JPH0422009A - ゴム・プラスチック絶縁電力ケーブル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はゴム・プラスチック絶縁電力ケーブルに関し、
更に詳しくは、半導電層と接触する絶縁体層の前記接触
界面近傍における水トリーの発生を抑制することができ
、それに伴って長期に亘る絶縁破壊特性を維持すること
ができるゴム・プラスチック絶縁電力ケーブルに関する
。

（従来の技術） 従来から超高圧電カケ−プルとしては、例えば、ＯＦ電
カケ−プルが多用されているが、最近では、ゴム・プラ
スチックを用いたゴム・プラスチック絶縁電力ケーブル
の研究が進められている。

このゴム・プラスチック絶縁電力ケーブルは、通常、導
体の上に、内部半導電層、絶縁体層、外部半導電層をこ
の順序で被覆形成し、更に全体の表面を各種シースで被
覆した構造になっている。

このような電カケープルの製造においては、導体の表面
に、上記した各層のポリマー組成物を押出成形機を用い
て被覆形成し、その後、所定の圧と温度で全体を加圧・
加熱して、各ポリマー組成物に含有せしめた架橋剤を分
解し、そのときの発生ラジカルで各層を架橋するという
方法が一般に採用されている。

ここで、内部半導電層、外部半導電層に用いるベースポ
リマーとしては、通常、エチレンエチルアクリレート共
重合体（ＥＥＡ）、エチレンエチルメタクリレート共重
合体、エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、エチレ
ンアクリル酸共重合体（ＥＡＡ）、エチレンメタクリル
酸共重合体。

超低密度ポリエチレン（ＶＬＤＰＥ）、エチレンプロピ
レンゴム（ＥＰＲ）のようなエチレン系共重合体が多用
されている。

（発明が解決しようとする課題） ところで、電カケープルの劣化形態の１つとして水トリ
ー劣化が知られている。

とくに、絶縁体層における内・外事導電層との界面近傍
に発生した水トリーは、電カケープルの絶縁破壊特性に
極めて重大な影響を与え、電カケープルを浸水下で使用
する場合は勿論のこと、浸水下で使用しない場合であっ
ても、電カケープルの絶縁破壊特性が低下することによ
り、その使用寿命の短縮化をもたらす。

上記した絶縁体層における内・外事導電層との界面近傍
に発生する水トリーに対しては、絶縁体層を構成するベ
ースポリマーの全体に、しかも均一に、（ＣＯＯ）−基
を分子中に含有する化合物、例えば前記したＥＶＡ、Ｅ
ＥＡ、ＥＡＡなどを配合することがその発生防止にとっ
て有効であることが知られている。

しかしながら、絶縁体層のベースポリマーに上記化合物
を配合して絶縁体層にすると、得られた電カケープルの
ｔａｎδが大きくなり、高圧における電カケープルの実
用性を阻害する。

本発明は、ゴム・プラスチック絶縁電力ケーブルにおけ
る上記した絶縁体層における内・外事導電層との接触界
面近傍での水トリーの発生を抑制することができ、その
結果、長期に亘って絶縁破壊特性を維持することができ
るゴム・プラスチック絶縁電力ケーブルの提供を目的と
する。

（課題を解決するための手段・作用） 上記した目的を達成するために、本発明においては、導
体の上に内部半導電層、絶縁体層、外部半導電層がこの
順序で被覆形成されているゴム・プラスチック絶縁電力
ケーブルにおいて、前記内部半導電層または／および前
記外部半導電層は、−（Ｃｏｏ）基を有するエチレン系
共重合体をベースポリマーの少なくとも１成分として成
り、前記絶縁体層においては、前記内部半導電層側の界
面近傍または／および前記外部半導電層側の界面近傍に
おける前記基の濃度が前記絶縁体層の内部における前記
基の濃度より高く、かつ、その濃度差は、前記絶縁体層
からスライスした試料片の前記内部半導電層側の界面ま
たは／および前記外部半導体電層側の界面からそれぞれ
０．１　ｍｒｎ、　２．０　ｍｍ離隔した地点における
透過赤外吸収スペクトルを測定したときに得られる赤外
吸収スペクトルチャートにおいて、波数１７８０ｃｍ−
’と波数１７００ｃｍ−’の各吸光度を直線で結んでベ
ースラインとし、１７５０ｃｍ−’から１７３０ｃｍ−
’の範囲におけるスペクトルピークの吸光度のピーク値
から前記ピーク値に対応する波数における前記ベースラ
インの吸光度を差し引いた値を、前記試料片の厚み（ｍ
ｍ）でそれぞれ除して得られた前記基濃度表示値が、前
記０．１　ｍｍの離隔地点と前記２．０印の離隔地点に
おける値の差として０．８ｍｍ−’以上であることを特
徴とするゴム・プラスチック絶縁電力ケーブルが提供さ
れる。

