特開 2024-94906 ケーブルおよびケーブルの浸水検知装置

(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】P2024094906

(43)【公開日】2024-07-10

(54)【発明の名称】ケーブルおよびケーブルの浸水検知装置

(51)【国際特許分類】

   H01B 7/32 20060101AFI20240703BHJP

   H02G 9/00 20060101ALI20240703BHJP

   H02G 1/10 20060101ALI20240703BHJP

   G02B 6/44 20060101ALI20240703BHJP

【ＦＩ】

H01B7/32 Z

H02G9/00

H02G1/10

G02B6/44 371

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022211821

(22)【出願日】2022-12-28

(71)【出願人】

【識別番号】000005290

【氏名又は名称】古河電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100114292

【弁理士】

【氏名又は名称】来間 清志

(74)【代理人】

【識別番号】100145713

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 竜太

(72)【発明者】

【氏名】米家 一洋

(72)【発明者】

【氏名】田中 秀郎

(72)【発明者】

【氏名】丸山 悟

(72)【発明者】

【氏名】籠浦 徹

(72)【発明者】

【氏名】岩倉 大輔

(72)【発明者】

【氏名】高坂 繁弘

(72)【発明者】

【氏名】忠隈 昌輝

【テーマコード（参考）】

2H201

5G315

5G352

5G369

【Ｆターム（参考）】

2H201AX43

2H201AX49

2H201BB03

2H201BB22

2H201BB24

2H201BB52

2H201BB55

2H201BB65

2H201BB80

2H201FF01

2H201KK06

5G315BA14

5G352EA05

5G369AA16

5G369AA19

5G369BA02

5G369BB01

(57)【要約】

【課題】遮水層の内側に浸入する水を検知することによって、交換時期の判断を的確に行うことのできるケーブルを提供する。
【解決手段】電力が伝送される導体２０ａの外周側に遮水層２０ｆが形成されたケーブル１０であって、遮水層２０ｆの内側に設けられ、遮水層２０ｆの内側に浸入する水を吸収して膨張する吸水膨張部２１と、遮水層２０ｆの内側において導体２０ａの延在方向に沿って延在する光ファイバ２２ｂを有し、吸水膨張部２１における水を吸収して膨張した部分から受ける圧力の変化を検出可能な光ファイバセンサ２２と、を備えている。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電力が伝送される導体の外周側に遮水層が形成されたケーブルであって、
前記遮水層の内側に設けられ、前記遮水層の内側に浸入する水を吸収して膨張する吸水膨張部と、
前記遮水層の内側において前記導体の延在方向に沿って延在する光ファイバを有し、前記吸水膨張部における水を吸収して膨張した部分から受ける圧力の変化を検出可能な光ファイバセンサと、を備えた
ケーブル。

【請求項2】

前記吸水膨張部は、前記導体の外周側に周方向に巻き掛けられる帯状の部材である
請求項１に記載のケーブル。

【請求項3】

前記光ファイバセンサは、前記導体の周方向における複数個所に配置されている
請求項１に記載のケーブル。

【請求項4】

前記光ファイバセンサは、前記吸水膨張部の膨張によって変形可能な部材からなり、前記光ファイバの外周側を囲む管状部材を有している
請求項１に記載のケーブル。

【請求項5】

請求項１乃至４のいずれか１項に記載のケーブルと、
前記光ファイバに光を入射させるとともに、前記光ファイバにおいて反射した光を受信する計測部と、
前記計測部によって計測された結果に基づいて前記遮水層の内側に浸入する水の有無を判定する浸水判定部と、を備えた
ケーブルの浸水検知装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、海中または海底等の水が存在する箇所に設置されるケーブルおよびケーブルの浸水検知装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来のケーブルとしては、例えば、洋上の風力発電設備において発電した電力の伝送に用いられ、海中または海底等の水が存在する箇所に敷設されるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

【0003】

水が存在する箇所に敷設されるケーブルは、導体および絶縁層の外側に遮水層を形成することで、絶縁層の劣化を抑制して長寿命化を図っている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第３３８６２６２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

遮水層を有するケーブルは、遮水層が劣化して破損し、絶縁層に水が浸入して絶縁破壊が生じた場合に、漏電等の問題が生じる可能性がある。このため、遮水層を有するケーブルは、絶縁破壊が生じる前に新たなケーブルへの交換が必要となる。しかし、遮水層を有するケーブルは、遮水層の劣化の程度が、敷設される環境によって異なり、交換時期の判断が困難である。

