專利名稱：超導(dǎo)電纜線路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有終端連接部或中間連接部的超導(dǎo)電纜線路。
背景技術(shù)：
以往已知在極低溫度條件下將處于超導(dǎo)狀態(tài)的超導(dǎo)線材用作導(dǎo)體的超導(dǎo)電纜。超導(dǎo)電纜作為能夠以低損耗輸送大電流的電纜而備受期待，并正面向?qū)嵱没M行開發(fā)。圖2示出超導(dǎo)電纜的一例。圖2所示的超導(dǎo)電纜10是在隔熱管12內(nèi)收納了單芯的電纜芯11的單芯型超導(dǎo)電纜。電纜芯11由支撐管111、超導(dǎo)導(dǎo)體層112、電絕緣層113、超導(dǎo)屏蔽層114、常電導(dǎo)屏蔽層115、保護層116等構(gòu)成。超導(dǎo)導(dǎo)體層112通過在支撐管111上螺旋狀地纏繞多條超導(dǎo)線材而形成。同樣地，超導(dǎo)電纜層114是通過在電絕緣層113上螺旋狀地纏繞多條超導(dǎo)線材而形成的。形成超導(dǎo)導(dǎo)體層112和超導(dǎo)屏蔽層114的超導(dǎo)線材例如具有在帶狀金屬基板上按順序形成中間層、超導(dǎo)層、保護層的層疊結(jié)構(gòu)。作為構(gòu)成超導(dǎo)層的超導(dǎo)體，例如有在液氮溫度(大氣壓下的_196°C)以上的溫度下表現(xiàn)出超導(dǎo)的RE類超導(dǎo)體(RE:稀土類元素)。尤其代表性的是化學式Y(jié)Ba2Cu307_y所表示的釔類超導(dǎo)體(以下稱之為Y類超導(dǎo)體)。隔熱管12具有由內(nèi)管121和外管122構(gòu)成的雙重環(huán)結(jié)構(gòu)。在內(nèi)管121和外管122之間存在多層隔熱層(超絕熱體)123，并被抽真空。另外，外管122的外周被聚氯乙烯(PVC)和聚乙烯等防蝕層124覆蓋。在超導(dǎo)電纜10的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)時，液氮等制冷劑在內(nèi)管121的內(nèi)部循環(huán)，供電電流在極低溫狀態(tài)下流到超導(dǎo)導(dǎo)體層112。對連接這種超導(dǎo)電纜10與電力設(shè)備等實際系統(tǒng)的部位實施使用終端連接部的終端處理。在終端連接部，在作為低溫部的低溫容器中收納著超導(dǎo)電纜10的端部，經(jīng)過電流導(dǎo)線與作為常溫部的實際系統(tǒng)連接。另外，對于將超導(dǎo)電纜10彼此連接起來的部位實施使用了中間連接部的終端處理。在中間連接部中中，將2根超導(dǎo)電纜10導(dǎo)入低溫容器，在該低溫容器內(nèi)連接電纜芯11。在上述具有終端連接部或中間連接部的超導(dǎo)電纜線路中，超導(dǎo)電纜10在組裝施工時和維修點檢時從常溫被冷卻至液氮溫度，或從液氮溫度升溫至常溫。在這種熱循環(huán)過程中，已知電纜芯11以超導(dǎo)電纜長度的大約O. 3%進行熱伸縮。尤其在終端連接部或中間連接部中，在電纜芯11難以在長度方向上移動的情況下，若電纜芯11進行熱伸縮則會對超導(dǎo)電纜10施加局部的應(yīng)力。而且在構(gòu)成超導(dǎo)導(dǎo)體層112和超導(dǎo)屏蔽層114的超導(dǎo)線材中產(chǎn)生壓曲等，使得超導(dǎo)電纜10的性能顯著降低。于是提出了在終端連接部中使用編織線等具有撓性的連接端子(撓性連接端子)將超導(dǎo)導(dǎo)體層與電流導(dǎo)線連接起來，吸收電纜芯的熱伸縮的技術(shù)(例如專利文獻I)。還提出了在終端連接部內(nèi)對超導(dǎo)電纜設(shè)置補償，使得終端連接部能夠在超導(dǎo)電纜的長度方向上滑動，從而吸收電纜芯的熱伸縮的技術(shù)。
還提出了在中間連接部的兩側(cè)設(shè)置補償部，由于電纜芯的熱伸縮而在超導(dǎo)電纜中產(chǎn)生了變形的情況下，使中間連接部上下移動以消除變形的方法(例如專利文獻2)。如上，所謂補償部意味著使電纜蛇行來鋪設(shè)，這是一種吸收電纜的熱伸縮的方法。先行技術(shù)文獻專利文獻專利文獻1:日本特開2009-140912號公報專利文獻2 :日本特開2000-331547號公報

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問題然而在實際的超導(dǎo)電纜線路中，超導(dǎo)電纜并非伴隨電纜芯的熱伸縮而在整個線路上發(fā)生移動，而是存在不動區(qū)域(超導(dǎo)電纜不移動的區(qū)域)。即，終端連接部和中間連接部受到與最近的不動區(qū)域之間的區(qū)域中的電纜芯的熱伸縮的影響。因此對超導(dǎo)電纜線路的不動區(qū)域進行預(yù)測，推測在終端連接部和中間連接部發(fā)現(xiàn)的電纜芯的熱伸縮距離，在此基礎(chǔ)上進行終端連接部和中間連接部的設(shè)計以吸收該熱伸縮距離。然而由于超導(dǎo)電纜的冷卻方法、超導(dǎo)電纜線路中的局部傾斜、摩擦系數(shù)等會使得不動區(qū)域發(fā)生變化，因而難以正確把握不動區(qū)域，難以推測在終端連接部和中間連接部發(fā)現(xiàn)的電纜芯的熱伸縮距離。