JP2021506042A - 円形モノフィラメント円形圧縮構造を用いた海底ケーブル導体の設計方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】円形モノフィラメント円形圧縮構造を用いた海底ケーブル導体の設計方法を提供する。【解決手段】本発明は、円形モノフィラメント円形圧縮構造を用いた海底ケーブル導体の設計方法を開示し、具体的ステップは以下を含む。1)抵抗を決定する;2)導体の外径DAとモノフィラメントの直径dを計算する;3)各層の導体の撚り合わせ外径Dmを計算する;4)各層の圧縮量ΔDmを計算する;5)各層の圧縮量ΔDmを比較する;6)毎層の導体のモノフィラメントの数を決定する;7)毎層の導体のモノフィラメントの数を決定する。上記の方法で、本発明は、円形モノフィラメント円形圧縮構造を用いた海底ケーブル導体の設計方法を提供し、この設計方法は、異なる断面を有する導体の設計に適用でき、異なる断面を有する導体の設計をより規範化し、一般的な導体設計方法がないという欠点を補っている。
Description
本発明は、電力ケーブルの分野に属し、特に、円形モノフィラメント円形圧縮構造を用いた海底ケーブル導体の設計方法に関する。
島の開発戦略と洋上再生可能エネルギー発電の急速な発展、特に洋上風力発電の急速な拡大により、海底高圧電力ケーブルの需要が高まっており、国内220kVAC太陽光発電複合海底ケーブルが工業化され、500kVAC海底高圧ケーブルが舟山でも適用され、大断面交流海底ケーブル導体は円形モノフィラメント円形圧縮撚り合わせ方式で作られているが、既存の大断面海底ケーブル導体の設計方法は完璧ではなく、異なる断面の導体を製造する普遍的な方法はない。
本発明が解決しようとする技術課題は、異なる断面を有する導体を製造することができる、円形モノフィラメント円形圧縮構造を用いた海底ケーブル導体の設計方法を提供することである。
上記の技術的問題を解決するために、本発明が用いる技術的解決策は、
以下のステップを含む、円形モノフィラメント円形圧縮構造を用いた海底ケーブル導体の設計方法である。
1)設計する海底ケーブル導体の抵抗Rcuを決定する、抵抗を決定するステップと、
2)ステップ1)確認された海底ケーブル導体の抵抗Rcuを計算式(1)に代入し、導体外径DAとモノフィラメント径dを計算し、
・・・・・・・(1)
ここで、Sは導体の断面積、k1は導体係数、k2は撚り合わせ係数、ρcuは銅導体の抵抗率、Rcuは抵抗、ηは導体充填係数、μは圧縮係数、k3はケーブル形成の係数、nはモノフィラメントの総数である、導体外径DAとモノフィラメント径dを計算するステップと、
3)D1=d、圧縮後の導体の外径をD1修と定める
D2=D1修+2d、圧縮後の導体の外径をD2修と定める
D3=D2修+2d、圧縮後の導体の外径をD3修と定める
・
・
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Dm=Dm−1修+2d、圧縮後の導体の外径をDm修と定める
ここで、mは1以上7以下の整数であり、Dmは導体の撚り合わせ外径であり、Dm修はDmの同じ層に対応する圧縮導体の外径である、各層の導体の撚り合わせ外径Dmを計算するステップと、
4)計算式(2)により、各層の圧縮量ΔDmを算出し、
ΔDm=Dm−Dm修 (2)
ここで、mは1以上7以下の整数である、各層の圧縮量ΔDmを計算するステップと、
5)計算式(3)により各層の圧縮量ΔDmを比較し、
ΔDm≦ΔDm+1 (3)
ここで、mは1以上7以下の整数であり、これを満たす場合、ステップ6)を行い、満たさない場合、ステップ3)を行い、Dm修を改めて設定する、各層の圧縮量ΔDmを比較するステップと、
6)n1=1、計算式(4)に従って、第2層から開始して毎層の導体モノフィラメントの数nv計を計算し、
nv計=π(Dv修+d)/d (4)
ここで、vは2以上7以下の整数である、毎層の導体のモノフィラメントの数を計算するステップと、
7)n1=1、nvはステップ6)で計算された毎層の導体のモノフィラメントの数に基づいて、nv計に対し±2以内に丸め処理を行ったものであり、それによってnvを得て、ここで、vは2以上7以下の整数である、各層の導体のモノフィラメントの数を決定するステップ。
以下のステップを含む、円形モノフィラメント円形圧縮構造を用いた海底ケーブル導体の設計方法である。
1)設計する海底ケーブル導体の抵抗Rcuを決定する、抵抗を決定するステップと、
2)ステップ1)確認された海底ケーブル導体の抵抗Rcuを計算式(1)に代入し、導体外径DAとモノフィラメント径dを計算し、
・・・・・・・(1)
