(57)【要約】【課題】応力集中や電界集中を緩和する。【解決手段】フォーマ１４０と超電導導体層１３０を有するケーブルコア１１を備える超電導ケーブル１０を接続する超電導ケーブルの接続構造であって、互いの超電導ケーブルの超電導導体層同士が、超電導ケーブルを中心とする径方向に湾曲した接続用の超電導線１３３，１３４により接続され、接続用の超電導線の外周を覆う電界緩和カバー１５０を設けている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォーマと超電導導体層を有するケーブルコアを備える超電導ケーブルの互いの端部を接続する超電導ケーブルの接続構造であって、
互いの前記超電導ケーブルの超電導導体層同士が、前記超電導ケーブルの径方向に湾曲した接続用の超電導線によって接続され、
前記接続用の超電導線の外周を覆う電界緩和カバーを有する超電導ケーブルの接続構造。
【請求項２】
それぞれの前記超電導ケーブルの対向する端部近傍の前記超電導導体層の外周にそれぞれ導体リングが固定されており、
前記電界緩和カバーの一端部が一方の前記導体リングに固定され、前記電界緩和カバーの他端部が他方の前記導体リングに対して摺接状態で接続されていることを特徴とする請求項１記載の超電導ケーブルの接続構造。
【請求項３】
前記電界緩和カバーと前記接続用の超電導線との間に電気絶縁層が形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の超電導ケーブルの接続構造。
【請求項４】
前記接続用の超電導線と前記フォーマとの間に電気絶縁層が形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の超電導ケーブルの接続構造。
【請求項５】
前記接続用の超電導線は径方向外側に向かって膨らんだ状態であって、それぞれの前記フォーマが圧縮スリーブによって接続されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の超電導ケーブルの接続構造。
【請求項６】
前記接続用の超電導線の両端部が、いずれも前記超電導導体層に対して溶加材を介して接続されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の超電導ケーブルの接続構造。
【請求項７】
前記超電導導体層が複数層から構成され、
互いの前記超電導ケーブルの前記超電導導体層同士が、層ごとに前記接続用の超電導線で接続され、
前記ケーブルコアの径方向において外側に位置する前記超電導導体層同士を接続する前記接続用の超電導線は、前記ケーブルコアの径方向において内側に位置する前記超電導導体層同士を接続する前記接続用の超電導線よりも湾曲部の径が大きく形成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の超電導ケーブルの接続構造。
【請求項８】
前記接続用の超電導線は、その許容曲げ径以上の範囲で湾曲していることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の超電導ケーブルの接続構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導ケーブルの接続構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
超電導ケーブルは、フォーマの周囲に超電導導体層、電気絶縁層、シールド層等が積層されてなるケーブルコアと、当該ケーブルコアを収容する真空二重管構造の断熱管とを備え、断熱管の内側ではケーブルコアを冷却するための極低温の液体冷媒（例えば、液体窒素）の循環が行われる。
この超電導ケーブルを電力供給線として使用する場合には、電力供給源から遠方の電力消費地まで超電導ケーブルを敷設する必要があるが、超電導ケーブルは製造上又は運搬上の理由から、単一のケーブル長には限界がある。このため、長距離のケーブル敷設の際には、いくつもの超電導ケーブルをつなぎ合わせる必要があった。
【０００３】
例えば、従来の技術として、ロッド状の超電導導体同士を銅製の高導電性網線パイプを用いて接続することにより導体に加わる応力を吸収する接続構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、他の従来の技術として、超電導ケーブルのフォーマ同士を導体のスリーブで接続し、フォーマの外周の超電導層同士を超電導線材で接続した接続構造が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３３０５２３１号公報
