CN107851492A - 输电电缆 - Google Patents

Abstract

提供一种末端加工性优异的输电电缆。输电电缆(1)具备导体(10)、在导体(10)的外周设置的绝缘层(12)以及在绝缘层(12)的外周设置的外部半导电层(13)。绝缘层(12)包含绝缘性树脂组合物，所述绝缘性树脂组合物含有由硫交联得到的乙烯丙烯橡胶作为基础树脂，外部半导电层(13)包含半导电性树脂组合物，所述半导电性树脂组合物含有由交联体系与所述硫不同的交联剂交联得到的、极性与所述乙烯丙烯橡胶不同的树脂作为基础树脂。

Description

输电电缆

技术领域

本发明涉及输电电缆。

背景技术

输电电缆以被覆导体外周的方式依次具备绝缘层、屏蔽层(遮蔽层)以及外被层(护套)。一般而言，由于绝缘层在表面具有微细凹凸，因而在绝缘层上直接设置屏蔽层的情况下，有时在绝缘层与屏蔽层的界面会因绝缘层的凹凸而形成空隙。

如果在绝缘层与屏蔽层的界面形成有空隙，则当对输电电缆施加高电压时，有在空隙产生局部放电的危险。局部放电通过使输电电缆附近的空气离子化而促进绝缘层的劣化，产生绝缘击穿。

因此，对于被施加高电压的高压用输电电缆，例如在高速铁路等的车辆所使用的特高压电缆，在绝缘层与屏蔽层的界面设置半导电层(外部半导电层)，以抑制局部放电。

外部半导电层填埋存在于绝缘层表面的凹凸，抑制成为产生局部放电的主要原因的空隙的形成。此外，外部半导电层由含有导电性赋予剂的半导电性树脂组合物形成，通过使绝缘层的表面电位均匀化来抑制局部放电。

从抑制局部放电的观点出发，外部半导电层需要填埋绝缘层表面的凹凸而与绝缘层密合。另一方面，由于外部半导电层在输电电缆的末端加工时被剥去，因而对于外部半导电层，要求不损害绝缘层而能够容易地从绝缘层剥离。因此，希望与绝缘层良好地密合且在输电电缆的末端加工时能够容易地从绝缘层剥离的外部半导电层。

对于形成这样的外部半导电层的半导电性树脂组合物的基础树脂，要求使用对于形成绝缘层的树脂不过度密合而具有适度的密合性的热塑性树脂。

专利文献1中，作为形成外部半导电层的半导电性树脂组合物的基础树脂，提出了下述基础聚合物，所述基础聚合物包含：含有乙酸乙烯酯20～45质量％的乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA)60～90质量％以及交联乙烯-丙烯共聚物等的共混聚合物10～40质量％。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2001-302856号公报

发明内容

发明所要解决的课题

然而，专利文献1中所述的基础聚合物由于与形成绝缘层的树脂的密合性高，因而由专利文献1所示的半导电性树脂组合物形成的外部半导电层有时不易从绝缘层剥离。因此专利文献1中公开的电缆存在末端加工性低这样的问题。

因此，本发明的目的在于，提供一种末端加工性优异的输电电缆。

用于解决课题的方案

本发明为了实现上述目的，提供下述输电电缆。

[1]一种输电电缆，具备导体、在所述导体的外周设置的绝缘层以及在所述绝缘层的外周设置的外部半导电层；

所述绝缘层包含绝缘性树脂组合物，所述绝缘性树脂组合物含有由硫交联得到的乙烯丙烯橡胶作为基础树脂；所述外部半导电层包含半导电性树脂组合物，所述半导电性树脂组合物含有由交联体系与所述硫不同的交联剂交联得到的、极性与所述乙烯丙烯橡胶不同的树脂作为基础树脂。

