JP2005210834A - 多相超電導ケーブルの接続構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 接続箱内における導体接続部の位置決めを容易に行うことができ、所定の位置に安定して維持できる多相超電導ケーブルの接続構造を提供する。
【解決手段】 一対の三相超電導ケーブル100から引き出された各相のケーブルコア102の超電導導体201を接続する三つの導体接続部が収納される接続箱1と、各導体接続部の外周にそれぞれ固定される固体絶縁部材2と、これら固体絶縁部材2を接続箱1に固定する金属フランジ3とを具える。金属フランジ3が接続箱1(冷媒槽11)に固定されることで、導体接続部の位置決めがなされると共に、ケーブルコア102の熱収縮に伴う導体接続部の移動を抑制することができる。
【選択図】 図1

Description

本発明は、超電導導体を有するケーブルコアを複数具える多相超電導ケーブルの接続構造、及びこの接続構造を具える多相超電導ケーブル線路に関するものである。特に、接続箱内における導体接続部の位置を安定させることができる多相超電導ケーブルの接続構造、及びこの接続構造を具える多相超電導ケーブル線路に関するものである。

従来、Bi系高温超電導テープ線などからなる超電導導体を具えた超電導ケーブルにおいて、ケーブルコアを1本具える単相ケーブルだけでなく、複数のケーブルコアを一括にした多芯一括型の多相ケーブルが開発されつつある。図6は、三芯一括型の三相超電導ケーブルの断面図である。この超電導ケーブル100は、断熱管101内に3本のケーブルコア102を撚り合わせて収納させた構成である。

断熱管101は、外管101aと内管101bとからなる二重管の間に断熱材(図示せず)が配置され、かつ二重管内が真空引きされた構成である。各ケーブルコア102は、中心から順にフォーマ200、超電導導体201、電気絶縁層202、シールド層203、保護層204を具えている。超電導導体201は、フォーマ200上に超電導線材を多層に螺旋状に巻回して構成される。電気絶縁層202は、半合成絶縁紙を巻回して構成される。シールド層203は、電気絶縁層202上に超電導導体201と同様の超電導線材を螺旋状に巻回して構成される。このシールド層203には、定常時、超電導導体201に流れる電流と逆向きでほぼ同じ大きさの電流が誘起される。この誘導電流により生じる磁場にて、超電導導体201から生じる磁場を打ち消し合い、ケーブルコア102外部への漏れ磁場をほぼゼロにすることができる。内管101bと各ケーブルコア102とで囲まれる空間103が通常、冷媒の流路となる。

このような多相超電導ケーブルを用いて長距離に亘る線路を構築する場合、線路途中において、異なるケーブルから引き出したケーブルコア同士を接続する中間接続が必要となる。多相超電導ケーブルの中間接続構造として、例えば、特許文献1に記載のものがある。この構造では、接続箱に収納した超電導導体の端部同士を接続スリーブにて接続し、これら超電導導体の端部及び接続スリーブの外周にストレスコーンを装着すると共に、このストレスコーンをFRP製の支持棒にて支持している。また、接続箱内のケーブルコアをFRP製の分岐部にて支持している。

特開2000-340274号公報(図1)

しかし、上記従来の構造では、接続箱内におけるケーブルコアの超電導導体の接続箇所が所定の位置から移動するなどして設置箇所が安定しない恐れがある。

超電導ケーブルは、上記のように冷媒により冷却される。この冷却により収縮することで、超電導導体は移動する。この導体の移動により、接続箱内において、各ケーブルコアの導体接続箇所の位置がそれぞれ長手方向にずれる恐れがある。特許文献1に記載される構造では、接続箱内においてケーブルコアやストレスコーンをFRP製部材にて支持しているが、上記冷媒の冷却による収縮力は、数トンオーダーといった非常に大きなものであり、FRP製部材では、熱収縮に伴う導体接続箇所の移動を抑制することは困難である。そのため、導体接続箇所の位置が設置位置から移動することがあり、安定しない。

また、ケーブルの布設状態によっては、導体接続箇所が接続箱の一方に偏るなど、接続箱内における導体接続箇所の設置位置が所定の位置とならないことも考えられるが、従来、この問題に対して有効な構造が知られていなかった。

そこで、本発明の主目的は、接続箱内における導体接続箇所の位置決めを容易に行うことができ、所定の位置に安定して維持できる多相超電導ケーブルの接続構造を提供することにある。また、本発明の他の目的は、上記接続構造を具える多相超電導ケーブル線路を提供することにある。

本発明は、超電導導体を接続する各導体接続部の外周にそれぞれ固体絶縁部材を固定し、これら固体絶縁部材を金属製部材にて接続箱に固定することで上記の目的を達成する。

即ち、本発明は、超電導導体を有するケーブルコアを複数具える一対の多相超電導ケーブルの接続構造であり、異なるケーブルから引き出されたケーブルコアの超電導導体を接続する導体接続部が複数収納される接続箱と、前記各導体接続部の外周にそれぞれ固定される固体絶縁部材と、前記複数の固体絶縁部材を前記接続箱に対して固定する金属フランジとを具えることを特徴とする。