【特許文献２】特許第４９６７７５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１の場合、銅製の高導電性網線パイプの撓みやすさにより接続部に生じる応力の集中を緩和することができるが、超電導導体がロッド状であることを前提する技術であって、フォーマの外周に超電導導体層を形成する場合の超電導ケーブルへの適用について示すものではなかった。また、高導電性網線パイプの撓みにより生じる凸部への電界集中については考慮されていなかった。
【０００６】
また、上記特許文献２の接続構造は、フォーマの外周の超電導層同士を超電導線材で接続しているので、超電導線材の撓みにより接続部に生じる応力の集中をある程度緩和することができことが予想されるが、当該曲げにより超電導線材が変形し、それにより生じる凸部への電界集中については考慮されていなかった。
【０００７】
本発明の目的は、接続部の応力集中と電界集中の回避の点から優れた超電導ケーブルの中間接続部を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、フォーマと超電導導体層を有するケーブルコアを備える超電導ケーブルの互いの端部を接続する超電導ケーブルの接続構造であって、
互いの前記超電導ケーブルの超電導導体層同士が、前記超電導ケーブルの径方向に湾曲した接続用の超電導線によって接続され、
前記接続用の超電導線の外周を覆う電界緩和カバーを有することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、上記の構成に加えて、それぞれの前記超電導ケーブルの対向する端部近傍の前記超電導導体層の外周にそれぞれ導体リングが固定されており、前記電界緩和カバーの一端部が一方の前記導体リングに固定され、前記電界緩和カバーの他端部が他方の前記導体リングに対して摺接状態で接続されている構成としても良い。
【００１０】
また、本発明は、上記の構成に加えて、前記電界緩和カバーと前記接続用の超電導線との間に電気絶縁層が形成されている構成としても良い。
【００１１】
また、本発明は、上記の構成に加えて、前記接続用の超電導線と前記フォーマとの間に電気絶縁層が形成される構成としても良い。
【００１２】
また、本発明は、上記の構成に加えて、前記接続用の超電導線は径方向外側に向かって膨らんだ状態であって、それぞれの前記フォーマが圧縮スリーブによって接続されている構成としても良い。
【００１３】
また、本発明は、上記の構成に加えて、前記接続用の超電導線の両端部が、いずれも前記超電導導体層に対して溶加材を介して接続されている構成としても良い。
【００１４】
また、本発明は、上記の構成に加えて、前記超電導導体層が複数層から構成され、互いの前記超電導ケーブルの前記超電導導体層同士が、層ごとに前記接続用の超電導線で接続され、前記ケーブルコアの径方向において外側に位置する前記超電導導体層同士を接続する前記接続用の超電導線は、前記ケーブルコアの径方向において内側に位置する前記超電導導体層同士を接続する前記接続用の超電導線よりも湾曲部の径が大きく形成されている構成としても良い。
【００１５】
また、本発明は、上記の構成に加えて、前記接続用の超電導線は、その許容曲げ径以上の範囲で湾曲している構成としても良い。
【発明の効果】
【００１６】
上記発明では、各超電導ケーブルの超電導導体層同士が、超電導ケーブルを中心とする径方向に湾曲した接続用の超電導線により接続されている。このため、接続用の超電導線の湾曲部の膨らみの撓み変形により、ケーブルコアが温度変化により伸縮した場合でも、ケーブル長手方向の変化を許容し、各超電導導体層に対する応力の集中を低減し、これらの破損を効果的に抑制することが可能となる。
また、接続用の超電導線の湾曲部により、ケーブルコアの曲がり方向の変形の際にも、各超電導導体層に対する応力の集中を低減し、これらの破損を効果的に抑制することが可能となる。
さらに、上記接続構造では、接続用の超電導線の外周を覆う電界緩和カバーを設けているので、接続用の超電導線の湾曲部が外側に凸状になる場合に当該凸状部の電界集中の発生を効果的に抑制することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】超電導ケーブルの構造を示す斜視図である。
【図２】超電導線の層構成を示す説明図である。
【図３】超電導ケーブルのケーブルコアの接続構造の断面図である。
【図４】図３における互いのケーブルコアの先端部の拡大断面図である。
【図５】接続用の超電導線の湾曲形状の説明図である。
【図６】電界緩和カバーと導体リングの斜視図である。
【図７】超電導ケーブルの接続構造の形成方法を示す説明図である。
【図８】図７に続く超電導ケーブルの接続構造の形成方法を示す説明図である。
