JP4330008B2 - 超電導ケーブル用プーリングアイ及びプーリングアイを用いた超電導ケーブルの布設方法 - Google Patents

Description

本発明は、超電導ケーブルを既成管路や洞道に引き込み布設する時にケーブルの先端部に取り付けられるプーリングアイに関する。

大電力を低損失で送電する超電導ケーブルが現在開発段階にあり、実線路向けに５００ｍ級の長尺ケーブルの製造が実現されつつあるものの、ケーブルの布設においては未だに実績はない。

従来、ＣＶケーブルの布設は、ケーブルを損傷することなく管路に引き込むために、ケーブルの端部にプーリングアイを接続して行われる。図３にＣＶケーブルと従来のプーリングアイとの接続構造を示す。引張り帽３１とスリーブ３２と保護管３３から構成するプーリングアイ３０において、金属シース２３に収納されるＣＶケーブル２０の端部に銅導体２１は電気絶縁体２２から露出してスリーブ３２に挿入した後外圧によって接合される。ケーブルに防水性が要求される場合、防水処理部２４を設けて保護管３３の端部と金属シース２３の端部とを半田若しくは溶接で接合する。図３に示す接続構造によれば、布設の際、プーリングアイ３０を引っ張ることによりＣＶケーブル２０に発生する張力は、ケーブルの銅導体２１に集中するか、若しくは、防水処理部２４を有する場合、銅導体２１と金属シース２３によって分担される。

現在製造されている５００ｍ級の超電導ケーブルは、図１に示していたように、フォーマ２とフォーマ２の周囲に巻付けられるテープ状超電導導体３と、更に外側に取付けた電気絶縁層４、次いで保護層５からなるケーブルコアと、該ケーブルコアを収納する二本の可撓性同軸管を断熱管の内管６と外管８として、該内管６と外管８との間に断熱材７を配置したものから構成する。この超電導ケーブル１に上記CVケーブル用のプーリングアイ３０を適用した場合、ＣＶケーブルの銅導体２１の代わりに超電導ケーブルの超電導導体３等から露出したフォーマ２をスリーブ３２に挿入して接合すると共に、ＣＶケーブルの金属シース２３の代わりに超電導ケーブルの断熱管外管８と保護管３３とを接合させることになり、布設の際、プーリングアイ３０を引っ張る張力はフォーマ２と断熱管外管８により分担されることになる。この張力はケーブルと管路の摩擦により発生する摩擦抵抗によるものであり、その大きさは、現在一般に行われている５００ｍ級の布設では１７０kＮである。フォーマ２と断熱管外管８との力の分配を考慮した場合、フォーマ２と断熱管外管８はそれぞれ１３０kＮと４０kＮの力を分担することになる。しかし、上述したＣＶケーブル用プーリングアイを適用させた超電導ケーブルには以下の問題がある。

まず、超電導導体はセラミックスからなる超電導体を金属（例えば、銅）に配置してテープ状に加工された後フォーマに巻付けられるものであり、機械的に弱く、なおかつ、過度な張力や側圧が加わると超電導状態を維持して流せる電流（臨界電流）を非可逆的に低下させてしまう。実際に、発明者らの調査結果によると、超電導ケーブルのフォーマに張力を０ｋＮから加えたところ、張力が１１０ｋＮなるまで臨界電流に低下を認めず、１１０ｋＮから順次低下を示し、１５０ｋＮになると臨界電流は張力を加えない状態の半分に劣化してしまった。従って、上述の超電導ケーブルに性能劣化の問題が生じる。それを避けるために、短い距離でケーブルを布設しケーブルをジョイントで繋ぐこととなるが、工期の長期化と工事費用の高騰が問題である。一方、光ファイバケーブル布設時に発生する張力の分散を図り、ケーブル芯線のテンションメンバに固定するスリーブに円筒状コルゲートを取付け、更にケーブルの外皮に固定するプーリングアイに円筒状カバーを備えた端末構造は、下記特許文献１に開示されている。しかし、光ファイバケーブル布設時の張力は電力ケーブルのその張力よりも小さく、光ファイバケーブルの端末構造は電力ケーブルの張力に耐え得るものではない。