【0006】

本発明の目的とするところは、遮水層の内側に浸入する水を検知することによって、交換時期の判断を的確に行うことのできるケーブルおよびケーブルの浸水検知装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係るケーブルは、電力が伝送される導体の外周側に遮水層が形成されたケーブルであって、前記遮水層の内側に設けられ、前記遮水層の内側に浸入する水を吸収して膨張する吸水膨張部と、前記遮水層の内側において前記導体の延在方向に沿って延在する光ファイバを有し、前記吸水膨張部における水を吸収して膨張した部分から受ける圧力の変化を検出可能な光ファイバセンサと、を備えている。

【0008】

また、本発明に係るケーブルは、前記吸水膨張部が、前記導体の周方向に巻き掛けられる帯状の部材である。

【0009】

また、本発明に係るケーブルは、前記光ファイバセンサが、前記導体の周方向における複数個所に配置されている。

【0010】

また、本発明に係るケーブルは、前記光ファイバセンサが、前記吸水膨張部の膨張によって変形可能な部材からなり、前記光ファイバの外周側を囲む管状部材を有している。

【0011】

また、本発明に係るケーブルの浸水検知装置は、前記ケーブルと、前記光ファイバに光を入射させるとともに、前記光ファイバにおいて反射した光を受信する計測部と、前記計測部によって計測された結果に基づいて前記遮水層の内側に浸入する水の有無を判定する浸水判定部と、を備えている。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、遮水層の内側への水の浸入を確実に検知することが可能となるので、ケーブルの交換時期の判断を的確に行うことが可能となり、ケーブルの保守管理を効率的に行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】図１は、本発明の一実施形態に係るケーブルおよびケーブルの浸水検知装置の概略図である。

【図2】図２は、本発明の一実施形態に係るケーブルの断面図である。

【図3】図３は、本発明の一実施形態に係る電力線の断面図である。

【図4】図４は、本発明の一実施形態に係る光ファイバセンサの断面図である。

【図5】図５は、本発明の一実施形態に係る遮水層の内側に水が浸入した状態を説明する要部断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

図１乃至図５は、本発明の一実施形態を示すものである。図１はケーブルおよびケーブルの浸水検知装置の概略図であり、図２はケーブルの断面図であり、図３は電力線の断面図であり、図４は光ファイバセンサの断面図であり、図５は遮水層の内側に水が浸入した状態を説明する要部断面図である。

【0015】

本実施形態のケーブル１０およびケーブルの浸水検知装置１００は、例えば、図１に示すように、浮体式洋上風力発電設備１において発電した電力を陸上の図示しない変電設備等への伝送に用いられるものである。

【0016】

浮体式洋上風力発電設備１は、海面に浮かべられた状態で、図示しないチェーン等によって海底に係留されている。

【0017】

ケーブル１０は、海底に沿って敷設される海底ケーブル１０ａと、浮体式洋上風力発電設備１と海底ケーブル１０ａとを接続するダイナミックケーブル１０ｂと、を有している。

【0018】

海底ケーブル１０ａは、例えば、一端部が変電設備に接続され、他端部が接続部１０ｃを介してダイナミックケーブル１０ｂの一端部に接続されている。

【0019】

ダイナミックケーブル１０ｂは、一端部が接続部１０ｃを介して海底ケーブル１０ａの他端部に接続され、他端部が浮体式洋上風力発電設備１に接続されている。ダイナミックケーブル１０ｂには、図示しないワイヤおよび錘によって海底に支持されたブイ１０ｄが延在方向の中間部に取り付けられ、浮体式洋上風力発電設備１の挙動に合わせてダイナミックケーブル１０ｂの姿勢が変化するようになっている。

【0020】

また、ケーブル１０（海底ケーブル１０ａおよびダイナミックケーブル１０ｂ）は、図２に示すように、撚り合わされた３本の電力線２０および２本の通信線３０が介在１１と共に径方向の中央部側に設けられ、３本の電力線２０、２本の通信線３０および介在１１の外周側に、内周側から順に、座床層１２、鉄線鎧装１３、外装１４が形成されている。

【0021】

電力線２０は、図３に示すように、中央部側から順に、導体２０ａ、内部半導電層２０ｂ、絶縁体２０ｃ、外部半導電層２０ｄ、遮蔽層２０ｅ、遮水層２０ｆおよび防食層２０ｇを有している。ここで、遮水層２０ｆは、ステンレス、アルミニウム、銅等の金属からなる。

【0022】

また、電力線２０は、遮蔽層２０ｅと遮水層２０ｆとの間に設けられ、水を吸収して膨張する吸水膨張部２１と、遮蔽層２０ｅに配置され、吸水膨張部２１における水を吸収して膨張した部分から受ける圧力の変化を検知する複数の光ファイバセンサ２２と、を有している。

