(57)【要約】【課題】  ケーブルを管路内へ引き込む際などの布設時における張力に対して十分な耐力を有する超電導ケーブルを提供する。【解決手段】  超電導層（導体層10、シールド層40）と、この超電導層を断熱する断熱管120とを有する超電導ケーブルであって、断熱管120の外側にテンションメンバー130が設けられている。断熱管120の外側にテンションメンバー130を設ければ、管路への引き込み布設時に、このテンションメンバー130に張力をかけてケーブルを引っ張ることができ、断熱管の内側に配されている超電導層に張力が作用して、その超電導層が損傷することを回避できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導層と、この超電導層を断熱する断熱管とを有する超電導ケーブルであって、
前記断熱管の外側にテンションメンバーが設けられていることを特徴とする超電導ケーブル。
【請求項２】
テンションメンバーは、ステンレスまたはアラミド樹脂で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の超電導ケーブル。
【請求項３】
断熱管が波付け管で構成され、
その波付け管の凹凸を平滑化する平滑化部材が設けられ、
この平滑化部材の外側にテンションメンバーが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の超電導ケーブル。
【請求項４】
テンションメンバーは、最大布設張力に対して0.3％以下の伸びであることを特徴とする請求項１に記載の超電導ケーブル。
【請求項５】
テンションメンバーは、超電導ケーブルの所定の単位長で両端部が断熱管に対して固定されていることを特徴とする請求項１に記載の超電導ケーブル。
【請求項６】
テンションメンバーが超電導ケーブルの全長に亘って設けられていることを特徴とする請求項１に記載の超電導ケーブル。
【請求項７】
テンションメンバーが超電導ケーブルの一方の端部から長手方向の途中まで設けられていることを特徴とする請求項１に記載の超電導ケーブル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導ケーブルに関するものである。特に、抗張力に優れ、管路内へ引き込んで布設することに好適な超電導ケーブルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複数のケーブルコアを一括して断熱管に収納した多芯一括型の多相超電導ケーブルが提案されている（例えば特許文献１）。図5は、三心一括型の三相超電導ケーブルの断面図である。この超電導ケーブル100は、3本のケーブルコア110を撚り合わせて断熱管120内に収納した構成である。
【０００３】
各ケーブルコア110は、中心から順にフォーマ10、導体層20、絶縁層30、シールド層40、保護層50を具えている。導体層20は、フォーマ10上に超電導線材を多層に螺旋状に巻回して構成される。絶縁層30は半合成絶縁紙を巻回して構成される。シールド層40は、絶縁層30上に導体層20と同様の超電導線材を螺旋状に巻回して構成される。一方、断熱管120は、内管121と外管122とからなる二重管の間に断熱材(図示せず)が配置され、かつ二重管内が真空引きされた構成である。断熱管120の外側には、防食層150が形成されている。そして、フォーマ10内や内管121とコア110の間に形成される空間に液体窒素などの冷媒を充填・循環し、絶縁層30に冷媒が含浸された状態で使用状態とされる。
【０００４】
このような超電導ケーブルにおいて、冷却時の収縮によりケーブルコアに過大な張力が作用しないように、通常は各ケーブルコアの撚り合わせに十分な弛みを持たせている。
【０００５】
【特許文献１】特開2003-9330号公報(図5)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、従来の超電導ケーブルでは管路へ引き込んで布設することが難しいという問題があった。
【０００７】
