(57)【要約】【課題】ケーブル内への水分の浸入を検知することが可能な高圧電力用ケーブルを提供する。【解決手段】本実施例に係る高電圧用ケーブル２１は、風力発電装置の発電機で発生した電力を取り出し、送電する高圧電力用ケーブルとして用いられ、導体２２の上に、内部半導電層２３、絶縁層２４、外部半導電層２５、遮蔽層２６、外部シース２７を積層してなるものであり、遮蔽層２６を被覆するように外部シース２７内に侵入した水分を検知する被覆型センサ３０が設けられている。この被覆型センサ３０は、遮蔽層２６を被覆するように設ける第一の導電部３１と、第一の導電部３１の表面側に高圧電力用ケーブル２１の周方向に所定間隔をおいて設けられ、高圧電力用ケーブル２１の長手方向に伸びる複数の絶縁部３２と、絶縁部３２に沿って設けられる第二の導電部３３とを有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機で発生した電力を取り出し、送電する高圧電力用ケーブルであって、
前記高圧電力用ケーブルが、導体の上に、内部半導電層、絶縁層、外部半導電層、遮蔽層、外部シースを積層してなり、
前記外部半導電層、又は前記遮蔽層を被覆するように設けられ、前記外部シース内に侵入した水分を検知する被覆型センサを有することを特徴とする高圧電力用ケーブル。
【請求項２】
請求項１において、
前記被覆型センサが、
前記外部半導電層、又は前記遮蔽層を被覆するように設けられる第一の導電部と、
該第一の導電部の表面側に前記高圧電力用ケーブルの周方向に所定間隔をおいて設けられ、前記高圧電力用ケーブルの長手方向に伸びる複数の絶縁部と、
該絶縁部に沿って設けられる第二の導電部とを有することを特徴とする高圧電力用ケーブル。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記高圧電力用ケーブルが、風力発電機から電力を取り出すのに用いられることを特徴とする高圧電力用ケーブル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ケーブル内への水分浸入を検知する高圧電力用ケーブルに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題等の観点から自然エネルギーの利用が重要視されており、風車のような風力発電装置を陸上、洋上に設置し、風力発電設備の利用の拡大が検討されている。このような風力発電装置は、風車翼が取り付けられたローターヘッドと、増速機及び発電機が内蔵されているナセルと、ローターヘッド及びナセルを地上又は洋上から所定の高さに設置するタワーとから構成されている。また、風車翼が効率良く風を受けてローターヘッドが回転し、発電できるように、ナセルはヨーシステムにより常に風向に正対するようになっている。一方、発電機で得られた電力を送電するために、発電機からタワー内を経由して地上の電気設備までケーブルが接続されている。
【０００３】
この風力発電装置で用いられるケーブルには、高い電圧が加わっており、特にナセル内に設けられる発電機、トランスなどでは、各々、例えば６００Ｖ、２２０００Ｖなど高電圧が発生している。そのため、風力発電設備などで発生する電力の送電用に用いられるケーブルとして高圧電力用ケーブルが用いられている。従来の高圧電力用ケーブルの構成の一例を図６に示す。図６に示すように、高圧電力用ケーブル１００は、導体１０１を中心に外側に向かって順に内部半導電層１０２、絶縁層１０３、外部半導電層１０４、遮蔽層１０５、外部シース１０６が同心円状に構成されている。
【０００４】
このような高電圧の環境下であって洋上のような水分の多い環境下においては、洋上の海水によるケーブルの経年劣化は避けられず、ケーブル内部に水分１１０が浸入することでいわゆる水トリー現象が発生する。そのため、こうした高圧電力用ケーブル１００の内部に水分１１０が浸入しているか否かを検知し、風力発電装置の運転の安全性をより高める必要がある。
【０００５】
水分検知方法として、例えば反射赤外吸収分光法、ラマン散乱分光法などを用い、対象物の表面を非接触、かつオンラインで連続して分析する方法がある。また、その他の水分検知方法としては、原子力プラントの炉内環境に貴金属（金属）を注入し、その注入された貴金属、金属が構造物にどの程度付着するかを定量的にモニタリングするセンサを用いて水質管理を行う方法も提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
更に、その他の水分検知方法としては、例えば架空送電線の外周に円筒状のアルミニウム材等からなる腐食検知装置を嵌合して装着し、架空送電線の腐食による外径減少に応じて変化する腐食検知装置の装着位置を測定することで架空送電線の腐食を検知し、架空送電線の腐食点検作業を安全、かつ容易に行なう方法も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−１３９８８９号公報
