JP4346306B2 - 一重外装体構造の海中ケーブル - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、洋上に係留された浮遊式構造物から海中に懸垂する等して使用される海中ケーブルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
海中ケーブルは、例えば、洋上に係留された浮遊式石油生産プラットホーム等の浮遊式構造物間に電力や情報を伝送するために、浮遊式構造物から海中に懸垂する等して多く使用される。また、海中潜水作業ロボットと洋上基地を結ぶ海中電線（アンビリカルケーブル）としても広く用いられている。海中ケーブルには自重や波浪、潮流等による張力が常時作用し、撚り合わせ構造の電力ケーブル線心や通信ケーブル線心（以下ケーブル線心と称する）の外周に、外装線を撚り合わせた外装体を設けたケーブルには張力により派生するトルクが発生して海中ケーブル全体を捻ろうとする。一般に、ケーブル線心は捻りによる損傷が発生し易く、これによって伝送機能を失うことが多い。このため、従来の海中ケーブルでは、通常、図３に示すように、ケーブル線心１の外周に設けた外装体２がケーブル線心１よりも十分に捻り剛性の大きい外装線３を互いに逆方向に二重に撚り合わせて構成され、相互にトルクを打ち消し合うトルクバランス機構のものになっている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−２８１６２９号公報（段落０００２及び図２）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような海中ケーブルによると、外装体２が二重撚り合わせ構造になるため、ケーブル外径が大きくなり、波浪、潮流による外力が増大する。また、ケーブル自重も増大するので、これらの力に耐えるように、外装体２を構成する外装線３の断面積を更に大きくする必要が生じる。これによって、ケーブル重量が更に増大するといった悪循環に陥ることが多い。そこで、海中ケーブルは出来るだけ簡素、軽量、細径化された構造とする必要があり、外装体２は出来得れば一重撚り合わせ構造にすることが好ましい。
【０００５】
本発明は上記に鑑み生まれたもので、簡素、軽量、細径化された構造で、ケーブルに張力が作用してもケーブルが捻れるのを少なくすることができる海中ケーブルを提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に記載された一重外装体構造の海中ケーブルは、ケーブル線心と捻り補強線の複数本を隣接させて一方向に撚り合わせた線状集合体の外周に、そのケーブル線心及び捻り補強線の撚り合わせ方向と逆方向に外装線を撚り合わせた外装体を設け、線状集合体と外装体に作用する捻りトルクを打ち消してトルクバランスさせるようにしたことを特徴とするものである。
【０００７】
このような構成によると、従来のような外装体を二重撚り合わせ構造にしてトルクバランスさせる必要がなくなるので、外装体を一重撚り合わせ構造にすることが可能になり、よって、簡素、軽量、細径化された構造で、ケーブルに張力が作用してもケーブルが捻れるのを少なくすることができる。
なお、本願発明において「捻り補強線」とは、ケーブル線心の捻り剛性を補強するための線である。
【０００８】
前記線状集合体及び外装体の捻り剛性ＧＪはおおよそ下記の式（１）により算出される。即ち、捻り補強線、外装線のヤング率Ｅ、本数ｎ、１本当りの断面積Ｓ、撚り合わせ層心径Ｒ、軸線方向に対する撚り合わせ角度（螺旋巻き角度）θとすると、
【０００９】
ＧＪ＝２ｎＳＲ２Ｅｓｉｎθ・・・・・・・・・・（１）
【００１０】
となる。そこで、式（１）により、線状集合体と外装体の各捻り剛性ＧＪがほぼ同等値になるように、線状集合体の捻り補強線及び外装体の外装線の寸法及び材質を選択して、ヤング率Ｅ、本数ｎ、１本当りの断面積Ｓ、撚り合わせ層心径Ｒ、軸線方向に対する撚り合わせ角度θを決定し、線状集合体のケーブル線心及び捻り補強線、外装体の外装線の撚り合わせ方向を互いに逆方向にして撚り合わせることにより、線状集合体と外装体をトルクバランスさせることが可能となる。なお、線状集合体はケーブル線心の捻り剛性があるので、それを考慮して、捻り補強線の捻り剛性ＧＪを外装体の捻り剛性ＧＪよりも低い数値に設定することができる。