超電導ケーブルの布設形態の一つとして、地下などの管路内にケーブルを引き込んで布設を行うことが挙げられる。その際、超電導ケーブルのケーブルコアの一端側から張力をかけて管路内にケーブルを引き込むことが考えられる。しかし、ケーブルコアに張力をかけると各コアの撚りが締まり、熱収縮対策として施されている撚り合わせの弛みがなくなって、熱収縮対策ができないという問題がある。この熱収縮対策ができなければ、ケーブルの冷却時に大きな張力がケーブルに作用し、超電導線材が損傷したり、ケーブルの端末部に大きな応力が作用して破損するといったことも考えられる。
【０００８】
一方、断熱管には、一般に波付け加工されたコルゲート管が用いられており、この断熱管に張力をかけてケーブルを引っ張ろうとしても、断熱管の波付け加工が伸びるだけであり、到底、ケーブルを管路内に引き込むことはできない。
【０００９】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、その主目的は、ケーブルを管路内へ引き込む際などの布設時における張力に対して十分な耐力を有する超電導ケーブルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、超電導ケーブルにテンションメンバーを設け、そのテンションメンバーのケーブルへの組み合わせ方に工夫を施すことで上記の目的を達成する。
【００１１】
本発明超電導ケーブルは、超電導層と、この超電導層を断熱する断熱管とを有する超電導ケーブルであって、前記断熱管の外側にテンションメンバーが設けられていることを特徴とする。
【００１２】
一般に、超電導ケーブルの場合、断熱管の内側は極低温に保持され、断熱管の外側は常温となっている。冷却時の熱収縮対策としての弛みは、通常、極低温に保持される断熱管内の部材に対して施される。そのため、断熱管の外側にテンションメンバーを設ければ、管路への引き込み布設時に、このテンションメンバーに張力をかけてケーブルを引っ張ることができ、断熱管の内側に配されて熱収縮対策が施されている部材には引き込み時の張力が実質的に作用しないようにできる。その結果、ケーブルの布設時における張力で超電導層を損傷させることがなく、かつ熱収縮対策として施されている弛みが引き伸ばされることもない状態で布設作業を行なうことができる。
【００１３】
以下、本発明の超電導ケーブルをより詳しく説明する。
【００１４】
本発明超電導ケーブルは、超電導導体層、絶縁層、断熱管、テンションメンバーを有することを基本構成とする。その他、通常は、フォーマとシールド層も設けられる。本発明において、超電導層は、超電導線材を用いて構成された層のことで、代表的には、超電導導体層のことである。さらに、シールド層も超電導線材で構成した場合は、シールド層も超電導層に含まれる。
【００１５】
この超電導ケーブルには、極低温絶縁タイプと常温絶縁タイプのいずれの絶縁構造も採用できる。前者は、超電導導体とその外側に設けた絶縁層とを断熱管の内部に収納し、絶縁層に冷媒を浸漬して極低温で絶縁を行う構造である。一方、後者は、断熱管の内側に超電導導体層を配し、断熱管の外側に絶縁層を形成して、常温にて絶縁を行う構造である。
【００１６】
上記のケーブルにおいて、超電導導体層は、例えば、Bi2223系超電導材料からなる線材を螺旋状に巻回することで形成することが挙げられる。巻回する超電導線材は単層でも多層でもよい。多層とする場合、層間絶縁層を設けてもよい。層間絶縁層は、クラフト紙などの絶縁紙やPPLP(住友電気工業株式会社製、登録商標)などの半合成絶縁紙を巻回して設けることが挙げられる。
【００１７】
通常、この超電導導体層は、フォーマの外周に巻回して形成される。フォーマは、超電導導体層を所定形状に保形するもので、パイプ状のものや撚り線構造のものが利用できる。材質には、銅やアルミニウムなどの非磁性の金属材料が好適である。フォーマをパイプ状のものとした場合、フォーマ内を冷媒の流路とできる。
【００１８】
絶縁層は、極低温絶縁タイプの場合、ポリプロピレンとクラフト紙をラミネートしたPPLP(住友電気工業株式会社の登録商標)などの半合成絶縁紙やクラフト紙などの絶縁紙を巻回して形成することが好ましい。常温絶縁タイプの場合、前記PPLPやクラフト紙の他、ポリエチレンなど、電気絶縁材料として実績のある種々の材料が利用できる。
【００１９】
