(57)【要約】【課題】  管路内に布設された電力ケーブルを有効に冷却できる管路内電力ケーブルの冷却システムを提供とする。【解決手段】  管路１１内に布設された電力ケーブル１２を冷却するための管路内電力ケーブルの冷却システムにおいて、管路１１内に、冷却水と、その冷却水の粘度を上昇させるべく混入する粘度上昇用充填剤とからなる冷却液１５を封入し、冷却液が電力ケーブルの熱を吸熱し、その熱を地中に放熱する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
管路内に布設された電力ケーブルを冷却するための管路内電力ケーブルの冷却システムにおいて、管路内に冷却液を封入したことを特徴とする管路内電力ケーブルの冷却システム。
【請求項２】
管路内に封入される冷却液は、冷却水と、その冷却水の粘度を上昇させるべく混入する粘度上昇用充填剤とからなる請求項１記載の管路内電力ケーブルの冷却システム。
【請求項３】
管路内に布設された電力ケーブルを冷却するための管路内電力ケーブルの冷却システムにおいて、管路内に布設する際の潤滑剤を粘度上昇用充填剤として用い、これを水で希釈して冷却液とすると共にこれを管路内に封入することを特徴とする管路内電力ケーブルの冷却システム。
【請求項４】
粘度上昇用充填剤は、水溶性潤滑ポリマーからなる請求項２又は３記載の管路内電力ケーブルの冷却システム。
【請求項５】
管路内に封入した冷却液は、電力ケーブルからの熱を吸熱し、その熱を管路を介して地中に放熱する請求項１〜４いずれか記載の管路内電力ケーブルの冷却システム。
【請求項６】
管路内に封入した冷却液は、電力ケーブルを冷却し、その冷却により吸熱した熱を、冷却液の熱伝導にて地中に放熱する請求項５記載の管路内電力ケーブルの冷却システム。
【請求項７】
管路内に封入した冷却液は、電力ケーブルを冷却し、その冷却による昇温で管路内で対流し、その冷却液の熱を管路を介して地中に放熱する請求項１〜６いずれか記載の管路内電力ケーブルの冷却システム。
【請求項８】
冷却水に粘度上昇用充填剤を混入した冷却液は、管路を構成する管の継ぎ手部分から漏れにくい粘度にされる請求項２〜４いずれか記載の管路内電力ケーブルの冷却システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、管路内に布設された電力ケーブルを冷却するための管路内電力ケーブルの冷却システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
地中電力ケーブルの管路布設は、地中に長さ１００〜数１００ｍ毎にマンホールを配置し、そのマンホールから他のマンホールへ向けて地中に管を押し込みながら順次管を接続して到達側マンホールまで管を押し込んでマンホール間に管路を形成し、これらマンホールから管路内に電力ケーブルを引き入れ、それぞれマンホール内で電力ケーブル同士を接続して、地中電力ケーブルが布設される。
【０００３】
この電力ケーブルは、送電により導体温度が９０℃程度もしくはそれ以上に上昇するため、送電容量は、導体温度によって制約を受ける。このため送電容量を増大させるには、送電に伴う温度上昇を抑制することが有効であり、種々の冷却システムが提案されている。
【０００４】
従来、電力ケーブルの冷却システムとしては、管路内に送風したり（特許文献１）、管路内に冷却管を配置し、その冷却管に冷却媒体を流して管路内を冷却する（特許文献２、特許文献３）ことがなされている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２９８８４２号公報
【特許文献２】特開２００１−２９８８４１号公報
【特許文献３】特開平７−３０３３２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１に示されるように、管路内に送風する冷却システム（特許文献１）では、送風入口側から排気側に行くに従って冷却空気の温度が上昇するため、管路長が数１００ｍと長い管路には適していない。
【０００７】
また、特許文献２に示されるように冷却管内に氷水を供給し、その融解熱で管路内をその長さ方向に一定の温度に冷却したり、特許文献３のように冷却管を下流側に行くに従って分岐数を多くして下流側の冷却面積を大きくすることで、管路の長さ方向の温度を一定にして冷却するシステムは、管路内の温度を一定に冷却する上では有効であるが、冷却設備のコストが膨大になる問題がある。
【０００８】
