(57)【要約】【課題】ケーブルコアが流体に浸漬された構造において、流体の漏えいを防止することができる超電導送電ケーブルを得る。【解決手段】超電導ケーブル１０は、ケーブルコア１２と、ケーブルコア１２を収納すると共にケーブルコア１２を冷却させる冷媒で満たされた金属製の内管２０と、内管２０の外周側に設けられた金属製の外管２６と、内管２０と外管２６との間の空間に設けられ、電気絶縁性シート２４Ａが積層された地絡絶縁層２４と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーブルコアと、
前記ケーブルコアを収納すると共に前記ケーブルコアを冷却させる冷媒で満たされた金属製の内管と、
前記内管の外周側に設けられ、前記内管との間の空間が真空状態とされた金属製の外管と、
前記内管と前記外管との間の空間に設けられ、電気絶縁性シートが積層された絶縁層と、
を有する超電導送電ケーブル。
【請求項２】
前記電気絶縁性シートは、重ね合わされた状態で一部が密着していない可撓性のシートである請求項１に記載の超電導送電ケーブル。
【請求項３】
前記電気絶縁性シートは、シート面に対する面積遮断率が１００％の不織布である請求項１又は請求項２に記載の超電導送電ケーブル。
【請求項４】
前記絶縁層は、前記電気絶縁性シートの積層枚数が１０以上である請求項１〜３の何れか１項に記載の超電導送電ケーブル。
【請求項５】
前記絶縁層と前記内管との間には、金属箔を有する輻射シールド層が設けられている請求項１〜４の何れか１項に記載の超電導送電ケーブル。
【請求項６】
前記電気絶縁性シートには、貫通孔が形成されている請求項１〜５の何れか１項に記載の超電導送電ケーブル。
【請求項７】
前記電気絶縁性シートは、表面が疎水性である請求項１〜６の何れか１項に記載の超電導送電ケーブル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導送電ケーブルに関する。
【背景技術】
【０００２】
送電ケーブルとして、電流が流れるケーブルコアをガスや液体などの流体に浸漬させることで、絶縁性を確保した構造が知られている。また、ケーブルコアを液体窒素などの冷媒に浸漬させた超電導ケーブルなどが知られている。このような送電ケーブルでは、流体の外部環境への漏えいを防止する構造が要求されている。
【０００３】
ここで、特許文献１には、３本の導体（ケーブルコア）を備えた三相交流用のケーブルが開示されており、ケーブルコアの外側をポリマー材料で被覆することによって耐衝撃性をもたせた構造とされている。一方、特許文献２には、断熱層（真空断熱管）の内部に３本のケーブルコアが収納された三相交流用の超電導ケーブルが開示されており、断熱層の層内に補強用の炭素繊維束を設けることで、強度を高めた構造とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−５１０４２４号公報
【特許文献２】特開２０１５−９９７５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、送電ケーブル（特に、大容量送電ケーブル）では、絶縁層の劣化などによって絶縁破壊が生じた結果、ケーブルコアと外側の金属部材との間にアーク放電が生じて短絡電流が流れる地絡が発生することがある。
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示された技術では、地絡による衝撃が想定されていない。また、特許文献２に開示された技術では、導電性の炭素繊維束によって補強しているため、外管との間に放電を誘発させる虞がある。そのような場合、ケーブルコアと流体を収納している収納管に穴が開き、流体を閉じ込める気密性が失われてしまう。以上のように、流体の外部環境への漏えいを防止するためには改善の余地がある。
【０００７】
