JP2523236B2 - Filler for DC cable insulation - Google Patents

Filler for DC cable insulation

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JP2523236B2
JP2523236B2 JP3170740A JP17074091A JP2523236B2 JP 2523236 B2 JP2523236 B2 JP 2523236B2 JP 3170740 A JP3170740 A JP 3170740A JP 17074091 A JP17074091 A JP 17074091A JP 2523236 B2 JP2523236 B2 JP 2523236B2
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insulator
polyethylene
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magnesium oxide
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、海底ケーブルなどの
高圧直流送電線路に用いるのに好適な直流電力ケーブル
の改良に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an improvement of a DC power cable suitable for use in a high voltage DC transmission line such as a submarine cable.

【0002】[0002]

【従来の技術】現在、交流送電用電力ケーブルとしては
優れた絶縁特性や保守管理の容易性、防災性の面で多く
の利点を有することから架橋ポリエチレンを絶縁体とし
た電力ケーブル、いわゆるCVケーブルが広く使用され
ており、近年の製造技術の著しい進歩と相まって、今日
では500kVケーブルとして実用化されるに至ってい
る。
2. Description of the Related Art Currently, a power cable using cross-linked polyethylene as an insulator, a so-called CV cable, has many advantages in terms of excellent insulation characteristics, ease of maintenance and disaster prevention as a power cable for AC transmission. Is widely used, and in recent years, it has come into practical use as a 500 kV cable in combination with remarkable progress in manufacturing technology.

【0003】このように、交流ケーブルとしては多くの
優れた特徴と実績を有するCVケーブルであるが、これ
を高圧直流送電用として適用する場合には直流絶縁特有
の問題が顕著に現われ、国内はもとより世界的にみても
未だ実線路への適用例はない。また、CVケーブルは絶
縁体の耐熱性を高め、ケーブルの許容電流の向上を図る
ため、単なるポリエチレンではなく、例えば、D.C.
P.(di−cumyl peroxide)などの架
橋剤により架橋した架橋ポリエチレンが絶縁体として使
用されている。そのため、ケーブル製造時には架橋反応
に伴なうメタンやアセトフェノンなどの分解生成物が絶
縁体中に発生することから、一般にはケーブル押し出し
終了後、ある所定の期間乾燥室などでケーブルを乾燥
し、絶縁体中に残存している架橋時の分解生成物を許容
レベル(発生ガスがケーブルシース等に悪影響を及ぼさ
ないレベル)以下となるようにしている。
As described above, an AC cable is a CV cable that has many excellent features and a track record, but when it is used for high-voltage DC transmission, a problem peculiar to DC insulation appears conspicuously and domestically. From a global perspective, there are still no examples of application to real lines. Further, the CV cable is made of not only polyethylene but also D.I. for improving the heat resistance of the insulator and improving the allowable current of the cable. C.
P. Cross-linked polyethylene cross-linked with a cross-linking agent such as (di-cumyl peroxide) is used as an insulator. Therefore, during cable production, decomposition products such as methane and acetophenone associated with the crosslinking reaction are generated in the insulator.In general, after cable extrusion, dry the cable in a drying room for a certain period of The decomposition products remaining in the body at the time of crosslinking are kept below an allowable level (a level at which generated gas does not adversely affect the cable sheath etc.).

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】CVケーブルを直流ケ
ーブルとして使用する場合の問題点の一つとして、ケー
ブルに直流電圧を印加した際に絶縁体内に形成される空
間電荷の存在があることは一般に知られるところであ
る。
As one of the problems in using a CV cable as a DC cable, it is generally the presence of space charge formed in the insulator when a DC voltage is applied to the cable. It is known.

【0005】例えば、ケーブルに負の直流電圧を印加す
ると、導体側近傍には負の空間電荷、逆に遮蔽側近傍に
は正の空間電荷が形成されることが知られている。この
ような場合には、導体電極直上および遮蔽側電極での電
界は緩和される反面、絶縁体内部に局所的高電界を発生
するばかりか、ケーブルの実質的な有効絶縁厚を小なら
しめてしまうこともまた知られるところである。さら
に、このような状態のところに直流と逆極性(この場合
は正)の雷インパルス電圧が侵入したり、直流電圧の極
性を急激に反転すると、空間電荷により緩和されていた
導体電極直上電界が著しく上昇し、予想外の破壊電圧の
低下を招くこととなる。
For example, it is known that when a negative DC voltage is applied to a cable, negative space charges are formed near the conductor side, and conversely, positive space charges are formed near the shield side. In such a case, the electric field on the conductor electrode and on the shield side electrode is relaxed, but a local high electric field is generated inside the insulator and the effective insulation thickness of the cable is reduced. This is also known. Furthermore, if a lightning impulse voltage with a polarity opposite to that of the direct current (positive in this case) enters such a state, or if the polarity of the direct current voltage is abruptly reversed, the electric field directly above the conductor electrode, which was relaxed by the space charge, is generated. This causes a remarkable increase and causes an unexpected decrease in breakdown voltage.

