JP2006156310A - 電力ケーブル線路 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 直流送配電を行う電力ケーブル(1g,1r,1p,1m,1n)と、このケーブルに交流成分を重畳する交流重畳部2と、重畳された交流成分により誘導される電力を同ケーブルから取り出す分岐電源部3とを具える。交流重畳部2により交流成分を電力ケーブルに重畳し、電力ケーブルに直流電力と共に交流電力を送電する。そして、ケーブル途中に設けた分岐電源部3により、重畳された交流成分を取り出し、各種の電力機器に供給する。
【選択図】図1
Description
(1)コアのうち第一超電導層が第二超電導層で覆われていない箇所
(2)複数のコアを有する場合、各コアの第一超電導層を接続した接続箇所の近傍で、第一超電導層が接続された状態で異なるコア(例えば、正極のコアと負極のコア)の第二超電導層同士を短絡した短絡部
(3)一対のコアを突き合わせて第一超電導層を接続し、この接続箇所に並列して両コアの第二超電導層同士を接続した接続箇所
図1は、本発明電力ケーブル線路の概略構成図であり、(A)は、単極送電線路、(B)は、双極送電線路を示す。以下、図において同一符号は、同一物を示す。本発明線路は、直流送配電を行う電力ケーブル(1g,1r,1p,1m,1n)と、このケーブルに交流成分を重畳する交流重畳部2と、重畳された交流成分により誘導される電力を同ケーブルから取り出す分岐電源部3とを具える。以下、単極送電線路、双極送電線路に分けて説明する。
本発明において単極送電線路は、図1(A)に示すように往路線路となる電力ケーブル1gと、帰路線路となる電力ケーブル1rとを具え、両ケーブル1g,1rは、交流/直流変換器11、直流/交流変換器12を介してリード13,14により接続され閉回路を構成する。往路となるケーブル1gの一端側には、交流電源10aが接続され、同他端側には、負荷が接続される。交流/直流変換器11は、交流電源10aの交流を直流に変換し、直流/交流変換器12は、送電された直流を交流に変換する。また、帰路となるケーブル1rの一端を接地している。この構成により、交流電源10aから交流/直流変換器11を介して往路に送電された直流電力は、直流/交流変換器12を介して負荷に供給される。本発明線路は、このような単極送電線路において、電力ケーブル1g,1rに交流成分を重畳するべく、交流重畳部2を具える。本例では、リード13において交流/直流変換器11の近傍に交流重畳部2を配置している。図1に示す例では、リード13において交流/直流変換器11の帰路線路側に交流重畳部2を配置したが、リード13の交流/直流変換器11の往路線路側の他、負荷側(リード14上)、具体的には、図1の破線四角A部分に配置してもよい。
本発明において双極送電線路は、図1(B)に示すように正極線路となる電力ケーブル1pと、負極線路となる電力ケーブル1mと、中性線となる電力ケーブル1nとを並列に具え、ケーブル1p,1nを第一交流/直流変換器11p、第一直流/交流変換器12pを介してリード13p,13n,14p,14nにて接続し、ケーブル1m,1nを第二交流/直流変換器11m、第二直流/交流変換器12mを介してリード13m,13n,14m,14nにて接続して閉回路を構成する。正極線路となるケーブル1pの一端側には、交流電源10aが接続され、同他端側には、負荷が接続される。第一交流/直流変換器11p、第二交流/直流変換器11mは、交流電源10aの交流を直流に変換し、第一直流/交流変換器12p、第二直流/交流変換器12mは、送電された直流を交流に変換する。また、中性線となるケーブル1nの片端(この例では負荷側)を接地している。この構成により、交流電源10aから交流/直流変換器11p,11mを介してケーブル1p,1mに送電された直流電力は、直流/交流変換器12p,12mを介して負荷に供給される。本発明線路は、このような双極送電線路において、電力ケーブル1p,1nに交流成分を重畳するべく、交流重畳部2を具える。本例では、リード13pにおいて第一交流/直流変換器11pの近傍に交流重畳部2を配置している。図1に示す例では、リード13pにおいて第一交流/直流変換器11pの中性線側に交流重畳部2を配置したが、第一交流/直流変換器11pの正極線路側、第二交流/直流変換器11mの中性線側、第二交流/直流変換器11mの負極線路側、ケーブル1nの交流電源10a側の他、負荷側(リード14p,14n,14m上)、具体的には、図1の破線四角A部分に配置してもよい。
図2は、本発明線路に具える交流重畳部の概略構成図であり、(A)は、変圧部を具える構成、(B)は、誘導結合部を具える構成である。図2(A)に示す交流重畳部2Aは、交流電源10bに接続されて、交流電力を変圧する変圧部を具えるものである。変圧部により、交流電源10bからの電力を適切な大きさに変化させて交流成分をリード13に重畳する。この構成により、電力ケーブル(図1参照)には、リード13を介して交流成分が流されると共に、交流/直流変換器11により直流成分が流される。
