JP6169125B2 - ケーブル敷設構造およびケーブル敷設方法 - Google Patents

Description

本発明は、洋上設備用のケーブルの敷設構造およびケーブル敷設方法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、洋上設備である発電用風車から送電する洋上風力発電の実用化が進められている。

洋上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と、この外周にケーブル荷重をサポートするための鎧装線などを設けた構造である。

このような海中ケーブルとしては、良好な可撓性を確保した海中ケーブルがある（特許文献１）。

特開２０１３−０４５５５２号公報

図６（ａ）は、ケーブルを洋上設備に敷設する方法を示す図である。まず、図６（ａ）に示すように、洋上設備１００に設けられる保護管１０３にガイドワイヤ１０５を挿通し、他端を船体等に誘導する。船体においては、ガイドワイヤ１０５の端部に、ケーブルが接続される。

この状態で、ガイドワイヤ１０５を保護管１０３の上方に引き抜くことで、図６（ｂ）に示すように、ケーブル１０７が保護管１０３に導入されて、やがて保護管１０３の上方まで敷設することができる。その後、ケーブル１０７の一端を洋上設備１００と接続するとともに、ケーブル１０７は、海中に敷設され、他のケーブルや他の洋上設備と接続される。

ここで、ケーブル１０７は可撓性を有するため、ケーブル１０７を海中に送り出し、保護管１０３に引き入れる際に、図７に示すように、ケーブル１０７の一部が折れ曲がり、キンクが生じる恐れがある。このようなキンクが発生すると、ケーブル１０７を保護管１０３に導入することができなくなる。

これに対し、ケーブル１０７の曲げ剛性を高めることで、キンクの発生を抑制することが可能である。しかし、曲げ剛性を高めることで、ケーブル１０７の可撓性が悪化するため、取扱い性が悪くなるとともに、ケーブル１０７が高価となる。また、キンクの発生を抑制するための保護部材（例えば、ベンドスティフナー：ＵＳ７３８７４６９Ｂ２や、ベンドリストリクター：ＥＰ１５８６９２２Ｂ１など）を用いる方法もあるが、保護部材が高価であり、コスト増となる。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、他の保護部材などを用いずに、ケーブル敷設時におけるキンクの発生を抑制することが可能なケーブル敷設構造およびケーブル敷設方法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、洋上設備に用いられるケーブル敷設構造であって、前記洋上設備と接続される第１のケーブル部と、前記第１のケーブル部と連続し、海中に敷設される第２のケーブル部と、を具備し、前記第１のケーブル部が、保護管に挿通され、前記第１のケーブル部の曲げ剛性が、前記第２のケーブル部の曲げ剛性よりも高いことを特徴とするケーブル敷設構造である。

前記第１のケーブル部と前記第２のケーブル部の間において、曲げ剛性が段階的に変化することが望ましい。

前記第１のケーブル部の鎧装に対し、前記第２のケーブル部の鎧装の剛性を低くすることで、前記第１のケーブル部の曲げ剛性を、前記第２のケーブル部の曲げ剛性よりも高くしてもよい。

前記第１のケーブル部の外部シースの層数に対し、前記第２のケーブル部の外部シースの層数を少なくすることで、前記第１のケーブル部の曲げ剛性を、前記第２のケーブル部の曲げ剛性よりも高くしてもよい。

前記第１のケーブル部の電力用線心の剛性に対し、前記第２のケーブル部の電力用線心の剛性を低くすることで、前記第１のケーブル部の曲げ剛性を、前記第２のケーブル部の曲げ剛性よりも高くしてもよい。

前記第１のケーブル部の長さＬは、前記洋上設備が敷設される場所の水深Ｈに対し、Ｈ≦Ｌ≦２Ｈであることが望ましい。

第１の発明によれば、保護管に挿通される第１のケーブル部の曲げ剛性を高めることで、キンクの発生を抑制することができる。また、海中に敷設される第２のケーブル部の曲げ剛性は、第１のケーブル部の曲げ剛性よりも低いため、ケーブル全体の曲げ剛性を高める場合と比較して、取扱い性にも優れ、コストも低減することができる。

