(57)【要約】【課題】簡単な設備で超電導ケーブル線路の健全性を評価することができる超電導ケーブル線路の試験方法を提供する。【解決手段】接続部30A〜30Cを有する超電導ケーブル線路に電源60により連続的に所定の通電パターンの直流電流を通電し、各接続部における温度を測定することにより各接続部の健全性を評価する。代表的には、接続部に欠陥のない第1超電導ケーブル線路を用意し、この第1超電導ケーブル線路に連続的に所定の通電パターンを有する第1直流電流を通電したときの通電時間と接続部の温度上昇との第1相関関係を求める。次に、接続部の健全性を評価する対象である第2超電導ケーブル線路に第1直流電流と同様の通電パターンを有する第2直流電流を通電したときの通電時間と接続部の温度上昇との第2相関関係を求める。そして、上記第1相関関係と第2相関関係とを比較する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
接続部を有する超電導ケーブル線路に連続的に所定の直流電流を通電し、接続部における温度を測定することにより接続部の健全性を評価することを特徴とする超電導ケーブル線路の試験方法。
【請求項２】
接続部に欠陥のない第1超電導ケーブル線路を用意し、
この第1超電導ケーブル線路に連続的に所定の通電パターンの第1直流電流を通電したときの通電時間と接続部の温度上昇との第1相関関係を求めておき、
接続部の健全性を評価する対象である第2超電導ケーブル線路に、第1直流電流と同様の通電パターンの第2直流電流を通電したときの通電時間と接続部の温度上昇との第2相関関係を求め、
第1相関関係と第2相関関係とを比較することで、第2超電導ケーブル線路における接続部の健全性を評価することを特徴とする請求項１に記載の超電導ケーブル線路の試験方法。
【請求項３】
接続部における温度の測定を、接続部近傍に設けた温度センサにより行なうことを特徴とする請求項１または２に記載の超電導ケーブル線路の試験方法。
【請求項４】
接続部を有する超電導ケーブル線路に連続的に所定の直流電流を通電し、超電導ケーブル線路の電気抵抗値を測定することにより接続部の健全性を評価することを特徴とする超電導ケーブル線路の試験方法。
【請求項５】
接続部に欠陥のない第3超電導ケーブル線路を用意し、
この第3超電導ケーブル線路に連続的に所定の通電パターンの第3直流電流を通電したときの通電時間と第3超電導ケーブル線路の電気抵抗値との第3相関関係を求め、
接続部の健全性を評価する対象である第4超電導ケーブル線路に、第3直流電流と同様の通電パターンの第4直流電流を通電したときの通電時間と第4超電導ケーブル線路の電気抵抗値との第4相関関係を求め、
第3相関関係と第4相関関係とを比較することで、第4超電導ケーブル線路における接続部の健全性を評価することを特徴とする請求項４に記載の超電導ケーブル線路の試験方法。
【請求項６】
請求項１に記載の超電導ケーブル線路の試験方法と、請求項４に記載の超電導ケーブル線路の試験方法とを併用することにより接続部の健全性を評価することを特徴とする超電導ケーブル線路の試験方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導ケーブル線路の試験方法に関する。特に、超電導ケーブル線路に連続的に所定の直流電流を通電することで超電導ケーブル線路の接続部における健全性を評価することができる試験方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電力ケーブルとして、常電導ケーブルよりも送電容量の高い超電導ケーブルを用いることが提案されている。超電導ケーブルとしては、例えば、特許文献１に記載のような3条の超電導ケーブルコアを撚り合せて断熱管に収納した構成の超電導ケーブルが挙げられる。
【０００３】
超電導ケーブルのケーブルコアは、中心から順にフォーマ、超電導導体、絶縁層、外部超電導層(シールド層)、保護層を備えている。通常、超電導導体およびシールド層は、いずれも超電導線材にて形成されている。また、絶縁層は、絶縁紙を巻回して構成され、所定の絶縁性能を確保している。一方、断熱管は、内管と外管とからなる二重管の間に断熱材が配置され、且つ二重管内が真空引きされた構成である。さらに、断熱管の外側には防食層が形成されている。このような超電導ケーブルにおいて、通常、内管とケーブルコアとで囲まれる空間が冷媒の流路となる。
【０００４】
上述の超電導ケーブルを用いた長距離に亘る電力線路（超電導ケーブル線路）は、複数の超電導ケーブルを接続部を介して一連長とすることで形成される。この超電導ケーブルの接続部には、異なるケーブルから引き出したケーブルコア同士を接続する中間接続部や、線路の端部で他の電力機器（常電導導体などの導電部材）に接続する終端接続部がある。
【０００５】
このような超電導ケーブル線路では、従来、ケーブル線路の健全性を評価するために、超電導ケーブルの絶縁性能を試験する耐電圧試験が行なわれていた。
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−５９６９５号公報（図５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、超電導ケーブル線路に通電される電流に着目して、超電導ケーブル線路の健全性を評価することはなされていなかった。
