JP2013527562A - マリン・ケーブルおよび海中ケーブルのための一次ワイヤー - Google Patents
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Abstract
マリン又は海底ケーブルのための一次ワイヤーは、導電性コア（１０）、典型的には銅から成るマルチフィラメントコア、および０．３５〜１．０ｍｍ、好ましくは０．５〜０．７５ｍｍの厚さを有する絶縁内層（１２）と、厚さ０．１５〜０．３ｍｍの厚さを有するポリフッ化ビニリデンから成る外部保護層（１４）であって、少なくとも外部保護層が照射架橋されている外部保護層（１４）とを含んで成る絶縁性シースを含んで成る。内層および外層は好ましくは電子ビーム照射により相互に架橋されている。シースの内層および外層の組合せによって、マリンおよび海中ケーブル等の径を小さくし、キャパシティすなわち電気特性を失うことなく、温度領域や機械的特性等の全性能を高めることが可能となる。
Description
本発明は、マリン用および海中用に適当な絶縁性ワイヤー又は絶縁性ケーブルに関する。
マリン・ケーブルおよび海中ケーブルは、相当過酷な状況、すなわち、腐食性と電気伝導性の高い海水、相当な機械的ストレスを生じる海流にさらされるため、これまでは相対的に大きな径を有している一方で、所望のものよりも相対的に低くて狭い温度領域であり物理的にも頑丈でない。
ポリ塩化ビニル(ＰＶＣ)等の絶縁性の高いポリマーから成る内側のシース、および例えば、ポリテトラフルオロエチレン(ＰＴＦＥ)等のフッ素化ポリマーのような不活性ポリマーから成る外側の被覆を有する海底ケーブルが知られている。
典型的な海中ロープ又はマリンアンビリカルなケーブルは、絶縁性ジャケット(典型的には非架橋のＰＥやポリプロピレンではなく、厚壁の架橋ポリエチレン(ＸＬＰＥ)が時々使用される)によって囲まれる導体（又はコンダクタ；ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）(典型的には銅又はスチール)から成る多くの一次ワイヤー（又は一次のワイヤー又はプライマリーワイヤー又は主ワイヤー；ｐｒｉｍａｒｙ ｗｉｒｅｓ）を含んでいる。これらの一次ワイヤーは、金属ワイヤー(典型的にはスチール又は銅ワイヤー)又はアラミド繊維から成る外装ジャケットにより保護され、外装ジャケット(典型的にはＸＬＰＥ)により囲まれてよい。
必要な電気抵抗および温度定格を供するために、厚壁のＸＬＰＥの一次ワイヤーがこれらの沖合のマリン用に伝統的に使用される。これにより、厚壁(２．０ｍｍ以上)の一次ワイヤーにより全てのケーブルが大きな径となる。その結果、単一のドラムに保管でき得るケーブル長さが制限される。すなわち、例えば、サブマリンロープケーブルの長さが制限される。又、これらのワイヤーでは、温度領域および物理的な性質が制限される。
本発明では、導電性コアおよび絶縁性シースを有するマリン又は海底ケーブルのための一次ワイヤーが供される。絶縁性シースは、少なくとも０．３５ｍｍの壁厚を有し一次絶縁として照射架橋ポリアルケンから成る内層と、少なくとも０．１５ｍｍの厚さを有する照射架橋ポリフッ化ビニリデン(ＰＶｄＦ)から成る外装ジャケットを有する。
驚くべきことに、本発明の絶縁性ワイヤーは、絶縁性が高く、標準のＸＬＰＥワイヤーが有する他の電気的特性を有し、温度領域が高く、可撓性や物理的靭性等の良好な機械的特性を有し、海中、マリンおよび沖合用に求められる耐腐食性を有し、標準のＸＬＰＥワイヤーよりも実質的に薄く、軽いということが分かった。本発明のワイヤーに取り込まれるマリン・ケーブルは、頑丈で強固で、耐摩耗性があり、化学攻撃に対する耐性があり、可撓性があり、電気絶縁性が高く、温度領域が−５５〜＋１５０℃である。これは、特注の導体および２重の絶縁壁の相乗的な組み合わせによって達成され得る。
