JPS6082029A - 直流ケ−ブル用絶縁物の絶縁耐力を改善するための方法および装置 - Google Patents

直流ケ−ブル用絶縁物の絶縁耐力を改善するための方法および装置

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JPS6082029A
JPS6082029A JP58189791A JP18979183A JPS6082029A JP S6082029 A JPS6082029 A JP S6082029A JP 58189791 A JP58189791 A JP 58189791A JP 18979183 A JP18979183 A JP 18979183A JP S6082029 A JPS6082029 A JP S6082029A
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JP58189791A
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パオロ・ガツツアナ・プリアロツジア
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Pirelli and C SpA
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Pirelli Cavi SpA
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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】 本発明は高圧直流送電プラント用ケーブルおよび／また
は他の部材の絶縁物の絶縁耐力を改善するための方法お
よび装置に関する。
より詳細には、本発明は１００Ｋ　Ｖ以上の高電圧で動
作するようになされた直流ケーブルに関する。
また本発明は絶縁物を有する直流送電プラント用要素ま
たは付属品、例えば直流架空線の絶縁物あるいは交流／
直流変換所の直流要素の絶縁物にも有利に適用可能であ
る。
簡略化のため以下の説明は直流ケーブル用絶縁物を対象
とするが、同じ概念が上記他の要素、付属品の絶縁物に
も適…し得る。
直流において、特に圧力下で維持されず、かつまた気圧
下でも液圧下でも維持されない絶縁物を有１゛るケーブ
ルにおいては、負荷の切断（断路）後に冷却相が開始し
たときの熱過渡期間中に絶縁物の絶縁耐力に臨界状態の
発生ずることが知られている。
油やガスの供給を受けない、したがって意図的な流体圧
の印加を受けないこの種ケーブルの絶縁物は上記熱過渡
期間中に長さ方向の流体運動を何ら呈することなく、主
として半径方向に拡張または収縮づ”るだけである。
一様な外部圧力が存すれば、絶縁物の加熱および半径方
向拡張の間に内部圧力が上昇する。
冷却相の期間中、絶縁物の熱収縮により内部圧力が低下
し、空胴（キャビティ）またはガスバブルが突然に形成
されるかまたはその寸法が増大する。このような空胴に
お１プる残留ガスの圧力は大気圧よりずっと低い。
このような空胴は部分放電を発生せしめ、これが分裂放
電に発展して絶縁破壊に至ることがある。
これは押出し型絶縁ケーブルにつき本出願人の研究所で
実施した試験を通じてあまねく証明されたことであるが
、化合物含浸紙絶縁物を右するケーブルについては下記
の文献を検討してよい。
−パ高電圧直流ケーブル：技術の現状″ジー・マシオ（
Ｇ、　Ｍａｓｃｈｉｏ）おＪ：びイー・オツチニ（Ｅ、
　０ｃｃｈｉｎｉ）、２１／２９　１９７４年８月、Ｃ
ＩＧＲＥ−′ザルジニアとコルシカ間およびコルシカと
イタリア間の２００Ｋ　Ｖ直流海底ケーブル接続″ガツ
ザナ　プリアロツジア（Ｇ　ａｚｚａｎａｐ　ｒｉａｒ
ｏｇｇ、ｉａ　）および パラントリ（Ｐ　ａｌａｎｄｒｉ　）、１０／２０　１
９６８年、ＧＩＧＲＥ −“′高圧直流送電用含浸紙絶縁ケーブルにお【プる絶
縁現象″ ガッザナ　プリアロツジア（Ｇ　ａｚｚａｎａＰ　ｒｉ
ａｒｏｇｇｉａ　）、「直流」１第８巻　１９６３年８
月８日 ケーブル尋体上の最大電界が５０ＫＶ／１１１１＋１ま
たはそれ以下であってもケーブルの加熱期間中に１０°
乃至１５℃の温度差が絶縁物に分布すれば、負荷の切断
から２時間以内に急激的な絶縁物破壊を生ずるのに十分
である。
交流においても冷却相期間中に空胴が形成され、あるい
