JP2000222951A - 油浸ソリッド電力ケーブル - Google Patents

油浸ソリッド電力ケーブル

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 温度変化により、特に導体直上、金属シース
直下にボイドが形成されにくい油浸ソリッド電力ケーブ
ル提供する。 【解決手段】 導体1の外周に絶縁層3を具え、その絶
縁層3の少なくとも一部ににポリオレフィン系樹脂フィ
ルムを含む絶縁テープを用い、さらにその絶縁層3に絶
縁油が含浸されたソリッドケーブルである。絶縁油は60
℃での粘度が10cst以上500cst未満のものとする。絶縁
油の一部に平均分子量が5万以上200万未満の固形状ゴム
を含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、長距離大容量輸送
に好適な油浸ソリッド電力ケーブルに関するもので、特
に直流海底送電用に最適な油浸ソリッド電力ケーブルに
関するものである。
【0002】
【従来の技術】直流海底ケーブル用として、導体の上に
絶縁紙を巻回し、そこに高粘度の絶縁油を含浸した絶縁
層を有するソリッドDCケーブルが利用されている。これ
は、例えば60℃で1200cst程度の粘度を有する絶縁油
(ダセック社:商品名「T2015」)を含浸してなる積層
絶縁ソリッド(Mass−Impregnated)ケーブルである。
【0003】ソリッドDCケーブルは、OFケーブルとは異
なり、ケーブルの両端からの絶縁油の供給がないため、
例えば負荷遮断時などの急激な温度変化により絶縁油の
収縮からボイドを生じ、そのボイドが有害な大きさにな
ると放電の開始点となりやすい。
【0004】このようなボイドは、絶縁紙をスパイラル
状に巻回するときに必然的に生じる油ギャップにます生
じやすく、次いで絶縁テープ中の天然繊維の隙間に生じ
やすい。特に、温度変化が急激になる導体直上、金属遮
蔽層直下の絶縁層に生じ易く、さらにこの部分は電界が
高いので危険である。この導体直上および金属遮蔽層直
下の絶縁層にボイドが生じ易いことのメカニズムは、特
願平10-38173号に記載している。
【0005】これまでのソリッドDCケーブルは、例えば
使用電圧が400kV以下、送電電流が1000A未満と比較的小
さかったので、このようなボイドは特に問題視されなか
った。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところが、近年大電流
をソリッドDCケーブルで長距離送電する計画が相次いで
出現するようになってきた。例えば、送電電圧も450kV
以上、送電電流も1000A以上を越えるような線路が計画
されている。このように高電圧、大電流になってくる
と、特に導体直上金属シース直下の絶縁層中の有害なボ
イドの形成が無視できなくなる。
【0007】従って、本発明の主目的は、温度変化によ
り、導体直上、金属シース直下にボイドが形成されにく
い油浸ソリッド電力ケーブル提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は絶縁層を形成す
る絶縁材料や絶縁油の粘度などを特定することで上記の
目的を達成する。その特徴は、導体の外周に絶縁層を具
え、その絶縁層の少なくとも一部にポリオレフィン系樹
脂フィルムを含む絶縁テープを用い、さらにその絶縁層
に絶縁油が含浸されたソリッドケーブルにおいて、前記
絶縁油は60℃での粘度が10cst以上500cst未満であっ
て、その一部に平均分子量が5万以上200万未満の固形状
ゴムを含む油を用いることにある。
【0009】ボイドの発生を抑えるには含浸する油の量
を少なくするとよい。絶縁材料としてプラスチックフィ
ルムにクラフト紙を接合した複合テープを用いれば、プ
ラスチックフィルムには隙間がないため絶縁油の量を少
なくでき、かつ絶縁油が移動しにくくなるため、ボイド
の発生を抑制できる。また、ボイドの発生原因となるク
ラフト紙層の割合を小さくすることができる。
【0010】絶縁体の直流ストレス分布は絶縁体の絶縁
抵抗によって決まる。絶縁油の絶縁抵抗は1×1015〜1×
1016Ω・cm、クラフト紙の絶縁抵抗は4×1016〜1×1017
Ω・cm 、ポリプロピレンの絶縁抵抗は1×1017〜1×10
18Ω・cmであるため、ボイドが油ギャップに発生しても
絶縁油の絶縁抵抗が小さいことからストレスは低く、放
電の開始とはならない。
【0011】また、上記粘度の絶縁油の具体例として
は、ポリスチレン系絶縁油、ポリブテン、鉱油、アルキ
ルベンゼン主体の合成油、重質アルキレートあるいはこ
れらの1種以上を含む混合物が挙げられる。特にポリブ
テンが好適である。絶縁油はその一部に固形状ゴムを含
む油を用いることにより、絶縁紙間の接着性を向上させ
ボイドの発生部位となる紙層間の離れを防止することが
できる。固形状ゴムは分子量が大きいために接着剤の働
きがあるためである。
【0012】含浸時の絶縁油温度は、絶縁層が性能劣化
をきたさない範囲で選択される。絶縁層がポリオレフィ
ン樹脂フィルムを含む場合、それらの油中融点も勘案し
