(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記第1の導体接続端子は、前記導体引出部が接続される頭部と、前記頭部と電気的に接続されて、前記極低温ケーブルの長手方向に延び、前記第2の導体接続端子及び前記第3の導体接続端子が取り付けられた前記極低温ケーブルの端末部が挿入される胴部を有することを特徴とする請求項1に記載の極低温ケーブルの終端接続部。
前記第2の導体接続端子及び前記第3の導体接続端子は、前記フォーマが挿入される挿入孔を有し、前記極低温ケーブルの長手方向に沿って並んで配置されることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の極低温ケーブルの終端接続部。
前記第2の導体接続端子は、前記ばね状接触子が配置されるフォーマ導通部と、前記フォーマ導通部よりも外径が小さく前記フォーマが挿入されるフォーマ取付部と、を有し、
前記フォーマ取付部が圧縮されることにより、前記第2の導体接続端子が前記フォーマに接続されることを特徴とする請求項4に記載の極低温ケーブルの終端接続部。
前記第3の導体接続端子は、前記ばね状接触子が配置される超電導導通部と、前記超電導導通部よりも外径が小さく前記超電導導体層が接続される超電導取付部と、を有し、
前記超電導導通部及び前記超電導取付部に前記フォーマが挿通され、前記超電導取付部の外周面に前記超電導導体層が半田付けされることにより、前記第3の導体接続端子が前記超電導導体層に接続されることを特徴とする請求項4又は5に記載の極低温ケーブルの終端接続部。
【背景技術】
【0002】
従来、極低温で超電導状態になる超電導線材を導体として用いた超電導ケーブルが知られている。超電導ケーブルは、大電流を低損失で送電可能な電力ケーブルとして期待されており、実用化に向けて開発が進められている。
【0003】
超電導ケーブルは、断熱管内に一心又は複数心のケーブルコアが収容された構造を有する。ケーブルコアは、例えば中心から順に、フォーマ、超電導導体層、電気絶縁層、超電導シールド層、常電導シールド層、及び保護層等を有する。断熱管は、ケーブルコアを収容し内部に冷媒(例えば液体窒素)が充填される内管(以下「断熱内管」と称する)と、断熱内管の外周を覆う外管(以下「断熱外管」と称する)を有する。断熱内管と断熱外管の間は、断熱のために真空状態とされる。
【0004】
超電導ケーブルの終端接続部においては、低温部となる低温容器に超電導ケーブルの端末部が収容され、超電導ケーブルのフォーマ及び超電導導体層が導体引出部を介して常温部となる実系統に接続される。また、超電導ケーブルの超電導シールド層及び常電導シールド層がシールド通電部を介して接地される。低温容器は、超電導ケーブルの端末部を収容し運転時に液体窒素等の冷媒が充填される冷媒槽と、冷媒槽を収容し運転時に真空状態とされる真空槽とからなる二重構造を有する。
【0005】
ところで、超電導ケーブルの終端接続部においては、冷却時に超電導ケーブルや冷媒槽が熱収縮することが知られている。そのため、従来の終端接続部においては、冷却時の熱収縮を吸収するための手段(以下「収縮吸収部」)が講じられている(例えば特許文献1)。特許文献1には、導体引出部と超電導ケーブルの端末部とを編組線等の屈曲性のあるフレキシブル導体で接続することが開示されている。
【0006】
また、超電導ケーブルの端末部は、超電導ケーブルの先端に直線状の常電導導体が取り付けられ、この常電導導体が通電端子に固着された構成を有し、通電端子にフレキシブル導体が接続されるようになっている。なお、具体的な記載はないが、常電導導体には、超電導ケーブルのフォーマ及び超電導導体層が接続されていると考えられる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
特許文献1に記載の終端接続部は、冷却時の超電導ケーブルの熱収縮を吸収することができるが、導体引出部と超電導ケーブルの端末部をフレキシブル導体によって接続するため、装置が大型になる。また、冷却時には、超電導ケーブルのフォーマ及び超電導導体層も収縮することとなるが、これらが一つの常電導導体に接続されていると、両者の熱収縮量の差によって接続部が破損し、電気特性(通電特性)が損なわれる虞がある。
【0009】
本発明の目的は、冷却時におけるフォーマと超電導導体層の熱収縮量の差を吸収でき、良好な電気特性を確保できる信頼性の高い極低温ケーブルの終端接続部を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明に係る極低温ケーブルの終端接続部は、少なくともフォーマ、及び超電導導体層を有する極低温ケーブルの端末部と、
