JP2020161436A - 三心撚り電力ケーブル - Google Patents

Abstract

【課題】ケーブルコアの温度測定をより適正に行うことが可能な三心撚り電力ケーブルを提供する。【解決手段】三本のケーブルコア２０が撚り合わせられた三心撚り電力ケーブル１００であって、三本のケーブルコア２０の中心に位置する隙間領域に配置されたパイプ５０と、パイプ５０の内側に挿通された光ファイバ６０と、パイプ５０の内側で光ファイバ６０が螺旋状に拘束されている。この構成では、三本のケーブルコア２０に対して、周期的に光ファイバ６０がパイプ５０を介して接触し、それぞれのケーブルコアについて等しく温度の影響を受けるので、三本のケーブルコア２０の全体的な温度の測定が良好に行われる。【選択図】図４

Description

本発明は、三心撚り電力ケーブルに関するものである。

光ファイバを同梱した従来の電力ケーブルとしては、密接する三心のケーブルコアの外側であってケーブルコアを内包するシースの内側に光ファイバを配置して、ケーブルコアと光ファイバとを一緒に撚り合わせたものや（例えば、特許文献１参照）、密接する三心のケーブルコアの中心の隙間に金属パイプを通し、その内側に光ファイバを配置したものが挙げられる（例えば、特許文献２参照）。

特開平９−３２０３５１号公報 特開平４−１３２１０６号公報

しかしながら、上記光ファイバを電力ケーブルの温度測定のために使用する場合、以下のような問題が生じていた。
即ち、特許文献１の三心撚り電力ケーブルは、光ケーブルが、三心に撚られたケーブルコアの中央ではなく外側に配置されているため、各ケーブルコアからの熱伝達が不均等であるため、三心のケーブルコアの温度を正確に測定することができなかった。

また、特許文献２の三心撚り電力ケーブルは、光ファイバが挿通された金属管が三心に撚られたケーブルコアの中央部に配置されているが、当該金属管内のどこを光ファイバが通っているかによって最も近接するケーブルコアが異なり、この場合も各ケーブルコアからの熱伝達が不均等であるため、三心のケーブルコアの全体的な温度を正確に測定することができなかった。

本発明は、三心撚り電力ケーブルの温度測定をより適正に行うことをその目的とする。

本発明は、
三本のケーブルコアが撚り合わせられた三心撚り電力ケーブルであって、
前記三本のケーブルコアの中心に位置する隙間領域に配置されたパイプと、
前記パイプの内側に挿通された光ファイバと、
を備え、
前記パイプの内側で前記光ファイバが螺旋状に拘束されていることを特徴とする。

また、上記発明において、前記光ファイバの螺旋のピッチを、前記三本のケーブルコアの撚りのピッチよりも長くしてもよい。
あるいは、上記発明において、前記光ファイバの螺旋のピッチを、前記三本のケーブルコアの撚りのピッチよりも短くしてもよい。
また、上記発明において、前記光ファイバの螺旋の巻き方向を、前記三本のケーブルコアの撚りの巻き方向と逆方向としてもよい。
また、上記発明において、前記光ファイバの螺旋の中心線が、前記電力ケーブルの中心線と同一線上に位置する構成としてもよい。

また、上記発明において、前記パイプの内部に樹脂製の線材が挿通され、前記線材には、前記光ケーブルを収容する螺旋状の溝が形成された構成としてもよい。
あるいは、上記発明において、前記パイプを、螺旋状としてもよい。
また、上記発明において、前記パイプをステンレスとしてもよい。

本発明は、以上の構成により、光ファイバが螺旋状に拘束されるので、三心撚り電力ケーブルに対してパイプを介して周期的に接触し、これらから等しく温度の影響を受けるので、三心撚り電力ケーブルの温度測定をより適正に行うことが可能となる。

発明の実施形態としての三心撚り電力ケーブルのケーブル長手方向に垂直な断面を示す断面図である。 図２（Ａ）はパイプ及び光ファイバのケーブル長手方向に垂直な断面を示す軸垂直断面図、図２（Ｂ）はケーブル長手方向に沿った断面を示す軸断面図である。 図３（Ａ）は他の例であるパイプをケーブル長手方向からみた図、図３（Ｂ）はケーブル長手方向に直交する方向から見た図である。 図４（Ａ）はケーブルコアの螺旋のピッチが光ファイバより短い三心撚り電力ケーブルの部分側面図、図４（Ｂ）はケーブルコアの螺旋のピッチが光ファイバより長い三心撚り電力ケーブルの部分側面図である。 ケーブルコアの螺旋の巻方向と光ファイバの螺旋の巻き方向の関係を示す説明図である。 三心撚り電力ケーブルのケーブルコアの撚り工程に使用する撚り機の斜視図である。

