(57)【要約】【課題】光ファイバを備える超電導ケーブルコアにおいて、光ファイバが損傷し難く、かつ光ファイバの端末処理が容易な超電導ケーブルコアを提供する。【解決手段】超電導導体層を備える超電導ケーブルコアであって、前記超電導導体層の外周に設けられる接地層と、前記接地層の外部に設けられる光ファイバと、前記光ファイバの全長に亘ってその外周を覆う被覆部と、前記光ファイバを前記接地層の外周に一体に保持させる保持部とを備える超電導ケーブルコア。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導導体層を備える超電導ケーブルコアであって、
前記超電導導体層の外周に設けられる接地層と、
前記接地層の外部に設けられる光ファイバと、
前記光ファイバの全長に亘ってその外周を覆う被覆部と、
前記光ファイバを前記接地層の外周に一体に保持させる保持部とを備える超電導ケーブルコア。
【請求項２】
前記被覆部は、ステンレス鋼管を備える請求項１に記載の超電導ケーブルコア。
【請求項３】
前記被覆部は、テープ材を巻回して構成されている請求項１に記載の超電導ケーブルコア。
【請求項４】
前記光ファイバは、螺旋状に巻回されている請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の超電導ケーブルコア。
【請求項５】
前記光ファイバを前記超電導ケーブルコアの軸に対して螺旋状に巻回する際の巻き径をＤ、ピッチをＰとし、前記光ファイバの等価曲げ半径ｒを{（Ｄ２＋Ｐ２）１／２}／２πとするとき、
前記光ファイバの等価曲げ半径ｒが、前記光ファイバの許容曲げ半径以上である請求項４に記載の超電導ケーブルコア。
【請求項６】
前記光ファイバは、縦添えされている請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の超電導ケーブルコア。
【請求項７】
前記被覆部は、前記超電導ケーブルコアの運用温度での挙動に対して脆性破壊しない機械的強度を有する材料で構成されるチューブを備える請求項２に記載の超電導ケーブルコア。
【請求項８】
前記チューブの構成材料が、フッ素系樹脂である請求項７に記載の超電導ケーブルコア。
【請求項９】
前記光ファイバを複数備える請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の超電導ケーブルコア。
【請求項１０】
請求項１に記載の超電導ケーブルコアと、
前記超電導ケーブルコアを収納する断熱管とを備える超電導ケーブル。
【請求項１１】
前記断熱管が、二重構造のコルゲート管を備える請求項１０に記載の超電導ケーブル。
【請求項１２】
前記断熱管が、二重構造のストレート管を備える請求項１０に記載の超電導ケーブル。
【請求項１３】
前記断熱管の構成材料は、ステンレス鋼である請求項１０〜請求項１２のいずれか１項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、光ファイバを備える超電導ケーブルコア、及びその超電導ケーブルコアを備える超電導ケーブルに関する。特に、光ファイバが損傷し難く、かつ光ファイバの端末処理及び端末容器等からの引き出しが容易な超電導ケーブルコアに関する。
【背景技術】
【０００２】
電力供給路を構成する電力ケーブルとして、単心又は多心の超電導ケーブルコアと、この超電導ケーブルコアを収納する断熱管とを備える超電導ケーブルがある。超電導ケーブルコア（以下、単にケーブルコア又はコアということがある）は、一般に、中心から順にフォーマ（支持部材）、超電導導体層、電気絶縁層、遮蔽層（接地層）、保護層を備える。断熱管は、内管と外管とを備える二重構造が代表的である。
【０００３】
超電導ケーブルは、断熱管（内管）内に導入される冷媒で超電導導体層を冷却して運用される。冷媒は、使用する超電導線を超電導状態になる臨界温度以下に冷却できるもので、ビスマス系やイットリウム系高温超電導ケーブルでは、液体窒素（ＬＮ２）が一般的に使用される。超電導ケーブルの初期冷却過程において急激な冷却を行うと、超電導ケーブルコアや超電導ケーブル線路を構築する付属機器の構成部材などが急激な温度変化により局所的に冷却歪みが加わることで損傷する虞がある。この点を考慮し、一般的には、断熱管内の全長に亘って冷却過程の冷却ガスや冷媒温度を確認しながら、超電導ケーブルコアや上記機器の構成材料の性能に影響を与えない程度の温度変化となるように、徐々に冷却する手法が採用されている。超電導ケーブルの運転は、超電導ケーブルコア全長が十分に冷却されたことを確認した上で開始される。
【０００４】
例えば、特許文献１や特許文献２では、超電導ケーブルコアの温度の測定に、光ファイバを温度センサとして超電導ケーブルコアの外側に配置して利用している（外装タイプ）。特許文献１では、光ファイバを、超電導ケーブルコアの外周に螺旋状に巻き付けたり、超電導ケーブルコアが多心の場合、例えば、三心のケーブルコアを撚り合わせて形成される中心部（コアで囲まれる空間）に配置したりしている。一方、特許文献２では、光ケーブルを、通電導体（超電導導体層）の内側と、遮蔽導体（接地層）の外側に配置している。
【０００５】
その他、例えば、特許文献３では、超電導ケーブルコアの温度の測定に、光ファイバを温度センサとして超電導ケーブルコアに内蔵して利用している（内蔵タイプ）。光ファイバの配置箇所は、フォーマ内、超電導導体層内、フォーマと超電導導体層との間、超電導導体層と電気絶縁層との間、電気絶縁層内のいずれかとしている（明細書００３７〜００４０）。特許文献３では、通電時における超電導ケーブルコアの温度分布を測定することで、超電導ケーブルコア全長の健全性の確認及び劣化部の特定が行われる。
【０００６】
