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【発明の名称】 超電導ケーブル
【発明者】 【氏名】廣瀬　正幸
【住所又は居所】大阪市此花区島屋一丁目１番３号　住友電気工業株式会社大阪製作所内
【氏名】増田　孝人
【住所又は居所】大阪市此花区島屋一丁目１番３号　住友電気工業株式会社大阪製作所内
【課題】ケーブル製造時に絶縁層の真空乾燥処理を省略して製造期間の短縮、製造コストの低減を図った超電導ケーブルを提供する。

【解決手段】超電導導体１０８上に絶縁層１０９を有するケーブルコア１０１を具える超電導ケーブルである。絶縁層１０９は、絶縁紙を用いたテープ状絶縁材料を超電導導体上に巻回して構成する。このとき、絶縁紙部分の含有水分が２０重量％以下の絶縁材料を用いる。絶縁層を構成するテープ状絶縁材料の絶縁紙部分の含有水分を２０重量％以下とすることで、ケーブルの電気特性に影響を与えることがなく、かつＯＦケーブルなどの製造時における真空乾燥処理を省略することができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導導体上に絶縁層を有するケーブルコアを具える超電導ケーブルであって、
前記絶縁層は、絶縁紙を用いたテープ状絶縁材料を超電導導体上に巻回して構成され、ケーブル製造後における絶縁紙部分の含有水分が５重量％以上であることを特徴とする超電導ケーブル。
【請求項２】
絶縁紙部分の含有水分が２０重量％以下であることを特徴とする請求項１に記載の超電導ケーブル。
【請求項３】
ケーブルコアは、最外層に絶縁紙を用いたテープ状絶縁材料を巻回して構成される保護層を具え、
ケーブル製造後における保護層の絶縁紙部分の含有水分が５重量％以上２０重量％以下であることを特徴とする請求項１に記載の超電導ケーブル。
【請求項４】
保護層の絶縁紙部分の含有水分が絶縁層の絶縁紙部分の含有水分以下であることを特徴とする請求項３に記載の超電導ケーブル。
【請求項５】
超電導導体上に絶縁層を有するケーブルコアを具える超電導ケーブルが布設された超電導ケーブル線路であって、
前記絶縁層は、絶縁紙を用いたテープ状絶縁材料を超電導導体上に巻回して構成され、冷却前における絶縁紙部分の含有水分が５重量％以上２０重量％以下であることを特徴とする超電導ケーブル線路。
【請求項６】
ケーブルコアは、最外層に絶縁紙を用いたテープ状絶縁材料を巻回して構成される保護層を具え、
冷却前における保護層の絶縁紙部分の含有水分が１重量％以下であることを特徴とする請求項５記載の超電導ケーブル線路。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超電導導体上に絶縁層を有するケーブルコアを具えた低温絶縁方式の超電導ケーブル、及び超電導ケーブルが布設された超電導ケーブル線路に関するものである。特に、ケーブルの製造期間の短縮や製造コストの低減を実現できる超電導ケーブル、及びこの超電導ケーブルが布設された超電導ケーブル線路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１は、ケーブルコアを三芯撚り合わせて構成した低温絶縁方式の超電導ケーブルの一例を示す断面構造図、図２は、超電導ケーブルのケーブルコアの一例を示す斜視図である。
【０００３】
図１に示すように超電導ケーブル１００は、通常、撚り合わせたケーブルコア１０１を内側に具える。ケーブルコア１０１の外側には、コルゲート内管１０３及びコルゲート外管１０５で構成された二重の断熱管、防食層１０６を順次具えている。コルゲート内管１０３とコルゲート外管１０５との間には、断熱層１０４が介在されている。そして、ケーブルコア１０１の外周面とコルゲート内管１０３の内周面に囲まれた空隙部は、液体窒素などの冷却媒体が流通する流路１０２をなしている。
【０００４】
ケーブルコア１０１は、図２に示すように内側から順に中空状または中実状のフォーマ１０７、超電導導体層１０８、絶縁層１０９、超電導シールド層１１０、及び最外層をなす保護層１１１から構成される。超電導導体層１０８は、超電導フィラメントなどにより構成された超電導線をフォーマ１０７の外周にスパイラル状に巻回して構成される。超電導シールド層１１０も、超電導線により形成される。絶縁層１０９は、クラフト紙やポリプレピレンラミネート紙のような半合成紙などを超電導導体層１０８の外周に巻回して構成される。
【０００５】