［発明の実施形態の概要］
本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。図１は三心撚り電力ケーブル１００のケーブル長手方向に垂直な断面を示す軸垂直断面図である。
この三心撚り電力ケーブル１００は、三本のケーブルコア２０と、三本のケーブルコア２０の中心に位置する隙間領域に配置されたパイプ５０と、パイプ５０の内側に挿通された光ファイバ６０と、介在部３１を介してこれら三本のケーブルコア２０を内包する保護層３２と、保護層３２の外側に形成された座床層４１と、座床層４１の外側に形成された鎧装４２と、鎧装４２の外側に形成された保護層４３とを備えている。

各ケーブルコア２０は、中心に導体部２１を備え、当該導体部２１から外側に向かって順番に内部半導電層２２，架橋ポリエチレン絶縁層２３，外部半導電層２４，遮水層（鉛被など）２５が積層され、最外部に押さえテープ２６が巻かれている。
三本のケーブルコア２０はいずれも外径が等しく、各ケーブルコア２０が他の二本のケーブルコア２０と接している。そして、三本のケーブルコア２０の中心に形成された隙間領域に配置されたパイプ５０の周りを、三本のケーブルコア２０が螺旋状に捻回されて撚り合わされている。

保護層３２は、内部を保護するプラスチックシースからなる。
この保護層３２の内周は、三心撚り電力ケーブル１００のケーブル長手方向に直交する断面において、撚り合わされた三本のケーブルコア２０に外接する円形である。そして、保護層３２と三本のケーブルコア２０との隙間領域には、介在部３１としてのＰＰ（ポリプロピレン）ヤーンが充実されている。

鎧装４２は、座床層４１の外周において、周方向に並べられた複数の抗張力線４４からなる。抗張力線４４は、中実の線材であって、亜鉛メッキ鉄線、銅線、アルミ線、アルミ合金線等の金属線が使用される。各抗張力線４４は、座床層４１の外周において一様に螺旋状に巻回されている。

座床層４１と保護層４３は、鎧装４２を構成する抗張力線４４の内側と外側とに配置され、いずれも層状に配置された無数のプラスチック紐からなる。
三心撚り電力ケーブル１００は、外周部に、上記の座床層４１、鎧装４２及び保護層４３を備えることにより、機械的強度が高められ、水底ケーブル或いは海底ケーブルとしての使用に耐え得るものとなっている。
なお、上記水底ケーブル或いは海底ケーブルとしての構成は一例であり、水底ケーブル或いは海底ケーブルとして必須の構成以外は省略又は材料を変更することが可能である。

［光ファイバ］
図２（Ａ）はパイプ５０及び光ファイバ６０のケーブル長手方向に垂直な断面を示す軸垂直断面図、図２（Ｂ）はケーブル長手方向に沿った断面を示す軸断面図である。
光ファイバ６０は、三心撚り電力ケーブル１００内における各ケーブルコア２０の温度検出用光ファイバである。
光ファイバ６０は、中心に位置するコア６１と、コア６１の周囲に設けられたクラッド６２と、クラッドの外周に形成された図示しない被膜とを備える石英ガラス系光ファイバ素線である。
光ファイバ６０の外径は、パイプ５０の内径よりも十分に小さく、パイプ５０内で光ファイバ６０を螺旋状に拘束するために、当該光ファイバ６０と共に樹脂製の線材７０が収容されている。

なお、光ファイバ６０による温度検出は、光ファイバ６０の一端部から測定を行うためのパルス光を入射し、他端部からの反射光の周波数と光強度を測定し、測定された光強度からブリルアン散乱光の周波数のピーク値を求めることにより光ファイバ６０の温度を特定することができる。

［パイプ］
パイプ５０は、内部に格納された光ファイバ６０を保護することが可能な強度と三心撚り電力ケーブル１００全体の撓みを許容する程度の可撓性とを有し、光ファイバ６０による温度検出を良好に行うための熱伝導性の高い素材からなる。例えば、パイプ５０は金属管、より具体的にはステンレス管からなる。
また、パイプ５０は、三本のケーブルコア２０がいずれも他の二本のケーブルコア２０とその長手方向に沿って接するように配置したときに、これらの中心に生じる略三角形状の隙間領域内で、全てのケーブルコア２０に外接することが可能な外径に設定されている。
これにより、パイプ５０は、撚り合わされた状態の三本のケーブルコア２０の中心（三心撚り電力ケーブル１００の中心）とパイプ５０の中心とが同一線上となるように各ケーブルコア２０に対して配置される。

