TW201838278A - 電纜鋪設構造及風力發電系統 - Google Patents

Abstract

一種電纜鋪設構造，具備：電纜；多個浮標，沿該電纜的長度方向排列安裝在該電纜的浮標安裝對象部上，使該電纜浮於水中；及纜線，安裝在該電纜的該浮標安裝對象部上，藉由將對抗該多個浮標的浮力之張力施加在該電纜上，使該浮標安裝對象部的形狀保持為圓弧狀。在該電纜的長度方向上配置在該浮標安裝對象部的端部側的浮標的浮力小於配置在該浮標安裝對象部的中央部側的浮標的浮力。

Description

電纜鋪設構造及風力發電系統

本公開涉及電纜(cable)鋪設構造及風力發電系統。

本申請主張基於2017年3月22日申請的日本申請2017-055317號的優先權，並引用了該日本申請內記載的全部記載內容。

在將電纜連接於浮體型的海上設備的情況下，為了使電纜在海中進行松弛，在電纜的中途安裝多個(plural)浮標並進行鋪設的構造是熟知的(例如，參照專利文獻1)。在這樣的電纜鋪設構造中，藉由利用多個浮標的浮力使電纜浮於海中，使電纜進行了松弛。此外，藉由在安裝了多個浮標的電纜部分設置纜線(wire)，並藉由纜線將對抗浮標的浮力的張力施加在電纜上，還可使電纜的形狀保持為圓弧狀。

〔先前技術文獻〕

〔專利文獻〕

〔專利文獻1〕特開2014-93902號公報

本公開的第1形態為電纜鋪設構造，其具備：電纜；多個浮標，沿上述電纜的長度方向排列安裝在上述電纜的浮標安裝對象部上，使上述電纜浮於水中；及 纜線，安裝在上述電纜的上述浮標安裝對象部上，藉由將對抗上述多個浮標的浮力之張力施加在上述電纜上，使上述浮標安裝對象部的形狀保持為圓弧狀，其中，沿上述電纜的長度方向配置在上述浮標安裝對象部的端部側的浮標的浮力小於配置在上述浮標安裝對象部的中央部側的浮標的浮力。

本公開的第2形態為風力發電系統，其具備：浮體型的風力發電設備；電纜，連接在上述風力發電設備上；多個浮標，沿上述電纜的長度方向排列安裝在上述電纜的浮標安裝對象部上，使上述電纜浮於水中；及纜線，安裝在上述電纜的上述浮標安裝對象部上，藉由將對抗上述多個浮標的浮力之張力施加在上述電纜上，使上述浮標安裝對象部的形狀保持為圓弧狀，其中，沿上述電纜的長度方向配置在上述浮標安裝對象部的端部側的浮標的浮力小於配置在上述浮標安裝對象部的中央部側的浮標的浮力。

