JP2019030210A - 超電導ケーブルの端末構造 - Google Patents

Abstract

【課題】非真空断熱部が密に設けられ、かつ施工性に優れる超電導ケーブルの端末構造を提供する。【解決手段】超電導ケーブルに備える超電導導体の端部に電気的に接続される電流リードと、前記電流リードと、前記電流リードの周辺部材とを一括して覆う非真空断熱部とを備え、前記非真空断熱部は、硬化性樹脂により構成され、前記電流リード及び前記周辺部材の外面に沿って密着する熱絶縁体を備える超電導ケーブルの端末構造。【選択図】図１

Description

本発明は、超電導ケーブルの端末構造に関する。

特許文献１には、超電導ケーブルに備える超電導導体の端部と、この端部に電気的に接続される常電導リードと、これらの接続箇所の外周を覆うと共に、液体窒素等の冷媒が充填される断熱構造体とを備える超電導ケーブルの端末構造が開示されている。

上記断熱構造体は、ケーブル側断熱容器と、リード側断熱容器と、絶縁部材とを備える。ケーブル側断熱容器は、超電導ケーブルに備えるケーブル断熱管における常電導リード側の端部に設けられる。リード側断熱容器は、常電導リードにおける超電導ケーブル側の端部を覆うように設けられる。ケーブル側断熱容器及びリード側断熱容器は、冷媒槽と、その冷媒槽の外周を覆う真空断熱槽とを備える二重構造となっている。絶縁部材は、接地されているケーブル断熱管に接続されて接地電位であるケーブル側断熱容器と、高電位であるリード側断熱容器との間に必要な絶縁性能が得られるように介在される。

特開２０１３−０５９２１１号公報

リード側断熱容器のうち、常電導リードを覆う部分は、非真空の断熱部で構成することが望まれている。常電導リードを覆う部分を非真空の断熱部とすることで、断熱容器を金属材料で構成しない、又は断熱容器を省略でき、超電導ケーブルの負荷時に、断熱容器の表面が高電位となることを抑制できると期待される。

非真空の断熱部としては、例えば熱絶縁体のシートを巻回して構成することが考えられるが、超電導ケーブルの端末構造は、断熱部を形成する領域が複雑であり、熱絶縁体のシートを巻回できずに隙間が形成される虞がある。

そこで、非真空断熱部が密に設けられ、かつ施工性に優れる超電導ケーブルの端末構造を提供することを目的の一つとする。

本開示に係る超電導ケーブルの端末構造は、
超電導ケーブルに備える超電導導体の端部に電気的に接続される電流リードと、
前記電流リードと、前記電流リードの周辺部材とを一括して覆う非真空断熱部とを備え、
前記非真空断熱部は、硬化性樹脂により構成され、前記電流リード及び前記周辺部材の外面に沿って密着する熱絶縁体を備える。

上記超電導ケーブルの端末構造は、非真空断熱部が密に設けられ、かつ施工性に優れる。

実施形態１に係る超電導ケーブルの端末構造の縦断面を示す概略構成図である。 実施形態１に係る超電導ケーブルの端末構造に備える低温絶縁型の超電導ケーブルの一例を示す横断面図である。 実施形態２に係る超電導ケーブルの端末構造の縦断面を示す概略構成図である。

［本発明の実施形態の説明］
最初に、本発明の実施形態の内容を列記して説明する。

（１）本発明の実施形態に係る超電導ケーブルの端末構造は、
超電導ケーブルに備える超電導導体の端部に電気的に接続される電流リードと、
前記電流リードと、前記電流リードの周辺部材とを一括して覆う非真空断熱部とを備え、
前記非真空断熱部は、硬化性樹脂により構成され、前記電流リード及び前記周辺部材の外面に沿って密着する熱絶縁体を備える。

電流リードの外周に非真空断熱部を備えることで、例えば超電導ケーブルが無負荷のときに、超電導導体を冷却する冷媒からの熱伝導で電流リードが冷却され、その電流リードの外周に霜が発生することを抑制できる。電流リードを覆う部分を非真空断熱部とすることで、断熱容器を金属材料で構成しない、又は断熱容器を省略でき、超電導ケーブルの負荷時に、断熱容器の表面が高電位となることを抑制できると期待される。

超電導ケーブルの端末構造は、後述するように、真空断熱部や絶縁ガス充填部等があり、それぞれ真空ポートやガス供給ポート等が突出するように設けられた周辺部材を備え、複雑な形状となっている。非真空断熱部が硬化性樹脂により構成される熱絶縁体を備えることで、非真空断熱部を形成する領域が複雑な形状であっても、熱絶縁体の形成時に、未硬化の硬化性樹脂が複雑な形状に沿って充填される。そのため、熱絶縁体を備える非真空断熱部は、電流リード及び周辺部材の外面に沿って密着して形成され、周辺部材との間に隙間が生じることなく密に設けられる。また、熱絶縁体が未硬化の硬化性樹脂を充填して形成されることで、容易に熱絶縁体を備える非真空断熱部を形成でき、構造の簡略化によって施工性に優れる。