【図９】図８に続く超電導ケーブルの接続構造の形成方法を示す説明図である。
【図１０】図９に続く超電導ケーブルの接続構造の形成方法を示す説明図である。
【図１１】図１０に続く超電導ケーブルの接続構造の形成方法を示す説明図である。
【図１２】図１１に続く超電導ケーブルの接続構造の形成方法を示す説明図である。
【図１３】フォーマの先端部の周辺における接続構造の他の例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明を実施するための好ましい形態について図面を用いて説明する。但し、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実施形態及び図示例に限定するものではない。
【００１９】
［超電導ケーブル］
図１は超電導ケーブルの一例を示す図である。
超電導ケーブル１０は、断熱管１２内に一心のケーブルコア１１が収納された単心型の超電導ケーブルである。ケーブルコア１１は、フォーマ１４０、超電導導体層１３０、電気絶縁層１１３、超電導シールド層１１４、常電導シールド層１１５、保護層１１６等により構成される。
【００２０】
フォーマ１４０は、ケーブルコア１１を形成するための巻芯であり、例えば銅素線等の常電導線を撚り合わせて構成される。フォーマ１４０には、短絡事故時に超電導導体層１３０に流れる事故電流が分流される。
また、このフォーマ１４０は、内部が中空に形成されており、当該中空部には、当該フォーマ１４０及び超電導導体層１３０を冷却するために、液体冷媒（例えば液体窒素）が供給される。なお、この液体冷媒は後述する断熱管１２内においてケーブルコア１１の周囲に供給されるものと同一のものである。
【００２１】
超電導導体層１３０は、フォーマ１４０の上にカーボン紙１５０を介して複数条の超電導線を螺旋状に巻回することにより形成される。図１では、超電導導体層１３０を２層の積層構造としており、内側を第一の超電導導体層１３１、外側を第二の超電導導体層１３２としている。超電導導体層１３０には、定常運転時に送電電流が流される。
この超電導導体層１３０を構成する超電導線１００は、例えば、図２に示すように、基板１上に中間層２、超電導層３、保護層４が順に積層された積層体と、その積層体の周囲を被覆する銅安定化層５を備えているテープ状の超電導線である。
超電導層３を構成する超電導体としては、液体窒素温度以上で超電導を示すＲＥ系超電導体（ＲＥ：希土類元素）、例えば化学式ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-yで表されるイットリウム系超電導体（以下、Ｙ系超電導体）が代表的である。また、超電導体には、ビスマス系超電導体、例えば化学式Ｂｉ2Ｓｒ2ＣａＣｕ2Ｏ8+δ（Ｂｉ２２１２），Ｂｉ2Ｓｒ2Ｃａ2Ｃｕ3Ｏ10+δ（Ｂｉ２２２３）も適用でき、図２に示す積層体ではなく金属マトリクス中に多数のフィラメント状の超電導体が配された多芯線を用いることもできる。なお、化学式中のδは酸素不定比量を示す。
【００２２】
電気絶縁層１１３は、絶縁性紙類、例えば絶縁紙、絶縁紙とポリプロピレンフィルムを接合した半合成紙、高分子不織布テープなどで構成され、超電導導体層１３０の上に巻回することにより積層状態で形成される。
【００２３】
超電導シールド層１１４は、電気絶縁層１１３の上にカーボン紙（図示しない）を介して複数条の超電導線を螺旋状に巻回することにより形成される。図１では、超電導シールド層１１４を１層の積層構造としている。超電導シールド層１１４には、定常運転時に電磁誘導によって導体電流とほぼ同じ電流が逆位相で流れる。また、超電導シールド層１１４は、超電導導体層１３０に大電流が流れた際に発生する磁場を外部に漏らさないようにする機能を有している。
この超電導シールド層１１４を構成する超電導線には、超電導導体層１３０と同様の超電導線１００（図２参照）を適用できる。
【００２４】
常電導シールド層１１５は、超電導シールド層１１４の上に銅線などの常電導線を巻回することにより形成される。常電導シールド層１１５には、短絡事故時に超電導シールド層１１４に流れる事故電流が分流される。
保護層１１６は、例えば、絶縁紙、高分子不織布などで構成され、常電導シールド層１１５の上に巻回することにより形成される。
【００２５】
断熱管１２は、ケーブルコア１１を収容するとともに冷媒（例えば液体窒素）が充填される断熱内管１２１と、断熱内管１２１の外周を覆うように配設された断熱外管１２２からなる二重管構造を有している。
