JPS6343209A - 電気絶縁材 - 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〕 本発明は特にケーブル及び導線において、水トリーの発
生を遅らせるための添加物を有する約１０ｋＶ以上の中
高圧用のポリオレフィンをヘースとする電気絶縁材に関
する。

〔従来の技術〕

電気的に負荷されたポリオレフィン絶縁材中には「電気
化学的トリーイング（ＥＣＴ）Ｊまたは「水トリーイン
グ」と呼ばれる現象が進行する。

特に合成樹脂で絶縁された中高圧ケーブルの運転安全性
に関して重要であるこの現象は、樹枝状の形成物、いわ
ゆるＥＣＴ構造を生じさせる。

適当に着色することによって特にコントラストに富みま
た詳細に観察することのできるようにしたＥＣＴ構造の
視覚上の外観は極めて多様である。

基本的には次の二形態に分けられる。

「ペンチット・トリー１　　（ｖｅｎｔｅｄ　ｔｒｅｅ
ｓ）　　：絶縁材の表面から発し、絶縁材の内部に拡が
るもの。

「バラ・タイ・トリー」（ｂｏｗ−ｔｉｅ　ｔｒｅｅｓ
）　：絶縁材の内部で生じるもの。

ＥＣＴ発生の機構は従来明らかにされていない。

しかし一般にＥＣＴ構造の発生には電界と極性液体、特
に水の存在が必要であると考えられている。

従ってＥＣＴ構造は水トリーともいわれる。水トリーの
発生個所は常に不純物、凝集した混合物、空洞、間隙、
亀裂又は境界面のような欠陥個所であると思われるが、
そのうちの一部が水トリーを生じるにすぎない。大工業
規模で製造された絶縁材の場合完全には除去することの
できない欠陥個所から樹枝状構造は電界の方向に拡がる
。

ＥＣＴ構造は絶縁材料の局部的な変質を意味することか
ら、特に電気的な絶縁破壊の強さに関して絶縁材に損傷
を生ぜしめる。従って水トリーの成長を阻止するか又は
少なくともこれを遅らせる実験はすでに数多くなされて
いる。この場合特に絶縁層に付加物が加えられる。

ＥＣＴ発生、すなわち水トリーの発生を効果的にまた永
続的に阻止するのに適した添加物としては次のものがあ
る。

バルビッール酸及び２−チオバルビッール酸並びにその
誘導体（西ドイツ国特許出願公開第３２０２８２８号明
細書、米国特許第４４５８０４４号明細書又は特開昭５
８−１３３０７号公報参照）。

水溶性アルカリ燐酸塩及びアルカリ土類金属燐酸塩並び
に加水分解可能の燐酸エステル（西ドイツ国特許出願公
開第３２０２８９６号明細書、米国特許第４５８１２９
０号明細書又は特開昭５８−１３３７０１号公報参照）
。

重金属イオンに対して吸着活性であるか又は重金属イオ
ンをイオン交換において結合する一定の粒径並びに凝集
径を有する物質（西ドイツ国特許出願公開第３３１８９
８８号明細書、米国特許第４６２３７５５号明細書又は
特開昭６０−３８０５号公報参照）。

マグネシウム、カルシウム及びアルミニウムのアルコラ
ード（西ドイツ国特許出願公開第３３２１２６８号明細
書、米国特許第４５７４１１１号明細書又は特開昭６０
−１０５０４号公報参照）。

スズ酸カリウム及びナトリウム、並びにチタンオキシサ
ルファート（西ドイツ国特許出願公開第３５０３９９８
号明細書又は特開昭６１−１８３８０８号公報参照）。

ピリミジン及びヘキサヒドロピリミジンの誘導体（西ド
イツ国特許出願公開第３５１６９７１号明細書参照）。

上記の各物質は水トリーの発生を遅らせるのに効果的で
あることが判明しているが、電気絶縁材、特にケーブル
及び導線用絶縁材の場合実際に使用するには更に一連の
重要な特性を有していなければならない、これには特に
熱酸化安定性、十分な機械的安定性、僅かな誘電損、光
学的透明性及び加工し易い絶縁化合物としての貯蔵安定
性が指摘される。その際特に注目すべきは誘電損である
。

それというのも誘電損は絶縁材中に添加物が存在する場
合高くなるからである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明の目的は、実地上の要件をあらゆる点で満足し、
特にＥＣＴの発生を遅らせる作用効果及び僅かな誘電損
が達成されるような、最初に記載した形式の電気絶縁材
を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

この目的は本発明によれば、電気絶縁材が極性の共成分
を有するエチレン−コポリマー又はポリエチレン及びエ
チレン−コポリマーからなるポリマーブレンドからなっ
ており、その際コポリマー中又はポリマーブレンド中の
極性共成分の量が１〜５重量％であり、また絶縁材がコ
ポリマー又はポリマーブレンドの重量に対して高熱分解
法ケイ酸０．１〜１．５重量％を添加剤として含有する
ことによって達成される。