パイプ５０の内側には、光ファイバ６０を螺旋状に拘束するための樹脂製の線材７０が収容されている。この線材７０は、パイプ５０と共に撓むことができるように、適度に可撓性を有している。
さらに、線材７０は、軸垂直断面が円形であって、その外径がパイプ５０の内径よりも僅かに小さく設定されている。なお、線材７０の外径は、線材７０がパイプ５０内で軸方向に拘束されない範囲で、パイプ５０の内径に極力近い値とすることが望ましい。少なくとも、パイプ５０に対する線材７０の隙間（パイプ５０の内径に対する線材７０の外径の差）が光ファイバ６０の外径より大きくならないことが必須であり、隙間は小さいほど良い。
これにより、線材７０の中心は、撚り合わされた状態の三本のケーブルコア２０の中心（三心撚り電力ケーブル１００の中心）及びパイプ５０の中心とほぼ同一線上となる。

線材７０の外周には、ケーブル長手方向について一定の螺旋ピッチとなるように外周面を周回する螺旋状の溝７１が形成されている。この溝７１は、光ファイバ６０を収容したときに当該光ファイバ６０を螺旋状に捻回した状態に維持するためのものである。このため、図２（Ａ）に示すように、溝７１の深さと幅は、光ファイバ６０の外径に略一致している。
これにより、溝７１内に光ファイバ６０を収容すると、当該光ファイバ６０は、溝７１に沿って螺旋状となった状態に拘束される。
また、線材７０をパイプ５０内に挿入すると、光ファイバ６０は、パイプ５０の内周に接近又は接触した状態とすることができる。
さらに、光ファイバ６０の螺旋形状の中心は、撚り合わされた状態の三本のケーブルコア２０の中心（三心撚り電力ケーブル１００の中心）及びパイプ５０の中心とほぼ同一線上となる。

図３（Ａ）は他の例であるパイプ５０Ａをケーブル長手方向からみた図、図３（Ｂ）はケーブル長手方向に直交する方向から見た図である。
光ファイバ６０を螺旋状に拘束するためには、上述した直管状のパイプ５０に限らず、図３に示すパイプ５０Ａのように、パイプそのものを螺旋状に形成しても良い。

パイプ５０Ａは、内径が一定の直管を螺旋状に巻いた形状であり、一端部から光ファイバ６０を挿入することで、その螺旋形状に沿わせて光ファイバ６０を螺旋状に拘束することができる。パイプ５０Ａも、内部の光ファイバ６０を保護する強度と三心撚り電力ケーブル１００全体の撓みを許容する程度の可撓性とを有し、光ファイバ６０による温度検出を良好に行うための熱伝導性の高い素材からなる。つまり、パイプ５０Ａも金属管、より具体的にはステンレス管からなる。
また、パイプ５０Ａは、その螺旋形状の外径が、三本のケーブルコア２０がいずれも他の二本のケーブルコア２０とその長手方向に沿って接するように配置したときに、これらの中心に生じる略三角形状の隙間領域内で、全てのケーブルコア２０に外接することが可能な大きさに設定されている。
これにより、パイプ５０Ａは、撚り合わされた状態の三本のケーブルコア２０の中心（三心撚り電力ケーブル１００の中心）とパイプ５０Ａの螺旋形状の中心とが同一線上となるように各ケーブルコア２０に対して配置される。

パイプ５０Ａの内側には、線材７０が設けられることなく、光ファイバ６０が直接的に挿入されている。
パイプ５０Ａの内径は、パイプ５０Ａ内で光ファイバ６０がパイプ５０Ａに沿った移動を許容する範囲で、光ファイバ６０の外径に極力近い値とすることが望ましい。パイプ５０Ａと光ファイバ６０の隙間は小さいほど良い。
これにより、光ファイバ６０も螺旋状となり、当該光ファイバ６０による螺旋の中心は、撚り合わされた状態の三本のケーブルコア２０の中心（三心撚り電力ケーブル１００の中心）及びパイプ５０Ａによる螺旋の中心とほぼ同一線上となる。
なお、図３の符号Ｃは、三心撚り電力ケーブル１００の中心線の位置を示している。図示のように、三心撚り電力ケーブル１００とパイプ５０Ａ及び光ファイバ６０の螺旋形状とは同心となっている。

