(57)【要約】【課題】電気絶縁層の経年劣化等により電気絶縁層で局所的かつ小規模な放電が発生していることを的確に検知することが可能な高温超電導ケーブルを提供する。【解決手段】高温超電導導体層５と、高温超電導導体層５の外周に設けられた電気絶縁層６、６１とを備えるケーブルコア２と、ケーブルコア２の外側を冷媒が流れる外部流路Ｂとを備える高温超電導ケーブル１において、電気絶縁層６、６１は有機物で形成されており、外部流路Ｂに、冷媒９に含まれる可燃性ガスの分子を冷媒９中から捕集する捕集材３０が配置されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温超電導導体層と、前記高温超電導導体層の外周に設けられた電気絶縁層とを備えるケーブルコアと、前記ケーブルコアの外側を冷媒が流れる外部流路とを備える高温超電導ケーブルにおいて、
前記電気絶縁層は、有機物で形成されており、
前記外部流路に、前記冷媒に含まれる可燃性ガスの分子を前記冷媒中から捕集する捕集材が配置されていることを特徴とする高温超電導ケーブル。
【請求項２】
前記高温超電導導体層の内側を冷媒が流れる内部流路と、前記内部流路に配置された別の捕集材とを更に有し、
前記電気絶縁層で発生した可燃性ガスの分子が前記内部流路と前記外部流路の少なくとも一方を流れる冷媒に流出するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の高温超電導ケーブル。
【請求項３】
前記捕集材は、ニッケル、パラジウム、白金又はそれらの合金で形成された繊維凝集体を備えていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の高温超電導ケーブル。
【請求項４】
前記高温超電導導体層の内側にフォーマを備え、
前記フォーマの中空部が前記内部流路とされており、
前記フォーマの表面が、金、銀又は銅のいずれかの金属でコーティングされていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の高温超電導ケーブル。
【請求項５】
前記電気絶縁層の外側に断熱管を備え、
前記断熱管の内側に前記外部流路が設けられており、
前記断熱管の内壁が、金、銀又は銅のいずれかの金属でコーティングされていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の高温超電導ケーブル。
【請求項６】
前記電気絶縁層に有機油が含浸されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の高温超電導ケーブル。
【請求項７】
前記高温超電導導体層を接続するための中間接続部においても、接続された前記高温超電導導体層の外周に前記電気絶縁層が設けられており、
前記捕集材は、前記中間接続部における前記冷媒の流れの下流側に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の高温超電導ケーブル。
【請求項８】
前記中間接続部における、前記冷媒と接触する部分が、金、銀又は銅のいずれかの金属でコーティングされていることを特徴とする請求項７に記載の高温超電導ケーブル。
【請求項９】
前記中間接続部における前記電気絶縁層に有機油が含浸されていることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の高温超電導ケーブル。
【請求項１０】
前記捕集材は、前記高温超電導導体層と実系統側とを接続するための終端接続部における前記内部流路の出口の部分に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の高温超電導ケーブル。
【請求項１１】
前記捕集材は、前記高温超電導導体層と実系統側とを接続する終端接続部における、前記冷媒の外部への流出口の部分に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の高温超電導ケーブル。
【請求項１２】
前記終端接続部における、前記冷媒と接触する部分が、金、銀又は銅のいずれかの金属でコーティングされていることを特徴とする請求項１０又は請求項１１に記載の高温超電導ケーブル。
【請求項１３】
高温超電導導体層と、前記高温超電導導体層の外周に設けられた電気絶縁層と、前記高温超電導導体層の内側及び前記電気絶縁層の外側に冷媒が流れる流路を備える高温超電導ケーブルの前記高温超電導導体層を接続するための前記高温超電導ケーブルの中間接続部において、
接続された前記高温超電導導体層の外周に設けられた前記電気絶縁層が、有機物で形成されており、
前記冷媒の流れの下流側に、前記冷媒に含まれる可燃性ガスの分子を前記冷媒中から捕集する捕集材が配置されていることを特徴とする中間接続部。
【請求項１４】
高温超電導導体層と、前記高温超電導導体層の外周に設けられた電気絶縁層と、前記高温超電導導体層の内側を冷媒が流れる内部流路と、前記電気絶縁層の外側を冷媒が流れる外部流路とを備える高温超電導ケーブルの前記高温超電導導体層と実系統側とを接続するための前記高温超電導ケーブルの終端接続部において、
前記電気絶縁層は、有機物で形成されており、
前記内部流路の出口の部分と前記冷媒の外部への流出口の部分のいずれか一方又は両方に、前記冷媒に含まれる可燃性ガスの分子を前記冷媒中から捕集する捕集材が配置されていることを特徴とする終端接続部。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温超電導ケーブル、中間接続部及び終端接続部に関する。
【背景技術】
【０００２】
大容量送電ケーブルは、一般に、ケーブルの内側の中心軸の近くに電流が流れる導体を有しており、その外側が電気絶縁層で被覆されている。そして、電気絶縁層が紙や高分子材料等で形成されることが多いため、電気絶縁層の外側には、それを保護するために金属製のシールド層が設けられることが多い。
そして、金属製のシールド層は、通常、接地されているため、内部の導体との間に高電圧（数十ｋＶ〜数百ｋＶ）が印加される状態になる。そのため、電気絶縁層は分厚く形成される。