ここで、Sは導体の断面積、k1は導体係数、k2は撚り合わせ係数、ρcuは銅導体の抵抗率、Rcuは抵抗、ηは導体充填係数、μは圧縮係数、k3はケーブル形成の係数、nはモノフィラメントの総数である、導体外径DAとモノフィラメント径dを計算するステップと、
3)D1=d、圧縮後の導体の外径をD1修と定める
D2=D1修+2d、圧縮後の導体の外径をD2修と定める
D3=D2修+2d、圧縮後の導体の外径をD3修と定める
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Dm=Dm−1修+2d、圧縮後の導体の外径をDm修と定める
ここで、mは1以上7以下の整数であり、Dmは導体の撚り合わせ外径であり、Dm修はDmの同じ層に対応する圧縮導体の外径である、各層の導体の撚り合わせ外径Dmを計算するステップと、
4)計算式(2)により、各層の圧縮量ΔDmを算出し、
ΔDm=Dm−Dm修 (2)
ここで、mは1以上7以下の整数である、各層の圧縮量ΔDmを計算するステップと、
5)計算式(3)により各層の圧縮量ΔDmを比較し、
ΔDm≦ΔDm+1 (3)
ここで、mは1以上7以下の整数であり、これを満たす場合、ステップ6)を行い、満たさない場合、ステップ3)を行い、Dm修を改めて設定する、各層の圧縮量ΔDmを比較するステップと、
6)n1=1、計算式(4)に従って、第2層から開始して毎層の導体モノフィラメントの数nv計を計算し、
nv計=π(Dv修+d)/d (4)
ここで、vは2以上7以下の整数である、毎層の導体のモノフィラメントの数を計算するステップと、
7)n1=1、nvはステップ6)で計算された毎層の導体のモノフィラメントの数に基づいて、nv計に対し±2以内に丸め処理を行ったものであり、それによってnvを得て、ここで、vは2以上7以下の整数である、各層の導体のモノフィラメントの数を決定するステップ。
本発明の好適実施形態では、前記dおよび前記D修は、各企業の設備、プロセス及び技術の好みの要素に従って値が選択され、複数回、解を求めた後、最適なモノフィラメントの直径d及び各層のモノフィラメントの数n1、n2、n3...nvを取得する。
本発明の好適実施形態では、隣接する前記ΔDm変化幅の値が大きすぎる時、Dm修をリセットして再設計する。
本発明の好適実施形態では、前記海底ケーブル導体が円形導体である。
本発明の好適実施形態では、前記海底ケーブル導体が円形圧縮構造を用いた複数のモノフィラメントから構成される。
本発明の好適実施形態では、前記海底ケーブル導体は、中心の前記モノフィラメントと6層の前記モノフィラメントから構成される。
本発明の好適実施形態では、前記モノフィラメントは円形銅線を用いる。
本発明の好適実施形態では、ΔD1≦ΔD2≦ΔD3≦ΔD4≦ΔD5≦ΔD6≦ΔD7である。
本発明の好適実施形態では、n=n1+n2+n3+n4+n5+n6+n7である。
本発明の好適実施形態では、毎層の導体のモノフィラメントの数nvの対応する数がそれぞれ1、6、12、18、24、30、36以下である。
本発明の有利な効果は、円形モノフィラメント円形圧縮構造を用いる海底ケーブル導体の設計方法であり、この設計方法は、異なる断面を有する導体の設計に適用でき、異なる断面を有する導体の設計をより規範化し、一般的な導体設計方法がないという欠点を補っている。
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態を詳細に説明し、本発明の利点および特徴を当業者がより容易に理解できるようにし、本発明の保護範囲をより明確に定義する。
本発明の実施形態は、円形モノフィラメント円形圧縮構造を用いた海底ケーブル導体の設計方法を含み、前記海底ケーブル導体は円形導体である。
前記海底ケーブル導体は、前記円形圧縮構造を用いた複数のモノフィラメントで構成されており、前記海底ケーブル導体は、中心の前記モノフィラメントと6層のモノフィラメントで構成され、前記モノフィラメントは、円形銅線を用い、円形銅線を採用することで加工の難しさを減らし、伸線機の要件を減らすことができる。
実施例1
断面がS=2000mm2の導体の設計方法として、具体的ステップは、以下を含む。
1)抵抗を決定する:設計する海底ケーブル導体の抵抗Rcuを決定し、本実施形態では、Rcu=0.0090Ω/kmである。
断面がS=2000mm2の導体の設計方法として、具体的ステップは、以下を含む。
1)抵抗を決定する:設計する海底ケーブル導体の抵抗Rcuを決定し、本実施形態では、Rcu=0.0090Ω/kmである。
2)導体の外径DAとモノフィラメントの直径dを計算する:ステップ1)で確認された海底ケーブル導体の抵抗Rcuを計算式(1)に代入して、導体の外径DAとモノフィラメントの直径dを計算する。
・・・・・・・・・・・(1)