また、第１のケーブル部と第２のケーブル部の接続部において、曲げ剛性を段階的に変化させることで、曲げ剛性の変化部分でのキンクや局部曲りなどの発生を抑制することができる。

また、第１のケーブル部の鎧装に対し、第２のケーブル部の鎧装の剛性を低くすることで、曲げ剛性を変化させれば、第１のケーブル部と第２のケーブル部の外径を略同一にすることができる。

また、第１のケーブル部の外部シースの層数に対し、第２のケーブル部の外部シースの層数を少なくことで、曲げ剛性を変化させれば、製造が容易であり、内部の構造を同一にすることができる。

また、第１のケーブル部の長さＬが、洋上設備が敷設される場所の水深Ｈに対し、Ｈ≦Ｌであれば、ケーブルの保護管に挿通される範囲の曲げ剛性を少なくとも高めることができる。また、Ｌ≦２Ｈであれば、ケーブルが保護管に挿通された際に、船体から繰り出されているケーブルについての曲げ剛性を高めることができる。また、この状態で、さらに海中に繰り出されるケーブルの曲げ剛性が低いため、コストを抑制し、取扱い性にも優れる。

第２の発明は、保護管を有する洋上設備にケーブルを敷設する方法であって、前記保護管よりも長さが長い第１のケーブル部と、前記第１のケーブル部の曲げ剛性よりも曲げ剛性が低い第２のケーブル部とを具備するケーブルを用い、前記洋上設備に設置される前記保護管にガイドワイヤを挿通し、前記ガイドワイヤの先端部と、前記第１のケーブル部とを接続して、前記ガイドワイヤを前記保護管の上端から引き抜くことで、前記第１のケーブル部を前記保護管に挿通し、前記第２のケーブル部を海中に敷設することを特徴とするケーブル敷設方法である。

第２の発明によれば、ケーブルのキンクの発生を効率良く抑制し、ケーブルを洋上設備に敷設することができる。

本発明によれば、他の保護部材などを用いずに、ケーブル敷設時におけるキンクの発生を抑制することが可能なケーブル敷設構造およびケーブル敷設方法を提供することができる。

ケーブル１を示す断面図。 ケーブル１の曲げ剛性を示す図。 洋上設備２０にケーブル１を敷設する状態を示す図。 ケーブル１ａを示す図。 ケーブル１ａの断面図であり、（ａ）は図４のＩ−Ｉ線断面図、（ｂ）は図４のＪ−Ｊ線断面図、（ｃ）は図４のＫ−Ｋ線断面図、（ｄ）は図４のＬ−Ｌ線断面図。 （ａ）は保護管１０３にガイドワイヤ１０５を挿通した状態を示す図、（ｂ）は保護管１０３にケーブル１０７を挿通する状態を示す図。 ケーブル１０７にキンクが発生した状態を示す図。

以下、本発明の実施の形態にかかるケーブル等について説明する。図１はケーブル１の断面図である。ケーブル１は、主に電力用線心３、鎧装１３ａ、１３ｂ、外部シース１５等から構成される。

電力用線心３は、導体部５、絶縁部７、内部シース１１等から構成される。導体部５は、例えば銅素線を撚り合わせて構成される。導体部５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５の外周部には、絶縁部７が設けられる。絶縁部７は、例えば架橋ポリエチレンで構成される。なお、絶縁部７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。

絶縁部７の外周には、内部シース１１が設けられる。内部シース１１は、例えば樹脂製である。内部シース１１は、内部の各層を保護する為のものである。内部シース１１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。

なお、内部シース１１と絶縁部７の間には、シールド層や遮水層などを別途設けてもよい。

このようにして構成される電力用線心３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３を撚り合わせた後、隙間に樹脂紐等の介在層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１の荷重を支持する鎧装部が設けられる。また、介在層には、必要に応じて光ケーブル９等の通信ケーブルを設けてもよい。

鎧装部は、たとえば鎧装１３ａ、１３ｂの２層構造である。鎧装１３ａ、１３ｂは、例えば金属線（鋼線またはステンレス線）、樹脂線（例えば、ポリエチレン線またはポリエチレンテレフタレート線）や繊維補強プラスチック製の線材である。なお、鎧装１３ａ、１３ｂの材質については後述する。

