(57)【要約】【課題】断熱性能と絶縁性能とを同時に発揮させることができる超電導ケーブルの終端接続部の構造を提供する。【解決手段】超電導導体層およびシールド層を有する超電導ケーブル１０の端末部を収容するための超電導ケーブルの終端接続部１が開示されている。終端接続部１では超電導ケーブル１０の端末部を冷却する冷媒が満たされる内側収容管２１１と、内側収容管２１１を囲むように配置される外側収容管２２１と、内側収容管２１１および外側収容管２２１の双方を軸方向で分割するように配設され、かつ、内側収容管２１１の内部で段剥ぎされた超電導ケーブル１０の前記超電導導体層およびシールド層にそれぞれ接続されて、外側収容管２２１の外部に電気的に接続されるリード電極およびシールド電極とを、有しており、内側収容管２１１と外側収容管２２１との間の空間部には、大気圧の状態で固体絶縁体７０が充填されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導導体層およびシールド層を有する超電導ケーブルの端末部を収容するための超電導ケーブルの終端接続部であって、
前記超電導ケーブルの端末部を冷却する冷媒が満たされる内側収容管と、前記内側収容管を囲むように配置される外側収容管と、
前記内側収容管および前記外側収容管の双方を軸方向で分割するように配設され、かつ、前記内側収容管の内部で段剥ぎされた前記超電導ケーブルの前記超電導導体層およびシールド層にそれぞれ接続されて、前記外側収容管の外部に電気的に接続されるリード電極およびシールド電極とを、有しており、
前記内側収容管と前記外側収容管との間の空間部には、大気圧の状態で固体絶縁体が充填されている、超電導ケーブルの終端接続部。
【請求項２】
前記固体絶縁体は、多孔質材料からなり可撓性を有する多孔質絶縁シートである、請求項１記載の超電導ケーブルの終端接続部。
【請求項３】
前記固体絶縁体は、グラスウールである、請求項１記載の超電導ケーブルの終端接続部。
【請求項４】
前記固体絶縁体は、互いに対向する前記リード電極および前記シールド電極、または互いに対向する前記リード電極同士のそれぞれに接続される金属製真空体と、前記金属製真空体の対向する突出端部同士の間に介設され当該突出部同士を絶縁する絶縁部とを、有する絶縁ユニットを含む、請求項１記載の超電導ケーブルの終端接続部。
【請求項５】
前記固体絶縁体は、前記絶縁ユニットと、前記空間部を充填する断熱材とを、有する、請求項４記載の超電導ケーブルの終端接続部。
【請求項６】
超電導導体層およびシールド層を有する超電導ケーブルと、
前記超電導ケーブルの端部が挿通されこれを収容する請求項１〜５のいずれか一項記載の超電導ケーブルの終端接続部とを、有する超電導ケーブルシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導ケーブルの終端接続部および超電導ケーブルシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願人は、超電導ケーブルの終端接続部として、複数の超電導導体層を同軸に構成した「多相同軸型」の超電導ケーブルの端末構造体を開発し、先に出願している（特願２０１７−１２６６６７）。
【０００３】
かかる開発品では、超電導ケーブルの端末部が収容される低温容器においてＦＲＰ内管とポリマー外管との２重構造を採用し、ＦＲＰ内管の内部空間で冷媒を流通させている。ＦＲＰ内管とポリマー外管との各部材中にはこれを分割するような形態で、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の電流リードやシールド接続端子（シールド電極）を配置し、電流を電流リードから引き出し、シールド接続端子を終端部の外部で接地するような構成を想定している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】“Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ  ｏｆ  ２２  ｋＶ  ＨＴＳ  Ｔｒｉａｘｉａｌ  Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ  Ｂｕｓ”（Ｋａｚｕｈｉｓａ  Ａｄａｃｈｉ  ｅｔ  ａｌ．），  ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ（  Ｙｅａｒ：  ２０１７，  Ｖｏｌｕｍｅ：  ２７，  Ｉｓｓｕｅ：  ４）    Ａｒｔｉｃｌｅ  Ｓｅｑｕｅｎｃｅ  Ｎｕｍｂｅｒ：  ５４０１１０５  ＩＥＥＥ  Ｊｏｕｒｎａｌｓ  ＆  Ｍａｇａｚｉｎｅｓ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＦＲＰ内管とポリマー外管との間の外部空間には「断熱性能」と「（電気的）絶縁性能」とが要求される。
【０００６】
本出願人は、非技術文献１に示すように、当該外部空間に断熱材を充填し（III.A. Configuration of Triaxial Bus Termination参照）、真空度に対する絶縁依存度を調査しており、一定電圧のもとで断熱性能と絶縁性能とを保証するには当該外部空間を大気圧にすべきとの結論を導きだしている（III.B. Insulation Test for Model Sample）。
【０００７】
しかしながら、単に大気圧という条件を見出しただけでは、断熱性能と絶縁性能との両性能を満足しうる終端部を構成することはできず、いまだ両性能を満足しうる構成を創作するには至っていない。
【０００８】
