JP2011119167A

JP2011119167A - 電力ケーブル

Info

Publication number: JP2011119167A
Application number: JP2009277185A
Authority: JP
Inventors: Toru Nakatsuka; 徹中司
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2009-12-07
Filing date: 2009-12-07
Publication date: 2011-06-16
Anticipated expiration: 2029-12-07
Also published as: JP5491838B2

Abstract

【課題】端末処理を効率よく行うことができる電力ケーブルを提供すること。
【解決手段】導体１と、ポリエチレンを含む絶縁体層用樹脂組成物を押出成形したのち架橋してなり、前記導体を包囲する絶縁体層３と、ポリマ及び導電性物質を含む外部半導電層用樹脂組成物を、絶縁体層３を覆うように押出成形したのち架橋してなる外部半導電層４とを備え、絶縁体層用樹脂組成物及び外部半導電層用樹脂組成物の両方にイミダゾール系化合物が含まれている電力ケーブル１０。
【選択図】図１

Description

本発明は、電力ケーブルに関する。

３．３ｋＶ以上の高電圧用電力ケーブルは一般に、導体の外側に架橋ポリエチレン絶縁体層及び外部半導電層を有している。上記電力ケーブルの外部半導電層のうち、その端末処理を容易にするため絶縁体層から剥離することの出来るものはフリーストリッピング型半導電層と呼ばれ、通常、３．３〜３３ｋＶの電力ケーブルに適用されている。この外部半導電層に対しては、絶縁体層に対する適度な密着性と同時に剥離性を有することが要求される。

このようなフリーストリッピング型外部半導電層として、例えば、エチレン酢酸ビニル共重合体などを含む特定の樹脂素材に対して導電性カーボンブラックおよび酸化防止剤を添加した組成物を押出成形してなるものが知られている（下記特許文献１）。

特公昭６３−３２２０４号公報

しかし、上記特許文献１記載の組成物を用いて外部半導電層を形成しても、その外部半導電層を絶縁体層から容易に剥離することができない場合があった。このため、電力ケーブルの端末処理を効率よく行う観点から、外部半導電層用の組成物について未だ改善の余地が残されていた。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、端末処理を効率よく行うことができる電力ケーブルを提供することを目的とする。

本発明者は、上記課題を解決するため外部半導電層形成用の組成物に添加する酸化防止剤、特にイミダゾール系化合物に着目して鋭意研究を重ねた。その結果、本発明者は、外部半導電層形成用の組成物に添加する酸化防止剤としてイミダゾール系化合物を用いるだけでは外部半導電層を絶縁層から容易に剥離できないものの、イミダゾール系化合物を絶縁体層形成用の組成物にも添加することで、意外にも、外部半導電層を絶縁体層から容易に剥離できることを見出し、本発明を完成するに至った。

即ち本発明は、導体と、ポリエチレンを含む絶縁体層用樹脂組成物を押出成形したのち架橋してなり、前記導体を包囲する絶縁体層と、ポリマ及び導電性物質を含む外部半導電層用樹脂組成物を、前記絶縁体層を覆うように押出成形したのち架橋してなる外部半導電層とを備え、前記絶縁体層用樹脂組成物及び前記外部半導電層用樹脂組成物の両方にイミダゾール系化合物が含まれていることを特徴とする電力ケーブルである。

この電力ケーブルによれば、絶縁体層用樹脂組成物及び外部半導電層用樹脂組成物の両方にはイミダゾール系化合物が含まれていることで、絶縁体層に対する外部半導電層の剥離を容易に行うことができ、端末処理を効率よく行うことができる。

上記電力ケーブルにおいては、前記絶縁体層用樹脂組成物には、イミダゾール系化合物が前記ポリエチレン１００質量部に対して０．０２〜０．３質量部の割合で配合されていることが好ましい。この場合、イミダゾール系化合物が上記範囲内で含まれている場合に比べて、絶縁体層に対して適度な密着性が付与される傾向がある。

また上記電力ケーブルにおいては、前記外部半導電層用樹脂組成物には、イミダゾール系化合物が前記ポリマ１００質量部に対して０．０２〜０．３質量部の割合で配合されていることが好ましい。この場合、イミダゾール系化合物が上記範囲内で含まれている場合に比べて、絶縁体層に対して適度な密着性が付与される傾向がある。

また上記電力ケーブルは、前記導体と前記絶縁体との間に設けられる内部半導電層をさらに備えてもよい。この電力ケーブルは、例えば３〜６ｋＶの高圧用に特に有用である。即ち、この電力ケーブルは、このような高圧の用途に使用されても、絶縁体層の絶縁破壊を抑制することができる。

