JP3895398B2

JP3895398B2 - Power cable

Info

Publication number: JP3895398B2
Application number: JP14160096A
Authority: JP
Inventors: 徹籠浦
Original assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Current assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Priority date: 1996-06-04
Filing date: 1996-06-04
Publication date: 2007-03-22
Anticipated expiration: 2016-06-04
Also published as: JPH09320353A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は主に電力ケーブルに関するものであり、その外径縮小化を目的としてなされたものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電力ケーブルには必要に応じて、機械強度・耐食性・可撓性・水密性・導電性を兼備し、望ましくは故障電流の帰路として必要な電流容量を有する金属被覆層( 以下、金属被と称す））が設けられている。図１（ａ）は、従来の電力ケーブルの断面図であり、図中、符号１は導体、符号２は絶縁層、符号３はケーブルコア、符号４は金属被、符号５は防食層である。前記金属被４にはアルミ、ステンレス等が使用されている。アルミ被はその固有抵抗が小さいため、故障電流帰路として十分な機能をも有している。一方、ステンレス被はその固有抵抗がアルミに比べて大きいため、故障電流の帰路として軟銅線からなるワイヤシールド層がステンレス被の内側に設けられている。
【０００３】
これらの金属被４には主に可撓性を得るために、図１（ｂ）、（ｃ）に示すように、正弦波形状の波付け加工がなされている。その波高さｈは、必要な可撓性を得るために、経験的に（１）式に示すように下径Ｄに対して約５〜６％以上の波高さを設けている。
ｈ＝( ０. ０５〜０. ０６) Ｄ・・・・・（１）
【０００４】
２７５ｋＶ以上の超高圧ケーブルでは、絶縁層の厚さが約３０ｍｍ程度必要であるため下径Ｄは最低でも９０ｍｍ以上となり、１１０〜１５０ｍｍが一般的な下径である。従ってＤ＝１１０ｍｍとした場合、波高さｈは５. ５〜６. ６ｍｍ以上となり、金属被の厚さを無視しても、ケーブル外径を１１〜１３ｍｍ程度大きくしている。
【０００５】
金属被の厚さに関しては、アルミ被（引張り強度：約８４ＭＰａ) の場合、絶縁層の熱膨張、巻き取りの際の側圧を考慮した機械的条件から、必要な厚さは（２）式を用いて設計がなされている。
ｔ＝( Ｄ／５０) ＋０. ６・・・・・（２）
ｔ：アルミ被の厚さ（ｍｍ)
Ｄ：下径（ｍｍ)
従って、従来の設計では下径Ｄが大きくなるほどアルミ被を厚くする必要があり、Ｄ＝１１０ｍｍとすれば厚さｔは２. ８ｍｍとなり、先に説明した波高さｈ( ５. ５〜６. ６ｍｍ) と厚さｔによってケーブル外径を１７〜１９ｍｍ程度大きくしている。
【０００６】
一方、金属被の厚さを故障電流容量を確保するという電気的条件から求めると、必要な金属被の厚さは（３）式で示される。
ｔ≧Ａ／πＤＢ・・・・・（３）
ここで、ｔ：金属被の厚さ
Ａ：故障電流容量に必要な銅の断面積
Ｂ：金属被の導電率（銅の導電率に対する比率）
Ｄ：下径
従って、アルミ被の厚さは、上記（２）式から得られる厚さと、（３）式を満足する最小の厚さを比較して、大きい方の厚さとする。
【０００７】
ステンレス被の場合は、アルミ被に比べ機械強度が優れていることから、その厚さは機械的加工性を考慮して０. ８〜１. ０ｍｍを標準的な厚さとしており、厚さがケーブル外径を大きくする要因とはなっていない。ただしステンレスの固有抵抗はアルミに比べて大きいため、通常内側にワイヤシールド層を設ける必要があり、このことがケーブル外径を大きくする要因となっている。例えば２７５ｋＶクラスでは、ワイヤシールド層として軟銅線で２. ０ｍｍφ、８０本必要となることで、下径Ｄを４ｍｍ大きくし、波高さ、厚さ、ワイヤシールド層を含めてケーブル外径を約１７〜２０ｍｍ程度大きくしている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術で説明したように、金属被の厚さ、波高さ、ワイヤシールド層( ステンレス被のみ) が電力ケーブルの外径を大きくしている。ケーブル外径が大きくなることは、ケーブルの巻取り、輸送、布設等で設備・スペースの大型化、ケーブルハンドリングの困難さ等の問題を発生させるため、ケーブルの外径縮小化が課題となっている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記問題点を解決すべくなされたもので、導体外周に少なくとも絶縁層が施されたケーブルコアと、その外側に施された金属被覆層と、さらにその外側に施された防食層とを有する電力ケーブルにおいて、前記金属被覆層は波付け加工を施したＺｎ含有量が５．５％以下のＣｕ−Ｚｎ合金被覆層であることを特徴とするものである。
本発明は、Ｃｕ合金のなかでも最も多量に生産され、高い導電性を有し、機械的強度に優れたＣｕ−Ｚｎ合金を電力ケーブルの金属被覆層に用いて、電力ケーブルの外径を従来よりも縮小したものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
先ず、比較例としてのアルミ被の厚さを求めておく。前述のように、アルミ被の厚さは、前記（２）式から得られる厚さと、（３）式を満足する最小の厚さを比較して、大きい方の厚さとなる。そこで、２７５ｋＶクラスの電力ケーブルにおいて、（３）式でアルミの導電率Ｂ（銅の導電率に対する比率）＝０．６１、Ａ＝２５０ｍｍ²（軟銅線２．０φ×８０本）とすると、下径Ｄが９０ｍｍ〜１５０ｍｍにおいて、（３）式を満足する最小の厚さよりも（２）式の値の方が大きくなる。また、５００ｋＶクラスの電力ケーブルにおいても、Ａ＝３６０ｍｍ²（軟銅線２．４φ×８０本）とすると、下径Ｄが９０ｍｍ〜１５０ｍｍにおいて、（３）式を満足する最小の厚さよりも（２）式の値の方が大きくなる。従って、アルミ被の厚さは（２）式で定まることになる。この結果を表１に示す。
【００１１】
次に、Ｃｕ−Ｚｎ合金被覆層の厚さが電気的条件において、比較例よりも小さくなる条件を求める。言い換えると、（３）式を満足する最小の厚さが比較例と同等になる導電率Ｂ₀を求め、この導電率Ｂ₀よりも大きい導電率のＣｕ−Ｚｎ合金で被覆層を形成すればよい。下径Ｄが９０ｍｍ〜１５０ｍｍにおける導電率Ｂ₀の値を表１に示す。
【００１２】

