JP2024037686A - 電力ケーブルの絶縁システムを構築する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】絶縁システムを損傷することを抑制する電力ケーブルの絶縁システムを提供する。【解決手段】電力ケーブル１の導体５の軸方向部分の周りに絶縁システムを構築する方法であって、絶縁システムは、導体５の周りに配置された内側半導体層７ａ、７ｂと、絶縁層９ａ、９ｂと、外側半導体層１１ａ、１１ｂとを含む。絶縁システムの第１の絶縁システム部分と第２の絶縁システム部分との間の軸方向部分を備え、第１の絶縁システム部分及び第２の絶縁システム部分と接続する複数のテープの層を形成するために、複数の層において軸方向部分に沿って導体５の周りにテープを巻き付け、複数のテープの層を加熱して複数のテープの層を溶融及び融着させ、第１の絶縁システム部分と第２の絶縁システム部分との間に絶縁システム層１７、１９を形成し、テープはその側縁間に中間部分に、最大厚さを有し、中間部分から両方の側縁に向かって減少する。【選択図】図１

Description

本開示は、一般に、電力ケーブルに関する。

電力網インフラストラクチャ内の電力ケーブルの絶縁システムは、内側半導体層と、内側半導体層の外側に配置された絶縁層と、絶縁層の外側に配置された外側半導体層とを備える。

押出絶縁システムを有する電力ケーブルのケーブル長は、いわゆる工場接合で接続されてもよい。例えば、絶縁システムの接合は、最も外側のシース又はサービングがケーブルコアの周りに設けられる前に行われるため、工場接合は、外部から容易に検出できないことが多い。

典型的には、工場接合を実行する場合、２つのケーブル長の絶縁システムは、鉛筆状、すなわち、先細にされ、導体が接合された後に、互いに向かって尖っている。次いで、テープを導体の周りに巻き付けて、上述の３つの層を形成する。テープは、例えば、特開昭６１－２４３６８０に開示されているように、加熱プロセスによって硬化される。

このプロセスの欠点は、内側又は外側半導体層と絶縁層との間の縁部が加熱プロセス中に形成され得ることである。これは、電界を局所的に増加させ、絶縁システムを損傷するか又は絶縁システムの破壊につながる可能性がある絶縁体内の放電をもたらす可能性がある。

絶縁層を形成するテープは、加熱プロセス中に内側半導体層及び外側半導体層よりもゆっくりと軟化することが分かった。したがって、通常は重なり合って配置される絶縁層を形成するテープの縁部は、加熱プロセス中に内側半導体層に押し込まれ、その結果、絶縁層と内側半導体層との間の縁部がケーブルの使用時に局所的に電界を増加させる。

本開示の一般的な目的は、先行技術の問題を解決又は少なくとも緩和する電力ケーブルの絶縁システムを構築する方法を提供することである。

したがって、本開示の第１の態様によれば、電力ケーブルの導体の軸方向部分の周りに絶縁システムを構築する方法であって、ａ）電力ケーブルを設置することであって、電力ケーブルは、導体と、導体の周りに配置された絶縁システムであって、絶縁システムは、導体の周りに配置された内側半導体層と、内側半導体層の周りに配置された絶縁層と、絶縁層の周りに配置された外側半導体層とを含む絶縁システム層を備える、絶縁システムと、を含み、電力ケーブルは、少なくとも外側半導体層のない、絶縁システムの第１の絶縁システム部分と第２の絶縁システム部分との間の軸方向部分を備える、電力ケーブルを設置すること、ｂ）第１の絶縁システム部分及び第２の絶縁システム部分と接続する複数のテープの層を形成するために、複数の層において軸方向部分に沿って導体の周りにテープを巻き付けることと、ｃ）複数のテープの層を加熱して、複数のテープの層を溶融及び融着させて、第１の絶縁システム部分と第２の絶縁システム部分との間に絶縁システム層を形成することと、を含み、テープは、その側縁間の距離によって画定される幅を有し、テープは、側縁間に中間部分を有し、中間部分に、テープは最大の厚さを有し、テープの厚さは、中間部分から両方の側縁に向かって減少する、方法が提供される。

