特開 2024-122896 動的海底電力ケーブル

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024122896

(43)【公開日】2024-09-09

(54)【発明の名称】動的海底電力ケーブル

(51)【国際特許分類】

   H01B 7/12 20060101AFI20240902BHJP

【ＦＩ】

H01B7/12

【審査請求】未請求

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2024022614

(22)【出願日】2024-02-19

(31)【優先権主張番号】23159053

(32)【優先日】2023-02-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(71)【出願人】

【識別番号】519099829

【氏名又は名称】エヌケーティー エイチブイ ケーブルズ エービー

(74)【代理人】

【識別番号】110002077

【氏名又は名称】園田・小林弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】トーバルドソン， ヘンリク

(72)【発明者】

【氏名】テュルベリ， アンドレアス

(72)【発明者】

【氏名】ジャヤント， デニー

【テーマコード（参考）】

5G311

【Ｆターム（参考）】

5G311EA06

5G311EB05

(57)【要約】      （修正有）

【課題】金属製遮水層と外側半導体層との間の移動を制限することができ、寿命が長くなる動的海底電力ケーブルを提供する。
【解決手段】動的海底電力ケーブル１は、導体３と、導体３の周りに配置された内側半導体層７、内側半導体層７の周りに配置された絶縁層９および外側半導体層１１を備える絶縁系５と、絶縁系５の周りに配置された金属製遮水層１５と、外側半導体層１１と金属製遮水層１５との間に配置された土台層１３と、を備え、土台層１３の外面と金属製遮水層１５との間の静摩擦係数が少なくとも０．４であり、土台層１３の内面と外側半導体層１１との間の静摩擦係数が少なくとも０．４である。動的海底電力ケーブルはさらに、金属製遮水層の周りに配置されたポリマー層またはシース１７と、各々が複数の螺旋状に敷設された外装線２１を備える１つ以上の外装層１９と、外側シースまたはサービング２３と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

導体（３）と、
前記導体（３）の周りに配置された内側半導体層（７）、前記内側半導体層（７）の周りに配置された絶縁層（９）、および外側半導体層（１１）を備える絶縁系（５）と、
前記絶縁系（５）の周りに配置された金属製遮水層（１５）と、
前記外側半導体層（１１）と前記金属製遮水層（１５）との間に配置された土台層（１３）と
を備え、
前記土台層（１３）の外面と前記金属製遮水層（１５）との間の静摩擦係数が少なくとも０．４であり、前記土台層（１３）の内面と前記外側半導体層（１１）との間の静摩擦係数が少なくとも０．４である、
動的海底電力ケーブル（１、１’）。

【請求項2】

前記土台層（１３）が、１つ以上のポリマーを含む、請求項１に記載の動的海底電力ケーブル（１、１’）。

【請求項3】

各ポリマーがエラストマーである、請求項１または２に記載の動的海底電力ケーブル（１、１’）。

【請求項4】

前記エラストマーが、エチレンプロピレンゴム、ＥＰＲ、またはエチレンプロピレンジエンモノマー、ＥＰＤＭ、ゴム、またはポリウレタンである、請求項３に記載の動的海底電力ケーブル（１、１’）。

【請求項5】

前記土台層（１３）が複数の層を含み、各層の間の静摩擦係数が少なくとも０．４である、請求項１から４のいずれか一項に記載の動的海底電力ケーブル（１、１’）。

【請求項6】

前記土台層（１３）が１つ以上のテープ層で形成される、請求項１から５のいずれか一項に記載の動的海底電力ケーブル（１、１’）。

【請求項7】

前記土台層（１３）が半導体である、請求項１から６のいずれか一項に記載の動的海底電力ケーブル（１、１’）。

【請求項8】

前記金属製遮水層（１５）が、ステンレス鋼または銅を含む、請求項１から７のいずれか一項に記載の動的海底電力ケーブル（１、１’）。

【請求項9】

前記金属製遮水層（１５）が、長手方向に溶接されている、請求項１から８のいずれか一項に記載の動的海底電力ケーブル（１、１’）。

【請求項10】

前記金属製遮水層（１５）が波形である、請求項１から９のいずれか一項に記載の動的海底電力ケーブル（１、１’）。

【請求項11】

前記金属製遮水層（１５）が滑らかである、請求項１から９のいずれか一項に記載の動的海底電力ケーブル（１、１’）。

【請求項12】

前記外側半導体層（１１）がポリマー材料を含む、請求項１から１１のいずれか一項に記載の動的海底電力ケーブル（１、１’）。

【請求項13】

前記土台層（１３）が、前記外側半導体層（１１）および前記金属製遮水層（１５）と直接接触している、請求項１から１２のいずれか一項に記載の動的海底電力ケーブル（１、１’）。

