(57)【要約】【課題】  地下送電ケーブルを囲む溝内で圧縮される、熱伝導性粒状バックフィル加工製品。【解決手段】  圧縮時の熱抵抗率値（Ｒ値）が１．２より高い粒状母材と、熱伝導性粒状バックフィル加工製品の圧縮時のＲ値が１．２以下となるのに充分な、圧縮時のＲ値が１．２未満である粒状鉄化合物の添加物との混合物を含む粒状バックフィル加工製品。【特許請求の範囲】
【請求項１】
地下送電ケーブルを囲む溝で圧縮される熱伝導性粒状バックフィル加工製品であって、
前記粒状バックフィル加工製品は、
圧縮時の熱抵抗率値（Ｒ値）が１．２より高い粒状母材と、
前記熱伝導性粒状バックフィル加工製品の圧縮時のＲ値を１．２以下とするのに充分な、圧縮時の熱抵抗率値が１．２未満である粒状鉄化合物の添加物と
を含むことを特徴とするバックフィル製品。
【請求項２】
前記母材および前記添加剤両方は、細、粗、中の粒径を有する分級された混合物であり、かつ最大粒子寸法が６ｍｍであり、
前記熱伝導性バックフィル加工製品は、入り込んだ空気の大部分を前記熱伝導性バックフィル加工製品から使用時に取り除くために、圧縮されることができることを特徴とする、請求項１記載の熱伝導性粒状バックフィル加工製品。
【請求項３】
沈泥質砂または粘土質砂またはそれらの組み合わせを提供するために、前記母材は、沈泥および砂またはそれらの混合物を含むことを特徴とする、請求項１または請求項２記載の熱伝導性の粒状バックフィル加工製品。
【請求項４】
前記添加物は、金属または金属鉱石を含み、そして、前記金属または前記金属鉱石の熱抵抗率を下げるために加える塩を含むことを特徴とする、請求項３記載の熱伝導性の粒状バックフィル加工製品。
【請求項５】
請求項１記載のバックフィル加工製品中に地下ケーブルを囲むことを含む、前記地下ケーブルを介して電気を導通することを特徴とする方法。
【請求項６】
熱抵抗率値が１．２未満であり、そして、沈泥質砂または粘土質砂の混合物と、粒状鉄化合物の添加物とを含むことを特徴とするバックフィル加工製品。
【請求項７】
前記鉄化合物は、ウスタイト、ヘマタイト、マグネタイトまたは、銅、鉛、金またはパイライトの鉱石から選択されることを特徴とする、請求項６記載のバックフィル加工製品。
【請求項８】
目標とする熱抵抗を有するバックフィル材を製造する方法であって、
前記方法は、粒状母材と、目標とする熱抵抗を実現するのに充分な量の、既知の熱抵抗を有する粒状金属または金属化合物である添加物と、を混合することを含むことを特徴とする方法。
【請求項９】
前記粒状金属または前記金属化合物は、ウスタイト、ヘマタイトおよびマグネタイトから選択される鉄化合物材料を含むことを特徴とする、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記添加物を粉砕して、分級された粒状混合物を形成することと、
母材として使用する沈泥質砂または粘土質砂と、前記添加剤とを混合し、比較的均質な混合物を形成すること
を含むことを特徴とする、請求項８または請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記金属または前記金属化合物の最大寸法が６ｍｍであることを特徴とする、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記混合物の粒径が、前記混合物の間隙を減少させるほどに、充分小さいことを特徴とする、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
粒状母材および、粒状金属または金属化合物を、バックフィル材のための指定された熱抵抗を提供するように選択された比率で混合することを含む、伝送ケーブルの地下での囲い込みを形成する方法。
【請求項１４】
乾燥した土壌または採掘された粒状物質に、粒状の金属または金属化合物を混合することを含む、土壌の熱抵抗率を下げる方法。
【請求項１５】
地下に配置された電力ケーブルを介して送電するする方法であって、
指定された前記電力ケーブルの経路に沿って溝を掘削することと、
所定の最大の熱抵抗率値を有するバックフィル加工品の上部層を備えたバックフィルを前記溝の基部に加えることと、
