JP7157632B2 - power cable - Google Patents

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Description

本発明は、例えば、深海の無人探査システムなどに電力等を供給することが可能な電力ケーブルに関するものである。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a power cable capable of supplying electric power to, for example, a deep sea unmanned exploration system.

例えば、海洋において無人探査システムを用いて深海の探査を行う場合には、母船から海中ケーブルで接続された無人探査システムが海中に繰り出される。海中ケーブルを用いることで、母船から無人探査システムへ電力や信号等を送ることができる。 For example, when performing deep-sea exploration using an unmanned exploration system in the ocean, the unmanned exploration system connected by an underwater cable from a mother ship is launched into the sea. By using submarine cables, power and signals can be sent from the mother ship to the unmanned exploration system.

このような海中ケーブルは、所定の軸力が必要であるため、抗張力体からなる外装が設けられる。外装は、電力用心線の外周部に、例えば2層に設けられる。それぞれの層の抗張力体は、互いに逆向きに所定の撚りピッチで配置される(例えば特許文献1)。 Since such an undersea cable requires a predetermined axial force, it is provided with an armor made of a tensile strength member. The sheath is provided, for example, in two layers on the outer periphery of the core wire for electric power. The tensile members of each layer are arranged in opposite directions with a predetermined twist pitch (for example, Patent Document 1).

特開2009-199847号公報JP 2009-199847 A

しかし、例えば、海中潜水作業ロボットと洋上基地を結ぶ海中ケーブル(アンビリカルケーブル)は、自重や波浪、潮流等による張力が常時作用するため、海中ケーブルには張力によってトルクが発生する。このため、海中ケーブルには、全体が捻られるように力が加わる。一般に、電力ケーブル線心や通信ケーブル線心は捻りによる損傷が発生し易く、これによって伝送機能を失うことが多い。 However, for example, an undersea cable (umbilical cable) that connects an undersea diving robot and an offshore base is always under tension due to its own weight, waves, tidal currents, etc., and torque is generated in the undersea cable due to the tension. Therefore, force is applied to the submarine cable so that the entire cable is twisted. In general, power cable cores and communication cable cores are prone to damage due to twisting, which often results in loss of transmission function.

特に、アンビリカルケーブルは、洋上基地から潜水ロボットまで長距離ケーブルを繰り出して使用することが多く、他のケーブルより海中外乱による捻じりの影響を受けやすくなる。さらに、このように捻じられた状態で張力が緩むと、当該箇所にループが発生し、そのループ状態で再度張力を受けると、ループ径が縮まってキンクが発生するおそれがある。 In particular, umbilical cables are often used by pulling out long-distance cables from offshore bases to underwater robots, and are more susceptible to twisting due to underwater disturbances than other cables. Furthermore, if the tension is loosened in such a twisted state, a loop is generated at the relevant location, and if the tension is applied again in the looped state, the loop diameter may shrink and a kink may occur.

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、捻じりによってループが生じても、キンクが発生しにくい電力ケーブルを提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a power cable that is less prone to kink even if a loop is formed due to twisting.

前述した目的を達成するため、本発明は、電線と、前記電線に沿って配置される抗張力体と、前記電線及び前記抗張力体を一括して被覆する保護層と、を具備する電力ケーブルであって、軸方向の任意の位置において、前記電力ケーブルの軸方向に垂直な方向に対する最小の曲げ剛性と最大の曲げ剛性の比が2以上であることが望ましい。 In order to achieve the above object, the present invention is a power cable comprising an electric wire, a tensile strength member arranged along the electric wire, and a protective layer collectively covering the electric wire and the tensile strength member. Therefore, it is desirable that the ratio of the minimum bending stiffness to the maximum bending stiffness in the direction perpendicular to the axial direction of the power cable is 2 or more at any position in the axial direction.

前記電力ケーブルは海中ケーブルであり、前記抗張力体は、複数本の線材であり、前記線材が所定の撚りピッチで前記電線の外周に配置されているThe power cable is an undersea cable, the tensile strength member is a plurality of wire rods, and the wire rods are arranged on the outer circumference of the wire at a predetermined twist pitch.

また、周方向に配置された複数の前記線材の内、周方向の所定の角度ごとに、他の位置の前記線材に対して相対的に剛性の高い高剛性線材が配置されている Further, among the plurality of wires arranged in the circumferential direction, high-rigidity wires having relatively high rigidity relative to the wires at other positions are arranged at predetermined angles in the circumferential direction .

前記高剛性線材は、他の前記線材と材質が異なってもよい。この場合、前記高剛性線材は鋼線であり、他の前記線材は樹脂繊維体であることが望ましい。 The high-rigidity wire may be different in material from the other wires. In this case, it is desirable that the high-rigidity wire is a steel wire and the other wire is a resin fiber body.

前記高剛性線材は、他の前記線材と断面形状が異なってもよい。この場合、前記高剛性線材は、断面が略矩形状であることが望ましい。 The high-rigidity wire may have a cross-sectional shape different from that of the other wire. In this case, the high-rigidity wire preferably has a substantially rectangular cross section.

周方向に配置された複数の前記線材の内、周方向の所定の角度ごとに、隣り合う複数の前記線材が連結されてもよい。この場合、前記所定の角度が、120度または180度であることが望ましい。 Among the plurality of wire rods arranged in the circumferential direction, a plurality of the wire rods adjacent to each other may be connected at every predetermined angle in the circumferential direction. In this case, the predetermined angle is preferably 120 degrees or 180 degrees.

周方向に配置された複数の前記線材の内、周方向の所定の角度ごとに、前記線材が前記保護層と接着されてもよい。 Among the plurality of wires arranged in the circumferential direction, the wires may be adhered to the protective layer at predetermined angles in the circumferential direction.

本発明によれば、電力ケーブルの軸方向に垂直な方向の曲げ剛性が、曲げ方向によって異方性を有するため、張力が緩んでループが形成されても、再び張力が生じた際にもキンクになりことを抑制することができる。 According to the present invention, since the bending rigidity in the direction perpendicular to the axial direction of the power cable has anisotropy depending on the bending direction, even if the tension is loosened and a loop is formed, even if the tension is generated again, the kink will occur. can be suppressed.

