(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導体外周に少なくとも絶縁層が施されたケーブルコアと、その外側に施された金属被覆層と、さらにその外側に施された防食層とを有する電力ケーブルにおいて、前記金属被覆層は波付け加工を施したＺｎ含有量が５．５％以下のＣｕ−Ｚｎ合金被覆層であることを特徴とする電力ケーブル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は主に電力ケーブルに関するものであり、その外径縮小化を目的としてなされたものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電力ケーブルには必要に応じて、機械強度・耐食性・可撓性・水密性・導電性を兼備し、望ましくは故障電流の帰路として必要な電流容量を有する金属被覆層( 以下、金属被と称す））が設けられている。図１（ａ）は、従来の電力ケーブルの断面図であり、図中、符号１は導体、符号２は絶縁層、符号３はケーブルコア、符号４は金属被、符号５は防食層である。前記金属被４にはアルミ、ステンレス等が使用されている。アルミ被はその固有抵抗が小さいため、故障電流帰路として十分な機能をも有している。一方、ステンレス被はその固有抵抗がアルミに比べて大きいため、故障電流の帰路として軟銅線からなるワイヤシールド層がステンレス被の内側に設けられている。
【０００３】
これらの金属被４には主に可撓性を得るために、図１（ｂ）、（ｃ）に示すように、正弦波形状の波付け加工がなされている。その波高さｈは、必要な可撓性を得るために、経験的に（１）式に示すように下径Ｄに対して約５〜６％以上の波高さを設けている。
ｈ＝( ０. ０５〜０. ０６) Ｄ  ・・・・・  （１）
【０００４】
２７５ｋＶ以上の超高圧ケーブルでは、絶縁層の厚さが約３０ｍｍ程度必要であるため下径Ｄは最低でも９０ｍｍ以上となり、１１０〜１５０ｍｍが一般的な下径である。従ってＤ＝１１０ｍｍとした場合、波高さｈは５. ５〜６. ６ｍｍ以上となり、金属被の厚さを無視しても、ケーブル外径を１１〜１３ｍｍ程度大きくしている。
【０００５】
金属被の厚さに関しては、アルミ被（引張り強度：約８４ＭＰａ) の場合、絶縁層の熱膨張、巻き取りの際の側圧を考慮した機械的条件から、必要な厚さは（２）式を用いて設計がなされている。
ｔ＝( Ｄ／５０) ＋０. ６      ・・・・・  （２）
ｔ：アルミ被の厚さ（ｍｍ)
Ｄ：下径（ｍｍ)
従って、従来の設計では下径Ｄが大きくなるほどアルミ被を厚くする必要があり、Ｄ＝１１０ｍｍとすれば厚さｔは２. ８ｍｍとなり、先に説明した波高さｈ( ５. ５〜６. ６ｍｍ) と厚さｔによってケーブル外径を１７〜１９ｍｍ程度大きくしている。
【０００６】
一方、金属被の厚さを故障電流容量を確保するという電気的条件から求めると、必要な金属被の厚さは（３）式で示される。
ｔ≧Ａ／πＤＢ                ・・・・・  （３）
ここで、ｔ：金属被の厚さ
Ａ：故障電流容量に必要な銅の断面積
Ｂ：金属被の導電率（銅の導電率に対する比率）
Ｄ：下径
従って、アルミ被の厚さは、上記（２）式から得られる厚さと、（３）式を満足する最小の厚さを比較して、大きい方の厚さとする。
【０００７】
