JP6659829B2 - 送電ケーブルおよび送電ケーブルの生産のためのプロセス - Google Patents

Description

本発明は、添付の特許請求の範囲で規定されるような送電ケーブルおよび送電ケーブルの生産のためのプロセスに関する。

高電圧送電ケーブルは、中電圧または高電圧の電力を伝送するために使用される。そのような電気ケーブルは、地中に埋設されることがあり、陸上ケーブルと呼ばれ、あるいは電力ケーブルは、海底に埋設されてもよく、または海水中の２つの固定点間に自由に延在してもよい。海水用途で使用されるケーブルは、海中、海水、または水中電力ケーブルと呼ばれる。

エネルギーの世界的な取引を可能にするためには異なる地域の送電網を相互に接続する必要があるため、送電ケーブルの長さが増加している。また、エネルギーが他方では必要とされ、生産される領域が他方では互いに遠く離れている場合があり、このことが安全な電力移送の必要性をさらに高めている。

送電ケーブルは、通常、導体と、少なくとも１つの半導電層および絶縁層を備える絶縁システムと、を含む。絶縁システムのこれらの機能層に加えて、例えば、水分の侵入から絶縁システムを保護するために、すなわち、水が絶縁体に侵入するのを阻止するために、さらに生産、設置、使用中などの機械的摩耗または力からの保護を行うために、保護システムが適用される。したがって、保護システムは、防湿バリアおよびさらなる保護層を含むことがある。

絶縁システムは、絶縁システムの半導電層および絶縁層を形成する紙ベースの材料の層を含み、またはそのような層から構成されることがある。半導電層は、その場合、典型的には、紙材料を半導電性にするカーボンブラックなどの半導電性フィラー粒子を含む。

紙の層を含む絶縁システムは、吸湿から絶縁体を保護し、絶縁システム内のすべての細孔、ボイド、または他の隙間を充填するために、典型的には、低粘度の油などの誘電性流体が含浸される。含浸の後、絶縁システムには、通常、防湿バリアが直接設けられ、絶縁システム内部に油を保持し、絶縁システムを外部環境からの水分および空気から保護する。通常、防湿バリアは、押し出された鉛シースの形態で提供される。押出しは、含浸油から持ち上げられた直後に、ケーブルに対して行われる。紙ベースの絶縁システムを有する送電ケーブルの生産のためのプロセスは、例えば、「Ｓｕｂｍａｒｉｎｅ Ｐｏｗｅｒ Ｃａｂｌｅｓ：Ｄｅｓｉｇｎ， Ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ， Ｒｅｐａｉｒ， Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ａｓｐｅｃｔｓ」、Ｔｈｏｍａｓ Ｗｏｒｚｙｋ， Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ Ｂｅｒｌｉｎ Ｈｅｉｄｅｌｂｅｒｇ、２００９、ＩＳＢＮ ９７８−３−６４２−０１２６９−３、ｐｐ１２６−１３０にさらに記載されている。

オレフィン系ポリマー材料などの押出し可能なポリマー材料の層を含む絶縁システムを有する電力ケーブルもある。これらのケーブルは、誘電性流体に含浸されていないが、それでも、絶縁システムを水分侵入および機械的摩耗から保護するために防湿バリアおよび他の保護層も必要とする。国際公開第２００８０７１７５４（Ａ１）号は、鉛を含む、水分バリアとして作用する周囲保護シースを有する押出し可能なポリマー材料の絶縁システムを備える送電ケーブルの例を示す。

鉛は、通常、防湿バリア材料として使用され、加工するのが簡単である。しかしながら、鉛は、環境にやさしい材料ではなく、機械的疲労にも敏感であり、防湿バリアとして必ずしも最適な材料ではない。それでも、加工が容易なため、鉛を防湿バリアとして使用することは望ましいことではあるが、代替の材料を防湿バリア材料として使用することができることも望ましい。しかしながら、他の金属は、絶縁システムが傷つきやすく、防湿バリアの適用中に損傷を受けてはならないという事実のために、防湿バリアとして適用するのが困難であった。

従来技術を考慮して、鉛シースに取って代わる、より環境にやさしい防湿バリアを使用する可能性を提供する必要がある。

防湿バリアに対する材料のより幅広い選択を可能にする代替の解決策、ならびに防湿バリアのケーブルへの他の適用方法を見出す必要もある。

したがって、本発明の目的は、より環境にやさしいバリア材料の使用を可能にし、ケーブルに対する優れた機械的特性を提供する代替の防湿バリア構成を提供することである。

また、本発明の目的は、柔軟性があり、異なる要求に適合させることができる防湿バリア構成を提供することである。

本発明のさらなる目的は、異なる種類の防湿バリアの適用を可能にし、一方で絶縁システムが外部から作用する力に対して保護されている防湿バリア構成を提供することである。

本発明のさらなる別の目的は、機械的歪みに関する要件を満たし、生産するのに経済的なケーブルを提供することである。

上記の目的は、添付された特許請求の範囲による送電ケーブルによって達成される。特に、本目的は、金属導体と、導体の同軸方向に、且つ径方向外側で導体を取り囲む電気絶縁システムと、絶縁システムの同軸方向に、且つ径方向外側で絶縁システムを取り囲む保護システムと、を備える送電ケーブルによって達成される。絶縁システムは、絶縁層によって径方向外側で取り囲まれた内側半導電層を備え、絶縁層は、任意選択で外側半導電層によって径方向外側で取り囲まれている。保護システムは、絶縁システムの同軸方向に、且つ径方向外側で絶縁システムを取り囲む防湿バリア構成を備える。防湿バリア構成は、独立して適用可能な第１の層および独立して適用可能な第２の層を備える。第１の層は、押し出されたプラスチック材料層であり、絶縁システムと直接接触して配置されている。第２の層は、金属材料層であり、第１の層に接触して配置されている。