また、絶縁層の外側には、シールド層を形成することが好ましい。シールド層を設けることで、超電導導体層を流れる交流の磁場が外部に漏洩するのを抑制することができる。極低温絶縁タイプの場合、絶縁層の直上に超電導導体層と同様の超電導線材を巻回してシールド層としてもよい。常温絶縁タイプでは、例えば断熱管の上に形成された絶縁層の直上に設ける。その場合、銅線などの常電導材料からなる編組構造体が好適に用いられる。
【００２０】
断熱管は、例えば、外管と内管とからなる二重構造の断熱管の間に断熱材を配置し、内管と外管間を真空引きする構成が挙げられる。内管内には、少なくとも超電導導体層が収納されると共に、超電導層を冷却する液体窒素などの冷媒が充填される。
【００２１】
一方、テンションメンバーは、断熱管の外側に形成する。例えば、極低温絶縁タイプの場合、断熱管の直上にテンションメンバーを設けることが挙げられる。また、常温絶縁タイプの場合、通常は断熱管の直上に絶縁層が形成されているため、この絶縁層の外側にテンションメンバーを設けることが挙げられる。つまり、「断熱管の外側」とは、断熱管の直上にテンションメンバーを設ける場合はもちろん、断熱管とテンションメンバーとの間に何らかの中間層が設けられている場合の両方を含む。
【００２２】
テンションメンバーの配置は、例えば多数本の帯状体を並列して螺旋状に巻き付けたり、縦沿えすることが挙げられる。いずれの場合であっても、断熱管の外側に設けられたテンションメンバーは、ばらけ防止のためのバインドを施すことが好ましい。このバインドは、例えばゴムテープなどをテンションメンバーの外側を縛るように巻きつければよい。
【００２３】
また、多数本の帯状体をテンションメンバーに用いる場合、個々のテンションメンバーは、必要な引張強度が得られる断面積の帯状体を用いるが、１本で大断面積の帯状体を用いるのではなく、小さな断面積の帯状体を複数層積層して巻き付け、必要な断面積とすることが好ましい。断面積が小さいテンションメンバーの方が屈曲性に優れて取り扱いやすい。また、多層に巻回すれば、巻き付け方向を交互にすることなどで、布設時にケーブルにかかる張力をテンションメンバーに均等に作用させたり、ケーブルのねじれを抑制することもできる。
【００２４】
テンションメンバーの材質は、超電導ケーブルを布設する際の張力に耐えられる高強度低伸度の材料が好適である。特に、非磁性の高抵抗材料であることが好ましい。磁性材料であれば、磁場によるヒステリシス損失が発生するためである。また、金属材料であれば磁場により渦電流損失が発生するため、電気抵抗は大きい方が好ましい。より具体的には、JIS  SUS304やSUS304Lなどのステンレスや、ケブラー（米国デュポン社の登録商標）などのアラミド樹脂などが挙げられる。
【００２５】
断熱管が波付け管で構成されている場合、その波付け管の凹凸を平滑化する平滑化部材を設けることが望ましい。波付け管の上に直接テンションメンバーを巻き付けると、断熱管の凸部とのみテンションメンバーが接触することになり、両者の接触面積が小さいため、断熱管に対してテンションメンバーが滑りやすくなる。平滑化部材を用いて波付け管の外周を円筒面に形成すれば、テンションメンバーは平滑化部材と大きな面積で接触することになるため、テンションメンバーの滑りを抑制することができる。また、断熱管の直上にテンションメンバーを巻きつける場合、波付けピッチよりも十分に大きなピッチでテンションメンバーを巻き付けないと波付け管の凹部にテンションメンバーが落ち込んでしまう。この点も、平滑化部材を設けることで、波付け管の波付けピッチに関わらず自由なピッチでテンションメンバーを巻き付けることができる。平滑化部材は、例えばポリエチレンやポリ塩化ビニルを断熱管の外側に押し出すことで形成できる。
【００２６】
テンションメンバーは、最大布設張力に対して0.3％以下とすることが好ましい。超電導線材の引っ張り特性は、0.3％の伸び歪で、その臨界電流特性が低下することが知られている。そのため、ケーブルを布設する際の最大布設張力に対して0.3％以下の伸びであるテンションメンバーを用いれば、超電導線材の特性を大きく低下させることなくケーブルを管路に引き込むことができる。このような伸びが得られるようにするには、テンションメンバーの材質や断面積を適切に選択すればよい。なお、この「伸び」は、（張力付与後のテンションメンバーの長さ−張力付与前のテンションメンバーの長さ）／張力付与前のテンションメンバーの長さのことである。
