ケーブルシールド装置

【課題】多相交流ケーブルからの漏れ磁場を少なくするケーブルシールド装置を提供すること。
【解決手段】三相交流ケーブルＵＶＷを並べたケーブルセット１１〜３３をシールドするケーブルシールド装置１であって、各ケーブルセットにおけるＵＶＷの配列は、その上下左右のケーブルセットにおけるＵＶＷの配列と異ならせるとともに、同位相のケーブル同士が隣り合わないようにして、漏れ磁場が大きくならないようにする。さらに内側磁気シールド装置５で各ケーブルセットをシールドし、外側シールド装置７で全体をシールドしている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ケーブルをシールドするケーブルシールド装置に関し、特にビルなどの大規模建造物内の配設ケーブルや地下に埋設するケーブルの磁場シールド装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ビルの高層化に伴い電力ケーブルの数が増大して、多数のケーブルを有する埋設管等からの漏れ磁場が大きくなる傾向がある。
【０００３】
図１３に、配設された商用電力ケーブルの一例を示す。発電所あるいは変電所６１からの電力は、変圧器６２によって降圧されて、地下のケーブル埋設部６３を通り、各ビルＢに電力が伝送される。ここでケーブル埋設部６３では、多数のケーブルが集合しているので、各ケーブルからの漏れ磁場はごく微小であっても多数重ねあわされる結果、地表への磁場の漏れ出しが懸念される。したがって、ケーブルから漏れる磁場をできるだけ少なくすることが望まれる。
【０００４】
しかしながら、交流ケーブルの磁気シールに関しては、いくつか存在する（特許文献１〜３参照）が、地下に埋設することあるいは多相交流であること等を考慮して、ケーブルから発生する磁場を本格的にシールドした事例はない。なお、多相交流は各相に対応した複数の相ケーブルからなるケーブルセットで供給される。
【特許文献１】特開平７−５０４９６号公報
【特許文献２】特開２００１−２３１１６１号公報
【特許文献３】特開２００３−２５８４７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上述の問題に鑑み、交流位相を考慮して漏れ磁場を減少させる多相ケーブルシールド装置を提供することを目的とする。さらにシールドする場所に応じた最適なシールド形状を有する多相ケーブルシールド装置をも提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の多相ケーブルシールド装置は、一つの面内に配列された各相ケーブルを有する複数の多相ケーブルセットを備え、前記多相ケーブルセットのそれぞれは、該多相ケーブルセットを構成する各相ケーブルの配列順に関して、上下左右に隣接する多相交流ケーブルセットと相違し、前記各相ケーブルは、該各相ケーブルの位相に関して、上下左右に隣接する各相ケーブルと相違することを特徴とする。
【０００７】
また、前記多相ケーブルセットはそれぞれ、第１のシールド部材により囲まれているようにしてもよい。
【０００８】
さらに、前記複数の多相ケーブルセットは全体として、第２のシールド部材により囲まれるようにすることもできる。
【０００９】
さらに、前記第２のシールド部材は、底部が開口したＣ字状に形成するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、以上のように構成したから、多相ケーブルが集合しても、各相ケーブルの位相をそろうような配列を避けることができ、漏れ磁場を減少させることができる。また、装置全体をシールドするためにＣ字状に形成したシールド部材を用いると、シールド装置を配置する場所に対応してさらに漏れ磁場を低減させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図１（ａ）、（ｂ）は、埋設ケーブルをシールドするケーブルシールド装置１の一実施形態の概略構成を示す図である。本実施形態では、多相交流として三相交流を例にして説明するが、本発明は、三相交流に限定されるものではない。