このような効果は、特に、電力ケーブルの曲げ方向に対する最小の曲げ剛性と最大の曲げ剛性の比が2以上である場合に有効に得ることができる。 Such effects can be effectively obtained particularly when the ratio of the minimum bending rigidity to the maximum bending rigidity in the bending direction of the power cable is 2 or more.

このような電力ケーブルとしては、抗張力体が複数本の線材で構成され、線材が所定の撚りピッチで電線の外周に配置された海中ケーブルに適用することができる。 As such a power cable, it can be applied to an undersea cable in which the tensile member is composed of a plurality of wire rods, and the wire rods are arranged on the outer circumference of the wire at a predetermined twist pitch.

また、周方向に配置された複数の線材の内、周方向の所定の角度ごとに、剛性の高い高剛性線材を配置することで、曲げ方向による異方性を容易に得ることができる。 Further, among the plurality of wires arranged in the circumferential direction, by arranging high-rigidity wire rods at predetermined angles in the circumferential direction, anisotropy in the bending direction can be easily obtained.

この場合、高剛性線材の材質を、他の線材の材質と異なるようにすることで、容易に、曲げ方向による異方性を得ることができる。例えば、高剛性線材として鋼線を適用し、他の線材としては樹脂繊維体を適用することができる。 In this case, by making the material of the high-rigidity wire different from that of the other wires, it is possible to easily obtain anisotropy depending on the bending direction. For example, a steel wire can be applied as the high-rigidity wire, and a resin fiber body can be applied as the other wire.

同様に、高剛性線材の断面形状を、他の線材の断面形状と異なるようにすることでも、容易に、曲げ方向による異方性を得ることができる。例えば、高剛性線材の断面を略矩形状として、他の線材の断面を略円形とすることができる。 Similarly, by making the cross-sectional shape of the high-rigidity wire rod different from the cross-sectional shape of the other wire rods, it is possible to easily obtain anisotropy depending on the bending direction. For example, the high-rigidity wire can have a substantially rectangular cross section, and the other wire can have a substantially circular cross section.

また、周方向に配置された複数の線材の内、周方向の所定の角度ごとに、隣り合う複数の線材を連結することでも、曲げ方向による異方性を得ることができる。例えば、120度または180度の角度ごとに、隣り合う複数の線材を連結することで、曲げ剛性の異方性を効率よく得ることができる。 Anisotropy in the bending direction can also be obtained by connecting a plurality of adjacent wire rods among the plurality of wire rods arranged in the circumferential direction at predetermined angles in the circumferential direction. For example, by connecting a plurality of adjacent wires at every angle of 120 degrees or 180 degrees, anisotropy of bending rigidity can be efficiently obtained.

また、周方向に配置された複数の線材の内、周方向の所定の角度ごとに、線材と保護層とを接着することでも、曲げ方向による異方性を得ることができる。 Anisotropy depending on the bending direction can also be obtained by adhering the wire rods and the protective layer at predetermined angles in the circumferential direction among the plurality of wire rods arranged in the circumferential direction.

本発明によれば、捻じりによってループが生じても、キンクが発生しにくい電力ケーブルを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, even if a loop arises by twisting, the power cable which a kink cannot generate easily can be provided.

電力ケーブル1を示す断面図。Sectional drawing which shows the power cable 1. FIG. 電力ケーブル1の使用状態の一例を示す図。FIG. 2 is a diagram showing an example of a usage state of the power cable 1; 電力ケーブル1aを示す断面図。Sectional drawing which shows the power cable 1a. 電力ケーブル1bを示す断面図。Sectional drawing which shows the power cable 1b. 電力ケーブル1cを示す断面図。Sectional drawing which shows the power cable 1c. 電力ケーブル1dを示す断面図。Sectional drawing which shows 1 d of power cables. 電力ケーブル1eを示す断面図。Sectional drawing which shows the power cable 1e. 電力ケーブル1fを示す断面図。Sectional drawing which shows 1 f of electric power cables. (a)~(d)は、試験体30の試験方法を示す図。(a) to (d) are diagrams showing a test method for a specimen 30. FIG.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図1は、電力ケーブル1の断面図である。電力ケーブル1は、主に、電線9、光ケーブル11、抗張力体21、内部シース17、保護層19等から構成される。なお、図示した例では、3本の電線9と2本の光ケーブル11と、1本の接地線13を配置した例を示すが、少なくとも電線9を有すれば、他の構成や断面配置等は特に限定されない。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view of the power cable 1. FIG. The power cable 1 is mainly composed of an electric wire 9, an optical cable 11, a tension member 21, an inner sheath 17, a protective layer 19, and the like. The illustrated example shows an example in which three electric wires 9, two optical cables 11, and one grounding wire 13 are arranged. It is not particularly limited.

電線9、光ケーブル11、および接地線13は束ねられて内部シース17で一括して覆われる。内部シース17は、可撓性を有し、遮水性を有する樹脂層であり、例えばポリエチレン製である。内部シース17内であって、電線9、光ケーブル11、および接地線13以外の空間には、シリコン15が充填される。 The electric wire 9, the optical cable 11, and the ground wire 13 are bundled and covered with an inner sheath 17 collectively. The inner sheath 17 is a resin layer having flexibility and impermeability, and is made of polyethylene, for example. A space within the inner sheath 17 other than the electric wire 9 , the optical cable 11 and the ground wire 13 is filled with silicon 15 .

内部シース17の外周には、電線9等に沿って抗張力体21が配置される。抗張力体21は、複数本の線材21a、21b等で構成され、線材21a、21bが所定の撚りピッチで電線9等の外周(内部シース17の外周)に配置される。なお、抗張力体21は、線材21a、21bが2層に配置され、内側の線材21aと外側の線材21bとは、互いに逆方向に撚り合わせられる。なお、抗張力体21の詳細は後述する。 A tensile member 21 is arranged along the wire 9 and the like on the outer circumference of the inner sheath 17 . The tensile strength member 21 is composed of a plurality of wire rods 21a, 21b, etc., and the wire rods 21a, 21b are arranged on the outer periphery of the electric wire 9, etc. (outer periphery of the inner sheath 17) at a predetermined twist pitch. Wire rods 21a and 21b are arranged in two layers in the tensile member 21, and the inner wire rod 21a and the outer wire rod 21b are twisted in opposite directions. Details of the tensile strength member 21 will be described later.