本発明の主な目的は、断熱性能と絶縁性能とを同時に発揮させることができる超電導ケーブルの終端接続部および超電導ケーブルシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明の発明者らは、断熱性能と絶縁性能とを同時に発揮させることができる超電導ケーブルの終端接続部の検討をさらにすすめ、ＦＲＰ内管とポリマー外管との間の外部空間を大気圧にした状態で固体絶縁体を充填し、一定のＡＣ／雷インパルス耐電圧試験および部分放電試験をおこなったところ（“Development of superconducting triaxial cable”5-O-8 No.386  12th IEEE International Conference on the Properties and Applications of Dielectric Materials - Xi'an - China、以下「参考文献」という。）、当該耐電圧試験に耐えうることおよび部分放電の発生もないことを新たに見出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
すなわち本発明の一態様によれば、
超電導導体層およびシールド層を有する超電導ケーブルの端末部を収容するための超電導ケーブルの終端接続部であって、
前記超電導ケーブルの端末部を冷却する冷媒が満たされる内側収容管と、前記内側収容管を囲むように配置される外側収容管と、
前記内側収容管および前記外側収容管の双方を軸方向で分割するように配設され、かつ、前記内側収容管の内部で段剥ぎされた前記超電導ケーブルの前記超電導導体層およびシールド層にそれぞれ接続されて、前記外側収容管の外部に電気的に接続されるリード電極およびシールド電極とを、有しており、
前記内側収容管と前記外側収容管との間の空間部には、大気圧の状態で固体絶縁体が充填されている、超電導ケーブルの終端接続部が提供される。
【００１１】
本発明の他の態様によれば、
超電導導体層およびシールド層を有する超電導ケーブルと、
前記超電導ケーブルの端末部が挿通されこれを収容する前記超電導ケーブルの終端接続部とを、有する超電導ケーブルシステムが提供される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、内側収容管と外側収容管との間の空間部に固体絶縁体が充填されているため、当該空間部での空気の対流が抑制され（熱伝導が抑制され）、断熱性能が発揮される。かかる場合、当該空間部に固体絶縁体が充填されたとしても、大気圧の状態ではリード電極間およびリード電極−シールド電極間で絶縁性能が発揮される（実施例参照）。
以上から、本発明によれば断熱性能と絶縁性能とを同時に発揮させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】超電導ケーブルの終端接続部の要部構成を模式的に示す図である。
【図２】超電導ケーブルの概略構成を示す断面図である。
【図３】リード電極における超電導ケーブルの接続部分を示す正面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】軸方向から見た固体絶縁体の断面図である。
【図６】超電導ケーブルの終端接続部の変形例１の要部構成を模式的に示す図である。
【図７】超電導ケーブルの終端接続部の変形例２の要部構成を模式的に示す図である。
【図８】超電導ケーブルの終端接続部の変形例３の要部構成を模式的に示す図である。
【図９】超電導ケーブルの終端接続部の変形例４の要部構成を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１５】
まずは、本発明を適用した超電導ケーブルの終端接続部について説明する。
【００１６】
＜終端接続部（１）の構成＞
図１は、超電導ケーブルの終端接続部１の要部構成を模式的に示す図である。
図１は、リード電極３０以外を断面とした側面図であり、ここでは説明の便宜上、超電導ケーブル１０が導入される側を基端側（図１では右側）、反対側を先端側（図１では左側であり挿入方向側）として説明する。
【００１７】
図１に示す終端接続部１は、超電導ケーブル１０の端末部と、終端接続部１の外部機器である常温部とを、所謂、電流リードとして機能するリード電極３０（３０−１〜３０−３）を介して接続するものである。
超電導ケーブル１０は複数の超電導導体層１１２（１１２−１〜１１２−３）を有している。終端接続部１では、これら複数の超電導導体層１１２を常温部にそれぞれ接続するため、複数のリード電極３０を有している。
超電導ケーブル１０の端末部は、ここでは、断熱管１２を段剥ぎしたケーブルコア部分とする。
【００１８】
終端接続部１は主に、リード電極３０およびシールド電極４０と、冷媒槽２１および外側槽２２を有する低温容器２０と、支持脚部２８とを、有している。
【００１９】
終端接続部１では、超電導ケーブル１０が挿通されるリード電極３０が所定間隔を空けて配置されている。リード電極３０間には、超電導ケーブル１０を囲むように筒状の内側収容管２１１が架設され、冷媒槽２１が形成されている。リード電極３０間には、冷媒槽２１を囲むように筒状の外側収容管２２１が架設され、外側槽２２が形成されている。
【００２０】
低温容器２０は、リード電極３０および内側収容管２１１を含む内側の冷媒槽２１と、リード電極３０および外側収容管２２１を含む外側の外側槽２２とからなる二重構造を有している。内側収容管２１１と外側収容管２２１との間の空間部には、大気圧の状態で固体絶縁体７０が充填されている。
【００２１】
このように構成される低温容器２０（詳細には冷媒槽２１）に対し、超電導ケーブル１０の端末部が所定の状態で水平方向に延在するように挿通され収容される。
「超電導ケーブルシステム」とはかかる状態のものを意味し、超電導ケーブル１０とその端末部が挿通され収容される終端接続部１とで構成される。
【００２２】
