(57)【要約】【課題】電気絶縁構造体の内側に一体化される断熱容器に関与する要求特性の輻湊を軽減し、信頼性やメンテナンス性を向上できる超電導機器の端末構造を提供する。【解決手段】常温側に引き出される導体引出部と超電導機器の超電導導体との接続部分と、前記接続部分よりも前記超電導機器側で前記超電導導体の外周に設けられる複合絶縁構造体とを備える超電導機器の端末構造であって、前記複合絶縁構造体は、電気絶縁構造体と、前記電気絶縁構造体の内周で、かつ前記超電導機器側に配置される接地側断熱容器と、前記電気絶縁構造体の外周で、かつ前記導体引出部側に配置される高電位側断熱容器とを備える超電導機器の端末構造。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
常温側に引き出される導体引出部と超電導機器の超電導導体との接続部分と、前記接続部分よりも前記超電導機器側で前記超電導導体の外周に設けられる複合絶縁構造体とを備える超電導機器の端末構造であって、
前記複合絶縁構造体は、
電気絶縁構造体と、
前記電気絶縁構造体の内周で、かつ前記超電導機器側に配置される接地側断熱容器と、
前記電気絶縁構造体の外周で、かつ前記導体引出部側に配置される高電位側断熱容器とを備える超電導機器の端末構造。
【請求項２】
前記超電導機器は、超電導導体の外周に設けられる絶縁層と、前記絶縁層の外周に設けられる遮蔽導体層とを備え、
前記接地側断熱容器の導体引出部側端部及び前記遮蔽導体層の端部の両端部の近傍に形成される電界緩和部材を備える請求項１に記載の超電導機器の端末構造。
【請求項３】
前記電界緩和部材は、絶縁材料と、その内部に設けられる複数の箔電極とを備えるコンデンサタイプの構成である請求項２に記載の超電導機器の端末構造。
【請求項４】
前記電気絶縁構造体は、前記接地側断熱容器の前記導体引出部側の端部よりも前記導体引出部側に張り出して前記電界緩和部材を形成する張出部を備え、
前記張出部は、
前記張出部の内部における径方向中央部に配置され、前記接地側断熱容器に接続されるアース電極と、
前記張出部の内部における前記アース電極よりも径方向外方および径方向内方に配置される複数の箔電極とを備え、
さらに最も径方向内方に配置される前記箔電極と前記導体引出部とを接続する接続線を備える請求項２に記載の超電導機器の端末構造。
【請求項５】
前記電気絶縁構造体を構成する絶縁材料が、繊維強化プラスチックである請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の超電導機器の端末構造。
【請求項６】
前記超電導導体の送電容量が５ｋＡ以上である請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の超電導機器の端末構造。
【請求項７】
前記超電導機器が、前記超電導導体で構成される超電導導体層を備える超電導ケーブルである請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の超電導機器の端末構造。
【請求項８】
前記超電導ケーブルが、断熱管に収納されるケーブルコアを備え、
前記ケーブルコアは、同軸に設けられる複数の前記超電導導体層と、前記超電導導体層の各々を絶縁する絶縁層とを備え、
前記複合絶縁構造体は、前記高電位側断熱容器が最外層の前記超電導導体層につながる前記導体引出部に接続され、前記接地側断熱容器が前記断熱管に接続される請求項７に記載の超電導機器の端末構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導機器の端末構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
超電導機器の一つとして、超電導ケーブルが知られている。超電導ケーブルの代表的な構成を図６に示す。図６は超電導ケーブル１００の概略斜視図であって、この図６に示す超電導ケーブル１００は、単心のケーブルコア１１０を断熱管１２０内に収納した構造を備える。断熱管１２０は、内管１２１と外管１２２とからなる二重管構造のコルゲート管であり、両管１２１、１２２の間には断熱材１２３が配置された真空層が形成されている。また、断熱管１２０のうち外管１２２の外周には防食層１２４が形成されている。なお、超電導ケーブル１００は、断熱管１２０内に複数心のケーブルコア１１０が収納された多心構造とすることもできる。
【０００３】
ケーブルコア１１０は、中心から順にフォーマ１１１、超電導導体層１１２、絶縁層１１３、外側導体層１１４、保護層１１５を備える。フォーマ１１１は、超電導導体層１１２を保形する断面略円形の部材である。超電導導体層１１２は、フォーマ１１１の外周に超電導線材を螺旋状に単層あるいは多層に巻回することで形成されている。絶縁層１１３は、超電導導体層１１２の外周にクラフト紙やＰＰＬＰ（住友電気工業株式会社の登録商標）を多層に巻回して形成されている。外側導体層１１４は、絶縁層１１３の外周に導電性線材を螺旋状に巻回して形成される層である。この外側導体層１１４を超電導線材で構成すれば、交流ケーブルの場合、外側導体層１１４を、ケーブル１００の外部への磁界の漏洩を防止する遮蔽層とすることができ、直流ケーブルの場合、帰路導体とすることができる。また、保護層１１５は、保護層１１５より内側の層を断熱管１２０の内管１２１に対して電気的に絶縁すると共に、機械的に保護する層であって、クラフト紙や布テープなどを巻回することにより形成されている。
【０００４】