上記光ファイバには、特許文献１や特許文献３に示すように、一次被覆を備える光ファイバ素線や、更に二次被覆を備える光ファイバ心線や、光ファイバ素線や光ファイバ心線がＳＵＳ管などの金属管に挿入された金属管内蔵型が用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−０８９３４３号公報
【特許文献２】実開平０２−１３３８１７号公報
【特許文献３】特開２０１０−１６５５５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
これらの構造では、超電導ケーブルの製造時（コアを断熱管に挿入する工程や超電導ケーブルをドラム巻きする工程）、ケーブル布設、初期冷却の際などで光ファイバが損傷し易く、かつ光ファイバの端末処理や端末容器からの引き出し構造が複雑になるという課題があった。
【０００９】
（外装タイプ）
上述した特許文献１や２のような外装タイプのうち、光ファイバを超電導ケーブルコアの外周に巻き付けたりして配置する場合、光ファイバが断熱管の内周面と接触し易くなるため光ファイバが損傷し易い。また、外装タイプのうち、光ファイバを多心の超電導ケーブルコアで囲まれる空間に配置する場合、光ファイバが断熱管に接触することを抑制できて光ファイバが損傷し難い。しかし、超電導ケーブルコアが単心の場合には複数の超電導ケーブルコアで囲まれる上記空間を形成できない。その際、光ファイバを超電導ケーブルコアの外周に配置すれば、上述したように光ファイバが損傷し易くなる。
【００１０】
（内蔵タイプ）
上述した特許文献３のような内蔵タイプでは、超電導ケーブルコアが多心の場合は勿論、単心の場合でもフォーマ、超電導導体層、或いは電気絶縁層で光ファイバを覆うことができるため、光ファイバの断熱管との接触による損傷を抑制できる。しかし、光ファイバの端末処理を行う際、光ファイバと上記導体層などの高電位部とが近接するため、電気絶縁の観点から光ファイバの端末処理を行い難く、端部構造も複雑となる。特に、光ファイバが金属管内蔵型で構成され、その光ファイバを上記高電位部に配置する場合には、光ファイバと高電位部との絶縁特性を十分確保する設計及びサンプルによる構造検証が必須である。その結果、光ファイバの端末処理がより一層行い難くなる。また、金属管内蔵型の光ファイバを絶縁層内に配置すれば、その配置箇所が電気絶縁での弱点となる虞がある。
【００１１】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的の一つは、光ファイバを備える超電導ケーブルコアにおいて、光ファイバが損傷し難く、かつ光ファイバの端末処理や端末容器等からの引き出しが容易な超電導ケーブルコアを提供することにある。
【００１２】
本発明の別の目的は、上記超電導ケーブルコアを備え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】
【００１３】
本発明の超電導ケーブルコアは、超電導導体層と、超電導導体層の外周に設けられる接地層と、接地層の外部に設けられる光ファイバと、光ファイバの全長に亘ってその外周を覆う被覆部と、光ファイバを接地層の外周に一体に保持させる保持部とを備える。
【００１４】
本発明の超電導ケーブルは、上記超電導ケーブルコアと、超電導ケーブルコアを収納する断熱管とを備える。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の超電導ケーブルコアは、光ファイバが損傷し難く、かつ光ファイバの端末処理が容易な超電導ケーブルに好適に利用できる。
【００１６】
本発明の超電導ケーブルは、光ファイバが損傷し難く、かつ光ファイバの端末処理が容易である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】上段図は実施形態１〜実施形態４に係る超電導ケーブルを示す概略断面図であり、（ｉ）〜（ｉｖ）はそれぞれ実施形態１〜実施形態４の超電導ケーブルに備わる光ファイバ近傍を拡大して示す拡大図である。
【図２】実施形態５に係る超電導ケーブルを示す概略断面図である。
【図３】実施形態６に係る超電導ケーブルの超電導ケーブルコアを示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
《本発明の実施形態の説明》
最初に本発明の実施形態の内容を列記して説明する。
【００１９】
（１）実施形態に係る超電導ケーブルコアは、超電導導体層と、超電導導体層の外周に設けられる接地層と、接地層の外部に設けられる光ファイバと、光ファイバの全長に亘ってその外周を覆う被覆部と、光ファイバを接地層の外周に一体に保持させる保持部とを備える。
【００２０】
上記の構成によれば、光ファイバが損傷し難い。光ファイバは、その全長に亘って外周が被覆部で覆われているため、断熱管との接触による損傷を抑制できるからである。
【００２１】
また、上記の構成によれば、光ファイバの端末処理や端末容器等からの引き出しを容易に行える。超電導導体層は高電圧部となるが、光ファイバは接地層の外部に設けられていることから、運用時にゼロ電位となる空間に配置されているため、絶縁特性を考慮した端末処理構造の検討・検証は不要であり、端末処理構造や端末処理施工の簡易化が図れる。その上、例えば、光ファイバに金属管内蔵型を用いる場合でも、光ファイバは全長に亘りゼロ電位となる接地層の外側に配置されていることでその金属管の電気絶縁処理が不要になる。
【００２２】
更に、保持部により光ファイバを接地層の外周に一体に保持させることができるので、ケーブルコアを断熱管に挿入する際や、ケーブル布設する際、或いは初期冷却時などにコアに印加される摩擦力などにより光ファイバが動いて超電導ケーブルコアから分離することを抑制できる。そのため、光ファイバの動きにより生じた緩み部分が断熱管に接触（衝突）することや、断熱管と超電導ケーブルコアとで挟まれて座屈することなどを抑制できる。
