JP2006135115A - 交流電力ケーブル用磁気シールド構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 各相のケーブル中心間の距離ｄが５０ｍｍ以上の交流ケーブルで発生する磁場を遮蔽することができる磁気シールド構造を提供すること。
【解決手段】 電流方向と垂直な面内ですべての相のケーブルを、その面内でのケーブル重心位置を中心として１８０°以上を、厚さ０．２ｍｍ以上の軟磁性体で連続して囲い、ケーブル中心から磁性体表面までの最も近い距離Ｌを、
０．５×ｄ ＜ Ｌ ≦ ４×ｄ
の範囲とすることで優れた磁気シールド効果が得られる。軟磁性体として無方向性電磁鋼板あるいは方向性電磁鋼板を用いるとシールド効果は顕著になる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、交流電力ケーブルから発生する磁気ノイズを遮蔽する磁気シールド構造に関するものである。

電力ケーブルの回りには電流により磁場が発生するが、ケーブルが磁場の被曝を気にする場所から遠く離れている場合は、磁場の距離減衰が期待できるためにそれほど重大な問題はない。しかし近年、ケーブルの地中埋設が実施されることが多くなり、しかもその埋設深さは浅くなる傾向にある。また、各相のケーブルが近接していたり、撚り線構造となっていたりする場合は磁場の距離減衰が大きいので問題は少ないが、マンホール下などのジョイント部では、各ケーブルが離れて存在する場合があり、ここからの磁場が問題となることがある。ケーブル間の距離が大きくなるほど、磁場の距離減衰が小さくなるからである。さらに最近は磁場の人体への影響が懸念され始めており、許容される磁場の強さも小さくなる傾向にある。

電力ケーブルからの磁場をシールドする方法のひとつとして、ケーブル内の心線が電磁鋼板と電磁軟鉄のテープで覆われた構造を持つ磁気遮蔽ケーブル（特許文献１）が提案されている。また、電源ケーブルを電磁鋼板で囲う磁気シールド用配管（特許文献２、特許文献３）も提案されている。さらに、ケーブル群を磁性体で囲うことを特徴とする磁気シールドピット（特許文献４）も提案されている。
特開平６−１８７８４６号公報 特開平９−１９６３００号公報 特開平１０−１１７０８３号公報 実開平４−１８４９３号公報

上記の特許文献１〜３の特徴は、電流が流れる導体を同心円状に磁性体で覆うことで磁気シールドするものである。しかしながらこのような構成では、磁気シールド効果が十分に得られないという問題があった。またケーブル同士の間隔が大きくなってくると、特許文献４の技術を用いても磁気シールド効果が不足する場合がある。
以上のように交流ケーブルの磁場の磁気シールドについて、特に各相のケーブルの間隔が開いた場合には、シールド効果を得るための技術的な確立はなされていない。本発明は、このような課題に対して優れた磁気シールド性能を持つ磁気シールド構造を提案することを目的としている。

本発明は、各相のケーブル中心間の距離ｄが５０ｍｍ以上の交流ケーブルで発生する磁場をシールドの対象としている。電流方向と垂直な面内ですべての相のケーブルを、その面内でのケーブル重心位置を中心として１８０°以上を、厚さ０．２ｍｍ以上の軟磁性体で連続して囲い、ケーブル中心から磁性体表面までの最も近い距離Ｌを、
０．５×ｄ ＜ Ｌ ≦ ４×ｄ
の範囲とすることにより、優れた磁気シールド効果を得るものである。
さらに、軟磁性体として無方向性電磁鋼板あるいは方向性電磁鋼板を用いるとシールド効果は顕著になる。方向性電磁鋼板の場合には、その圧延方向をケーブルの電流方向と垂直方向に向けることによって、磁場と磁化容易方向が一致し、より優れた磁気シールド効果が得られる。

本発明の磁気シールド構造を用いることによって、電力ケーブルからの不要な磁場を効率よく遮蔽することができる。

以下に本発明を詳細に説明する。
先に述べたとおり、各相のケーブル中心間の距離ｄが小さい場合は磁場の距離減衰が期待でき問題は少ないが、距離ｄが大きくなると磁場が大きくなり、その対策技術は確立されていない。本発明は、ケーブル中心間の距離ｄが５０ｍｍ以上の交流電力ケーブルで発生する磁場を対象とする。

本発明ではまず、交流送電では複数ある各相ケーブルのうち、すべての相のケーブルを軟磁性体を用いて囲う必要がある。その理由は以下による。電流源を囲うように磁場要素を積分すると、その積分値は内部の電流に等しくなることはマックスウェルの方程式が教えるところである。ところで交流送電では、ある瞬間にすべての相の電流を足しあわせると電流は０となる。従って、交流すべての相のケーブルを磁性体で囲い、各要素磁場を理想的に形成することができれば、磁性体に沿った磁場の積分値は０となり、囲った外側の磁場を０とすることができる。すなわち、磁気シールドすることができる。一方、各相のうちいくつかの相を除いてケーブルを囲っても、その磁場の積分値、すなわち内部の電流は０にならず、シールドすることは原理的にできない。以上から、交流ケーブルすべての相を一つの磁性体で囲うことが必要である。