【０００３】
そして、ケーブルの長期間の使用により電気絶縁層が劣化すると、印加される高電圧により電気絶縁層内で局所的かつ小規模な放電が発生し、放電が発生した電気絶縁層内の部分の周囲の電気絶縁層が破壊される。そして、このような小規模な放電が繰り返されるうちに爆発的な放電やケーブルの破壊現象（いわゆる地絡事故）が引き起こされる。
また、大容量ケーブルは、中間接続部（ジョイント部等ともいう。）で導体同士が接続されて延伸されるが、その中間接続部等でも上記と同様の地絡事故が発生することがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−５２５４２号公報
【特許文献２】特開２００１−５２５４５号公報
【特許文献３】国際公開第２０１３／１７９６９０号
【特許文献４】特開２００５−１１６６９号公報
【特許文献５】特開２００７−１４９３５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
高温超電導導体層を備える高温超電導ケーブルも、上記の従来の大容量送電ケーブルと基本的に同じ構造を有しており、高温超電導導体層の外周に電気絶縁層が設けられて構成される（例えば特許文献１、２等参照）。
また、中間接続部では、導体同士が接続され、その周囲に電気絶縁層が設けられるようにしてケーブルが接続される（例えば特許文献３〜５等参照）。
【０００６】
そのため、高温超電導ケーブルにおいても、電気絶縁層の経年劣化等の原因により電気絶縁層で局所的かつ小規模な放電が発生する可能性があり、上記のような地絡事故や火災等が発生する可能性がある。
そして、このような地絡事故等が起きる前に、地絡の前兆すなわち電気絶縁層で局所的かつ小規模な放電が生じていることを検知することができれば、高温超電導ケーブルを新しいものに交換するなどして、地絡事故等の発生を防止することが可能となる。
【０００７】
本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたものであり、電気絶縁層の経年劣化等により電気絶縁層で局所的かつ小規模な放電が発生していることを的確に検知することが可能な高温超電導ケーブル、中間接続部及び終端接続部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】
【０００８】
前記の問題を解決するために、請求項１に記載の発明は、
高温超電導導体層と、前記高温超電導導体層の外周に設けられた電気絶縁層とを備えるケーブルコアと、前記ケーブルコアの外側を冷媒が流れる外部流路とを備える高温超電導ケーブルにおいて、
前記電気絶縁層は、有機物で形成されており、
前記外部流路に、前記冷媒に含まれる可燃性ガスの分子を前記冷媒中から捕集する捕集材が配置されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の高温超電導ケーブルにおいて、
前記高温超電導導体層の内側を冷媒が流れる内部流路と、前記内部流路に配置された別の捕集材とを更に有し、
前記電気絶縁層で発生した可燃性ガスの分子が前記内部流路と前記外部流路の少なくとも一方を流れる冷媒に流出するように構成されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の高温超電導ケーブルにおいて、前記捕集材は、ニッケル、パラジウム、白金又はそれらの合金で形成された繊維凝集体を備えていることを特徴とする。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の高温超電導ケーブルにおいて、
前記高温超電導導体層の内側にフォーマを備え、
前記フォーマの中空部が前記内部流路とされており、
前記フォーマの表面が、金、銀又は銅のいずれかの金属でコーティングされていることを特徴とする。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の高温超電導ケーブルにおいて、
前記電気絶縁層の外側に断熱管を備え、
前記断熱管の内側に前記外部流路が設けられており、
前記断熱管の内壁が、金、銀又は銅のいずれかの金属でコーティングされていることを特徴とする。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の高温超電導ケーブルにおいて、前記電気絶縁層に有機油が含浸されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項７に記載の発明は、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の高温超電導ケーブルにおいて、
前記高温超電導導体層を接続するための中間接続部においても、接続された前記高温超電導導体層の外周に前記電気絶縁層が設けられており、
前記捕集材は、前記中間接続部における前記冷媒の流れの下流側に配置されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の高温超電導ケーブルにおいて、前記中間接続部における、前記冷媒と接触する部分が、金、銀又は銅のいずれかの金属でコーティングされていることを特徴とする。
【００１６】
請求項９に記載の発明は、請求項７又は請求項８に記載の高温超電導ケーブルにおいて、前記中間接続部における前記電気絶縁層に有機油が含浸されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項１０に記載の発明は、請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の高温超電導ケーブルにおいて、前記捕集材は、前記高温超電導導体層と実系統側とを接続するための終端接続部における前記内部流路の出口の部分に配置されていることを特徴とする。
【００１８】
請求項１１に記載の発明は、請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の高温超電導ケーブルにおいて、前記捕集材は、前記高温超電導導体層と実系統側とを接続する終端接続部における、前記冷媒の外部への流出口の部分に配置されていることを特徴とする。