図３は、超電導ケーブル線路の冷却方法の一例を示す模式図である。上記超電導ケーブル１００は、布設されてケーブル線路１０を構成する。そして、ケーブル線路１０の端部にそれぞれリターン管１１、供給管１２を接続してループをつくり、ループの中間に冷却装置１３を具える。冷却装置１３は、冷却媒体を冷却するための冷凍機１４、冷却媒体を循環させるための循環ポンプ１５を具える。超電導ケーブル１００は、接続部１６を介して適宜接続される。
【０００６】
ケーブル線路１０を構成した最初の状態では、超電導ケーブル１００の流路に冷却媒体が流通されておらず、流路は空洞である。超電導ケーブルの冷却を開始する際、供給管１２に設けたバルブＢ２及びリターン管１１に設けたバルブＢ４を閉じ、供給管１２と外部の冷却媒体槽１７とを連結する配管に設けたバルブＢ１、及びリターン管１１に連結される配管１８に設けたバルブＢ３を開く。この状態で、冷却媒体槽１７から冷却媒体を流路に供給していき、流路を通過した冷却媒体を配管１８から放出させ、ケーブル線路１０の流路に徐々に冷却媒体を充填していく。ケーブル線路１０の流路に冷却媒体が充填されたら、バルブＢ１及びＢ３を閉じ、バルブＢ２及びＢ４を開いて冷却装置１３を介して循環冷却を開始する。図３において白抜きの矢印は、循環冷却において冷却媒体の流通方向を示す。白抜き矢印で示すように、超電導ケーブル線路の運転中は、超電導ケーブル線路１０→リターン管１１→冷却装置１３→供給管１２→超電導ケーブル線路１０の閉ループで循環冷却を繰り返す。このとき、冷却媒体は、図２に示す超電導導体層１０８および超電導シールド層１１０の冷却を行うと共にケーブルの電気絶縁にも寄与する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来、ＯＦケーブルなどの電力ケーブルの絶縁層には、クラフト紙やポリプロピレンラミネート紙のような半合成紙などのテープ状絶縁材料が用いられている。ＯＦケーブルでは、絶縁層中に水分が存在すると電気特性の劣化を促進させることから、ケーブル製造時、絶縁材料を巻回した後に真空乾燥処理を行って、絶縁層の水分を除去することが必須とされている。
【０００８】
しかし、この真空乾燥処理は、相当の時間を必要として生産性が悪いだけでなく、製造コストも高くなるという問題がある。
【０００９】
そこで、本発明の主目的は、ケーブル製造時に絶縁層の真空乾燥処理を省略して製造期間の短縮、製造コストの低減を図った超電導ケーブル、及びこの超電導ケーブルを布設した超電導ケーブル線路を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、超電導ケーブルでは、絶縁層に一定の水分を含有していても、電気特性をほとんど劣化させることがないという知見に基づき、絶縁層を構成するテープ状絶縁材料の絶縁紙部分の水分含有量を規定するものである。
【００１１】
即ち、本発明は、超電導導体上に絶縁層を有するケーブルコアを具える超電導ケーブルである。そして、絶縁層は、絶縁紙を用いたテープ状絶縁材料を超電導導体上に巻回して構成され、ケーブル製造後における絶縁紙部分の含有水分が５重量％以上である。
【００１２】
超電導ケーブルでは、ケーブル製造の際、断熱層（コルゲート外管とコルゲート内管間）の真空引きを行うときに、加熱して温度を上昇させることで、断熱層の真空引きと同時に絶縁層の真空乾燥処理を行うことが可能である。しかしながら、この処理は、生産性、経済性が悪い。また、超電導ケーブルを現地に布設後、ケーブルの端末処理を行う際に、ケーブル内が大気に解放されるため、絶縁層や保護層、特に絶縁紙部分などに水分が浸入することが考えられる。このとき、作業現地では、温度を上げることができないので、真空引きのみで絶縁層を乾燥させることになる。すると、多大な時間を要するため作業性が極めて悪い。
【００１３】
本発明者らが検討した結果、超電導ケーブルの冷却媒体としてよく用いられる液体窒素の温度では、絶縁層に水分が存在していても電気性能の低下や劣化がほとんど生じない、即ち、ケーブルコア内の水分の存在そのものは、電気的にほとんど影響を及ぼすことがないとの知見を得た。そこで、本発明超電導ケーブルにおいて絶縁層を構成するテープ状絶縁材料は、絶縁紙部分の含有水分が大気雰囲気とバランスのとれたものを使用し、ケーブル製造時、この絶縁材料からなる絶縁層に対して、上記ＯＦケーブルのように乾燥処理を行わない。そして、本発明超電導ケーブルは、真空乾燥処理を必要としない水分含有量として、ケーブル製造後で線路布設前における絶縁紙部分の含有水分の下限を５重量％に規定する。
【００１４】
