JPH0255890B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は絶縁耐力に優れた固体絶縁電力ケーブ
ルに関するものである。 近年高電圧電力ケーブル領域に於て、油浸絶縁
電力ケーブル（OFケーブル）に代つて、ゴム、
プラスチツク絶縁体を用いた固体絶縁ケーブルが
使用されるようになつてきている。 ところで固体絶縁ケーブルはOFケーブルに比
べて保守管理が容易であるという長所を有するも
のの絶縁信頼性はOFケーブルよりも未だかなり
劣つているのが現状で、固体絶縁ケーブルは現在
のところ154〜275KVの高電圧領域まで実用化さ
れているが、上記した絶縁信頼性の点からその絶
縁厚は同クラスのOFケーブルの５割以上の増大
を余儀なくされている。 高電圧電力ケーブルの絶縁厚の肉厚化はケーブ
ル外径の増大をもたらし、ケーブルの運搬、布設
に対して大きな障害となる。このような事情から
絶縁厚の低減即ち絶縁耐力に優れた固体絶縁体の
出現が望まれている。 ゴム、プラスチツク系固体絶縁ケーブルの中
で、絶縁耐力、誘電特性、機械的特性、押出加工
性等が考慮され、高電圧領域には結晶性ポリオレ
フイン中でもポリエチレン（PE）或は架橋ポリ
エチレン（XLPE）が主に使用されている。 ところでPEを始めとする結晶性ポリオレフイ
ンの絶縁破壊機構は比較的良く調べられており、
絶縁破壊強度がその結晶構造でかなり変化するこ
とが判つている。即ち絶縁体中の電子が電界によ
り加速されてエネルギーを増し、あるエネルギー
に達すると電子なだれ増殖等で絶縁体の固体構造
を破壊し、絶縁破壊に至ると考えられているが、
このような高電界中での電子の加速性が結晶域と
非結晶とでは異なつている。 規則正しい分子構造を持つ結晶域中での電子の
加速性は本来大きいが、一方ガラス転位温度以上
の温度領域になると非晶域の自由体積が増し、自
由体積中での電子の加速性がより顕著になる。事
実極低温下（〜−100℃以下）ではPE等で結晶化
度が大きい程絶縁破壊強度は低下する傾向があ
る。一方ケーブルの常用使用温度（室温〜90℃）
では多くの結晶性ポリオレフインでガラス転移温
度以上の温度域となり、非晶域への自由体積の増
加が大きくなり、自由体積中での電子の加速性が
顕著になり、高温度になる程、非晶域が絶縁破壊
に対する弱点となつてくる。 結晶性ポリオレフインの室温以上の温度域に対
する絶縁破壊機構は十分解明されている訳ではな
いが、以下の可能性が考えられている。即ち高電
界により、結晶中を加速される電子は固体構造の
異なる結晶−非晶界面で電子のバンドエネルギー
の相違による不純物レベルにトラツプされる。界
面でトラツプされた電子はプールフレンケル効果
により再放出されて非晶域の自由体積中を走行
し、絶縁破壊エネルギーに達するとされている。 以上のような絶縁破壊機構が考慮されれば結晶
性ポリオレフインのガラス転移温度以上での破壊
強度を向上させるには以下の方法が考えられる。 (1) 結晶性を向上させて非晶域の自由体積を減少
させる。 (2) 結晶域に電子捕獲性の添加剤を与え、結晶中
の走行電子を減速させ、結晶非結晶界面のトラ
ツプ電子を減少させる。 本発明は特に後者の方法について鋭意検討を行
なつた結果生み出されたもので、結晶性ポリオレ
フインに無極性芳香族炭化水素系絶縁油をある配
合比で添加し溶融練り込みしてコンパウンドと
し、これを絶縁層とした電力ケーブルが優れた効
果を発揮することを見出したものである。本発明
で用いた無極性の芳香族炭化水素系絶縁油は、電
子捕獲性添加剤として電子共鳴構造を有し、電子
エネルギーを安定化させる作用を有し、又、結晶
性ポリオレフインは無極性ポリマーにしてその誘
電特性はポリマーの中でも最も優れた部類に属す
るものである。従つて僅かな量でも有極性化合物
や添加剤中の不純物によつても誘電特性は大きく
損なわれることになる。この意味で添加される芳
香族系化合物として不純物の少ない絶縁油グレー
ドとして用いられる種々の無極性芳香族炭化水素
絶縁油が有効であることを見出した。 而して結晶性ポリオレフインの中へ上記絶縁油
を添加する場合に、その添加方法によつても絶縁
破壊強度に相違が見られるので、添加方法も留意
しなければならない。 即ち結晶性ポリオレフイン絶縁体を成型後、絶
縁油を含浸添加したのでは破壊強度の向上に逆効
果であり、溶融状態の結晶性ポリオレフインに絶
縁油を練り込んだ後、絶縁体に成型することが、
最良の効果を発揮するために必要であることが判
つた。又、芳香族系絶縁油であつても、無極性炭
化水素系ポリマーである結晶性ポリオレフインと
溶解度パラメータの近い無極性芳香族炭化水素系
絶縁油を用いるべきであり、例えばポリオレフイ
ンと相溶性の悪い芳香族シリコン油では効果は認
められない。 このように絶縁油の選択とその添加方法につい
て前記のような考慮が必要な理由は以下のように
考えられる。 即ち、絶縁油を結晶性ポリオレフインに含浸さ
せ添加する方法では結晶性ポリオレフイン成型体
の分子鎖間結合の緩い非晶域に主に選択的に油分
子が吸収されるものと考えられ、従つてガラス転
