JPH06505356A - 老化の間の高圧ケーブルおよび電線路の絶縁材の破壊の危険を減少させる方法 - 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】 老化の間の高圧ケーブルおよび電線路の絶縁材の破壊の危険を減少させる方法 技術分野 本発明は、概括的に言って高圧送電線およびケーブルに関する。

本発明は、更に詳しくは上述の送電手段に使用される全ゆる固体誘電材料に固有 な破壊の危険を減少させることに関し、前記の危険は、絶縁材の老化の間に増大 する。

送電ケーブルおよび送電線は、それらが使用されるもとて電圧、電流および周波 数の相関的要素として大きな相違点を有する。使用の場所までの高出力レベルの 輸送は、しばしば低周波数、例えば４００．６０または５０Ｈｚのもとで、そし て直流の形において２．３または４個のコネクタまたは線を有する電線路を使用 して行われる。

信号は一般に、送信される周波数および送信条件の相関的要素として双導体電線 路または同軸電線路によって送信される。

明瞭化および単純化のために、本明細書では同軸ケーブルについてだけ説明する が、本発明は、いろいろな型の電線路、絶縁材「通路」を構成する電線路部分お よび固体絶縁材を有する高電圧手段に使用される全ての絶縁材に適用できること は自明である。

背景技術 高電圧設備降下の主な理由の一つは、電気的破壊であり、これは絶縁材の穴あき を引き起こす絶縁材または絶縁体を横切る導体の間に起こり（部分的電荷によっ て始まることもある）、後者は破壊することさえもありうる。

破壊は無原則なやり方で起こるが、この危険は老化の進行の結果として時間の経 過によって大きく増加する。

絶縁材の信頼性および有効寿命に関するこの問題は、ケーブルの製造に対する重 要な心配事であり、この状態は長期間の間存在してきた。従来包含された物理的 現象に関する非常に限定された知識しかなかったので、有効な解答を見出すこと を可能ならしめなかった。

定義により、電線路は波長に比べて確かにかなりの長さを有するから、定常波の 近似はそれに適用することができない。電送、エネルギー吸収およびその結果老 化現象の研究は、マクスウェル方程式、異なる媒体の間を隔てる表面により限定 された限界での状態および問題の媒体に特有の関係に基づいてのみ起こりうる。

　送電線の理論に関する詳細に入ることを望むことなく、完全導体に対し、局部 電荷密度が０であるが、一方誘電体に対し局部電場はその中に発達する電荷によ る静電場と非荷電媒体におけるマクスウェル方程式により算出された場の合計と して考えられうろことが指摘される。

媒体が完全であるならば、電気エネルギーと磁気エネ）　ルギーが等しいような ぐあいに、電場と磁場は導体では０で、相であるであろうし、そして絶縁材で減 じないであろう。実際上、導体および絶縁材は完全でなくて２つの型の故障また は欠陥、すなわち体積欠陥および界面欠陥が生じる。

同軸ケーブルの破壊しきい値を増大させるための標準的な方法は、誘電材料の厚 さの増大からなる。しかしながら、制限は大きさの考慮（寸法と価格）により明 らかに課され、どのような場合においても老化故障が残る。

他の考えおよびさまざまは方法が、すべて絶縁性誘電体の塊における電荷の存在 は避けられなく、そしてそれらの不利になる効果はそれらをそらすことを目的と した他の場の適用によって、または特別の幾何学的配列の結果として場を減少さ せることによって制限されるという事実に基づいて考え出されてきた。

例えば、フランス特許公開第７７０３４９８号明細書は、誘電領域の外側に位置 する装置を有し、その目的が磁場を作り出すことであり、その結果誘電体中に存 在する荷電粒子が螺旋状運動を受ける送電線を記載している。従って、イオン化 に対応するエネルギーレベルに到達する荷電粒子の確率は非常に低い。ごの方法 は、気体状絶縁材（例えば、ＳＦ＋　）を有するケーブルの場合には疑いなく有 効であるが、工業的応用の対する一般的な事例である固体絶縁材に対しては正し くない。　いろいろな手順を使用して、電気ケーブルの誘電体の操作を改善し、 それらが受ける拘束および応力に関してより良い性能特性をそれらに与える試み は、既になされてきた。