電線9等を含み、その外周に配置される抗張力体21は、一括して保護層19で被覆される。保護層19は、抗張力体21を外部から保護するためのものであり、例えばテトロン撚糸が編み込まれた編組チューブで構成される。電力ケーブル1は、全体として可撓性を有する。 The tensile members 21 including the electric wires 9 and the like and arranged on the outer periphery thereof are collectively covered with the protective layer 19 . The protective layer 19 is for protecting the tension member 21 from the outside, and is composed of, for example, a braided tube woven with Tetoron yarn. The power cable 1 has flexibility as a whole.

次に、電力ケーブル1の抗張力体21について、詳細に説明する。前述したように、抗張力体21は、2層で構成される。抗張力体21の内側は、線材21aで構成され、抗張力体21の外側は、線材21bおよび高剛性線材21cで構成される。 Next, the tensile strength member 21 of the power cable 1 will be described in detail. As described above, the tensile member 21 is composed of two layers. The inner side of the tensile strength member 21 is composed of a wire rod 21a, and the outer side of the tensile strength member 21 is composed of a wire rod 21b and a high-rigidity wire rod 21c.

線材21a、21bは、例えば樹脂繊維体(FRP)等で構成される。高剛性線材21cは、例えば鋼線である。すなわち、高剛性線材21cは、他の線材21a、21bとは材質が異なり、他の線材21a、21bに対して、相対的に剛性が高い。 The wires 21a and 21b are made of, for example, a fiber resin (FRP). The high-rigidity wire 21c is, for example, a steel wire. That is, the high-rigidity wire rod 21c is different in material from the other wire rods 21a and 21b, and is relatively rigid with respect to the other wire rods 21a and 21b.

高剛性線材21cは、周方向に配置された複数の線材21bに対して、周方向の所定の角度ごとに線材21bに代えて配置される。図示した例では、高剛性線材21cは、周方向に180°ごとに配置される。このようにして、抗張力体21の周方向における所定の角度ごと高剛性線材21cを配置することで、曲げ方向によって、電力ケーブル1の曲げ剛性を変えることができる。すなわち、電力ケーブル1の軸方向の任意の位置において、電力ケーブル1の軸方向に垂直な方向の曲げ剛性が、曲げ方向によって異方性を有することとなる。 The high-rigidity wire rods 21c are arranged in place of the wire rods 21b at every predetermined angle in the circumferential direction with respect to the plurality of wire rods 21b arranged in the circumferential direction. In the illustrated example, the high-rigidity wire rods 21c are arranged every 180° in the circumferential direction. In this manner, by arranging the high-rigidity wire rods 21c at predetermined angles in the circumferential direction of the tensile strength member 21, the bending rigidity of the power cable 1 can be changed depending on the bending direction. That is, at any position in the axial direction of the power cable 1, the bending stiffness in the direction perpendicular to the axial direction of the power cable 1 has anisotropy depending on the bending direction.

例えば、図示した例では、曲げ剛性の高い高剛性線材21cの曲げが大きくなる方向である、電力ケーブル1のY方向の曲げ剛性が高くなり、高剛性線材21cの曲げが小さくなる方向である、電力ケーブル1のX方向の曲げ剛性が低くなる。 For example, in the illustrated example, this is the direction in which the bending of the high-rigidity wire 21c with high bending rigidity increases, which is the direction in which the bending rigidity in the Y direction of the power cable 1 increases and the bending of the high-rigidity wire 21c decreases. The bending rigidity of the power cable 1 in the X direction is lowered.

ここで、電力ケーブルの軸方向に垂直な方向の曲げ剛性が、曲げ方向によって異方性を有するとは、周方向に対して、所定の角度ごとに三点曲げ(例えばJIS K7171)を行い、曲げの向きによって、曲げ剛性が周期的に変化することを言う。なお、電力ケーブル1の曲げ方向に対する最小の曲げ剛性と最大の曲げ剛性の比は2以上であることが望ましい。曲げ剛性比が十分にあれば、効果的にキンクの発生を抑制することができる。また、電力ケーブル1の曲げ方向に対する最小の曲げ剛性と最大の曲げ剛性の比が12以下であることが望ましい。曲げ剛性比が高すぎると、取り扱い性が悪くなる。 Here, the fact that the bending stiffness in the direction perpendicular to the axial direction of the power cable has anisotropy depending on the bending direction means that three-point bending (for example, JIS K7171) is performed at each predetermined angle with respect to the circumferential direction, It means that the bending stiffness changes periodically depending on the direction of bending. In addition, it is desirable that the ratio of the minimum bending rigidity to the maximum bending rigidity in the bending direction of the power cable 1 is 2 or more. If the bending rigidity ratio is sufficient, it is possible to effectively suppress the occurrence of kinks. Moreover, it is desirable that the ratio of the minimum bending rigidity to the maximum bending rigidity in the bending direction of the power cable 1 is 12 or less. If the flexural rigidity ratio is too high, the handleability will deteriorate.

次に、電力ケーブル1の使用方法の一例を説明する。図1は、電力ケーブル1の使用方法の一例を示す概念図である。なお、図においては、電力ケーブル1以外のケーブル等の図示を省略する。電力ケーブル1は、例えば、海中ケーブルとして使用することができる。 Next, an example of how to use the power cable 1 will be described. FIG. 1 is a conceptual diagram showing an example of how to use the power cable 1. As shown in FIG. In the figure, illustration of cables other than the power cable 1 is omitted. The power cable 1 can be used, for example, as an undersea cable.

洋上の母船3からシーブを介して、海中へ電力ケーブル1が繰り出されている。電力ケーブル1の先端は、潜水艇5と接続されており、さらに、潜水艇5には電力ケーブル1を介して探査機7が接続される。電力ケーブル1を介して、母船3から、潜水艇5および探査機7へ電力及び信号を送ることができる。 A power cable 1 is drawn out into the sea from a mother ship 3 on the ocean through a sheave. The tip of the power cable 1 is connected to the submarine 5 , and the submarine 5 is connected to the probe 7 via the power cable 1 . Power and signals can be sent from the mothership 3 to the submersible 5 and the probe 7 via the power cable 1 .

