(57)【要約】【課題】【解決手段】本発明は、導体と、該導体を取り巻く絶縁層であって、ケーブルが所定の電圧クラスから成る公称電圧にて作動されたとき、所定の電気的応力を提供し得るように選ばれた厚さを有する上記絶縁層と、上記導体の周りにあり、所定の耐衝撃能力を提供し得るように選ばれた厚さ及び機械的性質を有する、保護要素であって、少なくとも１つの膨張した重合層を備える上記保護要素とを備える、所定の電圧クラスにて使用されるケーブルに関する。絶縁層の厚さ及び保護要素の厚さは、５０Ｊのエネルギの衝撃を受けたとき、検知可能な程の絶縁層の損傷を防止しつつ、ケーブルの全体重量を最小にし得るよう組み合わせて選ばれる。本発明は、ケーブルを設計する方法に更に関する。
2005531917.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の電圧クラスにて使用されるケーブル（１）であって、
導体（２）と、
該導体（２）を取り巻く絶縁層（４）と、
該絶縁層（４）の周りにあり、所定の衝撃抵抗能力を提供し得るよう選ばれた厚さ及び機械的性質を有し、少なくとも１つの膨張した重合層（２２）を備える保護要素（２０）とを備えるケーブルにおいて、
前記絶縁層の厚さが、ケーブルの絶縁層の外面にて１．０ｋＶ／ｍｍ以上の電圧勾配を提供し得るようなものであり、
前記保護要素の厚さが、少なくとも２５Ｊエネルギの衝撃を受けたとき、絶縁層の検出可能な損傷を防止するのに十分であることを特徴とする、所定の電圧クラスにて使用されるケーブル。
【請求項２】
請求項１に記載のケーブル（１）において、
前記所定の電圧クラスが１０ｋＶ以下である、ケーブル。
【請求項３】
請求項１に記載のケーブル（１）において、
前記電圧勾配が、２．５ｋＶ／ｍｍ以上であり、
前記衝撃が少なくとも５０Ｊエネルギである、ケーブル。
【請求項４】
請求項３に記載のケーブル（１）において、
前記所定の電圧クラスが、１０ｋＶないし６０ｋＶの範囲にある、ケーブル。
【請求項５】
請求項１に記載のケーブル（１）において、
前記電圧勾配が、２．５ｋＶ／ｍｍ以上であり、
前記衝撃が少なくとも７０Ｊエネルギである、ケーブル。
【請求項６】
請求項５に記載のケーブル（１）において、
前記所定の電圧クラスが６０ｋＶ以上である、ケーブル。
【請求項７】
請求項１に記載のケーブル（１）において、
前記絶縁層の厚さが、相応する電圧クラスに対しＩＥＣ標準６０５０２−２にて規定された絶縁層の厚さよりも少なくとも２０％薄い、ケーブル。
【請求項８】
請求項１に記載のケーブル（１）において、
前記所定の電圧クラスが１０ｋＶであり、
前記絶縁層の厚さが２．５ｍｍ以下である、ケーブル。
【請求項９】
請求項１に記載のケーブル（１）において、
前記所定の電圧クラスが２０ｋＶであり、
前記絶縁層の厚さが４ｍｍ以下である、ケーブル。
【請求項１０】
請求項１に記載のケーブル（１）において、
前記所定の電圧クラスが３０ｋＶであり、
前記絶縁層の厚さが５．５ｍｍ以下である、ケーブル。
【請求項１１】
請求項１に記載のケーブル（１）において、
前記導体が中実なロッドである、ケーブル。
【請求項１２】
請求項１に記載のケーブル（１）において、
前記絶縁層（４）を取り巻き、管状の形態の形状とされた金属薄板を備える電気遮蔽体（６）を更に有する、ケーブル。
【請求項１３】
請求項１に記載のケーブル（１）において、
ケーブルが前記所定の電圧クラスに相応する公称電圧にて作動するとき、絶縁層内の電気的応力が２．５ないし１８ｋＶ／ｍｍの範囲にあるように、前記絶縁層の厚さが選ばれる、ケーブル。
【請求項１４】
請求項１に記載のケーブル（１）において、
前記保護要素（２０）が、前記絶縁層（４）に対し半径方向外方の位置に配置される、ケーブル。
【請求項１５】
請求項１に記載のケーブル（１）において、
前記膨張した重合層（２２）の膨張程度が、０．３５ないし０．７の範囲にある、ケーブル。
【請求項１６】
請求項１５に記載のケーブル（１）において、
前記膨張程度が、０．４ないし０．６の範囲にある、ケーブル。
【請求項１７】
請求項１に記載のケーブル（１）において、
前記膨張した重合層（２２）が、１ｍｍないし５ｍｍの範囲の厚さを有する、ケーブル。
【請求項１８】
請求項１に記載のケーブル（１）において、
前記膨張した重合層（２２）の前記膨張可能な重合系材料が、エチレン及び（又は）プロピレンに基づくポリオレフィンポリマー又は共重合体から選ばれる、ケーブル。
【請求項１９】
請求項１８に記載のケーブル（１）において、
前記膨張可能な重合系材料カが、
（ａ）不飽和エステルの量が重量比で５ないし８０％の範囲にある、エチレン系の不飽和エステルとのエチレン共重合体、
（ｂ）少なくとも１つのＣ３−Ｃ１２α−オレフィンと、選択的に、次の組成、すなわち３５％ないし９０％モルのエチレン、１０％ないし６５％のモルのα−オレフィン、０％ないし１０％モルを有するジエンとエチレンとのエラストマー性共重合体、
（ｃ）少なくとも１つのＣ４−Ｃ１２α−オレフィンと、選択的に、０．８６ないし０．９０ｇ／ｃｍ３の密度を有するジエンとエチレンとの共重合体、
（ｄ）エチレン／Ｃ３−Ｃ１２α−オレフィン共重合体にて改質されたポリプロピレンであって、ポリプロピレンとエチレン／Ｃ３−Ｃ１２α−オレフィン共重合体との間の重量比が９０／１０ないし３０／７０の範囲にある前記ポリプロピレンと、から選ばれる、ケーブル。
【請求項２０】
請求項１に記載のケーブル（１）において、
前記保護要素（２０）が、前記膨張した重合層（２２）と結合された少なくとも１つの非膨張重合層（２１、２３）を更に有する、ケーブル。
【請求項２１】
請求項２０に記載のケーブル（１）において、
前記少なくとも１つの非膨張重合層（２１、２３）が、０．２ないし１ｍｍの範囲の厚さを有する、ケーブル。
【請求項２２】
請求項２０に記載のケーブル（１）において、
前記少なくとも１つの非膨張重合層（２１、２３）が、ポリオレフィン材料から出来ている、ケーブル。
【請求項２３】
請求項２０に記載のケーブル（１）において、
前記保護要素（２０）が、前記の膨張した重合層（２２）に対し半径方向外方の位置に第一の非膨張重合層（２３）を備える、ケーブル。
【請求項２４】
請求項２０に記載のケーブル（１）において、
前記保護要素（２０）が、前記膨張した重合層（２２）に対し半径方向内方の位置に第二の非膨張重合層（２１）を備える、ケーブル。
【請求項２５】
請求項１に記載のケーブル（１）において、
前記保護要素（２０）に対して半径方向内方位置にある、更なる膨張した重合層（８）を備える、ケーブル。
【請求項２６】
請求項２５に記載のケーブル（１）において、
前記更なる膨張した重合層（８）が、前記絶縁層（４）の半径方向外方の位置にある、ケーブル。
【請求項２７】
請求項２５に記載のケーブル（１）において、
前記更なる膨張した重合層（８）が、半導性である、ケーブル。
【請求項２８】
請求項１に記載のケーブル（１）において、
前記更なる膨張した重合層（８）が、水膨潤可能な材料を有する、ケーブル。
【請求項２９】
請求項１に記載のケーブル（１）において、
前記導体（２）が、金属ロッドである、ケーブル。
【請求項３０】
請求項１に記載のケーブル（１）において、
前記絶縁層４が、非架橋結合基重合系材料で出来ている、ケーブル。
【請求項３１】
請求項１に記載のケーブル（１）において、
前記所定の電圧クラスが、中程度又は高電圧範囲に属する、ケーブル。
【請求項３２】
所定の電圧クラスにて使用されるケーブル（１）であって、
導体（２）と、
該導体（２）を取り巻く絶縁層（４）と、
該絶縁層（４）の周りにあり、少なくとも１つの膨張した重合層（２２）を有する保護要素（２０）とを備えるケーブルにおいて、
保護要素の厚さが、５０ｍｍ２以上の断面積の導体に対し７．５ｍｍ以下の値を有し、また、５０ｍｍ２以下又はこれに等しい断面積の導体に対し８．５ｍｍ以上の値を有することを特徴とする、所定の電圧クラスにて使用されるケーブル。
【請求項３３】
請求項３２に記載のケーブル（１）において、
前記所定の電圧クラスが、６０ｋＶ以上であり、
前記絶縁層が、少なくとも７０Ｊのエネルギの衝撃を受けたとき、検知可能な程に損傷されない、ケーブル。
【請求項３４】
請求項３２に記載のケーブル（１）において、
前記所定の電圧クラスが、６０ｋＶ以下であり、
前記絶縁層が、少なくとも５０Ｊのエネルギの衝撃を受けたとき、検知可能な程に損傷されない、ケーブル。
【請求項３５】
請求項３２に記載のケーブル（１）において、
前記所定の電圧クラスが１０ｋＶ以下であり、
前記絶縁層が、少なくとも２５Ｊのエネルギの衝撃を受けたとき、検知可能な程に損傷されない、ケーブル。