【０００８】
例えば、超電導ケーブル線路の接続部では、超電導導体同士を常電導体のスリーブや半田などを介して接続しているため、冷却時においても電気抵抗が生じる。このとき、接続部が正常に形成されていないと、電気抵抗が高くなり、接続部の破壊が生じる虞がある。また、超電導ケーブル線路の各接続部は、その接続状態により電気抵抗値が異なるので、各接続部を個別に評価して、ケーブル線路全体の健全性を評価することが望まれる。
【０００９】
ところで、超電導ケーブル線路の接続部の健全性を評価するために、交流電源を使用することは実質的に不可能である。
【００１０】
交流電源により線路に交流電流を流すためには、カレントトランスやコンデンサなどを使用した大規模な設備が必要になる。しかも、ケーブル線路の全長が長くなるほど大容量の発電能力が要求されるため、線路の健全性を評価する試験のために、線路の仕様（線路に最大流せる電流値）に則した設備を構築することは困難である。
【００１１】
また、超電導ケーブル線路に交流電流を通電した場合、線路のケーブル部（線路のうち、接続部以外の部分）でも交流損失が生じ、接続部での電気抵抗による損失がどの程度の割合で生じているのか判り難い。これは、超電導ケーブル線路のうち、ケーブル部の占める割合が圧倒的に大きいためである。
【００１２】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その主目的は、簡単な設備で超電導ケーブル線路の健全性を評価するための超電導ケーブル線路の試験方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、超電導ケーブル線路に所定の直流電流を連続的に通電させることで上記の目的を達成する。直流電流を通電したときに超電導ケーブル線路の接続部を評価する指標として、代表的には、[1]接続部の温度を測定すること、[2]ケーブル線路の電気抵抗値を測定すること、の２種類考えられる。従って、上記2種類の指標により超電導ケーブル線路の健全性を評価する構成を順次説明していく。
【００１４】
[1]  接続部における温度を指標とした場合
本発明の第一の構成に係る超電導ケーブル線路の試験方法は、接続部を有する超電導ケーブル線路に連続的に所定の直流電流を通電し、接続部における温度を測定することにより接続部の健全性を評価することを特徴とする。
【００１５】
上記のようになすことにより、超電導ケーブル線路のうち、ケーブル部では冷却されている通電時において電気抵抗がないため、ジュール損失による発熱が生じないが、接続部では電気抵抗があるためジュール損失による発熱が生じるようにすることができる。即ち、超電導ケーブル線路のうち、電力の損失が生じる箇所を接続部に限定することができ、且つ、接続部での発生熱を接続部の健全性を評価するための指標とすることができる。また、直流送電を行なう設備は、交流送電を行なう設備と比較して非常に小さく、且つ、簡単な構造を有しているため、容易に試験を行なうことができる。
【００１６】
上記超電導ケーブルの接続部の温度を測定することにより、接続部の健全性を評価する方法として、接続部の温度上昇を確認することが挙げられる。代表的には、接続部の健全性を評価する対象である超電導ケーブル線路の仕様と等価な超電導ケーブル線路を用意し、両ケーブル線路における温度上昇のパターン（相関関係）を比較する。
【００１７】
具体的には、以下の手順を行なうことにより接続部の健全性を評価する。
（1）  接続部に欠陥のない第1超電導ケーブル線路を用意し、この第1超電導ケーブル線路に連続的に所定の通電パターンの第1直流電流を通電したときの通電時間と接続部の温度上昇との第1相関関係を求める。
（2）  接続部の健全性を評価する対象である第2超電導ケーブル線路に、第1直流電流と同様の通電パターンの第2直流電流を通電したときの通電時間と接続部の温度上昇との第2相関関係を求める。
（3）  上記第1相関関係と第2相関関係とを比較する。
【００１８】
超電導ケーブル線路に直流電流を通電することにより、常電導材料で構成される接続部において、発熱が生じる。また、ケーブル線路に直流電流を連続的に通電することにより、時間の経過に伴って、接続部で温度が上昇する。この時間と温度との関係をグラフにした場合、所定の温度上昇パターンを有する相関関係を得ることができる。従って、第2超電導ケーブル線路から得られる温度上昇パターン（第2相関関係）が、第1超電導ケーブル線路から得られる温度上昇パターン（第1相関関係）と著しく異なる場合、第2超電導ケーブル線路の接続部に不具合があることがわかる。両線路の温度上昇パターンが異なると判断する基準としては、例えば、温度上昇パターンが描く曲線が全く異なる場合や、通電初期の温度上昇幅が所定値を超えている場合などである。
【００１９】
第1超電導ケーブルに通電する第1直流電流は、所定の通電パターンを有するようにする。例えば、直流電流の電流値を一定としたり、規則的に変動させたりする。規則的に変動させる例として、例えば、通電開始から所定の時間までを一定とし、その後、最初の電流値とは異なる一定の電流値を流すことなどが挙げられる。