は既に形成されていればその寸法が増大する。しかしそ
の現象は直流に比して危険度の小さいものであり、これ
は上記文献によると少なくとも下記の３つの要因に基づ
く。
１）直流と交流とでは電界分布が異なり、特に平坦形状
を有する気体空胴にあっては、前イオン化相（段階）の
期間中交流にりも直流のほうが電界集中を発生させやず
い。これは交流における相対誘電率に対して直流におけ
る相対導電率の作用が異なることに起因゛する。実際、
電界分布は、交流では相対窓誘電率の関数になるが、直
流では抵抗率の関数になる。
直流では気体空胴の抵抗率が実用上無限大であるためそ
こに極めて高い電界が局在して放電の危険性がかなり高
い。
２）直流ケーブルがザービス（電力供給）中に受ける平
均電界は交流ケーブルのもの（ピーク値で測定）よりも
ずっと高い。
３）直流にお（プる静電荷蓄積は気体バブ′１しでイオ
ン化が開始したとぎに分裂してしまうＩＪど大きなエネ
ルギを有する。
交流では荷電を排出する制御作用が極性の交番によって
与えられるため、そのような現象は起こらない。
従来、上記欠点を除去するため、押出し型絶縁ケーブル
に対しては気体空胴の数および寸法を可及的に減少させ
るよう油または不活性ガスの雰囲気中で絶縁物をいわゆ
る゛季乞式キュア（ｃｕｒｉｎｇ）　”−架橋させる技
術が提案され、また粘性油浸漬または油粘性化合物浸漬
紙で絶縁されたケーブルに対しては、極薄の紙を用いて
これをコンパクトに巻回することにより収縮期間中上記
化合物内に形成される空胴をできる限り小さくする技術
が提案されている。
しかしその結果前られる絶縁耐力の増加ははんのわずか
であり、高々導電体上の最大電界の１０％程度にすぎな
い。
含浸紙絶縁ケーブルに、予形成の空胴を形成するに有利
な非マイグレーション化合物含浸紙テープを使用するこ
とも試みられた。
このような予形成の空胴は、熱過波期間中に限定された
サイズでその寸法を変えその内部に無視できない程の気
圧、すなわちガスイオン化を阻止しまたは弱めるに十分
な気圧を呈するべきものである。しかし現在のプラクテ
ィスにおいてこれを達成するのは困難である。
本出願人はそのイタリア国特許７０８８３２において反
安定基剤を含浸物質および／または絶縁テープに尋人す
ることによって直流含浸ケーブルの絶縁物に安定抵抗値
を与える方法を教示するとともに、そのイタリア国特許
出願第１９１１５Ａ　／　８１　（１９８１年１月１４
日付出願）において直流ケーブルの絶縁体の空胴におけ
る電界を減少しかつ空胴の回りの空間電荷を排出するた
めの低抵抗含浸化合物の利用を提案した。
上記イタリア国特許ｄ５よびイタリア国特許出願の提案
にしたがえば、疑いな〈従来技術レベルよりも良好な結
果が（ｑられるものの、３００Ｋ　Ｖ以上のサービス電
圧用直流ケーブルに対して望まれる最適な作用を奏する
までには至らない。
本発明の目的は、高圧直流送電プラント用ケーブルおよ
び／または他の部材の絶縁物に関して上述の欠点を除く
新規な解法を提供することにある。
この解法は非常に重要な１１２察に基づく。すなわち本
出願人は、ケーブル導体に印加される直流電圧が厳密に
一定のとき上記欠点が生ずることを見出した。
しかし一方、既知の整流器より発生される直流電圧は一
定でなく、波状の変化またはパリツブル″′を有する。
これまで、このような波状の変化はじよう乱および寄生
要因として考えられてぎており、実際に誘電損、容量電
流、導体寄生電流その他の負性効果を生ずることがある
。
現在の直流技術では波状変化を除去するために接続シー
ル端、レベル化フィルタを設けている。
直流ケーブル線が非常に長り５０〜１００Ｋ　ｍあるい
はそれ以上の場合、周知のようにケーブル容量がフィル
タ効果を与えるためケーブルから″リップル″を完全に
なくすことができる。
本出願人の観察したところによれば、圧力下に維持され
ない絶縁物を右Ｊる直流用ケーブルにおいては、導体に
印加される電圧が所定の振幅（ピーク値測定）を有する
交流成分に基づく波状変化または゛リップル″を有する
とき、絶縁物の絶縁耐力が大幅に改善される。
直流成分に交流成分を加えることが絶縁物の絶縁耐力に
有利に作用する現象は未だ理論的に解明されていない。
しかし本出願人は、空胴の回りの電荷を排出制御する作
用、または危険な分裂電荷を防止するに十分な正圧を空
胴内に瞬時に形成する作用が″リップル″にあり、その
