JP5137623B2 - 電力用直流同軸ケーブル接続部 - Google Patents

Description

本発明は、中心の主導体と同軸状に帰路導体を有する電力用直流同軸ケーブルの接続部に関するものである。

電力用直流同軸ケーブルは一般に図３に示すような構造となっている。すなわち、中心に主導体１を有し、その外側に主内部半導電層２、主絶縁層３、主外部半導電層４を介して帰路導体（中性線導体、外部導体ともいう）５を設け、その外側に帰路内部半導電層６、帰路絶縁層７、帰路外部半導電層８を介して鉛被９を設け、その外側にポリエチレン等からなる防食層１０を設けた構造となっている（特許文献１参照）。なお、電力用直流同軸ケーブルを海底ケーブルとして使用する場合には、防食層１０の外側に、さらに座床、鉄線鎧装、サービング層が設けられる。

帰路導体５は、多数の帰路導体素線５ａ（通常は銅線）を同心撚りすることにより形成される。主絶縁層３は架橋ポリエチレンにより形成され、帰路絶縁層７は非架橋のポリエチレンにより形成される。主内部半導電層２及び主外部半導電層４は主絶縁層３との同時押出等により形成され、帰路内部半導電層６及び帰路外部半導電層８は半導電性テープ巻き等により形成される。

電力用直流同軸ケーブルは、連系線として長距離海底ケーブルなどに使用されることが多い。しかし工場において一連続で製造できるケーブルの長さは限られているため、工場では製造可能な長さのケーブルを複数本製造し、これらのケーブルを接続することで、長距離用の直流同軸ケーブルを製造している。工場で製作される直流同軸ケーブル同士の接続部は一般に工場ジョイントといわれる。この工場ジョイントは、敷設船への積み込みや敷設船からの繰り出しの際に加わる曲げに対応できるように、できるだけ外径を小さく抑えること（ケーブル外径に近い外径で接続すること）が要求される。

直流同軸ケーブルを接続する場合には、中心の主導体を接続した後、主内部半導電層の接続、主絶縁層の接続、主外部半導電層の接続、帰路導体の接続、帰路内部半導電層の接続、帰路絶縁層の接続、帰路外部半導電層の接続、鉛被の接続、防食層の接続が順次行われる。接続部外径を小さく抑えるため、主導体の接続は突き合わせ溶接により行われ、帰路導体の接続は素線突き合わせ溶接、素線周方向重ね合わせ溶接又は素線割り入れ溶接などにより行われる。また、接続部の主内部半導電層、主絶縁層、主外部半導電層の形成には通常のＣＶケーブルの接続技術をそのまま適用できる。また、接続部の帰路内部半導電層、帰路絶縁層の形成は、ＴＪ方式（絶縁ゴムテープ巻き絶縁）又はＴＭＪ方式（ポリエチレンテープ巻きモールド絶縁）により行うことが提案されている（非特許文献１、非特許文献２参照）。

特開平１１−１２０８３６号公報 特開昭４９−０２１６８５号公報 ２０００年電線ケーブル技術研究会発表論文ＥＣ−００−２１「直流同軸ケーブルの開発」 平成１４年電気学会全国大会発表論文７−１３９「小容量直流同軸ＸＬＰＥケーブル並びに工場ジョイント」

電力用直流同軸ケーブルの接続部に形成される主補強絶縁層は、ケーブルの主絶縁層よりも外径が大きくなるため、図４に示すように、主補強絶縁層２３の外側で接続される帰路導体５は、素線５ａの間隔が広がり、素線５ａ間に隙間Ｓができる。なお図４はケーブル接続部の要部の横断面を示したもので、２３は両ケーブルの主絶縁層間に跨る主補強絶縁層、２４は両ケーブルの主外部半導電層間に跨る接続部の主外部半導電層、２６は両ケーブルの帰路内部半導電層間に跨る接続部の帰路内部半導電層、２７は両ケーブルの帰路絶縁層間に跨る帰路補強絶縁層である。

接続部の帰路導体素線５ａ間に隙間Ｓができると、その上に形成される接続部の帰路内部半導電層２６は、加熱および加圧モールドにより形成される場合には、隙間Ｓに落ち込んで変形する。特に帰路補強絶縁層２７の形成に加熱および加圧モールドを必要とする接続工法では、上記のような変形が発生しやすい。帰路内部半導電層２６が上記のように変形すると、帰路内部半導電層２６や、帰路内部半導電層２６と帰路補強絶縁層２７の界面等に欠陥が発生するおそれがあり、絶縁性能の低下が懸念される。