1‧‧‧水上設備

2‧‧‧塔架

3‧‧‧艙罩

4‧‧‧輪軸

5‧‧‧葉片

6‧‧‧水底

7‧‧‧水面

8‧‧‧電纜

9‧‧‧懸垂部

10‧‧‧浮標

11‧‧‧浮標安裝對象部

11c‧‧‧中央部

12‧‧‧纜線

12a‧‧‧主幹線

12b‧‧‧分枝線

13‧‧‧沉錨

50‧‧‧浮標

51‧‧‧電纜

〔第1圖〕表示本公開的參考方式的電纜鋪設構造的側視圖。

〔第2圖〕表示實施方式的風力發電系統的構成的側視圖。

〔第3圖〕表示實施方式的風力發電系統中水上設備的移動導致電纜收縮了的狀態的側視圖。

〔第4圖〕表示實施方式的電纜鋪設構造的局部的側視圖。

〔第5A圖〕表示浮標安裝對象部的撓曲情形，並表示基於電纜的自重的 撓曲的圖。

〔第5B圖〕表示浮標安裝對象部的撓曲情形，並表示基於浮標的浮力的撓曲的圖。

〔第5C圖〕表示浮標安裝對象部的撓曲情形，並表示第5A圖的撓曲和第5B圖的撓曲的合成撓曲量的圖。

〔第5D圖〕表示浮標安裝對象部的撓曲情形，並表示獲得了第5C圖的目標撓曲量的狀態的圖。

〔第6A圖〕表示比較例的浮標的安裝狀態和浮標的安裝位置的圖。

〔第6B圖〕表示比較例的浮標的安裝狀態和基於電纜的水中重量的初始撓曲的圖。

〔第6C圖〕表示比較例的浮標的安裝狀態和基於纜線的張力的電纜的目標撓曲的圖。

〔第7A圖〕表示實施例的浮標的安裝狀態和浮標的安裝位置的圖。

〔第7B圖〕表示實施例的浮標的安裝狀態和基於電纜的水中重量的初始撓曲的圖。

〔第7C圖〕表示實施例的浮標的安裝狀態和基於纜線的張力的電纜的目標撓曲的圖。

〔第8圖〕對纜線的張力和電纜的彎曲之間的關係進行說明的圖。

〔第9圖〕對電纜彎曲的發生機制進行說明的圖。

〔本公開欲解決的課題〕

在上述專利文獻1記載的電纜鋪設構造中，藉由利用纜線的張力對浮標的浮力和電纜的彎曲剛性進行壓制，可使電纜彎曲為圓弧狀。為此，如圖9所 示，在彎曲為圓弧狀的電纜51的兩側分別施加浮標50的浮力FmL、FmR的情況下，浮標50的浮力FmL、FmR和纜線(圖中未示)的張力TL、TR合成時的合力FhL、FhR沿壓縮電纜51的方向發生作用。因此，電纜51存在被壓彎(buckling)的風險。此外，為了抑制電纜51被壓彎，減小浮標50的浮力FmL、FmR的方式較為有效，但多個浮標50的合計浮力需要根據所使用的電纜51的水中重量等進行設定。為此，減小浮標50的浮力FmL、FmR的方式也存在極限。

〔本公開的效果〕

根據本公開，在藉由多個浮標的浮力和對抗該浮力的纜線的張力將電纜的形狀保持為圓弧狀的情況下，即使不改變多個浮標的合計浮力，也可抑制電纜被壓彎。

以下，參照圖示詳細說明本發明的實施方式。

<本實施方式的概要>

(1)本實施方式的電纜鋪設構造具備：電纜；多個浮標，沿上述電纜的長度方向排列安裝在上述電纜的浮標安裝對象部上，使上述電纜浮於水中；及纜線，安裝在上述電纜的上述浮標安裝對象部上，藉由將對抗上述多個浮標的浮力的張力施加在上述電纜上，使上述浮標安裝對象部的形狀保持為圓弧狀，其中，沿上述電纜的長度方向配置在上述浮標安裝對象部的端部側的浮標的浮力小於配置在上述浮標安裝對象部的中央部側的浮標的浮力。

根據上述(1)的電纜鋪設構造，與多個浮標的浮力均為相同的情況相比，用於將電纜(浮標安裝對象部)彎曲為圓弧狀所需的纜線的張力 較小。為此，即使不改變多個浮標的合計浮力，也可抑制電纜被壓彎。

(2)在本實施方式的電纜鋪設構造中，上述多個浮標的浮力從上述浮標安裝對象部的中央部開始向端部漸進地變小。

根據上述(2)的電纜鋪設構造，基於各浮標的浮力的浮標安裝對象部的撓曲量從浮標安裝對象部的中央部開始向端部漸進地變小。為此，浮標安裝對象部處的電纜的初始撓曲形狀接近目標圓弧狀。因此，纜線的張力容易使浮標安裝對象部彎曲為目標圓弧狀。另外，浮標安裝對象部的圓弧形狀的形變也較小。

(3)本實施方式的風力發電系統具備：浮體型的風力發電設備；電纜，與上述風力發電設備連接；多個浮標，沿上述電纜的長度方向排列安裝在上述電纜的浮標安裝對象部上，使上述電纜浮於水中；及纜線，安裝在上述電纜的上述浮標安裝對象部上，藉由將對抗上述多個浮標的浮力的張力施加在上述電纜上，使上述浮標安裝對象部的形狀保持為圓弧狀，其中，沿上述電纜的長度方向配置在上述浮標安裝對象部的端部側的浮標的浮力小於配置在上述浮標安裝對象部的中央部側的浮標的浮力。

根據上述(3)的風力發電系統，與多個浮標的浮力都為相同的情況相比，用於使電纜(浮標安裝對象部)彎曲為圓弧狀所需的纜線的張力較小。為此，即使不改變多個浮標的合計浮力，也可抑制電纜被壓彎。

<本公開的參考方式>

圖1是表示本公開的參考方式的電纜鋪設構造的側視圖。

圖1中，電纜8配置在水底6和水面7之間、即水中。電纜8上安裝了多個浮標10。多個浮標10被安裝在沿電纜8的長度方向作為設置浮標10的對象而預先設定的電纜部分(以下稱「浮標安裝對象部」)11上。需要說明的是，圖1中省略了浮標安裝對象部11之外的電纜部分。

多個浮標10沿電纜8的長度方向排成一列而被進行了設置。此外，各浮標10被配置為，在電纜8的長度方向上相鄰的2個浮標10的間隔相同。

如上所述，在安裝了多個浮標10的電纜8上設置了纜線12。纜線12藉由沉錨(sinker)13而被係留於水底6。纜線12具有從沉錨13鉛直向上立起的纜線部分(以下稱「主幹線」)12a和在主幹線12a的上端部進行分枝(分叉)的多個纜線部分(以下稱「分枝線」)12b。多個分枝線12b的終端部分別安裝在電纜8上。多個分枝線12b藉由在電纜8的長度方向上相鄰的2個分枝線12b之間各夾著1個浮標10的方式而被設置在電纜8上。

在由上述構造所構成的電纜鋪設構造中，多個浮標10的浮力使電纜8浮於水中。相對於此，纜線12將對抗多個浮標10的浮力之張力施加電纜8上。據此電纜8在水中被保持為圓弧狀(鉛直向上凸起)的形狀。

