JPH08298032A - 架橋ポリエチレン絶縁電力ケーブルの製造方法 - Google Patents
架橋ポリエチレン絶縁電力ケーブルの製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【目的】6kV程度の低電圧から500kV以上の高電
圧に及ぶ広範囲の電力輸送に利用可能な電力ケーブルの
製法の提供。 【構成】内部半導電層押出機2、絶縁層押出機3、外部
半導電層押出機4を配置した三層コモンクロスヘッド1
を有する押出装置を用い、導体5上に内部半導電層6、
絶縁層7、外部半導電層8を同時に押出被覆し、加熱架
橋する架橋ポリエチレン絶縁電力ケーブルの製法におい
て、絶縁層がポリエチレン系樹脂を150〜170℃で
加熱混練し、500メッシュ以上のスクリーンパックを
通した後に、有機過酸化物(例,ジクミルパーオキサイ
ド)を注入装置39から均一に配合・拡散した溶融樹脂
として押出される製法。
圧に及ぶ広範囲の電力輸送に利用可能な電力ケーブルの
製法の提供。 【構成】内部半導電層押出機2、絶縁層押出機3、外部
半導電層押出機4を配置した三層コモンクロスヘッド1
を有する押出装置を用い、導体5上に内部半導電層6、
絶縁層7、外部半導電層8を同時に押出被覆し、加熱架
橋する架橋ポリエチレン絶縁電力ケーブルの製法におい
て、絶縁層がポリエチレン系樹脂を150〜170℃で
加熱混練し、500メッシュ以上のスクリーンパックを
通した後に、有機過酸化物(例,ジクミルパーオキサイ
ド)を注入装置39から均一に配合・拡散した溶融樹脂
として押出される製法。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は架橋ポリエチレン絶縁電
力ケーブルの製造方法に関する。本発明の方法により製
造された電力ケーブルは低電圧(約6kV)から高電圧
(約500kV)またはそれ以上に及ぶ広範囲の電力輸
送に用いることができる。
力ケーブルの製造方法に関する。本発明の方法により製
造された電力ケーブルは低電圧(約6kV)から高電圧
(約500kV)またはそれ以上に及ぶ広範囲の電力輸
送に用いることができる。
【0002】
【従来の技術】電力ケーブルはOFケーブル(油浸紙絶
縁ケーブル)とCVケーブル(架橋ポリエチレン絶縁ポ
リ塩化ビニル被覆ケーブル)とに大別されるが、OFケ
ーブルは設置スペース、メンテナンスおよび油による火
災対策等の費用がかかるため、近年はこれらの費用を要
しないCVケーブルがOFケーブルに代わって使用され
るようになってきた。
縁ケーブル)とCVケーブル(架橋ポリエチレン絶縁ポ
リ塩化ビニル被覆ケーブル)とに大別されるが、OFケ
ーブルは設置スペース、メンテナンスおよび油による火
災対策等の費用がかかるため、近年はこれらの費用を要
しないCVケーブルがOFケーブルに代わって使用され
るようになってきた。
【0003】CVケーブルは導体上に内部半導電層を介
して、絶縁耐力にすぐれ、誘電率や誘電損が低いポリエ
チレンを被覆し、該ポリエチレンを架橋して絶縁層と
し、その上に外部半導電層やシース層を被覆した電力ケ
ーブルであるが、固形絶縁であるため給油設備を要せ
ず、布設およびメンテナンスが比較的容易であり、防災
上も有利であり、1989年には275kv長距離線路
および500kv短距離(接合部を含まず)線路が実用
化された。CVケーブルにおいて絶縁層に用いられるポ
リエチレンは架橋されているが、この架橋により耐熱
性、機械的強度、耐絶縁破壊性等が高められている。
して、絶縁耐力にすぐれ、誘電率や誘電損が低いポリエ
チレンを被覆し、該ポリエチレンを架橋して絶縁層と
し、その上に外部半導電層やシース層を被覆した電力ケ
ーブルであるが、固形絶縁であるため給油設備を要せ
ず、布設およびメンテナンスが比較的容易であり、防災
上も有利であり、1989年には275kv長距離線路
および500kv短距離(接合部を含まず)線路が実用
化された。CVケーブルにおいて絶縁層に用いられるポ
リエチレンは架橋されているが、この架橋により耐熱
性、機械的強度、耐絶縁破壊性等が高められている。
【0004】従来、架橋ポリエチレン絶縁電力ケーブル
の製造は、種々の方法で実施されてきた。初期には、ポ
リエチレンに有機過酸化物を混合し、ロールミル、ヘン
シェルミキサー、2軸スクリュー、混練押出機、バンバ
リーミキサー等を用いて、ポリエチレンの融点以上(高
圧法ポリエチレンの場合、その融点は約104〜107
℃)で、かつ有機過酸化物の分解温度以下(代表的なジ
クミルパーオキサイドの場合、1分間半減期を得るため
の分解温度は171℃;10分間半減期を得るための分
解温度は約148℃;30分間半減期を得るための分解
温度は約140℃)で配合し、有機過酸化物配合ポリエ
チレン組成物を得て、これを絶縁層押出機に供給し、導
体に押出被覆し、電力ケーブルを製造していた。
の製造は、種々の方法で実施されてきた。初期には、ポ
リエチレンに有機過酸化物を混合し、ロールミル、ヘン
シェルミキサー、2軸スクリュー、混練押出機、バンバ
リーミキサー等を用いて、ポリエチレンの融点以上(高
圧法ポリエチレンの場合、その融点は約104〜107
℃)で、かつ有機過酸化物の分解温度以下(代表的なジ
クミルパーオキサイドの場合、1分間半減期を得るため
の分解温度は171℃;10分間半減期を得るための分
解温度は約148℃;30分間半減期を得るための分解
温度は約140℃)で配合し、有機過酸化物配合ポリエ
チレン組成物を得て、これを絶縁層押出機に供給し、導
体に押出被覆し、電力ケーブルを製造していた。
【0005】しかしながら、この方法では、配合時に局
部的に機械的剪断力が加わり、局部的に温度が上昇し、
そこにおいては、有機過酸化物の半減期が短くなり、す
なわち有機過酸化物が短時間に分解し、ラジカルを発生
するので、スコーチ(早期架橋)が局部的に起こり、ま
た、この局部的な機械的剪断力は、メカノケミストリー