本発明は上記事実を考慮し、ケーブルコアが流体に浸漬された構造において、外部環境への流体の漏えいを防止することができる超電導送電ケーブルを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の本発明に係る超電導送電ケーブルは、ケーブルコアと、前記ケーブルコアを収納すると共に前記ケーブルコアを冷却させる冷媒で満たされた金属製の内管と、前記内管の外周側に設けられ、前記内管との間の空間が真空状態とされた金属製の外管と、前記内管と前記外管との間の空間に設けられ、電気絶縁性シートが積層された絶縁層と、を有する。
【０００９】
請求項１に記載の本発明に係る超電導送電ケーブルでは、金属製の内管の内側に冷媒（流体）が満たされており、この内管にはケーブルコアが収納されている。また、内管の外周側には、金属製の外管が設けられている。このため、内側からの衝撃などによって内管が破損した場合であっても、内管と外管との間の空間で冷媒が保持されるため、冷媒が外管の外部へ漏えいするのを防止することができる。
【００１０】
また、内管と外管との間の空間には、電気絶縁性シートが積層された絶縁層が設けられている。これにより、例えば、地絡による衝撃で内管が破損した後、アーク放電が発生した場合であっても、絶縁層によってアークが外管まで到達するのを阻止することができ、外管の外部へ冷媒が漏えいするのを防止することができる。さらに、電気絶縁性シートを積層することで絶縁層を形成しているため、要求される性能に応じて適宜絶縁層の厚みを調節することができる。
【００１１】
さらに、冷媒によってケーブルコアを冷却させることで、通常の送電ケーブルと比較して送電ロスを大幅に低減することができる。
【００１２】
請求項２に記載の本発明に係る超電導送電ケーブルは、請求項１に記載の超電導送電ケーブルであって、前記電気絶縁性シートは、重ね合わされた状態で一部が密着していない可撓性のシートである。
【００１３】
請求項２に記載の本発明に係る超電導送電ケーブルでは、電気絶縁性シートが重ね合わされた状態でも密着していないため、各々の層界面に比較的大きな界面熱抵抗が生じる。これにより、互いに密着する電気絶縁性シートを用いた構造と比較して熱に強く、高温にさらされる環境においてもアーク放電が外管まで到達するのを効果的に阻止することができる。なお、ここでいう「密着」とは、各々の層同士が分子レベルで密着した状態を指しており、層間の界面熱抵抗が極めて小さい状態である。
【００１４】
請求項３に記載の本発明に係る超電導送電ケーブルは、請求項１又は請求項２に記載の超電導送電ケーブルであって、前記電気絶縁性シートは、シート面に対する面積遮断率が１００％の不織布である。
【００１５】
請求項３に記載の本発明に係る超電導送電ケーブルでは、電気絶縁性シートとしてシート面に対する面積遮断率が１００％の不織布を用いるため、例えば、面積遮断率が１００％未満の不織布を用いる構成と比べて、アーク放電が外管まで到達するのを効果的に阻止できる。
【００１６】
請求項４に記載の本発明に係る超電導送電ケーブルは、請求項１〜３の何れか１項に記載の超電導送電ケーブルであって、前記絶縁層は、前記電気絶縁性シートの積層枚数が１０以上である。
【００１７】
請求項４に記載の本発明に係る超電導送電ケーブルでは、電気絶縁性シートの積層枚数を１０以上とするため、例えば、電気絶縁性シートの積層枚数を１０未満とする構成と比べて、アーク放電が外管まで到達するのを効果的に阻止できる。
【００１８】
請求項５に記載の本発明に係る超電導送電ケーブルは、請求項１〜４の何れか１項に記載の超電導送電ケーブルであって、前記絶縁層と前記内管との間には、金属箔を有する輻射シールド層が設けられている。
【００１９】
請求項５に記載の本発明に係る超電導送電ケーブルでは、輻射シールド層によって、外部からの輻射熱で内管が加熱されるのを抑制することができる。また、絶縁層よりも内周側に輻射シールド層を設けることにより、真空引きの効率を向上させることができる。すなわち、金属箔を含む輻射シールド層は、絶縁層よりも密閉性が高いため、空気を吸引しにくい。このため、輻射シールド層を絶縁層よりも内周側に設けることにより、絶縁層を構成する電気絶縁性シート間の空気を効率よく吸引することができる。