【００１３】
表１より、２７５ｋＶクラスではＣｕ−Ｚｎ合金の導電率が３８％以上であれば、従来のアルミ被より厚さを薄くする事ができる。また、５００ｋＶクラスでは５４％以上の導電率であれば、従来のアルミ被より厚さを薄くすることができる。従って、Ｃｕ−Ｚｎ合金の導電率を５４％以上とすれば、いずれのクラスにおいても、従来のアルミ被より厚さを薄くすることができる。また、Ｃｕ−Ｚｎ合金の導電率を６１％（アルミの導電率と同等）以上としてもよいことはいうまでもない。
なお、Ｃｕ−Ｚｎ合金の組成からみると、導電率５４％以上の合金はＺｎ含有量が５. ５％以下に相当し、導電率が６１％以上の合金はＺｎ含有量が３. ９％以下に相当する。
【００１４】
次に、Ｃｕ−Ｚｎ合金被覆層の厚さが機械的条件において、比較例よりも小さくなる条件を求める。その条件は以下の（４）式で示すことができる。即ち、
ｔ≧Ｔ_Alｔ_Al／Ｔα ・・・・・（４）
ここで、ｔ：Ｃｕ−Ｚｎ合金厚さ
Ｔ_Al：アルミ引張り強度( 約８４ＭＰａ)
ｔ_Al：（２）式から設定される下径ＤでのＡｌ被厚さ
Ｔα：Ｚｎ含有量α％でのＣｕ−Ｚｎ合金引張り強度
従来の技術の項で説明したように、アルミ被の機械的条件から設定される厚さは、（２）式で示される。そこで、Ｃｕ−Ｚｎ合金被覆層がアルミ被と同等以上の機械的強度を有するための条件が（４）式である。
【００１５】
以上より、Ｃｕ−Ｚｎ合金被覆層の最小厚さは、電気的条件を示す（３）式と機械的条件を示す（４）式から算出される厚さの大きい方の値となる。例として、２７５ｋＶおよび５００ｋＶクラスの電力ケーブルについて、下径Ｄが９０〜１５０ｍｍの範囲で、電気的条件と機械的条件をともに満足するＣｕ−３．９％Ｚｎ合金被覆層（導電率６１％、引張り強度：２０２ＭＰａ）の最小厚さを求め、その結果を表２に示す。表２からわかるように、Ｃｕ−３．９％Ｚｎ合金被覆層の厚さは、２７５ｋＶおよび５００ｋＶクラスのいずれの電力ケーブルにおいても、下径Ｄが９０〜１５０ｍｍの範囲で、従来のアルミ被の厚さよりも小さくなる。
【００１６】