特に、電力ケーブルの周囲は空気で満たされており、冷却管による冷却システムは、冷却管からその周囲の空気を冷却し、その空気で電力ケーブルを冷却する間接冷却であり、また空気の熱伝導率は、０．０３１７Ｗ／ｍＫ（１００℃：静止空気）と小さく、さらに管路内での対流及び放射を考慮して実験で求めた熱伝導率でも、高々０．１６７Ｗ／ｍＫであり、送電により導体に発生した熱を有効に除去するほどの冷却性能は得られない問題がある。
【０００９】
本発明の目的は、管路内に布設された電力ケーブルを有効に冷却できる管路内電力ケーブルの冷却システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決すべく、請求項１の発明は、管路内に布設された電力ケーブルを冷却するための管路内電力ケーブルの冷却システムにおいて、管路内に冷却液を封入した管路内電力ケーブルの冷却システムである。
【００１１】
請求項２の発明は、管路内に封入される冷却液は、冷却水と、その冷却水の粘度を上昇させるべく混入する粘度上昇用充填剤とからなる請求項１記載の管路内電力ケーブルの冷却システムである。
【００１２】
請求項３の発明は、管路内に布設された電力ケーブルを冷却するための管路内電力ケーブルの冷却システムにおいて、管路内に布設する際の潤滑剤を粘度上昇用充填剤として用い、これを水で希釈して冷却液とすると共にこれを管路内に封入する管路内電力ケーブルの冷却システムである。
【００１３】
請求項４の発明は、粘度上昇用充填剤は、水溶性潤滑ポリマーからなる請求項２又は３記載の管路内電力ケーブルの冷却システムである。
【００１４】
請求項５の発明は、管路内に封入した冷却液は、電力ケーブルからの熱を吸熱し、その熱を管路を介して地中に放熱する請求項１〜４いずれか記載の管路内電力ケーブルの冷却システムである。
【００１５】
請求項６の発明は、管路内に封入した冷却液は、電力ケーブルを冷却し、その冷却により吸熱した熱を、冷却液の熱伝導にて地中に放熱する請求項５記載の管路内電力ケーブルの冷却システムである。
【００１６】
請求項７の発明は、管路内に封入した冷却液は、電力ケーブルを冷却し、その冷却による昇温で管路内で対流し、その冷却液の熱を管路を介して地中に放熱する請求項１〜６いずれか記載の管路内電力ケーブルの冷却システムである。
【００１７】
請求項８の発明は、冷却水に粘度上昇用充填剤を混入した冷却液は、管路を構成する管の継ぎ手部分から漏れにくい粘度にされる請求項２〜４いずれか記載の管路内電力ケーブルの冷却システムである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、空気より熱伝導率が約４倍程度高い冷却液を管路内に封入することで、電力ケーブルの熱をその冷却液で吸熱し、その熱を管路外の地中に放熱することが可能となる。
【００１９】
また冷却液は、ある程度の粘度をもたせることで管の継ぎ手部などから漏れ出すことが防止され、冷却液を頻繁に補充する手間が省ける。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明を実施する最良の形態を説明する。
【００２１】
図１は、地中電力ケーブルの概略図を示したもので、１０は、地中Ｇに設置したマンホール、１１はマンホール１０間に設けられた管路（或いは洞道）で、所定長さの鋼管をマンホール１０から他方のマンホール１０に向けて押し込み、これを順次接続して形成される。
【００２２】
電力ケーブル１２は、マンホール１０の首１３から管路１１内に挿入され、マンホール１０内に設けた接続部１４でそれぞれ接続されるようになっている。
【００２３】
またマンホール１０に開口した管路１１の端部には密閉板１６が設けられる。
【００２４】
この管路１１内の電力ケーブル１２は、図２に示すように三相であれば、３本束ねられ、或いは撚られた状態で、管路１１の下部に布設される。
【００２５】
この管路１１内には、冷却液１５が封入される。冷却液１５は、基本的には、冷却水からなるが、既設の管路１１は、管径が１００〜２５０ｍｍ、管長が数１００ｍで、その管には継ぎ手部が多数あり、地殻変動などにより管路１１が変形してシール性が悪くなるため、その継ぎ手部から冷却水が漏れ出さないように冷却水に粘度上昇用充填剤が混入される。
【００２６】
この粘度上昇用充填剤は、通線時の潤滑剤として用いられる水溶性潤滑ポリマーを用い、これを冷却水で希釈することで、比較的粘性のある冷却液１５となり、この冷却液１５の粘性により継ぎ手部からのリークが極力防止される。また冷却液１５の熱伝導率は、基本的に水の熱伝導率（０．６７６Ｗ／ｍＫ：静止水）と同等であり、１００℃の静止空気の熱伝導率に対して約２１倍、管路内での対流及び放射を考慮して実験で求めた空気の熱伝達に対して約４倍高い値である。