ケーブル製造後線路布設前において絶縁層を構成するテープ状絶縁材料の絶縁紙部分の含有水分は、巻回前の含有水分がほぼ維持される。そのため、ケーブル製造後における絶縁紙部分の含有水分を５重量％以上とするには、絶縁紙部分の含有水分が５重量％以上のテープ状絶縁材料を巻回すればよい。なお、テープ状絶縁材料の絶縁紙部分の含有水分は、絶縁紙部分全体にほぼ一様に含まれるものとする。
【００１５】
上記のようにケーブルコアの含有水分は電気的に影響を及ぼすことが実質的にないため、テープ状絶縁材料において絶縁紙部分の含有水分は多くてもよいが、過剰に水分を含むと巻回が困難になる。また、絶縁層の絶縁紙部分に過剰に水分を含んでいる場合、ケーブルコアの最外層である保護層に水分が移動して、保護層の絶縁紙部分の水分量を増加させる可能性がある。そこで、ケーブル製造時の作業性と、保護層への水分移動の抑制とを考慮して、ケーブル製造後における絶縁層の絶縁紙部分の含有水分は、２０重量％以下であることが望ましい。従って、本発明超電導ケーブルにおいて、絶縁層は、絶縁紙部分の含有水分が５重量％以上２０重量％以下のテープ状絶縁材料を巻回して構成することが好ましい。
【００１６】
上記テープ状絶縁材料は、絶縁層だけでなくケーブルコアの最外層を形成する保護層にも適用してもよい。このとき、保護層は、ケーブル製造後における絶縁紙部分の含有水分が５重量％以上２０重量％以下であることが好ましい。ここで、ケーブルコアの外周面とコルゲート内管の内周面に囲まれた冷却媒体の流路に水分が過剰に存在すると、超電導ケーブルを布設したケーブル線路において以下の問題が生じる恐れがある。即ち、超電導ケーブルを布設後、ケーブル線路を冷却するために流路内に冷却媒体を充填した際、ケーブル線路とリターン管の接続部付近（図３においてＡで示した部分）や上記流路の接続部付近（同接続部１６付近）などで、流路に存在する水分が冷却媒体によって冷却され、シャーベット状或いは粒状に固化されて流路を閉塞することがある。この問題は、特に、超電導ケーブルが長尺化することで顕著になる。
【００１７】
また、保護層の絶縁紙部分の含有水分は、テープ状絶縁材料としてもともと含有する水分だけでなく、上記のように絶縁層の絶縁紙部分の含有水分が保護層に移動することで増加することが考えられる。そのため、ケーブル製造後において保護層の絶縁紙部分の含有水分は、上記閉塞が生じにくいように、絶縁層の絶縁紙部分の含有水分以下とすることが好ましい。ケーブル製造後において、保護層の絶縁紙部分の含有水分を絶縁層の絶縁紙部分の含有水分以下にするには、絶縁紙部分の含有水分が絶縁層に用いたテープ状絶縁材料の絶縁紙部分の含有水分以下であるテープ状絶縁材料を巻回することが望ましい。
【００１８】
一方、超電導導体上に絶縁層を有するケーブルコアを具える超電導ケーブルが布設された超電導ケーブル線路において、上記接続部などでの閉塞問題を生じにくくするために、絶縁層の含有水分が保護層に移動しない、或いはしにくいことが望ましい。そこで、ケーブル線路の冷却前において、絶縁層を構成するテープ状絶縁材料の絶縁紙部分の含有水分が５重量％以上２０重量％以下であることが望ましい。
【００１９】
また、超電導ケーブル線路において、上記接続部などでの閉塞問題をより確実に解消するには、流路に冷却媒体を充填させて冷却する前に、冷却媒体と接触する保護層の表面部分の水分を減少・除去することが好ましい。そこで、窒素ガスなどの不活性ガスを冷却媒体の流路に吹き流して、ケーブル線路の水分、特に、保護層の水分を排出することが好ましい。このとき、ケーブル製造後において、保護層を構成するテープ状絶縁材料の絶縁紙部分の含有水分が少ないほど上記ガスの吹き流し処理が容易にできて好ましい。具体的には、ガスの吹き流し処理後、即ち、冷却前において保護層の絶縁紙部分の含有水分は、１重量％以下、特に２０００ｐｐｍ以下が好ましい。なお、不活性ガスにより保護層の水分を除去する際は、水分を固化させない程度の温度に加熱して用いることが好ましい。
【００２０】
保護層は、テープ状絶縁材料を数枚巻回して構成すればよく、例えば、厚さは１．５〜２．５ｍｍが適当である。保護層と絶縁層との間には、超電導線によるシールド層があり、また絶縁層の外周に半導電層を設ける場合もある。従って、保護層が比較的薄くても、シールド層や半導電層が防がれることで、絶縁層の絶縁紙部分の水分が保護層の絶縁紙部分に浸入する速度が非常に遅くなる。半導電層として、例えば、金属化紙と金属化カーボンを用い、これらの金属面を合わせた構成のものを用いると、絶縁層は、金属箔でシールされることになる。
【００２１】