鎧装部は、それぞれ周方向に併設された複数の鎧装１３ａ、１３ｂ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１３ａ、１３ｂは、鎧装１３ａ、１３ｂ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１３ａと外周側の鎧装１３ｂ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１３ａ、１３ｂを互いに逆向きに螺旋巻きすることで、ケーブル１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１３ａ、１３ｂ）の外周には、外部シース１５が設けられる。なお、外部シース１５の内周側に遮水層を設けてもよい。外部シース１５は、例えば鎧装部の外周に押出被覆や、テープ材または線材を巻き付けて構成される樹脂製である。外部シース１５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。

なお、図示した例では、交流用の三心ケーブルを示すが、直流用の単心ケーブルであってもよい。この場合には、電力用線心３が一本となる。また、鎧装部は、鎧装１３ａ、１３ｂの２層でなくてもよく、単層であってもよい。

ここで、ケーブル１は、長手方向の位置によって曲げ剛性が異なる。図２は、ケーブル１の曲げ剛性を示す図である。ケーブル１は、第１のケーブル部である補強部１７（図中Ａ）と、第２のケーブル部である定常部２１（図中Ｅ）とが剛性遷移部１９（図中Ｂ〜Ｄ）を介して連続する。

補強部１７は、定常部２１よりも曲げ剛性が高い。また、剛性遷移部１９においては、曲げ剛性が段階的に変化し、補強部１７側から定常部２１側に向かって、曲げ剛性が低くなる。具体的には、Ａ位置の曲げ剛性＞Ｂ位置の曲げ剛性＞Ｃ位置の曲げ剛性＞Ｄ位置の曲げ剛性＞Ｅ位置の曲げ剛性となる。

ここで、ケーブル１の曲げ剛性は、主に、電力用線心３の曲げ剛性と、鎧装部の曲げ剛性と、外部シース１５の曲げ剛性の和となる。より具体的には、電力用線心３の曲げ剛性は、主に、導体部５の曲げ剛性と、絶縁部７の曲げ剛性と、内部シース１１の曲げ剛性の和に、電力用線心３の本数を乗じたものでおおよそ表せられる。

また、鎧装部の曲げ剛性は、鎧装１３ａ、１３ｂの一本当たりの曲げ剛性に、鎧装１３ａ、１３ｂの本数を乗じたもので表せられる。また、外部シース１５の曲げ剛性は、円管の曲げ剛性として、弾性率Ｅ×π×（外径Ｄ^２−内径ｄ^２）／６４で表される。

なお、各部の曲げ剛性は、その材質（弾性率）やサイズによって決まり、弾性率やサイズを大きくすることで、曲げ剛性を大きくすることができる。また、鎧装部では、鎧装１３ａ、１３ｂの巻き付け角度を小さくする（より直線に近くすることで）ことで、曲げ剛性を大きくすることができる。

このように、曲げ剛性を図２に示すように変えるためには、各部（Ａ〜Ｅ）において、上述したいずれかの曲げ剛性を変えればよい。例えば、鎧装１３ａ、１３ｂの材質を変えることで、曲げ剛性を変えることができる。

この場合、例えば、Ａ部の鎧装１３ａ、１３ｂは、全て鋼線とし、Ｂ部の鎧装１３ａ、１３ｂは、８０％を鋼線、２０％を樹脂線とし、Ｃ部の鎧装１３ａ、１３ｂは、６０％を鋼線、４０％を樹脂線とし、Ｄ部の鎧装１３ａ、１３ｂは、４０％を鋼線、６０％を樹脂線とし、Ｅ部の鎧装１３ａ、１３ｂは、２０％を鋼線、８０％を樹脂線とすることで、曲げ剛性を段階的に変化させることができる。なお、この場合には、樹脂線と鋼線とをスリーブ等で接続することで、一本のケーブル１を製造することができる。

