(57)【要約】【課題】熱損失を低減できる超電導ケーブルを提供する。【解決手段】超電導導体層を備え、かつ超電導シールド層を有さない単心の導体部と、前記導体部を収納すると共に、前記超電導導体層を超電導状態になる所定の温度に冷却する冷媒が充填される金属製の内管を備える断熱管と、前記導体部の外周と前記内管の内周との間に介在されて、前記超電導導体層が超電導状態にあるときにおける前記内管に対する前記導体部の位置を所定の位置に保持する位置決め部材とを備える超電導ケーブル。【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、かつ超電導シールド層を有さない単心の導体部と、
前記導体部を収納すると共に、前記超電導導体層を超電導状態になる所定の温度に冷却する冷媒が充填される金属製の内管を備える断熱管と、
前記導体部の外周と前記内管の内周との間に介在されて、前記超電導導体層が超電導状態にあるときにおける前記内管に対する前記導体部の位置を所定の位置に保持する位置決め部材とを備える超電導ケーブル。
【請求項２】
前記位置決め部材の構成材料は、電気絶縁材、又は電気伝導率が５ＭＳ／ｍ以下の非磁性金属である請求項１に記載の超電導ケーブル。
【請求項３】
前記位置決め部材は、前記内管の周方向にみて、前記導体部の外周と前記内管の内周との間の距離が実質的に同一になるように配置される同軸位置決め部材を備える請求項１又は請求項２に記載の超電導ケーブル。
【請求項４】
前記超電導ケーブルは、複数の他の前記超電導ケーブルを組み合わせて送電路に利用されるものであり、
少なくとも一つの前記超電導ケーブルにおける前記位置決め部材は、前記内管の周方向にみて、前記導体部の外周と前記内管の内周との間の距離が不均一になるように配置される偏心位置決め部材を備える請求項１又は請求項２に記載の超電導ケーブル。
【請求項５】
前記位置決め部材の構成材料は、常温よりも低い温度で膨張するものである請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の超電導ケーブル。
【請求項６】
前記位置決め部材は、前記導体部の外周に５００ｍｍ以上のピッチで巻回されて配置されている請求項１〜請求項５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、送電路などに利用される超電導ケーブルに関する。特に、熱損失を低減できる超電導ケーブルに関する。
【背景技術】
【０００２】
超電導ケーブルは、常電導ケーブルに比較して小型でありながら、大容量の電力を低損失で送電可能なことから、省エネルギー技術として期待されている。超電導ケーブルは、代表的には、超電導導体層を有するケーブルコアと、このコアを収納し、上記超電導導体層を超電導状態に維持する液体窒素などの冷媒が充填される真空断熱管とを備える。真空断熱管は、内管と外管とを備え、両管の間が真空引きされた二重構造の金属管（例えば、ステンレス鋼管、特許文献１）が代表的である。従来、一つの断熱管に１本のコアを収納した単心ケーブル（特許文献１）、複数本のコアを一括して収納した多心ケーブルが検討されている。
【０００３】
交流送電路に利用される超電導ケーブルに備えるケーブルコアは、代表的には、超電導導体層の外周に電気絶縁層を介して超電導シールド層を備える。昨今、特許文献１に記載されるように、超電導シールド層を備えていないケーブルコアも検討されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１０７０６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載されるような超電導シールド層を備えていない超電導ケーブルに対して、熱損失を低減できることが望まれる。
【０００６】
上述の超電導シールド層を備える超電導ケーブルを交流送電に用いた場合には、超電導導体層に流れる電流と逆向きの電流が超電導シールド層に誘起されて、この誘導電流がつくる磁場によって、超電導導体層に流れる電流がつくる磁場（以下、磁場ＭＣと呼ぶことがある）を打ち消すことができる。そのため、この超電導ケーブルでは、磁場Ｍｃに基づいて内管に鎖交し得る磁束、特に垂直方向の磁束（磁場Ｍｃの垂直成分（＝垂直磁場））が十分に少なく、上記垂直方向の磁束に基づいて金属製の内管に生じ得る渦電流も十分に少なくなる。従って、仮にケーブルコアがその自重によって断熱管の内管内の下方に偏在しているような場合であっても、超電導シールド層を備えていれば、内管の渦電流が少ない。
【０００７】
一方、超電導シールド層を備えていない超電導ケーブル（以下、シールドレス超電導ケーブルと呼ぶことがある）は、超電導線材の使用量を減らせることから、より小径で軽量なケーブルにできる、製造性に優れる、曲げ易くなってドラムへの巻取や布設作業などの作業性に優れる、といった効果が期待できる。しかし、シールドレス超電導ケーブルを交流送電に用いた場合に上述のように内管内にケーブルコアが偏在していると、磁場Ｍｃに基づいて内管に鎖交し得る垂直方向の磁束が多くなるために金属製の内管に生じ得る渦電流も多くなり易い。
【０００８】
ここで、超電導ケーブルの運転時、断熱管の内管内に保持する液体窒素などの冷媒は、その温度を超電導導体層が超電導状態を維持できる温度（以下、運転冷媒温度と呼ぶことがある）に維持する必要がある。上述の渦電流によって内管が発熱すると、冷媒温度が所定の運転冷媒温度よりも高くなり得ることから、この発熱分を打ち消すために冷媒を十分に冷却する必要があり、冷媒を冷却する冷凍機の負荷が増大する。このように上述の渦電流の増大はひいては冷凍機の負荷の増大を招くことから、熱損失、特に内管に生じ得る渦電流損を低減できるシールドレス超電導ケーブルが望まれる。
【０００９】
そこで、本発明の目的の一つは、熱損失を低減でき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】
【００１０】
本発明の一態様に係る超電導ケーブルは、超電導導体層を備え、かつ超電導シールド層を有さない単心の導体部と、前記導体部を収納すると共に、前記超電導導体層を超電導状態になる所定の温度に冷却する冷媒が充填される金属製の内管を備える断熱管と、前記導体部の外周と前記内管の内周との間に介在されて、前記超電導導体層が超電導状態にあるときにおける前記内管に対する前記導体部の位置を所定の位置に保持する位置決め部材とを備える。
【発明の効果】
【００１１】
上記の超電導ケーブルは、熱損失を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態１の超電導ケーブルを模式的に示す横断面図である。
【図２】複数の超電導ケーブルを近接配置した状態を模式的に示す横断面図であり、超電導ケーブルとして、実施形態１の超電導ケーブルと、実施形態２の超電導ケーブルとを備える場合を示す。