【００２０】
第2超電導ケーブル線路に通電する第2直流電流は、第1超電導ケーブル線路に通電する第1直流電流と同様の通電パターンとする。このようになすことで、第1相関関係と第2相関関係とを比較することができる。
【００２１】
両相関関係を得るための第1直流電流と第2直流電流とは、同様の通電パターンを有していれば、その電流値が異なっていても良い。例えば、第1相関関係を得るための直流電流値を、第2相関関係を得るための直流電流値よりも大きくすることが挙げられる。この場合、第1相関関係を得るための条件の方が、第2相関関係を得るための条件よりも厳しいことになる。従って、両相関関係に大きな差異がなく、測定対象である第2超電導ケーブル線路の健全性が確認できた場合、第2超電導ケーブル線路について高い安全性が保障されることになる。
【００２２】
また、上述した両直流電流の電流値は、超電導ケーブル線路に使用する超電導ケーブルの仕様によって決定すれば良い。例えば、両直流電流の電流値は、実際にケーブル線路を運転する際にケーブル線路に流す最大の電流値（波高値）とすることが挙げられる。
【００２３】
その他、直流電流を通電するときに、第1超電導ケーブル線路と第2超電導ケーブル線路とで、冷媒の温度を異なるようにしても良い。この場合も、第1超電導ケーブル線路の冷媒の温度を高めに設定することで、第1相関関係を得るための条件を、第2相関関係を得るための条件よりも厳しくすることができる。その結果、両相関関係を比較したときに、第2超電導ケーブル線路の高い安全性評価を行なうことができる。
【００２４】
ところで、実際に超電導ケーブル線路を布設する際は、実線路を布設する前に、実線路に使用する超電導ケーブルを用いて小規模の試験線路を構築し、臨界電流値（Ic）の測定や課電試験などの予備試験を行なうことが考えられている。従って、試験線路を第1超電導ケーブル線路とし、実線路を第2超電導ケーブル線路とすることもできる。ここで、実線路においては、接続部を形成する空間の制約などにより、若干構成の異なる接続部が複数存在する場合がある。この場合、試験線路における予備試験の信頼性を高めるために、試験線路は、実線路において構成の異なる接続部の全てを少なくとも一つずつ備えるように構成することが好ましい。
【００２５】
また、実線路を交流で使用する場合、課電試験は、一般的に、交流電流を用いて行なわれる。本発明の試験方法を実施する場合、この課電試験に使用する電源を交流から直流に代えて、課電試験のデータを取得すると共に、第1相関関係および第2相関関係を得るようにすると良い。
【００２６】
上述した第1超電導ケーブル線路と、第2超電導ケーブル線路の接続部における温度を測定するためには、温度センサを用いると良い。温度センサとしては、例えば、熱電対や光ファイバなどが好適に利用可能である。
【００２７】
また、温度センサを設ける位置は、接続部近傍とすることが好ましい。例えば、後述する実施例のように、接続部に形成される補強絶縁層（異なる超電導導体同士を接続するスリーブの直上に配置される絶縁層）の上に、熱電対を設けたり、光ファイバを沿わしたりする。その他、温度センサは、接続部の位置にあるフォーマなどに配置しても良い。例えば、フォーマが中空のパイプである場合は、フォーマの内部に光ファイバを配置することが挙げられる。なお、温度センサとして光ファイバを使用すれば、超電導ケーブル線路の全長に亘って配置することが可能であり、ケーブル線路の接続部の温度を測定するだけでなく、超電導導体を冷却する冷媒の温度が所定の温度に達したかどうかを監視することもできる。
【００２８】
［2］  超電導ケーブル線路の電気抵抗値を測定する
上述した接続部の温度上昇を測定する以外に、接続部の電気抵抗値を測定することでも超電導ケーブル線路の健全性を評価することができる。一般に、電気抵抗値は、温度の上昇に伴って、大きくなることが知られている。この知見に基づき、本発明超電導ケーブル線路の試験方法について第二の構成を規定する。
【００２９】
即ち、本発明の第二の構成に係る超電導ケーブル線路の試験方法は、接続部を有する超電導ケーブル線路に連続的に所定の直流電流を通電し、超電導ケーブル線路の電気抵抗値を測定することにより接続部の健全性を評価することを特徴とする。
【００３０】
上記のようになすことにより、超電導ケーブル線路のうち、ケーブル部では電気抵抗がないため、超電導ケーブル線路全体の電気抵抗値を測定したとき、接続部の電気抵抗値のみを測定したことと同じになる。即ち、この電気抵抗値を接続部の健全性を評価するための指標とすることができる。
【００３１】
超電導ケーブル線路の電気抵抗値を測定することにより、接続部の健全性を評価する方法は、上述した接続部の温度に基づいて接続部の健全性を評価した場合と同様の手法を用いれば良い。具体的には、以下の手順により接続部の健全性を評価することができる。
【００３２】
（1）  接続部に欠陥のない第3超電導ケーブル線路を用意し、この第3超電導ケーブル線路に連続的に所定の通電パターンの第3直流電流を通電したときの通電時間と第3超電導ケーブル線路の電気抵抗値との第3相関関係を求める。