【請求項３６】
所定の電圧クラスに対して選ばれ、また、異なる導体の断面積を有するケーブル群であって、ケーブルの各々が、
導体（２）と、
該導体（２）を取り巻く絶縁層（４）と、
該絶縁層（４）の周りにあり、少なくとも１つの膨張した重合層（２２）を有する保護要素（２０）と、を備え、
前記保護要素（２０）の厚さが導体の断面積に対し逆の関係となるように選ばれる、ケーブル群。
【請求項３７】
請求項３６に記載のケーブル群において、
前記保護要素（２０）が、前記少なくとも１つの膨張した重合層（２２）と結合された少なくとも１つの非膨張重合層（２１、２３）を更に有する、ケーブル群。
【請求項３８】
請求項３６に記載のケーブル群において、
ケーブルの各々が、前記保護要素（２０）の半径方向内方の位置に更なる膨張した重合層（８）を備える、ケーブル群。
【請求項３９】
請求項３７に記載のケーブル群において、
膨張した重合層（２２）が一定の厚さを有し、
前記非膨張の重合層（２１、２３）における１つのの非膨張の重合層（２３）の厚さが、導体の断面積に対し逆の関係にて増大する、ケーブル群。
【請求項４０】
導体（２）と、該導体（２）を取り巻く絶縁層（４）と、該導体（２）を取り巻く保護要素（２０）であって、少なくとも１つの重合系の膨張した層（２２）を有する前記保護要素（２０）とを備えるケーブル（１）を設計する方法において、
導体の断面積を選ぶステップと、
多数の所定の電気的制限条件の１つに相応して前記選んだ導体の断面積における所定の電圧クラスにて安全に作動することと適合可能な前記絶縁層の厚さを決定するステップと、
前記多数の所定の電気的制限条件にて決定されたものから最大の絶縁層の厚さを選ぶステップと、
少なくとも５０Ｊのエネルギの衝撃がケーブルに生じたとき、前記絶縁層が検知し得る程に損傷されないように前記保護要素の厚さを決定するステップと、
前記所定の電圧クラス及び選ばれた導体の断面積に対するケーブルを設計するとき、前記選ばれた絶縁層及び前記所定の保護要素の厚さを使用するステップとを備える、ケーブルを設計する方法
【請求項４１】
請求項４０に記載の方法において、
前記保護要素（２０）の厚さを決定する前記ステップが、前記膨張した重合層（２２）の厚さを決定するステップを備える、方法。
【請求項４２】
請求項４０に記載の方法において、
前記保護要素（２０）の厚さを決定する前記ステップが、前記膨張した重合層（２２）の厚さを選ぶステップと、前記膨張した重合層（２２）と関係した少なくとも１つの非膨張重合層（２１、２３）の厚さを決定するステップとを備え、前記保護要素（２０）が、前記少なくとも１つの非膨張重合層（２１、２３）を備える、方法。
【請求項４３】
請求項４２に記載の方法において、
少なくとも１つの非膨張の重合層の厚さを決定する前記ステップが、前記少なくとも１つの非膨張の重合層の厚さを導体の断面積に対し逆の関係にて相関させるステップを備える、方法。
【請求項４４】
請求項４２に記載の方法において、
前記所定の電気的制限条件が、絶縁層の外面における電気的勾配を有する、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ケーブル、特に、中程度又は高電圧の電力を送電し又は分配する電気ケーブルに関する。
より具体的には、本発明は、高耐衝撃性及びその設計の小型さを組み合わせる電気ケーブルに関する。
【０００２】
本明細書において、中程度電圧という語は、典型的に、約１０ないし約６０ｋＶの電位を意味するために使用し、また、高電圧という語は、約６０ｋＶ以上の電位を意味する（約１５０又は２２０ｋＶ以上で５００ｋＶ以内又はそれ以上の電位を定義するため、当該技術にて超高電圧という語が使用される場合もある）。低電圧という語は、１０ｋＶ以下、典型的に、１００Ｖ以上の電位を意味する。
【０００３】
更に、本明細書において、電圧クラスという語は、相応する電圧範囲（例えば、低、中程度、又は高電圧すなわちＬＶ、ＭＶ、ＨＶ）に含まれる特定の電圧値（例えば、１０ｋＶ、２０ｋＶ、３０ｋＶ等）を示す。
【０００４】
中程度又は高電圧の電力を送電し又は分配するケーブルは、全体として、それぞれ第一の半導性層、絶縁層及び外側半導性層にて取り巻かれた金属導体を有している。本明細書の以下の説明において、上記要素の所定の順序は、「コア」という語にて示すことになろう。
【背景技術】
【０００５】
上記コアに対して半径方向外方の位置において、ケーブルには、上記コアの半径方向外方に配置された、通常、アルミニウム、スズ又は銅で出来た金属遮蔽体（又は網）が設けられており、該金属遮蔽体は、全体として、管状の形態に従った形状とされ且つ、密閉性を保証すべく溶接又は密封された連続的な管又は金属テープから成っている。
【０００６】
上記の金属遮蔽体は、２つの主要な機能を有する、すなわち、一方にて該金属遮蔽体は、半径方向に進入する水に対する障壁を介在させることによりケーブルの外側に対する密閉性を提供し、また他方にて、該金属遮蔽体は、該金属遮蔽体と上記コアの外側半導性層とが直接接触する結果として、ケーブル内部にラジアル型の均一な電界を形成すると同時に、上記ケーブルの外部電界を打消すことにより、電気的機能を果たす。更なる機能は、短絡電流に抵抗することである。
【０００７】
単極型の形態において、上記ケーブルは、最終的に、上述した金属遮蔽体の半径方向外方の位置において重合系オーバシースを有している。
更に、電力の送電又は分配用ケーブルには、一般に、その外面にて生ずる偶発的な衝撃から上記ケーブルを保護する１つ又はより多数の層が設けられる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
例えば、ケーブルを輸送する間、又はケーブルを土に掘った溝内に付設するステップの間にケーブルに対する偶発的な衝撃が生じる可能性がある。上記の偶発的な衝撃は、絶縁層の変形及び絶縁層の半導性層からの分離を含む、ケーブルに対する一連の構造的損傷、絶縁層の電圧応力の変化を生じさせ、その結果、上記層の絶縁能力を低下させる可能性のある損傷を生じさせることになろう。
【０００９】
例えば、低又は中程度電圧の電力の送電又は分配用ケーブルのような現在、市場にて利用可能なケーブルには、上記ケーブルを偶発的な衝撃に起因する可能性のある損傷から保護するため、通常、上記衝撃に抵抗することのできる金属外装が設けられている。全体として、上記外装は、テープ又はワイヤー（スチールで出来ていることが好ましい）の形態をし又は、これと代替的に、金属シース（スチールで出来ていることが好ましい）の形態をしている。かかるケーブル構造体の一例は、米国特許第５，１５３，３８１号に記載されている。
【００１０】
当該出願人の名による欧州特許第９８１，８２１号には、ケーブルに対して偶発的な衝撃に対する高抵抗性を付与し得るように膨張した重合系材料が設けられ、該膨張した重合系材料がケーブルコアに対し半径方向外方に取り付けられることが好ましい、ケーブルが開示されている。上記の提案された技術的解決策は、従来の金属外装を使用することを不要にし、これによりケーブルの重量を軽減し且つ、ケーブルの製造過程をより容易にする。
【００１１】
欧州特許第９８１，８２１号は、特定のケーブルコアの設計は開示していない。実際には、ケーブルコアの構成要素は、既知の標準（例えば、本明細書の以下の説明にて述べるＩＥＣ標準６０５０２−２）に従って選ばれ且つ、寸法設定されている。
【００１２】
本発明に従って、当該出願人は、特定の設計の膨張状態の保護部を使用することは、その他の型式の保護部に置換するのみならず、より小さい寸法の絶縁体を使用することも可能にし、これによりケーブルの信頼性を減少させずに、より小型のケーブルを得ることができることを知見した。
【００１３】
更に、電力の送電又は分配用ケーブルには、全体として、ケーブルの内部（すなわち、コア）に向けた水の進入を阻止する障壁効果を保証する１つ又はより多数の層が設けられている。
【００１４】
水を塞ぐ設計とされた適宜な解決策が存在しないとき、水が進入したならば、水はケーブル内を自由に流れることができるから、ケーブルの内部に水が進入することは特に望ましくないことである。ケーブルの内部にて腐食の問題が生じ、及び老化加速の問題が生じ、絶縁層の電気的特性が劣化するため（特に、絶縁層が架橋結合したポリエチレンで出来ているとき）、このことは、ケーブルの完全さの点にて特に有害である。
【００１５】
例えば、印加された電圧によって発生される電界と、上記絶縁層内に進入した水との組み合さった作用のため、枝構造体（「ツリー」）内に顕微鏡的通路が形成されることから主として成る「水のツリー化」という現象が知られている。例えば、「水のツリー化」という現象は、当該出願人の名による欧州特許第７５０，３１９号、欧州特許第８１４，４８５号に記載されている。
