海洋ケーブルが塩害から特別な保護を必要とする理由

海はあらゆる技術にとって過酷な環境です。洋上風力発電所を接続したり、船舶に電力を供給したり、島々を結んだり、海底センサーをサポートしたりする水中を走る電気ケーブルにとって最大の敵は圧力や寒さではなく、塩海水は腐食性が高く、電気伝導性があり、生物活性も高い。陸上用に設計された標準的なケーブルは、海中では数ヶ月以内に故障してしまうだろう。そのため、海洋ケーブルには、塩の容赦ない攻撃に耐えるために特別に設計された、追加の保護層が必要となる。この記事では、塩がなぜこれほど破壊的なのか、そしてエンジニアがどのようにそれに対抗しているのかを解説する。

1. 塩＋水＝電解質浴

純水は電気伝導性が低い。しかし、塩（塩化ナトリウム）が水に溶けると、帯電したイオン（Na⁺とCl⁻）に分解される。これらのイオンは海水を電気伝導性の高い物質に変える。電解質電気を通しやすく、腐食を促進する液体。

小さな傷やピンホールによって銅やアルミニウムの導体、あるいはケーブルの金属被覆が露出すると、塩水が電気化学セルを形成します。金属イオンが溶け出し、腐食、強度低下、そして最終的には故障につながります。このプロセスはガルバニック腐食異なる金属が関係する場合、または単に電解腐食単一の金属上でも。

2. 腐食：ゆっくりと蝕むもの

腐食は海底ケーブルの金属部分を蝕む。

• 指揮者銅は腐食して緑がかった緑青（塩化銅）を生じ、電気抵抗が増加して発熱する。

• 装甲線鋼鉄製の装甲は海水で急速に錆び、錆が膨張して外殻を裂く可能性がある。

• 遮蔽アルミニウムまたは銅の編組線／箔は溶解し、電磁波保護機能を損なう可能性がある。

ステンレス鋼（例えば316グレード）でさえ、適切な不動態化処理や陰極防食が施されていない場合、停滞した温暖な海水中では孔食を起こす可能性があります。真に耐腐食性に優れているのは、特殊合金（例えばチタン、スーパーデュプレックス、またはコーティング材）のみです。

3. 絶縁体の劣化：金属だけではない

塩分は金属を侵食するだけでなく、長期間にわたってポリマー製の断熱材やジャケットにも影響を与えます。

• 加水分解・一部のポリマー（ポリエステル、ポリウレタンなど）は、塩水にさらされると、特に高温になると化学的に分解する。

• ウォーターツリーXLPE絶縁材では、塩水の浸入によりウォータートリー（微細な亀裂）の成長が促進され、電気的破壊につながります。

• 可塑剤の溶出柔軟性のあるPVCは、海水中で可塑剤をより早く失い、もろくなってひび割れやすくなります。

そのため、海洋ケーブルには、次のような特殊な耐塩性被覆材が使用されます。塩素化ポリエチレン（CPE）、架橋ポリエチレン（XLPE）、ポリウレタン（PUR）、 またはゴムコンパウンド海洋環境向けに開発された製品です。

4. 生物付着：生きている脅威

海水には生命があふれている。フジツボ、ムール貝、藻類、管状虫などが、ケーブルジャケットを含むあらゆる水中表面に付着する。これを生物付着すぐに破壊的な影響を与えるわけではないが、ひどい汚損はいくつかの問題を引き起こす。

• 重量増加ケーブルを下方向に引っ張ることで、コネクタにかかる張力を高めることができます。

• 摩耗鋭利な貝殻が潮流によってケーブルに擦れ、被覆を摩耗させる。

• 局部腐食フジツボの下では酸素濃度が異なるため、腐食セルが形成される。

生物付着を防ぐため、海洋ケーブルにはしばしば防汚塗料（銅ベースまたはシリコーンベース）または使用する滑らかで、接着力が低い生物が掴むことのできないジャケット。

5. 機械的ストレス：塩分は疲労を加速させる

海では、ケーブルは波、潮汐、海流によって動きます。曲がったり、伸びたり、振動したりします。乾燥したケーブルであれば、このようなサイクルを何百万回も耐えられるかもしれません。しかし、海水は応力腐食割れ金属と疲労を加速させるポリマーの場合、表面に小さな傷があると、塩水に触れることで亀裂の発生源となります。時間が経つにつれて亀裂は大きくなり、最終的に被覆材や導体が破損します。

そのため、海洋ケーブルは錫メッキ銅（銅に錫をコーティングして）腐食疲労に耐性を持たせ、亜鉛メッキ鋼（亜鉛メッキ）またはステンレス鋼海水中での亀裂の進展が起こりにくい装甲。

6. 電気系統のトラブル：塩分が漏電経路となる

海水は導電性があります。外側のジャケットが損傷すると、海水が内部に浸入する可能性があります。その水は平行導電経路導体間、または導体と接地間で、以下の現象を引き起こす。

• 絶縁抵抗の低下漏洩電流によって保護リレーが作動する可能性がある。

• ガルバニック腐食ケーブル自体の中に。

• 部分的な放電終端部や接合部内部の湿気は部分放電（PD）を引き起こし、急速な故障につながる。

そのため、海底ケーブルには水を遮断する化合物（ジェルまたは膨張性テープ）完全に密閉された終端部塩水を何としても排除する。

7. エンジニアが海底ケーブルを保護する方法 – 多層防御

この多層構造により、たとえ外層が損傷した場合でも、内部の防御機構が重要な導電体への海水の侵入を防ぐことが保証されます。

8．海水耐性テスト

海洋ケーブルは、敷設前に厳格な試験を受けます。

• 塩水噴霧試験（ASTM B117）－塩水噴霧試験室で数百時間。

• 浸漬テスト―ケーブルは、加熱・曝気された人工海水に数ヶ月間浸漬され、電気的に監視された。

• 周期的な曲げと張力水中での波の作用をシミュレーションする。

• 装甲の腐食暴露後の重量減少と引張強度を測定する。

これらの試験に合格したケーブルのみが、船舶用途として認証されます（例えば、DNV、ABS、またはIEC 60794-3による認証）。

9．現実世界における影響：陸上ケーブルを海上で使用できない理由

標準的なPVC絶縁、非装甲、乾燥環境対応のケーブルを海に投げ込むと、以下のようになります。

• ジャケットを通して水を吸収します（PVCは完全防水ではありません）。

• 数週間以内に銅導体が腐食する。

• 可塑剤の溶出により脆くなる。

• フジツボや魚の噛み跡で穴が開く。

• 海水が傷口に浸入するとショートする。

そのため、海底送電ケーブルや洋上プラットフォーム用の動的アンビリカルケーブルは、1メートルあたり数百ドルもするのです。これらは25年以上も海の環境に耐えられるように設計されているからです。

塩は電気ケーブルにとって容赦ない天敵です。金属を腐食させ、絶縁体を劣化させ、生物付着を促進し、疲労を加速させ、望ましくない導電経路を作り出します。海洋ケーブルは単に「防水」であるだけでなく、耐塩性も必要です。錫メッキされた導体、防水層、耐腐食性装甲、防汚ジャケットなどによって、エンジニアはケーブルが世界で最も過酷な環境下でも確実に動作するために必要な保護性能を与えています。次に船舶、洋上風力タービン、沿岸送電線を目にしたときは、海面下で特殊なケーブルが塩と絶え間なく戦っていることを思い出してください。そして、巧妙な設計のおかげで、ケーブルは勝利を収めているのです。

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