JP3349747B2 - Insulation composition and power cable - Google Patents
Insulation composition and power cableInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、高温、高電界下におい
ても優れた特性を維持できる絶縁組成物と、これを絶縁
体に用いた電力ケーブルに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an insulating composition capable of maintaining excellent characteristics even under a high temperature and a high electric field, and a power cable using the same as an insulator.
【0002】[0002]
【従来の技術】低密度ポリエチレンを架橋させた架橋ポ
リエチレン(XLPE)は、現在、電力ケーブルの絶縁
体として汎用されている。XLPEを絶縁体とした電力
ケーブルは、導体、導電性樹脂組成物よりなる遮蔽層、
および低密度ポリエチレンに架橋剤および老化防止剤を
配合した組成物よりなる絶縁層の3層を、架橋が起こら
ない低温度で同時に押し出し成形し、次いで連続的に、
高温、高圧の架橋ゾーンおよび低温、高圧の冷却ゾーン
を通過せしめることによって製造される。2. Description of the Related Art Crosslinked polyethylene (XLPE) obtained by crosslinking low-density polyethylene is currently widely used as an insulator for power cables. A power cable using XLPE as an insulator includes a conductor, a shielding layer made of a conductive resin composition,
And three layers of insulating layers consisting of a composition obtained by blending a crosslinking agent and an antioxidant with low-density polyethylene, are simultaneously extruded at a low temperature at which crosslinking does not occur, and then continuously,
It is produced by passing through a high temperature, high pressure crosslinking zone and a low temperature, high pressure cooling zone.
【0003】このようにして得られた電力ケーブルは、
その特性が優れていることから、適用電圧の高電圧化が
進み、近年、275kVの長距離送電用に、また短距離
500kVの発電所引き出し用等に適用されるまでにな
った。[0003] The power cable thus obtained is:
Because of its excellent characteristics, the applied voltage has been increased, and in recent years, it has been applied to long-distance power transmission of 275 kV, and to drawing out of a short-range 500 kV power plant.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】ところが昨今、絶縁性
能上の弱点になり易いケーブル接続部の数を減らすこ
と、接続部収納用の地下マンホールの数を減じて建設費
を低減すること等の要請から、接続部間隔の長尺化が強
く求められるようになってきた。接続部間隔の長尺化の
具体策とは、端的に言えば、絶縁層の厚さを薄くしたケ
ーブルの開発である。例えば、従来技術の短距離用50
0kVケーブルの絶縁層厚さは32mmであるのに対
し、接続部が必要となる長距離用500kVケーブルの
場合、絶縁層厚さは、約17%低減された27mmであ
ることが要請されている。このように絶縁層厚さが低減
されることによって生じる開発課題は数多くあるが、そ
の本質は、絶縁層の単位厚さ当りに負荷される電界が高
まることによって生ずるものである。そのため、絶縁耐
力の一層の向上、および誘電特性、特に誘電正接(ta
nδ)特性値の低減を図ることが要請される。本発明で
解決しようとする課題は、絶縁層厚さの低減によっても
優れた誘電正接(tanδ)特性を維持できる絶縁組成
物および電力ケーブルを提供することである。However, in recent years, there has been a demand for reducing the number of cable connection parts which are apt to be a weak point in insulation performance, reducing the number of underground manholes for storing the connection parts, and reducing the construction cost. Therefore, it has been strongly demanded that the connection interval be lengthened. A concrete measure for increasing the length of the connection interval is, in short, the development of a cable having a thin insulating layer. For example, the conventional short distance 50
The thickness of the insulating layer of the 0 kV cable is 32 mm, whereas the thickness of the insulating layer is required to be 27 mm, which is reduced by about 17% in the case of a long-distance 500 kV cable that requires a connection portion. . Although there are many development problems caused by the reduction in the thickness of the insulating layer, the essence thereof is caused by an increase in the electric field applied per unit thickness of the insulating layer. Therefore, the dielectric strength is further improved, and the dielectric properties, particularly, the dielectric loss tangent (ta)
nδ) It is required to reduce the characteristic value. An object of the present invention is to provide an insulating composition and a power cable that can maintain excellent dielectric loss tangent (tan δ) characteristics even when the thickness of an insulating layer is reduced.