【請求項14】

浮体式構造物と、
前記浮体式構造物に接続された、請求項１から１３のいずれか一項に記載の動的海底電力ケーブルと
を備える、沖合ウィンドファームシステム。

【請求項15】

前記浮体式構造物が、浮体式風力タービン構造、浮体式変電所構造、浮体式変圧器構造、または浮体式電力変換器構造である、請求項１４に記載の沖合ウィンドファームシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、一般に、動的海底電力ケーブルに関する。

【背景技術】

【0002】

動的海底電力ケーブルは、石油もしくはガスプラットフォーム、または浮体式風力タービンなどの浮体式構造物と海底との間に延びるように設計された電力ケーブルである。

【0003】

動的海底電力ケーブルは、波の動きの結果としての一定の移動による疲労損傷に、通常の海底電力ケーブルよりも良好に耐えるように特に製造される。

【0004】

一般に、機械的観点からの動的海底電力ケーブルの平均寿命は、ケーブルが移動中にどの程度応力を分配することができるかに依存する。

【発明の概要】

【0005】

本発明者らは、絶縁系と金属シースとの間の接触面がこれらの構成要素間の移動を抑制する場合、動的海底電力ケーブルの寿命がプラスの影響を受けることを見出した。これは、負荷が動的であり、動的海底電力ケーブル内の異なる熱条件、したがって熱膨張および熱収縮をもたらす場合に特に重要となる場合があり、負荷が動的であることは通常、浮体式風力用途を意味する。

【0006】

上記に鑑みて、本開示の目的は、先行技術の問題を解決または少なくとも緩和する動的海底電力ケーブルを提供することである。

【0007】

したがって、導体と、導体の周りに配置された内側半導体層、内側半導体層の周りに配置された絶縁層、および外側半導体層を備える絶縁系と、絶縁系の周りに配置された金属製遮水層と、外側半導体層と金属製遮水層との間に配置された土台層とを備え、土台層の外面と金属製遮水層との間の静摩擦係数が少なくとも０．４であり、土台層の内面と外側半導体層との間の静摩擦係数が少なくとも０．４である、動的海底電力ケーブルが提供される。

【0008】

金属製遮水層と外側半導体層との間に高い摩擦を提供する土台層を有することによって、金属製遮水層と外側半導体層との間の移動を制限することができ、したがって、動的海底電力ケーブルの寿命が長くなる。

【0009】

一例によれば、土台層の外面と金属製遮水層との間の静摩擦係数は、少なくとも０．５、例えば少なくとも０．６、例えば少なくとも１である。

【0010】

一例によれば、土台層の内面と外側半導体層との間の静摩擦係数は、少なくとも０．５、例えば少なくとも０．６、例えば少なくとも１である。

【0011】

一実施形態によれば、土台層は、１つ以上のポリマーを含む。

【0012】

一実施形態によれば、各ポリマーはエラストマーである。良好な摩擦特性に加えて、エラストマーは弾性であり、したがって高い降伏強度を有する、すなわち良好な歪み回復を有する。したがって、動的海底電力ケーブルが設置された状態で移動、すなわち曲げられると、土台層はその初期形状にさらに良好に回復する。したがって、土台層は、動的海底電力ケーブルの多くの曲げサイクルにわたって外側半導体層および金属製遮水層との接触を維持し、外側半導体層と金属製遮水層との間の高摩擦界面は、様々な負荷条件であっても維持することができる。

