(57)【要約】【課題】熱損失を低減できる超電導ケーブルを提供する。【解決手段】超電導導体層を有し、かつシールド層を有しない複数のケーブルコアを含むケーブルコア群と、前記ケーブルコア群を一括して収納する断熱管と、前記ケーブルコア群の外周に設けられ、前記複数のケーブルコアを一体にすると共に、前記ケーブルコア群の外周と前記断熱管の内周との間に介在して前記断熱管に対する前記ケーブルコア群の偏心を抑制するスペーサ部材とを備える超電導ケーブル。【選択図】図１
2018186012.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導導体層を有し、かつシールド層を有しない複数のケーブルコアを含むケーブルコア群と、
前記ケーブルコア群を一括して収納する断熱管と、
前記ケーブルコア群の外周に設けられ、前記複数のケーブルコアを一体にすると共に、前記ケーブルコア群の外周と前記断熱管の内周との間に介在して前記断熱管に対する前記ケーブルコア群の偏心を抑制するスペーサ部材とを備える超電導ケーブル。
【請求項２】
前記スペーサ部材は、長尺材によって形成され、前記ケーブルコア群の外周にスパイラル状に巻き付けられている請求項１に記載の超電導ケーブル。
【請求項３】
前記断熱管に対する前記ケーブルコア群の偏心量が２ｍｍ以下である請求項１又は請求項２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。
【背景技術】
【０００２】
超電導ケーブルは、既存の常電導ケーブル（例、ＯＦケーブルやＣＶケーブル）と比較して、大容量の電力を低損失で送電できることから、送電線路を構成する電力ケーブルとして期待されている。一般に、超電導ケーブルは、超電導導体層を有するケーブルコアが断熱管に収納された構造であり、断熱管内に冷媒（例えば、液体窒素など）を流通させることで、超電導導体層を冷却して超電導状態に維持する。断熱管には、内管と外管とを有し、両管の間が真空引きされた二重管構造の金属管（代表的には、ステンレス鋼製の真空断熱管）が使用されている。従来、超電導ケーブルの形態としては、１つの断熱管に１本のケーブルコアが収納された単心ケーブル、複数のケーブルコアを含むケーブルコア群が一括して収納された多心ケーブル（代表的には、３本のケーブルコアからなるケーブルコア群を備える３心一括型ケーブル）がある。
【０００３】
交流送電に利用される超電導ケーブルの場合、ケーブルコアには通常、超電導導体層に電流が流れることによって発生する磁場を遮蔽するシールド層（超電導シールド層）が、超電導導体層の外側に絶縁層を介して設けられている。超電導導体層は、代表的には、超電導導体層上に形成された絶縁層の外周に超電導線材をスパイラル状に巻き付けて形成される。昨今、特許文献１に記載されるように、超電導シールド層を有しないケーブルコアも検討されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１０７０６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
超電導シールド層を有しないケーブルコアを備える超電導ケーブルにおいて、交流送電時の熱損失を低減することが望まれる。特に、交流送電に利用される多心ケーブルでの熱損失を低減する技術の開発が望まれている。
【０００６】
超電導ケーブルを布設して送電線路を構築した場合、線路の直線部では、ケーブルコア（多心ケーブルの場合はケーブルコア群。以下同じ）が自重によって断熱管（内管）内の下面に接触したり、線路の曲り部では、ケーブルコア（ケーブルコア群）が張力によって断熱管内の側面に接触したりすることがある。つまり、従来の超電導ケーブルでは、断熱管内のケーブルコア（ケーブルコア群）の位置が決まっておらず、断熱管に対してケーブルコア（ケーブルコア群）が偏心した状態で配置される。
【０００７】
超電導シールド層を有する超電導ケーブルを交流送電に利用した場合、超電導導体層に流れる電流と逆向きの誘導電流が超電導シールド層に流れ、この誘導電流が作る磁場によって超電導導体層から発生する磁場を打ち消して、ケーブルコアの外部に磁場が漏れないようにしている。そのため、この超電導ケーブルでは、超電導導体層から発生する磁場、特に垂直方向の磁場（垂直磁場）が断熱管に印加されることを十分に抑制でき、垂直磁場によって断熱管（特に内管）に発生する渦電流損を大幅に低減できる。したがって、仮に、断熱管内にケーブルコア（ケーブルコア群）が偏心して配置され、断熱管の内周に接触するようなことがあっても、超電導シールド層によって外部に漏れる磁場が小さいため、断熱管（内管）に発生する渦電流損が小さい。
【０００８】
