JP2009268340A - 超電導素子のための電気接続構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】クリオスタット内の極低温流体で冷却され、大気温度における少なくとも一つの筐体を貫通する電気ブッシングに接続された超伝導要素のための高電圧電気接続構造を提供する。
【解決手段】電気ブッシングは、大気温度における筐体４８の外部に伸び、筺体の上部壁５０を貫通する接続部５８に、接続構成１によって接続された上端部を有する中心導体４０を備え、中心導体は、その長さ方向の大部分を、大気温度における筺体の底部壁に固定された電気絶縁シース４１によって囲まれており、接続構成は、中心導体の大気温度における上端部に取り付けられた導電部２と、導電部及び接続部に接続された、複数の変形可能な導電要素３を備え、導電部は、導電要素を囲み、電界に関してスクリーンを形成する円筒状壁２Ａを有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、中程度の電圧または高電圧の電気を伝えるケーブルなどの超電導素子のための電気接続構造体に関する。前記電気接続構造体は、極低温の超電導素子の端部を、大気温度の、通常は屋外にある設備に接続する役割を果たす。

超電導素子と超電導素子に接続されるべき設備との間、すなわち、約−２００℃でありうる極低温と大気温度との間の大きな温度差のために、超電導素子と設備との間に接続構造体を介挿し、それにより、たとえば、該超電導素子がケーブルであれば、高電圧に起因する電気的な制約にしたがいながら、熱損失を最小限に抑えつつ、温度遷移を行う必要がある。この構造体は、超電導ケーブルから大気温度の出口接続部へと電気を伝えるための、絶縁シースによって取り囲まれた中心導体から主に形成される電気ブッシングを含む。この構造体は、ケーブルを冷却する極低温液体の沸騰を回避し、ケーブルを冷却するコストの増加を回避するように、妥当な長さであり、熱伝導に起因する損失を確実に小さくしながら温度遷移を行う必要がある。

そのような構造体は、特許文献１に記載されており、長手方向断面が図１に示されている。
構造体は、クリオスタット３３に保持された極低温の流体３１、たとえば液体窒素によって冷却される超伝導ケーブル３０を含む。符号３６によって示される領域は、極低温であり、その温度は、いわゆる「高温」超伝導体では、約−２００℃である。

超伝導ケーブルの上端部は、電気ブッシング３９の下端部３８に接続されている。電気ブッシングは、電気絶縁シース４１、たとえばエポキシ製のシースを周囲に備えた、銅またはアルミニウム合金の中心導体４０によって主に構成される。電気絶縁シースの外面は、たとえば、金属めっきによって、導電性材料の層によって覆われている。

クリオスタットの内面及び外面は、中間筐体４５の側壁を形成するように鉛直方向に延伸している。中間筐体には、低い熱伝導率を示す固体物質が充填される。この固体物質は、ポリウレタンフォーム又は気泡ガラスのような、フォームの形態であるのが好ましい。領域４７の温度は、極低温と大気温度との間の中間である。

中間筐体４５の上部には、プレート４６上に大気温度における筐体４８が固定されている。電気ブッシング３９は、固定・密閉フランジによって漏れが生じないような状態で上部壁（プレート）４６を貫通し、大気温度における筐体４８の上部壁５０を通って筐体４８の外側に延伸している。該筐体の側壁は、たとえば、グラスファイバによって強化されたエポキシ樹脂などの電気絶縁体５１によって構成されている。大気温度における筐体４８は、レベル５３まで、シリコーン油などの、良好な電気絶縁体である液体５４で満たされている。液体５４は、電気ブッシング３９に対して良好な電気絶縁を提供することに加えて、大気温度における筐体を熱的に安定しやすくする。このように領域５５は、大気温度に近い温度である。

電気絶縁シース４１は、クリオスタット３３と中間筐体４５との間の水平壁に、フランジによってしっかりと、かつ漏れが生じないように固定されている。電気絶縁シース４１は、中間筐体４５と大気温度における筐体４８との間の水平上部壁４６にも隙間なく固定されている。

中心導体４０は、上端部に電気絶縁シース４１を備えず、大気温度における筐体４８の外側で、接続端子５８に接続され、中程度の電圧または高電圧の電気を超伝導ケーブルに供給するか、または、超伝導ケーブルからの中程度の電圧または高電圧の電気を、大気温度における設備に送る。