側縁に向かってテープの厚さが減少するため、加熱中の縁形成のリスクが大幅に低減される。同時にテーパ形状は、高い充填率を提供する。

一実施形態によれば、厚さは、両方の側縁に向かって滑らかに減少する。

一実施形態によれば、厚さは、側縁に向かって対称的に減少する。対称性は、ここでは、テープの中心長手方向軸線に対して、すなわちテープの軸方向延長部に沿っている。

一実施形態によれば、テープの断面では、テープは凸形状を有する。

一実施形態によれば、凸形状は、両凸又は平凸である。

一実施形態によれば、ステップｂ）では、複数の層の各層において、隣接する巻回は重なり合って配置される。

一実施形態によれば、複数の層の各層において、テープの各巻回は、任意の隣接するテープの層のテープのすべての巻回に対して導体の軸方向に沿って軸方向にシフトして配置される。

一実施形態によれば、各巻回は、テープの幅の少なくとも２０％、例えば少なくとも３０％、例えば少なくとも４０％で軸方向にシフトされる。

一実施形態によれば、ステップｃ）では、テープは大気圧より高い圧力下で加熱される。

一実施形態は、ステップｂ）の前に、導体の周りに内側半導体層を設けることを含み、ステップｂ）では、テープの巻き付けは、内側半導体層の周りである。

一実施形態によれば、絶縁システム層は、絶縁層又は外側半導体層である。

絶縁システムの３つの層、すなわち、内側半導体層、絶縁層、及び外側半導体層の各々は、好ましくは、個々に加熱するステップを受ける。このため、内側半導体層を形成するためテープを巻き付けた後、絶縁層を形成するテープを内側半導体層の周りに巻き付ける前に、このテープを加熱して硬化させる。さらに、外側半導体層を形成するテープを絶縁層の周りに巻き付ける前に、絶縁層を形成するテープを加熱して硬化させる。したがって、縁形成のリスクは、通常、下にある絶縁システム層に対してである。

一実施形態によれば、テープはポリマー材料を含む。

一実施形態によれば、ポリマー材料は、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレンプロピレンゴム、ＥＰＲ、及びエチレンプロピレンジエンモノマーゴムのうちの１つを含む。

一実施形態によれば、絶縁体の構築は、電力ケーブルの絶縁システムのケーブル接合作業又は修理作業の一部を形成する。

一実施形態によれば、電力ケーブルは高電圧電力ケーブルである。

電力ケーブルは、ＡＣ又はＤＣ電力ケーブルであってもよい。

電力ケーブルは、海底電力ケーブル又は地下電力ケーブルであってもよい。

本開示の第２の態様によれば、第１の態様の方法によって得ることができる電力ケーブルが設置される。

一般に、特許請求の範囲で使用されるすべての用語は、本明細書で特に明示的に定義されない限り、技術分野におけるそれらの通常の意味に従って解釈されるべきである。「１つの（ａ）／１つの（ａｎ）／その（ｔｈｅ）要素（ｅｌｅｍｅｎｔ）、装置（ａｐｐａｒａｔｕｓ）、構成要素（ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）、手段（ｍｅａｎｓ）などへのすべての言及は、特に明記しない限り、要素、装置、構成要素、手段などの少なくとも１つの例を指すものとして非限定的に解釈されるべきである。

ここで、添付の図面を参照して、例として、本発明の概念の具体的な実施形態を説明する。

接合を有する電力ケーブルの長手方向断面を概略的に示す。 電力ケーブルの導体の軸方向部分の周りに絶縁システムを構築する方法のフローチャートである。 テープの一例を模式的に示す。 テープの例の断面を示す。 テープの例の断面を示す。

ここで、例示的な実施形態が示されている添付の図面を参照して、本発明の概念を以下により完全に説明する。しかしながら、本発明の概念は、多くの異なる形態で具現化されてもよく、本明細書に記載の実施形態に限定されると解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が徹底的かつ完全であり、本発明の概念の範囲を当業者に完全に伝えるように、例として提供される。説明全体を通して、同様の符号は同様の要素を指す。

図１は、工場接合３を備えた電力ケーブル１の長手方向断面の一例を概略的に示す。

電力ケーブル１は、工場接合３によって接合された第１の部分１ａ及び第２の部分１ｂを備える。

第１の部分１ａは、第１の導体部分５ａと、第１の導体部分５ａの周りに配置された導体スクリーンとも呼ばれる内側半導体層７ａと、内側半導体層７ａの周りに配置された絶縁層９ａと、絶縁スクリーンとも呼ばれる外側半導体層１１ａとを含む。第１の導体部分５ａの周りに配置された内側半導体層７ａ、絶縁層９ａ、及び外側半導体層１１ａは、電力ケーブル１の第１の絶縁システム部分を形成する。

