(57)【要約】【課題】部品点数が少なく構造が簡素化されると共に、運転コストが低減された超電導ケーブル用端末構造を提供する。【解決手段】超電導ケーブル１の冷却媒体流通路１ａと流通可能な状態となるように超電導ケーブル１の端末に接続される低温容器２１と、低温容器２１に液体窒素３を循環供給するための冷却システム７と、低温容器２１内に配設されて液体窒素３に埋没状態に浸漬され、かつ電流リード１７を介して常電導機器１２に電気的に接続される超電導限流素子８と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
常電導機器に接続される超電導ケーブル用端末構造であって、
超電導ケーブルの冷却媒体流通路と流通可能な状態となるように超電導ケーブルの端末に接続される低温容器と、
前記低温容器に冷却媒体を循環供給するための冷却システムと、
前記低温容器内に配設されて冷却媒体に埋没状態に浸漬され、かつ電流リードを介して常電導機器に電気的に接続される超電導限流素子と、を備えることを特徴とする超電導ケーブル用端末構造。
【請求項２】
前記低温容器は、超電導ケーブルの冷却媒体流通方向の下流側端末に接続されることを特徴とする請求項１に記載の超電導ケーブル用端末構造。
【請求項３】
前記低温容器は、超電導ケーブルの冷却媒体流通方向の上流側端末に接続されることを特徴とする請求項１に記載の超電導ケーブル用端末構造。
【請求項４】
前記冷却システムは、低温容器内に冷却媒体を供給する供給配管と、該供給配管から分岐して超電導ケーブルの冷却媒体流通路の端末に接続されるバイパス配管と、を備え、前記供給配管とバイパス配管には、それぞれ第１，第２の開閉バルブが設けられることを特徴とする請求項３に記載の超電導ケーブル用端末構造。
【請求項５】
前記低温容器には、超電導限流素子が常電導転位した際にガス化した冷却媒体を外部に排出するための安全弁が設けられることを特徴とする請求項４に記載の超電導ケーブル用端末構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、常電導機器に接続される超電導ケーブルの端末構造に関し、特に、事故電流の抑制機能を備えた超電導ケーブル用端末構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
超電導ケーブルシステムに大きな事故電流が流れようとする時に、システムへの事故電流の侵入を阻止するために、超電導限流器が用いられる。この超電導限流器は、液体窒素等の冷却媒体が循環供給された容器内に超電導限流素子を備えて超電導ケーブルの端末に接続され、大電流が流れた際に超電導限流素子が常電導転位(クエンチ)することで、抵抗あるいはインダクタンスによるインピーダンスが増大し、これにより超電導ケーブルへの大電流の侵入を阻止するように構成される。このような超電導限流器を超電導ケーブルに接続する場合、例えば図３に示すような構成が考えられる。
【０００３】
図３の例では、超電導ケーブル１の冷却媒体流通路１ａの端末には、端末容器２が接続され、その端末容器２内には、冷却媒体として液体窒素３が循環供給され、その液体窒素３には、超電導ケーブル１のケーブルコア１ｂの端末と電流リード４とを接続するための接続部５が埋没状態に浸漬されている。この端末容器２の傍には、端末容器２に連通する超電導限流器６が配設され、超電導限流器６には、液体窒素３を供給するための冷却システム７が接続されている。その超電導限流器６内の液体窒素３には超電導限流素子８が埋没状態に浸漬されており、該超電導限流素子８の一方の端子に接続された電流リード９には、接続バー１０を介して、端末容器２から導出された電流リード４が接続され、他方の端子に接続された電流リード１１には、常電導機器１２が接続されている。
【０００４】
その冷却システム７は、超電導ケーブル１の端末容器２と超電導限流器６に共用され、超電導ケーブル１の上流側の端末(図示省略)から液体窒素３を還流させるリターン配管１３に接続される冷凍機１４と循環ポンプ１５を備え、循環ポンプ１５から供給配管１６を介して超電導限流器６から超電導ケーブル１の端末容器２へと液体窒素３を循環供給するように構成される。尚、液体窒素が充填される低温容器を備えた超電導ケーブルの端末構造は、例えば特許文献１に記載されている。