前述したように、電力ケーブル1は、繰り出し時や張力を受けた際に、ねじれが生じる場合がある。特に、図1のように電力ケーブル1を使用すると、波浪や海流によって、電力ケーブル1には繰り返しの力が付与される。このため、張力が緩んだ際に、捻じれによってループが形成され、再度張力が付与された際に、このループが元の状態に戻らずにキンクが発生する恐れがある。キンクが生じると、内部の電線等の断線の要因となる。このため、キンクの発生を抑制する必要がある。 As described above, the power cable 1 may be twisted when it is paid out or subjected to tension. In particular, when the power cable 1 is used as shown in FIG. 1, repeated forces are applied to the power cable 1 by waves and ocean currents. Therefore, when the tension is relaxed, a loop is formed by twisting, and when the tension is applied again, the loop may not return to its original state, resulting in a kink. When a kink occurs, it becomes a cause of disconnection of an internal electric wire or the like. Therefore, it is necessary to suppress the occurrence of kinks.

発明者らは、キンクの発生のメカニズムを調査したところ、電力ケーブル1の曲げ剛性に異方性がある場合に、キンクの発生を抑制する効果があることを見出した。すなわち、捻じれが生じた電力ケーブル1に対して張力が緩むとループが形成され、再び張力が付与された際に、このループが小径になって局所化した場合にキンクとなるが、ループが小さくなる段階で、電力ケーブル1の一部に曲げにくい部位があると、ループが元の状態に戻りやすくなることを見出した。 The inventors investigated the mechanism of kink generation, and found that when the bending rigidity of the power cable 1 is anisotropic, it is effective in suppressing the kink generation. That is, when the tension is loosened in the twisted power cable 1, a loop is formed, and when the tension is applied again, the loop becomes small in diameter and becomes a kink if it is localized. It has been found that if the power cable 1 has a portion that is difficult to bend at a stage where it becomes smaller, the loop becomes easier to return to its original state.

なお、全方位に対して曲げ剛性が高いと、取り扱い性も悪くなる。本実施形態のように、曲げやすい方向と曲げにくい方向とを形成することで、取り扱い性にも優れ、効率よくキンクの発生を抑制することができる。 In addition, if the bending rigidity is high in all directions, the handleability is also deteriorated. As in the present embodiment, by forming an easy-to-bend direction and a hard-to-bend direction, the handleability is excellent and the occurrence of kinks can be efficiently suppressed.

以上説明したように、本実施形態によれば、電力ケーブル1の曲げ剛性が、曲げ方向によって異方性を有するため、キンクの発生を抑制することができる。 As described above, according to the present embodiment, the bending rigidity of the power cable 1 is anisotropic depending on the bending direction, so the occurrence of kinks can be suppressed.

また、抗張力体21の一部において、線材21bに代えて、材質の異なる高剛性線材21cを用いることで、曲げ剛性の異方性を得ることができるため、特殊な製造工程が不要である。例えば、線材21bと高剛性線材21cの外径がほぼ同じであれば、従来の電力ケーブルの製造工程によって、容易に電力ケーブル1を製造することができる。 Moreover, by using a high-rigidity wire rod 21c made of a different material in place of the wire rod 21b in a part of the tensile strength member 21, an anisotropic bending rigidity can be obtained, so that a special manufacturing process is not required. For example, if the outer diameters of the wire 21b and the high-rigidity wire 21c are substantially the same, the power cable 1 can be easily manufactured by a conventional power cable manufacturing process.

なお、高剛性線材21cの配置する範囲は、特に限定されない。例えば、図示した例では、隣り合う3本の高剛性線材21cを線材21bに対して置換したが、より多くの線材21bを高剛性線材21cに置換してもよい。例えば、線材21bよりも高剛性線材21cの本数が多くてもよい。この場合には、周方向に配置された複数の高剛性線材21cの内、周方向の所定の角度ごとに相対的に剛性の低い線材21bが配置されることとなる。しかし、この場合も、周方向の所定の角度ごとに、高剛性線材21cが配置されている本実施形態の一態様とする。 In addition, the range in which the high-rigidity wire 21c is arranged is not particularly limited. For example, in the illustrated example, the three adjacent high-rigidity wires 21c are replaced with the wires 21b, but more wires 21b may be replaced with the high-rigidity wires 21c. For example, the number of high-rigidity wires 21c may be greater than that of wires 21b. In this case, among the plurality of high-rigidity wires 21c arranged in the circumferential direction, the wires 21b with relatively low rigidity are arranged at every predetermined angle in the circumferential direction. However, also in this case, it is one aspect of the present embodiment in which the high-rigidity wire rods 21c are arranged at predetermined angles in the circumferential direction.

次に、第2の実施形態について説明する。図3は、第2の実施形態にかかる電力ケーブル1aの断面図である。なお、以下の説明において、電力ケーブル1と同様の機能を奏する構成については、図1と同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 Next, a second embodiment will be described. FIG. 3 is a cross-sectional view of a power cable 1a according to the second embodiment. In addition, in the following description, the same reference numerals as in FIG. 1 are given to the components having the same functions as those of the power cable 1, and overlapping descriptions are omitted.

電力ケーブル1aは、電力ケーブル1とほぼ同様の構成であるが、高剛性線材21cの構成が異なる。電力ケーブル1aの高剛性線材21cは、他の線材21bに対して断面形状が異なる。図示した例では、高剛性線材21cは、略円形断面の線材21bに対して、断面が長細い形状(例えば略矩形状)であり、高剛性線材21cの長径方向の長さが、線材21bの外径よりも大きい。なお、線材21bと高剛性線材21cとは、同一素材(例えばFRP)であってもよく、第1の実施形態のように、異なる材質であってもよい。 The power cable 1a has substantially the same configuration as the power cable 1, but differs in the configuration of the high-rigidity wire 21c. The high-rigidity wire rod 21c of the power cable 1a has a different cross-sectional shape from the other wire rods 21b. In the illustrated example, the high-rigidity wire rod 21c has an elongated shape (for example, a substantially rectangular shape) in cross section as opposed to the wire rod 21b, which has a substantially circular cross-section. larger than the outer diameter. The wire 21b and the high-rigidity wire 21c may be made of the same material (for example, FRP), or may be made of different materials as in the first embodiment.