的にポリエチレン分子内にラジカル点を発生させ、局部
的なゲルを生じさせ、電力ケーブルの絶縁層を不均一な
ものとし、絶縁劣化・破壊を起こす。また、架橋性ポリ
エチレン樹脂組成物中に上記したゲル分が存在すると、
電力ケーブルの半導電層と絶縁層との界面に微小な突起
をもたらし、そこからいわゆる電気トリーや水トリーが
発生し、電力ケーブルの寿命を縮める原因となり、電力
ケーブルの連続運転時間を短くせざるを得なくなり、さ
らに、上記ゲル分の存在により電力ケーブル製造時の絶
縁層の押出被覆速度を落とさざるを得ず、生産性が悪く
なり、コストアップの原因ともなっている。また、有機
過酸化物配合ポリエチレン組成物をまず製造し、次に絶
縁層押出機で加熱溶融するので、エネルギーの損失、ス
コーチの発生、機械の償却費用、オペレーターの人件費
が二重に発生し、解決が求められていた。
部的に機械的剪断力が加わり、局部的に温度が上昇し、
そこにおいては、有機過酸化物の半減期が短くなり、す
なわち有機過酸化物が短時間に分解し、ラジカルを発生
するので、スコーチ(早期架橋)が局部的に起こり、ま
た、この局部的な機械的剪断力は、メカノケミストリー
的にポリエチレン分子内にラジカル点を発生させ、局部
的なゲルを生じさせ、電力ケーブルの絶縁層を不均一な
ものとし、絶縁劣化・破壊を起こす。また、架橋性ポリ
エチレン樹脂組成物中に上記したゲル分が存在すると、
電力ケーブルの半導電層と絶縁層との界面に微小な突起
をもたらし、そこからいわゆる電気トリーや水トリーが
発生し、電力ケーブルの寿命を縮める原因となり、電力
ケーブルの連続運転時間を短くせざるを得なくなり、さ
らに、上記ゲル分の存在により電力ケーブル製造時の絶
縁層の押出被覆速度を落とさざるを得ず、生産性が悪く
なり、コストアップの原因ともなっている。また、有機
過酸化物配合ポリエチレン組成物をまず製造し、次に絶
縁層押出機で加熱溶融するので、エネルギーの損失、ス
コーチの発生、機械の償却費用、オペレーターの人件費
が二重に発生し、解決が求められていた。
【0006】上記方法の欠点を改良するため、ポリエチ
レンに有機過酸化物を機械的剪断力をかけずに配合する
方法が数多く提案されている。代表的な方法としては、
粉末状または粒状のポリエチレン樹脂に有機過酸化物を
該樹脂の融点以下において、前記有機過酸化物の融点以
上でかつ前記有機過酸化物に分解反応を起こすような熱
履歴を与えないように添加攪拌し、前記有機過酸化物を
ポリエチレン樹脂に付着せしめ、かつその一部を該樹脂
内部に浸透せしめる方法がある。
レンに有機過酸化物を機械的剪断力をかけずに配合する
方法が数多く提案されている。代表的な方法としては、
粉末状または粒状のポリエチレン樹脂に有機過酸化物を
該樹脂の融点以下において、前記有機過酸化物の融点以
上でかつ前記有機過酸化物に分解反応を起こすような熱
履歴を与えないように添加攪拌し、前記有機過酸化物を
ポリエチレン樹脂に付着せしめ、かつその一部を該樹脂
内部に浸透せしめる方法がある。
【0007】しかしながら、この方法で製造した樹脂組
成物もまた、有機過酸化物がポリエチレン中に完全には
均一に分散されておらず、電力ケーブルの製造の際は絶
縁層押出機中で120〜140℃にてスクリューで加熱
混練しているものの、早期架橋の問題は避けることはで
きず、解決が求められていた。また、電力ケーブルでは
高電圧が印加されるため、金属、無機酸化物、塩類、極
性有機物等の微小な異物が存在すると絶縁劣化・破壊が
起こり、電力ケーブルの寿命が短くなるので、絶縁層押
出機の先端部には500メッシュ以上のスクリーンパッ
クを取付け、50μm以上の異物を除去しているが、早
期架橋によるゲル状物が増加すると、スクリーンパック
の目詰まりを起こし、溶融ポリエチレンの通過を妨害
し、生産性を悪化させるという弊害が依然としてあっ
た。また、ポリエチレン絶縁層には熱劣化の防止のため
酸化防止剤を通常配合するが、該酸化防止剤は融点が1
50℃以上と高いものが多く、従来の配合方法では均一
にポリエチレン中に分散され得ず、この点についても解
決が求められていた。
成物もまた、有機過酸化物がポリエチレン中に完全には
均一に分散されておらず、電力ケーブルの製造の際は絶
縁層押出機中で120〜140℃にてスクリューで加熱
混練しているものの、早期架橋の問題は避けることはで
きず、解決が求められていた。また、電力ケーブルでは
高電圧が印加されるため、金属、無機酸化物、塩類、極
性有機物等の微小な異物が存在すると絶縁劣化・破壊が
起こり、電力ケーブルの寿命が短くなるので、絶縁層押
出機の先端部には500メッシュ以上のスクリーンパッ
クを取付け、50μm以上の異物を除去しているが、早
期架橋によるゲル状物が増加すると、スクリーンパック
の目詰まりを起こし、溶融ポリエチレンの通過を妨害
し、生産性を悪化させるという弊害が依然としてあっ
た。また、ポリエチレン絶縁層には熱劣化の防止のため
酸化防止剤を通常配合するが、該酸化防止剤は融点が1
50℃以上と高いものが多く、従来の配合方法では均一
にポリエチレン中に分散され得ず、この点についても解
決が求められていた。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記した架
橋ポリエチレン絶縁電力ケーブルの従来の製造方法が有
する欠点を解決するためになされたものであり、具体的
には (イ)有機過酸化物をポリエチレン系樹脂中に均一に分
散させること、(ロ)有機過酸化物をポリエチレン系樹
脂中に分散させるためのエネルギー、機械の償却費、オ
ペレーターの費用を低減させること、(ハ)絶縁層押出
機中で早期架橋を起こさせないようにし、スクリーンパ
ックの目詰まりを低減して、生産性および電力ケーブル
の品質を向上させ、耐用年数を伸ばし、安全性を向上さ
せ、電力輸送コストを低減させること、(ニ)従来の絶
縁層押出機の加熱混練温度は早期架橋を抑制するため1
