JP2018522515A - 剛性継手組立体 - Google Patents

Abstract

本発明は、２つのケーブル（１０；１１０）を接合するための剛性継手組立体（１）に関する。本組立体は、水密ケーシング組立体（３０）の外側にアウターケーブル進入部分（３３；１３３）を備える。第１または第２のケーブル心線端部（１２；１１２）のそれぞれを取り囲む剛性パイプ（４１；１４１）、ならびにそれぞれの剛性パイプ（４１；１４１）の内面の長さに沿って少なくとも部分的に延在する下地材料層（４５；１４５）をそれぞれが備える、第１および第２のケーブル絶縁体システム変形防止器具（４０；１４０）が提供される。本組立体は、ケーブルに面する側に複数の溝（５３；１５３）を備える弾性材料の第１および第２の溝付きパイプ（５１；１５１）をさらに備え、それぞれの溝付きパイプ（５１；１５１）が水密ケーシング組立体３０の内側で、それぞれのインナーケーブル進入部分（３２；１３２）においてそれぞれの第１または第２のケーブル心線端部（１２；１１２）を取り囲む。
【選択図】図２ａ

Description

本開示は、電気ケーブルのための剛性継手組立体、主として中電圧または高電圧海底ケーブルに関する。

高電圧（ＨＶ）および中電圧（ＭＶ）ケーブルは、陸上および海上での配電に使用される。そのようなケーブルは、しばしば押し出し成形された絶縁システムを使用し、絶縁システムによって取り囲まれた導体と、異なる目的および用途を有するいくつかの異なる材料の層、例えば、８〜９つもの層と、を備える。絶縁システムは、導体に最も近い内部半導電層と、導体遮蔽体の外部の絶縁層と、外部半導電層と、を備える。

ケーブル心線という用語を使用することが一般的であり、一般に、ケーブル心線は、内部導体と、上記のような、少なくとも内部半導電層、絶縁層、および外部半導電層を備える絶縁システムと、の主要層を備える。

２つの延伸するケーブルを接合する際に、予め作製された継手を使用することができる。予め作製された継手は、２つの延伸するケーブルを接合する際に絶縁システムを復元するために使用される、例えば、ゴムの予め成型された／予め作製された継手本体を備える。ケーブル心線の導体が接合され、接合されたケーブル心線の絶縁システムが継手本体内で復元される。このタイプの継手は、高電圧ケーブルを、通常、架橋ポリエチレン（ＸＬＰＥ）を含む押し出し成形された絶縁システムによって接合するために一般に使用される。海底ケーブルについては、予め作製された継手本体が、大気圧で、空気中で取り付けられ、次に、水密金属ケーシングの内側に配置される。ケーブル心線の金属シースは、通常、はんだ付けによってケーシングに接続され、それによって、継手に対する全体的な防水設計を実現する。

１つのケーブル心線を含む海中ＤＣケーブルについては、剛性継手は、ケーブル心線継手を含むこれらの金属性ケーシングのうちの１つから構成され、このケーシングが、通常、ケーブルの外装層を接続するためにも使用される外部容器内に配置されている。３つのケーブル心線を含む海中ＡＣケーブルについては、剛性継手は、それぞれが心線継手を含むこれらの金属性ケーシングのうちの３つから構成されている。このケーシングは、通常、ケーブルの外装層を接続するためにも使用される外部容器内に配置されている。外部容器を含む継手全体は、一般に剛性継手と呼ばれる。

そのような剛性継手を海底ケーブルの接合に使用する場合、水密金属ケーシングを取り囲む外部容器は、ケーシングを保護する機械的な機能を有し、ケーブルおよび剛性継手が水中に沈められたときに、通常、水で満たされる。したがって内部水密ケーシングは、ケーシングの内側が大気圧、および外側が水の静水圧である圧力容器として機能する。この結果、接合されている電気的な心線に沿って圧力勾配が生じる。予め作製されたゴム継手本体を有する上記のタイプの剛性継手は、およそ６ＭＰａの静水圧に相当する、およそ６００ｍまでの水深の海底ケーブルに対して首尾よく実装されてきた。

しかしながら、そのような剛性継手を６００ｍよりも深い大水深に使用することができるかどうか、疑問が生じる。

大水深に対しては、通常の剛性継手を使用する場合、このシナリオは、うまくいかなさそうであるあることが分かっている。数値解析および実験によると、ケーブル心線が内部ケーシングへ進入している内部ケーシングのすぐ外側の重要な遷移領域において、押し出し成形された絶縁体に対して過度の変形が予想される。ケーブル心線絶縁体の外径の著しい減少、いわゆるネッキングが生じ、これは、ケーブル絶縁体の塑性変形、屈伸性、および／またはクリープに起因する。そのような変形は、押し出し成形された絶縁体の最適な電気的特性に著しく影響する可能性があり、例えば、ケーブル上の電界分布に望ましくない結果をもたらし、したがって、動作中にケーブルの障害を引き起こす可能性がある。

ケーブル心線が継手の内部ケーシングに進入しかけている重要な遷移領域は、著しい圧力差または圧力勾配によって深刻な影響を受ける。ケーシングの外側では、ケーブル心線は、大水深による高い静水圧を受け、一方、ケーシングの内側では、ケーブル心線は、大気圧下にある。動作中に、絶縁システムは、加熱され、これによって押し出し成形された絶縁体の機械的強度が低下し、絶縁体がより一層変形しやすくなる。

また、この重要な遷移領域にわたって、高い圧力差は、ケーブルの軸方向に沿ってケーブルに著しく不均衡な圧縮応力状態を生成する。

したがって、過度のネッキングが生じるのと同時に、押し出し成形された絶縁体は、ケーブル心線の軸方向に沿って、圧力がより低いケーシングの内側に向かって変位する傾向がある。電気的特性に悪影響することに加えて、このことは、心線がケーシングに進入する場所でケーシングの水密性にも影響する可能性がある。