本発明は、導体接続部の外周に固体絶縁部材を配置し、この固体絶縁部材を接続箱に固定することで、導体接続部を接続箱に固定することができる。そして、本発明では、接続箱における導体接続部の位置を安定するべく、固体絶縁部材の支持材として、FRPなどの絶縁性樹脂ではなく、強度に優れる金属を用いて、熱挙動による位置ずれを効果的に抑制する。また、本発明は、この金属フランジを接続箱に固定することで、接続箱内における導体接続部の位置が容易に決められるため、ケーブル布設の際に生じる設置位置の過度なアンバランスを防止することができる。

以下、本発明をより詳しく説明する。
本発明では、超電導導体を有するケーブルコアを複数具える多相超電導ケーブルを対象とする。例えば、3本のケーブルコアを撚り合わせて断熱管に収納された三芯一括型の三相超電導ケーブルが挙げられる。公知の多相超電導ケーブルでもよい。このような多相超電導ケーブルを一対用意し、一方のケーブルから引き出したケーブルコアの超電導導体と、他方のケーブルから引きだしたケーブルコアの超電導導体とを接続する。

超電導導体は、例えば、Bi2223系超電導材料からなる線材を螺旋状に巻回することで形成するとよく、単層でも多層でもよい。多層とする場合、層間絶縁層を設けてもよい。層間絶縁層は、クラフト紙などの絶縁紙やPPLP(登録商標)などの半合成絶縁紙を巻回して設けることが挙げられる。超電導導体の外周には、PPLP(登録商標)などの半合成絶縁紙を巻回して形成した電気絶縁層を具える。電気絶縁層の外周には、上記超電導導体と同様に構成したシールド層を具えてもよい。このような超電導導体を接続する導体接続部は、ケーブルコアの端部から露出させた超電導導体と、一対の超電導導体が挿入される導電性材料からなる接続スリーブとで形成するとよい。後述する固体絶縁部材は、超電導導体及び接続スリーブの外周に配置してもよいが、作業現場などでは、超電導導体の外周に配置することが困難なこともある。従って、接続スリーブを固体絶縁部材が配置できる程度の大きさを有するものとし、接続スリーブの外周に固体絶縁部材を配置してもよい。

本発明は、上記のように複数のケーブルコアを具える多相ケーブルを対象とするため、一方のケーブルから引き出されたケーブルコアの超電導導体と他方のケーブルから引き出されたケーブルコアの超電導導体とを接続した導体接続部が複数存在する。本発明では、これら複数の導体接続部を一つの接続箱に収納する。即ち、例えば、三芯一括型の三相ケーブルの場合、三芯を一つの接続箱で接続する。多相多芯のケーブルは、複数のケーブルコアを撚り合わされて構成されることが多い。また、多相多芯のケーブル同士を接続する場合、各相毎に行う必要がある。そのため、多相多芯のケーブル同士を接続するにあたり、各ケーブルを単相にばらし、ばらしたケーブルコア同士を接続すると、接続構造の設置に大きなスペースが必要となる。しかし、例えば、マンホール内などでは、各相毎の接続箱を設置するスペースが十分に取れないこともある。また、各相毎に接続箱を形成する場合、同様の作業を何度も繰り返すことになり、組み立て作業性の向上が望まれる。そこで、本発明では、設置スペースの縮小化、及び作業効率の向上を果たすべく、一つの接続箱に複数の導体接続部を収納する。

接続箱は、例えば、冷媒が充填されて導体接続部が収納される冷媒槽と、この冷媒槽を収納する断熱槽とからなる二重構造の構成が挙げられる。断熱槽は、真空引きなどを行うことで、断熱機能を付与するとよい。このような接続箱は、いずれも耐久性のよいステンレスなどの金属にて形成されたものが好ましい。また、接続箱は、円筒状とすると、箱内での加圧冷媒の乱流を抑制することができて好ましい。更に、接続箱は、ケーブルコアの長手方向に分割される分割片を組み合わせて一体に形成される構成とすることが好ましい。このとき、例えば、マンホールのように設置スペースが限られている箇所においても、接続作業が行い易い。具体的には、例えば、ケーブルコアの長手方向に二分割される一対の半割れ片からなる接続箱を用いる場合、接続する一方のケーブルの根元側(接続端から離れる側)に一方の半割れ片を逃がしておき、他方のコアの根元側にもう一つの半割れ片を逃がしておく。すると、接続する両ケーブルコアの接続端側が露出された状態となるため、接続作業を容易に行うことができる。超電導導体を接続した後、逃がしていた両半割れ片を接続端側に移動させて溶接などにより接続し、一体の接続箱を形成するとよい。

