TWI336982B - Joint of superconducting cable - Google Patents

Description

修正本 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關超導電纜之中間接合件。尤其 尺寸小型化的超導電纜之中間接合件。 【先前技術】 以往，在具備由Bi系高溫超導絕緣帶等所 導體的超導電纜中，不僅僅是具備一根電纜芯 纜，而且還開發出合倂多根電纜芯的多芯合倂 纜。第2(A)圖及第2(B)圖顯示三芯合倂型三相 剖面圖。該超導電纜100係在隔熱管101內收 (stranding)三根電纜芯102之構成》 隔熱管101係將隔熱材（未圖示）配置於外管 101b構成的雙層管間，且將雙層管內抽成真空 中在隔熱管101a上形成有防腐蝕層104。各電 中心開始依序具有型芯（former)200、超導導體 絕緣層202、屏蔽層2 03及保護層204。超導導 超導線材多層且螺旋狀繞卷於型芯200上所形 緣層202係透過繞卷半合成絕緣紙所形成。屏 將與超導導體201相同的超導線材螺旋狀繞卷 層2 02上所形成。在屏蔽層203上恆定且經常 動於超導導體201的電流逆向且大致相同的電 該感應電流所產生的磁場，以抵銷從超導導體 磁場，可使洩漏至電纜芯102外部的磁場大致 由內管101b與各電纜芯102所包圍的空間103 是有關可將 I成的超導 的單相電 型的多相電 超導電纜的 容並絞合 101a與內管 的構成。其 纜芯102從 201、電氣 體201係將 成。電氣絕 蔽層203係 於電氣絕緣 感應有與流 流。利用由 201產生的 爲零。通常 係形成冷媒 336982 修正本 在使用上述多相之超導電纜以構築長距離之電力線路 的場合，在線路途中需要有用以把不同電纜所引出的電纜 芯彼此予以連接的中間接合件。該中間接合件係例如專利 文獻1所記載者。在該構造中’如第3圖所示，利用銅等 之常導電的接合套管510來將收容於接合箱500內的超導 導體201的端部彼此連接，並將應力錐筒5 20安裝於此等 超導導體201端部及接合套管510外周。然後，以FRP製 支持棒530來支持該壓力錐筒520,再以FRP製把持部540 來支持接合箱內的電纜芯102(參照專利文獻1)。 [專利文獻1]日本特開2000-340274號公報（第1圖） 【發明內容】 (發明所欲解決之問題） 但是，在上述技術中，存在如下的問題。 (1) 中間接合件之發熱量增大 上述中間接合件係將常導電材料用於接合套管，該處之 導體電阻較超導導體大，在接合件產生焦耳損失引起的發 熱，從而增加冷煤之冷卻系統的負擔。 (2) 中間接合件之尺寸增大 上述接合件中，接合套管之外徑較超導導體大，在層方 向產生電場應力’因此有必要設置緩和該應利用的應力錐 筒。該應力錐筒如由絕緣紙的繞卷所形成。因此中間接合 件在徑向及長度方向上增大。另外，可以認爲是因爲大量 使用熱電阻大的絕緣紙以形成應力錐筒，因此應力錐筒的 熱電阻大’且與焦耳損失引起的接合套管的發熱相結合， 從而造成中間接合件在冷卻上的最大障礙。 • 6 - [336982 · • 修正本 (3)具有在中間接合件產生冷煤損失的情況 在上述接合件中設置應力錐筒，且由FRP製支持棒來支 持該壓力錐筒。因此該支持棒對冷煤流通造成障礙，而產 生壓力損失的結果，將會影響波及接合件的冷卻能力。 在此，本發明之主要目的在於，提供一種可減小尺寸之 超導電纜的中間接合件。 另外，本發明之另一目的在於，提供一種可抑制接合件 上之焦耳損失產生的超導電纜的中間接合件。 (解決問題之手段） 本發明係藉由使對上的超導導體彼此以在中間接合件 及其以外的部位形成相同直徑的方式作接合，以達成上述 目的。 