（２）上記超電導ケーブルの端末構造の一形態として、前記非真空断熱部の内周にオーバーラップする部分を有し、前記超電導導体の外周を覆う真空断熱部を備えることが挙げられる。

超電導導体の外周を覆う真空断熱部が非真空断熱部にオーバーラップして設けられることで、超電導ケーブルの端末構造を小型化し易い。

（３）真空断熱部を備える上記超電導ケーブルの端末構造の一形態として、前記周辺部材は、前記真空断熱部の内部を真空引きするための真空ポートを含むことが挙げられる。

真空断熱部が非真空断熱部にオーバーラップして設けられると、真空断熱部の真空ポートは、非真空断熱部の形成領域に突出するように配置される場合がある。この場合であっても、非真空断熱部における熱絶縁体が未硬化の硬化性樹脂を充填して形成されることで、非真空断熱部は、真空ポートの外面に沿って密着して形成され、真空ポートとの間に隙間が生じることなく密に設けられる。

（４）上記超電導ケーブルの端末構造の一形態として、前記非真空断熱部は、前記電流リードに沿った長さが１０００ｍｍ以下であることが挙げられる。

非真空断熱部の上記長さが１０００ｍｍ以下であることで、輻射熱の影響を受け難く、非真空断熱部として輻射熱に対する対策を設けなくてもよく、構造を簡素化できる。

（５）上記超電導ケーブルの端末構造の一形態として、前記硬化性樹脂は、熱硬化性樹脂、常温硬化性樹脂、及び低温硬化性樹脂から選択される少なくとも一種であることが挙げられる。

硬化性樹脂として、加熱して樹脂を熱硬化させる熱硬化性樹脂を用いることで比較的早く熱絶縁体を形成できる。一方、硬化性樹脂として、常温から比較的低温に放置して樹脂を硬化させる常温硬化性樹脂や低温硬化性樹脂を用いることで、樹脂を加熱する作業を省略できる。

（６）上記超電導ケーブルの端末構造の一形態として、前記硬化性樹脂は、発泡樹脂を含むことが挙げられる。

発泡樹脂は、発砲した樹脂が気泡を含んで体積膨張した状態となる。そのため、硬化性樹脂に発泡樹脂を含むことで、断熱性能を向上し易い。

（７）上記超電導ケーブルの端末構造の一形態として、前記非真空断熱部は、更に、外部からの輻射熱をシールドする輻射熱シールド部を備えることが挙げられる。

非真空断熱部は、輻射熱の影響を受ける場合がある。非真空断熱部が輻射熱シールド部を備えることで、外部からの輻射熱をシールドでき、断熱性能を向上できる。

（８）非真空断熱部に輻射熱シールド部を備える上記超電導ケーブルの端末構造の一形態として、前記熱絶縁体は、前記電流リードの直上に設けられる内側熱絶縁体を備え、前記輻射熱シールド部は、前記内側熱絶縁体の直上に設けられることが挙げられる。

電流リードの直上に内側熱絶縁体を備えることで、非真空断熱部を形成する領域に真空ポートやガス供給ポート等が突出した周辺部材を備える場合であっても、その周辺部材を内側熱絶縁体によって埋設することができる。輻射熱シールド部は、例えばアルミニウム箔等のシート部材で構成されるため、上記周辺部材を内側熱絶縁体によって埋設し、更に内側熱絶縁体の外周面を円筒面等の平滑面とすることで、内側熱絶縁体に対して輻射熱シールド部を配置し易く、施工性を向上できる。

（９）非真空断熱部に輻射熱シールド部を備える上記超電導ケーブルの端末構造の一形態として、前記熱絶縁体は、前記輻射熱シールド部の直上に設けられる外側熱絶縁体を備えることが挙げられる。

輻射熱シールド部の直上に外側熱絶縁体を備えることで、輻射熱シールド部を外側熱絶縁体によって固定することができ、輻射熱シールド部が剥離したり破損したりすることを抑制できる。

［本発明の実施形態の詳細］
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る超電導ケーブルの端末構造を詳細に説明する。図中、同一符号は同一名称物を示す。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