【0013】

一実施形態によれば、エラストマーは、エチレンプロピレンゴム、ＥＰＲ、またはエチレンプロピレンジエンモノマー、ＥＰＤＭ、ゴム、またはポリウレタンである。

【0014】

一実施形態によれば、土台層は複数の層を含み、各層の間の静摩擦係数は少なくとも０．４である。

【0015】

一実施形態によれば、土台層は、１つ以上のテープ層から形成される。

【0016】

一例によれば、少なくとも１つのテープ層は、自己融着テープによって形成される。

【0017】

一実施形態によれば、土台層は半導体である。したがって、外側半導体層と金属製遮水層との間の電圧均等化をもたらすことができる。

【0018】

一実施形態によれば、金属製遮水層は、ステンレス鋼または銅を含む。金属製遮水層は、一例によれば、銅合金を含んでもよい。

【0019】

一実施形態によれば、金属製遮水層は長手方向に溶接される。

【0020】

一実施形態によれば、金属製遮水層は波形である。

【0021】

一実施形態によれば、金属製遮水層は滑らかである。

【0022】

一実施形態によれば、外側半導体層はポリマー材料を含む。

【0023】

一実施形態によれば、土台層は、外側半導体層および金属製遮水層と直接接触している。

【0024】

土台層は、外側半導体層と金属製遮水層との間を埋めてもよい。

【0025】

動的海底電力ケーブルは、ＡＣ電力ケーブルまたはＤＣ電力ケーブルであってもよい。

【0026】

動的海底電力ケーブルは、第１の態様による導体、絶縁系、土台層、および金属製遮水材を備える単一の電力芯線を備えてもよく、または複数の撚線電力芯線を備えてもよく、そのうちの少なくとも１つ、好ましくは複数、例えばすべての電力芯線は、第１の態様による導体、絶縁系、土台層、および金属製遮水材を備える。

【0027】

動的海底電力ケーブルは、高電圧動的海底電力ケーブルであってもよい。

【0028】

一般に、特許請求の範囲で使用されるすべての用語は、本明細書で特に明示的に定義されない限り、技術分野におけるそれらの通常の意味に従って解釈されるべきである。「１つの（ａ／ａｎ／ｔｈｅ）」要素、器具、構成要素、手段などへのすべての言及は、特に明記されない限り、要素、器具、構成要素、手段などの少なくとも１つの例を指すものとしてオープンに解釈されるべきである。

【0029】

ここで、添付の図面を参照して、本発明概念の具体的な実施形態を例として説明する。

【図面の簡単な説明】

【0030】

【図1】動的海底電力ケーブルの一例の断面図を概略的に示す図である。

【図2】動的海底電力ケーブルの別の例の断面図を概略的に示す図である。

【図3】沖合ウィンドファームシステムを概略的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0031】

ここで、例示的な実施形態が示されている添付の図面を参照して、本発明概念を以下により完全に説明する。しかしながら、本発明概念は、多くの異なる形態で具体化することができ、本明細書に記載の実施形態に限定されると解釈されるべきではなく、むしろ、これらの実施形態は、本開示が徹底的かつ完全であり、本発明概念の範囲を当業者に完全に伝えるように、例として提供される。説明全体を通して、同様の番号は同様の要素を指す。

【0032】

図１は、動的海底電力ケーブル１の一例を示す。図１の例における動的海底電力ケーブル１ケーブルは、単芯線ケーブルである。例示的な動的海底電力ケーブル１は、ＤＣ電力ケーブルまたは単相ＡＣ電力ケーブルであってよい。

【0033】

動的海底電力ケーブル１は、導体３を備える。導体３は、例えば、銅またはアルミニウムを含んでもよい。

【0034】

動的海底電力ケーブル１は、導体３の周りに配置された絶縁系５を備える。

【0035】

絶縁系５は、導体３の周りに配置された内側半導体層７と、内側半導体層７の周りに配置された絶縁層９と、絶縁層９の周りに配置された外側半導体層１１とを備える。

【0036】

絶縁系５は、押出絶縁系であってもよい。絶縁系５は、ポリマー材料を含んでもよい。したがって、内側半導体層７、絶縁層９、および外側半導体層１１は、ポリマーベース、例えばポリエチレン、架橋ポリエチレン、ポリプロピレン、ＥＰＲ、またはＥＰＤＭを有してもよい。

【0037】

内側半導体層７および外側半導体層１１は、ポリマーベースと混合された導電性粒子を含む。導電性粒子は、例えば、カーボンブラックであってもよい。

【0038】

内側半導体層７と外側半導体層１１とは、架橋されていてもいなくてもよい。

【0039】

動的海底電力ケーブル１は、外側半導体層１１の周りに配置された土台層１３を備える。土台層１３は、外側半導体層１１と直接接触する内面を有する。土台層１３の内面と外側半導体層１１との間の静摩擦係数は、少なくとも０．４である。

【0040】

動的海底電力ケーブル１は、土台層１３の周りに配置された金属製遮水層１５を備える。金属製遮水層１５は、例えば、純銅などの銅、もしくは銅ニッケル合金などの銅合金、ステンレス鋼、またはアルミニウムを含んでもよい。