【００２７】
次に本実施の形態の作用を説明する。
【００２８】
電力ケーブル１２は通電により、導体温度が９０℃程度まで上昇する。この際、管路１１内には、熱伝導率の良い冷却液１５が封入されており、電力ケーブル１２の熱は、冷却液１５に伝熱（吸熱）され、その冷却液１５の熱伝導および／または対流による熱伝達により管路１１から地中Ｇに放熱される。
【００２９】
図３は、有限要素法を用いて熱流体を解析した結果を示したもので、電力ケーブル１２（６６ｋＶ、ＯＦＺＮ、３芯）の導体温度が、空気中で８４．７℃（電流値８００Ａ）のときの、冷却水の熱対流状態を解析したもので、管路１１（管径；１３０ｍｍ）内で図示の矢印のように対流してその熱が管路１１から地中に放熱され、導体温度が６０．５℃に低下することが確かめられた。
【００３０】
次に、冷却水に添加する水溶性潤滑ポリマーの具体例について説明する。
【００３１】
ここでは、以下の成分からなる、市販されている水溶性潤滑ポリマーを用いた。
【００３２】
水溶性潤滑ポリマーＡ成分；
イソプロピルアルコール                ２ｗｔ％
ポリオキシアルキレン（潤滑剤成分）    １ｗｔ％
水                                  ９７ｗｔ％
水溶性潤滑ポリマーＢ成分；
プロピレングリコール                  １ｗｔ％
カルボン酸金属塩*1（潤滑剤成分）      ３ｗｔ％
ポリアクリル酸金属塩（潤滑剤成分）    １ｗｔ％
水                                   ９５ｗｔ％
＊１）オレイン酸（Ｃ18Ｈ33ＣＯＯＨ）主体、及び少量のパルチミン酸（Ｃ15Ｈ31ＣＯＯＨ）を含む。
【００３３】
この水溶性潤滑ポリマー（水溶性潤滑ポリマーＡ）を濃度１００％（但し水を除いた潤滑ポリマー濃度は３ｗｔ％）とし、これを濃度２５％（潤滑ポリマー濃度０．７５ｗｔ％）まで希釈したときの粘性度［ｃｐ］を図４に示した。
【００３４】
通常、水の粘度は、０℃で、１．８［ｃｐ］、２０℃で、１．０［ｃｐ］、１００℃で０．２８［ｃｐ］であり、水溶性潤滑ポリマーの濃度１００％で１１２［ｃｐ］、濃度５０％で２２［ｃｐ］、濃度２５％で１０［ｃｐ］であり、潤滑ポリマーを水で希釈することで、常温の水に対して１０倍以上の粘性をもつようになる。
【００３５】
次に、濃度１００％の水溶性潤滑ポリマーと濃度５０％の水溶性潤滑ポリマーの２０〜７５℃での粘性度を図５に示した。
【００３６】
図５より、濃度１００％の水溶性潤滑ポリマー（●印）では、２０℃で粘性度１１２［ｃｐ］で、７０℃で２０［ｃｐ］となり、濃度５０％の水溶性潤滑ポリマー（■印）では、２０℃で２２［ｃｐ］、７０℃で４［ｃｐ］であり、十分に高い粘性度を維持していることが分かった。
【００３７】
図６は、漏れ試験を行ったときの模擬管路の試験装置を示したものである。
【００３８】
図において、２１ａ、２１ｂは地中線用強化プラスチック複合管（管径１３０ｍｍ、長さ１０ｍ）で、継手部２２で接続される。複合管２１ａ、２１ｂの両端を栓２３、２３で閉じ、複合管２１ａ、２１ｂ内に、ヒータ２４を設置すると共に電源装置２５に接続する。
【００３９】
複合管２１ａ、２１ｂの気密性の試験は、圧縮空気供給管２６から圧縮空気を供給し、圧力計２７で、その圧力を検出することで行った。
【００４０】
この気密性試験においては、継手部２２のパッキン２８で、ある程度の気密性（１０ｋＰａ）を持つものと、パッキン２８を削って気密性のないもの（０ｋＰａ）の２組を作製して行った。
【００４１】
複合管２１ａ、２１ｂの一方の充填剤注入口３０から種々濃度の違う水溶性潤滑ポリマーを注入し、他方の空気抜き３２から複合管２１ａ、２１ｂ内の空気を抜いて充填したまま（加圧なし）と、加圧（１０ｋＰａ）したものを試験し、継手部２２から漏れた冷却液１５を缶３３に集めてその漏れ量を試験した。
【００４２】
また、電源２５によりヒータ２４に通電して複合管２１ａ，２１ｂ内の冷却液の温度を上昇させて漏れ量を測定した。
【００４３】
まず、気密性（１０ｋＰａ）を持つものは、水溶性潤滑ポリマーの濃度、加圧条件にかかわらず、漏れは発生しなかった。
【００４４】
次に、パッキン２８を削って気密性のないもの（０ｋＰａ）についての試験結果を図７に示した。
【００４５】
図７では、水溶性潤滑ポリマーの濃度を１００〜２０％にそれぞれ変え、それぞれ１０分間、加圧なしの場合と、加圧（１０ｋＰａ）した場合を示し、同時に水のみの場合の例も示した。