て最高許容温度が決められる。油中融点は、ポリエチレ
ンでは110℃内外、ポリプロピレンでは130〜14
0℃程度である。また、絶縁油含浸時の加圧圧力はゲー
ジ圧力(大気圧を0kg/cm2で表した圧力)で1〜3kg/c
m2程度が選択される。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。図1は本発明の油浸ソリッド電力ケーブルの一例
を示す断面図である。
【0014】このケーブルは、中心から順に導体1、内
部半導電層(通常カーボン紙よりなる)2、油浸絶縁層
3、外部半導電層(通常カーボン紙よりなる)4、金属遮
蔽層(通常鉛よりなる)5、ケーブルシース(通常ポリ
エチレンよりなる)6を具えている。
【0015】ここで、油浸絶縁層3はその絶縁層の少な
くとも一部にポリオレフィン系樹脂フィルムを含む絶縁
テープを用いる。ポリオレフィン系樹脂フィルムとして
は、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレンプロピレ
ン共重合体、ポリブテンなどが挙げられる。特に、ポリ
プロピレンが電気特性に優れ、かつ融点が高く高温まで
使用できることから好ましい。
【0016】ポリオレフィン系樹脂フィルムを含む絶縁
テープには、ポリオレフィン系樹脂フィルム単独の絶縁
テープの他に、ポリオレフィン系樹脂フィルムの片側ま
たは両側にクラフト紙をラミネートした複合テープが含
まれる。
【0017】ポリプロピレンフィルムの両面にクラフト
紙がラミネートされた複合テープの場合、絶縁テープ全
体の厚さに対するポリプロピレンフィルムの厚さの比率
が40%以上90%未満であることが好ましい。40%未満で
あるとクラフト紙の割合が大きくなりクラフト紙層でボ
イドが発生し易くなる。また90%以上となると、絶縁油
の含浸はクラフト紙層を通つて行われるため、絶縁油の
含浸に時間がかかり実用的でない。
【0018】絶縁テープの厚みは、薄い方が油ギャップ
の厚みが小さくなり好ましいが、製造面から薄いものは
作るのが因難であり、50〜200μm厚が実用的である。
【0019】また、絶縁層に用いるポリプロピレンラミ
ネート紙層は、必要に応じてポリプロピレン比率の異な
るポリプロピレンラミネート紙を組み合わせてρ(絶縁
抵抗率)クレーディングを施すと、直流ストレス分布が
マイルドになり効果的である。
【0020】絶縁油は60℃での粘度が10cst以上500cst
未満であって、その一部に平均分子量が5万以上200万未
満の固形状ゴムを含む油を用いる。10cst未満では、油
が移動し易くなりボイドが発生し易くなる。500cst以上
では、ケーブル製造時ポリオレフィン樹脂フィルムが油
を通過させないために抵抗となり、油含浸に時間がかか
って生産性の面で問題となる。
【0021】固形状ゴムの平均分子量が5万未満では接
着性が十分でなく、200万以上では、粘度が高すぎて、
油の混合が困難になる。
【0022】固形状ゴムはイソプレンゴム、ブタジエン
ゴム、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、ポリイソ
ブチレンゴムなどがあり、この中から選択された少なく
とも1種を用いることができる。
【0023】また、絶縁油は粘度を調整するために、固
形状ゴムと粘度の低い鉱油、DDB(ドデシルベンゼ
ン)、重質アルキレート、液状ポリブテンなどとの混合
物とするが、この中でも液状ポリブテンがポリプロピレ
ンを膨潤させにくいので好ましい。
【0024】絶縁油中の固形状ゴムの割合は0.1重量%
以上8重量%未満とする。0.1重量%未満では、接着性が
十分でなく、8重量%以上では絶縁油の粘度が高くなり
すぎて、ケーブル製造時における絶縁油含浸に時間がか
かり生産性の面で問題となる。
【0025】(試験例1)実施例1として図1に示す断
面を持つ油浸ソリッドケーブルを作製した。1100mm2
導体1に内部半導電層2(厚み100μmのカーボン紙6
枚)、絶縁層3(厚み100μm、ポリプロピレンの比率が6
0%であるポリプロピレンラミネート紙100枚)外部半導
電層4(厚み100μmのカーボン紙6枚)を順次紙巻する。
その後、絶縁油(60℃での粘度400cst、ポリイソブチレ
ンゴム:平均分子量120万、1重量%含有)を含浸し、鉛
被覆、ポリエチレン被覆を施してケーブルを作製した。
【0026】比鮫例1として同じく図1の断面構造を持つ
油浸ソリッドケーブルを作製した。1100mm2の導体1に内
部半導電層2(厚み100μmのカーボン紙6枚)、絶縁層3
(厚み100μm、ポリプロピレンの比率が60%であるポリ
プロピレンラミネート紙100枚)外部半導電層4(厚み10
0μmのカーボン紙6枚)を順次紙巻する。その後、絶縁
油(60℃での粘度400cst、固形状ゴム未含有)を含浸し
た後、鉛被覆、ポリエチレン被覆を施してケーブルを作
製した。
【0027】比較例2として同じく図1に示す断面構造
を持つ油浸ソリッドケーブルを作製した。1100mm2の導
体1に内部半導電層2(厚み100μmのカーボン紙6枚)、
絶縁層3(厚み100μmのクラフト紙100枚)外部半導電層