【００２０】
請求項６に記載の本発明に係る超電導送電ケーブルは、請求項１〜５の何れか１項に記載の超電導送電ケーブルであって、前記電気絶縁性シートには、貫通孔が形成されている。
【００２１】
請求項６に記載の本発明に係る超電導送電ケーブルでは、電気絶縁性シートに形成された貫通孔から絶縁層の外側へ空気を吸引することができ、真空引きの効率を向上させることができる。
【００２２】
請求項７に記載の本発明に係る超電導送電ケーブルは、請求項１〜６の何れか１項に記載の超電導送電ケーブルであって、前記電気絶縁性シートは、表面が疎水性である。
【００２３】
請求項７に記載の本発明に係る超電導送電ケーブルでは、電気絶縁性シートを表面が疎水性とすることにより、この電気絶縁性シートの表面に水分子が吸着されにくくなる。ここで、水分子が多いほど真空引きに要する時間が長くなるため、疎水性の部材で電気絶縁性シートを形成すれば、効率よく真空引きすることができる。
【発明の効果】
【００２４】
以上説明したように、本発明に係る超電導送電ケーブルによれば、ケーブルコアが流体に浸漬された構造において、外部環境への流体の漏えいを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】実施形態に係る超電導送電ケーブルの概略図である。
【図２】実施形態に係る超電導送電ケーブルの地絡時の状態を説明するための模式図であり、地絡発生直後の内部状態を示す図である。
【図３】実施形態に係る超電導送電ケーブルの地絡時の状態を説明するための模式図であり、図２の状態の後にアーク放電によって内管が損傷した状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図面を参照して、本発明に係る超電導送電ケーブルの実施形態について説明する。
【００２７】
図１に示されるように、本実施形態の超電導送電ケーブルの一例としての超電導ケーブル１０は、主として、ケーブルコア１２と、内管２０と、輻射シールド層２２と、地絡絶縁層２４と、外管２６とを含んで構成されている。
【００２８】
ケーブルコア１２は、超電導ケーブル１０の中心近傍に位置しており、主として、フォーマ１４、地絡絶縁層２４、シールド層１８とを含んで構成されている。フォーマ１４は、ケーブルコア１２の最も内周側に位置しており、本実施形態では一例として銅によって形成されている。また、フォーマ１４の周囲には、図示しない高温超電導（ＨＴＳ：Ｈｉｇｈ−Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ）線材からなる導体層が構成されている。
【００２９】
導体層の外周側には、絶縁層１６が設けられており、この絶縁層１６は、導体層の外周面に絶縁テープを巻き付けることによって構成されている。また、絶縁層１６の外周側には、シールド層１８が設けられている。シールド層１８は、ＨＴＳ線材によって構成されており、このシールド層１８を設けることで、磁場が外部へ漏れないようにしている。さらに、シールド層１８の外周側には、ケーブルを保護するための図示しない銅編組線が配置されている。以上のようにして、本実施形態のケーブルコア１２が構成されている。なお、本実施形態では一例として、ケーブルコア１２の外径が８８ｍｍとなっている。また、ケーブルコア１２の表面を平滑化させるために、図示しない不織布等を巻き付けてもよい。
【００３０】