【0005】電力ケーブルの絶縁層の誘電特性に起因す
る誘電損Wdは、次式によって表すことができる。 Wd=(V2/3)ωC0εrtanδ V:送電系統電圧 ω:送電電力の角周波数(ω=2πf、f:周波数/H
z) C0:ケーブルの構造で決まる幾何学的静電容量 εr:絶縁層材料の比誘電率 tanδ:絶縁層材料の誘電正接 上の式からわかるように、誘電損は、送電系統電圧Vの
自乗に比例し、ケーブルの構造要因を含む幾何学的静電
容量C0が、下式で表せることから、ケーブルの長さに
比例して大きくなり、絶縁厚さの低減もまた、誘電損を
大きくする要因である。絶縁層材料の誘電特性と誘電損
の関係は、上式に見られるように、比誘電率と誘電正接
の積εrtanδに比例するものである。 C0=2πε0L/ln(R/r) ε0:真空の誘電率 L:ケーブルの長さ R及びr:絶縁層の外径及び内径[0005] The dielectric loss Wd due to the dielectric properties of the insulating layer of the power cable can be expressed by the following equation. Wd = (V 2/3) ωC 0 εrtanδ V: transmission grid voltage omega: transmission power of the angular frequency (ω = 2πf, f: frequency / H
z) C 0 : geometrical capacitance determined by the structure of the cable εr: relative dielectric constant of the insulating layer material tan δ: dielectric tangent of the insulating layer material As can be seen from the above equation, the dielectric loss is the transmission system voltage V Since the geometric capacitance C 0 that is proportional to the square and includes the structural factors of the cable can be expressed by the following equation, it increases in proportion to the length of the cable, and the reduction in the insulation thickness also reduces the dielectric loss. It is a factor that makes it bigger. The relationship between the dielectric properties and the dielectric loss of the insulating layer material is proportional to the product εrtanδ of the relative dielectric constant and the dielectric loss tangent, as can be seen from the above equation. C 0 = 2πε 0 L / ln (R / r) ε 0 : Dielectric constant of vacuum L: Length of cable R and r: Outside diameter and inside diameter of insulating layer
【0006】電力ケーブルの誘電損が現実の問題となる
のは、XLPEを絶縁層に用いたケーブルでは、送電系
統電圧が275kV以上の長距離送電線路の場合であ
る。前述のように、誘電損の諸要因のうち、VおよびC
0は定数となるため、特性改善の検討は、絶縁材料の誘
電特性について行われることになる。絶縁材料の誘電特
性のうち、比誘電率εrは、材料の定数であるため改善
の対象になり得ず、もっぱら、tanδ特性値の改善が
求められることになる。[0006] The dielectric loss of the power cable becomes a real problem in the case of a cable using XLPE as an insulating layer when the power transmission system voltage is 275 kV or more in a long distance transmission line. As described above, among the various factors of dielectric loss, V and C
Since 0 is a constant, the examination of the characteristic improvement is performed on the dielectric characteristic of the insulating material. Among the dielectric properties of the insulating material, the relative permittivity εr is a material constant and cannot be improved, and the improvement of the tan δ characteristic value is required exclusively.
【0007】XLPEを絶縁層に用いた電力ケーブルの
誘電損の具体例として、長距離用500kVケーブルの
場合について考えると、このケーブルの絶縁層厚さは2
7mmであり、常用最高温度90℃であるから、望まし
いtanδ特性値は、温度が90℃、絶縁層の最大スト
レスが25kV/mmの条件で、0.05%以下という
ものである。As a specific example of the dielectric loss of a power cable using XLPE as an insulating layer, a case of a long-distance 500 kV cable is considered.