4(厚み100μmのカーボン紙6枚)、を順次紙巻する。そ
の後、絶縁油(60℃での粘度400cst、ポリイソブチレン
ゴム1重量%含有)を含浸し、鉛被覆、ポリエチレン被
覆を施してケーブルを作製した。
【0028】3者のケーブルを導体通電により常温(16
時間)〜60℃(8時間)のヒートサイクルを与えながら
直流2000kVを課電した結果、実施例は30回のヒートサイ
クルを与えても絶縁破壊を起こさなかった。これに対
し、比較例1は20サイクル目の通電遮断後の冷却過程に
おいて絶縁破壊を生じ、比較例2は22サイクル目の通電
遮断後の冷却過程において絶縁破壊を生じた。
【0029】(試験例2)前記実施例1-1と同様の構成
ケーブルにおいて、表1に示すように絶縁テープ全体の
厚みに対するポリプロピレンテープの比率(PP比率)
および絶縁油の粘度を変え、含浸時間を比べてみた。表
1において、「◎」は実用的な短期間(1ヶ月以内)で
含浸ができることを、「○」はかろうじて実用的な含浸
ができることを、「×」は時間がかかりすぎ実用できな
いことを示す。
【0030】
【表1】
【0031】表1の結果より、粘度またはPP比率が高
くなるほど含浸が困難で、PP比率が40〜90%におい
て、粘度が500cst以下の場合に含浸が容易であることが
判る。
【0032】また、各絶縁油における固形状ゴム(ここ
ではポリイソブチレンゴム)の絶縁油中の含有量(重量
%)を表2に示す。表2に示すように、ポリイソブチレン
ゴムの含有量が多いものは絶縁油の粘度が高くなってお
り、表1の結果と合わせれば、ポリイソブチレンの含有
量は約8重量%未満が適当であると推定される。
【0033】
【表2】
【0034】さらに、上記の各ケーブルについても、試
験例1と同様のヒートサイクル試験を行った。その結果
を表3に示す。表3において、「○」は30回のヒートサイ
クルで絶縁破壊が起こらなかったことを、「数値」は絶
縁破壊の起こったヒートサイクル数を、「−」は絶縁油
の含浸が短期間でできなかったため、試験を行っていな
いことを示している。
【0035】
【表3】
【0036】この結果から判るように、PP比率25%、
40%、絶縁油の60℃における粘度7のものは22、24サイ
クル目の通電遮断後の冷却過程において絶縁破壊を生じ
ており、絶縁油の流動性が高いためにボイドが生じ易く
なっていることが判る。
【0037】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の油浸ソリ
ッド電力ケーブルによれば、温度変化の繰り返しによる
電気性能の低下が抑えられており、大電力、長距離送電
に適した電力ケーブルを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明油浸ソリッド電力ケーブルの1例を示す
断面図である。
【符号の説明】
1 導体 2 内部半導電層 3 油浸絶縁層 4 外部半導電層 5 金属遮蔽層 6 ケーブルシース
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 滝川 裕史 大阪市此花区島屋一丁目1番3号 住友電 気工業株式会社大阪製作所内 (72)発明者 依田 潤 大阪市此花区島屋一丁目1番3号 住友電 気工業株式会社大阪製作所内 (72)発明者 堀川 隆宏 大阪市此花区島屋一丁目1番3号 住友電 気工業株式会社大阪製作所内 (72)発明者 関 守弘 大阪市此花区島屋一丁目1番3号 住友電 気工業株式会社大阪製作所内 Fターム(参考) 5G305 AA02 AA12 AB01 AB40 BA07 BA18 BA22 CA01 CA08 CA47 CA51

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 導体の外周に絶縁層を具え、その絶縁層
    の少なくとも一部ににポリオレフィン系樹脂フィルムを
    含む絶縁テープを用い、さらにその絶縁層に絶縁油が含
    浸されたソリッドケーブルにおいて、 前記絶縁油は60℃での粘度が10cst以上500cst未満であ
    って、その一部に平均分子量が5万以上200万未満の固形
    状ゴムを含むことを特徴とする油浸ソリッド電力ケーブ
    ル。
  2. 【請求項2】 固形状ゴムがイソプレンゴム、ブタジエ
    ンゴム、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、ポリイ
    ソブチレンゴムの中から選択された少なくとも1種であ
    ることを特徴とする請求項1記載の油浸ソリッド電力ケ
    ーブル。
  3. 【請求項3】 絶縁油が液状ポリブテンと固形状ゴムの
    混合物であることを特徴とする請求項1または2記載の油
    浸ソリッド電力ケーブル。
  4. 【請求項4】 絶縁油中の固形状ゴムの割合が0.1重量
    %以上8重量%未満であることを特徴とする請求項1〜3
    のいずれかに記載の油浸ソリッド電力ケーブル。
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