前記溝の基部に、所定の最大の熱抵抗率値を有するバックフィル加工品の上部層を備えたバックフィルを加えることと、
前記溝に前記電力ケーブルを配置することと、
所定の最大の熱抵抗率値を有する前記バックフィル加工品で前記電力ケーブルを囲むことと、
前記ケーブルを囲む前記バックフィル加工品の間隙を大幅に低減するように前記バックフィルを圧縮することとを含み、
前記バックフィル加工品は、請求項１乃至４のいずれか一項、または請求項６または請求項７記載のバックフィル材で製造され、
その全長にわたって前記埋込み電力ケーブルからの熱伝導を、通常使用で前記ケーブルの過熱を防止するレベルに維持できることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は地下伝送ケーブル敷設の性能を高める方法およびそのための材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
露出しているが故に損傷を受け易い架空用ケーブル敷設と比較し、電力伝送および情報伝送のための伝送ケーブルは、安全上の理由および美観的理由から、地下に埋設されるものが増えている。
地下と架空用ケーブル敷設の内どちらかを選ぶ際の主な考慮点の一つは、もし万が一、敷設が洪水または地震などによって破損することがあった場合のアクセスの容易さと初期費用である。
しかしながら、初期費用にもかかわらず、地下ケーブルの敷設は、架空用ケーブルとともに、多くの電力および通信の伝送線として広く使用され、伝送元から消費者まで、しばしば数百キロメートルにも及ぶ。
【０００３】
伝送ケーブルネットワークおよび、特に電力伝送ネットワークは、有限の電力源から発する。そして、配電網での損失は、生成した電力および発電過程での消費材の利用効率の観点から不経済である。
ネットワークを設計する場合、生成源およびネットワーク関連のインフラの初期投資は重要視すべき事項である。
【０００４】
すべての種類の伝送で効率の損失は生じ、そしてその内いくらかは、伝送により生じる熱の発生によって起こる。
設計された効率を維持しようとするなら、この種の熱損失は素早く放散させなくてはならない。
空気は熱を放散させる能力は非常に低いものの、架空用ケーブル敷設では、伝送プロセスで生じる熱を放散させるために空気が非常に役立つ。
しかしながら、架空用ケーブルの設計は、バックフィル（埋め戻し材）中の空気の存在が好ましくない地下ケーブルの設計とは大きく異なる。
また、伝送線を収容するいずれの溝の幅は、間隔を空けた架空伝送ワイヤの全幅より、通常はずっと狭い。したがって、地下敷設のためには非常に熱伝導効率の高いバックフィルを用いなければならない。そして、利用されるバックフィルの熱抵抗率は、空気の熱抵抗率より大幅に低くなければならない。あるいは、より高価な配線を用いなければならない。
【０００５】
乾燥した領域では、天然の土壌の熱抵抗率よりずっと低い熱抵抗率を成し遂げるのは非常に困難である。そのような領域では、水分不足が、周囲の地盤の熱伝導率を、湿った土壌より低下させてしまう。
そして現状、多くの場合は、長い地下電力ケーブルを経済的に作動させるために、乾燥状態で適切な熱抵抗を有する一様な天然のバックフィル材を提供することは、非常に困難である。
【０００６】
地下ケーブル敷設に責任を有する機関は、伝送線のための、そして、地下電力ケーブル敷設のための最小限の要件を指定する規定を提供する。
オーストラリアの規定は、とりわけ、ケーブル敷設の深さおよび地下電力ケーブルを囲む圧縮した（締固めた）バックフィルに対して、熱抵抗率値（Ｒ値）を指定する。
通常オーストラリアでは、ケーブルのまわりの圧縮材のＲ値は、最高１．２ｍ℃／Ｗに指定されている。
慣習として、以下の説明において、上述した単位なしにＲ値を単独で用いる。
【０００７】
交流送電のための送電線設計は、コスト要因と、位相間の絶縁だけでなく、抵抗、インダクタンス、キャパシタンスおよび放熱といった損失をもたらす要因との妥協であり、放熱は、伝送線運用の大きな制限要因である。なぜなら抵抗熱は、電線を流れる電流の関数であり、効率の低下や、故障につながる過剰な蓄熱を防止するために、溝から天然の土壌に適切に放散させられなければならないからである。
