(57)【要約】【課題】簡単に導入でき、電力コストの低減を図り得る地中管路内電力ケーブルの冷却構造を提供する。【解決手段】地中に管路１を埋設し、管路１内に電力ケーブル２を布設する。管路１の内面と電力ケーブル２との間の空間に、冷却材３を封入する。冷却材の熱伝導率は２６ｍＷ／ｍ・Ｋより大きいのが好ましい。冷却材の粘度は５ｍＰａ・ｓ〜５０００００ｍＰａ・ｓであるのが好ましい。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地中に埋設された管路と、前記管路内に布設された電力ケーブルとを少なくとも有し、前記管路の内面と前記電力ケーブルとの間の空間に、冷却材が封入されていることを特徴とする地中管路内電力ケーブルの冷却構造。
【請求項２】
前記冷却材の熱伝導率が２６ｍＷ／ｍ・Ｋより大きい請求項１記載の地中管路内電力ケーブルの冷却構造。
【請求項３】
前記冷却材の熱伝導率が、前記電力ケーブルの導体を被覆する絶縁材料の熱伝導率と同等又はそれよりも高い値となっている請求項１記載の地中管路内電力ケーブルの冷却構造。
【請求項４】
前記冷却材の粘度が、５ｍＰａ・ｓ〜５０００００ｍＰａ・ｓである請求項１記載の地中管路内電力ケーブルの冷却構造。
【請求項５】
前記冷却材が、吸水性樹脂によって形成されている請求項１記載の地中管路内電力ケーブルの冷却構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地中の管路内に布設された電力ケーブルを冷却するための冷却構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、送電線として、保安面、法規による制約、地域環境等の理由から、架空送電線に代わって地中送電線が採用される場合がある。特に、都市部や都市近郊においては、地中送電線が採用される傾向にある。
【０００３】
地中送電線の布設方式として、例えば、地中に埋設された管路内に電力ケーブルを布設する管路式や、地中に構築された暗渠（洞道）の床上や棚上に電力ケーブルを布設する暗渠式等が挙げられる。
【０００４】
また、地中送電線においては、架空送電線に比べて、電力ケーブルで発生した熱が放散し難いため、発熱によって送電容量が低下する。よって、従来から、送電容量を大きく確保するため、強制冷却が行われている（例えば、非特許文献１参照。）。特に、管路式を採用する場合は、暗渠式よりも熱放散が制約されるため、送電容量の確保が難しく、強制冷却は重要である。
【０００５】
管路式の場合の強制冷却方法としては、例えば、電力ケーブルを布設した管路に並行して併設された冷却用管路に冷却水を送水し、土壌を冷やしてケーブルを間接的に冷却する管路間接冷却方法が知られている（非特許文献１参照。）。また、電力ケーブルが布設された管路内に冷却水を送水して、ケーブルを直接冷却する管路直接冷却方法も知られている（非特許文献１参照。）。このような冷却方法によれば、送電容量の確保は十分に図ることができる。
【非特許文献１】２１世紀地中送電技術専門委員会著  「２１世紀の地中送電技術」（社）電気協同研究会出版、２００２年５月２０日、電気協同研究第５８巻第１号第３章１−７節（強制空冷の技術の変遷）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した強制冷却方法を採用するためには、水を冷却するための冷却装置や水を循環させるためのポンプといった付帯設備を設置しなければならない。また、設備の保守・管理が必要である。このため、設備投資や、設備維持の費用に多額の費用が掛かるため、電力コストの低減が図れないという問題がある。更に、予め付帯設備を設置する為のスペースが確保されていない場合や、付帯設備のための電源の確保が難しい場合は、導入自体が困難である。
【０００７】
本発明の目的は、上記問題を解消し、簡単に導入でき、且つ、電力コストの低減を図り得る地中管路内電力ケーブルの冷却構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために本発明における地中管路内電力ケーブルの冷却構造は、地中に埋設された管路と、前記管路内に布設された電力ケーブルとを少なくとも有し、前記管路の内面と前記電力ケーブルとの間の空間に、冷却材が封入されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
以上の特徴により、本発明における冷却構造によれば、地中管路に布設された電力ケーブルに簡単に導入できる。また、付帯設備を設ける必要がなく、保守・管理が容易であるため、設備費用及び維持費用を削減でき、結果、従来に比べて、電力コストの低減を図ることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