ここで、Sは導体の断面積、k1は導体係数であり、k2は撚り合わせ係数であり、ρcuは銅導体の抵抗率であり、Rcuは抵抗であり、ηは導体の充填係数であり、μは圧縮係数であり、k3はケーブル形成の係数であり、nはモノフィラメントの総数であり、国家標準で規定されている導体抵抗要件を照会するか、必要な電流容量を測定することで、20℃での銅導体の抵抗率ρcuは1.7241×10−8Ω・mを選択し、Rcuの値は0.0090Ω/kmを選択し、k1値は1.02を選択し、k2値は1.02を選択し、k3値は1.00を選択し、η値は0.96を選択し、μ値は1.12を選択し、n値は123を選択し、計算式(1)に従ってS=1993.1mm2、DA≒51.41mm(52.0mmに修正)、d=4.81mmを算出することができる。
・・・・・・・・・・・(1)
ここで、Sは導体の断面積、k1は導体係数であり、k2は撚り合わせ係数であり、ρcuは銅導体の抵抗率であり、Rcuは抵抗であり、ηは導体の充填係数であり、μは圧縮係数であり、k3はケーブル形成の係数であり、nはモノフィラメントの総数であり、国家標準で規定されている導体抵抗要件を照会するか、必要な電流容量を測定することで、20℃での銅導体の抵抗率ρcuは1.7241×10−8Ω・mを選択し、Rcuの値は0.0090Ω/kmを選択し、k1値は1.02を選択し、k2値は1.02を選択し、k3値は1.00を選択し、η値は0.96を選択し、μ値は1.12を選択し、n値は123を選択し、計算式(1)に従ってS=1993.1mm2、DA≒51.41mm(52.0mmに修正)、d=4.81mmを算出することができる。
3)各層の導体の撚り合わせ外径Dmを計算する。
D1=d、圧縮後の導体の外径をD1修と定める
D2=D1修+2d、圧縮後の導体の外径をD2修と定める
D3=D2修+2d、圧縮後の導体の外径をD3修と定める
D4=D3修+2d、圧縮後の導体の外径をD4修と定める
D5=D4修+2d、圧縮後の導体の外径をD5修と定める
D6=D5修+2d、圧縮後の導体の外径をD6修と定める
D7=D6修+2d、圧縮後の導体の外径をD7修と定める
ここで、mは1以上7以下の整数であり、Dmは導体の撚り合わせ外径であり、Dm修はDmの同じ層に対応する圧縮導体の外径である。
本実施形態では、D1=4.81mm、D2=14.43mm、D3=23.12mm、D4=31.42mm、D5=39.32mm、D6=47.02mm、D7=54.42mmである。
D1修=4.81mm、D2修=13.50mm、D3修=21.80mm、D4修=29.70mm、D5修=37.40mm、D6修=44.80mm、D7修=52.00mmである。
D1=d、圧縮後の導体の外径をD1修と定める
D2=D1修+2d、圧縮後の導体の外径をD2修と定める
D3=D2修+2d、圧縮後の導体の外径をD3修と定める
D4=D3修+2d、圧縮後の導体の外径をD4修と定める
D5=D4修+2d、圧縮後の導体の外径をD5修と定める
D6=D5修+2d、圧縮後の導体の外径をD6修と定める
D7=D6修+2d、圧縮後の導体の外径をD7修と定める
ここで、mは1以上7以下の整数であり、Dmは導体の撚り合わせ外径であり、Dm修はDmの同じ層に対応する圧縮導体の外径である。
本実施形態では、D1=4.81mm、D2=14.43mm、D3=23.12mm、D4=31.42mm、D5=39.32mm、D6=47.02mm、D7=54.42mmである。
D1修=4.81mm、D2修=13.50mm、D3修=21.80mm、D4修=29.70mm、D5修=37.40mm、D6修=44.80mm、D7修=52.00mmである。
4)各層の圧縮量ΔDmを計算する:計算式(2)により、各層の圧縮量ΔDmを算出し、
ΔDm=Dm−Dm修 (2)
ここで、mは1以上7以下の整数である。
本実施形態では、ΔD1=D1−D1修、ΔD2=D2−D2修、ΔD3=D3−D3修、ΔD4=D4−D4修、ΔD5=D5−D5修、ΔD6=D6−D6修、ΔD7=D7−D7修である。
本実施形態では、ΔD1=0mm、ΔD2=0.93mm、ΔD3=1.32mm、ΔD4=1.72mm、ΔD5=1.92mm、ΔD6=2.22mm、ΔD7=2.42mmである。
ΔDm=Dm−Dm修 (2)
ここで、mは1以上7以下の整数である。
本実施形態では、ΔD1=D1−D1修、ΔD2=D2−D2修、ΔD3=D3−D3修、ΔD4=D4−D4修、ΔD5=D5−D5修、ΔD6=D6−D6修、ΔD7=D7−D7修である。
本実施形態では、ΔD1=0mm、ΔD2=0.93mm、ΔD3=1.32mm、ΔD4=1.72mm、ΔD5=1.92mm、ΔD6=2.22mm、ΔD7=2.42mmである。
5)各層の圧縮量ΔDmを比較する:計算式(3)により各層の圧縮量ΔDmを比較し、
ΔDm≦ΔDm+1 (3)