なお、帰路導体素線５ａ間の隙間Ｓを電気的に保障するために、帰路導体５の上に金属パイプを設けることが提案されている（特許文献２）が、これは帰路内部半導電層２６と帰路補強絶縁層２７の変形を防止することを目的としたものではない。また、帰路導体素線５ａを接続した上に剛性の金属パイプを上手く装着させることは、熟練を要する作業になる。さらに、パイプ形状の場合には、ケーブルが曲げられたり、ねじれたりする場合に金属パイプが追従できず、パイプが局部的に変形するなどの支障が生じる危険性がある。

本発明の目的は、上記の問題点に鑑み、接続部の帰路導体素線間に生じる隙間に帰路内部半導電層が落ち込むおそれのない電力用直流同軸ケーブルの接続部を提供することにある。

上記目的を達成するため本願の請求項１に係る発明は、接続される２本のケーブルの主絶縁層より外径が大きい接続部主補強絶縁層の外側に帰路導体が配置され、前記帰路導体の外側に両ケーブルの帰路内部半導電層間に跨る接続部帰路内部半導電層が設けられ、前記接続部帰路内部半導電層の外側に両ケーブルの帰路絶縁層間に跨る接続部帰路補強絶縁層が設けられた電力用直流同軸ケーブルの接続部において、
前記接続部帰路内部半導電層と接続部帰路補強絶縁層が、内部半導電層付き熱収縮絶縁チューブを熱収縮させて形成した部分と、テープ巻きモールドで形成した部分とで構成され、前記テープ巻きモールド部分が、ケーブルの帰路内部半導電層および帰路絶縁層と内部半導電層付き熱収縮絶縁チューブとの間の、前記帰路導体の直ぐ内側の層の外径がケーブルの部分より大きくなった位置にあり、少なくとも、このテープ巻きモールド部分と前記帰路導体との間に金属テープ巻き層が設けられていることを特徴とするものである。

また、請求項２に係る発明は、接続される２本のケーブルの主絶縁層より外径が大きい接続部主補強絶縁層の外側に帰路導体が配置され、前記帰路導体の外側に両ケーブルの帰路内部半導電層間に跨る接続部帰路内部半導電層が設けられ、前記接続部帰路内部半導電層の外側に両ケーブルの帰路絶縁層間に跨る接続部帰路補強絶縁層が設けられた電力用直流同軸ケーブルの接続部において、
前記接続部帰路内部半導電層と接続部帰路補強絶縁層が、内部半導電層付き熱収縮絶縁チューブを熱収縮させて形成した部分と、テープ巻きモールドで形成した部分とで構成され、前記熱収縮絶縁チューブによって形成した部分が接続部の軸方向に複数に分かれており、それらの間に前記テープ巻きモールド部分が設けられており、少なくとも、このテープ巻きモールド部分と前記帰路導体との間に金属テープ巻き層が設けられていることを特徴とするものである。

ケーブルの主絶縁層より外径が大きい接続部主補強絶縁層の外側に配置された帰路導体には素線間に隙間ができるが、本発明によれば、素線間に隙間が生じた帰路導体上に形成する接続部帰路内部半導電層および接続部帰路補強絶縁層を、これらが一体となった内部半導電層付き熱収縮絶縁チューブを収縮させることにより形成し、また、素線間に隙間が生じた範囲であって、少なくとも、接続部帰路内部半導電層および接続部帰路補強絶縁層を、加熱および加圧を必要とするテープ巻きモールドにより形成する部分には、その内側に金属テープ巻き層を設けたので、帰路内部半導電層が帰路導体素線間の隙間に落ち込むのを抑制できる。このため半導電層と絶縁層との間に欠陥が発生する要因が少なくなり、電力用直流同軸ケーブル接続部の品質を安定させることができる。

