JP3795203B2 - 直流電力同軸ケーブル - Google Patents
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Description
【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 (3)
- 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。
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