JP3795203B2

JP3795203B2 - 直流電力同軸ケーブル

Info

Publication number: JP3795203B2
Application number: JP27772397A
Authority: JP
Inventors: 昭太郎吉田; 和夫渡辺; 宏山之内; 隆行平澤
Original assignee: Electric Power Development Co Ltd; Fujikura Ltd
Current assignee: Electric Power Development Co Ltd; Fujikura Ltd
Priority date: 1997-10-09
Filing date: 1997-10-09
Publication date: 2006-07-12
Anticipated expiration: 2017-10-09
Also published as: JPH11120836A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外部導体（中性線）を有する直流電力同軸ケーブルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
直流送電路は交流送電路に比して、略２〜３倍に送電容量を増加させることが可能である。これは、直流送電では常に最大電流を導体に流しうること、及び送電ロスが交流では導体、誘電体（絶縁体）、金属シース及び外装鉄線に大幅に生じるのに対し、直流では導体の抵抗によるいわゆるオーム損のみであるからである。
【０００３】
この様な利点から、大容量直流送電を採用されることも多い。この場合に、同一構造の直流ケーブルを中性線として使用されることがある。
【０００４】
この１条のケーブルに替えて、直流電力同軸ケーブルの外部導体を中性線として使用することが試みられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の電力同軸ケーブルの外部導体は、絶縁コアの周りに単線の導線を同心撚り巻きして形成されている。また、上述したように中性線として使用するためには単線は相当太くなり、外部導体断面積が１０００ｍｍ²越えると機械的特性、ケーブル製造上に問題が生じる。
【０００６】
また、電力同軸ケーブル特有の構造上から、外部導体にはケーブル導体とほぼ等しい断面積の導体が使用されている。
【０００７】
また、一般に電力ケーブルは有限長しか製造出来ず、一方海底ケーブルでは、総必要長を接続して船積して撚る後布設するため、ケーブルをフレキシブルジョイントである同径の工場ジョイント（以下ＦＪという）が必要である。従来の電力同軸ケーブル外部導体の同心撚り巻きではＦＪの施工が困難であった。すなわわち、特にＣＶケーブルのＦＪにおいて従来の同心撚り巻き構造の場合、ＣＶケーブル絶縁コア外部半導体層上で外部導体の素線（単線）一本づつ接続せねばならず、接続時の熱の為め、ケーブル絶縁コアに熱的な損傷を及ぼす。
【０００８】
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的とするところは、外部導体を中性線として使用できる最適な直流電力同軸ケーブルを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明にかかる直流電力同軸ケーブルは、中心の導体の外周に、内部半導電層と、絶縁体と、外部半導電層とを順次設けてなるケーブル絶縁コア上に、外部導体を多数本の撚り線を前記ケーブル絶縁コア周りに撚り巻きつけることにより形成され、その上に外部導体として必要な絶縁処理を施して形成されており、上記外部導体が多数本の撚り線を前記ケーブル絶縁コア周りにＳＺ巻きすることにより形成されていることを特徴としている。
【００１０】