接続部帰路内部半導電層および接続部帰路補強絶縁層を形成するほとんどの領域で絶縁チューブによる収縮力のみであることや、予め内部半導電層を形成された絶縁チューブであれば、隙間Ｓへの落ち込みはほとんどないし、金属層がなくとも問題は生じない。一部の狭い範囲でテープ巻きモールドによる加熱・加圧処理がなされているため、この部位に変形を防止できる適切な厚みの金属層が金属テープで形成されていればよいので、柔軟性のある金属テープでも接続部帰路内部半導電層が帰路導体素線間の隙間に落ち込むのを十分に抑制できると考えられる。
なお、金属テープ巻き層は、帰路導体の接続が完了したときの形状に容易に合わせることができる利点がある。

図１（Ａ）は本発明に係る電力用直流同軸ケーブル接続部の一実施形態を示す。接続すべき直流同軸ケーブル２０Ａ、２０Ｂはそれぞれ、中心に主導体１を有し、その外側に主内部半導電層２、主絶縁層３、主外部半導電層４を順次設け、その外側に多数の帰路導体素線５ａを同心撚りしてなる帰路導体５を設け、その外側に帰路内部半導電層６、帰路絶縁層７、帰路外部半導電層８、鉛被９、防食層１０を順次設けたものである。

両ケーブル２０Ａ、２０Ｂの端部は段剥ぎされ、主導体１、１同士は外径増大を抑制するため突き合わせ溶接により接続されている。２１はその溶接接続部である。また、両ケーブルの主内部半導電層２、２同士は両者の端部に跨るように接続部主内部半導電層２２を形成することにより接続され、主絶縁層３、３同士は両者の端部に跨るように接続部主補強絶縁層２３を形成することにより接続され、主外部半導電層４、４同士は両者の端部に跨るように接続部主外部半導電層２４を形成することにより接続されている。接続部の主内部半導電層２２、主補強絶縁層２３、主外部半導電層２４の形成には、周知のＣＶケーブルの接続技術がそのまま適用できる。接続部主補強絶縁層２３は図示のようにケーブルの主絶縁層３よりも厚さが厚くなり、外径が大きくなる。これに伴い接続部主外部半導電層２４もケーブルの主外部半導電層４より外径が大きくなる。

両ケーブル２０Ａ、２０Ｂの帰路導体５、５は接続部主外部半導電層２４上で接続される。帰路導体５、５の接続は、外径増大を抑制するため、例えば素線５ａを突き合わせ溶接することにより行われる。２５はその溶接接続部である。接続部主補強絶縁層２３はケーブルの主絶縁層３より外径が大きいため、接続部の帰路導体５の素線５ａ間には図１（Ｂ）に示すように隙間Ｓができる。

本発明では、このように素線５ａ間に隙間が生じた接続部の帰路導体５ａ上に金属テープ巻き層３１を設ける。金属テープ巻き層３１は金属テープ（通常は銅テープ）を１／２ラップ巻きで形成することが好ましい。金属テープ巻き層３１の両端はハンダ付けにより帰路導体５に固定する。

金属テープ巻き層３１の外側には、図２に示すような内部半導電層付き熱収縮絶縁チューブ３２を被せて熱収縮させる。内部半導電層付き熱収縮絶縁チューブ３２は、径方向に熱収縮可能な円筒状の内部半導電層２６の上に、径方向に熱収縮可能な円筒状の絶縁層２７を一体に形成したものである。この実施形態では、金属テープ巻き層３１のストレート区間（外径一定区間）に２本の内部半導電層付き熱収縮絶縁チューブ３２を直列に配置して熱収縮させている。

図２に示す内部半導電層付き熱収縮絶縁チューブ３２は、マンドレル上に、半導電性材料製の一軸延伸フィルム（一軸延伸半導電性フィルム）をその延伸方向が周方向に向くように多層巻きして所要厚さの径方向に熱収縮可能な内部半導電層２６を形成し、その上に絶縁性材料製の一軸延伸フィルム（一軸延伸絶縁フィルム）をその延伸方向が周方向に向くように多層巻きして所要厚さの径方向に熱収縮可能な絶縁層２７を形成した後、マンドレルを引き抜くことにより製造できる。

内部半導電層付き熱収縮絶縁チューブ３２は、主導体１、１の接続を行う前に予めどちらかのケーブル２０Ａ又は２０Ｂの外側に配置しておき、帰路導体５、５の接続、金属テープ巻き層３１の形成が終わった時点で接続部に引き戻す。このようにして金属テープ巻き層３１の外側に被せられた内部半導電層付き熱収縮絶縁チューブ３２を、加熱して金属テープ巻き層３１上に熱収縮させる。