防湿バリア構成における押し出されたプラスチック材料層である第１の層が、絶縁システムに対する初期の保護を提供することが分かった。したがって、金属材料の第２の層は、後の段階でケーブルに適用されてもよく、それによって防湿バリアを異なる要求に適応させることが可能になる。したがって、柔軟なケーブル設計が提供される。さらに、防湿バリア構成の層として鉛を使用することがなお可能であるが、本防湿バリア構成によって、防湿バリア構成の第２の層として金属材料層を、例えば、機械的手段によって適用し取り付けることができるため、防湿バリアとしてより環境にやさしい材料の使用も可能になる。また、第２の層として、銅、銅を含む合金、アルミニウム、アルミニウムを含む合金、鉛、および鋼鉄などの、所望の金属層を使用することができるため、ケーブルの機械的特性が改善されることがある。例えば、第１のプラスチック層が、防湿バリア構成の第２の層の適用および付着中に絶縁システムに保護を提供するため、波形の、または非波形の、すなわち平坦な、押し出されたあるいは溶接された材料を使用することが可能である。第２の層が金属材料層であるため、永久的な水分保護を提供することができる。

電力ケーブルの絶縁システムの内側半導電層、絶縁層、および任意選択の外側半導電層は、紙ベースであってもよい。導体および紙ベースの絶縁システムを備えるそのようなケーブルは、絶縁システムを取り囲む防湿バリア構成を適用する前に誘電性流体が含浸される。ケーブルに油などの誘電性流体が含浸されるため、防湿バリア構成の第１の層の押出し可能なプラスチック材料は、好ましくは疎油性ポリマーを含み、またはそのようなポリマーから構成される。このようにして、含浸流体は、防湿バリア構成の第１の層に入り込まない。

別の実施形態によると、絶縁システムにおいて絶縁システムの内側半導電層、絶縁層、および任意選択の外側半導電層は、押出し可能なポリマー系の材料を含む。絶縁システムの押出し可能なポリマー系の材料は、例えば、ポリオレフィン系であってもよい。押出し可能なポリマー系の材料は、ケーブルに優れた機械的特性を与える。

ケーブルが押出し可能なポリマー系の材料を含む絶縁システムを備える場合、防湿バリア構成の第１の層の押出し可能なプラスチック材料は、種々様々の異なるプラスチックから選択されてもよい。したがって、防湿バリア構成の第１の層の押出し可能なプラスチック材料は、オレフィン系ポリマーを含んでもよく、あるいは疎油性ポリマーを含み、または疎油性ポリマーから構成されてもよい。したがって、簡略化された製造プロセスを提供することができ、同時に、そのような材料が不活性であり、ケーブルの絶縁システムに適合するため、ケーブルの電気的特性が悪影響を受けない。また、既存のケーブル製造設備および押出し装置がケーブルの絶縁システム上に第１の層を適用するために使用されてもよい。

好ましくは、防湿バリア構成の第１の層の押出し可能なプラスチック材料は、半導電性である。このようにして、ケーブルの電気的特性は、悪影響を受けない。また、紙ベースの絶縁システムを備えるケーブルなどの、外側半導電層が必要とされないケーブル構造の場合には、防湿バリア構成の第１の層は、ケーブルの電気的特性をさらに改善することができる。

防湿バリア構成の第２の層は、波形もしくは非波形の押し出されたまたは溶接された金属層であってもよい。波形にすることによって、平坦な（非波形の）金属層と比較して、曲げ特性を改善することが可能である。溶接された金属層は、特定のケーブルに適合させることができ、後の段階で防湿バリア構成の第１の層を取り囲むように容易に適用することができる。

第２の金属層は、例えば、絶縁システム上への押出しまたは溶接によって適用されてもよいため、防湿バリア構成の第２の層の材料は、様々な金属から選択され得る。したがって、防湿バリア構成の第２の層は、銅、銅を含む合金、アルミニウム、アルミニウムを含む合金、鉛、または鋼鉄の金属層を含み、あるいはそのような金属層から構成されてもよい。

防湿バリア構成の第２の層は、押し出された鉛シースであってもよい。鉛は優れた防湿バリア特性を提供し、同時に、加工するのが容易であり、ケーブルを重くして、例えば海水用途に望ましい場合がある。