前記フォーマ及び前記超電導導体層に電気的に接続される導体接続部と、
前記導体接続部に電気的に接続され、前記フォーマ及び/又は前記超電導導体層に流れる電流を外部に引き出す導体引出部と、
前記極低温ケーブルの端末部を収容し、運転時に冷媒が導入される冷媒槽と、を備え、
前記導体接続部は、前記導体引出部に接続される第1の導体接続端子と、前記フォーマに接続される第2の導体接続端子と、前記超電導導体層に接続される第3の導体接続端子と、を有し、
前記第2の導体接続端子及び前記第3の導体接続端子のそれぞれが、ばね状接触子を介して前記第1の導体接続端子に電気的に接続されるとともに、前記第1の導体接続端子内において前記極低温ケーブルの長さ方向に移動可能であることを特徴とする。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、第2の導体接続端子及び第3の導体接続端子のそれぞれが、ばね状接触子を介して第1の導体接触子に電気的に接続されることにより、冷却時におけるフォーマと超電導導体層の熱収縮量の差が吸収されるので、良好な電気特性を確保することができる。したがって、信頼性の高い極低温ケーブルの終端接続部が実現される。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施の形態に係る終端接続部1を示す図である。説明の便宜上、極低温ケーブル10が導入される側を後端側(
図1では右側)、反対側を先端側(
図1では左側)として説明する。
【0014】
図1に示すように、終端接続部1は、極低温ケーブル10の端末部、低温容器20、導体引出部30、シールド通電部40、碍管50等を備える。低温容器20(詳細には冷媒槽21)に極低温ケーブル10の端末部が所定の状態で収容され、導体引出部30を介して極低温ケーブル10の導体電流が電力機器等の実系統側に引き出される。また、シールド通電部40を介して、極低温ケーブル10のシールド層が接地される。
【0015】
極低温ケーブル10は、断熱管12内に一心のケーブルコア11が収容された単心型の超電導ケーブルである。なお、極低温ケーブル10は、ケーブルコア11が3本撚り合わせた状態で断熱管12内に収容される三心一括型の三相超電導ケーブルであってもよい。
【0016】
ケーブルコア11は、例えば中心から順に、フォーマ111、超電導導体層112、電気絶縁層113、超電導シールド層114、常電導シールド層115、及び保護層116等を有する。
【0017】
フォーマ111は、例えば銅線等の常電導線材を撚り合わせた構成を有し、短絡事故時に超電導導体層112に流れる事故電流が分流される。超電導導体層112は、フォーマ111上に複数条の超電導線材を螺旋状に巻回することにより形成され、定常運転時に送電電流が流れる。超電導導体層112上には電気絶縁層113が設けられる。超電導シールド層114は、電気絶縁層113上に複数条の超電導線材を螺旋状に巻回することにより形成され、定常運転時に電磁誘導によって電流が逆位相で流れる。常電導シールド層115は、超電導シールド層114上に銅線などの常電導線材を巻回することにより形成され、短絡事故時に超電導シールド層114に流れる事故電流が分流される。超電導導体層112及び超電導シールド層114は、積層構造を有していてもよい。
【0018】
極低温ケーブル10の端末部においては、ケーブルコア11に段剥ぎ加工が施され、先端側から順に各層が露出する。超電導導体層112の外周には、フォーマ111及び超電導導体層112に電気的に接続される導体接続部13が配置される。常電導シールド層115の外周には、超電導シールド層114及び常電導シールド層115に電気的に接続されるシールド接続部14が配置される。導体接続部13とシールド接続部14の間に位置する電気絶縁層113の外周には、ストレスコーン等の電界緩和層15が配置される。フォーマ111及び超電導導体層112と導体接続部13との接続構造については後述する。
【0019】
断熱管12は、内側の断熱内管121と外側の断熱外管122とからなる二重管構造を有する。断熱内管121は、ケーブルコア11を収容し、運転時には冷媒(例えば液体窒素)が充填される。これにより、超電導導体層112は、超電導状態に維持される。断熱内管121と断熱外管122の間は、断熱のために、運転時に真空状態に保持される。
【0020】
低温容器20は、内側の冷媒槽21と外側の真空槽22とからなる二重構造を有する。
冷媒槽21は、例えば中空円筒形状を有し、極低温ケーブル10の端末部を収容する。冷媒槽21は、導体引出部30を導入する導体引出口21A及びシールド通電部40を導入するシールド引出口21Bを有する。冷媒槽21は、例えば真空槽22内に配置された架台(図示略)に載置してもよい。