【００１９】
請求項１２に記載の発明は、請求項１０又は請求項１１に記載の高温超電導ケーブルにおいて、前記終端接続部における、前記冷媒と接触する部分が、金、銀又は銅のいずれかの金属でコーティングされていることを特徴とする。
【００２０】
請求項１３に記載の発明は、
高温超電導導体層と、前記高温超電導導体層の外周に設けられた電気絶縁層と、前記高温超電導導体層の内側及び前記電気絶縁層の外側に冷媒が流れる流路を備える高温超電導ケーブルの前記高温超電導導体層を接続するための前記高温超電導ケーブルの中間接続部において、
接続された前記高温超電導導体層の外周に設けられた前記電気絶縁層が、有機物で形成されており、
前記冷媒の流れの下流側に、前記冷媒に含まれる可燃性ガスの分子を前記冷媒中から捕集する捕集材が配置されていることを特徴とする。
【００２１】
請求項１４に記載の発明は、
高温超電導導体層と、前記高温超電導導体層の外周に設けられた電気絶縁層と、前記高温超電導導体層の内側を冷媒が流れる内部流路と、前記電気絶縁層の外側を冷媒が流れる外部流路とを備える高温超電導ケーブルの前記高温超電導導体層と実系統側とを接続するための前記高温超電導ケーブルの終端接続部において、
前記電気絶縁層は、有機物で形成されており、
前記内部流路の出口の部分と前記冷媒の外部への流出口の部分のいずれか一方又は両方に、前記冷媒に含まれる可燃性ガスの分子を前記冷媒中から捕集する捕集材が配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、冷媒に含まれる可燃性ガスの分子を冷媒中から捕集する捕集材を、有機物で形成された電気絶縁層の外側を冷媒が流れる外部流路等に配置した。そのため、捕集材で捕集された可燃性ガスの分子をガスクロマトグラフィー等で分析することで、捕集された可燃性ガスの分子の成分ごとの捕集量や可燃性ガスの分子の総量を検出することが可能となる。
そして、検出した可燃性ガスの分子の各成分の量や可燃性ガスの分子の総量が増加しているか否かを確認することで、電気絶縁層の経年劣化等により電気絶縁層で局所的かつ小規模な放電が発生していることを的確に検知することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本実施形態に係る高温超電導ケーブルのケーブル部の構成を表す斜視図である。
【図２】本実施形態に係る高温超電導ケーブルの中間接続部の構成例及び捕集材の配置例を表す図である。
【図３】本実施形態に係る高温超電導ケーブルの終端接続部の構成例及び捕集材の配置例を表す図である。
【図４】（Ａ）電気絶縁層内部に生じたボイド、及び（Ｂ）ボイドが成長してできた空洞を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照して、本発明に係る高温超電導ケーブル、中間接続部及び終端接続部について説明する。ただし、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲を以下の各実施形態や図示例に限定するものではない。
また、例えば、高温超電導ケーブルで交流送電を行う場合、３本の高温超電導ケーブルコアを１つの断熱管に収容する場合があるが、そのそれぞれのケーブルコアについて以下で説明する構成を採用した高温超電導ケーブルを用いることができる。
【００２５】
［高温超電導ケーブルのケーブル部の構成］
まず、高温超電導ケーブルのケーブル部の構成について説明する。図１は、本実施形態に係る高温超電導ケーブルのケーブル部の構成を表す斜視図である。
高温超電導ケーブル１のケーブル部１ａは、主にケーブルコア２と断熱管３とで構成されている。そして、ケーブルコア２は、フォーマ４と、高温超電導導体層５と、電気絶縁層６と、シールド層７と、保護層８とを備えて構成されている。
【００２６】
フォーマ４は、金属製であり、ケーブルコア２の中心部分に設けられている。そして、本実施形態では、フォーマ４は、複数本の銅の丸線４１が束ねられて円筒状に形成されている。フォーマ４は、ケーブルコア２の形状を維持する機能を有するとともに、高温超電導導体層５に過大な電流が流れた場合にはバイパス経路として機能するようになっている。
また、円筒状のフォーマ４の中空部４ａは、冷媒（例えば液体窒素）が流れる内部流路Ａとされている。
【００２７】
冷媒は、フォーマ４を冷却するとともに、その中空部４ａから銅の丸線４１の隙間を通り、後述する各高温超電導線材５１の間を浸透してそれらを冷却するようになっている。
また、各高温超電導線材５１の間を浸透した冷媒は、後述する電気絶縁層６の内面に接している。
【００２８】
フォーマ４の外周には、高温超電導導体層５が設けられている。本実施形態では、高温超電導導体層５は、複数条の高温超電導線材５１を並べるようにして構成されており、各高温超電導線材５１をフォーマ４に螺旋状に巻回させるようにして構成されている。なお、高温超電導導体層５は、１つの層で構成されていてもよく複数の層であってもよい。
高温超電導線材５１は、テープ状の線材である。例えば、高温超電導線材５１の超電導層を構成する超電導体としては、液体窒素温度（７７Ｋ）以上の臨界温度を有するイットリウム系超電導体（ＲＥＢＣＯ線材。化学式はＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-y（ｙは酸素不定比量）で表される。）を用いることができる。
【００２９】
高温超電導導体層５の外周には、電気絶縁層６が設けられている。
本実施形態では、電気絶縁層６は、絶縁紙にポリプロピレンフィルムをラミネートした半合成紙やクラフト紙等の絶縁性紙類等（有機物）で形成されており、それらが高温超電導導体層５の上に分厚く巻回されて構成されている。なお、電気絶縁層６は、例えば樹脂等で形成されていてもよい。
【００３０】
電気絶縁層６の外周には、シールド層７が設けられており、シールド層７は接地されている。また、本実施形態では、シールド層７は、主にＨＴＳシールド層７１と銅シールド層７２とで構成されている。
