JP2023548761A - 鎧装付き海底電力ケーブル - Google Patents

Abstract

第１の導体（３）と、第１の導体（３）の周りに設けられた第１の絶縁システム（５）と、第１の絶縁システム（５）を取り巻く鎧装層を形成する複数の細長い鎧装要素（９）とを備える海底電力ケーブル（１）であって、各細長い鎧装要素（９）が、撚り合わされた複数の個々のワイヤから製作され、少なくとも一部の個々のワイヤが金属を含む、海底電力ケーブル（１）を提供する。【選択図】図２

Description

本開示は、一般に、鎧装付き海底電力ケーブルに関する。

海底電力ケーブルは、複数の鎧装ワイヤを備える鎧装をしばしば有し得る。鎧装ワイヤは、通常、海底電力ケーブルの単一心線または多重心線の周りに螺旋状に延在する。鎧装は、ケーブルを設置または運用中の側方衝撃に対して機械的保護を行う。鎧装は、また、ケーブル敷設時に張力を発揮する。

鋼製の鎧装にはある程度の欠点がある。ＡＣ電力ケーブルでは、交番磁場が、鎧装に様々な種類の損失を誘発する。個々のワイヤの内部で、ケーブルの軸に平行な面内に円を描いて誘導電流が流れる渦電流損失がある。この損失の大きさは、鎧装ワイヤの直径の３乗に比例する。別の種類の損失が、鎧装ワイヤ内の長手方向誘導電流によって生じる。両種の損失は、電力ケーブルの温度を上昇させ、有効電力定格を低下させる。さらに、鋼製の鎧装ワイヤは、限られた引張強度を有し、それが、極めて大敷設深度用のケーブルを設計する場合に、制限要因になることがある。さらに、ケーブルは、鎧装ワイヤ間に大きな空隙がないように鎧装ワイヤによって覆う必要がある。ケーブルの直径が極めて大きく、かつ鎧装機械が、同時に処理することができるワイヤの数に制限を有する場合、個々のワイヤは、完全に被覆する鎧装を形成するために、極めて大きい直径にする必要がある。そのように大きいワイヤの製造所内での取り扱いは、複雑で、危険でさえあり得、かつ上記で説明した、より高い鎧装損失を生じる。

これら欠点は、ある程度克服することができる。過電流損失は、ステンレス鋼または銅のような非磁性金属材料を使用することによって、大きく低減することができる。しかしながら、これら代替材料は、軟鋼よりはるかに高価である。さらに、鎧装の引張強度は、軟鋼より高価な高品位鋼を使用することによって、向上させることができる。アラミドまたはパラアラミドから製作されたワイヤなど、非金属製鎧装ワイヤを使用することも考えられている。これは、鎧装の張力を増加し、重量を低減し、損失を完全に無くすことができる。しかしながら、非金属製鎧装のコストは、金属製鎧装よりはるかに高いと予想される。

上記の観点から、本開示の全般的目的は、従来技術の問題点を解決または少なくとも緩和する鎧装付き海底電力ケーブルを提供することである。

したがって、第１の導体と、第１の導体の周りに設けられた第１の絶縁システムと、第１の絶縁システムを取り巻く鎧装層を形成する複数の細長い鎧装要素とを備える海底電力ケーブルであって、各細長い鎧装要素が、撚り合わされた複数の個々のワイヤから製作され、少なくとも一部の個々のワイヤが金属を含む、海底電力ケーブルが提供される。

それによって、鎧装層の引張強度が、細長い鎧装要素に関してより高価な材料を必要とせずに、増加する。これによって、より深い海域での海底電力ケーブルの敷設が可能になる。さらに、鎧装層が、実質的により低い過電流損失によって、実質的により低い損失を有する。それによって、たとえば、第１の導体の断面をより小さくすることができる。したがって、海底電力ケーブル全体の断面を、より小さくすることができる。あるいは、海底電力ケーブルの定格を増加させることができる。さらに、製造所での個々のワイヤの取り扱いが、同じ断面の単線の鎧装ワイヤを取り扱うよりも、はるかに容易になり、危険性が低くなる。