【0023】

吸水膨張部２１は、例えば、ポリアクリル酸ナトリウム等の吸水ポリマーを含む不織布等からなる帯状の部材からなる。吸水膨張部２１は、吸水ポリマーが水分を吸収して膨張すると、水分を吸収した部分の厚さ方向の大きさが大きくなる。吸水膨張部２１は、遮水層２０ｆの内側において、電力線２０の延在方向の全体にわたって隙間なく周方向に巻き回されている。

【0024】

複数の光ファイバセンサ２２は、図３に示すように、遮蔽層２０ｅを構成する複数のワイヤシールド２０ｅ１とともに電力線２０の周方向に配置されている。複数の光ファイバセンサ２２は、それぞれ電力線２０の周方向に間隔をおいて配置されている。光ファイバセンサ２２は、電力線２０の径方向の大きさによって適切な本数が異なるが、少なくとも４本以上であることが好ましい。

【0025】

複数の光ファイバセンサ２２は、図４に示すように、吸水膨張部２１の膨張によって変形可能な管状部材２２ａと、管状部材２２ａの内側に収容された光ファイバ２２ｂと、を有している。

【0026】

管状部材２２ａは、吸水膨張部２１の膨張によって容易に変形可能な、例えば、シリコンゴム、天然ゴム等のエラストマ、または、軟質の樹脂製の部材からなる。

【0027】

複数の光ファイバ２２ｂは、それぞれ、径方向中央部から外周側に向かって、コア、クラッド、一次被覆および二次被覆を有している。

【0028】

管状部材２２ａの内面と複数の光ファイバ２２ｂとの間には、空気または止水用のジェリーが充填されている。

【0029】

また、本実施形態のケーブルの浸水検知装置１００は、ケーブル１０の電力線２０の複数の光ファイバセンサ２２のそれぞれの光ファイバ２２ｂの一端部から光を入射させ、光ファイバ２２ｂの一端部に反射して戻る光の強度および一端部に光が戻る時間を計測する計測部４０と、計測部４０の計測結果に基づいて遮水層２０ｆの内側に浸入する水の有無を判定する浸水判定部５０と、を備えている。

【0030】

計測部４０は、光ファイバセンサ２２の光ファイバ２２ｂに接続される所謂ＯＴＤＲ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｉｍｅ Ｄｏｍｅｉｎ Ｒｅｆｌｅｃｔоｍｅｔｅｒ）である。計測部４０は、光ファイバ２２ｂの一端部からレーザ光等の光を入射させ、光ファイバ２２ｂの一端部に戻る反射光の強度を計測することによって、光ファイバの曲がりを原因とする損失が取得可能であるとともに、反射光が戻る時間を計測することで光ファイバセンサ２２の延在方向における、光ファイバの曲がりを原因とする損失が生じた位置が取得可能である。具体的には、光ファイバセンサ２２の光ファイバ２２ｂの延在方向の損失分布を継続的に取得し、所定以上の損失の変化の発生を検知した場合において、損失分布における損失の変化の発生した位置を特定することによって、光ファイバ２２ｂの延在方向における損失の発生した位置を取得する。

【0031】

浸水判定部５０は、電子計算機等からなり、計測部４０の計測値に基づいて電力線２０の遮水層２０ｆの内側への浸水の有無を判定する。浸水判定部５０は、例えば、計測部４０によって所定以上の損失が検出された場合に、ケーブル１０において遮水層２０ｆの内側への浸水が発生していると判定する。

【0032】

以上のように構成されたケーブル１０において、ダイナミックケーブル１０ｂは、浮体式洋上風力発電設備１の挙動に合わせて姿勢が変化する。このため、ダイナミックケーブル１０ｂは、姿勢の変化を繰り返すことによって遮水層２０ｆを構成する部材が疲労破壊等を生じて破損した場合に、海水が遮水層２０ｆの内側に浸入する可能性がある。遮水層２０ｆの内側に海水が侵入した場合には、図５に矢印で示すように、遮水層２０ｆの内側に配置された吸水膨張部２１に海水が到達して、吸水膨張部２１における海水が到達した部分が海水を吸収して膨張する。吸水膨張部２１における海水を吸収した部分が膨張すると、吸水膨張部２１の膨張した部分に隣接する光ファイバセンサ２２の光ファイバ２２ｂが、圧力を受けて曲がりが生じる。