図６に例示した超電導ケーブルなどの超電導機器は、その端部が導体引出部に接続して使用される。例えば、特許文献１には、超電導ケーブルの超電導導体を導体引出部に接続する超電導機器の端末構造が開示されている。その超電導機器の端末構造の一例を図７に示す。図７は超電導機器の端末構造２００の概略縦断面図であって、この図７に示す超電導機器の端末構造２００では、超電導ケーブル１００のケーブルコア１１０に備わる超電導導体層１１２が段剥ぎされており、その超電導導体層１１２に導体引出部１５０が接続されている。
【０００５】
この端末構造では、超電導導体層１１２と導体引出部１５０との接続箇所の近傍に熱絶縁と電気絶縁を行う複合絶縁構造体２１０が設けられる。複合絶縁構造体２１０は、電気絶縁構造体２１５と、高電位側断熱容器２１１と、接地側断熱容器２１９とを備える。接地側断熱容器２１９の電気絶縁構造体２１５とは反対側の端部は、例えば超電導ケーブル１００の断熱管１２０に連結される。また、高電位側断熱容器２１１の電気絶縁構造体２１５とは反対側の端部は、例えば導体引出部１５０又は導体引出部１５０と電気的につながる構成部材に接続される。
【０００６】
上記構成を備える複合絶縁構造体２１０では、接地側断熱容器２１９が電気絶縁構造体２１５の径方向外方に配置されて接地電位となり、高電位側断熱容器２１１が電気絶縁構造体２１５の径方向内方に配置されて高電位となる。電気絶縁構造体２１５のうち、冷媒１３０に露出する部分とは反対側の常温に露出する部分の外周には碍管２２０が設けられている。その碍管２２０の内部には、所定の絶縁性能を満足するように絶縁ガスなどが充填され、電気絶縁構造体２１５の常温に露出する部分が外気から遮断される。また、電気絶縁構造体２１５とケーブルコア１１０との間においては、電界が集中し過大にならないようにケーブルコア１１０の外側導体層１１４（図６）の端部処理が行われる。図示する例では、その端部処理として補強絶縁層１１９を設ける形態が示されている。
【０００７】
上記複合絶縁構造体２１０を構築する場合、高電位側断熱容器２１１の端部外周面に電気絶縁構造体２１５を一体に形成し、その一体物を接地側断熱容器２１９の端部の内部に挿入することが一般的である。このような挿入構造の複合絶縁構造体２１０では、電気絶縁構造体２１５とその外側に配置される接地側断熱容器２１９との間（太線矢印で示す）にクリアランスが形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１５−１９２５５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記のように、複合絶縁構造体の最も内側に高電位側断熱容器が位置する場合、高電位側断熱容器には、冷媒封止、導体の機械的保持・電気絶縁・熱絶縁・作業スペースの確保・メンテナンス性など、複数の要求特性が輻湊して関与する。そのため、これら多数の要求特性を満たす構造が複雑化・大型化したり、メンテナンスが煩雑化したりする。より具体的には、次の点で改善の余地がある。
【００１０】
（１）高電位側断熱容器２１１は、その内周面の全面が冷媒に接触すると共に、電気絶縁構造体２１５と一体に形成されているため、導体引出部１５０などの部材に機械的に連結しようとすれば、熱伸縮対策が求められる。より具体的には、ケーブルコア１１０や高電位側断熱容器２１１の熱伸縮に伴って高電位側断熱容器２１１と電気絶縁構造体２１５との界面に生じる応力を低減し、界面の密着度を維持することで界面からの冷媒１３０の漏えいを防止する必要がある。例えば、ベローズなどの応力緩和部材を電気絶縁構造体２１５よりも導体引出部１５０側に延びる高電位側断熱容器２１１の途中などに介在することが考えられる。しかし、高電位側断熱容器２１１に応力緩和部材を設ける場合、その設置スペースを確保するためには、構成部材の中で最も細径の高電位側断熱容器２１１に十分な寸法を確保する必要があり、複合絶縁構造体２１０の大型化を伴う。また、高電位側断熱容器２１１を構成する内管と外管の各々に応力緩和部材を設けた場合、内管に設けた応力緩和部材は外管の外側から確認することができない。
【００１１】
（２）高電位側断熱容器２１１は、通常、真空断熱構造とされる。特許文献１に係る端末構造のように、碍管２２０内に位置する高電位側断熱容器２１１と、碍管２２０の上部に位置して導体引出部１５０の外周を覆う真空断熱容器とが一連であれば、端末構造の組立が困難である。一方、碍管２２０内と碍管２２０上部の真空断熱容器を個別にすれば、端末構造の組立性は改善されるが、碍管２２０内の真空断熱容器の真空管理が難しい。真空断熱構造には、真空リークが生じていないことの確認や、経年的に真空度が低下した場合に備えて真空引きできる構成が望ましい。その対策として、端末構造２００の構築後にも両断熱容器２１１，２１９を真空引きできるように、両断熱容器２１１，２１９に真空ポートを設ける必要がある。ところが、高電位側断熱容器２１１の真空ポートは、真空ポンプとの接続の関係上、碍管２２０の外側に引き出す必要があり、その引出構造の複雑化や設置箇所の制約という課題を伴う。一方、高電位側断熱容器２１１の損傷や冷媒の漏えいが生じた場合、一体となった電気絶縁構造体２１５ごと高電位側断熱容器２１１を取り替える必要がある。この取り替えは、高電位側断熱容器２１１よりも径方向の外側にある部材を全て外すことは勿論、端末構造全体を解体することにならざるを得ず、大掛かりな作業が必要となる。
【００１２】