【0021】
冷媒槽21には後端側から極低温ケーブル10の端末部が導入される。冷媒槽21の後端部212には、極低温ケーブル10の断熱内管121が接続される。冷媒槽21には、運転時に冷媒循環装置(図示略)により冷媒が循環供給される。冷媒槽21に連通する断熱内管121の内部も冷媒で充填される。
【0022】
冷媒槽21の導体引出口21Aには、導体引出部30及び冷媒槽21の外面に密着して絶縁スペーサー62が配置される。絶縁スペーサー62は、例えばエポキシ樹脂や繊維強化プラスチック(FRP:Fiber Reinforced Plastics)で構成される。冷媒槽21のシールド引出口21Bには、冷媒槽21の外面に密着して蓋63が配置される。絶縁スペーサー62と蓋63及び冷媒槽21の先端部211により冷媒槽21と真空槽22とが仕切られ、冷媒槽21は気密かつ水密に封止される。
【0023】
真空槽22は、例えば中空円筒形状を有し、冷媒槽21を収容する真空槽本体部22A、真空槽本体部22Aから上方に向けて垂設される第1の筒状部22B、及び第1の筒状部22Bと離間して真空槽本体部22Aから上方に向けて垂設される第2の筒状部22Cを有する。一般に、第1の筒状部22B及び第2の筒状部22Cは、温度勾配部と呼ばれる。
【0024】
真空槽22の内部には、第1の筒状部22Bの下方に導体引出口21Aが位置し、第2の筒状部22Cの下方にシールド引出口21Bが位置するように位置決めされた状態で、冷媒槽21が配置される。真空槽22の後端部222には、極低温ケーブル10の断熱外管122が接続される。真空槽22の先端部221は、気密に封止される。
【0025】
第1の筒状部22Bには導体引出部30が配置され、第1の筒状部22Bの上部には碍管50が配置される。第2の筒状部22Cには測定用配管61、及びシールド通電部40が配置される。測定用配管61は、冷媒槽21内に各種計器類(例えば液面計、温度計、圧力計等)のセンサー65を導入するためのコルゲート管である。測定用配管61の一端は真空槽22の第2の筒状部22Cの上面を気密に貫通して外部に引き出され、他端は蓋63を気密に貫通して冷媒槽21に延在する。各種計器類を含む付帯設備としての測定部64は、測定用配管61の近傍に配置される。
【0026】
冷媒槽21の導体引出口21A及びシールド引出口21Bが真空槽22の真空槽本体部22Aに収容されるので、熱伝達経路となる導体引出部30、シールド通電部40、及び測定用配管61は真空槽本体部22Aの内部まで導入される。これにより、熱侵入を低減するための熱伝達経路長を確保しやすくなるので、第1の筒状部22B及び第2の筒状部22Cの長さを最小限にすることができ、終端接続部1の小型化を図ることができる。
【0027】
真空槽22は、運転時に真空ポンプ(図示略)により真空引きされ、真空状態に保持される。真空槽22に連通する断熱内管121と断熱外管122の間の空間、及び碍管50の内部も真空状態に保持される。
【0028】
導体引出部30は、極低温ケーブル10から実系統に電流を引き出すための導体である。導体引出部30は、例えば銅製の棒材からなる導体引出棒を有する。なお、導体引出部30の構成はこれに限定されず、公知の構成を適用することができる。導体引出部30(導体引出棒)の一端は碍管50を気密に貫通して外部に引き出され、他端は導体接続部13に接続される。導体引出部30は、導体接続部13を介して極低温ケーブル10のフォーマ111及び超電導導体層112と電気的に接続される。
【0029】
シールド通電部40は、極低温ケーブル10の超電導シールド層114及び常電導シールド層115を接地するための導体である。シールド通電部40は、例えば銅製の棒材からなるシールド引出棒を有する。なお、シールド通電部40の構成はこれに限定されず、公知の構成を適用することができる。シールド通電部40(シールド引出棒)の一端は真空槽22の第2の筒状部22Cを気密に貫通して外部に引き出され、他端はシールド接続部14に接続される。シールド通電部40は、シールド接続部14を介して極低温ケーブル10の超電導シールド層114及び常電導シールド層115と電気的に接続する。
【0030】
碍管50は、ポリマー套管51及び遮へい金具52を有する。
ポリマー套管51は、絶縁筒51aと、ポリマー被覆体51bと、を有する。絶縁筒51aは、機械的強度の高いFRP(繊維強化プラスチック)で構成される。ポリマー被覆体51bは、電気絶縁性能に優れる材料、例えばシリコーンポリマー(シリコーンゴム)などの高分子材料で構成される。ポリマー被覆体51bは、絶縁筒51aの外周に設けられており、ポリマー被覆体51bの外周面には、複数個の傘状の襞部が長手方向に離間して形成される。ポリマー套管51の内部(絶縁筒51aの内部)は中空となっている。
