JP2025169171A - ３コア電力ケーブルの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】３コア電力ケーブルの長手方向軸に対して９０度の角度の断面では、円筒形コアの断面形状はほぼ楕円形である。海上船舶からのケーブル敷設中または陸上でのケーブル設置中などに大きな半径方向力が電力ケーブルを損傷する危険性がある。損傷されるリスクを低減する３コア電力ケーブルを提供する。
【解決手段】撚り合わせた構成で配置された３つのコア３ａ～３ｃおよび３つのフィラープロファイル５ａ’～５ｃ’を含む電力ケーブル１３を製造する方法であって、コアの撚りピッチＰを画定することと、コアの少なくとも１つの形状を決定することと、フィラープロファイルの横断面におけるフィラープロファイルの断面形状を決定することと、公称外径を有する各コアを製造することと、フィラープロファイルを得ることと、撚りピッチＰを有するコアおよびフィラープロファイルを組立機械において撚ることと、を含む。
【選択図】図６

Description

本開示は、一般に、フィラープロファイルを有する３コア電力ケーブルに関する。

電力ケーブルは、各々が断面が円形であるいくつかのコアを備えることができる。電力ケーブルは、例えば、互いに撚り合わされて断面でトレフォイル構成を形成する３つのコアを備えることができる。電力ケーブルの断面を円形または本質的に円形にし、半径方向の安定性を提供するために、充填要素をコアと撚り合わせることができる。

充填要素は、例えば欧州特許第３０９７４４６号明細書に開示されているように、円弧状の外面および２つの湾曲した内面を有する種類のものであってもよい。内側円弧面は、コアの直径と一致する円の一部を形成する。

内側円弧状面は、理論的にはコアの外面と良好に嵌合するべきであるが、これは常にそうであるとは限らない。ここで、本発明者らは、整合のレベルが、それらの撚り状態のコアの撚りピッチ／螺旋角に依存することを認識した。特に、３コア電力ケーブルの横断面、すなわち電力ケーブルの長手方向軸に対して９０度の角度の断面では、円筒形コアは、螺旋角のために実際には円形ではない。代わりに、断面形状はほぼ楕円形である。したがって、充填要素の円弧状の外面は、コアの外面と必ずしも完全に一致しない場合がある。したがって、充填要素によってコアに提供される圧力は均一ではない可能性があり、これは、特に、海上船舶からのケーブル敷設中または陸上でのケーブル設置中などに大きな半径方向力が電力ケーブルに加えられる場合に、電力ケーブルを損傷する危険性がある。これは、特に、より大きく、したがってより重い電力ケーブルを必要とする１００ｋＶ以上のようなより高い公称電圧の場合、および／または深海設備の場合であり得る。

上記の点から、本開示の目的は、従来技術の問題を解決または少なくとも緩和する電力ケーブルを製造する方法を提供することである。

したがって、本開示の第１の態様によれば、撚り合わせた構成で配置された３つのコアおよび３つのフィラープロファイルを含む電力ケーブルを製造する方法であって、Ａ）電力ケーブルの設計段階において、Ａ０）コアの公称外径を画定し、コアの撚りピッチＰを画定することと、Ａ１）電力ケーブルの横断面において、コアの少なくとも１つの形状を決定することと、Ａ２）ステップＡ１）で決定された形状に基づいてフィラープロファイルの横断面におけるフィラープロファイルの断面形状を決定することと、Ｂ）電力ケーブルの製造段階において、Ｂ１）公称外径を有する各コアを製造することと、Ｂ２）ステップＡ２）で得られた断面形状を有するフィラープロファイルを得ることと、Ｂ３）撚りピッチＰを有するコアおよびフィラープロファイルを組立機械において撚ることとを含む方法が提供される。

したがって、本方法に従って製造された電力ケーブルは、フィラープロファイルとコアとの間に調整された嵌合を有する。したがって、コアに対するフィラープロファイルによる圧力はより均一に分散され、ケーブル敷設中にコアがフィラープロファイルによって損傷されるリスクを低減する。