【００４６】
水のみの場合、漏れ量は、加圧で約６００ｍｌであり、加圧なしで９５ｍｌであるが、１００％濃度では、加圧で９０ｍｌ、加圧なしで１０ｍｌであり、水溶性潤滑ポリマーを添加することで、格段に漏れ量を減らすことができる。
【００４７】
また、水溶性潤滑ポリマーの濃度が下がると、漏れ量は、加圧と加圧なしの場合で、共に漏れ量が多くなるが、この場合においても水のみの場合と比べて漏れ量は少なくでき、水溶性潤滑ポリマーの濃度が２５％、状況によっては２０％でも十分に漏れ量を低減できる。
【００４８】
この水溶性潤滑ポリマーの濃度は、上述した、充填剤としてのイソプロピルアルコールとポリオキシアルキレンの冷却水による割合は、冷却水に対して０．７ｗｔ％程度であり、極少量を冷却水に添加することで、粘性度を上げて漏れ量を抑えることができる。
【００４９】
また図７で、粘性度も示したが、粘性と漏れ量とには比例関係はみられないが、粘性が水の６倍程度高ければ、好ましくは１０倍程度高ければ漏れ量は少なくなる。
【００５０】
なお、水溶性潤滑ポリマーの濃度が３８％と３６％で漏れ量が、濃度４２％より少なくなっているが、これは試験中に水温が２０℃以下に低下したためである。
【００５１】
次に、図８に冷却水の温度を、１０℃ずつステップアップさせ、１０分間の漏れ量を測定した結果（２０，３０，５０，７０℃）を示した。
【００５２】
この例においては、５０％濃度の水溶性潤滑ポリマーを用いた例で、加圧なしの例を示している。
【００５３】
この図８の例では、２０℃での漏れ量は４ｍｌで、３０℃、５０℃、７０℃で漏れ量が１ｍｌと減少した。この結果は、複合管２１ａ、２１ｂとしてＰＦＰ管を使用したため、温度上昇に伴い、複合管２１ａ、２１ｂの温度も上昇して管が膨張したため、漏れ量が少なくなったためと考えられる。
【００５４】
図９は、実際に布設されている管路の気密試験を行ったものであり、図１で説明した管路１１（ＧＰ管、管径１３０ｍｍ、長さ２５．５ｍ）の両端を塞いで、３０ｋＰａの圧縮空気を注入した後の圧力低下を調べたものである。
【００５５】
図９において、点線は、空管の場合で、実線は、ＣＶ−Ｔケーブル（６６ｋＶ三相、２００ｍｍ2 ）が収容された管の圧力変化を示し、図では２回続けて気密試験を行った例を示している。
【００５６】
図９より、空管、ＣＶ−Ｔケーブルを収容している場合でも、注入後の圧力１０ｋＰａから１０分後には６ｋＰａに低下しているものの十分な気密性が得られていることが分かる。
【００５７】
この気密試験は、実際に布設されている管路ごとに行うことができ、管路に充填する冷却液は、管路の気密試験を行い、その結果から単に冷却水を用いるようにしても、また気密度に応じて水溶性潤滑ポリマーの濃度を選んで注入するようにすることで、より経済的なケーブル冷却が行える。
【００５８】
上述の実施形態では、水溶性潤滑ポリマーＡを例に説明したが、水溶性潤滑ポリマーＢや、希釈することで粘度を調整できるものであれば、いずれも使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の一実施の形態を示す図である。
【図２】図１における管路の断面を示す図である。
【図３】本発明において、冷却水での管路内の熱流体を解析した結果を示す図である。
【図４】本発明に用いる水溶性潤滑ポリマーの濃度と粘性度の関係を示す図である。
【図５】本発明に用いる水溶性潤滑ポリマー（１００％、５０％濃度）の温度と粘性度の関係を示す図である。
【図６】本発明において、漏れ量を測定したときの模擬管路を示す図である。
【図７】本発明において、水溶性潤滑ポリマーの濃度と漏れ量、粘性度の関係を示す図である。
【図８】本発明において、５０％濃度の水溶性潤滑ポリマーの温度と漏れ量の関係を示す図である。
【図９】本発明において、実際の管路の気密試験を行ったときの結果を示す図である。
【符号の説明】
【００６０】
１０  マンホール
１１  管路
１２  電力ケーブル
１５  冷却液
【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】
2005137192.tif 000008
【図７】
2005137192.tif 000009
【図８】
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【図９】
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