＜実施形態１＞
≪全体構成≫
実施形態１に係る超電導ケーブルの端末構造１は、超電導ケーブル１００に備える超電導導体（超電導導体層１１２）の端部に電気的に接続される電流リード１５０を備える。電流リード１５０は、超電導導体層１１２の端部との接続部と反対側の端部に、常温環境で利用される常電導機器（図示せず）の常電導導体が電気的に接続される。常電導機器は、保護機器や遮断器等で構成される変電設備、地中ケーブルや架空送電線等の常電導ケーブル等が挙げられる。以下の説明では、各構成部材における超電導ケーブルに近い側をケーブル側、常電導機器に近い側を機器側と呼ぶことがある。

超電導ケーブルの端末構造１は、超電導導体層１１２と電流リード１５０との接続箇所の近傍に、熱絶縁及び電気絶縁を行う複合絶縁構造体２を備える。複合絶縁構造体２は、接地側断熱部１０と高電位側断熱部２０と電気絶縁部３０とを備える。接地側断熱部１０は、二重構造の接地側断熱容器１２ｃの内部が真空引きされて構成される真空断熱部１２を備える。接地側断熱容器１２ｃは、超電導ケーブル１００に備える断熱管１２０（図２）における機器側の端部に接続され、機器側に延びるように設けられる。高電位側断熱部２０は、二重構造の高電位側断熱容器２２ｃの内部が真空引きされて構成される真空断熱部２２を備える。高電位側断熱容器２２ｃは、電流リード１５０におけるケーブル側の端部外周面に接続され、ケーブル側に延びるように設けられる。電気絶縁部３０は、接地された断熱管１２０に接続されて接地電位となる接地側断熱容器１２ｃと、電流リード１５０に接続されて高電位となる高電位側断熱容器２２ｃとの間の電気的絶縁を確保する。接地側断熱容器１２ｃ、高電位側断熱容器２２ｃ、及び電気絶縁部３０と、超電導ケーブル１００のケーブルコア１１０との間には、冷媒１３０が充填される。

実施形態１に係る超電導ケーブルの端末構造１は、電流リード１５０の外周を覆う非真空断熱部４を備える点を特徴の一つとする。本例では、非真空断熱部４は、真空断熱部２２を構成する高電位側断熱容器２２ｃの一部を覆って配置される。以下、まず図２を参照して超電導ケーブル１００を説明し、次に図１を参照して超電導ケーブルの端末構造１の詳細な構成を説明する。

≪超電導ケーブル≫
超電導ケーブル１００は、フォーマ１１１の外周に設けられた超電導導体層１１２を有するケーブルコア１１０と、ケーブルコア１１０を収納する断熱管１２０とを備える。この例に示すケーブルコア１１０は、中心から順にフォーマ１１１、超電導導体層１１２、絶縁層１１３、遮蔽層１１４、保護層１１５を同軸状に備える。ここでは、超電導ケーブル１００は、１本のケーブルコア１１０が１つの断熱管１２０に収納された単心ケーブルであると共に、超電導導体層１１２と共に絶縁層１１３が断熱管１２０に収納されて、双方が冷媒１３０に冷却される低温絶縁型の超電導ケーブルであるものを例示する。例えば、このような単心ケーブルを３本布設して、各ケーブルを各相の送電に利用する三相交流送電路等を構築することができる。超電導ケーブル１００は公知の構成を利用できる。以下に、ケーブルコア１１０の一例を説明する。

〔ケーブルコア〕
〈フォーマ〉
フォーマ１１１は、超電導導体層１１２を支持する機能を有する。この例のフォーマ１１１は、金属パイプなどの中空体であり、その内部空間を冷媒１３０の流路に利用する。冷媒１３０は、液体窒素等の液体冷媒が代表的である。その他のフォーマ１１１として、撚線などを用いた中実体などが挙げられる。

〈超電導導体層〉
超電導導体層１１２は、フォーマ１１１の外周に超電導線材を螺旋状に巻回された少なくとも１層の線材層を備える超電導導体である。超電導線材は、例えばＢｉ系銀シース線材やＲＥ１２３系薄膜線材等の酸化物超電導体を備えるテープ状線材が挙げられる。図１の超電導導体層１１２は、複数の線材層が積層された例を示す。積層数は適宜変更できる。フォーマ１１１と超電導導体層１１２との間には、適宜、クッション層等を設けることができる。

〈絶縁層〉
絶縁層１１３は、超電導導体層１１２とその外部との電気的絶縁を確保する。絶縁層１１３は、絶縁材からなるテープを超電導導体層１１２の外周に巻回して積層することで形成される。絶縁材は、例えば、クラフト紙やＰＰＬＰ（登録商標；Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ Ｌａｍｉｎａｔｅｄ Ｐａｐｅｒ）といった半合成紙等の絶縁紙が挙げられる。