ここで、mは1以上7以下の整数であり、これを満たす場合、ステップ6)を行い、満たさない場合、ステップ3)を行ってDm修を改めて設定する。
ステップ4)から、ΔD1≦ΔD2≦ΔD3≦ΔD4≦ΔD5≦ΔD6≦ΔD7であることが分かり、計算式(3)に符合し、ステップ6)を行う。
ΔDm≦ΔDm+1 (3)
ここで、mは1以上7以下の整数であり、これを満たす場合、ステップ6)を行い、満たさない場合、ステップ3)を行ってDm修を改めて設定する。
ステップ4)から、ΔD1≦ΔD2≦ΔD3≦ΔD4≦ΔD5≦ΔD6≦ΔD7であることが分かり、計算式(3)に符合し、ステップ6)を行う。
6)毎層の導体のモノフィラメントの数を計算する::n1=1、計算式(4)に従って、第2層から開始し、毎層のモノフィラメントの数nv計を計算する。
nv計=π(Dv修+d)/d (4)
ここで、vは2以上7以下の整数である。
本実施形態では、n1=1、n2計=π(D2修+d)/d、n3計=π(D3修+d)/d、n4計=π(D4修+d)/d、n5計=π(D5修+d)/d、n6計=π(D6修+d)/d、n7計=π(D7修+d)/dである。
本実施形態では、n1=1、n2計=6.3、n3計=12、n4計=17.4、n5計=22.5、n6計=27.6、n7計=32.4である。
nv計=π(Dv修+d)/d (4)
ここで、vは2以上7以下の整数である。
本実施形態では、n1=1、n2計=π(D2修+d)/d、n3計=π(D3修+d)/d、n4計=π(D4修+d)/d、n5計=π(D5修+d)/d、n6計=π(D6修+d)/d、n7計=π(D7修+d)/dである。
本実施形態では、n1=1、n2計=6.3、n3計=12、n4計=17.4、n5計=22.5、n6計=27.6、n7計=32.4である。
7)毎層の導体のモノフィラメントの数を決定する:n1=1、nvはステップ6)によって計算された毎層の導体のモノフィラメントの数に基づき、nv計は±2以内に丸め処理を行い、nvを得て、ここで、vは2以上7以下の整数であり、n=n1+n2+n3+n4+n5+n6+n7及び毎層のモノフィラメントの数nvに基づき、対応する数はそれぞれ1、6、12、18、24、30、36以下でnvの最終値を決定しなければならない。
本実施形態では、n1=1、n2=6、n3=12、n4=18、n5=23、n6=29、n7=34である。
本実施形態では、n1=1、n2=6、n3=12、n4=18、n5=23、n6=29、n7=34である。
理論計算の数は、実際のモノフィラメントの数と内層で±1、外層で±2異なり、より大きな断面を計算する場合、差は±3以上となり得て、内層から外層まで、モノフィラメントの数の偏差は増加傾向がある。
表1と表2は、Dm修が異なる値の時の断面がS=2000mm2である導体の設計パラメータ表であり、表2に示すように、第2層の導体圧縮外径はφ=13.00mmを選択し、各層の圧縮量の規則性の不変を保証するため、内側から外側への直径は順に21.1mm、29.1mm、37.1mm、44.8mm、52.0mmを選択するが、最外層と二次外側層の圧縮量は、1.92mmから2.42mmに増加し、以前と比較し、変化幅が大き過ぎ、第4層では、理論的に計算された数が実際の配置された数と1.1異なり、導体の差の数が徐々に増加する傾向を満たさず、数の差が大き過ぎ、生産過程で配置が容易ではなく、圧縮量が急激に増加するため、装置の高い牽引力が必要となり、断線しやすく、生産に不利であり、調整を経て、表1に示すように、実際の生産ニーズに沿ったものになる。
実施例2
断面がS=1800mm2の導体の設計方法であり、具体的ステップは、以下を含む。
1)抵抗を決定する:設計された海底ケーブル導体の抵抗Rcuを決定し、本実施形態では、Rcu=0.0101Ω/kmである。
断面がS=1800mm2の導体の設計方法であり、具体的ステップは、以下を含む。
1)抵抗を決定する:設計された海底ケーブル導体の抵抗Rcuを決定し、本実施形態では、Rcu=0.0101Ω/kmである。
2)導体の外径DAとモノフィラメントの直径dを計算する。ステップ1)で確認された海底ケーブル導体の抵抗Rcuを計算式(1)に代入して、導体の外径DAとモノフィラメントの直径dを計算する。
・・・・・・・・(1)
ここで、Sは導体の断面積であり、k1は導体係数であり、k2は撚り係数であり、ρcuは銅導体の抵抗率であり、Rcuは抵抗であり、ηは導体の充填係数であり、μは圧縮係数であり、k3はケーブル形成の係数であり、nはモノフィラメントの総数であり、国家標準で規定されている導体抵抗要件を照会するか、必要な電流量を測定し、20℃での銅導体の抵抗率ρcuは1.7241×10−8Ω・mを選択し、Rcuの値は0.0101Ω/kmを選択し、k1値は1.02を選択し、k2値は1.02を選択し、k3値は1.00を選択し、η値は0.9を選択し、μ値は1.09を選択し、n値は89を選択し、計算式(1)により、S=1775.9mm2、DA≒50.46mm(50.5mmに修正)、d=5.26mmを算出することができる。
