JP7214488B2

JP7214488B2 - 電気ケーブル

Info

Publication number: JP7214488B2
Application number: JP2019014101A
Authority: JP
Inventors: 佑樹矢野; 信幸神原; 直也笠原; 祐介二改
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2019-01-30
Filing date: 2019-01-30
Publication date: 2023-01-30
Anticipated expiration: 2039-01-30
Also published as: JP2020123472A

Description

この発明は、電気ケーブルに関する。

建築物の内外において電力や通信を送受信するための電気ケーブルは、建築物の内外に貫通する。この種の電気ケーブルは、電力信号や通信信号を減衰させないように構成されている。
特許文献１には、導体からなる芯線に、内部半導体層、絶縁層、外部半導体層及び外部導体を順番に重ねた電気ケーブルが開示されている。特許文献１の電気ケーブルでは、雷によるサージ（ノイズ）が芯線に重畳しても、当該サージを２つの半導体層及びこれらの間にある絶縁層において減衰させることができる。

特開昭６２－２６２３１０号公報

しかしながら、特許文献１の電気ケーブルでは、雷のサージの減衰に特化した構造であり、雷のサージと異なる周波数帯のサージを減衰させることが難しい。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、様々な周波数帯のサージを減衰させることができる電気ケーブルを提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る電気ケーブルは、建築物の内外に貫通するように設けられる電気ケーブルであって、軸方向に延びるとともに互いに間隔をあけて配される複数の導体と、電気抵抗率の大きさが前記導体と絶縁体との間であり、少なくとも複数の前記導体の間に介在する半導体層と、絶縁体からなり、前記導体及び前記半導体層のいずれか一方を被覆する筒状の被覆層と、を備え、複数の前記導体が、軸方向に延びる芯線と、軸方向に延びる筒状に形成されて前記芯線を挿通させるシールド層と、を含み、前記半導体層は、軸方向に延びる筒状に形成され、前記芯線を被覆するとともに、前記シールド層によって被覆され、前記半導体層は、内周面が前記芯線に接触するとともに外周面が前記シールド層に接触することで、前記芯線と前記シールド層とを電気的に接続しており、前記被覆層は、前記シールド層を被覆する。

この構成によれば、様々な周波数帯のサージが電気ケーブルの導体に重畳しても、当該サージが互いに隣り合う導体の間で流れることで、当該サージを半導体層において減衰させることができる。
また、様々な周波数帯のサージが電気ケーブルの導体に重畳しても、当該サージが互いに隣り合う導体の間で流れることで、当該サージを半導体層において減衰させることができる。

本発明の一態様に係る電気ケーブルは、建築物の内外に貫通するように設けられる電気ケーブルであって、軸方向に延びるとともに互いに間隔をあけて配される複数の導体と、電気抵抗率の大きさが前記導体と絶縁体との間であり、少なくとも複数の前記導体の間に介在する半導体層と、絶縁体からなり、前記導体及び前記半導体層のいずれか一方を被覆する筒状の被覆層と、を備え、複数の前記導体が、軸方向に延びるとともに互いに間隔をあけて配された複数の芯線を含み、前記半導体層は、複数の前記芯線の間に介在するように複数の前記芯線をそれぞれ被覆し、前記半導体層は、複数の前記芯線の間を埋めるようにこれら芯線のそれぞれに接触することで、複数の前記芯線同士を電気的に接続しており、前記被覆層は、前記半導体層を被覆する。

この構成では、サージが互いに隣り合う芯線の間で流れることで、これらの間に介在する半導体層において当該サージを減衰させることができる。

また、上記の電気ケーブルでは、前記半導体層の電気抵抗率が、１．０×１０^９［Ω・ｃｍ］以下であってもよい。

この構成では、商用電源周波数（例えば５０［Ｈｚ］、６０［Ｈｚ］）よりも高い周波数帯のサージを半導体層において効果的に減衰できる。一方、商用電源周波数の電流が半導体層において減衰することを効果的に抑制できる。

また、上記の電気ケーブルでは、前記半導体層が、絶縁材料に炭素粉又は金属粉を添加した材料によって構成されてもよい。

また、上記の電気ケーブルでは、前記半導体層が、導電性を有する導電性樹脂によって構成されてもよい。

これらの構成では、電気ケーブルの導体に重畳した様々な周波数帯のサージを、半導体層においてより一層減衰することができる。

また、上記の電気ケーブルでは、前記建築物が、プラントの建屋であってもよい。

この場合には、プラント内部に設けられた各種の電気機器を、電気ケーブルの導体に重畳するサージから保護することができる。

本発明の電気ケーブルによれば、様々な周波数帯のサージを減衰させることができる。

本発明の第一実施形態に係る電気ケーブルを建築物に設けた状態の一例を示す図である。本発明の第一実施形態に係る電気ケーブルを示す断面図である。図２の電気ケーブルの等価回路を示す図である。本発明の第一実施形態に係る電気ケーブルの変形例を示す断面図である。本発明の第二実施形態に係る電気ケーブルを示す断面図である。図５の電気ケーブルの等価回路を示す図である。