【0006】従って、ポリエチレンや架橋ポリエチレン
を絶縁体としたケーブルを直流用として適用するには、
前記した空間電荷の形成を極力抑制することが必要条件
となり、その抑制策としてこれまでにも種々の提案がな
されている。
Therefore, in order to apply a cable using polyethylene or cross-linked polyethylene as an insulator for direct current,
It is a necessary condition to suppress the above-mentioned formation of space charge as much as possible, and various proposals have been made so far as measures for suppressing it.

【0007】例えば、特公昭57−21805号公報に
示されているように、ポリエチレンに50ミクロン以下
の粒径を有する20〜80重量部の有極性非扁平形状無
機絶縁粉末、即ち、ケイ酸アルミニウム,ケイ酸カルシ
ウム,炭酸カルシウム,酸化マグネシウム等を配合して
架橋した絶縁体とその外周に設けられた遮水層を有する
ケーブルもその一例であり、有極性無機絶縁物、所謂、
充填剤の添加により空間電荷の蓄積による直流絶縁耐力
の低下を防止するようにしたものである。
For example, as disclosed in Japanese Examined Patent Publication (Kokoku) No. 57-21805, 20 to 80 parts by weight of a polar non-flat inorganic insulating powder having a particle size of 50 microns or less, that is, aluminum silicate is added to polyethylene. An example is a cable having an insulator crosslinked by mixing calcium silicate, calcium carbonate, magnesium oxide, etc. and a water-blocking layer provided on the outer periphery of the insulator, and a polar inorganic insulator, so-called,
The addition of a filler prevents the deterioration of DC dielectric strength due to the accumulation of space charges.

【0008】しかし、このような有極性無機絶縁物をポ
リエチレンや架橋ポリエチレンに添加すると、直流破壊
特性の向上は図れるものの添加した有極性無機絶縁物が
異物として作用し、架橋ポリエチレン本来の優れた交流
特性、例えば雷インパルス破壊特性が低下してしまうと
いう不具合がある。また、有極性無機絶縁物の粉末が製
造過程で凝集したりすると電気絶縁上好ましくないこと
はいうまでもない。
However, when such a polar inorganic insulator is added to polyethylene or crosslinked polyethylene, the DC breakdown characteristics can be improved, but the added polar inorganic insulator acts as a foreign substance, and the excellent alternating current of crosslinked polyethylene is excellent. There is a problem that the characteristic, for example, the lightning impulse destruction characteristic is deteriorated. Needless to say, if the powder of the polar inorganic insulating material is agglomerated during the manufacturing process, it is not preferable for electrical insulation.

【0009】以上は空間電荷の挙動に絡む直流絶縁上の
問題であるが、これに加えて直流課電時にはケーブル絶
縁体内の電位が抵抗分担となり、内部の電界分布はケー
ブル半径方向の抵抗分布に大きく依存したものになる。
とりわけ、架橋ポリエチレン絶縁体においてはケーブル
絶縁体中に残存する架橋時分解生成物が絶縁体の抵抗に
大きく影響し、内部電界を一層複雑なものとしている。
The above is the problem of direct current insulation related to the behavior of space charge. In addition to this, the electric potential in the cable insulator becomes a resistance share when the direct current is applied, and the electric field distribution inside becomes a resistance distribution in the radial direction of the cable. It depends a lot.
In particular, in the crosslinked polyethylene insulator, the decomposition products at the time of crosslinking remaining in the cable insulator greatly affect the resistance of the insulator, which makes the internal electric field more complicated.

【0010】図1は通常の架橋ポリエチレンケーブルに
おいて、絶縁体半径方向の固有絶縁抵抗(ρ)と残存し
ている架橋時分解生成物量の分布を測定したものをグラ
フに示したものである。ケーブルは押出し後、温度約7
0℃の雰囲気で2週間の乾燥処理を実施した絶縁厚さ1
3mmの架橋ポリエチレン絶縁ケーブルである。このケ
ーブルより特殊バイトを用いた旋盤で半径方向に薄く
(約0.1mm)スライスした絶縁体シートの試料をサ
ンプリングし、各試料の固有絶縁抵抗ρと架橋時分解生
成物の量βを測定した。固有絶縁抵抗ρは室温で前記サ
ンプルに直流4kVを印加し、その時の漏れ電流から算
定した。なお、測定中の架橋時分解生成物の揮散の影響
を極力少なくするために、電圧印加後10分経過後の漏
れ電流値に基づき便宜上算定している。また、分解生成
物は同様にサンプリングしたシートを真空乾燥し、その
時の重量変化分から算定した。
FIG. 1 is a graph showing the distribution of the specific insulation resistance (ρ) in the radial direction of the insulator and the amount of residual decomposition products at the time of crosslinking in an ordinary crosslinked polyethylene cable. After extruding the cable, the temperature is about 7
Insulation thickness 1 after drying for 2 weeks at 0 ℃
It is a 3 mm cross-linked polyethylene insulated cable. A sample of an insulator sheet sliced thinly (about 0.1 mm) in the radial direction was sampled with a lathe using a special bite from this cable, and the specific insulation resistance ρ and the amount β of decomposition products during crosslinking of each sample were measured. . The specific insulation resistance ρ was calculated from the leak current at that time when DC of 4 kV was applied to the sample at room temperature. In order to minimize the influence of volatilization of the decomposition products at the time of crosslinking during the measurement, it is calculated for convenience based on the leakage current value 10 minutes after the voltage application. Similarly, the decomposition products were calculated by vacuum-drying a sampled sheet and changing the weight at that time.