断熱内管１２１及び断熱外管１２２は、例えばステンレス製のコルゲート管（波付き管）である。断熱内管１２１と断熱外管１２２の間には、例えばアルミを蒸着したポリエチレンフィルムの積層体で構成された多層断熱層（スーパーインシュレーション）１２３が介在され、真空状態に保持される。また、断熱外管１２２の外周はポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）やポリエチレンなどの防食層１２４で被覆されている。
【００２６】
［超電導ケーブルの接続構造：概要］
超電導ケーブル１０同士の接続の際には、互いの断熱管１２同士を連結する図示しない固定ボックスが使用される。この固定ボックスは、断熱管１２と同様に二重壁面構造であり、壁面間が真空引きされると共にボックス内部には冷媒が循環される。また、ボックス内部において、各超電導ケーブル１０のケーブルコア１１同士が連結される。
【００２７】
図３は各超電導ケーブル１０のケーブルコア１１の接続構造について当該超電導ケーブル１０の中心線Ｃに沿った断面を示しており、当該中心線Ｃの下半分の構造は上半分と同一であることから図示を一部省略している。また、図４は図３における互いのケーブルコア１１，１１の先端部（対向端部）を拡大して図示している。
【００２８】
各超電導ケーブル１０，１０のケーブルコア１１，１１は、各層の先端部の外周面が露出するように順番に段剥ぎされている。
フォーマ１４０，１４０及び第一の超電導導体層１３１，１３１は、その先端部における外周面が一定の範囲で露出しており、これらに比べて、第二の超電導導体層１３２，１３２は、その先端部からより広い範囲で露出するように、電気絶縁層１１３，１１３が段剥ぎされている。
また、各電気絶縁層１１３，１１３は、先端部に向かうにつれて縮径する三段の円錐形状で形成されている。また、各電気絶縁層１１３，１１３がこのような形状であることから、当該各電気絶縁層１１３，１１３の互いの円錐面と円錐面との間に大きなスペースが生じる。このスペースには、フォーマ１４０，１４０同士を接続する構造、超電導導体層１３０，１３０を接続する構造及びこれらの電界緩和を図る構造が設けられ、その周囲を囲繞するように、絶縁紙の巻き付けによる電気絶縁層２１０，２２０が形成されている。
なお、図３以降の図面では超電導シールド層１１４、常電導シールド層１１５、保護層１１６の図示を省略している。
【００２９】
［超電導ケーブルの接続構造：ケーブルコア］
上記ケーブルコア１１，１１の接続構造では、フォーマ１４０，１４０がその先端部端面同士が突き合わされた状態で圧縮スリーブ１４１の締め付けにより接続されている。圧縮スリーブ１４１は、良導体（例えば、フォーマ１４０を同じ銅製）からなる円筒である。
【００３０】
［超電導ケーブルの接続構造：超電導導体層］
さらに、フォーマ１４０，１４０の外周の超電導導体層１３０は、内側となる第一の超電導導体層１３１と外側の第二の超電導導体層１３２の二層から構成され、それぞれの超電導導体層１３１，１３２は段剥ぎによりその先端部の外周面が露出している。
そして、それぞれの第一の超電導導体層１３１，１３１は、相互間に懸架された湾曲した接続用の超電導線１３３により電気的に接続されている。
また同様に、それぞれの第二の超電導導体層１３２，１３２もまた、相互間に懸架された湾曲した接続用の超電導線１３４により電気的に接続されている。
【００３１】
上記接続用の超電導線１３３，１３４は、いずれも、各超電導導体層１３１，１３２を構成する超電導線と同じ超電導線からなり、基板１を基準として超電導層３を外側に向けた超電導導体層１３１，１３２に対して、接続用の超電導線１３３，１３４は基板１を基準として超電導層３を内側（中心側）に向けた状態で、溶加材（例えば半田）によりその両端部が接合されている。
また、各接続用の超電導線１３３，１３４は、いずれも、その中央部が超電導ケーブル１０の中心線Ｃを中心とする径方向（以下、単に「径方向」という）の外側に向かって膨らんだ湾曲形状となるように撓ませた状態でその両端部が各超電導導体層１３１，１３２に接続されている。
【００３２】
ここで、各接続用の超電導線１３３，１３４の湾曲形状について図５の説明図に基づいて説明する。各接続用の超電導線１３３，１３４は、超電導導体層１３１，１３２に接合される両端部の接合部１３３ａ，１３４ａと、中央の湾曲部１３３ｂ，１３４ｂとから構成される。
湾曲部１３３ｂ，１３４ｂは、外側に向かって半円状で凸となる部分と，その両端部において内側向かってに凸となる部分とから構成されており、これらはいずれも直径φの曲率で湾曲している。そして、この直径φは、接続用の超電導線１３３，１３４として使用されている超電導線の破壊、破損を生じることなく適正に送電可能な許容曲げ径以上の値が選択されている。
湾曲部１３３ｂ，１３４ｂの超電導ケーブル１０の中心線Ｃ方向の長さ（Ｃ方向成分の長さ）は、2φであり、各接続用の超電導線１３３，１３４の中心線Ｃ方向の全長（Ｃ方向成分の全長）は、片側の接合部１３３ａ，１３４ａの同方向の長さをｇ（例えば50[mm]）とすると、2φ＋2ｇとなる。また、湾曲部１３３ｂ，１３４ｂは径方向に対して高さφで凸となっている。