本発明線路に利用する電力ケーブルは、常電導ケーブル、超電導ケーブルのいずれにも利用できる。ここでは、特に、超電導ケーブルを利用した場合の分岐電源部の構成、及分岐電源部の配置状態を説明する。
<超電導ケーブル>
まず、分岐電源部の説明に先だって、線路に用いる超電導ケーブルの構成を説明する。図3は、三心一括型の超電導ケーブルの断面図である。このケーブル100は、低温絶縁型のケーブルであって、三心のケーブルコア110を断熱管120内に収納した構成である。各コア110は、中心から順に、フォーマ15、第一超電導層20、電気絶縁層30、第二超電導層40、保護層50を有している。これらの各層のうち、第一超電導層20と第二超電導層40に超電導線材が用いられる。このような超電導ケーブルにおいて一つのコアの第一超電導層が正極線路、他のコアの第一超電導層が負極線路、これら二つのコアの第二超電導層が中性線とすることで双極送電を行うことができる。なお、残りのコアは、予備線に利用するとよい。また、各コアの第一超電導層を往路線路、同じコアの第二超電導層を帰路線路とすることで単極送電を行うことができる。
フォーマ15には、金属線を撚り合わせた中実のものや、金属パイプを用いた中空のものが利用できる。中実のフォーマの一例としては、複数の銅素線を撚り合わせたものが挙げられる。中空のフォーマを用いた場合、その内部を冷媒の流路として利用することができる。
第一超電導層20には、複数本の酸化物高温超電導フィラメントを銀シースで被覆したテープ線材が好適である。ここではBi2223系テープ線材を用いた。このテープ線材をフォーマの上に多層に巻回して第一超電導層20を形成する。
第一超電導層20上には、電気絶縁層30が形成される。この電気絶縁層30は、例えば、クラフト紙とポリプロピレンなどの樹脂フィルムとを重ね合わせたもの(住友電気工業株式会社製PPLP:登録商標)などを用い、第一超電導層20の外周に巻回して構成することができる。
本例で利用する超電導ケーブルには、電気絶縁層30の外側に第一超電導層20と同軸状に第二超電導層40を設ける。第二超電導層40は、電気絶縁層30の外側に設けた第一超電導層20に用いたものと同様の超電導線材を巻回して形成される。この第二超電導層40は、単極送電の場合、帰路線路として利用し、双極送電の場合、中性線として利用する。
第二超電導層40の上には、更に保護層50が形成されている。この保護層50は、第二超電導層40よりも内側の構造を機械的に保護するもので、第二超電導層40上にクラフト紙や布テープを巻きつけることで形成される。
断熱管120は、ステンレス製のコルゲート内管121と同コルゲート外管122とを有する二重管構造である。通常、コルゲート内管121とコルゲート外管122との間は空間が形成され、その空間は真空引きされる。真空引きされる空間内には、スーパーインシュレーション(商品名)が配置され、輻射熱の反射が行なわれる。コルゲート内管121内において、内管121の内周面とケーブルコア110の外周面とで囲まれる空間123に液体窒素などの冷媒が充填され、この冷媒により、第一超電導層20や第二超電導層40を冷却して超電導状態を維持する。また、液体窒素を冷媒とする場合、電気絶縁も兼ねる。そして、コルゲート外管122の上には、ポリ塩化ビニルなどによる防食層124が形成されている。
[分岐電源部 例1]
図4は、超電導ケーブルの中間接続部の概略構成を示す模式図である。この図では説明の便宜上、2本のコアしか示していないが、実際には3本のコアが存在する。図4のケーブルコア110において太実線は各コアの第一超電導層、破線は第二超電導層を示している。また、太実線と破線を並列して示している箇所があるが、この箇所は、実際には第一超電導層の外側に電気絶縁層を介して第二超電導層が同軸状に配されている箇所である。これらの点は、後述する図5以降の各図に示す接続部でも同様とする。
上記例1では、異なる線路を構築するコアの第二超電導層同士を接続した短絡部41を有する構成を示した。更に、図5に示すようにこれら短絡部41を接続し、この短絡接続部41aに分岐電源部3を配置してもよい。この短絡接続部41aは、短絡部41と同様に第一超電導層20から分離されて非同軸状に配置されるため、この接続部41aに分岐電源部3を配置することで、接続部41aを流れる交流電流の磁界から誘導により電力を分岐して取り出すことができる。このような短絡接続部41aは、図6以降に示す実施例についても設けることができる。