本発明によれば、端末処理を効率よく行うことができる電力ケーブルが提供される。

本発明の電力ケーブルの一実施形態を示す部分側面図である。

以下、本発明の実施形態について図１及び図２を用いて詳細に説明する。

図１は、本発明に係る電力ケーブルの一実施形態を示す断面図である。図１に示すように、電力ケーブル１０は、導体１と、導体１を被覆する内部半導電層２と、内部半導電層２を被覆する絶縁体層３と、絶縁体層３を被覆する外部半導電層４とを備える。ここで、絶縁体層３は、導体１を包囲し、ポリエチレンを含む絶縁体層用樹脂組成物を押出成形したのち架橋してなるものであり、外部半導電層４は、いわゆるフリーストリッピング型の半導電層であり、ポリマ及び導電性物質を含む外部半導電層用樹脂組成物を、絶縁体層３を覆うように押出成形したのち架橋してなるものである。そして、絶縁体層用樹脂組成物及び外部半導電層用樹脂組成物の両方にはイミダゾール系化合物が含まれている。なお、電力ケーブル１０は、外部半導電層４の外側に、図示しない遮蔽層、押えテープ層およびシースをさらに備えていてもよい。また絶縁層３の厚さは例えば３〜１０ｍｍであり、外部半導電層４の厚さは例えば０．２〜２ｍｍである。また電力ケーブル１０は、使用電圧が３．３〜３３ｋＶの高電圧の用途に特に有用である。

この電力ケーブル１０によれば、絶縁体層用樹脂組成物及び外部半導電層用樹脂組成物の両方にイミダゾール系化合物が含まれていることで、絶縁体層３に対する外部半導電層４の剥離を容易に行うことができ、端末処理を効率よく行うことができる。
また電力ケーブル１０は、内部半導電層２を備えているため、例えば３〜６ｋＶの高圧用に使用されても、絶縁体層３の絶縁破壊を抑制することができる。

次に、電力ケーブル１０の製造方法について説明する。

即ち、まず導体１と、ポリマ、導電性物質及びイミダゾール系化合物を含む外部半導電層用の樹脂組成物と、ポリエチレン及びイミダゾール系化合物を含む絶縁体層用の樹脂組成物と、内部半導電層用の樹脂組成物とを準備する。

（導体）
導体１としては、銅線、銅合金線、アルミニウム線等の金属線を用いることができる。また、上記金属線の表面にスズや銀等のめっきを施したものを導体１として用いることもできる。また導体１としては、単線または撚線を用いることができる。

（外部半導電層用樹脂組成物）
外部半導電層用樹脂組成物は、上述したように、ポリマ、導電性物質及びイミダゾール系化合物を含む。

ポリマとしては、通常はエチレン系重合体が用いられる。エチレン系重合体とは、エチレンを繰り返し単位として含む重合体を意味する。このようなエチレン系重合体としては、例えばポリエチレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、エチレン−エチルアクリレート共重合体（ＥＥＡ）、エチレン−メチルアクリレート共重合体、エチレン−エチルメタクリレート共重合体、エチレン−１−ブテン共重合体、エチレン−αオレフィン共重合体、エチレン−プロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）が挙げられる。これらは単独で又は２種以上を組み合わせて用いることができる。

中でも、押し出し加工性を向上させる観点からＥＶＡが好ましい。ここで、ポリマ中のＥＶＡの含有率は、絶縁体層４に対する接着性を上げたりカーボン含有率を上げたりするために、８１質量％〜１００質量％であることが好ましい。

導電性物質としては、通常はカーボンブラックが用いられ、カーボンブラックとしては、例えばアセチレンブラック、ファーネスブラック、ケッチェンブラック、サーマルブラックが挙げられる。中でも、カーボンブラックがアセチレンブラックであることが、不純物が少なく、ポリマの電気特性を悪化させないこと、及び、大きな凝集体を作らず、ポリマと導電性物質との界面において電気的欠陥である導電性突起が発生しないという理由から好ましい。

導電性物質は、ポリマ１００質量部に対して６０〜８０質量部の割合で配合されることがより好ましい。この場合、電力ケーブル１０の温度が上昇した場合でも安定な電気抵抗（導通性）を維持できる。

イミダゾール系化合物としては、例えば２−メルカプトベンズイミダゾール、２−メチルメルカプトベンズイミダゾールなどが挙げられる。

イミダゾール系化合物は、ポリマ１００質量部に対して０．０２〜０．３０質量部の割合で配合されていることが好ましく、０．０５〜０．２０質量部の割合で配合されることがより好ましい。この場合、イミダゾール系化合物が上記範囲内で含まれている場合に比べて、絶縁体層３に対して適度な密着性が付与される傾向がある。