【図３】超電導シールド層を有していない単心超電導ケーブルについて、内管に対して導体部の位置をずらした場合の内管に対する導体部の偏心量と、内管の損失との関係を示すグラフである。
【図４】超電導シールド層を有していない３本の単心超電導ケーブルを近接配置して、各ケーブルについて各内管に対して導体部の位置をずらした場合の各内管に対する各導体部の偏心量と、３本の内管の損失の平均値との関係を示すグラフである。
【図５】超電導シールド層を有していない３本の単心超電導ケーブルを近接配置して、１本の単心超電導ケーブルについて内管に対して導体部の位置をずらした場合の内管に対する導体部の偏心量と、３本の内管の損失の平均値との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
［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。
（１）本発明の一態様に係る超電導ケーブルは、超電導導体層を備え、かつ超電導シールド層を有さない単心の導体部と、上記導体部を収納すると共に、上記超電導導体層を超電導状態になる所定の温度に冷却する冷媒が充填される金属製の内管を備える断熱管とを備える。更に、この超電導ケーブルは、上記導体部の外周と上記内管の内周との間に介在されて、上記超電導導体層が超電導状態にあるときにおける上記内管に対する上記導体部の位置を所定の位置に保持する位置決め部材とを備える。
所定の位置とは、位置決め部材が無い場合に比較して、自身の磁場Ｍｃに基づいて、又は自身の磁場Ｍｃと別のシールドレス超電導ケーブルの磁場Ｍｃとに基づいて、自身の内管に鎖交し得る垂直方向の磁束を低減できる位置が挙げられる。
【００１４】
上記の超電導ケーブルは、一つの断熱管に１本の導体部が収納された単心ケーブルであり、この導体部が超電導シールド層を備えていないシールドレス超電導ケーブルである。そして、この超電導ケーブルは、運転時などで、超電導導体層が超電導状態に維持された状態において、位置決め部材によって、内管に対して導体部が所定の位置に位置決めされている。そのため、上記の超電導ケーブルは、内管に対する導体部の位置によって、自身の磁場Ｍｃに基づいて自身の内管に鎖交し得る磁束、特に垂直方向の磁束が十分に少なかったり、自身の磁束Ｍｃを別のシールドレス超電導ケーブルの磁場Ｍｃによって打ち消すことで自身の内管に鎖交し得る磁束、特に垂直方向の磁束を低減したりすることができる。従って、上記の超電導ケーブルは、超電導シールド層を備えていないものの、内管に生じ得る渦電流損を効果的に低減でき、熱損失を低減できる。
【００１５】
（２）上記の超電導ケーブルの一例として、上記位置決め部材の構成材料が電気絶縁材、又は電気伝導率が５ＭＳ／ｍ（メガジーメンス／メートル）以下の非磁性金属である形態が挙げられる。
【００１６】
位置決め部材が電気絶縁材料によって構成される場合には、磁場Ｍｃに基づく磁束が位置決め部材に鎖交しても位置決め部材自体に渦電流が実質的に流れない、又は非常に少ない。上記の形態は、位置決め部材自体に渦電流損が実質的に生じず、熱損失をより低減し易い。
【００１７】
位置決め部材が、電気伝導率が５ＭＳ／ｍ以下といった低導電性の非磁性金属によって形成される場合には、非磁性であるため、磁場Ｍｃに基づく磁束が位置決め部材に鎖交しても位置決め部材自体にヒステリシス損が発生せず、かつ低導電性であるため、位置決め部材自体に渦電流が流れ難い。上記の形態は、位置決め部材が特定の金属で構成されることで、位置決め部材自体に生じる渦電流損が少なく、熱損失を低減できる。
【００１８】
上記の低熱伝導性の非磁性金属が例えばＳＵＳ３１６といった高強度材であれば、位置決め部材をテンションメンバ（詳細は後述）に兼用できる。この場合、上記形態は、部品点数の削減による小型化、製造性の向上も図ることができる。
【００１９】
（３）上記の超電導ケーブルの一例として、上記位置決め部材は、上記内管の周方向にみて、上記導体部の外周と上記内管の内周との間の距離が実質的に同一になるように配置される同軸位置決め部材を備える形態が挙げられる。
【００２０】
上記形態は、同軸位置決め部材によって、いわば内管の中心に対して導体部の中心が一致するように配置された同軸状態にあるといえる。同軸状態の超電導ケーブルでは、磁場Ｍｃが主として内管に対して平行磁場となり、内管に対して垂直方向の磁束が実質的に無い、又は十分に少ない。従って、上記形態は、熱損失をより低減し易い。
【００２１】
（４）上記の超電導ケーブルの一例として、上記超電導ケーブルは、複数の他の上記超電導ケーブルを組み合わせて送電路に利用されるものであり、少なくとも一つの上記超電導ケーブルにおける上記位置決め部材は、上記内管の周方向にみて、上記導体部の外周と上記内管の内周との間の距離が不均一になるように配置される偏心位置決め部材を備える形態が挙げられる。
【００２２】
上記形態は、偏心位置決め部材によって、いわば内管の中心に対して導体部の中心がずれて配置された偏心状態にあるといえる。後述する試験例に示すように、複数のシールドレス超電導ケーブルを正三角形状などに近接配置させる場合には、同軸状態の超電導ケーブルのみを組み合わせる場合よりも、偏心位置を適切に調整した偏心状態のケーブルを含む方が熱損失を低減できる、との知見を得た。従って、上記形態は、熱損失をより低減できる。
【００２３】
（５）上記の超電導ケーブルの一例として、前記位置決め部材の構成材料は、常温よりも低い温度で膨張するものである形態が挙げられる。
【００２４】
上記の構成材料は、常温よりも低い温度環境では常温環境に比較して体積が大きいものである。このような低温膨張特性を利用して、冷却前の位置決め部材の大きさを調整することで、上記形態は、製造性に優れる（詳細は後述する）。
【００２５】
（６）上記の超電導ケーブルの一例として、上記位置決め部材は、上記導体部の外周に５００ｍｍ以上のピッチで巻回されて配置されている形態が挙げられる。
【００２６】
上記形態は、巻回ピッチが十分に大きく、位置決め部材が導体部に縦添えに近い状態で配置されるため、位置決め部材によって冷媒の流通を阻害し難い。冷媒が良好に流通できるため、超電導導体層を十分に冷却できて、上記形態は、冷凍機の負荷を低減できる。また、上記形態は、導体部の外周に位置決め部材となる長尺材を巻回することで、導体部と位置決め部材との一体化物を容易に形成できる。この一体化物を断熱管の内管内に引き込むことで導体部と位置決め部材とを同時に内管内に収納できて、製造性にも優れる。
【００２７】
［本発明の実施形態の詳細］
以下に図面を参照して、本発明の実施形態の具体例を説明する。図において同一符号は同一名称物を意味する。
【００２８】