・・・・・・・・(1)
ここで、Sは導体の断面積であり、k1は導体係数であり、k2は撚り係数であり、ρcuは銅導体の抵抗率であり、Rcuは抵抗であり、ηは導体の充填係数であり、μは圧縮係数であり、k3はケーブル形成の係数であり、nはモノフィラメントの総数であり、国家標準で規定されている導体抵抗要件を照会するか、必要な電流量を測定し、20℃での銅導体の抵抗率ρcuは1.7241×10−8Ω・mを選択し、Rcuの値は0.0101Ω/kmを選択し、k1値は1.02を選択し、k2値は1.02を選択し、k3値は1.00を選択し、η値は0.9を選択し、μ値は1.09を選択し、n値は89を選択し、計算式(1)により、S=1775.9mm2、DA≒50.46mm(50.5mmに修正)、d=5.26mmを算出することができる。
3)各層の導体の撚り合わせ外径Dmを計算する。
D1=d、圧縮後の導体の外径をD1修と定める
D2=D1修+2d、圧縮後の導体の外径をD2修と定める
D3=D2修+2d、圧縮後の導体の外径をD3修と定める
D4=D3修+2d、圧縮後の導体の外径をD4修と定める
D5=D4修+2d、圧縮後の導体の外径をD5修と定める
D6=D5修+2d、圧縮後の導体の外径をD6修と定める
本実施形態では、D1=5.26mm、D2=15.78mm、D3=25.52mm、D4=35.02mm、D5=44.12mm、D6=52.28mmである。
D1修=5.26mm、D2修=15mm、D3修=24.5mm、D4修=33.6mm、D5修=42.3mm、D6修=50.5mmである。
D1=d、圧縮後の導体の外径をD1修と定める
D2=D1修+2d、圧縮後の導体の外径をD2修と定める
D3=D2修+2d、圧縮後の導体の外径をD3修と定める
D4=D3修+2d、圧縮後の導体の外径をD4修と定める
D5=D4修+2d、圧縮後の導体の外径をD5修と定める
D6=D5修+2d、圧縮後の導体の外径をD6修と定める
本実施形態では、D1=5.26mm、D2=15.78mm、D3=25.52mm、D4=35.02mm、D5=44.12mm、D6=52.28mmである。
D1修=5.26mm、D2修=15mm、D3修=24.5mm、D4修=33.6mm、D5修=42.3mm、D6修=50.5mmである。
4)各層の圧縮量ΔDmを計算する:計算式(2)により、各層の圧縮量ΔDmを算出し、
ΔDm=Dm−Dm修 (2)
ここで、mは1以上7以下の整数である。
本実施形態では、ΔD1=D1−D1修、ΔD2=D2−D2修、ΔD3=D3−D3修、ΔD4=D4−D4修、ΔD5=D5−D5修、ΔD6=D6−D6修である。
本実施形態では、ΔD1=0mm、ΔD2=0.78mm、ΔD3=1.02mm、ΔD4=1.42mm、ΔD5=1.82mm、ΔD6=2.32mmである。
ΔDm=Dm−Dm修 (2)
ここで、mは1以上7以下の整数である。
本実施形態では、ΔD1=D1−D1修、ΔD2=D2−D2修、ΔD3=D3−D3修、ΔD4=D4−D4修、ΔD5=D5−D5修、ΔD6=D6−D6修である。
本実施形態では、ΔD1=0mm、ΔD2=0.78mm、ΔD3=1.02mm、ΔD4=1.42mm、ΔD5=1.82mm、ΔD6=2.32mmである。
5)各層の圧縮量ΔDmを比較する:計算式(3)により各層の圧縮量ΔDmを比較し、
ΔDm≦ΔDm+1 (3)
ここで、mは1以上7以下の整数であり、これを満たす場合、ステップ6)を行い、満たさない場合、ステップ3)を行ってDm修を改めて設定する。
ステップ4)から、ΔD1≦ΔD2≦ΔD3≦ΔD4≦ΔD5≦ΔD6であることが分かり、計算式(3)に符合し、ステップ6)を行う。
ΔDm≦ΔDm+1 (3)
ここで、mは1以上7以下の整数であり、これを満たす場合、ステップ6)を行い、満たさない場合、ステップ3)を行ってDm修を改めて設定する。
ステップ4)から、ΔD1≦ΔD2≦ΔD3≦ΔD4≦ΔD5≦ΔD6であることが分かり、計算式(3)に符合し、ステップ6)を行う。
6)毎層の導体のモノフィラメントの数を計算する:n1=1、計算式(4)に従って、第2層から開始し、毎層のモノフィラメントの数nv計を計算する。
nv計=π(Dv修+d)/d (4)
ここで、vは2以上7以下の整数である。
本実施形態では、n1=1、n2計=π(D2修+d)/d、n3計=π(D3修+d)/d、n4計=π(D4修+d)/d、n5計=π(D5修+d)/d、n6計=π(D6修+d)/dである。