ＨＴＳ（high-temperature superconductor）シールド層７１は、高温超電導導体層５と同様に複数条の高温超電導線材を電気絶縁層６に螺旋状に巻回させるようにして構成されている。そして、高温超電導導体層５を電流が流れることによって形成される磁場の外部への漏れがこのＨＴＳシールド層７１によって完全に遮断されるようになっている。
【００３１】
また、銅シールド層７２は、例えば銅編組線からなるシールド層で構成されており、ケーブルコア２を外部からの衝撃から守るように機能する。
シールド層７の外周には、不織布等で形成された保護層８が設けられており、ケーブルコア２を保護するようになっている。
【００３２】
一方、断熱管３は、電気絶縁層６等を含むケーブルコア２の外側に設けられており、ケーブルコア２を収容する断熱内管１０と、断熱内管１０の外周を覆うように配設された断熱外管１１とを備えており、断熱内管１０と断熱外管１１の間が真空状態とされた二重管構造とされている。
そして、電気絶縁層６の外側で断熱管３の内側の部分（すなわちケーブルコア２の保護層８と断熱管３の断熱内管１０との間）に冷媒が流れる外部流路Ｂが設けられている。
【００３３】
外部流路Ｂを流れる冷媒は、保護層８やシールド層７を浸透して電気絶縁層６の外面に接している。
そして、外部流路Ｂを流れる冷媒は、前述した内部流路Ａ（冷媒フォーマ４の中空部４ａ）を流れる冷媒と協働してケーブルコア２全体を冷却するようになっている。
【００３４】
断熱管３の断熱内管１０と断熱外管１１は、例えばステンレス製のコルゲート管（波付き管）で構成される。そして、断熱内管１０と断熱外管１１の間には、例えばアルミを蒸着したポリエステルフィルムの積層体等で構成された多層断熱層１２が介在されている。
そして、断熱外管１１の外周が、ポリ塩化ビニルやポリエチレン等の外部被覆（防食層）１３で被覆されている。
【００３５】
なお、後述する高温超電導ケーブル１の中間接続部１ｂ等においても同様であるが、本実施形態に係る高温超電導ケーブル１のケーブル部１ａでは、上記のように、冷媒の内部流路Ａと電気絶縁層６との間に設けられているフォーマ４は銅の丸線４１が束ねられて形成されており、高温超電導導体層５は複数条の高温超電導線材５１を並べるようにして構成されている。
そのため、後述するように電気絶縁層６（後述する高温超電導ケーブル１の中間接続部１ｂの電気絶縁層６１を含む。以下同じ。）で発生した可燃性ガスの分子が、電気絶縁層６の内面に接している冷媒に溶け出すと、冷媒によって運ばれて、内部流路Ａに流出する状態すなわち内部流路Ａの冷媒に含まれる状態になる。
【００３６】
また、本実施形態に係る高温超電導ケーブル１のケーブル部１ａでは、上記のように、電気絶縁層６と冷媒の外部流路Ｂとの間に設けられているシールド層７のＨＴＳシールド層７１は複数条の高温超電導線材を電気絶縁層６に螺旋状に巻回させるようにして構成されており、銅シールド層７２は銅編組線で構成されている。また、保護層８は不織布で形成されている。
そのため、後述するように電気絶縁層６で発生した可燃性ガスの分子が、電気絶縁層６の外面に接している冷媒に溶け出すと、冷媒によって運ばれて、外部流路Ｂに流出する状態すなわち外部流路Ｂの冷媒に含まれる状態になる。
【００３７】
このように、本実施形態では、後述するように電気絶縁層６で可燃性ガスが発生すると、可燃性ガスの分子が、電気絶縁層６の内面側で冷媒に溶け出しても、電気絶縁層６の外面側で冷媒に溶け出しても、高温超電導導体層５やフォーマ４等の構造物に邪魔されることなく、あるいはシールド層７や保護層８等の構造物に邪魔されることなく、冷媒によって内部流路Ａや外部流路Ｂに運ばれて、冷媒とともに内部流路Ａや外部流路Ｂに流出するようになっている。
【００３８】
［高温超電導ケーブルの中間接続部の構成］
次に、高温超電導ケーブル１の中間接続部１ｂの構成について説明する。
図２は、本実施形態に係る高温超電導ケーブル１の中間接続部１ｂの構成例を表す図である。
【００３９】
高温超電導ケーブル１の中間接続部１ｂは、例えば図２に示すように、断熱容器１５を備えて構成されている。
断熱容器１５は、円筒形状の内管１６と外管１７の二重壁面構造を有しており、内管１６と外管１７には、各円筒形状の一端部と他端部とをそれぞれ閉塞する側板１８、１９がそれぞれ溶接されている。そして、各側板１８、１９には、それぞれ中央部に円孔が形成されている。
【００４０】
また、内管１６の側板１８の円孔の周囲の縁部にはケーブル部１ａの断熱内管１０が溶接される等して取り付けられており、外管１７の側板１９の円孔の周囲の縁部にはケーブル部１ａの断熱外管１１が溶接される等して取り付けられている。
そして、断熱容器１５の内管１６と外管１７の間の空間と、ケーブル部１ａの断熱内管１０と断熱外管１１の間の空間とが連通されており、ケーブル部１ａの断熱内管１０と断熱外管１１の間の空間と同様に、断熱容器１５の内管１６と外管１７の間の空間も真空引きされて真空状態になっている。
【００４１】
このようにして、中間接続部１ｂの断熱容器１５においても、断熱容器１５の内管１６の内側の断熱を図ることができるようになっている。
なお、ケーブル部１ａと同様に、中間接続部１ｂの断熱容器１５においても、内管１６と外管１７の間に多層断熱層を介在させる等の構造を設けてもよい。また、断熱容器１５の外周を外部被覆（防食層）で被覆するように構成することも可能である。
【００４２】
また、上記のように、断熱容器１５では、内管１６の側板１８の円孔の周囲の縁部にケーブル部１ａの断熱内管１０が取り付けられているため、内管１６の内部の領域がケーブル部１ａの外部流路Ｂと連通している。そのため、断熱容器１５の内管１６の内部の領域にケーブル部１ａの外部流路Ｂを流れてきた冷媒９が流れ込むため、断熱容器１５の内管１６の内部の領域も冷媒９で充填されており、冷媒９が流通している。
そのため、断熱容器１５の内管１６の内部の領域も、ケーブル部１ａの外部流路Ｂと同様に、高温超電導ケーブル１の外部流路Ｂを構成している。
【００４３】
なお、図２では、冷媒９は外部流路Ｂを図中左側から右側に流れるものとする。また、以下、外部流路Ｂ内での冷媒９の流れの上流側及び下流側にあわせて、断熱容器１５等における位置を上流側（図中左側）、下流側（図中右側）という場合がある。