〔作用効果〕

後に詳述するように、高熱分解法によるケイ酸を含有す
る特殊なポリオレフィンからなる本発明による電気絶縁
材の場合、誘電損はこの特殊なポリオレフィンを使用す
ることによって回避することができ、この場合ＥＣＴの
発生を遅らせるケイ酸の優れた作用が不利に影響される
ことはない。

これは極めて驚くべきことであり、決して予測すること
はできなかった。

既に先に指摘した西ドイツ国特許出願公開第３３１８９
８８号明細書並びに米国特許第４６２３７５５号明細書
から、ポリオレフィンをベースとする電気絶縁材中に水
トリーの発生を遅らせるための添加物として均一な分布
で、重金属イオンに対して吸着活性であるかあるいは重
金属イオンをイオン交換において結合する５０μｍまで
の粒径又は１００μｍまでの凝集径を有する物質を０．
０５ないし１０重量％装入することは公知である。

この場合添加剤としては大きな活性表面を存する酸化ア
ルミニウム及び酸化アルミニウム水化物及び／又はケイ
酸アルミニウムを使用することができるが、電気絶縁材
は高熱分解法及び／又は沈降ケイ酸を含むことが有利で
ある。

公知の絶縁材の場合基本としてポリオレフィンを、すな
わち網状化されているか又はされていない形で使用する
。特にポリエチレン及び網状化されたポリエチレンが使
用される。しかしまた同時にエチレン−コポリマー、例
えばエチレン−プロピレン−コポリマー（ＥＰＲ）、エ
チレン−酢酸ビニル−コポリマー（ＥＶＡ）及びエチレ
ン−アクリル酸アルキル−コポリマー（例えばエチレン
−アクリル酸エチル及びアクリル酸ブチル−コポリマー
）、並びにエチレンープロピレンージエンーターボリマ
ー及びこれらのエチレン−コポリマー及びターポリマー
とポリオレフィン、特にポリエチレン及びポリプロピレ
ンとの混合物（ブレンド）も使用することができる。

ところで上記のＥＣＴ遅延添加物と絶縁材料とから得ら
れる多数の可能な組成物のうちの唯一の組成物、すなわ
ち高熱分解法ケイ酸（水トリーの発生を遅延させる添加
物として）と特殊なポリオレフィンとからなる組成物が
ＥＣＴの遅延及び僅かな誘電損に関する要求を特に顕著
に満たすことは決して予測することができなかった。こ
の特殊なポリオレフィンは極性共成分を有するエチレン
−コポリマー並びにポリエチレン及びこの種のエチレン
−コポリマーからなるポリマーブレンドである。その際
コポリマー中並びにポリマーブレンド中の極性共成分の
量はそれぞれ１〜５重量％、有利には２〜４重量％であ
る。

ポリマーブレンドを使用する場合、これは有利にはポリ
重量レン８０〜９０重景％及びエチレン−コポリマー１
０〜２０重量％からなり、その際混合物の両成分の量は
１００％である。エチレン−コポリマーの量は約１５重
量％であるのが有利である。この場合エチレン−コポリ
マーは極性共成分１０〜４５重量％を含んでいてよい。

エチレン−コポリマーを単独で使用する場合、コポリマ
ーは、既に詳述したように極性共成分を１〜５重量％含
有する。この量はまた極性共成分を種々の量で含有する
エチレン−コポリマーの混合物を使用する場合にも適用
することができる。

同様のことはポリマーブレンド中のエチレン−コポリマ
ーについてもいえる。

エチレン−コポリマーの極性共成分は本発明による電気
絶縁材の製造及び運転条件下で熱及び加水分解に対して
十分に安定でなければならない。

従って極性共成分は一般に酢酸ビニル、ビニルアルコー
ル、アクリルニトリル、アクリル酸アルキル又はマレイ
ン酸アルキルである。特に有利なエチレン−コポリマー
の極性共成分はアクリル酸メチル、アクリル酸エチル又
はアクリル酸ブチルである。その際エチレン−コポリマ
ーとしてエチレン−アクリル酸ブチル−コポリマー（Ｅ
ＢＡ）が特に有利である。

本発明による電気絶縁材中に含まれる高熱分解法ケイ酸
は合成生成物である。すなわちこれは例えば酸水素炎（
温度約１０００°Ｃ）中で四塩化ケイ素を加水分解した
際に生ずる。高分散状、すなわち細かく配分された状態
で存在する高熱分解法ケイ酸（化学組成ＳｉＯ□）は、
結晶性ではなくレントゲン非晶質であることによって特
徴づけられる。

本発明による電気絶縁材中のＥＣＴ遅延添加物、すなわ
ち高熱分解法によるケイ酸の量は、既に記載したとおリ
ボリマーブレンドの重量に対して０゜１−１．５重量％
である。有利にはこの量は０．３〜１重憬重量特に約０
．５重量％である。高熱分解法によるケイ酸は絶縁材に
付加される。しかしケーブル及び導線の場合添加物は本
来の絶縁層の他に境界層、すなわち内部及び／又は外部
導電層にも添加することができる。