従来の鎧装ワイヤの過電流損失が、所与のケーブル電流およびケーブル形状に対してＰ_Ｅであると仮定する。この鎧装ワイヤが、本明細書に開示される一群の個々のワイヤによって置き替えられた場合、例として、個々のワイヤが、従来の鎧装ワイヤの１／３の直径を有し、単一の従来のワイヤを置き換える個々のワイヤの数が７であるとして、一群の個々のワイヤにおける合計過電流損失は、Ｐ_Ｅ’＝（１／３）^３×７×Ｐ_Ｅ＝０．２６×Ｐ_Ｅとなる。したがって、この場合、過電流損失は、７４％減少する。

海底電力ケーブルは、ＡＣ海底電力ケーブルでもＤＣ海底電力ケーブルでもよい。

海底電力ケーブルは、中電圧または高電圧海底電力ケーブルであり得る。

海底電力ケーブルは、厳密にではないが、一実施形態による。

海底電力ケーブルは、静止海底電力ケーブルまたは動的海底電力ケーブルであり得る。

鎧装要素は、亜鉛めっきしてもよい。たとえば、各個々のワイヤを亜鉛めっきすることができる。

一例によれば、全ての個々のワイヤは、金属を含む。全ての鎧装要素の全ての個々のワイヤは、金属を含み得、または金属から構成され得る。

金属は、鋼鉄でもよい。

一実施形態によれば、金属は軟鋼である。

一実施形態によれば、金属はステンレス鋼である。

一実施形態によれば、各細長い鎧装要素はワイヤロープである。

一実施形態によれば、各細長い鎧装要素の直径は、５～６ｍｍなど、４～８ｍｍの範囲にある。

一実施形態によれば、少なくとも１つの細長い鎧装要素に関し、全ての個々のワイヤが、同じ直径を有する。

一変形形態によれば、少なくとも１つの細長い鎧装要素が、異なる直径を有する個々のワイヤを備える。

一実施形態によれば、少なくとも１つの細長い鎧装要素は、中心の個々のワイヤと、該中心の個々のワイヤの周りに巻かれた６つの個々のワイヤを備える。

一実施形態によれば、細長い鎧装要素は、海底電力ケーブルの軸方向に沿って螺旋状に配置される。

一実施形態は、第１の絶縁層と鎧装層との間に配置された第１の遮水層を備える。

一実施形態によれば、第１の遮水層は、金属シースを備える。

金属シースは、たとえば、銅、ステンレス鋼、またはアルミニウムを含み得る。

一実施形態によれば、第１の遮水層は、ポリマーシースを備える。

第１の遮水層は、金属シースと、該金属シースの半径方向外側に配置されたポリマーシースとを備え得る。ポリマーシースは、たとえば、半導電性ポリマー材料を含み得る。ポリマー材料は、たとえばポリエチレンでもよい。

第１の遮水層は、金属シースとポリマー材との間に配置された接着剤を備え得る。接着剤は、たとえば、半導電性であり得る。

一実施形態によれば、第１の導体および第１の絶縁システムが、第１の電力心線の一部分を形成し、海底電力ケーブルは、さらに、第２の導体、および該第２の導体の周りに設けられた第２の絶縁システムを備える第２の電力心線と、第３の導体、および該第３の導体の周りに設けられた第３の絶縁システムを備える第３の電力心線とを備え、第１の電力心線と第２の電力心線と第３の電力心線とが、撚り合わされた多重心線を形成し、鎧装層が、撚り合わされた多重心線を取り囲む。

細長い鎧装要素が、撚り合わされた多重心線の周りに螺旋状に巻かれ得る。

一実施形態は、鎧装要素を覆って設けられた耐蝕層を備える。

一実施形態によれば、耐蝕層はビチューメンを含む。

耐蝕層の他の例は、たとえば、タールまたはポリマーコーティングである。

一実施形態によれば、各細長い鎧装要素は、外周全体に亘ってビチューメンで覆われる。

一例によれば、細長い鎧装要素の各個々のワイヤが、ビチューメンで覆われる。したがって、各個々のワイヤは、外周面全体に亘ってビチューメンと直接接触する。

全般的に、特許請求の範囲において使用される全ての用語は、本明細書に別途明確に定義されない限り、当技術分野における通常の意味に従って解釈されるべきである。「１つの（a/an）／その（the）要素、装置、構成要素、手段など」の言及は全て、別途明示されない限り、要素、装置、構成要素、手段などの少なくとも１つの事例に言及しているものと広義に解釈されるべきである。