20〜140℃と低温にせざるを得ず、該温度範囲では
ポリエチレンの溶融粘度が高くスクリーンパックを通過
するとき負荷がかかり生産性が低下していたが、これを
解決すること、等を課題としてなされたものである。
橋ポリエチレン絶縁電力ケーブルの従来の製造方法が有
する欠点を解決するためになされたものであり、具体的
には (イ)有機過酸化物をポリエチレン系樹脂中に均一に分
散させること、(ロ)有機過酸化物をポリエチレン系樹
脂中に分散させるためのエネルギー、機械の償却費、オ
ペレーターの費用を低減させること、(ハ)絶縁層押出
機中で早期架橋を起こさせないようにし、スクリーンパ
ックの目詰まりを低減して、生産性および電力ケーブル
の品質を向上させ、耐用年数を伸ばし、安全性を向上さ
せ、電力輸送コストを低減させること、(ニ)従来の絶
縁層押出機の加熱混練温度は早期架橋を抑制するため1
20〜140℃と低温にせざるを得ず、該温度範囲では
ポリエチレンの溶融粘度が高くスクリーンパックを通過
するとき負荷がかかり生産性が低下していたが、これを
解決すること、等を課題としてなされたものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明者は、ポリエチレ
ン系樹脂への有機過酸化物の拡散速度と温度との関係に
ついて検討したところ、70℃付近では直径3mm、長
さ3mmの円柱状ペレットに2重量%の有機過酸化物が
均一に分散するまで5時間以上要したが、160℃付近
では1分以内で迅速に均一に分散するという知見を得、
この知見をさらに発展させて本発明を完成させた。
ン系樹脂への有機過酸化物の拡散速度と温度との関係に
ついて検討したところ、70℃付近では直径3mm、長
さ3mmの円柱状ペレットに2重量%の有機過酸化物が
均一に分散するまで5時間以上要したが、160℃付近
では1分以内で迅速に均一に分散するという知見を得、
この知見をさらに発展させて本発明を完成させた。
【0010】すなわち、本発明は、内部半導電層押出
機、絶縁層押出機および外部半導電層押出機を配置した
三層コモンクロスヘッドを有する三層コモン押出装置を
用いて架橋ポリエチレン絶縁電力ケーブルを製造する方
法において、絶縁層押出機中でポリエチレン系樹脂を1
50〜170℃の温度範囲で加熱混練し、該絶縁層押出
機の先端部に設けられた500メッシュ以上のスクリー
ンパックを有するダイプレートから上記混練樹脂を溶融
状態で押出し、該ダイプレートの直後から外部半導電層
押出機の直下までの溶融ポリエチレン系樹脂の流路の任
意の位置において、1分間半減期を得るまでの分解温度
が150〜200℃の有機過酸化物を溶融ポリエチレン
系樹脂中に注入配合した後に、絶縁層を内部半導電層お
よび外部半導電層と共に導体上に同時に押出被覆し、さ
らに加熱架橋させることを特徴とする架橋ポリエチレン
絶縁電力ケーブルの製造方法に関する。
機、絶縁層押出機および外部半導電層押出機を配置した
三層コモンクロスヘッドを有する三層コモン押出装置を
用いて架橋ポリエチレン絶縁電力ケーブルを製造する方
法において、絶縁層押出機中でポリエチレン系樹脂を1
50〜170℃の温度範囲で加熱混練し、該絶縁層押出
機の先端部に設けられた500メッシュ以上のスクリー
ンパックを有するダイプレートから上記混練樹脂を溶融
状態で押出し、該ダイプレートの直後から外部半導電層
押出機の直下までの溶融ポリエチレン系樹脂の流路の任
意の位置において、1分間半減期を得るまでの分解温度
が150〜200℃の有機過酸化物を溶融ポリエチレン
系樹脂中に注入配合した後に、絶縁層を内部半導電層お
よび外部半導電層と共に導体上に同時に押出被覆し、さ
らに加熱架橋させることを特徴とする架橋ポリエチレン
絶縁電力ケーブルの製造方法に関する。
【0011】本発明において使用される三層コモン押出
装置は、内部半導電層押出機、絶縁層押出機および外部
半導電層押出機を配置した三層コモンクロスヘッドを有
するものであり、絶縁層のための有機過酸化物の注入手
段を特定位置に設けてある以外は公知のものがそのまま
使用できる。有機過酸化物の上記注入手段は溶融ポリエ
チレン系樹脂流中に有機過酸化物を均一に配合し、均一
に拡散させ得るものであれば、その形状や材質等は特に
制限されず、例えば絶縁層押出機のダイプレートの下流
のシリンダーの内壁に設けた円筒状の多孔質金属もしく
はセラミック焼結体、金属やプラスチック等からなる円
板状体を数枚間隔をあけて重ねたもの、または多数の直
方体形状板を放射状に並べたもの等が使用できる。ま
た、注入手段への有機過酸化物の供給は、適温に保温さ
れた有機過酸化物を貯蔵する外部タンク等から慣用のポ
ンプ等の手段により行われ得る。
装置は、内部半導電層押出機、絶縁層押出機および外部
半導電層押出機を配置した三層コモンクロスヘッドを有
するものであり、絶縁層のための有機過酸化物の注入手
段を特定位置に設けてある以外は公知のものがそのまま
使用できる。有機過酸化物の上記注入手段は溶融ポリエ
チレン系樹脂流中に有機過酸化物を均一に配合し、均一
に拡散させ得るものであれば、その形状や材質等は特に
制限されず、例えば絶縁層押出機のダイプレートの下流
のシリンダーの内壁に設けた円筒状の多孔質金属もしく
はセラミック焼結体、金属やプラスチック等からなる円
板状体を数枚間隔をあけて重ねたもの、または多数の直
方体形状板を放射状に並べたもの等が使用できる。ま
た、注入手段への有機過酸化物の供給は、適温に保温さ
れた有機過酸化物を貯蔵する外部タンク等から慣用のポ
ンプ等の手段により行われ得る。
【0012】本発明において、ポリエチレン系樹脂と
は、低圧法高密度ポリエチレン(HDPE)、高圧法低
密度ポリエチレン(HP−LDPE)、直鎖状低密度エ
チレン−αオレフィン共重合体(LLDPE)、直鎖状
超低密度エチレン−αオレフィン共重合体(VLDP
E)、メタロセン系シングルサイト触媒によって製造し
たエチレン−αオレフィン共重合体または上記のものに