一方、超電導シールド層を有しない超電導ケーブル（以下、シールドレス超電導ケーブルと呼ぶことがある）は、超電導シールド層がない分、超電導線材の使用量を削減できるので、製造コストを低減できる。また、ケーブルコアの外径を小さくでき、より小径で軽量な超電導ケーブルが得られることから、曲げ易く、ドラムへの巻取作業や布設作業などを行い易くなるといった効果も期待できる。しかし、シールドレス超電導ケーブルを交流送電に利用した場合、超電導導体層で発生した磁場がケーブルコアの外部に漏れ、断熱管（特に内管）に垂直磁場が印加されることによって渦電流損が発生し易くなる。特に、断熱管内にケーブルコア（ケーブルコア群）が偏心して配置されていると、断熱管の内周に近接することから、断熱管（内管）に発生する渦電流損が大きくなる。よって、シールドレス超電導ケーブルでは、断熱管への垂直磁場による渦電流損に起因する熱損失の問題が顕著になる。
【０００９】
ここで、超電導ケーブルでは、運転中、断熱管内の液体窒素などの冷媒の温度を超電導導体層が超電導状態を維持できる温度（以下、運転冷媒温度と呼ぶことがある）に冷却する必要がある。上述したように断熱管（内管）に渦電流損が発生すると、断熱管が発熱して冷媒温度が上昇するため、冷媒を冷却する冷凍機の負荷が増大する。このように断熱管（内管）の渦電流損の増大は冷凍機の負荷の増大を招くことから、断熱管の渦電流損に起因する熱損失を低減できるシールドレス超電導ケーブルの開発が求められている。
【００１０】
そこで、本開示は、熱損失を低減できる超電導ケーブルを提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本開示に係る超電導ケーブルは、
超電導導体層を有し、かつシールド層を有しない複数のケーブルコアを含むケーブルコア群と、
前記ケーブルコア群を一括して収納する断熱管と、
前記ケーブルコア群の外周に設けられ、前記複数のケーブルコアを一体にすると共に、前記ケーブルコア群の外周と前記断熱管の内周との間に介在して前記断熱管に対する前記ケーブルコア群の偏心を抑制するスペーサ部材とを備える。
【発明の効果】
【００１２】
上記超電導ケーブルは、熱損失を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態１に係る超電導ケーブルを模式的に示す横断面図である。
【図２】実施形態１に係る超電導ケーブルについて、断熱管の内管に対するケーブルコア群の偏心量と内管に発生する渦電流損との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
［本発明の実施形態の説明］
本発明者が鋭意検討した結果、シールドレス超電導ケーブルにおいて、複数のケーブルコアからなるケーブルコア群を備える多心ケーブルの場合は、上述した熱損失の問題以外に、更に次のような問題が起こり得ることが分かった。
【００１５】
上述したようにシールドレス超電導ケーブルでは、ケーブルコアの外部に磁場が発生する。多心ケーブルにおいて、交流送電時に２相短絡事故が発生した場合、２本のケーブルコアに流れる２相短絡電流とケーブルコアの外部磁場によってケーブルコア間に電磁斥力が作用する問題がある。この電磁斥力によってケーブルコア群を構成するケーブルコアが断熱管内に押し付けられ、ケーブルコアを構成する超電導導体層や絶縁層が変形したり破損したりする可能性がある。
【００１６】
また、上述した電磁斥力や送電線路の曲り部に作用する張力などによってケーブルコアが断熱管内に押し付けられると、ケーブルコアの表面近傍に位置する絶縁層が変形して、局所的に絶縁層の厚さが変化することがあり、絶縁層の絶縁特性、特に耐電圧特性が低下する可能性がある。したがって、多心ケーブルでは、熱損失の問題以外にも、上述した電磁斥力などの問題も解決することが求められる。
【００１７】
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。
【００１８】
（１）本発明の一態様に係る超電導ケーブルは、
超電導導体層を有し、かつシールド層を有しない複数のケーブルコアを含むケーブルコア群と、
前記ケーブルコア群を一括して収納する断熱管と、
前記ケーブルコア群の外周に設けられ、前記複数のケーブルコアを一体にすると共に、前記ケーブルコア群の外周と前記断熱管の内周との間に介在して前記断熱管に対する前記ケーブルコア群の偏心を抑制するスペーサ部材とを備える。
【００１９】
上記超電導ケーブルは、ケーブルコアがシールド層として機能する超電導シールド層を有していない。そのため、超電導線材の使用量を削減したり、ケーブルコアの外径を小さくできるので、超電導ケーブルの低コスト化・コンパクト化が可能である。
【００２０】
