JP2007325443A - 電力用直流同軸ケーブルの接続部 - Google Patents

Abstract

【課題】帰路導体の断面積が異なる電力用直流同軸ケーブルの接続部における温度上昇を抑制する。
【解決手段】帰路導体の断面積が異なる電力用直流同軸ケーブルＡ、Ｂを接続する場合に、帰路導体断面積が大きい方のケーブルＡの帰路導体５を接続部の補強主絶縁体２２の外周を通過するように配置する。双方のケーブルＡ、Ｂの帰路導体５の接続部２４を、帰路導体断面積が小さい方のケーブルＢの外部半導電層４の外周に位置させる。接続部の長手方向の大部分で帰路導体の断面積が大きくなるので、接続部における帰路導体の通電による発熱量を少なくできる。
【選択図】図１

Description

本発明は、中心の主導体と同軸状に帰路導体を有する電力用直流同軸ケーブルの接続部に関し、特に帰路導体断面積が異なる電力用直流同軸ケーブルの接続部に関するものである。

図６に電力用直流同軸ケーブルの一例を示す。この直流同軸ケーブルは、中心に主導体１を有し、その外側に、内部半導電層２、主絶縁層３、外部半導電層４、帰路導体５、帰路内部半導電層６、帰路絶縁層７、帰路外部半導電層８、鉛被９、防食層１０を、順次同軸状に設けたものである（特許文献１の図１参照）。

帰路導体５は、外部半導電層４の外周に多数の帰路導体素線（銅線）を同心撚りすることにより形成される。帰路導体素線の撚り方には、撚り方向が変わらない一方向撚りと、一定のピッチで撚り方向が反転するＳＺ撚り（特許文献１の図２参照）とがある。

電力用直流同軸ケーブルの主導体と帰路導体の断面積は、ケーブルが布設される環境に応じて設計され、主導体と帰路導体に定格電流を流した時にケーブル全長にわたって主導体の最高許容温度（例えば９０℃）及び帰路導体の最高許容温度（例えば７５℃）を超えないように決定される。

直流同軸ケーブルの接続部は、接続部中心の主導体接続部、その外側のケーブル主絶縁層同士を接続する補強主絶縁体、その外側の帰路導体接続部、その外側のケーブル帰路絶縁層同士を接続する補強帰路絶縁体、その外側の金属外被接続部等で構成される。

特開平１１−１１１０７１号公報

接続部の補強主絶縁体及び補強帰路絶縁体はそれぞれ、ケーブル部の主絶縁層及び帰路絶縁層の厚さより厚く形成される。このため、直流同軸ケーブル接続部における半径方向の熱抵抗は、ケーブル部における半径方向の熱抵抗より大きくなる。例えば、直流同軸ケーブル同士をケーブル部とほぼ同径（準同径）に仕上げた工場内接続部（ＦＪ：Factory Joint）は、ケーブル部とほぼ同じ構造であるが、それでも接続部の半径方向の熱抵抗はケーブル部よりも大きくなる。

また直流同軸ケーブル接続部において、外側に金属製又はプラスチック製の接続管（又は保護管）を設ける場合には、通常、ケーブル帰路絶縁層及び補強帰路絶縁体と接続管との間に防水用（又は絶縁用）のコンパウンドが充填される。このような形態の接続部では、半径方向の熱抵抗がより一層増大する。

直流同軸ケーブルでは、主導体のほかに帰路導体にも定格電流が流れるため、主導体と帰路導体の双方が発熱源となり、直流同軸ケーブル接続部での半径方向の熱抵抗の増大は、接続部の温度上昇を高める要因となる。

さらに、直流同軸ケーブルの接続では、工場内接続部のように同一構造の直流同軸ケーブルを接続する場合の他に、異なる構造の直流同軸ケーブルを接続する場合がある。例えば、海底に布設する海底用直流同軸ケーブルと、陸上に布設する陸上用直流同軸ケーブルは、布設環境が異なるため、主導体断面積及び帰路導体断面積がそれぞれ異なる。このような海底用直流同軸ケーブルと陸上用直流同軸ケーブルを接続すると（通常、渚で接続されるため渚接続部と呼ばれる）、接続部内での主導体及び帰路導体の発熱量が接続部長手方向で異なり、主導体断面積及び帰路導体断面積が小さい方のケーブル側で発熱量が大きくなる。このため、直流同軸ケーブル接続部での半径方向の熱抵抗の増大は、接続部内での著しい温度上昇を引き起こす懸念がある。

