JP6169006B2 - 海中ケーブル、海中ケーブル敷設構造、および海中ケーブルの敷設方法 - Google Patents

Description

本発明は、洋上浮体設備用の海中ケーブル等に関するものである。

近年、地球温暖化対策の点から、再生可能エネルギーの開発が進められている。例えば、洋上浮体設備である発電用風車から送電する浮体式洋上風力発電の実用化が進められている。

洋上浮体設備から送電するためには、海中ケーブルが使用される。海中ケーブルは、電力用線心を３相交流送電用に３本集合撚り合わせ、さらにコアの外周にケーブル荷重をサポートするための鎧装線を設けた構造である。

このような海中ケーブルは、海中に敷設されるため、内部の電力用線心には、高い遮水性が要求される。したがって、電力用線心における絶縁体（シールド層）の外周には遮水層が形成される。

一方、このような海中ケーブルは、洋上で揺動を繰り返す洋上浮体設備から海中に懸垂される。このため、波浪や潮流による流体力と浮体揺動によって、海中ケーブルは常に変形が繰り返される。したがって、電力用線心にも繰り返しの変形が付与される。

しかし、電力用線心の遮水性を金属テープなどの金属層で構成しようとすると、この繰り返しの変形に追従することが困難である。したがって、遮水層を構成する金属層が損傷する恐れがあり、従来遮水層構造での疲労寿命は海気象条件に依るが、５年〜７年程度と言われている。

このような海中ケーブルとしては、例えば、遮水層が金属層を樹脂で挟み込んだ複層テープにより形成され、複層テープの金属層の断面形状が、凹凸形状が交互に連続的に繰り返して形成される海中ケーブルがある（特許文献１）。

特開２０１３−０４５５５２号公報

しかし、このような遮水層は、水圧が付与された状況下において、完全に遮水性を確保することが困難である。特に、水深の深い部位に敷設された場合には、要求される遮水性能を確保することができない場合がある。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、十分な可撓性と、高い遮水性とを両立することが可能な海中ケーブル等を提供することを目的とする。

前述した目的を達成するため、第１の発明は、海中ケーブルであって、導体上に絶縁層、シールド層、遮水層および防食層が形成される電力用線心と、複数本の前記電力用線心の全体の外周側に、前記電力用線心の全体の外周の周方向に複数本の線材が配置され、前記線材が前記電力用線心の軸方向に螺旋状に設けられて形成される鎧装部と、を少なくとも具備するケーブルであって、前記遮水層が、テープ状部材が巻き付けられて形成される第１ケーブルと、前記遮水層が、鉛シースで構成される第２ケーブルと、を具備し、一対の前記第１ケーブルの間に、前記第２ケーブルが接続されることを特徴とする海中ケーブルである。

このように、鉛シースで遮水層が構成される第２ケーブルは、略完全な遮水性能を有する。一方、第２ケーブルの両端に接続される第１ケーブルは、遮水層がテープ状部材で構成される。したがって、第２ケーブルのように、鉛シースで構成される場合と比較して、可撓性が優れる。このため、水深の深い部位（海底と接触する部分）に、特に遮水性に優れるが可撓性に劣るケーブルを用い、海中を漂う部位には、遮水性は相対的に劣るが、可撓性が優れるケーブルを配置することが可能となる。したがって、必要な遮水性能と可撓性とを両立させることができる。

前記テープ状部材は、樹脂層で金属層が挟まれた複層テープであり、前記複層テープの前記金属層は、凸部または凹部の少なくとも一方が繰り返し形成されることが望ましい。

このように構成することで、第１ケーブルの可撓性をより高めることができる。

前記鎧装部の外周側には、外部遮水層が設けられ、前記第１ケーブルの外部遮水層は、テープ状部材が巻き付けられて形成され、前記第２ケーブルの外部遮水層は、鉛シースで形成されてもよい。

このように、本発明は、電力用線心の遮水層だけではなく、外部保護層の遮水層の構造にも同様の構成とすることができる。

第２の発明は、海中へ敷設された海中ケーブル敷設構造であって、導体上に絶縁層、シールド層、遮水層および防食層が形成される電力用線心と、複数本の前記電力用線心の全体の外周側に、前記電力用線心の全体の外周の周方向に複数本の線材が配置され、前記線材が前記電力用線心の軸方向に螺旋状に設けられて形成される鎧装部と、を少なくとも具備するケーブルであって、前記遮水層が、テープ状部材が巻き付けられて形成される第１ケーブルと、前記遮水層が、鉛シースで構成される第２ケーブルと、を具備し、一対の前記第１ケーブルの間に、前記第２ケーブルが接続され、前記第１ケーブルの端部が浮体設備に接続されることを特徴とする海中ケーブル敷設構造である。

このようにすることで、浮体設備の間の海中ケーブルの両端部を可撓性に優れた第２ケーブルで構成し、水深の深い部位を遮水性能に優れた第１ケーブルで構成することができる。このため、遮水性と可撓性の両者を両立することができる。

前記第２ケーブルは、全長にわたって海底に位置することが望ましい。

可撓性が相対的に劣る第２ケーブルを完全に海底に配置することで、第２ケーブルに対する波や潮流などによる搖動の影響が小さく、繰り返し曲げによる遮水層の破断等を抑制することができる。