本発明は、中心導体の上端部における上記の接続に関する。

中心導体は、極低温液体上で２．５メータより大きな長さを有し、種々の組み立て部品及び固定留め具の製造誤差があるので、種々の組み立て要素４５、４６、４８及び５０を通して電気ブッシング３９を正確にアライメントするのは困難であり、その結果、中心導体４０の端部は、接続端子５８において構造の長手方向の軸上の位置を取ることが判明した。

電気ブッシングを所定の位置にするように力を加えると、電気ブッシングが損傷する恐れがあるので、有害である。さらに、電気ブッシング３９は、その長さの大部分にわたり電気絶縁シースによって囲まれているので、導体及びそのシースからなるこの組み立て品は、剛性が非常に高く柔軟性が非常に低い。

さらに中心導体は、特に下部の領域３６及び４７において、構造内で比較的低い温度となり、この低い温度の影響で鉛直方向に収縮する可能性がある。中心導体の上端部は、下部方向に移動し、接続不良を生じる可能性がある。

他方、特許文献２に記載されているように、極低温流体によって冷却される超伝導素子からなる導体を、多数の導電性ストランドに分割することによって、収縮の問題に対処することが知られている。多数の導電性ストランドは、一緒により合わせてもよい。

欧州特許出願EP1703610 国際特許出願WO02/29930

より詳細に、本発明は、導体と接続端子との間の、大気温度における上端部の接続構成を提案することにより、機械的組み立ての問題を解決する。上記の接続構成は、上記上端部の位置が、３次元に自由に移動できるようにする。

上記課題を達成するために、本発明は、クリオスタット（３３）内の極低温流体（３１）で冷却され、大気温度における少なくとも一つの筐体（４８）を貫通する電気ブッシング（３９）に接続された超伝導要素（３０）のための高電圧電気接続構造であって、前記電気ブッシング（３９）は、大気温度における筐体の外部に伸び、前記筺体の上部壁（５０）を貫通する接続部（５８）に、接続構成（１）によって接続された上端部を有する中心導体（４０）を備え、前記中心導体（４０）は、その長さ方向の大部分を、大気温度における前記筺体の底部壁（４６）に固定された電気絶縁シース（４１）によって囲まれており、前記接続構成（１）は、中心導体の大気温度における前記上端部に取り付けられた導電部（２）と、前記導電部（２）及び前記接続部（５８）に接続された、複数の変形可能な導電要素（３）とを備え、前記導電部（２）は、前記導電要素（３）を囲み、電界に関してスクリーンを形成する円筒状壁（２Ａ）を有する、高電圧電気接続構造を提供する。

このように、導電要素を変形させることによって、導電部と接続部との中心位置が互いにずれていても、より少ない程度ではあるが、中心導体が鉛直方向に収縮しても、導電要素を、導電部及び接続部の双方に接続することが可能となる。

好ましい実施形態において、前記導電要素は金属ブレイドである。

前記金属ブレイドは、中心導体の周りに規則的に分配されているのが好ましい。

前記金属ブレイドは、前記導電部に結合され、はんだ付けされているのが有利である。

前記金属ブレイドは、前記接続部に結合され、はんだ付けされているのが有利である。

前記導電部は銅から構成されてもよい。

前記導電要素は銅から構成されてもよい。

前記接続部は、前記導電要素が接続された環状フランジを有する導電バーであるのが好ましい。

前記クリオスタットと大気温度における前記筺体との間に中間筺体が置かれており、前記電気絶縁シースは、前記中間筺体の底部壁に固定されているのが好ましい。

本発明の好ましい実施形態を示すに過ぎない図面を使用して以下において本発明を説明する。

従来の超伝導体構造の長手方向断面図である。 本発明による超伝導体構造の部分的な長手方向断面図である。 本発明による超伝導体構造の接続構成の透視図である。 本発明による超伝導体構造の接続構成のＩＶ−ＩＶにおける断面の透視図である。

図２は、上述したタイプの接続構造の上端部を示す図である。

中心導体４０は、このように、上端部において電気絶縁シース４１を備えず、大気温度における筐体の外側で、筐体の上部壁５０を貫通する接続端子５８に接続される。超伝導ケーブルは、このようにして中程度の電圧または高電圧の電気を送られるか、または、大気温度における設備が、超伝導ケーブルから中程度の電圧または高電圧の電気を送られる。