ケーブルコア１２の外周側には、内管２０が設けられており、ケーブルコア１２は、この内管２０に収納されている。内管２０は、金属製の管体であり、本実施形態では一例として、内径が１０６ｍｍで外径が１１６ｍｍのコルゲート管（波付け管）が用いられている。また、内管２０の内部は、冷媒である液体窒素によって満たされており、ケーブルコア１２が液体窒素に浸漬された状態となっている（図２参照）。ここで、本実施形態では、図示しない冷媒供給部から内管２０の内部へ−２００℃前後の液体窒素が供給されており、超電導ケーブル１０の一端部から他端部まで液体窒素が流れている。このため、ケーブルコア１２は液体窒素によって冷却された状態を維持している。
【００３１】
内管２０よりも外周側には、外管２６が設けられており、内管２０は、後述する地絡絶縁層２４及びシールド層１８と共に、この外管２６に収納されている。外管２６は、金属製の管体であり、本実施形態では一例として、内径が１４９ｍｍで外径が１７３ｍｍのコルゲート管が用いられている。また、外管２６と内管２０との間の空間は、真空状態に維持されており、外管２６と内管２０との間の熱伝導を抑制している。
【００３２】
ここで、内管２０と外管２６との間には、輻射シールド層２２及び地絡絶縁層２４が設けられている。本実施形態では、輻射シールド層２２は、地絡絶縁層２４よりも内周側に位置しており、内管２０の外側に金属箔及び熱絶縁膜を巻き付けることによって構成されている。本実施形態では一例として、輻射シールド層２２は、金属箔としてのアルミ箔と、熱絶縁膜としての不織布とを交互に積層させることによって構成されている。また、輻射シールド層２２の厚みは、３ｍｍ程度となっている。
【００３３】
輻射シールド層２２の外周側には、地絡絶縁層２４が設けられている。地絡絶縁層２４は、輻射シールド層２２の外周面に複数の電気絶縁性シート２４Ａを積層させることにより構成されている。また、本実施形態では一例として、ポリエチレンの不織布によって電気絶縁性シート２４Ａが形成されているため、可撓性を有している。
【００３４】
さらに、本実施形態の電気絶縁性シート２４Ａは、ポリエチレンの無数の繊維からなる不織布であるため、重ね合わされたシート同士が密着しておらず、またその素材の特性を反映してその表面が疎水性である。さらに、積層されたそれぞれの電気絶縁性シート２４Ａの間の空間は密閉されず、気体（空気）が通り抜ける程度の貫通孔（隙間）が形成された状態となっている。なお、本実施形態では一例として、厚みが０．１ｍｍの電気絶縁性シート２４Ａを１００枚積層することで地絡絶縁層２４を構成しているため、地絡絶縁層２４の厚みは１０ｍｍ程度となっている。
【００３５】
本実施形態の超電導ケーブル１０は、以上のように構成されており、内管２０及び外管２６は、接地されている。
【００３６】
（作用並びに効果）
次に、本実施形態に係る超電導送電ケーブルの作用並びに効果について、地絡によるケーブル破壊のメカニズムと共に説明する。
【００３７】
（地絡発生の原因とその直後）
ケーブルコア１２を構成する絶縁層１６が劣化するなどして、導体層に印加される電圧に耐えられなくなった場合、放電が発生し、それによりさらに絶縁層１６が破壊されて大規模な放電に至る。これが地絡発生の瞬間である。このような大規模な放電は莫大な熱エネルギーを生み出し、その付近を高温高圧の状態にする。高温高圧の流体はすぐに周辺の低温低圧状態の領域に流出し、この流れが衝撃となって周辺の構造に作用する。
【００３８】
（衝撃によるケーブルコアの破壊と内管の耐性）
ケーブルコア１２の絶縁層１６を貫く向きに生じた放電は絶縁層１６の内側から外側への衝撃を作り出し、巻き重ねられた絶縁テープである絶縁層１６はそれにより破壊される。その外側にあるシールド層１８は、仮に衝撃を耐え抜いたとしても、放電による熱で金属が溶融し、破壊される。絶縁層１６を内側から破壊した高温高圧流体の衝撃はその後内管２０にぶつかるが、内管２０が十分な機械強度を有していればそれに耐え、破れも変形もしない。衝撃はケーブル軸方向に進行方向を変え、ケーブルの両側に進行していくが、内管２０が十分な機械強度を有していれば、そこでもやはり内管２０を破損させることはない。
【００３９】
（アーク放電による内管の破壊）
