JP2000268648A

JP2000268648A - 直流ソリッド電力ケーブルおよび直流ソリッド電力ケーブル線路ならびに直流ソリッド電力ケーブル線路の監視方法

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Publication number: JP2000268648A
Application number: JP6909699A
Authority: JP
Inventors: Ryosuke Hata; 良輔畑
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1999-03-15
Filing date: 1999-03-15
Publication date: 2000-09-29
Anticipated expiration: 2019-03-15
Also published as: JP3107302B2

Abstract

(57)【要約】【課題】接地（中性）ケーブルを布設することなく、
かつ海水帰路方式における環境問題、電食問題を抑制で
きる直流ソリッド電力ケーブルおよび直流ソリッド電力
ケーブル線路ならびに直流ソリッド電力ケーブル線路の
監視方法を提供する。【解決手段】導体、絶縁体、金属シース１、防食層２
および外装線4A,4Bを具える直流電力ケーブルにおい
て、外装線4A,4Bを帰路電流の流路とする。この外装線
は多重に形成され、このうち内側外装線4Aを銅線とし、
外側外装線4Bを鉄線とする。イオン化傾向の関係で、外
側外装線4Bは内側外装線4Aよりも先に電食するため、内
側外装線4Aは保護される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、直流ソリッド電力
ケーブルと、同ケーブルを用いた線路ならびにこの線路
の監視方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】海底ケーブルにおける直流送電方式に
は、単極運転（モノポーラ）と双極運転（バイポーラ）
がある。

【０００３】このうち単極運転には、図１２（Ａ）と
（Ｂ）の２つの方式がある。図１２（Ａ）は、AC/DC変
換器６の間を高圧ケーブル20と接地ケーブル21とで並列
に接続し、高圧ケーブルに直流電流を流し、接地ケーブ
ルには接地電位で逆向きの帰路電流を流す方式である。
図１２（Ｂ）は、接地ケーブル21を無くして、接地電極
22を海水中に設置し、逆向きの帰路電流は海水を通して
流す方式である。図１２（A）では片端接地の例を示し
ているが、両端接地の場合もある。

【０００４】一方、双極運転には基本的に図１３（Ａ）
と（Ｂ）の２つの方式がある。図１３（Ａ）は、AC/DC
変換器の中性接地点間を中性線23（又は中性ケーブル、
接地ケーブル）で結ぶ方式である。ここでは片端接地の
例を示しているが、両端接地の場合もある。図１３
（Ｂ）は中性ケーブルを用いる代わりに、ケーブル両端
の中性接地点において海水に接地する方式である。な
お、図１２、１３の波線は渚を示しており、両波線の間
はケーブルが海中に布設されていることを示している。

【０００５】また、帰路回路用の中性ケーブルを省略す
るために、電力ケーブルの外装線を銅または銅合金と
し、この外装線を帰路回路として利用した線路が特開平
6-215638号公報に開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図１２
（Ａ）、図１３（Ａ）の方式では、接地ケーブルや中性
ケーブルが必要なため、ケーブルの条数が増えて不経済
である。また、ケーブル布設期間も長い上、海底ケーブ
ルの布設に要する海底占有率が大きくなり、漁業補償上
も問題となる。

【０００７】一方、図１２（Ｂ）、図１３（Ｂ）の海水
帰路方式では高価なケーブルの数を低減できるので経済
的であるが、海水中に直流電流が分布して流れることに
よる海中生物への影響、すなわち環境問題や隣接する海
水中設備への迷走電流の流入による電食の問題が生じや
すい。

【０００８】さらに、特開平6-215638号公報の発明で
は、接地ケーブルや中性ケーブルが不用になると言うメ
リットがあるが、外装線に銅（合金）を用いているた
め、電食により外装線が損傷した際、帰路電流の流路と
して使用できなくなると言う問題がある。この対策につ
いて、同公報には外装線にポリエチレン等の被覆を施す
ことを開示しているが、被覆にピンホールが生じた場
合、やはり外装線の電食を防止する手段が必要となる。

【０００９】従って、本発明の主目的は、接地（中性）
ケーブルを布設することなく海水帰路方式における環境
問題、電食問題を抑制でき、かつ外装線自体の電食を抑
制できる直流ソリッド電力ケーブルおよび直流ソリッド
電力ケーブル線路ならびに直流ソリッド電力ケーブル線
路の監視方法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、直流ソリッド
電力ケーブルに用いられている外装線を中性線として用
い、この外装線に電食防止対策を施すことで上記の目的
を達成する。

【００１１】すなわち、本発明ケーブルは、導体、絶縁
体、金属シース、防食層および外装線を具える直流ソリ
ッド電力ケーブルにおいて、次のまたはの構成を具
えることを特徴とする。帰路電流の流路となる外装線を多重に形成し、このう
ち内側外装線を銅線とし、外側外装線を鉄線とする。帰路電流の流路となる外装線を金属シースと防食層と
の間に設け、防食層の外側には外装線を設けない構成と
する。

【００１２】外装線を帰路電流の流路として利用するに
は、外装線で導体電流容量と同一の電流容量が確保でき
るようにする。例えば、(1)外装線を構成する各素線断
面積を大きくする、(2)素線数を増やす、(3)銅など導電
率の高い材料で外装線を構成する、(4)並列された複数
条（例えば2条）の直流ソリッド電力ケーブルにおける
各外装線を両端部で並列に接続する、ことなどが挙げら
れる。