送電ケーブルは、高電圧直流（ＤＣ）ケーブルまたは高電圧交流（ＡＣ）ケーブルであってもよい。

また、上記の目的は、初期の防湿バリア層および主要な防湿バリアとも呼ばれる、第１の層および第２の層を含む防湿バリア構成をそれぞれ有する上記のようなケーブルの生産のためのプロセスであって、
ｉ）送電ケーブルのための導体を用意し、導体の同軸方向に、且つ径方向外側で導体を取り囲むように絶縁システムを適用するステップと、
ｉｉ）任意選択で、導体および絶縁システムを備える、ステップｉ）からのケーブルに誘電性流体を含浸するステップと、
ｉｉｉ）プラスチック材料の層を、ステップｉｉ）において任意選択で含浸された絶縁体システム上に押し出すことよって、防湿バリア構成の第１の層を適用するステップと、
ｉｖ）金属層を防湿バリア構成の第２の層として防湿バリア構成の第１の層上に適用するステップと、
を含む、プロセスによって達成される。

ステップｉｉｉ）のプロセス中に、押し出されたプラスチック材料は、ケーブルの直径を上回る直径を有するプラスチックチューブとして、ステップｉ）またはｉｉ）から提供されたケーブル上に適用されてもよい。プラスチック材料の押出しは、ケーブルに押し出されたプラスチックチューブが設けられるときに、ケーブルのより速い速度によってチューブが引き伸ばされるように、ケーブルの送り速度よりも遅い速度で行われる。これにより、プラスチックチューブがケーブルの絶縁システムに密接に嵌合し、直接接触するように、プラスチックチューブの直径が減少する。それゆえ、嵌合は、最適であり、プラスチック材料は、絶縁システムを傷つけるようなやり方でケーブルを締めつけることはない。

防湿バリア構成の第２の層は、押出し、溶接、接着によって、または防湿バリア構成の第１の層への機械的な付着手段によって、ステップｉｖ）の間に適用されてもよい。これにより、第２の層に対する鉛以外の金属材料、および押出し以外の適用手段も可能になる。ケーブルの機械的特性は、それゆえ改善される。

防湿バリア構成の第２の層は、さらに波形にされてもよい。これは、ケーブルの機械的および屈曲特性をさらに改善する。

また、本発明は、ステップｉｉｉ）およびｉｖ）が別々に、互いに独立して行われる、上記で規定されたようなプロセスに関する。これにより、後の段階で主要な防湿バリアの選択が可能になる。したがって、送電ケーブルの意図された用途に基づいて、主要なまたは永久的な防湿バリア構成の層とも呼ばれる、第２の材料を選ぶことが可能である。

上記のプロセスは、絶縁システムが紙ベースの絶縁システムを備える、またはそのような絶縁システムから構成されるケーブルに使用されてもよい。

また、上記のプロセスは、絶縁システムが押し出されたポリマー系の絶縁システムを備える、またはそのような絶縁システムから構成されるケーブルに使用されてもよい。

本発明のさらなる利点および特徴は、添付された図面を参照して以下に記載される。

本発明で使用するための紙ベースの絶縁システムを備えるケーブルの層の部分切欠き側面図である。 本発明で使用するための紙ベースの絶縁システムを備えるケーブルの層の径方向断面図である。 本発明による押出し可能なポリマー系材料を含む絶縁システムを備えるケーブルの層の部分切欠き側面図および径方向断面図（ｂ）である。 本発明による押出し可能なポリマー系材料を含む絶縁システムを備えるケーブルの層の径方向断面図である。 本発明による絶縁システムを有するケーブルを備えるＨＶＡＣケーブルの径方向断面図である。 本発明によるケーブルの生産のためのプロセスのステップを示す流れ図である。

送電ケーブルは、一般に金属導体と、絶縁システムと、防湿バリア構成を備える保護システムと、を備える。本発明による防湿バリア構成は、第１の層および第２の層を備える。第１の層は、防湿バリア構成の第２の層の構造および／または材料が決定されるまで、ならびにケーブルが地中または海底に埋設される前に、初期の水分保護を提供するために初めにケーブルの絶縁システム上に適用されることがあるため、本明細書では、初期の防湿バリア層とも呼ばれる。防湿バリア構成の第２の層は、本明細書では主要な防湿バリアとも呼ばれる。主要な防湿バリアは、水および／または水分に対して永久的な保護を提供し、後の段階で、例えば、ケーブルが地中または海底に埋設される直前に、水分保護システムの第１の層上に適用されることがある。第２の層は、主要な防湿バリアであることに加えて、ケーブルの機械的特性を改善する任意の適切な金属材料からさらに選択されてもよい。

防湿バリア構成の第１の層は、押し出されたプラスチック材料層であり、絶縁システムと直接接触して配置されている。押出し可能なプラスチックとは、ポリマー構造を有する成型可能な材料を意味する。プラスチック材料は、有機および／または合成ポリマーを含み、あるいはそれらから構成されてもよい。これらの材料は、不活性であり、ケーブルの絶縁システムに適合する。送電ケーブルで使用するのに適し、押出しに適した任意のプラスチック材料が使用されてもよい。押出し可能なプラスチック材料は、特に紙ベースの絶縁システムを備えるケーブルで使用される場合、好ましくは、耐油性の疎油性ポリマーである。疎油性ポリマーとは、ポリマーが脂質中で可溶性がなく、および／または脂質に対して親和性を有さないことを意味する。これは、ケーブルの製造中に油などの誘電性流体に含浸された紙ベースの絶縁システムに関して有利である。防湿バリア構成の第１の層の疎油性材料は、油が第１の材料層に入り込み、したがって絶縁システムから流出するのを防止する。疎油性ポリマーの例は、ポリアミド、ポリウレタン、およびポリエステルなどの極性ポリマーである。さらなる例は、ポリテトラフルオロエチレン（テフロン（登録商標））などのハロゲン化ポリマーである。防湿バリア構成の第１の層の押出し可能なプラスチック材料は、ケーブルにぴったりと嵌合し、したがって、空気は、ケーブル絶縁体に入り込むことができない。したがって、プラスチック材料の第１の層は、例えば、従来技術の解決策で使用されるような、絶縁システム上に直接押し出された鉛シースと比較して、改善されたやり方で絶縁システムおよび導体を保護する。