〈遮蔽層〉
遮蔽層１１４は、絶縁層１１３の外周に設けられて電界遮蔽を行う。遮蔽層１１４は、銅やアルミニウム、金属化紙、金属化カーボンといった常電導材料からなるテープや線材等を巻回することで形成される。

〈保護層〉
保護層１１５は、ケーブルコア１１０の最外周に配置され、その内側に配置された部材（特に超電導導体層１１２）の機械的保護、遮蔽層１１４と断熱管１２０との間の電気的絶縁の確保を目的として設けられる。保護層１１５は、上述の絶縁紙を遮蔽層１１４の外周に巻回して積層することで形成される。

その他、ケーブルコア１１０は、絶縁層１１３の外周に外側超電導層（図示せず）を備えることができる。外側超電導層は、上述の超電導線材を螺旋状に巻回して形成することができる。外側超電導層は、例えば、交流送電用途では磁気遮蔽層に利用でき、この場合、遮蔽層１１４の構成部材とすることができる。

〔断熱管〕
断熱管１２０は、内管１２１と外管１２２とを有する二重構造管であり、内管１２１と外管１２２との間の空間を真空断熱層とする断熱管である。内管１２１の内部空間は、ケーブルコア１１０の収納空間であると共に、超電導導体層１１２の超電導状態を維持するための冷媒１３０が流通される流路（この例では復路）に利用される。内管１２１及び外管１２２は、ステンレス鋼等の金属製のコルゲート管等が挙げられる。この例に示す断熱管１２０は、内管１２１と外管１２２との間にスーパーインシュレーション（商品名）等の断熱材（図示せず）を備えており、より高い断熱性を有する。断熱管１２０の外管１２２の外側には、ビニルやポリエチレンなどの防食材から構成される防食層１２４を備える。

≪複合絶縁構造体≫
複合絶縁構造体２は、接地側断熱部１０（接地側断熱容器１２ｃ）と高電位側断熱部２０（高電位側断熱容器２２ｃ）とが、電気絶縁部３０を介して、各容器１２ｃ，２２ｃの径方向にオーバーラップして配置されている。本例では、接地側断熱容器１２ｃは、電気絶縁部３０よりも径方向外方に位置し、高電位側断熱容器２２ｃは、電気絶縁部３０よりも径方向内方に位置する。

高電位側断熱容器２２ｃは、冷媒１３０に露出する部分とは反対側の常温に露出する部分の外周に、碍管２００が設けられている。その碍管２００の内部には、所定の絶縁性能を満足するように絶縁ガス等が充填され、高電位側断熱容器２２ｃの常温に露出する部分が外気から遮断される。碍管２００の各端部にはフランジ部２００ｕ，２００ｄが設けられている。高電位側断熱容器２２ｃは、径方向外方に設けられる取付フランジ部２２ｆを介してフランジ部２００ｕにボルト２２ｂにより固定されている。接地側断熱容器１２ｃは、その端部がフランジ部２００ｄに溶接により固定されている。フランジ部２００ｄには、取付台２２０が取り付けられている。

電気絶縁部３０は、高電位側断熱容器２２ｃと一体であり、接地側断熱容器１２ｃとは別体である。複合絶縁構造体２は、接地側断熱容器１２ｃを超電導ケーブル１００の断熱管１２０（図２）に接続し、電気絶縁部３０と高電位側断熱容器２２ｃとの一体物を接地側断熱容器１２ｃの機器側の端部の内側に挿入することで構成される。本例では、外側に位置する接地側断熱容器１２ｃの内周面と電気絶縁部３０の外周面との間にクリアランスが形成される。このクリアランスが存在しても、クリアランスの沿面方向には、冷媒温度から常温までの温度勾配が形成され、冷媒温度側には液体冷媒が、常温側にはガス化した冷媒が存在し、冷媒１３０が複合絶縁構造体２の外部に漏洩することはない。

高電位側断熱容器２２ｃは、機器側の端部が碍管２００の外方に位置し、電流リード１５０のケーブル側の端部外周面に接続されている。なお、電流リード１５０のケーブル側の端部は、高電位側断熱容器２２ｃとの接続部分の径よりも細く、その細径部分で超電導導体層１１２と接続されている。この細径部分には、外部に開口する冷媒孔が設けられており、フォーマ１１１の内外に冷媒流路を形成する。フォーマ１１１の外部とは、接地側断熱容器１２ｃ、高電位側断熱容器２２ｃ、及び電気絶縁部３０と、超電導ケーブル１００のケーブルコア１１０との間である。図１に示す白抜き矢印は、冷媒１３０の流れ方向の一例を示す。