例えば、フランス特許公開第２．３５７．９９２号明細書を参照すると、その中 の絶縁材が中心導体から外部導体へ誘電率の漸次的変化を有する誘電ケーブルを 記載している。

この漸次的変化は、その中に大量の酸化物（８０〜１００％）が添加された絶縁 層を使用することによって得られる。

この書類の目的は、ケーブルの対称または同心性の不足からの破壊に関する不利 になる効果を最小化することにある。その上、ＣＩ−Ａ−６６９，２７７号明細 書は、いろいろな誘電率を有する数層の絶縁性材料を持つケーブルを記載してい る。その目的は、絶縁体の厚さを減少させることにより製造の拘束を改善するこ とである。

しかしながら、これらの書類はどれも老化の相関的要素として破壊の危険の増大 に明確に立ち向かう手段を開示していない。

発明の開示 本発明は、特に前記の状況を著しく改善することを可能にする送電系の絶縁材の 破壊の危険を減少させる方法に関する。

その老化の間の高電圧ケーブルおよび電線路の絶縁材に関する破壊の危険を減少 させるこの方法は、絶縁材の塊に非常に高い誘電率を有する元素の粒子を添加す ることを特徴とし、これらの粒子の寸法はせいぜい約１μｍであり、それらの粒 子は絶縁材の塊の約３％存在する。

本出願人により行われた破壊現象の基本的研究は、破壊現象を誘電体の分極およ びその緩和と連関させることによりそれに新しい解釈を与えることを可能にした 。

先ず第一に、誘電体に印加された電場百とこの電場の印加から生じる後者の誘電 体の分極ｆは、弐１＝７了によって連関させられ、式中εは誘電体の誘電率とし て示された無次元量である。それはそれ自身を分極化する、すなわち印加された 電場の影響下に電荷を受け入れる誘電体の変化する確率を示す。しかしながら、 上述の基本的研究は、誘電体のこの局部誘電率が破壊現象に本質的な役割を演す るという事実を明らかにした。

局部誘電率の役割は、問題の大きさがサブミクロンスケールの時、さらに注目さ れる。このスケールでは、誘電率の巨視的概念がもはや興味がなく、井戸型ポテ ンシャルに捕捉された誘電体中に存在する電荷と約１００原子の組織で構成され た周囲の媒体の両方を考慮する必要がある。これがいわゆるポーラロンを形成す る。

誘電体は、一方で電場および磁場にさらされ、他方でゼロでない電荷密度を有す るので、目的は、この電荷密度を減らすことまたこれをより良く分布することで なければならない。後者は、体積電荷（本質の特性および材料の状態）および導 体の極性によって界面で注入された電荷の重ね合わせである。それゆえ、材料の 本質およびその特性の改変に基づいて使用することができる。

このように、本発明によれば、改変は、非常に高い誘電率を有し１ミクロン以下 の大きさを有する構成要素で構成される粒子を少量添加することによって、誘電 材料の特性に対して起こる。このスケールにおいて、井戸型ポテンシャルと周囲 の原子の間には強い相互作用が有り、これによって、その移動度が老化の本質的 原因である。

電荷捕捉の非常に高い安定性を確実にする。このようにドープで処理した材料は 、より高い破壊閾値だけでなく、通常に操作条件下で、すなわち電場の存在下の 老化に対する高い抵抗性もまた有することが分かつている。金属粒子を使用して 、最も良い結果が得られた。

本発明の実施態様によれば、誘電絶縁材が耐火物である、例えばセラミック材料 で構成されるとき、電気的性質は、サブミクロン状態のクロム、チタンおよびマ ンガンの中から選ばれた金属の酸化物粒子の助けを借りて、絶縁材料をドーピン グすることによって改変され、それは、絶縁材および導体の少なくとも一つの表 面上において塗料の形で付着され、そしてそのあと約１０００〜１５００℃の高 温に加熱することによって絶縁材中に拡散される。

この温度において、金属酸化物は解離し、金属はセラミック材料の粒子の継目中 に拡散する。

本発明の第二の実施態様によれば、絶縁材が重合体または有機固体で構成される とき、電気的性質は金属不純物で絶縁材をドーピングすることによって改変され る。

後者の場合、本発明によれば、粉末粒子の大きさが必ず１マイクロメートル以下 である金属粉末を、重合体注型操作の間に、注入することによって、ドーピング は起こり得る。