【特許文献１】特開2006-196628号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図３に示すような構成では、冷却システム７が、超電導ケーブル１の端末容器２と超電導限流器６に共用されているため、端末容器２及び超電導限流器６のそれぞれに電流リード４，９，１１が必要とされる。通常、超電導ケーブル１は、大電流の線路で通電されるため、常電導体からなる電流リード４，９，１１のサイズが大きくなり、該部分での発熱、侵入熱が多くなるため、冷却システム７の冷凍機容量が大となり、システム導入費用が増大する。また、これらの冷凍機を運転するため電力量も増大し、運転コストが高くなるという問題がある。そして、端末構造が複雑で構造全体が大型化し、総じて設備費が高くなるという問題もある。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされ、部品点数が少なく構造が簡素化されると共に、運転コストが低減された超電導ケーブル用端末構造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】
【０００７】
本発明の超電導ケーブル用端末構造は、常電導機器に接続される超電導ケーブル用端末構造にあって、
超電導ケーブルの冷却媒体流通路と流通可能な状態となるように超電導ケーブルの端末に接続される低温容器と、
前記低温容器に冷却媒体を循環供給するための冷却システムと、
前記低温容器内に配設されて冷却媒体に埋没状態に浸漬され、かつ電流リードを介して常電導機器に電気的に接続される超電導限流素子と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
このような構成によれば、常電導機器から電流リードを介して超電導限流素子に事故電流が侵入すると、超電導限流素子が常電導転位するため実質的に電流が遮断され、超電導ケーブルへの大電流の侵入を阻止することができる。その超電導限流素子が超電導ケーブルの端末に接続される低温容器内に配設されているため、その冷却システムを、超電導ケーブル側と共用することができ、別途、容器は不要となる。また、電流リードの数を少なくすることもできる。これらにより、超電導ケーブルの端末構造における部品点数が削減されて構成が簡素化されコンパクト化が達成されると共に、設備費を低減化することができる。そして、冷却システムから単一の低温容器に冷却媒体を循環供給すればよく、また、発熱源となる電流リードの数が削減されるため、循環ポンプや冷凍機の運転出力を低減化することができ、消費電力が少なくて済み運転コストを低減化することができる。
【０００９】
前記低温容器は、超電導ケーブルの冷却媒体流通方向の下流側端末に接続されるようにしてもよい。このようにすれば、超電導ケーブルの下流側から事故電流が侵入すると、超電導限流素子が常電導転位することによって、超電導ケーブルへの大電流の侵入を阻止することができる。その際に、低温容器内の冷却媒体が昇温するが、その昇温した冷却媒体は、超電導ケーブルの冷却媒体流通路に流入することはなく、（リターン配管を介して）冷却システムに還流されるため、超電導ケーブルの保全が担保される。
【００１０】
前記低温容器は、超電導ケーブルの冷却媒体流通方向の上流側端末に接続されるようにしてもよい。このようにすれば、超電導ケーブルの上流側から事故電流が侵入した場合には、超電導限流素子が常電導転位することによって、超電導ケーブルへの大電流の侵入を阻止することができる。また、超電導ケーブルの上流側では、低温容器の内圧が高くなるので、超電導限流素子が常電導転位した際の冷却媒体の気化が抑制される。
【００１１】
前記冷却システムは、低温容器内に冷却媒体を供給する供給配管と、該供給配管から分岐して超電導ケーブルの冷却媒体流通路の端末に接続されるバイパス配管と、を備え、前記供給配管とバイパス配管には、それぞれ第１，第２の開閉バルブが設けられるようにしてもよい。このようにすれば、常時は、第２の開閉バルブを閉じて第１の開閉バルブを開くことによって、低温容器内に冷却媒体を循環供給し、超電導限流素子と超電導ケーブルを共に冷却することができる。そして、超電導ケーブルの上流側から事故電流が侵入すると、超電導限流素子が常電導転位することにより、超電導ケーブルへの大電流の侵入を阻止することができる。その際に、第１の開閉バルブを閉じて、第２の開閉バルブを開くことによって冷却媒体を超電導ケーブルの冷却媒体流通路の端末に供給すれば、低温容器内で昇温した冷却媒体によって超電導ケーブルが昇温されて運転停止状態になるような事態の発生を防ぐことができる。
