JP3571143B2 - 金属被架橋ポリエチレン絶縁電力ケーブル - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
高電圧架橋ポリエチレン絶縁電力ケーブル（以下ＣＶケーブルと略記する）に関するもので、特に高周波サージ電圧に対する特性向上を図った金属被ＣＶケーブルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＣＶケーブルの性能は向上し、信頼性も一段と増した。すでに、超高圧の系統にも採用されている。
【０００３】
ＣＶケーブルのしゃへい層構造は、ケーブルの熱挙動、故障瞬時の電流容量および雷サージ等による誘起電圧などを考慮して設計され、現在は、一般的に超高圧ＣＶケーブルでは金属しゃへいが適用され、波付アルミ被が採用されている。
【０００４】
さらに、ケーブルコアの熱膨張に対しては、外部半導電層と波付アルミ被の間にギャップを設けるとともに、半導電クッション層を施すことにより、熱膨張を吸収できるような構造にしている。例えば、２７５ＫＶＣＶケーブル（絶縁厚２７ｍｍ）の場合、最大外径膨脹量を３．５ｍｍ、クッション層の吸収率を５０％とすると、熱膨脹の吸収のために、エアギャップを約１ｍｍ、クッション層を約２ｍｍで設計を行っている。
【０００５】
また。ケーブル外部半導電層と金属シースの間に上記のようにギャップが存在する場合、サージ電圧が侵入したときに放電を生じ、ケーブル絶縁性能を低下させるおそれが出てくる。そこでクッション層の上に銅線織り込み半導電テープを巻回している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来、上記銅線織り込み半導電テープの銅線間隔は１０ｍｍ以上で、一般的に銅線間隔を１２〜２５ｍｍが標準となっている。
【０００７】
この場合、１ＭＨｚ以上の高電圧サージがケーブル導体へ侵入するとケーブル外部半導電層と波付アルミ被間に１０ＫＶ以上の電圧が発生し、ここで放電が発生し、前記の外部半導電層表面に損傷をきたし、最終的には絶縁体をも損傷し絶縁破壊に到る恐れもある。
【０００８】
即ち、図５に示すサージ分圧等価回路で、銅線織り込み半導電テープの織り込み銅線が間隔が大きくなるとＣ_２ ＝Ｃ_ａ ＋Ｃ_ｂ が小さくなり、Ｃ_ｘ ／Ｃ_２ が大きくなる。Ｃ_ｘ は導体とアルミ被間のキャパシタンスである。１ＭＨｚ以上の高周波サージに対しては、クッション層の体積抵抗率が１０^４ Ω−ｃｍ以上では、 γ_ｃ が無視でき、Ｖ_２ ／Ｖ_０ ＝Ｃ_ｘ ／Ｃ_２ となる。故に織り込み銅線間隔が大きくなると外部半導電層と波付アルミ被間に発生するサージ分圧Ｖ_２ が大きくなる。
【０００９】
本発明は以上の点に鑑みてなされたもので、高周波サージ電圧に対する特性向上を図った金属被ＣＶケーブルを提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、導体上に内部半導電層、絶縁体層、外部半導電層、クッション層及び銅線織り込み半導電テープ巻回層を順次設け、その周りに、エアギャップをもってコルゲイト状金属被を施してなる金属被架橋ポリエチレン絶縁電力ケーブルにおいて、
１ＭＨｚ以上の高周波サージに対する誘起電圧に基づき、前記銅線織り込み半導電層テープの銅線織り込み間隔が最大で６．３ｍｍであり、５００ＫＶの高周波サージに対して前記誘起電圧を１０ＫＶ以下にしたことを特徴とする。
【００１１】
さらに、前記銅線織り込み半導電テープの織り込み銅線の直径が０．１５〜０．５ｍｍの範囲であることを特徴とする。
【００１２】
尚、上記の銅線織り込み半導電テープに織り込む銅線はより線も含まれる。
【００１３】
本発明のＣＶケーブルは、上記の構成とすることにより、１ＭＨｚ以上の高周波サージの侵入に対して、絶縁体上外部半導電層とコルゲイト状金属被間の誘起電圧は従来構造の１／２以下に低減できる。
【００１４】
さらに、銅線織り込み半導電テープの銅線間隔を狭ばめても柔軟性を失うことはない。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１６】
図１は本発明の金属被ＣＶケーブルの構成を示すもので、縦断面の説明図である。
【００１７】
図１の金属被ＣＶケーブルの構成を説明すると、導体１の外周に内部半導電層（内導）２と絶縁体３及び外部半導電層（外導）４が主としてポリエチレンからなる樹脂を押出被覆され架橋されて形成される。その上に半導電性ゴム等からなるテープを巻回したクッション層５及び銅線織込み半導電綿テープ６を巻回して静電遮蔽層を形成している。超高圧ＣＶケーブルでは、大きな地絡容量を有すること、また絶縁体の熱膨脹を吸収できる構造であること、遮水効果ならびに防護効果等からコルゲイト状金属シース７をａｉｒ ｇａｐを介して設けている。その上に防食層８を施す。
【００１８】
本発明は上記の構成において、前記銅線織り込み半導電綿テープ６の織込み銅線の間隔を規定したものである。図２にこの銅線織込み半導電綿テープ本体の斜視図を示す。
【００１９】
ここで高周波サージに対する等価回路について説明すると、図３は、ケーブル外導とＡＬ被間のキャパシタンスの分布を模擬的に表はしたものであり、図４は導体とＡＬ被間の全体の等価回路であって、（イ）銅線織り込み半導電テープの銅線がケーブル断面外周上に２本存在する場合の等価回路であり、（ロ）は同様にケーブル断面外周上に３本存在する場合の等価回路である。また、図５は、サージ分圧等価回路である。
【００２０】
図において、高周波等価回路の測定される静電気容量Ｃ_ｘ は、次式で表せる。
【数１】