高電位側断熱部２０の高電位側断熱容器２２ｃは、その内部が真空引きされて真空断熱部２２を構成する。そのため、高電位側断熱容器２２ｃには、真空ポート２２ｐが設けられている。本例では、真空ポート２２ｐは、高電位側断熱容器２２ｃの機器側の端部から電流リード１５０の長手方向に沿って延びるように設けられている。

≪非真空断熱部≫
非真空断熱部４は、碍管２００の外方に位置する電流リード１５０と、電流リード１５０の周辺部材とを一括して覆う。電流リード１５０の周辺部材とは、非真空断熱部４の形成領域に突出するように配置される突出物であり、真空ポート２２ｐ、ガス供給ポート（図示せず）、ボルト２２ｂ等である。本例では、非真空断熱部４は、碍管２００の外方に位置する高電位側断熱容器２２ｃ（高電位側断熱部２０を構成する真空断熱部２２）の外周にオーバーラップする部分を有する。つまり、非真空断熱部４は、真空断熱部２２の一部を覆って配置される。

非真空断熱部４は、硬化性樹脂により構成される熱絶縁体４２を備える。熱絶縁体４２は、電流リード１５０及び上記周辺部材（真空ポート２２ｐやボルト２２ｂ等）の外面に沿って密着して設けられる。それは、熱絶縁体４２は、熱絶縁体４２の形成領域に未硬化の硬化性樹脂が充填されて形成されるため、形成領域が複雑な形状であっても、その形成領域に倣って隙間なく上記硬化性樹脂が充填されるからである。

熱絶縁体４２は、固体断熱体である。この固体断熱体を構成する硬化性樹脂は、ポリウレタン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリオレフィン樹脂等が挙げられる。硬化性樹脂は、加熱して樹脂を熱硬化させる熱硬化性樹脂、常温に放置して樹脂を硬化させる常温硬化性樹脂、及び比較的低温に放置して樹脂を硬化させる低温硬化性樹脂から選択される少なくとも一種が挙げられる。硬化性樹脂は、単一種でもよいし、複数種を混合してもよい。また、硬化性樹脂は、発泡樹脂を含むことが好ましい。発泡樹脂は、発砲した樹脂が気泡を含んで体積膨張した状態となるため、断熱性能を向上し易い。発泡樹脂としては、ウレタンフォーム、ポリエチレンフォーム、ポリスチレンフォーム、ポリプロピレンフォーム、フェノールフォーム等が挙げられる。

非真空断熱部４（熱絶縁体４２）は、電流リード１５０に沿った長さが１０００ｍｍ以下であることが挙げられる。非真空断熱部４の上記長さが１０００ｍｍ以下であることで、輻射熱の影響を受け難く、非真空断熱部４として輻射熱に対する対策を設けなくてもよく、構造を簡素化できる。一方、非真空断熱部４の上記長さが２００ｍｍ以上であることで、非真空断熱部４における断熱効果を発揮し易い。非真空断熱部４の上記長さは、更に３００ｍｍ以上、特に５００ｍｍ以上であることが挙げられる。なお、非真空断熱部４の上記長さが１０００ｍｍ以下の場合であっても、非真空断熱部４に輻射熱に対する対策を設けてもよい。輻射熱に対する対策については、実施形態２にて詳述する。

非真空断熱部４（熱絶縁体４２）は、電流リード１５０からの厚みが３０ｍｍ以上２００ｍｍ以下であることが挙げられる。非真空断熱部４が多層構造で構成される場合、例えば熱絶縁体４２を内側熱絶縁体４２ｉと外側熱絶縁体４２ｏの二層構造で構成し、その間に輻射熱シールド部４４を介在する場合（後述する実施形態２を参照）、非真空断熱部４の電流リード１５０からの厚みは、全ての熱絶縁体（内側熱絶縁体４２ｉと外側熱絶縁体４２ｏと輻射熱シールド部４４）の厚みの合計とする。非真空断熱部４の上記厚みが３０ｍｍ以上であることで、非真空断熱部４における断熱効果を発揮し易い。一方、非真空断熱部４の上記厚みが２００ｍｍ以下であることで、非真空断熱部４の大型化を抑制できる。非真空断熱部４の上記厚みは、更に５０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下、特に５０ｍｍ以上１００ｍｍ以下であることが挙げられる。

≪超電導ケーブルの端末構造の製造方法≫
上述した超電導ケーブルの端末構造１は、例えば、ケーブルコア１１０の端末処理工程と、超電導導体層１１２と電流リード１５０との接続工程と、複合絶縁構造体２の形成工程と、非真空断熱部４の形成工程とを備える製造方法によって構築できる。