亦即，本發明中間接合件，係將具有型芯、超導導體及 絕緣層的超導電纜彼此作接合的超導電纜的中間接合 件，其特徵爲：於對接之各型芯端部嵌入接合套管，以藉 由壓縮接合而使接合套管之外徑與型芯外徑相等的方式 將型芯彼此作接合。再以與超導電纜之超導導體的外徑相 等之方式而將在該接合套管外側對接的超導導體彼此作 接合。 接著，藉由壓縮機來壓縮配置於對接之型芯彼此外周上 • 的導體接合套管，利用壓縮該接合套管外徑以使其與型芯 實質上成爲相等外徑，無須增大接合部位的直徑即可進行 型芯彼此的接合。因此位於型芯上之超導導體也可抑制僅 在接合件之部位增大外徑的情況。其結果爲，無須使用應 力錐筒，而藉由直接將對接之超導導體彼此或使一部分重 Π36982 ‘ • 修正本 疊之超導導體彼此作接合，即可減小接合件之尺寸、尤其 ^ 是外徑的尺寸。 另外，因爲可直接將超導導體彼此作接合，因此無須使 用常電導導體之接合套管，即可抑制焦耳損失的產生。 在此，型芯之接合係以使用接合套管之壓縮接合爲較 佳。因此型芯係爲可壓縮接合的方式之實心構造或絞合線 構造者爲較佳。例如可舉出絞合有多根金屬線者。 至於接合套管則爲可壓縮接合的方式之容易塑性變形 的金屬套管者爲較佳。代表性的例子有，可利用銅套管等 等。在該套管之厚度方面，例如設爲在壓縮後可確保上述 型芯之公稱剖面積的50%以上的剖面積的尺寸。利用此種 接合套管以在進行使接合套管的外徑與型芯外徑實質上 成爲一致的壓縮接合的場合時，可容易確保接合部位之通 電容量及機械強度。 而在超導導體方面係可舉出有，把在銀等之基體中埋入 有多根ΒΪ2223系超導纖絲的超導線材以螺旋狀繞卷於型 芯上所形成的構成。該超導線材通常繞卷多層。而超導導 體彼此之接合，可藉由軟銲來進行。藉由不透過常電導導 體而直接將超導導體彼此作接合，係可迴避使用常電導導 體之情況所產生的焦耳損失。 另外，最好在超導導體外側設置補強絕緣層，且將該補 強絕緣層外徑形成爲與超導電纜之絕緣層外徑相等。補強 絕緣層係在中間接合件用以確保電氣絕緣的構件。該補強 絕緣材可利用繞卷絕緣紙等方式來形成，但無須如應力錐 筒般增大厚度或形成爲紡錘狀，因此與以往之接合件相較 修正本 之下係可大幅縮小尺寸。 由本發明中間接合件所接合之超導電纜，還可具有屏蔽 層。例如’利用將與超導導體相同的超導線材作螺旋狀繞 卷或直線狀配置於絕緣層上用以作爲屏蔽層。在該場合時 也可在中間接合件之超導導體外側設置上述補強絕緣 層。該補強絕緣層也可預設爲與超導電纜之絕緣層相等的 外徑。最好將在該補強絕緣層外側對接之屏蔽層彼此以與 超導電纜之屏蔽層的外徑設爲相等地進行接合。根據該構 成，即使是在具有屏蔽層的電纜中，也可抑制接合件之外 徑增大的情況。屏蔽層彼此之接合如可由軟銲來進行。 又，通常超導電纜係具有冷卻超導導體（在具有屏蔽層的 場合時，還會冷卻屏蔽層）之冷煤流路。本發明中間接合件 最好具有可確保與該超導電纜之冷煤流路相同剖面積的 外殻。利用在該中間接合件還確保與該超導電纜之冷煤流 路相同的剖面積，即可確保接合件之冷煤的壓力損失。外 殼係可舉出有由覆蓋中間接合件之補強絕緣層外側的隔 熱外殼所構成。而在中間接合件具有屏蔽層的場合時，也 可設置覆蓋屏蔽層外側的隔熱外殼。該外殼以設爲可於超 導電纜之長度方向分離的構成爲較佳。藉由分離外殻之構 造’即可在狹窄的作業空間內進行中間接合件的安裝。 本發明中間接合件當然可用於單芯超導電纜之接合，還 可用於由3芯組合的超導電纜之各芯的接合。 (發明效果） 根據本發明中間接合件，可將型芯之接合件外徑與型芯 外徑形成爲相等，因此可減小中間接合件的尺寸。