JPH09115367A - 架橋ポリエチレン絶縁電力ケーブルおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】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、
その製法の提供。 【解決手段】内部半導電層、絶縁層、外部半導電層の各
押出機を配置した三層コモンクロスヘッドを持つ押出装
置を用い、導体上に上記三層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、内部半導電層用として有機過酸化物を含まない、
絶縁層用、外部半導電層用として有機過酸化物を含むエ
チレン系樹脂組成物を用い、内部半導電層押出機中で内
部半導電層用の組成物を１５０〜２５０℃に加熱溶融し
た後にダイプレートに設けた５００メッシュ以上のスク
リーンパックを通して異物を除去し、その温度で導体上
に押出被覆する際に、絶縁層中の有機過酸化物の一部を
内部半導電層側に移行させる製法。それにより得られた
電力ケーブル。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は架橋ポリエチレン絶
縁電力ケーブルおよびその製造方法に関する。本発明に
おいて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】架橋ポリエチレン絶縁電力ケーブルは、
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て、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、ＯＦケーブル（油浸紙絶縁ケーブル）に必要な
設置スペース、メンテナンスおよび油による火災対策等
の費用が不要であるので、近年、ＯＦケーブルに代わっ
て使用されるようになってきた。

【０００３】架橋ポリエチレン絶縁電力ケーブル（以下
においてＣＶケーブルと呼称することもある）の半導電
層は電位傾度の改善や同電位化を図り、耐電圧性質を向
上させるためのものであり、高温使用時における変形防
止や脆化温度の低減を図り、低温時における脆性破壊を
防止する目的で、有機過酸化物により化学架橋されてい
る。従って、半導電層用樹脂組成物は、架橋剤（有機過
酸化物）を樹脂に混練する工程からケーブルに押出被覆
する工程までの間に、架橋剤が架橋反応を起こさない温
度以下に保って作業する必要があるが、半導電性とする
ために大量のカーボンブラックを配合しているので、混
練時に溶融粘度が上昇し、発熱し、早期架橋を引き起こ
すので、これを回避するため、樹脂としてはなるべく溶
融温度が低く、カーボンブラックの混和性にすぐれ、溶
融粘度が低く、押出加工性が高いエチレン−酢酸ビニル
共重合体（以下においてＥＶＡと呼称することもある）
やエチレン−エチルアクリレート共重合体（以下におい
てＥＥＡと呼称することもある）が使用されてきた。

【０００４】すなわち、上記従来の方法では、早期架橋
を避けるため、ＥＶＡやＥＥＡ等を使用し、低温で被覆
加工を行っているため、被覆速度が遅く、生産性が悪
く、またＥＶＡやＥＥＡ等は分子内に極性基を有するの
で、誘電率や誘電損が大きく、さらに、電力ケーブルを
水中浸漬または導体注水状態に長期間放置した場合、水
トリーの発生、交流破壊電圧の低下等が起こり、電力ケ
ーブルの寿命が短くなり、またＥＶＡやＥＥＡ等は融点
が低いので、電力ケーブルの使用温度の上限が限られる
等の問題点がある。

【０００５】また、半導電層用樹脂組成物に微量の異物
が存在していると、該異物が微量であっても、半導電層
と絶縁層の界面に不整が発生し、不整部で急所的な高電
界部が形成され、コロナ放電やケーブル浸水時の水トリ
ー劣化の原因となり、ケーブル寿命を短くし、望ましく
ない。