上記本発明における冷却構造においては、前記冷却材の熱伝導率は２６ｍＷ／ｍ・Ｋより大きいのが良い。また、特には、前記冷却材の熱伝導率は、前記電力ケーブルの導体を被覆する絶縁材料の熱伝導率と同等又はそれよりも高い値となっているのが好ましい。
【００１１】
また、上記本発明における冷却構造においは、前記冷却材の粘度は、５ｍＰａ・ｓ〜５００００ｍＰａ・ｓであるのが好ましい。また、前記冷却材は、吸水性樹脂によって形成されているのが好ましい。
【００１２】
以下、本発明における地中管路内電力ケーブルの冷却構造について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明における地中管路内電力ケーブルの冷却構造の一例を示す断面図である。図１に示すように、冷却構造は、地中に埋設された管路１と、管路内に布設された電力ケーブル２とを備えている。なお、図１において、電力ケーブル２は外形のみを示している。電力ケーブル２は、通常、導体を絶縁材料で被覆して構成されている。また、電力ケーブルの具体例としては、ＣＶケーブル、ＯＦケーブル等が挙げられる。
【００１３】
図１の例では、管路１は変電所４の地下室６に接続されている。電力ケーブル２は、変電所４内に設置された終端箱１３に接続されており、変電所４の地下室６を介して、管路１内に布設されている。また、管路１の途中にはマンホール５が設けられている。これは、電力ケーブル２は複数本の電力ケーブルを直列に接続して構成されており、マンホール５において接続を行うためである。
【００１４】
また、図１に示すように、管路１の内面と電力ケーブル２との間の空間には、冷却材３が封入されている。このため、図１に示す冷却構造によれば、冷却材３によって電力ケーブル２で発生した熱を速やかに地中へと放散できるので、送電容量の向上を図ることができる。なお、７は、冷却材３が管路１内から漏洩するのを防止するシール部材である。図１において矢印は熱の放散を示している。
【００１５】
但し、図１に示す冷却構造では、強制冷却を行う場合に比べ、冷却能力は低く、送電容量も低くなる。よって、送電容量のみを考慮すると、強制冷却を採用する場合に比べて電力コストは上昇する。
【００１６】
しかしながら、図１に示す冷却構造によれば、冷却材３を封入するだけで良いため、冷媒を冷却するための冷却装置やポンプ等の付帯設備が必要なく、設備費用を削減できる。また、保守・管理に手間が掛からないため、設備維持の費用も削減できる。
【００１７】
このため、図１に示す冷却構造を採用した場合は、強制冷却を行う場合に比べ、設備費用や設備維持の費用の削減によって多大な電力コストの削減を図ることができる。よって、トータル的には、強制冷却を行う場合よりも電力コストを大きく削減できる。また、図１に示す冷却構造は、付帯設備のスペースが確保されていない場合や、冷却システムの電源の確保が難しい場合であっても簡単に導入できる。
【００１８】
冷却材３は、熱伝導率が空気よりも高いもの、即ち、２６ｍＷ／ｍ・Ｋより大きいものであれば良く、特には、熱伝導率が電力ケーブル２の導体を被覆する絶縁材料の熱伝導率
（例えば１００ｍＷ／ｍ・Ｋ〜７００ｍＷ／ｍ・Ｋ程度）と同等か、又はそれよりも高いものであるのが好ましい。よって、冷却材３としては、金属等の熱伝導率が高いものを用いることもできる。
【００１９】
但し、熱伝導率が高くても、金属等の固体を冷却材３として用いると、冷却材３の封入及び排出作業が困難になるため、電力ケーブル２が老朽化した場合の張替え作業が困難となり、結果、設備維持の費用が高くなる。また、水等の液体を冷却材３として用いた場合は、冷却材３の封入及び排出作業は容易となるが、管路１からの漏洩を防止するため、シール部材７として気密性が高いものを用いる必要がある。更に、この場合、シール部材７を定期的に取り替える必要もある。
【００２０】
これらの点から、冷却材３としてはゲル状の材料を用いるのが好ましい。このような材料は粘度が高いため、水等の液体を冷却材３に用いる場合に比べてシール部材７に気密性が要求されない。よって、シール部材７の構造を簡略化でき、コストを削減できる。また、取り替え期間の長期化を図ることができるので、設備維持のための費用も削減できる。更に、施工を容易なものとできる。
【００２１】
ゲル状の冷却材３としては、例えば、吸水性樹脂に、水等の主溶液を吸水させて形成したものが挙げられる。吸水性樹脂としては、アクリル酸系高分子材料を原料とする吸水性樹脂（例えば、三菱化学社製「アクアパール」）や、マレイン酸系高分子材料を原料とする吸水性樹脂（例えば、クラレケミカル社製「アクアビーズ」）等が挙げられる。このような吸水性樹脂によって形成された冷却材３には、増粘剤を添加でき、これによって粘度を調整することができる。
【００２２】