（2）  接続部の健全性を評価する対象である第4超電導ケーブル線路に、第3直流電流と同様の通電パターンの第4直流電流を通電したときの通電時間と第4超電導ケーブル線路の電気抵抗値との第4相関関係を求める。
（3）  第3相関関係と第4相関関係とを比較する。
【００３３】
この場合、欠陥のある接続部の電気抵抗値は、欠陥のない接続部の電気抵抗値と比較して高くなる。また、欠陥のある接続部では、すでに述べたように、直流電流の通電時間に伴って温度の上昇が生じる。このとき、接続部の温度上昇に伴って接続部の電気抵抗値も上昇するため、通電時間と接続部の電気抵抗値との関係をグラフにした場合、所定の電気抵抗値の上昇パターンを有する相関関係を得ることができる。従って、第3超電導ケーブル線路から得られる第3相関関係と第4超電導ケーブル線路から得られる第4相関関係とを比較することで、両ケーブル線路の接続部の健全性を評価することができる。
【００３４】
相関関係を得るときは、超電導ケーブル全体の電気抵抗値を測定しても良いし、各接続部における電気抵抗値を測定しても良い。前者の場合、線路の端部に電気抵抗測定装置を接続すれば良く、線路の接続部のいずれかに欠陥があるか否かが簡単にわかる。後者の場合、各接続部に電気抵抗測定装置を接続し、各接続部における欠陥の有無を確認することができる。
【００３５】
上述した第3超電導ケーブル線路と第4超電導ケーブル線路との関係は、本発明の第1の構成と同様に、前者を試験線路、後者を実線路としても良い。また、第3直流電流と第4直流電流との関係も、本発明の第1の構成と同様に、前者の通電条件（直流電流値や通電時の冷媒の温度）を、後者の通電条件よりも厳しくしても良い。この場合も、両相関関係に大きな差異がなく、測定対象である第4超電導ケーブル線路の健全性が確認できた場合、第4超電導ケーブル線路について高い安全性が保障されることになる。
【００３６】
ここで、試験線路を第3超電導ケーブル線路とした場合、試験線路に設ける各接続部の電気抵抗値を測定し、第3相関関係を得るようにすることが好ましい。試験線路は、実線路のように管路内に収める必要がないなど、構成の自由度が高いため、各接続部に電気抵抗測定装置を接続することが容易である。このようになすことにより、各接続部の構成に応じた高精度の第3相関関係を得ることができる。
【００３７】
一方、実線路を第4超電導ケーブル線路とした場合、実線路の接続部の数は、非常に多いため、ケーブル線路全体で、電気抵抗値を一括で測定し、第4相関関係を得ることが好ましい。この場合、ケーブル線路における各接続部の評価を行なうことはできないが、第4超電導ケーブル線路の第4相関関係を非常に簡単に得ることができる。つまり、ケーブル線路のいずれかの接続部に欠陥があるか否かを簡単に評価することができる。
【００３８】
上記のように、試験線路の各接続部から第3相関関係を取得し、実線路の全体から第4相関関係を取得した場合、両線路の接続部の数を考慮して両相関関係を比較する。具体的には、各接続部から得た第3相関関係の電気抵抗値を実線路における接続部の数だけ合算した仮想相関関係を求め、この仮想相関関係と、第4相関関係とを比較すれば良い。
【００３９】
なお、上述した接続部の温度を測定する超電導ケーブル線路の試験方法と、超電導ケーブル線路の電気抵抗値を測定する超電導ケーブル線路の試験方法を併用しても良い。
【発明の効果】
【００４０】
本発明の第一の構成に係る超電導ケーブル線路の試験方法によれば、このケーブル線路の欠陥を温度の変化として検知することができ、しかも、この温度の変化が生じる箇所をケーブル線路のうち、接続部に限定させることができる。従って、超電導ケーブル線路における接続部の健全性を正確に評価することができる。
【００４１】
また、本発明の第二の構成に係る超電導ケーブル線路に試験方法によれば、ケーブル線路のうち、ケーブル部では電気抵抗がないため、接続部における電気抵抗値のみを測定したことと同じになる。従って、超電導ケーブル線路における接続部の健全性を正確に評価することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
以下、超電導ケーブルを使用したケーブル線路における接続部の健全性を評価する試験方法を説明する。なお、以下に説明する実施例は、本発明の要旨を逸脱することなく、適宜変更することが可能である。また、図において同一符号は同一物を示す。
【００４３】
＜実施例１＞
本実施例では、実際に布設される超電導ケーブル線路（実線路）における接続部の健全性を評価する方法を説明する。本実施例では、接続部の温度上昇を健全性評価の指標とし、この温度の測定を熱電対により行う。
【００４４】
実線路を布設するにあたって、使用する超電導ケーブルの仕様や、実線路を布設するルートなどを考慮に入れて実線路を設計する。この設計に基づいて、まず初めに、実線路に使用する超電導ケーブルで小規模の試験線路を構築する。そして、試験線路において、臨界電流値の測定や課電試験を行い、超電導ケーブルの特性を確認する。もちろん、試験時は、試験線路を冷媒で冷却し、超電導状態としておく。本例では、後述するように、課電試験の際に、連続的な直流電流を通電し、課電試験のデータを取得すると共に、時間の経過に伴う接続部の温度上昇パターンを取得する。そして、この温度上昇パターンを超電導ケーブル線路の試験方法に使用する。