本発明の電カケープルにおける内・外事導電層は、ベー
スポリマーに架橋剤、導電性カーボン。

必要に応じて抗酸化剤、滑剤、各種充填剤を配合したポ
リマー組成物で構成されている。

このベースポリマーの１成分としては、−（ＣＯＯ）−
基を含むエチレン系共重合体が用いられる。

そのようなエチレン系共重合体としては、例えば、エチ
レンエチルアクリレート共重合体（ＥＥＡ）１．ｚチレ
ンエチルメタクリレート共重合体、エチレン酢酸ビニル
共重合体（ＥＶＡ）　、エチレンアクリル酸共重合体（
ＥＡＡ）をあげることができる。これらは、それぞれ単
独で用いてもよいし、または２種以上を適宜に混合して
用いてもよい。また、上記各共重合体またはそれらの混
合物に、更に、各種のポリエチレンを配合して用いても
よい。

導電性カーボンとしては、導電性付与剤として通常用い
られている、例えば、ケッチエンブラック、アセチレン
ブラック、ファーネスブラックをあげることができる。

その配合量は、得られた内・外生導電層が必要とする導
電率との関係で適宜に決めればよい。

また、架橋剤としては、例えば、ジクミルパーオキサイ
ド、１．３−ビス−（ｔ−ブチルペルオキシイソプロピ
ル）ベンゼン、ｍ−（ｔ−ブチルペルオキシイソプロピ
ル）イソプロピルベンセン。

ｍ−（ｔ−ブチルペルオキシイソプロピル）イソプロペ
ニルベンゼン、ｔ−ブチル−クミルパーオキサイドの１
種または２種以上をあげることができる。

これら架橋剤の配合量は、ベースポリマー１００重量部
に対し１〜５重量部程度でよい。

更に、抗酸化剤としては、例えば、４，４°−チオビス
（３−メチル−６−ｔｅｒｔ−ブチルフェノール）、ビ
ス〔２−メチル−４−［３−ｎ−アルキルチオプロピル
オニルオキシｌ−５−ｔ−ブチルフェニル〕スルフィド
、２，５−ジーｔｅｒｔ−ブチルハイドロキノン、２，
６−シーｔｅｒｔ−ブチルパラクレゾール、２，２−チ
オジエチレン−ビスＣＬ−（３，５−ジ−ｔ−ブチル−
４−ヒドロキシフェニル）プロピオネート〕、ジラウリ
ル−チオジプロピオネート、ジステアリル−チオジプロ
ピオネートの１種または２種以上をあげることができる
。

本発明の電カケープルにおいて、絶縁体層を構成するベ
ース組成物としては、従来から用いられている架橋可能
なポリマー組成物であれば何であってもよい。このとき
のベースポリマーとしては、例えば、低密度ポリエチレ
ン（ＬＤＰＥ）、直鎖状低密度ポリエチレン（Ｌ−ＬＤ
ＰＥ）の１種または２種以上の混合物をあげることがで
きる。また、上記したベースポリマーに、ＥＥＡ、エチ
レンエチルメタクリレート共重合体、ＥＶＡ、ＥＡＡ。

エチレンエチルメタクリル酸共重合体、密度０．９１以
下の極低密度ポリエチレン、エチレンプロピレンゴムな
どの１種または２種以上を少量配合して用いてもよい。

これら後者のポリマーを配合すると、得られた絶縁体層
における水トリーの発生か抑制される。

本発明の電カケープルにおいては、前記した絶縁体層は
、内部半導電層側の界面近傍または／および外部半導電
層側の界面近傍における−（ＣＯＯ）−基の濃度が絶縁
体層内部における前記基の濃度よりも高く、しかも、こ
の両者の濃度差は、上記した（ＣＯＯ）−基濃度表示値
で０．８Ｉｎｍ−’に、！上であることを特徴としてい
る。

