JP2024066593A - 樹脂組成物、ペレット、電力ケーブル、および電力ケーブルの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
電力ケーブルの絶縁層を構成する樹脂組成物であって、
ポリエチレンを含み、
前記ポリエチレンは、メチン基を有し、
前記ポリエチレンは、13C核磁気共鳴スペクトルにおいて式(1)を満たす、
RX≦5 ・・・(1)
ここで、
RX={X/(X+Y+Z)}×100であり、
X、YおよびZは、それぞれ、前記ポリエチレンの13C核磁気共鳴スペクトルにおける前記メチン基の積分強度、メチレン基の積分強度、およびメチル基の積分強度である
樹脂組成物が提供される。
電力ケーブルの絶縁層の絶縁性は、例えば、特開2019-189842またはUS2021/032434Aにおいて知られているように、直流破壊電界強度によって評価される。これまでの評価は、平電極(平板電極)を用いていた。
次に、本開示の実施態様を列記して説明する。
電力ケーブルの絶縁層を構成する樹脂組成物であって、
ポリエチレンを含み、
前記ポリエチレンは、メチン基を有し、
前記ポリエチレンは、13C核磁気共鳴スペクトルにおいて式(1)を満たす、
RX≦5 ・・・(1)
ここで、
RX={X/(X+Y+Z)}×100であり、
X、YおよびZは、それぞれ、前記ポリエチレンの13C核磁気共鳴スペクトルにおける前記メチン基の積分強度、メチレン基の積分強度、およびメチル基の積分強度である。
この構成によれば、局所的な電気トリーの発生を抑制することが可能となる。
曲率半径が10μmである先端を有する針状電極を用いて測定した直流破壊電界強度は、100kV/mm以上である。
この構成によれば、実使用時での局所的な電気トリーの発生に起因した絶縁層の絶縁破壊を抑制することが可能となる。
前記ポリエチレンは、式(2)を満たす、
0.05≦RX ・・・(2)。
この構成によれば、局所的な電気トリーの発生を安定的に抑制することが可能となる。
曲率半径が5μmである先端を有する針状電極を用いて測定した直流破壊電界強度は、100kV/mm以上である。
この構成によれば、実使用時での局所的な電気トリーの発生に起因した絶縁層の絶縁破壊を安定的に抑制することが可能となる。
前記ポリエチレンは、式(2)’を満たす、
0.1≦RX ・・・(2)’。
この構成によれば、局所的な電気トリーの発生を安定的に抑制することが可能となる。
前記ポリエチレンは、式(3)を満たす、
0.8≦(X/Z)≦1.2 ・・・(3)。
この構成によれば、局所的な電気トリーの発生を安定的に抑制することが可能となる。
曲率半径が3μmである先端を有する針状電極を用いて測定した直流破壊電界強度は、100kV/mm以上である。
この構成によれば、実使用時での局所的な電気トリーの発生に起因した絶縁層の絶縁破壊を安定的に抑制することが可能となる。
無機充填剤をさらに含む。
この構成によれば、直流電界下での空間電荷の蓄積を抑制できる。
前記ポリエチレンは、少なくとも低密度ポリエチレンを含む。
この構成によれば、局所的な電気トリーの発生を抑制する樹脂組成物を安定的に得ることが可能となる。
上記[1]から[9]のいずれか1つに記載の樹脂組成物を含む。
この構成によれば、局所的な電気トリーの発生を抑制することが可能となる。
導体と、
前記導体の外周を覆うように設けられた絶縁層と、
を備え、
前記絶縁層は、上記[1]から[9]のいずれか1つに記載の樹脂組成物を含む。
この構成によれば、局所的な電気トリーの発生を抑制することが可能となる。
導体を準備する工程と、
前記導体の外周を覆うように絶縁層を形成する工程と、
を備え、
前記絶縁層を形成する工程では、
上記[1]から[9]のいずれか1つに記載の樹脂組成物により、前記絶縁層を形成する。
この構成によれば、局所的な電気トリーの発生を抑制することが可能となる。