それぞれの前記第１ケーブルの長さは、水深以上であり、
［∫Ｐ_ＷＲ１（Ｌ）ｄＬ＋∫Ｐ_ＷＲ２（Ｌ）ｄＬ］／（Ｌ_Ｒ１＋Ｌ_ｓ＋Ｌ_Ｒ２）＜７６０×１０^−７／Ｐ_Ｒ
（但し、Ｐ_ＷＲ１（Ｌ）は、一方の第１ケーブルに付与される長さＬの位置における水圧（ｍｍＨｇ）、Ｐ_ＷＲ２（Ｌ）は、他方の第１ケーブルに付与される長さＬの位置における水圧（ｍｍＨｇ）、Ｌ_Ｒ１は、一方の第１ケーブルの全長（ｍ）、Ｌ_Ｒ２は、他方の第１ケーブルの全長（ｍ）、Ｌ_ｓは、第２ケーブルの全長（ｍ）、Ｐ_Ｒは、第１ケーブルの遮水性能（ｇ・ｃｍ／ｃｍ^２・ｄａｙ・ｍｍＨｇ））
の関係を満たすことが望ましい。

このような関係を満たすことで、高い可撓性が要求されない部位に、遮水性の高い第２ケーブルを配置し、海中ケーブル全体としての要求される遮水性を確保することができる。

第３の発明は、海中ケーブルの敷設方法であって、導体上に絶縁層、シールド層、遮水層および防食層が形成される電力用線心と、複数本の前記電力用線心の全体の外周側に、前記電力用線心の全体の外周の周方向に複数本の線材が配置され、前記線材が前記電力用線心の軸方向に螺旋状に設けられて形成される鎧装部と、を少なくとも具備するケーブルであって、前記遮水層が、テープ状部材が巻き付けられて形成される第１ケーブルと、前記遮水層が、鉛シースで構成される第２ケーブルと、を用い、一対の前記第１ケーブルを互いに離間した浮体設備に接続するとともに、海上で、前記一対の前記第１ケーブル同士を前記第２ケーブルによって接続することを特徴とする海中ケーブルの敷設方法である。

また、海中ケーブルの敷設方法であって、導体上に絶縁層、シールド層、遮水層および防食層が形成される電力用線心と、複数本の前記電力用線心の全体の外周側に、前記電力用線心の全体の外周の周方向に複数本の線材が配置され、前記線材が前記電力用線心の軸方向に螺旋状に設けられて形成される鎧装部と、を少なくとも具備するケーブルであって、前記遮水層が、テープ状部材が巻き付けられて形成される一対の第１ケーブルと、前記遮水層が、鉛シースで構成される第２ケーブルと、を用い、一方の前記第１ケーブルと前記第２ケーブルとをあらかじめ接続しておき、一対の前記第１ケーブルを互いに離間した浮体設備に接続するとともに、海上で、他方の前記第１ケーブルと前記第２ケーブルを接続することを特徴とする海中ケーブルの敷設方法である。

海中ケーブルの敷設方法であって、導体上に絶縁層、シールド層、遮水層および防食層が形成される電力用線心と、複数本の前記電力用線心の全体の外周側に、前記電力用線心の全体の外周の周方向に複数本の線材が配置され、前記線材が前記電力用線心の軸方向に螺旋状に設けられて形成される鎧装部と、を少なくとも具備するケーブルであって、前記遮水層が、テープ状部材が巻き付けられて形成される一対の第１ケーブルと、前記遮水層が、鉛シースで構成される一対の第２ケーブルと、を用い、それぞれの前記第１ケーブルとそれぞれの前記第２ケーブルとをあらかじめ接続しておき、一対の前記第１ケーブルを互いに離間した浮体設備に接続するとともに、海上で、前記第２ケーブル同士を接続することを特徴とする海中ケーブルの敷設方法である。

このように、浮体設備に一方を接続された第１ケーブル同士を、海上で第２ケーブルに接続することで、長距離に亘って海中ケーブルを敷設することができ、この際、海底に配置される部位に対して、第２ケーブルを接続することができる。また、例えば大型浮体設備の場合、敷設船が浮体設備に接近することが困難な場合もあり、この場合には一連続ケーブルを敷設することができない。しかし、本発明では、海上で複数のケーブルを連結可能であるため、大型浮体設備に対しても適用可能である。また、鉛シースを用いた第２ケーブルは第１ケーブルと比較して安価であるため、全てを第２ケーブルで構成する場合と比較して、コストを低減することができる。
また、事故等により海中ケーブルが破損した場合、一連続ケーブルではケーブル全長を取り替える、もしくは、破損部を切除し、再接続作業を行わなければならない。しかし、複数のケーブルで構成された海中ケーブルを用いることで、破損部を含むケーブルのみを交換することで可能となり、破損時の修復が容易である。

本発明によれば、十分な可撓性と、高い遮水性とを両立することが可能な海中ケーブル等を提供することができる。

洋上浮体設備１を示す図。 ケーブル３を示す断面図。 ケーブル７を示す断面図。 図４（ａ）は遮水テープ３０を巻きつける前の状態を示す図、図４（ｂ）は遮水テープ３０を縦添え巻きした巻き付け状態を示す図。 遮水テープ３０の構成を示す図であり、図５（ａ）は斜視図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＡ−Ａ線断面図。 図６（ａ）は、ケーブルの敷設形態を示す概念図、図６（ｂ）は、ケーブルに対する水圧分布を示す図。