酸化防止剤、トリー発生防止剤等を配合したもの等を意
味する。
は、低圧法高密度ポリエチレン(HDPE)、高圧法低
密度ポリエチレン(HP−LDPE)、直鎖状低密度エ
チレン−αオレフィン共重合体(LLDPE)、直鎖状
超低密度エチレン−αオレフィン共重合体(VLDP
E)、メタロセン系シングルサイト触媒によって製造し
たエチレン−αオレフィン共重合体または上記のものに
酸化防止剤、トリー発生防止剤等を配合したもの等を意
味する。
【0013】本発明において、ポリエチレン系樹脂は絶
縁層押出機中で150〜170℃の温度範囲で加熱混練
する。150℃未満であると、有機過酸化物をダイプレ
ートの下流で配合した場合、有機過酸化物がポリエチレ
ン系樹脂流に均一に拡散しないので望ましくなく、17
0℃を越えると有機過酸化物がポリエチレン系樹脂流に
均一に拡散する以前に分解し、均一な有機過酸化物配合
ポリエチレン系樹脂流が得られないので望ましくない。
縁層押出機中で150〜170℃の温度範囲で加熱混練
する。150℃未満であると、有機過酸化物をダイプレ
ートの下流で配合した場合、有機過酸化物がポリエチレ
ン系樹脂流に均一に拡散しないので望ましくなく、17
0℃を越えると有機過酸化物がポリエチレン系樹脂流に
均一に拡散する以前に分解し、均一な有機過酸化物配合
ポリエチレン系樹脂流が得られないので望ましくない。
【0014】本発明において、絶縁層押出機の先端部に
500メッシュ以上の目の細かいスクリーンパックを設
置するが、これによりポリエチレン系樹脂中の50μm
以上の異物が除去される。50μm以上の異物がそのま
まポリエチレン系樹脂に残留して導体上に被覆される
と、高電圧荷電によりトリーを発生し、絶縁破壊を起こ
し、電力ケーブルの寿命を短縮し、好ましくない。
500メッシュ以上の目の細かいスクリーンパックを設
置するが、これによりポリエチレン系樹脂中の50μm
以上の異物が除去される。50μm以上の異物がそのま
まポリエチレン系樹脂に残留して導体上に被覆される
と、高電圧荷電によりトリーを発生し、絶縁破壊を起こ
し、電力ケーブルの寿命を短縮し、好ましくない。
【0015】従来の方法において、50μm以上の異物
の除去はポリエチレンペレットを製造する工程で行われ
ていたが、その後の空気輸送ライン、輸送コンテナ充填
時、コンテナ輸送時、電力ケーブル製造工場における押
出機への供給時等に異物は頻繁に混入する。後に混入す
るこの異物は押出機中に設けたスクリーンパックにより
除去しなければならないが、従来は押出機の加熱混練温
度が120〜130℃で操業せざるをえなかったので
(上記温度以上では有機過酸化物が分解し、早期架橋を
起こす)、ポリエチレン系樹脂の溶融粘度が大きく、5
00メッシュ以上という目の細かいスクリーンパックを
通すと異物による目詰まりが起こりやすく、生産性が低
下し、スクリーンパックの交換による操業ロスが発生し
ていた。これに対し、本発明では、150〜170℃と
高温で操業できるため、ポリエチレン系樹脂の溶融粘度
が低く、生産性の低下を来すことなく、しかもペレット
製造段階で異物を除去する必要がなく、コストダウンが
実現できるという効果を奏する。
の除去はポリエチレンペレットを製造する工程で行われ
ていたが、その後の空気輸送ライン、輸送コンテナ充填
時、コンテナ輸送時、電力ケーブル製造工場における押
出機への供給時等に異物は頻繁に混入する。後に混入す
るこの異物は押出機中に設けたスクリーンパックにより
除去しなければならないが、従来は押出機の加熱混練温
度が120〜130℃で操業せざるをえなかったので
(上記温度以上では有機過酸化物が分解し、早期架橋を
起こす)、ポリエチレン系樹脂の溶融粘度が大きく、5
00メッシュ以上という目の細かいスクリーンパックを
通すと異物による目詰まりが起こりやすく、生産性が低
下し、スクリーンパックの交換による操業ロスが発生し
ていた。これに対し、本発明では、150〜170℃と
高温で操業できるため、ポリエチレン系樹脂の溶融粘度
が低く、生産性の低下を来すことなく、しかもペレット
製造段階で異物を除去する必要がなく、コストダウンが
実現できるという効果を奏する。
【0016】本発明において、有機過酸化物はダイプレ
ートの直後の位置から外部半導電層押出機の直下の位置
までの溶融ポリエチレン系樹脂の流路の任意の地点にお
いて、該流路の壁面から溶融樹脂流に注入配合される。
ダイプレートより上流の位置で有機過酸化物が150〜
170℃の溶融ポリエチレン系樹脂流中に注入され加熱
混練されると、早期架橋が起こり、導体への被覆前に架
橋が不均一に起こり、良好な品質の電力ケーブルは製造
できず、また、外部半導電層押出機の直下の地点より下
流に有機過酸化物の注入手段を設置することは、本発明
に使用する三層コモン押出装置の構造上困難であり、ま
たできたとしてもコストアップとなり望ましくない。
ートの直後の位置から外部半導電層押出機の直下の位置
までの溶融ポリエチレン系樹脂の流路の任意の地点にお
いて、該流路の壁面から溶融樹脂流に注入配合される。
ダイプレートより上流の位置で有機過酸化物が150〜
170℃の溶融ポリエチレン系樹脂流中に注入され加熱
混練されると、早期架橋が起こり、導体への被覆前に架
橋が不均一に起こり、良好な品質の電力ケーブルは製造
できず、また、外部半導電層押出機の直下の地点より下
流に有機過酸化物の注入手段を設置することは、本発明
に使用する三層コモン押出装置の構造上困難であり、ま
たできたとしてもコストアップとなり望ましくない。
【0017】本発明において、有機過酸化物が加熱混練
後の溶融ポリエチレン樹脂流中に溶融樹脂流路内壁から
均一に注入されることにより、該樹脂流中への有機過酸
化物の均一な拡散が可能となり、結果的に均一な架橋体
を得ることが可能となったものである。均一に有機過酸
化物が配合された溶融ポリエチレン樹脂流は、下流のダ
イスにおいて、絶縁層として、内部半導電層上に被覆さ