水中的電纜8上作用了向上的力、向下的力及橫向力。具體而言，若安裝在電纜8上的多個浮標10的個數為n個，則作用在電纜8上的向上的力有「Fn」和「Fvbn」。Fn是從浮標安裝對象部的一個端部開始向另一個端部配置於第n個的浮標10的浮力。Fvbn是在配置於第n個的浮標10的近傍(附近)作為對抗電纜8的彎曲之反力而作用的垂直分力。

作用在電纜8上的向下的力有「Tvn」、「Wn」、「Wc1、Wc2」及「Ft」。Tvn是將第n個浮標10夾於其間的2個分枝線 12的張力的垂直分力。Wn是第n個浮標10的近傍的電纜重量所產生的力。Wc1和Wc2是從電纜8的浮標安裝對象部11的兩側垂下的電纜重量所引起的力。Ft是主幹線12欲抑制多個浮標10浮起的力。

電纜8上所作用的橫向力有「Tpn」和「Fpbn」。Tpn是將第n個浮標10夾於其間的2個分枝線12的張力的水平分力。Fpbn是在配置於第n個的浮標10的近傍作為對抗電纜8的彎曲之反力而作用的水平分力。

這樣，電纜8上作用了各種力，藉由該些力的平衡，電纜8在水中可被保持為圓弧狀的形狀。

<本發明人的見解>

如上所述，為了使電纜8彎曲為圓弧狀，需要利用纜線12的張力壓制多個浮標10的浮力和電纜8的彎曲剛性。然而，若纜線12的張力過大，則存在電纜8被參照上述圖9所說明的浮標的浮力和纜線的張力的合力壓彎的風險。此外，一旦纜線12的張力變大，還會使電纜鋪設時的操作性變差。

因此，本發明人基於各種觀點，對在不改變多個浮標10的合計浮力的條件下能否減小用於使電纜8彎曲為圓弧狀所需的纜線12的張力進行了銳意研討。由此注意到了安裝在電纜8上的浮標10的大小(浮力)。具體而言，注意到了在上述參考方式的電纜鋪設構造中，基於多個浮標10所要求的合計浮力被均等分配給了各浮標10這樣的想法，安裝在電纜8上的多個浮標10都變為相同的浮力。據此得到了藉由使多個浮標10的浮力不同，即使不改變多個浮標10的合計浮力，也可減小纜線12的張力這樣的見解。本發明就是基於發明人的這樣的見解而提出的。

<本實施方式的詳細說明>

(風力發電系統)

圖2是表示本實施方式的風力發電系統的構成的側視圖。

圖2中，浮體型的水上設備1被設置為藉由浮力而浮於水上的狀態。本實施方式中假定了風力發電系統，故水上設備1構成浮體型的風力發電設備。即，水上設備1具備浮於水上的塔架(tower)2、安裝在塔架2上的艙罩3(nacelle)、輪軸(hub)4及葉片(blade)5。

塔架2利用圖中未示的鏈子或纜線(wire)等而被拴在水底6。然而，塔架2在浮於水上的狀態下可在預定範圍內進行移動。塔架2以縱向的姿勢浮於水上。塔架2的上部從水面7上突出，塔架2的下部沉在水中。

艙罩3安裝在塔架2的上部。艙罩3的內部收藏了圖中未示的旋轉軸、增速機、發電機、變壓器等。輪軸4和葉片5構成了風車。輪軸4與艙罩3內的旋轉軸連接。輪軸4上安裝了多個葉片5。

由上述構造所構成的水上設備1按照如下原理進行發電。首先，風吹至各葉片5後，輪軸4與葉片5一起旋轉。輪軸4的旋轉傳遞至艙罩3。此時，在艙罩3內，藉由增速機、發電機及變壓器，輪軸4的旋轉被變換為電力。

水上設備1所產生的電力例如被傳送至圖中未示的變電設備。在此情況下，需要在水上設備1和變電設備之間形成送電路。送電路的形成可藉由電纜8的鋪設而進行。作為電纜8，例如可使用直流送電電纜等電力電纜。

電纜8被鋪設為，在距離水上設備1很遠的位置處被鋪設或埋設於水底6，而在一定程度上接近水上設備1的位置處則將水上設備1作為連接對象而從水底6立起。此外，電纜8的從水底6至水上設備1的部分藉由多個浮標10被保持在浮於水中的狀態。在本實施方式中，作為一例，使用7個浮標10使電纜8浮於水中。據此，電纜8藉由多個浮標10的浮力而從水底 6立起。此外，電纜8在多個浮標10和水上設備1之間形成U字形的懸垂部(松弛)9，並經由該懸垂部9與水上設備1連接。

在以後的說明中，將沿電纜8的長度方向安裝了多個浮標10的電纜部分11稱為「浮標安裝對象部11」。電纜8的浮標安裝對象部11上安裝了纜線12。纜線12利用沉錨13而被係留於水底6。

在由上述構造所構成的風力發電系統中，當浮體型的水上設備1在水上移動時，懸垂部9也同時進行伸縮。例如，如果圖3所示的水上設備1沿接近沉錨13的方向移動，則懸垂部9收縮，松弛量變多。此外，盡管圖中未示，但如果水上設備1沿遠離沉錨13的方向移動，則懸垂部9伸長，松弛量變少。這樣，藉由懸垂部9隨著水上設備1的移動而進行伸縮，可允許(吸收)水上設備1的移動。