さらに、製造された電力ケーブルの外形寸法は、事前に、すなわち電力ケーブルが製造される前に知ることができる。さらに、より良好な嵌合のために、電力ケーブル１３の外径をより小さくすることができ、これは、電力ケーブルのより長い断面をケーブル敷設船に格納することができ、フィラープロファイルの外側のケーブル層が必要とする材料が少ないため、材料を節約することができることを意味する。したがって、電力ケーブルは、存在する場合には外径が小さいために必要な外装が少なくなるため、より軽量になり得る。

一実施形態は、ステップＡ２）の前に、ステップＡ１）で得られた形状に基づいて、撚り合わせたコアを含むアセンブリの３コア外形寸法を推定することを含み、ステップＡ２）において、断面形状は３コア外形寸法にさらに基づく。

断面の一実施形態によれば、各フィラープロファイルは、湾曲した外側境界および２つの湾曲した内側境界を有し、湾曲した外側境界は、フィラープロファイルの外側境界を形成し、各々が、それぞれのコアの外面に当接するように適合される、２つの湾曲した内側境界を接続する。

一実施形態によれば、ステップＡ２）における決定は、コアの形状と一致するように２つの湾曲した内側境界の各々の曲率を決定することを含む。

一実施形態によれば、ステップＡ２）において、フィラープロファイルの横断面におけるフィラープロファイルの断面形状を決定することは、コアのコア撚り角度の余弦によって曲率の少なくとも１つをスケーリングすることを含む。曲率の少なくとも１つのスケーリングは、コアのコア撚り角度の余弦との乗算によるものである。

一実施形態によれば、コアの形状は楕円であり、ステップＡ１は楕円の長径および短径を決定することを含む。

一実施形態は、ステップＡ２）の前に、長径と短径との平均に基づいて平均径を決定することを含み、ステップＡ２）において、断面形状は平均径に基づいて決定される。

一実施形態によれば、ステップＡ２）において、フィラープロファイルの横断面におけるフィラープロファイルの断面形状を決定することは、コアのコア撚り角度の余弦によって、平均径の半分である、半径をスケーリングすることを含む。半径のスケーリングは、コアのコア撚り角度の余弦との乗算によるものである。

一実施形態によれば、ステップＢ２）は、フィラープロファイルを押し出すことを含む。

一実施形態によれば、電力ケーブルは海底電力ケーブルである。

一実施形態によれば、海底電力ケーブルは、静的または動的海底電力ケーブルのうちの一方である。

電力ケーブルは、少なくとも１５０ｋＶなど、少なくとも１００ｋＶの定格を有することができる。

本開示の第２の態様によれば、第１の態様の方法によって得ることができる電力ケーブルが提供される。

一般に、特許請求の範囲で使用されるすべての用語は、本明細書で特に明示的に定義されない限り、技術分野におけるそれらの通常の意味に従って解釈されるべきである。「１つの（ａ）／１つの（ａｎ）／その（ｔｈｅ）要素（ｅｌｅｍｅｎｔ）、装置（ａｐｐａｒａｔｕｓ）、構成要素（ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）、手段（ｍｅａｎｓ）」などへのすべての言及は、特に明記しない限り、要素、装置、構成要素、手段などの少なくとも１つの例を指すものとして非限定的に解釈されるべきである。

ここで、添付の図面を参照して、例として、本発明の概念の具体的な実施形態を説明する。

３コア電力ケーブルの長手方向断面を概略的に示す。 断面Ａ－Ａが見える図１のケーブルの斜視図である。 図１の従来技術の電力ケーブルの線Ａ－Ａに沿った横断面を概略的に示す。 ３つのコアおよび３つのフィラープロファイルを備える電力ケーブルを製造する方法のフローチャートである。 フィラープロファイルを示す。 図４の方法に従って製造された３コア電力ケーブルの横断面を概略的に示す。

ここで、例示的な実施形態が示されている添付の図面を参照して、本発明の概念を以下により完全に説明する。しかしながら、本発明の概念は、多くの異なる形態で具現化されてもよく、本明細書に記載の実施形態に限定されると解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が徹底的かつ完全であり、本発明の概念の範囲を当業者に完全に伝えるように、例として提供される。説明全体を通して、同様の符号は同様の要素を指す。