7 mm and the normal maximum temperature of 90 ° C., a desirable tan δ characteristic value is 0.05% or less at a temperature of 90 ° C. and a maximum stress of the insulating layer of 25 kV / mm.
【0008】上述の状況を目安にして、従来技術の材料
を評価したところ、90℃、20kV/mmでtanδ
は0.1%を越え、要請に応えられないものであった。
従来技術による材料のtanδ特性の詳細についてみれ
ば、およそ60℃以下の温度では、測定ストレス5〜3
0kV/mmの範囲でtanδは0.05%以下で、誘
電損の望ましい特性を満たしている。しかしながら、7
0℃を越える温度領域では、電界ストレスが高くなるに
ともなってtanδ特性値の増大が生じ、90℃の場
合、5kV/mmでは、tanδは0.02%以下の小
さな値であるが、20kV/mmでは、tanδは0.
1%を越えてしまうのである。When the materials of the prior art were evaluated based on the above situation, the tan δ at 90 ° C. and 20 kV / mm was evaluated.
Was over 0.1% and was unable to respond to requests.
Looking at the details of the tan δ characteristics of the material according to the prior art, at a temperature of about 60 ° C. or less, the measured stress was 5 to 3 mm.
In the range of 0 kV / mm, tan δ is 0.05% or less, which satisfies the desirable property of dielectric loss. However, 7
In the temperature range exceeding 0 ° C., the tan δ characteristic value increases as the electric field stress increases. At 90 ° C., at 5 kV / mm, tan δ is a small value of 0.02% or less, but 20 kV / mm. In mm, tan δ is 0.
It is over 1%.
【0009】このように、従来技術の問題点は、高温度
側で、ストレス増加によってtanδ特性値が急増する
ことにある。この現象について、発明者らが鋭意検討し
た結果、従来技術の材料からなるXLPE中に電気伝導
性の不純物が存在していることによって起こるものであ
ることが、判明した。さらに、この電気伝導性不純物
は、極微量であるため、通常の分析手段では同定しがた
い濃度レベルのものであることもわかった。As described above, the problem of the prior art is that the tan δ characteristic value sharply increases due to an increase in stress on the high temperature side. The present inventors have conducted intensive studies on this phenomenon, and as a result, it has been found that the phenomenon is caused by the presence of an electrically conductive impurity in XLPE made of a conventional material. Further, it has been found that since the amount of the electrically conductive impurity is very small, it is at a concentration level that is difficult to identify by ordinary analysis means.
【0010】上述の内容をさらに詳しく述べると以下の
通りである。電力ケーブルの絶縁層材料であるXPLE
のtanδ特性は、主として、材料中の有極性化学構造
の不純物に起因する双極子要因によるものと、材料中の
イオン解離性の不純物の解離イオンに起因する電導要因
のものの2種にわけて考えることができる。XLPEの
ベース材料として有極性コモノマ成分を含まない低密度
PEを用いた場合、双極子要因のtanδに寄与する材
料中の有極性化学構造の不純物として挙げられるもの
は、ベース低密度PE中のもの、配合される架橋剤や老
化防止剤に関係するもの、および製造工程中の汚染に起
因するものが挙げられる。現在のXLPE材料技術の水
準では、双極子要因のtanδの主な原因は、架橋剤と
して用いたジクミルペルオキシド(DCP)の架橋反応
残さであるアセトフェノンおよびクミルアルコールであ
り、これらに起因するtanδは、低温側で大きく、高
温になるに伴って小さくなり、電界ストレスの増加があ
っても変化しない性質である。そして、通常の電力ケー
ブルの場合、この要因によるtanδ値は、最大でも
0.02%を越えず、誘電損の点でも問題視されるレベ
ルではない。The above contents are described in more detail as follows. XPLE is an insulating layer material for power cables
The tan δ characteristic is mainly classified into two types: a dipole factor caused by impurities having a polar chemical structure in a material, and a conduction factor caused by dissociated ions of ion-dissociative impurities in a material. be able to. When a low-density PE that does not contain a polar comonomer component is used as a base material of XLPE, impurities in the polar chemical structure in the material that contribute to the tan δ of the dipole factor are those in the base low-density PE. And those related to the cross-linking agent and anti-aging agent to be incorporated, and those caused by contamination during the production process. In the current state of the art of XLPE materials, the main cause of the tan δ of the dipole factor is acetophenone and cumyl alcohol, which are the residue of the cross-linking reaction of dicumyl peroxide (DCP) used as a cross-linking agent. Is a property that is large on the low temperature side, becomes smaller as the temperature becomes higher, and does not change even if the electric field stress increases. In the case of a normal power cable, the tan δ value due to this factor does not exceed 0.02% at the maximum, and is not at a level that causes a problem in terms of dielectric loss.