本発明の目的は、電力用直流同軸ケーブルの接続部における温度上昇を抑制することにあり、特に、帰路導体の断面積が異なる電力用直流同軸ケーブルの接続部における温度上昇を抑制することにある。

この目的を達成するため本発明は、帰路導体の断面積が異なる電力用直流同軸ケーブルの接続部において、帰路導体断面積が大きい方のケーブルの帰路導体が接続部の補強主絶縁体の外周を通過するように配置され、双方のケーブルの帰路導体の接続部が、帰路導体断面積が小さい方のケーブルの外部半導電層の外周に位置していることを特徴とするものである。

上記の発明においては、帰路導体断面積が小さい方のケーブルの外部半導電層と、双方のケーブルの帰路導体の接続部との間に熱的緩衝層を設けることが好ましい。

また上記目的を達成するため本発明は、帰路導体の断面積が異なる電力用直流同軸ケーブルの接続部において、帰路導体断面積が小さい方のケーブル（以下第一のケーブルという）の帰路導体と帰路導体断面積が大きい方のケーブル（以下第二のケーブルという）の帰路導体とが、前記第二のケーブルの帰路導体断面積以上の断面積を有する中継ぎ導体を介して接続され、この中継ぎ導体は接続部の補強主絶縁体の外周を通過するように配置され、第一のケーブルの帰路導体と中継ぎ導体との接続部が第一のケーブルの外部半導電層の外周に位置し、第二のケーブルの帰路導体と中継ぎ導体との接続部が第二のケーブルの外部半導電層の外周に位置している構成とすることもできる。

上記の発明においては、第一のケーブルの帰路導体と中継ぎ導体との接続部と第一のケーブルの外部半導電層との間に熱的緩衝層を設け、第二のケーブルの帰路導体と中継ぎ導体との接続部と第二のケーブルの外部半導電層との間に熱的緩衝層を設けることが好ましい。

また上記目的を達成するため本発明は、帰路導体を備えた電力用直流同軸ケーブルの接続部において、帰路導体同士が帰路導体以上の断面積を有する中継ぎ導体を介して接続され、この中継ぎ導体は、接続部の補強主絶縁体の外周を通過するように配置され、帰路導体と中継ぎ導体との接続部がケーブルの外部半導電層の外周に位置している構成とすることもできる。

上記の発明においては、一方のケーブルの帰路導体と中継ぎ導体との接続部と、当該一方のケーブルの外部半導電層との間に熱的緩衝層を設け、他方のケーブルの帰路導体と中継ぎ導体との接続部と、当該他方のケーブルの外部半導電層との間に熱的緩衝層を設けることが好ましい。

本発明によれば、直流同軸ケーブル接続部の長手方向の大部分で帰路導体の断面積が大きくなる（帰路導体抵抗が小さくなる）ので、接続部内での帰路導体の通電による発熱量が少なくなり、接続部の温度上昇を抑制することができる。なお、上記熱的緩衝層を設けた場合は、導体を溶接するときの熱や、接続作業時のミスで、ケーブルの外部半導電層や主絶縁層が損傷するのを防止できる。

〔実施形態１〕図１は本発明に係る電力用直流同軸ケーブル接続部の一実施形態を示す。接続すべき直流同軸ケーブルＡ、Ｂはそれぞれ、防食層１０、鉛被９、帰路絶縁層７（その内外の半導電層は図示省略）を順次段剥ぎして帰路導体５を露出させ、さらに外部半導電層４、主絶縁層３、内部半導電層（図示省略）を順次段剥ぎして先端に主導体１を露出させてある。一方の直流同軸ケーブルＡの帰路導体５の断面積は、他方の直流同軸ケーブルＢの帰路導体５の断面積よりも小さい。以下、帰路導体５の断面積が小さい方の直流同軸ケーブルＡを第一のケーブルＡ、大きい方の直流同軸ケーブルＢを第二のケーブルＢと記す。

第一のケーブルＡの主導体１と第二のケーブルＢの主導体１は、異径導体接続用スリーブ２１で圧縮接続されている。２２はスリーブ２１とその両側のケーブルＡ、Ｂの主絶縁層３、３に跨るように形成された補強主絶縁体、２３は第一のケーブルＡの外部半導電層４上に設けられた熱的緩衝層である。

第二のケーブルＢの帰路導体５は、補強主絶縁体２２の外周を通過して熱的緩衝層２３上に達し、熱的緩衝層２３上で第一のケーブルＡの帰路導体５と溶接により接続されている。２４はその溶接接続部である。