【００１２】
前記低温容器には、超電導限流素子が常電導転位した際にガス化した冷却媒体を外部に排出するための安全弁が設けられるようにしてもよい。このようにすれば、超電導限流素子が常電導転位した際の冷却媒体のガス化により低温容器内の圧力が異常に上昇して超電導ケーブルにガスが侵入するのを防ぐことができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の超電導ケーブル用端末構造は、超電導限流素子が超電導ケーブルの端末に接続される低温容器内に配設されているため、その冷却システムを、超電導ケーブル側と共用することができ、別途、容器は不要となる。また、電流リードの数を少なくすることもできる。これらにより、超電導ケーブルの端末構造における部品点数が削減されて構成が簡素化されコンパクト化が達成されると共に、設備費を低減化することができる。そして、冷却システムから単一の低温容器に冷却媒体を循環供給すればよく、また、発熱源となる電流リードの数が削減されるため、循環ポンプや冷凍機の運転出力を低減化することができ、消費電力が少なくて済み運転コストを低減化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、本発明の実施の形態に係る超電導ケーブル用端末構造について説明する。
図1は、超電導ケーブル用端末構造の一例を示す。この例では、超電導ケーブル１の冷却媒体流通路１ａの端末には、低温容器２１が接続され、この低温容器２１には、供給配管１６を介して、冷凍機１４と循環ポンプ１５を備えた冷却システム７が接続されている。その低温容器２１内には、冷却システム７から冷却媒体としての液体窒素３が循環供給され、その液体窒素３には、超電導ケーブル１のケーブルコア１ｂの端末に接続された超電導限流素子８が埋没状態に浸漬されている。この超電導限流素子８に接続された電流リード１７が低温容器２１から導出されて、常電導機器１２に接続されている。冷却システム７は、リターン配管１３を経由して超電導ケーブル１の下流側から還流された液体窒素３を冷凍機１４によって冷凍した後、循環ポンプ１５によって低温容器２１に向けて吐出供給し、低温容器８内で超電導限流素子８を冷却した後、その液体窒素３が超電導ケーブル１の冷却媒体流通路１ａに導入されて下流側に向けて流通し、下流側に設けた低温容器(図示省略)を経由してリターン配管１３に還流されるような循環経路を構成する。尚、低温容器２１は図示省略の真空槽内に設けられている。また、符号２３は碍子である。
【００１５】
このような冷却システム７を備えた超電導ケーブル用端末構造では、常電導機器１２から電流リード１７を介して超電導限流素子８に事故電流が侵入すると、超電導限流素子８が常電導転位するため実質的に電流が遮断され、超電導ケーブル１への大電流の侵入を阻止することができる。この例では、低温容器２１が、従来の超電導ケーブルの端末に接続される端末容器と、超電導限流素子を内蔵した超電導限流器の容器とを兼用しているため（図３参照）、循環ポンプ１５の省出力化が可能となり、運転コストの低減化を図ることができる。図示により明らかなように、超電導ケーブル用端末構造全体として、部品点数の削減による構成の簡素化とコンパクト化が達成されており、設備費の低減化を実現することができる。また、発熱源となる電流リード１７が単一で済むため、低温容器２１への侵入熱が少なくて済むことで冷凍機１４の省出力化が可能になることによっても、運転コストの低減化を図ることができる。この例では、低温容器２１を超電導ケーブル１の冷却媒体流通方向の上流側に設けているので、低温容器２１内が高圧になるため、常電導機器１２から事故電流が侵入した際の超電導限流素子８の発熱によっても液体窒素３が気化しにくいという利点がある。尚、低温容器２１内の圧力を２０気圧程度に設定しておけば、液体窒素３の気化を効果的に防止することができる。
【００１６】