終端接続部１では、超電導ケーブル１０の導体電流が低温容器２０からリード電極３０（詳細には図３の引出端子部３７）を介して常温部としての外部電力機器等の実系統側に引き出され、他方、実系統側からリード電極３０を介して超電導ケーブル１０に通電されるようになっている。
【００２３】
シールド電極４０には超電導ケーブル１０のシールド層１１４（図２参照）が接続され、シールド電極４０が接地される。シールド電極４０は超電導ケーブル１０が挿通される円盤状の本体を有している。シールド電極４０は、リード電極３０と同様の機能を有するものであり、具体的な構成は後述する。
【００２４】
超電導ケーブル１０は超電導線材からなる複数層の超電導導体層を有し、終端接続部１において、導体電流が超電導導体層ごとに超電導ケーブル１０からリード電極３０を介して引き出される。
【００２５】
＜超電導ケーブル（１０）＞
図２は、超電導ケーブル１０の概略構成を示す断面図である。
【００２６】
図１および図２に示すように、超電導ケーブル１０は、断熱管１２内に、電気絶縁層１１３（１１３−１〜１１３−３）を介して超電導導体層１１２（１１２−１〜１１２−３）を同心円状に複数備えるケーブルコア１１が収容された超電導ケーブルである。
【００２７】
超電導ケーブル１０は、超電導導体層１１２同士で互いに位相の異なる電流を流す多相型の超電導ケーブルであって、具体的には超電導導体層１１２を、中心から、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相の電流を流す導体を同軸上に配置した三相同軸型の超電導ケーブルである。
超電導ケーブル１０は、２層または４層以上の超電導導体層を有する構成とされてもよいし、単層の超電導導体層を有する構成とされてもよい。
終端接続部１も、２層または４層以上の超電導導体層を、これと同数のリード電極３０を介して常温部に接続する構造とされてもよいし、単層の超電導導体層を、１つのリード電極３０を介して常温部に接続する構造とされてもよい。
【００２８】
ケーブルコア１１は中心から順に、Ｎ２冷却管として機能する中央冷却管１１１、第１超電導導体層１１２−１、第１電気絶縁層１１３−１（導体絶縁層）、第２超電導導体層１１２−２、第２電気絶縁層１１３−２（導体絶縁層）、第３超電導導体層１１２−３、第３電気絶縁層１１３−３（導体絶縁層）、シールド層１１４および保護層１１５を有している。
【００２９】
超電導導体層１１２およびシールド層１１４は、たとえば、下層の外面に螺旋状に巻き付けた多数本の超電導テープ（テープ状の超電導線材）により構成される。
超電導導体層１１２を構成する各超電導テープは、互いに重ならずに配置されている。
【００３０】
超電導テープは、ここでは、ＲＥＢａｙＣｕ３Ｏｚ系（ＲＥは、Ｙ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、ＧｄおよびＨｏから選択された１種以上の元素を示し、ｙ≦２およびｚ＝６．２〜７である。）の高温超電導薄膜を備える酸化物超電導材である。
この超電導テープは、テープ状の金属基板上に成膜された中間層上に、テープ状の超電導薄膜である酸化物超電導導体層、安定化層が順に積層されることによって作製される。
超電導テープの金属基板は、たとえば、ニッケル（Ｎｉ）、ニッケル合金またはステンレス鋼から構成される。
中間層は、たとえば、金属基板上に、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）層、ガリウムドープ酸化亜鉛層（Ｇｄ２Ｚｒ２Ｏ７：ＧＺＯ）またはイットリウム安定化ジルコニア（ＹＳＺ）等による第１層、Ｙ２Ｏ３または酸化ランタンマンガン（ＬａＭｎＯ３）等の層である第２層、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）等から成る第３層、ＬａＭｎＯ３等の層である第４層、および酸化セリウム（ＣｅＯ２）層である第５層を、順に積層することによって構成される。
なお、超電導導体層は、有機金属酸塩または有機金属化合物を原料とし、真空プロセスを使用せずに、ＭＯＤ法（Metal Organic Deposition Processes：有機酸塩堆積法）により中間層上に成膜される。ＭＯＤ法は、金属基板上に中間層を設けた複合基板上の金属有機酸塩を加熱して熱分解することによって複合基板上に超電導導体層である薄膜を形成する。安定化層は、超電導導体層上に銀（Ａｇ）等を成膜することにより形成される。
【００３１】
このように構成される超電導テープを、複合基板上において、超電導導体層（超電導薄膜）が外周側で複合基板（基板）が内周側となるように、下層の中央冷却管１１１、電気絶縁層１１３（１１３−１、１１３−２）の外周に対し螺旋状に巻回することによって、各超電導導体層１１２は構成される。
【００３２】
電気絶縁層１１３は、たとえば、それぞれ下層の超電導導体層１１２の外周に半合成絶縁紙を巻回して構成される。
保護層１１５は、たとえば、シールド層１１４の外周にクラフト紙等を巻回して構成される。
【００３３】
図１に示すように、超電導ケーブル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。各超電導導体層１１２（１１２−１〜１１２−３）には、リード電極３０（３０−１〜３０−３）が電気的に接続されている。
【００３４】
ここでは、リード電極３０は、超電導導体層１１２の外周に配置され、内側収容管２１１および外側収容管２２１のそれぞれの表裏面のうち少なくとも一方の面に、冷媒槽２１および外側槽２２を形成するように接続される。
【００３５】
シールド層１１４の外周にはシールド電極４０が電気的に接続されている。
超電導導体層１１２（１１２−１〜１１２−３）の外周に配置される電気絶縁層１１３（１１３−１〜１１３−３）の外周には、ストレスコーン等の電界緩和部１５が配置されている。
