JP4680159B2 - ゴム又はプラスチック絶縁電力ケーブル - Google Patents

Description

本発明は、ＣＶケーブル等のゴム又はプラスチック絶縁電力ケーブルに関し、特に、パイプ型オイルフィルド（ＰＯＦ）ケーブルのパイプ（鋼管）を管路として流用し、このパイプ内に引き入れる遮水型のゴム又はプラスチック絶縁電力ケーブルに関する。

ゴム又はプラスチック絶縁電力ケーブルにおいて、遮水性の向上を図った電力ケーブルが知られている（例えば、特許文献１参照）。

図７は、従来の遮水型のゴム又はプラスチック絶縁電力ケーブルを示す。同図中、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線の断面図である。

図７（ａ）に示すように、この遮水型のゴム又はプラスチック絶縁電力ケーブル（以下、単に「電力ケーブル」ということがある。）１００は、導体１１と、導体１１を被覆する内部半導電層１２と、内部半導電層１２を被覆するゴムやポリエチレン等による絶縁体１３と、絶縁体１３を被覆する外部半導電層１４とより成るケーブルコアを備え、更に、外部半導電層１４を被覆する遮水層１５と、遮水層１５を被覆する絶縁性プラスチックによるシース１６とを備える。

図７（ｂ）に示すように、遮水層１５は、外部半導電層１４上にラミネートされた導電性プラスチックフィルム１５１と、導電性プラスチックフィルム１５１上に設けられた鉛、アルミニウム等による金属箔１５２と、金属箔１５２上にラミネートされた絶縁性プラスチックフィルム１５３とを備える。

この電力ケーブル１００では、更に、遮水層１５のラミネートテープに用いたプラスチックテープの１／２以下の水分透過率のプラスチックテープ（または、プラスチックテープに金属をラミネートしたラミネート体）からなるラップ接着用プラスチックテープ１７が遮水層１５のオーバーラップ部上に接着されている。

このような構成にすることにより、シース１６からの水分侵入を阻止し、電力ケーブル１００の電気特性の低下を防止することができる。

一方、ＰＯＦケーブルは、電力送電ルートに設置したパイプ（鋼管）内に複数条のケーブルを引き入れてパイプ（鋼管）内に絶縁油を満たしたものであり、大容量の地中送電線路として、従来から使用されてきたが、高い油圧の絶縁油を使用することから、油圧補償回路の設備および保守に費用がかかるほか、油漏れ等により環境に悪影響を与える可能性があること、防災面での考慮が必要になるなど、種々の問題がある。

これに対し、ＰＯＦケーブルを布設していたパイプ（鋼管）（以下、「ＰＯＦケーブル用パイプ」という。）をそのまま流用して、ＰＯＦケーブルを遮水型のゴム又はプラスチック絶縁電力ケーブルに引替えることとし、該ＰＯＦケーブル用パイプにこれを引き入れることで、油圧補償回路の設備を省略できるため、上記の問題の解決が可能になる。
実公昭６２−９６１１号公報（第３〜４頁、第４図）

しかし、従来の電力ケーブルによると、電力ケーブルをＰＯＦケーブル用パイプに布設した場合、以下に列挙する問題がある。

（ａ）ＰＯＦケーブルを特許文献１のゴム又はプラスチック絶縁電力ケーブルに引き替えた場合、ＰＯＦケーブルと同等の送電容量を確保することは困難である。ＣＶケーブル等のプラスチック絶縁電力ケーブルは、ＰＯＦケーブルに比べて絶縁体が厚い（例えば、２７５ｋＶ級で、電力ケーブルでは２３ｍｍであるのに対してＰＯＦケーブルでは１６．５〜１９．５ｍｍである）。また、ＰＯＦケーブルはパイプ内のコアにシースを設けていないが、プラスチック絶縁電力ケーブルはシースを設けるため、その厚さが加わる（例えば、２７５ｋＶ級で５ｍｍである）。従って、その分だけ導体サイズを縮小しなければ、布設ができない。