（３）交流の大電流用途では、真空断熱構造のために二重構造となっている高電位側断熱容器２１１に循環電流が流れることにより損失が生じる。その損失を低減する必要が生じた場合、循環電流を抑止するために高電位側断熱容器２１１の途中に電気的な縁切り部（例えば、絶縁継手など）を設ける必要がある。この縁切り部も、細径の高電位側断熱容器２１１に設けようとすれば、高電位側の構成の複雑化、大型化を招く虞がある。さらに、縁切り部に過大な電圧が印加されないように保護装置としてアレスタを設ける場合がある。その場合、縁切り部やアレスタを高電位側断熱容器２１１に設置するには、それらの設置スペースが必要となり、端末構造が大型化する。
【００１３】
本開示は、電気絶縁構造体の内側に一体化される断熱容器に関与する要求特性の輻湊を軽減し、信頼性やメンテナンス性を向上できる超電導機器の端末構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本開示の超電導機器の端末構造は、
常温側に引き出される導体引出部と超電導機器の超電導導体との接続部分と、前記接続部分よりも前記超電導機器側で前記超電導導体の外周に設けられる複合絶縁構造体とを備える超電導機器の端末構造であって、
前記複合絶縁構造体は、
電気絶縁構造体と、
前記電気絶縁構造体の内周で、かつ前記超電導機器側に配置される接地側断熱容器と、
前記電気絶縁構造体の外周で、かつ前記導体引出部側に配置される高電位側断熱容器とを備える。
【発明の効果】
【００１５】
上記超電導機器の端末構造は、従来の超電導機器の端末構造に比べて、大型化や構造の複雑化を招くことなく、メンテナンス性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施形態１に記載される超電導機器の端末構造の概略半縦断面図である。
【図２】変形例１に記載される超電導機器の端末構造の概略半縦断面図である。
【図３】変形例２に記載される超電導機器の端末構造の概略半縦断面図である。
【図４】変形例３に記載される超電導機器の端末構造の概略半縦断面図である。
【図５】実施形態２に記載される超電導機器の端末構造の概略半縦断面図である。
【図６】超電導ケーブルの概略斜視図である。
【図７】従来の超電導機器の端末構造の概略半縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
・本発明の実施形態の説明
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。
【００１８】
＜１＞実施形態に係る超電導機器の端末構造は、
常温側に引き出される導体引出部と超電導機器の超電導導体との接続部分と、前記接続部分よりも前記超電導機器側で前記超電導導体の外周に設けられる複合絶縁構造体とを備える超電導機器の端末構造であって、
前記複合絶縁構造体は、
電気絶縁構造体と、
前記電気絶縁構造体の内周で、かつ前記超電導機器側に配置される接地側断熱容器と、
前記電気絶縁構造体の外周で、かつ前記導体引出部側に配置される高電位側断熱容器とを備える。
【００１９】
実施形態に係る超電導機器の端末構造では、従来構成とは逆に、接地側断熱容器が電気絶縁構造体の径方向内方に、高電位側断熱容器が電気絶縁構造体の径方向外方に配置されている。この構成では、超電導機器の構成部材の熱伸縮に伴う応力対策を容易に採ることができる。例えば、電気絶縁構造体の内側に接地側断熱容器を一体化し、電気絶縁構造体の外側にクリアランスを介して高電位側断熱容器を設けることができる。それにより、高電位側断熱容器を電気絶縁構造体に対してスライドさせることで、超電導機器（超電導導体）の熱伸縮に伴って高電位側断熱容器を介して伝わる応力が電気絶縁構造体に対して作用しないようにできる。その他、高電位側断熱容器にベローズなどの応力緩和部材を設けもてよい。高電位側断熱容器は電気絶縁構造体の外側に位置し、接地側断熱容器に比べて径方向の寸法が大きいため、超電導導体（超電導機器）との間隔を十分に確保でき、ベローズなどの設置を行い易いからである。結果的に、互いに一体化された電気絶縁構造体と接地側断熱容器との界面に作用する応力を小さくでき、この界面からの冷媒の漏えいを防止したり、当該界面に作用する応力の対策を軽減することができる。
【００２０】
また、高電位側断熱容器を碍管の導体引出部側に配置できて、高電位側断熱容器を碍管から露出させることができる。これは、高電位側・接地側の両断熱容器間をわたる電気絶縁構造体の傾斜端面のうち、外周側に露出する傾斜端面が超電導機器側に位置するため、当該傾斜端面の外側に碍管を配置できるからである。加えて、高電位側断熱容器が電気絶縁構造体の外側にあるため、超電導導体との間に離隔距離を確保し易い。そのため、応力緩和部材を高電位側断熱容器に設け易く、その動作状態を外部から確認することもできる。同様に、高電位側断熱容器に循環電流を遮断するための縁切り部を設けることも容易にでき、さらに縁切り部に過大な電圧が印加されることを防止するアレスタも高電位側断熱容器に容易に設置できる。
【００２１】
その他、真空ポートを高電位側断熱容器に形成する場合、その設置箇所の制約が小さい。よって、高電位側断熱容器の外側に形成される真空ポートに真空ホースを接続することも容易にでき、高電位側断熱容器の真空度を管理し易く、超電導機器の端末構造のメンテナンスの手間も低減できる。
【００２２】
＜２＞実施形態に係る超電導機器の端末構造の一形態として、
前記超電導機器は、超電導導体の外周に設けられる絶縁層と、前記絶縁層の外周に設けられる遮蔽導体層とを備え、
前記接地側断熱容器の導体引出部側端部及び前記遮蔽導体層の端部の両端部の近傍に形成される電界緩和部材を備える形態を挙げることができる。