另外，還已知在組裝施工時的冷卻工序中產(chǎn)生的熱收縮量與維護點檢時的升溫工序中所產(chǎn)生的熱伸縮量并不相同(在冷卻時和升溫時不動區(qū)域發(fā)生變化)。其結(jié)果，需要將熱伸縮距離估計得多一些來設(shè)計終端連接部或中間連接部，因此難以實現(xiàn)終端連接部和中間連接部的小型化。而若使終端連接部或中間連接部可動，則會對與其他設(shè)備的連接和向臺架的固定帶來障礙，因而難以實用。本發(fā)明就是為了解決上述課題而完成的，其目的在于提供一種既能易于推測在熱循環(huán)過程中在終端連接部或中間連接部發(fā)現(xiàn)的電纜芯的熱伸縮距離，又能實現(xiàn)終端連接部或中間連接部的小型化的超導(dǎo)電纜線路。解決問題的手段本發(fā)明第一方面涉及的發(fā)明是一種超導(dǎo)電纜線路，其鋪設(shè)有與終端連接部或中間連接部連接的超導(dǎo)電纜，該超導(dǎo)電纜是將具有支撐管和超導(dǎo)導(dǎo)體層的電纜芯收納于包括電纜的外管和內(nèi)管的隔熱管內(nèi)而構(gòu)成的，其特征在于，在上述終端連接部或上述中間連接部的附近具備曲線地鋪設(shè)上述超導(dǎo)電纜以便吸收上述超導(dǎo)電纜芯的熱伸縮距離的補償部，上述超導(dǎo)電纜線路具有固定上述補償部的外管的一部分的固定部。其中，“附近”指的是例如設(shè)熱伸縮距離為IOcm以內(nèi)的情況下，能夠采用緊湊的連接部的距離30m。因而若允許補償部的設(shè)定，則也可以是50m(熱伸縮距離為15cm)，還可以是IOOm (熱伸縮距離為30cm)。本發(fā)明第二方面涉及的發(fā)明基于第一方面的發(fā)明，其特征在于，上述固定部位于如下區(qū)域該區(qū)域包含相對于將弧的曲線形狀的端部所具有的曲線的變極點之間連接起來的直線，在垂直方向上離得最遠的上述弧的曲線形狀上的點，其中上述弧構(gòu)成上述補償部；或者該區(qū)域是在上述變極點之間夾著上述曲線形狀上的點的區(qū)域。
本發(fā)明第三方面涉及的發(fā)明基于第二方面的發(fā)明，其特征在于，設(shè)在從上述曲線形狀上的點到距離上述曲線形狀上的點最近的上述終端連接部或上述中間連接部的電纜端部為止的電纜芯的長度上產(chǎn)生的、因熱伸縮導(dǎo)致的40°C時的長度與-196°C時的長度之差為a，設(shè)在上述-196°C時的長度的基礎(chǔ)上追加的、終端連接部或中間連接部能夠收納的電纜芯的長度為X，則上述曲線形狀上的點配置于滿足X > a的范圍內(nèi)。其中，“能夠收納”指的是能夠維持連接部(終端連接部或中間連接部)中的電氣、機械性能的狀態(tài)?！?40 V ”是設(shè)想了夏天的外部大氣的溫度。本發(fā)明第四方面涉及的發(fā)明基于第二方面的發(fā)明，其特征在于，設(shè)從上述曲線形狀上的點到距離上述曲線形狀上的點最近的上述終端連接部或上述中間連接部的電纜端部為止的-196 °C時的電纜芯的長度為X，設(shè)在上述-196 °C時的長度的基礎(chǔ)上追加的、終端連接部或中間連接部能夠收納的電纜芯的長度為X，則上述曲線形狀上的點配置于滿足 X彡ΧΧ0. 003的范圍內(nèi)。其中，“能夠收納”指的是能夠維持連接部(終端連接部或中間連接部)中的電氣、機械性能的狀態(tài)。本發(fā)明第五方面涉及的發(fā)明基于第一至第四方面中任一項的發(fā)明，其特征在于，在存在多個構(gòu)成上述補償部的弧的曲線形狀的情況下，在與上述終端連接部或上述中間連接部最接近的弧的曲線形狀上、第二接近的弧的曲線形狀上、或多個弧的曲線形狀中將上述變極點之間連接起來的直線與上述曲線形狀上的點之間的長度最大的弧的曲線形狀上，具有上述固定部。其中，構(gòu)成補償部的弧的曲線形狀指的是由變極點劃分的曲線形狀。本發(fā)明第六方面涉及的發(fā)明基于第一至第五方面中任一項的發(fā)明，其特征在于，上述補償部為蛇形補償結(jié)構(gòu)。本發(fā)明第七方面涉及的發(fā)明基于第一至第五方面中任一項的發(fā)明，其特征在于，上述補償部為彎曲補償結(jié)構(gòu)。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，相反地使原本通過自由移動來吸收電纜芯的熱伸縮的補償固定，從而能夠?qū)⒊瑢?dǎo)電纜線路中的特定部分視作冷卻時和升溫時的不動區(qū)域，因此能夠易于推測和管理終端連接部或中間連接部的電纜芯的熱伸縮距離。因此易于實現(xiàn)終端連接部或中間連接部的設(shè)計，還能實現(xiàn)小型化。


圖1是表示實施方式涉及的超導(dǎo)電纜線路的概要構(gòu)成的圖。圖2是表示超導(dǎo)電纜線路的超導(dǎo)電纜的一例的圖。圖3是表示超導(dǎo)電纜線路的終端連接部的一例的圖。圖4是表示超導(dǎo)電纜線路的中間連接部的一例的圖。圖5是表示設(shè)置于終端連接部的附近的補償部的一例的圖。圖6是表示圖5的補償部中的超導(dǎo)電纜的變形狀態(tài)的圖。圖7是表示設(shè)置在終端連接部的附近的補償部的另一例的圖。