【００１６】
このため、このことは、ケーブル内部に水が進入する場合、ケーブルは交換しなければならないことを意味する。更に、接続部、端子又はケーブルの一端に電気的に接続されたその他の任意の装置に水が達したならば、水は、ケーブルがその機能を果たすのを停止させるのみならず、上記装置を損傷させ、殆どの場合、回復不能で且つ、経済的に重大な損傷を生じさせる。
【００１７】
ケーブル内部への水の進入は、多くの原因によって生じ、特に、上記ケーブルが地中設備の一部を構成するときに生ずる可能性がある。かかる進入の原因は、例えば、水がケーブルの重合系シースを通じて単に拡散することにより、又は摩損、偶発的な衝撃又は齧歯（げっし）動物の動作、ケーブルのオーバシースの切断又は裂断さえも招来し、このため、水がケーブルの内部に進入するのに都合のよい経路を形成することになる因子による可能性がある。
【００１８】
上記の問題に取り組むため多数の解決策が知られている。例えば、対象とするケーブルの型式に依存して色々な位置にてケーブルの内部に配置される粉体又はゲルの形態をした疎水性で且つ水膨潤可能なコンパウンドを使用することができる。
【００１９】
例えば、上記コンパウンドは、金属遮蔽体に対して半径方向内方の位置、より正確には、ケーブルコアと金属遮蔽体との間の位置又はケーブルに対し半径方向外方の位置、全体として、重合系オーバシースの真下の位置に又は上記の位置の双方に同時に配置することができる。
【００２０】
水膨潤可能なコンパウンドは、水と接触する結果、容積を膨張する能力を有しており、従って、その自由な流れに対する物理的障壁を介在させることにより水が長手方向及び半径方向に拡がるのを防止することができる。当該出願人の名による国際出願ＷＯ９９／３３０７０号の明細書には、ケーブルの金網の真下の位置でケーブルのコアと直接接触する状態に配置されて、伝導性要素と金網との間の必要な電気的連続性を保証する目的にて所定の半導性の特質を保持する膨張した重合系材料の層を使用することが記載されている。
【００２１】
国際出願ＷＯ９９／３３０７０号にて直面した技術的問題点は、ケーブルの通常の使用中にケーブルに加わる多数の熱サイクルに起因してケーブルの被覆層に物理的膨張及び収縮が連続的に加わることである。ケーブル自体の内部の相応する温度変化と関係した、運ぶ電流の強さの日毎の変化に起因する上記熱サイクルの結果、上記層、従って、その金網の各々に影響を与える半径方向応力がケーブル内部に生じることになる。このため、このことは、金網は関連する物理的変形を受けて、金網と外側半導性層との間に空の空間を形成し、また、電界を不均一にする可能性が生じ、又は時間の経過に伴い金網自体が裂断する可能性が生じることを意味する。この問題点は、膨張／収縮の上述した半径方向力をケーブルに沿って弾性的に且つ均一に吸収し、金網の損傷の可能性を防止することのできる膨張した重合系材料層を金網の下方に挿入することにより解決していた。更に、国際出願ＷＯ９９／３３０７０号の明細書には、金網の下方に配置された上記膨張した重合系材料の内部に、上記金網の下方においてさえケーブル内部に進入する可能性のある水分及び（又は）少量の水を阻止することができる水膨潤可能な粉体材料を埋め込むことが開示されている。
【００２２】
本明細書の以下の説明にてより詳細に更に説明するように、ケーブルに印加される電圧、ケーブルの断面積及び上記ケーブルの絶縁層の絶縁材料が同一である状態下にて、ケーブルの絶縁層の厚さが減少することにより上記絶縁層における電圧応力（電気的勾配）は増大する。
【００２３】
このため、全体として、所定のケーブルの絶縁層は、該所定のケーブルの使用範囲に対して説明した電気的応力状態に抵抗し得るような設計とされる、すなわち、寸法とされる。
【００２４】
全体として、適宜な安全率が含まれるように、必要とされるよりも厚い絶縁層の厚さを提供し得るようにケーブルが設計される場合でさえ、ケーブルの外面にて生ずる偶発的な衝撃によって絶縁層は恒久的に変形し、衝撃領域に相応するその厚さが顕著に減少し、これにより、ケーブルが通電されたとき、電気的破壊を生じる可能性がある。
【００２５】
実際上、全体として、ケーブルの絶縁層及びオーバシースに対して通常使用される材料は、衝撃後、その当初の寸法及び形状の一部のみを弾性的に回復する。このため、ケーブルが通電される前に衝撃が生じた場合でさえ、衝撃後、電気的応力に抵抗する絶縁層の厚さが不可避的に減少する。
【００２６】
更に、ケーブル絶縁層の半径方向外方の位置に金属遮蔽体が存在するとき、上記遮蔽体の材料は、衝撃によって恒久的に変形し、このことは、変形の弾性的回復を更に制限し、絶縁層がその当初の形状及び寸法を弾性的に回復することが抑止される。
【００２７】
その結果、偶発的な衝撃に起因する変形又はその変形の少なくとも顕著な一部分は、衝撃自体の原因が除去された場合でさえ、衝撃後、維持され、上記変形の結果、絶縁層の厚さが減少し、これにより、絶縁層の厚さは、その当初の値から減少した値へと変化する。このため、ケーブルが通電されたとき、衝撃領域内で電圧応力（Γ）を支承する真の絶縁層の厚さは、上記の減少した値であり、最初の値ではない。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
当該出願人は、偶発的な衝撃に対して所定の抵抗性をケーブルに付与するのに適した膨張した重合系層を備える保護要素をケーブルに提供することにより、従来の設計のものよりもケーブルの設計を一層小型にすることが可能であることを知見した。
【００２９】
当該出願人は、上記保護要素の膨張した重合層は従来の任意の保護要素、例えば、上述した金属外装に比して、ケーブルの外面にて生ずる可能性のある偶発的な衝撃を一層良く吸収し、これにより、偶発的な衝撃に起因してケーブルの絶縁層にて生ずる変形を都合良く減少させることが可能であることを知見した。
【００３０】
当該出願人は、ケーブルに対して膨張した重合層を備える保護要素を提供することにより、ケーブルの絶縁層の厚さを絶縁材料の電気的強さと適合する電気的応力まで都合良く減少させることが可能であることを知見した。このため、本発明に従って、ケーブルの電気的及び機械的抵抗性を減少させずに、ケーブルの構造をより小型にすることが可能である。
【００３１】
換言すれば、当該出願人は、上記膨張した重合層の存在により、ケーブルの絶縁層の変形が顕著に減少するため、ケーブルが損傷した領域内で安全に機能することを保証する上記絶縁層の過大寸法の厚さをケーブルに提供することは最早、不要であることを知見した。
【００３２】
当該出願人は、ケーブルに対して膨張した重合層を備える保護要素を提供することにより、膨張した重合層の厚さを絶縁層の厚さと都合良く相関させ、ケーブルの全体重量を最小にする一方、電気的観点から絶縁層の安全な機能を保証し且つ、ケーブルに対し生ずるであろう任意の偶発的な衝撃に対する適宜な機械的保護を提供することが可能であることを知見した。
【００３３】
ケーブルの断面導体、ケーブルの作動電圧及びケーブルの絶縁層の絶縁材料が選ばれ、また、絶縁層材料の誘電強さと適合可能な電圧応力（Γ）に抵抗する絶縁層の厚さが選ばれたならば、当該出願人は、上記絶縁層の厚さは、上記保護要素の膨張した重合層の厚さと相関させることが可能であることを知見した。上記膨張した重合層の厚さは、衝撃を受けたとき、ケーブルの絶縁層の変形を最小にし、減少した絶縁層の厚さを上記ケーブルに提供し得るように選ぶことができる。
【００３４】
第一の側面において、本発明は、所定の電圧クラスにて使用されるケーブルであって、
導体と、
該導体を取り巻く絶縁層と、
該絶縁層の周りにあり、所定の衝撃抵抗能力を提供し得るよう選ばれた厚さ及び機械的性質を有し、少なくとも１つの膨張した重合層を備える保護要素とを備えるケーブルにおいて、
上記絶縁層の厚さが、ケーブルの絶縁層の外面にて１．０ｋＶ／ｍｍ以上の電圧勾配を提供し得るようなものであり、
上記保護要素の厚さが、少なくとも２５Ｊエネルギの衝撃を受けたとき、絶縁層の検出可能な損傷を防止するのに十分であることを特徴とするケーブルに関する。
好ましくは、ケーブル絶縁層の外面における電圧勾配が１．０ｋＶ／ｍｍ以上であり、衝撃が少なくとも２５Ｊエネルギである場合、上記所定の電圧クラスは１０ｋＶ以下であるものとする。
【００３５】
好ましくは、ケーブル絶縁層の外面における電圧勾配が２．５ｋＶ／ｍｍ以上であり、衝撃が少なくとも５０Ｊエネルギである場合、上述した所定の電圧クラスは、１０ｋＶないし６０ｋＶの範囲にあるものとする。