(電纜鋪設構造)

圖4是表示本實施方式的電纜鋪設構造的局部的側視圖。圖4是圖2的浮標安裝對象部11和與其連接的纜線12、沉錨13的部分的放大圖。需要說明的是，就圖中的符號Fn、Fvbn、Tvn、Wn、Wc1、Wc2、Ft、Tpn及Fpbn而言，因與參照上述圖1所說明的內容相同，故這裡省略其說明。

圖4中，在電纜8的長度方向上多個浮標10排成一列而被進行了設置。各浮標10具有可使電纜8浮於水中的浮力，並且只要能被安裝在電纜8上，可為任意構造。舉例而言，作為浮標10可使用比重小於水的樹脂製且被形成為具有用於使電纜8穿過的軸孔的圓柱狀的浮標。各浮標10藉由沿電纜8的長度方向無位置偏差的方式而被固定在電纜8上。此外，各浮標10還藉由在電纜8的長度方向上相鄰的2個浮標10的間隔(中心間距離)相同的方式而被進行了安裝。

纜線12具有從沉錨13鉛直向上立起的主幹線12a和在主幹線12a的上端部進行了分枝的多個分枝線12b。多個分枝線12b的終端部分別被安裝在電纜8上。多個分枝線12b藉由在電纜8的長度方向上相鄰的2個分枝線12b之間各夾著1個浮標10的方式而被設置在電纜8上。

在電纜8的浮標安裝對象部11處，纜線12可直接安裝在電纜8上，也可經由浮標10間接安裝在電纜8上。然而，因浮標10需要由比重小的材料構成，故難以確保其具有可承受纜線12的張力的強度。因此，本實施方式中採用了藉有將纜線12直接安裝在電纜8上而使纜線12的張力不施加至浮標10的構造。

(浮標的浮力的大小關係)

這裡對浮標10的浮力的大小關係進行說明。

對安裝在電纜8的浮標安裝對象部11上的多個浮標10的浮力相對地進行比較可知，在電纜8的長度方向上配置在浮標安裝對象部11的端部側的浮標10的浮力小於配置在浮標安裝對象部11的中央部側的浮標10的浮力。具體而言，多個浮標10的浮力從浮標安裝對象部11的中央部開始向端部漸進地變小。以下進行更詳細的說明。

首先，如上述圖4所例示的那樣，在電纜8的浮標安裝對象部11上安裝了7個浮標10的情況下，從浮標安裝對象部11的一個端部開始向另一個端部一個一個地列舉浮標10時，為第1個浮標10賦予10a的參照符號，為第2個浮標10賦予10b的參照符號，為第3個浮標10賦予10c的參照符號，為第4個浮標10賦予10d的參照符號，為第5個浮標10賦予10e的參照符號，為第6個浮標10賦予10f的參照符號，為第7個浮標10賦予10g的參照符號。在這樣的情況下，第4個浮標10d配置在浮標安裝對象部11的中央部。此外，第1個浮標10a配置在浮標安裝對 象部11的一個端部，第7個浮標10g配置在浮標安裝對象部11的另一個端部。

另外，如果將第1個浮標10a的浮力設為F1，將第2個浮標10b的浮力設為F2，將第3個浮標10c的浮力設為F3，將第4個浮標10d的浮力設為F4，將第5個浮標10e的浮力設為F5，將第6個浮標10f的浮力設為F6，將第7個浮標10g的浮力設為F7，則這些浮力的大小關係滿足下述(1)~(5)的條件。

F4>F3>F2>F1...(1)

F4>F5>F6>F7...(2)

F3=F5...(3)

F2=F6...(4)

F1=F7...(5)

即，7個浮標10中的配置在浮標安裝對象部11的中央部的第4個浮標10d的浮力最大。接著，從第4個浮標10d起至第1個浮標10a，各浮標10的浮力漸進地變小。同樣，從第4個浮標10d起至第7個浮標10g，各浮標10的浮力也漸進地變小。此外，本實施方式中，根據各浮標10的浮力，使用了尺寸(體積)不同的浮標10。具體而言，配置在浮標安裝對象部11的中央部的第4個浮標10d的尺寸最大。接著，從第4個浮標10d起至第1個浮標10a，各浮標10的尺寸漸進地變小。同樣，從第4個浮標10d起至第7個浮標10g，各浮標10的尺寸也漸進地變小。

需要說明的是，浮標安裝對象部11的中央部是指，電纜8的長度方向的浮標安裝對象部11的中間部。例如，如果浮標安裝對象部11的電纜長度為L(m)，則從浮標安裝對象部11的端部開始的L/2處即為浮標安裝對象部11的中央部。