シールド層１８が放電により生じる熱や衝撃によって破損し、地絡点付近で部分的に喪失すると、図２に示されるように、放電はより近くにある接地電位導体である内管２０へと到達する。すると、衝撃には耐える機械強度を有した内管２０であっても放電による熱には弱く、それによって溶融し、シールド層１８と同様に部分的な喪失を引き起こしてしまう。
【００４０】
（アーク放電による外管の破壊）
このようにして内管２０が部分的に喪失した後、放電がさらに外管２６にまで到達すると、外管２６も同様に放電による発熱で穴が開き、液体窒素Ｎが外管２６の外側へ漏えいしてしまうことになる。なお、超電導ケーブル１０の内管２０はその外周に輻射シールド層２２を備えている。これは導体である金属箔（アルミ箔）を含んでおり、放電を途絶させる能力はない。そのため、内管２０の喪失領域が大きくなると高い確率で放電が外管２６にも到達してしまう。
【００４１】
ところで、一般的に超電導ケーブル１０を含む送電システムには遮断機が設けられており、地絡の発生後６０〜７０ミリ秒で電流が遮断されるように構成されている。この遮断機が動作するまでの間にアークＡが外管２６に到達しなければ、外管２６は健全性を維持し、液体窒素Ｎの外部環境への漏えいを防止することができる。
【００４２】
ここで、本実施形態では、図３に示されるように、内管２０と外管２６との間の空間に、積層された複数の電気絶縁性シート２４Ａからなる地絡絶縁層２４が設けられている。そのため、アーク放電により内管２０が部分的に喪失した場合であっても、地絡絶縁層２４によってアークＡが外管２６まで到達するのを阻止することができ、その結果外管２６の外部へ液体窒素Ｎが漏えいするのを防止することができる。
【００４３】
これに対して、地絡絶縁層２４が設けられておらず、輻射シールド層２２のみを備えた比較例について考える。このような比較例の構造では、輻射シールド層２２を構成するアルミ箔が導体であるため、アークＡを途絶させることができず、アークＡが外管２６まで到達する可能性が高くなる。あるいは、ケーブルコア１２の外周に地絡絶縁層２４が設けられた別の比較例の構造では、地絡絶縁層２４が地絡直後の高温高圧流体Ｄの流れによる衝撃にさらされることとなり、ケーブルコア１２と共に破壊される可能性が高い。以上のように、輻射シールド層２２のみを備えた比較例や、ケーブルコア１２の外周に地絡絶縁層２４が設けられた比較例では、アーク放電が外管２６に到達して穴が開くこと、またそれに伴う液体窒素Ｎの漏えいを防止することが困難となる。
【００４４】
以下、熱伝導の低さによる耐熱性について説明する。アーク放電により内管２０が部分的に喪失すると、その外周に位置する地絡絶縁層２４が、アーク放電により加熱された高温高圧流体Ｄにさらされることになる。その結果、地絡絶縁層２４も高温（熱）によって部分的に喪失してしまうと、アーク放電が外管２６に到達して穴が開いてしまうことになる。
【００４５】
ここで、地絡絶縁層２４は電気絶縁性シート２４Ａが積層された構造であり、多くの積層界面を有している。この界面において界面熱抵抗が生じることから、地絡絶縁層２４は径方向に関して非常に高い熱抵抗を持っている。その結果、地絡絶縁層２４の内周側の層がアーク放電により加熱された高温高圧流体Ｄにさらされても、その熱の大半は地絡絶縁層２４の外周側へは伝わらない。そのため、地絡絶縁層２４の内周側の層は内管２０の部分的喪失後すぐに穴が開いてしまうとしても、その外周側の層はしばらくの間耐えることになる。どれくらいの時間、もしくはどれくらいの規模の放電に耐えられるかは地絡絶縁層２４の積層数によって変わることになり、逆にどの程度の放電に耐えることを想定するかによって地絡絶縁層２４の積層数を調整すればよいことになる。
【００４６】