以下の特定の実施態様の記述、および処理済みケーブルと未処理ケーブルの性質 の比較を示す添付の図１を参照することによって、本発明をさらに良く理解でき るであろう。

概括的に言って、全ての既知絶縁電体が、本発明の範囲内で使用できることが指 摘される。言い換えれば、これら誘電絶縁材は、ケーブル製造のための重合体、 または通路および電気コネクタ製造のためのセラミック、またはもっと一般的に どの有機もしくは鉱物の、固体絶縁材のどれかであり得る。

発明を実施するための最良の形態 １文で述べたように、選ばれた誘電絶縁材料は、使用するドーピング処理を左右 する。このように、例えば本発明の第一の実施態様において、同軸絶縁通路は、 純度９９％のアリミナセラミックＡＩｔｏｓの助けを借りて作られ、そして１〜 ７ミクロンの粒子の焼結によって形成される。このセラミックは明かに耐火物で あるので、ドーピングは高温で起こり得る。実質的に言って、セラミック粒子の 継目中に金属を拡散することが問題である。

この場合、その金属がクロムの時、酸化クロム塗料は、導体表面上か、または絶 縁材表面上のどちらか、あるいは一度にその両方に付着する。絶縁材における導 体の据え付りに続いて、このように付着したクロムは約１０００　＝−１５００ ℃での加熱操作によって拡散される。加熱温度および持続時間は、セラミックの 大きさの相関的要素である。

情報の目的のため、直径１センチメートルの通路および１００ｋＶの直流電圧に 対して、拡散は、１２００℃で５分間起こる。継目の金属濃度は約３％である。

この処理効果は、１２ケ月に渡って測定された。測定されたパラメーターは、操 作中に破壊することなく絶縁材が耐えることのできる電気ショックの値である。

未処理セラミックに関しては、破壊挙動が使用開始時に８００ｋｖ／ｃ１１およ び１２ケ月後に４００ｋｖ／ｃ＋ｎであるが、本発明の方法によってドープされ たセラミックは、使用開始時に１．５ＭＶ／ＣＩ＋に耐え、そして１２ケ月操作 後になお１．２ＭＶ／ｃ＋ｎに耐える。

本発明の第二の実施態様によれば、使用される誘電絶縁材は、約２００〜３００ ℃の比較的穏やかな温度で、例えば金属不純物でドープされた重合体である。こ れら不純物は粉末であり、ドーピングは、例えば銅および鉄およびその大きさが １マイクロメートル以下である得る金属粒子の注入形式において、成型装置中で 重合体を注型するときに起こる。

例えば、その中の重合体が市販のポリエチレンであるケーブルについて、０．１ と０．５マイクロメートルの間の大きさを持つ鉄粒子の３％を添加した。１２ケ 月間に渡って、この処理効果を測定した。その結果は図１に記載してあり、横座 標は月表示の時間でそして縦座標はＭＹ／ｃｍ単位の電気ショック挙動にして画 いである。曲線１は、未処理ケーブルのものであり、曲線２は、本発明によって 処理されたケーブルのものである。

フロントページの続き （７２）発明者　バッハ、ビニール フランス国　エフ−９４７００メゾン・アルフォ、リュ・ド・コルマー　３ （７２）発明者　ブラーセ、ギュイ フランス国　エフ−９２１１０クリシー、リュ・ヴイレノーヴ　１３

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. １．絶縁材の塊に非常に高い誘電率を有する元素の粒子が添加され、該粒子の寸 法はせいぜい約１μｍであり、それらの粒子は絶縁材の約３％存在することを特 徴とする、それらの老化の間に高圧電線路およびケーブルの絶縁材の破壊の危険 を減少させる方法。
2. ２．粒子が金属である請求の範囲第１項に記載の破壊の危険を減少させる方法。
3. ３．添加物が焼結材料の粒子の継ぎ目に拡散された金属であり、その粒子が約１ ミクロンの大きさを有し、高温にまで加熱される金属酸化物ペイントを使用する 、請求の範囲第１項に記載の破壊の危険を減少させる方法。
4. ４．絶縁材が重合体であり、ドーピングが重合体の注型操作の間に金属粒子を注 入することにより起こり、粒子粉末が１μｍ以下の寸法を有する、請求の範囲第 ２項に記載の方法。