そして、本発明では、上記のように導体接続部の外周に固体絶縁部材を配置する。固体絶縁部材を接続スリーブの外周に配置する場合、工場などで予め接続スリーブの外周に固体絶縁部材を装着させておいてもよい。このとき、現場では、接続スリーブと超電導導体とを接続させると、導体接続部の外周に固体絶縁部材が配置された状態を構成することができる。固体絶縁部材は、エポキシ樹脂などの絶縁性樹脂からなるユニットを利用するとよく、常電導ケーブルにて電解緩和に用いられる公知のストレスコーンを用いてもよい。固体絶縁部材を導体接続部の外周に密着させるには、例えば、固体絶縁部材の収縮力を利用することが挙げられる。また、固体絶縁部材の外周やその近傍には、絶縁補強のためにクラフト紙やPPLP(登録商標)などの絶縁材により補強層を設けておくことが好ましい。

この固体絶縁部材を上記接続箱に固定する。特に、本発明では、複数の固体絶縁部材と接続箱との固定に、一般的に強度に優れる金属製のフランジを用いる。即ち、複数の固体絶縁部材は、金属フランジにより、接続箱内においてケーブルコアの長手方向の同位置に固定され、位置決めされる。従って、ケーブルコアの熱収縮に伴って接続箱内における各導体接続部の位置がずれることを効果的に抑制することができる。固体絶縁部材を金属フランジに固定するには、例えば、金属フランジとして、固定フランジ及び押えフランジを具えると共に、固体絶縁部材に突起部などを設け、この突起部を固定フランジと押えフランジにより挟み込み、ボルトなどの固定金具により締め付けることが挙げられる。

上記金属フランジは、接続箱の形状に適合させた板状、例えば、接続箱が円筒状の場合、円盤状とし、複数の固体絶縁部材が固定できるように挿通孔を設ける構成が挙げられる。また、金属フランジには、冷媒の流通が可能な流通孔を設けてもよい。金属フランジとして、固定フランジ及び押えフランジを具える場合、固定フランジを接続箱の形状に適合させた形状とすると共に、挿通孔や流通孔を設け、押えフランジは、突起部を押えることができる形状、大きさとしてもよい。金属フランジの形成材料としては、数トンオーダーといったケーブルコアの熱収縮時の力に対して、導体接続部をコアの長手方向にほとんど移動させることなく、或いは全く移動させることなく保持することができる強度を具える金属材料であればよく、例えば、SUS304、SUS316、SUS317などのステンレスや、JIS規格C4621P(ネーバル銅板)などが挙げられる。この金属フランジと接続箱との接続は、例えば、溶接や、ボルトなどの固定金具を用いた接合などにより行うことが挙げられる。このような金属フランジは、ケーブルコアの長手方向に複数設けてもよいが、多すぎると、冷媒の流通性を損なう恐れがあるため、一つだけでもよい。

接続箱の形状に適合させた形状の金属フランジとする場合、接続箱内に固定することで、箱内は、フランジにより区分けされた複数の空間となる。このとき、接続箱内の冷媒を流通させ易いように区分けされた空間同士を接続するバイパス流路を別途設けてもよい。バイパス流路には、バルブを設けておき、バルブの開閉により適宜冷媒の流通量などを調整するとよい。冷媒を循環させない場合は、各空間に充填される冷媒の冷却が可能な冷却装置を具えておいてもよい。

更に、超電導導体の外周にシールド層を具えるケーブルコアを用いる場合、一方のケーブルから引き出された各コアのシールド層同士を短絡させるシールド接続部を具えていてもよい。超電導ケーブルのシールド層を接地し、アースを介してシールド層間を接続させると、シールド層の接続間抵抗が大きいことから、シールド層に流れる電流の大きさが超電導導体に流れる電流よりも小さくなる。このため、各ケーブルコアのシールド層は、各コアの超電導導体から発生する磁場を打ち消す程度の磁場を形成できず、各コアの外部に大きな磁場が発生する恐れがある。そこで、各ケーブルコアの外部に磁場が発生しにくいようにシールド層同士をシールド接続部にて接続して短絡させる。

シールド接続部を構成する導電性材料としては、常電導材料、超電導材料のいずれを用いてもよい。常電導材料としては、例えば、銅やアルミニウム(共に、77Kの比抵抗ρ＝2×10^-7Ω・cm)などのように、超電導ケーブルが使用される冷媒温度、例えば、冷媒として液体窒素を用いる場合、液体窒素の温度近傍においても電気的抵抗が小さい金属が挙げられる。超電導材料としては、例えば、超電導導体やシールド層に用いられるものと同様のBi2223相などのBi系酸化物超電導体を用いた超電導テープ線や、このテープ線の製造に用いられる丸線などの超電導線材が挙げられる。これら超電導テープ線や丸線は、例えば、パウダーインチューブ法により形成したものが挙げられる。公知の超電導テープ線や丸線を用いてもよい。

