JP2541034B2 - 直流電力ケ―ブル - Google Patents

直流電力ケ―ブル

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JP2541034B2 JP3170736A JP17073691A JP2541034B2 JP 2541034 B2 JP2541034 B2 JP 2541034B2 JP 3170736 A JP3170736 A JP 3170736A JP 17073691 A JP17073691 A JP 17073691A JP 2541034 B2 JP2541034 B2 JP 2541034B2
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  • Insulated Conductors (AREA)
  • Organic Insulating Materials (AREA)
  • Inorganic Insulating Materials (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【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。
【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ポリエチレンや架橋ポリエチレ
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。
【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。問題点の代表的なものと
して、ケーブルに直流電圧を印加した場合に絶縁体内に
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。
【0004】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。
【0005】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。
【0006】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。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
の直流ケーブルによると直流破壊特性は向上する反面、
ポリエチレンに添加した有極性無機絶縁物が異物として
作用してしまい、ケーブルとして要求されるもう一つの
特性である雷インパルス破壊特性が無添加(非充填)架
橋ポリエチレンに比べて低下してしまうという不都合が
ある。また、これら有極性無機絶縁粉末は一般に鉱物と
して産出されることから、微量ではあるが酸化鉄等の絶
縁特性上好ましくない不純物が含まれており、雷インパ
ルス破壊特性向上の阻害要員の一つとなっている。この
ため、ケーブル絶縁体の厚さは絶縁体の直流破壊特性よ
りも雷インパルス破壊特性によって決定され、ケーブル
外径が大きくなってしまうという問題があり、経済性
(コスト)、製造性の面でさらに改良が望まれた。
【0008】この発明の目的は上記のような問題点を解
決するためになされたもので、有極性無機絶縁粉末を添
加したポリエチレンや架橋ポリエチレン絶縁ケーブルに
おいて、前述した空間電荷形成抑制効果を損なうことな
く、雷インパルス破壊特性を向上して合理的絶縁設計を
可能とし、信頼性、経済性に優れた直流ケーブルを提供
することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】この発明は、前述した有
極性無機粉末のうち、特に球形状粒子からなる酸化マグ
ネシウムを添加したポリエチレンまたは架橋ポリエチレ
ン絶縁体による直流ケーブルを提供するものである。
【0010】ここで、添加物を酸化マグネシウムとした
理由を説明する。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。
【0011】(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
有する。
【0012】(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
鉱石であるため、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含マグネシウ
ム天然鉱石からも得ることができるが、海水中のマグネ
シウム塩を利用した人工合成原料から製造することがで
き、前述した天然鉱石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
を有する。
【0013】また、球形状粒子からなる酸化マグネシウ
ムと限定した理由は、酸化マグネシウムは水酸化マグネ
シウムを高温で燒結することにより得られるが、その燒
結条件を変えることにより粒子形状や物理化学的形状を
コントロールすることができ、形状については、球形状
粒子や柱形状粒子がある。
【0014】一方、ケーブル用として均質な絶縁体を得
るためには、添加する酸化マグネシウムがポリエチレン
や架橋ポリエチレンに一様に分散することが必要である
が、柱形状粒子はポリエチレン中で一様に分散せず、粒
子のかたまり(凝集粒子)が発生しやすいのに対して、
球形状粒子は分散性に優れ均質な絶縁体を得やすいため
である。また、酸化マグネシウムはポリエチレンと誘電
率が異なるため、局所的には粒子の部分の電界が乱さ
れ、特に、柱形状粒子の場合には先端部での電界が高く
なり、電気絶縁上不適であると予想された。
【0015】なお、酸化マグネシウムの添加量は、例え
ばポリエチレン100重量部に対して1重量部から80
重量部が望ましい。即ち、1重量部以下では空間電荷の
蓄積防止効果が薄れ、また80重量部では機械的性能が
低下してしまう。
【0016】
【実施例】以下、この発明の直流ケーブルを詳細に説明
する。先ず、ポリエチレンに添加する有極性無機絶縁粉