次いで、本発明の構想の特定の実施形態が、添付図面を参照して、例として説明される。

海底電力ケーブルの例の断面図である。 細長い鎧装要素の例の図である。 海底電力ケーブルの別の例の断面図である。

次いで、本発明の構想が、例示的実施形態が示されている添付図面を参照して、より完全に以降に説明される。しかしながら、本発明の構想は、多くの様々な形態で具体化することができ、本明細書に言及された実施形態に限定されると理解すべきでなく、逆に、これら実施形態は、本開示が徹底的で完璧になるように、かつ当業者に本発明の構想の範囲を完全に伝えるように、例として提示されている。同じ番号は、本説明を通して同じ要素を意味する。

図１は、海底電力ケーブル１の例の断面図を示す。海底電力ケーブル１は、単一心線の電力ケーブルである。

海底電力ケーブル１は、第１の導体３を備える。

海底電力ケーブル１は、第１の導体３の周りに配置された第１の絶縁システム５を備える。

第１の絶縁システム５は、内部半導電層５ａを備え得る。内部半導電層５ａは、導体スクリーンである。内部半導電層５ａは、第１の導体３の周りに配置される。

第１の絶縁システム５は、絶縁層５ｂを備え得る。絶縁層５ｂは、内部半導電層５ａの周りに配置される。絶縁層５ｂは、たとえば、紙テープに含浸させた架橋ポリエチレン（ＸＬＰＥ）またはポリプロピレンを備え得る。

第１の絶縁システム５は、外部半導電層５ｃを備え得る。外部半導電層５ｃは、絶縁スクリーンである。外部半導電層５ｃは、絶縁層５ｂの周りに配置される。

海底電力ケーブル１は、遮水層７を備え得る。遮水層７は、外部半導電層５ｃの周りに配置することができる。遮水層７は、たとえば、金属シースを備え得る。金属シースは、たとえば、銅、ステンレス鋼、またはアルミニウムを含み得る。金属シースは、たとえば、絶縁システム５の周りに巻き付けられ、海底電力ケーブル１の長さに沿って長手方向に溶接された１つまたは複数の金属シートでもよい。

遮水層７は、ポリマーのシースを備え得る。遮水層７は、金属シースの代わりにポリマーシースを備え得る。あるいは、遮水層７は、金属シースと、金属シースの周りに配置されたポリマーシースとを備え得る。ポリマーシースは、半導電性ポリマー材料を含み得る。たとえば、ポリマーシースは、カーボンブラックを含み得る。遮水層７は、金属シースとポリマーシースとの間に配置された接着剤を備え得、それによって、ポリマーシースが金属シースに接着する。接着剤は、ポリマーシースが半導電性ポリマー材料を含む場合には、半導電性接着剤でもよい。

海底電力ケーブル１は、絶縁システム５を取り巻く鎧装層を形成する複数の細長い鎧装要素９を備える。鎧装層は、存在するなら遮水層７をさらに取り巻く。鎧装要素９は、金属を含む。鎧装要素９は、金属から構成することができる。金属は、たとえば、軟鋼またはステンレス鋼などの鋼鉄でもよい。各鎧装要素９は、撚り合わされた複数の個々のワイヤによって形成される。各個々のワイヤは、たとえば、金属から製作することができる。あるいは、個々のワイヤの一部を金属から製作し、他の個々のワイヤをポリマー材料などの非金属材料から製作することができる。鎧装要素９は、海底電力ケーブル１の軸方向に沿って螺旋状に装着される。鎧装要素９は、たとえば、１～３ｍなど、０．５～４メートルの範囲のピッチを有する。鎧装要素９は、装着方向を有し、その装着方向は、左巻方向または右巻方向であり得る。

海底電力ケーブル１は、耐蝕層１１を備え得る。耐蝕層１１は、鎧装層を覆うように配置される。耐蝕層１１は、鎧装層の半径方向外側に配置される。耐蝕層１１は、ビチューメンを含み得る。ビチューメンは、鎧装層９上に塗り、それによって、鎧装層９を覆うことができる。

海底電力ケーブル１は、外層１３を備え得る。外層１３は、鎧装層の周りに配置される。耐蝕層１１は、外層１３と鎧装層の間に配置される。外層１３は、海底電力ケーブル１の外面を形成する。外層１３は、たとえば、鎧装の周りに巻かれた、ポリプロピレンヤーンなどのポリマーヤーンを備え得る。