【0011】図1から明らかなように、通常の架橋ポリ
エチレンケーブルにおける分解残渣量βは絶縁体の中央
部にピークを有する凸形の分布となっている。分解残渣
はケーブル製造直後には絶縁体中に均一に発生している
ものと考えられるが、その後の乾燥工程や大気中放置の
過程において、自然に外部(ケーブル外導側あるいは導
体側)に揮散するため、前記したような凸形の分解残渣
量分布となることは容易に推察されるところである。一
方、ケーブル半径方向の固有絶縁抵抗ρの分布は分解残
渣量βの分布とは逆に、ケーブルの内部および外部導電
層側が高く、絶縁体の中央部が低い凹形の分布となって
いる。これにより、絶縁体中の分解残渣が、その固有絶
縁抵抗ρを低下させていることがわかる。
As is apparent from FIG. 1, the decomposition residue amount β in a normal crosslinked polyethylene cable has a convex distribution having a peak in the center of the insulator. It is considered that the decomposition residue is uniformly generated in the insulator immediately after the cable is manufactured, but it spontaneously volatilizes to the outside (outer side of the cable or the side of the conductor) in the subsequent drying process or the process of being left in the air. Therefore, it is easily inferred that the above-mentioned convex decomposition residual amount distribution is obtained. On the other hand, the distribution of the specific insulation resistance ρ in the radial direction of the cable has a concave distribution, which is opposite to the distribution of the amount of decomposition residue β, that is high inside the cable and on the outer conductive layer side and low in the center of the insulator. From this, it is understood that the decomposition residue in the insulator reduces the specific insulation resistance ρ.

【0012】例えば、D.C.P.を架橋剤とした架橋
ポリエチレンの分解残渣成分はメタン,アセトフェノ
ン,α−メチルスチレン,クミルアルコールが代表的な
ものとして挙げられるが、これらはいずれも低分子量の
ガスあるいは液体で、それら単独の固有絶縁抵抗ρ値と
してアセトフェノン:4×107 Ω・cm,クミルアル
コール:5×109 Ω・cm,α−メチルスチレン:7
×1012Ω・cmが確認されている。これはポリエチレ
ンに比べ桁違いに低い固有絶縁抵抗値であることがわか
る。従って、分解残渣が多く残存しているところでは絶
縁体の固有絶縁抵抗ρが低く、分解残渣の揮散しやすい
内、外導層側では相対的に固有絶縁抵抗ρが高いという
図1の結果を説明することができる。
For example, D.I. C. P. Typical examples of the decomposition residue component of cross-linked polyethylene using as a cross-linking agent are methane, acetophenone, α-methylstyrene and cumyl alcohol, all of which are low molecular weight gases or liquids and are unique to each of them. As insulation resistance ρ value, acetophenone: 4 × 10 7 Ω · cm, cumyl alcohol: 5 × 10 9 Ω · cm, α-methylstyrene: 7
× 10 12 Ω · cm has been confirmed. It can be seen that this is an order of magnitude lower specific insulation resistance than polyethylene. Therefore, the characteristic insulation resistance ρ of the insulator is low where a large amount of the decomposition residue remains, and the characteristic insulation resistance ρ is relatively high on the outer conductive layer side while the decomposition residue easily volatilizes. Can be explained.

【0013】図1のような固有絶縁抵抗ρの分布を有す
るケーブルに直流電圧が印加されると、固有絶縁抵抗ρ
の高い部分での電圧分担が大きくなり、結果として、そ
の部分において局所的な高電界部を形成することとな
る。当然ながら、分解残渣はケーブル絶縁厚が大きいほ
ど揮散しにくいことから、この傾向は絶縁厚の厚いケー
ブルでは益々助長されることとなり、このことが架橋ポ
リエチレンケーブルで認められている直流破壊電圧の顕
著な絶縁厚依存性の一因と考えられる。また、絶縁体の
固有絶縁抵抗ρの低下は必然的に直流印加時の漏れ電流
を増大させ、それに伴う絶縁体の発熱(ジュール熱:P
=I2 R)を招くことから、熱的不安定性の原因とな
り、安定したケーブル絶縁体とするためには極力絶縁体
の固有絶縁抵抗ρを高くすることが望ましいことは言う
までもない。
When a DC voltage is applied to a cable having a distribution of the specific insulation resistance ρ as shown in FIG. 1, the specific insulation resistance ρ
The voltage sharing becomes large in the high electric field portion, and as a result, a local high electric field portion is formed in that portion. As a matter of course, the decomposition residue is less likely to volatilize as the cable insulation thickness is larger, so this tendency is further promoted in cables with thick insulation thickness, and this is remarkable for the DC breakdown voltage recognized in crosslinked polyethylene cables. This is considered to be one of the causes of the dependence on the insulation thickness. Further, the decrease in the specific insulation resistance ρ of the insulator inevitably increases the leakage current when a direct current is applied, and the heat generated by the insulator (Joule heat: P
= I 2 R), which causes thermal instability, and it is needless to say that it is desirable to increase the specific insulation resistance ρ of the insulator as much as possible in order to obtain a stable cable insulator.