なお、本発明では、剛性遷移部１９の段数は図示した例には限られない。また、剛性遷移部１９を用いずに、補強部１７と定常部２１とを直接接続してもよい。すなわち、曲げ剛性の変化が１段であってもよい。なお、補強部１７と定常部２１の接続は、敷設前にあらかじめ接続してもよいし、敷設時に海上で接続してもよい。

図３は、保護管を有する洋上設備２０にケーブル１を敷設した敷設構造を示す図である。前述した様に、船体からケーブル１を繰り出しながら、保護管２３にガイドワイヤ２５を挿通し、保護管２３の上端からガイドワイヤ２５を引き抜くことによって保護管２３にケーブル１を導入する。さらに定常部２１が海中に敷設される。この際、保護管２３に挿通されるケーブル１が、補強部１７であれば、ケーブル１にキンク等が生じにくい。

これに対し、ケーブル１の海中に敷設される部分は、定常部２１であるため、過剰な曲げ剛性を有さず、取扱い性が優れ、コストも低減することができる。

なお、補強部１７の長さＬ（図２）としては、保護管２３の長さ（≒洋上設備２０における水深Ｈ（図３））以上であることが望ましい。このようにすることで、ケーブル１を保護管２３に完全に挿通するまでに曲げ剛性の低い部分が保護管２３に導入されることがない。

なお、ケーブル１の全体を補強部１７とすると、取扱い性が悪く、コスト増となる。したがって、補強部１７の長さＬ（図２）としては、保護管２３の長さ（概ね洋上設備２０における水深Ｈ（図３））の２倍以下であることが望ましい。

補強部１７の長さＬが、水深Ｈの２倍あれば、ケーブル１を保護管２３に完全に挿通するまでは、概ね、船体と保護管２３との間に曲げ剛性の高い補強部１７が位置する。このため、海中に繰り出したケーブル１に捻じれなどが生じにくい。このため、船体と保護管２３との間の捻じれなどの影響が、保護管２３の入り口近傍に伝わることがない。また、それ以上の部位では、保護管２３に導入させるケーブル１への影響が小さいため、曲げ剛性の低い定常部２１とすることで、敷設作業が容易であり、コストも低減することができる。

以上、本実施の形態によれば、保護管２３に挿通される部分が、ケーブル１の補強部１７であるため、定常部２１に対して曲げ剛性が高い。また、補強部１７の曲げ剛性を高くすることで、補強部１７の捻じり剛性も高くなる。この結果、保護管２３に挿通される部分にキンク等が生じにくい。また、海底に敷設される部位が定常部２１であるため、保護管２３への導入に影響の小さな部位の曲げ剛性を過剰に高めることがない。

また、補強部１７と定常部２１との間に、剛性遷移部１９を設けるため、曲げ剛性が急激に変わることがない。このため、曲げ剛性の急激な変化部に、過剰な応力が付与されたり、境界部でキンク等が生じやすくなることを抑制することができる。

また、曲げ剛性を変化させる方法として、鎧装１３ａ、１３ｂの材質を変えて曲げ剛性を変えることで、ケーブル１の全体として、各部の径が変わることがない。なお、材質を変えることでケーブル１の曲げ剛性を部分的に変える方法としては、鎧装１３ａ、１３ｂの他に、電力用線心３を構成する各部の材質（弾性率）を部分的に変えて曲げ剛性を変えてもよく、または外部シース１５の材質（弾性率）を部分的に変えて曲げ剛性を変えてもよい。例えば、電力用線心３については、全体の外径は変えずに、絶縁部７と内部シース１１に比べ、弾性率Ｅが大きい導体部５の外径を変えても良い。補強部１７と定常部２１とで電力用線心３の外径が同じため、接続が容易である。

次に、第２の実施形態について説明する。図４は、第２の実施形態にかかるケーブル１ａを示す図である。ケーブル１ａはケーブル１とほぼ同様の構成であるが、曲げ剛性を変化させる手法が異なる。

図５は、ケーブル１ａの断面図であり、図５（ａ）は図４のＩ−Ｉ線断面図、図５（ｂ）は図４のＪ−Ｊ線断面図、図５（ｃ）は図４のＫ−Ｋ線断面図、図５（ｄ）は図４のＬ−Ｌ線断面図である。