（ｂ）導体サイズを維持するためには、シースの厚さを薄くすることが考えられる。しかし、シースを薄くすると、シースの絶縁強度が低下する。すなわち、導体に雷サージや開閉サージが侵入した場合、遮水層の金属箔とＰＯＦケーブル用パイプとの間に高い電圧が現れるため、シースが薄いと絶縁破壊する可能性がある。シースの絶縁破壊によってシースおよび遮水層に孔が開けば、絶縁体に水分が侵入し、長期的に劣化するおそれがある。

（ｃ）シースを薄くした際の異常電圧による絶縁破壊を防止する手段として、シースを導電性プラスチックにしてＰＯＦケーブル用パイプと同電位にすることが考えられる。しかし、これにより、遮水層の金属箔とＰＯＦケーブル用パイプの間の絶縁層が、金属箔上の絶縁性プラスチックフィルムのみになるため、この絶縁性プラスチックフィルムに電圧が掛かり、絶縁破壊する可能性がある。このため、この絶縁性プラスチックフィルムも導電性にし、遮水層の金属箔からＰＯＦケーブル用パイプの間に存在する全てを同電位にする必要がある。

（ｄ）しかし、金属箔の両面のプラスチックフィルムをともに導電性プラスチックにすると、遮水層自体の剛性が低下し、遮水層に皺が発生し易くなる。遮水層に皺が発生すると、ケーブル通電時の温度変化によって絶縁体に膨張／収縮が繰り返された際、皺を起点にして折れや裂けが発生し、遮水性能の低下を招くことになる。従って、遮水層のラミネートテープを平滑に皺が発生しないようにケーブルコアに縦添えするためには、ある程度の剛性が必要となるが、必要な機械的強度と導電性の両方を備える材料を得ることが難しい。

従って、本発明の目的は、絶縁性プラスチックフィルムを有する遮水層を用いて必要な機械的強度を備えながら、かつ、ＰＯＦケーブル用パイプに引き入れて使用した場合にも絶縁破壊の起こりにくい、遮水性能と安全性を両立させることのできるゴム又はプラスチック絶縁電力ケーブルを提供することにある。

本発明は、上記目的を達するため、導体、前記導体を被覆する内部半導電層、前記内部半導電層を被覆するゴム又はプラスチックの絶縁体、および前記絶縁体を被覆する外部半導電層とより成るケーブルコアと、前記ケーブルコアの外周面にオーバーラップ部を有するように縦添え被覆されて設けられ、少なくとも金属箔およびその外周に配置される第１の絶縁性プラスチックフィルムを有する遮水層と、前記遮水層の外周面に設けられたシースとを備えるゴム又はプラスチック絶縁電力ケーブルにおいて、前記第１の絶縁性プラスチックフィルムは、前記金属箔の表面に連通する複数の開孔部をケーブル長さ方向に有し、前記シースは、導電性を有し、前記開孔部に入り込んで前記金属箔と接触するように形成されていることを特徴するゴム又はプラスチック絶縁電力ケーブルを提供する。

本発明によれば、絶縁性プラスチックフィルムを有する遮水層を用いて必要な機械的強度を備えながら、かつ、ＰＯＦケーブル用パイプに引き入れて使用した場合にも絶縁破壊の起こりにくい、遮水性能と安全性を両立させることのできるゴム又はプラスチック絶縁電力ケーブルを提供することができる。

図１は、本発明の実施の形態に係る遮水型のゴム又はプラスチック絶縁電力ケーブルを示す。同図中、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線の断面図である。また、図２は、本発明の実施の形態に係る遮水型のゴム又はプラスチック絶縁電力ケーブルの構成を説明するための段剥ぎした斜視図である。

この電力ケーブル１は、図１（ａ）に示したように、導体１１と、内部半導電層１２と、絶縁体１３と、外部半導電層１４とから成るケーブルコアを備え、更に、外部半導電層１４を被覆する遮水層２０と、遮水層２０上に設けられた導電性プラスチックによる導電性シース３０とを備えて構成されている。遮水層２０のオーバーラップ部の接着には、高温領域での接着力が高い接着剤を用いることが望ましく、例えば、ポリエステルポリウレタンと芳香族ポリイソシアネートからなる接着剤がよい。