［実施形態１］
以下、図１を参照して、実施形態１の超電導ケーブル１を説明する。
（全体構成）
実施形態１の超電導ケーブル１は、超電導導体層１２を備える導体部１０と、導体部１０を収納すると共に、超電導導体層１２を超電導状態になる所定の温度に冷却する冷媒５０が充填される断熱管２０とを備える。超電導ケーブル１は、一つの断熱管２０に収納される導体部１０の個数が１本である単心ケーブルであり、単相交流送電や多相交流送電の各相の送電（後述の実施形態２参照）などに利用される。断熱管２０は、導体部１０を収納すると共に冷媒５０が充填される金属製の内管２１と内管２１の外周を覆う外管２２とを備え、両管２１，２２間に真空断熱層を備える二重構造管である。
【００２９】
実施形態１の超電導ケーブル１は、導体部１０が超電導シールド層を有しておらず、かつこの導体部１０を内管２１内の所定の位置に保持する位置決め部材３を備える点を特徴の一つとする。まず導体部１０，断熱管２０を説明し、次に位置決め部材３を詳細に説明する。
【００３０】
（導体部）
この例の導体部１０は、図１に示すように、中心から順にフォーマ１１、超電導導体層１２、電気絶縁層１３を備え、これらが同軸状に配置されて導体部１０の主要部を構成する。この例では、超電導導体層１２と電気絶縁層１３との双方が断熱管２０に収納されて、冷媒５０によって冷却される低温絶縁型の超電導ケーブルを示す。導体部１０の各要素は、公知の構成を利用できる。以下に、導体部１０の各要素の機能及び代表的な構成を説明する。
【００３１】
・フォーマ
フォーマ１１は、超電導導体層１２を支持する支持部材である。具体例として、管材などの中空体や、複数の素線を撚り合わせた撚り線、複数の撚り線を更に撚り合わせた撚り合せ体などの中実体が挙げられる。主たる構成材料は、銅やアルミニウム、その合金などの常電導材料が挙げられる。上記素線は、金属導体線が絶縁被覆で覆われた被覆線が挙げられる。図１では中実体を例示する。
【００３２】
・超電導導体層
超電導導体層１２は、フォーマ１１の外周に複数の超電導線材を巻回して形成された線材層が挙げられる。超電導線材は、Ｂｉ２２２３といったビスマスを含む酸化物系銀シース線材や、ＲＥ１２３といった希土類元素を含む酸化物系薄膜線材などのテープ状線材が挙げられる。線材層の層数（単層又は多層）や線材の使用本数などは、所定の電力量に応じて選択できる。線材層を多層とする場合には各線材層間に絶縁紙などを巻回した層間絶縁層（図示せず）を設けることができる。この導体部１０は、超電導導体層１２以外の超電導層を有しておらず、主絶縁層である電気絶縁層１３の外周に超電導シールド層が存在しない。
【００３３】
・電気絶縁層
電気絶縁層１３は、超電導導体層１２とその外部（例えば接地層）との間に配置されて、両者の電気的絶縁を確保する。電気絶縁層１３は、クラフト紙や、樹脂とクラフト紙とを含む半合成紙などの電気絶縁材を超電導導体層１２の外周に巻回して形成された巻回層が挙げられる。半合成紙は、ポリプロピレン樹脂とクラフト紙とを含むもの、例えば、ＰＰＬＰ（登録商標；Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ  Ｌａｍｉｎａｔｅｄ  Ｐａｐｅｒ）が挙げられる。主絶縁層となる電気絶縁層１３内外に半導電層（図示せず）を備えることができる。
【００３４】
・その他の層
この例では、電気絶縁層１３の外周に接地電位をとる接地層（図示せず）を更に備える。接地層は、上述の銅などの常電導材料からなる線材やテープ材、編組材などを巻回して形成された巻回層が挙げられる。
【００３５】
その他、接地層の機械的保護や、導電性を有する接地層と、金属製の内管２１との間の電気的絶縁などを目的として、保護層（図示せず）を備えることができる。保護層は、クラフト紙などの絶縁紙やＰＰＬＰといった半合成紙、綿などの布といった電気絶縁材の巻回層などが挙げられる。
【００３６】
（断熱管）
断熱管２０の主要素である内管２１及び外管２２はいずれも、金属管であることが好ましい。金属製の内管２１は冷媒５０の液密性に優れ、金属製の外管２２は、気密性に優れて高真空を維持し易い。具体的な金属としては、例えば、ステンレス鋼などの鉄系金属などが挙げられる。ステンレス鋼などは、冷媒５０に対する耐性や耐食性などに優れる上に強度も高く好ましい。具体的な管形状としては、コルゲート管やベローズ管、フラット管が挙げられる。コルゲート管やベローズ管は可撓性に優れて長尺なケーブルに適する。フラット管は、表面積が小さく断熱性に優れる上に、冷媒５０の圧力損失を小さくできる。フラット管は、布設経路に曲がり部分などが無く直線線路であって比較的短い場合に適する。本例の断熱管２０はステンレス鋼製のコルゲート管であり、図１、及び後述の図２では模式的に示す。外管２２の外周には、代表的には、ビニルやポリエチレンなどの防食材から構成される防食層２４を備える（後述の図２では省略）。その他、内管２１と外管２２との間にスーパーインシュレーションといった断熱材（図示せず）を備えると、より高い断熱性を有することができる。断熱管２０は、公知の構成を利用できる。
【００３７】
内管２１には、超電導導体層１２を超電導状態に維持するための冷媒５０が流通される。冷媒５０は、代表的には液体窒素が挙げられる。冷媒５０は、冷凍機を備える冷却システム（図示せず）によって温度調整されて、循環ポンプなどによって超電導ケーブル１に供給される。供給された冷媒５０は、断熱管２０内を流通するため、理想的には、超電導導体層１２が超電導状態を維持する所定の温度（運転冷媒温度）に維持される。
【００３８】
（位置決め部材）
ここで、超電導ケーブル１は、シールドレス超電導ケーブルであるため、内管２１に対する導体部１０の位置によっては、超電導導体層１２に流れる電流がつくる磁場Ｍｃに基づく磁束が内管２１に鎖交し得る。特に内管２１に対して垂直方向の磁束が多ければ、この磁束による渦電流の発生量も多くなり、発生するジュール熱量も多くなる。この発熱によって内管２１の温度が上昇し、更に内管温度の上昇に伴って冷媒温度が上昇しないように、冷媒５０を冷凍機によって十分に冷却する必要がある。このため、内管２１の渦電流量の増大（≒ジュール熱量の増大）は、冷凍機の負荷の増大を招き、超電導ケーブル１を備えるシステム全体の熱損失が増大する。このような熱損失を低減するために、実施形態１の超電導ケーブル１は、導体部１０の外周と断熱管２０の内管２１の内周との間に介在される位置決め部材３を備える。
【００３９】