【0014】前述したようなケーブル押出し後の乾燥処
理により、残存している分解残渣の量βは減少し、ある
程度の固有絶縁抵抗ρの向上が期待できるが、分解残渣
は濃度拡散で外部に出てくることから、相対的な固有絶
縁抵抗ρの大小関係は基本的には変わらず、前述した固
有絶縁抵抗ρの分布の不均一性は解消されない。さら
に、絶縁厚が厚いほど乾燥に要する時間も長くなり、実
際のケーブル製造工程では対応が難しくなるという問題
がある。
By the drying treatment after the cable extrusion as described above, the amount β of the remaining decomposition residue is decreased and the specific insulation resistance ρ can be expected to be improved to some extent, but the decomposition residue is discharged to the outside by the concentration diffusion. Therefore, the relative magnitude relationship of the specific insulation resistance ρ basically does not change, and the above-mentioned nonuniformity of the distribution of the specific insulation resistance ρ cannot be eliminated. Furthermore, the thicker the insulation thickness, the longer the time required for drying, and there is the problem that it is difficult to handle in the actual cable manufacturing process.

【0015】この発明の目的は、上記のような諸問題点
を解決するためになされたもので、架橋ポリエチレン絶
縁ケーブルに適用する充填剤において、空間電荷形成抑
制効果を有しつつインパルス破壊特性の向上を可能とす
るとともに、特殊な乾燥処理等を実施しなくとも高い固
有絶縁抵抗が維持でき、かつ、ケーブル半径方向の固有
絶縁抵抗の分布が均一となるような絶縁体とすることに
より、直流およびインパルス破壊特性,熱的信頼性,経
済性に優れた直流ケーブルを得ることができる充填剤を
提供することにある。
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and in a filler applied to a crosslinked polyethylene insulation cable, it has an effect of suppressing space charge formation and an impulse breakdown characteristic. In addition to being able to improve the DC voltage, it is possible to maintain a high specific insulation resistance without the need for special drying treatment, and to make the distribution of the specific insulation resistance in the radial direction of the cable uniform Another object of the present invention is to provide a filler capable of obtaining a DC cable having excellent impulse breakdown characteristics, thermal reliability and economy.

【0016】[0016]

【発明が解決しようとする課題】この発明は、ポリエチ
レンもしくは架橋ポリエチレンなどの高分子絶縁直流電
力ケーブル用絶縁体に添加する充填剤において、前記充
填剤は粒子径が50μm以下で、BET法による比表面
積が20〜80m2 /gの範囲にある酸化マグネシウム
であることを特徴としたものである。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention provides a filler to be added to a polymer-insulated DC power cable insulator such as polyethylene or cross-linked polyethylene, wherein the filler has a particle size of 50 μm or less and has a BET ratio. It is characterized by being magnesium oxide having a surface area in the range of 20 to 80 m 2 / g.

【0017】ここで、添加物を酸化マグネシウムとした
理由について説明する。絶縁体の空間電荷蓄積の抑制に
有効である数ある有極性無機絶縁粉末のうち、特に酸化
マグネシウムに限定したのは次の理由による。
Here, the reason why the additive is magnesium oxide will be described. Of the numerous polar inorganic insulating powders that are effective in suppressing the space charge accumulation of the insulator, the reason why it is limited to magnesium oxide is as follows.

【0018】(a)酸化マグネシウムを添加したポリエ
チレンあるいは架橋ポリエチレンのインパルス破壊特性
の低下が他の有極性無機絶縁粉末添加物に比べて小さ
い。即ち、空間電荷抑制効果があると考えられる各種有
極性無機絶縁粉末充填ポリエチレンの比較において、酸
化マグネシウム添加品が最も高いインパルス破壊強度を
有している。
(A) The deterioration of impulse breakdown characteristics of polyethylene or crosslinked polyethylene containing magnesium oxide is smaller than that of other polar inorganic insulating powder additives. That is, in comparison with various polar inorganic insulating powder-filled polyethylenes that are considered to have the effect of suppressing space charge, the magnesium oxide additive has the highest impulse breakdown strength.

【0019】(b)充填剤として工業的に広く使用され
ているタルクやクレイなどの有極性無機絶縁粉末は天然
鉱物であるため、酸化鉄などの電気絶縁上有害な不純物
が多く、かつその除去には工業的にも限度がある。これ
に対して、酸化マグネシウムは資源的にはマグネサイト
などの天然鉱物からも得ることができるが、海水,カン
水,苦汁などのマグネシウムイオン含有溶液から工業的
に製造される炭酸マグネシウム,水酸化マグネシウムな
どの人工的に合成されたマグネシウム化合物を原料とし
て製造することができ、前述した天然鉱物に比べはるか
に高純度で、かつ品質や物性の安定した材料の供給が可
能であるという利点を有している。なお、このような不
純物の存在は固有絶縁抵抗ρの低下を招くことが推定さ
れる。
(B) Since polar inorganic insulating powders such as talc and clay which are widely used industrially as fillers are natural minerals, they contain many impurities harmful to electrical insulation such as iron oxide, and their removal. Is industrially limited. On the other hand, magnesium oxide can be obtained from natural minerals such as magnesite as a resource, but magnesium carbonate and hydroxide produced industrially from solutions containing magnesium ions such as seawater, canned water, and bitter juice. It has the advantage that it can be manufactured using an artificially synthesized magnesium compound such as magnesium as a raw material, and that it is possible to supply materials with much higher purity and stable quality and physical properties compared to the aforementioned natural minerals. are doing. It is presumed that the presence of such impurities causes a decrease in the specific insulation resistance ρ.