【００２３】
接地側断熱容器では、その導体引出部側端部、超電導機器では、遮蔽導体層の端部で、接地電位の連続しない箇所が存在し、その周辺領域では電界分布を考慮する必要がある。そのため、これら端部の近傍に電解緩和部材を設けることで、特定箇所に電界が極度に集中しないようにできる。電界緩和部材としては、後述する実施形態１に示すベルマウスや、変形例１に示す補強絶縁層、変形例２に示すコンデンサコーンなどを利用することができる。
【００２４】
＜３＞電界緩和部材を有する実施形態に係る超電導機器の端末構造の一形態として、
前記電界緩和部材は、絶縁材料と、その内部に設けられる複数の箔電極とを備えるコンデンサタイプの構成である形態を挙げることができる。
【００２５】
コンデンサタイプの電気絶縁構造体によって、電気絶縁構造体の内部で電界を制御することができる。その結果、特定箇所に電界が集中することによって電気的な弱点が形成されることを抑制できる。
【００２６】
＜４＞電界緩和部材を有する実施形態に係る超電導機器の端末構造の一形態として、
前記電気絶縁構造体は、前記接地側断熱容器の前記導体引出部側の端部よりも前記導体引出部側に張り出して前記電界緩和部材を形成する張出部を備え、
前記張出部は、
前記張出部の内部における径方向中央部に配置され、前記接地側断熱容器に接続されるアース電極と、
前記張出部の内部における前記アース電極よりも径方向外方および径方向内方に配置される複数の箔電極とを備え、
さらに最も径方向内方に配置される前記箔電極と前記導体引出部とを接続する接続線を備える形態を挙げることができる。
【００２７】
上記構成によれば、電気絶縁構造体の一部として上記張出部を設けることで、電界緩和部材の機能を電気絶縁構造体に付帯させることができ、超電導導体を覆う絶縁層の外周に電界緩和部材を設ける必要が無くなる。絶縁層の外周に電界緩和部材を設ける必要が無くなった分、超電導機器の端末構造の施工性を向上させることができる。
【００２８】
＜５＞実施形態に係る超電導機器の端末構造の一形態として、
前記電気絶縁構造体を構成する絶縁材料が、繊維強化プラスチックである形態を挙げることができる。
【００２９】
繊維強化プラスチックは、優れた絶縁性能を有する。そのため、電気絶縁構造体を構成する絶縁材料を繊維強化プラスチックとすることで、接地電位となる接地側断熱容器と、高電位となる高電位側断熱容器との間の電気的な絶縁と機械的強度を確保し易い。
【００３０】
＜６＞実施形態に係る超電導機器の端末構造の一形態として、
前記超電導導体の送電容量が５ｋＡ以上である形態を挙げることができる。
【００３１】
送電容量が５ｋＡ以上の大電流用途では導体が大型化し、その熱伸縮に伴って超電導機器に作用する応力も大きくなる。本実施形態に係る端末構造であれば、上述したように、高電位側断熱容器と電気絶縁構造体との界面に応力が作用し難い構造を採ることができる。よって、実施形態に係る端末構造は、大電流用途の超電導機器の端末構造として好適に利用できる。また、大電流用途の超電導機器では、高電位側断熱容器や接地側断熱容器に発生する循環電流を抑止する電気的な縁切り部が必要となる場合がある。既に述べたように、本実施形態の構成では、高電位側断熱容器が碍管の外側に配置されるため、その高電位側断熱容器に縁切り部を容易に設置することができる。
【００３２】
＜７＞実施形態に係る超電導機器の端末構造の一形態として、
前記超電導機器が、前記超電導導体で構成される超電導導体層を備える超電導ケーブルである形態を挙げることができる。
【００３３】
上記構成によれば、超電導ケーブルの端末構造として、上述したように、電気絶縁構造体と接地側断熱容器との界面に応力が作用することを回避して信頼性の高い端末構造とすることができる。特に、複合絶縁構造体の高電位側断熱容器における真空度を管理し易い超電導ケーブルの送電網を構築することができる。
【００３４】
＜８＞前記超電導機器が超電導ケーブルである実施形態に係る超電導機器の端末構造の一形態として、
前記超電導ケーブルが、断熱管に収納されるケーブルコアを備え、
前記ケーブルコアは、同軸に設けられる複数の前記超電導導体層と、前記超電導導体層の各々を絶縁する絶縁層とを備え、
前記複合絶縁構造体は、前記高電位側断熱容器が最外層の前記超電導導体層につながる前記導体引出部に接続され、前記接地側断熱容器が前記断熱管に接続される形態を挙げることができる。
【００３５】
同軸超電導ケーブルの端末構造では、超電導導体層（導体引出部）の数に対応した複数の複合絶縁構造体が設けられる。実施形態に係る超電導機器の端末構造で用いる複合絶縁構造体は、信頼性に優れる上にメンテナンスの手間が少ないため、複数の複合絶縁構造体が設けられる同軸超電導ケーブルの端末構造に好適である。
【００３６】
・本発明の実施形態の詳細
本発明の実施形態の詳細を、図面を参照して以下に説明する。なお、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及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。
【００３７】
＜実施形態１＞
≪全体構成≫