〔ケーブルコアの端末処理工程〕
超電導ケーブル１００の端部において断熱管１２０から所定の長さのケーブルコア１１０を出して段剥ぎをして、フォーマ１１１、超電導導体層１１２等を順に露出する。断熱管１２０は、例えば、その端部を封止部材などで封止して真空断熱層を形成しておく。複合絶縁構造体２とケーブルコア１１０との間においては、電界が集中し過大にならないようにケーブルコア１１０の遮蔽層１１４の端部処理が行われる。図１では、その端部処理として補強絶縁層１１９を設ける形態が示されている。

〔超電導導体層と電流リードとの接続工程〕
電流リード１５０のケーブル側の端部に形成された冷媒孔にケーブルコア１１０の端末処理部分を挿入し、超電導導体層１１２と電流リード１５０とを接続する。例えば、フォーマ１１１と電流リード１５０とを圧縮や半田を用いて接続することが挙げられる。

〔複合絶縁構造体の形成工程〕
断熱管１２０(図２)の機器側の端部に、フランジ部２００ｄを有する接地側断熱容器１２ｃを接続する。高電位側断熱容器２２ｃの端部外周面に電気絶縁部３０を一体に成形した一体物を、接地側断熱容器１２ｃの端部の内側に挿入する。このとき、断面Ｌ型のリングを用いて、電気絶縁部３０をフランジ部２００ｄに固定してもよい。そして、高電位側断熱容器２２ｃの外周を覆うように、碍管２００を取り付ける。フランジ部２００ｕを電流リード１５０及び高電位側断熱容器２２ｃの外周に装着し、取付フランジ部２２ｆを介してフランジ部２００ｕを高電位側断熱容器２２ｃにボルト２２ｂで固定する。

上述した超電導導体層１１２と電流リード１５０との接続は、断熱管１２０の機器側の端部に接地側断熱容器１２ｃを接続してから行ってもよい。

〔非真空断熱部の形成工程〕
非真空断熱部４は、成形型を用いて熱絶縁体４２を形成する。成形型として、熱絶縁体４２（非真空断熱部４）の形成領域に突出するように配置される周辺部材（真空ポート２２ｐやボルト２２ｂ等）を内部に収容可能であり、かつ所望の大きさ（電流リード１５０に沿った長さや電流リード１５０からの厚み等）の円筒状部材を準備する。成形型は、例えば、塩化ビニル製で、電流リード１５０の長手方向に沿った分割面を有する二分割の成形型である。

上記成形型を電流リード１５０の外周に間隔をあけて装着し、成形型内に未硬化の硬化性樹脂を注入する。成形型内に注入された硬化性樹脂は、熱絶縁体４２の形成領域に倣って成形型内に隙間なく充填される。その後、硬化性樹脂が硬化されると、成形型を取り外す。なお、成形型の構成材料によっては、成形型を取り外さずに、非真空断熱部４として機能させてもよい。

非真空断熱部４が構築できたら、接地側断熱容器１２ｃの内部を真空ポート１２ｐから真空引きして真空断熱部１２を構成し、高電位側断熱容器２２ｃの内部を真空ポート２２ｐから真空引きして真空断熱部２２を構成する。最後に、フランジ部２００ｄを取付台２２０に固定する。

≪効果≫
上述した超電導ケーブルの端末構造１は、電流リード１５０を覆う非真空断熱部４を備えることで、構造の簡略化によって施工性に優れる。また、非真空断熱部４とすることで、断熱容器を金属材料で構成しない、又は断熱容器を省略でき、超電導ケーブル１００の負荷時に、断熱容器の表面が高電位となることを抑制できると期待される。

非真空断熱部４が熱硬化性樹脂により構成される熱絶縁体４２を備えることで、非真空断熱部４の形成領域が複雑な形状であっても、その形成領域に倣って熱絶縁体４２が密に設けられる。熱絶縁体４２は、熱絶縁体４２の形成領域に未硬化の硬化性樹脂が充填されて形成されるからである。また、熱絶縁体４２が未硬化の硬化性樹脂を充填して形成されることで、容易に熱絶縁体４２を備える非真空断熱部４を形成でき、構造の簡略化によって施工性に優れる。

特に、非真空断熱部４は、高電位側断熱容器２２ｃ（高電位側断熱部２０を構成する真空断熱部２２）にオーバーラップして設けられるため、超電導ケーブルの端末構造１を小型化し易い。また、非真空断熱部４の電流リード１５０に沿った長さが１０００ｍｍ以下であることで、輻射熱に対する対策を設けなくてもよく、構造を簡素化できる。