圖8是表示圖7的補償部中的超導(dǎo)電纜的變形狀態(tài)的圖。圖9是表示在終端連接部的附近設(shè)置的補償部的另一例的圖。圖10是表示實施例涉及的超導(dǎo)電纜線路的圖。圖11是表示在終端連接部的附近設(shè)置的補償部的一例的圖。圖12是表示圖11的補償部中的超導(dǎo)電纜的變形狀態(tài)的圖。圖13是表示在終端連接部的附近設(shè)置的補償部的一例的圖。圖14是表示圖13的補償部中的超導(dǎo)電纜的變形狀態(tài)的圖。
具體實施例方式下面根據(jù)附圖詳細說明本發(fā)明的實施方式。圖1是表示實施方式涉及的超導(dǎo)電纜線路的概要構(gòu)成的圖。如圖1所示，在超導(dǎo)電纜線路S中，在設(shè)置于地下的管道L中鋪設(shè)了超導(dǎo)電纜10。而且在超導(dǎo)電纜10的兩端配設(shè)有用于向?qū)嶋H系統(tǒng)導(dǎo)出電力的終端連接部1、2，在出入孔MH內(nèi)2根超導(dǎo)電纜10、10利用中間連接部3連接。在終端連接部I上連接著冷卻系統(tǒng)4，能夠向超導(dǎo)電纜10內(nèi)循環(huán)提供制冷劑(例如液氮)。在本實施方式中，在終端連接部1、2或中間連接部3的附近(例如圖1的區(qū)域AH^置補償部OS，在補償部OS的特定部位固定超導(dǎo)電纜10，從而有意地形成超導(dǎo)電纜線路S的不動區(qū)域。由此就能夠易于推測在終端連接部或中間連接部發(fā)現(xiàn)的電纜芯的熱伸縮距離，因此既能易于實現(xiàn)終端連接部或中間連接部的設(shè)計，又能實現(xiàn)小型化。圖2是表示超導(dǎo)電纜線路S的超導(dǎo)電纜10的一例的圖。圖2所示的超導(dǎo)電纜10是在隔熱管12內(nèi)收納了單芯的電纜芯11的單芯型超導(dǎo)電纜。超導(dǎo)電纜11由支撐管111、超導(dǎo)導(dǎo)體層112、電絕緣層113、超導(dǎo)屏蔽層114、常電導(dǎo)屏蔽層115、保護層116等構(gòu)成。
支撐管111是用于形成電纜芯11的卷芯，例如是將銅線等常電導(dǎo)線材彼此搓合在一起而構(gòu)成的。支撐管111中被分流了在短路事故時流到超導(dǎo)導(dǎo)體層112的事故電流。超導(dǎo)導(dǎo)體層112是在支撐管111上螺旋狀地纏繞多條超導(dǎo)線材而形成的。圖2中使超導(dǎo)導(dǎo)體層112為4層層疊結(jié)構(gòu)。在穩(wěn)定運轉(zhuǎn)時在超導(dǎo)導(dǎo)體層112中流過供電電流。構(gòu)成超導(dǎo)導(dǎo)體層112的超導(dǎo)線材例如具備在帶狀的金屬基板上按順序形成有中間層、超導(dǎo)層、保護層等的層疊結(jié)構(gòu)。作為構(gòu)成超導(dǎo)層的超導(dǎo)體，可應(yīng)用在液氮溫度以上的溫度下表現(xiàn)為超導(dǎo)的RE類超導(dǎo)體(RE :稀土類元素)，例如化學式Y(jié)Ba2Cu3CVy所表示的Y類超導(dǎo)體。電絕緣層113例如由絕緣紙、將絕緣紙與聚丙烯膜接合起來的半合成紙、高分子無紡布帶等構(gòu)成，通過纏繞于超導(dǎo)導(dǎo)體層112上而形成。超導(dǎo)屏蔽層114是將多條超導(dǎo)線材螺旋狀地纏繞于電絕緣層113上而形成的。圖2中超導(dǎo)屏蔽層114為雙層層疊結(jié)構(gòu)。在超導(dǎo)屏蔽層114中,在穩(wěn)定運轉(zhuǎn)時通過電磁感應(yīng)而以反相位流過與導(dǎo)體電流大致相同的電流。對構(gòu)成超導(dǎo)屏蔽層114的超導(dǎo)線材可使用與超導(dǎo)導(dǎo)體層112同樣的線材。常電導(dǎo)屏蔽層115是通過將銅線等常電導(dǎo)線材纏繞于超導(dǎo)屏蔽層114上而形成的。在常電導(dǎo)屏蔽層115中被分流有在短路事故時流到超導(dǎo)屏蔽層114的事故電流。保護層116例如由絕緣紙、高分子無紡布等構(gòu)成，是纏繞于常電導(dǎo)屏蔽層115上而形成的。隔熱管12具有雙重環(huán)結(jié)構(gòu)，由收納電纜芯11并填充有制冷劑(例如液氮)的內(nèi)管121、以及配設(shè)成覆蓋內(nèi)管121的外周的外管122構(gòu)成。內(nèi)管121和外管122例如是不銹鋼制的波紋管。在內(nèi)管121和外管122之間例如存在由蒸鍍了鋁的聚乙烯膜的層疊體構(gòu)成的多層隔熱層(超絕熱體)123，被保持為真空狀態(tài)。另外，外管122的外周被聚乙烯等的防蝕層124覆蓋。圖3是表示超導(dǎo)電纜線路S的終端連接部I的一例的圖。終端連接部2的構(gòu)成也相同。如圖3所示，終端連接部I構(gòu)成為將超導(dǎo)電纜10的端部以預(yù)定狀態(tài)收納于低溫容器20中，經(jīng)由導(dǎo)體用電流導(dǎo)線31和屏蔽用電流導(dǎo)線32將電流被導(dǎo)出至實際系統(tǒng)側(cè)。在終端連接部I中，超導(dǎo)電纜10的超導(dǎo)導(dǎo)體層112與導(dǎo)體用電流導(dǎo)線31經(jīng)由導(dǎo)體用可動連接端子50而電連接起來(導(dǎo)體連接部Cl)。導(dǎo)體用可動連接端子50是用于將電纜芯11以能夠在長度方向上移動且能夠在周向上旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)與導(dǎo)體用電流導(dǎo)線31連接的端子。