中心導体４０と接続端子５８とを接続するように、中心導体の上端部は、接続構成１によって接続端子５８へ接続される。接続端子は、より一般的には接続部と呼ぶことができ、筐体４８の上部壁５０を貫通して、大気気温の筐体４８の外部に伸びる。接続端子は、たとえば、筐体を外部環境から密閉するための密閉用ガスケット５８Ｃを間に挟んで、ネジ５８Ｂによって上部壁に固定される。

この接続構成１は、好ましくは銅からなる導電部２を含む。導電部２は、マルチ・コンタクト・リング２Ｂと、下端部を経由して導電部２に接続され、上端部を経由して接続部５８に接続された、複数の変形可能な導電要素３と、を間に挟んで、中心導体４０の上端部に取り付けられている。導電部２は、導電部２を取り囲む円筒壁２Ａを有する。

図３及び図４も、この接続要素を詳細に示す。

導線要素は、好ましくは銅からなる円筒状の金属ブレイドであり、断面は比較的大きく、１ブレイド当たり２５０平方ミリメータ（ｍｍ^２）のオーダであり、中心導体の長手軸の周囲に規則的に分布している。示した例では、８個のブレイドがある。ブレイドの下端部は、導電部２に連結されており、ブレイドの上端部は、接続部５８に連結されており、シルバー・ソルダーによって接続されている。より詳細には、接続部５８は、環状フランジ５８Ａを有する導電バーであり、環状フランジにブレイドの上端部が連結される。

導電部２は、２個の部分、すなわち、中心導体に接続するための底部２Ｃと、第１の底部２Ｃにはんだ付けされた円筒壁を形成するキャップ２Ａとからなる。キャップ２Ａは、高電圧絶縁破壊を起こす可能性のあるブレイド３を、キャップを存在させることにより保護する。

ブレイド３の変形に対する許容量が大きいので、この接続構成１は、中心導体４０と接続部５８に応力をかける危険を生じることなく、中心導体４０を接続部５８に接続することを可能にする。このことは、図２のＬで表されるように、中心導体４０が、構造の長手方向軸に対して外れている場合や、構造の底部における比較的低い温度の影響により中心導体が鉛直方向に収縮する場合であっても当てはまる。本発明による構成は、中心導体４０が３次元方向に移動しても良好な接続を確実にする。

Claims (9)

1. クリオスタット（３３）内の極低温流体（３１）で冷却され、大気温度における少なくとも一つの筐体（４８）を貫通する電気ブッシング（３９）に接続された超伝導要素（３０）のための高電圧電気接続構造であって、前記電気ブッシング（３９）は、大気温度における筐体の外部に伸び、前記筺体の上部壁（５０）を貫通する接続部（５８）に、接続構成（１）によって接続された上端部を有する中心導体（４０）を備え、前記中心導体（４０）は、その長さ方向の大部分を、大気温度における前記筺体の底部壁（４６）に固定された電気絶縁シース（４１）によって囲まれており、前記接続構成（１）は、中心導体の大気温度における前記上端部に取り付けられた導電部（２）と、前記導電部（２）及び前記接続部（５８）に接続された、複数の変形可能な導電要素（３）とを備え、前記導電部（２）は、前記導電要素（３）を囲み、電界に関してスクリーンを形成する円筒状壁（２Ａ）を有する、高電圧電気接続構造。
2. 前記導電要素（３）は金属ブレイド（３）である請求項１に記載の高電圧電気接続構造。
3. 前記金属ブレイド（３）は、中心導体の周りに規則的に分配されている請求項１又は２に記載の高電圧電気接続構造。
4. 前記金属ブレイド（３）は、前記導電部（２）に結合され、はんだ付けされている請求項２又は３に記載の高電圧電気接続構造。
5. 前記金属ブレイド（３）は、前記接続部（５８）に結合され、はんだ付けされている請求項２から４のいずれかに記載の高電圧電気接続構造。
6. 前記導電部（２）が銅からなる請求項１から５のいずれかに記載の高電圧電気接続構造。
7. 前記導電要素（３）が銅からなる請求項１から６のいずれかに記載の高電圧電気接続構造。
8. 
   前記接続部（５８）が、前記導電要素（３）が接続された環状フランジ（５８Ａ）を有する導電バーである請求項１から７のいずれかに記載の高電圧電気接続構造。
9. 前記クリオスタット（３３）と大気温度における前記筺体（４８）との間に中間筺体（４５）が置かれており、前記電気絶縁シース（４１）は、前記中間筺体（４５）の底部壁に固定されている請求項１から８のいずれかに記載の高電圧電気接続構造。

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