【００１１】
本発明の請求項２に記載された一重外装体構造の海中ケーブルは、請求項１記載の一重外装体構造の海中ケーブルにおいて、前記線状集合体におけるケーブル線心及び捻り補強線の撚り合わせ角度が外装体における外装線の撚り合わせ角度よりも大きく設定されていることを特徴とするものである。
【００１２】
このような構成によると、式（１）の線状集合体側のｓｉｎθが外装体のｓｉｎθよりも大きくなり、その分、線状集合体の捻り補強線のヤング率Ｅ、断面積Ｓ等を小さくすることが可能になる。よって、線状集合体における捻り補強線の強度及び寸法を小さくすることが可能になり、ケーブルをより簡素、軽量、細径化された構造にすることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示す実施の形態に基づいて説明する。図１は本発明を６．６ｋＶ海中ケーブルに適用した例を示す断面図である。
【００１４】
この海中ケーブルは３本のケーブル線心１０と３本の捻り補強線１２とを一方向に撚り合わせた線状集合体１４の外周に、そのケーブル線心１０及び捻り補強線１２の撚り合わせ方向と逆方向に外装線１８を撚り合わせた外装体１６を設け、線状集合体１４と外装体１６に作用する捻りトルクを打ち消してトルクバランスさせるようにしたものである。
【００１５】
更に詳細に説明すると、ケーブル線心１０は導体断面積１００ｍｍ２の撚線導体１０ａの上に架橋ポリエチレン絶縁体１０ｂ等を押出被覆して構成される。また、捻り補強線１２は外径１１ｍｍのアルミニウム製補強線材で構成される。更に、外装体１６は３４本の外径６ｍｍのＦＲＰ線からなる外装線１８をケーブル線心１０等の撚り合わせ方向と逆方向に撚り合わせて構成されるものである。
【００１６】
この際、前記線状集合体１４におけるケーブル線心１０及び捻り補強線１２の撚り合わせ角度θを１７度、外装体１６における外装線１８の撚り合わせ角度θを９度として、線状集合体１４側の撚り合わせ角度θを外装体１６側の撚り合わせ角度θよりも大きく設定することが望ましい。そして、線状集合体１４と外装体１６の各捻り剛性ＧＪがほぼ同等値になるように、下記表１に示すように、線状集合体１４の捻り補強線１２及び外装体１６の外装線１８の材質、ヤング率Ｅ、断面積Ｓ等を選択し、線状集合体１４と外装体１６に作用する捻りトルクを打ち消してトルクバランスさせる。
【００１７】
なお、図１において、２０は線状集合体１４と外装体１６との間に介在された遮水層、２２は外装体１６の外周に設けられたＰＥ防食層である。
【００１８】
【表１】
【００１９】
本発明のような構成によると、ケーブル線心１０と捻り補強線１２を一方向に撚り合わせた線状集合体１４の外周に、そのケーブル線心１０及び捻り補強線１２の撚り合わせ方向と逆方向に外装線１８を撚り合わせた外装体１６を設けるようにして、線状集合体１４と外装体１６に作用する捻りトルクを打ち消してトルクバランスさせるようにしたので、外装体１６を一重撚り合わせ構造にすることが可能になり、ケーブル構造が簡素、軽量、細径化され、ケーブルに張力が作用してもケーブルが捻れるのを少なくすることができる。
【００２０】
また、前記構成のように、線状集合体１４におけるケーブル線心１０及び捻り補強線１２の撚り合わせ角度θが外装体１６における外装線１８の撚り合わせ角度θよりも大きく設定されていると、前記式（１）の線状集合体側のｓｉｎθが外装体のｓｉｎθよりも大きくなり、その分、線状集合体１４の捻り補強線１２のヤング率Ｅ、断面積Ｓ等を小さくすることが可能になるから、線状集合体１４における捻り補強線１２の強度及び寸法を小さくすることが可能になり、ケーブルをより簡素、軽量、細径化された構造にすることができる。
【００２１】
図２に示す海中ケーブルは、本発明の他の実施形態を示すもので、この海中ケーブルが前記図１に示す海中ケーブルと異なるところは、中心に軽量な介在紙紐２４を配置し、その外周に３本のケーブル線心１０と３本の捻り補強線１２とを一方向に撚り合わせて線状集合体２６を構成するようにしたもので、その他の構成は前記海中ケーブルと同じである。
【００２２】