また、冷却材３の粘度は、高いと漏洩しにくくなるが、施工が困難になる。一方、低いと施工は容易になるが、漏洩しやすくなる。これらの点から、冷却材３の粘度は、５ｍＰａ・ｓ〜５０００００ｍＰａ・ｓ、好ましくは２０ｍＰａ・ｓ〜５００００ｍＰａ・ｓ、特に好ましくは２５ｍＰａ・ｓ〜５００００ｍＰａ・ｓに設定する。
【００２３】
ここで、管路１に設置されるシール部材７について図を用いて説明する。図２は、管路に設置されるシール部材の一例を示す断面図であり、図１中に破線で示した領域Ａを拡大して示している。なお、図２においても、電力ケーブル２は外形のみを示している。
【００２４】
図２に示すシール部材７は、冷却材３がゲル状である場合に用いられる。シール部材７は、管路１に冷却材３を封入し、仮シール部材８によって仮の封止を行った後、液状のシリコンゴムや、エポキシ樹脂といった樹脂等を注入し、硬化させることによって形成できる。このように、シール部材７は簡単に形成でき、冷却構造のコスト削減に貢献できる。
【００２５】
また、図２の例では、仮シール部材８としては、断面が円形のリング状の部材が用いられているが、これに限定されるものではない。仮シール部材８は、ゲル状の冷却材３の一時的な封止を行えるものであれば良く、形状及び形成材料は特に限定されない。例えば、ウエスを電力ケーブル２と管路１の内面との間に詰め込み、これを仮シール部材８としても良い。その他、仮シール部材としては、吸水性樹脂層を一対のフィルム材料で挟み込んで形成した止水テープ等を用いることもできる。
【００２６】
図３は、管路に設置されるシール部材の他の例を示す断面図である。図３において、電力ケーブル２及びシール部材１２は外形のみを示している。図３に示すシール部材１２は、冷却材３が液体の場合であっても用いることができる。
【００２７】
図３に示すシール部材１２は、２枚の円盤状のプレート１０、これらの間に配置された
円盤状の弾性体１１、及び複数のボルト９を備えている。また、ボルト９は、２枚のプレート１０及び弾性体１１を貫通している。
【００２８】
よって、各ボルト９を締め込むと、２枚の円盤状のプレート１０に挟まれた弾性体１１は半径方向に弾性変形し、やがて弾性体１１の外周面と管路１の内面とは密着する。このように、シール部材１２においては、機械的に冷却材３の封止を行えるため、図２に示したシール部材７よりも気密性を高めることができる。
【００２９】
また、本発明において、電力ケーブル２は複数条を布設することができる。この場合、電力ケーブル２毎に管路１を設けても良いし、一本の管路１に複数条の電力ケーブル２を布設しても良い。
【００３０】
図４は、複数条の電力ケーブルが布設された例を示す断面図である。図４においては、複数の管路１を地中に埋設し、各管路１に一本ずつ電力ケーブル２を布設している。なお、図４に示す断面図は、管路の長手方向に垂直に切断した状態を示している。
【実施例１】
【００３１】
図１に示した冷却構造を模した実験装置を用いて、本発明の地中管路内電力ケーブルの冷却構造の評価を行った。実験装置は、ベルトヒーターを巻きつけた塩ビ管をそれよりも内径が大きい別の塩ビ管に挿入し、外側の塩ビ管と内側の塩ビ管との間に冷却材を充填して構成した。この実験装置において、外側の塩ビ管は図１に示した管路１に相当し、内側の塩ビ管とベルトヒーターとが図１に示した電力ケーブル２に相当する。
【００３２】
外側の塩ビ管としては、外径６０ｍｍ、内径５６ｍｍ、長さ２ｍのＶＵ５０を使用した。内側の塩ビ管としては、外径３２ｍｍ、内径２４ｍｍ、長さ２ｍのＶＰ２５を使用した。ベルトヒーターとしては、発熱長４ｍｍ、容量１００Ｖ、出力１２０Ｗの泉電熱社製「
ＳＲＨ−０４０１」を使用した。なお、内側の塩ビ管へのベルトヒーターの巻きつけは、ピッチが均等になるようにスパイラル状に行った。
【００３３】
冷却材としては、イソブチレン−無水マレイン酸系の球状吸水性樹脂（クラレケミカル社製「アクアビーズ」、粒度：８〜３２メッシュ）に水を吸水させて得られたものを使用した。また、球状吸水性樹脂の水への配合は、重量比（水：球状吸水性樹脂）を２００：１に設定して行った（例えば、水３００ｍｌに対し吸水性樹脂１．５ｇを配合する。）。冷却材を充填した後、外側の塩ビ管の両端に、Ｌ型パイプを差し込み、Ｌ型パイプと外側の塩ビ管との継ぎ目に融着テープを巻いて、冷却材の漏洩防止を行った。
【００３４】
なお、冷却材の粘度は３４８０ｍＰａ・ｓであった。粘度の測定は、回転粘度計（ＪＩＳ  Ｋ  ７１１７）を用いて行った。また、冷却材の組成の大部分は水であることから、冷却材の熱伝導率は、水の熱伝導率（６１０ｍＷ／ｍ・Ｋ）に近い値であると予想できる。
【００３５】
ベルトヒーターへの電力の供給は、単相１００Ｖの商用電源から行った。また、二重構
造の塩ビ管の一方の端から３０ｃｍの位置において、外側の塩ビ管の外面（管路表面）と、二本の塩ビ管の隙間（管路内部）とに、温度計測用の熱電対を配置した。各熱電対は測定装置（ティアンドディ社製「温度ロガーＴＲ−７１Ｕ」に接続した。
【００３６】