【００１２】
図１の（ａ）（ｂ）ともに、ケーブルシールド装置は地下に埋設されるもので、図面の上部に地表面がある。（ａ）に示すケーブルシールド装置１は、マトリックス状に３×３すなわち９個配置されているケーブルセット１１〜３３を有する。各ケーブルセットは、地表面に対して水平な同一平面に配置される三相交流ケーブルＵ、Ｖ、Ｗを備える。さらに、ケーブルセット１１〜３３は、それぞれ内側シールド体５で囲まれ、かつ９個のケーブルセット全体が外側シールド体７で覆われている。
【００１３】
図１（ｂ）に示すケーブルシールド装置１のケーブルセット１１〜３３は、（ａ）と同様、マトリックス状に３×３すなわち９個配置されているが、各ケーブルセットは、地面に対して鉛直な同一面内に配置される三相交流ケーブルＵ、Ｖ、Ｗを備える。ケーブルセット１１〜３３の各々は、図１（ａ）と同様、内側シールド体５で囲まれ、その全体は外側シールド体７で囲まれている。
【００１４】
本発明者は、漏れ磁場の大きさに関して、図１（ａ）（ｂ）のように集合した多数のケーブルの位相関係に着目し、図２及び図３に示すＵＶＷの配置について、漏れ磁場のシミュレーションを行った。
【００１５】
図２（ａ）〜（ｃ）は、図１（ａ）に示すケーブルセットについて、各セットのケーブルＵ、Ｖ、Ｗの配置を示す。
【００１６】
図２（ａ）は、各ケーブルセットのＵＶＷの配列をすべてそろえて配置するもの（水平配置１）であり、同図（ｂ）は、上から１行ごとにＵＶＷの配列を変えるが、各行では配列をそろえて配置するもの（水平配置２）であり、同図（ｃ）は、上下左右の隣接するケーブルセットに同一配列がないように、できるだけ各相ケーブルの配列がばらけるように配置するもの（水平配置３）である。
【００１７】
具体的には、図３に示すような仕様により、２次元渦電流電磁場解析を行った。例えば、ケーブルは、３０ｍｍφで、５０Ｈｚ、４００Ａである。漏れ磁場の測定は、ケーブルシールド装置の上部１ｍ（１０００ｍｍ）を地表面Ｅと想定して実施した。なお、内側シールド体と外側シールド体は、０．２３ｍｍの電磁鋼板を６枚積層して用いているが、シールド体は、電磁鋼板に限定されるものではなく、無垢鉄であってもよい。
【００１８】
図４に、その結果を示す。図４上部に参考のために示す外側シールド体位置で分かるように、ケーブルシールド装置１の中央が図の横軸の０点になる。縦軸は、磁束密度で単位はｍＧである。明らかに、水平配置３（図２（ｃ））が最も漏れ磁束が少なく、次に水平配置２であり、すべてのケーブルで位相をそろえた水平配置１が最も漏れ磁束が大きい。水平配置３と水平配置１とを比較すると、磁束密度は１桁低減している。これは、ＵＶＷの配列をランダムにして、位相をできるだけばらすことが、漏れ磁束を低減させる結果となることを示している。
【００１９】
以上のことから、図１（ａ）の本発明によるケーブルシールド装置の一実施形態は、図１（ａ）の構成で、ケーブルセットを水平配置３（図２（ｃ））としたものであるということができる。なお、後述するが、外側シールド体の形状としては、図１のロ字状に代えて、底部を一部開放したＣ字状とする実施形態もある。このＣ字状のシールド形状は、以下で説明するどのケーブルセットの配置とも組み合わせることができる。
【００２０】
次に、図１（ｂ）のケーブルセットの鉛直配置についても、同様の磁場解析を行った。
図５は、鉛直配置されたケーブルセットのケーブルＵ、Ｖ、Ｗの配置を示す。図５（ａ）は、各ケーブルセットのＵＶＷをすべてそろえて配置するもの（鉛直配置１）であり、同図（ｂ）は、上から１行ごとにＵＶＷの配列を変えるが、各行では配列をそろえて配置するもの（鉛直配置２）であり、同図（ｃ）は、上下左右の隣接するケーブルセットに同一配列がないように、できるだけ各相ケーブルの配列がばらけるように配置する（鉛直配置３）ものである。
【００２１】
この場合のケーブルシールド装置の具体的な仕様は、図３を９０°回転させたものである。