另外， 336982 修正本 無須透過常電導導體來將超導導體彼此作接合，因此可抑 制焦耳損失引起的發熱。 【實施方式】 以下’說明本發明之實施形態。又，圖面之尺寸比率不 一定與說明內容一致。 在說明本發明中間接合件前，茲說明要接合之超導電纜 之構成。由該中間接合件所接合之超導電纜也是與第2圖 說明之超導電纜100相同的構成。亦即，在隔熱管101內 收容有3芯的芯子102。各芯子102從中心開始依序具有 型芯200、超導導體201、絕緣層202、屏蔽層203及保護 層204。型芯200係多層絞合多根銅線所構成。超導導體 201係將超導線材作多層且螺旋狀繞卷於型芯200上所形 成。該超導線材係在銀基體中埋入多根Bi 2223系超導纖絲 所形成者。絕緣層202係把接合有絕緣紙與聚丙烯薄膜而 成的半合成紙繞卷於超導導體201上所形成。另外，屏蔽 層203係將與使用在超導導體201相同的超導線材作多層 地繞卷於絕緣層202上所形成。 其次，第1圖顯示用以將上述超導電纜1〇〇彼此接合之 中間接合件。在將此種超導電纜彼此接合時，使各芯子從 隔熱管端部露出一定長度，同時，在芯子的端部進行各層 • 的長度調整。具體而言，型芯200、超導導體201、屏蔽層 2 03係設爲截至切斷端部爲止的長度，絕緣層202係從切 斷端部除去一定長度。而爲了進行該絕緣層202之除去， 係暫時將依該超導線材的繞卷所構成的屏蔽層203的端部 解開而展開，以使絕緣層202露出。在該狀態下除去一定 -10- ¢336982 修正本 長度的絕緣層202。該被除去之長度係設爲能充分進行接 合套管300對後述之型芯200的壓縮作業之程度的長度。 除此之外，雖未圖示，可從超導電纜端部將超導導體、絕 緣層、屏蔽層切斷一定長度而僅使芯子露出一定長度。在 該場合，爲了將超導導體彼此以及屏蔽層彼此作接合，係 分別另外介入有接合用超導線材。 爲進行一對超導電纜彼此的接合，首先將後述之外殼 310的半體311、312嵌入3芯之芯子結合體端部，使該外 殼310暫時移往離開芯子的端部的位置。第1圖中，芯子 僅顯示1芯。 接著，在壓縮後，準備可確保型芯200之公稱剖面積的 50%以上的剖面積的厚度的接合套管300，從該套管300 的各端部***型芯200。在此，係使用天然銅棒（1100BD) 製且具有較型芯外徑略大之內徑的套管3 00。在該狀態 下，壓縮接合套管300，以將型芯200彼此接合。藉由該 接合，使得套管咬入型芯而成爲壓縮後之接合套管3 00的 外徑與壓縮部位以外的型芯外徑實質上形成爲相等。 接著，在既被接合之型芯200上利用軟銲以接合超導導 體201。因爲在接合套管表面與型芯表面之間未形成有段 差，因此若將暫時解開之超導線材繞卷或準備其他的接合 用之超導線材來進行接合，則超導導體201本身也可避免 在覆蓋接合套管3 00的位置與其以外的部位發生外徑各異 的情況。而且，亦無介入常電導材料而進行超導導體的接 合之必要，而可抑制在接合件之伴隨焦耳損失所引起的發 熱。 -11 - 1336982 修正本 接著，在被接合之超導導體201上形成補強絕緣層320。 因爲在超導電纜之各芯子中，絕緣層202係從其端部除去 一定長度，因此在該除去部位，如可繞卷絕緣紙以形成補 強絕緣層320。該補強絕緣層320之外徑也事先符合芯子 之絕緣層202的外徑。因爲超導導體或與該導體電氣接合 之部位並未於徑方向部分膨出進行接合，因此無形成應力 錐筒的必要，即使爲與該芯子之絕緣層202相同厚度的補 強絕緣層320，仍可確保必要的電氣絕緣。 又，在補強絕緣層320上，將暫時解開之超導線材繞卷 或準備其他的接合用超導線材，以被覆屏蔽層203 »由軟 銲來接合構成該超導線材彼此或屏蔽層之超導線材與接 合用超導線材》藉由該屏蔽層203之接合，屏蔽層203本 身也可避免在覆蓋補強絕緣層3 20的位置與其以外的部位 發生外徑各異的情況。