次いで図２に移って、１つの鎧装要素９の例が、より詳細に示される。各鎧装要素９は、この構造を有し得る。鎧装要素９は、撚り合わされた複数の個々のワイヤ９ａから製作される。撚り合わされた個々のワイヤ９ａが、鎧装要素９を形成し、したがって、鎧装要素９は、該鎧装要素９の断面直径より小さい直径の個々のワイヤを撚り合わせて製作された鎧装ワイヤである。

各個々のワイヤ９ａは、たとえば軟鋼またはステンレス鋼のような鋼鉄など、金属を含み得、または金属から構成され得る。一例によれば、鎧装要素９の全ての個々のワイヤは、同じ金属から製作される。一例によれば、鎧装要素９の個々のワイヤ９ａは、異なる金属材料から製作してもよい。１つまたは複数の個々のワイヤ９ａは、たとえば、軟鋼から製作してもよく、１つまたは複数の個々のワイヤ９ａは、たとえば、ステンレス鋼から製作してもよい。

鎧装要素９は、ワイヤロープでもよい。

一例によれば、各個々のワイヤ９ａは、該個々のワイヤ９ａより断面寸法の小さい複数のワイヤを撚り合わせて製作される。すなわち、各個々のワイヤ９ａ自体が、撚り合わされたワイヤでもよい。あるいは、各個々のワイヤ９ａは、単線ワイヤでもよい。一変形形態によれば、鎧装要素９を構成する個々のワイヤは、単線の個々のワイヤと撚り合わされた個々のワイヤとの組合せでもよい。

一例によれば、鎧装要素９は、図２に示されるように、１つの中心の個々のワイヤと、該中心の個々のワイヤの周りに巻かれた複数の個々のワイヤとを有し得る。中心の個々のワイヤは、鎧装要素９の中心軸に沿って延在することができる。たとえば、中心の個々のワイヤの周り巻かれた６つ以上の個々のワイヤが存在し得る。別の変形形態も可能である。たとえば、中心の個々のワイヤの周り巻かれた６つ未満の個々のワイヤが存在し得る。さらに、一変形形態は、中心の個々のワイヤを有さなくてもよい。

鎧装要素９の全ての個々のワイヤ９ａが、同じ直径を有し得る。あるいは、鎧装要素９の少なくとも２つの個々のワイヤ９ａの直径が、互いに異なり得る。中心の個々のワイヤは、たとえば、該中心の個々のワイヤの周りに巻かれた個々のワイヤとは異なる直径を有し得る。

各鎧装要素９は、全長に亘って外周全体の周りをビチューメンで覆うことができる。各鎧装要素９は、海底電力ケーブル１が製造されるとき、ビチューメン浴槽に漬け込んでもよい。

図３は、多重心線の海底電力ケーブル１’の断面図を示す。海底電力ケーブル１’は、３つの電力心線１５、１７、および１９を備える。第１の電力心線１５は、少なくとも部分的に第１の導体３、第１の絶縁システム５、および任意選択の遮水層７によって形成され、その遮水層はこの場合上記で説明された第１の遮水層である。第２の電力心線１７および第３の電力心線１９は、第１の電力心線１５と同一であり得る。したがって、第２の電力心線１７は、第２の導体２１と、第２の導体周りに設けられた第２の絶縁システム２３と、任意選択で、第２の絶縁システム２３の周りに配置された第２の遮水層２５とを備える。第３の電力心線１９は、第３の導体２７と、第３の導体２７周りに設けられた第３の絶縁システム２９と、任意選択で、第３の絶縁システム２９の周りに配置された第３の遮水層３１とを備える。

第１の電力心線１５と第２の電力心線１７と第３の電力心線１９とが、撚り合わされた多重心線を形成する。すなわち、３つの電力心線１５～１９が撚り合わされる。

海底電力ケーブル１’は、撚り合わされた多重心線を取り巻く鎧装層を備える。鎧装層は、撚り合わされた３つの電力心線１５～１９全てに対して共通の鎧装層を形成する。鎧装層は、前述の鎧装要素９を備える。鎧装要素９は、撚り合わされた多重心線の周りに螺旋状に配置される。