【００１７】
次に、必要な可撓性を得るためのＣｕ−３. ９％Ｚｎ合金厚さｔと波高さｈの関係を実験的に求めた。その結果は以下の通りである。
下径Ｄが９０ｍｍでは、波高さｈは厚さが１．５ｍｍ（２７５ｋＶクラス）において３．６ｍｍ以上、厚さが２．１ｍｍ（５００ｋＶクラス）において５．０ｍｍ以上であった。
また、下径Ｄが１１０ｍｍでは、波高さｈは厚さが１．２ｍｍ（２７５ｋＶクラス）において３．３ｍｍ以上、厚さが１．８ｍｍ（５００ｋＶクラス）において４．４ｍｍ以上であった。
また、下径Ｄが１３０ｍｍでは、波高さｈは厚さが１．４ｍｍ（２７５ｋＶクラス）および厚さが１．５ｍｍ（５００ｋＶクラス）ともに３．９ｍｍ以上であった。
さらに、下径Ｄが１５０ｍｍでは、波高さｈは厚さが１．５ｍｍ（２７５ｋＶクラスおよび５００ｋＶクラス）において４．５ｍｍ以上であった。
ここで、比較例として、アルミ被の波高さｈを（１）式から、ｈ＝０．０５５Ｄとした。さらに、ステンレス被の場合について、下径Ｄをワイヤーシールド層を考慮して４ｍｍ大きくして、同様にして求めた。その結果を表３に示す。
【００１８】

【００１９】
以上述べてきた金属被の厚さおよび波高さから、得られた金属被の外径は表４に示すようになる。ここで、ステンレス被については、厚さを０．８ｍｍと一定にし、ワイヤーシールド層を２ｍｍとした。
表４からわかるように、Ｃｕ−３．９％Ｚｎ合金被の外径は、下径Ｄ(mm)が９０ｍｍ、５００ｋＶの場合にアルミ被と同等になる他は、アルミ被およびステンレス被のいずれの外径よりも小さくなり、外径は縮径される。
なお、Ｃｕ−Ｚｎ合金の組成は上記実施形態に限定されるものではない。
【００２０】