上記シールド接続部は、ケーブルコアの長手方向に対して、少なくとも一部のシールド層同士を接続すればよく、その形状は、各コアのシールド層の周方向に対して少なくとも一部に接し、かつ各コアのシールド層間を接続できる形状が挙げられる。特に、シールド層を複数の超電導素線にて形成する場合、構成する全ての超電導素線と電気的に接続可能な形状であることが好ましい。例えば、シールド層の外周を覆うことが可能な円筒状部材と、この円筒状部材同士を連結する連結部材とを組み合わせた形状が挙げられる。連結部材は、可とう性を有する部材、例えば、編組材にて形成されたものを用いると、冷却収縮に伴う各コアの移動にも追従できる。また、変形が容易であるため、接続箱内といったスペースの限られた場所において組み立て作業性に優れると共に、組み立て作業により生じる寸法誤差を吸収することができる。円筒状部材と連結部材とは、同一の材料で形成してもよいし、異なる材料を用いてもよい。例えば、円筒状部材を取り付け作業性に優れる銅やアルミニウムなどの常電導材料にて形成し、連結部材に超電導材料を用いてもよし、連結部材において、常電導材料と超電導材料とを併用してもよい。

シールド接続部とシールド層との接続は、接続による電気的抵抗が小さい方法が好ましく、例えば、ハンダ、特に、低融点ハンダを用いることが好ましい。常電導ケーブルにおいて接合に用いられているハンダの融点は、通常190℃程度であり、この温度は、シールド層の下層に具える電気絶縁層の耐熱温度よりも高い。従って、上記ハンダを用いると、ハンダを溶融する際の熱により、電気絶縁層の絶縁性能を劣化させる恐れがある。そこで、融点が60℃以上120℃以下の低融点ハンダを用いることが好適である。なお、シールド接続部をシールド層に取り付ける際は、ケーブルコアが保護層を具える場合、予め接続個所の保護層を除去して、シールド層を露出させておく。また、このようなシールド接続部は、接続箱内に少なくとも一箇所設けてあればよく、各ケーブル側にそれぞれ一箇所ずつ、合計二箇所設けてもよい。

上記シールド接続部を具える場合、各ケーブルから引き出されたケーブルコアのシールド層同士も接続しておくことが好ましい。即ち、一方のケーブルから引き出された各ケーブルコアのシールド層と、他方のケーブルから引き出された各ケーブルコアのシールド層とを接続するシールド連結部を具えることが好ましい。シールド連結部を構成する導電性材料としては、常電導材料、超電導材料のいずれを用いてもよい。常電導材料、超電導材料は、上記シールド接続部と同様のものが挙げられる。また、シールド連結部とシールド層との接続は、ハンダや圧着などが挙げられる。

接続箱内に収納される各ケーブルコアは、保持具にて保持するとよい。この保持具は、各ケーブルコアを保持可能であると共に、超電導導体の接続作業が行い易いように各コア間を広げた状態に保持できるものが挙げられる。また、保持具は、接続箱に固定してもよいし、ケーブルコアの伸縮に伴って接続箱内を移動可能としてもよい。移動可能とすると、金属フランジに加わる熱収縮時の力が軽減されて好ましい。このような保持具は、ケーブルコアの長手方向に少なくとも一つ配置することが好ましい。

以下、本発明の実施の形態を説明する。
図1は、本発明超電導ケーブルの接続構造を示す概略構成図である。この接続構造は、超電導導体を有するケーブルコア102を複数具える多相超電導ケーブルの中間接続構造である。本例では、3本のケーブルコア102を具える三芯型一括型の三相超電導ケーブル100を示す。なお、図1では、側面方向からみているため2本しか示されていないが、後述する図3(A)に示すように平面方向からみると3本具えている。

この接続構造は、一対の三相超電導ケーブル100から引き出された各相のケーブルコア102の超電導導体201を接続する三つの導体接続部が収納される接続箱1と、各導体接続部の外周にそれぞれ固定される固体絶縁部材2と、これら固体絶縁部材2を接続箱1に対して固定する金属フランジ3とを具える。以下、各構成を詳しく説明する。

(超電導ケーブル)
＜ケーブル構成＞
本例で用いた超電導ケーブル100は、図6に示すものと同様の構成のものである。即ち、中心から順にフォーマ、超電導導体、電気絶縁層、シールド層、保護層を具えるケーブルコア102を3本撚り合わせて断熱管内に収納された構成のものである。フォーマは、絶縁被覆された銅線を複数本撚り合わせたものを用いた。超電導導体及びシールド層は、それぞれフォーマの外周、電気絶縁層の外周にBi2223系超電導テープ線(Ag-Mnシース線)を多層に螺旋状に巻回して構成した。電気絶縁層は、超電導導体の外周に半合成絶縁紙(住友電気工業株式会社製PPLP：登録商標)を巻回して構成した。保護層は、シールド層の外周にクラフト紙を巻回して構成した。断熱管は、SUSコルゲート管を用い、外管と内管間に断熱材を多層に配置して真空引きした真空多層断熱構造とした。この内管と各ケーブルコア102間に液体窒素などの冷媒を流通させている。断熱管の外周には、ポリ塩化ビニルからなる保護層を設けた。