【特許文献２】特開２００４−１４０８８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来から用いられている反射赤外吸収分光法、ラマン散乱分光法などの水分検知方法では、風車のナセル内などの狭い空間内には水分検出用の装置を設けることはできないため、風車などの風力発電設備に用いられる高電圧用ケーブルには適用することはできなかった、という問題がある。
【０００９】
また、架空送電線の腐食による外径減少に応じて変化する腐食検知装置の装着位置を測定する方法では、腐食検知装置の架空送電線上での移動量を目視により行なうため、架空送電線の腐食判定の精度が十分でない、という問題がある。
【００１０】
このような高電圧の環境下であって、かつ水分の多い環境下においても、発電機で発生した電力の送電の安全性をより高めるため、ケーブル内への水分の浸入を検知することができる高電圧用ケーブルが求められている。
【００１１】
本発明は、前記問題に鑑み、ケーブル内への水分の浸入を検知することが可能な高圧電力用ケーブルを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、発電機で発生した電力を取り出し、送電する高圧電力用ケーブルであって、前記高圧電力用ケーブルが、導体の上に、内部半導電層、絶縁層、外部半導電層、遮蔽層、外部シースを積層してなり、前記外部半導電層、又は前記遮蔽層を被覆するように設けられ、前記外部シース内に侵入した水分を検知する被覆型センサを有することを特徴とする高圧電力用ケーブルにある。
【００１３】
第２の発明は、第１の発明において、前記被覆型センサが、前記外部半導電層、又は前記遮蔽層を被覆するように設けられる第一の導電部と、該第一の導電部の表面側に前記高圧電力用ケーブルの周方向に所定間隔をおいて設けられ、前記高圧電力用ケーブルの長手方向に伸びる複数の絶縁部と、該絶縁部に沿って設けられる第二の導電部とを有することを特徴とする高圧電力用ケーブルにある。
【００１４】
第３の発明は、第１又は２の発明において、前記高圧電力用ケーブルが、風力発電機から電力を取り出すのに用いられることを特徴とする高圧電力用ケーブルにある。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、前記外部半導電層、又は前記遮蔽層を被覆するように被覆型センサを設けているため、高圧電力用ケーブルの内部に浸入した水分を検知することができる。これにより、風力発電装置の運転を制御し、高圧電力用ケーブルの取替えを行うことで、風力発電装置を安全に稼動させることができる。
【００１６】
また、本発明によれば、高圧電力用ケーブルの内部に浸入した水分が外部半導電層、又は遮蔽層の表面を被覆するように設けた第一の導電部と、該第一の導電部の表面側に設けた絶縁部を介して設けられる第二の導電部との間に水膜を形成し、この水膜が形成された際に発生する第一の導電部と第二の導電部とのガルバニック対の腐食電流を検知することで、高圧電力用ケーブル内に水分が浸入したのを検知することできる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、実施例に係る高電圧用ケーブルを備えた風力発電設備の構成を簡略に示す概略図である。
【図２】図２は、実施例に係る高電圧用ケーブルの構成を簡略に示す概略断面図である。
【図３】図３は、高電圧用ケーブルの構成を簡略に示す斜視図である。
【図４】図４は、図３の部分拡大図である。
【図５】図５は、被覆型センサに水膜が形成された状態を示す図である。
【図６】図６は、従来の高電圧用ケーブルの構成を簡略に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【実施例】
【００１９】
本発明による実施例に係る高電圧用ケーブルを備えた風力発電装置について、図面を参照して説明する。
図１は、実施例に係る高電圧用ケーブルを備えた風力発電装置の構成を簡略に示す概略図である。
図１に示すように、風力発電装置１０は、タワー（支柱）１１上に設置されたナセル１２に、風車翼１３を取り付けたロータヘッド１４と、このロータヘッド１４と一体に回転するよう連結された主軸１５と、風車翼１３に風力を受けて回転する主軸１５を連結した増速機１６と、増速機１６の軸出力によって駆動される発電機１７とを設けたものである。また、支柱１１は地面や洋上などに設けた基台１９上に設置される。尚、ナセル１２内には増速機１６や発電機１７の他に、図示はしないが、油圧装置やその他の電気機器やこれらの制御装置も設置されている。タワー１１は筒状であってタワー１１の内部の下部には電気設備２０が設置されている。また、発電機１７と電気設備２０との間は、本実施例に係る高電圧用ケーブル２１によって連結されている。