【0011】電導要因のtanδの原因物質は、非常に
微少な濃度でも影響を及ぼすことから、化学種の同定に
は至っていないが、ベース低密度PEが含有しているイ
オン解離性のもの、配合される架橋剤や老化防止剤中の
イオン解離性の不純物および製造工程中の汚染に起因す
るもののすべてが対象とされ、イオン解離性の不純物の
総和された濃度が特性値に関係すると考えられる。通
常、電導要因のtanδは、低温側で小さく、高温にな
るにともなって急激に大きくなり、さらに、電界ストレ
スの増加によって、指数関数的に増大する性質がある。
XLPEを絶縁層に用いた電力ケーブルの誘電損で問題
になるのは、このイオン解離性の不純物の解離イオンに
起因する電導要因のtanδで、特に、前述の絶縁層厚
低減による高ストレス化が、問題をいっそう深刻にして
いるのである。The substance causing tan δ, which is an electrical conduction factor, has an effect even at a very small concentration. Therefore, chemical species have not been identified. All the dissociative impurities in the cross-linking agent and antioxidant to be used and those resulting from contamination during the manufacturing process are all considered, and it is considered that the total concentration of the ion dissociable impurities is related to the characteristic value. Usually, the tan δ of the conduction factor is small on the low temperature side, rapidly increases as the temperature increases, and further increases exponentially with an increase in the electric field stress.
The problem with the dielectric loss of a power cable using XLPE as an insulating layer is a problem due to tan δ, which is a conductive factor caused by dissociated ions of the ion-dissociative impurities. , Making the problem even more serious.
【0012】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであって、電気伝導性不純物総量の少ない絶縁組
成物と、絶縁層の材料としてこの絶縁組成物を用いるこ
とによって、高温、高電圧下でも優れたtanδ特性を
有する電力ケーブルを提供することを目的としている。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of such circumstances, and by using an insulating composition having a small total amount of electrically conductive impurities and using this insulating composition as a material for an insulating layer, high temperature and high temperature can be attained. It is an object of the present invention to provide a power cable having excellent tan δ characteristics even under a voltage.
【0013】[0013]
【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め、本発明の絶縁組成物は、低密度ポリエチレン100
重量部に架橋剤1〜5重量部および老化防止剤0.05
〜0.5重量部を配合し架橋せしめた樹脂組成物であっ
て、この樹脂組成物が、この樹脂組成物10gを無極性
溶剤10mlで抽出処理し、その抽出液の体積抵抗率に
該抽出液の粘度を乗じた値が5×1010ΩPas/c
m以上の値を有するものであることを特徴としている。Means for Solving the Problems In order to solve such problems, the insulating composition of the present invention comprises low-density polyethylene 100
1 to 5 parts by weight of a cross-linking agent and 0.05 of an anti-aging agent
~ 0.5 parts by weight of a crosslinked resin composition.