本開示は、３つのコアおよび３つのフィラープロファイルを備える電力ケーブルを製造する方法に関する。

電力ケーブルは、ＡＣ電力ケーブルであってもよい。典型的には、３つのコアすべてが電力コアである。代替的に、電力ケーブルは、ＤＣ電力ケーブルであってもよい。

図１は、３つのコア３ａ～３ｃおよび３つのフィラープロファイルを備える電力ケーブル１の軸方向断面を概略的に示す。説明のために、電力ケーブル１の内部には３つのコア３ａ～３ｃのみが示されている。

２つまたは３つのすべてのコア３ａ～３ｃは、中心導体と、中心導体の周りに配置された絶縁システムとを備えることができる。絶縁システムは、中心導体の周りに配置された内側半導体層と、内側半導体層の周りに配置された絶縁層と、絶縁層の周りに配置された外側半導体層とを備えることができる。

コア３ａ～３ｃは、撚り合わせた構成で配置される。したがって、３つのコア３ａ～３ｃは、電力ケーブル１の組み立て中にねじられる。

コア３ａ～３ｃは、電力ケーブル１の中心長手方向軸Ｂに対してコア撚り角度αで撚られている。したがって、コア撚り角度αは、コア３ａ～３ｃが置かれる螺旋角である。

図２はまた、３つのコア３ａ～３ｃと共に螺旋状に巻かれているかまたはねじられているフィラープロファイル５ａ、５ｃを示す。

電力ケーブル１の横断面の外観は、コア撚り角度αに依存する。横断面は、中心長手方向軸Ｂに垂直な断面であり、電力ケーブル１を２つの軸方向長さに分割する。コア撚り角度αが大きいほど、すなわちコア撚りピッチが短いほど、コア３ａ～３ｃの外観は横断面においてより変形する。略円筒形のコア３ａ～３ｃの円形断面形状の代わりに、コア３ａ～３ｃは、電力ケーブル１の横断面において略楕円形または歪んだ楕円形に見える。

図３は、従来技術の電力ケーブル１の場合の、図１の線Ａ－Ａに沿った横断面における略楕円形状のコア３ａ～３ｃを、説明のために誇張して概略的に示す。

図３では、３つのフィラープロファイル５ａ～５ｃも示される。フィラープロファイル５ａ～５ｃは、コア３ａ～３ｃと共に撚り合わされる。したがって、フィラープロファイル５ａ～５ｃもまた、コア３ａ～３ｃのコア撚り角度αと同じ螺旋角で敷設される。

電力ケーブル１の横断面において、各フィラープロファイル５ａ～５ｃは、湾曲した外側境界７と、２つの湾曲した内側境界９、１１とを有する。湾曲した外側境界７は、フィラープロファイル５ａ～５ｃの外側境界を形成し、２つの湾曲した内側境界９、１１を接続する。それぞれのコア３ａ～３ｃの外面を当接するように適合される各湾曲した内側境界面９、１１。

３つのコア３ａ～３ｃは、電力ケーブル１の横断面において、長径Ｍおよび短径ｍを有する略楕円形状を有する。これは、３つのコア３ａ～３ｃの螺旋状の敷設によるものである。長径Ｍは、コア３ａ～３ｃの長軸に沿った各コア３ａ～３ｃの寸法であり、短径ｍは、短軸に沿ったコア３ａ～３ｃの寸法である。短径ｍは、各コア３ａ～３ｃの公称外径と同じである。例示の目的のために、コア３ａ～３ｃの横断面に見えるであろうコア３ａ～３ｃの円形が破線で示されている。これらの円形コア３ａ～３ｃは、コア３ａ～３ｃの公称外径を有する。図３には明確に示されていないが、略楕円形コア３ａ～３ｃの外側境界／表面と接触していない湾曲した内側境界９、１１の一部があることが理解され得る。

ここで、図４～図６を参照して、フィラープロファイル５ａ’～５ｃ’の調整された設計により、コア３ａ～３ｃとフィラープロファイル５ａ’～５ｃ’との間の嵌合がより良好である、図６に示す３つのコア３ａ～３ｃと３つのフィラープロファイル５ａ’～５ｃ’とを備える電力ケーブル１３を製造する方法を説明する。