〔第一実施形態〕
以下、図１～３を参照して本発明の第一実施形態について説明する。
図１に示すように、本実施形態に係る電気ケーブル１は、建築物２の内外に貫通するように設けられる。電気ケーブル１は、建築物２の壁部から建築物２の内側において所定の長さだけ延びている。本実施形態の電気ケーブル１は、電力を外部から建築物２内に設けられた各種の機器（不図示）に供給する電力用のケーブルである。電気ケーブル１には、例えば、商用電源周波数（例えば５０［Ｈｚ］や６０［Ｈｚ］）の交流電流が流れる。本実施形態における建築物２は、原子力プラントや火力プラントなど各種のプラントの建屋である。建築物２は、例えば居住用の家屋、工場、倉庫等であってもよい。
図１において、電気ケーブル１は、建築物２の内部において配電盤３、及び、配電盤３に接続された複数の配線４を介して各種の機器に接続される。図示しないが、電気ケーブル１は、建築物２の外側において送電線に接続される。

図２に示すように、電気ケーブル１は、複数の導体１１，１２と、半導体層１３と、被覆層１４と、を備える。複数の導体１１，１２は、それぞれ電気ケーブル１の軸方向に延びている。図２において、軸方向は紙面に直交する方向である。複数の導体１１，１２は、互いに間隔をあけて配されている。
本実施形態の電気ケーブル１は、同軸ケーブルである。具体的に、複数の導体１１，１２は、軸方向に延びる芯線１１及びシールド層１２を含む。シールド層１２は、軸方向に延びる筒状に形成されている。芯線１１は、シールド層１２の内側に挿通されている。芯線１１は、シールド層１２の内周に対して間隔をあけて位置する。具体的に、シールド層１２は芯線１１を中心とする同心状に配されている。本実施形態において、芯線１１には商用電源周波数の電流が流れる。

半導体層１３は、複数の導体１１，１２の間に介在する。半導体層１３の電気抵抗率の大きさは、導体と絶縁体との間である。
本実施形態において、半導体層１３は、軸方向に延びる筒状に形成されている。半導体層１３は、芯線１１を被覆するとともにシールド層１２によって被覆される。半導体層１３は、芯線１１を中心とする同心状に設けられ、芯線１１とシールド層１２との間に介在する。半導体層１３は、芯線１１とシールド層１２との隙間を埋める。

半導体層１３の電気抵抗率は、１．０×１０^９［Ω・ｃｍ］以下であってよい。半導体層１３の電気抵抗率は、１．０×１０³［Ω・ｃｍ］以上、かつ、１．０×１０⁷［Ω・ｃｍ］以下であることがより望ましい。

半導体層１３は、例えば、絶縁材料に炭素粉又は金属粉を添加した材料によって構成されてよい。この場合、絶縁材料は、例えば架橋ポリエチレンやエチレンポリプロピレンゴム（ＥＰゴム）であってよい。絶縁材料に炭素粉又は金属粉を添加することで、半導体層１３の電気抵抗率は、絶縁材料の電気抵抗率よりも低くなる。絶縁材料に添加する炭素粉又は金属粉の量を適切に調整することで、半導体層１３の電気抵抗率を導体よりも高くすることができる。
また、半導体層１３は、例えば、導電性を有する導電性樹脂によって構成されてもよい。導電性樹脂は、例えば導電性ポリエチレンであってよい。

被覆層１４は、電気的な絶縁体からなり、軸方向に延びる筒状に形成されている。本実施形態の被覆層１４は、シールド層１２を被覆する。

本実施形態の電気ケーブル１は、図３に示す等価回路で表すことができる。図３の等価回路において、半導体層１３は、芯線１１とシールド層１２との間において並列接続されたコンダクタンス１３１とキャパシタンス１３２とによって表される。