次に本発明は、複数ある各相ケーブルの重心位置を角度の中心として、１８０°以上を磁性体で連続して囲わなければならない。この場合、磁場を小さくしたい方面を磁性体で囲う。この角度が１８０°未満では、磁気シールドしたい面にも磁場が回りこんで漏洩するからである。

また、本発明は各相のケーブル中心間の距離をｄ、各相のケーブルから磁性体表面までの最も近い距離をＬとしたときに、
０．５×ｄ ＜ Ｌ ≦ ４×ｄ
としなければならない。Ｌが０．５×ｄ以下の場合は十分な磁気シールド性能が得られない。その位置での磁場が非常に大きく磁性体が飽和に近づくため、透磁率が減少するからと考えられる。また、Ｌが４×ｄより大きい場合もやはり十分なシールド効果が得られない。磁場が小さすぎ磁性体の高い透磁率の範囲を逸脱するからと考えられる。さらに、４×ｄより大きい場合は、電流を囲うための磁性体が大きくなり、空間の有効利用の観点からも経済的な観点からも効率的ではない。従って、Ｌは上記の範囲でなくてはならない。

次に本発明の磁性体の厚さは、０．２ｍｍ以上であることが必要である。これ以下では、磁化飽和しやすく、十分なシールド効果は得られにくい。さらに、磁性体は無方向性電磁鋼板あるいは方向性電磁鋼板とすることによって、安価で優れた磁気シールド効果が得られる。方向性電磁鋼板の場合には、その圧延方向をケーブルの電流方向と垂直方向に向けることによって、磁場と磁化容易方向が一致し、より優れた磁気シールド効果が得られる。

本発明の磁気シールド構造の例を図１に示す。これらは電流方向と垂直な面内での構成を示している。また、これら例１〜例３に示すシールド構造は、軟磁性体による３相のケーブルの包囲形態がそれぞれ異なるが、いずれの場合も本発明において規定した各条件を全て満足するものである。

本発明の実施例を示す。
３本のケーブルを用いて、３相、５０Ｈｚ、４００Ａの電流を流し、その周囲を電磁鋼板で包囲し磁気シールド性能を測定した。Ｕ、Ｖ、Ｗの各ケーブルは直径３０ｍｍであり、ｄ＝１００ｍｍの間隔で並列に並べた。電磁鋼板として厚さ０．５ｍｍの無方向性電磁鋼板（ＪＩＳ ５０Ａ４７０）および０．３５ｍｍの方向性電磁鋼板（ＪＩＳ ３５Ｇ１５５）を用い、断面が長方形（内寸幅ａ、高さｂ）、長さが３ｍの筒状で１層のシールド体とし、ケーブルを３６０°包囲する。鋼板の圧延方向は電流の方向と直角方向とした。シールド体断面の大きさを変化させることによって、ケーブル中心から磁性体表面までの距離Ｌを変化させた。また、シールド体断面の中心を、中心のケーブルの位置にあわせた。この試験の断面の構成を図２に示す。磁場の測定は、図中ＸおよびＹの線上で中心から２ｍの位置で行った。シールド係数Ｓはシールド前の磁場Ｈ０とシールド後の磁場Ｈ１を用いて
Ｓ＝Ｈ０／Ｈ１
で定義される。

表１に、評価結果を示す。また、距離Ｌとシールド係数Ｓの関係について、無方向性電磁鋼板を用いた場合を図３に、方向性電磁鋼板を用いた場合を図４に示す。表１及び図２、図４から、Ｌが上述した本発明範囲内であれば、優れたシールド効果が得られることが分かる。

厚さ０．５ｍｍの無方向性電磁鋼板（ＪＩＳ ５０Ａ４７０）を用いて、図５に示すような断面の樋状のシールド体を作製した。断面高さＣを変化させることによって、ケーブルを囲う角度を変化させシールド性能を調査した。Ｕ、Ｖ、Ｗの各ケーブルは直径３０ｍｍであり、ｄ＝１００ｍｍの間隔で並列に並べ、３相、５０Ｈｚ、４００Ａの電流を流した。
結果を表２に示す。ケーブル中心を包囲する角度が１８０°以上にすることによって、シールド効果が優れることが分かる。

本発明の例を示す図であり、電流方向と垂直な面内での構成を示している。 本発明の実施例１のケーブルとシールド体の構成を表している。 実施例１における無方向性電磁鋼板を用いた場合の距離Ｌとシールド係数Ｓの関係を示す。 実施例１における方向性電磁鋼板を用いた場合の距離Ｌとシールド係数Ｓの関係を示す。 本発明の実施例２のケーブルとシールド体の構成を表している。

Claims (3)

1. 各相のケーブルの、中心間の距離ｄが５０ｍｍ以上の交流ケーブルから発生する磁場をシールドする構造であって、すべての相のケーブルを電流方向と垂直な面内で、その面内でのケーブル重心位置を中心として１８０°以上を、厚さ０．２ｍｍ以上の軟磁性体で連続して囲い、ケーブル中心から磁性体表面までの最も近い距離Ｌを、
   ０．５×ｄ ＜ Ｌ ≦ ４×ｄ
   の範囲とすることを特徴とする交流電力ケーブル用磁気シールド構造。
2. 軟磁性体として無方向性電磁鋼板を用いることを特徴とする請求項１に記載の磁気シールド構造。
3. 軟磁性体として方向性電磁鋼板を用いることを特徴する請求項１に記載の磁気シールド構造。

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