ただし、地絡絶縁層２４を構成する電気絶縁性シート２４Ａ同士が密着していると、その積層界面における界面熱抵抗が小さくなり、外周側にも多くの熱が到達してしまうことになる。その点、電気絶縁性シート２４Ａとして多数の繊維からなる不織布を用いると、不織布同士で密着することがない。その結果積層界面における界面熱抵抗が高くなり、その外周側がある程度の時間熱から守られることになる。
【００４７】
さらにまた、本実施形態では、目付７５ｇ／ｍ２のポリエチレンの不織布によって電気絶縁性シート２４Ａが形成されている。なお、ここでいう「目付」とは、単位面積当たりの重さを指す。ところで、不織布は、厚さに１０〜２０％のばらつきがあるため、層全体の厚みが厚くなる。そこで、本実施形態では、カレンダ処理によって厚さを０．１０ｍｍにしている。これにより、層全体の厚さを抑えつつ、高強度の構造を得ることができる。すなわち、発泡ポリエチレンなどの発泡材を用いて同じ厚さの電気絶縁性シート２４Ａを形成した場合、十分な機械的強度を確保できない場合があり、地絡の際に破断する可能性がある。
【００４８】
また、有機高分子材料からなる電気絶縁性材料は、２００℃以下で軟化・液状化する。ひとたび軟化すると内管２０の内部より飛来する高温・高エネルギーのガス分子にさらされた部位の分子が周辺域へと押しやられ、その結果地絡絶縁層２４の厚さが薄くなり、ついには圧力によって破られてその電気絶縁性能を失ってしまう。軟化の進行を効果的に遅らせるためには、稠密一様な一体もののシート（電気絶縁性シート２４Ａ）で、高温・高エネルギーのガス分子をその内部に侵入させないか、もしくは無数の繊維からなる不織布構造のシートで、それらが奥深くまで侵入するまでに多数回の衝突を繰り返してそのエネルギーを失わせることができればよい。ここで、厚さ方向の熱伝導度の低さの観点から、稠密一様な一体もののシートよりも無数の繊維からなる不織布構造のシートのほうがより好ましい。
【００４９】
高温・高エネルギーのガス分子が奥深くまで侵入するまでに多数回の衝突を繰り返してそのエネルギーを失わせて軟化の進行を効果的に遅らせるには、シートの面積遮断率が実質的に１００％であるものを用いるとよい。面積遮断率は、対象となるシートと平行でない直線がシートの構成材に接触することなくシートを透過できる確率として定義される。例えばシートの色が白い場合、黒い下地にシートの一部を切り取ったサンプルを貼り付け、その上からライトを照射し、シート上のどの角度からシートを見ても黒い下地が見えなければ面積遮断率は１００％、見えるときは１００％未満となる。もしくは、最も下地がよく見える角度において、対象となる領域の全面積と黒く見える領域の面積（の総和）の比として定義できる。
【００５０】
ここで、たとえば地絡絶縁層２４を構成する電気絶縁性シート２４Ａの一部を切り取ったサンプルを複数（たとえば任意の三か所）用意し、それらのサンプルの面積遮断率の平均値を求め、小数点以下第二位を切り捨てた結果９９．９％以上であれば、実質的に１００％であると判断する。
【００５１】
なお、シートの構成材が透明である場合は、あらかじめ着色しておいてそれと異なる色の下地に貼り付けて同様の評価を行えばよい。また、拡大機能付きの撮影カメラと適切な画像処理ソフトを用いれば、より厳密な評価が可能である。
【００５２】
面積遮断率が９０％の場合、シートを透過してその先の構造に損傷を与える高エネルギーのガス分子が多数存在する。面積遮断率が実質的に１００％であれば、ガス分子がシートを透過したとしても、そのほとんどはシートの構成材と何度も衝突を繰り返してエネルギーを失ったガス分子である。そのため、前述の損傷をもたらす高エネルギーのガス分子の量は非常に少なく、地絡絶縁層２４全体の寿命に与える影響は軽微にとどめることができる。
【００５３】
なお、電気絶縁性シート２４に形成された比較的少数かつ大口径の貫通孔については、隣接するシート間で貫通孔が連通または近接する確率が小さく、面積遮断率の低下に対する不利な影響が大きくならないため、面積遮断率においては除外して評価する。
【００５４】