【0020】次に、酸化マグネシウムのBET比表面積
20〜80m2/gの範囲と限定した理由について説明
する。BET比表面積は粒子の活性度の目安となるもの
で、20m2 /g未満の小さい場合には活性度が小さす
ぎ効率的な分解残渣吸着作用が得られない。また、80
2 /gを越えると逆に活性度が大き過ぎ、粒子が凝集
しやすくなり、均一な分散が得られないためである。
Next, the reason why the BET specific surface area of magnesium oxide is limited to the range of 20 to 80 m 2 / g will be described. The BET specific surface area is a measure of the activity of the particles, and when it is less than 20 m 2 / g, the activity is too small to obtain an efficient decomposition residue adsorption action. Also, 80
If it exceeds m 2 / g, on the contrary, the activity will be too large, and the particles will easily aggregate, so that a uniform dispersion cannot be obtained.

【0021】ここで、BET比表面積とは、単位重量当
りの表面積で、その表面積の測定をBET法で行なった
ものである。BET法は、いわゆる吸着法と呼ばれる固
体(特に粉体)の表面積を測定する一手法であって、
S.Brunauer,P.H.Emmett,E.T
ellerが提案した固体に対する気体の吸着に関する
一連の関連式に基づいていることから、BETの名前が
ある。即ち、気体中に置かれた固体(粉体)表面には気
体分子が吸着する。気体分子1個の断面積の値が既知で
あることから、粉体(単分子)に吸着する気体分子の量
を測定することにより、粉体の全表面積を求めるもので
ある。
Here, the BET specific surface area is the surface area per unit weight, and the surface area is measured by the BET method. The BET method is a so-called adsorption method, which is a method for measuring the surface area of solids (particularly powder),
S. Brunauer, P .; H. Emmett, E .; T
It is named BET because it is based on a series of related equations for gas adsorption on solids proposed by eller. That is, gas molecules are adsorbed on the surface of the solid (powder) placed in the gas. Since the value of the cross-sectional area of one gas molecule is known, the total surface area of the powder is obtained by measuring the amount of gas molecules adsorbed on the powder (single molecule).

【0022】次に、酸化マグネシウムの添加量を1重量
部から40重量部の範囲に限定した理由を説明する。ポ
リエチレン100重量部に対して1重量部から40重量
部が望ましい。即ち、1重量部以下では空間電荷の蓄積
防止効果ならびに固有絶縁抵抗の向上効果およびそれに
伴う均一化作用が薄れ、40重量部を越える添加量では
逆に固有絶縁抵抗が低下してしまうためである。
Next, the reason why the addition amount of magnesium oxide is limited to the range of 1 to 40 parts by weight will be described. 1 to 40 parts by weight is preferable for 100 parts by weight of polyethylene. That is, when the amount is less than 1 part by weight, the effect of preventing the accumulation of space charges, the effect of improving the specific insulation resistance and the homogenizing effect accompanying it are weakened, and when the amount of addition exceeds 40 parts by weight, the specific insulation resistance is decreased. .

【0023】[0023]

【実施例】以下、この発明の充填剤を適用した直流ケー
ブルを詳細に説明する。先ず、異なるBET比表面積を
有する酸化マグネシウムを添加した架橋ポリエチレンシ
ートを作成し、雷インパルス破壊特性ならびに固有絶縁
抵抗ρに及ぼすBET比表面積の影響と凝集粒子の発生
状況を調査した。その結果を表1に示す。
EXAMPLES A direct current cable to which the filler of the present invention is applied will be described in detail below. First, cross-linked polyethylene sheets to which magnesium oxide having different BET specific surface areas was added were prepared, and the influence of the BET specific surface area on the lightning impulse breakdown characteristics and the specific insulation resistance ρ and the generation state of aggregated particles were investigated. Table 1 shows the results.

【0024】試料は、低密度ポリエチレン,架橋剤
(D.C.P.)および老化防止剤とこれに異なるBE
T比表面積からなる酸化マグネシウムを配合したものを
ロールにて混練し、加圧プレスにして成形架橋した0.
1mmの架橋ポリエチレンシートである。なお、酸化マ
グネシウムの添加量は全試料ともにポリエチレン100
重量部に対して酸化マグネシウム5重量部に統一した。
なお、表中の試料Iは比較のために実施したもので、前
記した配合のうち酸化マグネシウムを充填しない通常の
架橋ポリエチレンによるシートのデータである。
The samples consisted of low density polyethylene, cross-linking agent (D.C.P.) and anti-aging agent and different BE.
A mixture of magnesium oxide having a T specific surface area was kneaded with a roll, and pressed and pressed to form a crosslinked product.
It is a 1 mm cross-linked polyethylene sheet. The amount of magnesium oxide added was polyethylene 100 for all samples.
It was unified to 5 parts by weight of magnesium oxide with respect to parts by weight.
Note that Sample I in the table was carried out for comparison, and is data of a sheet of ordinary cross-linked polyethylene which is not filled with magnesium oxide among the above-mentioned formulations.