【００３３】
接続用の超電導線１３３，１３４は、この湾曲部１３３ｂ，１３４ｂの撓みにより冷却時のケーブルコア１１の収縮による超電導導体層１３１，１３２の応力集中を低減する。そして、湾曲部１３３ｂ，１３４ｂはケーブル中心線Ｃ方向の長さ（Ｃ方向成分の長さ）が2φであるのに対して，湾曲部１３３ｂ，１３４ｂを形成する超電導線の長さがπφであることから、(π−2)φの収縮を許容することができる。
ここで、図２に示したような形状を有し、許容曲げ径が圧縮方向にφ=10[mm]、伸張方向にφ=20[mm]である超電導線１００を用いた場合、φに例えば1.5倍の裕度をもたせてφ=30[mm]を湾曲部１３３ｂ，１３４ｂの曲げ径とすれば、中心線方向Ｃの変動に対する許容長さは30×(π−2)=34.2[mm]となる。また、湾曲部１３３ｂ，１３４ｂの径方向の高さは30[mm]、接続用の超電導線１３３，１３４の中心線Ｃ方向の全長は2φ＋2ｇ=160[mm]となる。銅の熱収縮率から見積もられる接続構造のフォーマ１４０，１４０の収縮はおよそ10[mm]であり、中心線方向Ｃの変動に対する許容長さがおよそ3.4倍の裕度となり、十分なものであると考えられる。
【００３４】
なお、第二の接続用の超電導線１３４は、第一の接続用の超電導線１３３の外側に配置されていることから、その湾曲部１３４ｂの直径は、上記で求めた第一の接続用の超電導線１３３の湾曲部１３３ｂの直径よりも大きい値とすることが望ましい。
また、湾曲部１３３ｂ、１３４ｂの形状は一例であって、より扁平な形状としても良い。例えば、湾曲部１３３ｂ、１３４ｂの湾曲形状を楕円とする、或いは、凸部の頂上部分に直線部分を設けて長円状としても良い。或いは、余長をもって接続用の超電導線１３３，１３４の両端部のその両端部を接合部１３３ａ，１３４ａを取り付けた場合に、接続用の超電導線１３３，１３４の剛性に従って自然に形成される湾曲形状としても良い。
【００３５】
なお、第一の超電導導体層１３１と第二の超電導導体層１３２は、いずれも、前述したように、超電導ケーブル１０の中心線Ｃを中心とする周方向（以下、単に「周方向」とする）に沿って並んだ複数の超電導線から構成されている。上記接続用の超電導線１３３，１３４は、各超電導導体層１３１，１３２を構成するそれぞれの超電導線１００の一つ一つを対向する相手側の超電導導体層１３１，１３２の超電導線１００と接続している。つまり、接続用の超電導線１３３，１３４もまた、周方向に沿って複数並んで設けられている。
【００３６】
また、上記各接続用の超電導線１３３，１３４の外周には、これらに対する電界緩和を図るために、電界緩和カバー１５０が装備されている。
この電界緩和カバー１５０は、図４及び図６に示すように、それぞれの第二の超電導導体層１３２，１３２の先端部外周に固定装備された導体リング１５１，１５２を介して取り付けが行われている。導体リング１５１，１５２は、いずれも良導体、例えば銅、アルミニウムなどから形成されている。また、電界緩和カバー１５０は、電界緩和を図ることが可能な導体であれば良く、ここでは、ＳＵＳ（Steel Use Stainless：ステンレス鋼）が使用されている。
【００３７】
上記導体リング１５１，１５２は、リングの軸方向における長さの短い円筒状となっている。また、その寸法の一例を示すと、導体リング１５１，１５２はその内径がフォーマ１４０及び超電導導体層１３０の外径と略等しい30[mm]、外径は60[mm]となっている。
【００３８】
電界緩和カバー１５０は、略円筒状であって、その一端部の端面はフォーマ１４０，超電導導体層１３０を遊挿可能な開口部１５４が形成されている。また、この電界緩和カバー１５０は、その中心軸を通る平面により二分割可能な半割構造となっている。
【００３９】
そして、当該開口部１５４の一端部の端面の周囲には複数のネジ挿通穴１５５が形成されており、電界緩和カバー１５０の外側からネジ挿通穴１５５を介して複数の固定ネジ１５６が挿入される。各固定ネジ１５６は、導体リング１５１の一端面に形成されたネジ穴に螺入される。そして、これらの固定ネジ１５６を締結することで、一方の超電導ケーブル１０の第二の超電導導体層１３２の外周に導体リング１５１を介して電界緩和カバー１５０が固定装着されている。なお、ネジ挿通穴１５５は、外側の開口径が内側の開口径よりも大きくなるようにテーパー状の座繰り穴が形成されていることが望ましい。ネジ挿通穴１５５がテーパー状に形成されていることで、固定ねじ１５６を電解緩和カバーの外周面よりも内側に固定することで、効果的に電界緩和を図ることができる。また、固定ネジ１５６は、座繰り穴に対応して、頭部が略円錐状の皿ネジを使用することが好ましい。
