JPS6343210A - 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
を遅らせるためのケイ酸（粒径５０μｍ以下並びに凝集
径１００μｍ以下）０．０５〜１０重量％を含む添加物
を有する約１０ｋｖ以上の中高圧用のポリオレフィンを
ベースとした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）　、または「水トリーイ
ングｊ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用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ができるようにされた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Ｊ　　（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Ｊ　　（ｂｏｗ−ｔｉｅ　ｔｒｅ
ｅｓ）　：絶縁材の内部に生じるもの。

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
に水の存在とが必要であると考えられている。従ってＥ
ＣＴ構造は水トリーともいわれる。

水トリーの発生箇所は常に不純物、凝集した混合物、空
洞、間隙、亀裂又は境界面のような欠陥箇所であると思
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箇所から樹枝状構造は電界の方
向に拡がる。

ＥＣＴ１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特に次のもの
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、米国特許筒４５８１２９
０号明ｍ１Ｆ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及び凝集径
を有する物質（西ドイツ国特許出願公開第３３１８９８
８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−ト（西ドイツ国特許出願公開第３５０３９８８
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）。

既に記載した西ドイツ国特許出願公開第３３１８９８８
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
リーの発生を遅延させる添加物として重金属イオンに対
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、粒径５０μｍ以下並びに凝集径１００
μｍ以下の物質０．０５〜１０重量％を均一に配分させ
ることは公知である。その際添加物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
を含むことが好ましい。

添加物は合成生成物であることが有利であるが、勿論天
然産の鉱物を使用することもできる。

上記の各添加物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ケイ酸添加
物を含む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、ケイ酸が以下の方法 ａ）　　５ｉＯｚを含有する鉱物性材料を酸化アルミニ
ウム、酸化ホウ素並びにアルカリ及びアルカリ土類金属
の炭酸塩及び／又は酸化物の融剤で均質なガラス相に溶
融し、 ｂ）　このガラス融液から表面の大きなガラス体を製造
し、 Ｃ）　ガラス体を鉱酸で浸出させ、 ｄ）生じた多孔質３４０ｇ体を洗浄及び乾燥並びに場合
によっては粉砕する、 ことによって製造した材料であることにより達成される
。

〔作用効果〕

このようにして製造したケイ酸（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、その上極めて高純度である。

このケイ酸は本発明による電気的絶縁材中に高分散状、
すなわち細かく配分された状態で使用され、これは必要
に応じて粉砕することにより一層粒のあらいＳｉ０２体
を生じる。

上記種類のケイ酸はそれ自体公知である（西ドイツ国特
許出願公開第３３２３８４４号明細書）。

これは半導体集積回路を被覆又はカバーするのに使用す
る合成樹脂用充填材として使用される。しかしこのため
には、充填材、すなわちケイ酸が僅少なα活性を有する
ことが重要である。更に不純物、特にα粒子放射の原因
となるトリウム及びウランの元素を含まないケイ酸を使
用することが必要である。

従って本発明による電気絶縁材である、添加物としてこ
の種のケイ酸を有する電気絶縁材が優れたＥＣＴ遅延効
果を有するばかりでなく、誘電損も僅かであることは驚
くべきことでありまた予測することもできなかった。従
ってこの種の電気絶縁材は実用に適している。

本発明による電気絶縁材中に使用されているケイ酸はＳ
ｉＯ２含有の鉱物質出発物質から製造される。

すなわちこのためには特にケイ砂が使用される。

この場合出発物質は融剤と共に融解することにより均質
なガラス相に転移されるが（温度約１１００−１５００
°Ｃ）、その際ガラス融液中の５ｉ０２含有量は有利に
は５０〜７０重量％の値に調節する。

融剤としては酸化アルミニウム及び酸化ホウ素の他に有
利にはナトリウム、カリウム、マグネシウム及び／又は
カルシウムの酸化物並びに炭酸塩を使用する０次いでガ
ラス融液から表面積の大きいガラス体を製造する。これ
はガラス融液から〈１１００ｕの均一な直径のガラスフ
ァイバーを引き抜くか、又は凝結したガラス融液を破砕
し、規定の粒径の粒子に粉砕することによって行う。引
続きガラス体をｔＴ、酸中で浸出処理に付すが、それに
は少なくとも９５°Ｃに熱した塩酸（３ｎ〜６ｎ）を使
用する（４時間〜９６時間）のが有利である。

その際ガラスマトリックスから不純物及び融剤が溶出さ
れ、これにより非晶質で高純度のケイ酸（ＳｉＯ□）が
生成される。次いでこのケイ酸を無酸状態に洗浄し、乾
燥（温度約１５０°Ｃ）Ｌ、必要な場合には引続き更に
粉砕して、所望の粒径にする。