金属テープ巻き層３１の両端部のテーパー区間（外径漸減区間）では、熱収縮したチューブ３２の内部半導電層２６とケーブルの帰路内部半導電層６とが接続され、当該チューブ３２の絶縁層２７とケーブルの帰路絶縁層７とが接続される。これらの接続は次のように行われる。すなわち、熱収縮したチューブ３２の端部並びに両ケーブルの帰路内部半導電層６及び帰路絶縁層７の端部をそれぞれ、予め外径が漸減するテーパー形状に形成し、前記チューブ３２の内部半導電層２６とケーブルの帰路内部半導電層６とを、前記テーパー形状の間のＶ字状凹部の底部を埋めるようにテープ巻きモールドにより形成した半導電層テープ巻きモールド部３３により接続し、前記チューブ３２の絶縁層２７とケーブルの帰路絶縁層７とを、前記Ｖ字状凹部を埋めるようにテープ巻きモールドにより形成した絶縁層テープ巻きモールド部３４により接続する。半導電層テープ巻きモールド部３３及び絶縁層テープ巻きモールド部３４を形成する際には、ポリエチレンからなる半導電性テープあるいは絶縁テープを巻いた上に加圧テープを巻き、この状態で加圧モールドする。すなわち、テープ巻き層の加熱、加圧が行われるが、接続部の帰路導体５、５上には金属テープ巻き層３１が設けられているので、テープ巻きモールドの際に、半導電層テープ巻きモールド部３３が帰路導体の素線５ａ間の隙間に落ち込むおそれはない。

また、金属テープ巻き層３１のストレート区間の中間部では、熱収縮したチューブ３２の内部半導電層２６同士、絶縁層２７同士が接続される。この接続も上記と同様に行われる。すなわち、熱収縮したチューブ３２の端部をそれぞれ、予め外径が漸減するテーパー形状に形成し、前記チューブ３２の内部半導電層２６同士を、前記テーパー形状の間のＶ字状凹部の底部を埋めるようにテープ巻きモールドにより形成した半導電層テープ巻きモールド部３３により接続し、前記チューブ３２の絶縁層２７同士を、前記Ｖ字状凹部を埋めるようにテープ巻きモールドにより形成した絶縁層テープ巻きモールド部３４により接続する。この場合も、半導電層テープ巻きモールド部３３及び絶縁層テープ巻きモールド部３４を形成する際には、テープ巻き層の加熱、加圧が行われるが、接続部の帰路導体５、５上には金属テープ巻き層３１が設けられているので、テープ巻きモールドの際に、半導電層テープ巻きモールド部３３が帰路導体の素線５ａ間の隙間に落ち込むおそれはない。

以上のようにして形成された帰路補強絶縁層２７及び絶縁層テープ巻きモールド部３４の上には、両ケーブルの帰路外部半導電層８、８間に跨るように接続部帰路外部半導電層２８が形成される。接続部帰路外部半導電層２８は従来同様、半導電性テープ巻きにより形成される。

この後、両ケーブルの鉛被９、９の端部間を鉛管２９により接続し、防食層１０、１０の端部間を熱収縮性防食スリーブ３０により接続する。この点も従来同様である。

以上のように構成された電力用直流同軸ケーブルの接続部は、素線５ａ間に隙間が生じた接続部の帰路導体５ａ上に金属テープ巻き層３１が設けられているので、その上に形成される半導電層テープ巻きモールド部３３が素線５ａ間の隙間Ｓに落ち込むのを抑制でき、絶縁性能を安定させることができる。

なお、上記の実施形態では、金属テープ巻き層３１を、接続のために帰路導体５を露出させた区間の全長に設けたが、金属テープ巻き層３１は、半導電層テープ巻きモールド部３３及び絶縁層テープ巻きモールド部３４を形成する区間だけに設けてもよい。内部半導電層付き熱収縮絶縁チューブ３２を熱収縮させる場合は、外部からの加圧が不要であるため、金属テープ巻き層３１がなくても、素線５ａ間の隙間Ｓへの接続部帰路内部半導電層２６の落ち込みは少ないからである。