【００１３】上記の構成が外装線自体の電食防止に有
効なのは、電食が生じる場合、電気的に銅より卑である
（イオン化傾向が大きい）鉄を外周に施すことにより、
まず鉄線より電食が生じ、内側の銅線を保護することが
できるからである。また、一般的に多重外装線を施す場
合、それら外装線間にはいわゆるジュート層（又はヤー
ン層）と塗料の塗布が施される。これらは電気的に抵抗
の大きな層として働くので、ジュート層より内側の外装
線を帰路電流の流路とした場合、帰路電流の流路となる
外装線から海水へ向けての帰路電流の漏洩が生じにくく
なる効果も有する。

【００１４】また、の構成では、外装線の外周に位置
する防食層が熱的絶縁層として機能するため、送電容量
を増加させるためには不利である。しかし、外装線は防
食層の中で保護されるため、電食の心配は皆無であり、
帰路電流が海水中にリークすることもない。また、防食
層内部に外装線が設けられているため、防食層の外側に
は外装線を設ける必要はない。なお、帰路電流を流すこ
とにより外装線が温度上昇して導体許容温度が実質的に
低下する問題に対しては、絶縁層に耐熱性に優れたプラ
スチック材料を用いることが有効である。

【００１５】ここで、上記のケーブルにおいて、次のよ
うに構成してもよいし、各構成を適宜組み合わせても良
い。

【００１６】(1) 鉄線よりなる外側外装線を疎巻きと
し、外側外装線の本数は電食に対する犠牲電極として十
分な数とする。この構成は、外側外装線をもっぱら電食
における犠牲電極として利用し、内側外装線（銅線）を
帰路導体としている。そのため、鉄線の本数は犠牲電極
として十分な本数があればよく、その目的さえ達成すれ
ば銅線の外周に鉄線をあえて密巻きする必要はない。

【００１７】(2) 内側外装線のみに防食被覆層を形成
し、外側外装線には防食被覆層を形成しない。内側外装
線は防食被覆層に保護されるため、電食から効果的に保
護されると共に帰路電流の海水中へのリークを完全に防
止する。仮に、この防食被覆層にピンホールが生じて
も、外周には犠牲電極となる鉄製の外側外装線が位置
し、外側外装線が優先的に電食されることで内側外装線
を電食から守る。防食被覆層の材質としては、ポリエチ
レン、ポリプロピレンなどが好適である。なお、内側・
外側外装線の双方に防食被覆層を形成すれば、内側外装
線の防食被覆層のみに損傷が生じた場合、外側外装線は
防食被覆層に覆われているため犠牲電極とできないが、
外側外装線の防食被覆層のみに損傷が生じた場合であれ
ば

【００１８】(3)外装線が多重に形成され、少なくとも
最内層の外装線は断面形状を平角型とする。この構成
は、ケーブル全体の外径を極力大きくせず、かつ外装線
全体の断面積を大きくとりたい場合に有効な構造であ
る。また、平角型外装線とすれば、隣接する外装線同士
の間でくさび効果が得られ、ケーブルに張力が作用した
際に外装線が絞り込まれることを抑制できる。

【００１９】(4)外装線の外周に高張力樹脂層を設け
る。高張力樹脂層の具体例としては、ポリアミド、ポリ
イミド系繊維が挙げられる。例えば、アラミド繊維（商
品名：ケブラー）を外装線の外周に巻回すればよい。こ
のような高張力樹脂層の形成により、外装線の電食や帰
路電流のリークを抑制できると共に、ケーブル全体の引
張り強度を上げられる。

【００２０】(5)絶縁層の少なくとも一部にプラスチッ
クフィルムを含む材料を巻回し、この絶縁層に高粘度油
を含浸する。この場合、プラスチックフィルムを含む材
料とは、プラスチックフィルムそのものの他、プラスチ
ックフィルムの片面または両面にクラフト紙を貼り合わ
せた複合テープが挙げられる。プラスチックフィルムの
具体的材質としては、ポリエチレン、ポリプロピレンな
どのポリオレフィン系樹脂や、ポリスチレン、ポリヂメ
チルベンゼン、フロロエチレンテレフタレートなどが挙
げられる。既存のクラフト紙絶縁ソリッドケーブルで
は、絶縁紙の繊維がポーラス（多孔質）であるため絶縁
油が流動し易いが、プラスチックフィルムを絶縁層に用
いたケーブルとすることで、絶縁油の流動滴下を抑制
し、外装線を帰路電流導体とした場合の発熱に伴う送電
容量の低下を補うことができる。なお、高粘度油として
は120℃で25〜150cst程度のものが利用できる。

【００２１】(6)防食層と外装線との間に光ファイバ複
合ユニットおよびスペーサを介在させる。光ファイバは
一般に高い熱を嫌うため、防食層の外側、すなわち防食
層と外装線との間に配置することが好ましい。

【００２２】また、本発明電力ケーブル線路は、上記の
直流ソリッド電力ケーブルを用いた直流ソリッド電力ケ
ーブル線路において、前記外装線は防食被覆層が形成さ
れ、かつ帰路電流の流路とされ、外装線の両端をスイッ
チを介して接地し、外装線の一端におけるスイッチを開
き、外装線の他端におけるスイッチを閉じて、帰路電位
を海水に対して負になるようにしたことを特徴とする。
このような方法により、電子が外装線から流出するので
はなく、流入するようにでき、外装線の電食を抑制する
ことができる。