The resin composition is subjected to an extraction treatment of 10 g of the resin composition with 10 ml of a non-polar solvent, and the value obtained by multiplying the volume resistivity of the extract by the viscosity of the extract is 5 × 10 10 ΩPas / c.
It is characterized by having a value of m or more.
【0014】また請求項2に記載の電力ケーブルは、前
記請求項1に記載の絶縁組成物を絶縁体として用いたこ
とを特徴としている。A power cable according to a second aspect is characterized in that the insulating composition according to the first aspect is used as an insulator.
【0015】[0015]
【作用】絶縁組成物中に含まれ、電力ケーブルの絶縁層
中に持ち込まれる電気伝導性不純物の混入源は、前述し
たように、組成物の構成材料であるベース低密度PEお
よび架橋剤および老化防止剤の不純物として混入するも
のと、組成物の製造工程中に混入するものの2経路が挙
げられる。そして、何れの経路によって混入した電気伝
導性不純物であれ、その総和がtanδ特性に関係する
ことになる。したがって、絶縁組成物中に含まれる電気
伝導性不純物の総量によって、選別する方法が最も効果
的であるといえる。本発明の基本的な要件は、「該組成
物を架橋せしめたもの10gを有極性溶剤10mlで処
理した抽出液の体積抵抗率」によって、電気伝導性不純
物の総量を把握し、「体積抵抗率に該抽出液の粘度を乗
じた値が5×1010Ωpas/m以上」であるものを用
いることにある。The source of the electrically conductive impurities contained in the insulating composition and brought into the insulating layer of the power cable is, as described above, the base low-density PE which is a constituent material of the composition, a cross-linking agent, and aging. There are two routes: one that is mixed as an impurity of the inhibitor and one that is mixed during the manufacturing process of the composition. Then, regardless of which route the electrically conductive impurities are mixed in, the total sum thereof is related to the tan δ characteristic. Therefore, it can be said that the method of selecting according to the total amount of the electrically conductive impurities contained in the insulating composition is most effective. The basic requirement of the present invention is to grasp the total amount of electrically conductive impurities by “volume resistivity of an extract obtained by treating 10 g of the composition obtained by crosslinking the composition with 10 ml of a polar solvent”, and to determine “volume resistivity”. Is multiplied by the viscosity of the extract to 5 × 10 10 Ωpas / m or more ”.
【0016】電気伝導性不純物の総量の把握に、「該組
成物を架橋せしめたもの」を試料として用いる理由は、
実際の電力ケーブルの絶縁層が受ける架橋反応の諸状況
を、評価特性値、すなわち、抽出液の体積抵抗率に反映
させるためである。架橋反応そのものは、いわゆるラジ
カル反応であるが、その複雑な反応や架橋反応の周囲条
件としての、おおむね160℃を越える高温度が、イオ
ン解離性の不純物に及ぼす諸変化を、評価特性である抽
出液の体積抵抗率に反映させる必要があるのである。こ
のような評価を行うことによって、該組成物を架橋せし
めてなる絶縁層を有する電力ケーブルのtanδ特性、
特に高温、高電界下でも優れたtanδ特性を確保でき
るのである。The reason for using the “cross-linked composition” as a sample to determine the total amount of electrically conductive impurities is as follows:
This is because the various conditions of the cross-linking reaction that the insulating layer of the actual power cable receives are reflected in the evaluation characteristic value, that is, the volume resistivity of the extract. The cross-linking reaction itself is a so-called radical reaction, and various changes in ion-dissociative impurities caused by a high temperature of approximately 160 ° C. or more as the surrounding conditions of the complex reaction or the cross-linking reaction are extracted characteristics. It is necessary to reflect on the volume resistivity of the liquid. By performing such an evaluation, the tan δ characteristic of a power cable having an insulating layer formed by crosslinking the composition,
In particular, excellent tan δ characteristics can be ensured even under high temperature and high electric field.