上記例1では、異なる線路を構築するコアの第二超電導層同士を接続した短絡部を有する構成を示した。この例では、同短絡部を有さず、同じ線路を構築するコアの第二超電導層同士を第一超電導層と並列に接続した中間接続部において、分岐電源部を具える場合を図6に基づいて説明する。
次に、コアごとに分岐した冷媒槽と、これら冷媒槽の分岐箇所を一括して覆う真空槽とを有する中間接続部において、分岐電源部を具える場合を図7に基づいて説明する。
次に、冷媒槽だけでなく、真空槽もコアごとに分岐した中間接続部において、分岐電源部を具える場合を図8に基づいて説明する。
上記例1〜5では、多心超電導ケーブルの中間接続部において、分岐電源部を具えて、分岐電力を取り出す構成について説明した。この例では、単心超電導ケーブルの中間接続部から分岐電力を引き出す構成を図9に基づいて説明する。単心超電導ケーブルは、上記3心超電導ケーブルにおけるコアが1心となった構成である。このような単心超電導ケーブルを一条具える(第二超電導層を有していない場合二条)ことで、単極送電線路を構築することができる。また、このような単心超電導ケーブルを二条具える(第二超電導層を有していない場合三条)ことで、双極送電線路を構築することができる。本例では、第二超電導層を有している単心超電導ケーブルを一条用いて単極送電線路を構築した場合を説明する。即ち、各単心超電導ケーブルにおいて第一超電導層が往路線路に利用され、第二超電導層が帰路導体に利用される。
上記例1〜6では、超電導ケーブルにおいて分岐電力を取り出す構成について説明したが、この例では、常電導ケーブルの中間接続部から分岐電力を引き出す構成を図10に基づいて説明する。常電導ケーブル60は、中心から順に導体、電気絶縁層、電極層を同軸状に有するケーブルコアの外周にシース61を具える構成である。このようなケーブル60同士を接続する中間接続構造は、各コア61端部において電極層、電気絶縁層を断剥ぎして導体を露出させ、接続スリーブなどの接続部材を用いて導体同士を接続し、この導体接続部分及び断剥ぎした各層の端部を覆うように補強絶縁層を設け、その外周に接続ケース62を配置する。接続ケース62は、長手方向に分割可能な分割片を組み合わせたものであり、分割片の接合部64が絶縁材から構成される。そして、各ケーブル60のシース61は、接続ケース62に電気的に接続させている。そこで、図10(A)に示すように接続ケース62の各分割片を接続線63で結合し、この接続線63に分岐電源部3を配置する。接続線63は、導体に対して非同軸状に配された分離箇所であり、分岐電源部3による電力の引き出しが可能である。或いは、図10(B)に示すように接合部64の外周に分岐電源部3を配置してもよい。接合部64は、導体の外周に電極層61及び電極層61と電気的に接続される接続ケース62が存在しないため、分岐電源部3による電力の引き出しが可能である。
2b 巻線 3 分岐電源部
10a,10b 交流電源 11 交流/直流変換器 11p 第一交流/直流変換器
11m 第二交流/直流変換器 12 直流/交流変換器
12p 第一直流/交流変換器 12m 第二直流/交流変換器
13,13p,13m,13n,14,14p,14m,14n リード
15 フォーマ 20 第一超電導層 30 電気絶縁層 40 第二超電導層
50 保護層
31 絶縁被覆部 41 短絡部 41a 短絡接続部 42 連結部
60 常電導ケーブル 61 シース 62 接続ケース 63 接続線 64 接合部
100 超電導ケーブル 110 ケーブルコア 120 断熱管
121 コルゲート内管 122 コルゲート外管 123 空間 124 防食層
200 中間接続部 210 冷媒槽 211 冷媒分岐部 212 冷媒連結部
220 真空槽 221 真空分岐部 222 真空連結部
250 個別接続部
300 単心超電導ケーブル
Claims (4)
- 直流送配電を行う電力ケーブルと、
前記電力ケーブルに交流成分を重畳する交流重畳部と、
重畳された交流成分により誘導される電力を前記ケーブルから取り出す分岐電源部とを具えることを特徴とする電力ケーブル線路。 - 電力ケーブルは、超電導ケーブルであることを特徴とする請求項1に記載の電力ケーブル線路。
- 超電導ケーブルは、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二超電導層とを同軸状に有しており、
分岐電源部は、ケーブルの接続部において、第一超電導層と第二超電導層とが同軸状になっていない分離箇所に設けられることを特徴とする請求項2に記載の電力ケーブル線路。 - 線路で送電される電力を利用する負荷の近傍に配置され、重畳された交流成分が負荷に流れることを低減するフィルタを具えることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の電力ケーブル線路。
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