本実施形態の電気ケーブル１において、半導体層１３の電気抵抗率は、商用電源周波数の電流に対して高く、かつ、商用電源周波数よりも高い周波数帯域の電流に対して低い。このため、例えば、商用電源周波数よりも高い周波数帯域のサージが、芯線１１に重畳しても、当該サージ（伝導ノイズ）を電気ケーブル１において減衰させることができる。具体的には、芯線１１に重畳した伝導ノイズが半導体層１３を介して芯線１１とシールド層１２との間で流れることで、伝導ノイズの電気的エネルギーが半導体層１３において消費される。これにより伝導ノイズを減衰させることができる。

また、本実施形態の電気ケーブル１は、サージが侵入し難い建築物２の内側において所定の長さだけ延びている。このため、建築物２の外側において芯線１１に重畳したサージ（伝導ノイズ）を、建築物２の内側において効果的に減衰させることができる。
一方、芯線１１に流れる商用電源周波数の電流は、半導体層１３を通り難いため、芯線１１とシールド層１２との間で流れることはほとんどない。これにより、芯線１１に流れる商用電源周波数の電流が減衰することを抑制できる。

本実施形態の電気ケーブル１によれば、軸方向に延びる芯線１１とシールド層１２との間には半導体層１３だけが介在している。すなわち、芯線１１とシールド層１２との間には従来のような絶縁層が介在していない。これにより、様々な周波数帯のサージが電気ケーブル１の芯線１１に重畳しても、当該サージが芯線１１とシールド層１２との間で流れることで、当該サージを半導体層１３において減衰させることができる。

また、本実施形態の電気ケーブル１によれば、電気ケーブル１においてサージを減衰できるため、サージを減衰するための別個の機器（例えばラインフィルタやＳＰＤ（避雷器）等）を新たに設置する必要がない。このため、サージ減衰用の機器を設置するためのスペースを確保する必要がなくなる。また、サージ減衰用の機器の設置に伴って、建築物２内に設けられた既存の機器の位置を変更する必要もない。したがって、本実施形態の電気ケーブル１を設置するだけで、簡単に建築物２内の既存の機器を様々な周波数帯のサージから保護することができる。

また、本実施形態の電気ケーブル１によれば、半導体層１３の電気抵抗率が１．０×１０^９［Ω・ｃｍ］以下である。このため、半導体層１３の電気抵抗率を、商用電源周波数の電流に対して高く、かつ、商用電源周波数よりも高い周波数帯域の電流に対して低くすることができる。これにより、商用電源周波数よりも高い周波数帯のサージを半導体層１３において効果的に減衰できる。一方、商用電源周波数の電流が半導体層１３において減衰することを効果的に抑制できる。

また、本実施形態の電気ケーブル１において、半導体層１３が、絶縁材料に炭素粉又は金属粉を添加した材料からなる場合、あるいは、導電性を有する導電性樹脂からなる場合には、電気ケーブル１の芯線１１に重畳した様々な周波数帯のサージを、半導体層１３においてより一層減衰することができる。

また、本実施形態の電気ケーブル１によれば、当該電気ケーブル１を設ける建築物２がプラントの建屋である。これにより、プラントの内部に設けられた各種の機器をサージから保護することができる。

第一実施形態においては、例えば図４に示すように、芯線１１とシールド層１２との間に、電気抵抗率が互いに異なる複数の半導体層１３Ａ，１３Ｂが介在していてもよい。複数の半導体層１３Ａ，１３Ｂは、シールド層１２は芯線１１を中心とする同心状に重ねて設けられる。図５における半導体層１３の数は、２つであるが、これに限ることはない。

〔第二実施形態〕
次に、図５，６を参照して本発明の第二実施形態について説明する。第二実施形態においては、第一実施形態と同様の構成要素について同一符号を付す等して、その説明を省略する。

図５に示すように、本実施形態の電気ケーブル１Ｃは、第一実施形態と同様に、複数の導体１１、半導体層１３Ｃ及び被覆層１４を備える。
本実施形態において、複数の導体１１は、軸方向に延びるとともに互いに間隔をあけて配された複数の芯線１１を含む。芯線１１の数は、任意であってよいが、本実施形態では３つである。すなわち、本実施形態の電気ケーブル１Ｃは、３相交流の電流を流すように構成されている。図５に示す断面において、３つの芯線１１は、電気ケーブル１Ｃの軸方向に直交する同心円上に配列されているが、例えば軸方向に直交する一方向に並べられてもよい。

半導体層１３Ｃは、複数の芯線１１の間に介在するように複数の芯線１１をそれぞれ被覆する。すなわち、各芯線１１の外周は半導体層１３Ｃによって被覆され、外部に露出しない。半導体層１３Ｃの電気抵抗率や材料は、第一実施形態と同様であってよい。
被覆層１４は、第一実施形態と同様に、絶縁体からなり、筒状に形成されている。本実施形態の被覆層１４は、半導体層１３Ｃを被覆する。