本発明の目的は、大水深で海底ケーブルに使用するのに適した改善された剛性継手組立体を提供することである。

本発明によると、第１の電気ケーブルの第１のケーブル心線端部および第２の電気ケーブルの第２のケーブル心線端部を備え、前記それぞれの第１および第２のケーブル心線端部が、少なくとも内部導体を備える電気的なケーブル心線と、少なくとも内部半導電層、絶縁層、および外部半導電層を備える絶縁システムと、を備える、剛性継手組立体であって、第１の電気ケーブルの第１のケーブル心線端部の電気的なケーブル心線が、第２の電気ケーブルの第２のケーブル心線端部の電気的なケーブル心線と内側で接合された継手接続部をさらに備える、剛性継手組立体であり、継手接続部を取り囲む水密金属ケーシング組立体をさらに備え、この継手接続部のケーシング組立体が、ケーシング本体と、ケーシング組立体の対向端部にあるインナーケーブル進入部分と、を備える、剛性継手組立体が規定される。本剛性継手組立体は、
ケーシング組立体の外側の、ケーシング組立体の対向端部に位置する第１および第２のアウターケーブル進入部分であって、それぞれのアウターケーブル進入部分が第１のケーブルおよび第２のケーブルのそれぞれのケーブル心線端部を受け入れるための開口部を備える、第１および第２のアウターケーブル進入部分と、
それぞれのアウターケーブル進入部分においてそれぞれの第１または第２のケーブル心線端部を取り囲む剛性パイプ、ならびにそれぞれの剛性パイプの内面の長さに沿って少なくとも部分的に延在する下地材料層をそれぞれが備える第１および第２のケーブル絶縁体システム変形防止器具と、
ケーブルに面する側に複数の溝を備える弾性材料の第１および第２の溝付きパイプであって、それぞれのインナーケーブル進入部分においてそれぞれの第１または第２のケーブル心線端部をそれぞれが取り囲む溝付きパイプと、
をさらに備える。

水密ケーシング組立体の外側のアウターケーブル進入部分でそれぞれのケーブルのケーブル心線端部を取り囲む剛性パイプを備える第１のケーブル絶縁体システム変形防止器具を設けることによって、それぞれのインナーケーブル進入部分に、すなわち、水密ケーシング組立体の内側に、それぞれの第１または第２のケーブル心線端部を取り囲む溝付きパイプを設けることによって、剛性継手組立体を大水深で、押し出し成形された海底ケーブルの接合に使用することができるという利点が得られる。これは、ケーブル心線端部がケーシング組立体の内側のガス圧とケーシング組立体の外部の静水圧との間の圧力差を受け、重要な遷移領域を備えるアウターケーブル進入部分の近くのケーブル心線端部が、剛性パイプによって保護されるため、可能である。さらに、ケーシング組立体の内側の溝付きパイプが摩擦によりケーブル心線端部を適所に保持し、例えば、ケーブルが動作しているときにケーブル心線端部の熱膨張中にケーブルの動きを吸収することができるため、相乗効果がもたらされる。その結果として、ケーブル心線端部のケーブルの絶縁体システムは、ネッキングなどの変形から保護され、剛性パイプは、溝付きパイプと共に、絶縁体が、静水圧を有する側から、溝付きパイプがケーブル心線端部を取り囲むより低い圧力を有するケーシング組立体内へと、軸方向に変位するのを防止するように働く。この効果は、剛性パイプがパイプの内側に絶縁体システムを有するケーブル心線端部を含むように働き、溝付きパイプがケーブルの把持を失うことなく、比較的大きな動きがあってもケーブルを保持するために、得られる。下地層は、剛性パイプとケーブル心線端部との間の十分な摩擦を保証する。

一特徴によると、各下地材料層は、弾性合成高分子材料を含む。また、各下地材料層は、１〜１０ｍｍの厚さを有することが好ましい。厚さは、半径方向に測定される。材料および特定の厚さは、絶縁体システムが、ケーシング組立体の外側に位置するアウターケーブル進入部分で変形および／または変位するのを防止するのに役立つ。

別の特徴によると、溝付きパイプのそれぞれの弾性材料は、弾性合成高分子材料を含む。合成弾性高分子材料は、周囲の条件に適合させることができ、堅牢で、耐久性がある。

さらなる特徴によると、下地材料層の材料および溝付きパイプの弾性材料は、同じである。このようにして、材料は、互換性があり、剛性継手組立体の予測可能性が改善される。

さらに別の特徴によると、下地材料層のそれぞれは、それぞれの剛性パイプの全長の最大約８０％延在し、ケーシング組立体に最も近いそれぞれの剛性パイプの端部にまで延在するように位置決めされている。これによって、下地材料を損傷する危険性なしに剛性パイプの外端をケーブルの他の層または剛性継手組立体にはんだ付けすることによって、接合することが容易になる。また、ケーブルの鉛シースと接触しているまたはこの鉛シースに最も近い剛性パイプの剛性外縁部を有することは、このように、下地材料が剛性パイプの外側に膨潤するおよび／または鉛シースが剛性パイプの内側に流入するもしくは侵入するという危険性がないため、有益である。

一特徴によると、溝付きパイプの少なくとも１つは、剛性ケーシングによって半径方向の外側で取り囲まれている。両方の溝付きパイプが、剛性ケーシングによって半径方向の外側で取り囲まれているのが好ましい。これによって、溝付きパイプが保護され、パイプの軸方向または半径方向移動が防止されることになる。

ある特徴によると、溝付きパイプのそれぞれは、ケーブルの軸方向にそれぞれの剛性パイプから距離を隔てて配置されている。このようにして、剛性パイプを交換するのが容易になり、または溝付きパイプが望まれる。

さらなる特徴によると、下地材料層およびそれぞれの溝付きパイプは、少なくとも部分的に互いに接触して配置されている。このようにして、下地材料および溝付きパイプの軸方向の摺動を最小限にすることが可能である。