ここで、高剛性線材21cは、短径方向(厚み方向)の曲げ剛性と長径方向(幅方向)の曲げ剛性が異なり、長径方向の曲げ剛性が、短径方向の曲げ剛性よりも大きい。また、高剛性線材21cは、互いに対向する位置に、長径と短径の向きを互いに揃えて配置される。このため、電力ケーブル1aは、高剛性線材21cの曲がりやすいX方向には曲げ剛性が低く、高剛性線材21cの曲がり難いY方向には曲げ剛性が高くなる。すなわち、電力ケーブル1aの軸方向の任意の位置において、電力ケーブル1aの軸方向に垂直な方向の曲げ剛性が、曲げ方向によって異方性を有する。 Here, the high-rigidity wire 21c has different bending rigidity in the direction of the minor axis (thickness direction) and bending rigidity in the direction of the major axis (width direction), and the bending rigidity in the major axis direction is greater than the bending rigidity in the minor axis direction. Also, the high-rigidity wires 21c are arranged at positions facing each other with their major and minor axes oriented in the same direction. Therefore, the power cable 1a has low flexural rigidity in the X direction in which the high-rigidity wire 21c is easy to bend, and has high flexural rigidity in the Y-direction in which the high-rigidity wire 21c is difficult to bend. That is, at any position in the axial direction of power cable 1a, the bending stiffness in the direction perpendicular to the axial direction of power cable 1a has anisotropy depending on the bending direction.

第2の実施形態によれば、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。このように、線材21bよりも曲げ剛性の高い曲げ方向を有する高剛性線材21cを、電力ケーブル1aの周方向の所定の角度ごとに配置することで、電力ケーブル1aの曲げ剛性に、曲げ方向による異方性を生じさせることができる。 According to the second embodiment, effects similar to those of the first embodiment can be obtained. In this manner, by arranging the high-rigidity wire rods 21c having a bending direction in which the bending rigidity is higher than that of the wire rods 21b at predetermined angles in the circumferential direction of the power cable 1a, the bending rigidity of the power cable 1a varies depending on the bending direction. Anisotropy can be produced.

次に、第3の実施形態について説明する。図4は、第3の実施形態にかかる電力ケーブル1bの断面図である。電力ケーブル1bは、電力ケーブル1とほぼ同様の構成であるが、抗張力体21が線材21aと線材21bのみで構成される点で異なる。 Next, a third embodiment will be described. FIG. 4 is a cross-sectional view of a power cable 1b according to the third embodiment. The power cable 1b has substantially the same configuration as the power cable 1, but differs in that the tensile member 21 is composed only of the wires 21a and 21b.

電力ケーブル1bでは、周方向に配置された複数の線材21bの内、周方向の所定の角度(図では180°)ごとに、隣り合う複数の線材21bが連結材23で連結される。連結材23は、バンドル材であってもよく、または、線材21b同士を接着する接着剤であってもよい。このようにすることで、連結された線材21bが一体化して、互いにずれにくくなる。 In the power cable 1b, among the plurality of wires 21b arranged in the circumferential direction, the plurality of adjacent wires 21b are connected by the connecting member 23 at every predetermined angle (180° in the figure) in the circumferential direction. The connecting material 23 may be a bundle material, or may be an adhesive that bonds the wires 21b together. By doing so, the connected wires 21b are integrated and become less likely to be displaced from each other.

このため、電力ケーブル1bは、連結された線材21bの曲がりやすいX方向には曲げ剛性が低く、連結された線材21bの曲がり難いY方向には曲げ剛性が高くなる。すなわち、電力ケーブル1bの軸方向の任意の位置において、電力ケーブル1bの曲げ剛性に、曲げ方向による異方性を生じさせることができる。 Therefore, the power cable 1b has low bending rigidity in the X direction in which the connected wires 21b tend to bend, and high bending rigidity in the Y direction in which the connected wires 21b do not bend easily. That is, at any position in the axial direction of the power cable 1b, the bending rigidity of the power cable 1b can be anisotropic depending on the bending direction.

第3の実施形態によれば、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。このように、線材21bを連結することで、高剛性線材21cを配置したのと同様の効果を得ることができる。なお、隣り合う線材21b同士の連結を、例えば、120度ごと、または180度ごとに行うことで、効率よく曲げ剛性の異方性を得ることができる。 According to the third embodiment, effects similar to those of the first embodiment can be obtained. By connecting the wire rods 21b in this manner, the same effect as that obtained by arranging the high-rigidity wire rods 21c can be obtained. By connecting the adjacent wires 21b to each other, for example, every 120 degrees or every 180 degrees, the anisotropy of the flexural rigidity can be efficiently obtained.

次に、第4の実施形態について説明する。図5は、第4の実施形態にかかる電力ケーブル1cの断面図である。電力ケーブル1cは、電力ケーブル1とほぼ同様の構成であるが、一部の線材21bが保護層19と接着される点で異なる。 Next, a fourth embodiment will be described. FIG. 5 is a cross-sectional view of a power cable 1c according to the fourth embodiment. The power cable 1 c has substantially the same configuration as the power cable 1 , but differs in that a portion of the wire 21 b is adhered to the protective layer 19 .

電力ケーブル1cでは、周方向に配置された複数の線材21bの内、周方向の所定の角度(図では180°)ごとに、一部の線材21bが保護層19と接着剤25で接着される。このようにすることで、接着された線材21bが保護層19に対してずれることがなくなるため、保護層19によって曲がりが抑制される。 In the power cable 1c, among the plurality of wires 21b arranged in the circumferential direction, some wires 21b are adhered to the protective layer 19 and the adhesive 25 at every predetermined angle (180° in the figure) in the circumferential direction. . By doing so, the bonded wire rod 21b is prevented from being displaced with respect to the protective layer 19, so that the protective layer 19 suppresses bending.