【００２３】
（２）上記超電導ケーブルコアの一形態として、被覆部は、ステンレス鋼管を備えることが挙げられる。
【００２４】
上記の構成によれば、光ファイバの機械的な保護を強化でき、光ファイバの損傷を抑制できる。また、このステンレス鋼管の外周への絶縁処理が不要である。
【００２５】
（３）上記超電導ケーブルコアの一形態として、被覆部は、テープ材を巻回して構成されていることが挙げられる。
【００２６】
上記の構成によれば、光ファイバの動きを抑制でき、かつ機械的な保護を強化できるので、光ファイバの損傷を抑制できる。
【００２７】
（４）上記超電導ケーブルコアの一形態として、光ファイバは、螺旋状に巻回されていることが挙げられる。
【００２８】
上記の構成によれば、光ファイバが損傷し難い。超電導ケーブルコアのドラム巻きやケーブル布設などで超電導ケーブルコアを曲げたり、超電導ケーブルコアの冷却などで超電導ケーブルコアが熱収縮したりした際に、螺旋状に巻回した光ファイバでは付加される歪みを小さくできるからである。
【００２９】
（５）上記超電導ケーブルコアの一形態として、光ファイバを螺旋状に巻回する場合、前記光ファイバの等価曲げ半径ｒが、前記光ファイバの許容曲げ半径以上であることが挙げられる。ここでは、光ファイバを超電導ケーブルコアの軸に対して螺旋状に巻回する際の巻き径をＤ、ピッチをＰとするとき、光ファイバの等価曲げ半径ｒは{（Ｄ２＋Ｐ２）１／２}／２πとする。
【００３０】
上記の構成によれば、光ファイバを損傷させることなく螺旋状に巻回させられる。
【００３１】
（６）上記超電導ケーブルコアの一形態として、光ファイバは、縦添えされていることが挙げられる。
【００３２】
上記の構成によれば、使用する光ファイバの限界測定長が同じであれば、螺旋状に巻回する場合に比べて、光ファイバで温度検知する超電導ケーブルコアの長さを長くできる。
【００３３】
（７）上記超電導ケーブルコアの一形態として、被覆部は、超電導ケーブルコアの運用温度での挙動に対して脆性破壊しない機械的強度を有する材料で構成されるチューブを備えることが挙げられる。
【００３４】
上記の構成によれば、チューブが超電導ケーブルコアの運用温度で超電導ケーブルコアに付加される応力に対して破壊しない機械的強度を有するため光ファイバの機械的な保護をより一層強化できる。
【００３５】
（８）上記超電導ケーブルコアの一形態として、被覆部がチューブを備える場合、チューブの構成材料がフッ素系樹脂であることが挙げられる。
【００３６】
上記の構成によれば、フッ素系樹脂は極低温でも劣化し難いため、光ファイバを保護し易い。また、フッ素系樹脂は摩擦係数が小さい特性を有することから、超電導ケーブルコアを断熱管内に挿入する際、被覆部が断熱管に接触しても被覆部と断熱管との摩擦抵抗を小さくできるため、超電導ケーブルコアを断熱管内に挿入させ易い。
【００３７】
（９）上記超電導ケーブルコアの一形態として、光ファイバを複数備えることが挙げられる。
【００３８】
上記の構成によれば、１つの光ファイバが損傷したりして冷媒の温度を測定できなくなっても、残りの光ファイバを用いて冷媒の温度を測定できる。
【００３９】
また、断熱管の長さが一つの光ファイバの限界測定長を超えて、一つの光ファイバで冷媒の温度を測定できない場合でも、冷媒の温度を測定できる。例えば、光ファイバを二つ備え、断熱管の一端側から一方の光ファイバを用いて冷媒の温度を測定し、断熱管の他端側から他方の光ファイバを用いて冷媒の温度を測定する。そして、両方の温度のデータを合成することで断熱管全長に亘る冷媒の温度を求めることができる。
【００４０】
（１０）実施形態に係る超電導ケーブルは、上記（１）〜（９）のいずれかの超電導ケーブルコアと、超電導ケーブルコアを収納する断熱管とを備える。
【００４１】
上記の構成によれば、上記超電導ケーブルコアを備えることで、光ファイバが損傷し難く、かつ光ファイバの端末処理が容易である。
【００４２】
（１１）上記超電導ケーブルの一形態として、断熱管が二重構造のコルゲート管を備えることが挙げられる。
【００４３】
コルゲート管は可撓性に優れるため、超電導ケーブルのドラム巻きや途中に曲り部などを有する線路においても布設が可能となる。
【００４４】
（１２）上記超電導ケーブルの一形態として、断熱管が二重構造のストレート管を備えることが挙げられる。
【００４５】
ストレート管は、コルゲート管のような凹凸がないため、内部に冷媒を圧送する際の流体摩擦抵抗が小さく、長尺な断熱管においても圧力損失を低減できる。よって、冷媒を圧送する圧送ポンプ同士の距離を長間隔化でき、長尺ケーブル線路を構成し易くなる。また、ストレート管は、コルゲート管に比べて表面積が少ないため、熱侵入を低減し易い。
【００４６】
（１４）上記超電導ケーブルの一形態として、断熱管の構成材料がステンレス鋼であることが挙げられる。
【００４７】
ステンレス鋼は極低温でも割れや劣化が生じ難く機械的強度に優れる。そのため、ヒートサイクルによる繰り返し歪みの印加に伴う微小クラック発生等の機械的な故障を回避でき、長期間における断熱管の断熱性能を保障することができる。
【００４８】
《本発明の実施形態の詳細》
本発明の実施形態の詳細を、以下に図面を参照しつつ説明する。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。
【００４９】
〔実施形態１〕