【００３６】
断熱管１２は、内側の断熱内管１２１と外側の断熱外管１２２とからなり、断熱内管１２１および断熱外管１２２は、コルゲート状を有することが好ましい。断熱内管１２１および断熱外管１２２は、たとえば、ステンレス鋼（ＳＵＳ）製のコルゲート管（波付き管）によりそれぞれ構成される。
【００３７】
超電導ケーブル１０は、中央冷却管１１１の外周側に、超電導導体層１１２と、断熱内管１２１と断熱外管１２２とによる二重構造を採る断熱管１２とを順に有し、二重構造の断熱内管１２１と断熱外管１２２との間には断熱材が配設されている。
【００３８】
断熱内管１２１は、低温容器２０の基端側において、シールド電極４０の内周部に、内部接続部５２を介して気密的に固定されている。
断熱内管１２１は、内部接続部５２が固定されたシールド電極４０の内周部を介して、冷媒槽２１の内部（主に内側収容管２１１の内部）と気密的に連通する。
【００３９】
断熱内管１２１は、ケーブルコア１１を収容し、冷媒槽２１に接続される。
超電導ケーブルシステムの運転時において、断熱内管１２１には冷媒（たとえば液体窒素）が充填され超電導導体層１１２が超電導状態に維持され、断熱内管１２１と断熱外管１２２との間は断熱のために真空状態に保持される。
【００４０】
断熱外管１２２は、低温容器２０の基端側において、外側槽２２の基端面として機能するシールド電極４０の外周部に、外部接続部５４を介して気密的に固定されている。
外部接続部５４と内部接続部５２との間には隔壁５６が立設され、断熱外管１２２と断熱内管１２１との間の空間部は、外側槽２２の内部（主に外側収容管２２１の内部）とは隔離され連通していない。
【００４１】
＜内側収容管（２１１）および外側収容管（２２１）＞
内側収容管２１１は、筒状を呈するＦＲＰ製（Fiber Reinforced Plastics、繊維強化プラスチック）の絶縁管である。すなわち、超電導ケーブル１０の端末部は、冷媒槽２１である絶縁管に収容された状態となる。
内側収容管２１１は、絶縁性とともに断熱性を有する。
【００４２】
軸方向でリード電極３０を介して接続される内側収容管２１１同士は、リード電極３０に、超電導ケーブル１０の延在方向（「軸方向」ともいう）に貫通して形成された貫通孔３２２（図３参照）を介して連通した状態となっている。
【００４３】
超電導ケーブルシステムの運転時において、冷媒槽２１には冷媒循環装置（図示略）により冷媒が循環供給され、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。
【００４４】
外側収容管２２１は、外周に襞部２２３を有するポリマーがい管であり、冷媒槽２１を収容するようにリード電極３０間およびリード電極３０−シールド電極４０間に設けられている。
外側収容管２２１は、たとえば、エポキシ樹脂やＦＲＰ等の絶縁材料から構成された筒状体の部材であって、その外周に襞部２２３を有し、絶縁性とともに断熱性を有する。
外側収容管２２１は、リード電極３０に気密的に固定されている。
外側収容管２２１の筒状体は、機械的強度の高いＦＲＰで形成され、筒状体の外周面に一体的にポリマー被覆体を設けて襞部２２３が設けられている。襞部２２３であるポリマー被覆体は、電気絶縁性能に優れる材料、たと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、外周面で長手方向に離間して複数個の傘状の襞を構成している。
【００４５】
外側収容管２２１の内側は、リード電極３０に、超電導ケーブル１０の延在方向に貫通して形成されたスロット部３６４（図３参照）を介して連通した状態となっている。
【００４６】
外側収容管２２１の筒状体は、冷媒槽２１内の超電導ケーブル１０の外面に電界緩和部１５を取り付けた場合、電界緩和層の周囲で電界緩和部１５を囲む位置に配置される。
【００４７】
＜固体絶縁体（７０）＞
固体絶縁体７０は、内側収容管２１１と外側収容管２２１との間の空間部に充填された固体状の絶縁体である。
【００４８】
固体絶縁体７０は、絶縁機能を有し、内側収容管２１１と外側収容管２２１との間に充填されるように配置されるものであればどのように構成されてもよく、たとえば、一体のもので構成されてもよいし、単層や複数層で構成されてもよい。
固体絶縁体７０は、断熱性および絶縁性を有する多孔質材料からなることが望ましい。
【００４９】
図５は、軸方向から見た固体絶縁体７０の断面図である。
【００５０】
図５に示すように、固体絶縁体７０は、絶縁性を有しかつ可撓性を有する多孔質絶縁シート７１（７１−１〜７１−４）を積層することにより構成されている。
なお、積層せずに１枚の多孔質絶縁シート７１を内側収容管２１１と外側収容管２２１との間に充填するように配置してもよい。
【００５１】
多孔質絶縁シート７１は、微細な空孔が多数形成されかつ高い断熱性を有する多孔質材料を不織布グラスファイバーに含浸させた、所定厚みを有する多孔シート状の部材である。
多孔質絶縁シート７１は、たとえば、エアロジェル、特にシリカエアロジェルをグラスファイバー不織布に含浸させたブランケットであることが好ましい。シリカエアロジェルは、平均１０ｎｍの多数の空孔をもち、その熱伝導率は１０ｍＷ／ｍ−Ｋ（３８℃、１気圧）と、固体の中で最も低い熱伝導率であり、非常に高い断熱性を有し、極めて軽量であることが知られている。多孔質絶縁シート７１として株式会社エアロジェル製パイロジェルＸＴを使用するのが好適である。
【００５２】
固体絶縁体７０は、多孔質絶縁シート７１を内側収容管２１１の外周面に、当該外周を覆うように複数層状に巻き付けられて形成されている。
多孔質絶縁シート７１により形成される各層は同じ厚みになるように巻き付けられて固定されている。
【００５３】