【００２３】その他、前記の直流ソリッド電力ケーブル
を用いた直流ソリッド電力ケーブル線路において、直流
ソリッド電力ケーブルの両端部に海水帰路電極を具え、
外装線を帰路電流の流路とし、かつ外装線の両端を接地
してもよい。次に述べる監視方法で外装線が電食してい
た場合、帰路電流の流路を外装線から海水帰路電極間に
自動的に移行することができる。

【００２４】さらに、本発明直流電力線路の監視方法
は、外装線を有する直流ソリッド電力ケーブルを用いた
直流ソリッド電力ケーブル線路の監視方法において、前
記外装線は防食被覆層が形成され、かつ帰路電流の流路
とされ、この外装線の電流または抵抗を測定し、これら
の測定値の変化から外装線の腐食の程度を監視すること
を特徴とする。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。

【００２６】（実施例１）図１に本発明直流ソリッド電
力ケーブルの部分断面図を示す。この電力ケーブルは、
内周から順に、導体、絶縁層、金属シース１、防食層２
を具える。この防食層２の外周にはベッディングジュー
ト層（又はヤーン層）３が施され、その上に外装線４が
巻回されて、さらに外装線の上にサービングジュート層
（又はヤーン層）５が施されている。

【００２７】絶縁層はポリプロピレンフィルムとクラフ
ト紙とを貼り合わせた複合紙を導体上に巻回し、高粘度
の絶縁油を含浸して構成されている。金属シースは、通
常鉛（純鉛または合金鉛）が用いられ、防食層にはポリ
エチレンが用いられている。

【００２８】外装線４は鉄線や銅線が用いられる。本願
発明では、この外装線を帰路電流の流路として利用す
る。外装線を帰路導体としたケーブル線路を図２に示
す。この線路は上記直流ソリッド電力ケーブル10を2本
並列してバイポーラ構成にした場合を示している。AC/D
C変換器６の中性接地点において片端接地しており、両
ケーブルの外装線４は端部で集束されて中性線（接地
線）として機能するように構成されている。

【００２９】外装線４を鉄線とした場合、鉄線の導電率
は通常銅からなる導体に比べて小さいが、2条以上のケ
ーブルの外装線を集束することで、集束された外装線４
の導電率は、1条のケーブル導体の導電率よりも通常高
くなることが多く、十分中性線の機能を果たすことがで
きる。

【００３０】外装線４を銅線にした場合、鉄線に比べて
コストはやや高くなるが、ケーブル1条における外装銅
線の総有効断面積の方がケーブル1条の導体の断面積よ
り通常大きくなるので、外装銅線の方がケーブル導体よ
りも導電率が高くなり、ケーブル1条における導体電流
の帰路電流を1条のケーブルの銅線外装線のみでも十分
に流し得ることになる。無論、2条のケーブルの銅線外
装線を前記のように並列接続すれば、さらに帰路導体全
体の導電率を上げることができて好ましいことである。

【００３１】ここで、双極運転で中性線に電流が流れる
のは、2条のケーブルのうち、1本に事故が生じて残る1
本で半分送電する場合である。この場合は、正常ケーブ
ル1条の導体に流れる電流と同じだけの電流が中性線に
流れることになる。図２の線路では、一方のケーブルが
事故で使用できなくなった場合、残る正常ケーブルの帰
路電流は、正常ケーブルおよび事故ケーブルの両外装線
に流れることになる。そのため、外装線４はケーブル2
条分を用いることになり、正常ケーブルの帰路電流を十
分に流すことができる。もちろん、事故ケーブルを修復
すれば、バイポーラシステムでは帰路電流を流すことは
なくなるので、この並列接続した外装線に電流が流れる
ことはなくなる。一方、モノポーラシステムでは中性線
（外装線４）に各ケーブルの導体に流れる電流と同じ大
きさの電流が常時帰路電流として流れることになる。

【００３２】ここで、並列接続した外装線４を片端また
は両端で大地または海水に接地した場合、一部の帰路電
流は海水（大地）中に流れたり、迷走電流として近接設
備に流れ込むことがあり得る。しかし、海水や大地の接
地抵抗及び外装線からの海水への漏洩抵抗に比べて帰路
回路となる外装線４の抵抗は小さいため、ほとんどの帰
路電流は外装線４に流れることになり環境上の悪影響は
極めて少ない。

【００３３】なお、図1において、ベッディングジュー
ト層３およびサービングジュート層５は、従来、天然ジ
ュートの撚り合わせ紐が用いられることが多かったが、
近年ではポリプロピレン紐などの合成プラスチック系紐
や布、ゴム系材料が代用されることが多い。その場合、
ベッディングジュート層３およびサービングジュート層
５はアスファルト系やタール系の、あるいは人工の塗料
を塗布することが多い。この場合、これら塗料塗布層の
電気抵抗は海水や外装線に比べて高いので、外装線に対
する電気的な保護層の役目もする。そのため、外装線の
海水に対する漏洩抵抗を大きくして帰路電流を外装線に
より効果的に閉じ込める効果も期待できる。また、この
明細書では防食層２より内周の構造部分をケーブルコア
とよぶ。これらの点は以下の他の実施例でも共通であ
る。

