JP2013187131A - 電線・ケーブル - Google Patents

Abstract

【課題】原子力発電所、特に沸騰水型原子力発電所の格納容器内に適用できる耐放射線性、耐水性に優れた電線・ケーブルを提供する。
【解決手段】導体１１の外周をプラスチック・ゴム材料からなる絶縁体１２で被覆し、その絶縁体１２の表面にガラス層１３を形成したものである。前記ガラス層の厚さが、０．０１μｍ以上２．０μｍ以下であり、前記ガラス層はポリシラザンをガラス転化させたガラス層からなり、このガラス層が、前記絶縁体の外周に単層もしくは多層で形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、送配電や制御用などに使用される電線・ケーブルに係り、特に原子力発電所の原子炉格納容器内等で使用される耐放射線性や耐水性に優れた電線・ケーブルに関するものである。

原子力発電所で使用されている電線・ケーブル類は、定常運転時には、熱・放射線に、また想定される冷却材喪失事故時には熱・放射線及び熱水に同時に曝される。

電線・ケーブルは絶縁体材料として一般的に耐熱性、耐放射線性、電気絶縁性に優れたエチレンプロピレン共重合体（ＥＰＭ）や、エチレンα−オレフィン共重合体、ポリエチレンなどからなり、シース材料には難燃性を考慮してクロロプレンゴムやクロロスルホン化ポリエチレン、ポリ塩化ビニルといった材料からなることが多い（特許文献１、２）。しかしながら、これらのゴムや樹脂といったポリマは前述した環境下に曝されることで、無機材料と比較し早く劣化が進行し、機械特性や電気絶縁性が低下してしまう。

特に劣化した絶縁体材料が熱水に曝されると電気絶縁性が低下しケーブルとしての健全性が保持できない。

これらの劣化は放射線酸化によるものである。劣化を抑制するために放射線（γ線）のエネルギーを光や熱エネルギーに変換する芳香族化合物や芳香族油などをポリマに添加することや、酸化防止剤をいくつか組み合わせて添加することが提案されている。

これらの方法により劣化を抑制することは可能ではあるが、長期間使用によって、これら酸化防止剤が揮発し効果を発揮できない可能性は否定できない。また、酸化防止剤は添加した全量が劣化抑制に使用されると、それ以上の劣化を抑制することはできず、消費後は急激に劣化が進行することが知られている。

酸化防止剤を過剰に添加しておくことも考えられるが、そうすると製造時に架橋反応が進行せず、満足な機械特性を得られないため冷却材喪失事故のような高温に曝されるとポリマが溶融し流れ落ちてしまう可能性がある。

上記を解決するひとつの方法としてポリマを無機ガスバリア層でコーティングし、酸素との接触を回避もしくは抑制し酸化劣化を抑制する方法が提案されている（非特許文献１）。

本技術は、厚さ１ｍｍのポリプロピレン板の両面にマグネトロンスパッタ法でガラス膜をコーティングすることで酸素透過量を低減し放射線酸化劣化を抑制している。

特開２０１０−１６８５５６号公報 特開２０１０−０５３２４６号公報 特開平４−６１７１１号公報 特開平６−６０７２９号公報 特開平９−１１５３４９号公報 特開平９−１１５３４８号公報 特開２０１０−１６９２６０号公報 特開平３−１５６８０８号公報

小林慶規、シリカ膜による高分子の耐放射線性の向上、産総研ＴＯＤＡＹ ２００６ Ｖｏｌ．１ Ｐ２４−２５

しかしながら、マグネトロンスパッタ法ではガラス層の生成をバッチ方式でかつ、真空チャンバ内で行う必要があり、円形で長尺形状の電線・ケーブルには適用が困難であり、ガラス層を形成できたとしても均一にかつ、低コストで製造することは難しいことが問題であった。

これら技術とは別に、導体上に直接ポリシラザンを塗布しガラスに転化させた耐熱電線という提案もある（特許文献３〜８）。無機ガラスはポリマと比較し耐熱性が著しく優れ、かつ電気絶縁物であることからガラスを直接絶縁体として使用したものである。しかしながらこれら電線は可とう性に乏しく、曲げによりクラックが入りやすいため長尺の電線には不向きであり、またコストも高いという難点がある。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、原子力発電所、特に沸騰水型原子力発電所の格納容器内に適用できる耐放射線性、耐水性に優れた電線・ケーブルを提供することにある。

