JPH0261083B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、充分に含浸されているか又は加圧ガ
スの影響下にあるコンパウンドで含浸した絶縁テ
ープを備えたケーブルであつて、直流及び少なく
とも200〜1000キロボルトの作業電圧に利用する
に特に適したケーブルに関する。

本発明に係るケーブルは海底ケーブルとして使
用するのに特に適するが、これのみに限定される
ものではない。

特に、本発明のケーブルは水面下で長い距離
（例えば100Km以上）に亘つて延びるケーブルに対
して有効である。

既知の如く、高圧ケーブルにおける限界条件
は、ケーブル作動中、冷却期間中における熱サイ
クルのために絶縁体内に生じる気泡の形成により
悪化する。低粘度の液体誘電体で含浸した絶縁テ
ープを有する油入ケーブルの如き既知のケーブル
では気泡形成を良好に阻止する。事実、温度が上
がると、一般的な液体誘導体や流体油は、好適に
はケーブルの一端又は両端において必要とされる
ような可変の圧力で適当なタンク内で膨脹する。
冷却工程で流体油が収縮すると、タンクからケー
ブルへ流体油が再流入して補償される。この理由
により油入ケーブルの絶縁体内に気泡は生じな
い。略述すれば、油入ケーブルは温度変化に無関
係であり、熱的には安定している。更に、使用中
の流体油は普通水に近い比重を有しているため、
油入ケーブル内の圧力はケーブルを設置した周囲
の圧力にほぼ等しい。このため、油入ケーブルは
敷設深さによる制限を実質上受けない。上述のよ
うに、冷却工程中、流体油は収縮し、かつケーブ
ルの外端からこのケーブルの連結具の中心の方へ
流入移動せねばならない。流体的な抵抗と流体油
の粘性のため、敷設ケーブルにおいて大なる圧力
降下が生じる。このような圧力降下の度合は油入
ケーブル自体の長さに比例して増大する。それ
故、極めて長いケーブルにおいて冷却工程中にケ
ーブルにへこみが生じるのを阻止するためには、
流体油の供給圧力を増大させねばならない。しか
し、このような圧力は無限に増加できないこと明
らかであり、そのため油入ケーブルは長くなつた
場合に制約を受ける。

長い距離間の敷設に対しては、加圧ガス雰囲気
内で移動を生じないコンパウンドで予め含浸した
紙テープを有するケーブルを使用することが提案
された。このようなケーブルは特にグローバー
（GLOVER）型ケーブルとして知られるものであ
り、特にコンパウンドで含浸した紙を備え、紙は
14〜15気圧の加圧ガス（例えば窒素）雰囲気内に
位置する。加圧ガスのケーブルはかなりの深さの
所に敷設できる。事実、この種のケーブルは、可
撓性に欠けるため作業電圧の所では敷設できな
い。更に、外部の水圧が内部のガス圧を越える
と、ケーブルは収縮してしまう。実験の結果、内
部のガス圧力を有するケーブルは250メートル以
上の深さに敷設できないことが判明した。更に、
グローバー型ケーブルにおいては、ケーブル製造
中にインターバル間即ち誘導体のギヤツプ間に気
泡が形成される場合がある。コンパウンドで含浸
したテープをケーブルに巻付けて引張つた場合、
コンパウンドが圧縮されテープ間のギヤツプを部
分的に満たし外側に小さな空どうを生じさせる。
この事実は、電位傾斜分布が絶縁体の誘電定数の
関数として生じるような交流に対しては関係な
い。

既知のように抵抗に基いて電位が分布するよう
な直流ケーブルに対しては絶縁テープの巻回体間
のインターブル又はギヤツプ間の気泡は放電の原
因を招く。事実、気泡の抵抗は事実上無限である
ためコンパウンドで満たされた場合の気泡にまた
がつて局部化する電位傾斜に対して著しく大きな
電位傾斜が気泡上で集中する。