【０００８】
電力容量は、電圧の２乗に比例しており、従って、長距離間で電力を伝送するためには、非常に高い電圧が用いられる。
しかしながら、固有抵抗は温度によって直線的に上昇し、そして、性能の予測が必須であるので、地下伝送線の容量は規格に従って、作られる設備に基づく。
オーストラリアでは、規格ＡＳ３００８（２００９）「電気設備−ケーブルの選択−０．６／１ＫＶＡ以下の交流電圧のためのケーブル−典型的なオーストラリアの敷設条件」は、埋設ケーブルを直接囲むバックフィルのＲ値を１．２と指定しており、これは許容範囲の温度、従って許容範囲の電力損失を維持するため、適切であると考えられている。
【０００９】
最大Ｒ値が１．２である圧縮されたバックフィルに囲まれた地下ケーブルの必要な性能を達成するために、適切な採掘材を産出する可能性のある採鉱または採掘場は、その地での敷設であろうが、遠隔地での敷設であろうが、バックフィル材を供給するために見極められ、そして運用されなくてはならない。
そして、Ｒの値に関してその材料の品質は天然由来のばらつきがあり、そのようなバックフィルを用いて設置された地下ケーブルの長手方向の性能にばらつきあることになる。
このことは、敷設物の動作効率の予測できない損失となる可能性がある。
【００１０】
情報伝送のために利用される光ファイバケーブルも熱を生じるが、それは、光ケーブルの効果的な動作のために放散しなければならない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の一態様は、埋込み伝送ケーブルを囲むための材料として容易に入手できる原料で構築でき、そして、圧縮時にＲ値が１．２ｃｍ／ｗ以下の指定要件に少なくとも適合し、または、より好ましくは、埋設ケーブルに沿った効率の変動を低減できるようにＲ値が所定範囲内である、バックフィル加工製品を提供することを目的とする。
本発明の他の目的および利点は、以下明らかになる。
【００１２】
埋込み伝送ケーブルを囲むため、容易に入手できる材料で構成することができ、そして、Ｒ値が１．２より大幅に小さいバックフィル加工材を提供することを目的とし、それにより埋設ケーブルで送られる電力または情報を、Ｒ値が最大１．２の充填物に囲まれて埋設される地下ケーブルで現状到達し得るよりも、増大させることができる。
【００１３】
本発明の更なる態様は、予測どおりのＲ値を有するバックフィル材を、経済的に製造する方法を提供することを目的とする。
また、更なる態様において本発明は、土壌および特に乾燥土壌の熱抵抗率、または、採掘された粒状（グラニュラー）物質の熱抵抗率を低下させる方法を提供することを目的とする。
【００１４】
本発明はまた、埋設ケーブルを介して、電力または情報伝送の向上方法を提供することを目的とする。
本発明の他の目的および利点は、以下明らかになる。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
先に述べたように、本発明の一態様は、地下送電ケーブルの周囲の溝内の、圧縮された熱伝導性粒状バックフィル加工製品に広く属するものであり、
粒状バックフィル加工製品は、圧縮時のＲ値が１．２より高い粒状母材と、圧縮時のＲ値が１．２以下となる熱伝導性粒状バックフィル加工製品を提供するのに充分な、圧縮時のＲ値が１．２未満である粒状鉄化合物の添加物との混合物を含む。
【００１６】
別の態様において本発明は、地下送電ケーブルを囲む溝で圧縮される熱伝導性粒状バックフィル加工製品に広く属する。
粒状バックフィル加工製品は、圧縮時にＲ値が１．２より高い粒状母材と、圧縮時にＲ値が１．２以下となる熱伝導性粒状バックフィル加工製品を提供するのに充分な、圧縮時のＲ値が１．２未満の粒状鉄化合物の添加物と、の混合物を含む。
【００１７】
好適には、母材および添加物の両方は、細、粗、中の粒径を有する分級された混合物であり、かつ最大粒子寸法が６ｍｍである。
熱伝導性バックフィル加工製品は、入り込んだ空気の大部分を熱伝導性バックフィル加工製品から取り除くために、使用時に圧縮されうる。
母材は、例えば沈泥（シルト）質砂または粘土質の砂またはそれらの混合物などの、沈泥（シルト）および砂を好ましくは含む。