以下、本発明の実施の形態にかかる海中ケーブル等について説明する。図１は海中ケーブル１０の敷設状態を示す図である。洋上には、洋上浮体設備１が配置される。洋上浮体設備１は、たとえば浮体式洋上風力発電装置である。洋上浮体設備１は、洋上に浮いた状態であり、下部が海底に係留索１１で固定される。

洋上には、複数の洋上浮体設備１が配置される。それぞれの洋上浮体設備１には接続部５ａで第１ケーブルであるケーブル３と接続される。また、それぞれのケーブル３は、接続部５ｂにおいて第２ケーブルであるケーブル７と接続される。すなわち、それぞれの洋上浮体設備１同士はケーブル３およびケーブル７で接続される。

ケーブル３の接続部５ａと接続部５ｂの間にはブイ９が接続される。すなわち、ケーブル３の一部は、ブイ９によって海中で浮遊した状態となる。なお、ブイ９は必ずしも必要ではなく、ブイ９を用いない場合もある。ケーブル３の詳細は後述する。

ケーブル７は、海底に位置する接続部５ｂでケーブル３と接続される。すなわち、ケーブル７は、略全長にわたって海底に位置する。なお、本発明では、ケーブル３とケーブル７とが接続されたケーブル全体を海中ケーブル１０とする。

ここで、洋上浮体設備１は、洋上の波浪や、潮流等によって大きく揺動する。したがって、洋上浮体設備１と接続されるケーブル３は、洋上浮体設備１の揺動に追従し、海中で繰り返しの大きな曲げ変形を受ける。なお、ケーブル３は海中に浮遊するため、海底に引きずられることがなく、また、潮の満ち引きや海流に対して、ケーブル３に局所的な応力が付与されることが防止される。

一方、ケーブル７は、常に海底に接触する。したがって、洋上の波浪や、潮流等による洋上浮体設備１の揺動に対して、繰り返しの曲げ変形の影響が小さい。

このようなケーブル敷設構造は、例えば以下のようにして敷設することができる。まず、それぞれの洋上浮体設備１にケーブル３を接続する。次に、一対のケーブル３をそれぞれ船で運搬し、海上でケーブル３の他端にケーブル７を接続する。このようにすることで、距離の長い海中ケーブル１０（ケーブル３およびケーブル７の連結ケーブル）を確実に敷設することができる。

また、海上で、ケーブル７と一対のケーブル３とを接続するのではなく、一方のケーブル３とケーブル７とを工場等であらかじめ接続しておいてもよい。この場合には、海上で、ケーブル３をそれぞれの洋上浮体設備１にケーブル３を接続した後、他方のケーブル３とケーブル７のみを接続すればよい。

また、１本のケーブル７と一対のケーブル３を用いるのではなく、一対のケーブル３と一対のケーブル７を用いてもよい。この場合、全てを海上で接続してもよいが、例えば、一方のケーブル３と一方のケーブル７とを工場等であらかじめ接続し、他方のケーブル３と他方のケーブル７とを工場等であらかじめ接続しておいてもよい。この場合には、海上で、それぞれのケーブル３をそれぞれ洋上浮体設備１に接続した後、ケーブル７同士を接続すればよい。

次に、ケーブル３の構造について説明する。図２は、ケーブル３の断面図である。ケーブル３は、主に電力用線心１３、鎧装２３ａ、２３ｂ、外部防食層２５等から構成される。

電力用線心１３は、導体部１５、絶縁部１７、シールド層１９、遮水層２１、防食層２２等から構成される。導体部１５は、例えば銅素線を撚り合わせて構成される。導体部１５は、素線径を細くし、多数の銅素線で構成し、撚り合わせ時に圧縮させないことで、柔軟で可撓性のある構造としてもよい。

導体部１５の外周部には、絶縁部１７が設けられる。絶縁部１７は、例えば架橋ポリエチレンで構成される。なお、絶縁部１７は、内部半導電層、絶縁体層、外部半導電層の三層構造としてもよい。内部半導電層、絶縁体層、外部半導電層の三層構造とすることで、部分放電現象である水トリー劣化抑制と、絶縁体と金属層との機械的緩衝層としての効果を得ることができる。

例えば、導体と絶縁体、シールドと絶縁体とが直接接している場合において、接触界面に突起等があると、そこに電界が集中し、水トリーや部分放電の発生起点となる。そこで半導電の樹脂を間に挟むことにより、接触界面の電界を緩和することができる。なお、この内部および外部半導電層のことを「電界緩和層」と呼ぶこともある。

また、内部半導電層や外部半導電層が無かった場合、導体やシールドの金属層等が絶縁体に直接食い込む恐れがある。金属層が絶縁体に食い込むと、電界集中により部分放電が起こり、絶縁破壊の原因となる。このため、絶縁体と金属層の間に半導電の樹脂層を形成することでこのような問題を抑制することが可能となる。

絶縁部１７の外周には、シールド層１９が設けられる。シールド層１９は、導電性部材により構成され、例えば金属製、導電性樹脂製、導電性繊維製である。なお、ケーブル３の端部おいて、シールド層１９はアースと接続される。

シールド層１９の外周部には遮水層２１が設けられる。遮水層２１は、例えば金属層と樹脂層が積層された複層テープにより構成される。複層テープの構成については後述する。

遮水層２１の外周部には防食層２２が設けられる。防食層２２は、例えば遮水層２１の外周に押出被覆される樹脂製である。防食層２２は、内部の各層を保護する為のものである。防食層２２は、例えば、ポリエチレン、エチレン−１−ブテン共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−アクリル酸エチル共重合体、エチレンープロピレンージエン三元共重合体、ナイロン６，６、ナイロン１２、ナイロン１１等のポリアミド樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂の非架橋タイプが使用できる。