このため、電力ケーブル1cは、元々、接着された線材21bと保護層19とのずれが生じにくかったX方向には曲げ剛性が低く、接着された線材21bと保護層19とのずれが生じやすかったY方向には、曲げ剛性が高くなる。すなわち、電力ケーブル1cの軸方向の任意の位置において、電力ケーブル1cの曲げ剛性に、曲げ方向による異方性を生じさせることができる。 Therefore, the power cable 1c originally has low flexural rigidity in the X direction, in which displacement between the bonded wire rod 21b and the protective layer 19 is difficult to occur, and displacement between the bonded wire rod 21b and the protective layer 19 is likely to occur. In the Y direction, the bending rigidity increases. That is, at any position in the axial direction of the power cable 1c, the bending rigidity of the power cable 1c can be anisotropic depending on the bending direction.

第4の実施形態によれば、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。このように、線材21bの一部を保護層19と接着することで、高剛性線材21cを配置したのと同様の効果を得ることができる。 According to the fourth embodiment, effects similar to those of the first embodiment can be obtained. By adhering a part of the wire 21b to the protective layer 19 in this manner, the same effect as that obtained by arranging the high-rigidity wire 21c can be obtained.

次に、第5の実施形態について説明する。図6は、第5の実施形態にかかる電力ケーブル1dの断面図である。電力ケーブル1dは、電力ケーブル1とほぼ同様の構成であるが、電力ケーブル1dの外形が非円形である点で異なる。電力ケーブル1dは、長円形であるため、長径方向と短径方向とで曲げ剛性が異なる。 Next, a fifth embodiment will be described. FIG. 6 is a cross-sectional view of a power cable 1d according to the fifth embodiment. The power cable 1d has substantially the same configuration as the power cable 1, but differs in that the outer shape of the power cable 1d is non-circular. Since the power cable 1d has an oval shape, the flexural rigidity differs between the major axis direction and the minor axis direction.

なお、電力ケーブル1dは、内部シース17の外形を非円形としたが、これには限られない。また、図7に示す電力ケーブル1eのように、略円形の電力ケーブルの外周に、外形が非円形の外部カバー27を配置して、全体として非円形としてもよい。なお、この場合には、保護層19をなくして、外部カバー27を保護層として機能させてもよい。 In the power cable 1d, the inner sheath 17 has a non-circular outer shape, but it is not limited to this. Further, like the power cable 1e shown in FIG. 7, an outer cover 27 having a non-circular outer shape may be arranged around the outer periphery of the substantially circular power cable to make the whole cable non-circular. In this case, the protective layer 19 may be eliminated and the external cover 27 may function as a protective layer.

電力ケーブル1d、1eは、長径方向と短径方向とで曲げ剛性が異なる。すなわち、電力ケーブル1dは、曲がりやすい短径方向のX方向には曲げ剛性が低く、曲がり難い長径方向のY方向には曲げ剛性が高くなる。このように、電力ケーブル1d、1eの軸方向の任意の位置において、電力ケーブル1d、1eの曲げ剛性に、曲げ方向による異方性を生じさせることができる。 The power cables 1d and 1e have different flexural rigidity in the major axis direction and the minor axis direction. That is, the power cable 1d has low bending rigidity in the X direction, which is the short axis direction, which is easy to bend, and high bending rigidity in the Y direction, which is the long axis direction, which is hard to bend. In this manner, anisotropy in the bending direction can be generated in the bending stiffness of the power cables 1d and 1e at any position in the axial direction of the power cables 1d and 1e.

第5の実施形態によれば、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。このように、外形を非円形として、長径方向と短径方向とを設けることで、電力ケーブル1d、1eの曲げ剛性に、曲げ方向による異方性を生じさせることができる。 According to the fifth embodiment, effects similar to those of the first embodiment can be obtained. In this way, by making the outer shape non-circular and providing the major axis direction and the minor axis direction, it is possible to generate anisotropy in the bending rigidity of the power cables 1d and 1e depending on the bending direction.

次に、第6の実施形態について説明する。図8は、第6の実施形態にかかる電力ケーブル1fの断面図である。電力ケーブル1fは、海中ケーブルではなく、地上で用いられる電力ケーブルである。 Next, a sixth embodiment will be described. FIG. 8 is a cross-sectional view of a power cable 1f according to the sixth embodiment. The power cable 1f is not an underwater cable, but a power cable used on the ground.

電力ケーブル1fは、スロット29、電線9、抗張力体21、保護層19等から構成される。スロット29の外周には、周方向に所定の間隔で溝が形成され、それぞれの溝に電線9が収容される。なお、電線9の一部に代えて、光ケーブル等を配置してもよい。 The power cable 1f is composed of slots 29, electric wires 9, tensile members 21, protective layers 19, and the like. Grooves are formed on the outer circumference of the slot 29 at predetermined intervals in the circumferential direction, and the electric wires 9 are accommodated in the respective grooves. An optical cable or the like may be arranged instead of a part of the electric wire 9 .

スロット29の外周には、押さえ巻き等を介して、保護層19が形成される。保護層19は、例えば樹脂製である。保護層19には、抗張力体21が埋設される。抗張力体21は、ケーブルの中心を挟んで対向する位置に一対配置される。 A protective layer 19 is formed on the outer circumference of the slot 29 by pressing or the like. The protective layer 19 is made of resin, for example. A tensile member 21 is embedded in the protective layer 19 . A pair of tensile members 21 are arranged at positions facing each other across the center of the cable.

電力ケーブル1fは、抗張力体21の配置によって、曲げ方向に対する曲げ剛性が異なる。すなわち、電力ケーブル1fは、抗張力体21が曲がりやすいY方向には曲げ剛性が低く、抗張力体21が曲がり難いX方向には曲げ剛性が高くなる。このように、電力ケーブル1fの軸方向の任意の位置において、電力ケーブル1fの曲げ剛性に、曲げ方向による異方性を生じさせることができる。 The power cable 1 f has different flexural rigidity in the bending direction depending on the arrangement of the tensile members 21 . That is, the power cable 1f has low flexural rigidity in the Y direction, in which the tensile member 21 tends to bend, and has high flexural rigidity in the X direction, in which the tensile member 21 does not easily bend. In this manner, anisotropy can be generated in the bending rigidity of the power cable 1f depending on the bending direction at any position in the axial direction of the power cable 1f.

第6の実施形態によれば、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。このように、本発明の電力ケーブルは海中ケーブル以外にも適用可能である。 According to the sixth embodiment, effects similar to those of the first embodiment can be obtained. Thus, the power cable of the present invention can be applied to other than submarine cables.