長距離および深い深度に対して充分に作動でき
るケーブルは、円形断面を有するか楕円断面を有
するかに拘らずコンパウンドで全体的に含浸され
鉛でコーテイングされたケーブルである。既知の
ようにこのようなケーブルは長手方向にも半径方
向にも実質的に動かない。そのため、熱サイクル
期間中コンパウンドの熱膨腸および熱収縮が交互
に繰返される。外圧と同じ場合、コンパウンドの
加熱および半径方向の膨脹期間中、内部圧力が増
大する、熱収縮のための次の冷却工程期間中内部
圧力は、ある時点で絶対真空に達するまで減少す
る。これらの時点に一致して、少なくとも初期
に、高真空の下にコンパウンド内で空どうが形成
され、直流ケーブルの場合は、絶縁体の電気的穿
孔が生じる。コンパウンドで完全に含浸された直
流ケーブルは、200kv以下の電圧、一般には約
100kvの電圧に対して、数十年前まで使用されて
いた。しかし、既知のように直流ケーブルのため
の電圧はいままで徐々に増加してきており、一方
同様に「高電圧」に寄与する値は徐々に変化して
きた。今日「高電圧」とは少なくとも約200kvの
値をさす。ケーブルにとつて好ましいことだが、
作業電圧がこのように増加すると、当業者は、絶
縁体の厚さを増加することによりおよび高い絶縁
特性を有するコンパウンドを使用することにより
絶縁体に大きな応力を徐々に及ぼしてきた。それ
にもかかわらず、熱サイクルの下に生じる穿孔を
防ぐことができなかつた。むしろ、経験によれ
ば、コンパウンドで含浸され９mmの厚さを有する
セルロース紙により絶縁した直流ケーブルを例に
とると、約400kvの試験供給電圧で放電が生じた
のに対し、約18mmの厚さを有する同じ含浸セルロ
ース紙により絶縁した直流ケーブルにおいては、
放電は約600kvではすでに生じていたが、放電に
よる電気的穿孔は800kvの試験電圧を供給しても
生じなかつた。この現象は、はつきりとしかも重
大な効果をもつて、コンパウンドの含有量に依存
して、空どうの形成に関係し、この空どうしの形
成は結果として、穿孔の可能性を増大させる。

完全に含浸された海底ケーブルを（120ｍ以上
の）充分な深さ位置を敷設した場合水による外圧
はプラスチツクシースを通して絶縁体に伝達さ
れ、上述の現象を防ぐ。しかし、120ｍ以下の深
度に対しては、外圧の協力が不十分であり、完全
に含浸され著しい長さの高圧直流ケーブルにとつ
ては良好な結果が得られるか否かは全くの偶然に
よる。

本発明のねらいは特に水面下で長距離延びて敷
設される（これに限定されない）高圧直流ケーブ
ルを提供することであり、このケーブルは周囲雰
囲気を構成する手段の存在による助けを借りなく
ても使用中最良の結果を生じる。このねらいを達
成するため、一般に使用するコンパウンドよりも
絶縁性が少なく、存在する気泡を電気的に遮閉す
るか気泡を短絡するコンパウンドを使用する。更
に、コンパウンドが極性基を含む物質が有するこ
とにより、該コンパウンド及びこれが含浸させる
絶縁紙の抵抗値比を安定に保持してケーブルの作
動寿命を向上する。

詳細には、本発明の構成は、少なくとも１つの
コンダクタと、１つの内側の半導体性スクリーン
と、この半導体性スクリーンのまわりにらせん状
に巻かれコンパウンドで含浸されたセルロース紙
の少なくとも１以上の絶縁テープ層から成る１つ
の誘電体とから成り、これら全体を少なくとも１
つの外側半導体性スクリーン及び金属シースにて
包囲して成る、特に200〜1000kvの作業電圧及び
直流のために使用するに適した電気ケーブルであ
つて、前記コンパウンドが、該コンパウンドで含
浸した前記セルロース紙の絶縁テープ層の抵抗値
よりも少なくとも100倍以下の充分小さな抵抗値
を有するような前記電気ケーブルにおいて、前記
コンパウンドの抵抗値が、該コンパウンド内にお
ける１又は複数の極性基を含む少なくとも１つの
物質の存在により決定される電気ケーブルであ
る。

本発明は、上記の如く構成してなるため、以下
に示す如き利点を有する。

コンパウンドの抵抗値がセルロース紙の絶縁
テープ層の抵抗値よりも少なくとも100倍以下
の充分小さな抵抗値を有しているので、絶縁テ
ープ層内に気泡が発生したとしても電気的スク
リーン効果を作用させ、もつて気泡を短絡して
放電の発生を阻止し得、ケーブルの性能及び信
頼性を高めることができる。