このような線状集合体２６を用いると、捻り補強線１２の１本当りの断面積Ｓと、捻り補強線１２の撚り合わせ層心径Ｒを大きくすることが可能になるので、前記式（１）に基づき、線状集合体２６の捻り剛性ＧＪが大きくなり、外装体１６とのトルクバランスが取り易くなる効果が得られる。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項１に記載された一重外装体構造の海中ケーブルは、ケーブル線心と捻り補強線の複数本を隣接させて一方向に撚り合わせた線状集合体の外周に、そのケーブル線心及び捻り補強線の撚り合わせ方向と逆方向に外装線を撚り合わせた外装体を設け、線状集合体と外装体に作用する捻りトルクを打ち消してトルクバランスさせるようにしたので、外装体を一重撚り合わせ構造にすることが可能になり、簡素、軽量、細径化された構造で、ケーブルに張力が作用してもケーブルが捻れるのを少なくすることができる。
【００２４】
本発明の請求項２に記載された一重外装体構造の海中ケーブルは、前記線状集合体におけるケーブル線心及び捻り補強線の撚り合わせ角度が外装体における外装線の撚り合わせ角度よりも大きく設定されているので、線状集合体における捻り補強線の強度及び寸法を小さくすることが可能になり、ケーブルをより簡素、軽量、細径化された構造にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を６．６ｋＶ海中ケーブルに適用した例を示す断面図である。
【図２】本発明の海中ケーブルの他の実施形態を示す断面図である。
【図３】従来の海中ケーブルを示す斜視図である。
【符号の説明】
１０ ケーブル線心
１０ａ 撚線導体
１０ｂ 架橋ポリエチレン絶縁体
１２ 捻り補強線
１４ 線状集合体
１６ 外装体
１８ 外装線
２０ 遮水層
２２ ＰＥ防食層
２４ 介在紙紐
２６ 線状集合体
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、洋上に係留された浮遊式構造物から海中に懸垂する等して使用される海中ケーブルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
海中ケーブルは、例えば、洋上に係留された浮遊式石油生産プラットホーム等の浮遊式構造物間に電力や情報を伝送するために、浮遊式構造物から海中に懸垂する等して多く使用される。また、海中潜水作業ロボットと洋上基地を結ぶ海中電線（アンビリカルケーブル）としても広く用いられている。海中ケーブルには自重や波浪、潮流等による張力が常時作用し、撚り合わせ構造の電力ケーブル線心や通信ケーブル線心（以下ケーブル線心と称する）の外周に、外装線を撚り合わせた外装体を設けたケーブルには張力により派生するトルクが発生して海中ケーブル全体を捻ろうとする。一般に、ケーブル線心は捻りによる損傷が発生し易く、これによって伝送機能を失うことが多い。このため、従来の海中ケーブルでは、通常、図３に示すように、ケーブル線心１の外周に設けた外装体２がケーブル線心１よりも十分に捻り剛性の大きい外装線３を互いに逆方向に二重に撚り合わせて構成され、相互にトルクを打ち消し合うトルクバランス機構のものになっている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−２８１６２９号公報（段落０００２及び図２）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような海中ケーブルによると、外装体２が二重撚り合わせ構造になるため、ケーブル外径が大きくなり、波浪、潮流による外力が増大する。また、ケーブル自重も増大するので、これらの力に耐えるように、外装体２を構成する外装線３の断面積を更に大きくする必要が生じる。これによって、ケーブル重量が更に増大するといった悪循環に陥ることが多い。そこで、海中ケーブルは出来るだけ簡素、軽量、細径化された構造とする必要があり、外装体２は出来得れば一重撚り合わせ構造にすることが好ましい。
【０００５】