上記目的を達成するために請求項１の発明は、導体の外周をプラスチック・ゴム材料を用いた絶縁体で被覆し、その絶縁体の外側にガラス層を形成したことを特徴とする電線・ケーブルである。

請求項２の発明は、前記ガラス層の厚さが、０．０１μｍ以上２．０μｍ以下である請求項１記載の電線・ケーブルである。

請求項３の発明は、前記ガラス層が、ポリシラザンをガラス転化させたガラス層からなり、このガラス層が、前記絶縁体の外周に単層もしくは多層で形成される請求項１又は２記載の電線・ケーブルである。

請求項４の発明は、前記絶縁体の外周にポリシラザン処理液を塗布し、これを加熱又は紫外線照射或いは加熱と紫外線照射を同時にもしくは逐次的に行ってガラス層を形成する請求項３記載の電線・ケーブルである。

請求項５の発明は、前記ポリシラザン処理液は、パーヒドロポリシラザンと触媒と希釈液から構成される請求項４記載の電線・ケーブルである。

本発明は、原子力発電所、特に沸騰水型原子力発電所の格納容器内に適用できる耐放射線性、耐水性に優れた電線・ケーブルを得ることができるという優れた効果を発揮する。

本発明の一実施の形態を示す断面図である。 本発明の他の実施の形態を示す断面図である。 本発明のさらに他の実施の形態を示す断面図である。 比較例１の電線・ケーブルを示す図である。 比較例２の電線・ケーブルを示す図である。 電線・ケーブルの高圧蒸気曝露試験時の温度と圧力条件を説明する図である。

以下、本発明の好適な一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。

先ず、本発明の電線・ケーブルを図１〜図３により説明する。

図１に示す電線１０は、芯線を撚り合わせた導体１１の外周に絶縁体１２を押出被覆し、その絶縁体１２の外周に単層のガラス層１３を形成して構成される。

図２に示す電線１０Ａは、芯線を撚り合わせた導体１１の外周に絶縁体１２を押出被覆し、その絶縁体１２の外周に、内層となるガラス層１４ｉと外層となるガラス層１４ｏからなる多層のガラス層１３Ａを形成して構成される。

図３に示すケーブル２０は、図１に示した電線１０の３本と、介在２１としてジュートを撚り合わせて円形にしたコアの上に、ポリエステルテープなどの抑えテープ２２を巻き付け、その外周にシース２３を押出被覆して構成される。

本発明は、前記した課題を達成するために種々検討した結果、絶縁体１２の表面に電気絶縁性・耐水性に優れたガラス層１３、１３Ａを形成することでポリマの酸化劣化を抑制することができることを見出し、更に冷却材喪失事故時にはガラス層１３、１３Ａが絶縁体１２への水分の侵入を抑制し健全性を維持するために有効な手段であることも見出した。

また、ガラス層１３、１３Ａを形成する際には、ポリシラザン法を用いることで、マグネトロンスパッタ法のように真空チャンバを使用することなく、連続的にかつ低コストで均一にガラス層１３、１３Ａを形成できることが分かった。

更にガラス層１３、１３Ａを形成する際に、絶縁体１２にポリシラザン処理液を塗布し、このポリシラザンを加熱しながら紫外線を同時に照射することでガラス転化させることで、より完全にガラス転化し、より酸素の拡散を抑制できることが分かった。

ポリシラザン法により均一にガラス層１３、１３Ａを形成した電線・ケーブル１０、２０は、絶縁体１２のポリマ材料の酸化劣化を抑制できるため耐放射線性に優れており、かつ蒸気曝露させても絶縁体１２への水分浸入を抑制できることが分かった。更に無機であるガラス層１３、１３Ａが薄いため電線・ケーブル１０、２０としての可とう性にも優れており、ケーブル自己径に巻きつけたとしてもクラックは入るものの剥離を起こしたり、絶縁体１２のポリマ材料を傷つけることがないことが分かった。

ガラス層１３、１３Ａは、単層でもその効果を得ることができるが多層でコートすることでピンホールなどのガラス層の欠落を防止することができる。

本発明における電線・ケーブル１０、２０の絶縁体１２に使用される材質は、通常使用されるものと同様の材質でよく、ゴムや樹脂を使用できる。

ゴムとしては、天然ゴム、ブチルゴム、ハロゲン化ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、クロロプレンゴム、スチレンブタジエンゴム、ニトリルゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、塩素化ポリエチレン、エピクロロヒドリンゴム、アクリルゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴム等があげられ、架橋（又は加硫）の有無は問わない。

樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリブチレンナフタレート、ポリカーボネート、ポリアミド、アクリル樹脂、ＡＢＳ、ＡＣＳ、ＡＥＳ、ＡＳＡ、ポリアセタール、フッ素樹脂、エチレン酢酸ビニル共重合体、ポリ酢酸ビニル、エチレン酢酸ビニル、塩化ビニル共重合体、エチレンアクリル酸エステル共重合体、ポリビニルアルコール、シリコーン樹脂、スチレン共重合体、セルロースプラスチック、ポリ乳酸、ニトリル樹脂、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルスルフォン、ポリエチレンオキサイド、ポリスルフォン、ポリビニルアセタール、ポリフェニルエーテル、ポリフェニレンサルファイド、ポリベンゾイミダゾール、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリウレタンなどがあげられ、架橋の有無は問わない。

これらゴム、樹脂をひとつもしくは複数用いて絶縁体を形成することができる。

上記ゴム、樹脂には必要に応じて、通常使用されるような配合剤を添加していても構わない。例えば、酸化防止剤、紫外線吸収剤、難燃剤、滑剤、架橋助剤、補強剤、充填剤、プロセス油（操作油）、可塑剤、ワックス、シランカップリング剤、着色剤、加工助剤などがあげられる。

本発明においては、導体にゴム、樹脂からなる絶縁体１２を形成した後、より耐放射線性や、難燃性を付与するために、絶縁体１２にガラス層１３、１３Ａを形成するものである。

ケーブルの場合、ガラス層はシースではなく、電線１０の絶縁体１２の直上に形成することが望ましい。定常運転時や冷却材喪失事故時にケーブルの健全性を維持するためには、絶縁体１２の電気絶縁性が重要であり、それは劣化により低下する傾向があるからである。

特に絶縁体１２にプライマーを塗布する必要はないが、形成したガラス層１３、１３Ａと絶縁体１２との密着性が悪い場合は接着性をよくするためにプライマーを塗布することができる。

ポリシラザンのガラス転化は、加熱、加湿、紫外線照射により実施でき、加熱と紫外線照射を同時もしくは逐次的に実施することでより完全にガラス転化することができる。この際の加熱温度は１００℃以上が望ましく、紫外線はエネルギーの大きい波長２００ｎｍ以下の遠紫外線を照射することが望ましい。

ガラス層１３、１３Ａの厚さは特に規定しないが、０．０１μｍ以上２．０μｍ以下が望ましい。０．０１μｍよりも薄い場合は、ポリシラザンで均一にこの厚さ未満で制御することが難しく、ガラス層１３、１３Ａに穴が開く可能性が高いためである。また２．０μｍよりも厚いと電線・ケーブル１０、２０の可とう性が失われ、かつガラス層にクラックが入ると絶縁体１２から剥離しやすくなる他、絶縁体に傷がつく可能性があるためである。

電線・ケーブル１０、２０へのポリシラザン塗布方法も特に規定しないが、その形状から考えてポリシラザン処理液を染み込ませたウェスによる塗布もしくはディップによる塗布が望ましい。

ポリシラザンは、価格や汎用性の観点からパーヒドロポリシラザンが好ましく、その希釈液はキシレンやジブチルエーテルのような有機溶剤を使用することができる。ガラス転化を促進させる触媒は特に規定しないが、樹脂に塗布し、ガラス転化させることを考慮するとパラジウム系やアミン系触媒を使用することが望ましい。

以下、本発明の実施例と比較例を表１に示すが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

先ず、実施例１は、図１で説明した電線１０に対応し、実施例２は、図２で説明した電線１０Ａに対応し、実施例３は、図３で説明したケーブル２０に対応する。

また、比較例１は、図４に示すように芯線を撚り合わせた導体３１に絶縁体３２を被覆して電線３０としたものであり、比較例２は、図５に示すように図４に示した電線３０と、介在４１としてジュートを撚り合わせて円形にしたコアの上に、ポリエステルテープなどの抑えテープ４２を巻き付け、その外周にシース４３を押出被覆してケーブル４０としたものである。

実施例１〜３と比較例１、２の絶縁体として表２、シース材料として表３に示した組成物を用いた。

（実施例１）
表２に示した組成物を縁体材料として、バンバリミキサで混練し、導体断面積２ｍｍ²の銅導体上に絶縁体を１００℃で押出被覆後、ポリシラザン処理液（アクアミカＮＬ１２０−２０ｍａｓｓ％（ＡＺエレクトロニックマテリアルズ社製）原液をジブチルエーテルで１０％に希釈）を綿布で塗布し、２００℃の飽和水蒸気により絶縁体の架橋とポリシラザンのガラス転化を行い、電線をドラムに巻取りガラス転化を促進させるために８０℃の恒温槽で４８時間加熱し、絶縁体厚さ０．８ｍｍ、ガラス層厚さ０．２μｍでコーティングされた電線を作製した。