実施形態に係る超電導ケーブルは、超電導導体層を備える単心又は多心の超電導ケーブルコアと、超電導ケーブルコアを収納する断熱管とを備える。超電導ケーブルコアは、超電導導体層の外周に接地層と被覆部と保持部とを備え、接地層の外部に光ファイバが複合されている。超電導ケーブルの主たる特徴とするところは、光ファイバが接地層の外周で被覆部により全長を覆われ、かつ保持部により接地層の外周に一体に保持されている点にある。ここでは、図１に示すように、超電導ケーブル１Ａは、単心の超電導ケーブルコア１０Ａを断熱管５０に収納して構成した形態を例に説明する。この超電導ケーブル１Ａは、単心コア構造と呼ばれ、主に直流送電用ケーブルに利用される。以下、各構成を詳細に説明する。図中の同一符号は同一名称物を示す。
【００５０】
［超電導ケーブルコア］
超電導ケーブルコア１０Ａは、一般的な交流送電用ケーブルや直流単極送電（モノポール送電）ケーブルと同様の基本構造である。超電導ケーブルコア１０Ａは、中心から順に、フォーマ１１、超電導導体層１２、電気絶縁層１３、接地層１６を備える。接地層１６の外周に光ファイバ２０、被覆部ｃ、及び保持部ｈが設けられている。
【００５１】
（フォーマ）
フォーマ１１は、超電導導体層１２の支持体として機能する他、短絡や地絡などの事故時に瞬間的に生じる大きな事故電流を分流するための通電流路に利用される。フォーマ１１には、銅やアルミニウムなどの常電導材料にて形成された中実体や中空体（管体）を利用することができる。ここでは、フォーマ１１は、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）やエナメルなどの絶縁被覆を備える銅線を複数本撚り合わせて構成された中実体としている。そうすることで可撓性を確保できる。本形態のように直流送電では、商用周波数で電流振幅が変動する交流電流に比べて通電電流の変化は小さいことから、フォーマ１１に生じる渦電損失は交流送電に比べて非常に小さい値となる。そのため、直流送電ケーブルでは上記絶縁被覆を有しない銅素線を用いた撚り線フォーマを用いることもできる。
【００５２】
フォーマ１１の外周にクッション層（図示略）を設けてもよい。クッション層は、例えば、クラフト紙といった絶縁紙や、クラフト紙とプラスチックとを複合した半合成絶縁紙（例えば、ＰＰＬＰ（住友電気工業株式会社  登録商標））からなる絶縁性テープの巻回により形成できる。クッション層を備えてフォーマ１１の外周面を平滑化することで、超電導線材の巻回時、超電導ケーブルの製造工程、現地布設の際などに超電導導体層１２の損傷を防止できる。また、クラフト紙やＰＰＬＰを用いて構成したクッション層は、超電導線材の熱収縮率（常温から液体窒素温度に冷却すると約０．３％）よりも熱収縮率が大きいため、ケーブルコア１０Ａを冷却した際に径方向に収縮することで、超電導線材に生じる熱収縮を吸収できる。この結果、冷却時に超電導線材に加わる冷却歪みを抑制でき、超電導線材の機械的な劣化を防止できる。
【００５３】
（超電導導体層）
超電導導体層１２は、フォーマ１１の外周に超電導線材を螺旋状に巻回して形成された単層又は多層構造である。多層構造の場合、各層を構成する超電導線材同士の間には、例えば、クラフト紙などの絶縁材を巻回して層間絶縁層を形成し、電気的に絶縁する。超電導導体層１２を構成する超電導線材の数や超電導線材層の数は、所望の使用電流値（電流容量）に応じて選択できる。超電導線材には、例えばＢｉ系銀シース線材やＲＥ１２３系薄膜線材などのテープ状線材が利用できる。
【００５４】
（電気絶縁層）
電気絶縁層１３は、超電導導体層１２を電気絶縁層１３の外側に配置された部材（接地層１６）と電気的に絶縁するためのものであり、超電導導体層１２の上に、クラフト紙や半合成絶縁紙などの絶縁性テープを巻回することで形成される。例えば、電気絶縁層１３は、超電導導体層１２の直上に形成する内側半導電層と、内側半導電層の直上に形成する主絶縁層と、主絶縁層の直上に形成する外側半導電層とを備える形態が挙げられる。内側半導電層と外側半導電層は、カーボン紙や金属化カーボン紙、金属化紙などを巻回して構成する。主絶縁層は、絶縁特性に優れかつ低誘電損失特性を有する半合成絶縁紙（ＰＰＬＰ）を巻回して構成できる。
【００５５】
（接地層）
接地層１６は、電気絶縁層１３の外周に設けられ電気的に接地する。その結果、接地層１６の外部はゼロ電位となる。本形態では、超電導導体層１２と同様の超電導線材を螺旋状に巻回して形成された単層又は多層構造である。この接地層１６の基本的な構成は、超電導導体層１２と同様である。本実施形態のように、超電導ケーブルコア１０Ａが単心の場合、超電導導体層１２を電流往路（電流復路）とすれば、この接地層１６は電流復路（電流往路）として利用できる。
【００５６】
（被覆部・保持部）
被覆部ｃは、光ファイバ２０の外周を全長に亘って覆う。それにより、光ファイバ２０の全長を機械的に保護して、超電導ケーブルコア１０Ａの断熱管５０内への収納の際や、超電導ケーブル１Ａの布設や使用時において、断熱管５０（内管５１）との接触などによる光ファイバ２０の損傷を抑制する。光ファイバ２０の全長とは、光ファイバ２０の一端から他端に亘る全域であることは勿論、端末接続の必要上、超電導ケーブルコア１０Ａから分離して引き出される箇所を除く領域であることも許容する。保持部ｈは、光ファイバ２０を超電導ケーブルコア１０Ａに固定することで、光ファイバ２０が超電導ケーブルコア１０Ａから分離することを抑制して一体化する。
【００５７】
被覆部ｃは、その形態に応じて、保持部ｈとは独立する部材で構成される独立タイプと保持部ｈを兼ねる部材で構成される兼備タイプとがある。被覆部ｃと保持部ｈとが独立する独立タイプとは、被覆部ｃが光ファイバ２０の外周を全長に亘って覆うが、接地層１６の外周は覆わず、被覆部ｃとは別の部材で光ファイバ２０を接地層１６の外周に固定する場合である。一方、被覆部ｃが保持部ｈを兼ねる兼備タイプとは、被覆部ｃが光ファイバ２０ごと接地層１６の外周を覆うことで、光ファイバ２０を接地層１６の外周に固定する機能をも被覆部ｃに持たせる場合である。独立タイプには、以下の（１）の形態が挙げられ、兼備タイプには、以下の（２）や（３）の形態が挙げられる。