【００３４】（実施例２）外装線に帰路電流を流す場
合、海水中で外装線が電気腐食（電食）することがあ
る。このような電食の対策としては次のものが有効であ
る。

【００３５】海底ケーブルを海底土中に埋設する。この
場合、サービング層の外力による消耗や海水そのもの及
び海水中微生物に起因する腐食もほとんど防げるので、
外装線からケーブル周囲の海底土や海水への漏洩抵抗が
外装線を構成する鉄線、銅線に比較して非常に大きいた
め、帰路電流は海水中に漏洩することはほとんどない。
従って、防食被覆層のない外装線の場合でもその電食は
ほとんど問題とならないものにできる。

【００３６】非埋設の海底ケーブルの場合でも、ケーブ
ル自体を防護管中に収納したりサンドセメントを被せた
りすることがある。この場合にもサービング層が傷まな
いようにできるので、やはり電食はほとんど問題となら
ないようにできる。

【００３７】しかし、上記のいずれも満足できない場
合、外装線から帰路電流が漏洩して電食が生じ、外装線
が細くなって本来流すべき帰路電流が流せなくなる可能
性がある。このような場合には、図3、４のような構成
が好ましい。

【００３８】図３はケーブルコアの上にベッディングジ
ュート層を設け、順次その上に銅線からなる内側外装線
4A、中間ヤーン層７、鉄線からなる外側外装線４B、お
よびサービングジュート層５を形成したものである。銅
に比べて鉄は電気的に「卑」であるため、例え電食が生
じても、まず外側の鉄線から腐食が生じ、内側の銅線は
保護されるため、結果的に十分長い期間、銅線を帰路導
体として利用することができる。無論、内側外装線4Aと
外側外装線４Bの両方を銅線にして、両方の腐食減少年
数が設計寿命年数を十分に満足させるようにしても良
い。

【００３９】図４のケーブルが図３のケーブルと異なる
点は、鉄線よりなる外側外装線４Bを疎巻きにしたこと
である。この外側外装線４Bは犠牲電極となって内側外
装線４Aを電食から保護するのに十分な本数だけ巻回す
れば良い。なお、内側外装線４Aの密巻きおよび外側外
装線４Bの疎巻き状態は、海底ケーブルの構造（通電電
流と必用導体断面積および外装線の太さと本数）ならび
に布設状況、海水状況に応じて適宜設計すれば良い。

【００４０】（実施例３）以上のように外装線を帰路導
体として利用すると、外装線でジュール熱が発生し、そ
の帰路導体から熱流が放散して行くときに通過する外周
のサービングジュート層や埋設土の熱抵抗によりケーブ
ル温度が上昇し、結局はケーブル導体に流す送電電流を
大きく採れないか、前記温度上昇に見合う分だけ導電電
流を低減する必要が生じる。このような問題は、導体の
最高許容温度が、例えば80〜90℃と高いOFケーブルでは
影響が少ない。しかし、ケーブル線路の両端から絶縁油
の補給が困難となる例えば50km以上の長距離送電に用い
られるソリッドケーブル（MI又はMINDケーブル）では影
響が大きくなる。すなわち、ソリッドケーブルはクラフ
ト絶縁紙の絶縁層に高粘度絶縁油を含浸したものが一般
的で、導体の最高許容温度も50〜55℃程度のためであ
る。そのため、外装線の発熱に伴う導体電流の低下分を
補償する工夫が必要になり、次のような対策が推奨され
る。

【００４１】既存のクラフト紙絶縁層では、絶縁紙の繊
維がポーラスであり、それを通じて高粘度絶縁油が流動
する。そのため、温度上昇により絶縁油の粘度がある値
より小さくなる温度ではケーブルが使用できなくなり、
50〜55℃程度が最高許容温度となっていた。

【００４２】そこで、本発明者らによる特願平10-38173
号に詳述しているように、絶縁層としてプラスチックフ
ィルムを用いれば、絶縁油の流動滴下を抑制し、導体許
容温度を高くとれるので本発明による帰路導体の発熱に
伴う悪影響を相殺できるとの知見を得た。従って、ソリ
ッドケーブルの絶縁層には少なくとも一部にプラスチッ
クフィルムを用いることが好ましい。プラスチックフィ
ルムを含む材料としては、プラスチックフィルムそのも
のの他、プラスチックフィルムの片面または両面にクラ
フト紙を貼り合わせた複合テープが挙げられる。

【００４３】このようなケーブルでは、図5に示すよう
に、ケーブルコアにおける防食層２と金属シース１の間
に帰路導体４Cを設けてもよい。特に帰路導体４Cを平角
型とすれば十分な帰路電流容量を確保し易く、かつケー
ブル外径の増加を極力抑制できるので好ましい。このよ
うなケーブルでは、帰路導体４Cは通常ポリエチレンか
らなる防食層２の内側に配置されているため、防食層２
が帰路導体４Cの発熱に対して熱的絶縁層となり、より
高い温度上昇を示して導体許容電流が大きく減じられる
ことも考えられる。しかし、前述の通り絶縁層にプラス
チックフィルムを含めることで導体許容温度を80〜85℃
として使用できれば、帰路導体４Cの発熱に伴う導体許
容電流の減少は十分小さくできて実使用上問題ないケー
スもあると考えられる。また、このケーブルでは、帰路
導体４Cが防食層内部に収納されているため、帰路導体
４Cの電食および帰路導体から海水への帰路電流のリー
クの心配は一切ない。また、帰路導体4Cは防食層２内に
設けられているため、防食層２の外周にさらに設ける必
要はない。