上記超電導ケーブルによれば、ケーブルコア群の外周にスペーサ部材を備えることで、断熱管に対するケーブルコア群の偏心を抑制することができ、ケーブルコア群が断熱管の内周に接触することを防止できる。このスペーサ部材により、ケーブルコア群の外周と断熱管の内周との間の間隔を保つことができ、断熱管への垂直磁場による渦電流損を低減できる。したがって、上記超電導ケーブルは、熱損失を低減できる。ここで、「断熱管に対するケーブルコア群の偏心を抑制する」とは、断熱管に対するケーブルコア群の偏心量が、ケーブルコア群が断熱管の内周に接触するときの最大の偏心量より小さいことを意味する。「断熱管に対するケーブルコア群の偏心量」とは、長手方向に直交する横断面において、断熱管の中心とケーブルコア群の中心との距離で表され、断熱管の中心からのケーブルコア群の中心のずれ量のことをいう。偏心量が小さいほど、ケーブルコア群の外周と断熱管の内周との間隔が大きくなり、断熱管とケーブルコア群との中心が一致して偏心量がゼロの場合、ケーブルコア群の外周と断熱管の内周との間隔が全周に亘って一定で、かつ最大になる。「ケーブルコア群の中心」は、複数のケーブルコアを包絡する円の中心として求められる。
【００２１】
更に、上記超電導ケーブルによれば、スペーサ部材が複数のケーブルコアを一体にする機能を有することで、ケーブルコア間に電磁斥力が作用することがあっても、スペーサ部材がケーブルコアの動きを規制して、電磁斥力によってケーブルコアが断熱管内に押し付けられることを抑制できる。したがって、電磁斥力によるケーブルコアの変形や破損を抑制できる。ここで、「複数のケーブルコアを一体にする」とは、ケーブルコア同士が分離しないように、スペーサ部材がケーブルコア群の周囲を覆うように配置されていることを意味する。
【００２２】
また、スペーサ部材がケーブルコア群の外周と断熱管の内周との間に介在することで、電磁斥力や送電線路の曲り部に作用する張力などによってケーブルコアが断熱管内に押し付けられることを抑制できる。したがって、絶縁層の変形を抑制でき、絶縁層の変形に起因する絶縁特性、特に耐電圧特性の低下を回避できる。
【００２３】
（２）上記超電導ケーブルの一形態として、前記スペーサ部材は、長尺材によって形成され、前記ケーブルコア群の外周にスパイラル状に巻き付けられていることが挙げられる。
【００２４】
スペーサ部材がケーブルコア群の外周にスパイラル状に巻き付けられていることで、スペーサ部材によってケーブルコア群が締め付けられ、スペーサ部材の締め付けにより電磁斥力に対抗してケーブルコアの動きをより規制できる。したがって、電磁斥力によってケーブルコアが断熱管内に押し付けられることによるケーブルコアの変形や破損を効果的に抑制できる。
【００２５】
（３）上記超電導ケーブルの一形態として、前記断熱管に対する前記ケーブルコア群の偏心量が２ｍｍ以下であることが挙げられる。
【００２６】
ケーブルコア群の偏心量は小さいほど好ましい。ケーブルコア群の偏心量が２ｍｍ以下であることで、ケーブルコア群の外周と断熱管の内周との間の間隔を確保して、断熱管に発生する渦電流損を大幅に低減でき、熱損失を効果的に低減できる。断熱管に対するケーブルコア群の偏心量（ケーブルコア群の外周と断熱管の内周との間の間隔）は、例えばスペーサ部材の大きさ（厚さ・太さ）によって調節できる。
【００２７】
［本発明の実施形態の詳細］
本発明の実施形態に係る超電導ケーブルの具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。図中の同一符号は、同一名称物を示す。
【００２８】
［実施形態１］
＜超電導ケーブルの全体構成＞
図１を参照して、実施形態１に係る超電導ケーブル１を説明する。超電導ケーブル１は、超電導導体層１２を有する複数のケーブルコア１０を含むケーブルコア群１０Ａと、ケーブルコア群１０Ａを一括して収納する断熱管２０とを備える多心ケーブルである。この例では、超電導ケーブル１は、３本のケーブルコア１０からなるケーブルコア群１０Ａが断熱管２０に一括して収納された３心一括型ケーブルであり、３相交流送電に利用される。実施形態１の超電導ケーブル１は、図１に示すように、各ケーブルコア１０がシールド層（超電導シールド層）を有しておらず、かつ、ケーブルコア群１０Ａの外周にスペーサ部材３０を備える点を特徴の１つとする。以下、超電導ケーブル１の構成を詳しく説明する。
【００２９】
（ケーブルコア）
図１に示すケーブルコア１０は、中心から順に、フォーマ１１、超電導導体層１２、絶縁層１３を有し、これらが同軸状に配置されてケーブルコア１０の主要部を構成する。この例では、超電導導体層１２と絶縁層１３との双方が断熱管２０に収納され、絶縁層１３が冷媒５０によって冷却される低温絶縁型の構造である。ケーブルコア１０の各構成要素は、公知の構成を利用できる。以下に、ケーブルコア１０の各構成要素の機能及び代表的な構成を説明する。
【００３０】
<フォーマ>
フォーマ１１は、フォーマ１１の外周に超電導線材をスパイラル状に巻回して超電導導体層１２を形成する際の巻芯に利用され、超電導導体層１２を支持する。フォーマ１１としては、管材などの中空体や、複数の素線が撚り合わされた撚り線、複数の撚り線が更に撚り合わされた撚り合せ体などの中実体が利用できる。フォーマ１１は、銅やアルミニウム、その合金などの常電導材料で形成することが挙げられる。撚り線を構成する素線には、絶縁被覆を有する金属導体線が利用できる。図１では、中実体のフォーマ１１を例示している。