如上所述，藉由使安裝在電纜8的浮標安裝對象部11上的多個浮標10的浮力不同，如以下的計算例所示的那樣，可減小纜線12的張力。

<纜線的張力的計算例>

以下，對針對與上述參照方式對應的比較例和與上述實施方式對應的實施例分別計算纜線的必需張力而求得的結果進行說明。

首先，在求纜線的必需張力之前，先計算浮標安裝對象部的撓曲。

在該撓曲計算中，將浮標安裝對象部11的中央部作為固定端，並將浮標安裝對象部11的一個端部作為自由端，據此浮標安裝對象部11可被看作為懸臂(cantilever)。這樣，纜線12拉引電纜8之前的撓曲(以下稱「電纜初始撓曲」)就可由基於電纜8的自重的撓曲和基於浮標10的浮力的撓曲的合成撓曲量來表示。圖5A~圖5D表示將浮標安裝對象部11看作懸臂時的撓曲情形。圖5A表示基於電纜8的自重的浮標安裝對象部11的撓曲量δa，圖5B表示基於浮標10的浮力的浮標安裝對象部11的撓曲量δb。此外，圖5C表示圖5A的撓曲量δa和圖5B的撓曲量δb的合成撓曲量δc，圖5D則示出了藉由向具有圖5C的撓曲量δc的浮標安裝對象部11施加垂直方向的張力而獲得了目標撓曲量δd的狀態。需要說明的是，在以後的說明中，以正值表示上述的圖5A和圖5D的那樣的鉛直向下的撓曲量，以負值表示上述的圖5B和圖5C那樣的鉛直向上的撓曲量。

(比較例)

比較例中，如圖6A~圖6C所示，假定了在電纜8的浮標安裝對象部11上安裝了合計10個浮標10的情況。另外，各浮標10的浮力均相同。此外，如圖6A所示，將浮標安裝對象部11的電纜長度設為L，將從浮標安裝 對象部11的中央部起至端部按順序排列的5個浮標10的浮力分別設為Fm1、Fm2、Fm3、Fm4及Fm5。另外，如圖6B(初始形狀)所示，將浮標安裝對象部11的電纜初始撓曲設為δi，將電纜8的水中合計重量設為Mt。此外，如圖6C(最終形狀)所示，將浮標安裝對象部11的電纜目標撓曲設為δe，將纜線12的必需張力設為T。然而，就纜線12而言，為了方便計算，假定了在浮標安裝對象部11的兩側設置了2個分枝線12b的情況，並將由這兩個分枝線12b所形成的角度θ作為電纜彎曲角度。

(實施例)

實施例中，如圖7A~圖7C所示，也假定了在電纜8的浮標安裝對象部11上合計安裝了10個浮標10的情況。然而，各浮標10的浮力被設定為，從浮標安裝對象部11的中央部起至端部(兩個端部)漸進地變小。此外，如圖7A所示，將浮標安裝對象部11的電纜長度設為L，將從浮標安裝對象部11的中央部起至端部按順序排列的5個浮標10的浮力分別設為Fm1、Fm2、Fm3、Fm4及Fm5。另外，如圖7B(初始形狀)所示，將浮標安裝對象部11的電纜初始撓曲設為δi，並將電纜8的合計水中重量設為Mt。另外，如圖7C(最終形狀)所示，將浮標安裝對象部11的電纜目標撓曲設為δe，並將纜線12的必需張力設為T。然而，就纜線12而言，為了方便計算，假定了在浮標安裝對象部11的兩側設置了2個分枝線12b的情況，並將由這兩個分枝線12b所形成的角度θ作為電纜彎曲角度。

(撓曲計算中所使用的電纜條件和浮標條件)

比較例和實施例中，使用了如下所述的電纜條件和浮標條件。

電纜外徑=0．129m

電纜的彎曲剛性=2．1×103kg‧m²

電纜的水中重量=23kg/m

電纜的容許彎曲半徑=2．58m

浮標安裝對象部的電纜彎曲半徑=15m

電纜彎曲角度=120°

浮標安裝對象部的電纜長度=31．4m

浮標安裝對象部兩側的電纜長度=50m(單側25m)

浮標必需浮力(無裕度)=1872．6kg

浮標必需浮力(有裕度)=3745．1kg(裕度=200%)

每個浮標的浮標必需浮力(平均)=374．5kg

浮標必需浮力是為了使電纜8浮於水中浮標10必需的浮力。浮標必需浮力的數值(1872．6kg)藉由浮標安裝對象部的電纜長度(31．4m)和浮標安裝對象部兩側的電纜長度(50m)之和乘以電纜的水中重量(23kg/m)而獲得。

(基於電纜的自重的撓曲計算)

基於電纜的自重的浮標安裝對象部的撓曲的計算如下。

首先，假定電纜8的浮標安裝對象部11藉由作用於浮標安裝對象部11整體的等分布載荷進行撓曲。在此情況下，若將浮標安裝對象部11看作懸臂，將浮標安裝對象部11的中央部作為固定端，並將浮標安裝對象部11的一個端部作為自由端，則可按照下述的撓曲的公式(1．1)計算浮標安裝對象部11的撓曲量。

δ=w14/(8EI)...(1．1)

在上述的公式(1．1)中，將等分布載荷(23kg/m)代入w，將浮標安裝對象部11的電纜長度的1/2的值(15．7m)代入l，並將電纜的彎曲剛性(2．1×103kg‧m²)代入EI後，可求出浮標安裝對象部11的撓曲量δ1為δ1=83．3m。