如上述，若接合型芯之各層，則可 使接合件之外徑與超導電纜之芯子的外徑相同，而可極力 地減小接合件之尺寸。 又，將暫時移往離開芯子端部方向的外殻的半體311、 3 1 2拉回並與接合於形成有補強絕緣層320的位置外側。 該半體3 1卜3 1 2係具有一端爲小徑而另一端爲大徑的隔熱 構造的圓筒體。使該半體311、312的大徑側開口部彼此對 接，利用焊接或使用有凸緣之螺栓的緊固而達成一體化。 藉由該半體311、312的接合而形成兩端部爲小徑而中間部 爲大徑的外殼310。雖未示於第1圖中，但外殼310的兩 端部係與超導電纜之隔熱管1〇1(第2圖）的端部連接。 外殻3 1 0的小徑處的內徑係設爲確保超導電纜之隔熱管 -12- 1336982 修正本 內徑以上。外殻3 1 0內側與屏蔽層外側之間的空間係形成 爲冷媒流路’因此藉由確保外殼310的內徑，而可確保與 超導電纜內相等之冷媒流路剖面積，以抑制在接合件之冷 媒的壓力損失。 (產業上的可利用性） 本發明中間接合件，係在用於電力傳輸路等的超導電纜 線路中，可期待作爲超導電纜彼此的接合部位來利用。 【圖式簡單說明】 第1圖爲本發明中間接合件的部分剖面圖。 第2 (A)圖爲利用本發明接合件所接合之超導電纜的剖 面圖。 第2(B)圖爲顯示同電纜芯之分段剝開狀態的立體圖。 第3圖爲習知中間接合件的部分剖面圖。 【主要元件符號說明】 100 三相超導電纜 101 隔熱管 101a 外管 101b 內管 102 電纜芯 103 空間 104 防腐蝕層 200 型芯 201 超導導體 202 絕緣層 203 屏蔽層 -13- 1336982 修正本 204 保 護 層 300 接 合 套 管 3 10 外 殼 311' 312 半 體 320 補 強 絕 緣層 500 接 合 箱 5 10 接 合 套 管 520 應 力 錐 筒 530 支 持 棒 540 把 持 部 -14-

Claims (1)

1336982 99. ΙΌΓΓ3 ------年月日修(更)正替换頁 修正本 第94105995號「超導電纜的中間接合件」專利案 (2010年1〇月Π日修正） 十、申請專利範圍： 1. 一種超導電纜的中間接合件，爲將具有型芯、超導導體 及絕緣層的超導電纜彼此作接合，其特徵爲： 在對接之各型芯端部嵌入接合套管，以藉由壓縮接合 而使接合套管之外徑與型芯外徑相等的方式將型芯彼 此作接合； 將在該接合套管外側對接的超導導體彼此以與超導 電纜之超導導體的外徑相等地作接合。 2.如申請專利範圍第1項之超導電纜的中間接合件，其中 在超導導體外側設置補強絕緣層，且將該補強絕緣層外 徑形成爲與超導電纜之絕緣層外徑相等。 3 .如申請專利範圍第2項之超導電纜的中間接合件，其中 超導電纜具有屏蔽層； 將在該補強絕緣層外側對接之屏蔽層彼此以與超導電 纜之屏蔽層的外徑設爲相等地進行接合。 4.如申請專利範圍第1至3項中任一項之超導電纜的中間 接合件’其中超導電纜具有用以冷卻超導導體之冷煤流 路； 該中間接合件具有可確保與該超導電纜之冷煤流路相 同剖面積的外殼。 336982 修正本 七、指定代表圖： (一） 本案指定代表圖為··第（1 )圖。 (二) 本代表圖之元件符號簡單說明： 200 型 心 201 超 導 導 體 202 絕 緣 層 203 屏 蔽 層 300 接 合 套 管 3 10 外 殻 311、 312 半 體 320 補 強 絕 緣層 八、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式：