【００３１】
<超電導導体層>
超電導導体層１２は、フォーマ１１の外周に複数の超電導線材をスパイラル状に巻回して形成されている。超電導線材には、超電導導体を用いた線材が好適に利用でき、代表的にはＢｉ２２２３系銀シース線材やＲＥ１２３系薄膜線材などの酸化物超電導導体を用いたテープ状線材が挙げられる。超電導導体層１２は、単層に形成してもよいし、２層以上の多層に形成してもよい。超電導導体層１２の層数や超電導線材の使用本数などは、送電電流に応じて適宜選択すればよい。超電導導体層１２を多相にする場合は、層間に絶縁紙を巻回して層間絶縁層（図示せず）を設けてもよい。また、フォーマ１１と超電導導体層１２との間に絶縁紙を巻回してクッション層（図示せず）を設けてもよい。ケーブルコア１０は、図１に示すように、超電導導体層１２以外の超電導層を有しておらず、主絶縁層である絶縁層１３の外周に超電導シールド層が存在しない。
【００３２】
<絶縁層>
絶縁層１３は、超電導導体層１２の外周に絶縁紙をスパイラル状に巻回して形成され、超電導導体層１２とその外側に配置された部材（例えば接地層）との間の電気的絶縁を確保する。絶縁紙には、例えばクラフト紙や、樹脂とクラフト紙とを含む半合成紙が利用できる。半合成紙としては、代表的にはポリプロプレン樹脂とクラフト紙とを貼り合わせたＰＰＬＰ（登録商標；ＰｏｌｙＰｒｏｐｙｌｅｎｅ  Ｌａｍｉｎａｔｅｄ  Ｐａｐｅｒ）が挙げられる。主絶縁層として機能する絶縁層１３の内外に半導電層（図示せず）を設けてもよい。
【００３３】
<その他>
例えば、絶縁層１３の外周に、接地電位をとる接地層（図示せず）を設けてもよい。接地層は、銅などの常電導材料からなる線材やテープ材、編組材などを巻回して形成することが挙げられる。また、接地層の機械的保護や断熱管２０（内管２１）との間の電気的絶縁などを目的として、ケーブルコア１０の最外周に保護層（図示せず）を設けてもよい。保護層は、クラフト紙などの絶縁紙をスパイラル状に巻回して形成することが挙げられる。
【００３４】
（断熱管）
断熱管２０は、内管２１と外管２２とを有する二重管構造であり、両管２１、２２の間に真空断熱層が形成されている。内管２１及び外管２２はいずれも、金属管であり、例えばステンレス鋼などで形成することが挙げられる。ステンレス鋼は、冷媒５０に対する耐性や耐食性などに優れる上、強度も高く好ましい。内管２１及び外管２２の具体的な形状としては、コルゲート管やストレート管が挙げられる。コルゲート管は、可撓性に優れ、長尺な超電導ケーブルとし易く、送電線路に曲り部がある場合に適する。ストレート管は、表面に凹凸がなくフラットであるため、表面積が小さく断熱性に優れる上、冷媒５０が流通する際の圧力損失を小さくできる。ストレート管は、送電線路に曲り部がなく比較的短い場合に適する。断熱管２０（外管２２）の外周には、例えばビニルやポリエチレンなどの防食材で形成された防食層２４が設けられている。その他、内管２１と外管２２との間に、断熱性を高めるためにスーパーインシュレーションなどの断熱材（図示せず）を配置してもよい。断熱管２０は、公知の構成を利用できる。
【００３５】
断熱管２０（内管２１）内、具体的には、ケーブルコア群１０Ａと断熱管２０との間の隙間には、超電導導体層１２を超電導状態に維持するための冷媒５０が流通する。冷媒５０は、代表的には液体窒素が挙げられる。冷媒５０は、冷凍機を備える冷却システム（図示せず）によって温度調整されて、循環ポンプなどによって超電導ケーブル１に供給される。供給された冷媒５０は、断熱管２０内を流通して、理想的には、超電導導体層１２が超電導状態を維持する所定の温度（運転冷媒温度）に維持される。
【００３６】
（ケーブルコア群）
ケーブルコア群１０Ａは、複数のケーブルコア１０により構成され、この例では、３本のケーブルコア１０からなる。ケーブルコア１０の本数は、用途などに応じて適宜変更することが可能である。ケーブルコア群１０Ａは、代表的には複数のケーブルコア１０が撚り合わされた構成である。
【００３７】
（スペーサ部材）
図１に示す超電導ケーブル１は、各ケーブルコア１０がシールド層（超電導シールド層）を有していないシールドレス超電導ケーブルであるため、超電導導体層１２で発生した磁場がケーブルコア１０の外部に漏れ、断熱管２０に垂直磁場が印加され得る。そして、断熱管２０（内管２１）内のケーブルコア群１０Ａの配置によっては、特に内管２１への垂直磁場が増え、内管２１に発生する渦電流損が大きくなり、ジュール熱も大きくなる。発熱によって内管２１の温度が上昇すると、それに伴い冷媒温度も上昇することから、冷媒温度を維持するために冷媒５０を冷却する冷凍機の冷却能力を上げる必要がある。そのため、内管２１の渦電流損の増大（≒ジュール熱の増大）は、冷凍機の負荷の増大を招き、超電導ケーブル１を備えるシステム全体の熱損失の増大につながる。このような熱損失を低減することを目的の１つとして、実施形態１の超電導ケーブル１では、ケーブルコア群１０Ａの外周に設けられ、ケーブルコア群１０Ａの外周と断熱管２０の内管２１の内周との間に介在されるスペーサ部材３０を備える。