また、上記の実施形態では、金属テープ巻き層３１のストレート区間のほぼ半分の長さを有する内部半導電層付き熱収縮絶縁チューブ３２を２本直列に配置して熱収縮させたが、これは、１本の内部半導電層付き熱収縮絶縁チューブ３２の長さが短くて済むようにするためである。金属テープ巻き層３１のストレート区間を１本の内部半導電層付き熱収縮絶縁チューブでカバーできれば、内部半導電層付き熱収縮絶縁チューブは１本でもよい。その場合は、中間の半導電層テープ巻きモールド部３３及び絶縁層テープ巻きモールド部３４は不要となる。

接続部帰路内部半導電層２６及び接続部帰路補強絶縁層２７を、内部半導電層付き熱収縮絶縁チューブ３２を用いて形成すると、これらをテープ巻きモールドにより形成する場合に比べ、欠陥の発生が少なく、品質を安定させることができると共に、接続部外径の増大を抑制でき、また接続時間の短縮を図ることができる。

本発明に係る電力用直流同軸ケーブル接続部の一実施形態を示す、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は要部の横断面図。 図１の接続部に用いる内部半導電層付き熱収縮絶縁チューブを示す、（Ａ）は一部切開正面図、（Ｂ）は端面図。 電力用直流同軸ケーブルの一例を示す横断面図。 従来の電力用直流同軸ケーブル接続部の問題点を示す要部の横断面図。

符号の説明

１：主導体
２：主内部半導電層
３：主絶縁層
４：主外部半導電層
５：帰路導体
５ａ：素線
６：帰路内部半導電層
７：帰路絶縁層
８：帰路外部半導電層
９：鉛被
１０：防食層
２０Ａ、２０Ｂ：電力用直流同軸ケーブル
２１：主導体の溶接接続部
２２：接続部主内部半導電層
２３：接続部主補強絶縁層
２４：接続部主外部半導電層
２５：帰路導体の素線の溶接接続部
２６：接続部帰路内部半導電層
２７：接続部帰路補強絶縁層
３１：金属テープ巻き層
３２：内部半導電層付き熱収縮絶縁チューブ
３３：半導電層テープ巻きモールド部
３４：絶縁層テープ巻きモールド部

Claims (2)

1. 接続される２本のケーブルの主絶縁層より外径が大きい接続部主補強絶縁層の外側に帰路導体が配置され、前記帰路導体の外側に両ケーブルの帰路内部半導電層間に跨る接続部帰路内部半導電層が設けられ、前記接続部帰路内部半導電層の外側に両ケーブルの帰路絶縁層間に跨る接続部帰路補強絶縁層が設けられた電力用直流同軸ケーブルの接続部において、
   前記接続部帰路内部半導電層と接続部帰路補強絶縁層が、内部半導電層付き熱収縮絶縁チューブを熱収縮させて形成した部分と、テープ巻きモールドで形成した部分とで構成され、前記テープ巻きモールド部分が、ケーブルの帰路内部半導電層および帰路絶縁層と内部半導電層付き熱収縮絶縁チューブとの間の、前記帰路導体の直ぐ内側の層の外径がケーブルの部分より大きくなった位置にあり、少なくとも、このテープ巻きモールド部分と前記帰路導体との間に金属テープ巻き層が設けられていることを特徴とする電力用直流同軸ケーブルの接続部。
2. 接続される２本のケーブルの主絶縁層より外径が大きい接続部主補強絶縁層の外側に帰路導体が配置され、前記帰路導体の外側に両ケーブルの帰路内部半導電層間に跨る接続部帰路内部半導電層が設けられ、前記接続部帰路内部半導電層の外側に両ケーブルの帰路絶縁層間に跨る接続部帰路補強絶縁層が設けられた電力用直流同軸ケーブルの接続部において、
   前記接続部帰路内部半導電層と接続部帰路補強絶縁層が、内部半導電層付き熱収縮絶縁チューブを熱収縮させて形成した部分と、テープ巻きモールドで形成した部分とで構成され、前記熱収縮絶縁チューブによって形成した部分が接続部の軸方向に複数に分かれており、それらの間に前記テープ巻きモールド部分が設けられており、少なくとも、このテープ巻きモールド部分と前記帰路導体との間に金属テープ巻き層が設けられていることを特徴とする電力用直流同軸ケーブルの接続部。

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