JP3822331B2

JP3822331B2 - 中性線複合直流電力ケーブル及び直流電力ケーブル線路

Info

Publication number: JP3822331B2
Application number: JP27774097A
Authority: JP
Inventors: 隆行平澤; 宏山之内
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: 2006-09-20
Anticipated expiration: 2017-10-09
Also published as: JPH11120837A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は中性線複合直流電力ケーブルの構造及びそれを使用する直流電力ケーブル線路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
直流電力ケーブルの従来の運用法は図１２〜図１４に示すようなものである。図１２は１条の直流電力ケーブル１０５で、交流／直流変換器１０３にて直流変換した直流Ｉを高圧送電し、交流／直流変換器１０３から大地又は海水を直流Ｉの帰路回路とする単極運転方式の線路である。
【０００３】
図１３は１条の直流電力ケーブル１０５と、極めて低絶縁の直流電力ケーブル１０７の１条と計２条を別個に布設し、前記低圧ケーブル１０７を帰路回路とした単極運転方式の線路である。
【０００４】
図１４は直流電力ケーブルの２条１０５Ａ，１０５Ｂを布設し、それぞれ（＋）極，（−）極として中性点を大地又は海水接地した、あるいは低圧直流ケーブル１０７を中性線とした直流双極運転方式の路線である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来の直流電力ケーブル線路のうち、大地（海水）帰路は、単極運転の送電によく用いられるが、大地帰路は大地電位の変動、周辺構築物の電気腐食等、海水帰路はコンパスエラー、魚類への影響等の悪影響を及ぼす危険性があり、帰線ケーブルを用いる場合が多い。
【０００６】
従って単極運転の場合最低２条のケーブル、双極運転の場合３条のケーブルを布設する必要があり、布設スペースの増大、また、ケーブル１条分の資材、加工費用及び布設費用が帰路回路分だけ増大し、布設工期も長くなる。
【０００７】
また、ケーブルを流れる直流電流による磁界により布設場所近くではコンパスエラーが生じることもある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は上述の問題点を解消し、中性線用としてのケーブルを用いることなく、また、直流電力ケーブル外部に磁界を発生させない中性線複合直流電力ケーブル及び直流電力ケーブル線路を提供するものである。
【０００９】
本発明の特徴とするところは、ケーブル中心導体の外周同軸上の主絶縁層とシースとの間に、中性線導体を設けたケーブル構造としたことである。
【００１０】
また、前記中性線導体の総断面積を前記ケーブル中心導体の断面積の５０〜１００％としたケーブル構造である。
【００１１】
さらにまた、前記ケーブル構造の中性線導体を直流送電における接地側帰路電流回路とした直流電力ケーブル線路である。
【００１２】
上記ケーブル構造であることにより、すなわち、ケーブル中心線導体と中性導体とが同軸に配置されることによりケーブル自身から外部に直流磁界がもれない。
【００１３】
また、中心導体と中性線導体に逆向きに同一の電流が流れる（単極送電の場合）ので、中性線導体は基本的には中心導体と同じ断面積を必要とされるが、上記のケーブル構造であることから、中心導体と中性線導体とからの熱放散の熱抵抗の違いにより、最適中性線導体の断面積は中心導体の断面積より小さくてよい。
【００１４】
直流ケーブルにおいて、次の式が成立する。
【００１５】
【数１】

ｒ₁，ｒ₂の温度特性を無視すれば、導体断面積をＡ₁、中性線導体をＡ₂として、Ａ₁＋Ａ₂＝Ａ₀（一定）、ｍ＝Ｒ₂／Ｒ₁，ｒ₁＝Ｋ／Ａ₁，ｒ₂＝Ｋ／Ａ₂，Ｘ＝Ａ₂／Ａ₁とおいて計算すると（１）式は（２）式となる。
【００１６】
【数２】