【００３８】
スペーサ部材３０は、断熱管２０（内管２１）に対するケーブルコア群１０Ａの偏心を抑制する。ケーブルコア群１０Ａの偏心を抑制することで、ケーブルコア群１０Ａが内管２１の内周に接触することを防止でき、ケーブルコア群１０Ａの外周と内管２１の内周との間に間隔（クリアランス）が確保される。これにより、内管２１に対してケーブルコア群１０Ａが間隔をあけて配置され、内管２１への垂直磁場を減らすことができるため、内管２１に発生する渦電流損を低減でき、内管２１の渦電流損に起因する熱損失を低減できる。スペーサ部材３０は、ケーブルコア群１０Ａの外周に長手方向に沿って設けられており、ケーブルコア群１０Ａと内管２１との間隔が長手方向に亘って一定に保たれている。
【００３９】
具体的には、スペーサ部材３０は、内管２１に対するケーブルコア群１０Ａの偏心量が、ケーブルコア群１０Ａが内管２１の内周に接触するときの最大の偏心量より小さくなるように配置されている。ここで、内管２１に対するケーブルコア群１０Ａの偏心量は、内管２１の中心（図１中のＯｉ）とケーブルコア群１０Ａの中心（図１中のＯｃ）との距離（ずれ量）のことである。ケーブルコア群１０Ａの中心（Ｏｃ）は、複数のケーブルコア１０を包絡する円（図１中、二点鎖線で示す）の中心である。この偏心量が小さいほど、ケーブルコア群１０Ａと内管２１との間隔が大きくなる。図１では、内管２１に対してケーブルコア群１０Ａが偏心していない状態、即ち、内管２１とケーブルコア群１０Ａとの中心が一致（Ｏｉ＝Ｏｃ）しており、偏心量がゼロの場合を示している。この場合、ケーブルコア群１０Ａと内管２１との間隔が全周に亘って一定で、かつ最大になる。
【００４０】
断熱管２０（内管２１）に対するケーブルコア群１０Ａの偏心量は、小さいほど好ましく、例えば５ｍｍ以下、更に３ｍｍ以下、特に２ｍｍ以下であることが好ましい。ケーブルコア群の偏心量が２ｍｍ以下の場合、ケーブルコア群１０Ａの外周と内管２１の内周との間の間隔を十分に確保して、内管２１に発生する渦電流損を大幅に低減でき、熱損失を低減する効果が高い。
【００４１】
更に、スペーサ部材３０は、ケーブルコア群１０Ａを構成する複数のケーブルコア１０が分離しないように、複数のケーブルコア１０を一体にする。具体的には、スペーサ部材３０がケーブルコア群１０Ａの周囲を覆うように配置されている。
【００４２】
例えば、超電導ケーブル１に２相短絡事故が発生した場合、２本のケーブルコア１０に流れる２相短絡電流とケーブルコア１０の外部磁場によってケーブルコア１０間に電磁斥力が発生する。この電磁斥力は、ケーブルコア１０を内管２１に押し付ける方向に作用する。スペーサ部材３０が複数のケーブルコア１０を一体にする機能を有することで、ケーブルコア１０間に電磁斥力が作用することがあっても、ケーブルコア１０の動きを規制して、ケーブルコア１０が内管２１に押し付けられることを抑制できる。よって、電磁斥力によるケーブルコア１０の変形や破損を抑制できる。
【００４３】
また、スペーサ部材３０がケーブルコア群１０Ａの外周と内管２１の内周との間に介在することで、電磁斥力や送電線路の曲り部に作用する張力などによってケーブルコア１０が内管２１に押し付けられることを抑制できる。よって、ケーブルコア１０の絶縁層１３の変形を抑制でき、局所的に絶縁層の厚さが変化することによる絶縁特性、特に耐電圧特性の低下を抑制できる。
【００４４】
・材質
スペーサ部材３０は、冷媒５０に接した状態で使用されることから、冷媒５０と反応せず、運転冷媒温度でも使用可能な耐寒性と、ケーブルコア群１０Ａを所定の位置に保持可能な程度の剛性や強度とを有するものが好ましい。
【００４５】
例えば、スペーサ部材３０の構成材料としては、電気絶縁材料が挙げられる。電気絶縁材料であれば、スペーサ部材３０に磁場が印加されたとしても、スペーサ部材３０に渦電流損が実質的に発生しない、仮に渦電流損が発生しても非常に小さい。更に、非磁性の電気絶縁材料であれば、スペーサ部材３０にヒステリシス損が発生することも抑制できる。よって、スペーサ部材３０が電気絶縁材料で形成されている場合、渦電流損が非常に小さく好ましい。
【００４６】
電気絶縁材料としては、例えば、樹脂といった非金属有機材、樹脂に各種の有機繊維を含む有機繊維複合樹脂、樹脂に各種の無機繊維や無機粒子などの非金属無機材を含む無機複合樹脂などが挙げられる。更に、非磁性材であることが好ましい。電気絶縁材料には、公知のものや市販品を利用することができる。有機繊維や無機繊維を含むと、スペーサ部材３０の強度を高めることができる。スペーサ部材３０が十分な強度を有する場合、スペーサ部材３０を、超電導ケーブル１の製造過程でケーブルコア群１０Ａを断熱管２０の内管２１内に引き込む際のテンションメンバとして利用できることが期待できる。