位置決め部材３は、超電導ケーブル１が送電などを行っていて、導体部１０に備える超電導導体層１２が超電導状態にあるときに、内管２１に対する導体部１０の位置を所定の位置に保持する。特に、所定の位置が、上述の磁場Ｍｃに基づく内管２１に対して垂直方向の磁束が内管２１に実質的に鎖交しない位置であると、内管２１に磁場Ｍｃに基づく渦電流が実質的に流れず、又は非常に少なく好ましい。具体的な位置は、図１に示すように、導体部１０の中心Ｏｃと内管２１の中心Ｏｉとが同軸状態になる位置である。このような同軸状態の超電導ケーブル１は、位置決め部材３として、内管２１の周方向にみて導体部１０の外周と内管２１の内周との間の距離が実質的に同一になるように配置される同軸位置決め部材３０を備える。
【００４０】
・材質
位置決め部材３の構成材料は、内管２１に収納されて冷媒５０に接した状態で使用されることから、冷媒５０と反応せず、運転冷媒温度でも使用可能な耐寒性と、導体部１０を所定の位置に保持可能な程度の剛性や強度とを有するものが好ましい。
【００４１】
例えば、位置決め部材３の構成材料は、電気絶縁材が挙げられる。電気絶縁材であれば、上述の磁場Ｍｃに基づく磁束が位置決め部材３に鎖交し得る場合でも、位置決め部材３自体に渦電流が実質的に流れない、又は非常に小さい。電気絶縁材が非磁性体であれば、上記磁束が位置決め部材３に鎖交しても位置決め部材３自体にヒステリシス損が発生しない。従って、電気絶縁材から構成される位置決め部材３であれば、自身に生じる渦電流損が非常に少なく好ましい。
【００４２】
電気絶縁材は、例えば、樹脂といった非金属有機材、樹脂に各種の有機繊維を含む有機繊維複合樹脂、樹脂に各種の無機繊維や無機粒子などの非金属無機材を含む無機複合樹脂などが挙げられる。非磁性材が好ましい。公知のものや市販品を利用することができる。有機繊維や無機繊維を含むと、高強度な位置決め部材３とすることができる。十分な強度を有する場合には、位置決め部材３を、製造過程で導体部１０を内管２１内に引き込む際のテンションメンバに利用できると期待できる。具体例を以下に列挙する。以下の具体例の多くは非磁性材である。
＜樹脂＞ポリエステル、ナイロンなどのポリアミド樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂
＜有機繊維＞ポリエチレン繊維（特に超高分子量ポリエチレン繊維）、アラミド繊維、ポリエステル繊維
＜無機繊維＞炭素繊維、ガラス繊維、セラミックス繊維
＜複合樹脂＞繊維強化プラスチック（例えばガラス繊維強化プラスチック：ＧＦＲＰ、炭素繊維強化プラスチック：ＣＦＲＰ）、ダイニーマ（登録商標）
【００４３】
別の構成材料として、導電率が低く、非磁性の金属が挙げられる。特に、運転冷媒温度における電気伝導率が５ＭＳ／ｍ以下の非磁性金属が好ましい。非磁性金属であれば、上述のように上述の磁場Ｍｃに基づく磁束が位置決め部材３に鎖交してもヒステリシス損失が発生しない。かつ、低導電性であれば、上記磁束が鎖交した場合でも、位置決め部材３に流れる渦電流が非常に小さい。従って、低導電性かつ非磁性金属から構成される位置決め部材３であれば、自身に生じ得る渦電流損が少なく好ましい。電気伝導率が低いほど渦電流が流れ難く好ましいため、電気伝導率は４ＭＳ／ｍ以下、３ＭＳ／ｍ以下、更に２ＭＳ／ｍ以下とすることができる。このような低導電性な非磁性金属として、ＳＵＳ３０４，ＳＵＳ３１６といった非磁性ステンレス鋼、チタン合金などが挙げられる。非磁性ステンレス鋼などといった金属製の位置決め部材３であれば、強度に優れることから、位置決め部材３を上述のテンションメンバに利用できる。
【００４４】
その他、位置決め部材３の構成材料は、冷媒５０に冷却されて熱収縮した場合に、その収縮量が小さいものが好ましい。熱収縮量が大きいと、運転冷媒温度において、導体部１０と位置決め部材３との間、内管２１と位置決め部材３との間に隙間が生じ、位置決め部材３による位置決めが適切に行えない恐れがあるからである。一方、超電導ケーブル１の製造過程に、上述のように導体部１０を断熱管２０の内管２１内に引き入れる工程を含む場合、導体部１０と内管２１との間に隙間がある程度あれば、導体部２１を容易に引き込めて作業性に優れる。また、導体部１０と位置決め部材３とを予め一体化しておいて内管２１内に引き込むと、導体部１０及び位置決め部材３を一度に収納できて作業性に優れる。この引き込み作業は、通常、常温で行うことから、常温環境にあるときの位置決め部材３（を構成する材料）の体積が、冷媒５０によって冷却されて常温よりも低温環境にあるときの位置決め部材３の体積よりも小さければ、上述の一体化したものを引き込む場合でも引き込み作業性に優れる。かつ、低温環境（例えば運転冷媒温度など）にあるときの位置決め部材３の体積が、常温環境にあるときの位置決め部材３の体積よりも大きければ、位置決め部材３によって、導体部１０を所定の位置に適切に保持できる。この点から、位置決め部材３の構成材料は、常温よりも低い温度で膨張するものが好ましい。この場合、例えば、常温環境下の製造過程にあるときの位置決め部材３の大きさを、冷媒５０によって冷却されて膨張することで導体部１０を所定の位置に保持できる大きさに設定する。こうすることで、製造過程では、内管２１と位置決め部材３との間に膨張分の隙間を設けられ、この隙間を引き込み作業時の作業代として利用できる。超電導ケーブル１を布設後、冷媒５０を内管２１に供給して位置決め部材３が常温よりも低温になって膨張し、所定の大きさになることで、この膨張した位置決め部材３によって、導体部１０を内管２１の所定の位置に位置決めできる。
【００４５】
このような低温膨張特性を有する材料として、例えば、上述のダイニーマ（登録商標）が挙げられる。例えば、ダイニーマ（登録商標）を含む複合樹脂、金属線を芯材とし、ダイニーマを芯材の被覆層とする被覆線材などを位置決め部材３の構成材料に利用できる。金属線は、上述の非磁性ステンレス鋼などが挙げられる。
【００４６】
・形状、個数、大きさ
位置決め部材３の形状、個数、大きさは、導体部１０の外周と内管２１の内周との間の距離が所定の値を維持できれば、特に問わない。図１では、断面形状が円形の場合を例示するが、断面形状が多角形、楕円などの曲面形状といった対称形状のもの、非対称形状のものなど種々の形状とすることができる。また、図１では、一つの超電導ケーブル１が四つの位置決め部材３を備える場合を例示するが、一つ以上三つ以下、又は五つ以上の位置決め部材３を備えることができる。複数の位置決め部材３を備える場合は、材質や形状が異なるものを含むことができる。位置決め部材３の大きさは、上述の距離に応じて選択するとよい。同軸位置決め部材３０の大きさは、内管２１を周方向にみて上記の距離を同一にするという目的から、材質による誤差や製造誤差などを除いて、実質的に同一である。
【００４７】
・形成方法
位置決め部材３は、上述の材質や断面形状を有する線材、又はテープ材といった長尺材によって形成された形態が挙げられる。代表的には、位置決め部材３が導体部１０の外周に縦添えされた縦添え形態、導体部１０の外周に所定のピッチで巻回されて配置された巻回形態が挙げられる。図１，後述の図２では、導体部１０の外周に四本の長尺材からなる位置決め部材３が所定のピッチ（例えば５００ｍｍ以上１０００ｍｍ以下）で巻回された場合を例示する。図では分かり易いように、位置決め部材３の横断面のみを示す。