（２）式において、Ｉを最大とする為には、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。
【００１７】
すなわち、外部絶縁体熱抵抗（防食層、土壌等の熱抵抗含む）とケーブル絶縁体熱抵抗との比に対応して、最適中性線導体断面積比Ｘは０．５〜１．０である。
【００１８】
また、上記ケーブル構造の中性線導体を直流送電における帰路電流回路とすることにより、従来のように、中性線ケーブルを布設する必要がない。
【００１９】
従って、布設スペースの減少、ケーブル１条分の費用及び布設に要する費用を削減することができる。
【００２０】
【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。
【００２１】
先ず本発明請求項１に係る中性線複合直流電力ケーブルについて説明する。図１は請求項１に係る中性線複合直流ＣＶケーブルの断面を示す。図に於て、ケーブル導体１に、内部半導電層，架橋ポリエチレン絶縁体層及び外部半導電層からなる絶縁層２が設けられる。通常内部半導電層，架橋ポリエチレン絶縁体層及び外部半導電層は同時押出法により形成され、この３層間は一体化されている。絶縁層２の主絶縁には直流用絶縁材料、例えばカーボン充填架橋ポリエチレンや変成ポレオリフィン等を使用できることは勿論である。
【００２２】
絶縁層２の外周には多数の銅線からなる中性線導体３が横巻きして設けられている。
【００２３】
中性線導体３の上に中性線として必要な絶縁層としてポリエチレン絶縁体層４（厚さ２〜７ｍｍ）が設けられ、その上に鉛被５，防食層６を施されている。
【００２４】
海底ケーブルとなる場合は、防食層外周に座床，鉄線装外，サービング層を施す。
【００２５】
次に本発明請求項２に係る中性線複合直流電力ケーブルについて説明する。図２，図３，及び図４は請求項２に係る中性線複合直流電力ケーブルであって、図２は直流ＣＶケーブル、図３は直流ＯＦケーブル、図４は直流ＭＩＮＤケーブルの断面を示す。図２において、図１と同様に構成された絶縁層２の外周に鉛被５を設け、その上に半導電テープ巻層を介して多数の銅線からなる中性線導体３が横巻きして設けられている。また、この中性線導体の総断面積は、主導体１の断面積の５０〜１００％の断面積に設定されている。中性線導体３の上に中性線絶縁のポリエチレン（ＰＥ）絶縁体層４が当該絶縁体層４の内側、外側に半導電テープ巻を施して設けられる。海底ケーブルとなる場合は他に遮水層，座床，鉄線装外，サービング層を設ける。
【００２６】
次に直流ＯＦケーブルの図３において、油通路１２を有する主導体１１の周りに、絶縁紙（半合成紙含む）の巻層からなる絶縁層１３が設けられ、その上に鉛被１４が施される。その上に多数の銅線からなる中性線導体１５が横巻きして設けられる。この中性線導体の総断面積は主導体１１の断面積とほぼ同一に設定される。そしてその上にポリエチレン絶縁体層１６が当該ポリエチレン絶縁体層１６の内側，外側に半導電テープ巻を施して設けられる。さらに必要な装外（図示せず）が施される。
【００２７】
次に直流ＭＩＮＤケーブルの図４において、主導体２１の周りに、油浸紙の巻層からなる絶縁層２２が設けられ、その上に鉛被２３が施される。その上に多数の銅線からなる中性線導体２４が横巻きして設けられる。この中性線導体の総断面積は主導体２１の断面積とほぼ同一に設定される。この中性線導体２４の上にポリエチレン絶縁体層２５が当該ポリエチレン絶縁体層２５の内側，外側に半導電テープ巻を施して設けられる。さらに、必要ならば、座床，鉄線，サービング層の装外が施される。
【００２８】
次に図５，図６，図７に記載の中性線複合直流電力ケーブルについて説明する。図５，図６，及び図７において、図５は直流ＣＶケーブル，図６は直流ＯＦケーブル，図７は直流ＭＩＮＤケーブルの断面を示す。
【００２９】
なお、図５以下においては、同種のケーブルの同一物には図１〜図４と同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００３０】
図５において、図２と同様に構成された主導体１の周りに絶縁層２，鉛被５と順次構成されたケーブル上にポリエチレン（ＰＥ）絶縁層４を設け、その上に中性線導体３を設ける。中性線導体３の上にも、ＰＥ絶縁層４を設ける。
【００３１】
図６において、油通路１２を有する主導体１１の周りに、絶縁層１３，鉛被補強層１４を順次施したケーブル上にＰＥ絶縁層１６を施し、その上に中性線導体１５を設け、そらにその上にＰＥ絶縁層１６を設ける構造としている。
【００３２】
図７において、主導体２１の周りに、絶縁層２２、鉛被補強層２３を順次施したケーブル上にＰＥ絶縁層２５を施し、その上に中性線導体２４を設け、さらにその上にＰＥ絶縁層２５を設ける構造としている。