【００２７】
さらに、テンションメンバーは、ケーブルの所定の単位長で両端部が断熱管に対して固定されていることが望ましい。テンションメンバーを螺旋状に巻き付け、断熱管に対して固定していない場合、布設時に張力がかけられると、テンションメンバーには内周側に締め付ける力が作用する。その場合、断熱管がコルゲートパイプであれば、その締付力によりコルゲートパイプの波付け構造が伸ばされるため、超電導ケーブルをうまく管路内に引き込むことができないことがある。そこで、所定の単位長でテンションメンバーの両端部を断熱管に対して固定しておけば、テンションメンバーと断熱管との滑りを防止し、上記の締付力が作用することを抑制して、ケーブル引き込みに要する引張力をテンションメンバーに確実に負担させることができる。
【００２８】
この固定を行うケーブルの単位長は、ケーブルのサイズや最大布設張力に応じて、適宜選択すれば良い。例えば、超電導ケーブルが30m程度の単位長であれば、ケーブル両端部においてテンションメンバーの固定を行えばよい。テンションメンバーの断熱管に対する固定は、断熱管に直接テンションメンバーを溶接したり、断熱管の端部にテンションメンバー固定用の補助管を取り付け、その補助管にテンションメンバーを溶接することが挙げられる。
【００２９】
その他、テンションメンバーはケーブルの全長に亘って設けることが望ましい。ケーブルを管路に引き込む際の張力はケーブルの長手方向のどの位置においてもある程度作用するため、ケーブル全長に亘ってテンションメンバーを設けることで、超電導層の損傷を全長に亘って抑制することができる。
【００３０】
もちろん、テンションメンバーがケーブルの全長に亘って設けられていなくてもよい。特に、テンションメンバーが超電導ケーブルの一方の端部から長手方向の途中まで設けられていることが好ましい。ケーブルを管路に引き込む際、ケーブルにかかる張力は、引き込み側から離れるほど小さくなる。そのため、ケーブルの一端側から途中までにテンションメンバーを設け、その一端側から管路へのケーブルの引き込みを行えば、全長にテンションメンバーがなくても超電導層の損傷防止や熱収縮対策の保持が可能である。さらには、ケーブル全長にテンションメンバーを施した場合に比べてテンションメンバーの使用量を低減でき、コスト削減も図ることができる。
【００３１】
そして、テンションメンバーの外周には、ポリ塩化ビニルなどの樹脂にて防食層を形成することが好ましい。この防食層により、テンションメンバーや断熱管の機械的保護と共に耐食性を確保することができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明超電導ケーブルによれば、次の効果を奏することができる。
【００３３】
(1)断熱管の外側にテンションメンバーを設ければ、管路への引き込み布設時に、このテンションメンバーに張力をかけてケーブルを引っ張ることができ、超電導ケーブルの特性を損なうことなく布設作業を行なうことができる。
【００３４】
(2)断熱管の外側に設けたテンションメンバーにケーブル引き込み時の張力を負担させることで、断熱管の内側に配されている超電導層には張力が実質的に作用しないようにでき、超電導層の損傷を抑制することができる。
【００３５】
(3)断熱管の外側に設けたテンションメンバーにケーブル引き込み時の張力を負担させることで、断熱管の内側に配されて熱収縮対策が施されている部材には引き込み時の張力が実質的に作用しないようにでき、布設後の冷却時には熱収縮対策を有効に活用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００３７】
（実施例１：3心極低温絶縁ケーブル）
本発明超電導ケーブルの一例として、交流用3心超電導ケーブルを作製した。その断面図を図1に示す。
【００３８】
このケーブル100は、撚り合わされた3心のコア110と、これらのコア110を収納する断熱管120と、断熱管120の外側に配されるテンションメンバー130を主たる構成要素とする。
【００３９】
コア110は、中心から順に、フォーマ10、導体層20、絶縁層30、シールド層40、保護層50を有している。これらの各層のうち、導体層20とシールド層40に超電導線材が用いられる。各コア110は、超電導線材を超電導状態とするために極低温に冷却され、その冷却時の熱収縮対策として、各コア110の撚り合わせに十分な弛みを持たせている。