図１（ｂ）に示すように、遮水層２０は、図７と同様に、導電性プラスチックフィルム１５１と、金属箔１５２と、絶縁性プラスチックフィルム１５３とを備える。絶縁性プラスチックフィルム１５３は、製造時に遮水層に皺が発生しないように必要な機械的強度が得られる適度な剛性を有するものを用いる。

絶縁性プラスチックフィルム１５３は、その所定位置に複数の開孔部２２が形成されている。この開孔部２２は、絶縁性プラスチックフィルム１５３にのみ設けられ、金属箔１５２の表面が露出される。この開孔部２２に導電性シース３０が入り込み、その下面が金属箔１５２に直接接触することにより、導電性シース３０と金属箔１５２は電気的に同電位になる。更に、導電性プラスチックフィルム１５１および外部半導電層１４に対しても同電位になる。

開孔部２２は、ケーブル長さ方向に所定間隔を開けて１列又は２列以上形成される。また、更に円周方向に所定間隔を開けて複数の開孔部を形成してもよい。

開孔部２２は、電気的な導通を確保するという観点では、開孔部２２の直径を大きくし、隣接の開孔部２２との間隔を小さくする方が有利であるが、一方で、遮水層２０の機械的強度が低下すると製造性や遮水性に支障をきたすため、開孔部２２の直径は極力小さくし、間隔を大きくするのがよい。このとき、複数の開孔部２２の総面積が絶縁性プラスチックフィルム１５３に対する面積比率０．１％以上となるようにすることが望ましい。一方、上限としては、機械的強度を確保する観点から、１０％以下とすることが望ましい。

この電力ケーブル１では、更に、アルミ等の金属箔の両面に一般的な接着剤からなる接着層を設けた縦添えテープ２１が遮水層２０のオーバーラップ部上に接着されている。例えば、オーバーラップ部（幅２０ｍｍ程度）の上側の遮水層２０の端末部を基準に（中心として）、円周方向の双方にそれぞれ２０〜４０ｍｍ程度の幅となるように縦添えテープ２１を設ける。

なお、上記実施の形態において、金属箔１５２のラミネートに絶縁性プラスチックフィルム１５３を用い、且つ、外部半導電層１４と導電性シース３０の両方に対して導通を確保する他の手段として、下記の方法がある。
（ａ）金属箔１５２の両面に絶縁性プラスチックフィルム１５３をラミネートし、両面のプラスチックフィルムに開孔部２２を設ける。
（ｂ）金属箔１５２の片面に絶縁性プラスチックフィルム１５３をラミネートし、このフィルムに開孔部２２を設ける。他方の面には、何もラミネートをしない。

（製造方法）
次に、本発明の実施の形態に係る遮水型のゴム又はプラスチック絶縁電力ケーブルの製造方法を説明する。図３は、遮水層形成のための製造ラインレイアウトであり、図４は、図３における遮水層形成部の詳細図である。図５は、図４における遮水層ラップ部の融着工程付近を上から見た詳細図である。

まず、送り出しドラム１１０に巻き付けたケーブルコア１２０を引き出し、遮水層形成部１３０にて遮水層を形成し、巻き取りドラム１４０にて巻き付ける。

遮水層形成部１３０では、ケーブルコア１２０の周囲に遮水層を形成するため、遮水テープロール２１０から送り出された遮水テープ２２０を、ケーブルコア１２０に縦添えし、ガイドローラー２３０ａ〜２３０ｄを用いて包み込む様に形成する。

次に、遮水テープラップ部３１０をヒーター２５０ａで加熱し、遮水テープラップ部３１０を溶着させる。その際の温度は、遮水テープ２２０に塗布された接着剤の溶融温度以上とするのが良い。また、加熱方法は、使用している材料（ケーブルコア１２０、遮水テープ２２０、接着剤等）に悪影響を与えず、且つ、所定の温度まで短時間で加熱できる方法ならば、どのような方法でも良い。

図６は、図４における縦添え補強テープの溶着工程付近を斜め上から見た詳細図である。まず、溶着させた遮水層ラップ部４１０の直上に、縦添え補強テープロール２６０から送り出した縦添え補強テープ２７０を縦添えする。その後、縦添えした補強テープ２７０をヒーター２５０ｂにて加熱し、補強テープ２７０に塗布された接着剤の溶融温度以上に加熱を行い、遮水層ラップ部４１０と縦添えした補強テープ２７０を溶着させる。この時の加熱温度についても、遮水テープ２２０に塗布された接着剤の溶融温度以上とするのが良い。