第１の絶縁システム部分は、押出絶縁システムである。内側半導体層７ａ、絶縁層９ａ、及び外側半導体層１１ａの各々は、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレンプロピレンゴム、ＥＰＲ、又はエチレンプロピレンジエンモノマーゴム（ＥＰＤＭ）などのポリマー材料を含むことができる。

同様に、第２の部分１ｂは、第２の導体部分５ｂと、第２の導体部分５ｂの周りに配置された内側半導体層７ｂと、内側半導体層７ｂの周りに配置された絶縁層９ｂと、外側半導体層１１ｂとを備える。第２の導体部分５ｂの周りに配置された内側半導体層７ｂ、絶縁層９ｂ、及び外側半導体層１１ｂは、電力ケーブル１の第２の絶縁システム部分を形成する。

第２の部分１ｂの第２の絶縁システム部分は、押出絶縁システムである。内側半導体層７ｂ、絶縁層９ｂ、及び外側半導体層１１ｂの各々は、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレンプロピレンゴム、ＥＰＲ、又はエチレンプロピレンジエンモノマーゴム（ＥＰＤＭ）などのポリマー材料を含むことができる。

第１の導体部分５ａと第２の導体部分５ｂは、例による接合である。これにより、導体部分５ａ、５ｂは、導体接合部１３を介して接続され、単一の導体５を形成する。導体部分５ａ及び５ｂは、例えば、溶接によるなど、熱的に接合され得る。

第１の絶縁システム部分と第２の絶縁システム部分とは接合され、電力ケーブル１の絶縁システムを形成する。

第１の絶縁システム部分と第２の絶縁システム部分は、テープを使用して接合されて、第１の絶縁システム部分と第２の絶縁システム部分の内側半導体層７ａ、７ｂを接続する内側半導体層１５を形成し、第１の絶縁システム部分と第２の絶縁システム部分の絶縁層９ａ、９ｂを接続する絶縁層１７を形成し、第１の絶縁システム部分と第２の絶縁システム部分の外側半導体層１１ａ、１１ｂを接続する外側半導体層１９を形成する。

ここで、図２～図３ｃを参照して、電力ケーブル１などの電力ケーブルを形成するために露出した第１及び第２の導体部分５ａ及び５ｂの周りに絶縁システムを構築する方法を説明する。

絶縁システムの構築は、電力ケーブル１のケーブル接合作業又は電力ケーブル１の絶縁システムの修理作業の一部を形成することができる。

この方法がケーブル接合作業に関する場合、第１の部分１ａと第２の部分１ｂは最初は接合されない。この場合、第１の導体部分５ａと第２の導体部分５ｂとは、当初、接続されない。第１の導体部分５ａと第２の導体部分５ｂとを接合する前に、第１の導体部分５ａと第２の導体部分５ｂの端部が露出される。さらに、第１の部分１ａ及び第２の部分１ｂのそれぞれについて、内側半導体層７ａ、７ｂ、絶縁層９ａ、９ｂ及び外側半導体層１１ａ、１１ｂのそれぞれが順に露出される。さらに、各絶縁層９ａ、９ｂは、図１に示すように、互いに向かってテーパ状に配置された鉛筆状、すなわち円錐として形成されてもよい。

第１の導体部分５ａと第２の導体部分５ｂとが接合されて導体接合部１３が形成される。

代替で、この方法が絶縁システムの修理作業に関する場合、導体５は、導体５の周りに絶縁システムが構築される領域での接合を必要としなくてもよい。またこの場合、第１の導体部分５ａ及び第２の導体部分５ｂが露出して、損傷領域における絶縁システムの再構築が可能となる。さらに、第１の部分１ａ及び第２の部分１ｂのそれぞれについて、絶縁層９ａ、９ｂ及び外側半導体層１１ａ、１１ｂのそれぞれが順に露出される。また、この場合、絶縁層９ａ、９ｂは、互いに向かってテーパ状に配置された鉛筆状、すなわち円錐として形成されてもよい。

両方の場合において、この点で、第１の絶縁システム部分及び第２の絶縁システム部分は、互いに軸方向に離間する。特に、電力ケーブル１は、少なくとも外側半導体層のない、第１の絶縁システム部分と第２の絶縁システム部分との間の軸方向部分を有する。