熱的緩衝層２３は、帰路導体溶接時の熱で第一のケーブルＡの外部半導電層４及び主絶縁層３が損傷を受けるのを防止するものである。この熱的緩衝層２３は、外部半導電層４から接続部の外部半導電層（図示省略）にかけて半導電性クッションテープを外径が補強主絶縁体とほぼ同径になるように巻き上げることにより形成することが好ましい。この熱的緩衝層２３は帰路導体溶接作業時における第一のケーブルＡの外部半導電層４及び主絶縁層３の外傷防止にも役立つ。

帰路導体５を溶接接続する場合には、帰路導体素線を１本ずつ溶接してもよいが、帰路導体素線を複数本ずつの束にして、束同士を溶接接続してもよい。束同士で溶接した方が、溶接回数が少なくて済み、溶接作業を効率よく行うことができる。

上記のようにして帰路導体５を溶接接続した後は、両ケーブルの帰路絶縁層７に跨るように補強帰路絶縁体２５を形成し、鉛被２６及び防食層２７を設ければよい。なお、補強帰路絶縁体２５の内側には、両ケーブルの帰路内部半導電層に跨るように接続部の帰路内部半導電層が設けられ、補強帰路絶縁体２５の外側には、両ケーブルの帰路外部半導電層に跨るように接続部の帰路外部半導電層が設けられるが、図示を省略してある。

上記のように構成された直流同軸ケーブルの接続部では、接続部の長手方向の大部分で帰路導体の断面積が大きくなる（帰路導体抵抗が小さくなる）ので、接続部内での帰路導体５の通電による発熱量を少なく抑えることができ、したがって接続部の温度上昇を抑制することができる。

図１に示す電力用直流同軸ケーブル接続部のさらに具体的な構成を説明すると、次のとおりである。第一のケーブルＡは、例えば主導体断面積４００mm^２、帰路導体断面積２１５mm^２（銅素線φ２．６mm×５５本同心撚り）であり、第二のケーブルＢは、例えば主導体断面積５００mm^２、帰路導体断面積４６３mm^２（銅素線φ５．０mm×３０本同心撚り）である。両ケーブルＡ、Ｂの主導体１は銅撚線、主絶縁層３は架橋ポリエチレン、帰路絶縁層７は非架橋ポリエチレンである。補強主絶縁体２２は絶縁テープ巻き後に加熱モールド処理して形成されている。熱的緩衝層２３は半導電性クッションテープ巻きにより形成され、厚さ約１３mmである。両ケーブルＡ、Ｂの帰路導体５、５は、複数の帰路導体素線束毎に突き合わせ溶接され、帰路導体素線束の溶接箇所は１３箇所である。第一のケーブルＡの帰路導体素線束の構成は、φ２．６mm×５本束が４組、φ２．６mm×４本束が８組、φ２．６mm×３本束が１組である。第二のケーブルＢの帰路導体素線束の構成は、φ５．０mm×３本束が４組、φ５．０mm×２本束が９組である。溶接する帰路導体素線束の組合せは、φ２．６mm×５本束とφ５．０mm×３本束の組合せが４箇所、φ２．６mm×４本束とφ５．０mm×２本束の組合せが８箇所、φ２．６mm×３本束とφ５．０mm×２本束の組合せが１箇所である。

上記の構成で、帰路導体の接続部を、第一のケーブルＡの外部半導電層の外周に位置させた場合（本発明の実施例）と、第二のケーブルＢの外部半導電層の外周に位置させた場合（比較例）について、主導体と帰路導体にそれぞれ７００Ａ通電したときの、主導体温度分布及び帰路導体温度分布を計算した結果を、それぞれ図２（ａ）及び（ｂ）に示す。この計算結果によれば、直流同軸ケーブル接続部における主導体の到達温度は、本発明の実施例では約７０℃（図２ａ）、比較例では約８０℃（図２ｂ）であった。このように本発明によれば、接続部内での帰路導体の通電による発熱量が少なく抑えられるため、主導体温度上昇を約１０℃低下させられることが分かる。