絶縁体層中における上記したような濃度差は、−（Ｃｏ
ｏ）基を有する前記したようなエチレン系共重合体か少
なくとも１成分として含有されているベースポリマーを
内部半導電層または／および外部半導電層の構成ポリマ
ーとして使用し、このポリマーを用いて導体上に内部半
導電層、絶縁体層、外部半導体電層をこの順に押出被覆
したのち、架橋工程において架橋温度や架橋時間などを
制御することによって形成することができる。この場合
、その物質名は同定できないが、前記内・外生導電層に
含まれるエチレン系共重合体の（ＣＯＯ）−基を含有す
る物質か、そのメカニズムは未解明であるが絶縁体層に
おける前記内・外部導電層側の界面近傍に浸透ないしは
拡散した状態となり、絶縁体層の中に−＜Ｃ００）−基
の濃度差を形成するものと考えられる。

絶縁体層の中における前記濃度差の形成は上記方法とは
別に、絶縁体層を２層構成とし、内側の部分はポリエチ
レンで形成し、外側の部分（すなわち、内部半導電層側
と外部半導電層側に相当する部分）の２園程度は−（Ｃ
ｏｏ）基を有するエチレン系共重合体が含有されている
樹脂成分で形成することによっても可能である。

つぎに、本発明でいう上記した（Ｃｏｏ）基濃度表示値
の測定方法について図面に則して説明する。第１図は、
本発明の電カケープルの一部切欠断面図である。

図において、導体Ｉの外周には、内部半導電層２、絶縁
体層３．外部半導電層４がこの順序で被覆形成されてい
る。そして、外部半導電層４の外周は図示しない各種シ
ースで被覆されている。

内部半導電層２．外部半導電層４は、いずれも上記した
ように、（ＣＯＯ）基を有するエチレン系共重合体をベ
ースポリマーの１成分として含有している。

これらの各層は、各ポリマー組成物を押出成形機により
導体ｌの上に押出被覆して形成される。

このときの内・外事導電層のベースポリマーの絶縁体層
３への滲透または拡散状況は、内部半導電層２（または
外部半導電層４）との接触界面５（または６）の近傍は
ど多量に滲透または拡散していて、絶縁体層３の中心部
にいくほどその滲透または拡散量は少なくなる。すなわ
ち、絶縁体層３においては、内・外事導電層を構成する
ベースポリマーに含まれている（ＣＯＯ）−基の濃度勾
配が形成されることになる。

本発明の電カケープルにおいては、上記したベースポリ
マーに含まれている−（ＣＯＯ３−基の滲透または拡散
量が以下のように規定する量になっている。それを、第
１図の接触界面５側について説明する。

すなわち、接触界面５から絶縁体層３への厚み方向にお
いて０．ＩＩ離隔した地点３ａ、２．０ｍｍ離隔した地
点３ｂにおける絶縁体層の部分に、透過赤外分光光度計
（以下、ＦＴＩＲという）を用いて、その赤外吸収スペ
クトルをとる。

−（Ｃｏｏ）基に対応する吸収は、ＥＥＡの場合は、１
７３６ａｎ−’の位置に吸収ピークが現れ、ＥＶＡの場
合は、１７４０ｃｍ−’の位置に吸収ピークが現れる。

したがって、上記したＦＴＩＲで得られた赤外吸収スペ
クトルチャートにおいて、上記した波数位置で吸収ピー
クが認められた場合は、その試料の地点３ａ、地点３ｂ
の位置における絶縁体層には、ＥＥＡやＥＶＡ　（ＥＥ
ＡやＥ　Ｖ　Ａ　＋、：起因する−（Ｃｏｏ）基を含む
物質）が滲透または拡散していることになる。

本発明の電カケープルにおいては、上記滲透または拡散
量、換言すれば（ＣＯＯ）基濃度を次のように規定する
。

例えば、今、離隔地点３ａにおいて、赤外線の透過方向
に対して厚みかｔｍｍである試料のＦＴＩＲによる赤外
吸収スペクトルが第２図のようなチャート図で示される
ものとする。