また、上記外部導体断面積が、中心導体断面積の６０〜９０％であることを特徴としている。
【００１１】
また、中心の導体の外周に、内部半導電層と、絶縁体と、外部半導電層とを順次設けてなるケーブル絶縁コア上に、帰路電流回路としての外部導体を、多数本の撚り線を前記ケーブル絶縁コア周りに撚り巻きつけることにより形成され、その上に半導電層を介して外部導体の絶縁体層、鉛被、防食層を順次設けた構成であることを特徴とするものである。
【００１２】
上記の構成を有する本発明の直流電力同軸ケーブルにおいては、外部導体を直流ケーブル中性線として使用しても、中性線として必要な相当大きな断面積となるが、外部導体を多数の細い素線を撚った撚線を絶縁コア周りに撚り巻きしているので、可撓性があり、ケーブル機械的特性の向上、ケーブル製造の作業性の向上等に有効に作用することができる。
【００１３】
また、直流ケーブル外部導体にはケーブル導体と同一の逆向きの電流が流れるのであるから、基本的には中心導体と同じ断面積を必要とするわけであるが、同軸ケーブル構造上、外部導体と中心導体とからの熱放散の熱抵抗の違いから、外部導体の断面積は中心導体の断面積より小さくてよい。その最適な外部導体断面積と導体断面積との比は、布設環境により０．６〜０．９の範囲である。
【００１４】
また、外部導体を多数本の撚線を絶縁コアの周りにＳＺ撚り巻きとしているので、ＦＪの外部導体の接続は、絶縁コア周りに巻きつけられている撚線を絶縁コアから離して溶接接続し、溶接接続後前記撚線を絶縁コア上に戻すことが出来る。
【００１５】
したがって、接続時の熱の為め絶縁コアに与える熱的損傷を確実に防止することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１及び図２は本発明に係る直流電力同軸ケーブルの一実施形態を示す。図に示すように、直流電力同軸ケーブル１はケーブル導体２上に内部半導電層３、架橋ポリエチレン絶縁体層４および外部半導電層５が順次設けられ、通常内部半導電層３、架橋ポリエチレン絶縁体層４および外部半導電層５は同時押出法により形成され、内部半導電層３と架橋ポリエチレン絶縁体層４との間、ならびに架橋ポリエチレン絶縁体層４と外部半導電層５との間は一体化されている。
【００１７】
外部半導電層５の外周には銅撚線の多数本を絶縁コア周りに撚巻きされてなる外部導体６が設けられ、この外部導体６は、例えば、銅素線２．６ｍｍφ×１９本の撚線の２０本を絶縁コア外周にＳＺ撚り巻きすることにより形成されている。また、この外部導体の総断面積は、ケーブル導体２の断面積の６０〜９０％の断面積に設定されている。
【００１８】
上記の例では、導体断面積２５００ｍｍ²外部導体断面積の２０００ｍ²であって、外部導体の総断面積は導体断面積の８０％に設定されている。
【００１９】
これは後述するが、導体断面積と外部導体断面積の和が一定とした場合の直流ケーブル送電容量増大に適した断面積割合である。
【００２０】
さらに、外部導体６の上に、半導電層７を介して外部導体の絶縁層として架橋ポリエチレン絶縁体層８が設けられ、その上に鉛被９、防食層１０、鉄線鎧装１１が施されている。
【００２１】
外部導体の絶縁体層８の厚さは、例えば、ケーブル絶縁体層４の厚さを２５ｍｍとすれば、５ｍｍ程度である。
【００２２】
上記の構成の直流電力同軸ケーブルは、外部導体を帰路電流回路として使用できるので、中性線ケーブルを布設する必要がない。
【００２３】
直流ケーブルの場合、中心導体と外部導体に逆向きに同一の電流が流れる。従って、外部導体は、基本的には中心導体と同じ断面積となるが、ケーブル構造上中心導体と外部導体とからの熱放散の熱抵抗の違いから、最適外部導体の断面積は中心導体の断面積より小さくてよい。その最適断面積比を図５に示す。
【００２４】
図５を求めた計算過程を示すと、直流ケーブルにおいて、次の式が成立する。
【数１】