このようにして構成される電力用線心１３が、３相交流送電用に３本集合撚りされる。また、３本の電力用線心１３を撚り合わせた後、隙間に樹脂紐等の介在層２７を形成して略円形のコアを形成する。得られたコアの外周にケーブル３の荷重を支持する鎧装部が設けられる。また、介在層２７には、必要に応じて光ケーブル２９等の通信ケーブルを設けてもよい。ここで、ケーブルの変形による曲げ歪の影響をできるだけ少なくするため、光ケーブルは介在層２７の隣接するケーブル導体の２つの防食層２２に接する３箇所の位置に設けるのが好ましい。このような配置とすることで、通信ケーブルの配置を安定させることができると同時に、通信ケーブルを中心に近い位置に配置できることから通信ケーブルに働く応力を小さくできる。

鎧装部は、たとえば鎧装２３ａ、２３ｂの２層構造である。鎧装２３ａ、２３ｂは、例えば金属線（鋼線またはステンレス線）や繊維補強プラスチック製の線材である。鎧装部は、それぞれ周方向に併設された複数の鎧装２３ａ、２３ｂがコアの外周にロングピッチで隙間なく巻きつけられる。すなわち、鎧装２３ａ、２３ｂは、鎧装２３ａ、２３ｂの外径に対して巻きつけピッチが十分に長くなるように形成される。なお、内周側の鎧装２３ａと外周側の鎧装２３ｂは、コアの外周に互いに逆方向に螺旋巻きされる。このように、鎧装２３ａ、２３ｂを互いに逆向きに螺旋巻きすることで、ケーブル３が曲りや搖動を受ける際に、ねじれが生じることを防止することができる。

鎧装部（鎧装２３ａ、２３ｂ）の外周には、必要に応じて遮水層２４が設けられる。遮水層２４は、遮水層２１と同様の構成である。また、遮水層２４の外周には、外部防食層２５が設けられる。なお、遮水層２４を設けず、鎧装部の外周に直接外部防食層２５を設けてもよい。外部防食層２５は、例えば鎧装部の外周に押出被覆される樹脂製である。外部防食層２５を構成する樹脂としては、例えばポリオレフィン樹脂、ポリアミド樹脂（ポリアミド１１、ポリアミド１２等）を使用することができる。

図３は、ケーブル７を示す断面図である。ケーブル７は、ケーブル３と略同様の構成であるため、ケーブル３と同一の構成については図２と同一の符号を付し、重複する説明を省略する。ケーブル７は、ケーブル３とほぼ同様の構成であるが、遮水層２１ａ、２４ａ、鎧装２３ａ、外部保護層２６の構成が異なる。外部保護層２６は、ＰＰヤーンが巻き付けられて構成される。

ケーブル７は、遮水層２１ａが複層テープにより形成されるのではなく、鉛シースによって構成される。鉛シースは、例えばシールド層１９の外周に押し出し被覆される。鉛シースによれば、略完全な遮水性を確保することができる。

また、ケーブル７では、鎧装２３ａが一層で構成される。ケーブル７は、海底に配置されるため、波などによる搖動や曲りの影響が小さい。したがって、ケーブル３よりも、ねじれに対する対策が小さくて済む。また、海底に敷設される部位であるため、敷設後には張力が付与されない。このため、鎧装２３ａが一層で構成される。なお、ケーブル７においても、鎧装を２層構造としてもよい。

鎧装２３ａの外周には、必要に応じて遮水層２４ａが設けられる。遮水層２４ａは、遮水層２１ａと同様の構成である。また、遮水層２４ａの外周には、外部保護層２６が設けられる。なお、遮水層２４ａを設けず、鎧装部の外周に直接外部保護層２６を設けてもよい。

次に、ケーブル３の遮水層２１の形成方法について説明する。図４は、複層テープ３０をシールド層１９が形成された電力用線心１３に縦巻きで巻き付ける際のフォーミング工程を示す図である。あらかじめ、導体部１５の外周に絶縁部１７を形成し、その外周にシールド層１９を形成する。シールド層１９の外周には、テープ状部材である複層テープ３０が巻きつけられる。

ここで、複層テープ３０は、図４（ａ）に示すように、縦巻きされることが望ましい。この場合、複層テープ３０の長手方向が電力用線心１３の軸方向に略同一の方向になるように、複層テープ３０が電力用線心１３へ送られる。この際、複層テープ３０の両側は、電力用線心１３（シールド層１９）全体を包むようにＵ字状に曲げられる。

さらに、複層テープ３０によって電力用線心１３（シールド層１９）が包みこまれる。すなわち、図４（ｂ）に示すように、複層テープ３０の両側端部同士をシールド層１９の外周部でラップさせ、複層テープ３０でシールド層１９を包みこむ。すなわち、ラップ部３８が電力用線心１３の軸方向に沿って形成される。以上のようにして、複層テープ３０が電力用線心１３（シールド層１９）に縦巻きで巻き付けられ、遮水層２１が形成される。