【００４４】（試験例）土壌固有熱抵抗g=100℃ｃｍ／
Ｗの海底下１ｍに直流ソリッドケーブル（図１参照）を
1条埋設し、海水帰路モノポーラーシステムを構成す
る。このシステムにおいて外装線を帰路導体として用い
た例について検討してみる。送電条件・ケーブル構成は
次の通りである。

【００４５】送電電圧：DC350kV 送電電流：DC1000A 送電容量：350MW 導体サイズ：1100mm^２絶縁厚：17mm １重外装線直径：６mm

【００４６】外装線を鉄線とすると、その電気抵抗はお
よそ1.0×10^-6Ω／cmであり、銅線とすれば電気抵抗は
1.7×10^-7Ω／cmとなる。従って、帰路電流1000Aをこれ
らの外装線に流すと、外装線の温度上昇ΔTは鉄線→ΔT_Fe≒64.5℃ 銅線→ΔT_Cu≒11℃ となる。

【００４７】＜ケース１＞在来のクラフト紙を用いたソ
リッドケーブルの場合、導体最高温度（Tmax）は50〜55
℃に制限されるので、このケーブルが布設される海底土
中温度をTcとすると、 Tc＜Tmax− ΔT_Fe(Cu)−ΔT ただしΔTは1000A流した導体の上昇温度となる。

【００４８】従って、外装線を鉄線とした場合、 Tc＜（50〜55）−64.5−ΔT＝−（9.5〜14.5）−ΔT （℃）となる。すなわち、海底土壌の温度がマイナス温度の環
境でないと1000Aの送電は不可能であり、著しく送電容
量を下げない限り使用できないことが判る。

【００４９】＜ケース２＞ケーブル絶縁層にPPLP（ポリ
プロピレンフィルムとクラフト紙とを貼り合わせた複合
紙）を用いた場合、Tmaxは80〜85℃となるため、 Tc＜（80〜85）−64.5−ΔT＝（15.5〜20.5）−ΔT （℃）となる。そのため、1000A送電時のΔTは30℃内外である
から、Tcが０℃内外以下の寒冷地に本発明ケーブルを布
設する場合はかろうじて必要電力に近い電力を送ること
ができる。しかし、Tcが５〜25℃の一般の海水中にケー
ブルを布設する場合には、送電電流を大きく減じる必要
があろう。

【００５０】＜ケース３＞在来クラフト紙絶縁のソリッ
ドケーブルに銅線の外装線を用いた場合、 Tc＜（50〜55）−11−ΔT＝（39〜45）−ΔT （℃）となる。そのため、温暖地域以外であれば適用可能なケ
ースが増えてくると考えられる。

【００５１】＜ケース４＞ケーブル絶縁層にPPLPを用
い、かつ外装線を銅線とした場合、 Tc＜（80〜85）−11−ΔT＝（69〜74）−ΔT （℃）となる。1000A送電時のΔTを約30℃とすれば、Tc＜（39
〜44）℃となる。従って、全地球的に本発明ケーブルを
使用可能であることが判る。また、より苛酷な環境、例
えば埋設深度がさらに深い場合などにも十分適用可能で
あるし、海水土中温度に応じて更に送電容量を増加させ
ることも可能となる。

【００５２】（実施例４）一般に、交流海底ケーブルの
場合、電磁誘導により外装線に交流電流が流れる。その
ため、仮に外装線にポリエチレンなどの防食被覆層を施
して海水との間に絶縁を保った場合、外装線に誘導電圧
が生じてこの防食被覆層が絶縁破壊する可能性が大き
い。一旦、外装線の防食被覆層のどこかでスポット状に
絶縁破壊を生じると、そのスポット個所で外装線と海水
が導通するため、この導通個所に誘導電流が集中する。
そして、スポットを中心に電食が大きく進展し、その進
展が著しい場合は外装線が断線することがあった。従っ
て、外装線には絶縁防食を施さないのが常識である。

【００５３】しかし、直流ケーブルの場合、これら外装
線に対する誘導は一切ない。そのため、外装線に防食被
覆層を形成し、帰路導体の電食と帰路電流のリークを完
全に防止すれば極めて信頼性が高く環境に優しい海底ケ
ーブル線路を実現できる。その具体例を図６〜９に示
す。

【００５４】図６はケーブルコア上にベッディングジュ
ート層３を設け、その上に１重の外装線４を施し、さら
にサービングジュート層５を形成した構造である。この
外装線４の各素線4Dは外周にポリエチレンの防食被覆層
4Eが形成されている。ここでは、直径４mmの銅線に厚さ
２mmのポリエチレンを被覆して、外径８mmとした素線を
用いて外装線４を構成した。これらの諸ディメンジョン
は、ケーブルの距離、布設条件などによって、例えばポ
リエチレンの被覆厚さを0.5〜2mm、銅線直径を２〜８ｍ
ｍ程度に変更して最適値を選択すれば良い。

【００５５】また、ケーブルを多条とした場合、外装線
４を銅よりは材料強度が強くかつ経済的な鉄線として各
ケーブルの外装線４を両端で並列に接続して帰路導体と
すれば実効抵抗を十分に下げることができて好ましい。
条数が少なかったりモノポーラーシステムで外装線に常
時帰路電流を流す場合は、外装線に鉄よりは導電率の高
い銅線を用いることが好ましい。