別の変形形態によると、ケーシング組立体のそれぞれの側の下地材料層および溝付きパイプは、一体化されている。このようにして、第１のケーブル絶縁体システム変形防止部材と溝付きパイプとの間に間隙がなくなり、それによって軸方向の相互摺動を防止することができる。また、下地材料と溝付きパイプの材料に互換性のあることが保証され得る。

さらに別の変形形態によると、ケーシング組立体のそれぞれの側の剛性パイプの端面の方に面した溝付きパイプの端部は、テーパ付けされている。このようにして、溝付きパイプは、剛性パイプならびにその下地材料の端面の形状およびサイズに一致することができ、構成要素間の滑らかな遷移が実現されることになる。

さらなる特徴によると、溝付きパイプは、インナーケーブル進入部分の内面から半径方向に距離を隔てて配置されている。したがって、中空内部がケーシング組立体の内側に形成される。このようにして、例えば、ケーシングの内側の制御された圧力を制御および／または維持することが可能になる。

さらに別の特徴によると、剛性パイプは、下地材料層を含むように適合させた円周方向凹部を備える。それによって、剛性パイプは、それぞれのケーブル心線端部上にぴったりと嵌まるように構成され得る。

さらなる特徴によると、ケーブル心線端部の外表面は、それぞれのケーブル心線端部のケーブル心線の絶縁体システムの外部半導電層である。このようにして、絶縁体システムの動きが効果的に防止される。

別の変形形態によると、剛性継手組立体は、剛性継手組立体の全長に沿って延在する保護シースによって取り囲まれている。このようにして、剛性継手組立体の構成要素を保護することができる。

本発明のさらなる変形形態によると、それぞれのインナーケーブル進入部分は、ケーシング本体に接続可能な別個の部分である。このようにして、ケーシング組立体の取付けを容易にすることができる。

剛性パイプは、ケーシング組立体のインナーケーブル進入部分の外側に全て位置してもよい。しかしながら、剛性パイプは、剛性パイプと、インナーケーブル進入部分、すなわち水密ケーシング組立体の一部であるケーブル進入部分との間で外圧に直接さらされるケーブル心線の部分がないように、位置することが好ましい。

言及した継手接続部は、主として、限定されないが、背景技術で上記したような従来技術で知られている予め作製された継手のタイプであり、２つ延伸するケーブルを接合するために使用される予め成型された／予め作製された継手ゴム体を備える。このタイプのケーブルは、主として、限定されないが、上記のような内部導体および押し出し成形された絶縁システムを備えるケーブル心線を有する海底ケーブルである。

本ケーブルは、金属シース、さらなる下地層、例えばポリマーの外部保護層などのさらなる層を備えてもよい。また、本ケーブルは、例えば、金属ワイヤの伸長可能な外装層、または他の荷重担持部材を備えることができる。水中に敷設される場合、本発明による１つまたは複数の剛性継手組立体は、前述したように、ケーブルの外装層を接続するためにも使用されることがある外部容器内に通常配置される。

さらに、本発明のさらなる特徴および利点は、実施形態の以下の詳細な説明から明らかになるであろう。

ここで、例としてのみ与えられた、本発明の異なる態様および実施形態を例示する同封の概略図を参照して、本発明についてより詳細に記載する。

本発明の実施形態による剛性継手組立体の一例の概略斜視図である。 剛性継手組立体の別の実施形態の鏡像部分の概略断面図である。 剛性継手組立体の別の実施形態の鏡像部分の概略断面図である。 ケーブル心線の概略部分切欠き側面図である。 ケーブル心線の概略断面図である。

同一の、または対応するもしくは等価な要素を表わす要素には、異なる図において同一の参照番号が与えられた。

図１には、第１の電気ケーブル１０の心線端部と第２の電気ケーブル１１０の心線端部とが内側で接続された継手接続部２０を備える剛性継手組立体１の例が示されている。ケーブルは、海中の据付けに適した中電圧または高電圧ケーブルである。ケーブルは、好ましくは直流、ＤＣケーブルである。継手接続部は、例えば、２つの心線端部が接合されている絶縁システムを復元するために使用される予め成型された／予め作製されたゴム継手本体を備える、上記のタイプの予め作製された継手である。剛性継手組立体１は、それぞれのケーブルに対するそれぞれの開口部３４、１３４を備える第１および第２のアウターケーブル進入部分３３、１３３と、継手接続部２０が内側に設けられたケーシング組立体３０と、をさらに備え、この継手接続部２０のケーシング組立体３０がケーシング本体３１と、第１および第２のインナーケーブル進入部分３２、１３３と、を備える。第１のアウターケーブル進入部分３３は、第１の絶縁体システム変形防止器具４０を備え、第２のアウターケーブル進入部分１３３は、第２の絶縁体システム変形防止器具１４０を備える。剛性継手組立体１は、剛性継手組立体１の全長に沿って延在する保護シース３７によって取り囲まれている。

図２ａおよび図２ｂでは、剛性継手組立体１の別の例がより詳細に示されている。剛性継手組立体１は、実質的に円筒形のケーシング本体３１と、第１のインナーケーブル進入部分３２に対する壁部分片３５および第２のインナーケーブル進入部分１３２に対する壁部分片１３５と、を備えるケーシング組立体３０を備える。第１および第２のインナーケーブル進入部分３２、１３２に対する壁部分片３５、１３５は、それぞれ、水密ケーシング組立体３０の別個の部分である。壁部分片３５および１３５は、例えば、溶接によってケーシング本体３１に接続されている。図２ａおよび図２ｂでは、壁部分片３５および１３５は、第１および第２のインナーケーブル進入部分３２、１３２を構成する。あるいは、壁部分片３５、１３５は、ケーシング本体と一体化されていてもよく、またはケーシング本体３１と一体に構成されていてもよい。保護シース３７は、水密ケーシング組立体を取り囲み、剛性継手組立体１の全長に沿って延在する。保護シース３７は、例えば、鉛シースであってもよい。