次に、本開示の一実施形態を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本開示はこれらの例示に限定されるものではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
(1)樹脂組成物
本実施形態の樹脂組成物は、後述する電力ケーブル10の絶縁層130を構成する材料である。樹脂組成物は、例えば、少なくともベース樹脂を含んでいる。
ベース樹脂(ベースポリマ)とは、樹脂組成物の主成分を構成する樹脂成分のことをいう。本実施形態のベース樹脂は、例えば、ポリエチレンを含んでいる。
・メチル分岐などの短鎖分岐(Short Chain Branch)SCB
・長鎖分岐(Long Chain Branch)LCB
なお、分岐が結合したメチン基aにおける炭素は、三級炭素である。ポリエチレンが上述の分岐を有することで、ポリエチレンの密度および結晶性を調整することができる。
RX≦5 ・・・(1)
RX={X/(X+Y+Z)}×100
以下、RXを「メチン基の比率」ともいう。
・X:メチン基の積分強度
メチン基の積分強度は、ポリエチレン中のメチン基の位置に応じて生じる、メチン基由来の複数のピークを積分した強度の合計。
・Y:メチレン基の積分強度
メチレン基の積分強度は、ポリエチレン中のメチレン基の位置に応じて生じる、メチレン基由来の複数のピークを積分した強度の合計。
・Z:メチル基の積分強度
メチル基の積分強度は、ポリエチレン中のメチル基の位置に応じて生じる、メチル基由来の複数のピークを積分した強度の合計
0.05≦RX ・・・(2)
0.1≦RX ・・・(2)’
0.8≦(X/Z)≦1.2 ・・・(3)
以下では、X/Zを「メチル基に対するメチン基の比率」ともいう。
樹脂組成物は、その他の添加剤として、例えば、無機充填剤、架橋剤、酸化防止剤、滑剤のうち少なくともいずれかをさらに含んでいてもよい。無機充填剤、架橋剤、酸化防止剤、滑剤は、例えば特開2020-132819、US2020/279672A、特開2020-132818、US2020/273598A、特開2020-132817、US2020/270426A、特開2019-189842、US2021/032434Aに開示されているので説明は省略する。
本実施形態の樹脂組成物は、以下の特性を示す。
次に、図2を参照し、本実施形態の電力ケーブルについて説明する。
次に、図3を参照し、本実施形態の電力ケーブル10の製造方法について説明する。
まず、本実施形態の樹脂組成物を準備する。当該樹脂組成物準備工程S100は、例えば、ポリエチレン準備工程S120と、混合工程S140と、を有している。
本実施形態では、例えば、高圧法によりモノマを重合してポリエチレンを製造する。モノマとしては、例えば、エチレンである。
ポリエチレン準備工程に続いて、混合工程を行う。ポリエチレンを含むベース樹脂と、添加剤とを混合して、混合材のペレットを形成する。
一方で、複数の導体芯線を撚り合わせることにより形成された導体110を準備する。
次に、導体110の外周に、内部半導電層120、絶縁層130および外部半導電層140を付与し、これによりケーブルコアを形成する。なお、内部半導電層120、絶縁層130、外部半導電層140は架橋される。
[S400:遮蔽層形成工程]
次に、外部半導電層140の外側に、例えば銅テープの遮蔽層150を形成する。
[S500:シース形成工程]
遮蔽層150の外周に、シース160を形成する。
本実施形態によれば、以下に示す1つまたは複数の効果を奏する。
以上、本開示の実施形態について具体的に説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
(1-1)ポリエチレンの準備
サンプル1-1~1-9の樹脂組成物におけるポリエチレンを、以下の条件で製造した。
・重合装置:チューブラーリアクタ