＜保持具＞
上記超電導ケーブル100は撚り合わされた状態で断熱管に収納され、接続箱1に導入される端部において、各ケーブルコア102は、それぞれ別個に取り扱い易くするべく、各コア102間の間隔を根元側から接続端側に向かって広げられて分岐されて接続箱1に収納される。本例では、各ケーブル100において、ケーブルコア102の長手方向(図1において左右方向)に沿って根元側に第一保持具110a、接続端側に第三保持具110c、中間部に第二保持具110bを配置している。第一保持具110aと第二保持具110b間には、半円弧状部材(図示せず)を配置してケーブルコア102を保持すると共に、両保持具110a、110bを連結している。第三保持具110cは、他の保持具110a、110bと連結されていない。第一保持具110aは、中心に環状部を具え、この環状部の外周に三つの半円弧状部材が固定され、3本のケーブルコア102で囲まれる空間のほぼ中心部に環状部の中心が位置するようにコア102間に配置して、コア102間の間隔を広げた状態に保持する。第二保持具110b、第三保持具110cの基本的構成は第一保持具110aとほぼ同様の構成であり、環状部の径を第一保持具110aよりも大きくしている点が異なる。また、これら保持具110a〜110cは、ケーブルコア102の伸縮に伴って接続箱1内を移動できるように、箱1の内周面にほぼ点接触するような摺動部(図示せず)を具える。この摺動部は、環状部の外周で半円弧状部材を固定していない個所に取り付けている。なお、本例において保持具は、接続箱内を移動可能な構成としたが、接続箱内に固定してもよい。

(接続箱)
上記超電導ケーブル100の端部がそれぞれ接続箱1に導入されて接続される。接続箱1は、冷媒10が充填されて導体接続部が収納される冷媒槽11と、この冷媒槽11を収納する断熱槽12とを具える二重構造である。本例において冷媒槽11及び断熱槽12は、ケーブルコア102の長手方向に分割可能な半割れ片を組み合わせて一体化する構成のものを用いた。例えば、設置場所がマンホール内の場合、マンホールの大きさは、一般に、長さ5〜6m×奥行き5〜6m×高さ2m程度であり、接続箱1は、長さ4mほどである。そのため、接続箱を分割できない一体構成とすると、マンホールへの導入が困難であるだけでなく、マンホール内での接続作業が行いにくい。また、導体接続部は、接続箱の中央部近傍に配置することが好ましいが、一体の接続箱を一方のケーブル100の根元側に逃がして超電導導体の接続作業を行うとすると、接続箱の逃し代を大きくとる必要があるだけでなく、箱を逃がした側と反対側で導体接続部が形成されるため、接続作業後、箱を導体接続部側に移動させると、導体接続部は、箱内の一方側(接続作業を行った側)に偏って配置される恐れがある。これに対し、ケーブルコア102の長手方向に分割可能な半割れ片を組み合わせる構成とすると、半割れ片は、2m程度とすることができるため、マンホール内への導入が行い易く、逃し代も小さくすることができる。かつ、接続する両ケーブル100の根元側にそれぞれ半割れ片を逃がしておくことで、導体接続部を形成後、導体接続部を接続箱1の中央部近傍に容易に配置することができる。また、本例の接続箱1は、加圧冷媒の流通による圧損を抑制するべく円筒状とした。

＜冷媒槽＞
冷媒槽11には、液体窒素などの冷媒が充填される。本例において冷媒槽11は、ステンレスにより形成した。この冷媒槽11を構成する各半割れ片は、両端が開口した筒状部材11Aと、筒状部材11Aの一端に取り付けられる端面板11Bとを具えるもので、筒状部材11Aの一端に端面板11Bを取り付けると共に、筒状部材11Aの開口した他端同士を接続することで、図1に示すような閉空間を構成する。筒状部材11Aの接続は、溶接などにより行う。

＜断熱槽＞
断熱槽12には、上記冷媒槽11が収納される。本例において断熱槽12は、ステンレスにて形成した。また、本例では、冷媒槽11と断熱槽12間を真空引きすることで断熱を行う。この断熱槽12を構成する各半割れ片は、両端が開口した筒状部材12Aと、筒状部材12Aの一端に取り付けられる端面板12Bとを具えるもので、筒状部材12Aの一端に端面板12Bを取り付けると共に、筒状部材12Aの開口した他端同士を接続することで、図1に示すような閉空間を構成する。筒状部材12A同士の接続は、溶接などにより行う。本例では、筒状部材12A同士を接続し易いように筒状部材12Aの内周面にリング状部材12cを配置している。そのほか、断熱槽12内には、冷媒槽11の自重を支持する支持治具12a、槽12内における冷媒槽11の長手方向の位置を固定する固定具12bをそれぞれ配置している。支持治具12aは、冷媒槽11の筒状部材11Aの外周及び断熱槽12の筒状部材12Aの内周に沿った円弧状であり、強度に優れるステンレスにて形成した。固定具12bは、冷媒槽11の端面板11Bに当接できる大きさのリング状であり、熱伝導しにくいFRPにて形成した。