ここで、図２ａおよび図２ｂを参照する。剛性継手組立体１は、第１のケーブル１０のケーブル心線端部１２がケーシング組立体３０に進入する開口部３４を有する第１のアウターケーブル進入部分３３をさらに備える。第１のケーブルのこのケーブル心線端部１２は、第１のケーブル心線端部と呼ばれる。ケーシング組立体３０は、第１のインナーケーブル進入部分３２の反対側の端部に、ケーシング組立体３０に含まれる第２のインナーケーブル進入部分１３２をさらに備える。剛性継手組立体１は、第２のケーブル１１０のケーブル心線端部１１２がケーシング組立体に進入する開口部１３４を有する第２のアウターケーブル進入部分１３３をさらに備える。第２のケーブルのこのケーブル心線端部１１２は、第２のケーブル心線端部と呼ばれる。継手接続部２０は、水密金属ケーシング組立体３０の中空内部３６（図２ａおよび図２ｂ参照）に位置する。ケーブル１０および１１０は、例えば鉛の外部シース１８によって取り囲まれた最も外側の半導電層１７を有する絶縁体システムを備える。剛性パイプ４１、１４１の内側では、外部シース１８が取り除かれ、下地材料層４５、１４５を有する剛性パイプ４１、１４１は、ケーブル１０、１１０の外部半導電層１７と直接接触するように配置されている。剛性パイプ４１、１４１は、それぞれの開口部３４、１３４を介して、第１および第２のアウターケーブル進入部分３３、１３３に進入するケーブル１０の形状によりうまく適合するように、それぞれのテーパ付けされた外端４６、１４６を備えることができる。

そのようなケーシング組立体３０は、例えば、溶接または他の器具によって一緒に取り付けられ、接続された、もともとは別個の部分であるいくつかの構成要素を備えることができることを理解されたい。例えば、図２ａおよび図２ｂに示す例では、壁部分片３５および１３５は、実質的に円筒形のケーシング本体３１と一緒に取り付けた別個の構成要素である。例えば、継手接続部の上にケーシング組立体を取り付けることができるように、ケーシング組立体は、ケーシング組立体を得るために組み立てられる、通常は一緒に溶接される少なくとも２つのケーシング組立体半体、例えば、下半分および上半分に分割される。また、例えば、インナーケーブル進入部分は、ケーシングの取付けを容易にするためにもともとは別個の部分である、ケーシング組立体の構成要素であってもよい。ケーシング組立体に言及する場合、ケーシング組立体という単語は、明示的に別段の定めがない限り、全ケーシング組立体を意味し、ケーシング組立体を形成するために組み立てられた一体化された部分または構成要素であるかどうかに関わらず、ケーシング組立体のすべての部分を含むことを理解されたい。

図示された剛性継手組立体を有するケーブルを据え付ける場合、これらの剛性継手組立体のうちの１つ（直流、ＤＣケーブルの場合）または３つ（交流、ＡＣケーブルの場合）が、外装層（図示せず）を接続するためにも使用される外部容器（図示せず）内に配置される。外部容器は、結果として、ケーシング組立体を取り囲む水で満たされる。しかしながら、ケーシング組立体の内側には、据付けまたは修理現場、例えば、船舶では、ケーシング組立体が継手接続部のまわりに据え付けられときと同じ空気圧が依然として存在する。

押し出し成形された、例えば、ＸＬＰＥ（架橋ポリエチレンポリマー）タイプの関連するタイプの高圧ケーブルは、通常多くの層を含むが、ケーブル１０の主要層のみが図３ａに部分切欠き図で示され、図３ｂに半径方向断面図で示されている。ケーブル心線とは、導体および絶縁体システムを備えるケーブル本体を意味し、この絶縁体システムがひいてはいくつかの層を備えることができる。図３ａおよび図３ｂの例では、ケーブル心線またはケーブル本体は、内部半導電層１５と、例えばＸＬＰＥの絶縁層１６と、外部半導電層１７と、を備える絶縁体システムによって取り囲まれた導体１４を備える。これらの層は、主要なケーブル心線層を構成する。ケーブル心線の絶縁体システム１３の外部には、外部金属シース１８、例えば、鉛シースが設けられてもよい。ケーブル心線は、時には、他の内層、例えば、フィラー、下地を備えることもできる。

ケーブルは、通常、ケーブル心線の外部に、金属、および／または押し出し成形された保護シース、および／または伸長可能な外装層であってもよい外部シースを含む他の層を備える。しかしながら、これらの外部の層は、継手のためのケーブルを準備する際に、ケーブルのケーブル心線端部（図１、図２ａ、および図２ｂで、１２および１１２として参照される）で除去される。図示する例では、ケーブルのケーブル心線端部１２および１１２は、言及した主要なケーブル心線層のみを備える。

ケーシング組立体の内部３６には、ガス、通常は、大気圧の空気が存在する。しかしながら、ケーシング組立体の外側のケーブル１０は、周囲の水から静水圧を受ける。周囲の水によって引き起こされる圧力は、ケーシング組立体の内側の圧力よりもはるかに高い。これによって、結果として、ケーブル心線がケーシング組立体に進入する場所の近傍の圧力遷移領域において絶縁体のケーブル心線端部に影響する圧力勾配が生じる。この遷移領域は、内部進入部分を介してケーシング組立体に進入するケーブル心線端部の外側に延在することがあり、ケーシング組立体のインナーケーブル進入部分の内側にもある長さ延在することがある。

圧力勾配によって引き起こされるケーブル心線の変形、特にケーブル心線絶縁体システム１３の変形を防止するために、剛性パイプの内面の長さに沿って少なくとも部分的に延在する、剛性パイプ４１および下地材料層４５を備える第１のケーブル絶縁体システム変形防止器具４０が、第１のアウターケーブル進入部分３３で、またはその進入部分内でケーブル１０のケーブル心線端部１２を取り囲むように配置されている。図２ａおよび図２ｂの図示する例では、剛性パイプ４１の内面は、下地材料層４５を含むように適合させた円周方向凹部４３を備える。アウターケーブル進入部分３３は、ケーブルの軸方向に水密ケーシング組立体３０の外側に位置しており、図１および図２ａを参照されたい。下地材料層１４５が剛性パイプ１４１の内面の長さに沿って少なくとも部分的に延在する、剛性パイプ１４１および下地材料層１４５を備える対応する第２のケーブル絶縁体システム変形防止器具１４０が、図２ｂに示されており、図２ａの第１のケーブル絶縁体システム変形防止器具４０と同様のやり方で第２のアウターケーブル進入部分１３３で、またはその進入部分内で第２のケーブル１１０の第２のケーブル心線端部１１２を取り囲むように配置されている。図示する例では、剛性パイプ１４１の内面は、下地材料層１４５を含むように適合させた円周方向凹部１４３を備え、器具１４０は、第２のケーブル１１０のケーブル心線端部１１２を取り囲むように配置されている。