必要に応じて、他の添加物を、例えば、熱抵抗率を下げるために金属化合物に加えることが可能な塩を、混合物に加えることができる。
【００１８】
別の態様においては、本発明は地下ケーブルを介して電気を導通する方法に広く属する。そして、その方法は、上記のバックフィル加工製品で地下ケーブルを囲むことを含む。
好ましい形態において、その方法は、電力ケーブルで送られる電力の大幅な増大を達成できるような程度まで熱抵抗率を下げることを含む。
例えば、主に粒状金属化合物を含むバックフィル材は、送電線を囲むバックフィルの熱伝導率を実質的に低下させ、そして、過剰に発熱することなく埋設伝送線を介して、電力の送電を大幅に増やすことが出来る。あるいは、同じ電力を送るためにより小さい導体を利用することができる。
【００１９】
更なる態様において、本発明は、Ｒ値が１．２未満であるバックフィル加工製品に広く属し、そして、粒状鉄化合物の添加剤と、沈泥質砂または粘土質砂との混合物と、を含む。
好ましくは鉄化合物は、ウスタイト、ヘマタイトまたはマグネタイトから選択される。但し、銅、鉛、金ような他の金属化合物やパイライトのような他の金属化合物を、使用する他の金属化合物に対して適切な混合割合で用いることができる。
【００２０】
更なる態様において、本発明は、目標とする熱抵抗を有するバックフィル材を製造する方法に属する。
その方法は、粒状母材と、既知の熱抵抗を有して、目標とする熱抵抗を実現するのに充分な量の粒状金属または金属化合物と、を混ぜ合わせることを含む。
好ましい方法において、母材は、粒状の鉄化合物材料、例えばウスタイト、ヘマタイトおよびマグネタイト、と混合される。
特にこの金属化合物の選択は、材料が容易に入手できるので、好ましい。
熱伝導性バックフィル加工製品は、容易に入手できる採掘された添加物から形成される。
採掘された添加物は、粉砕されて、よく分級された粒状の混合物を形成し、それは、母材として使用される沈泥質砂または粘土質砂と容易に混合され、比較的均質な混合物を形成し、バックフィルの空気および間隙（ボイド）を低減するために従来の建設機械を用いて、溝（トレンチ）内で圧縮されケーブルを囲むことができる。
【００２１】
金属または金属化合物の最大寸法は、上述のように６ｍｍ以下であるが、それより大きな粒子は、ケーブルのカバーに損傷を与える可能性があるためである。
この発明に係る混合物は、有利には、混合物の間隙を低減させ、そして混合物の熱伝導率を高めるような、非常に小さな粒径のみを利用することができる。
もちろん、公知の方法に従う圧縮は間隙の低減に役立ち、そして、予測されるかまたは実験的に導出されたＲ値を実現するよう必要とされる。
【００２２】
更なる態様において、本発明は、水分によってバックフィル材の熱伝導率が向上することがない乾燥した領域で、伝送ケーブルの地下での囲い込みをする方法に広く属する。
その方法は、バックフィル材に指定された熱抵抗を実現するために、選択された比率で、粒状母材および、粒状金属または金属化合物を混合することを含む。
好ましくは、母材は、指定された熱抵抗を達成するために、粒状の鉄化合物と混合される沈泥質砂または粘土質砂である。
【００２３】
更なる態様において、本発明は、土壌および特に乾燥した土壌の熱抵抗率、または、採鉱もしくは採掘された粒状物質の熱抵抗率を低下させる方法を提供する。その方法は、乾燥した土壌または採掘された粒状物に粒状の金属または金属化合物を混合することを含む。
本発明の好ましい形態において、採掘された粒状金属化合物が、低い熱抵抗を達成するために加えられる。そして、好ましくは、採掘された鉄化合物が加えられる。
【００２４】
更なる態様において、本発明は地下電力ケーブルを介して電気を伝送する方法に広く属する。そして、以下の方法を含む。
指定された地下ケーブルの経路に沿って比較的幅の狭い溝を掘削することと、
所定の最大Ｒ値を有するバックフィル加工品の上部層を備えたバックフィルを、溝の基部（ベース）に、加えることと、
溝に電力ケーブルを配置することと、
所定の最大Ｒ値を有するバックフィル加工品で電力ケーブルを囲むことと、