本実施形態では、n1=1、n2計=6.3、n3計=12.1、n4計=17.8、n5計=23.2、n6計=28.4である。
nv計=π(Dv修+d)/d (4)
ここで、vは2以上7以下の整数である。
本実施形態では、n1=1、n2計=π(D2修+d)/d、n3計=π(D3修+d)/d、n4計=π(D4修+d)/d、n5計=π(D5修+d)/d、n6計=π(D6修+d)/dである。
本実施形態では、n1=1、n2計=6.3、n3計=12.1、n4計=17.8、n5計=23.2、n6計=28.4である。
7)毎層の導体のモノフィラメントの数を決定する:n1=1、nvはステップ6)によって計算された毎層の導体のモノフィラメントの数に基づき、nv計は±2以内に丸め処理を行い、nvを得て、ここで、vは2以上7以下の整数であり、n=n1+n2+n3+n4+n5+n6及び毎層のモノフィラメントの数nvに基づき、対応する数はそれぞれ1、6、12、18、24、30、36以下でnvの最終値を決定しなければならない。
本実施形態では、n1=1、n2=6、n3=12、n4=18、n5=23、n6=29である。
本実施形態では、n1=1、n2=6、n3=12、n4=18、n5=23、n6=29である。
表3は、断面はS=1800mm2の導体の設計パラメータ表である。
実施例3
断面積S=1600mm2の導体の設計方法であり、具体的ステップは、以下を含む。
1)抵抗を決定する:設計された海底ケーブル導体の抵抗Rcuを決定し、本実施形態では、Rcu=0.0113Ω/kmである。
断面積S=1600mm2の導体の設計方法であり、具体的ステップは、以下を含む。
1)抵抗を決定する:設計された海底ケーブル導体の抵抗Rcuを決定し、本実施形態では、Rcu=0.0113Ω/kmである。
2)導体の外径DAとモノフィラメントの直径dを計算する。ステップ1)で確認された海底ケーブル導体の抵抗Rcuを計算式(1)に代入して、導体の外径DAとモノフィラメントの直径dを計算する。
・・・・・・(1)
ここで、Sは導体の断面積であり、k1は導体係数であり、k2は撚り合わせ係数であり、ρcuは銅導体の抵抗率であり、Rcuは抵抗であり、ηは導体の充填係数であり、μは圧縮係数であり、k3はケーブル形成の係数であり、nはモノフィラメントの総数であり、国家標準で規定されている導体抵抗要件を照会するか、必要な電流量を測定し、20℃での銅導体の抵抗率ρcuは1.7241×10−8Ω・mを選択し、Rcuの値は0.0113Ω/kmを選択し、k1値は1.02を選択し、k2値は1.02を選択し、k3値は1.00を選択し、η値は0.89を選択し、μ値は1.08を選択し、n値は60を選択し、式(1)に従って、S=1587.3mm2、DA≒47.84mm(48.0mmに修正)、d=6.03mmを算出することができる。
・・・・・・(1)
ここで、Sは導体の断面積であり、k1は導体係数であり、k2は撚り合わせ係数であり、ρcuは銅導体の抵抗率であり、Rcuは抵抗であり、ηは導体の充填係数であり、μは圧縮係数であり、k3はケーブル形成の係数であり、nはモノフィラメントの総数であり、国家標準で規定されている導体抵抗要件を照会するか、必要な電流量を測定し、20℃での銅導体の抵抗率ρcuは1.7241×10−8Ω・mを選択し、Rcuの値は0.0113Ω/kmを選択し、k1値は1.02を選択し、k2値は1.02を選択し、k3値は1.00を選択し、η値は0.89を選択し、μ値は1.08を選択し、n値は60を選択し、式(1)に従って、S=1587.3mm2、DA≒47.84mm(48.0mmに修正)、d=6.03mmを算出することができる。
3)各層の導体の撚り合わせ外径Dmを計算する。
D1=d、圧縮後の導体の外径をD1修と定める
D2=D1修+2d、圧縮後の導体の外径をD2修と定める
D3=D2修+2d、圧縮後の導体の外径をD3修と定める
D4=D3修+2d、圧縮後の導体の外径をD4修と定める
D5=D4修+2d、圧縮後の導体の外径をD5修と定める
mが1以上7以下の整数であり、Dmは導体の撚り合わせ外径であり、Dm修はDmの同じ層に対応する圧縮された導体の外径である。
本実施形態では、D1=6.03mm、D2=18.09mm、D3=29.26mm、D4=39.96mm、D5=50.26mmである。
D1修=6.03mm、D2修=17.2mm、D3修=27.9mm、D4修=38.2mm、D5修=48mmである。
D1=d、圧縮後の導体の外径をD1修と定める
D2=D1修+2d、圧縮後の導体の外径をD2修と定める
D3=D2修+2d、圧縮後の導体の外径をD3修と定める
D4=D3修+2d、圧縮後の導体の外径をD4修と定める
D5=D4修+2d、圧縮後の導体の外径をD5修と定める
