JPH09506718A - 半導体性線状エレメント - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 架空送電システムの塔の間に伸びそれによって支持されるようになっている線状エレメントは、０．０５乃至１００Ｍオーム／ｍの直線抵抗を有し、抵抗の負の温度係数を示す１つまたはそれ以上の電気的に半導体性の部材（５４，６２）を有する。このエレメントは装置の導体の縛り込みに使用するロープであるか、または光ケーブルである。半導体性部材を形成するための好ましい材料は、熱分解されたアクリロニトリルファイバーから形成された炭素繊維索条を含む。このエレメントは、乾燥帯域アーキングを減少するかなくすために制御可能で再生可能な抵抗を有する。

Description

【発明の詳細な説明】 半導体性線状エレメント 本発明は、架空送電システムに沿って張られた線状エレメントに関し、特に必 ずしも限定されるものではないが、電力ケーブルを支持するために使用される塔 、マストまたは他の直立している支持体によって装置の経路に沿って支持されて いる光ケーブルに関する。 この種の装置において、塔、マスト、または、他の支持体（以下、単に塔と称 す）で光ケーブルをアースすることが行われている。送電線に負荷がかかったと き、ケーブルと送電線との間に配分された静電容量によって光ケーブルに電流が 静電容量的に誘導される。乾燥した状態では、誘導電流はケーブルの比較的に大 きい長手方向の抵抗、例えば、１０¹²Ｍオーム／ｍの範囲によって比較的小さい が、濡れた状態の下では、ケーブルの表面抵抗はかなり低く、例えば１０Ｍオー ム／ｍの範囲になり、大きな電流が誘導される。誘導電流によるケーブル表面の ジュール熱は、電流が最も流れる塔の領域において短い長さのケーブルの表面を 乾燥させる。これが起こると、ケーブルの誘導電圧の大部分は、大きな長手方向 の抵抗によって短い乾燥帯域にわたって低下し、いくつかの損傷をケーブルに与 える、いわゆる「乾燥帯域アーク」が生じる。同様の問題は、伝送装置の塔の間 に張られている他の線状エ レメントでも生じ、例えば、塔の伝送装置に光ケーブルを設置するために使用さ れるロープについても生じる。このようなロープは塔の間に一時的にのみ張られ るようになっているが、それらは、湿った環境において大量の水を吸収して損傷 を与える電流を誘導する。 ケーブルに長手方向に伸びる電気的な導電性通路を設けることによって光ケー ブルの乾燥帯域アーキングの問題を克服することができる。しかしながら、導電 性通路を有する光ケーブルは、架空送電線の塔の間に設置する場合に、負荷時に １つの送電線に触れる危険性があるという観点で考慮すべきかなりの安全性に関 する問題があるという欠点がある。さらに、このような光ケーブルを設置するこ とができる十分な時間があるのに架空送電線によって送電される電力を中断する ことはあってはならないし、また、望ましくないことである。 例えば、ヨーロッパ特許出願第２１４，４８０号において、半導体エレメント 及び１０乃至１０⁶Ｍオーム／ｍの直線抵抗を有するケーブルを使用することが 提案された。しかしながら、従来の方法を使用して一貫性のある再生産可能な方 法でこのような抵抗値を有する半導体エレメントを形成することは非常に困難で ある。なぜならば、特定の抵抗値がフィラー負荷等に極端に敏感であり、その結 果名目的に同定されたケー ブルは、著しく異なる抵抗を有し、ケーブルの抵抗はその長さに沿って著しく変 化する。さらに、直線抵抗のこのような値は、非常に大きく好ましくないことが 分かった。なぜならば、このようなケーブルの直線の導電性は、濡れた状態でケ ーブルに見られる汚染物質、例えば、酸及び塩によって決定される場合があるか らである。 本発明によれば、線状エレメント、例えば、光ケーブルまたは光ケーブルを設 置するためのロープは、エレメントに０．０５乃至１００Ｍオーム／ｍ、好まし くは１０Ｍオーム／ｍ未満の直線抵抗を有するようにする少なくとも１つの電気 的な半導体性部材を有し、これは、電気抵抗の負の温度係数を示す。 本発明は、もし、理由はいずれにせよ、例えば大きな誘導電流または大きな初 期抵抗によるケーブルの他の領域が大きなジュール熱を受ける場合には、半導体 部材の局所関連温度の上昇は、部材の抵抗を小さくし、従って加熱効果を小さく する。それに対して、ポジティブ温度係数（ＰＴＣ）を有する濾過装置のような 他の装置の使用によって装置の動作が不安定になり、熱が局所的に放散される。 好ましくは、各部材は、周辺温度（いわゆる約３００Ｋ）で少なくとも１％／ Ｋ、特に少なくとも１．