上記の実験装置を室内に配置し、ベルトヒーターへの通電を開始した。通電開始時の室内温度は１０℃であった。また、室内温度（周囲温度）についても通電開始から計測を行った。実験結果を図５に示す。図５において、縦軸は温度、横軸は時刻を示している。図５に示すように、通電開始から約５時間が経過すると、管路表面温度及び管路内部温度は飽和状態となり、時間の経過と共に更に降下していった。管路内部の最高温度は約４４．６℃であった。
【実施例２】
【００３７】
冷却材を構成する吸水性樹脂として、粒度が３２〜８０メッシュのイソブチレン−無水マレイン酸系の球状吸水性樹脂（クラレケミカル社製「アクアビーズ」）を使用した以外は、実施例１と同様に実験を行った。実験結果を図６に示す。図６においても、縦軸は温度、横軸は時刻を示している。図６に示すように、実施例２においても、通電開始から約５時間が経過すると、管路表面温度及び管路内部温度は飽和状態となり、時間の経過と共に更に降下していった。このときの管路内部の最高温度は約４２.５℃であった。
【００３８】
なお、実施例２において冷却材の粘度は２５ｍＰａ・ｓであった。粘度の測定は実施例１と同様に行った。また、実施例２においても、冷却材の組成の大部分は水であることから、冷却材の熱伝導率は、水の熱伝導率（６１０ｍＷ／ｍ・Ｋ）に近い値であると予想できる。
【００３９】
（比較例）
冷却材が充填されていない以外は、実施例１で使用した実験装置と同様の実験装置を用いて、実施例１と同様に実験を行った。実験結果を図７に示す。図７においても、縦軸は温度、横軸は時刻を示している。図７に示すように、比較例においても、通電開始から約５時間が経過すると、管路表面温度及び管路内部温度は飽和状態となった。但し、このときの管路内部の最高温度は約６５℃であった。また、管路表面温度及び管路内部温度が降下する傾向は殆ど見られなかった。
【００４０】
［評価］
図５〜図７は、実施例１及び実施例２によれば、比較例に比べて、管路内部の最高温度を約２０℃低下できることを示している。このことから、実施例１及び実施例２では、冷却材を用いることで、比較例に比べ、外側の塩ビ管の内部で発生した熱は、滞ることなく、速やかに外側の塩ビ管に伝達されて外部（大気中）へと放出される。つまり、実施例１及び実施例２によれば、外側の塩ビ管の外へと放出できる熱量を高めることができ、外側の塩ビ管内部（管路内部）の温度を低下できる。
【００４１】
なお、実施例１、実施例２及び比較例で用いる実験装置は、土中ではなく大気中に配置されており、この点で、図１に示した冷却構造と異なっている。但し、実施例１、実施例２及び比較例から、冷却材による冷却効果が認められることから、図１に示した冷却構造においても、冷却効果は期待できる。
【００４２】
従って、実施例１、実施例２及び比較例の結果を考慮すると、図１に示した冷却構造を用いることにより、電力ケーブル２の送電容量を約１０％以上向上できると予想される。また、図１に示した冷却構造は、電力ケーブルが配設された既存の管路の内部に冷却材を充填することによって得ることができる。更に、得られた冷却構造の保守・管理は容易である。これらの点から、本発明によれば電力コストの削減を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明における冷却構造を導入することにより、電力コストの削減を図ることができる。このため、電力料金の引き下げ、引いては二酸化炭素の削減を図ることができ、社会全体に対して大きな利益がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明における地中管路内電力ケーブルの冷却構造の一例を示す断面図である。
【図２】管路に設置されるシール部材の一例を示す断面図であり、図１中に破線で示した領域Ａを拡大して示している。
【図３】管路に設置されるシール部材の他の例を示す断面図である。
【図４】複数条の電力ケーブルが布設された例を示す断面図である。
【図５】本発明の実施例１の実験結果を示すグラフである。
【図６】本発明の実施例２の実験結果を示すグラフである。
【図７】比較例の実験結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４５】
１    管路
２    電力ケーブル
３    冷却材
４    変電所
５  マンホール
６  変電所の地下室
７、１２    シール部材
８    仮シール部材
９    ボルト
１０  プレート
１１  弾性体
１３  終端箱
【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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【図７】
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