れ、さらにその上に外部半導電層が被覆され、そして内
部半導電層、絶縁層および外部半導電層を有する導体
は、例えばダイス下流にある架橋管等においてさらに1
80〜300℃に加熱され、それにより架橋されて、電
力ケーブルが製造される。
後の溶融ポリエチレン樹脂流中に溶融樹脂流路内壁から
均一に注入されることにより、該樹脂流中への有機過酸
化物の均一な拡散が可能となり、結果的に均一な架橋体
を得ることが可能となったものである。均一に有機過酸
化物が配合された溶融ポリエチレン樹脂流は、下流のダ
イスにおいて、絶縁層として、内部半導電層上に被覆さ
れ、さらにその上に外部半導電層が被覆され、そして内
部半導電層、絶縁層および外部半導電層を有する導体
は、例えばダイス下流にある架橋管等においてさらに1
80〜300℃に加熱され、それにより架橋されて、電
力ケーブルが製造される。
【0018】本発明において、1分間半減期を得るまで
の分解温度が150〜200℃の有機過酸化物として
は、例えば1,1−ビス−第三ブチルパーオキシシクロ
ヘキサン、2,2−ビス−第三ブチルパーオキシブタ
ン、第三ブチルパーオキシベンゾエート、ジクミルパー
オキサイド、2,5−ジメチル−2,5−ジ−第三ブチ
ルパーオキシヘキサン、第三ブチルクミルパーオキサイ
ド、2,5−ジメチル−2,5−ジ−第三ブチルパーオ
キシヘキシン−3等を挙げることができ、特に、ジクミ
ルパーオキサイドが好ましい。しかし、本発明において
使用し得る有機過酸化物はこれらに限定されるものでは
ない。。
の分解温度が150〜200℃の有機過酸化物として
は、例えば1,1−ビス−第三ブチルパーオキシシクロ
ヘキサン、2,2−ビス−第三ブチルパーオキシブタ
ン、第三ブチルパーオキシベンゾエート、ジクミルパー
オキサイド、2,5−ジメチル−2,5−ジ−第三ブチ
ルパーオキシヘキサン、第三ブチルクミルパーオキサイ
ド、2,5−ジメチル−2,5−ジ−第三ブチルパーオ
キシヘキシン−3等を挙げることができ、特に、ジクミ
ルパーオキサイドが好ましい。しかし、本発明において
使用し得る有機過酸化物はこれらに限定されるものでは
ない。。
【0019】本発明において有機過酸化物の注入量は架
橋ポリエチレン絶縁電力ケーブルの絶縁層のために通常
用いられる量であり、ポリエチレン系樹脂100重量部
に対して1.0〜5.0重量部であることが好ましい。
橋ポリエチレン絶縁電力ケーブルの絶縁層のために通常
用いられる量であり、ポリエチレン系樹脂100重量部
に対して1.0〜5.0重量部であることが好ましい。
【0020】また、本発明において、内部半導電層およ
び外部半導電層は、絶縁層押出機のそれぞれ上流側およ
び下流側に配置された内部半導電層押出機および外部半
導電層押出機から押出されるが、この際に用いられる樹
脂は、架橋ポリエチレン絶縁電力ケーブルの内部および
外部半導電層に慣用のものが使用でき、例えば上記のポ
リエチレン系樹脂に有機過酸化物(例えば上に列挙した
もの)、酸化防止剤およびその他の添加剤からなる樹脂
組成物である。
び外部半導電層は、絶縁層押出機のそれぞれ上流側およ
び下流側に配置された内部半導電層押出機および外部半
導電層押出機から押出されるが、この際に用いられる樹
脂は、架橋ポリエチレン絶縁電力ケーブルの内部および
外部半導電層に慣用のものが使用でき、例えば上記のポ
リエチレン系樹脂に有機過酸化物(例えば上に列挙した
もの)、酸化防止剤およびその他の添加剤からなる樹脂
組成物である。
【0021】
【実施例】次に本発明を実施例に基づいて説明するが、
本発明はこれらに限定されるものではない。 三層コモン押出装置 図1に本発明の架橋ポリエチレン絶縁電力ケーブルの製
造方法に使用される三層コモン押出装置の先端部である
三層コモンクロスヘッド1の一実施例を示す。この三層
コモンクロスヘッド1は上流側(左側)より下流側(右
側)に向けて内部半導電層押出機2、絶縁層押出機3お
よび外部半導電層押出機4を配置してなり、各押出機は
それぞれ樹脂を送り、加熱・混練するためのスクリュー
21,31,41、スクリーンパック22,32,42
を上部に有するダイプレート23,33,43がシリン
ダー24,34,44内に収められている。
本発明はこれらに限定されるものではない。 三層コモン押出装置 図1に本発明の架橋ポリエチレン絶縁電力ケーブルの製
造方法に使用される三層コモン押出装置の先端部である
三層コモンクロスヘッド1の一実施例を示す。この三層
コモンクロスヘッド1は上流側(左側)より下流側(右
側)に向けて内部半導電層押出機2、絶縁層押出機3お
よび外部半導電層押出機4を配置してなり、各押出機は
それぞれ樹脂を送り、加熱・混練するためのスクリュー
21,31,41、スクリーンパック22,32,42
を上部に有するダイプレート23,33,43がシリン
ダー24,34,44内に収められている。
【0022】さらにそれぞれのダイプレートを通過した
樹脂R1,R2,R3は、三層コモンクロスヘッド1の
内側から外側に向けてそれぞれ同軸に設けている内部半
導電層用樹脂流路25、絶縁層用樹脂流路35および外
部半導電層用樹脂流路45を介して、内部半導電層用ダ
イス29、絶縁層用ダイス38および外部半導電層用ダ
イス47から押出される。内部半導電層用樹脂流路25
はニップルホルダー26およびニップル28と内部半導
電層ダイスホルダー27および内部半導電層用ダイス2
9との間に形成され、絶縁層用樹脂流路35は絶縁層用
マスターコア37、内部半導電層用ダイスホルダー27
および内部半導電層用ダイス29とコアホルダー36、
外部半導電層用マスターコア46および絶縁層用ダイス
38との間に形成され、そして外部半導電層用樹脂流路
45は外部半導電層用マスターコア46および絶縁層用
ダイス38とダイスホルダー48および外部半導電層用
ダイス47との間にそれぞれ形成される。
樹脂R1,R2,R3は、三層コモンクロスヘッド1の