mが1以上7以下の整数であり、Dmは導体の撚り合わせ外径であり、Dm修はDmの同じ層に対応する圧縮された導体の外径である。
本実施形態では、D1=6.03mm、D2=18.09mm、D3=29.26mm、D4=39.96mm、D5=50.26mmである。
D1修=6.03mm、D2修=17.2mm、D3修=27.9mm、D4修=38.2mm、D5修=48mmである。
4)各層の圧縮量ΔDmを計算する:計算式(2)により、各層の圧縮量ΔDmを算出し、
ΔDm=Dm−Dm修 (2)
ここで、mは1以上7以下の整数である。
本実施形態では、ΔD1=D1−D1修、ΔD2=D2−D2修、ΔD3=D3−D3修、ΔD4=D4−D4修、ΔD5=D5−D5修である。
本実施形態では、ΔD1=0mm、ΔD2=0.89mm、ΔD3=1.36mm、ΔD4=1.76mm、ΔD5=2.26mmである。
ΔDm=Dm−Dm修 (2)
ここで、mは1以上7以下の整数である。
本実施形態では、ΔD1=D1−D1修、ΔD2=D2−D2修、ΔD3=D3−D3修、ΔD4=D4−D4修、ΔD5=D5−D5修である。
本実施形態では、ΔD1=0mm、ΔD2=0.89mm、ΔD3=1.36mm、ΔD4=1.76mm、ΔD5=2.26mmである。
5)各層の圧縮量ΔDmを比較:計算式(3)により各層の圧縮量ΔDmを比較し、
ΔDm≦ΔDm+1 (3)
ここで、mは1以上7以下の整数であり、これを満たす場合、ステップ6)を行い、満たさない場合、ステップ3)を行ってDm修を改めて設定する。
ステップ4)から、ΔD1≦ΔD2≦ΔD3≦ΔD4≦ΔD5であることが分かり、計算式(3)に符合し、ステップ6)を行う。
ΔDm≦ΔDm+1 (3)
ここで、mは1以上7以下の整数であり、これを満たす場合、ステップ6)を行い、満たさない場合、ステップ3)を行ってDm修を改めて設定する。
ステップ4)から、ΔD1≦ΔD2≦ΔD3≦ΔD4≦ΔD5であることが分かり、計算式(3)に符合し、ステップ6)を行う。
6)毎層の導体のモノフィラメントの数を計算する:n1=1、計算式(4)に従って、第2層から開始し、毎層のモノフィラメントの数nv計を計算する。
nv計=π(Dv修+d)/d (4)
ここで、vは2以上7以下の整数である。
本実施形態では、n1=1、n2計=π(D2修+d)/d、n3計=π(D3修+d)/d、n4計=π(D4修+d)/d、n5計=π(D5修+d)/dである。
本実施形態では、n1=1、n2計=6.3、n3計=12.1、n4計=17.7、n5計=23である。
nv計=π(Dv修+d)/d (4)
ここで、vは2以上7以下の整数である。
本実施形態では、n1=1、n2計=π(D2修+d)/d、n3計=π(D3修+d)/d、n4計=π(D4修+d)/d、n5計=π(D5修+d)/dである。
本実施形態では、n1=1、n2計=6.3、n3計=12.1、n4計=17.7、n5計=23である。
7)毎層の導体のモノフィラメントの数を決定する:n1=1、nvはステップ6)によって計算された毎層の導体のモノフィラメントの数に基づき、nv計は±2以内に丸め処理を行い、nvを得て、ここで、vは2以上7以下の整数であり、n=n1+n2+n3+n4+n5+n6及び毎層のモノフィラメントの数nvに基づき、対応する数はそれぞれ1、6、12、18、24、30、36以下でnvの最終値を決定しなければならない。
本実施形態では、n1=1、n2=6、n3=12、n4=18、n5=23である。
本実施形態では、n1=1、n2=6、n3=12、n4=18、n5=23である。
表4は、断面はS=1600mm2の導体の設計パラメータ表である。
dおよびD修は、各企業の設備、プロセス及び技術の好みの要素に従って値が選択されるため、不確定性があり、各ケーブル会社の選択値が異なるため、各層のn1、n2、n3...nv値が変化し、最終的なn値が変化し、繰り返し、循環して解を求め、最適なモノフィラメントの直径d及び各層のモノフィラメントの数n1、n2、n3...nvを取得する。
この設計方法は、異なる断面の導体設計に応用することができ、例えば、断面がS=1600mm2の導体の設計、S=1800mm2の導体の設計およびS=2000mm2の導体の設計であり、異なる断面を有する導体の設計をより規範化し、円形モノフィラメント円形圧縮構造を用いた動態の設計方法によって各種断面の導体に設計を行うことができ、本業界の一般的な導体設計方法がないという欠点を補っている。
本発明の説明において、説明すべきこととして、用語「上」、「下」、「左」、「右」、「内」、「外」などが示す方位又は位置関係は、図面に基づく方位又は位置関係を示すものであるか、発明製品の使用時の通常配置される方位又は位置関係であり、参照される装置又は部材が特定の方位、特定の方位での構造及び操作を有する必要があることを示したり示唆したりするのではなく、本発明の説明、及び説明の簡略化のためのものであり、本発明の制限として理解することはできない。