代わりに、防湿バリア構成の第１の層は、オレフィン系ポリマーを含む。オレフィン系ポリマーは、例えば、ポリエチレン系ポリマーであってもよいポリマー絶縁システムの基材ポリマーとしてしばしば使用される。したがって、オレフィン系ポリマーは、オレフィン系材料などの押出し可能なポリマー系材料を含む絶縁システムを有するケーブルの防湿バリア構成の第１の層で使用するのに特に適している。

防湿バリア構成の第１の層の押出し可能なプラスチック材料は、架橋されていないポリマーであってもよい。このようにして、絶縁システムおよび防湿バリア構成の第２の層に適合するより柔軟な材料を提供することができる。代わりに、防湿バリア構成の第１の層の押出し可能なプラスチック材料は、架橋されていてもよく、それによって材料の機械的特性が改善される場合がある。

防湿バリア構成の第１の層の押出し可能なプラスチック材料は、ケーブルの電気的特性に悪影響を与えないように半導電性であってもよい。プラスチック材料は、この場合、導電性フィラー粒子を含むことができる。絶縁システムが、押出し可能なポリマー系材料の絶縁システムおよび／または外側半導電層を含む場合、防湿バリア構成の第１の層の化学組成は、外側半導電層の材料とは適切に異なる。

防湿バリア構成の第２の層は、第１の層に接触して配置された金属材料層である。第２の層は、金属を含み、または金属から構成されてもよい。金属層は、押し出された、または溶接された金属層を含み、あるいはそのような金属層から構成されてもよい。金属層は、波形であっても、波形でなくてもよい。金属層の材料は、銅、銅を含む合金、アルミニウム、アルミニウムを含む合金、鉛、または鋼鉄であってもよい。

一変形形態によると、防湿バリア構成の第２の層は、押し出された鉛シースである。鉛は、優れた防湿バリア特性を有し、典型的には防湿バリアとして送電ケーブルに使用される。

防湿バリア構成の第１の層は、第２の層、すなわちケーブルの永久的な防湿バリアのための材料を後で決定することを可能にする。第２の層は、押出し、接着、溶接によって、または機械的な付着手段によって防湿バリア構成の第１の層上に適用されてもよい。防湿バリア構成の第１の層は、第２の層の適用中に絶縁システムを損傷から保護し、したがって、例えば、防湿バリア構成の第２の層を防湿バリア構成の第１の層に固定するための機械的な付着手段を使用することが可能である。

防湿バリアの第２の層としての波形金属の使用は、本発明の送電ケーブルを容易に曲げることができるように柔軟にする。波形金属は、防湿構成の第２の層の機械的疲労特性も改善する。

防湿バリア構成の第１および第２の層は、互いに独立してケーブルに適用されてもよい。また、これらの層は、ケーブル製造プロセス中にオンラインで適用されてもよい。しかしながら、初期の防湿バリアとして機能する第１の層は、製造プロセスにおいて柔軟性を提供する。

本開示によると、導体は、第１の半導電層と、絶縁層と、任意選択の第２の半導電層と、を含む電気絶縁システムによって取り囲まれている。絶縁システムは、内側半導電層および任意選択の外側半導電層よりも多くの層を含んでいてもよく、絶縁システム内に２つ以上の絶縁層があってもよい。

絶縁システムでは、絶縁層は、絶縁特性を有し、本質的に導電性がなく、または非常に低い導電性を有する。半導電層は、例えば、導電特性を有するフィラーを使用することによって半導電性にされてもよい。フィラーは、例えば、カーボンブラックであってもよい。

絶縁層とは、電気に抵抗する材料の層を意味する。絶縁材料の導電度は、電界の大きさに応じて、例えば、２０℃で約１＊１０^−８〜約１＊１０^−２０Ｓ／ｍ、典型的には、１＊１０^−９〜１＊１０^−１６であってもよい。

半導電層とは、導体よりも低い電気伝導率を有するが、絶縁体ではない材料の層を意味する。半導性材料の導電度は、典型的には、２０℃で１０^−５Ｓ／ｍよりも大きく、例えば、最大約１０または１０^２Ｓ／ｍであってもよい。典型的には、導電度は、２０℃で１０^３Ｓ／ｍ未満である。

導電度とは、電気を伝える特性を意味する。導電材料の導電度は、２０℃で約１０^３Ｓ／ｍを上回る。例えば、カーボンブラックは、約１０００Ｓ／ｍの導電度を有する。基本的に、上限はないが、現実的な解決策では、上限は、２０℃で約１０^８Ｓ／ｍである。