【００２０】
風力を回転力に変換する風車翼１３を備えたロータヘッド１４及び主軸１５が回転して軸出力を発生し、主軸１５に連結された増速機１６を介して回転数を増速した軸出力が発電機１７に伝達される。風力を回転力に変換して得られる軸出力を発電機１７の駆動源とし、発電機１７の動力として風力を利用して発電を行うことができる。
【００２１】
本実施例に係る高電圧用ケーブル２１は、発電機１７で発生した電力を取り出し、送電する高圧電力用ケーブルとして用いられ、発電機１７で得られた電力をこの電気設備２０に送電している。ナセル１２内の発電機１７に接続された本実施例に係る高電圧用ケーブル２１は、ナセル１２の下部のタワー１１に面する部分からタワー１１内に垂下され、所定の弛みを持たせた状態で持ち上げてタワー１１の内壁面に沿うように配設され、基台１９に設置された電気設備２０に接続されている。なお電気設備２０はタワー１１の外部に設置してもよい。
【００２２】
また、ナセル１２内には発電機１７の他に、トランスを備えた発電ユニットを備えるようにしてもよく、発電機１７で発生する電力を、トランスで例えば２２ｋＶ程度にまで昇圧し、本実施例に係る高電圧用ケーブル２１により取り出すようにしてもよい。
【００２３】
また、図２は、実施例に係る高電圧用ケーブルの構成を簡略に示す概略断面図であり、図３は、高電圧用ケーブルの構成を簡略に示す斜視図であり、図４は、図３の部分拡大図である。尚、図３、４中では、外部シースは省略し、遮蔽層、外部半導電層、被覆型センサの構成のみを示す。
本実施例に係る高電圧用ケーブル２１は、図２に示すように、導体２２の上に、内部半導電層２３、絶縁層２４、外部半導電層２５、遮蔽層２６、外部シース２７を積層してなるものである。遮蔽層２６の外側表面には、遮蔽層２６を被覆するように外部シース２７内に侵入した水分を検知する被覆型センサ３０が設けられている。この被覆型センサ３０は、遮蔽層２６を被覆するように設けられる第一の導電部３１と、第一の導電部３１の表面側に高圧電力用ケーブル２１の周方向に所定間隔をおいて設けられ、図３、４に示すように、高圧電力用ケーブル２１の長手方向に伸びる複数の絶縁部３２と、絶縁部３２に沿って第一の導電部３１とは反対側の絶縁部３２の表面に設けられる第二の導電部３３とを有するものである。
【００２４】
導体２２は、電気を通しやすい材料、すなわち電気伝導率（導電率）の高い材料が用いられ、金属、セラミックなどを用いることができる。導体２２に用いられる材料としては、例えば銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）などを用いるのが好ましい。導体２２は、例えば多数の銅線を円形圧縮した複合撚線としている。
【００２５】
内部半導電層２３は、導体２２と絶縁層２４との間に設けられ、高電圧に適用するために部分放電を抑え、導体２２の表面の電界強度を低減するようにしている。絶縁層２４には、例えば架橋ポリエチレンが用いられる。外部半導電層２５は、絶縁層２４と遮蔽層２６との間に設けられ、部分放電を抑えるようにしている。遮蔽層２６は、感電、誘導障害を防止するものであり、例えば銅テープ、銅ワイヤー、アルミニウム、鉛などが用いられる。外部シース２７は、絶縁層２４を外傷、水分から保護する防食用のシースであり、例えば架橋ポリ塩化ビニル(polyvinyl  chloride：ＰＶＣ)、絶縁層２４と同様に、架橋ポリエチレン、ナイロン（Ｎｙｌｏｎ）などが用いられる。尚、本実施例でいうナイロンとは、単量体がアミド結合（−ＣＯ−ＮＨ−）により次々に縮合した高分子であるポリアミド系繊維の総称として用いている。例えば、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン４６、ナイロンＭＸＤ６等が例示される。
【００２６】
また、第一の導電部３１と第二の導電部３３との一部は電流計（不図示）に接続され、第一の導電部３１と第二の導電部３３との間にガルバニック対の腐食電流が流れると、電流計（不図示）により検知される。
【００２７】
図５は、被覆型センサに水膜が形成された状態を示す図である。尚、図５中では、外部シースは省略し、遮蔽層、被覆型センサの構成のみを示す。被覆型センサ３０の内部に腐食性因子として水分が外部シース２７内に浸入すると、図５に示すように、遮蔽層２６の表面に設けた第一の導電部３１と第二の導電部３３との間に水膜３５が形成される。水膜３５が形成されることで第一の導電部３１と第二の導電部３３との間に第一の導電部３１と第二の導電部３３とのガルバニック対の腐食電流が流れる。この発生したガルバニック対の腐食電流を電流計（不図示）で検知することにより、外部シース２７内に水分が浸入したことを検知することができる。これにより、風力発電装置を制御し、高圧電力用ケーブル２１の取替えを容易に行うことができ、風力発電装置１０を安全に稼動させることができる。