ケーブル心線の変形が確実に効果的に防止されるように、本発明の剛性継手組立体１は、図２ａに示すように、図２ｂに示すようなケーシング組立体３０の反対端で鏡像化されている、ケーブル心線に面する側に複数の溝５３を備える弾性材料の溝付きパイプ５１をさらに備える。溝付きパイプ５１は、ケーシング組立体３０の内側のインナーケーブル進入部分３２で第１のケーブル心線端部１２を取り囲む。したがって、インナーケーブル進入部分は、水密ケーシング組立体３０の一部であり、ケーシング組立体の内側に溝付きパイプを収容する進入部分を意味する。ケーブル心線に面する側に複数の溝１５３を備える弾性材料１５１の対応する溝付きパイプは、図２ｂに示すようにケーシング組立体３０の内側の第２のインナーケーブル進入部分１３２において第２のケーブル心線端部１１２を取り囲むように配置されている。弾性材料５１、１５１の溝付きパイプは、好ましくは、ケーシング組立体３０のインナーケーブル進入部分３２、１３２の内面から半径方向に距離を隔てて配置され、それによって中空内部３６がケーシング組立体３０の内側に形成される。このようにして、溝付きパイプとケーブル心線との間のケーシング組立体の内側の圧力は、温度変動があるケーブルの動作中にも、制御され、低く、常に２Ｍｐａ未満に、保たれ得る。

弾性材料の溝付きパイプの目的は、ケーブルの動作中に熱膨張によって引き起こされる動きを吸収することである。したがって、溝付きパイプは、熱膨張が軸方向および半径方向の両方で不可逆的になるのを防止する。

したがって、絶縁材料のサージが防止される。溝付きパイプは、ケーブルを保持し、一方で、ケーブル心線の把持を失うことなく、比較的大きな動きを可能にする。溝は、任意の断面形状も有することができ、溝は、軸方向にまたは円周方向に位置決めされてもよく、あるいは溝は、パイプの周辺部に沿って螺旋形に形成されてもよい。材料の弾力性により、ケーブル心線表面と弾性材料との間の摩擦は、溝付きパイプに対するケーブルの滑りを防止するのに十分である。溝付きパイプに適切な材料は、例えば、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンモノマ）ゴムなどの異なる合成ゴム材料である。ゴム材料は、ショアＡ４０〜９９、好ましくはショアＡ５０〜８０、最も好ましくはショアＡ５５〜７０の硬度を有するのが適切である。そのような硬度を有する材料は、例えば、ケーブルの通常の動作中にケーブル心線の絶縁体システムにおける絶縁層の軸方向移動を防止し、軸方向力がケーブル心線表面と溝付きパイプとの間の摩擦力よりも大きくなるまで、ケーブルを支持し、保持することができ、この軸方向力が摩擦力よりも大きくなるのは、ケーブルの通常の動作中ではなく、ケーブルまたは剛性継手組立体の破損の場合に起きることがある。溝付きパイプの半径方向の伸びは、好ましくは、下地材料層の半径方向の伸びよりも大きい。溝付きパイプの長さは、剛性パイプの長さと同じであってもよいが、状況に応じて、より短くても長くてもよい。したがって、少なくとも４０ｍｍの長さが一般に好ましく、より好ましくは少なくとも１００ｍｍ、さらには少なくとも２００ｍｍである。

弾性材料５１の溝付きパイプは、好ましくは、図２ａに示すように剛性ケーシング５２によって半径方向の外側で取り囲まれ、溝付きパイプ１５１は、図２ｂに示すように剛性ケーシング１５２によって取り囲まれている。剛性ケーシングは、溝付きパイプを適所に保つのをさらに助ける。剛性ケーシングは、２〜５ｍｍ、好ましくは約３ｍｍの壁厚を有することができる。

図１、図２ａ、および図２ｂから、第１のケーブル絶縁体システム変形防止器具４０、１４０の剛性パイプ４１、１４１は、それぞれの第１および第２のアウターケーブル進入部分３３、１３３においてケーブル１０、１１０のケーブル心線端部１２、１１２を取り囲んでいることが分かる。図１では、剛性パイプ４１、１４１は、それぞれのケーブル心線端部１２、１１２を取り囲み、それぞれのケーブル心線上にぴったりと嵌まっている。厚さを拡大して、図２ａおよび図２ｂに示す下地材料層４５、１４５は、剛性パイプの内面の長さに沿って少なくとも部分的に延在する。図１に示す実施形態では、第１および第２のケーブル絶縁体システム変形防止器具４０、１４１の剛性パイプ４１、１４１は、インナーケーブル進入部分３２、１３２から距離を隔てて位置決めされている。インナーケーブル進入部分３２、１３２は、溝付きパイプを備える。図２ａおよび図２ｂに示す実施形態では、剛性パイプ４１、１４１は、溝付きパイプ５１、１５１のそれぞれの外端部分４８、１４８と接触して置かれている。外端部分４８、１４８は、それぞれの剛性パイプ４１、１４１の形状によりよく適合するために円錐台の形状を有するように傾斜をつけられ、テーパ付けされてもよい。

剛性パイプとは、パイプの軸方向に実質的に曲がらないパイプを意味する。したがって、パイプは、物理的に実質的に柔軟性がなく、または堅い。剛性パイプは、ケーブルのケーブル心線端部と同心状に、かつ半径方向の外側に配置されている。剛性パイプは、ケーブル心線上にぴったりと嵌まるべきである。