【００４８】
縦添え形態は、冷媒５０における導体部１０の軸方向に沿った流れを乱し難く、冷媒５０によって導体部１０を良好に冷却できるため、冷凍機や循環ポンプなどの負荷を低減できる。また、位置決め部材３を上述のテンションメンバに利用する場合には、位置決め部材３を引っ張った際に導体部１０を締め付け難く、導体部１０の損傷を防止できる。縦添え形態では、位置決め部材３を導体部１０に固定する接合材や押え材を用いると、導体部１０に対する位置決め部材３の位置ずれが生じ難く好ましい。又は導体部１０の外周に位置決め部材３の配置溝などを備えることでも、上記の位置ずれが生じ難く好ましい。
【００４９】
巻回形態では、例えば、位置決め部材３となる上述の長尺材を導体部１０の外周に巻回することで導体部１０と位置決め部材３とを容易に一体化できて製造性に優れる上に、導体部１０に対する位置決め部材３の位置ずれを低減し易い、好ましくは実質的に位置ずれしない。上記長尺材の巻回ピッチによっては、位置決め部材３の個数を例えば一つとした場合であっても、導体部１０を内管２１の所定の位置に保持することができる。位置決め部材３の個数が少ない場合には超電導ケーブル１の製造性に更に優れる。その他、巻回形態では、上述の導体部１０と位置決め部材３との一体化物を断熱管２０の内管２１内に同時に引き込むことで超電導ケーブル１を製造できることからも製造性に優れる。
【００５０】
位置決め部材３の巻回ピッチは適宜選択できるが、５００ｍｍ以上であれば縦添えに近い状態で位置決め部材３が配置されるため、上述の冷媒５０の良好な流通性の確保、テンションメンバとしての使用時における導体部１０の締付防止などの効果を期待できる。巻回ピッチが大きいほど上記の効果を期待できることから、７５０ｍｍ以上、更に１０００ｍｍ以上とすることができる。巻回ピッチが大きい場合には、上述のように接合材や押え材を併用できる。
【００５１】
この例の位置決め部材３は、内管２１の周方向にみて、導体部１０の外周と内管２１の内周との間の距離が実質的に同一になるように配置される四つの同軸位置決め部材３０を備える。各同軸位置決め部材３０はいずれも、同一の材料から構成され、同一の形状、同一の大きさであり、図１では丸線から構成される場合を例示する。また、図１では、各同軸位置決め部材３０が導体部１０の外周円を四分割した位置に配置された場合を例示する。このように同一形状、同一サイズの同軸位置決め部材３０が導体部１０の外周の均等位置に配置されることで、上記距離が実質的に同一に保持される（導体部１０と内管２１とが同軸状態に保持される）。上記距離を実質的に同一にできれば、各同軸位置決め部材３０の配置位置は、上述の導体部１０の外周を四分割した位置以外の等分割した位置（例えば、二等分、三等分など）、又は不等分割した位置とすることができる。同軸位置決め部材３０の個数は分割数に応じて選択するとよい。
【００５２】
導体部１０の全長に亘って、断熱管２０の内管２１との同軸状態が保持されると、上述のように内管２１に上述の磁場Ｍｃに基づく渦電流が実質的に流れない、又は非常に少なくて好ましい。しかし、実際の布設経路には曲がり部分や高低差がある部分を含み得ることから、超電導ケーブル１の全長に対して、同軸位置決め部材３０が所定の位置からずれた部分を含むことを許容する。このずれ部分ができるだけ短くなるように、またずれが小さくなるように、位置決め部材３の材質、形状、大きさ、使用本数などを選択することが好ましい。
【００５３】
（超電導ケーブルの製造方法）
実施形態１の超電導ケーブル１は、導体部１０と位置決め部材３とを断熱管２０の内管２１内に収納することで製造できる。上述のように、導体部１０と位置決め部材３とを一体化物として内管２１内に引き入れたり、一体化物の外周を覆うように内管２１を形成した後、内管２１の外周に外管２２を形成したりすることで、導体部１０及び位置決め部材３が内管２１内に収納された状態にできる。
【００５４】
（効果）
実施形態１の超電導ケーブル１は、導体部１０が超電導シールド層を備えていないものの、位置決め部材３を備えており、内管２１に対して導体部１０を所定の位置に位置決めする。そのため、超電導ケーブル１は、超電導導体層１２に流れる電流がつくる磁場Ｍｃに基づいて内管２１に生じ得る渦電流を低減できる。特に、この例の超電導ケーブル１は、内管２１に対して導体部１０を同軸状に保持する同軸位置決め部材３０を備えるため、磁場Ｍｃに基づいて内管２１に鎖交し得る垂直方向の磁束が実質的に無い、又は十分に少なく、内管２１に上記垂直方向の磁束に起因する渦電流が実質的に流れない、又は十分に少ない。従って、超電導ケーブル１は、内管２１の渦電流損が十分に少なく、熱損失を低減できる。この熱損失の低減効果については以下の試験例１で具体的に説明する。このような超電導ケーブル１を備える超電導ケーブルシステムは、冷凍機の負荷の増大を低減できる。
【００５５】
特に、位置決め部材３の構成材料を上述の複合樹脂などの電気絶縁材とすれば、上述のように位置決め部材３自体に渦電流が実質的に流れない、又は非常に少ない。位置決め部材３の構成材料を非磁性ステンレス鋼といった低電導性の非磁性金属とすれば、上述のように位置決め部材３自体にヒステリシス損が発生せず、渦電流も流れ難い。そのため、いずれの場合も、この例のように複数の同軸位置決め部材３０を備えていても、同軸位置決め部材３０自体の渦電流損が少なく、熱損失を低減できる。また、非磁性ステンレス鋼といった高強度材であれば、位置決め部材３をテンションメンバに利用できる。この場合、テンションメンバを別途備える必要が無く、部品点数の削減による小型化及び製造性の向上も期待できる。
【００５６】
位置決め部材３の構成材料を常温よりも低い温度で膨張するものとすれば、上述のように製造過程での位置決め部材３の大きさを調整することで、導体部１０を断熱管２０の内管２１内に引き込む際の作業代となる隙間を形成できて、引き込み作業を行い易い。この点から、製造性の向上が期待できる。一方、超電導ケーブル１の運転時には、上記隙間を実質的に無くすことができ、導体部１０を内管２１内の所定の位置に確実に保持できる。
【００５７】
位置決め部材３が導体部１０の外周に５００ｍｍ以上のピッチで巻回されて配置された巻回形態とすれば、導体部１０の外周に位置決め部材３が一体化されて、製造過程から運転時に亘って、導体部１０に対する位置決め部材３が位置ずれし難く、導体部１０を所定の位置に良好に維持できる。また、巻回ピッチが十分に大きいことで、この例のように複数の位置決め部材３を備えていても、冷媒５０を良好に流通できる。この位置決め部材３を上述のステンレス鋼などの高強度材とし、テンションメンバに利用する場合には、上述のように位置決め部材３を引っ張った際に導体部１０を実質的に締め付けず、この締付に伴う導体部１０の損傷を防止できる。