【００５６】図７はケーブルコアの外周に２重に外装線
4A,4Bを形成した例である。内側外装線4Aと外側外装線4
Bとの間には中間ヤーン層７が形成される。ここでは内
側外装線4Aを帰路導体とし、ポリエチエン被覆銅線を用
いた。また、外側外装線4Bを被覆のない鉄線とすれば、
布設時のテンションに対しては高抗張力の鉄線によって
ケーブルが引張力から守られ易いし、経済性にも優れ
る。さらに、もし内側外装線4Aの被覆に損傷が生じて
も、鉄製の外側外装線4Bが優先的に電食されるため、内
側外装線4Aは電食から保護される。

【００５７】内側外装線4A、外側外装線4B共にポリエチ
レンの防食被覆層を施しても良い。この場合、「内側外
装線、外側外装線共に鉄線」、「内側外装線は銅線で外
側外装線は鉄線」、「内側外装線、外側外装線共に銅
線」のいずれでも良い。特に、大電力送電の場合、ケー
ブルコア内の導体断面積が大きくなり、内側外装線、外
側外装線共にポリエチレン被覆銅線を用いる方がケーブ
ルの温度上昇抑制の面からも送電ロスを減少する面から
も好ましい場合が多くなる。さらに、帰路導体となる外
装線が一層で良い場合、この帰路導体を内側外装線で構
成し、これを保護するために、内側外装線4Aにポリエチ
レン被覆層を施すことが好ましい。

【００５８】なお、海底ケーブルの布設条件が、例えば
500ｍ以上の深海となる場合、ケーブル布設時のケーブ
ル水中重量（布設船から海底着底点までの間に宙づりと
なっている水中ケーブル全体の重量で浮力も考慮したも
の）を可能な限り減じなければならない。その場合、鋼
材に比べて比重が数分の一の高張力樹脂線を外装線に用
いることが好ましい。例えば、アラミド繊維を外側外装
線に用いることが挙げられる。これにより、内側外装線
の保護も図れる。

【００５９】図８は２重の外装線4A,4Bの各々を平角型
にした例である。ケーブル外径を大きくせずに外装線全
体の断面積を大きくとりたい場合や布設時のケーブル保
護が十分に求められる場合には外装線の断面形状は円形
よりも平型の方が好ましい。この外装線も帰路導体の必
要断面積が一層で十分な場合は内側外装線4Aにのみポリ
エチレン被覆を施して、これを帰路導体とするのが好ま
しい。もちろん、内側外装線4Aのみを平角線とし、外側
外装線4Bを丸線としてもよい。

【００６０】図９は例えば1000ｍといった超深海への布
設にも最適な３重外装線を施した例を示している。ここ
では最内層の外装線41が帰路導体で、ポリエチレン被覆
を施した平角銅線を用いた。中間および最外層の外装線
42，43には、鉄線またはアラミド繊維を用いることが好
適である。この構成により帰路導体となる最内層の外装
線41が中間および最外層の外装線42,43により保護され
る。中間外装線42を鉄線とし、最外層の外装線43をアラ
ミド繊維とした場合、アラミド繊維による高い抗張力が
得られると共に、最内層の外装線41の被覆にピンホール
が生じた場合でも鉄製の中間外装線42が優先的に電食さ
れることで最内層の外装線41を保護する。また、中間お
よび最外層の外装線42,43を共にアラミド繊維とした場
合、より一層高い抗張力が得られると共に、中間および
最外層の外装線42,43が最内層の外装線41に対して保護
層となる。

【００６１】図６〜図９の構成では、外装線の素線自
体が断熱効果の高いポリエチレン被覆に覆われているこ
と、２重あるいは３重に外装線が施されていることに
より、帰路導体となる外装線の放熱が図１〜３の構成に
比べて一層困難になってくる。その結果、帰路導体での
温度上昇が大きくなり、在来のクラフト紙絶縁ソリッド
ケーブルでは送電容量を確保することが困難になってく
る。その場合、ケーブル絶縁層の少なくとも一部にプラ
スチックフィルムを含む材料を用いることがより効果的
となる。特に、中間および最外層の外装線にケブラーな
どのプラスチック材を用いる場合、これらの熱抵抗は鉄
に比べて大きいため、なお一層ケーブル絶縁層の少なく
とも一部にプラスチックフィルムを含む材料を用いた導
体許容温度の高いソリッドDCケーブルを組み合わせて用
いることが重要となってくる。

【００６２】（実施例５）次に、本出願人等による特許
第2573694号に記載されている光ファイバ複合単心直流
海底ケーブルの一例を図１０に示す。ケーブルコアの上
にベッディングジュート層３が形成され、その上に光フ
ァイバユニット８とスペーサ９が配置される光ファイバ
複合層が形成されている。その上に第一中間ヤーン層7
A、内側外装線4A、第二中間ヤーン層7B、外側外装線4
B、サービングジュート層５が順次形成されている。内
側外装線4Aを帰路導体として用いることとしてポリエチ
レン被覆銅線とし、外側外装線4Bを深用布設を想定して
アラミド繊維とした。もちろん、内側外装線4Aにポリエ
チレン被覆がない場合でも良い。光ファイバ複合層は断
熱層として機能するため、導体からの発熱が逃げにくく
なる。さらにその外側に帰路導体となる内側外装線4Aが
存在するため、ケーブルはプラスチックフィルムを用い
た材料で絶縁層を構成し、導体許容温度の高いソリッド
DCケーブルを組み合わせて用いることが尚一層重要とな
る。

【００６３】なお、500ｍを越える深海にケーブルを布
設する場合、光ファイバユニットは平角成型が困難なた
め円形で配置すると、布設時の水中重力でケーブルが伸
びる方向に引っ張られて絞り込まれる。それを防ぐため
には図１０における内側外装線4Aを平角線として、その
くさび効果により光ファイバユニットが絞り込まれる力
を防ぐことが好ましい。