(導体接続部)
図2は、導体接続部の構造を説明する概略模式図である。本例において、導体接続部は、各相のケーブルコアから露出させた超電導導体201の端部と、導体201の端部が挿入される接続スリーブ4とから構成される。そして、本発明では、この導体接続部の外周に固体絶縁部材2を配置する。本例では、特に接続スリーブ4の外周に固体絶縁部材2を配置させている。接続スリーブ4は、導電性材料からなる棒状部材であり、両端部に超電導導体201が挿入される接続部4aを具え、中央部は、固体絶縁部材2が配置可能な大きさを有している。本例において接続スリーブは、銅製としたが、アルミニウムなどでもよい。また、接続スリーブ4の外周への固体絶縁部材2の装着作業は、工場などで行い、接続スリーブ4と超電導導体201との接続作業のみ、マンホール内などの接続構造を形成する現場などで行ってもよい。

(固体絶縁部材)
本例において固体絶縁部材2は、エポキシ樹脂からなるストレスコーンを用い、ストレスコーンの収縮力により接続スリーブ4の外周に密着させている。ストレスコーンは、両端側がテーパー状の一体形状であり、後述する金属フランジ3に固定し易いように、ストレスコーンの周方向にリング状に突起部21を設け、固定金具33によりフランジ3(固定フランジ31)に固定する。本例において突起部21は、固体絶縁部材2に一体に形成した。

(補強層)
導体接続部(電気絶縁層202の端部、超電導導体201の端部、接続スリーブ4の端部)の外周には、図1、2に示すように絶縁性を補強するための補強層20を具える。本例において補強層20は、クラフト紙を巻回することにて形成した。

(金属フランジ)
上記固体絶縁部材2は、金属フランジ3を介して接続箱1(冷媒槽11)に固定する。本例において金属フランジ3は、3つの固体絶縁部材2が挿通配置される固定フランジ31と、固体絶縁部材2の突起部21を押える押えフランジ32とを具える。本例においてこれら固定フランジ31及び押えフランジ32は、強度に優れるステンレス(SUS304)により形成した。

本例において固定フランジ31は、図3(A)に示すように接続箱(冷媒槽)の形状に適合させた円盤状であり、固体絶縁部材2が挿通できるように挿通孔30を具える。本例では、3つの挿通孔30を三角形状に具える。また、固定フランジ31により、冷媒槽内が左右二つの空間に区切られため(図1参照)、両空間内を冷媒が流通し易いように、本例に示す固定フランジ31には、図3(A)に示すように複数の流通孔31aを設けている。この構成により、冷媒槽内に液体窒素などの冷媒を容易に流通させることができる。一方、押えフランジ32は、固定フランジ31との間で固体絶縁部材2の突起部21(図1、2参照)を挟むことができる大きさを有するリング状部材である。このような固定フランジ31と押えフランジ32との間で固体絶縁部材2の突起部21を挟み込み、ボルトなどの固定部材33にてフランジ31、32間を締め付けることで、固体絶縁部材2は、金属フランジ3に固定される。なお、図3(A)では、補強層を省略している。

そして、固体絶縁部材2を挿通固定した金属フランジ3を接続箱1(冷媒槽11)に固定する(図1参照)。本例では、溶接により、接続箱1に固定している。この固定により、接続箱1(冷媒槽11)内における導体接続部の位置が固定される。特に、本発明では、複数のケーブルコア102に配置した固体絶縁部材2を同じ金属フランジ3に固定するため、導体接続部の位置が互いにずれない。また、フランジ3の形成材料として、強度に優れる金属を用いることで、冷媒により冷却されてケーブルコア102が収縮しても、導体接続部がコア102の長手方向に移動するのを抑制できる。更に、フランジ3の固定により、接続箱1内における超電導導体の位置が決められるため、布設時の偏りなどを防止することができる。従って、本発明は、導体接続部の位置を所望の位置(例えば、設計位置)に保持することができる。

(シールド層の処理)
その他、本例では、各超電導ケーブル100から引き出されたケーブルコア102のシールド層同士をシールド接続部40にて接続し、短絡させている。この構成により、各ケーブルコア100の外部に漏れ磁場が発生しにくい。

本例に示すシールド接続部40は、図3(B)に示すようにシールド層203の外周に配置される円筒状部材41と、円筒状部材41同士を連結する連結部材42とを組み合わせた構成である。本例においてシールド接続部40は、銅にて形成した。特に、連結部材42は、可とう性を有する編組材を用いており、接続箱1内といった限られたスペース内であっても、円筒状部材41と連結部材42との接続を容易に行えると共に、組み立て作業の際に生じる寸法のずれを吸収できる。また、本例においてシールド層203と円筒状部材41とは、低融点ハンダにて接続した。具体的には、融点が約78℃のハンダ(化学成分；Sn：9.3質量％、Pb：34.5質量％、Bi：50質量％、Cd：6.2質量％)を用いた。