５％／Ｋの抵抗の負の温度係数を有するが、通常は５％ ／Ｋ以上、さらに、一般的には３％／Ｋ以上の温度係数は有しない。５％／Ｋ以 上の温度係数は、部品の抵抗の高過ぎる周辺温度係数である。 本発明における特に適当な部品の１つの形は、炭素繊維を有するものであり、 本発明の好ましい観点は、架空送電線システムによってその間に伸びており、そ れによって支持されるのに適している線状エレメントを有し、このエレメントは 、エレメントに０．０５乃至１００Ｍオーム／Ｍの範囲で直線抵抗を有する半導 体性炭素繊維を有する１つまたはそれ以上の部品を備えている。本部品における 炭素繊維の使用は、非常に簡単な方法で部品の直線抵抗の制御を行うことができ るようにし、それによって再生産可能な半導体部材を製造することができる。 光ケーブルは、位相コンダクタよりも小さい係数及び重量を有する傾向がある ので、それらは、大きな風で位相コンダクタより大きな程度まで側方に移動する 傾向があり、高い電界の領域まで移動することがある。ケーブルがその長さに沿 って低抵抗導体、例えば金属導体を備えているならば、その電位は、塔の間の全 体幅にわたって接地電位であり、その結果、大きな風でコロナ放電が生じる。ケ ーブルがさらに接近して位相コンダクタとケーブルとの間でフラッシュオーバが 生じ、光ケーブルに沿って伸びる導体が蒸発して送電を 狂わす。本発明によるエレメントが０．０５乃至１００Ｍオーム／ｍの範囲でリ ニア抵抗を有するという事実によって、エレメントは中間領域において、装置の 位相コンダクタの電位に達するかそれにほぼ近くなるという利点を有し、その結 果、エレメント及びフラッシュオーバの表面のコロナ放電は、減少するか、なく なる。 本発明について、光ケーブルを参照して以下に説明するが、説明した実施例は 、同様にロープのような他の直線エレメントにも適用可能である。 半導体性部品に使用する炭素性繊維は、ポリマー、例えば少なくとも８５モル パーセントのポリアクリロニトリル、または、アクリロニトリルコポリマーと１ ５モルパーセントのコポリマー（ＰＡＮ）を部分的な熱分解することによって形 成される。このような繊維は、６５％乃至９２％、好ましくは、８５％未満の炭 素と、５％乃至２０％、好ましくは１６乃至２０％の窒素とを有する。本発明に 使用するのに適している炭素繊維の索条は、例えば英国のハートンノリスストッ クポートのＲＫテクノロジー社から市販されている。 炭素繊維は、多数の異なる構造でケーブルに使用される。通常、各半導体性部 品は、炭素繊維の連続形態であり、この場合、それはジャケットの下のケーブル の周りに巻き込まれるか、あるいはケーブルのジャケ ットの周りに巻かれている。それらの半導体性部品がケーブルのジャケットの周 りに巻かれている索条（以下トウと略称する）の形であるところでは、取り扱い 中にそれを保護するために、及び環境からそれを保護するためにシースに包囲さ れることが好ましい。もし絶縁シースを使用するか、またはトウがケーブルジャ ケットの下に配置されて、絶縁ケーブルジャケットを使用する場合には、トウは シースまたはジャケットの表面の水に容量的に結合される。もし容量性の結合が 十分でない場合には、絶縁性は、長さ方向の抵抗ではなくシースまたはジャケッ トの半径方向の導電性が増加することになる。この現象は、不完全な撥水フィラ ー、または、シースまたはジャケットの吸水性材料の使用によるシースまたはジ ャケットの不良導電性を含む。各トウは、少なくとも５Ｋ、さらに好ましくは１ ０Ｋ、であるが、好ましくは、４０Ｋ以下の繊維である。使用するトウの特定の 寸法は、繊維の導電性に依存し、０．０５乃至１００Ｍオーム／ｍ、好ましくは 、０．５乃至１０Ｍオーム／ｍの全体抵抗を有するように選択される。炭素繊維 は連続性を有するが、これは必ずしも必要要件ではない。例えば、切断ファイバ がポリマーマトリクスで使用される。また、それらのファイバーは、例えば、マ ットまたは紙複合体のような不織布材として使用される。 半導体性部材は、製造中にケーブルに組み込まれており、それらがジャケット の下のコアの周りに巻かれる場合のように、または所望ならば、例えば国際特許 出願第９３／２３７７９号に示されているように、所望ならば、塔から懸架され た直後に組み込まれる。 半導体性部材は、光ケーブルの破壊、または、切断及び損傷を防止するために 、伸長性を有することが好ましい。また、１％台の繰り返しの伸長の後に著しく 変化しないような半導体性部材の電気的な特性を有することが好ましい。 本発明は、０．