本発明のワイヤーは、マリン又は海底ケーブルの一次ワイヤーとして特に有用である。ある態様では、両層は照射架橋されている。本発明のワイヤーは、約０．８ｍｍの全壁厚から成り、ロープやアンビリカルケーブルの用で伝統的に使用される標準的なＰＥワイヤーよりもかなり薄い。
少なくとも好ましい態様では、海中ケーブル用の本発明のワイヤーを使用する更なる利点として、温度領域が高く(−５５℃〜＋１５０℃)、電気抵抗が高く、可撓性、耐腐食性、および海中、マリンおよび沖合の用に求められる物理的靭性を有することが挙げられる。４４ＣＤワイヤーから成るＴＥケーブルの具体的な利点は、低いキャパシタンスを供し、個々のワイヤーが望ましくない容量効果(例えば、コロナ効果)なく互いに束ねることが可能な内層の低い誘電率である。
絶縁性ポリマーの照射架橋により、コールドフロー（又は低温流れ；ｃｏｌｄ ｆｌｏｗ）に対する更なる耐性が供され、高温で絶縁性ポリマーが非溶融性となる。
本発明のケーブルは、銅等の金属製のコア導体又は光ファイバーの導体から成ってもよい。
本発明の好ましい態様は添付図面を参照して説明される。
図１に示されるケーブルは、マルチフィラメント・ワイヤー１０を含んで成り、マルチフィラメント・ワイヤー１０上にポリエチレン、ポリプロピレンおよび/又はポリブチレン等の照射架橋ポリアルケンから成る内部絶縁層１２と、照射架橋ポリフッ化ビニリデンから成る外層１４を含んで成る絶縁性シースが形成されている。
マルチフィラメント・ワイヤー１０は好ましくは銅から成るが、アルミニウム、銀又はスチール等の他の適当な導体から成ってもよい。このワイヤーは好ましくは３０〜７０のストランド（又はより線；ｓｔｒａｎｄ）、より好ましくは少なくとも５０のストランド、典型的には約６１のストランドを含んで成る。個々のストランドは、ストランドが近接近した状態で１６ｍｍ２の導体で好ましくは０．５〜０．７ｍｍ、適当には約０．５８ｍｍの径を有する。サイズの大きなストランドは、ストランド間のより圧力のかかるポイントや隙間で低い可撓性になり易く、薄壁のコアに悪影響を与える。又、光ファイバー導体等の非金属コアが使用されてよい。導電性コアの径は１６ｍｍ２の導体で好ましくは４．８０〜５．１０ｍｍである。外側のストランドは、円形で、なだらかで、ストランドの高低差がないコンパクトな外面および低いコロナインパクトを供するために、１０％好ましくは５〜９％好ましくは詰められる。又、標準的なケーブルのワイヤー中のストランドがコア径の１２倍のより長さを有することに比べ、本発明のワイヤーのストランドはコア径の６〜８倍のより長さを有することが可能である。
絶縁性内層１２のポリアルケンは好ましくは高密度のポリエチレン(ＨＤＰＥ)から成り、又絶縁性内層１２のポリアルケンは０．３５ｍｍの最小の壁厚、好ましくは少なくとも０．５ｍｍの壁厚および好ましくは最大１．０ｍｍの壁厚を有し、絶縁性内層１２のポリアルケンの最適な範囲は０．５〜０．７５ｍｍである。ＨＤＰＥの最小密度は、好ましくは０．９５である。ＨＤＰＥはエチレン−エチルアクリレートコポリマー（又は共重合体：ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）(ＥＥＡ)と混合されてよく、ＨＤＰＥとＥＥＡの比は少なくとも３：１である。ＥＥＡコポリマーは好ましくは体積で１４〜１８％のアクリル酸エチルを有する。ポリオレフィン層は、相当の電気絶縁性を与えるが軽量で可撓性を有したままである。