【0025】なお、破壊特性の評価において雷インパル
ス破壊特性を選んだのは、直流破壊特性に比べて、凝集
粒子などの欠陥に対して敏感に反映されるためである。
また、架橋ポリエチレンに発生した凝集粒子は光学顕微
鏡に対する観察結果から評価した。
The lightning impulse breakdown characteristic is selected in the evaluation of the breakdown characteristic because it is more sensitively reflected to defects such as agglomerated particles than the DC breakdown characteristic.
In addition, the aggregated particles generated in the crosslinked polyethylene were evaluated based on the observation result with an optical microscope.

【0026】[0026]

【表1】 [Table 1]

【0027】第1表から明らかなように、酸化マグネシ
ウムのBET比表面積を変化させることによって、イン
パルス破壊強度、固有絶縁抵抗ρならびに最大凝集粒子
の大きさが変化している。即ち、インパルス破壊強度は
BET比表面積50m2 /gをピークにして、それ以上
でも以下でも低下する傾向が見られた。ここで、試料
G,Hに見られるようにBET比表面積が100m2
gを越えると、それにつれて最大凝集粒子の大きさも大
きくなっていることから、その粗大凝集粒子の存在が特
性低下の要因となっていると推察される。これは粒子の
活性度が大きすぎ、凝集しやすくなるためと解釈され
る。逆に、BET比表面積が非常に小さい場合(試料
A,B,C)にも、インパルス破壊強度は低くなってい
る。この場合には活性度が小さいことから、最大凝集粒
子という点では改善される方向にあり、むしろ、粒子と
ポリマーそのものの接着性が損なわれてしまうためと推
察される。ちなみに、試料Eのインパルス破壊強度は試
料Iの無添加の架橋ポリエチレンには及ばないものの、
435kV/mmと良好な特性が確認された。
As is clear from Table 1, by changing the BET specific surface area of magnesium oxide, the impulse breakdown strength, the specific insulation resistance ρ and the size of the maximum aggregated particles are changed. That is, the impulse rupture strength had a peak at a BET specific surface area of 50 m 2 / g and tended to decrease at higher or lower levels. Here, as seen in Samples G and H, the BET specific surface area is 100 m 2 /
If it exceeds g, the size of the largest agglomerated particles also increases accordingly, and it is presumed that the presence of the coarse agglomerated particles is a factor of deterioration of the characteristics. It is interpreted that this is because the activity of the particles is too high and the particles easily aggregate. On the contrary, even when the BET specific surface area is very small (Samples A, B, C), the impulse breakdown strength is low. In this case, since the activity is low, the maximum agglomerated particles tend to be improved, and it is speculated that the adhesion between the particles and the polymer itself is impaired. By the way, although the impulse fracture strength of sample E is not as high as that of the uncrosslinked polyethylene of sample I,
Good characteristics of 435 kV / mm were confirmed.

【0028】一方、絶縁体の固有絶縁抵抗ρという観点
からみれば、酸化マグネシウムを添加した試料A〜Gは
いずれも無添加の試料Iとの比較において約2桁程高く
なっている。
On the other hand, from the viewpoint of the specific insulation resistance ρ of the insulator, all of the samples A to G containing magnesium oxide are about two orders of magnitude higher than the sample I containing no magnesium oxide.

【0029】これは供試サンプルが架橋ポリエチレンで
かつ未乾燥品であるため、架橋時に生成された分解残渣
に固有絶縁抵抗ρが大きく依存し、かつ添加した酸化マ
グネシウムがその分解残渣を吸着する作用を有している
ためと考えられる。また、固有絶縁抵抗ρは酸化マグネ
シウムのBET比表面積が大きくなるにつれ高くなって
おり、BET比表面積50m2 /g以上では飽和する傾
向が見られた。これは、BET比表面積は活性度の目安
となるもので、その数値が大きいほど活性度が高いこと
から、BET比表面積が大きいほど分解残渣の吸着作用
が促進されるためであろう。BET比表面積がある値以
上で固有絶縁抵抗ρは飽和しているのは、いずれも同一
条件で架橋されていることから、ポリエチレン中に残存
する分解残渣量βが一定であり、BET比表面積50m
2 /g程度で既に吸着が平衡状態となっているためと考
えられる。
This is because the test sample is a cross-linked polyethylene and is an undried product, so that the specific insulation resistance ρ largely depends on the decomposition residue generated during crosslinking, and the added magnesium oxide adsorbs the decomposition residue. It is thought to be due to having. Further, the specific insulation resistance ρ increased as the BET specific surface area of magnesium oxide increased, and it tended to be saturated at a BET specific surface area of 50 m 2 / g or more. This is probably because the BET specific surface area is a measure of the activity, and the larger the value, the higher the activity. Therefore, the larger the BET specific surface area, the more the adsorption action of the decomposition residue is promoted. The reason why the specific insulation resistance ρ is saturated when the BET specific surface area is a certain value or more is that the amount of decomposition residue β remaining in polyethylene is constant and the BET specific surface area of 50 m
It is considered that the adsorption is already in equilibrium at about 2 / g.