ここで、Ｃ_１ ：導体−外導間の静電容量
Ｃ_ａ ：外導−クッション層上銅線間の静電容量
Ｃ_ｂ ：外導−クッション層−ＡＬ被間の静電容量
図５の回路で１ＭＨｚ以上の高周波サージに対しては、クッション層絶縁抵抗γ_ｃ が無視でき、Ｖ_２ ／Ｖ_０≒Ｃ_ｘ ／Ｃ_２ となる。なお、Ｃ_２ ＝Ｃ_ａ ＋Ｃ_ｂ である。
【００２１】
今、絶縁厚が２５ｍｍ程度のクッション層を有する２５０ＫＶ級ＡＬ被ＣＶケーブルにて織込み銅線の間隔と上記のＣｘ 及びＣ２ の関係を試算して見ると表１のようになり、またその関係のグラフは図６に示す。
【００２２】
【表１】

上記の試算結果からわかるように、織り込み銅線の間隔を最大で６．３ｍｍとすることにより、１ＭＨｚ以上の高周波サージに対して、外導−ＡＬ被間の誘起電圧は従来構造（織り込み銅線間隔が１２〜２５ｍｍ）の１／２以下に低減できる。
【００２３】
即ち、５００ＫＶの高周波サージに対して１０ＫＶ以下に抑制できる。
【００２４】
銅線９の間隔が６．３ｍｍを越えると、上記で説明したようにＣ_２＝Ｃ_ａ＋Ｃ_ｂを小さくし、Ｖ_２／Ｖ_０を大きくなり、高電圧の高周波サージがケーブルに侵入したとき放電の恐れがある。
【００２５】
また、銅線９の径とＣ_２０との関係は次式の関係にある。
【００２６】
【数２】

発明者は、上記の式及びテープの柔軟性から銅線９の径は０．１５〜０．５０ｍｍの範囲が適当であることを実験的に見出した。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明した本発明の金属被ＣＶケーブルは、１ＭＨｚ以上の高周波サージに対する誘起電圧に基づき、銅線織り込み半導電テープの銅線間隔を最大で６．３ｍｍとし、５００ＫＶの高周波サージに対して誘起電圧を１０ＫＶ以下にし、この銅線の直径を０．１５〜０．５ｍｍの範囲としたので、前記半導電テープの柔軟性を損なうことはなく、耐高周波サージ特性の向上を図られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の金属被ＣＶケーブルの構成例を示す縦断面説明図である。
【図２】図１の構成の一部である銅線織込み半導電テープの斜視図である。
【図３】本発明のケーブル外導とＡＬ被間の静電容量の分布を模擬した説明図である。
【図４】本発明のケーブル導体とＡＬ被間の高周波サージに対する等価回路であって、（イ）は銅線織込み半導電テープの銅線がケーブル断面外周上に２本存在する場合、（ロ）は銅線が同様に３本存在する場合である。
【図５】本発明のケーブルにおけるサージ分圧等価回路である。
【図６】銅線織込み半導電テープの銅線間隔とサージ分圧（Ｖ_２ ／Ｖ_０ ）との関係を表わしたグラフである。
【符号の説明】
１ ケーブル導体
３ ケーブル絶縁体
４ ケーブル外部半導電層（外導）
５ ケーブルクッション層
６ 銅線織込み半導電テープ
７ コルゲイト金属シース（ＡＬ被）

Claims (2)

1. 導体上に内部半導電層、絶縁体層、外部半導電層、クッション層及び銅線織り込み半導電テープ巻回層を順次設け、その周りに、エアギャップをもってコルゲイト状金属被を施してなる金属被架橋ポリエチレン絶縁電力ケーブルにおいて、
   １ＭＨｚ以上の高周波サージに対する誘起電圧に基づき、前記銅線織り込み半導電層テープの銅線織り込み間隔が最大で６．３ｍｍであり、５００ＫＶの高周波サージに対して前記誘起電圧を１０ＫＶ以下にしたことを特徴とする金属被架橋ポリエチレン絶縁電力ケーブル。
2. 請求項１記載の電力ケーブルにおいて、
   前記銅線織り込み半導電テープの織り込み銅線の直径が０．１５〜０．５ｍｍの範囲であることを特徴とする金属被架橋ポリエチレン絶縁電力ケーブル。

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