【００６４】（実施例６）帰路導体となる外装線をポリ
エチレン被覆層などにより絶縁被覆した場合、接地の取
り方を工夫することができる。一般に金属が電食を起こ
すのは、次式のように金属がイオンとして海水中に溶出
して電子を放出する場合である。 A（金属）→A^＋（金属イオン）＋ｅ⁻

【００６５】電流の流れは電子ｅ⁻と逆方向であるか
ら、海底ケーブルでは外装線の防食被覆層にピンホール
が生じた場合、そのピンホール付近での電食による外装
線の断線を防ぐには、電子ｅ⁻が溶出するのではなく流
入するようにすれば良い。

【００６６】図11に示す直流電力線路について説明す
る。直流ソリッド電力ケーブル10の外装線４を防食絶縁
被覆層付きの帰路導体とし、帰路導体の両端においてス
イッチ11,12を介して接地したものである。図11の左端
が送電側AC/DC変換器６で、＋A（V）で送電すると、ケ
ーブル導体を通って右側に電流が流れる。ここで、負荷
Zで電力を消費して、電流は外装線４を左側に流れてAC/
DC変換器６に帰る。帰路導体通電による電圧降下分の電
圧をα（αはプラスとする）とすると、負荷側のスイッ
チ12を接地し、帰路電流の終端、すなわち送電端側のス
イッチ11を開放すれば、帰路導体（外装線4）は大地
（接地電位）のゼロ電位に対して全てにわたって0〜−
αの範囲で負の電位になる。そのため、帰路導体の一部
に外傷点13が生じたとすれば、外傷点13における電位β
は −α＜β＜０（V）となる。従って、海水を通して電子が外傷点13に流れ込
むことになり、外装線４における外傷点13からの金属の
溶出は生じないことになる。

【００６７】このように、外装線に外傷が生じて海水に
導通する個所が生じても、外傷点で電子が外装線に流入
するようケーブル両端のどちらかで接地するようにすれ
ば、外装線の電食を防ぐことができる。

【００６８】さらには、外傷点における電位を強制的に
負の電位に保つために、外装線の両端において接地との
間に電源を設け、外傷点における電位βを強制的に負の
電位に保持できるよう構成すれば、電食の抑制に一層効
果的である。

【００６９】（実施例７）さらに、より一層の長期的信
頼性を確保するためには、外装線の電流または抵抗値を
随時測定しておき、外装線の抵抗値が増加してアンバラ
ンスになったり、外装線が断線して抵抗値が無限大にな
るかどうかを監視すれば良い。このような監視で帰路導
体となる外装線の腐食が進んだことが判明した場合、そ
の対策の一例として別途海水帰路電極をケーブル両端に
設けておき、帰路電流は海水帰路回路を通じて流すよう
に切り替えることが望ましい。布設環境が許せば、予め
海水帰路電極と外装線とを並列に接続し、外装線の両端
を接地して両帰路を併せて利用することが適切である。
外装線の抵抗は海水帰路抵抗に比べて通常小さいため、
外装線が正常の場合、帰路電流は主として外装線に流
れ、外装線が腐食していった場合、その程度に応じて自
動的に海水帰路電極と海水を介して帰路電流がより多く
流れることになる。

【００７０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明電力ケーブ
ルは外装線を帰路導体として用いることで、中性線の布
設を行う必要がなく、かつ帰路電流が周囲環境に漏洩す
ることも最小限に抑制することができる。また、帰路流
路となる外装線の電食を効果的に抑制することができ
る。

【００７１】また、本発明電力ケーブル線路は、特に帰
路導体となる外装線を防食絶縁被覆した場合、その外装
線の被覆に外傷が生じて途中で海水と導通する個所が生
じたとしても外傷点で電子が外装線に流入する側に保つ
ように外装線の海水に対する電圧を負に維持することに
よって、外装線の電食を抑制できる。

【００７２】さらに本発明電力ケーブル線路の監視方法
は抵抗、電流測定という簡単な手法により帰路導体とな
る外装線の腐食状態を監視することができる。特に、予
め海水帰路電極と帰路導体を形成する外装線とを並列に
接続して同時に両者を利用すれば、外装線が正常の場
合、帰路電流は外装線に流れ、外装線が腐食していった
場合、それに応じて自動的に海水帰路電極を介して帰路
電流が海水側に流れることになり便利である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明ケーブルの部分断面図である。

【図２】本発明ケーブル線路の概略図である。

【図３】外装線を２重にした本発明ケーブルの部分断面
図である。

【図４】外装線を２重にし、外側外装線を疎巻きにした
本発明ケーブルの部分断面図である。

【図５】外装線に平角線を用いた本発明ケーブルの部分
断面図である。

【図６】外装線に防食被覆層を形成した本発明ケーブル
の部分断面図である。

【図７】外装線を二重にし、かつ内側外装線に防食被覆
層を形成した本発明ケーブルの部分断面図である。

【図８】外装線を平角線で二重にし、かつ内側外装線を
防食被覆した本発明ケーブルの部分断面図である。

【図９】外装線を三重構造とし、内側の２層を平角外装
線で、最外層をケブラーなどの樹脂外装線とした本発明
ケーブルの部分断面図である。

【図１０】光ファイバを複合した本発明本発明ケーブル
の部分断面図である。

【図１１】本発明送電線路で、外傷点の腐食程度を監視
し、かつ腐食の進展を防ぐ方法の概略説明図である。

【図１２】モノポーラ送電線路を示し、（A）は接地線
を用いた場合、（B）は海水帰路とした場合を示す説明
図である。

【図１３】バイポーラ送電線路を示し、（A）は中性線
を用いた場合、（B）は海水帰路とした場合を示す説明
図である。

【符号の説明】

１金属シース２防食層３ベッディングジュート層４外装線５サービングジュート層６ AC/DC変換器７中間ヤーン層８光ファイバユニット９スペーサ 10 直流ソリッド電力ケーブル 11、12 スイッチ 13 外傷点 20 高圧ケーブル 21 接地線 22 接地電極 23 中性線