なお、外部半導電層用樹脂組成物の架橋が熱によって行われる場合には、外部半導電層用樹脂組成物は架橋剤をさらに含んでもよい。このような架橋剤としては、例えばジクミルパーオキサイドなどが挙げられる。

（絶縁体層用の樹脂組成物）
絶縁体層用の樹脂組成物は、上述したように、ポリエチレン及びイミダゾール系化合物を含む。

ポリエチレンとしては通常、低密度ポリエチレンが用いられるが、高密度ポリエチレンなどを用いてもよい。

イミダゾール系化合物としては、上記と同様のものを用いることができる。

イミダゾール系化合物は、ポリエチレン１００質量部に対して０．０２〜０．３０質量部の割合で配合されていることが好ましく、０．０５〜０．２質量部の割合で配合されることがより好ましい。この場合、イミダゾール系化合物が上記範囲内で含まれている場合に比べて、イミダゾール系化合物を含有する外部半導電層４と絶縁体層３に対して適度な密着性が付与される傾向がある。

また外部半導電層４と絶縁体層３との密着性を向上させる観点からは、絶縁体層用の樹脂組成物中のイミダゾール系化合物の配合割合は、外部半導電層用樹脂組成物中のイミダゾール系化合物の配合割合に応じて以下のようにすることが好ましい。

即ち、外部半導電層用樹脂組成物中のイミダゾール系化合物の配合割合が、ポリマ１００質量部に対して０．０２〜０．０５質量部である場合は、絶縁体層用の樹脂組成物中のイミダゾール系化合物の配合割合は、ポリエチレン１００質量部に対して０．０２〜０．３０質量部とすることが好ましい。

また外部半導電層用樹脂組成物中のイミダゾール系化合物の配合割合が、ポリマ１００質量部に対して０．０５質量部より大きく０．１５質量部以下である場合は、絶縁体層用の樹脂組成物中のイミダゾール系化合物の配合割合は、ポリエチレン１００質量部に対して０．０２〜０．２０質量部とすることが好ましい。

さらに外部半導電層用樹脂組成物中のイミダゾール系化合物の配合割合が、ポリマ１００質量部に対して０．１５質量部より大きく０．２５質量部以下である場合は、絶縁体層用の樹脂組成物中のイミダゾール系化合物の配合割合は、ポリエチレン１００質量部に対して０．０２〜０．２０質量部とすることが好ましい。

さらにまた外部半導電層用樹脂組成物中のイミダゾール系化合物の配合割合が、ポリマ１００質量部に対して０．２５質量部より大きく０．３０質量部以下である場合は、絶縁体層用の樹脂組成物中のイミダゾール系化合物の配合割合は、ポリエチレン１００質量部に対して０．０２〜０．０５質量部とすることが好ましい。

なお、絶縁体層用樹脂組成物の架橋が熱によって行われる場合には、絶縁体層用樹脂組成物は架橋剤をさらに含んでもよい。このような架橋剤としては、例えばジクミルパーオキサイドなどが挙げられる。

（内部半導電層用の樹脂組成物）
内部半導電層用の樹脂組成物は、ポリマ、導電性物質及び老化防止剤を含む。ポリマ及び導電性物質としては、外部半導電層用樹脂組成物のポリマ及び導電性物質と同様のものを用いることができる。

老化防止剤としては、イミダゾール系化合物と異なる老化防止剤、例えば２，６−ジ−第三−ブチルフェノール、２，６−ジ−第三−ブチル−４−エチルフェノール等のヒンダードフェノール系、４，４’−チオビス−（６−第三−ブチル−３-メチルフェノール）等のチオビスフェノール系、ホスファイト、トリス（混合物−および−ノニル−フェニル）ホスファイト等のりん系トリス（ノニルフェニル）、ジラウリル・チオジプロピオネート、ジステアリル・チオジプロピオネート、ジステアリル−β，β−チオジブチレート、ラウリル・ステアリル・チオジプロピオネート、含硫黄エステル系化合物、アミル−チオグリコレート、１，１’− チオビス−（２−ナフトール）、ヒドラジン誘導体などを用いることができる。このような老化防止剤を用いることで、内部半導電層２と絶縁体層３との間の密着性を向上させることができる。