本例では、シールド接続部の材料として常電導材料を用いたが、超電導材料を用いてもよい。例えば、円筒状部材は、上記銅製のものを用い、連結部材を超電導材料としてもよい。具体的には、パウダーインチューブ法により形成した丸線を複数本用意し、この丸線により円筒状部材間を接続してもよい。また、本例では、シールド接続部を接続箱1内において一箇所に設けているが、各ケーブル側にそれぞれ一箇所ずつ、合計二箇所に設けてもよいし、シールド接続部を設けない構成としてもよい。

上記シールド接続部を設ける場合、図4に示すように一方のケーブルのシールド層203と、他方のケーブルのシールド層203とを接続するシールド連結部300を設けることが好ましい。本例においてシールド連結部300は、銅編組材を用い、一方のケーブルのシールド層203から、補強層20及び固体絶縁部材2を介して他方のケーブルのシールド層203に亘って配置し、各シールド層203とそれぞれハンダにて接続した。なお、本例では、シールド連結部を常電導材料にて形成したが、超電導材料を用いてもよいし、また、圧着にて接続してもよい。

(バイパス流路)
また、本例では、金属フランジ3(固定フランジ31)に冷媒流通用の流通孔31aを設ける構成としたが、図5に示すように冷媒槽11においてフランジ3により区分けされる両空間を接続するようにバイパス流路5を設けた構成としてもよい。バイパス流路5は、例えば、接続箱1と同様に断熱構造の管路とすることが挙げられる。具体的には、図5に示すように冷媒槽と断熱槽との二重構造とした断面]状のパイプ部50を用いることが挙げられる。また、パイプ部50の両端の開口部にフランジ51を設けると共に、冷媒槽11及び断熱槽12の筒状部材にパイプ部50と接続可能な接続パイプ部13と、接続パイプ13の開口部にフランジ51が接合されるフランジ14とを設けておく。そして、バイパス流路5のフランジ51と接続箱1側のフランジ14とを接合させ、ボルトなどの締付金具52により固定させる構成としてもよい。また、バイパス流路5には、バルブ53を設け、このバルブ53の開閉により、冷媒の流量などを調整するとよい。なお、冷媒槽11の接続パイプ13部分は、中間部で脱着可能な構成、例えば、コネクタを取り付けるなどとしておくと、断熱槽12内に配置し易く好ましい。また、中間部を可撓管としておくと、より挿入性をよくすることができて好ましい。

(組み立て手順)
上記中間接続構造は、以下の手順にて組み立てるとよい(図1参照)。接続する一対の超電導ケーブル100端部の断熱管を切断して除去し、各ケーブル100から出たケーブルコア102に、断熱管と接続箱1とを接続する管接続部120、断熱槽12の端面板12B、筒状部材12A、固定具12b、冷媒槽11の端面板11B、筒状部材11Aを順に挿通させて、各ケーブル100の根元側に逃がしておく。このとき、各ケーブル100のケーブルコア102の接続端側が露出された状態となる。なお、超電導ケーブルの真空構造を保持した状態で接続箱に取り込む場合、ケーブル端部の断熱管を切断除去しなくてもよい。

この状態で、両超電導ケーブル100の各ケーブルコア102間が接続端側に向かって徐々に広げた状態となるように保持具110a〜110cを配置する。また、一方の超電導ケーブル100(図1では、左側のケーブル)のケーブルコア102に固定フランジ31を挿通させて、根元側(図1では、左側)に逃がしておく。シールド層の処理を行う場合は、ケーブルコア102において導体接続部から離れた箇所の保護層を剥いでシールド層を露出させ、上記シールド接続部40を取り付ける。

両超電導ケーブル100の各ケーブルコア102端部から超電導導体201を露出させて、他方のケーブル(図1では、右側のケーブル)の超電導導体201に押えフランジ32を挿通する。次に、予め接続スリーブ4の外周に固体絶縁部材2を装着させておき、逃しておいた固定フランジ31及び押えフランジ32を移動させて固体絶縁部材2の突起部21を挟み込み、固定金具33を締め付け、金属フランジ3に固体絶縁部材2を固定する。そして、接続箱1(冷媒槽11)に対するフランジ3の位置決めを行って、溶接によりフランジ3を接続箱1に固定した後、同じ相のケーブルコア102において、超電導導体201を接続スリーブ4の各接続部4aにそれぞれ挿入して圧着して超電導導体201を接続する。このとき、固体絶縁部材2が所望の位置になるように、超電導導体201の長さを調整して接続を行う。また、このような接続作業を各相毎に行う。この接続作業により、導体接続部の外周に固体絶縁部材が配置された構造が形成される。また、金属フランジ3は、接続箱1に固定されているため、導体接続部の位置決めを容易に行うことができる。その後、固体絶縁部材2の外周に適宜補強層20を形成する。シールド接続部40を設けた場合、一方のケーブルコア102のシールド層と他方のコア102のシールド層とを接続するシールド連結部(図4参照)を設けることが好ましい。それから、根元側に逃がしていた両冷媒槽11の筒状部材11Aを接続端側に移動させて、両筒状部材11Aを溶接にて接続する。以上の工程により、導体接続部は、固体絶縁部材2及び金属フランジ3を介して冷媒槽11に固定される。