【００４５】
次いで、実線路を布設し、試験線路と同様に臨界電流値の測定試験や課電試験を行なう。実線路における課電試験においても、後述するように、時間の経過に伴う接続部の温度上昇パターンを取得する。この実線路と上述した試験線路は、長さが異なる以外は、超電導ケーブルの仕様や接続部の設計が同一であり、等価の線路であるとみなすことができる。
【００４６】
本例では、上述した試験線路を本発明の方法における第1超電導ケーブル線路とし、実線路を第2超電導ケーブル線路とする。試験線路および実線路の基本的構成を以下に示す。
【００４７】
≪超電導ケーブル≫
試験線路および実線路に使用する超電導ケーブルは、図１に示すように、3条の超電導ケーブルコア10を撚り合せて断熱管20に収納した、いわゆる3心一括型超電導ケーブルである。
【００４８】
超電導ケーブルコア10は、中心から順にフォーマ11、超電導導体12、絶縁層13、シールド層14、保護層15を備える。その他、図示していないが、超電導導体12の直上に内部半導電層を、シールド層14の直下に外部半導電層を設けている。
【００４９】
フォーマ11は、絶縁被覆した銅線を撚り合せて形成する。超電導導体12およびシールド層14は、Bi2223系Agテープ線材などを巻回することで形成する。また、絶縁層13は、クラフト紙にプラスチックフィルムをラミネートしたPPLP（住友電気工業株式会社の登録商標）を多層に巻回することで形成する。保護層15は、クラフト紙を多層に巻回することで形成する。なお、これらの材料は、超電導ケーブルの仕様によって適宜変更することができる。
【００５０】
一方、超電導ケーブルコア10を収納する断熱管20は、コルゲート構造の内管21と外管22からなる二重管構造を有している。また、内管21と外管22との間にはスーパーインシュレーション（商品名）などの断熱材が配置される。そして、内管21と上述したケーブルコア10とで囲まれた空間16が液体窒素などの冷媒の流路になる。外管22の外周には、防食層23を設けている。
【００５１】
≪接続部≫
このような超電導ケーブル1を用いて中間接続部30を形成する（図２を参照）。中間接続部30は、2つの超電導ケーブルコア10の端部を突き合わせて接続することにより形成される。ケーブルコア10の端部を接続するとき、ケーブルコア10の端部は段剥ぎされており、フォーマ、超電導導体12、絶縁層13、シールド層14が露出された状態となっている。
【００５２】
露出された構成のうち、2つのケーブルコア10のフォーマと超電導導体12は、中空の接続スリーブ32に挿入されており、このスリーブ32の内部には半田が流し込まれている。即ち、一方のケーブルコア10のフォーマおよび超電導導体12は、それぞれ他方のケーブルコア10のフォーマおよび超電導導体12に、接続スリーブ32と半田を介して接続されている。スリーブ32と半田は常電導材料で構成されているので、ケーブルコア10に通電した場合、スリーブ32と半田の部分でジュール損失による発熱が生じる。ここで、半田の量が不十分であったり、スリーブ32への超電導導体12の挿入量が不十分であるなどの不具合が生じた場合、ケーブルコア10に通電すると、この不具合の生じた箇所において急激な温度上昇を起こす。
【００５３】
中間接続部30における絶縁は、絶縁層13および接続スリーブ32近傍の外周に形成される補強絶縁層31により維持されている。絶縁層13の端部には、ペンシルダウン部13pが形成されている。一方、補強絶縁層31は、スリーブ32、超電導導体12および絶縁層13の一部を覆うように形成されている。また、補強絶縁層31は、その両端部が端部に向かって先細りのテーパ状に形成したストレスコーン部31pを有している。
【００５４】
また、補強絶縁層31の外周にCu編素線が巻回され、このCu編素線とシールド層14とがストレスコーン部の立ち上がり部分で半田により接続されている。即ち、2つのケーブルコア10のシールド層14がCu編素線を介して導通された状態となっている。ここで、Cu編素線で構成されるシールド接続層の外周側の空間は、比較的余裕がある。従って、シールド層14の接続箇所の形成は、余裕を持って行なうことができるので、この位置で接続不良が生じる可能性は低い。
【００５５】
さらに、接続部30を介して接続されることで一連長となった超電導ケーブルコア10の外周全体を覆うように図示しない断熱構造が設けられている。この断熱構造は、後述する熱電対の信号線を断熱構造の外部に引き出すことができる構造を有している。もちろん、断熱構造は、この引き出し構造を有していても、断熱構造の真空を維持することができる構造である。この断熱構造と超電導ケーブルコア10との間が液体窒素などの冷媒の流路となる。
【００５６】
≪温度センサ：熱電対≫
本例では、さらに、上述した構成を有する超電導ケーブル線路において、接続部の温度を測定するための温度センサ（熱電対40）を設置する。具体的には、図３に示すように、熱電対40を、補強絶縁層31が設けられている位置にあるシールド接続層14c（Cu編素線）の直上に設置する。熱電対40からは、熱電対40による測定結果を外部に出力する信号線（図示せず）が延びており、この信号線は断熱構造の引き出し構造を介して外部に引き出される。