【００３６】
好ましくは、ケーブル絶縁層の外面における電圧勾配が２．５ｋＶ／ｍｍ以上であり、衝撃が少なくとも７０Ｊエネルギである場合、上述した所定の電圧クラスは、６０ｋＶ以上であるものとする。
【００３７】
当該出願人は、その所期の用途に対応して考えられる電気的制限値のうち最も厳格な値を選ぶことにより、衝撃に起因する絶縁体の変形を考慮すべく余剰な厚さを追加せずに、絶縁体（絶縁層）の厚さを決定することができることを知見した。
【００３８】
例えば、重要な電気的制限値として、導体の表面（又は、その上に押出し成形した内側半導性層の外面）における最大の電圧勾配、及び接続部における勾配、すなわちケーブル絶縁体の外面における勾配をケーブルを設計するときに考慮することが一般的である。
【００３９】
好ましくは、絶縁層の厚さは、ＩＥＣ標準６０５０２−２にて規定された相応する絶縁層の厚さよりも少なくとも２０％薄いものとする。より好ましくは、絶縁層の厚さの減少は、２０％ないし４０％の範囲にあるものとする。更により好ましくは、絶縁層の厚さは、上記ＩＥＣ標準にて規定された相応する絶縁層の厚さよりも約６０％薄いものとする。
【００４０】
好ましくは、ケーブルが２．５ないし１８ｋＶ／ｍｍの範囲の上記所定の電圧クラス範囲における公称電圧にて作動するとき、絶縁層内の電圧応力が２．５ないし１８ｋＶ／ｍｍの範囲にあるように、上記絶縁層の厚さが選ばれるものとする。
【００４１】
好ましくは、上記所定の電圧クラスが１０ｋＶであるとき、上記絶縁層の厚さは２．５ｍｍ以下であり、上記所定の電圧クラスが２０ｋＶであるとき、上記絶縁層の厚さは４ｍｍ以下であり、上記所定の電圧クラスが３０ｋＶであるとき、上記絶縁層の厚さは５．５ｍｍ以下であるものとする。
【００４２】
好ましくは、上記導体は中実なロッドとする。
好ましくは、ケーブルは、上記絶縁層を取り巻き、管状の形態の形状とされた金属薄板を備える電気遮蔽体を更に有するものとする。
【００４３】
本発明の１つの好ましい実施の形態に従って、上記保護要素は、上記絶縁層に対し半径方向外方の位置に配置される。
好ましくは、上記保護要素の膨張した重合層の膨張程度は、０．３５ないし０．７の範囲、より好ましくは、０．４ないし０．６の範囲にあるものとする。
【００４４】
好ましくは、上記保護要素の膨張した重合層の厚さは、１ｍｍないし５ｍｍの範囲にあるものとする。
本発明の更なる側面において、上述した保護要素は、上記膨張した重合層と結合された少なくとも１つの非膨張重合層を更に有するものとする。
【００４５】
ケーブルに対する衝撃が生じたとき、当該出願人は、膨張した重合層を少なくとも１つの非膨張重合層と関係させることにより、該膨張した重合層の吸収（すなわち排出）機能を都合良く増大させることができることを知見した。
【００４６】
このため、本発明の１つの好ましい実施の形態に従い、上記保護要素は、上記の膨張した重合層に対し半径方向外方の位置に第一の非膨張重合層を更に備えている。
更なる実施の形態によれば、本発明の保護要素は、上記の膨張した重合層に対し半径方向内方の位置に第二の非膨張重合層を更に備えている。
【００４７】
更に、当該出願人は、膨張した重合層の厚さを一定に維持しつつ、上記の第一の非膨張重合層の厚さを増すことにより、上記保護要素によりケーブルに対して付与される物理的保護効果が都合良く向上することを知見した。
【００４８】
好ましくは、上記少なくとも１つの非膨張重合層は、ポリオレフィン材料から出来ているものとする。
好ましくは、上記少なくとも１つの非膨張重合層は、熱可塑性材料で出来ているものとする。
【００４９】
好ましくは、上記少なくとも１つの非膨張重合層は、０．２ないし１ｍｍの範囲の厚さを有するものとする。
更なる側面において、当該出願人は、本発明の保護要素が該保護要素に対して半径方向内方の位置にてケーブルに取り付けられた更なる膨張した重合層と組み合わされたならば、ケーブルにて生ずる衝撃に起因する、ケーブルの絶縁層の変形は都合良いように減少することを知見した。
【００５０】
更に、当該出願人は、上記保護要素と組み合わせて更なる膨張した重合層を提供することにより、上記保護要素の吸収（排出）特性を向上させることが可能であることを知見した。
【００５１】
上述したように、絶縁層の厚さが選ばれたならば、保護要素の上記膨張した重合層及び上記の更なる膨張した重合層が組み合わせて存在することは、ケーブルの全体的な寸法が縮小した状態にて実質的に同一の衝撃保護効果を得ることを可能にする。
【００５２】
本発明の１つの好ましい実施の形態に従い、上記の更なる膨張した重合層は、上記保護要素に対して半径方向内方位置にある。
好ましくは、上記の更なる膨張した重合層は、上記絶縁層の半径方向外方の位置にあるものとする。
【００５３】
好ましくは、上記の更なる膨張した重合層は、遮水層であり、また、水膨潤可能な材料を有するものとする。
好ましくは、上記の更なる膨張した重合層は、半導性であるものとする。
【００５４】
好ましくは、本発明によるケーブルは、中程度又は高電圧範囲の電圧クラスに対して使用されるものとする。
本発明の更なる側面において、当該出願人は、ケーブルに対し少なくとも１つの膨張した重合層を備える保護層を提供することにより、上記保護要素の厚さは、導体の断面面積の増加に相応して減少することを知見した。
【００５５】
このため、本発明は、所定の電圧クラスにて使用されるケーブルであって、
導体と、
該導体を取り巻く絶縁層と、
上記絶縁層の周りにあり、少なくとも１つの膨張した重合層を有する保護要素とを備えるケーブルにおいて、
保護要素の厚さは、５０ｍｍ２以上の断面積の導体に対し７．５ｍｍ以下の値を有し、また、５０ｍｍ２以下又はこれに等しい断面積の導体に対し８．５ｍｍ以上の値を有することを特徴とするケーブルに更に関する。
【００５６】
好ましくは、上記所定の電圧クラスが６０ｋＶ以上の場合、上記絶縁層は、少なくとも７０Ｊのエネルギの衝撃を受けたとき、検知可能な程に損傷されないものとする。
好ましくは、上記所定の電圧クラスが６０ｋＶ以下である場合、上記絶縁層は、少なくとも５０Ｊのエネルギの衝撃を受けたとき、検知可能な程に損傷されないものとする。
【００５７】
好ましくは、上記所定の電圧クラスが１０ｋＶ以上の場合、上記絶縁層は、少なくとも２５Ｊのエネルギの衝撃を受けたとき、検知可能な程に損傷されないものとする。
同一の電圧クラス（例えば、１０ｋＶ、２０ｋＶ、３０ｋＶ等）に適したケーブル族（群）が検討されるならば、当該出願人は、ケーブル導体の断面積が増大するとき、ケーブルの保護要素の厚さは、実質的に同一の衝撃保護効果を維持する一方にて、都合良く減少することを知見した。このことは、導体の断面積が小さいケーブルには、大きい断面積の導体を有するケーブルの厚さよりも厚い保護要素を設けることが可能であることを意味する。
【００５８】
このため、本発明は、所定の電圧クラスに対して選ばれ、また、異なる導体の断面積を有するケーブル群であって、ケーブルの各々が、
導体と、
該導体を取り巻く絶縁層と、
上記絶縁層の周りにあり、少なくとも１つの膨張した重合層を有する保護要素と、を備え、
上記保護要素の厚さが導体の断面積に対し逆の関係となるように選ばれる、ケーブル群に更に関する。
【００５９】
好ましくは、上記保護要素は、上記少なくとも１つの膨張した重合層を取り巻く少なくとも１つの非膨張重合層を更に有するものとする。
好ましくは、ケーブルの各々は、上記保護要素の半径方向内方の位置に更なる膨張した重合層を備えるものとする。
【００６０】
更なる側面に従い、本発明は、導体と、該導体を取り巻く絶縁層と、該絶縁層を取り巻く保護要素であって、少なくとも１つの重合し膨張した層を有する上記保護要素とを備えるケーブルを設計する方法であって、
導体の断面積を選ぶステップと、
多数の所定の電気的制限条件の１つに相応して上記選んだ導体の断面積における所定の電圧クラスにて安全に作動することと適合可能な上記絶縁層の厚さを決定するステップと、
上記多数の所定の電気的制限条件にて決定されたものから最大の絶縁層の厚さを選ぶステップと、
少なくとも５０Ｊのエネルギの衝撃がケーブルに生じたとき、上記絶縁層が検知し得る程に損傷されないように上記保護要素の厚さを決定するステップと、
上記所定の電圧クラス及び選ばれた導体の断面積に対するケーブルを設計するとき、上記選ばれた絶縁層及び上記所定の保護要素の厚さを使用するステップとを備えるケーブルを設計する方法に更に関する。
【００６１】
本発明に従い、０．１ｍｍ以下又は０．１ｍｍに等しいケーブルの絶縁層の変形（すなわち、損傷）は検知し得ないものと考えられる。このため、ケーブルの絶縁層は、０．１ｍｍ以下の変形が生じた場合、損傷されないと推定される。