（実施例２）
実施例１で得た電線１０のガラス層を内層とし、その外周に、さらにポリシラザン処理液（アクアミカＮＬ１２０―２０ｍａｓｓ％（ＡＺエレクトロニックマテリアルズ社製）原液をジブチルエーテルで５％に希釈）を綿布で塗布し、１２０℃の環境下でエキシマランプを使用し紫外線を１時間照射して外層を形成し、ガラス層厚さ０．３μｍ（内層：０．２μｍ、外層：０．１μｍ）電線を得た。

（実施例３）
実施例１で得た電線１０を３本と介在としてジュートを撚り合わせ、円形にしたコアの上に抑えとしてポリエステルテープを巻きつけ、表３に示すシース材料をバンバリミキサで混練後、９０℃で押出被覆し、１８０℃のスチームにて架橋して、シース厚さ１．５ｍｍ、外径１１．０ｍｍのケーブルを作製した。

（比較例１）
表２に示す絶縁材料をバンバリミキサで混練し、導体断面積２ｍｍ²の銅導体上に絶縁体を１００℃で押出後、１８０℃のスチームにより絶縁体を架橋し、絶縁体厚さ０．８ｍｍの絶縁電線を作製した。

（比較例２）
比較例１で得た電線３本と介在としてジュートを撚り合わせ、円形にしたコアの上に抑えとしてポリエステルテープを巻きつけ表３に示すシース材料をバンバリミキサで混練後、９０℃で押出被覆、１８０℃のスチームにて架橋して、シース厚さ１．５ｍｍ、外径１１．０ｍｍのケーブルを作製した。

上記方法で得られた各ケーブル約１０ｍを用いて下記条件で劣化させ、耐放射線性と耐水性の評価を実施した。

耐放射線性の評価は、⁶⁰Ｃｏ線源を使用し、γ線を５ｋＧｙ／ｈの線量率で２ＭＧｙまで室温・大気圧下で照射後、１４０℃×９日熱老化させる。その後、ＪＩＳ Ｃ−３００５に準拠した方法で引張試験を行い、破断の伸びで耐放射線性を評価し１００％以上の破断伸びを有しているものを合格とした。

耐水性の評価は、残った各ケーブル試料を図６に示す原子力発電所冷却材喪失事故を模擬した条件で高圧蒸気曝露試験を実施した。蒸気曝露試験中は交流６００Ｖでケーブルに課電を行う。その後ケーブル外径の４０倍マンドルに巻きつけ、両端以外の部分を常温の水中に１時間放置し、絶縁抵抗計で絶縁抵抗を計測、その後耐電圧試験（２．６ｋＶ−５分間）を行った。蒸気曝露中課電が可能で耐電圧試験に破壊せず保持できたものを耐水性合格とした。

評価結果は、表１に併せて示した。

表１より、実施例１〜３は絶縁体上にガラス層を形成させたことで劣化が抑制され、優れた耐放射線性及び耐水性を示した。

一方、比較例１、２はガラス層を有していないため耐放射線性に劣り、劣化により電気絶縁性が低下、耐電圧試験に不合格であった。

１０、１０Ａ 電線
１２ 絶縁体
１３、１３Ａ ガラス層
２０ ケーブル

Claims (5)

1. 導体の外周をプラスチック・ゴム材料を用いた絶縁体で被覆し、その絶縁体の外側にガラス層を形成したことを特徴とする電線・ケーブル。
2. 前記ガラス層の厚さが、０．０１μｍ以上２．０μｍ以下である請求項１記載の電線・ケーブル。
3. 前記ガラス層が、ポリシラザンをガラス転化させたガラス層からなり、このガラス層が、前記絶縁体の外周に単層もしくは多層で形成される請求項１又は２記載の電線・ケーブル。
4. 前記絶縁体の外周にポリシラザン処理液を塗布し、これを加熱又は紫外線照射或いは加熱と紫外線照射を同時にもしくは逐次的に行ってガラス層を形成する請求項３記載の電線・ケーブル。
5. 前記ポリシラザン処理液は、パーヒドロポリシラザンと触媒と希釈液から構成される請求項４記載の電線・ケーブル。