送電ケーブルは、水中電力ケーブルであってもよく、または送電ケーブルは、陸上ケーブルであってもよい。ケーブルは、好ましくは、５０ｋＶ以上の定格電圧を有する送電ケーブルであり、したがって高電圧送電ケーブルとしての使用に適している。導体を同軸方向に、且つ径方向に取り囲む絶縁システムを備える送電ケーブルは、様々な種類のもの、例えば単相電力ケーブルまたは三相電力ケーブルタイプのものであってもよい。例えば、ケーブルは、高電圧直流（ＨＶＤＣ）ケーブル、高電圧交流（ＨＶＡＣ）ケーブル、超高電圧ケーブル（ＥＨＶ）、中電圧ケーブル、および低電圧ケーブルであってもよい。

単相の送電ケーブルは、通常、主として銅またはアルミニウムなどの金属によって構成された導体を備える。導体は、中実または撚り線であってもよい。通常、導体は、略円形断面を有するが、代替の形状が考えられてもよい。取り囲む電気絶縁層は、導体の外周形状、通常、略円形外周に対応する外周形状を有する断面を有することができる。導体は、絶縁システムによって、直接または間接的に取り囲まれてもよく、すなわち、送電ケーブルは、導体と絶縁層、例えば、導電性テープとの間に少なくとも１つの材料層を備えてもよい。

電気絶縁システムは、主として紙ベースの材料またはポリマー材料から構成されることがある。好ましくは、本発明の防湿構成は、紙ベースの絶縁システムを有するケーブルで使用される。

紙ベースの絶縁材料は、セルロースのファイバーをベースとする。セルロースは、非常に良好な電気的特性を有し、良好な絶縁体である。紙は、通常、約６０〜１９０ｇ／ｍ^２の坪量を有するが、この特定の範囲には限定されない。絶縁紙は、例えば、無漂白のクラフトパルプから製造されてもよい。通常、紙テープの形態で提供される絶縁紙は、ラッピングヘッドの列を備える紙ラッピングラインによってケーブルに適用される。次いで、絶縁紙は、紙の張力を連続的に制御しながら、ケーブルの周りに巻かれる。半導電性紙は、例えば、カーボンブラックのフィラー粒子を含み、同様のやり方でケーブルに適用される。紙は、周囲の空気から湿気を吸収し、製造中の紙の水分が高い、例えば、６〜１２％の場合は、ケーブルを含浸前に乾燥させる必要がある。

紙ベースの絶縁システムを備えるケーブルは、通常、低粘度油などの誘電性流体が含浸され、絶縁体を吸湿から保護し、絶縁システムのすべての細孔、ボイドまたは他の隙間を充填する。絶縁システムに空気または水が実質的に存在しないことは重要である。含浸は、導体および取り囲む紙ベースの絶縁システムを備えるケーブルを、誘電性流体を含む容器に送ることによって行われる。その後、ケーブルは、絶縁システム内部に誘電性流体を保持し、絶縁システムを水だけでなく空気からも保護するために、防湿バリアが設けられる。したがって、防湿バリア構成の第１の層の材料は、好ましくは耐水性であることに加えて、耐油性および耐空気性でもある。「耐性」とは、材料が例えば、水、油、空気に対してバリアを提供するが、必ずしも、例えば、水、油、空気に対して完全には不浸透性ではないことを意味する。

絶縁システムの層は、代わりに押出し可能なポリマー系材料を含んでもよい。材料は、オレフィン系材料、好ましくはポリエチレン系材料、およびＬＤＰＥ（低密度ＰＥ）であってもよい。材料は、架橋ポリエチレン（ＸＬＰＥ）またはエチレン−プロピレンゴムを含んでもよい。これらの材料は、絶縁層を比較的、熱的に安定にし、効果的な絶縁特性が得られる。

本発明による絶縁システムは、防湿バリア構成を備える保護システムによって囲まれている。防湿バリア構成は、ケーブルに対する水分バリアを提供し、電気絶縁体への水の侵入を防止する。電気絶縁体の固有の特性は、絶縁体が比較的長い期間、水にさらされる場合、絶縁体が劣化してその絶縁効果を失うことがあるようなものであるため、水分バリアが必要とされる。

導体、絶縁層、および防湿バリア構成は、ケーブルの保護システムに含まれてもよいさらなる材料または材料の層によって取り囲まれてもよい。さらなる材料および層は、異なるケーブル部品を一緒に保持する、送電ケーブルに機械的強度を与える、物理的ならびに化学的侵食、例えば、腐食からケーブルを保護するなどの異なる任務を有することができる。そのような材料および層は、当業者に一般に知られている。例えば、そのようなさらなる材料は、外装、例えば鋼鉄ワイヤーを含んでもよい。

また、上述したように、本発明による送電ケーブルは、例えば、三相電力ケーブルタイプのものであってもよい。そのようなケーブルは、３つの導体を備え、それぞれが、別々の電気絶縁システムによって取り囲まれている。各電気絶縁システムは、それぞれの保護システムによって径方向に取り囲まれていてもよく、または、絶縁システムによって取り囲まれたすべての導体に対する共通の保護システムがあってもよい。また、三相電力ケーブルは、上記のようなケーブルの残りの部分の周りに配置された、ケーブルの残りの部分を囲むさらなる材料および層を備えてもよい。そのような、さらなる材料および層は、上記のように異なるケーブル部品を一緒に保持する、物理的ならびに化学的侵食、例えば、腐食に対してケーブルに機械的強度および保護を与えるなどの異なる任務を有することができ、一般に当業者に知られている。