本方法のステップａ）では、少なくとも外側半導体層がない、第１の絶縁システム部分と第２の絶縁システム部分との間の軸方向部分を有する電力ケーブル１が設けられる。

典型的には、内側半導体層１５は、ステップａ）の前に露出され接合された導体部分５ａ、５ｂの周りに設けられる。代替で、内側半導体層１５は、電力ケーブル１の絶縁システムの修理に関する例では、露出された、接合されていない領域に導体５の周りに設けられてもよい。

内側半導体層１５は、例えば、露出された第１の導体部分５ａ及び第２の導体部分５ｂの周りにテープを巻き付け、テープを加熱してテープを硬化させることによって形成されてもよい。

ステップｂ）では、第１の絶縁システム部分と第２の絶縁システム部分との間の軸方向部分に沿って、導体５の周りにテープを巻き付ける。

テープは、複数の層において巻かれて、電力ケーブル１の第１の絶縁システム部分及び第２の絶縁システム部分と接続する複数のテープの層を形成する。

一例によれば、ステップｂ）では、複数の層の各層において、隣接する巻回は重なり合って配置される。

一例によれば、複数の層の各層において、テープの各巻回は、任意の隣接するテープの層のテープのすべての巻回に対して導体５の軸方向に沿って軸方向にシフトして配置される。各巻回は、例えば、テープの幅の少なくとも２０％、例えば少なくとも３０％、例えば少なくとも４０％で軸方向にシフトされてもよい。

ステップｃ）では、複数のテープ層を加熱して、複数のテープの層を溶融及び融着させて、第１の絶縁システム部分と第２の絶縁システム部分との間に絶縁システム層を形成する。さらに、このようにして得られた絶縁システム層はまた、第１の絶縁システム部分及び第２の絶縁システム部分と融着される。特に、絶縁システム層は、第１の絶縁システム部分及び第２の絶縁システム部分の対応する絶縁システム層と融着される。

ステップｃ）で形成される絶縁システム層は、第１の絶縁システム部分と第２の絶縁システム部分とを接続する絶縁層１７又は外側半導体層１９であってもよい。

ステップｃ）では、テープを大気圧より高い圧力下で加熱してもよい。例えば、圧力は、少なくとも３バール、又は少なくとも４バールなど、少なくとも２バールであってもよい。

図２は、ステップｂ）で使用されるテープ２１－１の一例を示す。テープ２１－１は、その側縁２１ａ、２１ｂ間の距離によって画定される幅ｗを有する。テープ２１－１は、側縁２１ａ、２１ｂの間に中間部分２１ｃを有する。中間部分２１ｃでは、テープ２１－１がその最大厚さｔを有する。テープ２１－１の厚さは、中間部分２１ｃから側縁２１ａに向かう方向及び側縁２１ｂに向かう方向に減少する。したがって、側縁２１ａ、２１ｂにおけるテープ２１の厚さは、中間部分２１ｃでの最大厚さｔよりも小さい。

テープ２１の厚さは、好ましくは、両方の側縁２１ａ、２１ｂに向かって滑らかに減少してもよい。

テープ２１の厚さは、側縁２１ａ、２１ｂに向かって対称的にテーパ状になってもよい。中間部分２１ｃを通る中心軸線Ａに対して、テーパ状は、中心軸線Ａの両側で対称である。

テープは、図３ｂ及び図３ｃに示すように、断面が凸形状を有してもよい。図３ｂの例によれば、テープ２１－２は、平凸である。図３ｃに示す例では、テープ２１－３は両凸である。

テープ２１－１、２１－２、２１－３は、ポリマー材料を含む。ポリマー材料は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレンプロピレンゴム、及びエチレンプロピレンジエンモノマーゴムのうちの１つを含むことができる。

図３ａ～図３ｃに示すような幾何学的構造を有するテープを、絶縁層若しくは外側半導体層、又はこれらの層の両方に使用することができる。しかしながら、テープ２１－１、２１－２、２１－３の材料は、２つの層について異なる。絶縁層については絶縁材料で作られ、外側半導体層については半導体材料で作られる。

本発明の概念は、主にいくつかの例を参照して上述されている。しかしながら、当業者によって容易に理解されるように、添付の特許請求の範囲によって定義される、上記で開示されたもの以外の他の実施形態も本発明の概念の範囲内で等しく可能である。

Claims (15)