【0031】
遮へい金具52は、ポリマー套管51と同心状に埋設される円筒部52aと、円筒部52aの下端から径方向外側に延出するフランジ部52bを有する。円筒部52aは電界緩和機能を有し、碍管50の電界を緩和する。
【0032】
真空槽22の第1の筒状部22Bの上部に碍管50を載置し、遮へい金具52のフランジ部52bをボルト等の接続部材(図示略)で接続することにより、碍管50は真空槽22に気密に固定される。碍管50の内部は第1の筒状部22Bに連通し、運転時には真空状態となる。これにより、真空断熱部を大きく確保することができるので、導体引出部30を介する外部からの熱侵入を低減することができる。
【0033】
図2は、導体引出部30と極低温ケーブル10の端末部との接続構造を示す拡大図である。
図2では、第2の導体接続端子132及び第3の導体接続端子133については、上半分を断面で示している。
【0034】
図2に示すように、本実施の形態では、導体接続部13は、導体引出部30に接続される第1の導体接続端子131と、フォーマ111に接続される第2の導体接続端子132と、超電導導体層112に接続される第3の導体接続端子133と、を有する。
【0035】
第1の導体接続端子131は、頭部131a及び胴部131bを有する。頭部131aは、極低温ケーブル10の延在方向に対して垂直な方向から導体引出部30を取り付けるための取付孔131cを有する。この取付孔131cに導体引出部30の先端が挿入され、電気的に接続される。胴部131bは、円筒形状を有し、極低温ケーブル10の長手方向に延びており、頭部131aと電気的に接続されている。ここでは、胴部131bは、頭部131aに連設されており、導体引出部30の引き出し方向に対して垂直に延びる。
【0036】
胴部131bには、第2の導体接続端子132及び第3の導体接続端子133が取り付けられた極低温ケーブル10の端末部が挿入される。胴部131bの後端部は電気絶縁層113まで延設される。胴部131bの長さは、冷却時に極低温ケーブル10が収縮しても超電導導体層112が露出しないような長さに設定される。
【0037】
第2の導体接続端子132は、フォーマ導通部132aと、フォーマ導通部132aよりも小径のフォーマ取付部132bとからなる、二段円筒形状を有する。第2の導体接続端子132の挿入孔132dの内径は、フォーマ111の外径とほぼ同じである。フォーマ導通部132aの外径は、第1の導体接続端子131の胴部131bの内径とほぼ同じである。
【0038】
フォーマ導通部132aは、外周面に円環溝132cを有する。この円環溝132cにフォーマ用ばね状接触子134が配置される。ここでは、フォーマ用ばね状接触子134として、マルチコンタクトが適用される。フォーマ用ばね状接触子134としては、マルチコンタクトに代えて、バルシール等のコイルスプリングタイプの接触子を適用してもよい。第2の導体接続端子132の挿入孔132dにフォーマ111が挿入され、フォーマ取付部132bが圧縮されることにより、第2の導体接続端子132がフォーマ111に接続される。
【0039】
第2の導体接続端子132はフォーマ用ばね状接触子134を介して第1の導体接続端子131と電気的に接続される。第2の導体接続端子132は、第1の導体接続部131に対して固着されていないので、冷却時にフォーマ111が収縮すると、これに追従してフォーマ111と一体的に後端側へ移動する。
【0040】
第3の導体接続端子133は、超電導導通部133aと、超電導導通部133aよりも小径の超電導取付部133bとからなる、二段円形状を有する。第3の導体接続端子133の挿入孔133dの内径は、フォーマ111の外径より大きく、挿入孔133dは長手方向に貫通している。超電導導通部133aの外径は、第1の導体接続端子131の胴部131bの内径とほぼ同じである。
【0041】
超電導導通部133aは、外周面に円環溝133cを有する。この円環溝133cに超電導用ばね状接触子135が配置される。ここでは、超電導用ばね状接触子135としてマルチコンタクトが適用される。超電導用ばね状接触子135としては、マルチコンタクトに代えて、バルシール等のコイルスプリングタイプの接触子を適用してもよい。
【0042】
超電導取付部133bは、後端側に向かって縮径するテーパー形状を有する。第3の導体接続端子133の挿入孔133dにフォーマ111が挿入されると、超電導取付部133bの後端部は、超電導導体層112を径方向外側に押し拡げてフォーマ111と超電導導体層112の間に装着される。超電導取付部133bの外周面に超電導導体層112が半田付けされることにより、第3の導体接続端子133が超電導導体層112に接続される。