【００２８】
また、第一の導電部３１を形成する材料としては、例えばアルミニウム（Ａｌ）、鉄（Ｆｅ）、亜鉛（Ｚｎ）などを用いるのが好ましく、特にＡｌを用いるのが好ましい。また、第二の導電部３３を形成する材料としては、例えば白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）などを用いるのが好ましく、特にＰｔを用いるのが好ましい。
【００２９】
また、絶縁部３２を形成する材料としては、第一の導電部３１と第二の導電部３３との間の絶縁性を確保することが可能な樹脂を含むものであればよく、例えば、エポキシ樹脂などを用いることができる。
【００３０】
また、本実施例に係る高圧電力用ケーブル２１においては、第一の導電部３１上に絶縁部３２及び第二の導電部３３を設ける数は、第一の導電部３１の直径等に応じて適宜変更するようにしてもよい。
【００３１】
また、本実施例に係る高圧電力用ケーブル２１においては、第一の導電部３１を遮蔽層２６の外側表面に設けているが、本発明はこれに限定されるものではなく、遮蔽層２６を第一の導電部３１として用いてもよい。即ち、図２〜図５に示す本実施例に係る高電圧用ケーブル２１の遮蔽層２６の表面側に高圧電力用ケーブル２１の周方向に所定間隔をおいて設けられ、高圧電力用ケーブル２１の長手方向に伸びる複数の絶縁部３２と、絶縁部３２に沿って第二の導電部３３とを有するようにしてもよい。
【００３２】
また、本実施例に係る高圧電力用ケーブル２１においては、被覆型センサ３０が遮蔽層２６を被覆するように設けているが、本発明はこれに限定されるものではなく、外部半導電層２５と遮蔽層２６との間であって外部半導電層２５を被覆するように被覆型センサ３０を設けるようにしてもよい。このとき、外部半導電層２５は導電性を有するため、外部半導電層２５の内側には絶縁層を設けるようにしておく。また、遮蔽層２６は網目状とし、外部半導電層２５の内側に設ける絶縁シールを遮蔽層２６の網目形状に対応させるようにする。
【００３３】
このように、本実施例に係る高圧電力用ケーブル２１によれば、遮蔽層２６を被覆するように被覆型センサ３０を設けることで、外部シース２７内に浸入した水分２４を検知することができる。これにより、風力発電装置１０の運転を制御し、高圧電力用ケーブル２１の取替えを行うことで、風力発電装置１０を安全に稼動させることができる。
【００３４】
また、本実施例に係る高圧電力用ケーブル２１の軸方向から見た時の形状は円柱状に形成しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、多角柱状に形成してもよい。
【００３５】
また、本実施例に係る高電圧用ケーブル２１は、風力発電装置１０の発電機１７から取り出される電力の送電用のケーブルとして用いているが、本発明はこれに限定されるものではなく、アースケーブル、制御ケーブル、電動機から取り出される電力の送電用のケーブル等に用いてもよい。
【００３６】
また、本実施例に係る高圧電力用ケーブル２１は、風車などの風力発電設備において高電圧がかかる高圧電力用ケーブルとして用いているが、本発明はこれに限定されるものではなく、風力発電設備以外の発電設備用の高圧電力用ケーブル、または高電圧がかからないケーブルなどにも適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
以上のように、本発明に係る高圧電力用ケーブルは、外部シース内に浸入した水分を検知することができ、例えば風力発電装置の発電機から取り出される高電圧の電力の送電用に用いるのに適している。
【符号の説明】
【００３８】
１０  風力発電装置
１１  タワー（支柱）
１２  ナセル
１３  風車翼
１４  ロータヘッド
１５  主軸
１６  増速機
１７  発電機
１９  基台
２０  電気設備
２１  高電圧用ケーブル
２２  導体
２３  内部半導電層
２４  絶縁層
２５  外部半導電層
２６  遮蔽層
２７  外部シース
３０  被覆型センサ
３１  第一の導電部
３２  絶縁部
３３  第二の導電部
３５  水膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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