【０００６】

【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
する問題点を解決するためになされたものであり、具体
的には（イ）早期架橋による電力ケーブル中における不
整部の発生を防止し、ケーブル寿命を長くすること、
（ロ）早期架橋を回避するため、低温分解性の有機過酸
化物を使用すると生産性が低下するが、これを解決する
こと、（ハ）早期架橋を回避するため、ＥＶＡやＥＥＡ
等の低融点の樹脂を使用すると、ケーブルの電気特性が
低下し、ケーブルの寿命を縮めるが、これを解決するこ
と、（ニ）半導電層用樹脂組成物中の異物の存在による
半導電層と絶縁層との界面における不整をなくし、ケー
ブル寿命を延長すること、（ホ）内部半導電層は、外部
からの加熱加圧架橋では外部からの熱が内部に及ぶまで
に比較的長い時間を要し、生産性が悪化するので、誘電
加熱を併用し、中心の導体側からも加熱し架橋速度を高
められるが、そのためには設備費がかかり、操作コント
ロールが困難であり、コストアップにつながっていた
が、これらの問題点を解決すること、（ヘ）ＥＶＡやＥ
ＥＡ等に代えて、電気特性が良好で、ケーブルの高温時
使用に耐え、ケーブルの寿命を延ばすメタロセン触媒に
よるポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン（例えば
ＬＬＤＰＥ、ＶＬＤＰＥ）等を使用して製造した電力ケ
ーブルを提供すること、（ト）原料のエチレン系樹脂中
に異物が存在していても、容易に除去される電力ケーブ
ルの製造方法を提供し、コストダウンを図ること、等を
課題としてなされたものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者は、従来の電力
ケーブルの製造における上記した問題点を検討したとこ
ろ、上記問題点は内部半導電層用エチレン系樹脂組成物
中の有機過酸化物に起因するものであることを解明し、
内部半導電層用エチレン系樹脂組成物に有機過酸化物を
使用しないにもかかわらず、内部半導電層が従来の電力
ケーブルの内部半導電層と同等に架橋され得ることを、
有機過酸化物の高速分散性の現象を適用することにより
見出し、本発明を完成させた。

【０００８】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、有機過酸化物を含有しない内部半導電層用
エチレン系樹脂組成物、有機過酸化物を含有する絶縁層
用エチレン系樹脂組成物および有機過酸化物を含有する
外部半導電層用エチレン系樹脂組成物を使用し、かつ、
内部半導電層押出機のダイプレートには５００メッシュ
以上のスクリーンパックを設け、内部半導電層用エチレ
ン系樹脂組成物を前記内部半導電層押出機中で１５０〜
２５０℃に加熱溶融した後、前記スクリーンパックを通
過させて異物を除去し、次いで前記の内部半導電層用エ
チレン系樹脂組成物、絶縁層用エチレン系樹脂組成物お
よび外部半導電層用エチレン系樹脂組成物を導体外部に
押出被覆した後、架橋筒内に導き、外部加熱架橋を行う
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。本発明はまた、この本発明の方法に
より製造された架橋ポリエチレン絶縁電力ケーブルに関
する。

【０００９】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、これ自体は公知のものがそのまま使用
できる。

【００１０】本発明において、内部半導電層用エチレン
系樹脂組成物は、エチレン系樹脂１００重量部に対して
導電性付与剤を７０重量部以上を配合したものであり、
有機過酸化物は配合されていないことが必須要件であ
る。その理由は有機過酸化物が配合されていると、早期
架橋を引き起こすからである。なお、導電性付与剤とは
カーボンブラック、例えばファーネスブラック、アセチ
レンブラック、ケッチェンブラック等である。

【００１１】エチレン系樹脂としては、ＥＶＡ、ＥＥ
Ａ、高圧法低密度ポリエチレン（ＨＰ−ＬＤＰＥ）、低
圧法高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、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等が使用できる。

【００１２】本発明において、絶縁層用エチレン系樹脂
組成物は有機過酸化物が配合されていることが必須要件
である。有機過酸化物としては、１分間半減期を得るま
での分解温度が１５０〜２００℃のものが望ましく、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。

【００１３】有機過酸化物の配合量はエチレン系樹脂１
００重量部に対して１．０〜５．０重量部であり、好ま
しくは２．０〜４．０重量部である。絶縁層用エチレン
系樹脂組成物中の有機過酸化物は、溶融状態の内部半導
電層用エチレン系樹脂組成物中に移行するので、その量
を見込んで、内部半導電層と絶縁層とに必要な架橋度
（ゲル分率）を考慮し、配合することが必要である。

【００１４】本発明において外部半導電層用エチレン系
樹脂組成物は有機過酸化物を含有することを必須要件と
する。その理由は有機過酸化物による架橋により外部半
導電層の使用時における機械的強度、耐加熱変形耐力が
得られるからである。

【００１５】絶縁層および外部半導電層に用いるエチレ
ン系樹脂は内部半導電層用として列挙したエチレン系樹
脂から選択され得る。また、外部半導電層用として用い
る有機過酸化物は絶縁層用として列挙したものから選択
され得る。