実施形態１に係る超電導機器の端末構造１の構成を図１に基づいて説明する。本例の超電導機器は、図６を参照して既に説明した超電導ケーブル１００である。図１では、超電導ケーブル１００のうち、図６に示す外側導体層１１４および保護層１１５の図示を省略している。この超電導機器の端末構造１は、常温側に引き出される導体引出部１５０と超電導ケーブル１００の超電導導体層１１２との接続部分と、この接続部分よりも超電導ケーブル側で超電導導体層１１２の外周に設けられる複合絶縁構造体２とを備える。導体引出部１５０は、ケーブルコア１１０の端部において、絶縁層１１３から露出されたフォーマ１１１及び超電導導体層１１２の外周に固定されている。この導体引出部１５０の固定箇所の近傍には、フォーマ１１１内の冷媒流路とケーブルコア１１０の外周の冷媒流路とを連通させて冷媒１３０を循環させるための冷媒孔１５０ｈを有している。以下、複合絶縁構造体２の構成をその構成部材ごとに詳細に説明する。
【００３８】
≪複合絶縁構造体≫
複合絶縁構造体２は、電気絶縁構造体２５と、電気絶縁構造体２５の径方向内方で、かつ超電導ケーブル１００側に配置される接地側断熱容器２９と、電気絶縁構造体２５の径方向外方で、かつ導体引出部１５０側に配置される高電位側断熱容器２１と、を備える。つまり、本例の複合絶縁構造体２の高電位側断熱容器２１と接地側断熱容器２９は、電気絶縁構造体２５に対する径方向の位置が、図７に示す従来の複合絶縁構造体２１０とは逆になっている。
【００３９】
［高電位側断熱容器］
高電位側断熱容器２１は、二重構造の容器の間が真空引きされた真空断熱構造となっている。この点は、後述する接地側断熱容器２９も同様である。
【００４０】
本例では、高電位側断熱容器２１の常温側（紙面上側）の端部は、導体引出部１５０に取り付けられる延長用断熱部材１８０（後述）に連結されている。この高電位側断熱容器２１と延長用断熱部材１８０の連結は、図１では簡略化しているが、フランジ接合などが利用できる。高電位側断熱容器２１の極低温側端部には、端板２１ｂが溶接され、この端板２１ｂを介して碍管２２０の常温側の端板２２０ｂｕに対して固定される。この高電位側断熱容器２１は、電気的に導体引出部１５０と繋がっており、従って超電導導体層１１２と同電位（高電位）となっている。
【００４１】
［接地側断熱容器］
接地側断熱容器２９は、高電位側断熱容器２１と同様に真空断熱構造となっている。既に述べたように、接地側断熱容器２９は、電気絶縁構造体２５の径方向の内側に配置されており、従って高電位側断熱容器２１の径方向内方にオーバーラップして配置されている。
【００４２】
接地側断熱容器２９の超電導ケーブル１００側（紙面下側）の端部は、超電導ケーブル１００の断熱管１２０に繋がる延長用断熱部材１４０（後述）に連結される。接地側断熱容器２９の表面には、丸囲み拡大図に示すようにアース電極２５Ａが設けられており、アース電極２５Ａは接地されている。つまり、接地側断熱容器２９は接地電位となっている。
【００４３】
［延長用断熱部材］
高電位側断熱容器２１と接地側断熱容器２９の各々には、延長用断熱部材１８０，１４０が接続されていても良い。本例では、延長用断熱部材１４０，１８０として、高電位側断熱容器２１には延長用断熱管１８０ｐと延長用断熱被覆１８０ｃとを接続し、接地側断熱容器２９には延長用断熱管１４０ｐを接続している。
【００４４】
より具体的には、高電位側断熱容器２１の常温側端部において、その内周面には延長用断熱管１８０ｐが接続され、その外周面には延長用断熱被覆１８０ｃが接続されている。延長用断熱管１８０ｐは真空断熱管で構成されている。延長用断熱被覆１８０ｃは非真空断熱材で、高電位側断熱容器２１の常温側端部の外周面から延長用断熱管１８０ｐの外周面を経て導体引出部１５０の外周面を覆う。
【００４５】
一方、接地側断熱容器２９の極低温側における外周面には延長用断熱管１４０ｐが接続されている。延長用断熱管１４０ｐの極低温側端部は、超電導ケーブルの断熱管１２０の外周面に接続されている。延長用断熱管１４０ｐの常温側端部は、延長用断熱管１４０ｐの端板１４０ｂを介して碍管２２０の極低温側の端板２２０ｂｄに固定されている。
【００４６】
延長用断熱管１８０ｐと導体引出部１５０への接続や、高電位側断熱容器２１と延長用断熱管１８０ｐ、接地側断熱容器２９と延長用断熱管１４０ｐ、及び延長用断熱管１４０ｐと超電導ケーブルの断熱管１２０の各部材同士の接続は、例えばシールを介したねじ止めによるフランジ接合や溶接が利用できる。
【００４７】
これら延長用断熱部材１４０，１８０は、本例の構成に限定されるわけではなく、要求される断熱特性に応じて、真空断熱部材のみ、非真空断熱部材のみ、又は両者の組合せなどの適宜な構成が利用できる。
【００４８】
［電気絶縁構造体］
電気絶縁構造体２５は、高電位側断熱容器２１と接地側断熱容器２９とを電気的に絶縁する部材であって、絶縁材料で構成される。電気絶縁構造体２５は筒状の部材である。
【００４９】
絶縁材料としては、例えばエポキシ樹脂や繊維強化プラスチックなどを挙げることができる。特に、超電導機器の端末構造に用いられる絶縁材料として実績のある繊維強化プラスチックで電気絶縁構造体２５を構成することが好ましい。
【００５０】
電気絶縁構造体２５の形状は、その機能や製造上の合理性を考慮して決定される。本例の電気絶縁構造体２５は、その縦断面形状が略平行四辺形となっている。より具体的には、電気絶縁構造体２５における超電導機器側の傾斜端面（常温露出部）は、常温に露出され、超電導ケーブル１００側（図１の紙面下側）に向うに従って外径が小さくなって薄肉になるペンシルダウン状に形成されている。また、電気絶縁構造体２５における導体引出部側の傾斜端面（冷媒接触部）は、冷媒１３０に露出され、導体引出部１５０側（図１の紙面上側）に向うに従って内径が大きくなって薄肉になる形状に形成されている。つまり、電気絶縁構造体２５の接地側は外周面が円錐台面であり、高電位側は内周面が円錐台面である。冷媒接触部の円錐台面とケーブルコア１１０との間における電界がかかる箇所には、補強絶縁がなされ、常温側の電界がかかる常温露出部の外側には碍管２２０が配置されることになる。冷媒接触部は、内径と外径がほぼ等しい肉厚部と、内径が徐々に大きくなる薄肉部とに分けることができる。本例では、電気絶縁構造体２５の縦断面形状を略平行四辺形としているが、電気絶縁構造体２５のうち、常温側の円錐台面と極低温側の円錐台面の各距離は異なる場合もあり、必ずしも電気絶縁構造体２５の縦断面形状が略平行四辺形とは限らない。