[2]如上述[1]所述的输电电缆，交联体系与所述硫不同的所述交联剂为过氧化物或胺。

[3]如上述[1]或[2]所述的输电电缆，所述半导电性树脂组合物中所含的极性与所述乙烯丙烯橡胶不同的所述树脂为乙烯丙烯酸橡胶或乙烯-乙酸乙烯酯共聚物。

[4]如上述[1]～[3]中任一项所述的输电电缆，其特征在于，在所述导体与所述绝缘层之间具备内部半导电层。

[5]如上述[4]所述的输电电缆，所述内部半导电层包含含有乙烯丙烯橡胶作为基础树脂的半导电性树脂组合物。

发明效果

根据本发明，能够提供一种末端加工性优异的输电电缆。

附图说明

图1为显示本发明实施方式涉及的输电电缆的一例的横截面图。

具体实施方式

〔输电电缆〕

本发明实施方式涉及的输电电缆具备导体、在所述导体的外周设置的绝缘层以及在所述绝缘层的外周设置的外部半导电层，所述绝缘层包含绝缘性树脂组合物，所述绝缘性树脂组合物含有由硫交联得到的乙烯丙烯橡胶作为基础树脂，所述外部半导电层包含半导电性树脂组合物，所述半导电性树脂组合物含有由交联体系与所述硫不同的交联剂交联得到的、极性与所述乙烯丙烯橡胶不同的树脂作为基础树脂。以下，参照附图对本实施方式进行详细说明。

图1为显示本发明实施方式涉及的输电电缆的一例的横截面图。

本发明实施方式涉及的输电电缆1具备导体10、在导体10的外周设置的内部半导电层11、在内部半导电层11的外周设置的绝缘层12、在绝缘层12的外周设置的外部半导电层13、在外部半导电层13的外周设置的屏蔽层14以及在屏蔽层14的外周设置的外被层15。

(导体10)

作为导体10，可使用例如由低氧铜、无氧铜等形成的铜线、铜合金线、包含银等的其他金属线等或将它们捻合而成的捻线。导体10的外径可根据输电电缆1的用途而适当变更。

(内部半导电层11)

本发明实施方式涉及的输电电缆1优选在导体10与绝缘层12之间具备内部半导电层11。内部半导电层11以被覆导体10的外周的方式设置。内部半导电层11与绝缘层12密合地设置，用于填埋绝缘层12内侧表面的凹凸而抑制局部放电。内部半导电层11的厚度为例如0.3mm以上3mm以下。

内部半导电层11可以由例如以往公知的半导电性树脂组合物形成。形成内部半导电层11的半导电性树脂组合物例如含有基础树脂和导电性赋予剂。

作为基础树脂，优选使用相对于形成后述绝缘层12的树脂具有良好密合性的树脂。本实施方式中，由于绝缘层12由乙烯丙烯橡胶形成，因而作为形成内部半导电层11的基础树脂，使用相同的乙烯丙烯橡胶为佳。

作为导电性赋予剂，可使用在构成后述外部半导电层13的半导电性树脂组合物中使用的导电性赋予剂同样的物质。

需说明的是，在形成内部半导电层11的半导电性树脂组合物中，可以根据需要含有交联剂、交联助剂、抗老化剂等其他添加剂。

上述半导电性树脂组合物例如可以通过将基础树脂、导电性赋予剂以及其他添加剂混合，边加热边混炼来形成。各成分的添加顺序没有特别限定。混炼可以使用混合辊、班伯里密炼机、布拉本德密炼机(Brabender Plastograph)、加压型捏合机等间歇式混炼机、单螺杆或双螺杆挤出机来同时进行，或逐步进行。混炼时的加热温度为基础树脂的熔点以上。

(绝缘层12)

绝缘层12为以被覆内部半导电层11的外周的方式设置的电绝缘层。绝缘层12的厚度为例如3mm以上30mm以下。

用于绝缘层12的树脂为与形成后述外部半导电层13的树脂不过度密合的树脂。具体而言，以由硫交联得到的乙烯丙烯橡胶为佳，绝缘层12包含绝缘性树脂组合物，所述绝缘性树脂组合物含有由硫交联得到的乙烯丙烯橡胶作为基础树脂。乙烯丙烯橡胶是在各种橡胶中绝缘性高的橡胶，适合用作高电压用的绝缘材料。

基础树脂中，在发挥本发明的效果的范围内含有由上述硫交联得到的乙烯丙烯橡胶以外的树脂，但优选将由上述硫交联得到的乙烯丙烯橡胶在基础树脂中含有90质量％以上，更优选含有95质量％以上，进一步优选含有98质量％以上。

形成绝缘层12的绝缘性树脂组合物也可以根据需要含有其他的添加剂。作为其他的添加剂，可使用交联助剂、抗老化剂、润滑剂、操作油、抗臭氧剂、紫外线防止剂、阻燃剂、填充剂、抗静电剂、粘着防止剂等。