本発明は上記に鑑み生まれたもので、簡素、軽量、細径化された構造で、ケーブルに張力が作用してもケーブルが捻れるのを少なくすることができる海中ケーブルを提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に記載された一重外装体構造の海中ケーブルは、ケーブル線心と捻り補強線の複数本を隣接させて一方向に撚り合わせた線状集合体の外周に、そのケーブル線心及び捻り補強線の撚り合わせ方向と逆方向に外装線を撚り合わせた外装体を設け、線状集合体と外装体に作用する捻りトルクを打ち消してトルクバランスさせるようにしたことを特徴とするものである。
【０００７】
このような構成によると、従来のような外装体を二重撚り合わせ構造にしてトルクバランスさせる必要がなくなるので、外装体を一重撚り合わせ構造にすることが可能になり、よって、簡素、軽量、細径化された構造で、ケーブルに張力が作用してもケーブルが捻れるのを少なくすることができる。
なお、本願発明において「捻り補強線」とは、ケーブル線心の捻り剛性を補強するための線である。
【０００８】
前記線状集合体及び外装体の捻り剛性ＧＪはおおよそ下記の式（１）により算出される。即ち、捻り補強線、外装線のヤング率Ｅ、本数ｎ、１本当りの断面積Ｓ、撚り合わせ層心径Ｒ、軸線方向に対する撚り合わせ角度（螺旋巻き角度）θとすると、
【０００９】
ＧＪ＝２ｎＳＲ２Ｅｓｉｎθ・・・・・・・・・・（１）
【００１０】
となる。そこで、式（１）により、線状集合体と外装体の各捻り剛性ＧＪがほぼ同等値になるように、線状集合体の捻り補強線及び外装体の外装線の寸法及び材質を選択して、ヤング率Ｅ、本数ｎ、１本当りの断面積Ｓ、撚り合わせ層心径Ｒ、軸線方向に対する撚り合わせ角度θを決定し、線状集合体のケーブル線心及び捻り補強線、外装体の外装線の撚り合わせ方向を互いに逆方向にして撚り合わせることにより、線状集合体と外装体をトルクバランスさせることが可能となる。なお、線状集合体はケーブル線心の捻り剛性があるので、それを考慮して、捻り補強線の捻り剛性ＧＪを外装体の捻り剛性ＧＪよりも低い数値に設定することができる。
【００１１】
本発明の請求項２に記載された一重外装体構造の海中ケーブルは、請求項１記載の一重外装体構造の海中ケーブルにおいて、前記線状集合体におけるケーブル線心及び捻り補強線の撚り合わせ角度が外装体における外装線の撚り合わせ角度よりも大きく設定されていることを特徴とするものである。
【００１２】
このような構成によると、式（１）の線状集合体側のｓｉｎθが外装体のｓｉｎθよりも大きくなり、その分、線状集合体の捻り補強線のヤング率Ｅ、断面積Ｓ等を小さくすることが可能になる。よって、線状集合体における捻り補強線の強度及び寸法を小さくすることが可能になり、ケーブルをより簡素、軽量、細径化された構造にすることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示す実施の形態に基づいて説明する。図１は本発明を６．６ｋＶ海中ケーブルに適用した例を示す断面図である。
【００１４】
この海中ケーブルは３本のケーブル線心１０と３本の捻り補強線１２とを一方向に撚り合わせた線状集合体１４の外周に、そのケーブル線心１０及び捻り補強線１２の撚り合わせ方向と逆方向に外装線１８を撚り合わせた外装体１６を設け、線状集合体１４と外装体１６に作用する捻りトルクを打ち消してトルクバランスさせるようにしたものである。
【００１５】
更に詳細に説明すると、ケーブル線心１０は導体断面積１００ｍｍ２の撚線導体１０ａの上に架橋ポリエチレン絶縁体１０ｂ等を押出被覆して構成される。また、捻り補強線１２は外径１１ｍｍのアルミニウム製補強線材で構成される。更に、外装体１６は３４本の外径６ｍｍのＦＲＰ線からなる外装線１８をケーブル線心１０等の撚り合わせ方向と逆方向に撚り合わせて構成されるものである。
【００１６】
この際、前記線状集合体１４におけるケーブル線心１０及び捻り補強線１２の撚り合わせ角度θを１７度、外装体１６における外装線１８の撚り合わせ角度θを９度として、線状集合体１４側の撚り合わせ角度θを外装体１６側の撚り合わせ角度θよりも大きく設定することが望ましい。そして、線状集合体１４と外装体１６の各捻り剛性ＧＪがほぼ同等値になるように、下記表１に示すように、線状集合体１４の捻り補強線１２及び外装体１６の外装線１８の材質、ヤング率Ｅ、断面積Ｓ等を選択し、線状集合体１４と外装体１６に作用する捻りトルクを打ち消してトルクバランスさせる。
【００１７】