【００２２】
図６に、鉛直配置についての漏れ磁場の解析結果を示す。図４と同様に、シールド装置上方１ｍの漏れ磁場を算出した。水平配置と同様に、ＵＶＷの配列をすべてそろえた鉛直配置１は、漏れ磁場が多く、できるだけＵＶＷの配列がばらけるように配置した鉛直配置３が最も漏れ磁場が少なかった。この場合も、鉛直配置３と鉛直配置１とを比較すると、磁束密度は１桁低減している。ただし、水平配置３（図２（ｃ））と鉛直配置３（図５（ｃ））とを比較すると、水平配置３の方が、鉛直配置３よりわずかに漏れ磁場の低減効果が高い。
【００２３】
３×３配置以外の配置について、さらに解析を行った。まず、図７には、図の上部を地面の方向として、２×３のケーブルセットの３種類の配置を示す。図７（ａ）は、各ケーブルセットのＵＶＷをすべてそろえて配置するもの（２×３水平配置１）であり、同図（ｂ）は、各列でＵＶＷの配列を変えるが、各列内では配列をそろえて配置するもの（２×３水平配置２）であり、同図（ｃ）は、上下左右の隣接するケーブルセットに同一配列がないように、できるだけＵＶＷの配列がばらけるように配置するもの（２×３水平配置３）である。
【００２４】
図８に、図７の配置の解析結果を示す。この場合も、できるだけ配列がばらけるようにして配置した２×３水平配置３が最も漏れ磁束が少ない。
【００２５】
図９は、１×３のケーブルセットの３種類の配置を示す。図９（ａ）は、各ケーブルセットのＵＶＷをすべてそろえて配置するもの（１×３水平配置１）であり、同図（ｂ）、（ｃ）は、各列でＵＶＷの配列を変えるものである。しかし、（ｂ）は、ケーブルセット１１とケーブルセット１２との間で、Ｗが並ぶようになっているもの（１×３水平配置２）である。（ｃ）は、ケーブルセット間でも、同位相のケーブルが並ばないようにしているもの（１×３水平配置３）である。
【００２６】
図１０に、図９の配置の解析結果を示す。この場合も、すべて同じ配列の１×３水平配置１が漏れ磁束が最も大きい。そして、１×３水平配置２より、１×３水平配置３の方が漏れ磁束が少なくなっている。１×３水平配置２と１×３水平配置３はともに、ケーブルセットごとにケーブルの配列する順番が変っているが、１×３水平配置２では、ケーブルセット１１とケーブルセット１２との間で、Ｗが隣り合わせとなっており、各相ケーブルのばらける度合いが、１×３水平配置３より少ないと考えられる。ここで、１×３水平配置３で、磁場分布が左右非対称になっているのは、ここで求めているのは、１周期の瞬時値の最大値を求めているので、位相配置をできるだけばらした配置では、瞬時値がばらけやすいため非対称になっていると考えることができる。このように、ケーブルセットでもあるいは各相ケーブルでも同一位相のケーブルができるだけばらけるように配置することによって、漏れ磁場を低減させることができる。
【００２７】
次に、本実施形態が採用するシールド体の形状について説明する。図１（ａ）又は（ｂ）に示すケーブルシールド装置１では、内側シールド体５とロ字状の外側シールド体７によって二重のシールドを行っている。さらに、シールド性能を向上させるために、外側シールド体の形状についても検討した。
【００２８】
図１１（ａ）〜（ｃ）に、検討した外側シールド体７の形状を示す。同図（ａ）〜（ｃ）に共通して、外側シールド体７内には、９個の水平配置のケーブルセット１１〜３３が、内側シールド体５にシールドされて配置されている。各ケーブルセットのケーブルＵ、Ｖ、Ｗの配列は、図２（ａ）のすべてがそろった配列とした。
【００２９】
図１１（ａ）〜（ｃ）のものは、図の上部が地面であり、ケーブルシールド装置１は、図の下板を下にして、埋設される。図１１（ａ）は、ケーブルの外周全体を囲むロの字状の外側シールド体７を有するもの（図１（ａ）と同じ）であり、（ｂ）は、下板の一部が開放されたＣ字状の外側シールド体７を有するものであり、（ｃ）は、下板の全部が開放されたコ字状の外側シールド体を有するものである。このようなケーブルシールド装置の上部１ｍの地点で漏れ磁場を解析した。
【００３０】