このような超電導ケーブル用端末構造は、超電導ケーブル１の冷却媒体流通方向の上流側と下流側の双方の端末に設けるのが好ましい。下流側に設ける場合にも、図１と同様に構成することができる(図示省略)。超電導ケーブル１の下流側から事故電流が侵入すると、超電導限流素子８が昇温によって常電導転位するため、低温容器２１内の液体窒素３が昇温するが、その昇温した液体窒素３は、リターン配管１３を経由して冷却システム７に還流されるため、超電導ケーブル１の冷却媒体流通路１ａに流入することはない。また、下流側では、低温容器２１内の圧力が低いため、事故電流が侵入した際には液体窒素３が気化しやすいが、気化した液体窒素３は超電導ケーブル１内に侵入することなく、リターン配管１３を経由して冷却システム７に還流されるため、超電導ケーブル１の安全性が担保される。
【００１７】
図２は、超電導ケーブル１の冷却媒体流通方向の上流側端末に適用される超電導ケーブル用端末構造の一例を示す。この例では、冷却システム７は、低温容器２１内に液体窒素３を供給する供給配管１６から分岐して超電導ケーブル１の冷却媒体流通路１ａの端末に接続されるバイパス配管１８を備え、その供給配管１６とバイパス配管１８には、それぞれ第１の開閉バルブ１９と、第２の開閉バルブ２０を設けている。そして、低温容器２１には、超電導限流素子８が常電導転位した際にガス化した液体窒素３を外部に排出するための安全弁２２を設けている。このような構成によれば、常時は、第２の開閉バルブ２０を閉じて、第１の開閉バルブ１９を開くことによって、低温容器２１内に液体窒素３を供給し、超電導限流素子８と超電導ケーブル１を共に冷却することができ、超電導ケーブル１の上流側の常電導機器１２から事故電流が侵入すると、超電導限流素子８が常電導転位することによって、超電導ケーブル１への大電流の侵入を阻止することができる。その際に、直ちに第１の開閉バルブ１９を閉じて、第２の開閉バルブ２０を開くことによって液体窒素３を超電導ケーブル１の冷却媒体流通路１ａの端末に供給すれば、低温容器２１内で昇温した液体窒素３によって超電導ケーブル１が昇温されて運転停止状態になるような事態の発生を防ぐことができる。このような開閉バルブ１９，２０の開閉操作は、事故電流を検知したコンピュータが、予め設定記憶されている制御プログラムに従って、開閉バルブ１９，２０のアクチュエータに対して制御信号を出力することにより自動的に行うことができる。また、上流側では、低温容器２１の内圧が高くなるので、超電導限流素子８が常電導転位した際の液体窒素３の気化が抑制されるが、安全弁２３を設けていることによって、液体窒素３がガス化しても外部に排出させることができる。尚、図示は省略するが、バイパス配管１８と超電導ケーブル１の冷却媒体流通路１ａの接続部と、低温容器２１の間に、事故電流を検知した際に、第１，第２の開閉バルブ１９，２０の閉開動作に連動して冷却媒体流通路１ａを遮断するためのストップバルブを設けてもよい。また、本発明は、実施の形態に限定されることなく、発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、適宜、必要に応じて改良、変更等は自由である。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
本発明の超電導ケーブル用端末構造は、部品点数が少なく構造が簡素化されると共に、運転コストが低減されるので、高い安全性が求められる超電導ケーブルの布設に好適に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態に係る超電導ケーブル用端末構造の一例を示す構成説明図である。
【図２】同他の例を示す構成説明図である。
【図３】超電導限流器と超電導ケーブル用端末構造を組み合わせた従来例を示す構成説明図である。
【符号の説明】
【００２０】
１  超電導ケーブル  １ａ  冷却媒体流通路  １ｂ  ケーブルコア
２  端末容器  ３  冷却媒体（液体窒素）  ４，９，１１  電流リード
５  接続部  ６  超電導限流器  ７  冷却システム  ８  超電導限流素子
１０  接続バー  １２  常電導機器  １３  リターン配管  １４  冷凍機
１５  循環ポンプ  １６  供給配管  １７  電流リード  １８  バイパス配管
１９，２０  開閉バルブ  ２１  低温容器  ２２  安全弁  ２３  碍子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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