方法は、電力ケーブル１３を設計する段階Ａ）と、段階Ａ）で得られた設計に従って電力ケーブル１３を製造する段階Ｂ）の二段階に分けられる。

設計段階は、以下に記載されるステップＡ０）～Ａ２）を含む。

ステップＡ０）では、コア３ａ～３ｃの公称外径が定義される。公称外径は、コア３ａ～３ｃの撚りプロセス前のコア３ａ～３ｃの外径である。

公称外径は、当業者には明らかであるように、例えば、製造される電力ケーブル１３の必要な定格、導体設計および材料、存在する場合には水バリア設計、およびポリマー材料の選択に基づいて定義することができる。

ステップＡ０では、コア３ａ～３ｃの撚りピッチＰも定義される。コア撚りピッチＰおよび公称外径は、コア撚り角度αを決定する。

ステップＡ１）では、電力ケーブル１３の横断面におけるコア３ａ～３ｃの少なくとも１つの形状が決定される。したがって、形状はコア３ａ～３ｃの断面形状である。形状は、管の長手方向軸に対して垂直ではない角度でコア３ａ～３ｃを表す管に沿った断面に対応するため、略楕円であるか、または略楕円形状である。角度は、コア撚り角度αである。

典型的には、すべてのコア３ａ～３ｃは、すべて同じ撚りピッチＰを有するので、電力ケーブル１３の横断面において同じ略楕円形状を有する。したがって、ステップＡ１）ではコア３ａ～３ｃのうちの１つのみの形状を決定すれば十分であり得る。

一例によれば、ステップＡ１）は、略楕円形状のコア３ａ～３ｃの短径ｍおよび長径Ｍを決定することを含むことができる。

一例によれば、ステップＡ１）は、計算ツールを使用して、コア３ａ～３ｃの撚りピッチＰおよび公称外径を入力として使用して、コア３ａ～３ｃの長径Ｍおよび短径ｍを計算して、長径Ｍおよび短径ｍを取得することを含むことができる。

別の例によれば、長径Ｍおよび短径ｍは、コア３ａ～３ｃが撚りピッチＰで撚り合わされ、コア３ａ～３ｃがステップＡ０で定義された公称外径を有する電力ケーブル１３の３次元モデルの横断面内のコア３ａ～３ｃの測定によって手動で決定することができる。３次元モデルは、例えば、ＣＡＤモデルであってもよい。

ステップＡ２）では、フィラープロファイル５ａ’～５ｃ’の断面形状は、ステップＡ１）で決定された形状に基づいて決定される。断面形状は、フィラープロファイル５ａ’～５ｃ’の横断面、すなわちフィラープロファイル５ａ’５ｃ’の長手方向軸に対して垂直な断面において決定される。

ステップＡ２）における決定は、電力ケーブル１３の横断面におけるコア３ａ～３ｃの形状と一致するように２つの湾曲した内側境界の各々の曲率を決定することを含む。この整合は、例えば、問題のフィラープロファイルが面する２つのコア３ａ～３ｃの形状に完全に追従するようにフィラープロファイルの２つの湾曲した内側境界を描くことによって行うことができる。

別の例では、ステップＡ２）の前に、平均径は、長径Ｍと短径ｍとの平均、すなわち平均径＝（長径Ｍ＋短径ｍ）／２に基づいて決定することができる。次いで、ステップＡ２）では、断面形状が平均径に基づいて決定される。例えば、図５に示す湾曲した内側境界９、１１の半径ｒは、ステップＡ２）では、平均径の半分、すなわち平均径／２に設定されてもよい。半径ｒは、電力ケーブル１３の横断面におけるフィラープロファイルについて決定される。

一例は、ステップＡ２）の前に、ステップＡ１）で得られた形状に基づいて、撚り合わせたコア３ａ～３ｃを含むアセンブリの少なくとも１つの３コア外形寸法を推定することを含む。少なくとも１つの３コア外形寸法は、アセンブリの３コア直径であってもよい。３コア寸法は、トレフォイル構成の３つのコア３ａ～３ｃの境界によって画定される円の直径として決定することができる。両方の場合において、ステップＡ２）では、断面形状は、少なくとも１つの３コア外形寸法にさらに基づく。ここで、フィラープロファイル５ａ’～５ｃ’の湾曲した外側境界７の半径Ｒは、アセンブリの３コア外形寸法に基づいて決定することができる。