【0030】以上の結果から、雷インパルス破壊特性と
絶縁体の固有絶縁抵抗特性の双方において、良好な特性
が発揮できる酸化マグネシウムのBET比表面積の範囲
は、20〜80m2 /gと判断された。
From the above results, it was determined that the range of the BET specific surface area of magnesium oxide that can exhibit good characteristics in both the lightning impulse breakdown characteristic and the specific insulation resistance characteristic of the insulator is 20 to 80 m 2 / g. .

【0031】図2は、この発明による直流電力ケーブル
の実施例の断面図である。同図において1は800mm
2 の銅撚線からなる導体、2は内部半導電層、4は外部
半導電層、5は金属遮蔽層であり、3がこの発明による
BET比表面積が50m2 /gの酸化マグネシウムを添
加した架橋ポリエチレンからなる絶縁厚20mmの絶縁
層である。なお、絶縁層3はポリエチレン100重量部
に対して酸化マグネシウム10重量部と老化防止剤、架
橋剤(D.C.P.)を適量配合した架橋ポリエチレン
である。
FIG. 2 is a sectional view of an embodiment of the DC power cable according to the present invention. In the figure, 1 is 800 mm
2, a conductor made of stranded copper wire, 2 an inner semiconductive layer, 4 an outer semiconductive layer, 5 a metal shielding layer, and 3 added magnesium oxide having a BET specific surface area of 50 m 2 / g according to the present invention. It is an insulating layer made of crosslinked polyethylene and having an insulating thickness of 20 mm. The insulating layer 3 is a cross-linked polyethylene in which 10 parts by weight of magnesium oxide, 100 parts by weight of polyethylene, an antioxidant and a cross-linking agent (D.C.P.) are mixed in appropriate amounts.

【0032】直流絶縁破壊特性に及ぼす影響を明らかに
するために、押出し直後(未乾燥品)の同ケーブルの直
流破壊試験を実施した。その結果を第2表に示す。比較
例として同じ寸法構造および絶縁体配合を有するもの
で、第1表に示した試料C(比較例1)および試料G
(比較例2)で使用した酸化マグネシウムを添加したケ
ーブルと通常の無添加の架橋ポリエチレン絶縁ケーブル
(比較例3)で、同じ条件で試験したデータを示してい
る。試験温度は全て90℃である。
In order to clarify the effect on the DC breakdown characteristics, a DC breakdown test was performed on the same cable immediately after extrusion (undried product). Table 2 shows the results. Samples C (Comparative Example 1) and Sample G shown in Table 1 which have the same dimensional structure and insulator blend as Comparative Examples.
The data of the cable added with the magnesium oxide used in (Comparative Example 2) and the normal additive-free crosslinked polyethylene insulated cable (Comparative Example 3) are shown under the same conditions. All test temperatures are 90 ° C.

【0033】[0033]

【表2】 [Table 2]

【0034】第2表から分かるように、比較例3の未乾
燥の架橋ポリエチレンケーブルの直流破壊電圧は低く、
未乾燥品においては十分な性能が得られないという従来
のデータを裏付けている。これに対して、この発明によ
る実施例は同じく未乾燥品にもかかわらず、比較例で確
認された電圧の2倍の電圧でも破壊せず、非常に良好な
直流破壊特性を示した。
As can be seen from Table 2, the DC breakdown voltage of the undried crosslinked polyethylene cable of Comparative Example 3 was low,
It confirms the conventional data that sufficient performance is not obtained for undried products. On the other hand, the example according to the present invention did not break even at a voltage twice as high as the voltage confirmed in the comparative example, even though it was an undried product, and showed very good DC breakdown characteristics.

【0035】なお、比較例1、2の直流破壊電圧は比較
例3との比較においては向上が認められるものの、この
発明による実施例には及ばない。この原因は、比較例1
については固有絶縁抵抗ρの不安定性が、また比較例2
については凝集粒子の発生によるものと考えられる。特
に、比較例2はインパルス破壊特性が最も低く、第1表
の結果と併せて考えれば、凝集粒子の発生が大きく性能
低下に影響しているものと推察される。
Although the DC breakdown voltages of Comparative Examples 1 and 2 are improved in comparison with Comparative Example 3, they are not as high as those of Examples according to the present invention. The cause is Comparative Example 1
Regarding the instability of the specific insulation resistance ρ, Comparative Example 2
Is considered to be due to the generation of aggregated particles. In particular, Comparative Example 2 has the lowest impulse breakdown property, and when considered together with the results in Table 1, it is presumed that the generation of aggregated particles is large and the performance deterioration is affected.

【0036】なお、本試験はいずれも90℃の温度で実
施しているが、この発明による実施例では、前記したよ
うな高電界に晒されていても、熱的に非常に安定した特
性を有しており、実施例における固有絶縁抵抗ρの向上
の効果が顕著に認められる。さらに、インパルス破壊特
性も無添加の架橋ポリエチレンケーブルである比較例に
は若干及ばないものの、それに匹敵する良好な特性が確
認され、この発明によるケーブルの有効性を改めて確認
できた。
Although all of the tests are carried out at a temperature of 90 ° C., the examples according to the present invention show a thermally very stable characteristic even when exposed to the above-mentioned high electric field. As a result, the effect of improving the specific insulation resistance ρ in the example is remarkably recognized. Further, although the impulse breakdown characteristic was slightly less than that of the comparative example, which is a cross-linked polyethylene cable with no additive, good characteristics comparable to it were confirmed, and the effectiveness of the cable according to the present invention was confirmed again.