【００１６】絶縁層および外部半導電層のエチレン系樹
脂組成物にもまた、導電性付与剤が配合されるが、導電
性付与剤とはカーボンブラック、例えばファーネスブラ
ック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック等を意
味する。ケッチェンブラックの場合は樹脂成分１００重
量部に対して１５重量部以上を、その他のカーボンブラ
ックの場合は４０重量部以上を配合する。上記配合量未
満では十分な導電性が得られない。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明においては、内部半導電層
押出機のダイプレートに５００メッシュ以上のスクリー
ンパックを設け、内部半導電層用エチレン系樹脂組成物
を前記内部半導電層押出機中で１５０〜２５０℃、好ま
しくは２００〜２５０℃の温度範囲で加熱溶融し、次い
で１５０〜２５０℃、好ましくは２００〜２５０℃の温
度範囲で加熱溶融された絶縁層と一体化する。上記のよ
うに、内部半導電層用エチレン系樹脂組成物は高温でス
クリーンパックを通過させるので、溶融粘度が低くなっ
ており、目の細かいスクリーンパックを容易に低抵抗で
通過でき、前記組成物中に異物が存在しても、スクリー
ンパックで除去することが可能となり、内部半導電層と
絶縁層の界面に不整部を発生させないので、電力ケーブ
ルの長寿命化を可能とする効果があり、また、内部半導
電層と絶縁層を１５０〜２５０℃、好ましくは２００〜
２５０℃で溶融状態において一体化させるので、絶縁層
に含有されている有機過酸化物が界面を横切って内部半
導電層に高速で移行し、内部半導電層内に均一に分散す
るので、後の工程である架橋筒内で架橋反応を起こし、
内部半導電層を架橋させ、従来の内部半導電層用樹脂組
成物に予め有機過酸化物を配合させた場合より均一な架
橋が起こり、高品質で長寿命の電力ケーブルを製造する
ことができる。

【００１８】本発明においては、上記のように、内部半
導電層を高温で被覆することができ、架橋反応も高温で
行うことができるので、製造工程の速度を非常に高める
ことができ、コストダウンを図ることができる。また、
従来の内部半導電層自体に有機過酸化物を予め含有させ
る架橋方法では、溶融粘度が高すぎて生産性が悪く、使
用できなかったメタロセン系シングルサイト触媒によっ
て製造されるエチレン−αオレフィン共重合体、ＬＬＤ
ＰＥ、ＶＬＤＰＥ、ＨＤＰＥ等の使用が可能となり、電
力ケーブルの高温使用時における劣化防止や変形防止の
効果をより高めることも可能となる。

【００１９】本発明においては、上記した内部半導電層
用エチレン系樹脂組成物、絶縁層用エチレン系樹脂組成
物および外部半導電層用エチレン系樹脂組成物を、三層
コモンクロスヘッドを有する三層コモン押出装置に供給
し、上記３種の樹脂組成物を同時に押出被覆し、その
後、架橋筒内に導入し、外部から加熱して架橋させて、
電力ケーブルを製造する。

【００２０】

【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。 実施例１ Ａ．内部半導電層用エチレン系樹脂組成物の準備 直鎖状低密度エチレン−ブテン−１共重合体（密度０．
９２ｇ／ｍｌ，メルトインデックス３．７ｇ／１０分，
融点１２１℃）１００重量部に酸化防止剤〔イルガノッ
クス１０１０（商品名，Irganox 1010）〕０．３重量部
およびアセチレンブラック８０重量部を１５０℃で１０
分間混練した後、ペレット（３ｍｍ×３ｍｍ）とし、内
部半導電層用エチレン系樹脂組成物とした。 Ｂ．絶縁層用エチレン系樹脂組成物の準備 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３．５ｇ／１０分，融点１０１℃）１
００重量部に酸化防止剤〔シーノックスＢＣＳ（商品
名, Seenox BCS）〕０．１８重量部を１３０℃で１０分
間混練した後、ペレット（３ｍｍ×３ｍｍ）とし、これ
に有機過酸化物（ジクミルパーオキサイド）３重量部を
添加し、７０℃で５時間ゆっくり攪拌して、ペレット内
部まで有機過酸化物を均一に含浸させ、絶縁層用エチレ
ン系樹脂組成物とした。 Ｃ．外部半導電層用エチレン系樹脂組成物の準備 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，融
点９１℃）１００重量部に酸化防止剤〔イルガノックス
１０１０（商品名，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１０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重量部を添加し、７
０℃で５時間ゆっくり攪拌して、ペレット内部まで有機
過酸化物を均一に含浸させ、外部半導電層用樹脂組成物
とした。

【００２１】Ｄ．三層コモン押出装置 ５００メッシュ以上のスクリーンパックをダイプレート
に設けた内部半導電層押出機、絶縁層押出機および外部
半導電層押出機を順次配置した三層コモンクロスヘッド
を有する押出装置を準備した。