両冷媒槽11の端面板11Bをそれぞれ溶接により接続し、固定具12b及び支持治具12aを具える断熱槽12の筒状部材12Aを接続端側に移動させて、両筒状部材12Aを溶接により接続する。そして、両断熱槽12の端面板12Bを筒状部材12Aにそれぞれ溶接により接続し、更に、筒状部材12Aに管接続部120をそれぞれ溶接により接続する。この工程により一体化された中間接続構造が出来上がる。そして、冷媒槽11と断熱槽12間を真空引きした後、冷媒槽11に加圧冷媒を流入することで、超電導ケーブル線路の使用が可能となる。

上記のようにケーブルコアの長手方向に分割された接続箱とすることで、マンホールなどの設置スペースが限られた場所でも、容易に組み立て作業を行うことができる。

本発明接続構造は、超電導ケーブルの中間接続の構築に好適である。また、このような中間構造を具える超電導ケーブル線路の構築に適する。

本発明超電導ケーブルの接続構造を示す概略構成図である。 本発明超電導ケーブルの接続構造において、導体接続部の構造を説明する概略模式図である。 (A)は、図1に示すA-A断面図であり、固体絶縁部部材と金属フランジとの接続状態を示し、(B)は、図1に示すB-B断面図であり、シールド層同士を短絡させるシールド接続部の構造を示す。 本発明超電導ケーブルの接続構造において、シールド連結部を具える構成を示す概略模式図である。 本発明超電導ケーブルの接続構造において、バイパス流路を具える例であって、バイパス流路の構造を示す概略拡大図である。 三芯一括型の三相超電導ケーブルの断面図である。

符号の説明

1 接続箱 10 冷媒 11 冷媒槽 11A 筒状部材 11B 端面板
12 断熱槽 12A 筒状部材 12B 端面板
12a 支持治具 12b 固定具 12c 接続部 13 接続パイプ 14 フランジ
2 固体絶縁部材 20 補強層 21 突起部
3 金属フランジ 30 挿通孔 31 固定フランジ 31a 流通孔
32 押えフランジ 33,34 固定金具
4 接続スリーブ 4a 接続部
40 シールド接続部 41 円筒状部材 42 連結部材
5 バイパス流路 50 パイプ部 51 フランジ 52 締付金具 53 バルブ
100 三相超電導ケーブル 101 断熱管 101a 外管 101b 内管
102 ケーブルコア 103 空間 104 防食層 110a〜110c 保持具
120 管接続部
200 フォーマ 201 超電導導体 202 電気絶縁層 203 シールド層
203a 内層 203b 外層 204 保護層 300 シールド連結部

Claims (9)

1. 超電導導体を有するケーブルコアを複数具える一対の多相超電導ケーブルと、
   異なるケーブルから引き出されたケーブルコアの超電導導体を接続する導体接続部が複数収納される接続箱と、
   前記各導体接続部の外周にそれぞれ固定される固体絶縁部材と、
   前記複数の固体絶縁部材を前記接続箱に対して固定する金属フランジとを具えることを特徴とする多相超電導ケーブルの接続構造。
2. 接続箱内には、ケーブルコアを冷却する冷媒が充填され、
   金属フランジには、冷媒の流通可能な流通孔を具えることを特徴とする請求項1に記載の多相超電導ケーブルの接続構造。
3. 接続箱は、ケーブルコアの長手方向に分割される分割片を組み合わせて構成されることを特徴とする請求項1に記載の多相超電導ケーブルの接続構造。
4. 接続箱は、円筒状であることを特徴とする請求項1に記載の多相超電導ケーブルの接続構造。
5. 更に、超電導導体の外周には、シールド層を具え、
   一方のケーブルから引き出された各ケーブルコアのシールド層同士を短絡させるシールド接続部を具えることを特徴とする請求項1に記載の多相超電導ケーブルの接続構造。
6. シールド接続部は、常電導材料及び超電導材料の少なくとも一方からなることを特徴とする請求項5に記載の多相超電導ケーブルの接続構造。
7. 更に、一方のケーブルから引き出された各ケーブルコアのシールド層と、他方のケーブルから引き出された各ケーブルコアのシールド層とを接続するシールド連結部を具えることを特徴とする請求項5又は6に記載の多相超電導ケーブルの接続構造。
8. シールド連結部は、常電導材料及び超電導材料の少なくとも一方からなることを特徴とする請求項7に記載の多相超電導ケーブルの接続構造。
9. 請求項1〜8のいずれかに記載の多相超電導ケーブルの接続構造を具えることを特徴とする多相超電導ケーブル線路。

Images