此外，假定電纜8的浮標安裝對象部11藉由作用於浮標安裝對象部11的端部上的集中載荷進行撓曲。在此情況下，若與上述同樣地將浮標安裝對象部11看作懸臂，則可按照下述的撓曲的公式(1．2)計算浮標安裝對象部11的撓曲量。

δ=P13/(3EI)...(1．2)

在上述的公式(1．2)中，將集中載荷(575kg)代入P，將浮標安裝對象部11的電纜長度的1/2的值(15．7m)代入l，並將電纜的彎曲剛性(2．1×103kg‧m²)代入EI後，可求出浮標安裝對象部11的撓曲量δ2為δ2=353．4m。需要說明的是，就集中載荷P而言，因是基於浮標安裝對象部側的電纜自重的載荷，故這裡使用了電纜的水中重量(23kg/m)乘以浮標安裝對象部兩側的電纜長度的1/2的值(25m)後的值(575kg)。

(基於浮標的浮力的撓曲計算)

基於浮標的浮力的浮標安裝對象部的撓曲的計算如下述的表1所示。

在上述的表1中，藉由符號10-1~10-5對從浮標安裝對象部11 的中央部起至端部按順序排列的5個浮標10進行了區別，並對各浮標10的浮力(Fm1~Fm5)、位置(a1~a5)及撓曲(δ1~δ5)進行了表示。其中，就各浮標10的位置而言，假定了將浮標安裝對象部11的中央部作為基準位置(零)，並從基準位置起在a1=3．1m、a2=6．3m、a3=9．4m、a4=12．6m及a5=15．7m的位置處分別安裝了浮標10的情況。

比較例中，5個浮標10-1~10-5的浮力都為相同值(374．5kg)。在此情況下，5個浮標10-1~10-5的合計浮力為1872．5kg。此外，基於浮標10-1的浮力的浮標安裝對象部11的撓曲量為-46．0m，基於浮標10-2的浮力的浮標安裝對象部11的撓曲量為-64．4m，基於浮標10-3的浮力的浮標安裝對象部11的撓曲量為-82．9m，基於浮標10-4的浮力的浮標安裝對象部11的撓曲量為-128．9m，基於浮標10-5的浮力的浮標安裝對象部11的撓曲量為-230．2m。

基於浮標10的浮力的撓曲量可按照下述的撓曲的公式(1．3)進行計算。

δ=P13/(3EI)+P(L/2-1)2(2EI)×1...(1．3)

在上述的公式(1．3)中，將浮標10的浮力代入P，將從基準位置起至浮標安裝位置的長度代入l，將電纜彎曲剛性(2．1×103kg‧m²)代入EI，並將浮標安裝對象部的電纜長度(31．4m)代入L。此時，浮標10的浮力為負值。其原因在於，浮標10的浮力作為使浮標安裝對象部11鉛直向上撓曲的力而進行作用。為此，浮標安裝對象部11的撓曲量為負值。

實施例1中，浮標10-1的浮力為424．5kg，浮標10-2的浮力為399．5kg，浮標10-3的浮力為374．5kg，浮標10-4的浮力為349．5kg，浮標10-5的浮力為324．5kg。在此情況下，5個浮標10-1~10-5的合計浮力與上述比較例相同，都為1872．5kg。然而，就電纜8的長度方向的相鄰的浮標10的浮力差而言，比較例為0kg，相對於此，實施例1為25．0kg。此外，基於浮標10-1的浮力的浮標安裝對象部11的撓曲量為-52．2m，基於浮標10-2的浮力的浮標安裝對象部11的撓曲量為-68．8m，基於浮標10-3的浮力的浮標安裝對象部11的撓曲量為-82．9m，基於浮標10-4的浮力的浮標安裝對象部11的撓曲量為-120．3m，基於浮標10-5的浮力的浮標安裝對象部11的撓曲量為-199．4m。

實施例2中，浮標10-1的浮力為474．5kg，浮標10-2的浮力為424．5kg，浮標10-3的浮力為374．5kg，浮標10-4的浮力為324．5kg，浮標10-5的浮力為274．5kg。在此情況下，5個浮標10-1~10-5的合計浮力與上述實施例1和比較例相同，均為1872．5kg。然而，就電纜8的長度方向的相鄰的浮標10的浮力差而言，實施例1為25．0kg，相對於此，實施例2為50．0kg。此外，基於浮標10-1的浮力的浮標安裝對象部11的撓曲量為-58．3m，基於浮標10-2的浮力的浮標安裝對象部11的撓曲量為-73．1m，基於浮標10-3的浮力的浮標安裝對象部11的撓曲量為-82．9m，基於浮標10-4的浮力的浮標安裝對象部11的撓曲量為-111．7m，基於浮標10-5的浮力的浮標安裝對象部11的撓曲量為-168．7m。