また、ケーブル部１ａの内部流路Ａ（図２では図示省略。図１参照）を流れてきた冷媒９が断熱容器１５内で外部流路Ｂに流出したり、ケーブル部１ａの内部流路Ａや外部流路Ｂを流れてきた冷媒９が断熱容器１５内で混合されるように構成されている場合もある。
【００４４】
高温超電導ケーブル１の中間接続部１ｂでは、上流側及び下流側のケーブル部１ａの高温超電導導体層５同士が接続されるようになっている。
具体的には、例えば、断熱容器１５の内管１６内で、上流側及び下流側の各ケーブル部１ａのケーブルコア２の電気絶縁層６がそれぞれ段剥ぎされて高温超電導導体層５が露出しており、接続部５２で、上流側の１本の高温超電導線材５１と下流側の１本の高温超電導線材５１とを接続するようにして超電導層同士が半田付け等により接続されている。そして、接続された高温超電導導体層５の外周に、半合成紙やクラフト紙等の絶縁性紙類を巻回するなどして電気絶縁層６１が設けられている。
【００４５】
なお、接続部５２では、上流側及び下流側の各ケーブル部１ａのフォーマ４同士も半田付け等で連結されている。
また、図２では図示を省略するが、電気絶縁層６１の周囲には、上流側及び下流側の各ケーブル部１ａのシールド層７（ＨＴＳシールド層７１や銅シールド層７２）等が延設され、それらも上流側と下流側とが互いに接続されるようになっている。
【００４６】
一方、高温超電導ケーブル１の中間接続部１ｂの外部流路Ｂには、冷媒９に含まれる可燃性ガスの分子を冷媒９中から捕集する捕集材３０ａが配置されている。そして、本実施形態では、捕集材３０ａは、中間接続部１ｂの断熱容器１５の内管１６内における冷媒９の流れの下流側に配置されている。
そして、本実施形態では、中間接続部１ｂの捕集材３０ａは、ニッケル等の所定の金属等で形成された繊維凝集体で構成されている。捕集材３０ａの機能等については後で詳しく説明する。
【００４７】
また、断熱容器１５の下流側には、捕集材３０ａの取出口２０が設けられており、取出口２０から捕集材３０ａを取り出して交換することができるようになっている。
取出口２０の筒状構造の内部には、冷媒９が充填されており、高温超電導ケーブル１での送電時には冷媒９が加圧されているが、捕集材３０ａを取り出す際（例えば高温超電導ケーブル１や接続部分の定期点検時等）には冷媒９は常圧とされるため、取出口２０を開けても冷媒９が外部に流出することはない。
【００４８】
［高温超電導ケーブルの終端接続部の構成］
次に、高温超電導ケーブル１の終端接続部１ｃの構成について説明する。
高温超電導ケーブル１の終端接続部１ｃは、ケーブルコア２の高温超電導導体層５と実系統側とを接続するための接続部である。図３は、本実施形態に係る高温超電導ケーブル１の終端接続部１ｃの構成例を表す図である。
【００４９】
高温超電導ケーブル１の終端接続部１ｃは、例えば図３に示すように、低温容器２１を備えて構成されている。
低温容器２１は、内管２２と外管２３の二重壁面構造を有しており、ケーブルコア２の端部を収容する収容部２１ａと、収容部２１ａに垂設された略円筒形状の引き出し部２１ｂ、２１ｃとを備えて構成されている。
【００５０】
収容部２１ａの一端側の内管２２と外管２３には、それぞれ円孔が形成されている。そして、内管２２の円孔の周囲の縁部にはケーブル部１ａの断熱内管１０が溶接される等して取り付けられており、外管２３の円孔の周囲の縁部にはケーブル部１ａの断熱外管１１が溶接される等して取り付けられている。
そして、低温容器２１の内管２２と外管２３の間の空間と、ケーブル部１ａの断熱内管１０と断熱外管１１の間の空間とが連通されており、ケーブル部１ａの断熱内管１０と断熱外管１１の間の空間と同様に、低温容器２１の内管２２と外管２３の間の空間も真空引きされて真空状態になっている。
【００５１】
このようにして、終端接続部１ｃの低温容器２１においても、低温容器２１の内管２２の内側の断熱を図ることができるようになっている。
なお、ケーブル部１ａと同様に、終端接続部１ｃの低温容器２１においても、内管２２と外管２３の間に多層断熱層を介在させる等の構造を設けてもよい。また、低温容器２１の外周を外部被覆（防食層）で被覆するように構成することも可能である。
【００５２】
また、上記のように、低温容器２１では、内管２２の円孔の周囲の縁部にケーブル部１ａの断熱内管１０が溶接される等して取り付けられているため、内管２２の内部の領域がケーブル部１ａの外部流路Ｂと連通している。そのため、低温容器２１の内管２２の内部の領域にケーブル部１ａの外部流路Ｂを流れてきた冷媒９が流れ込むため、低温容器２１の収容部２１ａ内の領域も冷媒９で充填されており、冷媒９が流通している。
そのため、低温容器２１の収容部２１ａ内の領域も、ケーブル部１ａの外部流路Ｂと同様に、高温超電導ケーブル１の外部流路Ｂを構成している。
【００５３】
なお、以下、外部流路Ｂ内での冷媒９の流れの上流側及び下流側にあわせて、低温容器２１等における位置を上流側（図中左側）、下流側（図中右側や図中右上側）という場合がある。
【００５４】
高温超電導ケーブル１の終端接続部１ｃでは、ケーブルコア２のシールド層７を接地したり、ケーブルコア２から電流を実系統側に引き出すようになっている。
具体的には、低温容器２１の収容部２１ａに上流側から引き込まれたケーブルコア２は、外側の保護層８が剥ぎ取られ、露出したシールド層７（ＨＴＳシールド層７１、銅シールド層７２）が、引き出し部２１ｂから垂下されたシールド用電流リード２４と接続される。引き出し部２１ｂは上端側と下端側がそれぞれシールされている。
そして、シールド用電流リード２４がケーブルコア２のシールド層７と接続されてシールド層７が接地されるとともに、シールド層７内を流れる電流がシールド用電流リード２４により外部に引き出されるようになっている。
【００５５】
また、ケーブルコア２は、シールド用電流リード２４との接続箇所（又はその下流側）でシールド層７が切断され、その下流側では電気絶縁層６が露出する。そして、引き出し部２１ｃの下方で電気絶縁層６の一部が剥ぎ取られ、露出した高温超電導導体層５が、引き出し部２１ｃから垂下された導体用電流リード２５と接続される。