【００５１】
電気絶縁構造体２５は、内側に位置する接地側断熱容器２９の外周に一体に形成されている。つまり、本例の構成では、外側に位置する高電位側断熱容器２１の内周面と電気絶縁構造体２５の外周面との間にクリアランスが形成される（太線矢印参照）。このクリアランスが存在しても、クリアランスの沿面方向には冷媒温度から常温までの温度勾配が形成され、導体引出部側には液体冷媒が、超電導機器側にはガス化した冷媒が存在し、冷媒１３０が複合絶縁構造体２の外部に漏洩することはない。なお、別の構成として、高電位側断熱容器２１も電気絶縁構造体２５の外周面に一体に形成しても良い。その場合、ベローズ等の応力緩和部材（図示略）を高電位側断熱容器２１に設ければよい。
【００５２】
≪碍管≫
電気絶縁構造体２５の常温露出部（外周側）に面する表面には電界が分布する。この表面は、外気（水分など）の影響を受けないように外気から遮断する必要がある。そこで、電気絶縁構造体２５の常温に露出する表面を外気から遮断するために、当該表面を碍管２２０で覆う。その碍管２２０の内部には絶縁材を充填するなどして碍管２２０の内部の絶縁を管理する。碍管２２０としては公知のものを利用することができる。例えば、陶製の碍管２２０を利用することが挙げられる。
【００５３】
碍管２２０の各端部には端板２２０ｂｕ，２２０ｂｄが設けられ、この端板２２０ｂｄを介して碍子を有する取付台２３０に固定される。取付台２３０には、碍管２２０の端板２２０ｂｄとは別の端板２３０ｂが設けられており、両端板２２０ｂｄ，２３０ｂ同士が連結される。碍管２２０に取付台２３０の端板２３０ｂとは別の端板２２０ｂｄが設けられていることで、取付台２３０から碍管２２０の端板２２０ｂｄを取り外しても、端末構造自体は電気的・機械的に機能を果たす状態にある。
【００５４】
≪電界緩和部材≫
本例の超電導ケーブル１００に備わる絶縁層１１３の外周で、電気絶縁構造体２５の冷媒接触部の内側に構成されるケーブルコア１１０には、絶縁材料で構成されるベルマウス（電界緩和部材）３が設けられている。より具体的には、電界緩和部材は、超電導導体層１１２の外周に配置される絶縁層１１３と高電位側断熱容器２１との間で、かつ電気絶縁構造体２５のうち、接地側断熱容器２９の導体引出部側の端部よりも常温側に設けられる。このベルマウス３の外周面にもアース電極３Ａが設けられている。アース電極３Ａは、外側導体層（図６の符号１１４参照）の端部に接続されている。このような構成により、局所的な電界の集中を回避することができる。この電界緩和部材の最大外径は、接地側断熱容器２９、電気絶縁構造体２５、高電位側断熱容器２１を含む複合絶縁構造体２の最小内径よりも小さく設計することで、端末構造を組み立てる際に、電界緩和部材が複合絶縁構造体２と干渉することはない。
【００５５】
≪効果≫
本例の超電導ケーブルの端末構造１では、接地側断熱容器２９を電気絶縁構造体２５の径方向内方に、高電位側断熱容器２１を電気絶縁構造体２５の径方向外方に配置することで、ケーブルコア１１０の熱伸縮に伴う応力対策を容易に採ることができる。例えば、電気絶縁構造体２５の内側に接地側断熱容器２９を一体化し、電気絶縁構造体２５の外側にクリアランスを介して高電位側断熱容器２１を設けることができる。それにより、高電位側断熱容器２１を電気絶縁構造体２５に対してスライドさせることができ、ケーブルコア１１０の熱伸縮に伴って高電位側断熱容器２１を介して伝わる応力が電気絶縁構造体２５に作用することを抑制できる。さらには、互いに一体化された電気絶縁構造体２５と接地側断熱容器２９との界面に応力が作用することも抑制できる。それに伴い、この界面からの冷媒１３０の漏えいも防止でき、より信頼性の高い端末構造を実現できる。
【００５６】
また、高電位側断熱容器２１とケーブルコア１１０との間に離隔距離を確保し易く、碍管２２０を高電位側断熱容器２１の極低温側に配置できて、碍管２２０から高電位側断熱容器２１を露出できる。そのため、応力緩和部材を高電位側断熱容器２１に容易に設けることができ、その動作状態を外部から確認することも容易にできる。同様に、高電位側断熱容器２１に循環電流を遮断するための縁切り部を設けることも容易にでき、さらに縁切り部に過大な電圧が印加されることを防止するアレスタも高電位側断熱容器２１に容易に設置できる。
【００５７】
さらに、真空ポートを高電位側断熱容器２１に形成する場合、その設置箇所の制約が小さい。特に、碍管２２０の外側に配置される高電位側断熱容器２１に真空ポートを形成すれば、同ポートに真空ポンプの真空ホースを接続する作業も容易に行うことができる。よって、高電位側断熱容器２１の真空度を管理し易く、超電導ケーブルの端末構造のメンテナンスの手間も低減できる。
【００５８】
≪その他の構成≫
［応力緩和部材］
超電導機器の端末構造１を構成する部材の一部に、熱伸縮を吸収する応力緩和部材（図示略）を設けても良い。
【００５９】