第１のケーブル絶縁体システム変形防止器具が、ケーブル絶縁体、すなわち絶縁体システムが圧力差によりケーブル心線に沿って軸方向に変位し再分布するのを確実に防止することができるように、下地材料層は、剛性パイプの内面の長さに沿って少なくとも部分的にケーブル心線表面と剛性パイプとの間に配置される。下地材料層は、剛性パイプ４１、１４１の全長の最大１００％まで延在することができるが、剛性パイプ４１、１４１の全長の最大約８０％、適切には最大約６０％、好ましくは約４０％であってもよく、ケーシング組立体３０に最も近い剛性パイプ４１、１４１の端部まで延在するように位置決めされている。

一領域においてケーブル心線上に高い圧力が存在する場合、絶縁体材料がネッキング領域から、ケーブルの軸に沿って、より低い圧力を有する別の領域に変位する余地がある場合に、ネッキングによって高い圧力の領域に変形が生じることがあり、この別の領域で絶縁体材料が膨張することがあり、その代わりとして絶縁体の膨れ出しが生じる。パイプを下地材料およびケーブル心線上にきつく嵌め込むことによって、絶縁材料のいかなる膨れ出しも可能にするパイプの内側のいかなる空きスペースもなくなるため、絶縁材料の変位によるそのような変形が防止される。さらに、下地材料は、高い摩擦を生成し、圧力勾配によって引き起こされるケーブルの軸方向移動を防止する。したがって、剛性パイプと、下地材料および絶縁体との間の接触圧力の生成によって、結果として生じる摩擦力が、絶縁体システムの剛性パイプに対する軸方向変位を防止する。

下地材料層に適切な材料は、合成ゴム材料、例えば、ＥＰＤＭゴムなどの弾性高分子材料であり、この材料は、ケーブル心線が熱的に膨張する際に、ケーブル心線の絶縁体システムに塑性変形を生じさせないほどに十分に柔軟である。硬度は、例えばショアＡ５０〜８０、好ましくはショアＡ６０〜７０であってもよく、熱膨張係数は、例えば約２１０ｅ^−６／Ｋであってもよいが、特定の値には限定されない。それぞれの下地材料層は、ケーブル心線の半径方向に測定して、１〜１０ｍｍの厚さを有することができる。

本発明の一変形形態によると、弾性材料の下地材料層および溝付きパイプは、同じ材料であってもよい。弾性材料の下地材料層および溝付きパイプは、少なくとも部分的に互いに接触して配置されていることも可能である。また、弾性材料の下地材料および溝付きパイプは、一体化されていてもよい。材料が同じで、下地材料層および溝付きパイプが一体化されている場合、材料挙動の予測可能性が向上する。また、第１および第２のケーブル絶縁体システム変形防止器具とそれぞれの溝付きパイプとの間には間隙がなく、それによって絶縁体システムは、ケーブル心線端部で効果的に保護される。剛性パイプの端面の方に面した弾性材料の溝付きパイプの端部は、剛性パイプおよびその下地材料の端面の形状およびサイズに一致するようにテーパ付けされてもよい。これは、特に、第１の絶縁体システム変形防止器具の下地材料から溝付きパイプへの滑らかな遷移を行うことができるように、下地材料および溝付きパイプが接続され、または一体化されている場合に、重要である。しかしながら、一部の実施形態では、例えば、図１の実施形態に示すように、第１のケーブル絶縁体システム変形防止器具および溝付きパイプを互いに距離を隔てて位置決めされることが好ましい場合がある。このようにして、必要に応じて、何らかの理由で、もしくは例えば損傷した場合に、第１のケーブル絶縁体システム変形防止器具または溝付きパイプの構成要素を交換することが容易になる。

剛性パイプ４１、１４１は、下地材料層４５、１４５を含むように適合させた円周方向凹部４３、１４３を備えることができる。あるいは、例えば、下地材料層が剛性パイプの長さに相当する長さを有する場合、剛性パイプは、ケーブルのそれぞれの下地材料層およびケーブル心線端部にぴったりと嵌まり、下地材料の外表面と接触していることが可能な滑らかな内表面を有することができる。剛性パイプが円周方向凹部を有する場合、壁厚は、円周方向凹部の外側の最も厚いパイプの部分については２〜２０ｍｍ、凹部を有する壁部分については１〜１０ｍｍの間で変動する。パイプは、均一の壁厚を有することもでき、その場合は、剛性パイプの内壁面によって形成される内部容積は、実質的に円筒形の形状を有する。壁の均一な壁厚は、２〜２０ｍｍであってもよく、好ましくは３〜１０ｍｍである。壁厚は、例えば、ケーブルの直径、およびケーブルが埋め込まれる深さ、したがって、ケーブルが受ける圧力に応じて調整され得る。剛性パイプの外端の自由縁部は、ケーブルと剛性パイプとの間のスムーズな堅さ遷移を得るために、ケーブル心線の中心軸に対して約２５〜３５度、好ましくは約３０度の角度で面取りされてもよい。

剛性パイプ４１、１４１は、絶縁体システム１３の剛性パイプに対する軸方向移動が防止されるように、それぞれのケーブル心線端部１２、１１２上に固定され、これは、上述したように、例えば、摩擦によって行われてもよい。パイプ４１、１４１は、剛性パイプと、心線と、下地材料との間に最小量の間隙を有するように、ならびに、やはりケーブル絶縁材料の軸方向変位量を防止するために剛性パイプと絶縁体システムとの間の接触圧力を生成するように、例えば、圧着によってケーブル心線端部のそれぞれの表面上および下地材料上に押し付けられてもよい。また、下地材料は、パイプをケーブル心線端部のそれぞれの表面上に押し付ける前に、最初に凹部の内側に配置されてもよい。剛性パイプがそれぞれのケーブル心線端部の表面および下地材料上に押し付けられると、下地材料は、その弾力性により、ケーブル心線の表面に押し付けられる。剛性パイプは、好ましくは、金属、例えば、高い外圧および内圧に持ちこたえることができる鋼で作られる。金属は、７０〜２１０ＧＰａのＥモジュールを有することが適切であるが、これに限定されない。