結果絶縁耐力が改善されるものと考える。
殊に、所定値の゛リップル゛′と重畳した直流電圧を一
時的に、例えば１０乃至３０日間にわたって印加すると
、絶縁耐力に有利な効果が゛リップル″を除去した後も
延長されるという持続効果が得られる。
本発明の目的とするところは、少なくとも１つの導体素
子と圧ツノ下に維持されない絶縁物とを有する高圧直流
送電プラント用ケーブルおよび／または他の要素の絶縁
物の絶縁耐力を数倍する方法であって、所定の振幅をも
つ交流電圧を直流電圧に重畳させて得られる電圧を導体
素子に供給することを特徴とする方法である。
本発明の目的上、導体素子とはケーブル分野における実
導体、あるいは上記要素における高圧電極を意味する。
好ましい一実施例において交流電圧の振幅値は直流電圧
の値の０．５％乃至１０％に選ばれ、好ましくは１％乃
至５％に選ばれる。
別の好ましい実施例にｉＪ３いて直流電圧の周波数は５
０ザイクル以下に選ばれ、好ましくは１乃至２０ザイク
ルに選ばれる。
本発明の第２の目的は少なくとも１つの導体素子と圧ノ
コ下に維持されない絶縁物を少なくとも有する高圧直流
送電プラント用ケーブルおよび／または他の要素に給電
するだめのシステムに係り、該システムは所定の振幅を
もつ交流電圧を直流電圧に重畳させて得られる電圧を導
体素子に給電Ｊ。
る手段を具備することを特徴とする。
さらに本発明は圧力下に維持されない絶縁物を右する電
気ケーブルＪ３よひ高圧直流送電プラン１〜用の任意の
要素に係り、どちらも上記方法および／またはシステム
に従って給電される。
本発明の他の特徴点は以下の非限定的な実施例および添
附図面を通じて説明される。
第１図には押出し型絶縁ケーブル１０が示され、このケ
ーブル１０は少なくとも１本の導体素子１１を有し、導
体索子１１の回りに既知の方法例えば押出し技術で得て
よい内側半導電スクリーン１２が設けられる。
絶縁物１３上は一層または多層の押出し絶縁材で栴成さ
れて半導電スクリーン１３上に配置され、絶図示の例で
は湿気の侵透に対するバリアとして働く金属シース１５
が全体を包む。この金属シース１５は既知の保護層また
は臨時的要求に対して必要な他の素材で覆われる。
第１図において金属シース１５は耐腐食性シース１６で
覆われる。
第１図の例では押出し型絶縁ケーブルが示されているが
、他の型の絶縁物、例えば油または油混合物含浸紙で巻
回されるテープ型絶縁物、あるいは油または油混合物含
浸合成物質または半合成物質製テープ型絶縁物も可能で
あることを理解されたい。重要なことは、何らの内圧も
与えられない絶縁物であって、それ放熱過渡現象によっ
て冷却相の期間中に空胴またはガスバブルが発生（また
は寸法増大）し得ることである。
ケーブル容体１１には、第２図に示ずように、厳密に一
定でなくケーブル全長に亘って波状変化を有する直流電
圧■が供給される。
この電圧■は所定の振幅Ｒの“リップル″をもつ交流電
圧（例えば正弦波電圧でよいが、これに限定されない）
を一定値の直流電圧に重畳させて得られる。リップル振
幅Ｒは、熱過渡現象に因りケーブル冷却相の期間中に絶
縁物１３内に形成される気体空胴の回りの電荷を排出制
御して絶縁物の絶縁耐力を高めるような値に選ばれる。
前述したように、パリップル゛′はこれまでじよう乱、
したがって寄生の要因と考えられ、これを完全に除去す
るのが望ましいとされてぎたが、本発明においては特に
不都合を生じない有利な要因となる。ザなわち、所望の
絶縁耐力を得るに十分な大きさをもって直流電圧に重畳
されるべき交流電圧成分は直流電圧技術での許容限界内
にあることが判った。
実験の結果、振幅Ｒの″リップル″が下記の比かつ０．
５％乃至１０％、好ましくは１％乃至５％の値であると
き、圧力下に維持されない絶縁体を有するケーブルは、
３００乃至５００１＜Ｖの電圧に対して、６０乃至７０
ＫＶ／ｍ１ｌｌおよびそれ以上の電界並びに１５℃以上
の絶縁体半径方向内側面及び外側面間温度差を伴なう熱
過渡状態に損傷なく耐え、絶縁物１３に絶縁破壊の危険
が生じなかった。
また、交流成分の周波数を５０ザイクル以下に選ぶと、
゛リップル″の存在に起因する寄生効果（誘電体損、容
量電流、導体内寄生電流等）が大幅に減少することも観
察された。
絶縁物の絶縁耐力に対する交流成分の有効性は１ザイク
ルの周波数でも顕著に認められ、一方、寄生りｈ果は実
用上無視できる程であった。