（実施の形態の効果）
本実施の形態によれば、下記の効果を奏する。
（イ）遮水層２０の絶縁性プラスチックフィルム１５３に下層の金属箔１５２に連通する複数の開孔部２２を設け、この開孔部２２に導電性プラスチックによる導電性シース３０が入り込むようにしたため、ケーブルの外部半導電層１４からＰＯＦケーブル用パイプまでを電気的に同電位にできる結果、絶縁破壊が生じないようになり、遮水性の向上、劣化の防止、および雷サージや開閉サージ侵入に対する安全性の向上を図ることができる。

（ロ）遮水層２０の絶縁性プラスチックフィルム１５３は、導電性を考慮する必要がないので、剛性の大きな材料を用いることができるため、遮水層２０に皺が発生し難くなり、折れや裂けに起因する遮水性能の低下を防止することができる。

（ハ）金属箔１５２には開孔部が無いため、遮水層２０の遮水性能を維持することができる。

（ニ）縦添えテープ２１が遮水層２０のオーバーラップ部上に接着されているため、熱膨張に起因するオーバーラップ部での剥離を防止でき、水分の侵入を防ぐことができる。これにより、水トリーの発生、ケーブル絶縁破壊の発生を防ぐことができる。

（ホ）縦添えテープ２１が遮水層２０のオーバーラップ部上に接着されているため、遮水層２０が熱膨張により円周方向に引き延ばされるのを防止でき、導電性シース３０の割れ発生を防ぐことができる。

次に、本発明の実施例について説明する。この実施例では、電力ケーブル１として、２７５ｋＶＣＶ1×２０００ｍｍ^２の遮水層付き電力ケーブルを用いた。

この電力ケーブル１の構成は、図１および図２に示した通りである。遮水層２０の開孔部２２の直径は５．５ｍｍとし、ケーブル長さ方向に隣接する開孔部２２との間隔を約１００ｍｍとし、ケーブルの長さ方向に２列設けている。そして、開孔部２２の面積が遮水層２０（絶縁性プラスチックフィルム１５３）の面積に占める割合（面積比率）は、０．１５％である。

導電性プラスチックフィルム１５１としては導電性ＰＶＣ、金属箔１５２としてはアルミ箔、絶縁性プラスチックフィルム１５３としてはＰＥＴ＋透明ＰＶＣを用いた。また、遮水層２０の外周面に設けた導電性シース３０の材料は、導電性ＰＶＣである。

この製造した電力ケーブル１を用いて、マンホール内の布設状況を模擬した試験線路を構築し、３０回のヒートサイクル試験（導体温度は、常温〜９０℃）と、３０年分相当の伸縮試験を実施した。試験終了後にケーブルを解体調査した結果、遮水層２０に皺、裂け等の異常は認められず、問題無いことが確認できた。

次に、遮水層２０の最適条件について説明する。
まず、上記実施例と同じ材料を用いて導電性プラスチックフィルム１５１に金属箔１５２および絶縁性プラスチックフィルム１５３を順次形成したラミネートテープを遮水層２０として４枚、用意した。このラミネートテープのそれぞれは、開孔部２２の個数が異なっている（０，１，２，４個）。また、４種類の導電性ＰＶＣシート（１４０ｍｍ四方、厚さ１ｍｍ）を導電性シース３０として用意し、それぞれに前記ラミネートテープを融着した。得られた試料のそれぞれについて体積抵抗値を測定した結果が表１である。

表１から明らかなように、開孔部２２を設けない場合の測定値が６，８００Ω・ｃｍであるのに対して、開孔部を設けた場合の測定値は９８〜１３０Ω・ｃｍと大幅に低減できており、導電性ＰＶＣの体積抵抗値２２Ω・cｍに近い値となっている。