そして、導体用電流リード２５により高温超電導導体層５の超電導層を流れてきた電流が実系統側に引き出されるようになっている。
【００５６】
ケーブルコア２は、導体用電流リード２５との接続箇所の下流側で電気絶縁層６や高温超電導導体層５、フォーマ４（図３では図示省略）等が切断されている。
そして、その切断部分が、ケーブルコア２の内部流路Ａ（フォーマ４の中空部４ａ）の出口Ａ１になっており、内部流路Ａを流れてきた冷媒９は出口Ａ１から流出すると、収容部２１ａ内の冷媒９と合流するようになっている。
また、低温容器２１の収容部２１ａ内（すなわち外部流路Ｂ）を流れてきた冷媒９や内部流路Ａの出口Ａ１から流出した冷媒９は、低温容器２１の引き出し部２１ｃを上昇していき、引き出し部２１ｃに設けられた流出口２６を通って外部に流出するようになっている。
【００５７】
一方、高温超電導ケーブル１の終端接続部１ｃでは、収容部２１ａ内のケーブルコア２の内部流路Ａの出口Ａ１の部分に、冷媒９に含まれる可燃性ガスの分子を冷媒９中から捕集する捕集材３０ｂが配置されている。また、高温超電導ケーブル１の内部流路Ａや外部流路Ｂを流れてきた冷媒９の流出口２６の部分にも捕集材３０ｃが配置されている。
そして、本実施形態では、終端接続部１ｃの捕集材３０ｂ、３０ｃは、茶こし状あるいはかご状の網にニッケル等の所定の金属等で形成された繊維凝集体が充填されて構成されている。そして、捕集材３０ｂはケーブルコア２の内部流路Ａの出口Ａ１の部分で出口Ａ１を覆うように配置されており、捕集材３０ｃは引き出し部２１ｃの冷媒９の流出口２６の部分で流出口２６に嵌め込まれるようにして配置されている。なお、捕集材３０ｂ、３０ｃの機能等については後で詳しく説明する。
【００５８】
また、低温容器２１の引き出し部２１ｃの上部には、捕集材３０ｂ、３０ｃの取出口２７が設けられており、取出口２７から捕集材３０ｂ、３０ｃを取り出して交換することができるようになっている。
なお、取出口２７を引き出し部２１ｃ内部の液面より高い位置に設ければ、取出口２７を開放した際に冷媒９が流出しないため好ましい。また、この場合も、高温超電導ケーブル１での送電時には冷媒９が加圧されているが、捕集材３０ｂ、３０ｃを取り出す際（例えば高温超電導ケーブル１や接続部分の定期点検時等）には冷媒９は常圧とされるため、取出口２７を開けても冷媒９が外部に流出することはない。
【００５９】
［作用］
前述した大容量送電ケーブルと同様に、高温超電導ケーブル１においても、フォーマ４や高温超電導導体層５に高電圧が印加されており、シールド層７は接地されている。
そのため、それらの間に介在する電気絶縁層６（高温超電導ケーブル１の中間接続部１ｂの電気絶縁層６１を含む。以下同じ。）には高電圧（数十ｋＶ〜数百ｋＶ）が印加された状態になっている。
【００６０】
また、高温超電導ケーブル１の長期間の使用による電気絶縁層６に経年劣化が生じるなどすると、図４（Ａ）に示すように、電気絶縁層６内部にボイド（void）Ｖが生じる場合がある。
そして、ボイドＶが生じているところに上記のように高電圧がかかると、ボイドＶの内部で絶縁性能が低下して小規模な放電が発生する場合がある。そして、そのような放電が繰り返し発生すると、その際に生じるエネルギーがボイドＶの周囲を侵食してボイドＶが成長し、図４（Ｂ）に示すような電気絶縁層６に小さな空洞Ｃ（クラック等である場合を含む。）ができる。
そして、さらに放電を繰り返して空洞Ｃがさらに大きく成長する等して、最終的に電気絶縁層６が破壊されてフォーマ４や高温超電導導体層５とシールド層７との間で高電圧の放電が生じることで爆発的な放電やケーブルの破壊現象（いわゆる地絡事故）が引き起こされる。
【００６１】
一方、前述したように電気絶縁層６は絶縁性紙類等の有機物（セルロース等）で形成されている。そのため、上記のように放電が生じるとボイドＶやその周囲の有機物に作用して、水素（Ｈ２）やメタン（ＣＨ４）、エタン（Ｃ２Ｈ６）、エチレン（Ｃ２Ｈ４）、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）、一酸化炭素（ＣＯ）等の可燃性ガスが発生する。
これらの可燃性ガスは一般に高エネルギーの構造を有しており、自然に発生する確率は極めて低く、これは最終的な地絡事故に至る前に繰り返し発生する小さな放電によって、絶縁油が分解されて生成されたものであると考えられる。したがって、その存在は放電現象の発生を示唆する可能性がある。
【００６２】
そして、同じことが本実施形態に係る高温超電導ケーブル１の電気絶縁層６でも生じ得る。小さな放電で、可燃性ガスがボイドＶや空洞Ｃ内で発生する。そして、図４（Ｂ）に示したように空洞Ｃが電気絶縁層６内で成長して、空洞Ｃが内部流路Ａや外部流路Ｂに達すると、空洞Ｃ内の可燃性ガスの分子が冷媒９に溶け出し、冷媒９によって運ばれて内部流路Ａや外部流路Ｂを流れるようになる。
また、その後も、電気絶縁層６の空洞Ｃで小さな放電が生じるごとに、発生した可燃性ガスの分子が冷媒９に溶け出して内部流路Ａや外部流路Ｂを流れる。
このようにして、小さな放電で発生した可燃性ガスの分子が、内部流路Ａや外部流路Ｂの冷媒９に含まれるようになる。
【００６３】
そして、外部流路Ｂの冷媒９に含まれる可燃性ガスの分子は、前述したように高温超電導ケーブル１の中間接続部１ｂの外部流路Ｂに配置されている捕集材３０ａ（図２参照）や、高温超電導ケーブル１の終端接続部１ｃの冷媒９の流出口２６の部分に配置されている捕集材３０ｃ（図３参照）で捕集される。
また、内部流路Ａの冷媒９に含まれる可燃性ガスの分子は、高温超電導ケーブル１の終端接続部１ｃの内部流路Ａの出口Ａ１の部分に配置されている捕集材３０ｂ（図３参照）で捕集される。
なお、前述したように、高温超電導ケーブル１の中間接続部１ｂで、ケーブル部１ａの内部流路Ａを流れてきた冷媒９が断熱容器１５内で外部流路Ｂに流出するように構成されているような場合には、中間接続部１ｂの外部流路Ｂに配置されている捕集材３０ａで内部流路Ａの冷媒９に含まれる可燃性ガスの分子が捕集される場合があり得る。
【００６４】