【００５７】
熱電対40をシールド接続層14cの直上に設けた場合、シールド接続層14cのCu編素線も発熱するため、熱電対40は、接続スリーブ32と半田による発熱を検知するだけでなく、シールド接続層14cのCu編素線の発熱も感知する。しかし、シールド接続層14cのCu編素線では、前述のように接続不良が生じる可能性が低いため、所定の温度上昇度合いを有する。従って、本例の構成では、主として超電導導体12の接続部分での不具合を検知することができる。
【００５８】
≪実線路≫
実線路は、すでに述べたように、使用する超電導ケーブルの仕様や、実線路を布設するルートなどを考慮して設計される。ここで、布設ルートの制約などにより、実線路の各接続部の構成に若干の相違点が生じることがある。例えば、接続部の補強絶縁層の厚さが異なる場合などがある。
【００５９】
≪試験線路≫
試験線路は、実線路の接続部のうち、構成の異なる接続部の全てを少なくとも一つずつ備えるように構成される。図４に、試験線路の構築例を示す。例えば、実線路において、補強絶縁層の厚さが異なるなどの理由により、3種類の中間接続部が存在する場合、試験線路には、この3種類の接続部に対応した中間接続部30A、30B、30Cを一つずつ設ける。
【００６０】
≪直流電源≫
超電導ケーブル線路（本例では、実線路、試験線路）に接続する直流電源は、定電流を所定時間維持することができる電源を使用する。例えば、商用交流電源の交流を直流に変換する電源である。直流電源は、交流電源と比較して、非常に簡単に超電導ケーブル線路に接続できる。例えば、三心一括型の超電導ケーブルを使用した線路であれば、図４に示すように接続すれば良い。図４は試験線路に直流電流を接続した一例を示す図である。この場合、電源60の一方の端子を、超電導ケーブル線路を構築する二心のケーブルコアのうち、一方のコアにおける一端側の終端部50Aの超電導導体12Aに、電源60の他方の端子を、他方のコアにおける一端側の終端部50Bの超電導導体12Bに接続する。そして、他端側の終端部51Aと、他端側の終端部51Bの超電導導体12A,12Bを接続し、二心のケーブルコアの超電導導体で閉回路を形成すれば良い。また、三心のうち、残りの一心における接続部についても、他の二心のコアのうち、いずれか一心のコアを用いて閉回路を形成すれば良い。
【００６１】
≪超電導ケーブルの接続部試験方法の手順≫
まず、上述した基本構成を有する試験線路（第1超電導ケーブル線路）で行なう課電試験において、交流を通電する代わりに、直流電流（第1直流電流）を所定の時間通電する。直流電流は、一定で連続的であり、その電流値は、実線路で想定される最大の電流値（波高値）である。直流電流の通電により、常電導材料からなるスリーブおよび半田が発熱し、徐々に昇温される。この発熱が補強絶縁層に伝導して熱電対により温度上昇が検知される。そして、通電時間と接続部の温度上昇の関係から、時間の経過に伴う接続部の温度上昇のパターン、即ち、第1相関関係を取得しておく。
【００６２】
一方、試験線路での所定の試験が終了した後に構築される実線路（第2超電導ケーブル線路）で、試験線路と同様に所定の試験を行なう。このとき、実線路で行なう課電試験においても、第1相関関係を得るために用いた第1直流電流と同一の直流電流（第2直流電流）を通電する。そして、通電時間と実線路の接続部における温度上昇の関係から、時間の経過に伴う接続部の温度上昇パターン（第2相関関係）を取得する。
【００６３】
このようにして得られた第1相関関係と第2相関関係とを比較して、実線路における接続部の健全性を評価する。図５は、時間経過に伴う接続部の温度上昇のパターンを示すグラフである。図５の実線は、接続部が正常に形成されたときの温度上昇のパターンを、破線と一点鎖線は、接続部に不具合があるときの温度上昇パターンを示す。本例の試験線路（第1超電導ケーブル線路）では、接続部に不具合がないようにしているので、図５の実線の温度上昇パターン（第1相関関係）を示す。一方、実線路においても、接続部に不具合がない場合、実線で示された温度上昇パターン（第2相関関係）を有することになる。
【００６４】
ところで、実線路の接続部に、例えば、超電導導体同士を接続する半田の量が十分でないなどの不具合がある場合、接続部の電気抵抗が高いため、通電開始から急激な温度上昇を示す（破線を参照）。この温度上昇パターン（破線）と、試験線路の温度上昇パターン（実線）を比較すると、両者の相違が明らかである。従って、超電導ケーブル線路の接続部の状態、即ち、ケーブル線路全体の健全性を評価することができる。
【００６５】
さらに、実線路の接続部に不具合がある場合、図５の一点鎖線に示すような温度上昇パターンとなることがある。一点鎖線で示す温度上昇パターンも、第1相関関係を示す実線とは明らかに異なるので、ケーブル線路の接続部の状態を評価することができる。なお、一点鎖線で示す温度上昇パターンでは、温度上昇の途中でさらに急激な温度上昇が生じている。このとき、接続部の温度がクエンチレベルに達しており、接続部の近傍にある超電導導体が、超電導状態から常電導状態に転移することで発熱していると考えられる。そのため、常電導状態に転移した超電導導体における発熱が接続部に伝導したことにより、急激な温度上昇が生じていると考えられる。