需说明的是，上述绝缘性树脂组合物例如可以通过将基础树脂和其他的添加剂混合，边加热边混炼来形成。各成分的添加顺序没有特别限定。混炼可以通过混合辊、班伯里密炼机、布拉本德密炼机、加压型捏合机等间歇式混炼机、单螺杆或双螺杆挤出机来同时进行或逐步进行。混炼时的加热温度为基础树脂的熔点以上。

(外部半导电层13)

外部半导电层13以被覆绝缘层12的外周的方式设置。外部半导电层13为用于填埋绝缘层12外侧表面的凹凸而抑制局部放电的层。外部半导电层13的厚度为例如0.3mm以上3mm以下。

外部半导电层13由含有基础树脂和导电性赋予剂的半导电性树脂组合物形成。作为该基础树脂，使用极性与形成绝缘层12的基础树脂(乙烯丙烯橡胶)不同的树脂。进而，外部半导电层13中使用的基础树脂和绝缘层12中使用的基础树脂的交联体系需要设为不同的交联体系。即，外部半导电层13包含这样的半导电性树脂组合物，即，所述半导电性树脂组合物含有由交联体系与硫不同的交联剂交联得到的、极性与乙烯丙烯橡胶不同的树脂作为基础树脂。

通过使用极性不同的树脂，从而与使用相同极性的树脂彼此时相比，虽然能够在某种程度上抑制外部半导电层13与绝缘层12的密合性，但仍然不够充分。即使是极性不同的树脂彼此，在交联体系相同的情况下，也难以抑制密合性，进行了各种研究后结果发现，通过改变交联体系能够改善密合性。

作为交联体系与上述硫不同的交联剂，可使用各种交联剂，但合适的是过氧化物或胺。此外，作为极性与上述半导电性树脂组合物中所含的乙烯丙烯橡胶不同的树脂，没有特别限定，但合适的是乙烯丙烯酸橡胶或乙烯-乙酸乙烯酯共聚物。

基础树脂中，也可以在发挥本发明的效果的范围内含有由交联体系与上述硫不同的交联剂交联得到的、极性与乙烯丙烯橡胶不同的树脂以外的树脂，但优选将由交联体系与上述硫不同的交联剂交联得到的、极性与乙烯丙烯橡胶不同的树脂在基础树脂中含有90质量％以上，更优选含有95质量％以上，进一步优选含有98质量％以上。

形成外部半导电层13的半导电性树脂组合物中优选含有导电性赋予剂。导电性赋予剂对外部半导电层13的基础树脂赋予导电性。作为导电性赋予剂，可使用例如导电性碳。导电性碳具有如下特征：粒径小、比表面积大、结构(粒子的聚集体结构)大、表面化合物少。导电性碳能够以少的添加量对树脂赋予导电性。因此，如果利用导电性碳，则能够抑制因其添加而引起的半导电性树脂组合物的粘度增加，能够降低半导电性树脂组合物的挤出成型性的降低。作为导电性碳，可使用例如炉黑、乙炔黑以及科琴黑等以往公知的导电性碳。需说明的是，导电性碳可以单独使用一种，也可以并用两种以上。

导电性赋予剂的含量相对于外部半导电层13的基础树脂100质量份优选为40质量份以上80质量份以下，更优选为45质量份以上75质量份以下，进一步优选为50质量份以上70质量份以下。如果含量为40质量份以上，则能够对外部半导电层13赋予导电性，且使得外部半导电层13的体积电阻率为例如10²Ω·cm以上10⁵Ω·cm以下。如果含量为80质量份以下，则能够抑制半导电性树脂组合物的粘度增加，并抑制因粘度增加所引起的半导电性树脂组合物的挤出成型性的降低。

形成外部半导电层13的半导电性树脂组合物也可以根据需要含有其他的添加剂。作为其他的添加剂，可使用交联助剂、抗老化剂、润滑剂、操作油、抗臭氧剂、紫外线防止剂、阻燃剂、填充剂、抗静电剂、粘着防止剂等。

需说明的是，上述半导电性树脂组合物例如可以通过将基础树脂、导电性赋予剂以及其他的添加剂混合，边加热边混炼来形成。各成分的添加顺序没有特别限定。混炼可以使用混合辊、班伯里密炼机、布拉本德密炼机、加压型捏合机等间歇式混炼机、单螺杆或双螺杆挤出机来同时进行或逐步进行。混炼时的加热温度为基础树脂的熔点以上。

(屏蔽层14)