導(dǎo)體用可動連接端子50例如構(gòu)成為包含安裝于超導(dǎo)導(dǎo)體層112的外周的導(dǎo)體用插頭51、以能夠移動的方式安裝有該導(dǎo)體用插頭51的導(dǎo)體用插座52。該終端連接部I中的導(dǎo)體用可動連接端子50的導(dǎo)體用插頭51部分的端部相當于超導(dǎo)電纜10 (電纜芯11)的電纜端部。另外，超導(dǎo)電纜10的超導(dǎo)屏蔽層114與屏蔽層用電流導(dǎo)線32通過屏蔽用可動連接端子60而電連接起來(屏蔽連接部C2)。屏蔽用可動連接端子60是用于將電纜芯11以能夠在長度方向上移動且能夠在周向上旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)與屏蔽用電流導(dǎo)線32連接的端子。屏蔽用可動連接端子60由安裝于超導(dǎo)屏蔽層114的外周的屏蔽用插頭61、以及以能夠移動的方式安裝有該屏蔽用插頭61的屏蔽用插座62構(gòu)成。S卩，在終端連接部1，電纜芯11被導(dǎo)體連接部Cl和屏蔽連接部C2支撐，能夠在長度方向上移動且能夠在周向上旋轉(zhuǎn)。低溫容器20具有由內(nèi)側(cè)的制冷劑槽21和外側(cè)的真空槽22構(gòu)成的雙重結(jié)構(gòu)，被劃分為收納超導(dǎo)電纜10的端部的收納部20a、垂直設(shè)于收納部20a上的圓筒狀的引出部20b、20c。低溫容器20(制冷劑槽21、真空槽22)中形成有可密閉為氣密狀態(tài)的手孔(hand hole)(省略圖示)，以使作業(yè)人員能夠從外部進行施工時的作業(yè)等。導(dǎo)體用電流導(dǎo)線31、屏蔽用電流導(dǎo)線32是用于從超導(dǎo)電纜10向?qū)嶋H系統(tǒng)導(dǎo)出電流的導(dǎo)體，例如由銅制的管材等構(gòu)成。導(dǎo)體用電流導(dǎo)線31下垂地配設(shè)于低溫容器20的引出部20b上，屏蔽用電流導(dǎo)線32下垂地配設(shè)于引出部20c上。還可以由導(dǎo)電性的實心線材構(gòu)成導(dǎo)體用電流導(dǎo)線31、屏蔽用電流導(dǎo)線32。在導(dǎo)體用電流導(dǎo)線31的外周配設(shè)有例如由纖維強化塑料(FRP =FiberReinforced Plastics)所構(gòu)成的套管41,在導(dǎo)體用電流導(dǎo)線31的下端部(與導(dǎo)體用可動連接端子50的連接部)配設(shè)有電極屏蔽部件42。S卩，由于對導(dǎo)體用電流導(dǎo)線31施加高電壓，因而通過配設(shè)套管41和電極屏蔽部件42，能夠保 持與接地的低溫容器20的電絕緣。在位于導(dǎo)體連接部Cl與屏蔽連接部C2之間的電纜芯11的電絕緣層113的外周形成有由環(huán)氧樹脂制的喇叭口和應(yīng)力錐構(gòu)成的電場緩和層13。該超導(dǎo)電纜10的端部被導(dǎo)入低溫容器20的收納部20a，浸入到制冷劑(例如液氮)中。此時，超導(dǎo)電纜10的內(nèi)管121與制冷劑槽21的外壁連接，外管122與真空槽22的外壁連接(電纜連接部C3)。內(nèi)管121與制冷劑槽21的連接、外管122與真空槽22的連接例如是通過熔接或螺栓固定來進行的。在穩(wěn)定運轉(zhuǎn)時，由冷卻系統(tǒng)4 (參見圖1)向超導(dǎo)電纜10的內(nèi)管121的內(nèi)部及以與之連通的制冷劑槽21循環(huán)提供制冷劑。另外，超導(dǎo)電纜10的內(nèi)管121與外管122之間的間隙以及與之連通的真空槽22被真空泵(省略圖示)保持為真空狀態(tài)。在終端連接部I中，超導(dǎo)電纜10的電纜芯11在導(dǎo)體連接部Cl、屏蔽連接部C2和電纜連接部C3這三處被支撐。并且將導(dǎo)體連接部Cl、屏蔽連接部C2和電纜連接部C3的位置(高度)調(diào)整為使得電纜芯11以水平狀態(tài)被筆直地支撐。若導(dǎo)體連接部Cl、屏蔽連接部C2和電纜連接部C3對電纜芯11的支撐間隔過長，則電纜芯11可能會撓曲而有損水平狀態(tài)，因此優(yōu)選它們對電纜芯11的支撐間隔在2m以內(nèi)。在組裝施工時或維修點檢時的冷卻工序或升溫工序中，電纜芯11有時也會在徑向上伸縮，而由于此時的伸縮量僅為幾_，因此只要將導(dǎo)體連接部Cl、屏蔽連接部C2和電纜連接部C3的位置調(diào)整為大致相同，就不會極端地影響電纜芯11的水平狀態(tài)。即，電纜芯11在徑向上的熱伸縮不會妨礙電纜芯11在長度方向的移動。如上，在終端連接部I中，由于電纜芯11能夠在長度方向上移動，因此能夠有效地吸收在組裝施工時或維修點檢時的冷卻工序或升溫工序中產(chǎn)生的電纜芯11的熱伸縮。還由于電纜芯11能夠在周向上旋轉(zhuǎn)，因此還能吸收由超導(dǎo)電纜10的制造時和鋪設(shè)時的殘留應(yīng)力對電纜芯11施加的扭力。因此不會伴隨電纜芯11的熱伸縮和扭動而使得應(yīng)力局部地集中，而使得超導(dǎo)導(dǎo)體層112和超導(dǎo)屏蔽層114發(fā)生壓曲，因此可維持超導(dǎo)電纜10的健全性。圖4是表示超導(dǎo)電纜線路S的中間連接部3的一例的圖。圖4中，用剖面示出中間連接部3的大致上半部分。