コンパウンド内の極性基を含む物質はもとも
と該コンパウンド中に均一にかつ安定に分布し
得る特性を有し、しかも該コンパウンド内の極
性基はもともとセルロース紙中の極性基との親
和力が大きくて該セルロース紙中においても均
一にかつ安定に分布し得る特性を有する。それ
ゆえ、コンパウンドがセルロース紙中に含浸さ
れたときも、結局全ての極性基はセルロース紙
中に均一かつ安定に分布し得、従つて、上記コ
ンパウンド抵抗値がセルロース絶縁テープ層の
抵抗値に比して100倍以下いう条件がケーブル
の作動寿命の全期間中において保証され得、ケ
ーブルの信頼性を一層高めると共に、ケーブル
の寿命を長期に保つことができる。

第１図に示す直流用ケーブルは少なくとも１つ
のコンダクタ１０と、そのまわりに位置した内側
の半導体性スクリーン１１とから成り、このスク
リーンは例えばコンダクタのまわりに半導体性テ
ープを巻付けることにより得られる。半導体性ス
クリーン１１上には、コンパウンドで含浸されら
せん状に巻かれたセルロース紙の絶縁テープ１２
の１以上の層から成る誘電体が位置する。絶縁テ
ープ１２上には外側の半導体性スクリーン１３が
位置し、このスクリーン１３は例えば半導体性テ
ープの巻回体から成る。このようにしてできた全
体の組立体を少なくとも１つの鉛シース１４にて
包囲する。シース１４を既知の保護層で覆つても
よく、また特殊な周囲条件に適合するようにシー
スを処理してもよい。図示の実施例では、鉛シー
ス１４を防腐シース１５で覆う。

所期の作動温度においてコンパウンドが充分に
小さな抵抗値を有し作動期間中この抵抗値を維持
した場合、当初から存在しているか又は熱サイク
ル中に形成されたかに拘らずコンパウンド中の気
泡又は空どうに起因する危険性を排除できること
が判つた。この特徴を有するコンパウンドはコン
パウンド内に含まれる気泡又は空どうを電気的に
スクリーンできるものである。有効なスクリーン
効果を得るためには、コンパウンドが含浸セルロ
ース紙の絶縁テープの抵抗値よりも少なくとも
100倍以下の抵抗値を有する必要があることが実
験により判明した。好適には、コンパウンドの抵
抗値は含浸セルロース紙のテープの約100分の１
でよいが、これのみに限定されない。

本発明に関連するコンパウンドは電気ケーブル
の含浸に一般的に使用している炭化水素油に極性
基（polar group）（電気双極子を有する原子団、
例えばNH₃基、NO₂基、OH基等）を含む少なく
とも１つの物質を付加することにより得られ、こ
の極性基は１種又はそれ以上の種類の極性基から
なるものであり、「極性基を含む物質」という用
語に関しては、米人サミエル・グラストーン
（Samuel Glasstone）著の「物理化学概論」のイ
タリヤ国カルロ・マンフレデイ（Garlo
Manfredi）編集社によるイタリア語翻訳書
（TRATTATO DI CHIMICA−FISICA）の114
〜115頁を参照されたい。

一例としてこのコンパウンドは次の成分(1)及び
(2)からなる。(1)100重量部のコンパウンドに対し
少なくとも60重量部の比率の粘性炭化水素油。(2)
コンパウンドの各100重量部に対し１以上のカル
ボキシ族（CO−OH）を40重量部まで存在させ
ることにより極性（polarity）（２原子間の共有
結合において、原子核の正電荷と電子の負電荷の
重心が一致しないとき、その結合を極性があると
いう）を与えられた有機的極性組成物。

これら２つの成分の他に、例えば、コンパウン
ドの粘性を検査することにより前記２つのコンパ
ウンドの100重量部に等しい15％までの比率の他
の成分を用いることができる。

特に良好な結果を与えるコンパウンドは次の
(イ)、(ロ)、(ハ)からなる。

(イ) 粘度75のインデツクスを有し、38℃の温度で
800cStの粘度を有する63重量部の炭化水素油。

(ロ) アビエチン酸を基礎にした天然樹脂からなる
27重量部の有機組成物。

(ハ) 103〜107℃の温度での融点を有する10重量部
のマイクロクリスタルワツクス。

このコンパウンドは第１図のケーブルは別とし
て第２図のケーブルに特に有効であることが判明
した。

第２図のケーブルは少なくとも１つのコンダク
タ１６と、これを覆う内側のスクリーン１７と、
その上にらせん状に巻いたセルロース紙の絶縁テ
ープ１８により構成された誘電体とを有する。外
側スクリーン１９が絶縁テープ１８を覆つてい
る。このようにしてできた全体の組立体は少なく
ともひとつの金属シース（例えば波形アルミニウ
ム管）２０内に収容される。１以上の保護シース
２１にてシース２０を覆う。第２図のケーブルの
絶縁テープ１８は、ガス圧力（例えば、25気圧ま
で達することのできる圧力を持つ窒素ガス）の助
けでコンパウンドを含浸された形式のものであ
る。