多孔質絶縁シート７１−１〜７１−４により形成される各層は、積層された多孔質絶縁シート７１−１〜７１−４の端部７１ａ、７１ｂを、上下層で周方向にずれた位置になるようにして巻き付けられることで構成されている。
多孔質絶縁シート７１−１〜７１−４の各層において、互いに重なる層のそれぞれの端部７１ａ、７１ｂは、固体絶縁体７０の軸を中心に１８０°ずれた位置に配置されている。これにより、内側収容管２１１と外側収容管２２１との間において、端部７１ａ、７１ｂが半径方向で重なり、空気溜まりとなる空間が形成されないため、空気が対流することなく、熱伝導を抑制することができる。
なお、多孔質絶縁シート７１の端部７１ａ、７１ｂの位置のずれは、固体絶縁体７０の軸を中心に何度ずれていてもよく、たとえば、３０°、４５°、９０°、１２０°等の角度でずれていてもよい。多孔質絶縁シート７１の端部７１ａ、７１ｂは、互いに重なる層同士で、層のつなぎ目が半径方向で重なる位置に配置されないのがよい。
【００５４】
多孔質絶縁シート７１−１〜７１−４は、内側収容管２１１の外周に一層ごとに巻き付けられ端部７１ａ同士が突き合わされ筒状に配置され、外周にシリコンテープ等の絶縁テープが巻回され層状に固定されている。
ここでは、多孔質絶縁シート７１−１〜７１−４は、多孔質絶縁シート７１の端部７１ａ同士を突き合わせた部分上に、上の層の多孔質絶縁シートの端部７１ｂを突き合わせた部分が位置しないように巻回され、シリコンテープで固定されている。これにより、多孔質絶縁シート７１は各層がずれることなく内側収容管２１１と外側収容管２２１との間の空間部に充填されている。
【００５５】
内側収容管２１１と外側収容管２２１との間の空間部は、少なくとも内側収容管２１１、外側収容管２２１、リード電極３０およびシールド電極４０で構成され、大気圧の状態に保持される。
【００５６】
＜リード電極（３０）＞
図３は、リード電極３０における超電導ケーブルの接続部分を示す正面図であり、図４は、図３のＡ−Ａ線断面図である。
【００５７】
図３および図４に示すリード電極３０は、超電導ケーブル１０を、引出端子部３７を介して常温側の機器に電気的に接続するものである。
なお、リード電極３０は、超電導ケーブル１０において外周面となる各超電導導体層１１２のそれぞれに同様に接続されるため、ここではリード電極３０の代表例として図１のリード電極３０−２について説明する。
【００５８】
シールド電極４０は、内周部の中央部で超電導ケーブル１０を挿通し、超電導ケーブル１０のシールド層１１４を接地するために外部に引き出す端子であり、リード電極３０と同様に形成される。よって、シールド電極４０についても、リード電極３０の説明により省略する。
【００５９】
リード電極３０は、終端接続部１において、内側収容管２１１（冷媒槽２１）の内側の超電導ケーブル１０の外周面に位置する超電導導体層１１２と、外側収容管２２１の外部の常温側の機器とを、導通するものである。
【００６０】
リード電極３０は、電極部３２、導電リード部３３および引出端子部３７を有しており、これら部材は導電性を有し電気的に接続される。
電極部３２は、超電導ケーブル１０の外周に配置され、超電導ケーブル１０に接続される。電極部３２は、銅等の導電部材により筒状に形成され、内周面で超電導ケーブル１０の外周の超電導導体層１１２に密着して電気的に接続された状態で固定されている。
図４に示すように、電極部３２は、内側リード部３４および外側リード部３６の厚みよりも、超電導ケーブル１０の延在方向に長い。電極部３２の周壁部には、軸方向に沿って貫通して形成された、冷媒が通る貫通孔３２２が周方向に複数設けられている。
【００６１】
導電リード部３３は、電極部３２の外周にフランジ状に配置され、電極部３２に電気的に接続される。導電リード部３３は、引出端子部３７と電極部３２との間の部位に形成され、引出端子部３７から電極部３２への通電経路Ｅを形成するようになっている。
導電リード部３３は、電極部３２の外周に配置され内側収容管２１１が固定される内側リード部３４と、内側リード部３４に電気的に接続され内側リード部３４の外周に配置される外側リード部３６と、を有する。
【００６２】
内側リード部３４は、円環板状の銅等からなる導電部材であり、内部に超電導ケーブル１０および電極部３２が配置される。内側リード部３４の内周面には、接触子であるマルチコンタクト３５ａが取り付けられており、内側リード部３４はマルチコンタクト３５ａを介して電極部３２と電気的に接続された状態で周方向および軸方向に摺動自在に外嵌されている。
内側リード部３４は、表裏面の外周縁部で、内側収容管２１１の開口端部を塞ぐように気密的に固定される。内側リード部３４の外周縁部には、内側収容管２１１を固定する固定穴３４２が形成され、内側収容管２１１が固定穴３４２を介してボルト等の止着材により固着される。内側収容管２１１の中心軸と内側リード部３４の中心軸とは同軸であることが好ましい。
【００６３】
外側リード部３６は、銅等の導電部材により環状に形成され、ここでは、内側リード部３４と同じ厚みの円環板状に形成されている。外側リード部３６の内周面には、接触子であるマルチコンタクト３５ｂが取り付けられており、外側リード部３６はマルチコンタクト３５ｂを介して内側リード部３４と電気的に接続されつつ、相対的に周方向および軸方向に摺動自在に接続されている。
外側リード部３６の外周面には引出端子部３７が半径方向に突出して設けられている。
引出端子部３７は、外側リード部３６の外周の一部から突出する矩形板状を呈し外側リード部３６と一体的に形成されている。
外側リード部３６には、表裏面の少なくとも一面の外周部において、外側収容管２２１（図１参照）が気密的に固定される。外側収容管２２１は、外側リード部３６に対し固定穴３６２を介してボルト等の止着部材により固定される。