ケーブル及び導線中の他に本発明による電気絶縁材はま
たソケット及びケーブル装具中にも使用することができ
る。絶縁材の基体となっているポリオレフィンは一般に
網状化されているが、網状化されていない状態でも使用
可能である。網状化は有利には過酸化物で又はエネルギ
ーの強い放射線で行うことができる。絶縁材に通常の付
加物、例えば酸化安定剤を添加することも可能である。

〔実施例〕

本発明を実施例に基づき更に詳述する。

酸化安定剤として４．４゛−チオビス（６−ｔｅｒｔ、
−ブチル−３−メチル−フェノール）及び網状化剤とし
てジクミルペルオキシドを含有する高純度の低密度ポリ
エチレン（ＬＤＰＥ）から、請−びにこのポリエチレン
とアクリル酸ブチル（極性共成分）約２５重量％を含有
しているエチレン−アクリル酸ブチル（ＥＢＡ）との混
合物（この場合ポリマーブレンドのＥＢＡ含有量は１５
重量％であった）から厚さ３　ｍｍのプレートを製造し
た。製造は２気圧以下及び高めた温度で圧縮することに
より行い、その際絶縁材の網状化が生じた。プレート材
料の一部にプレス前に高い比表面積（例えば約３００ｍ
”／ｇ）を有するエーロジル（＾ｅｒｏｓ　ｔ　ｌ）の
商品名で市販されている高熱分解法によるケイ酸を０．
５重量％の濃度で混入した。次いでプレート状の試験体
を１０ｋＶ１５０Ｈｚで電気的に負荷した。この場合両
表面を７０°Ｃに加熱した３％塩化ナトリウム溶液と直
接接触させた。負荷時間は１３０時間であった。

この実験結果は、高熱分解法によるケイ酸を含有するプ
レート試験体が電気的負荷後Ｅ　ＣＴ　ｆｊＩ造を有さ
ないことを示すが、このことはケイ酸添加物を含まない
試験体には該当しない。既に記載したようにＥＣＴ遅延
と同様に電気的理由から、誘電摂、すなわちｔａｎ　δ
ができるだけ少ないことも重要である。

実施した実験結果を個々について以下に示す。

絶＆　　　　　　ＥＣＴｔ’％　　　ｔａｎδＬＤＰＥ
　１００％＋　　　　　なし　　　１５．１０−’エー
ロジル０．５％ ＬＤＰＥ　８５χ／ＥＢＡ１５χ＋　　　なし　　　５
．１０−’エーロシルア、５％ 全試験体のｊａｎ　δ値は、ＩＥＣパブリケーション第
５０２号（１９７８年版）に詳述されている値の４０．
１０−’を下廻ること、すなわち標準規定を満たすこと
を示すが、ポリエチレンとエチレン−コポリマー例えば
ＥＢＡとのポリマーブレンドからなる絶縁材料はポリエ
チレンのみからなる絶縁材料よりも、誘電損が少ないこ
とから優れている。したがって一般に高熱分解法による
ケイ酸を含存する特殊なポリオレフィンからなる本発明
による電気絶縁材は誘電損が少ないばかりでな（ＥＣＴ
の発生を効果的また恒久的に抑制することは明らかであ
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）水トリーの発生を遅らせる添加物を含む中高圧用の
   ポリオレフィンをベースとする電気絶縁材において、絶
   縁材が極性の共成分を有するエチレン−コポリマー又は
   ポリエチレン及びエチレン−コポリマーからなるポリマ
   ーブレンドからなっており、その際コポリマー又はポリ
   マーブレンド中の極性共成分の量が１〜５重量％であり
   、また絶縁材がコポリマー又はポリマーブレンドの重量
   に対して高熱分解法ケイ酸０．１〜１．５重量％を添加
   物として含有していることを特徴とするポリオレフィン
   をベースとする電気絶縁材。 ２）電気絶縁材がポリエチレン８０〜９０重量％及び極
   性共成分を有するエチレン−コポリマー２０〜１０重量
   ％からなるポリマーブレンドからなることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の電気絶縁材。 ３）ポリマーブレンドにおけるエチレン−コポリマーの
   量が約１５重量％であることを特徴とする特許請求の範
   囲第２項記載の電気絶縁材。 ４）添加物の量が０．３〜１重量％であることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれか１項
   に記載の電気絶縁材。 ５）エチレン−コポリマーの極性共成分が酢酸ビニル、
   ビニルアルコール、アクリルニトリル、一種のアクリル
   酸アルキルまたはマレイン酸アルキルであることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項ないし第４項のいずれか１
   項に記載の電気絶縁材。 ６）極性共成分がアクリル酸メチル、アクリル酸エチル
   又はアクリル酸ブチルであることを特徴とする特許請求
   の範囲第５項記載の電気絶縁材。