【００６２】
ケーブルの保護要素が上記膨張した重合層から成る場合、上記保護要素の厚さを決定するステップは、上記膨張した重合層の厚さを決定することから成る。
ケーブルの保護要素が上記膨張した重合層と関係した非膨張の重合層を更に備える場合、上記保護要素の厚さを決定するステップは、上記非膨張の重合層の厚さを決定するステップを備えている。
【００６３】
好ましくは、上記非膨張の重合層の厚さを決定するステップは、上記非膨張の重合層の厚さを導体の断面積に対し逆の関係にて相関させるステップを備えるものとする。
本発明は、電力を送電し又は分配する電気ケーブルに対してのみならず、光ファイバコアを有する複合電力／電気通信型のケーブルにも都合良く適用可能である。このため、この意味において、本明細書の以下の説明及び特許請求の範囲において、「伝導性要素」という語は、金属型又は複合電気／光型の導体を意味するものとする。
【００６４】
添付図面を参照しつつ、更なる詳細について以下の詳細な説明にて説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６５】
図１には、典型的に、中程度又は高電圧範囲にて使用する設計とされた、本発明による電気ケーブル１の部分断面図とした斜視図が示されている。
本明細書に記載した型式の電力送電ケーブルは、典型的に、５０又は６０Ｈｚの公称周波数にて作用する。
【００６６】
ケーブル１は、導体２と、内側半導性層３と、絶縁層４と、外側半導性層５と、金属遮蔽体６と、保護要素２０とを備えている。
好ましくは、導体２は、銅又はアルミニウムで出来たものであることが好ましい金属ロッドであるものとする。これと代替的に、導体２は、従来の技術に従って互いに束にされた銅又はアルミニウムであることが好ましい少なくとも２つの金属線を備えるものとする。
【００６７】
導体２の断面積は、選んだ電圧にて送電すべき電力に関係して決定される。本発明によるケーブルにとって好ましい断面積は、１６ないし１０００ｍ２の範囲にある。
全体として、絶縁層４は、ポリオレフォン、特に、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン／プロピレン共重合体等にて出来ている。
【００６８】
好ましくは、上記絶縁層４は、非架橋結合基重合系材料で出来ているものとする。より好ましくは、上記重合系材料は、ポリプロピレンコンパウンドを備えるものとする。
本明細書において、「絶縁材料」という語は、少なくとも５ｋＶ／ｍｍ、好ましくは、１０ｋＶ／ｍｍ以上の誘電強さを有する材料を意味するものとする。中程度−高電圧の電力送電ケーブルの場合、絶縁材料は、４０ｋＶ／ｍｍ以上の誘電強さを有する。
【００６９】
好ましくは、絶縁層４の絶縁材料は、非膨張の重合系材料であるものとする。本発明において、「非膨張の重合系材料」という語は、その構造内に実質的に空隙容積の無い材料、すなわち、本明細書の以下の説明にて一層良く説明するように、膨張度が実質的に零である材料を指すために使用する。特に、上記の絶縁材料は、０．８５ｇ／ｃｍ３以上の密度を有するものとする。
【００７０】
典型的に、電力送電ケーブルの絶縁層は、２以上の誘電定数（Ｋ）を有している。
共に非膨張である内側半導性層３及び外側半導性層５は、既知の技術、特に、押出し成形によって得られ、基材の重合系材料及びカーボンブラック（後者は、上記層を半導性にするために使用される）は、本明細書の以下の説明にて述べたものから選ばれる。
【００７１】
本発明の１つの好ましい実施の形態において、内側及び外側半導性層３、５は、非架橋結合の基重合系材料、より好ましくは、ポリプロピレンコンパウンドを備えている。
図１に示した好ましい実施の形態において、金属遮蔽体６は、好ましくはアルミニウムの連続的な金属薄板で出来たものとし、又はこれと代替的に、管の形状とされた銅で出来たものとする。場合によっては、鉛を使用してもよい。
【００７２】
金属遮蔽体６は、外側半導性層５の周りに巻かれ、重なり合う端縁が金属遮蔽体を水密にし得るように介在された密封材料を有するものとする。これと代替的に、金属薄板は溶接する。
【００７３】
これと代替的に、金属遮蔽体６は、上記の外側半導性層５の周りに配置されたら旋状に巻いた金属線又はストリップで出来たものとする。
通常、金属遮蔽体は、例えば、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）又はポリエチレン（ＰＥ）のような、架橋結合し又は架橋結合しないポリマー材料から成るオーバシース（図１に図示せず）にて被覆されている。
【００７４】
図１に示した好ましい実施の形態によれば、上記金属遮蔽体６の半径方向外方の位置において、ケーブル１には、保護要素２０が設けられている。上記の実施の形態に従い、保護要素２０は、それぞれ外側（第一の）非膨張の重合系層２３と、内側（第二の）非膨張の重合系層２１という、２つの非膨張の重合系層の間に含まれた膨張した重合系層２２を備えている。保護要素２０は、全ての外部衝撃を少なくとも部分的に吸収することにより、ケーブルにて生じる、該外部衝撃からケーブルを保護する機能を果たす。
【００７５】
当該出願人の名による欧州特許第９８１，８２１号に従い、膨張した重合系層２２を構成する重合系材料は、例えば、ポリオレフィン、異なるオレフィンの共重合体、オレフィンとエチレン系の不飽和エステルとの共重合体、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリスルホン、フェノール樹脂、尿素樹脂及びこれらの混合体のような、任意の型式の膨張可能なポリマーとすることができる。適宜なポリマーの例は、ポリエチレン（ＰＥ）、特に、低密度ＰＥ（ＬＤＰＥ）、中密度ＰＥ（ＭＤＰＥ）、高密度ＰＥ（ＨＤＰＥ）、線状低密度ＰＥ（ＬＬＤＰＥ）、超低密度ポリエチレン（ＵＬＤＰＥ）；ポリプロピレン（ＰＰ）；エラストマー性エチレン／プロピレン共重合体（ＥＰＲ）又はエチレン／プロピレン／ジエンターポリマー（ＥＰＤＭ）；天然ゴム；ブチルゴム；エチレン／ビニルエステル共重合体、例えば、エチレン／酢酸ビニル（ＥＶＡ）；エチレン／アクリレート共重合体、特に、エチレン／アクリル酸メチル（ＥＭＡ）、エチレン／アクリル酸エチル（ＥＥＡ）及びエチレン／アクリル酸ブチル（ＥＢＡ）；エチレン／α−オレフィン熱可塑性共重合体；ポリスチレン；アクリロニトリル／ブタジエン／スチレン（ＡＢＳ）樹脂、ハロゲン化ポリマー、特に、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）；ポリウレタン（ＰＵＲ）；ポリアミド；ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）又はポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）のような芳香族ポリエステル、及びその共重合体又はその物理的混合体である。
【００７６】
好ましくは、重合系材料は、エチレン及び（又は）プロピレンに基づくポリオレフィンポリマー又は共重合体であり、特に、
（ａ）不飽和エステルの量が重量比で５ないし８０％の範囲、好ましくは、重量比にて１０ないし５０％の範囲である、例えば、酢酸ビニル又は酢酸ブチル
のようなエチレン系の不飽和エステルとエチレンとの共重合体、
（ｂ）少なくとも１つのＣ３−Ｃ１２α−オレフィンと、選択的に、ジエンとエチレンとのエラストマー性共重合体、好ましくは、全体として次の組成、すなわち３５ないし９０％モルのエチレン、１０ないし６５％のモルのα−オレフィン、０ないし１０％モルのジエン（例えば、１，４−ヘキサジエン又は５−エチリデン−２−ノルボルネン）を有する、エチレン／プロピレン（ＥＰＲ）又はエチレン／プロピレン／ジエン（ＥＰＤＭ）共重合体、
（ｃ）少なくとも１つのＣ４−Ｃ１２α−オレフィン、好ましくは、１−ヘキセン、１−オクテン等、選択的に、全体として０．８６ないし０．９０ｇ／ｃｍ３の密度を有し且つ、次の組成を有するジエン、すなわち７５ないし９７％モルのエチレン、３ないし２５％のモルのα−オレフィン、０ないし５％のモルのジエンとエチレンとの共重合体、
（ｄ）エチレン／Ｃ３−Ｃ１２α−オレフィン共重合体にて改質されポリプロピレンであって、ポリプロピレンとエチレン／Ｃ３−Ｃ１２α−オレフィン共重合体との間の重量比が９０／１０ないし１０／９０の範囲、好ましくは、８０／２０ないし２０／８０の範囲にある上記ポリプロピレンから選ばれるものとする。
【００７７】