移温度の低下、自由体積の増大をもたらすことに
よつて破壊強度の向上には効果がないと推定され
る。溶融状態の結晶性ポリオレフインに無極性芳
香族炭化水素系絶縁油を練り込む場合は、上記の
ように絶縁油分子がポリオレフイン分子鎖に対し
て親和性が良いために、溶融状態から冷却されて
結晶化する時に、絶縁油分子が非晶域のみならず
結晶域にも分配されるものと思われる。従つて高
電界下での結晶域中の電子の加速に対し、絶縁油
の芳香族成分がエネルギー吸収効果を示し、電子
加速を抑制することも考えられる。一方芳香族系
絶縁油を結晶性ポリオレフイン中に溶融練り込み
する場合であつても、オリフイン分子鎖と親和性
の悪い芳香族シリコン油等では、冷却結晶化に際
して油分子は非晶域にはじき出されると推定さ
れ、その結果自由体積を増大させ、破壊強度の向
上効果につながらないものと考えられる。 本発明の電力ケーブルの絶縁体として使用され
る結晶性ポリオレフインとして、PE、PP、ポリ
プテン−１（PB−１）、ポリ−４−メチルペンテ
ン−１（TPX）等を掲げることができるが、PE
等の熱変形温度の低いポリマーに対しては架橋物
として用いることも勿論可能である。又、結晶造
核剤等によつて結晶性を促進することも効果的で
ある。 本発明に於て用いられる無極性芳香族炭化水素
絶縁油としては、例えばアルキルベンゼン油、エ
チルジフエニール、モノイソプロピルジフエニー
ル、アルキルナフタレン、ベンジルトルエン等を
あげることができ、これらの油は一種類のみで使
用する以外に数種類を混合して用いることも可能
である。これらの絶縁油の結晶性ポリオレフイン
への溶融練り込み時の揮発等が懸念される場合
は、初留温度の高い絶縁油を用いることが望まし
い。 結晶性ポリオレフインに対して上記絶縁油は親
和吸収性が良いので、例えば結晶性ポリオレフイ
ン粉末に所定の温度で絶縁油を吸収させ、押出機
等により溶融練り込みする等が実用的である。 結晶性ポリオレフイン100重量部に対する無極
性芳香族炭化水素系絶縁油の好ましい配合量は３
〜40重量部であり、無極性芳香族炭化水素系絶縁
油が３重量部未満では破壊強度の向上に効果を示
さず、40重量部を越えると破壊強度向上の効果が
飽和すると同時に絶縁油のブリード等により押出
加工その他加工上の支障となる。 次に本発明の電力ケーブルの一例を図示すれば
次のとおりである。導体１の直上には導電性ポリ
オレフインの押出被覆層２を設け、その上に本発
明で定めている結晶性ポリオレフイン100重量部
に、無極性芳香族炭化水素系絶縁油３〜40重量部
を溶融練り込みしたコンパウンドによる押出絶縁
層３を設け更にその上に導電性ポリオレフインの
押出被覆層４を設け、その外部にしやへい銅テー
プ５、抑え巻線テープ６、ビニルシース７を順次
施してケーブルを構成している。 以下本発明の実施例及び比較例について述べ
る。 実験例 １ 低密度ポリエチレン（LDPE）にヘビーアルケ
ン（JIS2種２号油相当）を種々の割合で溶融練り
込みを行ないこれに所定量の有機過酸化物系架橋
剤及び老化防止剤を配合して絶縁体用コンパウン
ドとした。導体断面積400mm²の導体上に上記コン
パウンドを120℃の温度で絶縁厚11mmに押出被覆
した。導体直上及び絶縁体表面には押出半導電層
を施した。押出被覆を行なつた後、高温加熱油中
に導き、架橋処理を施し、冷却し、外部に軟銅テ
ープしやへい、布テープ巻をした後ビニルシース
を施し電力ケーブルとした。LDPEに対する絶縁
油の配合量は０、２、３、20、40及び45重量部と
したが45重量部の場合は絶縁油がブリードを起
し、押出加工を行なえなかつた。 得られた各ケーブルについて負極性標準衝撃電
圧による破壊電圧は下表のとおりである。

【表】 実験例 ２ 高密度ポリエチレン（HDPE）、ポリプロピレ
ン（PP）、ポリブテン−１（PB−１）、ボリ−４
−メチルペンテン−１（TPX）100重量部に対し
20重量部のジイソプロピルナフタレン（DIPN）
及び所定量の老化防止剤を溶融練り込みし、絶縁
コンパウンドとした。HDPEは180℃、PPは200
℃、PB−１は150℃、TPXは260℃でそれぞれ押
出を行ない、実験例１に示したものと同じサイズ
で同じ構造の電力ケーブルを製造した。実験例１
と同様に破壊電圧試験を行なつた結果は下表のと
おりである。

【表】 ※は絶縁油配合なし。
以上の実験例から明らかなように本発明の実施
例に係る各電力ケーブルは絶縁体のベースポリマ
ーの種類に関係なく、又、絶縁油の配合量が３〜
40重量部の場合に特に優れた破壊電圧値を示すも
のである。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の電力ケーブルの一例を示す横断面
図である。 １：導体、２：内部半導電層、３：絶縁層、
４：外部半導電層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 結晶性ポリオレフイン100重量部に対して無
   極性芳香族炭化水素系絶縁油３〜40重量部を溶融
   練り込みしたコンパウンドによる絶縁層を有する
   ことを特徴とする電力ケーブル。