電気絶縁材料の具体例を以下に列挙する。以下の具体例の多くは非磁性材である。
＜樹脂＞ポリエステル、ナイロンなどのポリアミド樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂
＜有機繊維＞ポリエチレン繊維（特に超高分子量ポリエチレン繊維）、アラミド繊維、ポリエステル繊維
＜無機繊維＞炭素繊維、ガラス繊維、セラミックス繊維
＜複合樹脂＞繊維強化プラスチック（例、ガラス繊維強化プラスチック：ＧＦＲＰ、炭素繊維強化プラスチック：ＣＦＲＰ）、ダイニーマ（登録商標）
【００４７】
スペーサ部材３０の別の構成材料として、導電率が低く、非磁性の金属が挙げられる。特に、導電率が２ＭＳ／ｍ（メガジーメンス／メートル）以下の非磁性金属が好ましい。非磁性金属であれば、スペーサ部材３０に磁場が印加されてもヒステリシス損が発生しない。また、低導電率であれば、スペーサ部材３０に発生する渦電流損が小さい。よって、スペーサ部材３０が、低導電率の非磁性金属で形成されている場合、渦電流損が小さく好ましい。導電率が低いほど渦電流損が発生し難いため、導電率は、例えば１．５ＭＳ／ｍ以下、更に１ＭＳ／ｍ以下であることが好ましい。このような低導電率の非磁性金属としては、例えば、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６といった非磁性ステンレス鋼、チタン合金などが挙げられる。非磁性ステンレス鋼などの金属製のスペーサ部材３０であれば、高強度であることから、スペーサ部材３０を上述のテンションメンバに利用できる。
【００４８】
その他、スペーサ部材３０の構成材料は、冷媒５０に冷却されて熱収縮した場合に、その収縮量が小さいものが好ましい。熱収縮量が大き過ぎると、運転冷媒温度において、スペーサ部材３０が収縮して、ケーブルコア群１０Ａの偏心量が大きくなり、ケーブルコア群１０Ａと内管２１との間隔が小さくなるからである。一方、超電導ケーブル１の製造過程に、上述したようにケーブルコア群１０Ａを断熱管２０の内管２１内に引き込む工程を含む場合、ケーブルコア群１０Ａと内管２１との間に隙間がある程度あれば、ケーブルコア群１０Ａを引き込む作業が行い易い。また、ケーブルコア群１０Ａとスペーサ部材３０とを予め一体化しておいて内管２１内に引き込むと、ケーブルコア群１０Ａとスペーサ部材３０とを一度に収納できる。この引き込み作業は、通常、常温で行うことから、常温環境にあるときのスペーサ部材３０の体積が、冷媒５０によって冷却されて常温よりも低温環境にあるときのスペーサ部材３０の体積よりも小さければ、上述の予め一体化したものを引き込む場合でも作業が行い易くなる。かつ、低温環境（例えば運転冷媒温度など）にあるときのスペーサ部材３０の体積が、常温環境にあるときのスペーサ部材３０の体積よりも大きければ、スペーサ部材３０によって、ケーブルコア群１０Ａを所定の位置に適切に保持できる。
【００４９】
この点から、スペーサ部材３０の構成材料は、常温よりも低い温度で膨張するものが好ましい。この場合、例えば、常温環境下の製造過程にあるときのスペーサ部材３０の寸法を、冷媒５０によって冷却されて膨張することでケーブルコア群１０Ａを所定の位置に保持できる大きさに設定する。これにより、製造過程では、スペーサ部材３０と内管２１との間に膨張分の隙間を設けられ、この隙間を引き込み作業での作業代として利用できる。超電導ケーブル１を布設した後、冷媒５０を断熱管２０（内管２１）に供給して、スペーサ部材３０が常温よりも低温になって膨張することで、スペーサ部材３０によって、ケーブルコア群１０Ａを内管２１内の所定の位置に配置できる。
【００５０】
このような低温膨張特性を有する材料としては、例えば、ダイニーマが挙げられる。例えば、ダイニーマを含む複合樹脂、金属線を芯線とし、ダイニーマを被覆層とする被覆線材などをスペーサ部材３０の構成材料に利用できる。金属線は、上述の非磁性ステンレス鋼などが挙げられる。
【００５１】
・形状、個数、大きさ
スペーサ部材３０の形状、個数、大きさは、ケーブルコア群１０Ａの偏心を抑制して、ケーブルコア群１０Ａの外周と内管２１の内周との間に所定の間隔が確保できれば、特に問わない。図１では、スペーサ部材３０の断面形状が円形の場合を例示するが、断面形状が矩形などの多角形、楕円などの曲面形状といった対称形状のもの、非対称形状のものなど種々の形状を選択することができる。また、図１では、ケーブルコア群１０Ａの外周に３つのスペーサ部材３０を備える場合を例示するが、スペーサ部材３０の個数は適宜変更できる。複数のスペーサ部材３０を備える場合は、各スペーサ部材３０の材質や形状を異ならせてもよい。スペーサ部材３０の大きさは、ケーブルコア群１０Ａの偏心量が所定の値となるように適宜設定すればよい。各スペーサ部材３０の大きさは、ケーブルコア群１０Ａの偏心を抑制する観点から、材質による誤差や製造誤差などを除いて、実質的に同一とすることが挙げられる。