シースの外層１４のＰＶｄＦは内層上に押し出されており、両層は同時に電子線照射により架橋される。好ましいポリマーは、ＰＶｄＦホモポリマーとヘキサフルオロプロペンおよび1,1´-ジフルオロエチレン(ＶＦ２)から成るコポリマーとの特有な組合せに基づく新規の工業化合物である。この層の厚さは少なくとも０．１５ｍｍであり、好ましい最大の層の厚さは０．３ｍｍである。この層は、必要とされる靭性、耐磨耗性、耐可燃性、カットスルー抵抗および多くの酸、アルカリ、炭化水素溶剤、燃料、潤滑油、(海水を含む)水、多くのミサイル燃料および酸化剤等の化学薬品に対する耐性を供する。又、内側のポリオレフィン絶縁材は、湿潤および乾燥状態でアーク・トラッキングに対して耐性を有する。
更に、新しい方法を通じてコロナ放電および部分放電を低減するための高性能の新しいタイプの銅導体が、本出願のため開発されている。これら新しい導体は、半同心円、可撓性、およびむき出しの銅ストランド基準において特定の圧縮レベルで超平滑であるパラメーターを有する特注のデザインであった。この最適である革新的な導体の例は、図２に示され、０．５８２ｍｍの径であるむき出しの銅ストランド６１本から成る１６ｍｍ２の好適な導体と規定することができる。
低誘電性(約３)である電気的にクリーンなコア材料と結合させた好適な導体設計の組合せによって、安定した電気プラットフォームが供され、コロナ放電又は部分放電のリスクを最小限にする。これにより、部分放電又はコロナ放電なく、長い長さ(単一長さで最大１０ｋｍ)でもこれら一次ワイヤーを高圧(３．６/５．４/７．２Ｋｖ；Ｕｏ/Ｕ/Ｕｍ)にすることが可能であると共に、相対的に小さいサイズで、薄壁で、低重量である利点を保有することが可能である。
各層は特定の特性を供するために最適であるため、二重層設計により優れた特性を得ることが可能である。例えば、外層は必要な耐磨耗性および耐化学性を供し、内層は必要な電気絶縁性および低誘電性を供する。一層のみから成る同様の全厚では同じ性能水準が供されない。
この二重層設計を活用することで一次ワイヤー径を低減することができる。すなわち、同じ径(より良い機能性)を有する多くの一次ワイヤーでケーブルを構成することが可能である、又はケーブルの全径を低減することが可能であることを示している。これにより、単一のドラムに保管されるケーブル長さを長くすることができ、マザーシップから更に離して海中ケーブルを操作することができる潜在的な利益がある。
図３Ａは、外部被覆３５、典型的にはスチール又は銅ワイヤー又はアラミド繊維から成る外装ジャケット内にコア３０および絶縁性シース３１を各々含んで成る多数の一次ワイヤーを有する海底ケーブルの断面図を示す。図３Ｂは、コア３６およびポリアルケン/ＰＶｄＦから成る二重シース３２を有する本発明の一次ワイヤーを使用して同様に配置したものを示す。これらのシースはこの分野での標準的な材料から成るシースよりもかなり薄いため、同じ数のワイヤーを径の小さなケーブルに収めることができ、ワイヤー自体を大きな径から構成することができる。
マリン・ケーブル用に、現在の４４本のワイヤープラットフォ−ムの使用を更に改良する新しい材料化合物が開発されている。コア材料は、標準の４４本のワイヤーコア化合物(３．８)よりも低い誘電率(３．１)に設計されている。これにより、コアを互いに近づけて詰めることができ、新規の高い定格電圧を同じサイズのケーブルから得ることができる。良好な可撓性、靭性を供し、又長い長さ(１０，０００ｋｍ)でも不良なく押し出し可能なＰＶｄＦホモポリマーおよびＰＶｄＦコポリマーから成る特有な組合せに基づく新規の外側のＰｉジャケット層が開発された。
全ワイヤー径は１６ｍｍ２のワイヤーで好ましくは６．５〜６．９ｍｍであり、全ワイヤーの最大重量は好ましくは２００ｋｇ/ｋｍを超えない。本発明の好ましいワイヤーは、−５５℃又は−５５℃よりも低い温度まで、＋１５０℃又は＋１５０℃よりも高い温度まで使用することが可能である。より長さは、典型的にはコア径の約６．５倍である。