上記は本発明の実施形態にすぎず、本発明の保護範囲を限定するものではなく、本発明の説明および図面によって実施される均等の構造または均等のプロセス変換、又は他の関連の技術分野における直接または間接的な運用は、何れも同様に本発明の保護範囲に含まれる。
Claims (10)
- 以下のステップを含むことを特徴とする、円形モノフィラメント円形圧縮構造を用いた海底ケーブル導体の設計方法。
1)設計する海底ケーブル導体の抵抗Rcuを決定する、抵抗を決定するステップと、
2)ステップ1)確認された海底ケーブル導体の抵抗Rcuを計算式(1)に代入し、導体外径DAとモノフィラメント径dを計算し、
・・・・・・(1)
ここで、Sは導体の断面積であり、k1は導体係数であり、k2は撚り合わせ係数であり、ρcuは銅導体の抵抗率であり、Rcuは抵抗であり、ηは導体充填係数であり、μは圧縮係数であり、k3はケーブル形成の係数であり、nはモノフィラメントの総数である、導体外径DAとモノフィラメント径dを計算するステップと、
3)D1=d、圧縮後の導体の外径をD1修と定める
D2=D1修+2d、圧縮後の導体の外径をD2修と定める
D3=D2修+2d、圧縮後の導体の外径をD3修と定める
・
・
・
Dm=Dm−1修+2d、圧縮後の導体の外径をDm修と定める
ここで、mは1以上7以下の整数であり、Dmは導体の撚り合わせ外径であり、Dm修はDmの同じ層に対応する圧縮導体の外径である、各層の導体の撚り合わせ外径Dmを計算するステップと、
4)計算式(2)により、各層の圧縮量ΔDmを算出し、
ΔDm=Dm−Dm修 (2)
ここで、mは1以上7以下の整数である、各層の圧縮量ΔDmを計算するステップと、
5)計算式(3)により各層の圧縮量ΔDmを比較し、
ΔDm≦ΔDm+1 (3)
ここで、mは1以上7以下の整数であり、これを満たす場合、ステップ6)を行い、満たさない場合、ステップ3)を行い、Dm修を改めて設定する、各層の圧縮量ΔDmを比較するステップと、
6)n1=1、計算式(4)に従って、第2層から開始して毎層の導体モノフィラメントの数nv計を計算し、
nv計=π(Dv修+d)/d (4)
ここで、vは2以上7以下の整数である、毎層の導体のモノフィラメントの数を計算するステップと、
7)n1=1、nvはステップ6)で計算された毎層の導体のモノフィラメントの数に基づいて、nv計に対し±2以内に丸め処理を行ったものであり、それによってnvを得て、ここで、vは2以上7以下の整数である、各層の導体のモノフィラメントの数を決定するステップ。 - 前記dおよび前記D修は、各企業の設備、プロセス及び技術の好みの要素に従って値が選択され、複数回、解を求めた後、最適なモノフィラメントの直径d及び各層のモノフィラメントの数n1、n2、n3...nvを取得することを特徴とする請求項1に記載の円形モノフィラメント円形圧縮構造を用いた海底ケーブル導体の設計方法。
- 隣接する前記ΔDm変化幅の値が大きすぎる時、Dm修をリセットして再設計することを特徴とする請求項1に記載の円形モノフィラメント円形圧縮構造を用いた海底ケーブル導体の設計方法。
- 前記海底ケーブル導体が円形導体であることを特徴とする請求項1に記載の円形モノフィラメント円形圧縮構造を用いた海底ケーブル導体の設計方法。
- 前記海底ケーブル導体が円形圧縮構造を用いた複数のモノフィラメントから構成されることを特徴とする請求項4に記載の円形モノフィラメント円形圧縮構造を用いた海底ケーブル導体の設計方法。
- 前記海底ケーブル導体は、中心の前記モノフィラメントと6層の前記モノフィラメントから構成されることを特徴とする請求項5に記載の円形モノフィラメント円形圧縮構造を用いた海底ケーブル導体の設計方法。
- 前記モノフィラメントは円形銅線を用いることを特徴とする請求項1に記載の円形モノフィラメント円形圧縮構造を用いた海底ケーブル導体の設計方法。
- ΔD1≦ΔD2≦ΔD3≦ΔD4≦ΔD5≦ΔD6≦ΔD7であることを特徴とする請求項5に記載の円形モノフィラメント円形圧縮構造を用いた海底ケーブル導体の設計方法。
- n=n1+n2+n3+n4+n5+n6+n7であることを特徴とする請求項5に記載の円形モノフィラメント円形圧縮構造を用いた海底ケーブル導体の設計方法。
- 毎層の導体のモノフィラメントの数nvの対応する数がそれぞれ1、6、12、18、24、30、36以下であることを特徴とする請求項5に記載の円形モノフィラメント円形圧縮構造を用いた海底ケーブル導体の設計方法。
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