【００５８】
［変形例１］
位置決め部材３に加えて、内管２１に対する外管２２の位置を所定の位置に位置決めする管位置決め部材４０を備えることができる（図１の二点鎖線参照）。
【００５９】
ここで、導体部１０に流れる電流がつくる磁場Ｍｃに基づく磁束は、金属製の外管２２にも鎖交して、特に外管２２に対して垂直方向の磁束に起因する渦電流によって、外管２２も発熱し得る。但し、外管２２は、超電導ケーブル１の運転時、常温環境で使用されるため、外管２２の温度がある程度高くなっても冷凍機の負荷に実質的にはならない可能性がある。管位置決め部材４０は、外管２２から管位置決め部材４０を介して内管２１への侵入熱を低減できるように、その構成材料を熱伝導率が低いものとすることが挙げられる。又は、上記構成材料を、両管２１，２２の相対移動をある程度許容するように剛性がある程度低いものとすることが挙げられる。例えば、管位置決め部材４０を紐状などの動き易い形状にしたり、両管２１，２２と管位置決め部材４０との間に僅かな隙間が形成されるようにしたりすることが挙げられる。両管２１，２２を完全に固定するような高強度の管位置決め部材４０では、それ自身が熱伝導路になり得るからである。管位置決め部材４０の構成材料の具体例として、繊維強化プラスチックなどが挙げられる。
【００６０】
管位置決め部材４０の形状、個数、大きさ、配置位置などは、内管２１に対して外管２２との間の距離が所定の値を維持できれば、特に問わない。図１では、一つの超電導ケーブル１に対して四つの管位置決め部材４０を備え、各管位置決め部材４０が同じ形状、同じ大きさであり、内管２１の外周円を四分割した位置に配置されて、内管２１と外管２２とが同軸状に保持された場合を例示する。管位置決め部材４０の大きさなどを調整して、内管２１に対して外管２２を偏心状態に保持することもできる。
【００６１】
［実施形態２］
図２を主に参照して、実施形態２の超電導ケーブル１Ａを説明する。
図２は、３本の超電導ケーブル１Ａ〜１Ｃが近接配置された状態を示す。これら３本の超電導ケーブル１Ａ〜１Ｃは３相交流送電の各相の送電に利用される。超電導ケーブル１Ａ〜１Ｃの基本的構成は、実施形態１の超電導ケーブル１と同様であり、超電導導体層１２を備えるが超電導シールド層を有していない導体部１０と、導体部１０を収納する二重構造の断熱管２０と、断熱管２０の内管２１に対する導体部１０の位置を保持する位置決め部材３とを備える単心ケーブルである。
【００６２】
図２では、各超電導ケーブル１Ａ〜１Ｃに備える内管２１の中心ＯｉＡ，ＯｉＢ，ＯｉＣが正三角形の頂点となるように、ケーブル１Ａ〜１Ｃが正三角形状に配置された状態を例示する。超電導ケーブル１Ａ〜１Ｃの配置は管路や洞道の空き状態などに応じて選択される。例えば、横並び、縦積みなどとすることができる（いずれも図示せず）。
【００６３】
複数の超電導ケーブル１Ａ〜１Ｃが近接配置されて、これらを組み合わせて多相交流送電路に利用される場合に、例えば、各ケーブルは、実施形態１で説明した同軸位置決め部３０を備えるものとすることができる。この場合、実施形態１で説明したように、各超電導ケーブル１Ａ〜１Ｃの内管２１に鎖交し得る磁束、特に垂直方向の磁束を低減できるため、内管２１に生じ得る渦電流を低減できる。
【００６４】
一方、複数の超電導ケーブル１Ａ〜１Ｃのうち、少なくとも一つのケーブルは、内管２１の周方向にみて、導体部１０の外周と内管２１の内周との間の距離が不均一になるように導体部１０を保持されたものとすることができる。この超電導ケーブルは、導体部１０の中心Ｏｃと内管２１の中心Ｏｉとが同軸とならず、偏心した状態に導体部１０を保持する位置決め部材３を備える。ここでは、図２の上側に示す超電導ケーブル１Ｃ、右下側に示す超電導ケーブル１Ｂが実施形態１で説明した同軸位置決め部材３０を備えて、導体部１０と内管２１とが同軸状態に配置されたものであり（導体部１０の中心ＯｃＢ＝内管２１の中心ＯｉＢ、導体部１０の中心ＯｃＣ＝内管２１の中心ＯｉＣ）、左下側に示す超電導ケーブル１Ａが上述の導体部１０と内管２１とが偏心状態に配置されたものである場合を例示する。超電導ケーブル１Ａは、内管２１の中心ＯｉＡに対して、導体部１０の中心ＯｃＡが右斜め上にずれており、位置決め部材３として、内管２１の周方向にみて、導体部１０と内管２１との間の距離が不均一になるように配置される偏心位置決め部材３２（３２１，３２３，３２５，３２７）を備える。超電導ケーブル１Ａにおける実施形態１との主な相違点は、偏心位置決め部材３２を備える点にある。以下、この相違点を詳細に説明し、実施形態１に重複する構成及び効果の詳細な説明は省略する。
【００６５】
（偏心位置決め部材）
偏心位置決め部材３２の主要な機能（内管２１に対する導体部１０の位置決め）、材質、形状、個数、形成方法については、実施形態１を参照することができる。図２では、断面形状が円形である四つの偏心位置決め部材３２１，３２３，３２５，３２７を備える場合を例示する。そして、この例の各偏心位置決め部材３２１，３２３，３２５，３２７は、内管２１に対して導体部１０が所定の位置に配置された状態を維持できるように、その大きさが同一ではなく異なっている。この例では、図２の左側に示す偏心位置決め部材３２１及び下側に示す偏心位置決め部材３２３が、右側に示す偏心位置決め部材３２５及び上側に示す偏心位置決め部材３２７よりも大きい。また、比較的大きい偏心位置決め部材３２１，３２３を実質的に同一の大きさ、比較的小さい偏心位置決め部材３２５，３２７を実質的に同一の大きさとしている。大きさが異なる複数の偏心位置決め部材３２を組み合わせることで、内管２１に対する導体部１０の位置を所定の位置（偏心位置）に保持できる。複数の偏心位置決め部材３２のうち、一部の大きさを等しくすると、材料の準備や巻回条件の調整などを行い易く、製造性に優れる。複数の偏心位置決め部材３２のうち、全ての大きさを異ならせることもできる。
【００６６】
複数の偏心位置決め部材３２の大きさを変更することに代えて、又は大きさの変更に加えて、各部材３２の形状を異ならせることでも導体部１０を上述の偏心位置に保持できる。
【００６７】
偏心位置決め部材３２を、１本の連続する長尺材を巻回して形成された巻回形態とすることができる。この場合、長尺材の長手方向に断面積が異なる部分を備えるもの、即ち大面積部分と小面積部分とを繰り返し備えるものを利用することが挙げられる。大面積部分と小面積部分とは、巻回ピッチに応じて、その大きさ及び形成長さを調整するとよい。
【００６８】
（効果）