另外，在對所連接的2根超導(dǎo)電纜進行區(qū)分的情況下，對各超導(dǎo)電纜的構(gòu)成要素的符號附加下標a、b。如圖4所示，中間連接部3具有如下的結(jié)構(gòu)2根超導(dǎo)電纜10a、IOb的電纜端部以預(yù)定狀態(tài)收納于低溫容器70中，在該低溫容器70內(nèi)，在電纜端部上連接著相當?shù)碾娎|芯IlaUlb0支撐管IllaUllb在將端面彼此面對面的狀態(tài)下例如通過熔接連接起來。超導(dǎo)導(dǎo)體層112a、112b配置為在分隔開預(yù)定長度的狀態(tài)下將端面彼此相對，從一個超導(dǎo)導(dǎo)體層112a到另一個超導(dǎo)導(dǎo)體層112b架設(shè)導(dǎo)體連接用的超導(dǎo)線材117并通過焊接結(jié)合而連接起來。在電絕緣層113a、113b之間纏繞著加強絕緣紙(例如牛皮紙)118。與超導(dǎo)導(dǎo)體層112a、112b的連接同樣地，超導(dǎo)屏蔽層114a、114b配置為在分隔開預(yù)定長度的狀態(tài)下將端面彼此相對，從一個超導(dǎo)屏蔽層114a到另一個超導(dǎo)屏蔽層114b架設(shè)屏蔽連接用的超導(dǎo)線材119并通過焊接結(jié)合而連接起來。使用銅編織線(省略圖示)將常電導(dǎo)屏蔽層115a、115b壓接連接。在保護層116a、116b之間纏繞著保護層(省略圖示)。并且如上所述，在終端連接部I上存在可動連接端子(導(dǎo)體用可動連接端子50、屏蔽用可動連接端子60)，從而能夠某種程度上吸收電纜芯11的熱伸縮距離。
另一方面，在中間連接部3中不存在終端連接部I所具備的那種可動連接端子。然而，中間連接部3的電纜連接部分比其他電纜芯11粗，并且不進入到電纜的內(nèi)管121內(nèi)，因而收納于特別的盒子(低溫容器70)內(nèi)(參見圖4)。當該電纜連接部分的斜坡部分(變粗的部分)由于電纜芯11的熱伸縮而抵接到內(nèi)管121和盒子的內(nèi)側(cè)從而形狀發(fā)生了崩塌時，無法如期望那樣發(fā)揮連接部分的絕緣功能。因此優(yōu)選收納于箱中而處于不怎么移動的狀態(tài)。因此，優(yōu)選補償處于中間連接部3的兩側(cè)，還要求能預(yù)測到電纜芯11的熱伸縮，能夠調(diào)節(jié)為兩側(cè)的熱伸縮相同。因此，中間連接部3的可允許的電纜芯11的熱伸縮的吸收允許距離為在盒子內(nèi)的電纜芯連接部分不與盒子內(nèi)的內(nèi)側(cè)接觸的范圍內(nèi)的電纜芯連接部分的撓曲。其原因在于，(O中間連接部3的電纜芯11的熱伸縮的允許距離是有限度的(因為抵接于盒子的內(nèi)側(cè))，
(2)要求中間連接部3兩側(cè)的電纜芯11的熱伸縮距離為同等程度(因為從盒子向管偵彳偏移，比通常的電纜芯粗的連接部分嵌入到較窄的管內(nèi))。 低溫容器70具有由內(nèi)側(cè)的制冷劑槽71、外側(cè)的真空槽72構(gòu)成的雙重結(jié)構(gòu)。與終端連接部I同樣地，超導(dǎo)電纜10的內(nèi)管121與制冷劑槽71的外壁連接，外管122與真空槽72的外壁連接。內(nèi)管121與制冷劑槽21的連接、外管122與真空槽22的連接例如是通過熔接或螺栓固定來進行的。在穩(wěn)定運轉(zhuǎn)時，向超導(dǎo)電纜10的內(nèi)管121的內(nèi)部及與之連通的制冷劑槽71循環(huán)提供制冷劑，而超導(dǎo)電纜10的內(nèi)管121與外管122之間的間隙以及與之連通的真空槽72被保持為真空狀態(tài)。圖5是表示在終端連接部I附近(例如圖1的區(qū)域A)設(shè)置的補償部OS的一例的圖。圖5所示的補償部OSl是光滑地連接設(shè)置了以半徑Re、以00為中心角向上凸的圓弧CAl和向下凸的圓弧CA2的S字的補償。而且在該補償部OSl中，用3個固定部件K固定超導(dǎo)電纜10的外管122，以使得與圓弧CAl的中心對應(yīng)的超導(dǎo)電纜10的最大振幅部P (或最大位移部P)不能移動。使用該固定部件K固定補償部OSl的外管122的一部分的部位就是固定部。并且，最大位移部P指的是在與將構(gòu)成補償部OSl的圓弧的曲線形狀的端部所具有的曲線的變極點之間連接起來的直線垂直的方向上發(fā)生最大位移的電纜芯的部分。電纜的固定部件使用通常的電纜夾板。使用電纜夾板夾住電纜，將該電纜夾板固定于臺架等，從而固定電纜的外管122。固定是在處于室溫時或冷卻(升溫)過程中進行的。若在室溫時進行固定，則能減少向連接部的伸縮量，然而固定部中的熱侵入量會變大。而若在冷卻過程中進行固定，則固定部中的熱侵入量減小，在固定之前電纜芯發(fā)生移動，因此向連接部的伸縮量變大。設(shè)超導(dǎo)電纜10的外徑為D時，優(yōu)選補償部OSl的彎曲半徑在I 20D以上。例如在超導(dǎo)電纜10的平均外徑為150mm的情況下，設(shè)補償部OSl的彎曲半徑在2250mm 3000mm以上。這些數(shù)值可使用與以往的電纜的彎曲半徑的開發(fā)試驗中所需的數(shù)值同樣的數(shù)值(JEC 規(guī)格、JEC-3401)。例如，設(shè)從最大振幅部P到距離補償部OSl最近的終端連接部I的電纜端部(51)為止的電纜長度的熱伸縮距離為a、終端連接部I的電纜芯11進行熱伸縮的吸收允許距離為X，這種情況下，優(yōu)選在滿足X Sa的范圍內(nèi)設(shè)置補償部0S1。例如在設(shè)從構(gòu)成補償部OSl的弧的曲線形狀上的點到距離該曲線形狀上的點最近的終端連接部或中間連接部的電纜端部為止的電纜芯的長度上所產(chǎn)生的由熱伸縮導(dǎo)致的25°C時的長度與-196°C時的長度之差為a，在-196°C時的長度的基礎(chǔ)上追加的、終端連接部或中間連接部能夠收納的電纜芯的長度為X的情況下，則曲線形狀上的點配置于滿足X ^ a的范圍內(nèi)。更具體而言，設(shè)從最大振幅部P到與補償部OSl最近的終端連接部I的電纜端部