【００５８】
（１）被覆部ｃが光ファイバ２０の外周を接地層１６の外周とは独立して覆う筒状部材で構成される形態。筒状部材は、金属管や、金属管とその外周を覆うチューブとの多重構造が挙げられる。
（２）被覆部ｃが光ファイバ２０と共に接地層１６の外周を一体にテープで突き合わせ巻きや重ね巻きや共巻きされている形態。
（３）被覆部ｃが上記（１）と（２）とを組み合わせた形態。即ち、光ファイバ２０を覆う筒状部材と共に接地層１６の外周を一体にテープで突き合わせ巻きや重ね巻きや共巻きされている形態。
なお、上記（２）、（３）における突き合わせ巻きとは、隣接するターンの側縁同士が突き合わされた状態となるようにテープを巻回することであり、重ね巻きとは、隣接するターン同士が部分的に重なる状態となるようにテープを巻回することである。隣接するターン同士が連続して重なるように巻回してもよいが、一般的に重ね巻きする際は、曲げ特性を確保するために、以下のようにしてテープを巻回する。まず、ギャップ巻きをする。ギャップ巻きとは、隣接するターン同士の間にギャップが形成されるようにテープを巻回することである。次に、そのギャップを埋めるようにテープを重ねる（例えば１／２ラップ等）。共巻きとは、２枚のテープを相互に重ねて巻回することである。
【００５９】
上記（１）の形態の場合、詳しくは、後述する実施形態６で説明するが、光ファイバ２０を覆った筒状部材ごと接地層１６の外周をテープでギャップ巻きして保持部ｈが構成される。即ち、筒状部材３０の一部が保持部ｈから露出される。この場合、保持部ｈは、接地層１６を機械的に保護する保護層の一部を兼ねる。
【００６０】
上記（２）、（３）の形態の場合、上述のように被覆部ｃが保持部ｈを兼ねるが、この被覆部ｃは、更に、接地層１６を機械的に保護する保護層１７をも兼ねる。
【００６１】
本実施形態では、上記（３）の形態のうち、筒状部材を金属管で構成する場合を説明する。上記（３）の形態のうち、筒状部材を上記多重構造で構成する場合については、実施形態２で説明し、上記（２）の形態については実施形態３で説明する。
【００６２】
具体的には、被覆部ｃは、上述した金属管３１からなる筒状部材３０（図１（ｉ））と、筒状部材３０と併せて接地層１６の外周を覆う単層又は多層の押え層１７ｏとで構成される。この押え層１７ｏが、接地層１６の外周に筒状部材３０を保持する保持部ｈを兼ねている。被覆部ｃが金属管３１及び押え層１７ｏの二重構造であるため、光ファイバ２０の断熱管５０との接触による損傷を一層抑制できる。押え層１７ｏは、接地層１６の外周を覆っているため、接地層１６を機械的に保護することもできる。
【００６３】
金属管３１の材質は、ステンレス鋼が挙げられる。ステンレス鋼は、極低温でも割れや劣化が生じ難く機械的強度に優れるため光ファイバ２０を強固に保護できる。
【００６４】
押え層１７ｏは、クラフト紙や半合成絶縁紙、布テープなどの絶縁性テープを巻回して構成することが挙げられる。図１の超電導ケーブル１Ａでは、布テープで押え層１７ｏを構成している。
【００６５】
本実施形態では、被覆部ｃが金属管３１を備えるため、金属管３１と接地層１６とが直接接しないように、接地層１６の直上に接地層１６の全長に亘って設けられる単層又は多層の下地層１７ｉを形成している。下地層１７ｉは、クラフト紙などを巻回して突き合わせ巻きや重ね巻きして構成できる。下地層１７ｉにより、接地層１６を機械的に保護できる。この下地層１７ｉと上述の押え層１７ｏとは、接地層１６を機械的に保護する保護層１７を構成する。下地層１７ｉを備えることで、光ファイバ２０は保護層１７に内蔵される。
【００６６】
（光ファイバ）
光ファイバ２０は、断熱管５０（内管５１）内を流通する冷媒の温度を測定する。光ファイバ２０は、コアとクラッドとが石英ガラスで構成されるものを好適に利用できる。また、光ファイバ２０は、クラッドの外周に一次被覆を備える光ファイバ素線（図示略）や、二次被覆（図示略）を備える光ファイバ心線２１などが利用できる（図１（ｉ））。
【００６７】
光ファイバ２０の接地層１６の外周への配置形態は、螺旋状に巻回する巻付型でもよいし、縦添え配置する添え型でもよい。巻付型の場合、光ファイバ２０が損傷し難い。超電導ケーブル１Ａの布設などで超電導ケーブルコア１０Ａを曲げたり、超電導ケーブルコア１０Ａが冷却により超電導ケーブルコア１０Ａが熱収縮したりした際に、光ファイバ２０に付加される歪みを小さくできる。この巻付型の場合、光ファイバ２０の等価曲げ半径ｒが、光ファイバ２０の許容曲げ半径以上となるように光ファイバ２０を巻回することが好ましい。ここでは、光ファイバ２０を螺旋状に巻回する際の巻き径をＤ、ピッチをＰとするとき、光ファイバの等価曲げ半径ｒを{（Ｄ２＋Ｐ２）１／２}／２πとする。そうすれば、光ファイバ２０を損傷させることなく螺旋状に巻回させられる。一方、添え型の場合、光ファイバ２０の限界測定長さが同じであれば、上記巻付型に比べて光ファイバ２０で温度検知する超電導ケーブル１Ａの長さを長くできる。ここでは、光ファイバ２０の上記配置形態は、上記巻付型としている。
【００６８】
巻付型及び添え型のいずれにおいても、超電導ケーブルコア１０Ａをドラム巻き及び断熱管５０へ挿入する際はそれぞれ、超電導ケーブルコア１０Ａが回転しないように巻き取り、送り出すことが好ましい。超電導ケーブルコア１０Ａが回転して捻じれることにより、光ファイバ２０の巻き付けピッチが短尺化され、光ファイバ２０単体の許容曲げを超過する可能性があるからである。なお、超電導ケーブルコア１０Ａの回転が予想される場合は、その回転も考慮したピッチで光ファイバ２０を巻くことが好ましい。この結果、超電導ケーブル１Ａの製造過程において、光ファイバ２０が損傷することを抑制できる。そのため、超電導ケーブル１Ａをドラムに巻回して布設箇所へ搬送することができる。