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１２年６月３０日（２０００．６．３
０）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１７】(2) 内側外装線のみに防食被覆層を形成
し、外側外装線には防食被覆層を形成しない。内側外装
線は防食被覆層に保護されるため、電食から効果的に保
護されると共に帰路電流の海水中へのリークを完全に防
止する。仮に、この防食被覆層にピンホールが生じて
も、外周には犠牲電極となる鉄製の外側外装線が位置
し、外側外装線が優先的に電食されることで内側外装線
を電食から守る。防食被覆層の材質としては、ポリエチ
レン、ポリプロピレンなどが好適である。なお、内側・
外側外装線の双方に防食被覆層を形成すれば、内側外装
線の防食被覆層のみに損傷が生じた場合、外側外装線は
防食被覆層に覆われているため犠牲電極とできないが、
外側外装線の防食被覆層のみに損傷が生じた場合であれ
ば、外側外装線を犠牲電極とできる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｂ 11/22 Ｈ０２Ｇ 1/10 Ｆ５Ｇ３６９Ｈ０２Ｇ 1/10 9/00 Ｄ 9/00 Ｈ０１Ｂ 7/18 ＧＦターム(参考） 2G015 AA27 CA21 2G033 AA05 AC01 AC03 AD21 AD22 AE09 5G313 AA02 AB01 AC09 AD07 AE08 5G315 BA14 5G319 HB01 HC01 HD02 HE04 5G369 AA06 AA16 AA19 BA02 BB04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導体、絶縁体、金属シース、防食層およ
び外装線を具える直流ソリッド電力ケーブルにおいて、前記外装線は帰路電流の流路となる電流容量を具え、この外装線は多重に形成され、このうち内側外装線を銅
線とし、外側外装線を鉄線としたことを特徴とする直流
ソリッド電力ケーブル。
【請求項２】外側外装線を疎巻きとし、外側外装線の本数は電食に対する犠牲電極として十分な
数としたことを特徴とする請求項１記載の直流ソリッド
電力ケーブル。
【請求項３】内側外装線に防食被覆層が形成され、外
側外装線には防食被覆層が形成されていないことを特徴
とする請求項１記載の直流ソリッド電力ケーブル。
【請求項４】少なくとも最内層の外装線は、断面形状
が平角型であることを特徴とする請求項１記載の直流ソ
リッド電力ケーブル。
【請求項５】導体、絶縁体、金属シース、防食層およ
び外装線を具える直流ソリッド電力ケーブルにおいて、前記外装線は帰路電流の流路となる電流容量を具え、か
つ金属シースと防食層との間に設けられ、防食層の外側には外装線を設けないことを特徴とする直
流ソリッド電力ケーブル。
【請求項６】絶縁層の少なくとも一部にプラスチック
フィルムを含む材料が巻回されたことを特徴とする請求
項１または５記載の直流ソリッド電力ケーブル。
【請求項７】外装線の外周に高張力樹脂層を設けたこ
とを特徴とする請求項1記載の直流ソリッド電力ケーブ
ル。
【請求項８】防食層と外装線との間に光ファイバ複合
ユニットおよびスペーサが介在されてなることを特徴と
する請求項1記載の直流ソリッド電力ケーブル。
【請求項９】外装線を有する直流ソリッド電力ケーブ
ルを用いた直流ソリッド電力ケーブル線路において、前記直流ソリッド電力ケーブルは請求項１または５記載
のケーブルからなり、前記外装線は防食被覆層が形成され、かつ帰路電流の流
路とされ、外装線の両端をスイッチを介して接地し、外装線の一端
におけるスイッチを開き、外装線の他端におけるスイッ
チを閉じて、帰路電位を海水に対して負になるようにし
たことを特徴とする直流ソリッド電力ケーブル線路。
【請求項１０】外装線を有する直流ソリッド電力ケー
ブルを用いた直流ソリッド電力ケーブル線路において、前記直流ソリッド電力ケーブルは請求項１または５記載
のケーブルからなり、直流ソリッド電力ケーブルの両端部に海水帰路電極を具
え、外装線を帰路電流の流路とし、かつ外装線の両端を接地
したことを特徴とする直流ソリッド電力ケーブル線路。
【請求項１１】外装線を有する直流ソリッド電力ケー
ブルを用いた直流ソリッド電力ケーブル線路の監視方法
において、前記直流ソリッド電力ケーブルは請求項１または５記載
のケーブルからなり、前記外装線は防食被覆層が形成され、かつ帰路電流の流
路とされ、この外装線の電流または抵抗を測定し、これらの測定値
の変化から外装線の腐食の程度を監視することを特徴と
する直流ソリッド電力ケーブル線路の監視方法。