【0033】

このとき、浸水検知装置１００は、計測部４０において光ファイバ２２ｂが受ける圧力を計測し、浸水判定部５０において計測部４０によって計測した圧力の変化に基づいて電力線２０の遮水層２０ｆの内側への浸水を判定する。

【0034】

このように、本実施形態のケーブルによれば、電力が伝送される導体２０ａの外周側に遮水層２０ｆが形成されたケーブル１０であって、遮水層２０ｆの内側に設けられ、遮水層２０ｆの内側に浸入する水を吸収して膨張する吸水膨張部２１と、遮水層２０ｆの内側において導体２０ａの延在方向に沿って延在する光ファイバ２２ｂを有し、吸水膨張部２１における水を吸収して膨張した部分から受ける圧力の変化を検出可能な光ファイバセンサ２２と、を備えている。

【0035】

また、本実施形態のケーブルの浸水検知装置によれば、ケーブル１０と、光ファイバ２２ｂに光を入射させるとともに、光ファイバ２２ｂにおいて反射した光を受信する計測部４０と、計測部４０によって計測された結果に基づいて遮水層２０ｆの内側に浸入する水の有無を判定する浸水判定部５０と、を備えている。

【0036】

これにより、遮水層２０ｆの内側への海水の浸入を確実に検知することが可能となるので、ケーブル１０の交換時期の判断を的確に行うことが可能となり、ケーブル１０の保守管理を効率的に行うことが可能となる。

【0037】

また、吸水膨張部２１は、導体２０ａの外周側に周方向に巻き掛けられる帯状の部材である、ことが好ましい。

【0038】

これにより、電力線２０の周方向のいずれの位置からの海水の遮水層２０ｆの内側への浸入に対しても、吸水膨張部２１を膨張させることが可能となるので、光ファイバセンサ２２によって確実に遮水層２０ｆの内側への海水の浸入を検知することが可能となる。

【0039】

また、光ファイバセンサ２２は、導体２０ａの周方向における複数個所に配置されている、ことが好ましい。

【0040】

これにより、電力線２０の周方向にわたって遮水層２０ｆの内側への水の浸入する状況を継続的に検知することによって、僅かな海水の浸入による変化を確実に検知することができるので、遮水層２０ｆの内側への海水の浸入を確実に特定することが可能となる。

【0041】

また、光ファイバセンサ２２は、吸水膨張部２１の膨張によって変形可能な部材からなり、光ファイバ２２ｂの外周側を囲む管状部材２２ａを有している、ことが好ましい。

【0042】

これにより、光ファイバ２２ｂが管状部材２２ａに収容されているため、光ファイバ２２ｂの破損を抑制することが可能となる。また、管状部材２２ａが吸水膨張部２１の膨張によって変形可能であるため、吸水膨張部２１が膨張した状態を確実に光ファイバ２２ｂに伝えることが可能となる。

【0043】

尚、前記実施形態では、海底に敷設される海底ケーブル１０ａおよび海中に設置されるダイナミックケーブル１０ｂの遮水層２０ｆの内側に浸入する海水を検知するものを示したが、これに限られるものではない。遮水層の内側に浸入する水を検知するものであれば、例えば、地下水が存在する地中に敷設するケーブルに対して本発明を適用可能である。

【0044】

また、前記実施形態では、電力線２０の遮蔽層２０ｅに光ファイバセンサ２２を配置したものを示したが、これに限られるものではない。例えば、波付金属管に覆われた電力線である所謂コルゲートケーブルの場合において、波付金属管の内周面側の溝に沿って光ファイバセンサを配置し、光ファイバセンサの内周側に吸水膨張部を配置することによって、吸水膨張部における水を吸収して膨張した部分を光ファイバセンサによって検出するようにしてもよい。

【0045】

また、前記実施形態では、海上に設置される発電設備の例として、浮体式洋上風力発電設備を示したが、着床式洋上風力発電設備であってもよく、海上に設置される発電設備に対して本発明を適用可能である。

【0046】

また、前記実施形態では、吸水膨張部２１を、遮蔽層２０ｅと遮水層２０ｆとの間に配置したものを示したが、これに限られるものではない。吸水膨張部は、外部半導電層２０ｄと遮水層２０ｆとの間に配置されていればよく、外部半導電層２０ｄと遮蔽層２０ｅとの間に配置してもよい。

【符号の説明】

【0047】

１０ ケーブル
２０ 電力線
２０ａ 導体
２０ｆ 遮水層
２１ 吸水膨張部
２２ 光ファイバセンサ
２２ａ 管状部材
２２ｂ 光ファイバ
４０ 計測部
５０ 浸水判定部
１００ 浸水検知装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】