【００６９】
光ファイバ２０の数は、単数でもよいし複数でもよい。ここでは、光ファイバ２０の数を２つとしている。複数の光ファイバ２０を備えることで、少なくとも１つを予備用とすることができ、仮に１つの光ファイバ２０が損傷して冷媒の温度を測定できなくなっても、予備用の光ファイバ２０を用いて冷媒の温度を測定できる。また、複数の光ファイバ２０を備えることで、１つの光ファイバ２０で冷媒の温度を測定できないほど現地に布設（複数の超電導ケーブルを中間接続する場合も含む）する超電導ケーブル線路が長尺な場合でも、全長に亘って冷媒の温度を測定できる。例えば、長尺な超電導ケーブル線路の場合、次のように冷媒の温度を測定する。
【００７０】
現地に構築する超電導ケーブル線路の長さの半分以上の限界測定長を有する光ファイバ２０を２本用意する。２本の光ファイバ２０のうち、一方の光ファイバ２０を超電導ケーブル線路の一端側から引き出し、他方の光ファイバ２０を超電導ケーブル線路の他端側から引き出し、超電導ケーブル線路の中間部で各光ファイバ２０の有効測定区間が重なり合うように光ファイバ２０を配置する。有効測定区間とは、単一の光ファイバ２０を超電導ケーブル線路内に配置した状態において、その光ファイバ２０で冷媒の温度を所定の精度にて測定できる超電導ケーブル線路に沿った長さを言う。有効測定区間は、単一の光ファイバ２０を直線状に配置すれば、その光ファイバ２０の実際の測定条件下における限界測定長と同一となり、単一の光ファイバ２０を螺旋状などの非直線状に配置すれば、その光ファイバ２０の限界測定長よりも短くなる。両端末側から引き出された各光ファイバ２０の端部に温度分布測定装置（図示略）を接続する。温度分布測定装置は、光ファイバ２０の一端から光パルスを入射し、ラマン散乱光の強度やブリルアン散乱光の周波数が温度に依存することを利用して光ファイバ２０沿いの温度分布を求める。それぞれの光ファイバ２０を用いて求めた温度分布を合成することで、光ファイバ２０の限界測定長を超える長尺の超電導ケーブル線路全長に亘る温度分布を検知できる。本実施形態では、ラマン散乱光を利用した温度測定装置を用いている。
【００７１】
超電導ケーブルコア１０Ａの周方向に複数の光ファイバ２０を備える場合、光ファイバ２０のそれぞれの配置は、超電導ケーブルコア１０Ａの周方向における光ファイバ２０同士の間隔が均一となるように配置することが挙げられる。例えば、光ファイバ２０を２つ備える場合は、互いの光ファイバ２０が超電導ケーブルコア１０Ａを挟んで対向するように設ける（図１）。
【００７２】
［断熱管］
断熱管５０は、内管５１と外管５２とからなる二重構造であり、内管５１と外管５２との間が真空引きされた真空断熱管である。内管５１内には、超電導ケーブルコア１０Ａが挿通されると共に液体窒素（ＬＮ２）といった冷媒が循環される。この冷媒によりケーブルコア１０Ａの超電導導体層１２が冷却されて超電導状態に維持される。内管５１と外管５２との間には、スーパーインシュレーションといった断熱材（図示略）や、両管５１，５２の間隔を保持するスペーサ（図示略）が配置される。外管５２の外周には、ポリ塩化ビニルといった耐食性に優れる材料を押出して形成した防食層５３を備える。
【００７３】
内管５１及び外管５２の種類は、長手方向に螺旋形状の凹凸を形成したコルゲート管や、長手方向に凹凸のないストレート管などが挙げられる。コルゲート管の場合、可撓性に優れるため超電導ケーブル１Ａをドラム巻きでき、途中に曲り部などを有する線路においてもケーブル布設が可能である。ストレート管の場合、可撓性が殆どないため、断熱管をドラム巻きすることが困難な場合もあり得る。その場合は、予め現地にストレート二重管で構成された断熱管を布設しておき、現地でその中に超電導ケーブルコア１０Ａを布設する。ストレート管の場合、コルゲート管のような凹凸がないため、内部に冷媒を圧送する際に摩擦抵抗を小さくできる。また、ストレート管はコルゲート管に比べて表面積が少ないため、熱侵入を低減し易い。内管５１及び外管５２の構成材料は、耐食性や極低温でも機械的強度に優れる材料が好ましく、例えば、ステンレス鋼などの金属が挙げられる。
【００７４】
〔作用効果〕
上述した超電導ケーブル１Ａによれば、次の効果を奏することができる。
（１）冷媒の温度を測定する光ファイバ２０の全長に亘ってその外周が被覆部ｃ（金属管３１と押え層１７ｏ）により覆われているため、光ファイバ２０の断熱管５０との接触に伴う損傷や伝送損失の増加を抑制できる。
（２）光ファイバ２０は接地層１６の外側の保護層１７内に配置されており、フォーマ１１、超電導導体層１２などの高電位部の外側、即ち、接地層１６の外部のゼロ電位部に配置しているため、光ファイバ２０の端末処理構造や端末処理作業を簡易化できる。
（３）光ファイバ２０は接地層１６の外側の保護層１７内に配置されているため、被覆部ｃが金属管３１を備えるが、金属管３１の外周への絶縁処理が不要であり、光ファイバ２０の端末処理の簡易化が可能である。
（４）保持部ｈ（押え層１７ｏ）により、光ファイバ２０の超電導ケーブルコア１０Ａとの分離を抑制し、光ファイバ２０の動きを抑制できるため、布設時の機械的な応力印加やヒートサイクルによる熱挙動による光ファイバの座屈などを防止できる。加えて、光ファイバ２０が内管５１に接触（衝突）することや、光ファイバ２０が内管５１と超電導ケーブルコア１０Ａとで挟まれて圧壊することを抑制できる。
【００７５】
〔実施形態２〕
実施形態２として、図１（ｉｉ）に示すように筒状部材３０を金属管３１とチューブ３２との多重構造とすることもできる。筒状部材３０を多重構造とすることで、光ファイバ２０の機械的な保護を強化できる。ここでは、被覆部ｃを金属管３１、チューブ３２、及び押え層１７ｏとで構成し、保持部ｈを押え層１７ｏで構成する。その他の構成は実施形態１と同様であるので説明を省略する。