末のインパルス破壊特性に及ぼす影響について調査し
た。なお、これらが直流破壊特性に及ぼす影響について
は前述した特許公報記載の実施例で示したとおりであ
る。
【0017】第1表に示すように、低密度ポリエチレン
からなる試料Aと母材が低密度ポリエチレンで、これに
種々の有極性無機粉末を添加した試料B〜Gを低密度ポ
リエチレン100重量部に対して5重量部添加して製造
した。なお、試料A〜Gはそれぞれシート状に成形され
ており、その厚さを0.2mmとしている。
【0018】次に、試料A〜Gの雷インパルス破壊強度
を測定した。その結果を第1表に示す。
【0019】
【表1】
【0020】第1表から明らかなように、有極性無機粉
末を添加していない試料Aが最も雷インパルス破壊強度
が高く、有極性無機粉末を添加したものは程度の差こそ
あれ無添加のものに比べインパルス破壊強度は低下して
いる。このことは添加した有極性無機絶縁粉末がポリエ
チレンの雷インパルス破壊強度を低下させる作用をして
いることを示している。さらに、添加する有極性無機粉
末の種類によりインパルス破壊強度が大幅に変わってお
り、有極性無機粉末の種類による影響が大きい。
【0021】比較した有極性無機粉末の中では、酸化マ
グネシウムを添加した試料Eが無添加の試料Aについで
高い雷インパルス破壊強度を示しており、その低下度合
いも他の有極性絶縁粉末に比較して格段に小さい。従っ
て、酸化マグネシムを含むポリエチレンは雷インパルス
破壊特性を大きく低下させないことが分かる。
【0022】図1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り、同図において1は200mm2
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がこの発明による球
形状の粒子からなる酸化マグネシウム添加の架橋ポリエ
チレン絶縁層である。なお、絶縁層3はポリエチレン1
00重量部に対して酸化マグネシウムと老化防止剤、架
橋剤(DCP)を適量配合した架橋ポリエチレンであ
る。
【0023】第2表はこの発明によるケーブルの改良効
果を確認するために、前記ケーブルを製造し、導体温度
90℃での直流破壊電圧および雷インパルス破壊電圧を
求めたものである。
【0024】比較例として上記実施例のケーブルおよび
このケーブルと同一寸法で、下記の4種類の絶縁体によ
るケーブルの結果を併せて示している。
【0025】比較例1:柱形状粒子からなる酸化マグネ
シウムを添加した架橋ポリエチレン。
【0026】比較例2:汎用充填剤であるケイ酸アルミ
ニウムを添加した架橋ポリエチレン。
【0027】比較例3:汎用充填剤であるケイ酸マグネ
シウムを添加した架橋ポリエチレン。
【0028】比較例4:添加物の混入されていない架橋
ポリエチレン。
【0029】
【表2】
【0030】第2表から明らかなように、直流破壊電圧
は比較例4と実施例ならびに比較例1〜3の比較から、
有極性無機絶縁物を添加することで前述したように大幅
な破壊電圧の向上が認められる。このことは特公昭57
−21805号公報に示された内容の効果を裏付けるも
のである。
【0031】一方、インパルス破壊電圧は、当然のこと
ながら比較例4の無添加の架橋ポリエチレンによるもの
が最も高かったが、この発明による実施例はそれについ
で高い破壊電圧を示している。このように、この発明に
よる実施例は、これまで問題とされていた有極性無機粉
末を添加することによるインパルス破壊特性の低下を最
少限に抑え、無添加の架橋ポリエチレンケーブルに近い
性能を有することが確認できた。
【0032】また、比較例1との比較から明らかなよう
に、同じ酸化マグネシウムを添加したものでも、その粒
子形状の差による破壊性能への影響が認められる。特に
インパルス破壊特性においては、柱状粒子形状を有する
比較例1の場合には、比較例2,3に比べて顕著な破壊
特性の向上が認められていない。これは粒子形状に起因
する分散性の差によるものと推察される。
【0033】なお、この発明による実施例では、比較例
2,3に比べ直流破壊特性の面でも性能向上が認められ
るのは、人工合成による酸化マグネシウムを使用してお
り、不純物が大幅に少なくなっていることによるものと
推定される。
【0034】
【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
縁体としてポリエチレンもしくは架橋ポリエチレンに球
形状粒子からなる酸化マグネシウムを添加するようにし
たため、直流諸特性に悪影響を及ぼす絶縁体内の空間電
荷の蓄積を低減する効果を損なうことなく、良好な直流
破壊特性を維持しつつ雷インパルス破壊特性の向上を達
成することができ、これによってケーブルの小型化およ
び軽量化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の電力ケーブルの一実施例を示す断面
図である。
【符号の説明】
1 導体 2 内部半導電層 3 絶縁層 4 外部半導電層 5 金属遮蔽層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 塙 勝利 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」 (56)参考文献 特開 昭51−41885(JP,A)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 芯線導体の外周部に高分子からなる絶縁
    体を形成した直流電力ケーブルにおいて、前記絶縁体は
    ポリエチレンもしくは架橋ポリエチレンに球形状粒子か
    らなる酸化マグネシウムを添加して形成されていること
    を特徴とする直流電力ケーブル。
  2. 【請求項2】 前記酸化マグネシウムは純度95%以
    上、その平均粒子径が50μm以下であることを特徴と
    する「請求項1」記載の直流電力ケーブル。
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