このように、複層テープ３０の長手方向が電力用線心１３の軸方向と略一致し、複層テープ３０の幅方向が電力用線心１３の周方向となるように巻き付けて、周方向に巻き付けた巻き付け部の先端を相互にラップさせることで、螺旋巻でラップさせる場合と比較して、電力用線心１３の全長に対する複層テープ３０同士のラップ部の全長を短くできる。

すなわち、ラップ部３８においてはわずかに金属層３１同士の間に樹脂部が形成されるが、ラップ部の全長を短くすることで、電力用線心１３の全長に対して、金属層３１同士の間の樹脂部を少なくすることができる。また、縦添え巻とすることで、ラップ部３８が電力用線心１３の軸方向にまっすぐに形成されるため、ラップ部の融着が容易となり、製造性にも優れる。なお、ラップ代（重なり合う広さ）を大きくすることで、遮水性能は向上する。

このようにして形成された遮水層２１の外周に防食層２２が押出被覆される。以上により、電力用線心１３が形成される。

次に、ケーブル３の遮水層２１を構成する複層テープ３０について説明する。図５は複層テープ３０を示す図であり、図５（ａ）は斜視図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＡ―Ａ線断面図である。複層テープ３０は、金属層３１、樹脂被覆部３３ａ、３３ｂにより構成される。金属層３１は、樹脂被覆部３３ａ、３３ｂに挟み込まれる。

金属層３１は、フィルム状で薄く、加工が容易なものであり、耐食性に優れるものであれば良い。たとえば、ステンレス、アルミニウム、銅、鉛や外面を耐食性の良い材質でクラッドしたクラッド鋼等が使用できる。ここで、軽量化を重視する場合は、ステンレス、アルミニウム、クラッド鋼などを用いることが望ましい。なお、金属層３１は例えば０.０５ｍｍ程度の厚さであり、複層テープ３０全体としては、例えば０．２〜１．０ｍｍ程度であればよい。

樹脂被覆部３３ａ、３３ｂは、樹脂製の部材であり、遮水層２１の構築時に、金属層３１の折れ曲がりや破れ、しわなどの発生を防止できる。

金属層３１には、略円形の凹凸形状が形成される。例えば、金属層３１のある断面形状には、所定の間隔で凸部３５ａおよび凹部３５ｂが形成される。なお、凸部３５ａ、凹部３５ｂの配置や形状は図示した例には限られない。例えば、凸部３５ａまたは凹部３５ｂのいずれか一方が繰り返されてもよい。

このような金属層３１は、例えば、表面に凹凸形状が形成されたロールに金属フィルムを通して、金属フィルムがロールを通過することにより形成することができる。また、金属フィルムを所定間隔ごとに、プレス成形により、凹凸形状を形成してもよい。また、凹凸形状を順送プレス（トランスファプレス）により、数段階で形成してもよい。

複層テープ３０は、例えば、凹凸形状が加工された金属フィルムに樹脂を押し出し被覆して製造することができる。または、凹凸形状の金属フィルムを対応する金型に設置して樹脂を射出により一体化させてもよい。または、それぞれ別々に形成された、対応する凹凸形状を有する樹脂部材と金属フィルムとを接着や圧着など公知の技術で一体化したものでもよい。また、あらかじめ表面が凹凸形状に形成された樹脂部材に、金属層を蒸着等により形成することもできる。

凹凸形状の高さとしては、０．２〜０．６ｍｍが望ましく、特に望ましくは、０．３〜０．５ｍｍである。凹凸高さが低すぎると、凹凸形状とした効果が小さく、また、凹凸高さを大きくし過ぎると、肉厚変化が大きくなり、却って耐久性が劣り、また、製造時に凹凸形状の変形が生じるためである。

また、凹凸形状の凸部３５ａ、凹部３５ｂピッチとしては、０．４〜４ｍｍが望ましい。凹凸ピッチが狭すぎると、凹凸形状の加工時に極部的に歪が集中するため加工性が低下する。また、凹凸ピッチが広すぎると、凹凸加工は容易であるが、凸部３５ａ、凹部３５ｂによる歪の吸収効果が小さくなるため、耐久性の向上効果が少なくなる。

このように、複層テープ３０の金属層３１が凹凸形状を有するため、電力用線心１３（ケーブル３）が曲げ変形する際、金属層３１は容易に変形に追従することができる。

次に、海中ケーブル１０を海中に敷設した敷設構造について説明する。図６（ａ）は、海中に敷設された海中ケーブル１０を示す概念図である。図６（ａ）の横軸は海中ケーブル１０の長さ方向の位置Ｌとし、縦軸は、海中の水面からの深さを示す。

前述したとおり、海中ケーブル１０は、両側にケーブル３が接続され、ケーブル３の間にケーブル７が接続される。両側のケーブル３の長さは、それぞれＬ_Ｒ１、Ｌ_Ｒ２とし、ケーブル７の長さをＬ_Ｓとする。また、海底までの深さ（水深）をＷＤとする。ケーブル７は、海底に敷設されるため、ケーブル７は水深ＷＤで略一定である。

図６（ｂ）は、海中ケーブル１０の各部における水圧分布を示す概念図である。図中Ｂ、Ｄは、ケーブル３に対応し、図中Ｃはケーブル７に対応する。海中ケーブル１０に付与される水圧は、深さに比例する。このため、海底に配置されるケーブル７は、最大水圧である略Ｐ_Ｗで一定となる。