【００５２】
・形成方法
スペーサ部材３０は、代表的には、線材又はテープ材などの長尺材によって形成され、ケーブルコア群１０Ａの外周にスパイラル状に巻き付けられている形態が挙げられる。図１に示す超電導ケーブル１では、ケーブルコア群１０Ａの外周に断面形状が円形の３本の長尺材（線材）が所定のピッチ（例えば５００ｍｍ以上１０００ｍｍ以下）で巻回されて、スペーサ部材３０が構成されている。図１では、分かり易いように、スペーサ部材３０の横断面のみを示す。
【００５３】
スペーサ部材３０がスパイラル状に巻回されている形態（以下、巻回形態と呼ぶことがある）では、スペーサ部材３０によってケーブルコア群１０Ａが締め付けられ、複数のケーブルコア１０を一体にすると共に、スペーサ部材３０の締め付けによりケーブルコア１０の動きをより規制できる。よって、上述した電磁斥力がケーブルコア１０間に発生した場合に、スペーサ部材３０の締め付けにより電磁斥力によってケーブルコア１０が内管２１に押し付けられることを効果的に抑制できる。
【００５４】
巻回形態では、ケーブルコア群１０Ａの外周にスペーサ部材３０がスパイラル状に巻き付けられることで、ケーブルコア群１０Ａとスペーサ部材３０とを容易に一体化できる。スペーサ部材３０（長尺材）の巻回ピッチによっては、スペーサ部材３０の個数が例えば１つの場合であっても、ケーブルコア群１０Ａを所定の位置に保持できる。ケーブルコア群１０Ａとスペーサ部材３０とを一体化して断熱管２０の内管２１内に同時に引き込むことで超電導ケーブル１を製造できるので、製造性に優れる。
【００５５】
スペーサ部材３０の巻回ピッチは、特に限定されないが、例えば５００ｍｍ以上であることが挙げられる。巻回ピッチが５００ｍｍ以上であれば、冷媒５０の流通性を良好に保ち易い。巻回ピッチが大きいほど、冷媒５０の流通性を良好にできることから、巻回ピッチは、例えば７５０ｍｍ以上、更に１０００ｍｍ以上とすることが挙げられる。
【００５６】
図１では、内管２１に対するケーブルコア群１０Ａの偏心量がゼロとなるように、ケーブルコア群１０Ａの外周に３つのスペーサ部材３０を備える。各スペーサ部材３０は、同一の材料から構成され、同一の形状、同一の大きさであり、図１では丸線である。また、図１では、各スペーサ部材３０がケーブルコア群１０Ａの外周に均等に配置されている。このように同一形状、同一サイズのスペーサ部材３０がケーブルコア群１０Ａの外周に均等に配置されることで、ケーブルコア群１０Ａの偏心を抑制でき、更には偏心量を実質的にゼロにできる。各スペーサ部材３０の配置位置やスペーサ部材３０の個数は、適宜変更できる。
【００５７】
スペーサ部材３０がケーブルコア群１０Ａの全長に亘って設けられていると、ケーブルコア群１０Ａと内管２１との間隔が全長に亘って一定に保たれ、内管２１の全長に亘って渦電流損を低減できる。
【００５８】
スペーサ部材３０の巻回方向は、複数のケーブルコア１０が撚り合わされてケーブルコア群１０Ａが構成されている場合、ケーブルコア１０の撚り方向と同じ順方向でもよいし、撚り方向とは逆方向でもよい。順方向の場合は、ケーブルコア１０の撚り方向とスペーサ部材３０の巻回方向とが同一のため、ケーブルコア１０の撚りの緩み方向とスペーサ部材３０の緩み方向が同一になる。そのため、ケーブルコア１０の撚りが緩む方向に力が作用すると、同時にスペーサ部材３０も緩む方向に力を受けることになる。よって、ケーブルコア１０とスペーサ部材３０の熱膨張率の差に起因する熱収縮力の影響が小さくなることから、スペーサ部材３０の材料選定や大きさなどの設計上の制約が少なくなるメリットがある。一方、逆方向の場合は、ケーブルコア１０の撚りが緩む方向に力が作用すると、スペーサ部材３０が締まる方向に力を受けることになる。そのため、スペーサ部材３０の締め付け力が大きくなることから、ケーブルコア１０の撚りの緩みを抑制でき、ケーブルコア群１０Ａを締め付けた状態で保持する効果が高い。よって、上述した電磁斥力に対抗してケーブルコア１０の動きを規制する効果が大きいと期待される。ここで、電磁斥力の大きさは、超電導ケーブルの使用条件に基づいて発生し得る短絡電流の大きさに依存すると考えられる。そのため、短絡電流が大きく、電磁斥力の影響が大きいと想定される場合は、スペーサ部材３０の巻回方向をケーブルコア１０の撚り方向と逆方向にする方が望ましい。反対に、短絡電流が小さく、電磁斥力の影響が小さいと想定される場合は、スペーサ部材３０の巻回方向をケーブルコア１０の撚り方向と順方向にすることで、設計上の制約を少なくすることが可能である。
【００５９】
＜超電導ケーブルの製造方法＞
実施形態１の超電導ケーブル１は、ケーブルコア群１０Ａとスペーサ部材３０とを断熱管２０（内管２１）に収納することで製造できる。例えば、上述したように、ケーブルコア群１０Ａとスペーサ部材３０とを一体化物として内管２１内に引き込んだり、一体化物を包むように金属板を成形して内管２１を形成した後、内管２１の外側に外管を形成したりすることで、ケーブルコア群１０Ａとスペーサ部材３０とが内管２１内に収納された状態にできる。