内側から外側に向けてそれぞれ同軸に設けている内部半
導電層用樹脂流路25、絶縁層用樹脂流路35および外
部半導電層用樹脂流路45を介して、内部半導電層用ダ
イス29、絶縁層用ダイス38および外部半導電層用ダ
イス47から押出される。内部半導電層用樹脂流路25
はニップルホルダー26およびニップル28と内部半導
電層ダイスホルダー27および内部半導電層用ダイス2
9との間に形成され、絶縁層用樹脂流路35は絶縁層用
マスターコア37、内部半導電層用ダイスホルダー27
および内部半導電層用ダイス29とコアホルダー36、
外部半導電層用マスターコア46および絶縁層用ダイス
38との間に形成され、そして外部半導電層用樹脂流路
45は外部半導電層用マスターコア46および絶縁層用
ダイス38とダイスホルダー48および外部半導電層用
ダイス47との間にそれぞれ形成される。
【0023】ここで、絶縁層用押出機3内に設けたスク
リーンパック32は500メッシュ以上の目の細かいも
のであり、ダイプレート33直後のシリンダー34内壁
には有機過酸化物注入装置39が備えられており、有機
過酸化物は該装置39を介して溶融ポリエチレン系樹脂
流中に均一に配合、拡散される。また、有機過酸化物は
外部に設けた有機過酸化物貯蔵タンク9に貯蔵され、7
0〜80℃に保温されており、輸送パイプ10を介して
有機過酸化物注入装置39へ高圧定量輸送ポンプ11に
よりその量が制御されて送られる。
リーンパック32は500メッシュ以上の目の細かいも
のであり、ダイプレート33直後のシリンダー34内壁
には有機過酸化物注入装置39が備えられており、有機
過酸化物は該装置39を介して溶融ポリエチレン系樹脂
流中に均一に配合、拡散される。また、有機過酸化物は
外部に設けた有機過酸化物貯蔵タンク9に貯蔵され、7
0〜80℃に保温されており、輸送パイプ10を介して
有機過酸化物注入装置39へ高圧定量輸送ポンプ11に
よりその量が制御されて送られる。
【0024】上記のようにして、各押出機2,3,4か
ら送られる溶融樹脂はそれぞれ内部半導電層用ダイス2
9、絶縁層用ダイス38および外部半導電層用ダイス4
7から同時に、三層コモンクロスヘッド1の中心軸に沿
って送られる導体5上に押出被覆され、次いで樹脂被覆
後の導体は図示していない架橋管に送られて加熱架橋さ
れて、架橋ポリエチレン絶縁電力ケーブルが製造され
る。
ら送られる溶融樹脂はそれぞれ内部半導電層用ダイス2
9、絶縁層用ダイス38および外部半導電層用ダイス4
7から同時に、三層コモンクロスヘッド1の中心軸に沿
って送られる導体5上に押出被覆され、次いで樹脂被覆
後の導体は図示していない架橋管に送られて加熱架橋さ
れて、架橋ポリエチレン絶縁電力ケーブルが製造され
る。
【0025】図2ないし図4は有機過酸化物注入装置3
9の種々の態様を示すものである。図2に示す例は、有
機過酸化物注入装置39が多孔質金属焼結体または多孔
質セラミック焼結体の円筒状物から形成されるものであ
り、図3に示す例は、金属またはプラスチック等からな
る環状の板を数枚(本例では6枚)、わずかな間隔をお
いて重ね合わせたものからなり、そして図4に示す例
は、多数(本例では24枚)の直方体形状板をそれらの
長手と樹脂の流れ方向とが一致するようにして放射状に
並べたものからなり、図2に示す注入装置ではその多数
の小孔、図3および図4に示すものでは板体の間隙を介
して有機過酸化物が樹脂流中に注入される。
9の種々の態様を示すものである。図2に示す例は、有
機過酸化物注入装置39が多孔質金属焼結体または多孔
質セラミック焼結体の円筒状物から形成されるものであ
り、図3に示す例は、金属またはプラスチック等からな
る環状の板を数枚(本例では6枚)、わずかな間隔をお
いて重ね合わせたものからなり、そして図4に示す例
は、多数(本例では24枚)の直方体形状板をそれらの
長手と樹脂の流れ方向とが一致するようにして放射状に
並べたものからなり、図2に示す注入装置ではその多数
の小孔、図3および図4に示すものでは板体の間隙を介
して有機過酸化物が樹脂流中に注入される。
【0026】電力ケーブルの製造例 上で説明した三層コモン押出装置を用いて行った電力ケ
ーブルの製造例について次に説明する。高圧法低密度ポ
リエチレン(密度0.92g/ml,メルトインデック
ス3.2g/10分)100重量部に酸化防止剤〔商品
名シーノックスBCS(SeenoxBCS),4,4’−チオビ
ス(6−第三ブチル−3−メチルフェノール〕0.18
重量部を配合したポリエチレン樹脂組成物を絶縁層用樹
脂組成物として準備した。高圧法エチレン−酢酸ビニル
共重合体(酢酸ビニル含有量28重量%,メルトインデ
ックス20g/10分)100重量部に酸化防止剤〔商
品名イルガノックス1010(Irganox 1010)0.3重量
部およびアセチレンブラック80重量部を130℃で1
0分間混練した後、ペレット(3mm×3mm)とし、
これに有機過酸化物(2,5−ジメチル−2,5−ジ
(第三ブチルパーオキシ)ヘキシン)0.5重量部添加
し、70℃で10時間攪拌しながら混合して、ペレット
内部まで有機過酸化物を含浸させ、内部および外部半導
電層用樹脂組成物として準備した。
ーブルの製造例について次に説明する。高圧法低密度ポ
リエチレン(密度0.92g/ml,メルトインデック
ス3.2g/10分)100重量部に酸化防止剤〔商品
名シーノックスBCS(SeenoxBCS),4,4’−チオビ
ス(6−第三ブチル−3−メチルフェノール〕0.18
重量部を配合したポリエチレン樹脂組成物を絶縁層用樹
脂組成物として準備した。高圧法エチレン−酢酸ビニル
共重合体(酢酸ビニル含有量28重量%,メルトインデ
ックス20g/10分)100重量部に酸化防止剤〔商
品名イルガノックス1010(Irganox 1010)0.3重量
部およびアセチレンブラック80重量部を130℃で1
0分間混練した後、ペレット(3mm×3mm)とし、
これに有機過酸化物(2,5−ジメチル−2,5−ジ