超電導ケーブル１００の使用時、複合絶縁構造体２も冷媒１３０で極低温に冷却される。その際、複合絶縁構造体２の高電位側断熱容器２１が収縮するが、高電位側断熱容器２１と電気絶縁構造体２５との間にクリアランスが形成されているため、両者２１，２５の境界部に損傷が生じ難い。
【００６０】
一方、電気絶縁構造体２５と接地側断熱容器２９とは一体に形成され、これらの境界部において冷媒１３０を封止する構成としているため、電気絶縁構造体２５と接地側断熱容器２９の境界部に、接地側断熱容器２９の熱収縮による過大な応力が加わらないようにする必要がある。従って、接地側断熱容器２９や、接地側断熱容器２９が連結される延長用断熱部材１４０に、応力緩和部材を設けたり、それらの部材の剛性を小さくするなどの方策が有効である。例えば、延長用断熱部材１４０における白抜き矢印で示す位置などに応力緩和部材を設けることが挙げられる。応力緩和部材として、ベローズなどを挙げることができる。
【００６１】
［縁切り部］
超電導ケーブルの端末構造１において、断熱容器２１，２９に循環電流が流れることを抑止する電気的な縁切り部（図示略）を設けても良い。
【００６２】
端末構造では超電導ケーブルの超電導導体層１１２に大電流が流れることで、誘導により二重構造の高電位側断熱容器２１及び接地側断熱容器２９に循環電流が流れ、それによる損失が大きくなる場合がある。特に、送電容量が５ｋＡ以上の大電流用途の超電導ケーブル１００では、その傾向が顕著である。その場合、循環電流を抑止する電気的な縁切り部を断熱容器２１，２９に設けることが好ましい。縁切り部に過大な電圧が印加されないようにする保護装置として、縁切り部にアレスタを設けても構わない。
【００６３】
≪変形例１≫
変形例１では、電界緩和部材の構成が実施形態１と異なる超電導機器の端末構造１を図２に基づいて説明する。変形例１における電界緩和部材は、電気絶縁構造体２５の冷媒接触部に対応する位置に設けられ、その点は後述する他の変形例でも同様である。
【００６４】
本例の電界緩和部材は、絶縁紙をケーブルコア１１０（ここでは絶縁層１１３）の外周に巻回することで形成される補強絶縁層３０である。補強絶縁層３０は、既存の補強絶縁層と同様に構築することができる。本例の補強絶縁層３０は、その長手方向（図１では左右方向）の中央部分が厚く、その中央部分から各端部に向かって先細りの形状となっている（紙面左側は先細りとなっていなくても良い）。補強絶縁層３０の接地電位側の傾斜部分の外周にはアース電極３０Ａが形成されており、そのアース電極３０Ａは、ケーブルコア１１０の外側導体層１１４（図５）に繋がっている。アース電極３０Ａは、銅などの常電導材料からなる線材を巻回することで形成することができる。
【００６５】
≪変形例２≫
変形例２では、電界緩和部材の構成が実施形態１、変形例１とは異なる超電導機器の端末構造１を図３に基づいて説明する。
【００６６】
本例の電界緩和部材は、絶縁材料の内部に複数の箔電極３１Ｅを備えるコンデンサコーン３１で構成されている。コンデンサコーン３１は、例えば特開２０１２−１７５７４９号公報に記載のように公知の構成であって、内部の箔電極３１Ｅは、箔電極３１Ｅ間の電圧分担が略均一になるように配置されている。この構成においても、コンデンサコーン３１の接地電位側の傾斜部分の外周にアース電極３１Ａが形成され、そのアース電極３１Ａがケーブルコア１１０の外側導体層１１４（図６）に繋がっている。
【００６７】
また、本例の構成では、電気絶縁構造体２５もその内部に複数の箔電極２５Ｅを備えるコンデンサタイプの構成となっている。ここで、電気絶縁構造体２５の冷媒１３０に露出する露出位置（冷媒接触部）で、径方向外方から内方に向って高電位の高電位側断熱容器２１−接地電位の接地側断熱容器２９−高電位のケーブルコア１１０の超電導導体層１１２が並ぶ。一方、冷媒接触部の対向位置には、ケーブルコア１１０の外側導体層１１４の端部が位置する。そのため、この部分での電界の集中を緩和できるように、コンデンサコーン３１の箔電極３１Ｅと電気絶縁構造体２５の箔電極２５Ｅの配置を設計する。
【００６８】
＜変形例３＞
変形例３では、電気絶縁構造体の構成が実施形態１、変形例１，２とは異なる超電導機器の端末構造１を図４に基づいて説明する。
【００６９】
本例の電気絶縁構造体２５は、接地側断熱容器２９の導体引出部１５０側の端部よりも導体引出部１５０側に張り出す張出部２５Ｐを備え、高電位側断熱容器２１、接地側断熱容器２９及び超電導導体層１１２の絶縁を行う。張出部２５Ｐは、その内部に、張出部２５Ｐの径方向中央部に配置されるアース電極２５Ａと、張出部２５Ｐの内部におけるアース電極２５Ａよりも径方向外方および径方向内方に配置される複数の箔電極２５Ｅとを備える。これら箔電極のうち、最も内側の箔電極２５Ｅには接続線２６が設けられ、その接続線２６は超電導導体層１１２と同電位の部材、即ち、本例では導体引出部１５０に接続されている。アース電極２５Ａは、接地電位となる接地側断熱容器２９に接続される。本例の場合も、箔電極２５Ｅは、箔電極２５Ｅ間の電圧分担が略均一になるように配置されている。ケーブルコア１１０表面の電界分布と箔電極２５Ｅによる張出部２５Ｐでの電界分布とが整合するように絶縁設計がなされる。この構成では、電気絶縁構造体２５のうち、径方向中央部が接地電位となり、その径方向中央部から外方および内方に向うに従い高電位となる。
【００７０】
本例の構成では、実施形態１や変形例１，２に示す電界緩和部材の機能を電気絶縁構造体２５に付帯させることができる。そのため、電界緩和部材をケーブルコア１１０に設ける必要がなくなり、その分だけ超電導機器の端末構造の施工性を向上させることができる。