・モノマ:エチレン
・触媒:有機過酸化物
・連鎖移動剤:なし。
・重合ピーク温度:表1参照
・重合圧力:表1参照
サンプル1-1~1-9の樹脂組成物のそれぞれにおいて、以下の評価を行った。
オルトクロロベンゼンに上述の各サンプルの樹脂組成物を溶解させ、130℃の温度環境下にて、日本電子社製NMR装置を用い、13C-NMR分析を行った。得られた13C-NMRスペクトルにおけるメチン基由来のピークに関して、RXを求めた。
図4に示すように、平電極による直流破壊電界強度を次のように測定した。
・厚さ0.15mmのシートSを形成した。なお、シートSは各サンプルの樹脂組成物からなる。
・シートSの第1面S1上に平電極FE1を配置した。また、シートの第2面S2上に平電極FE2を配置した。なお、第2面S2は、第1面S1の反対にある。平電極FE1および平電極FE2は、直径が25mmの円形である。
・シートSをシリコーンオイルO中に浸漬させた。シリコーンオイルOの温度は90℃とした。
・平電極FE1と平電極FE2により、シートSに対して電圧を印加した。電圧は、4kV/minの速度で上昇させた。
・シートSが絶縁破壊した際の印加電圧およびシートSの厚さに基づいて、シートSの直流破壊電界強度を算出した。
図5Aおよび図5Bに示すように、針状電極Aによる直流破壊電界強度を次のように測定した。
・厚さ4mmのシートSを形成した。なお、シートSは各サンプルの樹脂組成物からなる。
・シートSの第1面S1上に銀ペーストからなる導電性塗料を塗布して電極FE3を形成した。電極FE3は、直径25mmの円形に形成した。
・シートSの第2面S2から、シートSの厚さ方向に沿って、針状電極A(NE)の先端を突き刺した。針状電極A(NE)の先端は、曲率半径rが10μmとなっている。針状電極A(NE)の先端は、電極FE3から1mm離間している。
・針状電極A(NE)を突き刺したシートSをシリコーンオイルO中に浸漬させた。シリコーンオイルOの温度は90℃とした。
・針状電極A(NE)と電極FE3との間に電圧を印加した。電圧は、4kV/minの速度で上昇させた。
・シートSが絶縁破壊した際の印加電圧と、針状電極A(NE)および電極FE3の間の距離とに基づいて、シートSの直流破壊電界強度を求めた。
針状電極Bによる直流破壊電界強度を次のように測定した。針状電極Bの先端は、曲率半径が5μmとなっている。針状電極Bの先端の曲率半径以外は、針状電極Aによる直流破壊電界強度の測定条件と同じである。
(1-3)結果
サンプル1-1~1-9の樹脂組成物のそれぞれの製造条件および評価の結果を以下の表1に示す。
[サンプル1-2~1-8]
サンプル1-2~1-8は、RXが0.05以上5以下であった。また、これらのサンプルは、評価1によると、250kV/mm以上であった。また、これらのサンプルは、評価2および評価3によると、100kV/mm以上であった。
サンプル1-9はRXが10であった。
RXが0.01であったサンプル1-1では、平電極による直流破壊電界強度は、250kV/mm以上であった。サンプル1-1では、針状電極Aを用いて測定した直流破壊電界強度が、100kV/mm以上であった。
(2-1)ポリエチレンの準備
サンプル2-1~2-5の樹脂組成物におけるポリエチレンを、高圧法により重合した。モノマとしては、実験1と同じエチレンを用いた。重合ピーク温度と重合圧力は表2に示す。
サンプル2-1~2-5の樹脂組成物のそれぞれにおいて、以下の評価を行った。
針状電極Aおよび針状電極Bによる直流破壊電界強度の測定を実験1と同様に行った。
[評価4:針状電極Cによる直流破壊電界強度]
針状電極Cによる直流破壊電界強度を次のように測定した。針状電極Cの先端は、曲率半径が3μmとなっている。針状電極Cの先端の曲率半径以外は、針状電極Aによる直流破壊電界強度の測定条件と同じである。
実験2においてサンプル2-1~2-5の樹脂組成物のそれぞれの評価を行った結果を以下の表2に示す。