ケーブルを囲むバックフィル加工品の間隙を大幅に低減するために、バックフィルを圧縮すること。
バックフィル加工品は、本発明の態様に従って製造され、それによって、全長にわたって埋込み電力ケーブルからの熱伝導を、通常使用でケーブルの過熱を防止するレベルに保持することができる。
【００２５】
熱伝導性バックフィル加工製品により、ケーブルの全長にわたって達成されるケーブルからの実質的に一様な熱放散が、局所的な過熱を防止するかまたは少なくとも低減するようにする。
この目的のために、全長にわたって地下ケーブルからの実質的に一安な熱放散を達成するために、指定された最大値と最小値とが比較的近いＲ値のバックフィル加工材を製造することができる。
【００２６】
この明細書における母材との記載は、本発明により製造された混合物において、体積または重量において支配的な材料を示すものではなく、単に現場または現場から離れた所で採掘可能で、バックフィルに適していて、Ｒ値が１．２より高い物質を言う。
【００２７】
本発明をより容易に理解することができ、実質的に実行に移すことができるように、これより、本発明の好ましい実施例を例示する以下の実施例について記載する。
【００２８】
第１の検証において、粘土質砂に、ある濃度範囲のマグネタイトを加え、炉乾燥し、そして、現場乾燥密度、実験室試験の乾燥密度、最大乾燥密度、最適含水量、熱伝導率、したがって熱抵抗率に対し、評価した。
標準偏差は各範囲のテストサンプルの数から決定された。そして、結果は下記の表１および２に記載された。
【００２９】
表１
2017516452.tif 000002
【００３０】
表２
2017516452.tif 000003
【００３１】
第２の検証において、粘土質砂に、ある濃度範囲のヘマタイトを加え、炉乾燥し、そして、現場乾燥密度、実験室試験の乾燥密度、最大乾燥密度、最適含水量、熱伝導率、したがって熱抵抗率に対し、評価した。
標準偏差は各範囲のテストサンプルの数から決定された。そして、結果は下記の表３および４に記載された。
【００３２】
表３
2017516452.tif 000004
【００３３】
表４
2017516452.tif 000005
【００３４】
第３の検証において、パイライトを約１０％有しているかまたは約１０％に調整した乾燥沈泥質砂に、さまざまな乾燥材料を加えた。
乾燥材料は、特定の濃度で加えられ、そして、まき出し含水量（Ｐｌａｃｅｍｅｎｔ  Ｍｏｉｓｔｕｒｅ）、現場乾燥密度、実験室試験の乾燥密度、最大乾燥密度、最適含水量、熱伝導率、したがって熱抵抗率に対し評価した。
標準偏差は各範囲のテストサンプルの数から決定された。そして、結果が下記の表５および６に記載された。
【００３５】
表５
2017516452.tif 000006
【００３６】
表６
2017516452.tif 000007
【００３７】
第４の検証において、パイライトを約１０％有しているかまたは約１０％に調整した乾燥沈泥質砂に、さまざまな乾燥材料を加えた。
乾燥材料は、特定の濃度で加えられ、まき出し含水量、現場乾燥密度、実験室試験の乾燥密度、最大乾燥密度、最適含水量、熱伝導率、したがって熱抵抗率に対し評価した。
標準偏差は各範囲のテストサンプルの数から決定された。そして、結果が下記の表５および６に記載された。
【００３８】
表７
2017516452.tif 000008
【００３９】
表８
2017516452.tif 000009
【００４０】
標準的な敷設では、地下電気ケーブルを、熱抵抗率Ｒ値の範囲が０．７〜０．９のバックフィルで囲み溝に設置したときに、地下電気ケーブルが効率的に運用されるよう設計することができる。
【００４１】
この発明によると、現場または現場に隣接した所で、バックフィルを製造するための構成要素の一部もしくは全部を採掘するか、または、使用するために貯蔵してある、特性が既知の粒状鉄化合物の添加物および母材を利用して、地下ケーブルの全長にわたるバックフィル材を設けることができる。
【００４２】
典型的には、本発明は、ケーブルを囲むバックフィルとして使用されることになる母材のＲ値を決定して、母材のＲ値が指定の範囲に適合するよう修正するために、必要となる粒状の鉄化合物の添加物の量が決められることによって実行する。