各種の電力ケーブルについて、キンクの生じやすさを評価した。試験に供する試験体の断面構造は、電力ケーブル1aと略同様とし、内部シース17の材質はポリエチレン、外径は19.2mmとした。また、抗張力体21としては、材質をFRPとして、一部に略長方形断面の高剛性線材を配置した。また、保護層19は、テトロン撚糸からなる編組チューブであり、外径は29mmとした。 Various power cables were evaluated for kinking susceptibility. The cross-sectional structure of the specimen to be tested was substantially the same as that of the power cable 1a, the material of the inner sheath 17 was polyethylene, and the outer diameter was 19.2 mm. As the tensile strength member 21, the material is FRP, and a high-rigidity wire rod having a substantially rectangular cross section is partially arranged. The protective layer 19 is a braided tube made of Tetoron yarn and has an outer diameter of 29 mm.

まず、最小曲げ剛性となる方向の曲げ剛性(図3のX方向)と、最大曲げ剛性となる方向の曲げ剛性(図3のY方向)とをそれぞれ測定した。曲げ剛性の評価は、JIS K7171に準じて行った。より詳細には、曲げ速度を0.5mm/minとし、試験機荷重点Rを5Rとし、受け側冶具は面取り金属とした。支点間距離は、110mmとした。 First, the bending stiffness in the direction of minimum bending stiffness (X direction in FIG. 3) and the bending stiffness in the direction of maximum bending stiffness (Y direction in FIG. 3) were measured. The bending stiffness was evaluated according to JIS K7171. More specifically, the bending speed was set to 0.5 mm/min, the tester load point R was set to 5R, and the receiving jig was made of chamfered metal. The distance between fulcrums was 110 mm.

以上のようにして測定された、最大曲げ剛性/最小曲げ剛性の比を算出したところ、高剛性線材のサイズおよび形状を変更することで、曲げ剛性比を変化させることができた。 When the ratio of maximum bending stiffness/minimum bending stiffness measured as described above was calculated, it was possible to change the bending stiffness ratio by changing the size and shape of the high-rigidity wire.

次に、曲げ剛性比を変えて、キンクの発生のしやすさを評価した。評価は、beam要素を用いたシミュレーションによって行った。線長9mとし、鉄(ヤング率210GPa、ポアソン比0.3、ssカーブにおける1570MPaでひずみ0.03)の物性を用い、断面を長方形として寸法を変更することで、縦横の曲げ剛性の異方性を得た。 Next, the bending stiffness ratio was changed to evaluate the susceptibility to kink generation. Evaluation was performed by simulation using beam elements. With a wire length of 9 m, using the physical properties of iron (Young's modulus 210 GPa, Poisson's ratio 0.3, strain 0.03 at 1570 MPa on the ss curve), and changing the dimensions with a rectangular cross section, the anisotropic bending rigidity in the vertical and horizontal directions got sex.

シミュレーションは、まず、図9(a)に示すように、初期長さLの試験体30の両端を固定し、まっすぐに伸ばした。次に、図9(b)に示すように、試験体30の一方の端部を線長Lの5%だけ他端側に移動させ(図中矢印B)るとともに、試験体30の一方の端部を所定の角度捻じった(図中矢印A)。 In the simulation, first, as shown in FIG. 9(a), both ends of a specimen 30 having an initial length L were fixed and straightened. Next, as shown in FIG. 9B, one end of the test piece 30 is moved by 5% of the wire length L toward the other end (arrow B in the drawing), and one end of the test piece 30 is The ends were twisted at a predetermined angle (arrow A in the figure).

次に、図9(c)に示すように、試験体30の一方の端部側を線長Lの75%だけ試験体30の他方の端部側に移動させた(図中矢印B)。すなわち、試験体30に対する張力を緩めた。この際、捻じり角度が所定以上となると、試験体30にループが形成された。 Next, as shown in FIG. 9(c), one end side of the test body 30 was moved to the other end side of the test body 30 by 75% of the wire length L (arrow B in the figure). That is, the tension on the specimen 30 was relaxed. At this time, a loop was formed in the specimen 30 when the torsion angle exceeded a predetermined value.

次に、図9(d)に示すように、試験体30の一方の端部を、元の位置に戻していくと(図中矢印C)、所定以上の捻じり角度の場合に、ループが解消されずにキンクが発生した。上記の試験を、捻じり角度を変えて行い、キンクが発生した最小捻じり角度を求めた。結果を表1に示す。 Next, as shown in FIG. 9(d), when one end of the specimen 30 is returned to its original position (arrow C in the figure), when the twist angle is greater than or equal to a predetermined value, the loop is A kink occurred without being resolved. The above test was performed with different twisting angles, and the minimum twisting angle at which kink occurred was determined. Table 1 shows the results.

Figure 0007157632000001
Figure 0007157632000001

捻じり角度は、曲げ剛性に異方性がない場合の計算結果を基準として、比を算出した。結果より、曲げ剛性比が大きくなるほど、キンクの発生する捻じり角度が大きくなり、キンクが生じにくくなることがわかる。特に、計算上では、曲げ剛性比が2以上の場合にその効果を確認することができた。 The torsion angle was calculated as a ratio based on the calculation result when the flexural rigidity was not anisotropic. From the results, it can be seen that the larger the bending rigidity ratio, the larger the torsion angle at which kink occurs, and the less kink occurs. In particular, in terms of calculation, the effect could be confirmed when the bending rigidity ratio was 2 or more.

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又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。 Although the embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, the technical scope of the present invention is not influenced by the above-described embodiments. It is obvious that a person skilled in the art can conceive of various modifications or modifications within the scope of the technical idea described in the claims, and these are naturally within the technical scope of the present invention. be understood to belong to

例えば、前述した各実施形態において、曲げ方向に対する曲げ剛性の異方性を得るため、それぞれの電力ケーブルの周方向の180°の位置に、高剛性線材21cや連結材23等、異方性の要因となる構成を配置したが、この角度は特に限定されない。すなわち、最小曲げ剛性となる曲げ方向と、最大曲げ剛性となる曲げ方向とは、互い直交する方向でなくてもよい。例えば、高剛性線材21c等を120°間隔で配置してもよい。 For example, in each of the above-described embodiments, in order to obtain the anisotropy of the bending rigidity in the bending direction, anisotropic wires such as the high-rigidity wire 21c and the connecting member 23 are placed at 180° positions in the circumferential direction of each power cable. This angle is not particularly limited, although the configuration that is the factor has been arranged. That is, the bending direction in which the minimum bending rigidity and the bending direction in which the maximum bending rigidity are obtained do not have to be perpendicular to each other. For example, the high-rigidity wire rods 21c and the like may be arranged at intervals of 120°.