特に、１乃至２０ザイクルの周波数は有用であることが
実証され、１６．２／３サイクルの周波数で満足な結果
が得られている。
直流成分に重畳される交流成分はｒＩｌ、なる方式でケ
ーブルに印加し１ｑる。
ケーブルサービスの全期間中連続的に印加してよく、ま
たは断続的に、例えば１０乃至３０日の時間１９１間を
一年に１乃至３度繰り返して印加してもよい。
どちらの場合でも、サービス電圧値の直流成分に交流成
分が重畳される。
そのような直流成分と交流成分の重１７Ｈ圧を、ケーブ
ルサービスの開始前の１０日乃至３０日間予防的にケー
ブルに印加してもよい。
この場合、直流成分はサービス電圧値と異なる電圧値を
もつことも間口しである。
交流成分を印加づる時間が短かいほど、ケーブルに誘起
される奇生効果は問題でなくなり、したがって周波数は
上述した範囲の高い方の値、あるいは場合にＪこつては
より高い値も可能となる。
最適なパリップル″振幅Ｒ（ま多かれ少なかれ交流成分
を印加する時間長に依存する。
連続的に印加する方式の場合、ケーブルの安全性を保証
する上で、導体上に与えられる部分的電界は実効値で５
ＫＶ／ｍｍ以下であることが好ましい（ここで部分的電
界とは交流成分によってのみ与えられる電界をいう）。
上述の断続的または一時的印加の場合、上記導体上部分
的電界は実効値で１０ＫＶまたはそれ以上まで高められ
る。
上記振幅値をもつ″リップル″は直流電圧の供餌手段と
同一手段、例えば直流電圧を発生する整流器を用いてケ
ーブルに印加することが可能である。何故ならば、整流
器は完全に一定な電圧を発生Ｊ゛ることがないからであ
る。しかし一般に、そうして得られるリップルは例えば
１００サイクルまたはそれ以上の高周波である。
さらに、長距離ケーブルまたは大きなキャパシタンスに
接続されたケーブルにおいては、無負荷整流器の電圧が
負荷動作中に完全にならされることもある。
本発明にしたがって交流電圧を直流電圧に重畳させるた
め、第３図に示ずような給電システムが提供される。
第３図に１１３いて、同期発電機または交流発電機ＡＣ
が直流発電機ＤＣに直列接続されるとともにケーブル１
０の導体１１に接続される。ケーブル１０の他端は負荷
１７に接続される。
直流が交流発電機を通過するのを防止するため。
交流発電機の内部オーミック抵抗および誘電リアクタン
スよりもそれぞれ低い〈例ばば１／１０）オーミック抵
抗および高い（例えば１０倍）誘電リアクタンスを有す
るインダクタ１８によって分岐させることが必要である
。
本発明は、ポリエチレンまたは架橋ポリエチレン等の押
出し型絶縁であっても、油または油混合物含浸紙、合成
物質または半合成物質製テープ型絶縁であっても、その
他直流分野において熱過渡期間中に寸法可変の空胴を形
成するようなものであればどんな絶縁であっても、直流
ケーブルの絶縁物の絶縁耐力を改善するのに有用である
。
また本発明はケーブル分野だけでなく、圧力下に維持さ
れない絶縁物を有する高圧直流送電プラント用要素の分
野、例えば直流架橋線の絶縁物や交流／直流変換所で使
用される直流要素の絶縁物にも適用可能である。
以上好適な実施例について本発明を説明したが、その技
術的思想から逸脱することなく種々の変形が可能である
。
【図面の簡単な説明】
第１図は押出し型絶縁直流ケーブルの斜視図、第２図は
本発明による供給電圧Ｊ３　Ｊ：びその電圧成分を示す
図、および 第３図は本発明の方法に従って第１図のケーブルに給電
するためのシステムを示す図である。 １０・・・ケーブル　１１・・・導体素子１２、１４・
・・半尋電スクリーン １３・・・絶縁物１５・・・金属シース１６・・・耐腐
食性シース 特　許　出願人　ソシエタ・カビ・ピレリー・ソシエタ
・ベル・アジオニ （外４名）

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 （１）　少なくとも１つの導体素子と圧力下に維持され
    ない絶縁物とを有する高圧直流送電プラント用ケーブル
    および／または他の要素の絶縁物の絶縁耐力を改善する
    方法において、所定の振幅をもつ交流電圧を直流電圧に
    重畳させて得られる電圧を前記導体素子に給電すること
    を特徴とする方法。 （２）　前記交流電圧の振幅値は前記直流電圧の値の０
    ．５％乃至１０％に選ばれることを特徴とする特許請求
    の範囲第１項に記載の方法。 （３）　前記交流電圧の振幅値は前記直流電圧の値の１