次に、導体１上に、上記３種類の組成物を、架橋しない温度で（例えば１２０℃程度）同時押出成形により押し出して３層の積層体を形成し被覆した後、続いて架橋筒に導入して加圧加熱（２００℃、約１５気圧＝約１．５ＭＰａ）し、絶縁体層用樹脂組成物、内外半導電層用樹脂組成物を架橋処理する。

こうして導体１上に、内部半導電層２、絶縁体層３及び外部半導電層４を形成し、電力ケーブル１０が得られる。

以下、実施例及び比較例を挙げて本発明の内容をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

（実施例１〜１６及び比較例１〜９）
まず外部半導電層用の樹脂組成物と、絶縁体層用の樹脂組成物とを準備した。

外部半導電層用樹脂組成物は、ポリマ、導電性物質、架橋剤及び老化防止剤を表１〜３に示す組成で配合し、１２０℃で混練することにより得た。絶縁体層形成用樹脂組成物は、ポリマ及び老化防止剤を表１〜３に示す組成で配合し、１２０℃で混練することにより得た。なお、表１〜３において、各成分としては具体的に以下のものを使用した。また表１〜３の数値の単位は質量部である。
（１）ポリマ１
ＥＶＡ：ＥＶ２６０（商品名、三井・デュポン・ポリケミカル（株）製）
（２）導電性物質
アセチレンブラック：デンカブラック（商品名、電気化学工業（株）製）
（３）架橋剤
ジクミルパーオキサイド：パークミルＤ（日油（株）製）
（４）老化防止剤
２−メルカプトベンズイミダゾール：ノクラックＭＢ（大内新興化学工業（株）製）
（５）ポリマ２
低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）：ＵＢＥＣ５３０（宇部丸善ポリエチレン（株）製）

そして、外部半導電層用の樹脂組成物及び絶縁体層用の樹脂組成物を２層押出機に投入して１２０℃で２層同時押し出しを行い、２層の積層体を形成し、その２層の積層体で、導体（直径１２ｍｍ）を被覆した。このとき、外部半導電層用の樹脂組成物は、架橋後の厚さが１ｍｍの厚さとなるように押し出し、絶縁体層形成用の樹脂組成物は、厚さが３ｍｍの厚さとなるように押し出した。

次に、上記積層体を押出に引き続いて架橋筒に導入し加圧加熱（２００℃、約１５気圧＝約１．５ＭＰａ、１〜２分）し、外部半導電層用樹脂組成物及び絶縁体層用の樹脂組成物を架橋処理した。こうして電力ケーブルを得た。

そして、得られた電力ケーブルから、外部半導電層及び絶縁体層を、電力ケーブルの長手方向に長さ１５０ｍｍ程度、外部半導電層を絶縁体層に密着させたまま幅１２．５ｍｍの短冊状で切り出し、絶縁体層に対する外部半導電層の剥離試験を行った。剥離試験では、短冊状試料について、絶縁体層から外部半導電層を引っ張り、剥離したときの力を剥離力として測定した。結果を表１〜３に示す。なお、表１〜３において、剥離ができなかった場合は、「剥離不可」と表示した。

表１〜３に示す結果より、実施例１〜１６の電力ケーブルでは、絶縁体層に対する外部半導電層の剥離を容易に行うことができた。これに対し、比較例１〜８の電力ケールでは、絶縁体層に対する外部半導電層の剥離を行うことができなかった。

このことから、本発明の電力ケーブルによれば、端末処理を効率よく行うことができることが確認された。

１…導体、２…内部半導電層、３…絶縁体層、４…外部半導電層、１０…電力ケーブル。

Claims

導体と、
ポリエチレンを含む絶縁体層用樹脂組成物を押出成形したのち架橋してなり、前記導体を包囲する絶縁体層と、
ポリマ及び導電性物質を含む外部半導電層用樹脂組成物を、前記絶縁体層を覆うように押出成形したのち架橋してなる外部半導電層とを備え、
前記絶縁体層用樹脂組成物及び前記外部半導電層用樹脂組成物の両方にイミダゾール系化合物が含まれていること、
を特徴とする電力ケーブル。
前記絶縁体層用樹脂組成物には、イミダゾール系化合物が前記ポリエチレン１００質量部に対して０．０２〜０．３質量部の割合で配合されている、請求項１に記載の電力ケーブル。
前記外部半導電層用樹脂組成物には、イミダゾール系化合物が前記ポリマ１００質量部に対して０．０２〜０．３質量部の割合で配合されている、請求項１又は２に記載の電力ケーブル。
前記導体と前記絶縁体との間に設けられる内部半導電層をさらに備える、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電力ケーブル。