このようなテープ状絶縁材料は、クラフト紙などの絶縁紙のみで構成されるものや、クラフト紙などの絶縁紙に樹脂フィルムを貼り合わせた半合成紙が好ましい。半合成紙は、商品名ＰＰＬＰに代表されるポリプロピレンラミネート紙（ポリプロピレンフィルムの少なくとも片面にクラフト紙を接合したもの）などが挙げられる。そのほか、液体窒素などの冷却媒体内で使用することが可能であり、かつ含有水分が上記の規定を満たす絶縁紙を用いたものが適用できる。絶縁層に用いる絶縁材料と保護層に用いる絶縁材料とは、同一のものでもよいし異なるものでもよく、例えば、絶縁層にはポリプロピレンラミネート紙、保護層にはクラフト紙を用いてもよい。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
本発明超電導ケーブルは、基本的構成は図２に示す従来の超電導ケーブルと同様である。本発明の特徴とするところは、超電導導体１０８上の絶縁層１０９の構成材料として、クラフト紙部分の含有水分が５重量％以上２０重量％以下のポリプロピレンラミネート紙を用い、巻回後、乾燥処理を行わない点である。また、本例では、ケーブルコア１０１の最外層に、上記絶縁層１０９に用いたポリプロピレンラミネート紙のクラフト紙部分の含有水分よりも含有水分が少ないクラフト紙を巻回した保護層１１１を設けている。
【００２３】
本発明超電導ケーブルは、絶縁紙部分の含有水分が５重量％以上２０重量％以下のテープ状絶縁材料を用いたことで、ケーブル製造の際、ＯＦケーブルのように絶縁層に真空乾燥処理を施すことがない。また、保護層には、絶縁層を構成するテープ状絶縁材料の絶縁紙部分よりも含有水分が少ないクラフト紙を用いたことで、布設して端末部形成後、流路に冷却媒体を充填した際、線路とリターン管との接続部付近や、流路の接続部付近などが閉塞するなどの不具合がない。そして、ケーブル製造後、かつケーブル線路布設後冷却前において絶縁層の絶縁紙部分の含有水分を５重量％以上２０重量％以下としたことで、絶縁層の含有水分が保護層に移動して、保護層の絶縁紙部分の含有水分量を増加させることもほとんどない。
【００２４】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明超電導ケーブルによれば、ケーブル製造後の絶縁層を構成するテープ状絶縁材料の絶縁紙部分の含有水分を５重量％以上２０重量％以下に規定することで、ケーブルの電気特性に影響を与えることがなく、かつＯＦケーブルなどで行われる製造時の真空乾燥処理を省略することができるという優れた効果を奏し得る。また、ケーブル製造時に真空乾燥処理を省略することで、製造期間の短縮や、製造コストの低減を図ることができる。
【００２５】
更に、本発明超電導ケーブルは、上記絶縁層を構成するテープ状絶縁材料をケーブルコアの最外層である保護層にも適用する。このとき、ケーブル製造後において保護層の絶縁紙部分の含有水分を５重量％以上２０重量％以下、特に絶縁層の絶縁紙部分の含有水分以下と規定することで、ケーブル線路に布設後、冷却媒体による水分の固化現象を軽減して、線路と配管の接続部付近などの閉塞を防止できる。特に、ケーブル布設後冷却前において保護層の絶縁紙部分の含有水分を１重量％以下に規定することで、より効果的に上記閉塞問題を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ケーブルコアの三芯を撚り合わせて構成した低温絶縁方式の超電導ケーブルの一例を示す断面構造図である。
【図２】超電導ケーブルのケーブルコアの一例を示す斜視図である。
【図３】超電導ケーブル線路の冷却方法の一例を示す模式図である。
【符号の説明】
１０　ケーブル線路　１１　リターン管　１２　供給管　１３　冷却装置　１４　冷凍機
１５　循環ポンプ　１６　接続部　１７　冷却媒体槽　１８　配管
１００　超電導ケーブル　１０１　ケーブルコア　１０２　流路　１０３　コルゲート内管
１０４　断熱層　１０５　コルゲート外管　１０６　防食層　１０７　フォーマ
１０８　超電導導体層　１０９　絶縁層　１１０　シールド層　１１１　保護層
【出願人】 【識別番号】０００００２１３０
【氏名又は名称】住友電気工業株式会社
【住所又は居所】大阪府大阪市中央区北浜四丁目５番３３号
【出願日】 平成１４年５月３１日（２００２．５．３１）
【代理人】 【識別番号】１００１００１４７
【弁理士】
【氏名又は名称】山野　宏

【識別番号】１０００７０８５１
【弁理士】
【氏名又は名称】青木　秀實
【公開番号】 特開２００４−６１４８（Ｐ２００４−６１４８Ａ）
【公開日】 平成１６年１月８日（２００４．１．８）
【出願番号】 特願２００２−１６０４７０（Ｐ２００２−１６０４７０）