【００４０】
フォーマ10には、中実のものや、中空のものが利用できる。中実のフォーマの一例としては、複数の銅素線を撚り合わせたものが挙げられる。撚り線構造のフォーマとすることで、交流損失の低減と過電流での温度上昇抑制を同時に実現できる。一方、中空のフォーマには金属管を用いることができ、その内部を冷媒の流路にすることができる。
【００４１】
導体層20には、複数本の酸化物高温超電導フィラメントを銀シースで被覆したテープ線材が好適である。ここでは、厚さ0.24mm、幅3.8mmのBi2223系Ag-Mnシーステープ線材を用いた。このテープ線材をフォーマの上に多層に巻回して導体層20を構成する。この導体層20は、各層で超電導線材の撚りピッチが異なっている。加えて、各層ごと又は複数層ごとに巻き方向を変えることで、各層に流れる電流の均流化を図ることができる。
【００４２】
導体層20の外周には絶縁層30が形成される。この絶縁層30は、例えばクラフト紙とポリプロピレンなどの樹脂フィルムとをラミネートした半合成紙（住友電気工業株式会社製PPLP：登録商標）を用い、導体層20の外周に巻回して構成することができる。
【００４３】
この絶縁層30の外側に磁気をシールドするためのシールド層40を設ける。シールド層40は、絶縁層30の外側に導体層20に用いたものと同様の超電導線材を巻回して形成される。このシールド層40に導体層20とほぼ同じ大きさで逆方向の電流が誘導されることで外部への磁界の発生をキャンセルすることができる。
【００４４】
さらにシールド層40の上には保護層50が形成されている。この保護層50は、シールド層40よりも内側の構造を機械的に保護するもので、シールド層40上にクラフト紙や布テープを巻きつけることで形成される。
【００４５】
断熱管120は、コルゲート内管121とコルゲート外管122とを有するステンレス製の二重管構造である。通常、コルゲート内管121とコルゲート外管122との間は空間が形成され、その空間は真空引きされている。真空引きされる空間内には、断熱材123となるスーパーインシュレーションが配置され、輻射熱の反射が行なわれる。
【００４６】
この断熱管120の外側、つまりコルゲート外管122の外周には谷埋め材140（平滑化部材）が配されている。谷埋め材140は、外管122の凹部を埋めて断熱管120の外周面を円筒面に形成するものである。ここではポリ塩化ビニルを押出して谷埋め材140としている。
【００４７】
谷埋め材140の外側にテンションメンバー130を設ける。ここでは、図2に示すように、複数本のテープ状ステンレス線を並列して所定のピッチで螺旋状に巻き付けることでケーブル全長に亘ってテンションメンバー130を構成している。特に、本例では、テープ状ステンレス線を2層に巻き付けることで、必要な断面積を確保すると共に、テープ状ステンレス線を巻き付ける際の取り扱い容易性をも確保している。さらには、テープ状ステンレス線の各層の巻き付け方向を逆にして、布設時にケーブルにかかる張力を均等にテンションメンバー130に作用させている。
【００４８】
これらのテープ状ステンレス線は、ケーブルの端部で断熱管120に対して固定されている。本例では、断熱管120の端部に補助管（図示せず）を取り付け、この補助管にテープ状ステンレス線をスポット溶接して固定を行った。この固定を行うには、ステンレス線の端部において、内周側のテープ状ステンレス線よりも外周側のテープ状ステンレス線が長くなるように切断処理しておく。まず内周側のテープ状ステンレス線の端部をスポット溶接にて補助管に固定し、次に外周側のテープ状ステンレス線の端部を内周側のテープ状ステンレス線からずれた位置において同様に溶接にて固定する。このテンションメンバー130の断熱管120に対する固定により、ケーブルを管路に引き込んで布設する際、より確実にテンションメンバー130に張力を負担させることができる。
【００４９】
そして、テンションメンバー130の上には、ポリ塩化ビニル等による防食層150が形成されている。
【００５０】
（試験例）
上記のケーブルを作製し、以下の条件においてケーブルを管路内へ引き込み試験を実施し、問題がないかどうかを確認した。