上記それぞれのパイプ５０，５０Ａによって螺旋状に拘束された各光ファイバ６０は、いずれも、その螺旋のピッチ（螺旋が中心線Ｃの周囲を一周する場合の中心線Ｃ方向の長さ）が各ケーブルコア２０の螺旋のピッチと一致しないように設定されている。
すなわち、図４（Ａ）に示すように、ケーブルコア２０の螺旋のピッチＰ１に対して、光ファイバ６０の螺旋のピッチＰ２は短くしてもよいし、図４（Ｂ）に示すように、ケーブルコア２０の螺旋のピッチＰ１に対して、光ファイバ６０の螺旋のピッチＰ２は長くしてもよい。

また、図５に示すように、各光ファイバ６０の螺旋の巻き方向は、各ケーブルコア２０の螺旋の巻き方向とは逆になっている。例えば、図５の紙面垂直方向が中心線Ｃに沿った方向であって、紙面手前側に向かって各ケーブルコア２０の螺旋が反時計方向に巻かれている場合、紙面手前側に向かって光ファイバ６０の螺旋の巻き方向は時計方向に巻かれている。

なお、各光ファイバ６０の螺旋のピッチをケーブルコア２０の螺旋のピッチと異なる大きさに設定した場合には、各光ファイバ６０の螺旋の巻き方向はケーブルコア２０の螺旋の巻き方向に一致させても良い。
また、各光ファイバ６０の螺旋の巻き方向をケーブルコア２０の螺旋の巻き方向と逆にした場合には、各光ファイバ６０の螺旋のピッチをケーブルコア２０の螺旋のピッチと一致させてもよい。

［三心撚り電力ケーブルの製造について］
図６は三心撚り電力ケーブル１００のケーブルコア２０の撚り工程に使用する撚り機２００の斜視図である。
撚り機２００は、ケーブルコア２０を通す第一開口部２０１が円周方向に形成された回転盤２０２と、撚り口２０３が形成された絞り部２０４とを備えている。
回転盤２０２は、中央部にパイプ５０を通す挿通口２０５が設けられている。また、回転盤２０２の第一開口部２０１の外側には円周に沿って介在部３１のＰＰヤーン３１１を通す第二開口部２０６が形成されている。
そして、各ケーブルコア２０とＰＰヤーン３１１とは、回転を行う回転盤２０２の開口部２０１，２０６を介して撚り口２０３に導かれる。
また、パイプ５０は、予め、光ファイバ６０及び線材７０が挿入されており、回転盤２０２の挿通口２０５を介して撚り口２０３に導かれる。そして、回転盤２０２を回転させながらケーブルコア２０とＰＰヤーン３１１とを撚り口２０３側に繰り出すと共に、パイプ５０も撚り口２０３側に繰り出す。このとき、ケーブルコア２０は、パイプ５０が捩れないようにするため、長さ方向について一定の間隔で撚り方向を切り替えながら撚り合わせることが好ましい。
これにより、パイプ５０を中心として各ケーブルコア２０の撚り合わせを良好に行うことが可能である。
なお、上記撚り機２００は、パイプ５０に限らず、パイプ５０Ａの場合も同様にケーブルコア２０との撚り合わせを行うことが可能である。

［発明の実施形態の技術的効果］
上記三心撚り電力ケーブル１００は、三本のケーブルコア２０の中心に位置する隙間領域に配置されたパイプ５０，５０Ａの内側で光ファイバ６０が螺旋状に拘束されているので、パイプ５０，５０Ａを介して光ファイバ６０が三本のケーブルコア２０に対して周期的に接触し、三本のケーブルコア２０の各々からの熱の影響が偏ることなく光ファイバ６０に伝わり、三本のケーブルコア２０のいずれの温度変化も良好に検知し、これらのケーブルコア２０の全体的な温度をより正確に測定することが可能となる。

特に、光ファイバ６０の螺旋の中心線が、三心撚り電力ケーブル１００の中心線Ｃと同一線上に位置することにより、パイプ５０，５０Ａを介して光ファイバ６０が三本のケーブルコア２０に対してより均等に接触し、三本のケーブルコア２０の全体的な温度をさらに正確に測定することが可能となる。
また、パイプ５０，５０Ａをステンレスで形成することにより、各ケーブルコア２０からの温度が光ファイバ６０に伝わりやすくなり、各ケーブルコア２０の全体的な温度をより正確に測定することが可能となる。