【0037】[0037]

【発明の効果】以上説明したとおり、この発明の直流電
力ケーブルによると、芯線導体の外周部に形成される絶
縁体として、BET比表面積20〜80m2 /gを有す
る酸化マグネシウムを充填剤とした架橋ポリエチレンを
採用することとしたために、直流絶縁特性に悪影響を及
ぼす架橋時の分解残渣の影響、即ち、絶縁体の固有絶縁
抵抗ρの低下とその不均一性を解消し、良好な直流破壊
特性を有するとともに、このような無機物を添加した場
合の大きな問題であるインパルス破壊電圧の低下を最小
限に抑えられる直流ケーブルを実現した。
As described above, according to the DC power cable of the present invention, magnesium oxide having a BET specific surface area of 20 to 80 m 2 / g is used as the filler as the insulator formed on the outer periphery of the core conductor. Since cross-linked polyethylene is adopted, the influence of decomposition residues at the time of cross-linking, which adversely affects the DC insulation characteristics, that is, the decrease in the specific insulation resistance ρ of the insulator and its non-uniformity are eliminated, and good DC breakdown characteristics In addition to the above, we have realized a DC cable that minimizes the drop in impulse breakdown voltage, which is a major problem when such inorganic substances are added.

【0038】また、これらのことと実用的な乾燥処理程
度でも十分に安定した直流破壊特性を維持しうるという
特徴を併せて備えたことにより合理的な絶縁設計が可能
で、ケーブルの小型化および軽量化が図れるとともに、
ケーブル製造面でのコスト低減をも可能とした。
In addition, the fact that a stable DC breakdown characteristic can be maintained even in a practical dry treatment level is combined with these features, which enables a rational insulation design, and reduces the size and size of the cable. As well as being lightweight,
It has also made it possible to reduce costs in cable manufacturing.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】通常の架橋ポリエチレン絶縁ケーブルのケーブ
ル半径方向の固有絶縁抵抗ρおよび分解残渣量βの測定
結果のグラフ、
FIG. 1 is a graph of the measurement results of the specific insulation resistance ρ and the amount of decomposition residue β of a normal crosslinked polyethylene insulated cable in the cable radial direction,

【図2】この発明による充填剤を適用した直流電力ケー
ブルの一実施例を示す断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of a DC power cable to which a filler according to the present invention is applied.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 導体 2 内部半導電層 3 絶縁層 4 外部半導電層 5 金属遮蔽層 1 conductor 2 inner semiconductive layer 3 insulating layer 4 outer semiconductive layer 5 metal shielding layer

フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C08L 23/00 KEC C08L 23/00 KEC (72)発明者 片貝 昭史 茨城県日立市日高町5丁目1番1号「日 立電線株式会社電線研究所内」 (72)発明者 佐藤 浩昭 茨城県日立市日高町5丁目1番1号「日 立電線株式会社日高工場内」 (72)発明者 山本 新一 山口県宇部市大字小串1985番地「宇部化 学工業株式会社内」 (72)発明者 佐野 聡 山口県宇部市大字小串1985番地「宇部化 学工業株式会社内」 (56)参考文献 特開 昭51−41885(JP,A) 特開 昭62−177805(JP,A) 特開 昭61−253711(JP,A) 特開 昭63−128504(JP,A)Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Reference number within the agency FI Technical display location C08L 23/00 KEC C08L 23/00 KEC (72) Inventor Akifumi Katagai 5-1, Hidakacho, Hitachi City No. 1 "Inside the Hidden Cable Co., Ltd. Electric Wire Research Laboratory" (72) Inventor Hiroaki Sato 5-1-1 Hidaka-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture "Inside the Hidaka Factory Hidaka Electric Cable Co., Ltd." Ichibaguchi, Ube City, Obeshi Kogushi, 1985, Ube Chemical Industry Co., Ltd. (72) Inventor, Satoshi Sano, Ube City, Yamaguchi Prefecture, Kozagushi, 1985, Ube Chemical Industry Co. Ltd. 51-41885 (JP, A) JP 62-177805 (JP, A) JP 61-253711 (JP, A) JP 63-128504 (JP, A)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 ポリエチレンもしくは架橋ポリエチレン
などの高分子絶縁直流電力ケーブル用絶縁体に添加する
充填剤において、前記充填剤は粒子径が50μm以下
で、BET法による比表面積が20〜80m2 /gの範
囲にある酸化マグネシウムであることを特徴とする直流
ケーブル絶縁体用充填剤。
1. A filler to be added to an insulator for polymer-insulated DC power cables, such as polyethylene or cross-linked polyethylene, wherein the filler has a particle size of 50 μm or less and a specific surface area by BET method of 20 to 80 m 2 / g. A filler for a DC cable insulator, characterized by being magnesium oxide in the range of.
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