０５乃至１００Ｍオーム／ｍの範囲の直線抵抗を有するように する少なくとも１つの電気的な半導体性部材（５４，６２）を有し、負の温度係 数または抵抗を有し、前記部材は伝導性炭素繊維を有する架空送電装置の塔の間 で伸びており塔によって支持されていることに適している架空送電線及び光伝送 装置の組み合わせを提供する。 本発明の２つの形態を添付図面を参照して例示として説明する。 図１は、配分されたコンデンサを示す従来の全絶縁性光ケーブルと送電線の概 略図である。 図２は、乾燥した状態の光ケーブルの誘導電圧及び電流のグラフである。 図３は、バンドが乾燥していない濡れた状態で光ケ ーブル上の誘導電圧及び電流のグラフである。 図４は乾燥バンドが形成されている従来の光ケーブルの概略図である。 図５は、本発明の１つのケーブルの形の部分の側面図である。 図６は本発明の他のケーブルの形の部分の側面図である。 図７は、温度に対して本発明で使用される種々の炭素繊維のトウの電気抵抗の グラフである。 添付図面を参照すると、図１は、電力ケーブル２をサポートするために使用さ れる１対の塔の間に支持される従来の「全絶縁自己支持（ＡＤＳＳ）」光ケーブ ル１を示す。ＡＤＳＳケーブル１は、塔によって接地されている金属クランプま たは固定具４によって塔で支持されている。この装置において、集中キャパシタ ンスＣ１によって指示される光ケーブル１と電力ケーブル２の間に配分されたキ ャパシタンスと、集中キャパシタンスＣ２によって指示された光ケーブルと地面 との間に配分されたキャパシタンスとがある。さらに、ケーブルは大きいが、集 中抵抗Ｒによって指示される有限の長手方向の抵抗を有する。 乾燥した状態で誘導電圧（Ｖ_d）及び電流（Ｉ_d）が図２に示すようにケーブル 上に生じる。誘導電圧は、幅の中間で最も高く、４００ｋＶの線で３０ｋＶまで の値に達し、電流は１００マイクロアンペアまでの値を有する塔で最大限になる 。濡れた状態において光ケーブルの長手方向の抵抗はかなり低く、その結果、光 ケーブルの最大限の電圧（Ｖ_w）は低いが誘導電流（Ｉ_w）は図３に示すように１ 乃至１０ｍＡの通常の値まで上昇する。 図４に示すように、これらの条件において、典型的な長さ５０ｍｍの乾燥バン ド６は、ケーブルの表面水のジュール熱によって塔のクランプ４の領域でケーブ ル１上に形成される。これは全体の誘導電圧がケーブルの長さにわたって低下し 、アークがこの点で生じ、その結果ケーブルジャケットに損傷を与える。 図５は、電力配分装置の塔の間に自由に支持されるようになっている本発明に よる光ケーブル１の１つの形態を示す。ケーブルは、０．８乃至２．１マイクロ メータの範囲の波長を有する光の伝達に適した多数の光ファィバ５２を支持する パルトルードＥガラスと、充填ポリエチレンまたはＥＶＡ成分から形成された外 側ジャケットとから形成された従来の強化ガラス５１を有する。部分的に熱分解 したＰＮＡ繊維の１対の半導性のトウ５４はトウの間のケーブルの長さに沿って 半導体性通路を形成するようにジャケット５３がその上に延伸される前に反対方 向に強化部材５１の周りに巻かれる。塔において、トウ５４は、ケーブルクラン プへの容量結合によって接地される。各トウ５４は、ほぼ１００００のファイバ を有し、約０．８Ｍオーム／ｍの電気抵抗を有する。 図６は、強化部材と、光ファイバ（図示せず）と、図５を参照して説明したよ うなジャケットとを有する「全誘導自己支持」（ＡＤＳＳ）光繊維ケーブル６１ の短い部分を示す。このケーブル６１において、抵抗０．４Ｍオーム／ｍの４０ Ｋの部分的に熱分解されたＰＡＮのトウ６２は、ジャケット６３に包囲されてお り、ケーブルの周りに螺旋状に巻かれている。 図７は、絶対温度の動きに対して描かれた一部が熱分解されたＰＡＮ繊維の種 々のトウの（１０ｃｍ毎のＫオームで）直線抵抗の自然対数のグラフである。異 なるサンプルの抵抗の値の差は、トウの異なる繊維数による。図示するように、 抵抗の値は、次の式の直線によく適合する。 Ｒ＝ｃｏｎｓｔ．ｘｅｓｐ（２０４４／Ｔ） これは３００Ｋで２．２％／Ｋの抵抗の負の温度係数に対応する。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９６年１月１７日 【補正内容】 請求の範囲 １．架空送電システムの塔間に懸架され、かつ、塔に支持されるのに適応して いる線条エレメントであって、該エレメントに０．０５乃至１００Ｍオーム／ｍ の範囲の直線抵抗を有せしめると共に負の抵抗の温度係数を有せしめる少なくと も１つの電気的半導体性部材（５４，６２）を有する線状エレメント。 ２．前記部材（５４，６２）が、周囲温度で少なくとも１％／Ｋ、好ましくは 、少なくとも１．