【0043】
第3の導体接続端子133の挿入孔133dは長手方向に貫通しており、挿入孔133dに挿入されたフォーマ111の先端は、第2の導体接続端子132の挿入孔132dに挿入され、上述のとおり、第2の導体接続端子132がフォーマ111に圧縮接続される。
【0044】
第3の導体接続端子133は超電導用ばね状接触子135を介して第1の導体接続端子131と電気的に接続される。第3の導体接続端子133は、第1の導体接続部131及びフォーマ111に対して固着されていないので、冷却時に超電導導体層112が収縮すると、これに追従して超電導導体層112と一体的に後端側へ移動する。
【0045】
第2の導体接続端子132と第3の導体接続端子133は、極低温ケーブル10の長手方向に沿って並んで配置される。第2の導体接続端子132の後端部と第3の導体接続端子133の先端部は、フォーマ111と超電導導体層112の冷却時の収縮量を考慮して離間される。なお、第2の導体接続端子132と第3の導体接続端子133は、独立して移動可能な構成であれば、極低温ケーブル10の長さ方向に一部重なるようになっていてもよい。この場合、終端接続部1の長さ方向の小型化を図ることができる。
【0046】
このように、終端接続部1は、少なくともフォーマ111、及び超電導導体層112を有する極低温ケーブル10の端末部と、フォーマ111及び超電導導体層112に電気的に接続される導体接続部13と、導体接続部13に電気的に接続され、フォーマ111及び/又は超電導導体層112に流れる電流を外部に引き出す導体引出部30と、極低温ケーブル10の端末部を収容し、運転時に冷媒が導入される冷媒槽21と、を備える。
導体接続部13は、導体引出部30に接続される第1の導体接続端子131と、フォーマ111に接続される第2の導体接続端子132と、超電導導体層112に接続される第3の導体接続端子133と、を有する。そして、第2の導体接続端子132及び第3の導体接続端子133のそれぞれが、フォーマ用ばね状接触子134、超電導用ばね状接触子135を介して第1の導体接続端子131に電気的に接続されるとともに、第1の導体接続端子131内において極低温ケーブル10の長手方向に移動可能となっている。
【0047】
終端接続部1によれば、第2の導体接続端子132及び第3の導体接続端子133のそれぞれが、ばね状接触子134、135を介して第1の導体接触子131に電気的に接続されることにより、冷却時におけるフォーマ111と超電導導体層112の熱収縮量の差が吸収されるので、良好な電気特性を確保することができる。したがって、信頼性の高い極低温ケーブルの終端接続部が実現される。
【0048】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
【0049】
例えば、第1の導体接続端子131、第2の導体接続端子132、及び第3の導体接続端子133の構成は、実施の形態で示したものに限定されない。冷却時に、第1の導体接続端子131との電気的接続性が確保されるとともに、フォーマ111の収縮に追従して第2の導体接続端子132が移動でき、超電導導体層112の収縮に追従して第3の導体接続端子133が移動できればよい。
【0050】
例えば、実施の形態では、導体引出部30の第1の導体接続端子131への接続は、極低温ケーブル10の延在方向に対して垂直な方向からの場合について説明したが、導体引出部30の接続方向は限定されない。
【0051】
また例えば、実施の形態における導体接続部13と導体引出部30との接続構造を、シールド接続部14とシールド通電部40との接続構造に適用してもよい。すなわち、シールド接続部14は、シールド通電部40に接続される第1のシールド接続端子(図示せず)と、常電導シールド層115に接続される第2のシールド接続端子(図示せず)と、超電導シールド層114に接続される第3のシールド接続端子(図示せず)と、を有し、第2のシールド接続端子及び第3のシールド接続端子のそれぞれが、ばね状接触子を介して第1のシールド接続端子に電気的に接続される。
さらには、第3の導体接続端子133は、超電導導体層112上に装着するようにしてもよい。
【0052】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて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およ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。