＜実施形態２＞
超電導ケーブルの端末構造１は、図３に示すように、非真空断熱部４に、更に、外部からの輻射熱をシールドする輻射熱シールド部４４を備えることができる。本例では、熱絶縁体４２は、内側熱絶縁体４２ｉと外側熱絶縁体４２ｏの二相構造で構成されており、この内側熱絶縁体４２ｉと外側熱絶縁体４２ｏとの間に輻射熱シールド部４４を備える形態を説明する。図３では、実施形態１と同様の機能を有する構成に実施形態１と同一の符号を付している。以下、本実施形態では、実施形態１との相違点を中心に説明する。

熱絶縁体４２は、電流リード１５０（本例では、高電位側断熱容器２２ｃの一部を含む）の直上に設けられる内側熱絶縁体４２ｉを備える。内側熱絶縁体４２ｉは、真空ポート２２ｐやボルト２２ｂ等の突出した周辺部材を埋設するように配置され、外周面が円筒面等の平滑面で構成される。そうすることで、熱絶縁体４２の形成領域における内側熱絶縁体４２ｉの外方に、突出した周辺部材がない状態とでき、内側熱絶縁体４２ｉの外周面の直上に、後述する輻射熱シールド部４４を容易に配置することができる。内側熱絶縁体４２ｉは、電流リード１５０からの厚みを所定値以上とすることで、電気絶縁機能を持たせることができる。また、内側熱絶縁体４２ｉは、電流リード１５０からの厚みを所定値以上とすることで、内側熱絶縁体４２ｉの外周面の直上に輻射熱シールド部４４としてアルミニウム等の金属箔を配置した場合、高電位となる電流リード１５０に対して内側熱絶縁体４２ｉ内の電界分布の均一化が図れ、安定した絶縁性能を持たせることができる。

また、熱絶縁体４２は、輻射熱シールド部４４の直上に設けられる外側熱絶縁体４２ｏを備える。外側熱絶縁体４２ｏは、非真空断熱部４の外表面を形成する。外側熱絶縁体４２ｏを備えることで、輻射熱シールド部４４を保護できる。

輻射熱シールド部４４は、外部からの輻射熱をシールドする部材であり、例えば、アルミニウム箔や、ポリエステル等のプラスチックフィルムや紙からなる基材の片面又は両面にアルミニウムを蒸着したり、アルミニウム箔を貼り合せたりした複合シート（代表例、スーパーインシュレーション）等が挙げられる。その他、アルミニウム等の金属箔と、プラスチックからなるメッシュとの積層材を輻射熱シールド部４４としてもよい。輻射熱シールド部４４は、アルミニウム箔等のシート部材を内側熱絶縁体４２ｉの外周に隙間なく配置して構成される。上述したように、内側熱絶縁体４２ｉの外周面が円筒面等の平滑面であるため、輻射熱シールド部４４を内側熱絶縁体４２ｉの外周面に隙間なく巻回することができる。

輻射熱シールド部４４を挟んだ内側熱絶縁体４２ｉと外側熱絶縁体４２ｏの二層構造で構成された熱絶縁体４２は、径の異なる二つの成形型（第一の成形型と第二の成形型）を用いて形成できる。第一の成形型は、熱絶縁体４２（非真空断熱部４）の形成領域に突出するように配置される周辺部材（真空ポート２２ｐやボルト２２ｂ等）を内部に収容可能な大きさの円筒状部材であり、内側熱絶縁体４２ｉを形成するものである。第二の成形型は、非真空断熱部４の外表面を形成する大きさの円筒状部材であり、外側熱絶縁体４２ｏを形成するものである。第一の成形型及び第二の成形型は、例えば、塩化ビニル製で、電流リード１５０の長手方向に沿った分割面を有する二分割の成形型である。

まず、第一の成形型を電流リード１５０の外周に間隔をあけて装着し、第一の成形型内に未硬化の硬化性樹脂を注入する。第一の成形型内に注入された硬化性樹脂は、内側熱絶縁体４２ｉの形成領域に倣って第一の成形型内に隙間なく充填される。その後、硬化性樹脂が硬化されると、第一の成形型を取り外す。形成された内側熱絶縁体４２ｉの外周に、輻射熱シールド部４４を巻回して配置する。第二の成形型を輻射熱シールド部４４が巻回された内側熱絶縁体４２ｉの外周に間隔をあけて装着し、第二の成形型内に未硬化の硬化性樹脂を注入する。第二の成形型内に注入された硬化性樹脂は、外側熱絶縁体４２ｏの形成領域に倣って第二の成形型内に隙間なく充填される。その後、硬化性樹脂が硬化されると、第二の成形型を取り外す。そうすることで、電流リード１５０側から順に、内側熱絶縁体４２ｉ、輻射熱シールド部４４、外側熱絶縁体４２ｏを備える多層構造の非真空断熱部４が形成される。なお、成形型の構成材料によっては、成形型を取り外さずに、非真空断熱部４として機能させてもよい。

