海底ケーブル：構造、特徴、敷設、接続

海底ケーブルおよび海底電力ケーブルの概要

海底ケーブルの概要

洋上風力発電所および石油・ガス海洋プラットフォームの開発には、プラットフォームと陸上の間で電力、制御・監視、通信ケーブルを設置する必要があります。

この目的で海底ケーブルが敷設され、島と陸上、国と国、さらには大陸間での電力および/または通信にも使用されます。

海底ケーブルの特性

海底ケーブルはIEC規格60288^[1]に準拠し、水中設置、海底敷設のために特別に設計・製造されています。海底は険しく岩場が多いこと、海洋生物がケーブルを損傷する可能性があること、ケーブルが津波や火山活動に耐えなければならないこと、さらには漁師が使用する底引き網が魚そのものより危険であることなどを考慮しています。

海底ケーブルの特性を決定するには、以下のパラメータを考慮する必要があります：

• 周囲温度（海底と陸上）
• 埋設深度
• 着岸部における特別な埋設/保護要件（より深い埋設、水平導管工法など）
• ケーブル間の軸方向間隔
• 海底と陸上の熱抵抗率
• 海底ケーブルの長さ
• 水深

電力用海底ケーブルの典型的な定格電圧は、交流システムで3.6/6(7.2)kV～290/500(525)kV、直流システムではさらに高電圧です。

定格電圧と断面積により（直流システムではメーカーが断面積2500mm²まで、系統定格電圧725kVまで製造）、多心または単心となります。

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電力用海底ケーブルの特性

電力用海底ケーブルの主な特性：

• 導体：銅またはアルミニウム。長距離・大深度で使用され、要求があれば、ケーブル損傷時の浸水を防ぐ特殊材料で導体を密封します。
• 絶縁：XLPE、EPR、またはMIND（マス浸漬紙）。
• シールド：銅線または銅テープ、必要に応じて鉛シース。
• アーマー（装甲）：ケーブルを機械的ストレスから保護するため、鋼線によるアーマーで構成されます（単心ケーブルのアーマーは非磁性材料（通常アルミニウム）でなければならず、フォコー電流^[2]（ジュール効果）によるアーマーの過熱を防ぐため）。鋼線は異なる破断荷重カテゴリがあり、厚めっきされています。
• 外部保護：設置条件と要件に応じて、PVCまたはPEシースおよびポリプロピレン糸またはジュートの層で外部保護を行います。

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三心電力ケーブルには、通信用の光ファイバーケーブルも含まれる場合があります（図1参照）。

図1 – 三相海底ケーブルの構造

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単心電力ケーブルを使用する場合、通常光ファイバーは含まれません。この状況では、図3に示すような光ファイバー海底ケーブルも別途敷設する必要があります。

図2 – 光ファイバー海底ケーブル

一部のメーカーは、同一の海底ケーブルに通信（光ファイバー）と水中処理・ブースティングシステムへの制御を組み込み、低圧・中圧・高圧いずれの電力供給要件にも対応するアンビリカルケーブルを提供しています（図3参照）。

アンビリカルケーブルには、低圧・高圧配管（鋼管）も含まれ、流体用に使用されます。

図3 – アンビリカルケーブル

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海底ケーブル敷設の基本手順

海底ケーブルの敷設は、非常に複雑で危険かつ高コストな事業です。

ルートの調査、技術開発、ケーブルを紛失、破断、損傷させずに敷設する必要があります。

海底ケーブルを設置する前に、一連の作業を行う必要があります：

• ルート選定、最新の海図を使用
• 選定ルートの地質条件評価
• 海底調査、特に水深測量（深度）、傾斜、地形的特徴の存在、岩石学（海底の性質）、環境条件（塩分、温度、pH）、海底に存在する動的変動（波浪、海流など）や、それに影響を与えるもの（津波、火山活動、土砂流など）

ルートが選定され、すべての海底調査が完了したら、ケーブルを埋設する必要のある区間（水圧噴射埋設機を使用）があるかどうかを特定し、ケーブル敷設箇所を常時監視して損傷やケーブル紛失を防止するための特定技術を開発する必要があります。

海底ケーブルの敷設は一般的にケーブル敷設船で行います（図4、5参照）、ロボットを用いて敷設を制御することもあります（図6参照）。

図4 – ケーブル敷設船

図5 – 海底ケーブル敷設

図6 – ケーブル敷設ロボット

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海底ケーブル接続

海底ケーブルの経路が非常に長い場合、またはケーブルに損傷が発生した場合、ケーブル接続を設置する必要があります。

これらのケーブル接続は高圧力下に置かれ、海底へのケーブル設置前に（可能な限りメーカー工場で）実施し、絶縁耐電圧試験および超音波・放射線透過試験を実施して、設置の信頼性を確保する必要があります。

図7に海底ケーブル接続の一工程を示します。

図7 – 海底ケーブル接続の実施

知っておくと良いこと：

^[1] IEC：国際電気標準会議。

^[2] フォコー電流は誘導電流（電磁誘導現象）。

海底/海底電力ケーブルのギャラリー

著者紹介：Manuel Bolotinha

- 電気工学学士（エネルギー・電力システム専攻）（1974年 - リスボン工科大学/リスボン大学）
- 電気・コンピュータ工学修士（2017年 - リスボン新大学科学技術学部）
- 変電所・電力システム上級コンサルタント、専門講師

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