【００７１】
＜変形例４＞
その他、図１に示す超電導機器の端末構造１は、導体引出部１５０が鉛直下方に配置され、超電導ケーブル１００が鉛直上方に配置される逆さ置き状態で利用することもできる。また、超電導ケーブル１００と導体引出部１５０とが横並びになった横置き状態で利用することもできる。
【００７２】
＜実施形態２＞
実施形態１や変形例で説明した超電導機器の端末構造１は、同軸に設けられる複数の超電導導体層と、各超電導導体層の層間に形成される層間絶縁層と、を備える超電導ケーブルの端末構造としても利用することができる。複数の超電導導体層を備える超電導ケーブルとしては、３相同軸の超電導ケーブルや、直流双極送電を行なう超電導ケーブルなどを挙げることができる。
【００７３】
実施形態２では、３相同軸の超電導ケーブルに、実施形態１と同様の複合絶縁構造体を適用した超電導機器の端末構造１の一例を図５に基づいて説明する。３相同軸の超電導ケーブル１０１には、三つの超電導導体層１１２Ａ，１１２Ｂ，１１２Ｃと、各超電導導体層１１２Ａ，１１２Ｂ，１１２Ｃの外周に形成される三つの絶縁層１１３Ａ，１１３Ｂ，１１３Ｃとが備わっている。この超電導導体層１１２Ａ，１１２Ｂ，１１２Ｃは、送電電力が充電される部材で、超電導シールド層のような接地電位につながる超電導導体は除く。絶縁層１１３Ａは大地電位との間の絶縁を行い、絶縁層１１３Ｂ，１１３Ｃは相間電圧に対応する絶縁を行う。また、最外周の絶縁層１１３Ａの外周には、遮蔽導体層１１４Ａが設けられている。
【００７４】
端末における３相同軸の超電導ケーブル１０１に備わる超電導導体層１１２Ａ，１１２Ｂ，１１２Ｃはそれぞれ、ケーブル長手方向の異なる位置で露出されている。また、各超電導導体層１１２Ａ，１１２Ｂ，１１２Ｃはそれぞれ、異なる導体引出部１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃに接続されている。絶縁層１１３Ａ及び遮蔽導体層１１４Ａの外周に複合絶縁構造体２Ａが、絶縁層１１３Ｂの外周に複合絶縁構造体２Ｂが、絶縁層１１３Ｃの外周に複合絶縁構造体２Ｃが設けられている。各複合絶縁構造体２Ａ,２Ｂ,２Ｃは内側から順に接地側断熱容器２９、電気絶縁構造体２５、高電位側断熱容器２１を備え、いずれも同じ構成のものが利用できる。複合絶縁構造体２Ａの接地側断熱容器２９は超電導ケーブルの断熱管１２０に接続され、高電位側断熱容器２１は導体引出部１５０Ａの断熱部材に接続されている。複合絶縁構造体２Ｂの接地側断熱容器２９（内側断熱容器）は導体引出部１５０Ａの断熱部材に接続され、高電位側断熱容器２１は導体引出部１５０Ｂの断熱部材に接続されている。複合絶縁構造体２Ｃの接地側断熱容器２９（内側断熱容器）は導体引出部１５０Ｂの断熱部材に接続され、高電位側断熱容器２１は導体引出部１５０Ｃの断熱部材に接続されている。但し、複合絶縁構造体２Ａの接地側断熱容器２９のみが接地電位、それ以外の断熱容器２１，２９（内側断熱容器）は高電位となっている。絶縁層１１３Ａの外周にある遮蔽導体層１１４Ａは、複合絶縁構造体２Ａの接地側断熱容器２９に電気的に繋がり、接地電位となっている。
【００７５】
本例の構成においても、各導体引出部１５０Ａに対応する複合絶縁構造体２Ａにおいて、実施形態１と同様の効果を得ることができる。また、本例の構成では、複合絶縁構造体２Ａ,２Ｂ,２Ｃにおける全ての断熱容器が横置きに配置されている。各断熱容器が横置きの構成であっても、高電位側断熱容器２１は碍管２２０から露出しており、真空ポートや縁切り部などの付属機器を碍管２２０の外側に容易に形成することができる。
【符号の説明】
【００７６】
１  超電導機器の端末構造
２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ  複合絶縁構造体
２１  高電位側断熱容器  ２１ｂ  端板
２５  電気絶縁構造体  ２９  接地側断熱容器
２５Ａ  アース電極  ２５Ｅ  箔電極  ２５Ｐ  張出部  ２６  接続線
３  ベルマウス（電界緩和部材）
３０  補強絶縁層（電界緩和部材）  ３１  コンデンサコーン（電界緩和部材）
３Ａ，３０Ａ，３１Ａ  アース電極  ３１Ｅ  箔電極
１００，１０１  超電導ケーブル（超電導機器）
１１０  ケーブルコア
１１１  フォーマ
１１２，１１２Ａ，１１２Ｂ，１１２Ｃ  超電導導体層
１１３，１１３Ａ，１１３Ｂ，１１３Ｃ  絶縁層
１１４，１１４Ａ  外側導体層（遮蔽導体層）
１１５  保護層  １１９  補強絶縁層（電界緩和部材）
１２０  断熱管
１２１  内管  １２２  外管  １２３  断熱材  １２４  防食層
１３０  冷媒
１４０，１８０  延長用断熱部材
１４０ｂ  端板  １４０ｐ，１８０ｐ  延長用断熱管
１８０ｃ  延長用断熱被覆
１５０，１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃ  導体引出部  １５０ｈ  冷媒孔
２００  超電導機器の端末構造
２１０  複合絶縁構造体
２１１  高電位側断熱容器  ２１５  電気絶縁構造体
２１９  接地側断熱容器
２２０  碍管  ２２０ｂｕ，２２０ｂｄ  端板
２３０  取付台
２３０ｂ  端板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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