【００３３】
なお、図５，図６，図７においても、さらに、海底ケーブル等の場合に、座床，鉄線，サービング層の装外が施される。
【００３４】
次に図８，図９に記載の中性線複合直流電力ケーブルについて説明する。図８及び図９において、図８は直流ＯＦケーブル，図９は直流ＭＩＮＤケーブルの断面を示す。
【００３５】
図８の直流ＯＦケーブルは油通路１２を有する主導体１１の周りに、絶縁層１３，鉛被１４，中性線導体１５，ＰＥ絶縁層１６，鉛被１４，ＰＥ絶縁層１６と順次設けた構造としている。
【００３６】
図９の直流ＭＩＮＤケーブルは主導体２１の周りに、絶縁層２２，鉛被２３，中性線導体２４，ＰＥ絶縁層２５，鉛被２３，ＰＥ絶縁層２５と順次設けた構造としている。
【００３７】
なお、図８，図９においても、さらにこの上に、海底ケーブル等の場合に、座床，鉄線，サービング層の装外が施される。
【００３８】
次に直流電力ケーブル線路について説明する。図１０は上述した各中性線複合直流電力ケーブル１０１の中性線導体を直流送電接地側帰路電流回路として用いた、単極運転の場合の線路であり、図１１は同様に少なくとも１条の上述した各中性線複合直流電力ケーブル１０１を用い、中性線導体を帰路電流回路として用いた双極運転の場合の線路である。なお、１０３は直流変換器，１０５は直流電力ケーブルである。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の中性線複合直流電力ケーブル構造であることにより、即ち、ケーブル導体と中性線導体とが同軸に配置されることによりケーブル自身から外部に直流磁界がもれない。
【００４０】
また、中性線導体は基本的には中心導体と同じ断面積を必要とされるが、上記の同軸構造であることから、中心導体と中性線導体とからの熱放散の熱抵抗の違いにより、最適中性線導体の断面積は中心導体の断面積より小さくてよい。本発明によれば最適断面積の中性線導体とすることができる。
【００４１】
また、上記ケーブル構造の中性線導体を直流送電における帰路電流回路とすることにより、従来の中性線ケーブルを布設する必要がない。従って、布設条数が減るので布設スペースの減少，ケーブル１条分の費用及び布設に要する費用を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る中性線複合直流電力ケーブルのＣＶケーブルの一実施形態を示す横断面図である。
【図２】本発明に係る中性線複合直流電力ケーブルのＣＶケーブルの他の実施形態を示す横断面図である。
【図３】本発明に係る中性線複合直流電力ケーブルのＯＦケーブルの一実施形態を示す横断面図である。
【図４】本発明に係る中性線複合直流電力ケーブルのＭＩＮＤケーブルの一実施形態を示す横断面図である。
【図５】本発明に係る中性線複合直流電力ケーブルのＣＶケーブルの他の実施形態を示す横断面図である。
【図６】本発明に係る中性線複合直流電力ケーブルのＯＦケーブルの他の実施形態を示す横断面図である。
【図７】本発明に係る中性線複合直流電力ケーブルのＭＩＮＤケーブルの他の実施形態を示す横断面図である。
【図８】本発明に係る中性線複合直流電力ケーブルのＯＦケーブルの他の実施形態を示す横断面図である。
【図９】本発明に係る中性線複合直流電力ケーブルのＭＩＮＤケーブルの他の実施形態を示す横断面図である。
【図１０】本発明に係る単極運転の場合の直流電力ケーブル線路の説明図である。
【図１１】本発明に係る双極運転の場合の直流電力ケーブル線路の説明図である。
【図１２】従来の単極運転方式の直流電力ケーブル線路の説明図である。
【図１３】従来の単極運転方式の他の直流電力ケーブル線路の説明図である。
【図１４】従来の双極運転方式の直流電力ケーブル線路の説明図である。
【符号の説明】
１，１１，２１ケーブル導体
２，１３，２２ケーブル絶縁層
３，１５，２４中性線導体
４，１６，２５中性線ＰＥ絶縁層
５，１４，２３鉛被
１０１中性線複合直流電力ケーブル
１０３交流／直流変換器

Claims

ケーブル中心の主導体外周に、主絶縁層、その上に中性線導体、その上に中性線絶縁層、その上に鉛被及び防食層を順次同軸に設けてなることを特徴とする中性線複合直流電力ケーブル。
ケーブル中心の主導体外周に、主絶縁層その上に鉛被、その上に半導電テープ巻層を介して中性線導体、この中性線導体上に、中性線絶縁層を、当該中性線絶縁層の内側，外側に半導電テープ巻を施して順次同軸に設けてなることを特徴とする中性線複合直流電力ケーブル。
請求項１又は２記載の中性線複合直流電力ケーブルの中性線導体を直流送電接地側帰路電流回路として用いることを特徴とする直流電力ケーブル線路。