例えば、商業的な製品エルヴァックス（ＥＬＶＡＸ）（登録商標名）（デュポン（Ｄｕ  ｐｏｎｔ））、レーバプレン（Ｌｅｖａｐｒｅｎ）（登録商標名）（バイエル（Ｂａｙｅｒ））及びロタリー（Ｌｏｔｒｙｌ）（登録商標名）（エルフ−アトケム（Ｅｌｆ−Ａｔｏｃｈｅｍ））がクラス（ａ）であり、製品デュトラル（Ｄｕｔｒａｌ）（登録商標名）（エニケム（Ｅｎｉｃｈｅｍ））又はノーデル（Ｎｏｒｄｅｌ）（登録商標名）（ダウ−デュポン（Ｄｏｗ−Ｄｕ  Ｐｏｎｔ））はクラス（ｂ）であり、クラス（ｃ）に属する製品は、エンゲージ（Ｅｎｇａｇｅ）（登録商標名）（ダウ−デュポン）又はエグザクト（Ｅｘａｃｔ）（登録商標名）（エクソン（Ｅｘｘｏｎ））である一方、エチレン／α−オレフィン共重合体にて改質されたポリプロピレンは、モプレン（Ｍｏｐｌｅｎ）（登録商標名）又はハイファックス（Ｈｉｆａｘ）（登録商標名）（モンテル（Ｍｏｎｔｅｌｌ））又はフィナ−プロ（Ｆｉｎａ−Ｐｒｏ）（登録商標名）（フィナ（Ｆｉｎａ））等のような商標名にて市販されている。
【００７８】
クラス（ｄ）にて、特に好ましいものは、例えば、ポリプロピレンのような熱可塑性ポリマーと、例えば、熱可塑性マトリックス内に分散させた架橋結合したＥＰＲ又はＥＰＤＭのような、硬化したエラストマー性ポリマーの微細な粒子（全体として、１ないし１０μｍの程度の直径を有する）との連続的なマトリックスを備える熱可塑性エラストマーである。エラストマー性ポリマーは、非硬化状態にて熱可塑性マトリックス内に内蔵させ、次に、加工する間、適宜な量の架橋結合剤を添加することにより、動的に架橋結合させることができる。これと代替的に、エラストマー性ポリマーは、別個に硬化させ、次に、微細な粒子の形態にて熱可塑性マトリックス内に分散させてもよい。この型式の熱可塑性エラストマーは、例えば、米国特許第４，１０４，２１０号又は欧州特許第３２４，４３０号に記載されている。これらの熱可塑性ポリマーは、作業温度の全範囲に亙ってケーブルの熱サイクルの間、半径方向力を弾性的に吸収するのに特に効果的あることが判明しているため、好ましい。
【００７９】
本明細書の目的のため、「膨張した」ポリマーという語は、「空隙」容積（すなわち、ポリマーにより占められず、気体すなわち空気で占められた空間）の比率が典型的に、上記ポリマーの総容積の１０％以上のポリマーを意味するものと理解する。
【００８０】
全体として、膨張したポリマー中の自由空間の比率は、膨張度（Ｇ）の語にて表現される。本明細書において、「ポリマーの膨張度」という語は、次のようにして決定されたポリマーの膨張を意味するものと理解する。
【００８１】
Ｇ（膨張度）＝（ｄｏ／ｄｅ−１）・１００
ここで、ｄｏは、非膨張のポリマー（すなわち、基本的に空隙容積が無い構造体を有するポリマー）の密度を示し、ｄｅは、膨張したポリマーに対して測定した見掛け密度を示す。好ましくは、上記膨張した重合系層２２の膨張度は、０．３５ないし０．７の範囲、好ましくは、０．４ないし０．６の範囲にて選ばれるものとする。
【００８２】
好ましくは、上記保護要素２０の２つの非膨張の重合層２１、２３は、ポリオレフィン材料で出来たものとする。
好ましくは、第一の重合系非膨張層２３は、非架橋結合のポリエチレン（ＰＥ）のような、ポリオレフィンであることが好ましい熱可塑性材料で出来たものとする。これと代替的に、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）を使用していもよい。図１に示した実施の形態において、ケーブル１には、外側半導性層５と金属遮蔽体６との間に配置された遮水層８が更に設けられる。
【００８３】
本発明の１つの好ましい実施の形態に従い、遮水層８は、当該出願人の名による国際出願０１／４６９６５号に記載されたような、膨張した水膨潤可能な半導性層である。
好ましくは、上記遮水層８は、水膨潤可能な材料がその内部に埋め込み又は分散される膨張した重合系材料で出来たものである。
【００８４】
好ましくは、上記遮水層８の膨張可能なポリマーは、上述した重合系材料から選ばれるものとする。
上記遮水層８は、水がケーブルの内部に長手方向に侵入することに対する効果的な障壁を提供することを目的とする。
【００８５】
当該出願人が行った試験が示すように、上記の膨張した重合系層は、多数の水膨潤可能な材料を内蔵することができ、また、内蔵させた水膨潤可能な材料は、膨張した重合層が水分又は水と接触するように配置されたとき、膨張し、これにより、その遮水機能を効果的に果たすことができる。
【００８６】
水膨潤可能な材料は、全体として、更に微かく分割された形態、特に、粉体の形態をしている。水膨潤可能な粉体を構成する粒子は、２５０μｍ以下の直径、及び１０ないし１００μｍの平均直径を有することが好ましい。より好ましくは、１０ないし５０μｍの直径を有する粒子の量は、粉体の総重量に対して重量比で少なくとも５０％であるものとする。
水膨潤可能な材料は、全体として、重合鎖に沿った親水基を有するホモポリマー又は共重合体から成っており、例えば、架橋結合し且つ、少なくとも部分的に塩化したポリアクリル酸（例えば、Ｃ．Ｆ．ストックハウゼン（Ｓｔｏｃｋｈａｕｓｅｎ）Ｇｍｂｈからのキャブロック（Ｃａｂｌｏｃ）（登録商標名））又はグレーンプロセッシング（Ｇｒａｉｎ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）カンパニーからのウォータロック（Ｗａｔｅｒｌｏｃｋ）（登録商標名）のような製品）、アクリルアミド及びアクリル酸ナトリウムの間にて共重合体と混合させたデンプン又はその誘導体（例えば、ヘンケル（Ｈｅｎｋｅｌ）ＡＧからの製品である、ＳＧＰ吸着性ポリマー（ＳＧＰ  Ａｂｓｏｒｂｅｎｔ  Ｐｏｌｙｍｅｒ）（登録商標名））、ナトリウムカルボキシメチルセルロースヘルキュラス（Ｈｅｒｃｕｌｅｓ）インコーポレーテッドからのブラノズ（Ｂｌａｎｏｓｅ）（登録商標名））のような製品から成っている。  効果的な遮水作用を得るため、膨張した重合系層内に含めるべき水膨潤可能な材料の量は、全体として、５ないし１２０ｐｈｒ、好ましくは、１５ないし８０ｐｈｒであるものとする（ｐｈｒ＝基材材料の重量比による１００部分に対して重量比による部分）。
【００８７】
更に、遮水層８の膨張した重合系材料は、半導性であるように改質することができる。
半導性ポリマー組成物を作製するため当該技術にて既知の製品を使用して上記重合系材料に対し半導性の性質を与えることができる。特に、例えば、導電性のファーネスブラック又はアセチレンブラック等のような導電性カーボンブラックを使用することができる。カーボンブラックの表面積は、全体として、２０ｍ２／９以上、通常、４０ないし５００ｍ２／ｇの範囲にある。好ましくは、例えば、ケットジエンブラック（Ｋｅｔｊｉｅｎｂｌａｃｋ）（商標名）ＥＣという商標名にて商業的に知られたファーネスカーボンブラック（オランダ、アクゾーケミエ（Ａｋｚｏ  Ｃｈｅｍｉｅ）））のような、少なくとも９００ｍ２／ｇの表面積を有する、高伝導性のカーボンブラックを使用することができる。
【００８８】
重合系マトリックスに追加すべきカーボンブラックの量は、使用したポリマー及びカーボンブラックの型式、得ようとする膨張程度、膨張剤等に依存して変更することができる。このように、カーボンブラックの量は、室温にて膨張した材料に対して、５００Ω・ｍ以下、好ましくは、２０Ω・ｍ以下の容積抵抗率の値が得られるような、十分な半導性の性質を膨張した材料に対して与え得るものでなければならない。典型的に、カーボンブラックの量は、ポリマーの重量に対して重量比にて１ないし５０％の範囲、好ましくは、重量比にて３ないし３０％の範囲にあるものとすることができる。
【００８９】
遮水層８の好ましい膨張程度の範囲は、０．４ないし０．９とする。
更に、ケーブル１に対し半導性の遮水層８を提供することにより、外側半導性層５の電気的性質は上記遮水性の半導性層により部分的に果たされるから、外側半導性層５の厚さを都合良く減少させることができる。このため、上記特徴は、外側半導性層の厚さの減少、従ってケーブルの全体的な重量の減少に好ましいように寄与する。
【００９０】
絶縁層の電気的設計
全体として、ケーブルの絶縁層は、該ケーブルの用途の種類に対して予め規定された電気的応力条件に抵抗し得る寸法とされている。特に、ケーブルが作用しているとき、導体２は、ケーブルの公称作動電圧に保たれ、遮蔽体６は、接地接続される（すなわち、遮蔽体は０ボルトである）。
【００９１】
名目的に、内側半導性層３は、導体と同一の電圧であり、外側半導性層５及び遮水層８は金属遮蔽体６と同一電圧である。
絶縁層の厚さに依存して、このことは、絶縁層の材料の誘電強さ（適宜な安全率を含む）と適合可能でなければならない、絶縁層における電圧応力を決定することになる。