【００４０】
また、電界緩和カバー１５０の他端部の端面には、導体リング１５２の外周面の外径にほぼ等しい内径の開口部１５７が形成されており、当該開口部１５７の内縁部が導体リング１５２の外周面に摺接した状態となっている。これにより、電界緩和カバー１５０は、その一端部が一方の超電導ケーブル１０の第二の超電導導体層１３２に、他端部がもう一方の超電導ケーブル１０の第二の超電導導体層１３２に電気的に接続された状態となっている。
【００４１】
また、その寸法の一例を示すと、電界緩和カバー１５０の外径は90[mm]、開口部１５４の内径はフォーマ１４０及び超電導導体層１３０の外径と略等しい30[mm]、開口部１５７の内径は導体リング１５２の外径と等しい60[mm]となっている。電界緩和カバー１５０の外半径は45[mm]、電気絶縁層１１３，１１３の円錐面の一段目の外径は50[mm]なので、後述する円錐面の一段目の外側に形成される第二の補強絶縁層２２０よりも内側に電界緩和カバー１５０を納めることができる。
【００４２】
また、電界緩和カバー１５０は一端部が導体リング１５１を介して一方の超電導ケーブル１０に固定され、他端部は導体リング１５２に対して超電導ケーブル１０の中心線Ｃの方向に沿って摺動可能となっているので、電界緩和カバー１５０の両端部が固定されている場合と比較して、ケーブルコア１１，１１の伸縮時や曲がりの発生時に当該ケーブルコア１１，１１に対する応力の発生を低減することができる。
【００４３】
［超電導ケーブルの接続構造：電気絶縁層］
各超電導ケーブル１０，１０の電気絶縁層１１３，１１３は、図３に示すように、三段の円錐形状で形成されている。そして、各段の外径に応じて、円錐面と円錐面との間のスペースに層状に第一〜第三の補強絶縁層２１０，２２０，２３０が形成されている。
【００４４】
電気絶縁層１１３，１１３の最も内側の段部１１３ａ，１１３ａの外径は、前述した電界緩和カバー１５０の外径とおおよそ等しくなっており、第一の補強絶縁層２１０は、一方の段部１１３ａから電界緩和カバー１５０の間と電界緩和カバー１５０から他方の段部１１３ａまでの間とに形成されている。
この第一の補強絶縁層２１０は、幅の狭い帯状の絶縁紙を巻き付けることで、電界緩和カバー１５０と段部１１３ａ，１１３ａの間を埋めるように形成することが可能である。
【００４５】
電気絶縁層１１３，１１３の内側から二番目の段部１１３ｂ，１１３ｂの間のスペースには、第二の補強絶縁層２２０が形成されている。
この第二の補強絶縁層２２０は、幅の広い帯状の絶縁紙を巻き付けて形成した電気絶縁層をケーブル中心線Ｃの方向に沿って複数並べて形成し、これにより生じた隙間のスペースに幅の狭い帯状の絶縁紙を巻き付けて形成すればよい。
【００４６】
内側から三番目の円錐面と円錐面との間のスペースには、第三の補強絶縁層２３０が形成されている。この第三の補強絶縁層２３０は、内側と外側との二層に分け、それぞれが第二の補強絶縁層２２０と同様に、幅の広い絶縁紙によって形成された複数の電気絶縁層と狭い絶縁紙によって形成された複数の電気絶縁層とから構成されるようにしてもよい。
【００４７】
第三の補強絶縁層２３０の外径は、各超電導ケーブル１０，１０の電気絶縁層１１３の外径と略等しくなっており、第三の補強絶縁層２３０の外周面全体と、各電気絶縁層１１３，１１３の先端部の一部とを被覆するように、外部補強絶縁層２４０が形成されている。
この外部補強絶縁層２４０は、三層とし、これらの各層は、幅の広い帯状の絶縁紙を巻き付けて形成すればよい。
また、外部補強絶縁層２４０の両端部は、先端部から離れるにつれて縮径する円錐面が形成されている。
【００４８】
外部補強絶縁層２４０の外周全体には、各超電導ケーブル１０，１０の超電導シールド層１１４，１１４同士を接続する補助超電導シールド層、各超電導ケーブル１０，１０の常電導シールド層１１５，１１５同士を接続する補助常電導シールド層、保護層１１６，１１６と一体となって全体を保護する補助保護層と備えている（いずれも図示略）。
【００４９】
［超電導ケーブルの接続構造：形成方法］
上記の超電導ケーブル１０，１０の接続構造の形成方法を図７〜図１２に基づいて順番に説明する。
まず、図７に示すように、接続を行う端部の端面が平滑な未加工の超電導ケーブル１０，１０同士を互いに突き合わせた状態で配置する（ケーブル配置工程）。
次に、図８に示すように、各超電導ケーブル１０，１０について、図示しない保護層１１６、常電導シールド層１１５、超電導シールド層１１４を順番に段剥ぎし、さらに、各超電導ケーブル１０，１０の電気絶縁層１１３，１１３を段剥ぎして、三段の円錐形状に成形する（図示しない）。これにより第二の超電導導体層１３２，１３２の先端部側の外周面が露出される（段剥ぎ工程）。