【００６６】
以上のように、実線路と、実線路の布設の際に構築する試験線路とを用いて、接続部における温度上昇パターンを比較することで、実線路の接続部の健全性を容易に評価することができる。
【００６７】
なお、超電導ケーブル線路には、中間接続部の他に、ケーブル線路の両端部で、他の電力機器などと接続する終端接続部が存在する。もちろん、本発明の超電導ケーブル線路の試験方法は、終端接続部にも適用できる。
【００６８】
＜変形例１−１＞
本変形例では、さらに、実施例１とは異なる箇所に熱電対を設けた超電導ケーブル線路を説明する。以下に、実施例１の超電導ケーブル線路との構成の相違点についてのみ説明する。
【００６９】
本例の超電導ケーブル線路は、図６に示すように、補強絶縁層31の上に熱電対40を設置し、その熱電対40の上にさらにPPLPを巻回して追加絶縁層31Aを形成する。そして、追加絶縁層31Aの外周にCu編組線を巻回してシールド接続層14cを形成し、シールド層を延長する。この場合、熱電対40の信号線が追加絶縁層31Aの内部から外部に向かって延びることになる。従って、信号線と追加絶縁層31Aとの間に隙間が出来て絶縁の弱点とならないようにする。例えば、信号線の引き出し方向が、追加絶縁層31Aを構成するPPLPとシールド接続層14cをつくるCu編素線の巻回方向に一致するようにして、信号線がPPLPとCu編素線の隣接するターンの間から引き出されるようにすると良い。
【００７０】
本変形例１−１の構成により、熱電対40とシールド接続層14cとが直接接触することがないので、取得する温度パターン（相関関係）がシールド接続層14cのCu編素線で生じた熱の影響を受け難い。また、補強絶縁層31を構成した上に熱電対40を設置しているので、補強絶縁層31の絶縁性能を損なう虞がない。
【００７１】
その他、試験線路（第1超電導ケーブル線路）の各接続部において、温度センサを設ける位置を異ならせて、複数の第1相関関係を得るようにしても良い。例えば、温度センサを設ける位置を、あるケーブル線路の接続部では、実施例１に記載の位置とし、他のケーブル線路の接続部では、変形例１−１に記載の位置として、温度センサを設ける位置に応じた複数の第1相関関係を得るようにしても良い。
【００７２】
＜実施例２＞
本実施例２では、温度センサとして分布型光ファイバ温度計測システム（DTS）を使用した場合を説明する。DTSは、光ファイバそのものを温度センサとして、光ファイバに沿った連続的な温度分布を測定できるシステムである。具体的には、光ファイバの一端側からパルス光を入射したとき、光ファイバの各位置から反射されるラマン後方散乱光を入射側で測定する。そして、反射された散乱光をデータ解析することで、反射された位置と、この位置での温度を測定することができる。
【００７３】
本例では、超電導ケーブルのフォーマとして、中空の金属パイプを使用した場合を説明する。この場合、フォーマ以外の超電導ケーブルの基本的構成と、超電導ケーブル線路の接続部の健全性を評価する方法は、実施例１と同様である。従って、本例では、超電導ケーブル線路の中間接続部における光ファイバの配置状態のみ説明する。
【００７４】
図７は、接続スリーブ33の部分を拡大した断面図である。図７に示すように、異なる超電導ケーブルのフォーマ11pが突き合わされた状態で接続されている。フォーマ11pは中空の金属パイプであり、その内部に光ファイバ42が配置されている。また、フォーマ11pの内部は冷媒の流路である。
【００７５】
このような中間接続部を形成するには、まず初めに、異なるフォーマ11pの内部から光ファイバ42を所定長引き出して、この光ファイバ42同士を接続する。次に、光ファイバ42のたるみをなくした状態にして、光ファイバがフォーマ11pの内壁面に接触するようにして、２つのフォーマ11pを接続する。図７では、光ファイバ42は、フォーマ11pの内面（図7では紙面奥側）に接触するとともに、光ファイバ42の接続部42cは、ほぼフォーマ11pの接続部11cに対応する位置に配置される。そして、フォーマ11pと超電導導体12の外周を覆うように接続スリーブ33を配置し、スリーブ33の内部に半田34を流し込んで超電導導体12を接続する。なお、図示していないが、スリーブ33の外周には補強絶縁層が形成される。
【００７６】
本例の構成となすことにより、超電導ケーブル線路の接続部における温度を測定することができるだけでなく、線路の全長に亘って冷媒の温度を監視することができる。また、光ファイバ42がフォーマ11pの内部に配置されているので、スリーブの外周に形成される補強絶縁層の絶縁性能を低下させる虞がない。さらに、光ファイバを使用した場合、ケーブル線路の全長に亘って冷媒の温度を監視することもできる。
【００７７】
その他、例示しないが、光ファイバを超電導ケーブルコアの外周、即ち、超電導ケーブルコアと断熱構造との間で、ケーブルコアの長手方向に沿わせるように配置してもかまわない。このとき、シールド層の外周に光ファイバを巻回するように配置すると、通電により発熱する箇所であるスリーブ33の位置に光ファイバを多く配置することができる。一般に、光ファイバを使用したDTSは、距離分解能に一定の限界があるが、スリーブ33の箇所に光ファイバが多く配置されているため、正確に接続部の温度を測定することができる。なお、この光ファイバを用いた温度の測定は、実施例1についても適用できる。