【００２２】Ｅ．電力ケーブルの製造 上述した内部半導電層用エチレン系樹脂組成物、絶縁層
用エチレン系樹脂組成物および外部半導電層用エチレン
系樹脂組成物を上記押出装置のそれぞれの押出機に供給
し、内部半導電層押出機では２００℃で加熱混練し、絶
縁層押出機では１３０℃で加熱混練し、外部半導電層押
出機では１１０℃で加熱混練し、それぞれの押出機から
押出し、三層コモンクロスヘッドのダイスより導体上に
同時に押出被覆し、その下流に位置する２３０℃に加熱
した架橋筒で架橋反応を行い、電力ケーブルを得た。こ
の電力ケーブルの各層の架橋度（ゲル分率）を測定した
ところ、内部半導電層、絶縁層および外部半導電層はそ
れぞれ７８％、８２％および８０％であり、各層の界面
では不整は認められず、高品質の電力ケーブルが得られ
た。

【００２３】実施例２ 実施例１において、直鎖状低密度エチレン−ブテン−１
共重合体に代えて、メコロセン系シングルサイト触媒を
用いて製造したエチレン−オクテン−１共重合体（密度
０．９１０ｇ／ｍｌ，メルトインデックス３．５ｇ／１
０分，融点１０３℃）を使用した以外は実施例１と同様
の実験を行ったところ、各層の架橋度（ゲル分率）は、
内部半導電層が７８％、絶縁層が８２％、そして外部半
導電層が８０％であり、各層の界面では不整が認められ
ない高品質の電力ケーブルが得られた。

【００２４】

【発明の効果】本発明の架橋ポリエチレン絶縁電力ケー
ブルおよびそ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）内部半導電層用エチレン系樹脂組成物には有機過
酸化物が配合されていないため、従来のものに比べ高温
で押出被覆できるので、生産性を向上させることがで
き、異物の除去が容易で、しかも異物レベルの低下を図
ることができる。 （ｂ）内部半導電層および絶縁層を高温で押出被覆する
ため、絶縁層の有機過酸化物の一部が高速で内部半導電
層側に移行し、内部半導電層を架橋させるので、内部半
導電層用エチレン系樹脂組成物に有機過酸化物が配合さ
れていないにもかかわらず、内部半導電層は架橋され、
従来の電力ケーブルに比べ低コストで同等の性能の電力
ケーブルを得ることができる。 （ｃ）高温における押出加工性が悪く、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、内部半導電層用樹脂として
使用することができるので、電気的特性、機械的特性、
耐熱性（高温時にても使用可）にすぐれた電力ケーブル
を製造することができる。 （ｄ）内部半導電層の押出被覆において、早期架橋が起
こらないので、高品質の電力ケーブルが得られる。 （ｅ）内部半導電層用押出機には、５００メッシュ以上
のスクリーンパックを取付け、高温操業が可能であるの
で、異物レベルを下げることができ、内部半導電層と絶
縁層との界面における不整の発生を防止でき、界面の不
整部（突起部）から発生するコロナ放電や水トリーを防
止でき、電力ケーブルの寿命を長くすることができる。 （ｆ）従来の外部加熱による架橋では、内部まで熱が伝
導するために比較的長い時間を要し、生産性が悪かった
が、本発明においては、内部半導電層の被覆温度を従来
より高温とすることができるので、高い生産性で押出被
覆が可能である。また、上記被覆温度が高温である程、
有機過酸化物の半減期が短くなり、生産性の向上を図る
ことができる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
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、有機過酸
   化物を含有しない内部半導電層用エチレン系樹脂組成
   物、有機過酸化物を含有する絶縁層用エチレン系樹脂組
   成物および有機過酸化物を含有する外部半導電層用エチ
   レン系樹脂組成物を使用し、かつ、内部半導電層押出機
   のダイプレートには５００メッシュ以上のスクリーンパ
   ックを設け、内部半導電層用エチレン系樹脂組成物を前
   記内部半導電層押出機中で１５０〜２５０℃に加熱溶融
   した後、前記スクリーンパックを通過させて異物を除去
   し、次いで前記の内部半導電層用エチレン系樹脂組成
   物、絶縁層用エチレン系樹脂組成物および外部半導電層
   用エチレン系樹脂組成物を導体外部に押出被覆した後、
   架橋筒内に導き、外部加熱架橋を行うことを特徴とする
   架橋ポリエチレン絶縁電力ケーブルの製造方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の方法により製造された架
   橋ポリエチレン絶縁電力ケーブル。