剛性パイプは、２つのケーブル心線端部を接合する前に、剛性パイプをケーブル心線端部上で軸方向に滑らせることができるように、かつ下地材料が剛性パイプの内側に嵌合するように、ケーブル心線の外径よりも広い内径を有するのが適切である。剛性パイプがケーブル心線上の正しい位置に据え付けられると、ツールを使用して、剛性パイプの内表面と、ケーブル心線端部の外表面と、下地材料層との間で適切な連続的な接触を得るために、例えば、押し付けることによってパイプをケーブル心線上に固定する。

ケーブル心線端部ならびに第１および第２のケーブル絶縁体システム変形防止器具を、ケーシング組立体に対して軸方向に動かないように配置することができる。これは、例えば、ケーシング組立体に対して剛性パイプを軸方向にロックするための任意の適切な固定装置の器具によって、例えば、ストップフランジの器具によって、配置することができる。

ケーブル進入部分は、剛性継手組立体の据付けを容易にするためにもともとは別個の部分である、ケーシング組立体の構成要素であってもよい。その場合、それぞれのケーブル進入部分は、適切な器具によってケーシング本体に接続される。通常、これは、ケーシング組立体全体に必要な水密金属性シールを得るために、溶接することによって行われる。別の代替形態として、ケーブル進入部分は、ケーシング組立体の一体部分であってもよい。

ケーシング組立体の方に面する剛性パイプの自由端部分は、剛性パイプとケーシング組立体、例えばケーブル進入部分の壁との間に挿入されたインレイ（図示せず）に接続されてもよい。そのようなインレイは、ケーブル心線端部と、剛性パイプと、ケーシング組立体の壁との間の間隙を埋めるように設計されている。インレイは、例えば環状要素であってもよく、または例えば、金属の２つの半環状部分を備えていてもよい。剛性パイプのこの端部領域、すなわちケーシング組立体の内部と反対向きの端部も、水密性を確実にする鉛はんだ付けおよび金属性溶融バリアよってカバーされてもよい。

第１および第２のケーブル絶縁体システム変形防止器具は、絶縁体システムの外部半導電層上に適切に直接取り付けられる。下地材料は、ケーブル絶縁体システムの外部に位置し、第１および第２のケーブル絶縁体システム変形防止器具の剛性パイプは、下地材料上に固定される。第１および第２のケーブル絶縁体システム変形防止器具を、絶縁体システムと第１および第２のケーブル絶縁体システム変形防止器具との間に配置された中間層に取り付けることも可能である場合がある。そのような中間層は、絶縁体システムを保護し、例えば金属層であってもよい。

ケーシング組立体３０に対する、第１のケーブル絶縁体システム変形防止器具４０、１４０の正確な軸方向位置は、ケースバイケースで状況に応じて変えられ得ることを理解されたい。ケーブル絶縁体システム変形防止器具４０、１４０の剛性パイプ４１、１４１は、水密ケーシング組立体３０の外側に位置すべきであり、好ましくは、剛性パイプとケーシング組立体のインナーケーブル進入部分との間で外圧に直接さらされるケーブル絶縁体システムの部分がないように、位置すべきである。

図２ａは、ケーシング組立体３０に最も近接して位置する剛性パイプ４１の端部４４を示す。端部の長さは、剛性パイプおよび水密ケーシング組立体の設計に応じて、剛性パイプの長さの約１〜１５％に相当する。図２ａに示すように、端部４４は、ケーシング組立体３０のインナーケーブル進入部分３２を構成する壁部分片３５の内部縁部面４７に接続されている。剛性パイプの端部４４は、内部縁部面４７の内側に、したがってケーシング組立体３０の内側に延在すべきではない。対応するやり方で、ケーシング組立体の反対端のケーシング組立体３０に最も近接して位置する剛性パイプ１４１の端部１４４は、ケーシング組立体３０の第２のインナーケーブル進入部分１３２を構成する壁部分片１３５の内部縁部面１４７に接続されるべきであり、図２ｂによって示すように、剛性パイプは、内部縁部面１４７の内側に、したがってケーシング組立体３０の内側に延在すべきではない。したがって、剛性パイプは、周囲の圧力によって影響を受けることになる。剛性パイプ４１の長さは、それぞれの場合で特定の状況に応じて変動してもよい。少なくとも４０ｍｍの長さが、一般には好ましく、より好ましくは少なくとも１００ｍｍ、さらには少なくとも２００ｍｍである。

図２ａおよび図２ｂ、ならびに図３ａおよび図３ｂ、ならびにこれらの図に関連する上記の部分では、ケーブルという単語が使用され、図１の継手において第１のケーブルに関連する参照番号が使用された。しかしながら、「ケーブル」に関連して記載された、第１のケーブルの参照番号を使用するすべてのものが、図１に示す第２のケーブル１１０に等しく適用可能であることを理解されたい。

最終的な剛性継手を得るために、記載された本発明の剛性継手組立体は、本明細書の背景技術の部分に記載された通常のやり方で外部容器（図示せず）内に配置される。１つのケーブル心線を含む海中ＤＣケーブルについては、１つの剛性継手組立体が、ケーブルの外装層を接続するためにも使用される外部容器内に配置される。３つのケーブル心線を含む海中ＡＣケーブルについては、記載された本発明の剛性継手組立体の３つが、ケーブルの外装層を接続するためにも使用される１つの外部容器内に配置される。

本発明は、図示された実施形態に限定されると考えられるべきではなく、添付された特許請求の範囲に規定された範囲から逸脱することなく、当業者によって実現されるように、多くのやり方で修正および変更され得る。特に、本発明は、ある特定のタイプのケーブルに限定されるべきではなく、添付された特許請求の範囲の範囲内に入る１つまたは複数の電気ケーブル心線を有する任意のタイプの電気ケーブルを包含すべきである。