X/Zが0.7であったサンプル2-1では、針状電極Aおよび針状電極Bを用いて測定した直流破壊電界強度が、100kV/mm以上であった。
X/Zが1.3であったサンプル2-5では、針状電極Aおよび針状電極Bを用いて測定した直流破壊電界強度が、100kV/mm以上であった。
X/Zが0.8以上1.2以下であったサンプル2-2~2-4では、針状電極Aおよび針状電極Bを用いて測定した直流破壊電界強度が、100kV/mm以上であった。
(3-1)電力ケーブルのサンプルの製造
次のような電力ケーブルのサンプルを製造した。
・導体:直径14mmの銅。
・内部半導電層:厚み1mm。
・絶縁層:上述のサンプル1-2、サンプル1-6、サンプル1-8、サンプル2-2、サンプル2-4の樹脂組成物。厚み3mm。
・外部半導電層:厚み1mm。
サンプル1-2、サンプル1-6、サンプル1-8、サンプル2-2、サンプル2-4の電力ケーブルのそれぞれを温度90℃のシリコーンオイル中に浸漬させ、絶縁層の厚さ方向に200kV/mmの直流電界を、1000時間印加した。このとき、各電力ケーブルの絶縁層が絶縁破壊するか確認した。
上述の評価の結果、サンプル1-2、サンプル1-6、サンプル1-8、サンプル2-2、サンプル2-4の電力ケーブルにおいて、絶縁破壊が生じないことを確認した。
110 導体
120 内部半導電層
130 絶縁層
140 外部半導電層
150 遮蔽層
160 シース
NE 針状電極
FE1、FE2 平電極
FE3 電極
O シリコーンオイル
S シート
S1 第1面
S2 第2面
a メチン基
b1、b2 メチレン基
c1、c2 メチル基
Claims (12)
- 電力ケーブルの絶縁層を構成する樹脂組成物であって、
ポリエチレンを含み、
前記ポリエチレンは、メチン基を有し、
前記ポリエチレンは、13C核磁気共鳴スペクトルにおいて式(1)を満たす、
RX≦5 ・・・(1)
ここで、
RX={X/(X+Y+Z)}×100であり、
X、YおよびZは、それぞれ、前記ポリエチレンの13C核磁気共鳴スペクトルにおける前記メチン基の積分強度、メチレン基の積分強度、およびメチル基の積分強度である
樹脂組成物。 - 曲率半径が10μmである先端を有する針状電極を用いて測定した直流破壊電界強度は、100kV/mm以上である
請求項1に記載の樹脂組成物。 - 前記ポリエチレンは、式(2)を満たす、
0.05≦RX ・・・(2)
請求項1または請求項2に記載の樹脂組成物。 - 曲率半径が5μmである先端を有する針状電極を用いて測定した直流破壊電界強度は、100kV/mm以上である
請求項3に記載の樹脂組成物。 - 前記ポリエチレンは、式(2)’を満たす、
0.1≦RX ・・・(2)’
請求項3に記載の樹脂組成物。 - 前記ポリエチレンは、式(3)を満たす、
0.8≦(X/Z)≦1.2 ・・・(3)
請求項1または請求項2に記載の樹脂組成物。 - 曲率半径が3μmである先端を有する針状電極を用いて測定した直流破壊電界強度は、100kV/mm以上である
請求項6に記載の樹脂組成物。 - 無機充填剤をさらに含む
請求項1または請求項2に記載の樹脂組成物。 - 前記ポリエチレンは、少なくとも低密度ポリエチレンを含む
請求項1または請求項2に記載の樹脂組成物。 - 請求項1または請求項2に記載の樹脂組成物を含む
ペレット。 - 導体と、
前記導体の外周を覆うように設けられた絶縁層と、
を備え、
前記絶縁層は、請求項1または請求項2に記載の樹脂組成物を含む
電力ケーブル。 - 導体を準備する工程と、
前記導体の外周を覆うように絶縁層を形成する工程と、
を備え、
前記絶縁層を形成する工程では、
請求項1または請求項2に記載の樹脂組成物により、前記絶縁層を形成する
電力ケーブルの製造方法。
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