図１に示すリード電極３０−１の表面（ここでは、先端側の面）には、外側槽２２の先端面となるカバー２４が気密的に固定され、リード電極３０−２では表裏面にそれぞれ外側収容管２２１が取り付けられている。
【００６４】
外側リード部３６は、外側収容管２２１よりも内側の領域であって、引出端子部３７と内側リード部３４との間の領域に形成されたスロット部３６４を有している。
スロット部３６４は、導電リード部３３において、引出端子部３７と電極部３２とを連続させるための通電経路Ｅを規定する。
スロット部３６４は、中心の超電導ケーブル１０を囲むように配置される複数のスロット３６４ａ、３６４ｂを有している。
スロット部３６４は、引出端子部３７と、電極部３２の超電導ケーブル１０との接触部分との間の通電経路Ｅの長さを、引出端子部３７と、電極部３２の超電導ケーブル１０との接触部分との間を少なくとも最短で結ぶ直線よりも長くなるように規定している。
スロット３６４ａ、３６４ｂは、それぞれ同心で且つ異なる直径の欠円状（円の一部を直線で切断した形状）をなしている。最外周側のスロット３６４ａにおいて欠円部分を挟む端部は、半径方向で引出端子部３７と超電導ケーブル１０を挟んだ逆側の位置に配置されている。
【００６５】
スロット３６４ａに対して異なる直径を有しかつ内周側で隣り合う同心のスロット３６４ｂでは、スロット３６４ｂの欠円部分を挟む端部を、スロット３６４ａにおいて欠円部分を挟む端部とは同心を挟み逆側の位置で、かつ、スロット３６４ａを挟み引出端子部３７の接続部分と対向する位置に位置させている。
これら複数の欠円状のスロット３６４ａ、３６４ｂでは、隣り合うスロット同士で、欠円部分を挟む端部が、同心を挟んで逆側に配置されている。
【００６６】
リード電極３０では、引出端子部３７に最も近接する最外周のスロット３６４ａの欠円部分を、引出端子部３７とは正対する方向に位置させることにより、熱伝導経路を長くしている。これにより、引出端子部３７に最も近接する最外周のスロット３６４ａの欠円部分を、引出端子部３７側に配置されるようにしてリード電極３０を形成した構成と比較して、同じ外形寸法のリード電極でも熱侵入量を低減することができる。
なお、ここでは、通電経路Ｅ（引出端子部３７と電極部３２との間の内側リード部３４および外側リード部３６における伝導熱が伝導する導電部分）の「長さ／断面積比」を、熱侵入量（伝導熱と通電時のジュール発熱の和）が最小値となるように設定している。
【００６７】
引出端子部３７は、導電リード部３３の外周面、つまり、外側リード部３６の外周面から外方に突出して設けられ、外側槽２２の外周から外方に突出し、常温側に配置される。
【００６８】
＜まとめ＞
以上の本実施形態では、超電導ケーブル１０の超電導導体層１１２およびシールド層１１４がそれぞれリード電極３０およびシールド電極４０に接続される終端接続部１が提供され、超電導ケーブル１０を囲む内側収容管２１１と外側収容管２２１との間の空間部には大気圧の状態で固体絶縁体７０（多孔質絶縁シート７１）が充填されている。
【００６９】
かかる構成によれば、当該空間部に多孔質絶縁シート７１が充填されているため、当該空間部での空気の対流が抑制され（熱伝導が抑制され）、断熱性能が発揮される。当該空間部に多孔質絶縁シート７１が充填されたとしても、大気圧の状態ではリード電極３０間およびリード電極３０−シールド電極４０間で絶縁性能が発揮される（実施例参照）。
以上から、本実施形態にかかる超電導ケーブルの終端接続部１によれば、断熱性能と絶縁性能とを同時に発揮させることができる。
【００７０】
なお、超電導ケーブルの終端接続部１では、固体絶縁体７０を、多孔質絶縁シート７１−１〜７１−４で構成したが、これに代えて、内側収容管２１１と外側収容管２２１との間の空間部を、グラスウールその他の公知の断熱材により充填してもよい。
【００７１】
グラスウールは、断熱性を有する繊維であって高温で溶融したガラスを遠心力等で吹き飛ばし、綿状に細かく繊維化したものである。
【００７２】
固体絶縁体７０をグラスウールにより構成すれば、上述と同様の作用効果を奏するとともに、使用するガラスにリサイクルガラスを用いることができ、経済性、環境性の向上も図ることができる。
【００７３】
＜変形例１〜４＞
図６〜図９は、超電導ケーブルの終端接続部１の変形例１〜４にかかる終端接続部１Ａ〜１Ｄの要部構成を模式的に示す図である。
なお、図６〜図９は、図１と同様に、リード電極３０以外を断面とした側面図であり、ここでは説明の便宜上、超電導ケーブル１０が導入される側を基端側（図６〜図９では右側）、反対側を先端側（図６〜図９では左側であり挿入方向側）として説明する。
【００７４】
図６〜図９に示す終端接続部１Ａ〜１Ｄは、図１に示す終端接続部１と比較して、固体絶縁体７０の構成が異なり、それ以外は同様の基本的構成を有する。よって、図６〜図９では、同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００７５】
＜変形例１＞
図６に示す超電導ケーブルの終端接続部１Ａでは、固体絶縁体７０がＦＲＰ製真空体７２（ＦＲＰ：Fiber-Reinforced Plastics、繊維強化プラスチック）で構成されている。
【００７６】
超電導ケーブルの終端接続部１Ａでは、軸方向に並ぶリード電極３０（３０−１〜３０−３）およびリード電極３０−シールド電極４０間の、内側収容管２１１と外側収容管２２１との間の空間部には、大気圧の状態でＦＲＰ製真空体７２が充填されている。
【００７７】
各ＦＲＰ製真空体７２は内部が真空状態の筒状体である。
各ＦＲＰ製真空体７２は、リード電極３０（３０−１〜３０−３）間およびリード電極−シールド電極４０間で、内側収容管２１１と外側収容管２２１との間の空間部に隙間無く、充填された状態で配置されている。
【００７８】