(51)為止的電纜長度為X、終端連接部I的電纜芯11進行熱伸縮的吸收允許距離為X的情況下，優(yōu)選補償部OSl設(shè)置于滿足X彡ΧΧ0. 003 (O. 3%)的范圍內(nèi)。例如，從構(gòu)成補償部OSl的弧的曲線形狀上的點到距離該曲線形狀上的點最近的終端連接部或中間連接部的電纜端部為止的-196°C時的電纜芯的長度為X，在-196°C時的長度的基礎(chǔ)上追加的、終端連接部或中間連接部能夠收納的電纜芯的長度為X的情況下，則曲線形狀上的點配置于滿足X彡ΧΧ0. 003的范圍內(nèi)。
由此，在終端連接部I中發(fā)現(xiàn)的熱伸縮距離變小，因此能夠以更高精度良好地推測該熱伸縮距離，還能實現(xiàn)終端連接部I的小型化。并且，最大振幅部P指的是相對于將構(gòu)成補償部OSl的弧的曲線形狀的端部所具有的曲線的變極點之間連接起來的直線，在垂直方向上離得最遠的弧的曲線形狀上的點。而變極點指的是如圖5、9等(黑點)所示在補償部的曲線形狀的曲線上彎曲的方向發(fā)生變化的點。具體指的是在固定補償部時或重新進行設(shè)定時曲線形狀的曲線的變極點。其中，在補償部OSl中超導(dǎo)電纜10能夠移動的情況下，如圖6所示，冷卻時電纜芯11發(fā)生熱收縮而向彎曲的內(nèi)側(cè)(彎曲半徑變大的方向)移動。而內(nèi)管121隨之被向電纜芯11按壓，進而外管122也被按壓，超導(dǎo)電纜10整體向內(nèi)側(cè)變形以使得圓弧CA1、CA2的彎曲半徑變大(接近直線狀)。而在升溫時電纜芯11發(fā)生熱伸展而向彎曲的外側(cè)(彎曲半徑變小的方向)移動。而內(nèi)管121隨之被向電纜芯11按壓，進而外管122也被按壓，超導(dǎo)電纜10整體向外側(cè)變形以使得圓弧CA1、CA2的彎曲半徑變小。此時，在補償部OSl中，超導(dǎo)電纜10的移動量(位移)在圓弧CA1、CA2的中心為最大，相對于將CAl的端部的變極點和CA2的端部的變極點連接起來的直線具備最大振幅。在電纜芯11進行熱伸縮時，電纜芯11首先在圓弧CA1、CA2的中心與內(nèi)管121抵接，此后在附近部位依次抵接。在現(xiàn)有的超導(dǎo)電纜線路中，設(shè)置補償部0S1，使超導(dǎo)電纜10整體發(fā)生變形，從而吸收電纜芯11的熱收縮。對此，在本實施方式中，超導(dǎo)電纜10的最大振幅部P被固定部件K固定為無法移動。因此在冷卻時超導(dǎo)電纜10整體向彎曲內(nèi)側(cè)發(fā)生變形，而在電纜芯11和內(nèi)管121朝彎曲內(nèi)側(cè)移動并抵接外管122之后，電纜芯11和內(nèi)管121被按壓到外管122。因此，對于電纜芯11的熱收縮會產(chǎn)生較大的摩擦阻力，限制了電纜芯11的移動。即，超導(dǎo)電纜10的最大振幅部P成為不動點，此后電纜芯11朝向最大振幅部P收縮。另外，在升溫時超導(dǎo)電纜10整體向彎曲外側(cè)變形，而電纜芯11和內(nèi)管121朝彎曲外側(cè)移動并抵接外管122之后，電纜芯11和內(nèi)管121被按壓到外管122。因此，相對于電纜芯11的熱伸展會產(chǎn)生較大的摩擦阻力，限制電纜芯11的移動。即，超導(dǎo)電纜10的最大振幅部P為不動點，此后電纜芯11以最大振幅部P為基準向終端連接部I側(cè)伸展。如上，在圖5所示的補償部OSl中，在假定超導(dǎo)電纜10能夠移動時，伴隨電纜芯11的熱伸縮出現(xiàn)的超導(dǎo)電纜10的移動量為最大的最大振幅部(圓弧CAl的中心和圓弧CA2的中心)中與終端連接部I最近的最大振幅部P被固定為無法移動。由此，由于能夠?qū)⒊瑢?dǎo)電纜線路S的特定部分(最大振幅部P的右側(cè)(終端連接部I的相反側(cè))的部分)視作冷卻時和升溫時的不動區(qū)域，因此能易于推測在終端連接部I中發(fā)現(xiàn)的電纜芯11的熱伸縮距離。即，構(gòu)成為最大振幅部P必定包含于不動區(qū)域中，而關(guān)于熱伸縮距離，只要考慮從最大振幅點P到電纜端部51位置的長度即可。因此，既能根據(jù)所推測的熱伸縮距離容易地設(shè)計終端連接部1，又能實現(xiàn)終端連接部I的小型化。具體而言，可以將導(dǎo)體用可動連接端子50 (導(dǎo)體用插頭51和導(dǎo)體用插座52)和屏蔽用可動連接端子60 (屏蔽用插頭61和屏蔽用插座62)的長度和位置等設(shè)計為在冷卻時或升溫時不會妨礙電纜芯11與電流導(dǎo)線31、32之間的電連接的程度即可。