図１２に、解析結果を示す。これによると、全体としてＣ字状のシールドがロ字状のシールドより若干優れていることがわかる。また、コ字状のシールドは、シールド装置中央付近（水平方向距離０付近）では、最も漏れ磁場が少なくなっている。これは、シールド装置の下が開放になっているので、シールド装置の下側に磁束が流れ、評価解析を行った上部に流れる磁束が少なくなっているからと考えることができる。しかしながら、それ以外では、シールド性能の向上は認められない。図１２の結果からは、ケーブルシールド装置の形状としては、Ｃ字状の形状が最適であるということができる。なお、Ｃ字状シールドは、多相交流に適用されるだけではなく、単相交流においてもその効果を発揮するものである。
【００３１】
以上のように、埋設ケーブルのシールド装置としては、外側ケーブル形状は、底部を一部開放するＣ字状とするのが最もよい。
なお、以上では地下に水平に埋設された多相交流用のケーブルを例にした実施の形態を記載したが、ビル等において垂直方向に配設された多相交流ケーブルの場合は、上記の説明において“上下左右”を“前後左右”とすればそのまま適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施形態のケーブルシールド装置の概略を示す図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）は、参考配置例を説明する図であり、（ｃ）は、本発明によるケーブルセットの第１の配置例を説明する図である。
【図３】磁場解析を実行した本実施形態のケーブルシールド装置の仕様を示す図である。
【図４】図２のケーブルセットの配置例による解析結果を示す図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）は、参考配置例を説明する図であり、（ｃ）は、本発明によるケーブルセットの第２の配置例を説明する図である。
【図６】図５のケーブルセットの第１の配置例による解析結果を示す図である。
【図７】（ａ）、（ｂ）は、２×３のケーブルセットの参考配置例を説明する図であり、（ｃ）は、本発明による２×３のケーブルセットの配置例を説明する図である。
【図８】図７の２×３のケーブルセットの配置例による解析結果を示す図である。
【図９】（ａ）、（ｂ）は、１×３のケーブルセットの参考配置例を説明する図であり、（ｃ）は、本発明による１×３のケーブルセットの配置例を説明する図である。
【図１０】図９の１×３のケーブルセットの配置例による解析結果を示す図である。
【図１１】（ａ）〜（ｃ）は、外部シールド体の形状の一例を示す図である。
【図１２】図１１の外部シールド体のシールド性能を解析した図である。
【図１３】一般的な商用交流電力ケーブルの配設形態を説明する図である。
【符号の説明】
【００３３】
１ケーブルシールド装置
５内側シールド体
７外側シールド体
１１〜３３ケーブルセット
Ｕ、Ｖ、Ｗ各相ケーブル

【特許請求の範囲】
【請求項１】
多相ケーブルをシールドする多相ケーブルシールド装置であって、
一つの面内に配列された各相ケーブルを有する複数の多相ケーブルセットを備え、
前記多相ケーブルセットのそれぞれは、該多相ケーブルセットを構成する各相ケーブルの配列順に関して、上下左右に隣接する多相交流ケーブルセットと相違し、
前記各相ケーブルは、該各相ケーブルの位相に関して、上下左右に隣接する各相ケーブルと相違することを特徴とする多相ケーブルシールド装置。
【請求項２】
前記多相ケーブルセットはそれぞれ、第１のシールド部材により囲まれていることを特徴とする請求項１に記載の多相ケーブルシールド装置。
【請求項３】
前記複数の多相ケーブルセットは全体として、第２のシールド部材により囲まれていることを特徴とする請求項２に記載の多相ケーブルシールド装置。
【請求項４】
前記第２のシールド部材は、底部が開口したＣ字状に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の多相ケーブルシールド装置。

【図１】