以上の変形例１によれば、リード電極３０（３０−１〜３０−３）間およびリード電極３０−シールド電極４０間は、ＦＲＰ製真空体７２により、それぞれ好適に断熱されるとともに絶縁され、終端接続部１と同様の作用効果を奏することができる。
なお、変形例１では、内側収容管２１１と外側収容管２２１との間の空間部であってＦＲＰ製真空体７２の占める領域以外の部分には（隙間ができた場合）、多孔質絶縁シート７１、グラスウールその他の公知の断熱材が充填されてもよい。
【００７９】
＜変形例２＞
図７に示す超電導ケーブルの終端接続部１Ｂでは、固体絶縁体７０が固体絶縁体７４で構成されている。
固体絶縁体７４は内部を真空にした金属製真空体７４２と金属製のシャフト７４４とで構成されている。
【００８０】
金属製真空体７４２は、軸方向に並ぶリード電極３０（３０−１〜３０−３）間およびリード電極３０−シールド電極４０間で、内側収容管２１１と外側収容管２２１との間の空間部に配置されている。
【００８１】
金属製真空体７４２は、軸方向で隣り合うリード電極３０（３０−１〜３０−３）のうちの一方のリード電極３０およびシールド電極４０に対し、導電性を有するシャフト７４４を介して片持ち状態で接続され、他方のリード電極３０から離間するように配置されている。
たとえば、リード電極３０−１、３０−２間に配置される金属製真空体７４２は、リード電極３０−１に近接しつつ接触しない状態でリード電極３０−２に接続されている。
【００８２】
以上の変形例２によれば、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のリード電極３０（３０−１〜３０−３）間をそれぞれ好適に断熱して絶縁し、終端接続部１と同様の作用効果を奏することができる。
【００８３】
なお、変形例２では、終端接続部１Ｂにおける金属製真空体７４２を、内部を真空にした繊維強化プラスチック管（真空ＦＲＰ管）に替えてもよい。
変形例２でも、内側収容管２１１と外側収容管２２１との間の空間部であって固体絶縁体７４の占める領域以外の部分には（隙間）、多孔質絶縁シート７１、グラスウールその他の公知の断熱材が充填されてもよい。
【００８４】
＜変形例３＞
図８に示す超電導ケーブルの終端接続部１Ｃでは、固体絶縁体７０が絶縁ユニット７６で構成されている。
【００８５】
絶縁ユニット７６は、軸方向に並ぶリード電極３０（３０−１〜３０−３）間およびリード電極３０−シールド電極４０間で、内側収容管２１１と外側収容管２２１との間の空間部に配置される筒状のユニットである。
【００８６】
絶縁ユニット７６は、軸方向に並ぶリード電極３０（３０−１〜３０−３）間およびリード電極３０−シールド電極４０間を絶縁し、内側収容管２１１と外側収容管２２１との間の空間部を断熱する。
【００８７】
絶縁ユニット７６は、金属製真空体７６２、７６２、金属製のシャフト７６４、７６４、および金属製真空体７６２、７６２間を絶縁する絶縁部７６６を有している。
【００８８】
金属製真空体７６２、７６２は中空の金属製筒状体であって内部が真空である。
【００８９】
金属製真空体７６２、７６２は、絶縁ユニット７６を挟む軸方向に並ぶリード電極３０（３０−１〜３０−３）およびシールド電極４０の双方に、導電性を有するシャフト７６４、７６４を介して、双方から互いに対向する方向に突出するように接続されている。
【００９０】
シャフト７６４、７６４は、金属製真空体７６２、７６２のそれぞれの周方向で所定間隔をあけた位置と、対向するリード電極３０（たとえば３０−２、３０−３）との間に複数接続されている。
シャフト７６４、７６４は、金属製真空体７６２、７６２をリード電極３０（たとえば３０−２、３０−３）の双方に片持ち状態で支持している。
【００９１】
絶縁部７６６は、金属製真空体７６２、７６２間に介設され、金属製真空体７６２、７６２間を絶縁する。
絶縁部７６６は、断面Ｈ字状の周壁を有するＦＲＰ製の筒状体であり、両端部で開口する凹部内に金属製真空体７６２、７６２のそれぞれが挿入され接続された状態で固定されている。
【００９２】
これにより金属製真空体７６２、７６２の対向する部位同士は、絶縁部７６６により覆われ、金属製真空体７６２、７６２は互いに導通しない状態で保持されている。
【００９３】
絶縁ユニット７６は、軸方向に並ぶリード電極３０（３０−１〜３０−３）間およびリード電極３０−シールド電極４０間で、内側収容管２１１と外側収容管２２１との間の空間部に、大気圧の状態で充填されている。
【００９４】
以上の変形例３によれば、絶縁ユニット７６の金属製真空体７６２、７６２の内部が真空状態であるため、内側収容管２１１と外側収容管２２１との間の空間部が真空断熱され、当該空間部では断熱性能が発揮される。金属製真空体７６２、７６２はシャフト７６４、７６４を介してリード電極３０およびシールド電極４０に接続されているためこれら部材と同電位を有するものの、金属製真空体７６２、７６２間にはＦＲＰ製の絶縁部７６６が介設されているため、リード電極３０間およびリード電極３０−シールド電極４０間が絶縁され、当該空間部では絶縁性能が発揮される。
したがって、変形例３でも、断熱性能と絶縁性能とを同時に発揮させることができる。
【００９５】
＜変形例４＞
図９に示す超電導ケーブルの終端接続部１Ｄでは、固体絶縁体７０が絶縁ユニット７６と断熱材７８とで構成されている。
終端接続部１Ｄの絶縁ユニット７６は変形例３にかかる終端接続部１Ｃのそれと同様のものである。
断熱材７８は多孔質絶縁シート７１、グラスウールその他の公知の断熱材で構成され、ここではグラスウールで構成されている。
断熱材７８は内側収容管２１１と外側収容管２２１との間の空間部であって、絶縁ユニット７６の占める領域以外の部分に充填されている。