また、第二の超電導導体層１３２，１３２と第一の超電導導体層１３１，１３１とを順番に段剥ぎし、第一の超電導導体層１３１，１３１とフォーマ１４０，１４０の先端部側の外周面が露出される。
【００５０】
次に、図９に示すように、一方の超電導ケーブル１０の先端部から導体リング１５１を装着し、他方の超電導ケーブル１０の先端部から導体リング１５２を装着する。さらに、各導体リング１５１，１５２を所定の位置で第二の超電導導体層１３２の外周面上に半田付けする（導体リング取り付け工程）。
そして、図１０に示すように、圧縮スリーブ１４１の両端部にそれぞれフォーマ１４０，１４０を挿入させた状態とし、圧縮スリーブ１４１の外周からダイスを用いて圧縮することで、フォーマ１４０，１４０同士を締め付け固定すると共に電気的に接続する（フォーマ接続工程）。
【００５１】
次に、図１１に示すように、各超電導ケーブル１０，１０の第一の超電導導体層１３１，１３１の先端部において、当該第一の超電導導体層１３１，１３１を構成する各超電導線１００に、湾曲部１３３ｂを形成した状態の接続用の超電導線１３３を懸架状態で半田接続する。湾曲部１３３ｂの形状は前述した図５の条件を満たす形状とすることが好ましい（超電導導体層接続工程）。
さらに、各超電導ケーブル１０，１０の第二の超電導導体層１３２，１３２の先端部において、当該第二の超電導導体層１３２，１３２を構成する各超電導線１００に、湾曲部１３４ｂを形成した状態の接続用の超電導線１３４を懸架状態で半田接続する。この場合も、湾曲部１３４ｂの形状は図５の条件を満たす形状とすることが好ましい。
これらにより、各超電導ケーブル１０，１０の第一の超電導導体層１３１，１３１間と第二の超電導導体層１３２，１３２間は互いに電気的に接続される。
【００５２】
次に、図１２に示すように、半割構造の電界緩和カバー１５０を各超電導ケーブル１０，１０のフォーマ１４０，１４０及び超電導導体層１３０の先端部の接続位置に対して、各接続用の超電導線１３３，１３４を包むようにして装着する。このとき、電界緩和カバー１５０を固定ネジ１５６によって導体リング１５１にネジ止めにより固定する（電界緩和カバー取り付け工程）。
【００５３】
次に、各超電導ケーブル１０，１０の電気絶縁層１１３，１１３の円錐面の間の領域内に、所定の絶縁紙を層ごとに巻き付けて第一〜第三の補強絶縁層２１０，２２０，２３０を形成する（図３参照）。
さらに、最外層となる第三の補強絶縁層２３０の外周面全体を被覆するように外部補強絶縁層２４０を形成する（補強絶縁層形成工程）。
【００５４】
そして、外部補強絶縁層２４０の外周に、各超電導ケーブル１０，１０の超電導シールド層１１４，１１４同士を接続する補助超電導シールド層、各超電導ケーブル１０，１０の常電導シールド層１１５，１１５同士を接続する補助常電導シールド層、保護層１１６，１１６と一体となって全体を保護する補助保護層を形成する（各種の補助層形成工程）。
さらに、上記構成からなる超電導ケーブル１０，１０のケーブルコア１１，１１の接続部分を断熱構造の固定ボックス内に収容し、当該固定ボックスを各超電導ケーブル１０，１０の断熱管１２，１２に接続する（固定ボックス取り付け工程）。
上記の各工程により超電導ケーブル１０，１０の接続構造としての中間接続部の形成作業が完了する。
【００５５】
［フォーマの接続部周辺の構造の他の例］
図１３にフォーマ１４０，１４０の先端部の周辺における接続構造の他の例を示す。この例では、図３及び図４に示す構成に加えて、接続されたフォーマ１４０，１４０と接続用の超電導線１３３との間（厳密には、圧縮スリーブ１４１と接続用の超電導線１３３との間）に形成した絶縁紙からなる絶縁層２５１と、接続用の超電導線１３３と接続用の超電導線１３４との間に形成した絶縁紙からなる絶縁層２５２と、接続用の超電導線１３４と電界緩和カバー１５０との間に形成した絶縁紙からなる絶縁層２５３とを備える場合を示している。
なお、上記絶縁層２５１〜２５３の内で、いずれか一つ又はいずれか二つを設けても良い。
これらの絶縁層２５１〜２５３により、超電導ケーブル１０，１０の接続構造において、絶縁性能のさらなる向上を図ることができる。
【００５６】
[上記発明の実施形態における技術的効果]
上記超電導ケーブル１０，１０の接続構造では、超電導ケーブル１０，１０の第一の超電導導体層１３１，１３１同士と第二の超電導導体層１３２，１３２同士が、径方向に湾曲した接続用の超電導線１３３，１３４により懸架状態で接続されている。このため、接続用の超電導線１３３，１３４の湾曲部１３３ｂ，１３４ｂの膨らみの撓み変形により、ケーブルコア１１，１１が温度変化により伸縮した場合でも、中心線Ｃ方向の変化を許容し、各超電導導体層１３１，１３２に対する応力の集中を低減し、これらの破損を効果的に抑制することが可能となる。