スペクトル曲線Ａのうち、波数１７８０ｃｍ−’と波数
１７００ｃｍ”−’における各吸光度Ｔｏ、Ｔ＋の間を
直線Ｂで結んでベースラインとする。

ついで、波数１７５０ｃｍ−’から波数１７３０ｃｍ−
’までの波数範囲において、スペクトル曲線Ａの吸収ピ
ークの吸光度（Ｔｍａｘ）とＴ　ｍａｘを与える波数シ
フを求める（第２図ではシア＝１７４０ｃｍ−’である
）。

波数シフにおけるベースラインＢの吸光度Ｔ２を図から
読みとり、ΔＴ　ｏ、　＋　＝　Ｔｍａｘ　　Ｔ　２を
求める。このΔＴＯ，ｌは、試料の厚みがｔｍｍの場合
において、離隔地点３ａで検出された（ＣＯＯ）−基の
全濃度に相当する。

したかって、上記ΔＴａ、１を試料の厚み（ｔｍｍ）で
除して得られた値・ΔＴ　ｏ、　＋／　ｔか、本発明に
おける（Ｃｏｏ）−基濃度表示値として定義される。

同様に、離隔地点３ｂにおける（Ｃｏｏ）−基濃度ΔＴ
２が測定され、ΔＴ２／ｌが算出される。

一般にΔＴ　ｏ、　＋／　ｔ　＞ΔＴ２．／ｌになる。

本発明においては、△Ｔａ、＋／を一Δ’ｒｚ／ｌ≧０
、８　（ｍｍ−’）と規定する。すなわち、地点３ａと
地点３ｂのイＣｏｏ）−基濃度表示値の差を０．８ｍｍ
−’以上にする。

−（ＣＯＯ）−基を有するベースポリマーの濃度勾配を
、上記したように形成することにより、得られた電カケ
ープルにおいては、絶縁体層における接触界面５の近傍
での水トリーの発生が抑制され長期に亘る絶縁破壊特性
が維持されるとともに、そのｔａｎδも小さくなる。

しかし、この表示値の差が０．８ｍｍ−’より小さいと
きには、上記した効果を奏することができないなお、絶
縁体層３の中にＥＥＡやＥＶＡが多量に含有されている
場合には、絶縁体層それ自体および絶縁体層の界面近傍
における水トリーの発生を抑制することはできるが、し
かし他方では、ｔａｎδが大きくなってしまい、実用上
、電カケープルとして好ましくなくなる。

このような（Ｃｏｏ）基濃度表示値を絶縁体層で実現せ
しめるためには、導体上へ内・外事導電層、絶縁体層を
被覆形成するときに、その押出成形機の成形温度や成形
時の線速を調節することによって、内・外生導電層から
絶縁体層へのベースポリマーの滲透または拡散量を制御
すればよい。

（実施例） 実施例１〜６．比較例１〜８ 第１表に示したベースポリマーから成る厚み３岨の絶縁
体の板と、第１表で示したベースポリマーを含む厚み０
．５　ｍｍ半導電体の板を別々にプレス成形架橋したの
ち、両者を重ね合わせ、温度１７０℃で表示の時間、プ
レス架橋した。

得られた積層板につき、絶縁体と半導電体の接合界面か
ら絶縁体の厚み方向における０、１ｍｍ、２ｍｍの位置
から試片を採取し、各試片につき、前記したような方法
でその（Ｃｏｏ）基濃度表示値を求めた。

また、プレス架橋後の積層板については、第３図で示し
たような方法で浸水課電試験を行い、絶縁体の水トリー
発生状況とｔａｎδの評価を行った。

すなわち、絶縁体１１と半導電体１２から成る積層板Ｉ
３の絶縁体１１の上にアクリル樹脂製の筒１４を水密に
置き、この筒１４の中に温度７０℃の水道水１５を満た
して、水道水１５に球電極１６を沈めた。この状態で１
ｋＨｚの交流電圧９ｋＶを１０日間課電したのち、積層
板を取り外し、その絶縁体１１における水トリーの発生
状況とｔａｎδの評価を行った。