本発明による送電ケーブルは、水中電力ケーブルであってもよく、またはケーブルは、陸上ケーブルであってもよく、これらは両方とも水分バリアを必要とする。

図ｌａおよび図１ｂは、本発明の実施形態による送電ケーブルの例を示す。送電ケーブル１０は、図ｌａでは部分切欠き断面図で、図１ｂでは径方向断面図で示され、両方の図が等しく参照される。送電ケーブルは、アルミニウムまたは銅などの導電性金属の中実または撚り線の金属導体であってもよい金属導体１を備える。ケーブル１０は、導体１を導体１の同軸方向および径方向外側で取り囲む内側半導電層４を含む（図１ａで示される）絶縁システム２をさらに備える。内側半導電層４は、導体１と直接接触していてもよく、または例えば、導電性テープの層が導体１と内側半導電層４との間に配置されてもよい（図示せず）。内側半導電層４は、紙ベースであり、紙ベースの材料を半導電性にするためにカーボンブラックをフィラーとして含む。内側半導電層４は、絶縁層５によって同軸方向に、且つ径方向外側で取り囲まれている。絶縁層５も紙ベースである。内側半導電層４および絶縁層５は両方とも、紙ベースの場合、紙テープの形態で提供され、ラッピングヘッドの列（図示せず）によって導体１の周りに螺旋状に巻き付けられる。ケーブル１０は、防湿バリア構成３を含む保護システムをさらに備える。防湿バリア構成３は、押出し可能なポリマー系材料を含む、またはそのような材料から構成される第１の層７、および溶接された金属層であってもよく、波形または平坦であってもよい第２の層８を含む。

図２ａおよび図２ｂは、本発明の別の実施形態による送電ケーブル２０の例を示す。送電ケーブル２０は、図２ａでは部分切欠き側面図で、図２ｂでは径方向断面図で示され、両方の図が等しく参照される。送電ケーブル２０は、アルミニウムまたは銅などの導電性金属の中実または撚り線金属導体であってもよい金属導体２１を備える。ケーブル２０は、導体２１を導体２１の同軸方向に、且つ径方向外側で取り囲む内側半導電層２４を含む（図２ａに示される）絶縁システム２２をさらに備える。内側半導電層２４は、導体２１と直接接触していてもよく、または例えば、導電性テープの層が導体２１と内側半導電層２４との間に配置されてもよい（図示せず）。内側半導電層２４は、ポリエチレン系ポリマーおよび層を半導電性の特性にするためのカーボンブラックなどの、押出し可能なポリマー系材料および導電性フィラー粒子を含む。内側半導電層２４は、絶縁層２５によって同軸方向に、且つ径方向外側で取り囲まれている。絶縁層２５は、押出し可能なポリマー系材料も含み、材料が絶縁性であることを除いて、半導電層２４と同じポリマー材料をベースとしてもよい。絶縁層２５は、外側半導電層２６によって同軸方向に、且つ径方向外側で取り囲まれている。絶縁システム２２の層は、適切にはオンラインプロセスで導体上に押し出される。押出しの後、絶縁システムは、硬化されて、保護システムがケーブル上に適用されるプロセスに送られる。したがって、ケーブル２０は、防湿バリア構成２３を含む保護システムをさらに備える。防湿バリア構成２３は、押出し可能なポリマー系材料を含む、またはそのような材料から構成される第１の層２７、および第２の層２８を含む。第２の層の材料は、波形または平坦であってもよい溶接された金属層であってもよい。ケーブルに対する機械的保護を提供するさらなる層が追加されてもよい。

図３では、３つの導体３１を含む交流（ＡＣ）送電ケーブル３０の例を示し、各導体３１が、押出し可能なポリマー系材料の層を含む絶縁システム３２によって同軸方向に、且つ径方向に取り囲まれている。絶縁システム３２は、内側半導電層３４と、絶縁層３５と、外側半導電層３６と、を備える。絶縁システム３２は、防湿バリア構成３３を備える保護システムによって同軸方向に、且つ径方向外側で取り囲まれている。防湿バリア構成３３は、押出し可能なポリマー系材料を含む、またはそのような材料から構成される第１の層３７、および金属層であり、波形または平坦であってもよい第２の層３８を含む。３つの導体３１は、３つの導体３１をＡＣケーブル３０内部に一緒に保持する外側シールド３９によって取り囲まれている。

図４では、本発明によるプロセスが流れ図で示されている。本プロセスは、
ｉ）送電ケーブル１０；２０；３０のための導体１；２１；３１を用意し、導体１；２１；３１を導体１；２１；３１の同軸方向に、且つ径方向外側で取り囲むように絶縁システム２；２２；３２を適用するステップと、
ｉｉ）任意選択で、導体１；２１；３１および絶縁システム２；２２；３２を備える、ステップｉ）からのケーブルに誘電性流体を含浸するステップと、
ｉｉｉ）プラスチック材料７；２７；３７の層を、ステップｉｉ）において任意選択で含浸された絶縁システム２；２２；３２上に押し出すことよって、防湿バリア構成３；２３；３３の第１の層を適用するステップと、
ｉｖ）金属層８；２８；３８を防湿バリア構成３；２３；３３の第２の層として防湿バリア構成３；２３；３３の第１の層７；２７；３７上に適用するステップと、
を含む。