また、三心撚り電力ケーブル１００において、パイプ５０の内部に挿通された樹脂製の線材７０に形成された螺旋状の溝７１に光ファイバ６０を収容する構成の場合、パイプ５０の強度が得られやすく、内側の光ファイバ６０をより効果的に保護しつつ螺旋の形状を維持することが可能である。
一方、パイプ５０Ａそのものを螺旋状に形成して、光ファイバ６０を螺旋状に維持する構成の場合には、線材７０を不要とすることが可能となる。また、線材７０を使用しないので、パイプ５０Ａと光ファイバ６０の構成の熱容量が小さくなり、より精度良く温度測定を行うことが可能となる。

また、パイプ５０，５０Ａによる光ファイバ６０の螺旋のピッチを、各ケーブルコア２０の撚りのピッチよりも長く又は短くすることにより、偏ることなくパイプ５０，５０Ａを介して光ファイバ６０が各ケーブルコア２０に接触し、より均等に熱の影響を受け、三本のケーブルコア２０の全体的な温度をより正確に測定することが可能となる。

また、パイプ５０，５０Ａによる光ファイバ６０の螺旋のピッチを、各ケーブルコア２０の撚りのピッチよりも短くした場合には、各ケーブルコア２０に対するパイプ５０，５０Ａを介した光ファイバ６０の接触頻度が高くなり、各ケーブルコア２０の温度を多点から測定することができる。

一方、パイプ５０，５０Ａによる光ファイバ６０の螺旋のピッチを、各ケーブルコア２０の撚りのピッチよりも長くした場合には、各ケーブルコア２０に対するパイプ５０，５０Ａを介した光ファイバ６０の一箇所における接触長さが長くなり、各ケーブルコア２０から温度の影響を受けやすくすることができる。
また、パイプ５０Ａについては、光ファイバ６０の挿入を容易に行うことが可能となる。

また、パイプ５０，５０Ａによる光ファイバ６０の螺旋の巻き方向を三本のケーブルコア２０の撚りの巻き方向と逆方向としているので、ケーブル長さ方向について、各ケーブルコア２０に対するパイプ５０，５０Ａを介した光ファイバ６０の接触頻度が高くなり、各ケーブルコア２０の温度をより多くの位置から測定することが可能となる。

［その他］
本実施形態は、上述した実施形態に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、本実施形態として、水底ケーブル或いは海底ケーブルとしての使用に好適な三心撚り電力ケーブル１００を例示したが、これに限定されず、鎧装を有さない三心撚り電力ケーブル等、ケーブルコアを三本撚り合わせたあらゆる三心撚り電力ケーブルにパイプ５０，５０Ａ及び光ファイバ６０の構成を適用することが可能である。

本発明は、電力ケーブルの温度測定をする三心撚り電力ケーブルについて産業の利用可能性がある。

２０ ケーブルコア
５０，５０Ａ パイプ
６０ 光ファイバ
７０ 線材
７１ 溝
１００ 三心撚り電力ケーブル
３１１ ＰＰヤーン
Ｃ 中心線

Claims (8)

1. 三本のケーブルコアが撚り合わせられた三心撚り電力ケーブルであって、
   前記三本のケーブルコアの中心に位置する隙間領域に配置されたパイプと、
   前記パイプの内側に挿通された光ファイバと、
   を備え、
   前記パイプの内側で前記光ファイバが螺旋状に拘束されていることを特徴とする三心撚り電力ケーブル。
2. 前記光ファイバの螺旋のピッチが、前記三本のケーブルコアの撚りのピッチよりも長いことを特徴とする請求項１に記載の三心撚り電力ケーブル。
3. 前記光ファイバの螺旋のピッチが、前記三本のケーブルコアの撚りのピッチよりも短いことを特徴とする請求項１に記載の三心撚り電力ケーブル。
4. 前記光ファイバの螺旋の巻き方向が、前記三本のケーブルコアの撚りの巻き方向と逆方向であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の三心撚り電力ケーブル。
5. 前記光ファイバの螺旋の中心線が、前記電力ケーブルの中心線と同一線上に位置することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の三心撚り電力ケーブル。
6. 前記パイプの内部に樹脂製の線材が挿通され、前記線材には、前記光ファイバを収容する螺旋状の溝が形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の三心撚り電力ケーブル。
7. 前記パイプは、螺旋状であることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の三心撚り電力ケーブル。
8. 前記パイプは、ステンレスであることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の三心撚り電力ケーブル。

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