次に、超電導ケーブルにプーリングアイが取り付けられている間に、断熱管内管の内側空間と内管と外管に囲まれる空間のそれぞれにおいて気密性が要求される。それは、断熱管内管に収納される電気絶縁層の吸湿を防ぐために内管の内側を乾燥空気で置換しておく必要があり、また、内管と外管との間に配置される断熱材のために内管と外管に囲まれる空間に高真空度が要求されるからである。しかし、上記従来のＣＶケーブル用プーリングアイが超電導ケーブルに適用される場合、断熱管において内管と外管は隔絶されないため、断熱管内部の気密性問題が生じる。この問題の解決方法として、断熱管内管の中に液体窒素封入と共に、外管と内管に囲まれる断熱層内に高真空度を保ったままケーブルを運搬布設するプーリングアイ付きの端末構造、即ち、断熱管において内管と外管の互いに気密性を有する端末構造を下記特許文献２で開示している。しかし、この端末構造は、段差構造として、内管と外管のそれぞれに封止金具を取り付けて内管と外管とケーブルコアとを一
体化したことにより、超電導ケーブル端末において内管と外管が隔絶されて互いに気密性を有するものの、ケーブルに引っ張り負荷がかかった場合の張力分散機能を備えないため、布設時過度な張力が超電導導体に加わり臨界電流を低下させる恐れがある。

実開平６−７７４３７号公報 特開平９−１５３３１１号公報

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、超電導状態を維持して臨界電流を非可逆的に低下させないよう超電導導体に過度な張力や側圧を加えず、なおかつ、超電導ケーブルの断熱材と絶縁材の性能を損なわない超電導ケーブル用プーリングアイを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、第１の発明として、超電導ケーブルの端部に接続するプーリングアイにおいて、該プーリングアイの中心部に超電導ケーブルの導体から露出したフォーマと接合するスリーブを有し、該スリーブの外端部に超電導ケーブルの断熱管内管と接合する部分と、プーリングアイの外周に配置される保護管の端部に超電導ケーブルの断熱管外管と接合する部分とを設け、上記断熱管内管とプーリングアイのスリーブとを円型直管を介して溶接し、該円型直管に厚さが断熱管内管の厚さよりも大きくスリーブの厚さよりも小さいものを用い、かつ、上記断熱管外管とプーリングアイの保護管とも円型直管を介して溶接され、該円型直管に厚さが断熱管外管の厚さと保護管の厚さの中間位のものを用いることを特徴とする超電導ケーブル用プーリングアイを提供する。

また、上記プーリングアイは、超電導ケーブルの端部において断熱管の内管と外管を隔絶し、内管内側の空間及び内管と外管に囲まれる空間のそれぞれにおいて気密性を有する。

また、上記第１の発明に係わるプーリングアイを超電導ケーブル用プーリングアイとして用いることを特徴とする超電導ケーブルの布設方法を提供する。

第１の発明により、超電導ケーブルの端部とプーリングアイとの接続において、該プーリングアイの中心部に設けたスリーブと超電導ケーブルの導体から露出したフォーマとを接合し、また、該スリーブの外端部と超電導ケーブルの断熱管内管とを接合し、更に、プーリングアイの外周に配置される保護管の端部と超電導ケーブルの断熱管外管とを接合することにより、ケーブルを布設する際、プーリングアイを引っ張る張力は超電導ケーブルのフォーマと断熱管の内管及び外管に分担されケーブルコアに集中することがなく臨界電流の非可逆的な低下がなくなった。