以被覆外部半导电层13的外周的方式设置有屏蔽层(也称为遮蔽层)14。屏蔽层14用于屏蔽对导体10施加电压时所产生的噪声。从提高输电电缆1的可挠性的观点出发，屏蔽层14例如通过将多根软铜线等裸线编织而形成。

(外被层15)

以被覆屏蔽层14的外周的方式设置有外被层(也称为护套)15。外被层15是被覆、保护导体10、绝缘层12等的电绝缘层。外被层15可以由以往公知的树脂组合物形成，例如通过将在天然橡胶、丁基橡胶、卤代丁基橡胶、乙烯丙烯橡胶、氯丁二烯橡胶、苯乙烯丁二烯橡胶、丁腈橡胶、氯磺化聚乙烯、氯化聚乙烯、环氧氯丙烷橡胶、丙烯酸橡胶、有机硅橡胶、氟橡胶、氨基甲酸酯橡胶等橡胶中添加交联剂等所得到的物质挤出成型而形成。

〔输电电缆的制造方法〕

接着，对于输电电缆1的制造方法的一个实施方式进行说明。

首先，例如，准备由铜等裸线形成的导体10。并且，例如通过挤出机，以被覆导体10的外周的方式挤出内部半导电层11用的半导电性树脂组合物而成型，形成预定厚度的内部半导电层11。需说明的是，在使内部半导电层11交联的情况下，可通过以往公知的方法来进行。例如，在使用有机过氧化物进行交联的情况下，如下进行：使内部半导电层11用的半导电性树脂组合物中含有有机过氧化物，将内部半导电层11在高温(140℃以上190℃以下)、高压(1.3MPa)的水蒸气内暴露15分钟。

接下来，例如通过挤出机，以被覆内部半导电层11的外周的方式挤出前述绝缘性树脂组合物而成型，形成预定厚度的绝缘层12。作为使绝缘层12交联的方法，可以与内部半导电层11同样地进行。作为交联剂，使用硫。例如，使用相对于乙烯丙烯橡胶100质量份添加了硫1质量份以上3质量份以下(优选为1.5质量份以上2.5质量份以下)而得到的绝缘性树脂组合物。

接下来，例如通过挤出机，以被覆绝缘层12的外周的方式挤出前述外部半导电层13用的半导电性树脂组合物而成型，形成预定厚度的外部半导电层13。作为使外部半导电层13交联的方法，可以与内部半导电层11同样地进行，但作为交联剂，使用交联体系与硫不同的前述交联剂。例如，使用相对于极性与乙烯丙烯橡胶不同的前述树脂100质量份添加了交联体系与硫不同的前述交联剂0.5质量份以上3质量份以下(优选为1质量份以上2.5质量份以下)而得到的半导电性树脂组合物。

接下来，以被覆外部半导电层13的外周的方式缠绕例如铜带、软铜线等而形成屏蔽层14。然后，以被覆屏蔽层14的外周的方式挤出聚氯乙烯树脂组合物而成型，形成预定厚度的外被层15。由此，能够得到本实施方式涉及的输电电缆1。

需说明的是，本实施方式中，通过依次挤出树脂组合物进行成型，从而分别形成了内部半导电层11、绝缘层12和外部半导电层13，但也可以将内部半导电层11用的半导电性树脂组合物、绝缘层12用的绝缘性树脂组合物以及外部半导电层13用的半导电性树脂组合物同时挤出进行成型，同时形成3层。

此外，本实施方式中，内部半导电层11通过挤出成型半导电性树脂组合物来形成，但也可以例如通过缠绕在人造短纤维制的基布上涂布有导电性丁基橡胶的半导电性布带来形成。

实施例

以下，基于实施例对本发明进行进一步详细的说明，但本发明不限于此。

(1)内部半导电层用的半导电性树脂组合物的调制

首先，调制内部半导电层用的半导电性树脂组合物。具体而言，相对于乙烯丙烯橡胶100质量份，使导电性赋予剂含有40质量份以上80质量份以下，加入有机过氧化物，添加抗氧化剂等添加剂，利用班伯里密炼机混炼来调制半导电性树脂组合物。

(2)绝缘层用的绝缘性树脂组合物的调制

接下来，调制绝缘层用的绝缘性树脂组合物。具体而言，通过将表1的实施例和比较例中所示的绝缘层用的成分利用班伯里密炼机进行混炼，从而调制绝缘性树脂组合物。

(3)外部半导电层用的半导电性树脂组合物的调制

接下来，调制外部半导电层用的半导电性树脂组合物。具体而言，通过将表1的实施例和比较例所示的外部半导电层用的成分利用班伯里密炼机进行混炼，从而调制半导电性树脂组合物。