以上の結果を一括して第１表に示した。

（以下余白） 実施例７〜９．比較例９〜１１ ＬＤＰＥをベースポリマーとし、これに架橋剤。

老化防止剤を添加して成る架橋ポリエチレンで絶縁体層
を形成し、かつ、第２表に示したポリマーをベースポリ
マーとし、これに架橋剤、老化防止剤、カーボンブラッ
クを添加して成る樹脂組成物で内・外事導電層を形成し
て、Ｃ■ケーブルを製造した。なお、このとき、絶縁体
層、内部半導電層。

外部半導電層の厚みは、それぞれ３．５　ｍｍ、　　０
．５　ｍｍ。

０、８　ｍｍとした。

また、架橋は、熱媒体として溶融塩を用いて行い、この
ときに、導体の最高温度が１９０°Ｃで、１７０°Ｃ以
上の温度に保持される時間か１分、３０分となるように
、ＣＶケーブル製造時における線速を調節した。

各ＣＶケーブルの内部半導電層と絶縁体層との接合界面
から絶縁体層の厚み方向における０、１ｍｍ。

２、Ｏｒｎｍの地点から試片を採取し、実施例１と同様
な方法でその（ＣＯＯ）−基濃度表示値を求めた。

その結果を第２表にした。

また、ＣＶケーブルを７０°Ｃの温水中に浸漬し、つ導
体内にも水をいれた状態で、１ｋＨｚの交流電圧６ｋＶ
を１ケ月間課電したのち、内部半導電層と絶縁体層の接
合界面厚みから１　ｍｍ以内における絶縁体層のポーク
イトリーの発生状況を調べた。

その結果を第２表に示した。

（以下余白） ４゜ （発明の効果） 以上の説明で明らかなように、本発明の電カケープルは
、絶縁体層における内・外生導電層との界面近傍で、（
Ｃｏｏ）−基か所定の濃度勾配をもって存在しているた
め、絶縁体層の内・外生導電層との接触界面近傍におけ
る水トリーの発生は大幅に抑制される。その結果、電カ
ケープルの絶縁破壊特性は長期に亘って維持されるので
、その工業的価値は極めて犬である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の電カケープルの一部切欠断面図、第２
図は絶縁体層におけるＦＴＩＲによる赤外吸収スペクト
ルを例示するチャート図、第３図は浸水課電試験法を説
明するための概略説明図である。 １・・・導体、２・・・内部半導電層、３・・・絶縁体
層、４・・・外部半導電層、５．６・・・接触界面、１
１・・・絶縁体、１２・・・半導電体、１３・・・積層
板、１４・・・筒、１５・・・水道水、１６・・・球電
極。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 導体の上に内部半導電層、絶縁体層、外部半導電層がこ
   の順序で被覆形成されているゴム・プラスチック絶縁電
   力ケーブルにおいて、前記内部半導電層または／および
   前記外部半導電層は、▲数式、化学式、表等があります
   ▼ 基を有するエチレン系共重合体をベースポリマーの少な
   くとも１成分として成り、前記絶縁体層においては、前
   記内部半導電層側の界面近傍または／および前記外部半
   導電層側の界面近傍における前記基の濃度が前記絶縁体
   層の内部における前記基の濃度より高く、かつ、その濃
   度差は、前記絶縁体層からスライスした試料片の前記内
   部半導電層側の界面または／および前記外部半導体電層
   側の界面からそれぞれ０．１ｍｍ、２．０ｍｍ離隔した
   地点における透過赤外吸収スペクトルを測定したときに
   得られる赤外吸収スペクトルチャートにおいて、波数１
   ７８０ｃｍ＾−＾１と波数１７００ｃｍ＾−＾１の各吸
   光度を直線で結んでベースラインとし、１７５０ｃｍ＾
   −＾１から１７３０ｃｍ＾−＾１の範囲におけるスペク
   トルピークの吸光度のピーク値から前記ピーク値に対応
   する波数における前記ベースラインの吸光度を差し引い
   た値を、前記試料片の厚み（ｍｍ）でそれぞれ除して得
   られた前記基濃度表示値が、前記０．１ｍｍの離隔地点
   と前記２．０ｍｍの離隔地点における値の差として０．
   ８ｍｍ＾−＾１以上であることを特徴とするゴム・プラ
   スチック絶縁電力ケーブル。