２つの湾曲した内側境界の各々の曲率または半径ｒが電力ケーブル１の横断面において決定されると、２つの湾曲した内側境界の１つまたは複数の曲率あるいは半径ｒは、フィラープロファイルの横断面において決定される。これは、フィラープロファイルが直線押出で製造されるからである。

フィラープロファイルの横断面における２つの湾曲した内側境界の各々の曲率または半径は、曲率をスケーリングすることによって、または１つの例によれば、それらが異なる場合にはそれぞれの曲率をスケーリングすることによって、または半径ｒをコア撚り角度αの余弦によって決定することができる。例えば、フィラープロファイルの横断面における２つの湾曲した内側境界の各々の半径は、ｒ＊ｃｏｓ（α）によって決定することができ、式中、αはコア撚り角度であり、ｒは上述のように電力ケーブル１３の横断面における湾曲した内側境界の半径である。

段階Ａ）で得られた設計に基づく、電力ケーブル１３の製造段階Ｂ）は、以下に記載されるステップＢ１）～Ｂ３）を含む。電力ケーブル１３は、海底電力ケーブル、すなわち、静的または動的海底電力ケーブルであってもよい。

ステップＢ１）では、コア３ａ～３ｃの公称外径で製造される。

ステップＢ１）は、導体を提供することと、導体の周りに絶縁システムを構築することとを含むことができる。絶縁システムは、紙ベースの巻回絶縁システムまたはポリマーベースの押出絶縁システムであってもよい。絶縁システムは、導体の周りに配置された内側半導体層と、内側半導体層の周りに配置された絶縁層と、絶縁層の周りに配置された外側半導体層とを備える。

ステップＢ１）は、絶縁システムの周りに床敷層を設けることを含むことができる。一例によれば、ステップＢ１）は、絶縁システムの周り、および存在する場合には床敷層の周りに、リードシースなどの金属製水バリア、または銅、アルミニウム、もしくはステンレス鋼を含む長手方向に溶接された金属製水バリアを設けることを含むことができる。ステップＢ１）は、絶縁システムの周り、例えば存在する場合には金属製水バリアの周りにポリマー層を押し出すことを含んでもよい。

ステップＢ１）の前、同時に、または後に実行され得るステップＢ２）では、フィラープロファイル５ａ’～５ｃ’は、設計段階のステップＡ２）で得られた断面形状で得られる。ステップＢ２）は、コア３ａ～３ｃの製造現場で押し出しによってフィラープロファイル５ａ’～５ｃ’を製造することを含んでもよく、またはステップＡ２）において得られた断面形状を含む、明細書に従ってフィラープロファイル５ａ’～５ｃ’を製造した外部サプライヤからフィラープロファイル５ａ’～５ｃ’を得ることを含んでもよい。

ステップＢ３）では、コア３ａ～３ｃおよびフィラープロファイル５ａ’～５ｃ’は、組立機械内で撚りピッチＰで撚り合わされる。こうして、図５に概略的に示す横断面を有する組み立てられた電力ケーブル１３が得られる。したがって、フィラープロファイル５ａ’～５ｃ’は、コア３ａ～３ｃとより良好に篏合する。したがって、フィラープロファイル５ａ’～５ｃ’によるコア３ａ～３ｃへの圧力はより均一に分散され、コア３ａ～３ｃがフィラープロファイル５ａ’～５ｃ’によって損傷されるリスクを低減する。

本発明の概念は、主にいくつかの例を参照して上述されている。しかしながら、当業者によって容易に理解されるように、添付の特許請求の範囲によって定義される、上記で開示されたもの以外の他の実施形態も本発明の概念の範囲内で等しく可能である。

Claims (12)