【００７６】
筒状部材３０のチューブ３２の構成材料は、超電導ケーブルコア１０Ａの使用温度での挙動により超電導ケーブルコア１０Ａに付加される応力に対して損傷しない、即ち冷却に伴う収縮に対して脆性破壊しない機械的強度を有する材料が挙げられる。例えば、ヒートサイクルによる応力印加で割れたり、粉々にならない材料が挙げられる。チューブ３２が割れたり粉々になると、その破片が冷媒中の異物となり、循環ポンプ等の冷媒の冷却システムの故障等の原因となるからである。このような材料としては、具体的には、ポリイミド樹脂や、フッ素系樹脂が挙げられる。特に、これらの材料は、極低温でも劣化し難いため、光ファイバ２０を保護できる。フッ素系樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）が好適である。
【００７７】
接地層１６の外周には、上述の下地層１７ｉを備えていてもよいが、筒状部材３０の最外周がチューブ３２であるため、押え層１７ｏを備えていれば、下地層１７ｉは備えていなくてもよい。その場合、押え層１７ｏにより上述の保護層１７（図１）が構成される。
【００７８】
この形態によれば、被覆部ｃが金属管３１とチューブ３２の多層構造の筒状部材３０と押え層１７ｏとを備えるため、光ファイバ２０の機械的な保護をより強化できる。筒状部材３０がチューブ３２を備えることで、下地層１７ｉを形成しない場合でも、接地層１６と金属管３１との金属同士の接触を回避できる。そのため、両者の接触に伴う損傷を抑制できる。
【００７９】
〔実施形態３〕
実施形態３として、図１（ｉｉｉ）に示すように、筒状部材３０を絶縁性テープを巻回して形成されるテープ巻回部３３で構成することもできる。筒状部材３０をテープ巻回部３３で構成することで、上述の金属管３１や二重構造とする場合に比べて、超電導ケーブルコア１０Ａの外径を小さくできる。ここでは、被覆部ｃテープ巻回部３３と押え層１７ｏとで構成し、保持部ｈを押え層１７ｏで構成する。その他の構成は実施形態１と同様であるので説明を省略する。
【００８０】
テープ巻回部３３は、上記絶縁性テープを単層又は多層に巻回して構成することができる。絶縁性テープの巻回は、突き合わせ巻きや重ね巻きが挙げられる。絶縁性テープには、押え層１７ｏと同様、クラフト紙や半合成絶縁紙、布テープなどが利用できる。
【００８１】
この形態では、光ファイバ２０を接地層１６の外周に螺旋状に巻回する場合、その巻回ピッチを長尺化することが好ましい。そうすれば、光ファイバ２０を巻回する際の曲げによる光ファイバ２０の損傷を防止できる。
【００８２】
〔実施形態４〕
実施形態４として、図１（ｉｖ）に示すように、被覆部ｃが筒状部材を備えない形態とすることもできる。ここでは、被覆部ｃ及び保持部ｈが押え層１７ｏで構成される。接地層１６の外周には、実施形態１と同様に下地層１７ｉを備える。筒状部材を備えないため、超電導ケーブルコア１０Ａの外径を筒状部材を備える場合に比較して小さくできる。その他の構成は、実施形態１と同様であるため説明を省略する。
【００８３】
〔実施形態５〕
実施形態１〜４では、超電導ケーブル１Ａを直流単極送電ケーブルに使用する形態を説明した。実施形態５では、図２に示すように、超電導ケーブル１Ｂを直流双極送電（バイポール送電）ケーブルに使用する形態とすることもできる。超電導ケーブル１Ｂは、単心の超電導ケーブルコア１０Ｂを備える。超電導ケーブルコア１０Ｂは、中心から順に、フォーマ１１、内部超電導導体層１２、内部電気絶縁層１３、外部超電導導体層１４、外部電気絶縁層１５、接地層１６、保護層１７を有する。フォーマ１１、内部超電導導体層１２、及び内部電気絶縁層１３はそれぞれ、実施形態１のフォーマ１１、超電導導体層１２、及び電気絶縁層１３と同様である。超電導ケーブルコア１０Ｂの実施形態１との相違点は、内部電気絶縁層１３の外周に、外部超電導導体層１４、外部電気絶縁層１５、接地層１６を備えて、光ファイバ２０、被覆部ｃ、及び保持部ｈがこの接地層１６の外周に設けられている点にある。以下、実施形態１〜４との相違点を中心に説明し、実施形態１〜４と同様の構成及び同様の効果の説明は省略する。
【００８４】
（外部超電導導体層）
外部超電導導体層１４は、内部電気絶縁層１３の外周に内部超電導導体層１２と同様の超電導線材を螺旋状に巻回して形成された単層又は多層構造である。この外部超電導導体層１４の基本的な構成は、内部超電導導体層１２と同様である。本実施形態のように、超電導ケーブルコア１０Ｂが単心の場合、内部超電導導体層１２を正極電流（負極電流）とし、外部超電導導体層１４を負極電流（正極電流）とし、接地層１６を中性線に利用できる。
【００８５】
（外部電気絶縁層）
外部超電導導体層１４の外周には外部電気絶縁層１５を備える。この外部電気絶縁層１５は、例えば、内部電気絶縁層１３と同様の構成、即ち、上記内側半導電層と、上記主絶縁層と、上記外側半導電層とを備える形態とすることができる。
【００８６】
（接地層）
接地層１６は、電気的に接地する。その結果、接地層１６の外部はゼロ電位となる。本実施形態では、外部電気絶縁層１５の外周に接地層１６が設けられている。接地層１６は、常電導テープ又は線材を螺旋状に巻回して形成される。常電導材料には、銅やアルミニウム又はそれらの合金などが好適に利用できる。
【００８７】
（被覆部・保持部・光ファイバ）
光ファイバ２０は、接地層１６の外側に、実施形態１〜４で説明した被覆部ｃと保持部ｈとを用いて設けることができる。例えば、実施形態１のように被覆部ｃを金属管３１と押え層１７ｏとで構成し、保持部ｈを押え層１７ｏで構成することができる（図２（ｉ））。この場合、上述したように接地層１６と金属管３１との間には下地層１７ｉを形成しておくとよい。この下地層１７ｉと押え層１７ｏとが保護層１７を構成する。