【００９２】
円筒状導体の周りの電気電圧応力Γは次式によって規定される。
Γ＝Ｕｏ／（ｒ・ｌｎ（ｒｉ／ｒｃ））            （１）
ここで、
Ｕｏは、接地電圧に対する相、
ｒｉは、絶縁層表面の半径、
ｒｃは、導体表面の半径（又は存在するならば、内側半導性層表面の半径）。
【００９３】
等式（１）は、交流電圧範囲に関する。異なり且つより複雑な表現がＣＣ電圧範囲に対して利用可能である。
例えば、国際標準ＣＥＩ  ＩＥＣ６０５０２−２（１．１−１９９８−１１版、１８−１９ページ）は、架橋結合したポリエチレン（ＸＬＰＥ）で出来た絶縁層の場合、２０ＫＶの電圧に相応し且つ、３５ないし１０００ｍｍ２の導体の断面積を有する絶縁層に対して５．５ｍｍの公称厚さ値を規定している。更なる一例として、１０ＫＶの電圧であり、１６ないし１０００ｍｍ２の範囲の導体の断面積が選ばれる場合、上記標準に従いケーブルの絶縁層には、３．４ｍｍの公称厚さ値が与えられなければならない。
【００９４】
衝撃保護
本発明に従って、保護要素２０は、例えば、輸送又は付設作業の間、ケーブルに衝突する石、工具等に起因する潜在的な衝撃によって絶縁層４が損傷されないよう保護する。
【００９５】
例えば、一般的な方法は、ケーブルを所定の深さにて地面に掘った溝内に付設し、その後、その溝をその前に除去した材料にて充填することである。
除去した材料が石、レンガ等を含む場合、数キログラムの重さのものが相当な高さ（数１０センチから１メートル以上まで）からケーブルに落下し、衝撃が比較的大きいエネルギを伴なうことは珍しいことではない。
【００９６】
付設作業中のその他の衝撃力の潜在的な発生源は、その動く間の誤り、過剰な速度の場合にケーブルを打撃する可能性がある作動機械である。
圧縮可能なケーブルに対する衝撃力Ｆの効果は、図２に概略図的に図示されており、ここで、図１に関して既に説明した相応する要素を特定するため、同一の参照番号が使用される。
【００９７】
図２のケーブルには、金属遮蔽体６の外側に配置されたオーバシース７が設けられている。典型的に、該オーバシース７は、ポリエチレン又はＰＶＣのような重合系材料で出来ている。
【００９８】
図２のケーブルには、ケーブルの内部への長手方向へ水の侵入を回避し得るよう水膨潤可能なテープ９が更に設けられている。
図２に示すように、衝撃力Ｆの結果として、ケーブルは局部的に変形する。
【００９９】
全体として、ケーブルの絶縁層及びオーバシースに対して使用される材料は、衝撃後、その当初の寸法及び形状の一部分のみを弾性的に回復し、このため、衝撃がケーブルが励起される前に生じた場合でさえ、その衝撃後、電気的応力に抵抗する絶縁層の厚さは減少する。
【０１００】
しかし、当該出願人は、金属遮蔽体がケーブルの絶縁層の外側で使用されるとき、かかる遮蔽体の材料は衝撃によって恒久的に変形され、変形の弾性的回復を更に制限し、このため、絶縁層はその当初の形状及び寸法を弾性的に回復することが抑止されることを知見した。
【０１０１】
その結果、衝撃により又は少なくともそのかなりの部分により生じた変形は、衝撃自体が除去された場合でさえ、衝撃後、維持される。上記変形の結果、絶縁層の厚さは、当初の値ｔｏから「損傷した」値ｔｄへと変化することになる（図２参照）。
【０１０２】
従って、ケーブルが励起されたとき、衝撃領域内で電圧応力（Γ）を支える実際の絶縁層の厚さは、ｔｏ以上ではなく、ｔｄである。
例えば、ケーブルの作動電圧に対して上述した標準により規定されるように、値ｔｏが十分な余裕を持って選ばれる場合、このことは、依然としてケーブルが衝撃を受けた領域内で安全に作用することを許容するのに十分である。
【０１０３】
しかし、損傷した領域内でも安全に作用することを許容する必要性のため、ケーブルの全体は、絶縁層の厚さが必要とされるよりも著しく厚いように形成される。
更に、その後、例えば継手がかかる領域で形成されるといった何らかの追加的な作業が衝撃領域にて行われる場合、ある安全率が絶縁層の厚さに提供される場合でさえ、電気的応力が許容可能な程度以上に増大する状態が生ずる可能性がある（設計直径と異なる直径にて作用する、ケーブル又は関係した付属品の何れの場合にも）。
【０１０４】
衝撃抵抗の測定
衝撃に関係することが分かった色々なパラメータ及び異なるクラスのケーブルに対する関連した可能性を考慮して、衝撃エネルギを測定した。
【０１０５】
例えば、ケーブルに落下する物により衝撃が生ずる場合、衝撃エネルギは、ケーブルに衝突する物品の質量及び該物品が落下する高さの双方に依存する。
従って、ケーブルが溝等に付設されるとき、衝撃エネルギは、その他の因子の内、ケーブルが付設される深さに依存し、上記衝撃エネルギはその深さの増加に伴なって増大する。
【０１０６】
従って、衝撃エネルギは、そのそれぞれの付設深さに従ってケーブルの異なるクラスに対して相違することが判明した。
更に、溝内等に付設されるケーブルの場合、付設作業の間、一般に生ずる付設屑が存在することは、ケーブルに偶発的な衝撃が加わる可能性に影響を与え、その寸法は、可能な衝撃のエネルギを決定することに寄与する。ケーブルの単一体の重量及び付設作業に使用される作動機械の寸法のようなその他の因子も考慮した。
【０１０７】
上記の分析に鑑みて、ケーブルの各クラスに対して（例えば、ＬＶ、ＭＶ、ＨＶ）、参照衝撃エネルギは発生する可能性が顕著であるものとして特定した。これら衝撃に相応して、かかる衝撃を支持することができるものとして特定のケーブル構造を規定した。
【０１０８】
特に、ＭＶケーブルの場合、ケーブルを使用し且つ、付設する間の顕著な事象を表わすものとして５０Ｊエネルギの衝撃を特定した。
かかる衝撃エネルギは、例えば、重量２７ｋｇの円錐形の形状物を１９ｃｍの高さからケーブルに落下することを許容することで実現することができる。特に、試験物は、９０°の円錐角度を有し、端縁は約１ｍｍの半径にて丸味を付ける。
【０１０９】
本明細書において、「衝撃」という語は、ケーブルの構造体に対し顕著な損傷を生じさせることができる特定のエネルギの動荷重の全てを包含することを意図するものである。
低電圧及び高電圧の用途（ＬＶ、ＨＶ）用のケーブルに対し、それぞれ２５Ｊ及び７０Ｊの衝撃エネルギを特定した。
【０１１０】
本発明の目的上、同一の位置にて４回の連続的な衝撃後、０．１ｍｍ以下（これは精密な測定限界値である）より小さい恒久的な変形が生じたならば、ケーブルは満足し得るように保護されているものと考えた。
【０１１１】
図３に示すように、本発明に従って衝撃がケーブルに加えられたとき、保護要素２０は、単独で又は好ましくは、膨張した遮水層８と組み合わさって、絶縁層４の変形を減少させることができる。
【０１１２】
本発明によれば、「減少した」値ｔｒにて選んだ絶縁層の厚さと組み合わさった厚さｔｐを有する保護要素２０の結果、上述した衝撃抵抗試験に満足し得るように合格することができ、依然として選んだ電圧クラスにて安全に作用する能力を維持するケーブルとなることが可能であることが判明した。
【０１１３】
絶縁体の厚さは、衝撃に起因する変形を考慮するため追加的な厚さを加えることを必要とせずに、その所期の用途に対して検討すべき最も制限的な電気的制限値を選ぶことにより、決定することができる。
【０１１４】
例えば、導体表面（又はその上に押出し成形した内側半導性層の外面）における最大勾配及び継手における勾配、すなわちケーブル絶縁体の外面における勾配を重要な電気的制限値としてケーブルを設計するときに考慮することが一般的である。
【０１１５】
導体表面における勾配を絶縁体に対して使用される材料の許容可能な最大勾配（例えば、ポリオレフィンコンパウンドの場合、約１８ｋＶ／ｍｍ）と比較し、継手における勾配をケーブルに対して使用されると考えられる継手装置の許容可能な最大勾配と比較する。
【０１１６】
例えば、ケーブル継手は、導体継手領域における絶縁体を露出したケーブルの絶縁層の特定の長さに亙って重なり合う弾性的（又は熱収縮性）スリーブと置換することにより、形成することができる。
【０１１７】
かかる型式の継手が約２．５ｋＶ／ｍｍ（ＭＶケーブルの場合）の勾配にて安全に作用する場合、このことは、最も制限的な状態である可能性があり、絶縁体の厚さは、かかる状態に耐え得るように決定される。別の状態がより非制限的であることが判明するであろう場合、かかる状態を絶縁体の厚さの設計に考慮しなければならない。
【０１１８】