ｒ₁，ｒ₂の温度特性を無視すれば、導体断面積をＡ₁，外部導体断面積をＡ₂として、
【数２】

として、計算すると（２）式となる。
【００２５】
【数３】

（２）式において、Ｉを最大とする為めには、ΔＴ，Ａ₀，Ｋ，Ｒ₁は一定であるからｆ（ｘ）を最小とするｘであればよい。
【００２６】
すなわち、導体断面積＋外部導体断面積＝一定として、外部絶縁体熱抵抗（防食層、土壌等熱抵抗含む）とケーブル絶縁体熱抵抗との比に対して、最適外部導体断面積比は０．６〜０．９である。上記熱抵抗の比はケーブル布設環境により変り標準としてこの熱抵抗比は２程度とされている。
【００２７】
また、従来の外部導体は図４に示すように外部導体１６はケーブル絶縁コア１００の外周に銅素線を同心撚りして巻かれていた。
【００２８】
ＦＪに於て銅素線を接続する場合、図４（イ）に示すケーブル絶縁コア１００上にてケーブル軸に沿って各銅素線を溶接（銅ろうまたは、銀ろう）接続するか、図４（ロ）に示すケーブル絶縁コア１００上にてケーブル周りに沿って各銅素線を溶接接続していた。
【００２９】
その結果、接続時の熱の為、ケーブル絶縁コア１００に熱的損傷を及ぼすことになる。
【００３０】
ちなみに、銅素線の接続は銅ろう、又は銀ろう接続であり、その温度は２００℃以上となり絶縁体の架橋ポリエチレンの融点を越える。
【００３１】
本発明の外部導体は撚り方向をＳＺ巻きとしているので、ＦＪにおいて銅撚線を接続する場合、図３に示すように、外部導体６の銅撚線をケーブル絶縁コアから離して溶接接続を行い、溶接接続後ケーブル絶縁コア上に戻して収める（図面の裏面点線の位置に収める）ことができる。
【００３２】
従って、溶接接続時の熱の影響をケーブル絶縁コアに及ぼすことはない。
【００３３】
なお、外部導体の撚り線は、図６に示すようにＤ形に成形した圧縮導体でもよい、この場合は、ケーブル外径を小さくできるメリットがある。
【００３４】
また、上記実施形態は外部導体をＳＺ撚り巻きについて説明したが、本発明は外部導体を同心撚り巻きしたものについても適用されるものである。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る直流電力同軸ケーブルによれば、外部導体を帰路電流回路として使用できるので、中性線ケーブルを布設する必要がない。
【００３６】
外部導体を多数の細い素線を撚った撚線を絶縁コア周りに撚り巻きしているので、可撓性がありケーブル機械特性が向上し、ケーブル製造がより容易となる。
【００３７】
また、導体断面積と外部導体断面積との比を最適なものとし、最適なケーブルサイズにコンパクト化できる。
【００３８】
また、外部導体を絶縁コアの周りにＳＺ撚り巻きとした場合、直流電力同軸ケーブルのＦＪの施工が容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る直流電力同軸ケーブルの一実施形態を示すケーブルの断面図である。
【図２】図１に示す直流電力同軸ケーブルの構造を示す斜視図である。
【図３】本発明に係る直流電力同軸ケーブルの外部導体のＦＪの説明図である。
【図４】従来の電力同軸ケーブル外部導体のＦＪの説明図である。
【図５】本発明に係る直流電力同軸ケーブルの最適な導体と外部導体との断面積比を示すグラフである。
【図６】本発明に係る直流電力同軸ケーブルの他の実施の形態を示すケーブルの断面図である。
【符号の説明】
１直流電力同軸ケーブル
２ケーブル導体
３内部半導電層
４ケーブル絶縁体層
５外部半導電層
６，１６外部導体
８外部導体絶縁体層
９鉛被
１０防食層
１１鉄線鎧装

Claims

中心の導体の外周に、内部半導電層と、絶縁体と、外部半導電層とを順次設けてなるケーブル絶縁コア上に、外部導体を多数本の撚り線を前記ケーブル絶縁コア周りに撚り巻きつけることにより形成され、その上に外部導体として必要な絶縁処理を施して形成されており、上記外部導体が多数本の撚り線をケーブル絶縁コア周りにＳＺ巻きすることにより形成されていることを特徴とする直流電力同軸ケーブル。
中心の導体の外周に、内部半導電層と、絶縁体と、外部半導電層とを順次設けてなるケーブル絶縁コア上に、帰路電流回路としての外部導体を、多数本の撚り線を前記ケーブル絶縁コア周りに撚り巻きつけることにより形成され、その上に半導電層を介して外部導体の絶縁体層、鉛被、防食層を順次設けた構成であることを特徴とする直流電力同軸ケーブル。
上記外部導体断面積が中心導体断面積の６０〜９０％であることを特徴とする請求項１又は２記載の直流電力同軸ケーブル。