Claims (15)

1. 第１の電気ケーブル（１０）の第１のケーブル心線端部（１２）および第２の電気ケーブル（１１０）の第２のケーブル心線端部（１１２）を備え、前記第１および第２のケーブル心線端部のそれぞれが、少なくとも内部導体（１４）を備える電気的なケーブル心線と、少なくとも内部半導電層（１５）、絶縁層（１６）、および外部半導電層（１７）を備える絶縁システム（１３）と、を備える、剛性継手組立体であって、前記第１の電気ケーブル（１０）の前記第１のケーブル心線端部（１２）の前記電気的なケーブル心線が、前記第２の電気ケーブル（１１０）の前記第２のケーブル心線端部（１１２）の前記電気的なケーブル心線と内側で接合された継手接続部（２０）をさらに備える、剛性継手組立体（１）であり、前記継手接続部を取り囲む水密金属ケーシング組立体（３０）をさらに備え、前記ケーシング組立体（３０）が、ケーシング本体（３１）と、前記ケーシング組立体（３０）の対向端部にあるインナーケーブル進入部分（３２；１３２）と、を備える、剛性継手組立体（１）において、
   前記ケーシング組立体（３０）の外側の、前記ケーシング組立体（３０）の対向端部にある第１および第２のアウターケーブル進入部分（３３；１３３）であって、前記第１のケーブル（１０）および第２のケーブル（１１０）の前記ケーブル心線端部（１２；１１２）のそれぞれを受け入れるためのそれぞれの開口部（３４；１３４）を備える、第１および第２のアウターケーブル進入部分（３３；１３３）と、
   前記アウターケーブル進入部分（３３；１３３）のそれぞれにおいて前記第１または第２のケーブル心線端部（１２；１１２）のそれぞれを取り囲む剛性パイプ（４１；１４１）、ならびに前記剛性パイプ（４１；１４１）のそれぞれの内面の長さに沿って少なくとも部分的に延在する下地材料層（４５；１４５）をそれぞれが備える、第１および第２のケーブル絶縁体システム変形防止器具（４０；１４０）と、
   前記ケーブルに面する側に複数の溝（５３；１５３）を備える弾性材料からなる第１および第２の溝付きパイプ（５１；１５１）であって、前記インナーケーブル進入部分（３２；１３２）のそれぞれにおいて前記第１または第２のケーブル心線端部（１２；１１２）のそれぞれをそれぞれが取り囲む溝付きパイプ（５１；１５１）と、
   をさらに備えることを特徴とする、剛性継手組立体（１）。
2. 各下地材料層（４５；１４５）が弾性合成高分子材料を含み、各下地材料層（４５；１４５）が１から１０ｍｍの厚さを有する、請求項１に記載の剛性継手組立体。
3. 前記溝付きパイプ（５１；１５１）のそれぞれの前記弾性材料が弾性合成高分子材料を含む、請求項１または２に記載の剛性継手組立体。
4. 前記下地材料層（４５；１４５）の前記材料および前記溝付きパイプ（５１；１５１）の前記弾性材料が同じである、請求項１から３のいずれか一項に記載の剛性継手組立体。
5. 前記下地材料層（４５；１４５）のそれぞれが前記剛性パイプ（４１；１４１）のそれぞれの全長の最大約８０％延在し、前記ケーシング組立体（３０）に最も近い前記剛性パイプ（４１）のそれぞれの端部まで延在するように位置決めされている、請求項１から４のいずれか一項に記載の剛性継手組立体。
6. 前記溝付きパイプ（５１；１５１）の少なくとも１つが剛性ケーシング（５２；１５２）によって半径方向の外側を取り囲まれている、請求項１から５のいずれか一項に記載の剛性継手組立体。
7. 前記溝付きパイプ（５１；１５１）のそれぞれが前記ケーブルの前記軸方向に前記剛性パイプ（４１；１４１）のそれぞれから距離を隔てて配置されている、請求項１から６のいずれか一項に記載の剛性継手組立体。
8. 前記下地材料層（４５；１４５）および前記溝付きパイプ（５１；１５１）のそれぞれが少なくとも部分的に互いに接触して配置されている、請求項１から６のいずれか一項に記載の剛性継手組立体。
9. 前記ケーシング組立体（３０）のそれぞれの側の前記下地材料層（４５；１４５）および前記溝付きパイプ（５１；１５１）が一体化されている、請求項１から６のいずれか一項に記載の剛性継手組立体。
10. 前記ケーシング組立体（３０）の前記それぞれの側の前記剛性パイプ（４１；１４１）の端面の方に面した前記溝付きパイプ（５１；１５１）の端部がテーパ付けされている、請求項１から９のいずれか一項に記載の剛性継手組立体。
11. 前記溝付きパイプ（５１；１５１）が前記ケーシング組立体（３０）の内側で前記インナーケーブル進入部分（３２；１３２）の内面から半径方向に距離を隔てて配置されている、請求項１から１０のいずれか一項に記載の剛性継手組立体。
12. 前記剛性パイプ（４１；１４１）が前記下地材料層（４５；１４５）を含むように適合された円周方向凹部（４３；１４３）を備える、請求項１から１１のいずれか一項に記載の剛性継手組立体。
13. 前記ケーブル心線端部（１２；１１２）の外表面が前記ケーブル心線端部（１２；１１２）のそれぞれの前記ケーブル心線の前記絶縁体システムの前記外部半導体の層（１７）である、請求項１から１２のいずれか一項に記載の剛性継手組立体。
14. 前記剛性継手組立体が前記剛性継手組立体（１）の全長に沿って延在する保護シース（３７）によって取り囲まれている、請求項１から１３のいずれか一項に記載の剛性継手組立体。
15. 前記インナーケーブル進入部分（３２；１３２）のそれぞれが前記ケーシング本体（３１）に接続可能な別個の部分である、請求項１から１４のいずれか一項に記載の剛性継手組立体。

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