1、1a、1b、1c、1d、1e、1f………電力ケーブル
3………母船
5………潜水艇
7………探査機
9………電線
11………光ケーブル
13………接地線
15………シリコン
17………内部シース
19………保護層
21………抗張力体
21a、21b………線材
21c………高剛性線材
23………連結材
25………接着剤
27………外部カバー
29………スロット
30………試験体
1, 1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1f …… Power cable 3 …… Mother ship 5 …… Submarine 7 …… Surveyor 9 …… Electric wire 11 …… Optical cable 13 …… Grounding Wire 15 Silicon 17 Inner sheath 19 Protective layer 21 Tensile member 21a, 21b Wire rod 21c Highly rigid wire rod 23 Coupling material 25 Adhesive 27 …… Outer cover 29 …… Slot 30 …… Specimen

Claims (8)

電線と、
前記電線に沿って配置される抗張力体と、
前記電線及び前記抗張力体を一括して被覆する保護層と、
を具備する電力ケーブルであって、
軸方向の任意の位置において、前記電力ケーブルの軸方向に垂直な方向に対する最小の曲げ剛性と最大の曲げ剛性の比が2以上であり、
前記電力ケーブルは海中ケーブルであり、
前記抗張力体は、複数の線材であり、前記線材が所定の撚りピッチで前記電線の外周に配置され、
周方向に配置された複数の前記線材の内、周方向の所定の角度ごとに、他の位置の前記線材に対して相対的に剛性の高い高剛性線材が配置されることを特徴とする電力ケーブル。
an electric wire;
a strength member disposed along the wire;
a protective layer that collectively covers the electric wire and the tensile strength member;
A power cable comprising
At any position in the axial direction, the ratio of the minimum bending stiffness to the maximum bending stiffness with respect to the direction perpendicular to the axial direction of the power cable is 2 or more ,
The power cable is an undersea cable,
The tensile strength member is a plurality of wires, and the wires are arranged on the outer circumference of the electric wire at a predetermined twist pitch,
An electric power characterized in that, of the plurality of wires arranged in the circumferential direction, high-rigidity wires having relatively high rigidity with respect to the wires at other positions are arranged at predetermined angles in the circumferential direction. cable.
前記高剛性線材は、他の前記線材と材質が異なることを特徴とする請求項記載の電力ケーブル。 2. The power cable according to claim 1 , wherein said high-rigidity wire is different in material from said other wires. 前記高剛性線材は鋼線であり、他の前記線材は樹脂繊維体であることを特徴とする請求項記載の電力ケーブル。 3. The power cable according to claim 2 , wherein said high-rigidity wire is a steel wire, and said other wire is a resin fiber body. 前記高剛性線材は、他の前記線材と断面形状が異なることを特徴とする請求項記載の電力ケーブル。 2. The power cable according to claim 1 , wherein the high-rigidity wire has a cross-sectional shape different from that of the other wires. 前記高剛性線材は、断面が略矩形状であることを特徴とする請求項記載の電力ケーブル。 5. The power cable according to claim 4 , wherein the highly rigid wire has a substantially rectangular cross section. 電線と、
前記電線に沿って配置される抗張力体と、
前記電線及び前記抗張力体を一括して被覆する保護層と、
を具備する電力ケーブルであって、
軸方向の任意の位置において、前記電力ケーブルの軸方向に垂直な方向に対する最小の曲げ剛性と最大の曲げ剛性の比が2以上であり、
前記電力ケーブルは海中ケーブルであり、
前記抗張力体は、複数の線材であり、前記線材が所定の撚りピッチで前記電線の外周に配置され、
周方向に配置された複数の前記線材の内、周方向の所定の角度ごとに、隣り合う複数の前記線材が連結されることを特徴とする電力ケーブル。
an electric wire;
a strength member disposed along the wire;
a protective layer that collectively covers the electric wire and the tensile strength member;
A power cable comprising
At any position in the axial direction, the ratio of the minimum bending stiffness to the maximum bending stiffness with respect to the direction perpendicular to the axial direction of the power cable is 2 or more,
The power cable is an undersea cable,
The tensile strength member is a plurality of wires, and the wires are arranged on the outer circumference of the electric wire at a predetermined twist pitch,
A power cable, wherein a plurality of adjacent wires among the plurality of wires arranged in the circumferential direction are connected at predetermined angles in the circumferential direction.
前記所定の角度が、120度または180度であることを特徴とする請求項記載の電力ケーブル。 7. The power cable according to claim 6 , wherein said predetermined angle is 120 degrees or 180 degrees. 電線と、
前記電線に沿って配置される抗張力体と、
前記電線及び前記抗張力体を一括して被覆する保護層と、
を具備する電力ケーブルであって、
軸方向の任意の位置において、前記電力ケーブルの軸方向に垂直な方向に対する最小の曲げ剛性と最大の曲げ剛性の比が2以上であり、
前記電力ケーブルは海中ケーブルであり、
前記抗張力体は、複数の線材であり、前記線材が所定の撚りピッチで前記電線の外周に配置され、
周方向に配置された複数の前記線材の内、周方向の所定の角度ごとに、前記線材が前記保護層と接着されることを特徴とする電力ケーブル。
an electric wire;
a strength member disposed along the wire;
a protective layer that collectively covers the electric wire and the tensile strength member;
A power cable comprising
At any position in the axial direction, the ratio of the minimum bending stiffness to the maximum bending stiffness with respect to the direction perpendicular to the axial direction of the power cable is 2 or more,
The power cable is an undersea cable,
The tensile strength member is a plurality of wires, and the wires are arranged on the outer circumference of the electric wire at a predetermined twist pitch,
A power cable, wherein said wire rods are adhered to said protective layer at every predetermined angle in said circumferential direction among said plurality of said wire rods arranged in said circumferential direction.
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