【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、導体外周に少なくとも絶縁層が施されたケーブルコアと、その外側に施された金属被覆層と、さらにその外側に施された防食層とを有する電力ケーブルにおいて、前記金属被覆層が波付け加工を施したＺｎ含有量が５．５％以下のＣｕ−Ｚｎ合金被覆層であるため、電力ケーブルの外径が従来よりも縮小するという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、電力ケーブルの断面説明図、金属被覆層の側面図、金属被覆層の断面説明図である。
【符号の説明】
１導体
２絶縁層
３ケーブルコア
４金属被覆層
５防食層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention mainly relates to a power cable, and has been made for the purpose of reducing the outer diameter thereof.
[0002]
[Prior art]
A conventional power cable has mechanical strength, corrosion resistance, flexibility, water tightness, and electrical conductivity as needed, and preferably has a metal coating layer (hereinafter referred to as a metal coating layer) having a current capacity necessary as a return path for a fault current. ))) Is provided. FIG. 1A is a cross-sectional view of a conventional power cable, in which reference numeral 1 is a conductor, reference numeral 2 is an insulating layer, reference numeral 3 is a cable core, reference numeral 4 is a metal sheath, and reference numeral 5 is an anticorrosion layer. . The metal cover 4 is made of aluminum, stainless steel or the like. Since the aluminum sheath has a small specific resistance, it also has a sufficient function as a fault current return path. On the other hand, since the specific resistance of the stainless steel sheath is larger than that of aluminum, a wire shield layer made of annealed copper wire is provided inside the stainless steel sheath as a return path for the fault current.
[0003]
In order to mainly obtain flexibility, these metal covers 4 are subjected to a sinusoidal corrugation process as shown in FIGS. The wave height h has a wave height of about 5 to 6% or more with respect to the lower diameter D as empirically shown in the formula (1) in order to obtain necessary flexibility.
h = (0.05-0.06) D (1)
[0004]
In an ultra-high voltage cable of 275 kV or more, the thickness of the insulating layer is required to be about 30 mm, so the lower diameter D is 90 mm or more at a minimum, and 110 to 150 mm is a general lower diameter. Accordingly, when D = 110 mm, the wave height h is 5.5 to 6.6 mm or more, and the outer diameter of the cable is increased by about 11 to 13 mm even if the thickness of the metal cover is ignored.
[0005]
As for the thickness of the metal coating, in the case of an aluminum coating (tensile strength: about 84 MPa), the required thickness is calculated by formula (2) from the mechanical conditions considering the thermal expansion of the insulating layer and the lateral pressure during winding. Designed using it.
t = (D / 50) +0.6 (2)
t: Aluminum cover thickness (mm)
D: Lower diameter (mm)
Therefore, in the conventional design, it is necessary to increase the thickness of the aluminum cover as the lower diameter D becomes larger. If D = 110 mm, the thickness t becomes 2.8 mm, and the wave height h (5.5 to 6. 6 mm) and thickness t increase the outer diameter of the cable by about 17 to 19 mm.
[0006]
On the other hand, when the thickness of the metal coating is obtained from the electrical condition of ensuring the fault current capacity, the required thickness of the metal coating is expressed by equation (3).
t ≧ A / πDB (3)
Where, t: thickness of metal coating A: cross-sectional area of copper necessary for fault current capacity B: conductivity of metal coating (ratio to copper conductivity)
D: Lower diameter Accordingly, the thickness of the aluminum cover is set to a larger thickness by comparing the thickness obtained from the above formula (2) with the minimum thickness satisfying the formula (3).
[0007]
In the case of a stainless steel cover, the mechanical strength is superior to that of an aluminum cover. Therefore, the thickness is set to a standard thickness of 0.8 to 1.0 mm in consideration of mechanical workability. It is not a factor to increase the cable outer diameter. However, since the specific resistance of stainless steel is larger than that of aluminum, it is usually necessary to provide a wire shield layer on the inner side, which is a factor for increasing the outer diameter of the cable. For example, in the 275 kV class, 80 mm of soft copper wire is required as a wire shield layer, so that the lower diameter D is increased by 4 mm, and the outer diameter of the cable including the wave height, thickness, and wire shield layer is about 17 mm. It is about 20 mm larger.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
As explained in the prior art, the thickness, wave height, and wire shield layer (stainless steel only) of the metal sheath increase the outer diameter of the power cable. Increasing the cable outer diameter causes problems such as cable winding, transportation, laying, etc., increasing the size of facilities and spaces, difficulty in cable handling, etc. Yes.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made to solve the above problems, a cable core having at least an insulating layer applied to the outer periphery of the conductor, a metal coating layer applied to the outside thereof, and a corrosion protection layer applied to the outside thereof. The metal coating layer is a Cu—Zn alloy coating layer having a Zn content of 5.5% or less subjected to corrugation.
The present invention uses the Cu-Zn alloy, which is produced in the largest amount among Cu alloys, has high conductivity, and has excellent mechanical strength, as the metal coating layer of the power cable. It is a smaller one.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
First, the thickness of the aluminum cover as a comparative example is obtained. As described above, the thickness of the aluminum cover is a larger thickness by comparing the thickness obtained from the equation (2) with the minimum thickness satisfying the equation (3). Therefore, in the power cable of 275 kV class, when the electrical conductivity B of aluminum (ratio to the electrical conductivity of copper) = 0.61 and A = 250 mm ² (soft copper wire 2.0φ × 80) in the formula (3), When the diameter D is 90 mm to 150 mm, the value of the formula (2) is larger than the minimum thickness that satisfies the formula (3). Further, even in a 500 kV class power cable, when A = 360 mm ² (an annealed copper wire 2.4φ × 80 wires), the lower diameter D is 90 mm to 150 mm, which is less than the minimum thickness satisfying the expression (3) (2 ) The value of the formula is larger. Therefore, the thickness of the aluminum cover is determined by equation (2). The results are shown in Table 1.
[0011]
Next, a condition is obtained in which the thickness of the Cu—Zn alloy coating layer is smaller than that of the comparative example in electrical conditions. In other words, if a conductivity B ₀ having a minimum thickness satisfying the expression (3) equal to that of the comparative example is obtained, and the coating layer is formed of a Cu—Zn alloy having a conductivity larger than this conductivity B _0. Good. Table 1 shows values of the conductivity B _{0 when} the lower diameter D is 90 mm to 150 mm.
[0012]