根據以上的撓曲計算結果，對基於5個浮標10-1~10- 5的浮力的浮標安裝對象部11的向上的撓曲量的合計進行計算後，如上述的表1所示，比較例為-552．4m，實施例1為-523．5m，實施例2為-494．7m。此外，再考慮基於上述電纜自重的浮標安裝對象部的撓曲量(δ1=83．3m，δ2=353．4m)後，比較例的電纜初始撓曲δi為-115．8m。相對於此，實施例1的電纜初始撓曲δi為-86．9m，實施例2的電纜初始撓曲δi為-58．0m。為此，為了獲得電纜目標撓曲δe(δe=7．5m)所需的纜線12的必需張力與比較例相比，實施例1和實施例2的較小。具體而言，比較例的纜線12的必需張力T為401kg(垂直方向的必需張力為200．5kg)，相對於此，實施例1的纜線12的必需張力T為307kg(垂直方向的必需張力為153．5kg)，實施例2的纜線12的必需張力T為213kg(垂直方向的必需張力為106．5kg)。

需要說明的是，就纜線12的必需張力T而言，如果如上所述電纜彎曲角度=120°，則其為垂直方向的必需張力的2倍的值。垂直方向的必需張力可利用上述公式(1．2)進行計算。具體而言，將上述公式(1．2)變形為下述的公式(1．4)。然後，將垂直方向的必需張力作為P，並將電纜初始撓曲δi的絕對值和目標撓曲δe加算後的值代入δ，即可求之。

P=δ×(3EI)/13...(1．4)

(纜線的張力和電纜被壓彎的關係)

接下來，對纜線12的張力和電纜8的壓彎之間的關係進行說明。

首先，藉由纜線12以對抗多個浮標10的浮力的方式牽拉電纜8的浮標安裝對象部11，使其彎曲為圓弧狀後，浮標安裝對象部11的中央部處被施加了浮標10的浮力和纜線12的張力的合力。參考圖8對該合力進行詳細說明。

圖8中，浮標10L、10R位於從浮標安裝對象部11的中央部11c起的左右均等的位置。然後，以對抗圖中左側的浮標10L的浮力FmL的方式，沿右下方向施加了纜線的張力TL，並且，與圖中右側的浮標10R的浮力FmR對應地，沿左下方向施加了纜線的張力TR。為此，浮標10L的浮力FmL和纜線的張力TL的合力FhL向右側發生作用，浮標10R的浮力FmR和纜線的張力TR的合力FhR向左側發生作用。其結果為，浮標安裝對象部11的中央部11c被合力FhL、FhR壓縮，如果不能承受該壓縮力，則電纜8在中央部11c或其近傍就會被壓彎。此外，合力FhL、FhR的大小依賴於浮標的浮力FmL、FmR和纜線的張力TL、TR。因此，為了不改變浮標的浮力FmL、FmR地抑制壓彎的發生，只要減小纜線的張力TL、TR即可。

在上述比較例、實施例1及實施例2中，5個浮標10-1~10-5的浮力合計為1872．5kg，這點都相同，但纜線12的必需張力T各不相同。即，就纜線12的必需張力T而言，比較例中最大，實施例2中最小。為此，就浮標安裝對象部11的壓彎而言，與比較例相比，實施例1中難以發生，與實施例1相比，實施例2中難以發生。

<實施方式的效果>

根據本實施方式，可獲得如下所示的1個或多個效果。

在本實施方式中，作為使用了多個浮標10和纜線12的電纜8的鋪設構造，使在電纜8的長度方向上配置於浮標安裝對象部11的端部側的浮標10的浮力小於配置於中央部側的浮標10的浮力。據此，與多個浮標10的浮力都相同的情況相比，可減小纜線12的張力。其結果為，即使不改變多個浮標10的合計浮力，也可抑制電纜8被壓彎。此外，藉由減小纜線12的張力，還可提高電纜8的鋪設時的操作性。

在本實施方式中，採用了使多個浮標10的浮力從浮標安裝對象部11的中央部起至端部漸進地減小的構造。據此，基於各浮標10的浮力的浮標安裝對象部11的撓曲量也從浮標安裝對象部11的中央部起至端部漸進地變小。為此，浮標安裝對象部11處的電纜8的初始撓曲形狀可接近目標圓弧狀。因此，藉由纜線12的張力可容易使浮標安裝對象部11彎曲為目標圓弧狀。此外，浮標安裝對象部11的圓弧形狀的形變也會變小。

在本實施方式中，使用了尺寸(體積)基於浮力的大小而不同的多個浮標10。為此，在將多個浮標10安裝在電纜8的浮標安裝對象部11上的情況下，可根據各浮標10的大小上的差異，容易地對電纜8的長度方向上的浮標10的排列順序進行把握。為此，可迅速且無差錯地進行浮標10的安裝作業。

<其他實施方式>

需要說明的是，本發明的技術範圍並不限定於上述實施方式，在可導出藉由發明的構成要件或其組合可獲得的特定的效果的範圍內，還包括進行了各種變更或改良的形態。

例如，在上述實施方式中，沿電纜8的長度方向相鄰的2個分枝線12b之間各夾著1個浮標10，但並不限定於此，還可對浮標10的安裝位置和纜線12的安裝位置的關係進行適當的變更。

此外，在上述實施方式中，浮標10的形狀為帶有軸孔的的圓柱狀，但並不限定於此，也可使用其他形狀(例如，球形、長方體等)的浮標。此外，可藉由都為相同形狀的浮標構成安裝在浮標安裝對象部上的多個浮標，還可由不同形狀的浮標構成。