さらに、上記プーリングアイと断熱管との接合は溶接によって行うので、断熱管の内管とプーリングアイのスリーブとの接合は円型直管を介して行い、該円型直管に厚さが断熱管内管の厚さよりも大きくスリーブの厚さよりも小さいものを用い、かつ、断熱管外管とプーリングアイの保護管との接合も前記同様に円型直管を介して行われ、該円型直管は厚さが断熱管外管の厚さと保護管の厚さの中間位のものを用いる。これによって、熱容量の違いによる溶接の困難さを解消し、溶接部に溶接不良、割れ、ピンホールなどを無くし、断熱管内部の気密性がより一層確実となった。

また、本発明によるプーリングアイを超電導ケーブルに接続することにより、ケーブルの端部において内管と外管とを隔絶し、内管の内側空間及び内管と外管に囲まれる空間のそれぞれにおいて気密性を有することにより、内管と外管の互いに漏れがなく、内管に収納されるケーブルコアの電気絶縁層が外気から吸湿せずに絶縁性能に優れ、かつ、内管と外管に囲まれる空間において高真空度が維持でき断熱性能が損なわれない。

以下、本発明を実施するための最良形態を示す。

図１に超電導ケーブルの概略構造を示す。超電導ケーブル１の中心にあるケーブルコアは、金属製（例えば銅製）フォーマ２の周りにテープ状の超電導導体３をらせん状に巻き付けて、その上に電気絶縁層４（材質は紙若しくは半合成紙）、次いで保護層５（例えば、導電性の紙あるいは銅の編組線からなる）から形成される。このケーブルコアは可撓制のある金属製（例えば、ステンレス製またはアルミニウム製）二重断熱管として、該二重断熱管の内管６と外管８及び該内管６と外管８の間に配置された断熱材７からなる断熱管の中に収納されている。断熱管内管６の内側には、プーリングアイを取り付けている間に乾燥空気で充填し、布設終了後プーリングアイを外して端末部を取り付けると、液体窒素が流れてケーブルコアに沿って循環し、ケーブルコアは77Kの液体窒素温度に冷却される。内管６と外管８の間には、アルミ蒸着の高分子材フィルムとポリエチレンネットが積層して構成されるスーパーインシュレーションと呼ばれる断熱材を配置しており、更に０．１ＭＰａ以下の高真空に排気維持されて、室温からの熱侵入を低減する。

図２に本発明に係わるプーリングアイと超電導ケーブルとの接続構造を示す。プーリン
グアイ１０（材質は、例えば鉄(ＳＳ４０など)）は、引張り帽１１とスリーブ１２及び保
護管１３から構成される。このプーリングアイ１０を用いて超電導ケーブル１に取り付け
る場合、最初の工程として、ケーブルの端部処理を行う。即ち、保護層５、次いでに電気絶縁層４、更に超電導導体３を除去しフォーマ２を露出させる。このフォーマの露出した部分をプーリングアイ１０の中心にある金属製管状スリーブ１２に挿入した後、外側から圧力をかけて圧縮接合される。圧縮接合の他に、半田接合や溶接接合等の方法を用いても良い。次の工程として、スリーブ１２のケーブル側の端部と断熱管内管６とを円型直管１４を介して溶接箇所１４a、１４bで溶接する。通常１ｍｍに満たない薄い断熱管内管６と、厚さ５ｍｍ〜１５ｍｍ程あるプーリングアイのスリーブ１２を溶接接合する場合、熱容量の違いによる溶接の困難さを解消するために、円型直管１４に厚さ２ｍｍのものを用いる。更に次の工程として、断熱管外管８とプーリングアイの保護管１３のケーブル側の端部とを、前述と同じ理由より厚さ２ｍｍの円型直管１５を介して溶接箇所１５a、１５ｂで溶接する。本実施例で断熱管内管６の厚さは０．６ｍｍ、断熱管外管８の厚さは０．８ｍｍであり、保護管１３の厚さは５ｍｍ。また、この際、外管８の上にビニルやポリエチレンを使用した防食層１７がある場合、予め防食層１７を除去して外管８の表面を露出させておく必要がある。最後に、保護管１３とスリーブ１２とを溶接箇所１６ａで溶接して、超電導ケーブル１とプーリングアイ１０を一体化させる。