０．５８２ｍｍ径の６１本のストランドから成る、４．８〜５．１ｍｍの径で１６ｍｍ２の断面積を有するマルチフィラメント銅ワイヤーを被覆することにより、図面に示された構造を有する絶縁性海底ケーブルのための一次ワイヤーを作成した。
第１に、照射架橋の高密度ポリアルケンから成る一次絶縁層を、コア上に約０．５ｍｍの厚さに押し出した。この上に、ポリフッ化ビニリデンとＨＦＰ/ＶＦ２コポリマーとを混ぜた外部保護ジャケットを最小で０．１５ｍｍの厚さに押し出した。次いで、得られたシースを電子ビーム照射により架橋した。
最終的に得られたワイヤーの平均径は約６．７ｍｍであり、又その最大重量は１７５．４５ｋｇ/ｋｍであった。２０℃での最大電気抵抗は１．２１０Ω/ｋｍであった。定格電圧は最大３,０００Ｖであった。ワイヤーの電気特性を下記の表１にまとめ、壁厚が０．１９ｍｍで、定格電圧が０．６/１．０/２．５ＫＶ,Ｕｏ/Ｕ/Ｕｍである架橋ポリアルケン/ＰＶｄＦシースを有するタイコエレクトロニクス社の多目的ＳＰＥＣ４４ワイヤーの電気特性と比較した。
右手の欄に記載した全ての要件を満たす下記の表２に詳述するように、マリン用および海底用のためワイヤーの一連の性能試験を行った。
Claims (15)
- 導電性コアおよび絶縁性シースを有するマリン又は海中ケーブルのための一次ワイヤーであって、
前記絶縁性シースが、少なくとも０．３５ｍｍの壁厚を有する一次絶縁としてのポリアルケンから成る内層、および少なくとも０．１５ｍｍの厚さを有する照射架橋されたフッ化ビニリデンポリマーから成る外側ジャケットを有する、ワイヤー。 - ポリアルケンから成る内層もまた照射架橋されている、請求項１に記載のワイヤー。
- 導電性コアが、マルチフィラメント・ワイヤーを含んで成る、請求項１又は２に記載のワイヤー。
- マルチフィラメント・ワイヤーが、３０〜７０のストランドを含んで成る、請求項３に記載のワイヤー。
- ワイヤーフィラメントのより長さが、導電性コア径の６〜８倍である、請求項３又は４に記載のワイヤー。
- 導電性コアが５〜９％圧縮される、請求項３〜５のいずれかに記載のワイヤー。
- 導電性コアが銅を含んで成る、請求項１〜６のいずれかに記載のワイヤー。
- 導電性コアが、１６ｍｍ２の導体で４．８〜５．１ｍｍの径を有する、請求項１〜７のいずれかに記載のワイヤー。
- ポリアルケンから成る絶縁性内層が、大きくとも０．７５ｍｍの壁厚を有する、請求項１〜８のいずれかに記載のワイヤー。
- ポリアルケンが、少なくとも０．９５の密度を有する高密度ポリエチレン(ＨＤＰＥ)を含んで成る、請求項１〜９のいずれかに記載のワイヤー。
- 高密度ポリエチレン(ＨＤＰＥ）とエチレン−エチルアクリレートコポリマー(ＥＥＡ)とが少なくとも３：１の比で混合されている、請求項１０に記載のワイヤー。
- ポリフッ化ビニリデン(ＰＶＤＦ)から成る外層が、ＰＶＤＦホモポリマーとヘキサフルオロプロペンおよび１,１´−ジフルオロエチレンのコポリマーとをブレンドしたものを含んで成る、請求項１〜１１のいずれかに記載のワイヤー。
- ＰＶＤＦから成る外層が大きくとも０．３ｍｍの厚さを有する、請求項１〜１２のいずれかに記載のワイヤー。
- 外装ジャケットに包まれる請求項１〜１３のいずれかに記載の複数の一次ワイヤーを含んで成る、マリン又は海中ケーブル。
- 導電性コア上にポリアルケンから成る絶縁層を少なくとも０．３５ｍｍの厚さに押し出す工程、
内層上にポリフッ化ビニリデンから成る外層を少なくとも０．１５ｍｍの厚さに押し出す工程、および
電子ビーム照射の方法によって、内層および外層を相互に架橋する工程
を含んで成る、請求項１〜１４のいずれかに記載の一次ワイヤーを作成する方法。
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