なお、図１において、２０は線状集合体１４と外装体１６との間に介在された遮水層、２２は外装体１６の外周に設けられたＰＥ防食層である。
【００１８】
【表１】
本発明のような構成によると、ケーブル線心１０と捻り補強線１２を一方向に撚り合わせた線状集合体１４の外周に、そのケーブル線心１０及び捻り補強線１２の撚り合わせ方向と逆方向に外装線１８を撚り合わせた外装体１６を設けるようにして、線状集合体１４と外装体１６に作用する捻りトルクを打ち消してトルクバランスさせるようにしたので、外装体１６を一重撚り合わせ構造にすることが可能になり、ケーブル構造が簡素、軽量、細径化され、ケーブルに張力が作用してもケーブルが捻れるのを少なくすることができる。
【００２０】
また、前記構成のように、線状集合体１４におけるケーブル線心１０及び捻り補強線１２の撚り合わせ角度θが外装体１６における外装線１８の撚り合わせ角度θよりも大きく設定されていると、前記式（１）の線状集合体側のｓｉｎθが外装体のｓｉｎθよりも大きくなり、その分、線状集合体１４の捻り補強線１２のヤング率Ｅ、断面積Ｓ等を小さくすることが可能になるから、線状集合体１４における捻り補強線１２の強度及び寸法を小さくすることが可能になり、ケーブルをより簡素、軽量、細径化された構造にすることができる。
【００２１】
図２に示す海中ケーブルは、本発明の他の実施形態を示すもので、この海中ケーブルが前記図１に示す海中ケーブルと異なるところは、中心に軽量な介在紙紐２４を配置し、その外周に３本のケーブル線心１０と３本の捻り補強線１２とを一方向に撚り合わせて線状集合体２６を構成するようにしたもので、その他の構成は前記海中ケーブルと同じである。
【００２２】
このような線状集合体２６を用いると、捻り補強線１２の１本当りの断面積Ｓと、捻り補強線１２の撚り合わせ層心径Ｒを大きくすることが可能になるので、前記式（１）に基づき、線状集合体２６の捻り剛性ＧＪが大きくなり、外装体１６とのトルクバランスが取り易くなる効果が得られる。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項１に記載された一重外装体構造の海中ケーブルは、ケーブル線心と捻り補強線の複数本を隣接させて一方向に撚り合わせた線状集合体の外周に、そのケーブル線心及び捻り補強線の撚り合わせ方向と逆方向に外装線を撚り合わせた外装体を設け、線状集合体と外装体に作用する捻りトルクを打ち消してトルクバランスさせるようにしたので、外装体を一重撚り合わせ構造にすることが可能になり、簡素、軽量、細径化された構造で、ケーブルに張力が作用してもケーブルが捻れるのを少なくすることができる。
【００２４】
本発明の請求項２に記載された一重外装体構造の海中ケーブルは、前記線状集合体におけるケーブル線心及び捻り補強線の撚り合わせ角度が外装体における外装線の撚り合わせ角度よりも大きく設定されているので、線状集合体における捻り補強線の強度及び寸法を小さくすることが可能になり、ケーブルをより簡素、軽量、細径化された構造にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を６．６ｋＶ海中ケーブルに適用した例を示す断面図である。
【図２】本発明の海中ケーブルの他の実施形態を示す断面図である。
【図３】従来の海中ケーブルを示す斜視図である。
【符号の説明】
１０ ケーブル線心
１０ａ 撚線導体
１０ｂ 架橋ポリエチレン絶縁体
１２ 捻り補強線
１４ 線状集合体
１６ 外装体
１８ 外装線
２０ 遮水層
２２ ＰＥ防食層
２４ 介在紙紐
２６ 線状集合体
Claims (2)
- ケーブル線心と捻り補強線の複数本を隣接させて一方向に撚り合わせた線状集合体の外周に、そのケーブル線心及び捻り補強線の撚り合わせ方向と逆方向に外装線を撚り合わせた外装体を設け、線状集合体と外装体に作用する捻りトルクを打ち消してトルクバランスさせるようにしたことを特徴とする一重外装体構造の海中ケーブル。
- 前記線状集合体におけるケーブル線心及び捻り補強線の撚り合わせ角度が外装体における外装線の撚り合わせ角度よりも大きく設定されていることを特徴とする請求項１記載の一重外装体構造の海中ケーブル。
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