圖7是表示在終端連接部I的附近(例如圖1的區(qū)域A)設(shè)置的補償部OS的另一例的圖。圖7所示的補償部0S2是與圖5所示的補償部OSl呈線對稱地延伸設(shè)置的C字補償。而且在該補償部0S2中，使用3個固定部件K固定超導(dǎo)電纜10的外管122，以使得與彎曲的最下方的點對應(yīng)的超導(dǎo)電纜10的最大振幅部P不能移動。與圖5所示的S字補償?shù)那闆r同樣地，設(shè)超導(dǎo)電纜10的外徑為D時，補償部0S2的彎曲半徑優(yōu)選在15D以上。例如，設(shè)從最大振幅部P到與補償部0S2最近的終端連接部I的電纜端部(51)為止的電纜長度的熱伸縮距離為a、終端連接部I的電纜芯11進行熱伸縮的吸收允許距離為X的情況下，優(yōu)選補償部0S2設(shè)置于滿足X彡a的范圍內(nèi)。更具體而言，設(shè)從最大振幅部P到與補償部0S2最近的終端連接部I的電纜端部
(51)為止的電纜長度為X、終端連接部I的電纜芯11進行熱伸縮的吸收允許距離為X的情況下，優(yōu)選補償部0S2設(shè)置于滿足X彡ΧΧ0. 003 (O. 3%)的范圍內(nèi)。其中，在補償部0S2中超導(dǎo)電纜10能夠移動的情況下，如圖8所示，在冷卻時電纜芯11產(chǎn)生熱收縮而向彎曲的內(nèi)側(cè)(彎曲半徑變大的方向)移動。而內(nèi)管121隨之被按壓向電纜芯11，進而外管122也被按壓，超導(dǎo)電纜10整體向內(nèi)側(cè)變形，使得補償部0S2的彎曲半徑變大(接近直線狀)。另一方面，在升溫時，電纜芯11熱伸縮而向彎曲的外側(cè)(彎曲半徑變小的方向)移動。而內(nèi)管121隨之被按壓向電纜芯11，進而外管122也被按壓，超導(dǎo)電纜10整體向外側(cè)變形，使得補償部0S2的彎曲半徑變小。此時，在補償部0S2中，超導(dǎo)電纜10的移動量(位移)在彎曲的最下方的點處為最大。即，在電纜芯11熱伸縮時，電纜芯11首先在彎曲的最下方的點處與內(nèi)管121抵接，然后在附近的部位依次抵接。對此，在本實施方式中，超導(dǎo)電纜10的最大振幅部P被固定部件K固定成不能移動。因此，冷卻時超導(dǎo)電纜10整體向彎曲的內(nèi)側(cè)變形，然而在電纜芯11和內(nèi)管121向彎曲的內(nèi)側(cè)移動并抵接于外管122之后，電纜芯11和內(nèi)管121被按壓到外管122。因此相對于電纜芯11的熱收縮產(chǎn)生較大的摩擦阻力，限制了電纜芯11的移動。即，超導(dǎo)電纜10的最大振幅部P是不動點,此后電纜芯11朝最大振幅部P收縮。另外，在升溫時超導(dǎo)電纜10整體向彎曲的外側(cè)變形，而在電纜芯11和內(nèi)管121向彎曲的外側(cè)移動而抵接于外管122之后，電纜芯11和內(nèi)管121被按壓到外管122。因此相對于電纜芯11的熱伸展產(chǎn)生較大的摩擦阻力，限制了電纜芯11的移動。即，超導(dǎo)電纜10的最大振幅部P是不動點，此后電纜芯11以最大振幅部P為基準向終端連接部I側(cè)伸展。如上，在圖7所示的補償部0S2中，在假定為超導(dǎo)電纜10能夠移動時，隨著電纜芯11的熱伸縮而產(chǎn)生的超導(dǎo)電纜的移動量為最大的最大振幅部P被固定為無法移動。在補償部0S2中，隨著電纜芯11的熱伸縮而產(chǎn)生的超導(dǎo)電纜的移動量為最大的部位為彎曲的最下方的點這一處，所以該部位就是最大振幅部。由此，由于能夠?qū)⒊瑢?dǎo)電纜線路S的特定部分(最大振幅部P的兩側(cè))視作冷卻時和升溫時的不動區(qū)域，因此能夠易于推測出在終端連接部I中發(fā)現(xiàn)的電纜芯11的熱伸縮距離。S卩，構(gòu)成為最大振幅部P必定包含于不動區(qū)域中，關(guān)于熱伸縮距離，只要考慮從最大振幅點P到電纜端部51的長度即可。
因此，既能根據(jù)所推測出的熱伸縮距離容易地設(shè)計終端連接部1，又能實現(xiàn)終端連接部I的小型化。圖5、圖7所示的補償部0S1、0S2為一例，在終端連接部I的附近設(shè)置的補償部OS的形狀不限于此。即，在假定為在設(shè)置于終端連接部I的附近的補償部OS中超導(dǎo)電纜10能夠移動時，只要將伴隨電纜芯11的熱伸縮而產(chǎn)生的超導(dǎo)電纜10的移動量為最大的部位中最接近終端連接部I的最大振幅部P固定為不能移動即可。而在補償部0S1、0S2中，在電纜芯11熱伸縮時，電纜芯11和內(nèi)管121被按壓到外管122，因此超導(dǎo)電纜10的隔熱管12的隔熱性能可能會稍微降低。此時如圖9所示，通過使用蛇狀的補償部就能抑制隔熱管12的隔熱性能的降低。圖9是表示在終端連接部I的附近(例如圖1的區(qū)域A)設(shè)置的補償部OS的另一例的圖。圖9所示的補償部0S3是相對于圖7所示的補償部0S2呈線對稱地延伸設(shè)置的蛇形補償部。在補償部0S3中，將最大振幅部P固定成在終端連接部I側(cè)的補償部0S2中無法移動，而超導(dǎo)電纜10能夠在最大振幅部P的右側(cè)(終端連接部I的相反側(cè))移動。因此，在電纜芯11進行熱伸縮時可減少在超導(dǎo)電纜10中殘留的應(yīng)力，能夠防止電纜芯11和內(nèi)管121被過度按壓于外管122，因此能夠抑制對于電纜芯11的局部的熱侵入。