海底電力ケーブル１’は、鎧装層を取り巻く外層１３を備える。

海底電力ケーブルの別の変形形態において、海底電力ケーブルは、正確には、２つの電力心線または３つより多い電力心線を備え得る。

本発明の構想が、いくつかの例を参照して、上記に主として説明されてきた。しかしながら、当業者には容易に理解されるように、上述の実施形態とは別の実施形態が、添付特許請求の範囲によって定義される本発明の構想の範囲内で、同様に可能である。

Claims (17)

1. 第１の導体（３）と、
   前記第１の導体（３）の周りに設けられた第１の絶縁システム（５）と、
   前記第１の絶縁システム（５）を取り巻く鎧装層を形成する複数の細長い鎧装要素（９）と
   を備える海底電力ケーブル（１；１’）であって、
   各細長い鎧装要素（９）が、撚り合わされた複数の個々のワイヤ（９ａ）から製作され、
   少なくとも一部の前記個々のワイヤ（９ａ）が金属を含む、
   海底電力ケーブル（１；１’）。
2. 前記金属が軟鋼である、請求項１に記載の海底電力ケーブル（１；１’）。
3. 前記金属がステンレス鋼である、請求項１に記載の海底電力ケーブル（１；１’）。
4. 各細長い鎧装要素（９）がワイヤロープである、請求項１から３のいずれか一項に記載の海底電力ケーブル（１；１’）。
5. 各細長い鎧装要素（９）の直径が、５～６ｍｍなど、４～８ｍｍの範囲にある、請求項１から４のいずれか一項に記載の海底電力ケーブル（１；１’）。
6. 少なくとも１つの前記細長い鎧装要素（９）に関し、全ての個々のワイヤ（９ａ）が、同じ直径を有する、請求項１から５のいずれか一項に記載の海底電力ケーブル（１；１’）。
7. 少なくとも１つの前記細長い鎧装要素（９）が、中心の個々のワイヤと、前記中心の個々のワイヤの周りに巻かれた６つの個々のワイヤとを備える、請求項１から６のいずれか一項に記載の海底電力ケーブル（１；１’）。
8. 前記細長い鎧装要素（９）が、海底電力ケーブル（１；１’）の軸方向に沿って螺旋状に配置される、請求項１から７のいずれか一項に記載の海底電力ケーブル（１；１’）。
9. 前記第１の絶縁層（５）と前記鎧装層との間に配置された第１の遮水層（７）を備える、請求項１から８のいずれか一項に記載の海底電力ケーブル（１；１’）。
10. 前記第１の遮水層（７）が、金属シースを備える、請求項９に記載の海底電力ケーブル（１；１’）。
11. 前記第１の遮水層（７）が、ポリマーシースを備える、請求項９または１０に記載の海底電力ケーブル（１；１’）。
12. 前記第１の導体（３）および前記第１の絶縁システム（５）が、第１の電力心線（１５）の一部分を形成する、海底電力ケーブル（１’）であり、
    第２の導体（２１）、および
    前記第２の導体（２１）の周りに設けられた第２の絶縁システム（２３）
    を備える第２の電力心線（１７）と、
    第３の導体（２７）、および
    前記第３の導体（２７）の周りに設けられた第３の絶縁システム（２９）
    を備える第３の電力心線（１９）と
    を備える海底電力ケーブル（１’）であって、
    前記第１の電力心線（１５）と前記第２の電力心線（１７）と前記第３の電力心線（１９）とが、撚り合わされた多重心線を形成し、前記鎧装層が、前記撚り合わされた多重心線を取り囲む、
    請求項１から１１のいずれか一項に記載の海底電力ケーブル（１’）。
13. 前記細長い鎧装要素（９）を覆って設けられた耐蝕層（１１）を備える、請求項１から１２のいずれか一項に記載の海底電力ケーブル（１；１’）。
14. 前記耐蝕層（１１）が、ビチューメンを含む、請求項１３に記載の海底電力ケーブル（１；１’）。
15. 各細長い鎧装要素（９）が、外周全体に亘ってビチューメンで覆われる、請求項１４に記載の海底電力ケーブル（１；１’）。
16. 前記細長い鎧装要素の各個々のワイヤが、ビチューメンで覆われる、請求項１から１５のいずれか一項に記載の海底電力ケーブル（１；１’）。
17. 各個々のワイヤが、外周面全体に亘ってビチューメンと直接接触する、請求項１６に記載の海底電力ケーブル（１；１’）。

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