【００８８】
〔実施形態６〕
実施形態１〜５では、筒状部材３０が押え層１７ｏ（保持部ｈ）から露出しない形態を説明した。実施形態６では、図３に示すように、筒状部材３０の一部が押え層１７ｏから露出する形態とすることもできる。ここでは、被覆部ｃが筒状部材３０で構成される。
【００８９】
筒状部材３０は、図１（ｉ）の金属管３１で構成されていてもよいし、図１（ｉｉ）の金属管３１とその外周のチューブ３２とを備える二重構造で構成されていてもよいし、図１（ｉｉｉ）のテープ巻回部３３で構成されていてもよい。特に、筒状部材３０は、図１（ｉｉ）の上記二重構造で、かつチューブ３２をフッ素樹脂（ＰＴＦＥ）で構成することが好ましい。そうすれば、筒状部材３０の押え層１７ｏから露出した箇所と内管５１との摩擦を低減できるため、超電導ケーブルコア１０Ｃを内管５１内へ挿入し易くなる。
【００９０】
押え層１７ｏは、布テープなどをギャップ巻きして構成する。そうすれば、筒状部材３０の一部を露出させられる。押え層１７ｏは、例えば、図３に示すように、布テープ等を光ファイバ２０の螺旋の向きと逆向きの螺旋状に巻回する。ここでは、押え層１７ｏのピッチは、光ファイバ２０のピッチと同一としているが、適宜調整すればよい。押え層１７ｏをギャップ巻きとすることで、押え層１７ｏの形成に要するテープ材を削減でき、その巻回作業も短時間でできる。また、この構成では光ファイバ２０の一部が保護層１７から露出していて直接冷媒に接しているので冷媒の実温度をタイムラグなくリアルタイムに測定できる。
【００９１】
下地層１７ｉの形成は、筒状部材３０の構成に応じて適宜選択すればよい。筒状部材３０が図１（ｉ）の金属管３１で構成されている場合には、下地層１７ｉを形成する。このとき、押え層１７ｏと下地層１７ｉとで保護層１７を構成する。下地層１７ｉは、実施形態１と同様、クラフト紙などを突き合わせ巻きや重ね巻きして構成することが挙げられる。一方、筒状部材３０が図１（ｉｉ）の上記二重構造の場合や図１（ｉｉｉ）のテープ巻回部で構成する場合、下地層１７ｉを形成しなくてもよいが、接地層１６の機械的保護の点からすると下地層１７ｉを形成することが好ましい。下地層１７ｉを設ける場合、クラフト紙などをギャップ巻きして下地層１７ｉを形成してもよいが、突き合わせ巻きや重ね巻きして下地層１７ｉを形成することが機械的保護の強化の点で好ましい。
【００９２】
〔実施形態７〕
実施形態１〜実施形態６では、超電導ケーブルを直流送電に利用する形態を説明した。実施形態７では、超電導ケーブルを交流送電に利用する形態を説明する。交流送電用の超電導ケーブルは、中心から順に、フォーマ、超電導導体層、電気絶縁層、超電導シールド層を有する超電導ケーブルコアを３心備える３心一括型である。
【００９３】
フォーマ、超電導導体層、電気絶縁層は、実施形態１と同様である。フォーマを上述のように絶縁被覆を備える銅線で構成していることで、交流送電ケーブルでフォーマに生じる渦電流損失を低減できる。超電導シールド層は、超電導導体層に交流を通電した際、その交流とほぼ同じ大きさで逆方向の電流が誘導されることで、ケーブルの外部への磁界の発生を打ち消す作用を有する。超電導シールド層は、実施形態５の超電導ケーブルコア１０Ｂに備わる外部超電導導体層１４と同様の構成材料で構成することができる。この超電導ケーブルコアは、超電導シールド層の外周に超電導シールド層を保護するために、銅といった常電導材料からなる常電導シールド層を備えている。交流送電用の超電導ケーブルコアでは、実施形態５の外部電気絶縁層に相当する部材は形成していない。本形態のように上記超電導シールド層を備える場合は超電導シールド層を接地層とし、例えば超電導シールド層を備えない場合には上記常電導シールド層を接地層とすることができる。光ファイバは、上記シールド層の外側に、例えば実施形態１で説明した被覆部（筒状部材と押え層）及び保持部（押え層）を用いて設けることができる。下地層は、上記シールド層と筒状部材との接触を回避するために、両者の間に形成しておく。
【００９４】
この形態によれば、実施形態１と同様の効果を奏することに加えて、次の効果を奏することができる。
（１）光ファイバが被覆部により覆われることで、超電導ケーブルコア同士の接触による光ファイバの損傷や伝送損失の増加を抑制できる。
（２）光ファイバが保持部により保持されることで、超電導ケーブルコア間で圧壊することや伝送損失の増加を抑制できる。
【産業上の利用可能性】
【００９５】
本発明の超電導ケーブルコアは、冷媒の温度を測定する機能を備える超電導ケーブルの構成部品として好適に利用できる。本発明の超電導ケーブルは、冷媒の温度を測定する機能を備えた超電導ケーブル線路の構成部品として好適に利用できる。
【符号の説明】
【００９６】
１Ａ，１Ｂ  超電導ケーブル
１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ  超電導ケーブルコア
１１  フォーマ
１２  超電導導体層（内部超電導導体層）
１３  電気絶縁層（内部電気絶縁層）
１４  外部超電導導体層
１５  外部電気絶縁層
１６  接地層
１７  保護層
１７ｉ  下地層  １７ｏ  押え層
２０  光ファイバ
２１  光ファイバ心線
３０  筒状部材
３１  金属管  ３２  チューブ  ３３  テープ巻回部
ｃ  被覆部
ｈ  保持部
５０  断熱管
５１  内管  ５２  外管
５３  防食層
【図１】
2015153487.tif 000003
【図２】
2015153487.tif 000004
【図３】
2015153487.tif 000005