そして、捕集材３０（なお捕集材３０ａ、３０ｂ、３０ｃをまとめて言う場合、捕集材３０という。）を取り出し、捕集材３０で捕集された可燃性ガスの分子をガスクロマトグラフィーにかけることで、捕集された可燃性ガスの分子の成分ごとの捕集量や可燃性ガスの分子の総量を検出することができる。
なお、捕集材３０で捕集された可燃性ガスの分子をそれぞれ分離して高感度に検出することができるものであれば、必ずしもガスクロマトグラフィーに限定されない。
【００６５】
そして、上記のように、高温超電導ケーブル１の電気絶縁層６で小さな放電が生じると、アセチレン等の、通常は検出されない成分が検出されたり、検出される可燃性ガスの分子の総量が増加したりする。
そのため、上記のようにして検出した可燃性ガスの分子の各成分の量や可燃性ガスの分子の総量が増加しているか否かを確認することで、電気絶縁層６の経年劣化等により電気絶縁層６で小さな放電が発生しているか否かを検知することが可能となる。
【００６６】
そして、例えば、検出されたそれらの量が、設定された基準値を上回っていた場合、高温超電導ケーブル１を交換する等の対策を取ることが可能となる。
また、高温超電導ケーブル１の複数の中間接続部１ｂにそれぞれ外部流路Ｂに捕集材３０ａを配置し、各捕集材３０ａを別々にガスクロマトグラフィー等で分析することで、小さな放電が繰り返し生じている位置（ボイドＶや空洞Ｃが生じている位置）を特定できる可能性がある。すなわち、可燃性ガスの分子は、放電が生じて可燃性ガスが発生している位置の、冷媒９の流れのすぐ下流側の中間接続部１ｂの捕集材３０ａで捕集される。放電が中間接続部１ｂの電気絶縁層６１で生じている場合は、可燃性ガスの分子は当該中間接続部１ｂの捕集材３０ａに捕集される。
【００６７】
そのため、上記のように高温超電導ケーブル１全体を交換するのではなく、検出した可燃性ガスの分子の各成分の量や可燃性ガスの分子の総量が基準値を上回った捕集材３０ａが配置されていた中間接続部１ｂとその上流側の中間接続部１ｂとの間のケーブル部１ａのみを交換する等の対策を取ることが可能となる。
あるいは、その捕集材３０ａが配置されていた中間接続部１ｂの電気絶縁層６１を巻き直す等の対策を取ることも可能となる。
【００６８】
高温超電導ケーブル１の中間接続部１ｂの電気絶縁層６１（図２参照）は基本的に現場で形成されるため、工場で機械巻きされるケーブル部１ａの電気絶縁層６よりもボイドＶが発生しやすい。
そのため、例えば、中間接続部１ｂの外部流路Ｂに配置されていた捕集材３０ａから検出された可燃性ガスの分子の各成分の量や可燃性ガスの分子の総量が基準値を上回った場合、まず、その中間接続部１ｂの電気絶縁層６１を点検し、そこでボイドＶや空洞Ｃが見つかった場合には、高温超電導ケーブル１の全体のケーブル部１ａの一部を交換しなくても中間接続部１ｂの対処だけでよくなり、地絡事故の発生回避の対応を簡単にかつ低コストで行うことが可能となる。
【００６９】
捕集材３０は、上記のように冷媒９に含まれる可燃性ガスの分子を冷媒９中から捕集するためのものであるため、可燃性ガスの分子すなわち前述した水素やメタン、エタン、エチレン、アセチレン、一酸化炭素等の分子に対する吸着性が高い材料で形成されていることが望ましい。そのため、捕集材３０は、例えば、ニッケル（Ｎｉ）やパラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）あるいはそれらの合金で形成されていることが望ましい。
そして、上記のように、捕集材３０を繊維凝集体として（すなわちいわばスチールウール状に）構成すれば（網に充填させる場合も同様）、冷媒９はその流れを邪魔することなく通過させつつ、冷媒９に含まれる可燃性ガスの分子を的確に吸着させて捕集することが可能となる。
【００７０】
また、捕集材３０を繊維凝集体として形成すれば、単位体積あたりの表面積が大きくなり、可燃性ガスの分子を効率的に吸着して捕集することが可能となる。
捕集材３０の金属表面に一旦吸着した分子は確率的に再脱離してしまうが、捕集材３０は冷媒９により極低温に冷却されているため、捕集材３０に吸着した分子が再脱離してしまう確率は非常に小さい。
【００７１】
そのため、捕集材３０が冷媒９の流れにさらされていても捕集材３０に一旦吸着された分子は容易には再脱離しないため、小さな放電で可燃性ガスが微量発生しても、捕集材３０でそれらを的確に捕集することが可能となる。
さらに、たとえ１回の小さな放電で発生する可燃性ガスの量が少なくても、大規模放電の前兆として小規模な放電が何度も繰り返されれば、捕集材３０が可燃性ガスの分子を的確に吸着して蓄積するため、捕集材３０で捕集された可燃性ガスの分子をガスクロマトグラフィー等で分析することで、捕集された可燃性ガスの分子の成分ごとの捕集量や可燃性ガスの分子の総量に基づいて電気絶縁層６、６１で小さな放電が発生しているか否かを的確に検知することが可能となる。
【００７２】
なお、金属製の繊維凝集体は、必ずしも電流に強くない。そのため、例えば、捕集材３０に電流が流れないようにするために、例えば、捕集材３０とシールド層７との間に絶縁構造を設けることが好ましい。
本実施形態では、高温超電導ケーブル１のケーブル部１ａでは、シールド層７の外周に不織布等で形成された保護層８が設けられているため絶縁が図られている。また、高温超電導ケーブル１の中間接続部１ｂにおいて、接続された高温超電導導体層５の外周に巻回された電気絶縁層６１の周囲で上流側及び下流側の各ケーブル部１ａのシールド層７を接続する際に、それらを外側から保護層８で被覆するように構成すれば、捕集材３０とシールド層７との絶縁を図ることができる。
【００７３】
［効果］
以上のように、本実施形態に係る高温超電導ケーブル１、中間接続部１ｂ及び終端接続部１ｃによれば、有機物で形成された電気絶縁層６、６１の外側を冷媒９が流れる外部流路Ｂ等に、冷媒９に含まれる可燃性ガスの分子を冷媒９中から捕集する捕集材３０を配置するように構成した。
【００７４】
そのため、捕集材３０で捕集された可燃性ガスの分子をガスクロマトグラフィー等で分析することで、捕集された可燃性ガスの分子の成分ごとの捕集量や可燃性ガスの分子の総量を検出することが可能となり、検出した可燃性ガスの分子の各成分の量や可燃性ガスの分子の総量が増加しているか否かを確認することで、電気絶縁層６、６１の経年劣化等により電気絶縁層６、６１で小さな放電が発生していることを的確に検知することが可能となる。
