層が、冷媒槽内の冷媒中に浸漬される常温側導体の先端に近接する位置まで延長され、該常温側導体と、前記超電導層と、が冷媒中で電気的に接続されることを特徴とする超電導ケーブルの端末接続構造。
【請求項2】
前記超電導層の外周に絶縁層を有し、
前記冷媒槽内で前記接続部に至るまでの絶縁層の中間部外周に、補強絶縁紙がストレスコーン状に巻回されていることを特徴とする請求項1に記載の超電導ケーブルの端末接続構造。
【請求項3】
冷媒槽の一端面の壁面から導入された超電導ケーブルのケーブルコアから引き出されたフォーマの先端が、絶縁体を介して、前記冷媒槽の他端側の壁面に固定されることを特徴とする請求項2に記載の超電導ケーブルの端末接続構造。
【請求項4】
前記超電導層と、常温側導体と、が編組線により接続されることを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の超電導ケーブルの端末接続構造。
【請求項5】
前記常温側導体と超電導層との接続部は、電界シールド層によって覆われることを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載の超電導ケーブルの端末接続構造。
【請求項6】
冷媒槽内に導入された複数のケーブルコアの各超電導シールド層同士を接続するシールド接続用導体を備え、
各超電導シールド層が、シールド接続用導体を介して共通の常温側導体と電気的に接続されることを特徴とする請求項1乃至5の何れか1項に記載の超電導ケーブルの端末接続構造。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【公開番号】特開2012−120435(P2012−120435A)
【公開日】平成24年6月21日(2012.6.21)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−285910(P2011−285910)
【出願日】平成23年12月27日(2011.12.27)
【分割の表示】特願2008−277221(P2008−277221)の分割
【原出願日】平成20年10月28日(2008.10.28)
【出願人】(000002130)住友電気工業株式会社 (12,747)
【出願人】(000003687)東京電力株式会社 (2,580)
【Fターム(参考)】