[0013]
From Table 1, in the 275 kV class, if the conductivity of the Cu—Zn alloy is 38% or more, the thickness can be made thinner than the conventional aluminum coating. In the 500 kV class, if the conductivity is 54% or more, the thickness can be made thinner than that of a conventional aluminum cover. Therefore, if the conductivity of the Cu—Zn alloy is set to 54% or more, the thickness can be made thinner than the conventional aluminum coating in any class. Needless to say, the conductivity of the Cu—Zn alloy may be 61% (equivalent to the conductivity of aluminum) or more.
From the viewpoint of the composition of the Cu—Zn alloy, an alloy having an electric conductivity of 54% or more corresponds to a Zn content of 5.5% or less, and an alloy having an electric conductivity of 61% or more has a Zn content of 3.9%. It corresponds to the following.
[0014]
Next, a condition is obtained in which the thickness of the Cu—Zn alloy coating layer is smaller than that of the comparative example in the mechanical condition. The condition can be expressed by the following equation (4). That is,
t ≧ T _Al t _Al / Tα (4)
Here, t: Cu—Zn alloy thickness T _Al : Aluminum tensile strength (about 84 MPa)
t _Al : Al thickness at lower diameter D set from equation (2) Tα: Cu-Zn alloy tensile strength at Zn content α% As described in the section of the prior art, the machine of aluminum coating The thickness set from the general conditions is shown by the equation (2). Therefore, the condition for the Cu—Zn alloy coating layer to have a mechanical strength equal to or higher than that of the aluminum coating is the equation (4).
[0015]
From the above, the minimum thickness of the Cu—Zn alloy coating layer is the larger value calculated from the equation (3) indicating electrical conditions and the equation (4) indicating mechanical conditions. As an example, for a power cable of 275 kV and 500 kV class, a Cu-3.9% Zn alloy coating layer (electric conductivity 61%, The minimum thickness (tensile strength: 202 MPa) was determined, and the results are shown in Table 2. As can be seen from Table 2, the thickness of the Cu-3.9% Zn alloy coating layer is within the range of the lower diameter D of 90 to 150 mm in any of the 275 kV and 500 kV class power cables. It becomes smaller than the thickness.
[0016]

[0017]
Next, the relationship between the Cu-3.9% Zn alloy thickness t and the wave height h to obtain the required flexibility was experimentally determined. The results are as follows.
When the lower diameter D was 90 mm, the wave height h was 3.6 mm or more at a thickness of 1.5 mm (275 kV class), and 5.0 mm or more at a thickness of 2.1 mm (500 kV class).
When the lower diameter D was 110 mm, the wave height h was 3.3 mm or more when the thickness was 1.2 mm (275 kV class), and 4.4 mm or more when the thickness was 1.8 mm (500 kV class).
When the lower diameter D was 130 mm, the wave height h was 3.9 mm or more for both the thickness 1.4 mm (275 kV class) and the thickness 1.5 mm (500 kV class).
Furthermore, when the lower diameter D was 150 mm, the wave height h was 4.5 mm or more at a thickness of 1.5 mm (275 kV class and 500 kV class).
Here, as a comparative example, the wave height h of the aluminum coating is set to h = 0.55D from the equation (1). Further, in the case of the stainless steel cover, the lower diameter D was increased by 4 mm in consideration of the wire shield layer, and was similarly obtained. The results are shown in Table 3.
[0018]

[0019]
Table 4 shows the outer diameter of the obtained metal coating based on the thickness and wave height of the metal coating described above. Here, about the stainless steel coating | cover, thickness was made constant with 0.8 mm, and the wire shield layer was 2 mm.
As can be seen from Table 4, the outer diameter of the Cu-3.9% Zn alloy coating is equal to that of the aluminum coating when the lower diameter D (mm) is 90 mm and 500 kV. The outer diameter is reduced, and the outer diameter is reduced.
Note that the composition of the Cu—Zn alloy is not limited to the above embodiment.
[0020]

[0021]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a power cable having a cable core having at least an insulating layer on the outer periphery of a conductor, a metal coating layer provided on the outer side thereof, and a corrosion protection layer provided on the outer side thereof. In this case, the metal coating layer is a Cu-Zn alloy coating layer having a corrugated Zn content of 5.5% or less, so that the outer diameter of the power cable is reduced more than before. .
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A to 1C are a cross-sectional explanatory diagram of a power cable, a side view of a metal coating layer, and a cross-sectional explanatory diagram of a metal coating layer, respectively.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Conductor 2 Insulation layer 3 Cable core 4 Metal coating layer 5 Anticorrosion layer

Claims

In a power cable having a cable core having at least an insulating layer applied to the outer periphery of a conductor, a metal coating layer applied to the outside of the cable core, and a corrosion protection layer applied to the outer side of the cable core, the metal coating layer is corrugated. A power cable, wherein the applied power is a Cu-Zn alloy coating layer having a Zn content of 5.5% or less .