鉄化合物の添加物は、貯蔵されている特性が既知のバルク（塊）の添加物でもよく、また、もし可能ならば、経済的または他の点から考慮し、現場での採掘と粉砕によって、鉄化合物の満足できる供給ができるなら、添加物はその場もしくは現場近くで採掘されてもよい。
【００４３】
例えば母材を乾燥し、圧縮時のＲ値が１．４となるよう評価することができ、採掘された鉄化合物添加物、例えばマグネタイトでもよく、そのＲ値は圧縮時には０．６とすることができる。
これらの材料を混合し、圧縮することで、様々な割合の混合物のサンプルを提供でき、それらは、圧縮された形態での加工製品の所望のＲ値を実現するため、母材と混合しなければならない添加物の割合もしくは割合の範囲を決定するために試験することができる。
【００４４】
一旦これが定まると、Ｒ値設計基準が経済的に実行可能な、または政治的に容認できる方法に適合するように、添加物を備えるバックフィルを、現場で製造することができる。
選択した間隔で一定の試験により判ることであるが、ケーブルに沿って母材の質に変動がある場合は、例えば、地下ケーブル敷設の全長にわたって、最適で一様なＲ値のバックフィルを実現するために、鉄化合物添加物の割合を、必要に応じて変化させることができる。
【００４５】
バックフィル加工製品は、埋設ケーブルの周囲で、定められた範囲まで延びるバックフィルとして利用するか、または、ケーブルが埋設される溝を、実質的にバックフィル加工材で満たすこともできる。
実質的に全部のバックフィル加工材、または指定された深さまでのバックフィル材を用いることで、埋込み電力ケーブルの性能に悪い影響を及ぼすことなく、ケーブルを支持し、地下埋設への更なるコスト削減を提供するために通常形成される溝を狭くするといったことも可能となる。
同じ電力を送るために用いるケーブルの性能を低下させることによっても、コスト削減を成し遂げることができる。
それぞれ既知または確認済のＲ値を有する母材および粒状鉄化合物の備蓄からバックフィル製品を製造し、製造された熱伝導性のバックフィル製品は、試験結果から得られた、あるいは予測されたＲ値を有し、使用するためもしくは、使用前にその場で混合するために、製造品もしくは製品要素を作業現場に移送することによって、本発明を実行することができる。
【００４６】
第２の状況では、それぞれ既知または確認済のＲ値を有する母材および粒状金属または金属化合物の備蓄からバックフィルを製造し、混合物のＲ値は、試験結果から得られるか、または予測され、混合物もしくは混合物の要素は、使用するために、もしくは使用前にその場で混合するために、作業現場に移送することによって、本発明を実行することができる。
【００４７】
母材と金属または金属化合物の添加物を混合し、所望のＲ値を実現するため、既知のＲ値を有する母材と混合しなければならない金属または金属化合物の添加物量を特定するための一覧表は、十分に検証試験をすることにより、確立することができると考えられる。
【００４８】
いくつかの敷設において、熱抵抗率以外の重要な考慮点を特定の場所向けに指定することができる。例えば、それは圧縮されたバックフィルの強さである。
この発明によれば、敷設の所望の結果に適合する粒径で形成された、選択された等級の母材と金属または金属化合物添加物とを利用することによって、所望の特性を有する混合物を提供することができる。
【００４９】
予備検証により、粒状鉄化合物をバックフィルへ追加することによって、母材と鉄化合物添加剤の混合物の熱伝導率の予測が可能な方法で、熱抵抗率を下げることが分かった。
使用時に、その全長にわたって地下ケーブルから実質的に一定の熱放散を達成するように、バックフィル加工製品は、最大値および最小値が比較的近い指定されたＲ値に製造できる。
【００５０】
上記は本発明の図示によってのみ与えられ、そして、当業者にとって明らかであるように、そのすべてのこの種の修正および変更が、以下の請求項によって定義されるように、本発明の幅広い範囲および領域内であると考えられることは、当然理解される。
【国際調査報告】
2017516452.tif 000010
2017516452.tif 000011
2017516452.tif 000012