〔実施形態２〕図３は本発明の他の実施形態を示す。この直流同軸ケーブル接続部では、帰路導体断面積が小さい方の第一のケーブルＡの帰路導体５と、帰路導体断面積が大きい方の第二のケーブルＢの帰路導体５とが、中継ぎ導体２８を介して接続されている。中継ぎ導体２８は、帰路導体５と同じく銅線で構成され、その断面積は第二のケーブルＢの帰路導体断面積以上に設定されている。中継ぎ導体２８は、接続部の補強主絶縁体２２の外周を通過するように配置されており、これにより第一のケーブルＡの帰路導体５と中継ぎ導体２８との接続部２４Ａは第一のケーブルＡの外部半導電層４の外周に位置し、第二のケーブルＢの帰路導体５と中継ぎ導体２８との接続部２４Ｂは第二のケーブルＢの外部半導電層４の外周に位置している。なお、両ケーブルＡ、Ｂの外部半導電層４上にはそれぞれ熱的緩衝層２３が設けられ、帰路導体５と中継ぎ導体２８の接続部２４Ａ、２４Ｂはこれらの熱的緩衝層２３上に位置している。帰路導体と中継ぎ導体との接続は、実施形態１と同様に、導体素線を複数本ずつの束にして、導体素線束同士を突き合わせ溶接することにより行うことが好ましい。

上記以外の構成は実施形態１と同じであるので、同一部分には同一符号を付して説明を省略する。このような構成でも実施形態１と同様な効果が得られる。また中継ぎ導体２８の断面積を第二のケーブルＢの帰路導体５の断面積よりも大きくすれば、接続部の温度上昇を実施形態１よりもさらに低く抑えることができる。

〔実施形態３〕図４は本発明のさらに他の実施形態を示す。この直流同軸ケーブル接続部が実施形態１と異なる点は、熱的緩衝層が省略され、両ケーブルＡ、Ｂの帰路導体５の溶接接続部２４が、第一のケーブルＡの外部半導電層４上に位置していることである。帰路導体５の溶接作業を注意深く行えば、このような構成にすることも可能である。それ以外の構成は実施形態１と同じであるので、同一部分には同一符号を付して説明を省略する。

〔実施形態４〕図５は本発明のさらに他の実施形態を示す。この実施形態が図３に示した実施形態２と異なる点は、帰路導体５の断面積が同じケーブルＡ同士を接続している点である。中継ぎ導体２８には帰路導体５より断面積の大きなものを使用している。それ以外の構成は、実施形態２と同様であるので、同一部分には同一符号を付して説明を省略する。この実施形態によれば、ケーブル接続部の温度上昇を、帰路導体５同士を接続した場合より、抑制できる。

本発明に係る電力用直流同軸ケーブル接続部の一実施形態を示す、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は一部切開平面図。 （ａ）は本発明の実施例の温度分布を、（ｂ）は本発明の比較例の温度分布を示すグラフ。 本発明の他の実施形態を示す、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は一部切開平面図。 本発明のさらに他の実施形態を示す縦断面図。 本発明のさらに他の実施形態を示す縦断面図。 電力用直流同軸ケーブルの一例を示す横断面図。

符号の説明

Ａ、Ｂ：電力用直流同軸ケーブル
１：主導体
３：主絶縁層
４：外部半導電層
５：帰路導体
７：帰路絶縁層
２１：異径導体接続用スリーブ
２２：補強主絶縁体
２３：熱的緩衝層
２４、２４Ａ、２４Ｂ：溶接接続部
２５：補強帰路絶縁体
２８：中継ぎ導体

Claims (3)

1. 帰路導体の断面積が異なる電力用直流同軸ケーブルの接続部において、帰路導体断面積が大きい方のケーブルの帰路導体が接続部の補強主絶縁体の外周を通過するように配置され、双方のケーブルの帰路導体の接続部が、帰路導体断面積が小さい方のケーブルの外部半導電層の外周に位置していることを特徴とする電力用直流同軸ケーブルの接続部。
2. 帰路導体の断面積が異なる電力用直流同軸ケーブルの接続部において、帰路導体断面積が小さい方のケーブル（以下第一のケーブルという）の帰路導体と帰路導体断面積が大きい方のケーブル（以下第二のケーブルという）の帰路導体とが、前記第二のケーブルの帰路導体断面積以上の断面積を有する中継ぎ導体を介して接続され、この中継ぎ導体は接続部の補強主絶縁体の外周を通過するように配置され、第一のケーブルの帰路導体と中継ぎ導体との接続部が第一のケーブルの外部半導電層の外周に位置し、第二のケーブルの帰路導体と中継ぎ導体との接続部が第二のケーブルの外部半導電層の外周に位置していることを特徴とする電力用直流同軸ケーブルの接続部。
3. 帰路導体を備えた電力用直流同軸ケーブルの接続部において、帰路導体同士が帰路導体以上の断面積を有する中継ぎ導体を介して接続され、この中継ぎ導体は、接続部の補強主絶縁体の外周を通過するように配置され、帰路導体と中継ぎ導体との接続部がケーブルの外部半導電層の外周に位置していることを特徴とする電力用直流同軸ケーブルの接続部。

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