厚さ方向の熱伝導を妨げるのにさらに好ましい構造は、地絡絶縁層の内部に厚さ方向の界面を持つこと、すなわち層が複数のシートの積層構造になっていることである。ここで、界面を形成するシート同士が密着しているとその効果が十分に発揮できないため、シートの表面は（ガス分子の大きさと比べて十分に大きな）凹凸構造を持っていることが好ましく、不織布の表面は基本的にこの条件を満たしている。界面の数は多ければ多いほど熱伝導を効率的に下げられ、また地絡絶縁層２４を構成する電気絶縁性シート２４Ａの厚さの調整により層全体の厚さに関わらずその数を調整することができる。一方その数が多すぎると、目付の低下、すなわち耐電圧性や熱容量の低下をもたらす可能性がある。この観点から、界面の数は概ね２００以内とすることが望ましく、１００以内であればより望ましい。
【００５５】
地絡絶縁層２４に含まれる望ましい界面の数は、地絡事故の際の電流の流れ方に関係する。地絡や短絡などの過電流通電から送電系統を保護するための電流遮断器が大規模送電システムには備えられており、多くの場合に電流を遮断することになる主保護遮断器は過通電発生後６０ミリ秒〜７０ミリ秒で起動し電流を遮断する。電流は交流で、その間に３〜４周期分の変調がなされる。
【００５６】
発熱量は電流と電圧の積で表されるため、その半分の周期で増減を繰り返す。熱容量の効果で冷媒温度はそれほど激しく変化しないが、冷媒圧力、もしくは地絡絶縁層２４の侵食表面に飛来するガス分子の延べ数は発熱量の増減に応じて激しく変化する。すなわち、電流と電圧が（符号によらず）ピークとなるタイミングでは発熱量もピークをとり、侵食表面に飛来するガス分子の数が著しく増大する。逆に電流が極性反転するタイミングでは発熱量が激減し、それに対応して侵食表面に飛来するガス分子も数も激減する。このタイミングでは地絡絶縁層２４の表面の侵食が停止する一方、温度はそれほど低下しないので、熱の伝達、そして軟化は進行（継続）してしまう。しかしながら、熱の厚さ方向の伝達を食い止める界面が侵食表面の近くにあると、軟化の進行もそこで合わせて食い止められ、地絡絶縁層２４の寿命を効率的に長くすることになる。
【００５７】
このタイミングの回数を考えると、主保護遮断器が起動するまで最大７０ミリ秒を要したとして、６０Ｈｚの交流電流では４．２周期分、発熱量では８．４周期分端数を切り上げて９周期分の侵食に地絡絶縁層２４が耐えられれば、アーク放電のそれ以上の延伸を阻止することができる。この後に熱や圧力の影響で地絡絶縁層２４が破られたとしても、アーク放電が到達しない限り金属製の断熱外管２６を損傷させることは困難である。したがって地絡絶縁層２４の内部に界面が９つ以上あればよく、これは地絡絶縁層２４が１０枚以上の電気絶縁性シート２４Ａからなっていることに対応する。
【００５８】
また、不織布によって電気絶縁性シート２４Ａを形成すれば、電気絶縁性シート２４Ａの隙間から地絡絶縁層２４の外側へ空気を吸引することができ、真空引きの効率を向上させることができる。ただし、真空引きの効率ばかりに注目して不織布の目を粗くしすぎると、不織布の熱容量が低下し、その結果地絡時の熱耐性が低下してしまうため、不織布の目の粗さに関してはバランスを考える必要がある。例えば、目付４２．５ｇ／ｍ２〜１０５．０ｇ／ｍ２が好ましく、不織布の厚みを０．１５ｍｍ以下にするとさらに良い。
【００５９】
本実施形態のように地絡絶縁層２４よりも内周側に輻射シールド層２２を設けることにより、真空引きの効率を向上させることができる。すなわち、アルミ箔を含む輻射シールド層２２は、地絡絶縁層２４よりも密閉性が高いため、内管２０と外管２６との間の空間を真空引きする際に空気を吸引しにくい。これに対して、輻射シールド層２２を地絡絶縁層２４よりも内周側に設けることにより、地絡絶縁層２４を構成する電気絶縁性シート２４Ａ間の空気を効率よく吸引することができ、要求される真空度に到達するまでの時間を短縮することができる。
【００６０】