ここで、通常、複層テープによって遮水層２１を形成したケーブル３の遮水性能（透水率：（ｇ・ｃｍ）／（ｃｍ^２・ｄａｙ・ｍｍＨｇ））Ｐ_Ｒは、１０^−１１＜Ｐ_Ｒ＜１０^−７の範囲である。

また、海中ケーブルの遮水性能Ｐは、
Ｐ＝Ｑ・ｔ／（πＤ・Ｌ・Ｐ_ａ）・・・（１）
で表すことができる。
ここで、Ｑ：水の浸入速度（ｇ／ｄａｙ）、ｔ：ケーブルシース（防食層）の厚さ（ｃｍ）、Ｄ：ケーブルシースの外径（ｃｍ）、Ｌ：ケーブル長さ（ｃｍ）、Ｐ_ａ：大気圧（ｍｍＨｇ）である。

また、水の浸入速度Ｑは、
Ｑ＝Ｐ_Ｒ・∫Ｐ_ＷＲ（Ｌ）ｄＬ・πＤ／ｔ・・・（２）
但し、Ｐ_ＷＲ：各部の外水圧（ｍｍＨｇ）
で表される。

海中ケーブルに要求される遮水性能は、Ｐ＜１０^−７である。（２）式より、外水圧が大きくなると、水の浸入速度Ｑは大きくなる。このため、（１）式より、遮水性能は大きく（悪く）なる。この結果、Ｐ＜１０^−７の関係を満たさなくなる恐れがある。

そこで、本発明では、それぞれ遮水性能の異なるケーブル３、７を連結する。この場合の遮水性のＰ_{ｔｏｔａｌ}は、
Ｐ_{ｔｏｔａｌ}＝Ｑ_{ｔｏｔａｌ}・ｔ／（πＤ・Ｌ_{ｔｏｔａｌ}・Ｐ_ａ）・・・（３）
Ｐ_{ｔｏｔａｌ}：ケーブル全体の遮水性能（ｇ・ｃｍ）／（ｃｍ^２・ｄａｙ・ｍｍＨｇ）、Ｑ_{ｔｏｔａｌ}：ケーブル全体の水の浸入速度（ｇ／ｄａｙ）、Ｌ_{ｔｏｔａｌ}：ケーブル全長（ｃｍ）
である。

また、Ｑ_{ｔｏｔａｌ}＝Ｑ_Ｒ１＋Ｑ_Ｓ＋Ｑ_Ｒ２・・・（４）
Ｌ_{ｔｏｔａｌ}＝Ｌ_Ｒ１＋Ｌ_Ｓ＋Ｌ_Ｒ２・・・（５）
Ｑ_Ｒ１、Ｑ_Ｒ２：ケーブル３の透水速度（ｇ／ｄａｙ）
Ｑ_Ｓ：ケーブル７の透水速度（ｇ／ｄａｙ）
Ｌ_Ｒ１、Ｌ_Ｒ２：ケーブル３の長さ（ｃｍ）
Ｌ_Ｓ：ケーブル７の長さ（ｃｍ）

なお、ケーブル７は海底に配置される必要があるため、Ｌ_Ｒ１、Ｌ_Ｒ２＞ＷＤを満たす必要がある。また、以下の説明では、ケーブル３、７のｔ：ケーブルシース（防食層）の厚さ（ｃｍ）と、Ｄ：ケーブルシース（防食層）の外径（ｃｍ）は共通するものとして説明する。

Ｑ_Ｒ１＝Ｐ_Ｒ１・∫Ｐ_ＷＲ１（Ｌ）ｄＬ・πＤ／ｔ・・・（６）
Ｑ_Ｒ２＝Ｐ_Ｒ２・∫Ｐ_ＷＲ２（Ｌ）ｄＬ・πＤ／ｔ・・・（７）
Ｐ_Ｒ１、Ｐ_Ｒ２：ケーブル３の遮水性能（透水率：（ｇ・ｃｍ）／（ｃｍ^２・ｄａｙ・ｍｍＨｇ）
Ｐ_ＷＲ１（Ｌ）、Ｐ_ＷＲ１（Ｌ）：ケーブル３の：長さＬの位置における外水圧（ｍｍＨｇ）

また、Ｑ_Ｓ＝Ｐ_Ｓ・Ｐ_Ｗ・πＤ・Ｌ_Ｓ／ｔ・・・（８）
ここで、鉛シースを施したケーブル７の遮水性能Ｐ_Ｓは、略０であるため、Ｑ_Ｓ＝０となる。

ケーブル全体の遮水性能Ｐ_{ｔｏｔａｌ}が１０^−７を満足するためには、（３）式〜（５）式から、
（Ｑ_Ｒ１＋Ｑ_Ｓ＋Ｑ_Ｒ２）・ｔ／（πＤ・（Ｌ_Ｒ１＋Ｌ_Ｓ＋Ｌ_Ｒ２）・Ｐ_ａ）＜１０^−７・・・（９）