(第三ブチルパーオキシ)ヘキシン)0.5重量部添加
し、70℃で10時間攪拌しながら混合して、ペレット
内部まで有機過酸化物を含浸させ、内部および外部半導
電層用樹脂組成物として準備した。
【0027】多孔質金属焼結体(内径10cm,外径1
1cm,長さ3cmの円筒状体)をダイプレートの直下
5cmの位置に図2に示すようにシリンダー34に埋め
込み、有機過酸化物注入装置39とした。次に、前記絶
縁層用樹脂組成物を絶縁層押出機により加熱混練し、1
60℃で該押出機からダイプレートを介してシリンダー
に押出し、ダイプレートの直下5cmの位置にある上記
注入装置から有機過酸化物(ここではジクミルパーオキ
サイド)を前記絶縁層用樹脂組成物100重量部に対し
て2重量部となるように注入した。一方、内部半導電層
用押出機および外部半導電層用押出機に上記半導電層用
樹脂組成物を供給し、これらもまた160℃で加熱混練
し、各ダイスに送る。内部半導電層、絶縁層および外部
半導電層の三層を各ダイスから導体上に同時に押出被覆
し、その下流に位置する230℃に加熱した架橋管で架
橋反応を行い、電力ケーブルを得た。
1cm,長さ3cmの円筒状体)をダイプレートの直下
5cmの位置に図2に示すようにシリンダー34に埋め
込み、有機過酸化物注入装置39とした。次に、前記絶
縁層用樹脂組成物を絶縁層押出機により加熱混練し、1
60℃で該押出機からダイプレートを介してシリンダー
に押出し、ダイプレートの直下5cmの位置にある上記
注入装置から有機過酸化物(ここではジクミルパーオキ
サイド)を前記絶縁層用樹脂組成物100重量部に対し
て2重量部となるように注入した。一方、内部半導電層
用押出機および外部半導電層用押出機に上記半導電層用
樹脂組成物を供給し、これらもまた160℃で加熱混練
し、各ダイスに送る。内部半導電層、絶縁層および外部
半導電層の三層を各ダイスから導体上に同時に押出被覆
し、その下流に位置する230℃に加熱した架橋管で架
橋反応を行い、電力ケーブルを得た。
【0028】この電力ケーブルの絶縁層の各部分のゲル
分率を測定したところ、80.1%±0.3%であり、
非常に均一な架橋体を形成していることが判明した。ま
た、500kV絶縁破壊試験を行ったが、破壊すること
はなかった。
分率を測定したところ、80.1%±0.3%であり、
非常に均一な架橋体を形成していることが判明した。ま
た、500kV絶縁破壊試験を行ったが、破壊すること
はなかった。
【0029】比較例 上記の電力ケーブル製造例において、ジクミルパーオキ
サイドを絶縁層用押出機のダイプレートの20cm前
(上流)で注入したところ、早期架橋が起こり、ゲル分
率は68.2%±8.5%であり、均一な架橋体は得ら
れなかった。
サイドを絶縁層用押出機のダイプレートの20cm前
(上流)で注入したところ、早期架橋が起こり、ゲル分
率は68.2%±8.5%であり、均一な架橋体は得ら
れなかった。
【0030】
【発明の効果】本発明の架橋ポリエチレン絶縁電力ケー
ブルの製造方法は上に詳しく説明したような構成を採用
したことにより、従来のものに比べ以下のような顕著な
効果を奏する: (a)従来の絶縁層押出機における加熱混練温度は有機
過酸化物による早期架橋を避けるため、120〜130
℃と比較的低い温度で行っていたが、このような低い温
度範囲だと溶融ポリエチレン系樹脂の粘度が高く、スク
リーンパックを通過する際に大きな抵抗を生じ、生産性
の低下を来していたが、本発明では絶縁層押出機での加
熱混練温度が150〜170℃と高いため、溶融ポリエ
チレン系樹脂の粘度は低く、スクリーンパックを通過す
る際の抵抗は小さいので、高い生産性での処理が可能で
ある。また、加熱エネルギーも節約でき、コストの低下
を図ることができる。 (b)スクリーンパックに目の細かいメッシュのフィル
ター(金網)が適用できるので、50μm程度の微小な
異物が除去でき、高品質の電力ケーブルが製造される。 (c)電力ケーブルの絶縁層には、150℃以上の融点
を有する酸化防止剤を通常使用するが、従来法ではこの
酸化防止剤の分散が不十分であったのに対し、本発明で
は150〜170℃で絶縁層用押出機を操作するので、
良好な分散が可能となり、ボイドがない電力ケーブル絶
縁層とすることができ、結果として寿命の長い電力ケー
ブルが得られる。 (d)本発明の方法において、150〜170℃という
高い温度で有機過酸化物を溶融ポリエステル樹脂流に均
一に添加し、非常に早い速度で拡散させることができる
ので、絶縁層内の架橋および該層と内部および外部半導
電層との架橋が可能であり、それらの層間の界面に突起
が生じないので、電力ケーブルの寿命を長くすることが
できる。 (e)高温において押出加工特性が悪く、従来、生産性
を犠牲にして使用せざるを得なかったポリエチレン系樹
脂、例えばLLDPE、VLDPE、メタロセン系シン
グルサイト触媒によるポリエチレン等も、本発明によれ
ば生産性を犠牲にすることなく使用できる。特に、メタ
ロセン系シングルサイト触媒によるポリエチレンは電気
特性、機械的特性が良好であるため、将来1000kV
クラスの電力ケーブルに適用が予定されているが、本発
明の方法により、このポリエチレン樹脂を用いて高い生
産性で押出被覆が可能である。
ブルの製造方法は上に詳しく説明したような構成を採用
したことにより、従来のものに比べ以下のような顕著な
効果を奏する: (a)従来の絶縁層押出機における加熱混練温度は有機
過酸化物による早期架橋を避けるため、120〜130
℃と比較的低い温度で行っていたが、このような低い温
度範囲だと溶融ポリエチレン系樹脂の粘度が高く、スク
リーンパックを通過する際に大きな抵抗を生じ、生産性
の低下を来していたが、本発明では絶縁層押出機での加
熱混練温度が150〜170℃と高いため、溶融ポリエ
チレン系樹脂の粘度は低く、スクリーンパックを通過す
る際の抵抗は小さいので、高い生産性での処理が可能で