本実施形態の電気ケーブル１Ｃは、図６に示す等価回路で表すことができる。図６の等価回路において、半導体層１３Ｃは、第一実施形態と同様に、芯線１１とシールド層１２との間において並列接続されたコンダクタンス１３１とキャパシタンス１３２とによって表される。

本実施形態の電気ケーブル１Ｃにおいて、半導体層１３Ｃの電気抵抗率は、第一実施形態と同様に、商用電源周波数の電流に対して高く、かつ、商用電源周波数よりも高い周波数帯域の電流に対して低い。このため、例えば、商用電源周波数よりも高い周波数帯域のサージが、芯線１１に重畳しても、当該サージ（伝導ノイズ）を電気ケーブル１Ｃにおいて減衰させることができる。具体的には、芯線１１に重畳した伝導ノイズが半導体層１３Ｃを介して互いに隣り合う芯線１１の間で流れることで、伝導ノイズの電気的エネルギーが半導体層１３Ｃにおいて消費される。これにより伝導ノイズを減衰させることができる。
一方、芯線１１に流れる商用電源周波数の電流は、半導体層１３Ｃを通り難いため、芯線１１とシールド層１２との間で流れることはほとんどない。これにより、芯線１１に流れる商用電源周波数の電流が減衰することを抑制できる。

以上説明したように、第二実施形態の電気ケーブル１Ｃによれば、第一実施形態と同様の効果を奏する。すなわち、様々な周波数帯のサージが電気ケーブル１Ｃの芯線１１に重畳しても、当該サージが互いに隣り合う芯線１１の間で流れることで、当該サージを半導体層１３Ｃにおいて減衰させることができる。

第二実施形態の電気ケーブル１Ｃは、例えば第一実施形態と同様のシールド層１２をさらに含んでもよい。この場合、筒状のシールド層１２は、半導体層１３Ｃと被覆層１４との間に介在していればよい。すなわち、半導体層１３Ｃによって被覆された複数の芯線１１が、シールド層１２の内側に挿通されればよい。

＜その他の実施形態＞
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

本発明の電気ケーブルは、例えば外部と建物内に設けられた各種の機器との間で通信信号を送受信する通信用のケーブルであってもよい。

１，１Ｃ電気ケーブル
２建築物
１１芯線（導体）
１２シールド層（導体）
１３，１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ半導体層
１４被覆層

Claims

建築物の内外に貫通するように設けられる電気ケーブルであって、
軸方向に延びるとともに互いに間隔をあけて配される複数の導体と、
電気抵抗率の大きさが前記導体と絶縁体との間であり、少なくとも複数の前記導体の間に介在する半導体層と、
絶縁体からなり、前記導体及び前記半導体層のいずれか一方を被覆する筒状の被覆層と、
を備え、
複数の前記導体が、軸方向に延びる芯線と、軸方向に延びる筒状に形成されて前記芯線を挿通させるシールド層と、を含み、
前記半導体層は、軸方向に延びる筒状に形成され、前記芯線を被覆するとともに、前記シールド層によって被覆され、
前記半導体層は、内周面が前記芯線に接触するとともに外周面が前記シールド層に接触することで、前記芯線と前記シールド層とを電気的に接続しており、
前記被覆層は、前記シールド層を被覆する電気ケーブル。
建築物の内外に貫通するように設けられる電気ケーブルであって、
軸方向に延びるとともに互いに間隔をあけて配される複数の導体と、
電気抵抗率の大きさが前記導体と絶縁体との間であり、少なくとも複数の前記導体の間に介在する半導体層と、
絶縁体からなり、前記導体及び前記半導体層のいずれか一方を被覆する筒状の被覆層と、
を備え、
複数の前記導体が、軸方向に延びるとともに互いに間隔をあけて配された複数の芯線を含み、
前記半導体層は、複数の前記芯線の間に介在するように複数の前記芯線をそれぞれ被覆し、
前記半導体層は、複数の前記芯線の間を埋めるようにこれら芯線のそれぞれに接触することで、複数の前記芯線同士を電気的に接続しており、
前記被覆層は、前記半導体層を被覆する電気ケーブル。
前記半導体層の電気抵抗率が、１．０×１０９［Ω・ｃｍ］以下である請求項１又は２に記載の電気ケーブル。
前記半導体層が、絶縁材料に炭素粉又は金属粉を添加した材料からなる請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電気ケーブル。
前記半導体層が、導電性を有する導電性樹脂からなる請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電気ケーブル。
前記建築物が、プラントの建屋である請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の電気ケーブル。