さらに、電気絶縁性シート２４Ａは、疎水性の不織布で形成されているため、シート表面に水分子が吸着されにくくなる。ここで、水分子が多いほど真空引きに要する時間が長くなるため、疎水性の不織布で電気絶縁性シート２４Ａを形成すれば、効率よく真空引きすることができる。
【００６１】
（試験例）
本実施形態に係る超電導ケーブル１０を実施例のケーブルとし、地絡絶縁層２４を備えていない超電導ケーブルを比較例のケーブルとして地絡模擬試験を実施した。なお、比較例のケーブルは、地絡絶縁層２４を備えていない分だけ直径が小さいため、内径が１２７ｍｍの外管に収納されている。その他の構成は、実施例のケーブルと同様である。
【００６２】
地絡模擬試験では、実施例のケーブル及び比較例のケーブルを１ｍ分用意し、それぞれのケーブルコアの絶縁層１６を貫通するように金属製のピンを打ち込むことで、導体層（フォーマ１４）とシールド層１８とを電気的に接続した。この状態で導体層に電流を流すと、ピンの位置を地絡点として地絡が発生する。なお、シールド層１８、内管２０及び外管２６はそれぞれ、接地されている。また、比較例のケーブルには、交流１０ｋＡ（振幅１４ｋＡ）で３サイクル（６０ミリ秒）の通電を行った。一方、実施例のケーブルには、交流２０ｋＡ（振幅２８ｋＡ）で３サイクル（６０ミリ秒）の通電を行った。すなわち、実施例のケーブルの方がより過酷な試験条件となるようにして地絡模擬試験を実施した。
【００６３】
地絡模擬試験の結果、比較例のケーブルでは、ケーブルコア、内管及び外管の全てにおいて地絡点に大きな穴があいているのが確認された。しかし、内管及び外管そのものには大きな変形が見られなかったことから、内管及び外管の穴は衝撃によってあいたのではなく、アーク放電で生じた熱により溶融してできたものと考えられる。
【００６４】
これに対して、実施例のケーブルでは、比較例よりも過酷な条件で通電を行ったにも拘わらず、ケーブルコア及び内管のみに穴が確認され、外管は無傷であった。また、地絡絶縁層２４の内周側の一部のみが損傷していた。この結果から、内管よりも外周側に設けられた地絡絶縁層２４によってアークが外管に到達するのを阻止できることが確認された。
【００６５】
（その他の実施形態）
本実施形態では、図１に示されるように、地絡絶縁層２４の内周側に輻射シールド層２２を設けているが、これに限定されず、例えば輻射シールド層２２を地絡絶縁層２４の外周側に設けてもよい。この場合であっても、本実施形態と同様に地絡時にアークが外管２６へ到達するのを抑制することができる。なお、上述したように、真空引きの観点からすれば、本実施形態の構造の方が好ましい。
【００６６】
さらに、本実施形態では、ポリエチレンの不織布によって電気絶縁性シート２４Ａを形成したが、これに限定されず、他の材質によって電気絶縁性シートを形成してもよい。例えば、可撓性の樹脂板（フィルム）によって電気絶縁性シートを形成してもよい。この場合、真空引きの観点から、樹脂板に複数の貫通孔を形成するのが好ましい。
【００６７】
さらにまた、親水性の不織布などによって電気絶縁性シートを形成してもよい。この場合、疎水処理によって表面を疎水性にすることで、疎水処理を行わない場合と比較して、真空引きに要する時間を短縮することができる。
【００６８】
また、本実施形態では、冷媒として液体窒素を用いたが、これに限定されず、内管２０に他の冷媒を満たした超電導ケーブルとしてもよい。例えば、液体窒素の代わりに気体ヘリウムや他の冷媒を用いてもよい。
【符号の説明】
【００６９】
１０        超電導ケーブル
１２        ケーブルコア
２０        内管
２２        輻射シールド層
２４        地絡絶縁層（絶縁層）
２４Ａ      電気絶縁性シート
２６        外管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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