ある。また、加熱エネルギーも節約でき、コストの低下
を図ることができる。 (b)スクリーンパックに目の細かいメッシュのフィル
ター(金網)が適用できるので、50μm程度の微小な
異物が除去でき、高品質の電力ケーブルが製造される。 (c)電力ケーブルの絶縁層には、150℃以上の融点
を有する酸化防止剤を通常使用するが、従来法ではこの
酸化防止剤の分散が不十分であったのに対し、本発明で
は150〜170℃で絶縁層用押出機を操作するので、
良好な分散が可能となり、ボイドがない電力ケーブル絶
縁層とすることができ、結果として寿命の長い電力ケー
ブルが得られる。 (d)本発明の方法において、150〜170℃という
高い温度で有機過酸化物を溶融ポリエステル樹脂流に均
一に添加し、非常に早い速度で拡散させることができる
ので、絶縁層内の架橋および該層と内部および外部半導
電層との架橋が可能であり、それらの層間の界面に突起
が生じないので、電力ケーブルの寿命を長くすることが
できる。 (e)高温において押出加工特性が悪く、従来、生産性
を犠牲にして使用せざるを得なかったポリエチレン系樹
脂、例えばLLDPE、VLDPE、メタロセン系シン
グルサイト触媒によるポリエチレン等も、本発明によれ
ば生産性を犠牲にすることなく使用できる。特に、メタ
ロセン系シングルサイト触媒によるポリエチレンは電気
特性、機械的特性が良好であるため、将来1000kV
クラスの電力ケーブルに適用が予定されているが、本発
明の方法により、このポリエチレン樹脂を用いて高い生
産性で押出被覆が可能である。
【図1】本発明の架橋ポリエチレン絶縁電力ケーブルの
製造方法に用いられる三層コモン押出装置の一例を示す
縦断面図である。
製造方法に用いられる三層コモン押出装置の一例を示す
縦断面図である。
【図2】本発明の方法において用いられる有機過酸化物
注入装置の一例を示し、(a)は縦断面図、(b)は
(a)のb−b線に沿った断面図である。
注入装置の一例を示し、(a)は縦断面図、(b)は
(a)のb−b線に沿った断面図である。
【図3】本発明の方法において用いられる有機過酸化物
注入装置の別の例を示し、(a)は縦断面図、(b)は
(a)のb−b線に沿った断面図である。
注入装置の別の例を示し、(a)は縦断面図、(b)は
(a)のb−b線に沿った断面図である。
【図4】本発明の方法において用いられる有機過酸化物
注入装置のさらに別の例を示し、(a)は縦断面図、
(b)は(a)のb−b線に沿った断面図である。
注入装置のさらに別の例を示し、(a)は縦断面図、
(b)は(a)のb−b線に沿った断面図である。
1 三層コモンクロスヘッド 2 内部半導電層用押出機 3 絶縁層用押出機 4 外部半導電層用押出機 5 導体 6 内部半導電層 7 絶縁層 8 外部半導電層 32 スクリーンパック 33 ダイプレート 39 有機過酸化物注入装置
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C08K 5/14 KES C08K 5/14 KES C08L 23/04 C08L 23/04 23/26 LDF 23/26 LDF // B29K 23:00 105:24 105:34 B29L 31:00
Claims (1)
- 【請求項1】 内部半導電層押出機、絶縁層押出機およ
び外部半導電層押出機を配置した三層コモンクロスヘッ
ドを有する三層コモン押出装置を用いて架橋ポリエチレ
ン絶縁電力ケーブルを製造する方法において、絶縁層押
出機中でポリエチレン系樹脂を150〜170℃の温度
範囲で加熱混練し、該絶縁層押出機の先端部に設けられ
た500メッシュ以上のスクリーンパックを有するダイ
プレートから上記混練樹脂を溶融状態で押出し、該ダイ
プレートの直後から外部半導電層押出機の直下までの溶
融ポリエチレン系樹脂の流路の任意の位置において、1
分間半減期を得るまでの分解温度が150〜200℃の
有機過酸化物を溶融ポリエチレン系樹脂中に注入配合し
た後に、絶縁層を内部半導電層および外部半導電層と共
に導体上に同時に押出被覆し、さらに加熱架橋させるこ
とを特徴とする架橋ポリエチレン絶縁電力ケーブルの製
造方法。
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| JP7124371A JPH08298032A (ja) | 1995-04-25 | 1995-04-25 | 架橋ポリエチレン絶縁電力ケーブルの製造方法 |
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7124371A JPH08298032A (ja) | 1995-04-25 | 1995-04-25 | 架橋ポリエチレン絶縁電力ケーブルの製造方法 |
Publications (1)
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|---|---|
| JPH08298032A true JPH08298032A (ja) | 1996-11-12 |
Family
ID=14883751
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7124371A Pending JPH08298032A (ja) | 1995-04-25 | 1995-04-25 | 架橋ポリエチレン絶縁電力ケーブルの製造方法 |
Country Status (2)
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| JP (1) | JPH08298032A (ja) |
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|---|---|
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