上記のプロセスのステップｉｉｉ）において、押し出されたプラスチック材料が、ケーブルの直径を上回る直径を有するプラスチックチューブとしてステップｉ）またはｉｉ）から提供されるケーブルの絶縁システム上に適用される。プラスチック材料の押出しは、導体および絶縁システムを備える、ステップｉ）および／またはｉｉ）から提供されるケーブルの送り速度よりも遅い速度で行われる。その場合、ケーブルが、押し出されるプラスチックチューブと共に提供されるときに、チューブは、ケーブルのより速い速度によって引き伸ばされ、それによってプラスチックチューブがケーブルの絶縁システムと密接に嵌合し、直接接触するようにプラスチックチューブの直径を減少させる。ステップｉｉｉ）において、この方法を使用することによって、第１の層は、潜在的に絶縁システムを傷つける可能性がある絶縁システムの締めつけなしに、ケーブルの絶縁システムにぴったりと嵌合する。また、第１の層が絶縁層にぴったりと嵌合するため、空気は、絶縁システム／導体に入り込むことができない。

上記のプロセスのステップｉｖ）において、防湿バリア構成の第２の層は、押出し、溶接、接着によって、または防湿バリア構成の第１の層への機械的な付着手段によって適用されてもよい。送電ケーブルに防湿バリアを適用するこれらの方法は、絶縁システムに直接適用されると、絶縁システムを傷つけたり、燃焼させたり、断絶させたりする可能性があるため、不適切である場合がある。しかしながら、本発明による送電ケーブルは、初期の防湿バリア層として第１の層が設けられているため、絶縁層を損傷する危険性は、ほとんどまたはまったくない。例えば、金属が使用されることによって引き起こされる絶縁層の穿孔、あるいは溶接熱、バーナー、トーチまたはスパークによって引き起こされる損傷などの、絶縁層への損傷を引き起こすことなく、金属層の溶接および波形成形の使用が可能である。また、鉛以外の金属を押し出すことが可能である。銅などの他の金属は、通常、ケーブルを、押出し中に鉛よりも高い温度に加熱し、潜在的にプロセスにおいてケーブルを傷つける可能性がある。しかしながら、防湿バリア構成の第１のプラスチック層は、より高温での押出し中に、および溶接、接着による、または機械的な付着手段による防湿バリア構成の第２の層の適用中にも絶縁システムに保護を提供する。

ステップｉｖ）において、防湿バリア構成の第２の層は、銅、銅を含む合金、アルミニウム、アルミニウムを含む合金、鉛または鋼鉄などの波形金属であってもよい。

また、ステップｉｖ）において、防湿バリア構成の第２の層は、平坦な金属材料であってもよく、すなわち、材料層は、波形でなくてもよい。金属層は、溶接された金属材料であってもよく、例えば、ケーブルの周りに水不浸透性のチューブを形成するように、金属箔がケーブルの周りに巻かれ、継ぎ手が溶接される。

上記によるプロセスにおいて、ステップｉｉｉ）およびｉｖ）は、別々に、互いに独立して行われてもよい。これは、主要な防湿バリアとしての第２の層の選択が後の段階で行われてもよいことを意味する。材料の選択および材料を適用する方法は、送電ケーブルに対する前もって定められた用途に基づいて選択されてもよい。送電ケーブルは、第１の層による初期の防湿バリア層を有し、プロセスステップｉｉｉ）からステップｉｖ）が実行されるまでの経過時間中に水分または水によって損傷を受けない。それゆえ、これによって、異なる要求に適合させることができるより柔軟性のある防湿バリア構成が可能になる。

上記によるプロセスは、絶縁システムが紙ベースの絶縁層および少なくとも１つの紙ベースの半導電層を含む送電ケーブルに対して行われてもよい。そのような場合、ステップｉｉ）が一般に使用される。

上記によるプロセスは、絶縁システムが、押し出されたポリマー系の絶縁体および半導電層を含む送電ケーブルに対して行われてもよい。そのような場合、ステップｉｉ）は、必要ではない。

Claims (10)