尤其在冷卻時能夠抑制對于電纜芯11的局部的熱侵入，因此能夠防止熱侵入導(dǎo)致超導(dǎo)電纜10的供電性能降低的情況。[實施例]在實施例中，在外徑150mm、電纜長度50m的超導(dǎo)電纜10的一端連接終端連接部1，以另一端作為固定端，構(gòu)建模擬了從不動區(qū)域的端部(相當于固定端)到終端連接部I的超導(dǎo)電纜線路(參見圖10)。而針對設(shè)置了不同形狀的補償部OS的情況(包含直線鋪設(shè))，對從室溫冷卻至液氮溫度時的熱收縮量與從液氮溫度升溫至室溫時的熱伸展量進行了比較。具體而言，使用應(yīng)用了 X射線或Y射線等放射線的觀察裝置，觀察終端連接部I的導(dǎo)體用可動連接端子50的內(nèi)部，測定了導(dǎo)體用插座52內(nèi)的導(dǎo)體用插頭51的移動量。而在冷卻時測定在固定端產(chǎn)生的軸力，比較伴隨電纜芯11的熱收縮而在超導(dǎo)電纜10中產(chǎn)生的殘留應(yīng)力。其中，在將超導(dǎo)電纜10固定成使得在補償部OS中最大振幅部不能移動的情況下，從終端連接部I到最大振幅部的距離為以下的值。并且補償部OS的彎曲半徑為15D (D :超導(dǎo)電纜10的外徑)。
另外，關(guān)于電纜的允許彎曲半徑(R)、補償寬度(F)、補償長度(L)，如下的一般式(O的關(guān)系成立。
權(quán)利要求
1.一種超導(dǎo)電纜線路，其鋪設(shè)有與終端連接部或中間連接部連接的超導(dǎo)電纜，該超導(dǎo)電纜是將具有支撐管和超導(dǎo)導(dǎo)體層的電纜芯收納于包括電纜的外管和內(nèi)管的隔熱管內(nèi)而構(gòu)成的，其特征在于，在上述終端連接部或上述中間連接部的附近具備曲線地鋪設(shè)上述超導(dǎo)電纜以便吸收上述超導(dǎo)電纜芯的熱伸縮距離的補償部，上述超導(dǎo)電纜線路具有固定上述補償部的外管的一部分的固定部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)電纜線路，其特征在于，上述固定部位于如下區(qū)域該區(qū)域包含相對于將弧的曲線形狀的端部所具有的曲線的變極點之間連接起來的直線，在垂直方向上離得最遠的上述弧的曲線形狀上的點，其中上述弧構(gòu)成上述補償部；或者該區(qū)域是在上述變極點之間夾著上述曲線形狀上的點的區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超導(dǎo)電纜線路，其特征在于，設(shè)在從上述曲線形狀上的點到距離上述曲線形狀上的點最近的上述終端連接部或上述中間連接部的電纜端部為止的電纜芯的長度上產(chǎn)生的、因熱伸縮導(dǎo)致的40°C時的長度與-196°C時的長度之差為a，設(shè)在上述_196°C時的長度的基礎(chǔ)上追加的、終端連接部或中間連接部能夠收納的電纜芯的長度為X，則上述曲線形狀上的點配置于滿足X彡a的范圍內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超導(dǎo)電纜線路，其特征在于，設(shè)從上述曲線形狀上的點到距離上述曲線形狀上的點最近的上述終端連接部或上述中間連接部的電纜端部為止的_196°C時的電纜芯的長度為X，設(shè)在上述_196°C時的長度的基礎(chǔ)上追加的、終端連接部或中間連接部能夠收納的電纜芯的長度為X，則上述曲線形狀上的點配置于滿足X彡ΧΧ0. 003的范圍內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的超導(dǎo)電纜線路，其特征在于，在存在多個構(gòu)成上述補償部的弧的曲線形狀的情況下，在與上述終端連接部或上述中間連接部最接近的弧的曲線形狀上、第二接近的弧的曲線形狀上、或多個弧的曲線形狀中將上述變極點之間連接起來的直線與上述曲線形狀上的點之間的長度最大的弧的曲線形狀上，具有上述固定部。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的超導(dǎo)電纜線路，其特征在于，上述補償部為蛇形補償結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的超導(dǎo)電纜線路，其特征在于，上述補償部為彎曲補償結(jié)構(gòu)。
全文摘要
在超導(dǎo)電纜與終端連接部或中間連接部連接的超導(dǎo)電纜線路中，在終端連接部或中間連接部的附近設(shè)置曲線地鋪設(shè)超導(dǎo)電纜的補償部。而當假定在該補償部超導(dǎo)電纜能夠移動時，固定超導(dǎo)電纜的外管以使得伴隨電纜芯的熱伸縮而出現(xiàn)的超導(dǎo)電纜的移動量為最大的最大振幅部不能移動。
文檔編號H02G15/34GK103026569SQ201280002041
公開日2013年4月3日 申請日期2012年2月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月8日
發(fā)明者八木正史, 向山晉一, 米村德偉, 野村朋哉 申請人:古河電氣工業(yè)株式會社, 公益財團法人國際超電導(dǎo)產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究中心