既に詳述したとおり、本発明による電気絶縁材の場合ケ
イ酸の量は絶縁材の総重量に対して０．０５〜１０重量
％であり、またケイ酸の粒径は５０μｍまでの大きさで
ある。ケイ酸の量は０．１〜４重量であるのが有利であ
り、これは特に０．５〜２重量％である。ケイ酸の粒径
は有利には２０μｍまでである。このケイ酸を絶縁材に
付加する。しかし又ケーブル及び導線の場合ケイ酸は本
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可能
である。原則としてこの絶縁材の場合ポリオレフィン、
すなわち網状化されているか又はされていない材料を使
用する。特に本発明による絶縁材中にはポリエチレン（
ＰＥ）及び網状化されたポリエチレン（ＶＰＥ）が使用
される。

しかしその他にエチレン−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ェ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
物を使用することもできる。上記ポリマー並びにポリマ
ー混合物は、既に詳述したとおり、網状化されていても
またされていなくても使用可能である。この場合網状化
は有利には過酸化物でか又はエネルギーの強い放射線に
よって行う。絶縁材料にはまた通常の付加物、例えば酸
化安定剤も添加することができる。

特に本発明による電気絶縁材の場合ポリオレフィンはポ
リエチレン又は極性共成分を存するエチレン−コポリマ
ー並びに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であり、その際コポリマー中及びポ
リマーブレンド中の極性共成分の量は１〜５重量％であ
る。この場合エチンーコポリマーの極性共成分は有利に
はアクリル酸アルキル、特にアクリル酸ブチルである。

すなわちコポリマーとしてはエチレン−アクリル酸ブチ
ル−コポリマー（ＥＢＡ）を使用する。しかし又その他
にアクリル酸−メチル及びアクリル酸エチルも挙げるこ
とができ、また他の極性共成分として、酢酸ビニル、ビ
ニルアルコール、アクリルニトリル及びマレイン酸アル
キルも挙げられる。

〔実施例〕

次に本発明を実施例に基づき詳述する。

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）から厚さ３ＩＩＩｎのプレー
トを製造した。この製造は加圧下に高めた温度で圧縮す
ることにより行い、その際絶縁材、すなわちポリエチレ
ンの網状化が生じた。

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
ｉｌ）の商品名で市販されている高熱分解法によるケイ
酸を、また他の一部に西ドイツ国特許出願公開第３３２
３８４４号明細書に相当するいわゆる浸出法により製造
されたケイ酸を、それぞれ１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
％塩化すｌ−ＩＪウム溶液と直接接触させた。負荷時間
は１３０時間であった。

実験結果はまず、すべてのプレート試験体が電気的負荷
後ＥＣＴ構造を有さないこと、すなわち本発明による電
気絶縁材に相当する試験体もまた西ドイツ国特許出願公
開第３３１８９８８号明細書による電気絶縁材に相当す
る試験体もＥＣＴ構造を有さないことを示す。既に詳述
したとおり、ＥＣＴ遅延と同様に電気的理由から誘電損
、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。

エーロジル１％ ＬＤＰＥ　１００％　　　　　なし　　　　１０．１０
−’ケイ酸１％ （西ドイツ国特許出願公開 第３３２３８４４号明細書による） すなわち、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
たすが、鉱物性出発物質から浸出法により製造されたケ
イ酸を有する絶縁材はより少ない誘電損を有することに
より他のケイ酸類、例えば高熱分解法によるケイ酸を凌
駕することを示している。

従って浸出法により製造されたケイ酸を含有する本発明
による電気絶縁材は誘電損が少ないばかりでなく、ＥＣ
Ｔの発生を効果的に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延させるためケイ酸（粒径５０
   μｍ以下並びに凝集径１００μｍ以下）０．０５〜１０
   重量％を含む添加剤を有する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、ケイ酸が以下の方
   法 ａ）ＳｉＯ＿２を含有する鉱物性材料を酸化アルミニウ
   ム、酸化ホウ素、並びにアルカリ及び アルカリ土類金属の炭酸塩及び／又は酸化 物の融剤で均質なガラス相に溶融し、 ｂ）このガラス融液から表面の大きなガラス体を製造し
   、 ｃ）ガラス体を鉱酸で浸出させ、 ｄ）生じた多孔質ＳｉＯ＿２体を洗浄及び乾燥並びに場
   合によって粉砕する、 ことによって製造した材料であ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）ケイ酸が２０μｍ以下の粒径を有することを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の電気絶縁材。 ３）ケイ酸の量が０．１〜４重量％、特に０．５〜２重
   量％であることを特徴とする特許請求の範囲第１項又は
   第２項記載の電気絶縁材。 ４）ポリオレフィンがポリエチレン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）ポリオレフィンが極性共成分を有するエチレン−コ
   ポリマー又はポリエチレンとエチレン−コポリマーとか
   らなるポリマーブレンドであり、その際コポリマー並び
   にポリマーブレンド中の極性共成分の量が１〜５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。 ６）エチレン−コポリマーの極性共成分がアクリル酸ア
   ルキル、特に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項記載の電気絶絶縁材。