非真空断熱部４に輻射熱シールド部４４を備える場合、熱絶縁体４２が電流リード１５０の直上に設けられる内側熱絶縁体４２ｉを備えることで、真空ポート２２ｐやボルト２２ｂ等が突出した周辺部材を内側熱絶縁体４２ｉで埋設でき、外周面を円筒面等の平滑面で構成できるため、輻射熱シールド部４４を配置し易い。また、熱絶縁体４２が、非真空断熱部４の外表面を形成する外側熱絶縁体４２ｏを備えることで、輻射熱シールド部４４を保護できる。以上より、非真空断熱部４に輻射熱シールド部４４を備える超電導ケーブルの端末構造１は、非真空断熱部４を容易に形成できると共に、輻射熱シールド部４４を適切に配置できるため、外部からの輻射熱をシールドでき、断熱性能を向上できる。

非真空断熱部は、熱絶縁体を多層構造とすると共に、輻射熱シールド部も多層構造とすることもできる。例えば、図１の外側熱絶縁体４２ｏの直上に、更に輻射熱シールド部を設けることができる。この輻射熱シールド部の直上に更に熱絶縁体を設けることもできる。

また、非真空断熱部は、電流リードの直上に輻射熱シールド部を設け、この輻射熱シールド部の外周に熱絶縁体を設けることもできる。

更に、非真空断熱部は、電流リードの直上に熱絶縁体を設け、この熱絶縁体の直上に輻射熱シールド部を設け、熱輻射シールド部の直上に熱絶縁体（外側熱絶縁体）を設けないこともできる。この場合、輻射熱シールド部が非真空断熱部の外表面を形成することになるため、輻射熱シールド部の外周には、輻射熱シールド部を保護する保護部材を設けることが好ましい。

１ 超電導ケーブルの端末構造
２ 複合絶縁構造体
１０ 接地側断熱部
１２ 真空断熱部
１２ｃ 接地側断熱容器
１２ｐ 真空ポート
２０ 高電位側断熱部
２２ 真空断熱部
２２ｃ 高電位側断熱容器
２２ｆ 取付フランジ部
２２ｂ ボルト
２２ｐ 真空ポート
３０ 電気絶縁部
４ 非真空断熱部
４２ 熱絶縁体
４２ｉ 内側熱絶縁体
４２ｏ 外側熱絶縁体
４４ 輻射熱シールド部
１００ 超電導ケーブル
１１０ ケーブルコア
１１１ フォーマ
１１２ 超電導導体層
１１３ 絶縁層
１１４ 遮蔽層
１１５ 保護層
１１９ 補強絶縁層
１２０ 断熱管
１２１ 内管
１２２ 外管
１２４ 防食層
１３０ 冷媒
１５０ 電流リード
２００ 碍管
２００ｕ，２００ｄ フランジ部
２２０ 取付台

Claims (9)

1. 超電導ケーブルに備える超電導導体の端部に電気的に接続される電流リードと、
   前記電流リードと、前記電流リードの周辺部材とを一括して覆う非真空断熱部とを備え、
   前記非真空断熱部は、硬化性樹脂により構成され、前記電流リード及び前記周辺部材の外面に沿って密着する熱絶縁体を備える超電導ケーブルの端末構造。
2. 前記非真空断熱部の内周にオーバーラップする部分を有し、前記超電導導体の外周を覆う真空断熱部を備える請求項１に記載の超電導ケーブルの端末構造。
3. 前記周辺部材は、前記真空断熱部の内部を真空引きするための真空ポートを含む請求項２に記載の超電導ケーブルの端末構造。
4. 前記非真空断熱部は、前記電流リードに沿った長さが１０００ｍｍ以下である請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の超電導ケーブルの端末構造。
5. 前記硬化性樹脂は、熱硬化性樹脂、常温硬化性樹脂、及び低温硬化性樹脂から選択される少なくとも一種である請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の超電導ケーブルの端末構造。
6. 前記硬化性樹脂は、発泡樹脂を含む請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の超電導ケーブルの端末構造。
7. 前記非真空断熱部は、更に、外部からの輻射熱をシールドする輻射熱シールド部を備える請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の超電導ケーブルの端末構造。
8. 前記熱絶縁体は、前記電流リードの直上に設けられる内側熱絶縁体を備え、
   前記輻射熱シールド部は、前記内側熱絶縁体の直上に設けられる請求項７に記載の超電導ケーブルの端末構造。
9. 前記熱絶縁体は、前記輻射熱シールド部の直上に設けられる外側熱絶縁体を備える請求項７又は請求項８に記載の超電導ケーブルの端末構造。

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