【００６０】
｛効果｝
実施形態１の超電導ケーブル１は、次の効果を奏する。
【００６１】
ケーブルコア群１０Ａの外周にスペーサ部材３０を備えることで、内管２１に対するケーブルコア群１０Ａの偏心を抑制することができる。ケーブルコア群１０Ａの偏心を抑制することで、ケーブルコア群１０Ａと内管２１との接触が防止され、ケーブルコア群１０Ａと内管２１とが間隔をあけて配置される。よって、内管２１への垂直磁場による渦電流損を低減でき、熱損失を低減できる。
【００６２】
更に、スペーサ部材３０が複数のケーブルコア１０を一体にする機能を有することで、ケーブルコア１０間に電磁斥力が作用することがあっても、ケーブルコア１０の動きを規制できる。そのため、電磁斥力によってケーブルコア１０が内管２１に押し付けられることを抑制でき、ケーブルコア１０の変形や破損を抑制できる。特に、スペーサ部材３０が、長尺材によって形成され、ケーブルコア群１０Ａの外周にスパイラル状に巻き付けられている形態では、スペーサ部材３０の締め付けによりケーブルコア１０の動きをより規制できる。したがって、電磁斥力によってケーブルコア１０が断熱管内に押し付けられることによるケーブルコア１０の変形や破損を効果的に抑制できる。
【００６３】
また、スペーサ部材３０がケーブルコア群１０Ａと内管２１との間に介在することから、電磁斥力や送電線路の曲り部に作用する張力などによってケーブルコア１０が内管２１に押し付けられることを抑制できる。したがって、ケーブルコア１０の絶縁層１３の変形を抑制でき、絶縁層１３の変形に起因する絶縁特性、特に耐電圧特性の低下を回避できる。加えて、ケーブルコア１０の表面が内管２１に直接接触しないようにできるため、ケーブルコア群１０Ａを断熱管２０の内管２１内に引き込む場合、絶縁層１３が内管２１に擦れることがなく、絶縁層１３の変形や損傷を抑制できると期待される。
【００６４】
｛用途｝
実施形態１の超電導ケーブル１は、送電線路、特に交流送電線路に好適に利用できる。
【００６５】
［試験例１］
図１に示す３心一括型の超電導ケーブル１について、スペーサ部材３０によりケーブルコア群１０Ａの偏心を抑制することによる断熱管２０（内管２１）の渦電流損の低減効果を調べるため、内管２１に対するケーブルコア群１０Ａの偏心量を変えたときの内管２１に発生する渦電流損を調べた。
【００６６】
超電導ケーブルの構造は次のようにした。
＜ケーブルコア＞
外径４５ｍｍ（超電導導体層：内径１７．０ｍｍ、外径３０．０ｍｍ）
＜断熱管（内管）＞
内径１１０．０ｍｍ（厚さ：０．８ｍｍ、形状：ストレート管）
導電率２．０２ＭＳ／ｍ（運転冷媒温度（６８Ｋ〜７７Ｋ程度）におけるステンレス鋼の導電率に相当）
【００６７】
超電導導体層に流す通電電流は、２０００Ａｒｍｓ、５０Ｈｚの３相交流電流とした。
【００６８】
以上の条件で、公知のＦＥＭ（Ｆｉｎｉｔｅ  Ｅｌｅｍｅｎｔ  Ｍｅｔｈｏｄ）解析ソフトを用いて磁場分布を計算し、磁場分布から内管に発生する渦電流損を導出した。試験例１では、図１に示すケーブルコア群１０Ａの偏心量がゼロの状態からケーブルコア群１０Ａが下方に偏心して内管２１に接触するまでの範囲で変化させ、偏心量に対する渦電流損を解析した。この場合、ケーブルコア群１０Ａが内管２１の内周に接触するときの最大の偏心量は１０．１７ｍｍとなる。解析結果を表１及び図２に示す。図２は、内管に対するケーブルコア群の偏心量と内管に発生する渦電流損との関係を示すグラフであり、横軸がケーブルコア群の偏心量（ｍｍ）、縦軸が内管の渦電流損を示す。表１及び図２では、偏心量が最大のときの渦電流損を１として規格化した渦電流損を示している。
【００６９】
【表１】
2018186012.tif 000003
【００７０】
表１及び図２に示すように、ケーブルコア群の偏心量が小さいほど、内管の渦電流損を低減でき、延いては熱損失を低減できることが分かる。渦電損が最も小さい偏心量が０ｍｍの場合、渦電流損が最も大きい偏心量が最大（１０．１７ｍｍ）の場合と比べて、１５％程度の渦電流損の低減効果が得られている。特に、偏心量が２ｍｍの場合、偏心量が０ｍｍの場合と渦電流損がほとんど変わらないことから、偏心量が２ｍｍ以下であれば、渦電流損（熱損失）を低減する効果が高いといえる。
【００７１】
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】
【００７２】
１  超電導ケーブル
１０  ケーブルコア
１０Ａ  ケーブルコア群
１１  フォーマ
１２  超電導導体層
１３  絶縁層
２０  断熱管
２１  内管
２２  外管
２４  防食層
３０  スペーサ部材
５０  冷媒
【図１】
2018186012.tif 000004
【図２】
2018186012.tif 000005