1. 撚り合わせた構成で配置された３つのコア（３ａ、３ｂ、３ｃ）および３つのフィラー（５ａ’、５ｂ’、５ｃ’）プロファイルを備える電力ケーブル（１３）を製造する方法であって、
   Ａ）前記電力ケーブル（１３）の設計段階において、
   Ａ０）前記コア（３ａ、３ｂ、３ｃ）の公称外径を画定し、前記コア（３ａ、３ｂ、３ｃ）の撚りピッチＰを画定することと、
   Ａ１）前記電力ケーブル（１３）の横断面において、前記コア（３ａ、３ｂ、３ｃ）の少なくとも１つの形状を決定することと、
   Ａ２）ステップＡ１）で決定された前記形状に基づいて、フィラープロファイル（５ａ’、５ｂ’、５ｃ’）の横断面における前記フィラープロファイル（５ａ’、５ｂ’、５ｃ’）の断面形状を決定することと、
   Ｂ）前記電力ケーブル（１３）の製造段階において、
   Ｂ１）前記公称外径を有する前記コア（３ａ、３ｂ、３ｃ）の各々を製造することと、
   Ｂ２）ステップＡ２）で得られた前記断面形状を有する前記フィラープロファイル（５ａ’、５ｂ’、５ｃ’）を得ることと、
   Ｂ３）前記コア（３ａ、３ｂ、３ｃ）および前記フィラープロファイル（５ａ’、５ｂ’、５ｃ’）を組立機械内で前記撚りピッチＰで撚ることとを含む、方法。
2. ステップＡ２）の前に、ステップＡ１）で得られた前記形状に基づいて、撚り合わせた前記コア（３ａ、３ｂ、３ｃ）を備えるアセンブリの３コア外形寸法を推定することを含み、ステップＡ２）において、前記断面形状が、前記３コア外形寸法にさらに基づく、請求項１に記載の方法。
3. 断面において、各フィラープロファイル（５ａ’、５ｂ’、５ｃ’）が、湾曲した外側境界（７）および２つの湾曲した内側境界（９、１１）を有し、前記湾曲した外側境界（７）が、前記フィラープロファイル（５ａ’、５ｂ’、５ｃ’）の外側境界を形成し、各々が、それぞれのコア（３ａ、３ｂ、３ｃ）の外側表面に当接するように適合される、前記２つの湾曲した内側境界（９、１１）を接続する、請求項１または２に記載の方法。
4. ステップＡ２）における前記決定が、前記コア（３ａ、３ｂ、３ｃ）の前記形状と一致するように前記２つの湾曲した内側境界（９、１１）の各々の曲率を決定することを含む、請求項３に記載の方法。
5. ステップＡ２）では、フィラープロファイル（５ａ’、５ｂ’、５ｃ’）の横断面における前記フィラープロファイル（５ａ’、５ｂ’、５ｃ’）の前記断面形状を決定することが、前記コア（３ａ、３ｂ、３ｃ）のコア撚り角度（α）の余弦によって前記曲率の少なくとも１つをスケーリングすることを含む、請求項４に記載の方法。
6. 前記コアの前記形状が楕円であり、ステップＡ１）は前記楕円の長径（Ｍ）および短径（ｍ）を決定することを含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
7. ステップＡ２）の前に、前記長径（Ｍ）と前記短径（ｍ）との平均に基づいて平均径を決定することを含み、ステップＡ２）では、前記断面形状が前記平均径に基づいて決定される、請求項６に記載の方法。
8. ステップＡ２）では、フィラープロファイル（５ａ’、５ｂ’、５ｃ’）の横断面における前記フィラープロファイル（５ａ’、５ｂ’、５ｃ’）の前記断面形状を決定することが、前記コア（３ａ、３ｂ、３ｃ）のコア撚り角度（α）の余弦によって前記平均径の半分である半径（ｒ）をスケーリングすることを含む、請求項７に記載の方法。
9. ステップＢ２）が、前記フィラープロファイル（５ａ’、５ｂ’、５ｃ’）を押し出すことを含む、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記電力ケーブル（１３）が、海底電力ケーブルである、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
11. 前記海底電力ケーブルが、静的または動的海底電力ケーブルのうちの一方である、請求項１０に記載の方法。
12. 請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法によって得ることができる電力ケーブル（１３）。