終端接続部１Ｄでは、断熱材７８は、内側収容管２１１の外周に所定の厚みになるまで巻きつけられ絶縁ユニット７６が設置された後、絶縁ユニット７６の外周にさらに巻き付けられ外側収容管２２１の内周に当接する厚みになるまで積層されるのがよい。このとき、断熱材７８のつなぎ目（両端部が当接する部分）は半径方向でずれた位置に配置されるのがよい。
【００９６】
以上の変形例４によれば、内側収容管２１１と外側収容管２２１との間の空間部のうち絶縁ユニット７６が占める領域以外の部分が断熱材７８で充填されているため、当該部分での空気の対流が抑えられ熱伝導が抑制される。
したがって、変形例４では、断熱性能をさらに向上させることができる。
【実施例】
【００９７】
（１）サンプルの製造
（１．１）実施例１、2
実施例１、２の終端接続部として図１の終端接続部１を製造した。
実施例１の終端接続部１では、リード電極３０−１〜３０−３同士の間、およびリード電極３０−３とシールド電極４０との間で、且つ、内側収容管２１１と外側収容管２２１との間に配置される固体絶縁体７０を、多孔性断熱シート７１（パイロジェルＸＴ）により構成した。
実施例２の終端接続部１では、固体絶縁体７０を、グラスウールにより構成した。
【００９８】
（１．２）実施例３
実施例３の終端接続部として図９の終端接続部１Ｄを製造した。
実施例３の終端接続部１Ｄでは、固体絶縁体７０を、絶縁ユニット７６および断熱材７８（グラスウール）により構成した。
【００９９】
（１．３）比較例１
比較例１の終端接続部として、実施例１の終端接続部１の構成において、固体絶縁体７０の無い終端接続部を製造した。
【０１００】
（２）断熱性能試験および絶縁性能試験
実施例１〜３および比較例１において、断熱性能および絶縁性能を確認するため、下記の断熱性能試験および絶縁性能試験をそれぞれ実施した。
断熱性能試験では、熱侵入量をカロリメトリック法により測定した。
絶縁性能試験では、５ｍの超電導ケーブルを用いて冷媒槽２１の内側に液体窒素（７７Ｋ、０．３ＭＰａ）を封入して、ＣＩＧＲＥ  ＴＢ５３８（高電圧大電力システム国際会議による試験規格の推奨案）に基づく絶縁試験を実施した（参考文献のIII. INSULATION DESIGN OF THE TRIAXIAL TERMINATIONおよびIV. THE TEST OF TRIAXIAL SUPERCONDUCTING CABLE SYSTEM参照）。
断熱性能試験に基づく熱侵入量、ならびに絶縁性能試験に基づく商用周波耐電圧試験（商用ＡＣ）、雷インパルス耐電圧試験（雷インパルス）および商用周波部分放電試験（部分放電）の測定結果を、表１に示す。
【０１０１】
【表１】
2020054150.tif 000003
【０１０２】
（３）まとめ
断熱性能試験では、比較例１は熱侵入量が多く断熱性能に劣るのに対し、実施例１〜３は熱侵入量が低く抑えられていた。
絶縁性能試験では、比較例１および実施例１、２は商用周波耐電圧試験において５２ｋＶ印加に３０分耐えることができ、雷インパスル耐電圧試験において±１２５ｋＶ印加の１０回の繰り返しに耐えることができ、商用周波部分放電試験において３６ｋＶ印加に対し部分放電の発生がなかった（ノイズレベルは５ｐＣ以下)。
実施例３は商用周波耐電圧試験において２６ｋＶ印加に３０分耐えることができ、雷インパスル耐電圧試験において±７５ｋＶ印加の１０回の繰り返しに耐えることができ、商用周波部分放電試験において１９ｋＶ印加に対し部分放電の発生がなかった（ノイズレベルは５ｐＣ以下)。
以上のとおり、比較例１と実施例１〜３との比較から、内側収容管２１１と外側収容管２２１との間の空間部に対し、大気圧の状態で固体絶縁体７０を充填することは、断熱性能と絶縁性能とを発揮させるのに有用であることがわかる。特に、実施例１と実施例２、３との比較から、固体絶縁体７０を多孔性断熱シート７１で構成した場合に（実施例１）、グラスウールで構成した場合の絶縁性能と（実施例２）、絶縁ユニット７６およびグラスウールで構成した場合の断熱性能との（実施例３）、両方の利点を併せもつことがわかる。
【０１０３】
以上、ここで開示された実施形態および実施例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。
【符号の説明】
【０１０４】
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ  超電導ケーブルの終端接続部
１０  超電導ケーブル
１１  ケーブルコア
１２  断熱管
１５  電界緩和部
２０  低温容器
２１  冷媒槽
２２  外側槽
２４  カバー
３０  リード電極
３２  電極部
３３  導電リード部
３４  内側リード部
３５ａ、３５ｂ  マルチコンタクト
３６  外側リード部
３７  引出端子部
４０  シールド電極
５２  内部接続部
５４  外部接続部
５６  隔壁
７０  固体絶縁体
７１  多孔質絶縁シート
７２  ＦＲＰ製真空体
７４  金属製真空体
７６  絶縁ユニット
７８  断熱材
１１１  中央冷却管
１１２  超電導導体層
１１３  電気絶縁層
１１４  シールド層
１１５  保護層
１２１  断熱内管
１２２  断熱外管
２１１  内側収容管
２２１  外側収容管
２２３  襞部
３２２  貫通孔
７４２  金属製真空体
７４４  シャフト
７６２  金属製真空体
７６４  シャフト
７６６  絶縁部
【図１】
2020054150.tif 000004
【図２】
2020054150.tif 000005
【図３】
2020054150.tif 000006
【図４】
2020054150.tif 000007
【図５】
2020054150.tif 000008
【図６】
2020054150.tif 000009
【図７】
2020054150.tif 000010
【図８】
2020054150.tif 000011
【図９】
2020054150.tif 000012