ステンレス被の場合は、アルミ被に比べ機械強度が優れていることから、その厚さは機械的加工性を考慮して０. ８〜１. ０ｍｍを標準的な厚さとしており、厚さがケーブル外径を大きくする要因とはなっていない。ただしステンレスの固有抵抗はアルミに比べて大きいため、通常内側にワイヤシールド層を設ける必要があり、このことがケーブル外径を大きくする要因となっている。例えば２７５ｋＶクラスでは、ワイヤシールド層として軟銅線で２. ０ｍｍφ、８０本必要となることで、下径Ｄを４ｍｍ大きくし、波高さ、厚さ、ワイヤシールド層を含めてケーブル外径を約１７〜２０ｍｍ程度大きくしている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術で説明したように、金属被の厚さ、波高さ、ワイヤシールド層( ステンレス被のみ) が電力ケーブルの外径を大きくしている。ケーブル外径が大きくなることは、ケーブルの巻取り、輸送、布設等で設備・スペースの大型化、ケーブルハンドリングの困難さ等の問題を発生させるため、ケーブルの外径縮小化が課題となっている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記問題点を解決すべくなされたもので、導体外周に少なくとも絶縁層が施されたケーブルコアと、その外側に施された金属被覆層と、さらにその外側に施された防食層とを有する電力ケーブルにおいて、前記金属被覆層は波付け加工を施したＺｎ含有量が５．５％以下のＣｕ−Ｚｎ合金被覆層であることを特徴とするものである。
本発明は、Ｃｕ合金のなかでも最も多量に生産され、高い導電性を有し、機械的強度に優れたＣｕ−Ｚｎ合金を電力ケーブルの金属被覆層に用いて、電力ケーブルの外径を従来よりも縮小したものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
先ず、比較例としてのアルミ被の厚さを求めておく。前述のように、アルミ被の厚さは、前記（２）式から得られる厚さと、（３）式を満足する最小の厚さを比較して、大きい方の厚さとなる。そこで、２７５ｋＶクラスの電力ケーブルにおいて、（３）式でアルミの導電率Ｂ（銅の導電率に対する比率）＝０．６１、Ａ＝２５０ｍｍ2 （軟銅線２．０φ×８０本）とすると、下径Ｄが９０ｍｍ〜１５０ｍｍにおいて、（３）式を満足する最小の厚さよりも（２）式の値の方が大きくなる。また、５００ｋＶクラスの電力ケーブルにおいても、Ａ＝３６０ｍｍ2 （軟銅線２．４φ×８０本）とすると、下径Ｄが９０ｍｍ〜１５０ｍｍにおいて、（３）式を満足する最小の厚さよりも（２）式の値の方が大きくなる。従って、アルミ被の厚さは（２）式で定まることになる。この結果を表１に示す。
【００１１】
次に、Ｃｕ−Ｚｎ合金被覆層の厚さが電気的条件において、比較例よりも小さくなる条件を求める。言い換えると、（３）式を満足する最小の厚さが比較例と同等になる導電率Ｂ0 を求め、この導電率Ｂ0 よりも大きい導電率のＣｕ−Ｚｎ合金で被覆層を形成すればよい。下径Ｄが９０ｍｍ〜１５０ｍｍにおける導電率Ｂ0 の値を表１に示す。
【００１２】
0003895398.tif 000002
【００１３】
表１より、２７５ｋＶクラスではＣｕ−Ｚｎ合金の導電率が３８％以上であれば、従来のアルミ被より厚さを薄くする事ができる。また、５００ｋＶクラスでは５４％以上の導電率であれば、従来のアルミ被より厚さを薄くすることができる。従って、Ｃｕ−Ｚｎ合金の導電率を５４％以上とすれば、いずれのクラスにおいても、従来のアルミ被より厚さを薄くすることができる。また、Ｃｕ−Ｚｎ合金の導電率を６１％（アルミの導電率と同等）以上としてもよいことはいうまでもない。
なお、Ｃｕ−Ｚｎ合金の組成からみると、導電率５４％以上の合金はＺｎ含有量が５. ５％以下に相当し、導電率が６１％以上の合金はＺｎ含有量が３. ９％以下に相当する。
【００１４】
次に、Ｃｕ−Ｚｎ合金被覆層の厚さが機械的条件において、比較例よりも小さくなる条件を求める。その条件は以下の（４）式で示すことができる。即ち、
ｔ≧ＴAlｔAl／Ｔα            ・・・・・  （４）
ここで、ｔ：Ｃｕ−Ｚｎ合金厚さ
ＴAl：アルミ引張り強度( 約８４ＭＰａ)