また、（６）式〜（８）式から、
Ｐ_Ｒ・［∫Ｐ_ＷＲ１（Ｌ）ｄＬ＋∫Ｐ_ＷＲ２（Ｌ）ｄＬ］／（Ｌ_Ｒ１＋Ｌ_ｓ＋Ｌ_Ｒ２）＜Ｐ_ａ・１０^−７・・・（１０）

したがって、
［∫Ｐ_ＷＲ１（Ｌ）ｄＬ＋∫Ｐ_ＷＲ２（Ｌ）ｄＬ］／（Ｌ_Ｒ１＋Ｌ_ｓ＋Ｌ_Ｒ２）＜７６０×１０^−７／Ｐ_Ｒ・・・（１１）

なお、遮水層２１の径方向への透水速度と比較して、軸方向への透水速度は十分に大きい。このため、軸方向に複数の遮水性能のケーブル３、７を接続した際の全体の遮水性能は、各部における遮水性能ではなく、（３）式で導き出される、長手方向の遮水性能の平均で表すことができる。したがって、最も深い海底部分に遮水性能の優れるケーブル７を配置することで、海中ケーブル１０全体の遮水性能を高めることができる。すなわち、（１１）式を満たせば、ケーブル全体としての遮水性能を満足することができる。

（計算例）
洋上浮体設備間距離を２ｋｍ、水深１２１．５ｍに敷設する場合を計算する。図６（ａ）に示すように、ケーブルを配置した場合における図６（ｂ）に示した水圧分布から、∫Ｐ_ＷＲ１（Ｌ）ｄＬおよび∫Ｐ_ＷＲ２（Ｌ）ｄＬを算出することができる。すなわち、海中ケーブルが海底についていない部位の水圧分布の積分（図６（ｂ）における当該部位の面積）を算出することができる。この値は、ケーブルの敷設形態（部位の位置など）によって変化する。

ここで、例えば、両側のケーブル３の形態が同一であり、海中ケーブルが海底に接していない部位（ケーブル長さ２９０ｍ）の水圧分布の積分値が１．５７・１０^６であったとする。また、この際のケーブルの全長を算出すると、２１７８ｍであったとする。また、ケーブル３の遮水性能は、２．４９・１０^−８（ｇ・ｃｍ）／（ｃｍ^２・ｄａｙ・ｍｍＨｇ）であるとする。

（１１）式より、［∫Ｐ_ＷＲ１（Ｌ）ｄＬ＋∫Ｐ_ＷＲ２（Ｌ）ｄＬ］＜７６０×１０^−７・２１７８／（２．４９・１０^−８）
また、∫Ｐ_ＷＲ１（Ｌ）ｄＬ＝∫Ｐ_ＷＲ２（Ｌ）ｄＬより、
２∫Ｐ_ＷＲ１（Ｌ）ｄＬ＜６．６５・１０^６
したがって、∫Ｐ_ＷＲ１（Ｌ）ｄＬ＜３．３２・１０^６・・・（１２）

（１２）式の左辺は、図６（ｂ）のＬ_Ｒ１の面積である。ケーブル３の水圧分布の積分が（１２）式を満足するためには、Ｌ_Ｒ１＜４６１ｍとなる。ここで、海中ケーブルが海底に接していない長さが２９０ｍであるとする。海底に敷設されるケーブル長は、２１７８ｍ−２９０ｍ×２＝１５９８ｍである。これに対して、１２５６ｍ以上のケーブル７を接続すれば、遮水性能を満足することができる。

なお、ケーブル７は、可撓性が劣るため、海中を浮遊させることはできない。したがって、本事例では、ケーブル７は、１２５６ｍ＜Ｌ_Ｓ＜１５９８ｍの範囲（但し、一対のケーブル３は同一長さ）とすることで、遮水性と可撓性を両立することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、可撓性に優れるケーブル３と、遮水性能に優れるケーブル７を、それぞれ適した位置に配置して連結したため、可撓性と遮水性能の両者を両立することができる。

特に、ケーブル３の遮水層２１は、金属層３１に凹凸形状を有する複層テープ３０で構成されるため、ケーブル３の曲りに追従し、高い可撓性を有する。

また、ケーブル７は、遮水層２１ａが鉛シースで構成されるため、相対的に可撓性は劣るが、高い遮水性能を発揮する。このため、海底部分にケーブル７を配置することで、最も深い部分に高い遮水性能を有するケーブルを配置することで、海中ケーブル１０全体としての遮水性能を高めることができる。

なお、以上の説明では、遮水層２１が複層テープ３０で構成され、遮水層２１ａが鉛シースで構成される例を示したが、遮水層２４、２４ａをそれぞれ複層テープ３０、鉛シースで構成してもよい。この場合には、遮水層２４、２４ａそれぞれの遮水性能も同様の方法で算出することができる。

以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１………洋上浮体設備
３………ケーブル
５ａ、５ｂ………接続部
７………ケーブル
９………ブイ
１０………海中ケーブル
１１………係留索
１３………電力用線心
１５………導体部
１７………絶縁部
１９………シールド層
２１、２１ａ………遮水層
２２………防食層
２３ａ、２３ｂ………鎧装
２４、２４ａ………遮水層
２５………外部防食層
２６………外部保護層
２７………介在層
２９………光ケーブル
３０………複層テープ
３１………金属層
３３ａ、３３ｂ………樹脂被覆部
３５ａ………凸部
３５ｂ………凹部
３８………ラップ部

Claims (9)