【００７８】
＜実施例３＞
実施例３では、超電導ケーブル線路の電気抵抗値を、超電導ケーブル線路の健全性を評価するための指標とする。本例の超電導ケーブル線路の構成は、実施例１と同様である。また、実線路を第4超電導ケーブル線路とし、試験線路を第3超電導ケーブル線路とする。この実線路と試験線路との関係も、実施例１と同様である。
【００７９】
試験線路（第3超電導ケーブル線路）における電気抵抗値を測定するときは、図4に示すように、黒丸A1と黒丸A2の位置、黒丸A2と黒丸A3の位置、黒丸A3と黒丸A4の位置にそれぞれ電気抵抗測定装置を接続し、接続部30A、30B、30Cの電気抵抗値を測定する。また、この電気抵抗値を経時的に測定して、所定の電気抵抗値の上昇パターン（第3相関関係）を取得する。この場合、第3相関関係は、各接続部における通電時間と電気抵抗値との相関関係である。
【００８０】
一方、実線路（第4超電導ケーブル線路）における電気抵抗値を測定するときは、2条のケーブルコアで形成した閉回路においてコアの終端部に電気抵抗測定装置を並列に接続し、ケーブル線路の全体に亘って電気抵抗値を測定すれば良い。具体的には、試験線路を示す図である図4の黒丸Aと黒丸Bの位置に相当する位置にある実線路の超電導導体に電気抵抗測定装置を接続する。この場合、超電導ケーブル線路に形成される全ての接続部の電気抵抗値を測定することになる。実線路においても、電気抵抗値を経時的に測定して、所定の電気抵抗値の上昇パターン（第4相関関係）を取得する。この第4相関関係は、超電導ケーブル線路全体における通電時間と電気抵抗値との相関関係である。
【００８１】
上記第3相関関係と第4相関関係とを比較するときは、実施例１のように、グラフを使用して両相関関係のずれから接続部の健全性を評価するようにすれば良い。このとき、第3超電導ケーブル線路と第4超電導ケーブル線路における接続部の数の相違を考慮に入れて、両相関関係を比較する。即ち、実線路に設けられる接続部30A,30B,30Cの数だけ電気抵抗値を合算した相関関係（仮想相関関係）を求める。そして、仮想相関関係と第4相関関係とを比較する。
【００８２】
本例の構成によれば、超電導ケーブル線路の健全性の評価に電気抵抗値を使用することができる。一般に、電気抵抗値を測定する機器は、温度センサと比較して分解能が高い。従って、ケーブル線路の健全性の評価を非常に高精度に行なうことができる。
【００８３】
また、本発明の構成によれば、非常に簡単に実線路の健全性を評価することができる。もちろん、本実施例３の電気抵抗値を測定する構成と、上述した実施例１の温度を測定する構成とを併用してもかまわない。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明は、超電導ケーブルを用いてケーブル線路を布設した際、このケーブル線路の健全性を評価することに好適に利用可能である。また、本発明は、AC、DC用ケーブル線路の両方の健全性を評価することに利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】図１は、超電導ケーブルの断面図である。
【図２】図２は、超電導ケーブル線路の接続部の部分模式断面を示す部分拡大図である。
【図３】図３は、実施例１の超電導ケーブル線路の接続部の部分模式断面を示す部分拡大図である。
【図４】図４は、三心一括型の超電導ケーブルで構築した試験線路（超電導ケーブル線路）に直流電源を接続した状態を表す模式図である。
【図５】図５は、超電導ケーブル線路に連続的な直流電流を通電したときの、時間経過に伴う接続部の温度上昇パターンを示すグラフである。
【図６】図６は、変形例１−１の超電導ケーブル線路の接続部の部分模式断面を示す部分拡大図である。
【図７】図７は、実施例２の超電導ケーブル線路の接続部を示す部分拡大図である。
【符号の説明】
【００８６】
1  超電導ケーブル
10  超電導ケーブルコア
11  フォーマ  12  超電導導体  13  絶縁層  13p  ペンシルダウン部
14  シールド層  15  保護層  14c  シールド接続層  16  空間
20  断熱管  21  内管  22  外管  23  防食層
11p  フォーマ  11c  接続部
30,30A,30B,30C  中間接続部  31  補強絶縁層  31p  ストレスコーン部
31A  追加絶縁層  32,33  接続スリーブ  34  半田
40  熱電対  42  光ファイバ  42c  接続部
50A,50B,51A,51B  終端部  12A,12B  超電導導体  60  電源
【図１】
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【図２】
2008026218.tif 000004
【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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