また、開孔部２２の個数による体積抵抗値の差異が殆ど認められないことから、開孔部２２は面積比率で０．１％程度より大きければ、電気的に問題は無いと考えられる。

［他の実施の形態］
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されず、本発明の技術思想を逸脱あるいは変更しない範囲内で種々な変形が可能である。例えば、導電性シースとして導電性ＰＶＣ以外の導電性プラスチックフィルムとすることもできる。また、本発明のゴム又はプラスチック絶縁電力ケーブルは、パイプ型オイルフィルド（ＰＯＦ）ケーブル用のパイプに引き入れられる場合に限らず、一般的な用途に用いることができる。

本発明の実施の形態に係る遮水型のゴム又はプラスチック絶縁電力ケーブルを示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線の断面図である。 本発明の実施の形態に係る遮水型のゴム又はプラスチック絶縁電力ケーブルの構成を説明するための段剥ぎした斜視図である。 遮水層形成のための製造ラインレイアウトである。 図３における遮水層形成部の詳細図である。 図４における遮水層ラップ部の融着工程付近を上から見た詳細図である。 図４における縦添え補強テープの溶着工程付近を斜め上から見た詳細図である。 従来の遮水型のゴム又はプラスチック絶縁電力ケーブルを示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線の断面図である。

符号の説明

１：電力ケーブル
１１：導体
１２：内部半導電層
１３：絶縁体
１４：外部半導電層
１５：遮水層
１５１：導電性プラスチックフィルム
１５２：金属箔
１５３：絶縁性プラスチックフィルム
１６：シース
１７：ラップ接着用プラスチックテープ
２０：遮水層
２１：縦添えテープ
２２：開孔部
３０：導電性シース
１００：電力ケーブル
１１０：送り出しドラム
１２０：ケーブルコア
１３０：遮水層形成部
１４０：巻き取りドラム
２１０：遮水テープロール
２２０：遮水テープ
２３０ａ〜２３０ｄ：ガイドローラー
２５０ａ〜２５０ｂ：ヒーター
２６０：縦添え補強テープロール
２７０：縦添え補強テープ
３１０：遮水層ラップ部
４１０：融着済みの遮水層ラップ部

Claims (7)

1. 導体、前記導体を被覆する内部半導電層、前記内部半導電層を被覆するゴム又はプラスチックの絶縁体、および前記絶縁体を被覆する外部半導電層とより成るケーブルコアと、
   前記ケーブルコアの外周面にオーバーラップ部を有するように縦添え被覆されて設けられ、少なくとも金属箔およびその外周に配置される第１の絶縁性プラスチックフィルムを有する遮水層と、前記遮水層の外周面に設けられたシースとを備えるゴム又はプラスチック絶縁電力ケーブルにおいて、
   前記第１の絶縁性プラスチックフィルムは、前記金属箔の表面に連通する複数の開孔部をケーブル長さ方向に有し、
   前記シースは、導電性を有し、前記開孔部に入り込んで前記金属箔と接触するように形成されていることを特徴するゴム又はプラスチック絶縁電力ケーブル。
2. 前記遮水層は、前記金属箔の前記ケーブルコア側に導電性プラスチックフィルムを有することを特徴とする請求項１記載のゴム又はプラスチック絶縁電力ケーブル。
3. 前記遮水層は、前記金属箔の前記ケーブルコア側に第２の絶縁性プラスチックフィルムを有し、該第２の絶縁性プラスチックフィルムには前記金属箔の表面に連通する複数の開孔部がケーブル長さ方向に設けられていることを特徴とする請求項１記載のゴム又はプラスチック絶縁電力ケーブル。
4. 前記第１又は第２の絶縁性プラスチックフィルムは、前記金属箔の表面に連通する複数の開孔部を円周方向に有することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のゴム又はプラスチック絶縁電力ケーブル。
5. 前記複数の開孔部は、前記第１又は第２の絶縁性プラスチックフィルムに対する面積比率がそれぞれ０．１％以上であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のゴム又はプラスチック絶縁電力ケーブル。
6. 前記遮水層は、前記オーバーラップ部上に縦添えテープが設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のゴム又はプラスチック絶縁電力ケーブル。
7. パイプ型オイルフィルド（ＰＯＦ）ケーブル用のパイプに引き入れられる請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のゴム又はプラスチック絶縁電力ケーブル。