1. 海中ケーブルであって、
   導体上に絶縁層、シールド層、遮水層および防食層が形成される電力用線心と、
   複数本の前記電力用線心の全体の外周側に、前記電力用線心の全体の外周の周方向に複数本の線材が配置され、前記線材が前記電力用線心の軸方向に螺旋状に設けられて形成される鎧装部と、
   を少なくとも具備するケーブルであって、
   前記遮水層が、テープ状部材が巻き付けられて形成される第１ケーブルと、
   前記遮水層が、鉛シースで構成される第２ケーブルと、を具備し、
   一対の前記第１ケーブルの間に、前記第２ケーブルが接続されることを特徴とする海中ケーブル。
2. 前記テープ状部材は、樹脂層で金属層が挟まれた複層テープであり、前記複層テープの前記金属層は、凸部または凹部の少なくとも一方が繰り返し形成されることを特徴とする請求項１記載の海中ケーブル。
3. 前記鎧装部の外周側には、外部遮水層が設けられ、
   前記第１ケーブルの外部遮水層は、テープ状部材が巻き付けられて形成され、
   前記第２ケーブルの外部遮水層は、鉛シースで形成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の海中ケーブル。
4. 海中へ敷設された海中ケーブル敷設構造であって、
   導体上に絶縁層、シールド層、遮水層および防食層が形成される電力用線心と、
   複数本の前記電力用線心の全体の外周側に、前記電力用線心の全体の外周の周方向に複数本の線材が配置され、前記線材が前記電力用線心の軸方向に螺旋状に設けられて形成される鎧装部と、
   を少なくとも具備するケーブルであって、
   前記遮水層が、テープ状部材が巻き付けられて形成される第１ケーブルと、
   前記遮水層が、鉛シースで構成される第２ケーブルと、を具備し、
   一対の前記第１ケーブルの間に、前記第２ケーブルが接続され、
   前記第１ケーブルの端部が浮体設備に接続されることを特徴とする海中ケーブル敷設構造。
5. 前記第２ケーブルは、全長にわたって海底に位置することを特徴とする請求項４記載の海中ケーブル敷設構造。
6. それぞれの前記第１ケーブルの長さは、水深以上であり、
   ［∫Ｐ_ＷＲ１（Ｌ）ｄＬ＋∫Ｐ_ＷＲ２（Ｌ）ｄＬ］／（Ｌ_Ｒ１＋Ｌ_ｓ＋Ｌ_Ｒ２）＜７６０×１０^−７／Ｐ_Ｒ
   （但し、Ｐ_ＷＲ１（Ｌ）は、一方の前記第１ケーブルに付与される長さＬの位置における水圧（ｍｍＨｇ）、Ｐ_ＷＲ２（Ｌ）は、他方の前記第１ケーブルに付与される長さＬの位置における水圧（ｍｍＨｇ）、Ｌ_Ｒ１は、一方の前記第１ケーブルの全長（ｍ）、Ｌ_Ｒ２は、他方の前記第１ケーブルの全長（ｍ）、Ｌ_ｓは、前記第２ケーブルの全長（ｍ）、Ｐ_Ｒは、前記第１ケーブルの遮水性能（ｇ・ｃｍ／ｃｍ^２・ｄａｙ・ｍｍＨｇ））
   の関係を満たすことを特徴とする請求項４または請求項５記載の海中ケーブル敷設構造。
7. 海中ケーブルの敷設方法であって、
   導体上に絶縁層、シールド層、遮水層および防食層が形成される電力用線心と、
   複数本の前記電力用線心の全体の外周側に、前記電力用線心の全体の外周の周方向に複数本の線材が配置され、前記線材が前記電力用線心の軸方向に螺旋状に設けられて形成される鎧装部と、
   を少なくとも具備するケーブルであって、
   前記遮水層が、テープ状部材が巻き付けられて形成される第１ケーブルと、
   前記遮水層が、鉛シースで構成される第２ケーブルと、を用い、
   一対の前記第１ケーブルを互いに離間した浮体設備に接続するとともに、海上で、前記一対の前記第１ケーブル同士を前記第２ケーブルによって接続することを特徴とする海中ケーブルの敷設方法。
8. 海中ケーブルの敷設方法であって、
   導体上に絶縁層、シールド層、遮水層および防食層が形成される電力用線心と、
   複数本の前記電力用線心の全体の外周側に、前記電力用線心の全体の外周の周方向に複数本の線材が配置され、前記線材が前記電力用線心の軸方向に螺旋状に設けられて形成される鎧装部と、
   を少なくとも具備するケーブルであって、
   前記遮水層が、テープ状部材が巻き付けられて形成される一対の第１ケーブルと、
   前記遮水層が、鉛シースで構成される第２ケーブルと、を用い、
   一方の前記第１ケーブルと前記第２ケーブルとをあらかじめ接続しておき、
   一対の前記第１ケーブルを互いに離間した浮体設備に接続するとともに、海上で、他方の前記第１ケーブルと前記第２ケーブルを接続することを特徴とする海中ケーブルの敷設方法。
9. 海中ケーブルの敷設方法であって、
   導体上に絶縁層、シールド層、遮水層および防食層が形成される電力用線心と、
   複数本の前記電力用線心の全体の外周側に、前記電力用線心の全体の外周の周方向に複数本の線材が配置され、前記線材が前記電力用線心の軸方向に螺旋状に設けられて形成される鎧装部と、
   を少なくとも具備するケーブルであって、
   前記遮水層が、テープ状部材が巻き付けられて形成される一対の第１ケーブルと、
   前記遮水層が、鉛シースで構成される一対の第２ケーブルと、を用い、
   それぞれの前記第１ケーブルとそれぞれの前記第２ケーブルとをあらかじめ接続しておき、
   一対の前記第１ケーブルを互いに離間した浮体設備に接続するとともに、海上で、前記第２ケーブル同士を接続することを特徴とする海中ケーブルの敷設方法。

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