なお、図２に図示していないが、スリーブ１２と引張り帽１１はネジ状に加工し嵌め合わされている。

実施例１のプーリングアイを用いて一般的な管路布設長となる５００ｍの超電導ケーブルに取り付けた。これを管路に引き込んだ後通電したところ、臨界電流に低下が無いことを確認した。また、プーリングアイ取りつけ作業後、気密性を確認するために、内管６に１ＭＰａの圧力をかけ、次いで内管６の内側を大気圧にし、外管８と内管６の間に１ＭＰａの圧力をかけて、それぞれ２４時間保持したところ、共に圧力の減少が無く、また外管８から内管６の内へ漏出の形跡もないことが確認できた。これにより、本発明に係わるプーリングアイを取り付けた超電導ケーブルの気密性は確認された。

超電導ケーブルの構造を示す超電導ケーブルの斜視図 本発明に係わるプーリングアイと超電導ケーブルとの接続構造を示す横断面図 従来のプーリングアイとＣＶケーブルとの接続構造を示す横断面図

符号の説明

１ 超電導ケーブル
２ 超電導ケーブル１のフォーマ
３ 超電導ケーブル１の超電導導体
４ 超電導ケーブル１の電気絶縁層
５ 超電導ケーブル１の保護層
６ 超電導ケーブル１の断熱管の内管
７ 超電導ケーブル１用の断熱材
８ 超電導ケーブル１の断熱管の外管
１０ 本発明にかかわるプーリングアイ
１１ プーリングアイ１０の引張り帽
１２ プーリングアイ１０のスリーブ
１３ プーリングアイ１０の保護管
１４ スリーブ１２と断熱管内管６を繋ぐ円型直管
１４ａ 断熱管内管６と円型直管１４の溶接箇所
１４ｂ スリーブ１２と円型直管１４の溶接箇所
１５ 保護管１３と断熱管外管８を繋ぐ円型直管
１５ａ 保護管１３と円型直管１５の溶接箇所
１５ｂ 断熱管外管８と円型直管１５の溶接箇所
１６ａ 保護管１３とスリーブ１２の溶接箇所
１７ 防食層
２０ ＣＶケーブル
２１ ＣＶケーブル２０の銅導体
２２ ＣＶケーブル２０の電気絶縁体
２３ ＣＶケーブル２０の金属シース
２４ 防水処理部
３０ 従来のプーリングアイ
３１ プーリングアイの引張り帽
３２ プーリングアイのスリーブ
３３ プーリングアイの保護管

Claims (3)

1. 超電導ケーブルの端部に接続するプーリングアイにおいて、該プーリングアイの中心部に超電導ケーブルの導体から露出したフォーマと接合するスリーブを有し、該スリーブの外端部に超電導ケーブルの断熱管内管と接合する部分と、プーリングアイの外周に配置される保護管の端部に超電導ケーブルの断熱管外管と接合する部分とを設け、上記断熱管内管とプーリングアイのスリーブとを円型直管を介して溶接し、該円型直管に厚さが断熱管内管の厚さよりも大きくスリーブの厚さよりも小さいものを用い、かつ、上記断熱管外管とプーリングアイの保護管とも円型直管を介して溶接され、該円型直管に厚さが断熱管外管の厚さと保護管の厚さの中間位のものを用いることを特徴とする超電導ケーブル用プーリングアイ。
2. 超電導ケーブルの端部において断熱管の内管と外管を隔絶し、内管の内側空間及び内管と外管に囲まれる空間のそれぞれにおいて気密性を有することを特徴とする請求項１記載の超電導ケーブル用プーリングアイ。
3. 請求項１または２に記載の超電導ケーブル用プーリングアイを用いたことを特徴とする超電導ケーブルの布設方法。

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