超電導ケーブル１Ａ〜１Ｃはいずれも、実施形態１と同様に、導体部１０が超電導シールド層を備えていないものの、位置決め部材３（３０又は３２）を備えており、内管２１に対して導体部１０を所定の位置に位置決めする。この例では、同軸位置決め部材３０を備える超電導ケーブル１Ｂ，１Ｃは、実施形態１と同様に、自身の導体部１０に流れる電流がつくる磁場ＭｃＢ，ＭｃＣに基づく磁束が自身の内管２１に対して実質的に垂直に鎖交せず、渦電流が実質的に流れない又は十分に少ない。
【００６９】
一方、偏心位置決め部材３２を備える実施形態２の超電導ケーブル１Ａは、自身の導体部１０に流れる電流がつくる磁場ＭｃＡに基づく磁束、特に垂直方向の磁束が自身の内管２１に流れて、渦電流が増大すると考えられる。しかし、実施形態２の超電導ケーブル１Ａに近接配置される他相の超電導ケーブル１Ｂ，１Ｃにおける磁場ＭｃＢ，ＭｃＣによって、ケーブル１Ａにおける磁場ＭｃＡを打ち消すことができると考えられる。そのため、超電導ケーブル１Ａに備える内管２１に鎖交する垂直方向の磁束が低減されて渦電流も少なくなると考えられる。従って、多相交流送電を行う超電導ケーブル１Ａ〜１Ｃ全体で見れば、熱損失を低減できる。この熱損失の低減効果については以下の試験例３で具体的に説明する。このような超電導ケーブル１Ａ〜１Ｃを備える超電導ケーブルシステムも、冷凍機の負荷の増大を低減できる。
【００７０】
［試験例１］
超電導導体層を備え、かつ超電導シールド層を備えていない単心の超電導ケーブルについて、内管に対する導体部の位置をずらした場合に内管に生じ得る損失を調べた。
【００７１】
この試験では、１２，０００Ａｒｍｓ（１２ｋＡｒｍｓ）の単相交流送電用ケーブルを対象とする。断熱管を構成する内管及び外管は、厚さ０．８ｍｍのステンレス鋼からなるコルゲート管であって、内管の平均径が約１０８ｍｍ、外管の平均径が約１３２ｍｍである。
運転冷媒温度（例えば、６８Ｋ〜７７Ｋ程度）における内管の電気伝導率は２．０２ＭＳ／ｍ、比抵抗は５×１０−７Ω・ｍ、外管の電気伝導率は１．４５ＭＳ／ｍ、比抵抗は６．９×１０−７Ω・ｍである。
この試験では、内管の中心に対して導体部の中心をずらすことで、内管に対する導体部の位置をずらし、このずらした距離を偏心量（ｍｍ）とし、偏心量ごとに損失を測定する。偏心量が０ｍｍの場合、内管の中心と導体部の中心とが同軸状態である場合に該当する。なお、内管と外管とは、同軸状態とし、相互にずらさないものとする。また、外管と内管とは電気的に絶縁されており、一端側のみを接地した状態とする。
損失の測定は、公知のＦＥＭ（Ｆｉｎｉｔｅ  Ｅｌｅｍｅｎｔ  Ｍｅｔｈｏｄ）解析ソフトを用いて行い、結果を表１及び図３に示す。図３は、内管に対する導体部の偏心量と、内管の損失との関係を示すグラフであり、横軸が偏心量（ｍｍ）、縦軸が内管の損失（Ｗ／ｍ）を示す。
【００７２】
【表１】
2017084524.tif 000003
【００７３】
表１及び図３に示すように、偏心量が０ｍｍであり、導体部と内管とが同軸状に配置されると、内管の損失（ここでは導体部に流れる電流がつくる磁場からの磁束、特に内管に対して垂直方向の磁束が鎖交して生じ得る渦電流損）が非常に小さい。このことから、超電導シールド層を備えていない場合でも、同軸位置決め部材を備えることで、熱損失を低減できるといえる。
【００７４】
一方、偏心量が１ｍｍ以上であり、内管に対して導体部が偏心状態で配置されると、内管の渦電流損が大きく、偏心量の増加に伴って格段に大きくなることが分かる。この試験例では、偏心量が３ｍｍ以上であると、２ｍｍのときの２倍以上、更には４倍程度となっており、内管の渦電流損が大幅に大きくなっている。従って、偏心量が３ｍｍ未満となるように位置決め部材（ここでは同軸位置決め部材）を備えることで、内管の渦電流損を効果的に低減できるといえる。
【００７５】
他方、外管の損失（上述の渦電流損）は、内管よりも小さいものの、導体部の偏心量の増加に伴って大きくなることが分かる。この理由は、内管と外管とが同軸配置されているため、導体部の偏心量が大きくなるほど、内管と同様に、外管に対する導体部のずれも大きくなるからと考えられる。そのため、外管も、導体部と同軸状に保持されることが好ましいといえる。従って、上述の同軸位置決め部材を備えると共に、内管と外管との間に上述の変形例で説明した管位置決め部材をも備えて、導体部、内管、外管の三者を同軸状に保持することで、内管及び外管の渦電流損を効果的に低減できるといえる。
【００７６】
［試験例２］
試験例１で模擬した単心超電導ケーブルを３本近接配置させて、３相交流送電を行う場合に、各ケーブルに備える各内管に対する導体部の位置を異ならせ、このときの内管に生じ得る損失を調べた。
【００７７】
この試験では、１２，０００Ａｒｍｓ（１２ｋＡｒｍｓ）の３相交流送電用ケーブルを対象とする。断熱管は試験例１と同じ材質、形状、大きさのものである。
この試験では、３本の超電導ケーブルにおける各内管の中心が正三角形の頂点となるように各ケーブルを配置した状態を基本状態とする（図２参照）。基本状態では、各超電導ケーブルに備える各内管に対して、導体部及び外管が同軸状に配置される。従って、基本状態では、各導体部の中心も正三角形の頂点となるように導体部が配置される。
基本状態における各内管の中心間距離（相離隔距離Ｗ、図２参照）を３５０ｍｍとし、各内管の中心に対して導体部の中心をずらし、試験例１と同様にこのずらした距離を偏心量（ｍｍ）とし、偏心量ごとに損失を測定する。ここでは、各超電導ケーブルに備える各導体部をいずれも、同じ方向に平行移動させた場合を模擬する。従って、偏心量によらず、各導体部の相互位置は、基本状態の正三角形と同じ位置関係を維持する。
損失の測定は、試験例１と同様の公知のＦＥＭ解析ソフトを用いて行い、結果を表２及び図４に示す。図４は、３本の超電導ケーブルに備える各内管に対する各導体部の偏心量と、３本の内管に生じ得る損失の平均値（３本の内管の合計損失を３で割った値、各相の損失）との関係を示すグラフであり、横軸が偏心量（ｍｍ）、縦軸が内管の損失の平均値（Ｗ／ｍ）を示す。
なお、この試験でも、試験例１と同様に、内管と外管とは、同軸状に配置された基本状態のままとし、かつ電気的に絶縁されており、一端側のみを接地した状態とする。
【００７８】
【表２】
2017084524.tif 000004
【００７９】
表２及び図４に示すように、偏心量が０ｍｍであり、導体部と内管とが同軸状に配置されることで、複数の超電導ケーブルが近接配置された場合でも、各ケーブルに備える内管の損失（渦電流損）が小さく（ここでは内管１本当たりの平均損失が５．６Ｗ／ｍ）、３相交流送電を行う３本の超電導ケーブルの合計損失も小さい（ここでは１６．９Ｗ／ｍ）。このことから、超電導シールド層を備えていない複数の超電導ケーブルで多相交流送電を行う場合でも、同軸位置決め部材を備えることで、熱損失を低減できるといえる。
【００８０】