ケーブル１ａの断面構造は、ケーブル１とほぼ同様であるが、外部シース１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄが積層されて構成される。ここで、補強部１７は、外部シース１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄの４層からなり、剛性遷移部１９では、外部シース１５ａ、１５ｂ、１５ｃの３層から外部シース１５ａ、１５ｂの２層と変化し、定常部２１では、外部シース１５ａの１層となる。

このように、ケーブル１ａは、部位によって外部シースの層数が異なる。外部シースの層数が多いと、外部シース全体の厚みが厚くなり、曲げ剛性が大きくなる。したがって、補強部１７は最も曲げ剛性が大きく、剛性遷移部１９、定常部２１に行くにつれて曲げ剛性が小さくなる。

なお、ケーブル１ａは、まず、外部シース１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄを押出被覆して形成し、剛性遷移部１９と定常部２１に対応する部位では、所定の外部シースを剥離すればよい。

第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、外部シースの層数を変えることで、曲げ剛性を変化させるため、製造が容易である。

なお、外部シースの層数は、図示した例には限られない。また、内部シース１１を複数層に構成して、各部で層数を変えてもよい。

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、１ａ………ケーブル
３………電力用線心
５………導体部
７………絶縁部
９………光ケーブル
１１………内部シース
１３ａ、１３ｂ………鎧装
１５、１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ………外部シース
１７………補強部
１９………剛性遷移部
２１………定常部
２０………洋上設備
２３………保護管
２５………ガイドワイヤ
１００………洋上設備
１０３………保護管
１０５………ガイドワイヤ
１０７………ケーブル

Claims (8)

1. 洋上設備に用いられるケーブル敷設構造であって、
   前記洋上設備と接続される第１のケーブル部と、
   前記第１のケーブル部と連続し、海中に敷設される第２のケーブル部と、
   を具備し、
   前記第１のケーブル部が、保護管に挿通され、
   前記第１のケーブル部の曲げ剛性が、前記第２のケーブル部の曲げ剛性よりも高いことを特徴とするケーブル敷設構造。
2. 前記第１のケーブル部と前記第２のケーブル部の間において、曲げ剛性が段階的に変化することを特徴とする請求項１記載のケーブル敷設構造。
3. 前記第１のケーブル部の鎧装に対し、前記第２のケーブル部の鎧装の剛性を低くすることで、前記第１のケーブル部の曲げ剛性を、前記第２のケーブル部の曲げ剛性よりも高くすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のケーブル敷設構造。
4. 前記第１のケーブル部の外部シースに対し、前記第２のケーブル部の外部シースの剛性を低くすることで、前記第１のケーブル部の曲げ剛性を、前記第２のケーブル部の曲げ剛性よりも高くすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のケーブル敷設構造。
5. 前記第１のケーブル部の外部シースの層数に対し、前記第２のケーブル部の外部シースの層数を少なくすることで、前記第１のケーブル部の曲げ剛性を、前記第２のケーブル部の曲げ剛性よりも高くすることを特徴とする請求項４に記載のケーブル敷設構造。
6. 前記第１のケーブル部の電力用線心の剛性に対し、前記第２のケーブル部の電力用線心の剛性を低くすることで、前記第１のケーブル部の曲げ剛性を、前記第２のケーブル部の曲げ剛性よりも高くすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のケーブル敷設構造。
7. 前記第１のケーブル部の長さＬは、前記洋上設備が敷設される場所の水深Ｈに対し、Ｈ≦Ｌ≦２Ｈであることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のケーブル敷設構造。
8. 保護管を有する洋上設備にケーブルを敷設する方法であって、
   前記保護管よりも長さが長い第１のケーブル部と、前記第１のケーブル部の曲げ剛性よりも曲げ剛性が低い第２のケーブル部とを具備するケーブルを用い、
   前記洋上設備に設置される前記保護管にガイドワイヤを挿通し、前記ガイドワイヤの先端部と、前記第１のケーブル部とを接続して、前記ガイドワイヤを前記保護管の上端から引き抜くことで、前記第１のケーブル部を前記保護管に挿通し、前記第２のケーブル部を海中に敷設することを特徴とするケーブル敷設方法。

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