５％／Ｋの電気抵抗の負の温度係数を有する請求項１に記載の エレメント。 ３．前記エレメントは周囲温度の３％／Ｋ以下の電気抵抗の負の温度係数を有 する請求項１または２に記載のエレメント。 ４．架空送電システムの塔間に懸架され、塔に支持されるのに適している線状 エレメントであって、 該線状エレメントに０．０５乃至１００Ｍオーム／ｍの直線抵抗の範囲の直線 抵抗を有せしめる電気的な半導体性炭素繊維を含む１つまたはそれ以上の部材（ ５４，６２）を有する線状エレメント。 ５．前記線状エレメントが光ケーブルである請求項１乃至４のいずれか１項に 記載のエレメント。 ６．前記線状エレメントが、送電システム内に光ケーブルを設置するためのロ ープである請求項１乃至４

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ)，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，Ｃ Ｎ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＴ， ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＮＬ，ＮＯ，Ｎ Ｚ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＩ，ＳＫ ，ＴＪ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．架空送電システムの塔間に懸架され、かつ、塔に支持されるのに適応して いる線条エレメントであって、該エレメントに０．０５乃至１００Ｍオーム／ｍ の範囲の直線抵抗を有せしめると共に負の温度係数または抵抗を有せしめる少な くとも１つの電気的半導体性部材（５４，６２）を有する線状エレメント。 ２．前記部材（５４，６２）が、周囲温度で少なくとも１％／Ｋ、好ましくは 、少なくとも１．５％／Ｋの電気抵抗の負の温度係数を有する請求項１に記載の エレメント。 ３．前記エレメントは周囲温度の３％／Ｋ以下の電気抵抗の負の温度係数を有 する請求項１または２に記載のエレメント。 ４．架空送電システムの塔間に懸架され、塔に支持されるのに適している線状 エレメントであって、 該線状エレメントに０．０５乃至１００Ｍオーム／ｍの直線抵抗の範囲の直線 抵抗を有せしめる電気的な半導体性炭素繊維を含む１つまたはそれ以上の部材（ ５４，６２）を有する線状エレメント。 ５．前記線状エレメントが光ケーブルである請求項１乃至４のいずれか１項に 記載のエレメント。 ６．前記線状エレメントが、送電システム内に光ケーブルを設置するためのロ ープである請求項１乃至４ のいずれか１項に記載のエレメント。 ７．前記各部材が炭素性繊維の索条である請求項１乃至４のいずれか１項に記 載のエレメント。 ８．前記各索条がエレメントのジャケットの下のエレメントのコアの周りに巻 かれている請求項７に記載のエレメント。 ９．前記各索条がエレメントのジャケットの周りに巻かれている請求項７また は８に記載のエレメント。 １０．前記各索条が電気絶縁シースに包囲されている請求項９に記載のエレメ ント。 １１．前記炭素性繊維は、部分的に熱分解されたポリアクリロニトリルを有す る請求項４または７乃至１０のいずれか１項に記載のエレメント。 １２．前記エレメントの直線抵抗は少なくとも乾燥時に全炭素性繊維エレメン トのみによって決定される請求項４または７乃至１１のいずえれか１項に記載の エレメント。 １３．前記線条エレメントが０．１乃至１０Ｍオーム／ｍの直線電気抵抗を有 する請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のエレメント。 １４．塔間に懸架され、かつ、前記塔に支持される架空送電線（２）と、塔間 に懸架され、かつ、前記塔によって可動的に支持される少なくとも１つの光ケー ブル（１，６１）とを有し、各光ケーブルは、光ケー ブルに負の温度係数の０．０５乃至１００Ｍオーム／ｍの範囲の直線抵抗を有せ しめる、少なくとも１つの電気的半導体性部材（５４，６２）を有する、架空送 電と光伝送との共架システム。 １５．塔間に懸架され、かつ、前記塔に支持される架空送電線（２）と、塔間 に懸架され、かつ、前記塔によって可動的に支持される少なくとも１つの光ケー ブル（１，６１）とを有し、各光ケーブルは、光ケーブルに０．０５乃至１００ Ｍオーム／ｍの範囲の直線抵抗を有せしめる導電性炭素繊維を有する、長さに沿 って伸びている少なくとも１つの部材（５４，６２）を有する架空送電と光伝送 との共架システム。