(4)评价用输电电缆的制作

如下制作模拟输电电缆的评价用输电电缆。

将上述调制的内部半导电层用的半导电性树脂组合物、绝缘层用的绝缘性树脂组合物和外部半导电层用的半导电性树脂组合物的各成分分别供给至保持于90℃的挤出机中。然后，在作为导体的铜线(截面积95mm²)的外周，以内部半导电层的厚度成为1mm、绝缘层的厚度成为9mm、外部半导电层的厚度成为1mm的方式同时挤出3层。接下来，通过对所挤出的各成分进行交联，从而制作在导体的外周依次层叠有内部半导电层、绝缘层和外部半导电层的评价用输电电缆。

(5)评价方法

对于所制作的评价用输电电缆，按照下述方法评价外部半导电层的密合性以及外部半导电层的电特性。将结果示于表1。

(外部半导电层的密合性)

对于外部半导电层的密合性，根据从绝缘层剥离外部半导电层时的剥离强度来进行评价。具体而言，将评价用输电电缆用切割器纵向切割，制作宽度10mm、长度约15cm左右的3个试验片。对各个该试验片通过肖伯尔型拉伸试验机实施剥离试验，测定以250mm/min的拉伸速度从绝缘层剥离外部半导电层时的剥离强度。需说明的是，本实施例中，剥离强度以20N/10mm以下为目标。如果是该水平，则剥离外部半导电层时外部半导电层自身不会破坏，绝缘层也不会破坏。

(外部半导电层的电特性)

对于外部半导电层的电特性，根据外部半导电层的体积电阻率来进行评价。具体而言，制作长度120mm、幅20mm、厚度1mm的试验片，参考日本橡胶协会标准规格SRIS 2301(1969)导电性橡胶以及塑料的体积电阻率试验方法来进行测定。如果外部半导电层的体积电阻率为10²Ω·cm以上10⁵Ω·cm以下，则能够抑制在输电电缆产生的局部放电。

[表1]

实施例1～5的剥离强度、体积电阻率均为良好。

相对于此，比较例1中，绝缘层的基础树脂为乙烯丙烯橡胶，外部半导电层的基础树脂为乙烯丙烯酸橡胶，但交联体系与本发明中规定的不同，绝缘层的基础树脂的交联体系和外部半导电层的基础树脂的交联体系为相同的过氧化物系，因而剥离强度过大。此外，比较例2中，绝缘层的基础树脂为乙烯丙烯橡胶，外部半导电层的基础树脂为乙烯-乙酸乙烯酯共聚物，但交联体系与本发明中规定的不同，绝缘层的基础树脂的交联体系和外部半导电层的基础树脂的交联体系为相同的过氧化物系，因此剥离强度过大。

需说明的是，本发明不限于上述实施方式和实施例，可以进行各种变形来实施。

符号说明

1：输电电缆

10：导体，11：内部半导电层，12：绝缘层，13：外部半导电层

14：屏蔽层(遮蔽层)、15：外被层(护套)。

Claims (5)

1.一种输电电缆，其具备导体、在所述导体的外周设置的绝缘层以及在所述绝缘层的外周设置的外部半导电层，

所述绝缘层包含绝缘性树脂组合物，所述绝缘性树脂组合物含有由硫交联得到的乙烯丙烯橡胶作为基础树脂，

所述外部半导电层包含半导电性树脂组合物，所述半导电性树脂组合物含有由交联体系与所述硫不同的交联剂交联得到的、极性与所述乙烯丙烯橡胶不同的树脂作为基础树脂。

2.根据权利要求1所述的输电电缆，交联体系与所述硫不同的所述交联剂为过氧化物或胺。

3.根据权利要求1所述的输电电缆，所述半导电性树脂组合物中所含的极性与所述乙烯丙烯橡胶不同的所述树脂为乙烯丙烯酸橡胶或乙烯-乙酸乙烯酯共聚物。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的输电电缆，其特征在于，在所述导体与所述绝缘层之间具备内部半导电层。

5.根据权利要求4所述的输电电缆，所述内部半导电层包含含有乙烯丙烯橡胶作为基础树脂的半导电性树脂组合物。