ｔAl：（２）式から設定される下径ＤでのＡｌ被厚さ
Ｔα：Ｚｎ含有量α％でのＣｕ−Ｚｎ合金引張り強度
従来の技術の項で説明したように、アルミ被の機械的条件から設定される厚さは、（２）式で示される。そこで、Ｃｕ−Ｚｎ合金被覆層がアルミ被と同等以上の機械的強度を有するための条件が（４）式である。
【００１５】
以上より、Ｃｕ−Ｚｎ合金被覆層の最小厚さは、電気的条件を示す（３）式と機械的条件を示す（４）式から算出される厚さの大きい方の値となる。例として、２７５ｋＶおよび５００ｋＶクラスの電力ケーブルについて、下径Ｄが９０〜１５０ｍｍの範囲で、電気的条件と機械的条件をともに満足するＣｕ−３．９％Ｚｎ合金被覆層（導電率６１％、引張り強度：２０２ＭＰａ）の最小厚さを求め、その結果を表２に示す。表２からわかるように、Ｃｕ−３．９％Ｚｎ合金被覆層の厚さは、２７５ｋＶおよび５００ｋＶクラスのいずれの電力ケーブルにおいても、下径Ｄが９０〜１５０ｍｍの範囲で、従来のアルミ被の厚さよりも小さくなる。
【００１６】
0003895398.tif 000003
【００１７】
次に、必要な可撓性を得るためのＣｕ−３. ９％Ｚｎ合金厚さｔと波高さｈの関係を実験的に求めた。その結果は以下の通りである。
下径Ｄが９０ｍｍでは、波高さｈは厚さが１．５ｍｍ（２７５ｋＶクラス）において３．６ｍｍ以上、厚さが２．１ｍｍ（５００ｋＶクラス）において５．０ｍｍ以上であった。
また、下径Ｄが１１０ｍｍでは、波高さｈは厚さが１．２ｍｍ（２７５ｋＶクラス）において３．３ｍｍ以上、厚さが１．８ｍｍ（５００ｋＶクラス）において４．４ｍｍ以上であった。
また、下径Ｄが１３０ｍｍでは、波高さｈは厚さが１．４ｍｍ（２７５ｋＶクラス）および厚さが１．５ｍｍ（５００ｋＶクラス）ともに３．９ｍｍ以上であった。
さらに、下径Ｄが１５０ｍｍでは、波高さｈは厚さが１．５ｍｍ（２７５ｋＶクラスおよび５００ｋＶクラス）において４．５ｍｍ以上であった。
ここで、比較例として、アルミ被の波高さｈを（１）式から、ｈ＝０．０５５Ｄとした。さらに、ステンレス被の場合について、下径Ｄをワイヤーシールド層を考慮して４ｍｍ大きくして、同様にして求めた。その結果を表３に示す。
【００１８】
0003895398.tif 000004
【００１９】
以上述べてきた金属被の厚さおよび波高さから、得られた金属被の外径は表４に示すようになる。ここで、ステンレス被については、厚さを０．８ｍｍと一定にし、ワイヤーシールド層を２ｍｍとした。
表４からわかるように、Ｃｕ−３．９％Ｚｎ合金被の外径は、下径Ｄ(mm)が９０ｍｍ、５００ｋＶの場合にアルミ被と同等になる他は、アルミ被およびステンレス被のいずれの外径よりも小さくなり、外径は縮径される。
なお、Ｃｕ−Ｚｎ合金の組成は上記実施形態に限定されるものではない。
【００２０】
0003895398.tif 000005
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、導体外周に少なくとも絶縁層が施されたケーブルコアと、その外側に施された金属被覆層と、さらにその外側に施された防食層とを有する電力ケーブルにおいて、前記金属被覆層が波付け加工を施したＺｎ含有量が５．５％以下のＣｕ−Ｚｎ合金被覆層であるため、電力ケーブルの外径が従来よりも縮小するという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、電力ケーブルの断面説明図、金属被覆層の側面図、金属被覆層の断面説明図である。
【符号の説明】
１  導体
２  絶縁層
３  ケーブルコア
４  金属被覆層
５  防食層
【図１】
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