1. 電力ケーブル（１）の導体（５）の軸方向部分の周りに絶縁システムを構築する方法であって、
   ａ）電力ケーブル（１）を設置することであって、前記電力ケーブル（１）は、導体（５）と、前記導体（５）の周りに配置された絶縁システム（７ａ、７ｂ、９ａ、９ｂ、１１ａ、１１ｂ）であって、前記絶縁システム（７ａ、７ｂ、９ａ、９ｂ、１１ａ、１１ｂ）が、前記導体（５）の周りに配置された内側半導体層（７ａ、７ｂ）と、前記内側半導体層（７ａ、７ｂ）の周りに配置された絶縁層（９ａ、９ｂ）と、前記絶縁層（９ａ、９ｂ）の周りに配置された外側半導体層（１１ａ、１１ｂ）とを含む、絶縁システム層を備える、絶縁システム（７ａ、７ｂ、９ａ、９ｂ、１１ａ、１１ｂ）と、を含み、前記電力ケーブル（１）が、少なくとも外側半導体層（１９）のない、前記絶縁システム（７ａ、７ｂ、９ａ、９ｂ、１１ａ、１１ｂ）の第１の絶縁システム部分と第２の絶縁システム部分との間の軸方向部分を備える、電力ケーブル（１）を設置することと、
   ｂ）前記第１の絶縁システム部分及び前記第２の絶縁システム部分と接続する複数のテープ（２１－１、２１－２、２１－３）の層を形成するために、複数の層において前記軸方向部分に沿って前記導体（５）の周りにテープ（２１－１、２１－２、２１－３）を巻き付けることと、
   ｃ）前記複数のテープ（２１－１、２１－２、２１－３）の層を加熱して前記複数のテープの層を溶融及び融着させ、前記第１の絶縁システム部分と前記第２の絶縁システム部分との間に絶縁システム層（１７、１９）を形成することと、
   を含み、
   前記テープ（２１－１、２１－２、２１－３）が、側縁（２１ａ、２１ｂ）間の距離によって画定される幅（ｗ）を有し、前記テープ（２１－１、２１－２、２１－３）が、その側縁（２１ａ、２１ｂ）間に中間部分（２１ｃ）を有し、前記中間部分（２１ｃ）に、前記テープ（２１－１、２１－２、２１－３）が最大厚さ（ｔ）を有し、前記テープ（２１－１、２１－２、２１－３）の前記厚さ（ｔ）が、前記中間部分（２１ｃ）から両方の側縁（２１ａ、２１ｂ）に向かって減少する、
   方法。
2. 前記厚さが、両方の側縁（２１ａ、２１ｂ）に向かって滑らかに減少する、請求項１に記載の方法。
3. 前記厚さが、前記側縁（２１ａ、２１ｂ）に向かって対称的に減少する、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記テープ（２１－２、２１－３）の断面で、前記テープ（２１－２、２１－３）が凸形状を有する、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記凸形状が両凸又は平凸である、請求項４に記載の方法。
6. ステップｂ）では、前記複数の層の各層において、隣接する巻回が重なり合って配置される、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記複数の層の各層において、テープ（２１－１、２１－２、２１－３）の各巻回が、任意の隣接するテープ（２１－１、２１－２、２１－３）の層の前記テープ（２１－２、２１－３）のすべての巻回に対して前記導体（５）の軸方向に沿って軸方向にシフトして配置される、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
8. 各巻回が、前記テープ（２１－１、２１－２、２１－３）の幅の少なくとも２０％、例えば少なくとも３０％、例えば少なくとも４０％で軸方向にシフトされる、請求項７に記載の方法。
9. ステップｃ）では、前記テープ（２１－１、２１－２、２１－３）が大気圧よりも高い圧力下で加熱される、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
10. ステップｂ）の前に、前記導体（５）の周りに内側半導体層（１５）を設けることを含み、ステップｂ）では、前記テープ（２１－１、２１－２、２１－３）の巻き付けが、前記内側半導体層（１５）の周りである、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
11. 前記絶縁システム層が、絶縁層（１７）又は外側半導体層（１９）である、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 前記テープ（２１－１、２１－２、２１－３）がポリマー材料を含む、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 前記ポリマー材料が、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレンプロピレンゴム、ＥＰＲ、及びエチレンプロピレンジエンモノマーゴムのうちの１つを含む、請求項１２に記載の方法。
14. 前記絶縁体の構築が、前記電力ケーブル（１）の前記絶縁システムのケーブル接合作業又は修理作業の一部を形成する、請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法。
15. 前記電力ケーブル（１）が、高電圧電力ケーブルである、請求項１から１４のいずれか一項に記載の方法。

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