【００５１】
コルゲート内管の外径:105mm
コルゲート外管の外径:129mm
テープ状ステンレス線：材質SUS304、幅6mm、厚さ0.5mm、枚数60枚（２層の合計）
超電導ケーブル長：30m
最大布設張力：2ton
【００５２】
その結果、ケーブルの変形や不具合は発生せず、良好であることが確認された。もちろん、熱収縮対策であるケーブルコアの撚り合せの弛みは、ケーブル引き込み後においても弛んだ状態を保持していた。
【００５３】
（実施例2：単心極低温絶縁ケーブル）
次に、単心の本発明超電導ケーブルを図3に基づいて説明する。図１と同一符号は同一部材を示す。このケーブル100は、コア110が単心である点を除いて、他の構成は前記実施例と同様であるため、以下の説明は相違点を中心に行う。
【００５４】
この超電導ケーブル100は、断熱管内に1本のコア110が収納されている。このコア110の外径はコルゲート内管121の内径よりも十分に小さく、コルゲート内管121内でコア110を蛇行させることで冷却時の熱収縮対策としている。
【００５５】
コア110および断熱管120の構成ならびにテンションメンバー130の構成は実施例１と同様である。
【００５６】
本例の構成においても、管路への引き込み布設時に、このテンションメンバー130に張力をかけてケーブルを引っ張ることができ、超電導ケーブルの特性を損なうことなく布設作業を行なうことができる。
【００５７】
（実施例3：単心常温絶縁ケーブル）
次に、単心常温絶縁タイプの本発明超電導ケーブルを図4に基づいて説明する。図１と同一符号は同一部材を示す。
【００５８】
実施例１、２はいずれも極低温絶縁タイプの超電導ケーブルであったが、本例は断熱管の外側に絶縁層を有する常温絶縁タイプのケーブルである。
【００５９】
本例では、フォーマ10上に超電導線材を巻き付けて導体層20を形成した複合材を1本有し、この複合材が断熱管内に収納されている。断熱管120の構成は実施例１または２と同様である。
【００６０】
この断熱管120の外側に絶縁層30が形成される。絶縁層30は、常温ケーブルで実績のある種々の絶縁材料が利用できる。ここでは、断熱管120の直上にポリエチレンを押出して絶縁層30とした。従って、谷埋め材を用いなくても絶縁層30の形成により、断熱管120の外周は円筒面に形成される。
【００６１】
その絶縁層30の上に銅線の編組材からなるシールド層40が形成され、さらにシールド層40の上にテンションメンバー130が形成されている。テンションメンバー130の構成は実施例１や実施例2と同様である。
【００６２】
本例の構成においても、管路への引き込み布設時に、このテンションメンバー130に張力をかけてケーブルを引っ張ることができ、超電導ケーブルの特性を損なうことなく布設作業を行なうことができる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明超電導ケーブルは、電力輸送手段として利用することができる。特に、管路へ引き込んで布設する超電導ケーブルとして好適に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】(A)は実施例1に係る本発明超電導ケーブルの横断面図、(B)はその部分縦断面図である。
【図２】本発明超電導ケーブルにおけるテンションメンバーの巻き付け状態を示す部分平面図である。
【図３】(A)は実施例2に係る本発明超電導ケーブルの横断面図、(B)はその部分縦断面図である。
【図４】実施例3に係る本発明超電導ケーブルの横断面図である。
【図５】従来の超電導ケーブルの横断面図である。
【符号の説明】
【００６５】
100  超電導ケーブル
110  コア
10  フォーマ  20  導体層  30  絶縁層  40  シールド層  50  保護層
120  断熱管  121  コルゲート内管  122  コルゲート外管
123  断熱材
130  テンションメンバー
140  谷埋め材
150  防食層
【図１】
2006059695.tif 000003
【図２】
2006059695.tif 000004
【図３】
2006059695.tif 000005
【図４】
2006059695.tif 000006
【図５】
2006059695.tif 000007