そして、電気絶縁層６、６１で小さな放電が発生していることが検知された場合には、高温超電導ケーブル１を交換したり電気絶縁層６１を巻き直したりする等の対策を取ることが可能となる。
【００７５】
［捕集材で可燃性ガスの分子をより的確に捕集するための構成等について］
冷媒９に含まれる可燃性ガスの分子が捕集材３０以外の構造物に吸着すると、その分、捕集材３０で捕集される可燃性ガスの分子の量が減ってしまう。
そのため、冷媒９に含まれる可燃性ガスの分子が、できるだけ捕集材３０以外の構造物に吸着しないように構成すれば、捕集材３０で捕集される可燃性ガスの分子の量を増やすことが可能となり、捕集材３０で可燃性ガスの分子をより的確に捕集することが可能となる。
【００７６】
そこで、例えば、高温超電導ケーブル１のケーブル部１ａで冷媒９の内部流路Ａを形成するフォーマ４（図１参照）の表面や、冷媒９の外部流路Ｂを形成する断熱管３（断熱内管１０）の内壁を、金（Ａｕ）や銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）のいずれかの金属でコーティングするように構成することが可能である。コーティングは、例えば電解メッキ法等で実施することができる。
また、高温超電導ケーブル１の中間接続部１ｂで冷媒９と接触する部分、すなわち断熱容器１５の内管１６や側板１８の内壁等や、高温超電導ケーブル１の終端接続部１ｃで冷媒９と接触する部分、すなわち低温容器２１の内管２２の内壁等を、金や銀、銅でコーティングするように構成することも可能である。
【００７７】
上記の各部分を金や銀、銅の金属でコーティングすることで、冷媒９に含まれる可燃性ガスの分子が上記の各部分に吸着しないようにすることが可能となる。そのため、冷媒９に含まれる可燃性ガスの分子がそれらの各部分で吸着されずに捕集材３０に到達するようになるため、捕集材３０で捕集される可燃性ガスの分子の量を増やすことが可能となり、捕集材３０で可燃性ガスの分子をより的確に捕集することが可能となる。
なお、本実施形態のようにフォーマ４が銅の丸線４１で形成されている場合には、改めてフォーマ４を金や銀でコーティングする必要はないが、フォーマ４を構成するために、銅線以外に例えばステンレス線材等が用いられている場合には、そのステンレス材線等を銅メッキする等してコーティングすることが好ましい。
【００７８】
一方、本実施形態では、電気絶縁層６、６１が半合成紙やクラフト紙等を巻回させて形成されている場合について説明した。本発明はこれでも十分に効果があるが、電気絶縁層６、６１に有機油を含浸させるように構成すれば、電気絶縁層６、６１で小さな放電が発生した際に、電気絶縁層６、６１をクラフト紙等のみで形成した場合に比べて放電でより確実に可燃性ガスを発生させることが可能となり、１回の放電による可燃性ガスの発生量をより多くすることが可能となる。
そのため、電気絶縁層６、６１で小さな放電が発生した際に捕集材３０でより的確に可燃性ガスの分子が捕集されるようになり、電気絶縁層６、６１で小さな放電が発生しているか否かを検知する感度を的確に向上させることが可能となる。
【００７９】
なお、前述したように、高温超電導ケーブル１のケーブル部１ａの電気絶縁層６では地絡事故は発生せず（あるいは発生する確率が非常に低く）、ボイドＶが生じやすい中間接続部１ｂの電気絶縁層６１で地絡事故が発生する確率の方が高いような場合には、ケーブル部１ａの電気絶縁層６には有機油を含浸させず、中間接続部１ｂの電気絶縁層６１のみに有機油を含浸させるように構成することも可能である。
【００８０】
また、電気絶縁層６、６１に有機油を含浸させると、有機油が冷媒９に溶け出してしまう可能性が考えられるが、冷媒９が極低温であるため有機油は冷媒９には溶け出さない。あるいは、有機油が冷媒９に溶け出したとしてもその量は極微量である。
そして、仮に有機油が捕集材３０で捕集されたとしても、ガスクロマトグラフィー等の分析方法では上記の可燃性ガスの分子とは分離されて検出されるため、可燃性ガスの分子の検出の妨げになることはない。
【００８１】
なお、本発明が上記の実施形態等に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない限り、適宜変更可能であることは言うまでもない。
【００８２】
例えば、上記の実施形態では、捕集材３０を高温超電導ケーブル１の中間接続部１ｂと終端接続部１ｃの両方に配置する場合について説明したが（中間接続部１ｂにおける捕集材３０ａと終端接続部１ｃにおける捕集材３０ｂ、３０ｃ）、それらを全て配置する必要はなく、捕集材３０は適宜の位置に配置される。
また、図２や図３では、捕集材３０を高温超電導ケーブル１の中間接続部１ｂや終端接続部１ｃに配置する場合について説明したが、ケーブル部１ａ（例えばその外部流路Ｂ）に設けるように構成することも可能である。そして、その場合、ケーブル部１ａの断熱管３（図１参照）等に捕集材３０の取出口が設けられる。
【符号の説明】
【００８３】
１  高温超電導ケーブル
１ｂ  中間接続部
１ｃ  終端接続部
２  ケーブルコア
３  断熱管
４  フォーマ
４ａ  中空部
５  高温超電導導体層
６、６１  電気絶縁層
９  冷媒
１６  内管（冷媒と接触する部分）
１８  側板（冷媒と接触する部分）
２２  内管（冷媒と接触する部分）
２６  流出口
３０、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ  捕集材
Ａ  内部流路（内部流路、流路）
Ａ１  出口
Ｂ  外部流路（外部流路、流路）
【図１】
2019149343.tif 000003
【図２】
2019149343.tif 000004
【図３】
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【図４】
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