1. 金属導体（１；２１；３１）と、前記金属導体を前記金属導体の同軸方向に、且つ径方向外側で取り囲む電気絶縁システム（２；２２；３２）と、前記電気絶縁システムの同軸方向に、且つ径方向外側で前記電気絶縁システムを取り囲む保護システムと、を備える送電ケーブル（１０；２０；３０）であって、前記電気絶縁システム（２；２２；３２）が、絶縁層（５；２５；３５）によって同軸方向に、且つ径方向外側で取り囲まれた内側半導電層（４；２４；３４）を備え、前記絶縁層が、任意選択で外側半導電層（２６、３６）によって同軸方向に、且つ径方向外側で取り囲まれており、前記保護システムが、前記電気絶縁システムの同軸方向に、且つ径方向外側で前記電気絶縁システムを取り囲む防湿バリア構成（３；２３；３３）を備え、前記電気絶縁システム（２）の前記内側半導電層（４）、前記絶縁層（５）、および前記任意選択の外側半導電層が紙ベースである、送電ケーブル（１０；２０；３０）において、前記防湿バリア構成（３；２３；３３）が、初期の防湿バリア層として作用する独立して適用可能な第１の層（７；２７；３７）および永久的な防湿バリアとして作用する独立して適用可能な第２の層（８；２８；３８）を備え、前記第１の層（７；２７；３７）が押し出されたプラスチック材料層であり、前記電気絶縁システム（２；２２；３２）と直接接触して配置され、前記第２の層（８；２８；３８）が金属材料層であり、前記第１の層（７；２７；３７）と接触して配置され、前記防湿バリア構成（３；２３；３３）の前記第１の層（７；２７；３７）の押出し可能な前記プラスチック材料が半導電性の疎油性ポリマーであり、前記紙ベースの電気絶縁システム（２）に誘電性流体が含浸されていることを特徴とする、送電ケーブル（１０；２０；３０）。
2. 前記防湿バリア構成（３；２３；３３）の前記第２の層（８；２８；３８）が波形または非波形である押し出されたあるいは溶接された金属層である、請求項１に記載の送電ケーブル。
3. 前記防湿バリア構成（３；２３；３３）の前記第２の層（８；２８；３８）が、銅、銅を含む合金、アルミニウム、アルミニウムを含む合金、鉛、または鋼鉄の金属層を含む、請求項１または２に記載の送電ケーブル。
4. 前記防湿バリア構成の前記第２の層（８；２８；３８）が押し出された鉛シースである、請求項１から３のいずれか一項に記載の送電ケーブル。
5. 前記送電ケーブルが高電圧直流（ＤＣ）ケーブルである、請求項１から４のいずれか一項に記載の送電ケーブル。
6. 前記送電ケーブルが高電圧交流（ＡＣ）ケーブルである、請求項１から４のいずれか一項に記載の送電ケーブル。
7. ｉ）送電ケーブル（１０；２０；３０）のための金属導体（１；２１；３１）を用意し、前記金属導体（１；２１；３１）の同軸方向に、且つ径方向外側で前記金属導体（１；２１；３１）を取り囲むように電気絶縁システム（２；２２；３２）を適用するステップであって、前記電気絶縁システム（２；２２；３２）が絶縁層（５；２５；３５）によって同軸方向に、且つ径方向外側で取り囲まれた内部半導電層（４；２４；３４）を備え、前記電気絶縁システム（２）の前記内側半導電層（４）および前記絶縁層（５）が紙ベースである、ステップと、
   ｉｉ）前記金属導体（１；２１；３１）および前記電気絶縁システム（２；２２；３２）を備える前記ステップｉ）からの前記送電ケーブルに、誘電性流体を含浸するステップと、
   ｉｉｉ）プラスチック材料の層（７；２７；３７）を前記電気絶縁システム（２；２２；３２）上に直接接触して押し出すことによって、防湿バリア構成（３；２３；３３）の第１の層を適用するステップであって、前記第１の層（７；２７；３７）が初期の防湿バリア層として作用し、前記防湿バリア構成（３；２３；３３）の前記第１の層（７；２７；３７）の前記押出し可能なプラスチック材料が半導電性の疎油性ポリマーであり、前記防湿バリア構成が、前記電気絶縁システムの同軸方向に、且つ径方向外側で前記電気絶縁システムを取り囲む保護システムの一部を形成する、ステップと、
   ｉｖ）金属層（８；２８；３８）を前記防湿バリア構成（３；２３；３３）の第２の層として前記防湿バリア構成（３；２３；３３）の前記第１の層（７；２７；３７）上に適用するステップであって、前記第２の層が永久的な防湿バリアとして作用し、前記ステップｉｉｉ）およびｉｖ）が別々に、互いに独立して行われる、ステップと、
   を含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の送電ケーブルの生産のためのプロセス。
8. 前記ステップｉｉｉ）において、前記押し出されたプラスチック材料（７；２７；２８）が、前記送電ケーブルの送り速度よりも遅い速度で前記プラスチック材料を押し出すことによって、前記送電ケーブルの直径を上回る直径を有するプラスチックチューブとして、前記ステップｉ）またはｉｉ）から提供された前記送電ケーブルの前記電気絶縁システム（２；２２；３２）上に適用され、それにより、前記送電ケーブルに押し出された前記プラスチックチューブが設けられるときに、前記プラスチックチューブが前記送電ケーブルのより速い速度によって引き伸ばされて、前記プラスチックチューブが前記送電ケーブル（１０；２０；３０）の前記電気絶縁システム（２；２２；３２）に密接に嵌合し、直接接触するように前記プラスチックチューブの前記直径を減少させる、請求項７に記載のプロセス。
9. 前記ステップｉｖ）において、前記防湿バリア構成（３；２３；３３）の前記第２の層（８；２８；３８）が、押出し、溶接、接着によって、または前記防湿バリア構成（３；２３；３３）の前記第１の層（７；２７；３７）への機械的な付着手段によって適用される、請求項７または８に記載のプロセス。
10. 前記ステップｉｖ）において、前記防湿バリア構成（３；２３；３３）の前記第２の層（８；２８；３８）が波形である、請求項７から９のいずれか一項に記載のプロセス。

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