此外，在上述實施方式中，為了使多個浮標10的浮力不同，使用了尺寸(體積)不同的浮標10。在此情況下，可藉由相同材料構成多個 浮標10。然而，並不限定於此，也可以根據浮標的浮力的大小使用比重不同的浮標。在使用比重不同的浮標的情況下，為了使多個浮標的浮力不同，可以藉由尺寸都相同的浮標構成多個浮標。另外，還可以根據浮標的浮力的大小改變各浮標的尺寸和比重這兩者。

此外，在上述實施方式中，盡管使多個浮標10的浮力從浮標安裝對象部11的中央部起至端部漸進地減小，但並不限定於此，只要配置在浮標安裝對象部11的端部側的浮標10的浮力小於配置在中央部側的浮標10的浮力即可。具體而言，例如，在浮標安裝對象部11上合計安裝了9個浮標10的情況下，只要配置在浮標安裝對象部11的端部側的3個(兩側合計為6個)的浮標10的平均浮力小於配置在中央部側的3個的浮標10的平均浮力即可。

另外，在上述實施方式中，作為水上設備1的一例假定了風力發電設備，但作為電纜的連接對象的水上設備並不限定於風力發電設備等發電設備，例如，也可為變電設備等。此外，作為電纜的連接對象的水上設備還可設置在海上、湖上等。在此情況下，上述的「水上」、「水面」、「水中」、「水底」之用語可替換為「海上」、「海面」、「海中」、「海底」或者「湖上」、「湖面」、「湖中」、「湖底」。

此外，在上述實施方式中，作為鋪設對象的電纜8盡管以電力用電纜為例進行了說明，但與水上設備連接的電纜並不限定於此，還可為通信用電纜或電力通信兼用複合電纜。

<本發明的較佳方式>

以下，對本發明的較佳方式進行附記。

(附記1)

一種電纜鋪設構造，具備： 電纜；多個浮標，沿上述電纜的長度方向排列安裝在上述電纜的浮標安裝對象部上，使上述電纜浮於水中；及纜線，安裝在上述電纜的上述浮標安裝對象部上，藉由將對抗上述多個浮標的浮力之張力施加在上述電纜上，將上述浮標安裝對象部的形狀保持為圓弧狀，其中，沿上述電纜的長度方向配置在上述浮標安裝對象部的端部側的浮標的浮力小於配置在上述浮標安裝對象部的中央部側的浮標的浮力。

(附記2)

附記1記載的電纜鋪設構造，其中，上述多個浮標的浮力從上述浮標安裝對象部的中央部起至端部漸進地變小。

(附記3)

附記1或附記2記載的電纜鋪設構造，其中，上述多個浮標根據該浮標的浮力，其尺寸(體積)不同。

(附記4)

附記1或附記2記載的電纜鋪設構造，其中，上述多個浮標根據該浮標的浮力，其比重不同。

(附記5)

附記1或附記2記載的電纜鋪設構造，其中，上述多個浮標藉由相同形狀的浮標構成。

(附記6)

附記1或附記2記載的電纜鋪設構造，其中，上述多個浮標藉由不同形狀的浮標構成。

(附記7)

一種風力發電系統，具備：浮體型的風力發電設備；電纜，與上述風力發電設備連接；多個浮標，沿上述電纜的長度方向排列安裝在上述電纜的浮標安裝對象部上，使上述電纜浮於水中；及纜線，安裝在上述電纜的上述浮標安裝對象部上，藉由將對抗上述多個浮標的浮力的張力施加在上述電纜上，使上述浮標安裝對象部的形狀保持為圓弧狀，其中，沿上述電纜的長度方向配置在上述浮標安裝對象部的端部側的浮標的浮力小於配置在上述浮標安裝對象部的中央部側的浮標的浮力。

Claims (3)

1. 一種電纜鋪設構造，具備：電纜；多個浮標，沿該電纜的長度方向排列安裝在該電纜的浮標安裝對象部上，使該電纜浮於水中；及纜線，安裝在該電纜的該浮標安裝對象部上，藉由將對抗該多個浮標的浮力之張力施加在該電纜上，使該浮標安裝對象部的形狀保持為圓弧狀，其中，沿該電纜的長度方向配置在該浮標安裝對象部的端部側的浮標的浮力小於配置在該浮標安裝對象部的中央部側的浮標的浮力。
2. 如申請專利範圍第1項之電纜鋪設構造，其中該多個浮標的浮力從該浮標安裝對象部的中央部起至端部漸進地變小。
3. 一種風力發電系統，具備：浮體型的風力發電設備；電纜，連接於該風力發電設備；多個浮標，沿該電纜的長度方向排列安裝在該電纜的浮標安裝對象部上，使該電纜浮於水中；及纜線，安裝在該電纜的該浮標安裝對象部上，藉由將對抗該多個浮標的浮力之張力施加在該電纜上，使該浮標安裝對象部的形狀保持為圓弧狀，其中，沿該電纜的長度方向配置在該浮標安裝對象部的端部側的浮標的浮力小於配置在該浮標安裝對象部的中央部側的浮標的浮力。