第３図は、前記コンパウンドの温度変化に対応
する体積抵抗変化曲線ａと、そのコンパウンドで
含浸した紙の体積抵抗変化曲線ｂとを示す。従来
１般に使用していたWITCO社（米国）社製のコ
ンパウンドILO3（白色ワセリン）の変化曲線ｄ
は、そのコンパウンドを含浸した紙の変化曲線ｃ
と近似しかつそれより上方にある。従つてこれら
に比して、上記コンパウンド及び該コンパウンド
を含浸した絶縁テープの各変化曲線ａ，ｂはきわ
めて満足な結果を与えている（即ち、温度変化に
対して抵抗値が小さい）ことがわかる。事実、前
記２つのコンパウンドの各々より含浸された誘電
体を有する試験片における気泡に対する供給電位
傾斜（単位はKV／mm）の関数としての14気圧に
おける放電強さ（単位はpC、すなわちピコク−
ロン）を示す第４図のグラフによれば、従来のコ
ンパウンドにおいては放電が生じたときよりも３
倍も大きな電位傾斜を有する（曲線ｄ）が、本発
明の極性基を含む物質においては放電は生じない
（曲線ａ）ことがわかかる。

38℃の温度で800cStの粘度を有する炭化水素油
に加えて、次の有機酸のひとつにより構成された
コンパウンドも好適なコンパウンドである。(イ)オ
レイン酸(ロ)リノール酸(ハ)リシノール酸(ニ)パルミチ
ン酸(ホ)ステアリン酸(ヘ)種々のナフテン酸(ト)種々の
テルフエン酸。

本発明に関連する他のコンパウンドは、例え
ば、炭化水素油によく溶ける有機酸塩を添加した
粘性炭化水素油からなることができる。この種の
コンパウンドは特に有用なものであり、38℃の温
度で600cSt.の粘度を有し100重量部のコンパウン
ドに対し95重量部以上の炭化水素油と5/100重量
部までのナフテン銅とからなる。別の好適なコン
パウンドは、前述のごとき炭化水素油に極性基を
含む組成物または、50〜200μSIEMENSの導電性
を有する水性抽出物にてセルロース紙テープを作
つた場合にこの紙テープから生じる導電性粒子を
添加してなるものである。前記抽出物を作りその
導電値を測定するためには、ASTM D202−62T
法を用いる。セルロース紙の水性抽出物の導電値
はセルロース内に存在する温水に溶ける電解質を
測定することにより決められる。

以上、ある形式のコンパウンドについてのみ説
明したが、本発明においては、完全に含浸された
ケーブルまたは外圧を有するケーブルについて使
用される抵抗値および特性を有するすべてのコン
パウンドもその要旨内に入る。

【図面の簡単な説明】

第１図は完全に含浸された直流用ケーブルの一
部の部分破断斜視図。第２図はガスで加圧された
ケーブルの一部の部分破断斜視図。第３図は紙の
抵抗に関する或るコンパウンドの体積抵抗を示す
グラフ。第４図は、既知のコンパウンドの放電強
さと本発明に関連するコンパウンドの放電強さと
を比較したグラフである。 １０……コンダクタ、１１……スクリーン、１
２……絶縁テープ、１３……半導体性スクリー
ン、１４……鉛シース。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 少なくとも１つのコンダクタ１０，１６と、
   １つの内側の半導体性スクリーン１１，１７と、
   この半導体性スクリーンのまわりにらせん状に巻
   かれコンパウンドで含浸されたセルロース紙の少
   なくとも１以上の絶縁テープ層から成る１つの誘
   電体１２，１８とから成り、これら全体を少なく
   とも１つの外側半導体性スクリーン１３，１９及
   び金属シース１４，２０にて包囲して成る、特に
   200〜1000KVの作業電圧及び直流のために使用
   する適した電気ケーブルであつて、 前記コンパウンドが、該コンパウンドで含浸し
   た前記セルロース紙の絶縁テープ層の抵抗値より
   も少なくとも100倍以下の充分小さな抵抗値を有
   するような前記電気ケーブルにおいて、 前記コンパウンドの抵抗値が、該コンパウンド
   内における１又は複数の極性基を含む少なくとも
   １つの物質の存在により決定されることを特徴と
   する電気ケーブル。