一方、偏心量が大きく、内管に対して導体部が偏心状態で配置された複数の超電導ケーブルが近接配置されると、各ケーブルに備える内管１本当たりの損失及び合計損失が大きく、偏心量の増加に伴って更に大きくなることが分かる。この理由は、自身の磁場に加えて、近接配置される別の超電導ケーブルに流れる電流がつくる磁場（他相の磁場の垂直成分）が自身の内管に鎖交して、内管に流れる渦電流が増大し得るためと考えられる。従って、多相交流送電を行う超電導ケーブルシステム全体として、より低損失とするためには、偏心量が３ｍｍ未満となるように位置決め部材（ここでは同軸位置決め部材）を備えることが好ましいといえる。
【００８１】
他方、外管の損失（渦電流損）も、外管が導体部に対して偏心して配置されると、偏心量の増大に伴って損失が大きくなることが分かる。従って、上述の同軸位置決め部材を備えると共に、内管と外管との間に上述の変形例で説明した管位置決め部材を備えて、外管も所定の位置に保持することで（ここでは導体部及び内管に対して同軸状態に保持することで）、内管及び外管の渦電流損を効果的に低減できるといえる。
【００８２】
なお、相離隔距離Ｗが十分に大きければ、多相の磁場に起因する内管及び外管の渦電流損を低減でき、ひいては超電導ケーブルシステム全体の損失を低減できる。しかし、布設経路によっては、相離隔距離Ｗを十分に確保できない場合がある。上述の位置決め部材を備えることで、布設面積が小さく、低損失なシステムを構築できる。
【００８３】
［試験例３］
試験例２で模擬した３相交流送電を行う３本の超電導ケーブルについて、３本のうち、１本の超電導ケーブルに備える内管に対して導体部の位置をずらした場合に内管に生じ得る損失を調べた。
【００８４】
この試験では、試験例２で説明した３本の超電導ケーブルに備える導体部、内管及び外管が同軸状に配置された基本状態（正三角形状の配置状態）の損失を基準として、損失の増減を調べた。この試験でも、試験例１と同様に、内管と外管とは、同軸状に配置された基本状態のままとし、かつ電気的に絶縁されており、一端側のみを接地した状態とする。
【００８５】
この試験では、基本状態における各内管の中心間距離（相離隔距離Ｗ）を３５０ｍｍとし、１本の超電導ケーブルに備える内管の中心に対して導体部の中心をずらし、他の２本の超電導ケーブルに備える導体部は基本状態のままとする。
基本状態の偏心量を０ｍｍとし、位置をずらす導体部が他の２本の超電導ケーブルに近づく側の偏心量をプラス、遠ざかる側の偏心量をマイナスとし、水平方向の移動をｘ、垂直方向の移動をｙとする。
例えば、図２に左下側に示す超電導ケーブル１Ａの導体部１０の位置をずらし、上側に示す超電導ケーブル１Ｂ、右下側に示す超電導ケーブル１Ｃを基本状態のままとする場合で説明すると、（−３ｘ，−３ｙ）とは、水平方向の偏心量が３ｍｍ、垂直方向の偏心量が３ｍｍであり、超電導ケーブル１Ａの導体部１０を基本状態から左下にずらした状態（２本の超電導ケーブル１Ｂ，１Ｃから最も離れた状態）である。
（３ｘ，３ｙ）とは、水平方向の偏心量が３ｍｍ、垂直方向の偏心量が３ｍｍであり、超電導ケーブル１Ａの導体部１０を基本状態から右上にずらした状態（２本の超電導ケーブル１Ｂ，１Ｃに最も近付いた状態、図２に示す状態）である。
（０，３ｙ）とは、水平方向にずらさず（偏心量０ｍｍ）、垂直方向の偏心量が３ｍｍであり、超電導ケーブル１Ａの導体部１０を基本状態から上にずらした状態である。
（３ｘ，０）とは、水平方向の偏心量が３ｍｍであり、垂直方向にずらさず（偏心量０ｍｍ）、超電導ケーブル１Ａの導体部１０を基本状態から右にずらした状態である。
【００８６】
損失の測定は、試験例１と同様の公知のＦＥＭ解析ソフトを用いて行い、結果を表３及び図５に示す。図５は、３本の超電導ケーブル（１Ａ〜１Ｃ）のうち、１本の超電導ケーブル（１Ａ）に備える内管に対する導体部の偏心量と、３本の内管に生じ得る損失の平均値（３本の内管の合計損失を３で割った値、各相の損失）との関係を示す３次元グラフであり、図５において手前から左斜め上に延びるｘ軸が水平方向の偏心量（ｍｍ）、図５において手前から右斜め上に延びるｙ軸が垂直方向の偏心量（ｍｍ）、縦軸が内管の損失の平均値（Ｗ／ｍ）を示す。
【００８７】
【表３】
2017084524.tif 000005
【００８８】
表３及び図５に示すように、複数の単心超電導ケーブルを各相の送電に用いて、多相交流送電を行う場合に、少なくとも一つのケーブルについて、内管に対して導体部を偏心状態とし、この偏心位置を調整することで、全てのケーブルの導体部と内管とが同軸状態にある場合に比較して、内管の損失を更に低減できることが分かる。具体的には、全てのケーブルが上述の同軸状態である場合の内管１本当たりの平均損失が５．６Ｗ／ｍ（０ｘ、０ｙ）であるのに対し、一つの単心ケーブルが偏心状態である場合における内管１本当たりの平均損失の最小値が３．４Ｗ／ｍ（３ｘ、３ｙ）であり、最大値が９．７Ｗ／ｍ（−３ｘ，−３ｙ）である。この試験結果から、複数のケーブルの導体部が近付くように偏心させることで、各ケーブルに備える内管の損失をより低減でき、遠ざけるように偏心させることで、上記内管の損失が増大する傾向にあるといえる。従って、多相交流送電を行う超電導ケーブルシステム全体として、より低損失とするためには、導体部が内管に対して偏心したケーブルを積極的に含むこと、即ち偏心位置決め部材を備えるケーブルを含むことが好ましいといえる。
【００８９】
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全ての変更が含まれることが意図される。
例えば、本発明の超電導ケーブルは、電気絶縁層が液体窒素などの冷媒に含浸されない常温絶縁型の超電導ケーブルとすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本発明の超電導ケーブルは、交流送電路に利用できる。本発明の超電導ケーブルは、直流送電路にも利用できる。
【符号の説明】
【００９１】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ  超電導ケーブル
１０  導体部  １１  フォーマ  １２  超電導導体層  １３  電気絶縁層
２０  断熱管  ２１  内管  ２２  外管  ２４  防食層
３  位置決め部材
３０  同軸位置決め部材  ３２，３２１，３２３，３２５，３２７  偏心位置決め部材
４０  管位置決め部材
５０  冷媒
Ｏｉ，ＯｉＡ，ＯｉＢ，ＯｉＣ  内管の中心
Ｏｃ，ＯｃＡ，ＯｃＢ，ＯｃＣ  導体部の中心
【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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