また、接続用の超電導線１３３，１３４の湾曲部１３３ｂ，１３４ｂにより、ケーブルコア１１，１１の曲がり方向の変形の際にも、各超電導導体層１３１，１３２に対する応力の集中を低減し、これらの破損を効果的に抑制することが可能となる。
さらに、上記接続構造では、各接続用の超電導線１３３，１３４の外周を覆う電界緩和カバー１５０を設けているので、各接続用の超電導線１３３，１３４の湾曲部１３３ｂ、１３４ｂの径方向外側に凸状にとなる先端部の電界集中の発生を効果的に抑制することが可能である。
【００５７】
また、それぞれの超電導ケーブルの対向する端部側でそれぞれの第二の超電導導体層１３２の外周に導体リング１５１と１５２とを固定装備し、電界緩和カバー１５０の一端部を一方の導体リング１５１に固定し、電界緩和カバー１５０の他端部を他方の導体リング１５２に対して摺接状態で接続している。
このため、ケーブルコア１１，１１の長手方向の伸縮やケーブルコア１１，１１の曲げ方向の変形に際し、電界緩和カバー１５０の一端部が導体リング１５２に対して摺動し、接続位置を変化させることができるので、第二の超電導導体層１３２に対して電界緩和カバー１５０により応力の集中を低減することができる。これにより、各ケーブルコア１１，１１の変形や伸縮時にも、第二の超電導導体層１３２及びその下側の第一の超電導導体層１３１の破壊や破損を効果的に抑制することが可能となる。
【００５８】
また、上記接続構造では、各接続用の超電導線１３３，１３４がいずれも径方向外側に膨らんでいるため、フォーマ１４０，１４０に対して隙間を形成することができる。従って、フォーマ１４０，１４０の接続において、フォーマ１４０の外周面から凸となる（段差を有する）圧縮スリーブ１４１を使用することが可能となる。
これにより、フォーマ１４０，１４０の接続の方法が、周囲の水冷が必要となる溶接作業に制限されず、施工性を向上させることが可能となる。
【００５９】
また、上記接続構造では、外側となる第二の超電導導体層１３２，１３２同士を接続する接続用の超電導線１３４は、内側となる第一の超電導導体層１３１，１３１同士を接続する接続用の超電導線１３３よりも湾曲部の径が大きくなるように形成している。
このため、収縮時の内側となる接続用の超電導線１３３による干渉を低減することが可能である。また、外側となる接続用の超電導線１３４を容易に取り付けることが可能となり、施工性をより向上させることが可能となる。
【００６０】
また、接続用の超電導線１３３，１３４は、その許容曲げ径以上の範囲で湾曲した状態で第一の超電導導体層１３１，１３１の相互間や第二の超電導導体層１３２，１３２の相互間に取り付けられるので、超電導線の湾曲による破損などの発生を回避することができ、発熱等を抑え、安定的に大電流の送電を行うことが可能である。
【００６１】
［その他］
なお、本発明の適用は上述した実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えは、超電導ケーブル１０のケーブルコア１１の超電導導体層１３０は二層の場合に限らず、一層又は三層以上の多層としても良い。多層とする場合には、各層ごとに、接続用の超電導線により相互間を接続することが望ましい。
また、フォーマ１４０，１４０の接続は、圧縮スリーブ１４１を用いる場合に限らず、例えば、フォーマ１４０，１４０の先端部同士を溶接等により接続しても良い。
また、上記実施形態では、超電導ケーブル１０の超電導導体層１３０では、積層体の超電導線１００を用いているが、多芯線の超電導線（例えばＢｉ系超電導線）を用いてもよい。
また、上記超電導ケーブルの接続構造の各構成において例示した数値はいずれも一例であり、その数値に限定するものではなく、任意に変更可能である。
【符号の説明】
【００６２】
１０  超電導ケーブル
１１  ケーブルコア
１００  超電導線
１１３  電気絶縁層
１１３ａ，１１３ｂ  段部
１３０  超電導導体層
１３１  第一の超電導導体層
１３２  第二の超電導導体層
１３３，１３４  接続用の超電導線
１３３ａ，１３４ａ  接合部
１３３ｂ，１３４ｂ  湾曲部
１４０  フォーマ
１４１  圧縮スリーブ
１５０  電界緩和カバー
１５１，１５２  導体リング
１５４，１５７  開口部
２１０，２２０，２３０  第一〜第三の補強絶縁層
２４０  外部補強絶縁層
２５１，２５２，２５３  絶縁層
Ｃ  ケーブル中心線
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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