    ％乃至５％に選ばれることを特徴とする特許請求の範囲
    第２項に記載の方法。 （４）　前記交流電圧は５０ザイクル以下の周波数をも
    つことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の方法
    。 （５）　前記交流・電圧の周波数は１乃至２０サイクル
    に選ばれることを特徴とする特許請求の範囲第４項に記
    載の方法。 （６）　前記交流電圧は直流電圧発生器に直列接続され
    た交流電圧発生器を通して前記導体素子に供給され、前
    記交流電圧発生器はその内部オーミック抵抗およびリア
    クタンスよりもそれぞれ低いオーミック抵抗および高い
    リアクタンスを有するインダクタによって分岐されるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の方法。 （７）　前記交流電圧は前記ケーブルおよび／または要
    素のサービス期間中に前記導体素子に供給されることを
    特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の方法。 （８）　前記交流電圧は前記サービス期間に実質上等し
    い時間期間中連続的に供給されることを特徴とする特許
    請求の範ＩＵｌｌ第７項に記載の方法。 （９）　前記交流電圧は前記ザービス期間中断続的に供
    給されることを特徴とする特ＦＦ　請求の範囲第７項に
    記載の方法。 （１０）　前記交流電圧は一年に１乃至３回くり返され
    る１０乃至３０日の時間期間中に供給されることを特徴
    とする特許請求の範囲第９項に記載の方法。 （１１）　前記電圧は前記ケーブルおにび／または要素
    のサービスが開始される前に前記導体素子に供給される
    ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の方法。 （１２）　前記交流電圧は１０乃至３０日の時間期間中
    供給されることを特徴とする特許請求の範囲第１１項に
    記載の方法。 （１３）　少な（とも１つの導体素子と圧力下に維持さ
    れない絶縁物とを有する高圧直流送電プラント用ケーブ
    ルおよび／または他の要素に給電するシステムにおいて
    、 所定の振幅をもつ交流電圧を直流電圧に重畳させて得ら
    れる電圧を前記導体素子に給電するための手段を具備す
    ることを特徴とする給電システム。 （１４）　前記給電手段は直流電圧発生器に直列接続さ
    れた交流電圧発生器を含み、前記交流電圧発スよりもそ
    れぞれ低いオーミック抵抗および高いリアクタンスを有
    するインダクタによって分岐されることを特徴とする特
    許請求の範囲第１３項に記載の給電システム。 （１５）　前記交流電圧の振幅値は前記直流電圧の値の
    ０．５％乃至１０％であることを特徴とする特許請求の
    範囲第１３項に記載の給電システム。 〈１６）　前記交流電圧の振幅値は前記直流電圧の値の
    １％万至５％であることを特徴とする特許請求の範囲第
    １５項に記載のｔ’８電シフシステム１７）　前記交流
    電圧の周波数は５０ザイクル以下であることを特徴とす
    る特許請求の範囲第１３項に記載の給電システム。 （１８）　前記交流電圧の周波数は１乃至２０サイクル
    であることを特徴とする特許請求の範囲第１７項に記載
    の給電システム。 ＜１９）　少なくとも１つの導体素子と圧力下に維持さ
    れない絶縁物とを有する高圧直流送電用電気ケーブルで
    あって特許請求の範囲第１項乃至第１２項のいずれかに
    記載の方法に従って給電される電気ケーブル。 （２０）　少なくとも１つの導体素子と圧力下に維持さ
    れない絶縁物とを有する高圧直流送電プラント用要素で
    あって特許請求の範囲第１項乃至第１２項のいずれかに
    記載の方法に従って給電される要素。
JP58189791A 1982-11-18 1983-10-11 直流ケ−ブル用絶縁物の絶縁耐力を改善するための方法および装置 Pending JPS6082029A (ja)

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