【0041】

金属製遮水層１５は、長手方向に溶接されていてもよい。

【0042】

金属製遮水層１５は、波形であっても、滑らかであってもよい。

【0043】

金属製遮水層１５は、土台層１３の外面に直接接触して配置されている。土台層１３の外面と金属製遮水層１５との間の静摩擦係数は、少なくとも０．４である。

【0044】

土台層１３は、外側半導体層１１および金属製遮水層１５の両方と同時に直接接触して配置される。

【0045】

土台層１３は、１つ以上のポリマーを含んでもよい。１つ以上のポリマーのそれぞれは、ＥＰＲ、ＥＰＤＭまたはエラストマーポリウレタンなどのエラストマーであってもよい。

【0046】

土台層１３は、半導体であってもよい。例えば、１つ以上のポリマーは半導体であってもよい。例えば、１つ以上のポリマーは、その中に分散された導電性粒子を含んでもよい。

【0047】

土台層１３は、１つ以上のテープ層を含んでもよく、または押出されていてもよい。土台層１３が押出されている場合、１つ以上の押出された層によって形成されてもよい。

【0048】

土台層１３が１つ以上の層、例えば１つ以上のテープ層を含む例では、各層間の静摩擦係数は少なくとも０．４であってもよい。各層は同じ材料から作製されてもよく、または少なくとも１つの層が他の層とは異なる材料から作製されてもよい。

【0049】

１つ以上のテープ層の少なくとも１つは、自己融着テープによって形成されてもよい。

【0050】

動的海底電力ケーブル１は、金属製遮水層１５の周りに配置されたポリマー層またはシース１７をさらに備えてもよい。

【0051】

さらに、動的海底電力ケーブル１は、各々が複数の螺旋状に敷設された外装線２１を備える１つ以上の外装層１９を備えてもよい。

【0052】

動的海底電力ケーブル１は、外側シースまたはサービング２３を備えてもよい。外側シースまたはサービング２３は、ポリマー材料を含んでもよい。

【0053】

図２は、動的海底電力ケーブルの別の例を示す。図２の動的海底電力ケーブル１’は、複数の電力芯線２５ａ～２５ｃを備える多芯線動的海底電力ケーブルである。各電力芯線２５ａ～２５ｂは、上述した動的海底電力ケーブル１と構造が非常に類似している。したがって、各電力芯線２５ａ～２５ｃは、それぞれの絶縁系５、土台層１３、および金属製遮水層１５を備える。

【0054】

設置状態では、動的海底電力ケーブル１、１’は、例えば曲げ補剛材またはベルマウスを介して浮体式プラットフォームに接続され、浮体式プラットフォームから下方に海底まで延びる。

【0055】

図３は、沖合ウィンドファームシステム２７の一例を概略的に示す。沖合ウィンドファームシステム２７は、１つ以上の浮体式構造物２９と、動的海底電力ケーブル１、１’とを備える。

【0056】

浮体式構造物２９は、海などの水塊Ｗの中を浮遊する。浮体式構造物２９は、浮体式風力タービン構造、浮体変電所構造、異なる電圧レベル間でＡＣ電力を変換するための浮体式変圧器構造、および／またはＡＣ電圧とＤＣ電圧との間の変換を提供するための浮体式電力変換器構造であってもよい。

【0057】

沖合ウィンドファームシステム２７は、接合部３３と、接合部３３に接続された静的海底電力ケーブル３５とを備えてもよい。

【0058】

動的海底電力ケーブル１、１’は、浮体式構造物２９に接続されている。動的海底電力ケーブル１、１’は、浮体式構造物２９から海底２８まで延びている。動的海底電力ケーブル１、１’が静的海底電力ケーブル３５に接続されるように、または例えば、動的海底電力ケーブル１、１’が２つの浮体式構造物２９の間、例えば、２つの浮体式風力タービン構造の間、もしくは浮体式風力タービン構造と、浮体式サブステーション構造、浮体式変圧器構造もしくは浮体式電力変換器構造のうちの１つとの間に接続され得るように、動的海底電力ケーブル１、１’は、図３の例に示すように接合部３３に接続されてもよい。

【0059】

動的海底電力ケーブル１、１’は、動作中に様々な負荷を受け、また、浮体式風力タービン構造によって生成され、動的海底電力ケーブル１、１’によって輸送される電力量も、気象条件に応じて変化する。したがって、動的海底電力ケーブル１、１’は、それが輸送する電力、ならびにその熱膨張および熱収縮サイクルに応じて異なる熱状態を経験する。これは、動的海底電力ケーブル１、１’の内部構成要素間の相対的な半径方向移動を引き起こす可能性がある。有益なことに、土台層１３は、動的海底電力ケーブル１、１’の異なる動作条件の間に金属製遮水層１５と外側半導体層１１との間に高い摩擦を提供し、したがって金属製遮水層１５と外側半導体層１１との間の移動を制限する。

【0060】

本発明概念は、主に少数の例を参照して上述されている。しかしながら、当業者によって容易に理解されるように、添付の特許請求の範囲によって定義されるような、上記で開示されたもの以外の他の実施形態も本発明概念の範囲内で等しく可能である。

【図1】

【図2】

【図3】

【外国語明細書】