しかし、本発明に従って、衝撃に起因する絶縁体の変形を考慮するため何ら追加的な厚さを提供する必要はない。また、保護要素２０が「減少した」値ｔｒにて選んだ絶縁層の厚さと組み合わせて使用されるとき、ケーブルの全体的な重量は、衝撃保護無し（すなわち、膨張した重合系層を備える衝撃保護要素無し）で、また、従来の絶縁層の厚さｔｏを有するケーブル（すなわち図２のケーブル）の相応する重量よりも軽量であり、同一の衝撃エネルギに抵抗することができる（絶縁層の変形を許容することによる場合でさえ）。
【０１１９】
膨張した遮水層８が存在することは、また、衝撃抵抗性に更に寄与し、絶縁層４の変形を更に減少することを許容することも判明した。
本発明による２つのケーブル及び比較用ケーブル（その設計は上述した衝撃抵抗試験に合格する）に対する絶縁層の厚さ及び全体的なケーブルの重量は、２０ｋＶクラス電圧ケーブル及び５０ｍｍ２の導体の断面積の場合について表１に掲げてある。
【０１２０】
表１
ケーブル      厚さ（ｍｍ）    厚さ（ｍｍ）    厚さ（ｍｍ）  厚さ（ｍｍ）
の型式        オーバシース    保護要素        保護要素      保護要素
第二（内側）    膨張層        第一（外側）
非膨張層                      非膨張層
１            −            １            １．５        ４．４
２            −            １            １．５        ０．８５
３          ８．２５        −              −            −  
ケーブル    厚さ（ｍｍ）  厚さ（ｍｍ）  厚さ（ｍｍ）      厚さ（ｍｍ）
の型式      膨張した      水膨潤可能    アルミニウム      絶縁層
遮水層        テープ        金網
１        −        ０．１５          ０．３            ４
２      ０．５        −              ０．３            ４
３        −        ０．２            ０．３            ４
ケーブル    ケーブルの重量      全体直径
の型式      （ｋｇ／ｍ）        （ｍｍ）
１        ０．７４          ３０．７
２        ０．５１          ２４．９
３        ０．９０          ３３．９
詳細
ａ）ケーブル１は、水膨潤可能なテープで出来た非膨張の遮水層８を備える本発明のケーブルであり、該ケーブルは、第一の非膨張重合層２３と、膨張した重合層２０と、第二の非膨張重合層２１とを有する保護要素２０を更に備えている。
ｂ）ケーブル２は、膨張した遮水層８を備える本発明によるケーブルであり、該ケーブルは、第一の非膨張の重合層２３と、膨張した重合層２２と、第二の非膨張の重合層２１とを有する保護要素２０を更に備えている。
ｃ）ケーブル３は、オーバシースと、水膨潤可能なテープで出来た水膨潤可能な遮水層とを備える、図２に示した型式の比較用ケーブルである。
更に、表１には、膨張した遮水層８が設けられる場合、保護要素２０の厚さは好ましいように減少し（又は、ケーブルの全体重量が減少する）、同一の絶縁層の厚さを維持することが示されている。
【０１２１】
更に、表１には、本発明のケーブルと比較して同一の衝撃状態にてその作用可能性を維持するためには、比較用ケーブルは、顕著な重量（すなわち約０．９０ｋｇ／ｍ）を必要とするであろうことが示されている。
【０１２２】
表２には、架橋結合したポリエチレン（ＸＬＰＥ）絶縁層に対し、上述した国際標準ＣＥＩ  ＩＥＣ６０５０２‐２より規定された相応する絶縁層の厚さと比較して、ＭＶ範囲における異なる作用電圧クラスに対する本発明によるケーブルの絶縁層の寸法の例が掲げてある。
【０１２３】
表２
１０ｋＶ    ２０ｋＶ    ３０ｋＶ
本発明のケーブルの絶縁層の厚さ（ｍｍ）  ２．５      ４          ５．５
標準ＣＥＩ  ＩＥＣ６０５０２−２
による絶縁層の厚さ（ｍｍ）              ３．４      ５．５      ８
表２に掲げた値によれば、本発明のケーブルに対して提供される絶縁層の厚さは、上記標準による相応する絶縁層の厚さよりそれぞれ２６％、２７％及び５６％だけ薄い。
【０１２４】
衝撃保護要素の寸法
異なる導体断面積に対し絶縁材料が変形しないようにするため、異なるケーブル断面積について保護要素の寸法を測定した。
【０１２５】
この目的のため、５０Ｊエネルギの衝撃を受けたとき、＜０．１ｍｍの絶縁層の変形に相応する保護要素の厚さは、膨張した遮水層が存在する場合、及び非膨張の遮水層が存在する場合の双方に対し、色々な導体の断面積に相応して測定した。
【０１２６】
第二の非膨張層２１の厚さ及び膨張した重合層２２の厚さを一定に保ち、第一の非膨張層２３の厚さを増すことにより、保護要素の厚さを変化させた。
上記保護要素２０が設けられていないケーブルに対する非膨張のオーバシース７の相応する厚さも選んだ（図４参照）。
【０１２７】
上記保護要素の厚さは導体の断面積の増加に相応して減少することも判明した（図５参照）。
膨張した遮水層８が存在することは、顕著により薄い保護要素２０を使用することを許容することも判明した（図５と比較して図６参照）。
【０１２８】
オーバシース７を有する比較用ケーブル、保護要素２０を有するケーブル、保護要素２０及び膨張した遮水層８の双方を有するケーブルに対する結果がそれぞれ図４、図５、図６に示されている。
【０１２９】
上記の図面において、図４に関するオーバシースの厚さｔｓ、図５に関する保護要素の厚さｔｐ、及び図６に関する保護要素の厚さｔｐ及び遮水層の厚さｔｗの合計値が、２０ｋＶ電圧クラスに対する導体断面積Ｓの関数として描かれている。
【０１３０】
当該出願人はまた、膨張した重合系層の厚さを一定に保ちつつ、第一の非膨張の層の厚さを増すことにより、衝撃に対する物理的保護効果を増すことができることも知見した。
本発明のケーブルは、中程度及び高電圧の分野にて直面する電気的及び機械的応力状態に鑑みて、これらの分野にて使用するのに特に適している。
【０１３１】
しかし、状況（例えば、厳しい電気的及び機械的応力、安全又は信頼性の条件等）が要求するときは常に低電圧の用途にても該ケーブルを使用することができる。
本発明によれば、上述したように、ケーブルに対し膨張した重合層を設けることにより、ケーブルの全体重量を好ましいように減少させることが可能となる。
【０１３２】
該特徴は、輸送をより容易にし、従って、輸送コストを削減し、また、付設するステップの間のケーブルの取り扱いを一層容易にするから、該特徴は、極めて重要である。この点に関して、設置すべき（例えば、地面に掘削した溝内に直接又は埋め込んだ配管内に）ケーブルの全体重量が軽くなればなる程、ケーブルを設置するためにケーブルに加える必要のある引張り力が益々小さくて済むことは、特に強調すべきことである。このため、このことは、設置コストを低減し且つ、設置作業を一層簡単にすることの双方を意味する。
【０１３３】
更に、本発明によれば、ケーブルの所望の機械的及び電気的性質を維持しつつ、より小型のケーブルを得ることができる。上記特徴のため、より長い長さのケーブルをリールに格納し、これにより、輸送コスト及びケーブルを付設する間に行われる接合作業を軽減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０１３４】
【図１】本発明による電気ケーブルの斜視図である。
【図２】衝撃により損傷を受けた比較用電気ケーブルの断面図である。
【図３】衝撃に起因する保護要素の変形が存在する、本発明による電気ケーブルの断面図である。
【図４】従来のケーブルにて衝撃を受けたときに絶縁層の損傷を防止し得る設計とされたオーバシースの厚さと導体断面積との間の関係を示す、グラフである。
【図５】本発明によるケーブルにて衝撃を受けたときに絶縁層の損傷を防止し得る設計とされたケーブルの保護要素の厚さと導体断面積との間の関係を示す、グラフである。
【図６】本発明による２つの膨張した重合層が設けられたケーブルにて衝撃を受けたときに絶縁層の損傷を防止し得る設計とされた保護要素の厚さと導体断面積との間の関係を示す、グラフである。
【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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【国際調査報告】
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