【0017】絶縁層に存在するイオン解離性の不純物の
総量を把握するのに、「該組成物を架橋せしめたものを
無極性溶剤で処理した抽出液の体積抵抗率」で評価する
のは、本発明の特徴的な手段である。前述したように、
絶縁層中に存在するイオン解離性の不純物の濃度は、極
めて微少であるため、その物質は同定しがたい。絶縁層
中に存在するイオン解離性の不純物を抽出した液体の体
積抵抗率は、イオン解離性の不純物濃度、抽出に用いた
液体の誘電率も関係した個々の不純物のイオン解離度、
解離したイオン個々の移動度等によって定まる。一般
に、イオン解離度は、誘電率が大きい、すなわち有極性
溶剤の方が大きくなる。しかし、電力ケーブルの絶縁層
材料であるXLPEは無極性であり、その比誘電率は、
電力ケーブルの使用温度範囲において2.1〜2.3程度
である。したがって、XLPE中において特徴的にta
nδ特性を悪化させるイオン解離性不純物の総量評価
は、XLPEと同等の比誘電率を有する無極性溶剤によ
る抽出液で行うべきである。この観点から、組成物を架
橋せしめたXLPE中のイオン解離性不純物の抽出に用
いる溶剤として、無極性溶剤を用いるのである。無極性
溶剤としては、沸点がおよそ50〜100℃程度の炭化
水素、例えばヘキサン、ヘプタン、オクタン、ベンゼ
ン、トルエン、キシレン等が挙げられる。In order to grasp the total amount of ion-dissociative impurities present in the insulating layer, the evaluation is made based on “the volume resistivity of the extract obtained by treating the composition obtained by crosslinking the composition with a non-polar solvent”. This is a characteristic means of the present invention. As previously mentioned,
Since the concentration of ion-dissociative impurities present in the insulating layer is extremely small, it is difficult to identify the substance. The volume resistivity of the liquid from which the ionic dissociative impurities present in the insulating layer are extracted is the ionic dissociative impurity concentration, the ionic dissociation degree of each impurity that is also related to the dielectric constant of the liquid used for extraction,
It is determined by the mobility of each dissociated ion. In general, the ionic dissociation degree is higher for a dielectric solvent having a higher dielectric constant, that is, for a polar solvent. However, XLPE, which is an insulating layer material of a power cable, is non-polar, and its relative dielectric constant is
It is about 2.1 to 2.3 in the operating temperature range of the power cable. Therefore, ta is characteristic in XLPE.
Evaluation of the total amount of ion dissociable impurities that deteriorate the nδ characteristic should be performed using an extract with a nonpolar solvent having a relative dielectric constant equivalent to that of XLPE. From this viewpoint, a nonpolar solvent is used as a solvent used for extracting ion-dissociable impurities in XLPE obtained by crosslinking the composition. Examples of the nonpolar solvent include hydrocarbons having a boiling point of about 50 to 100 ° C., for example, hexane, heptane, octane, benzene, toluene, xylene and the like.
【0018】「組成物を架橋せしめたもの10gを無極
性溶剤10mlで抽出処理」するのは、極めて微少濃度
であるイオン解離性不純物の抽出液中濃度を、できるだ
け高濃度化することが目的である。これが極めて低濃度
である場合には、抽出液の体積抵抗率は濃度と逆比例す
る関係にあるので、抽出処理の際の構成比が、規定され
た比率から変化した場合でも、構成比の相違を比例関係
で補正することによって、所定の構成比の値に換算する
ことができる。The purpose of "extracting 10 g of the crosslinked composition with 10 ml of a non-polar solvent" is to increase the concentration of ion dissociable impurities, which are extremely low, in the extract as high as possible. is there. If the concentration is extremely low, the volume resistivity of the extract is inversely proportional to the concentration, so even if the composition ratio during the extraction process changes from the specified ratio, the difference in the composition ratio Can be converted to a value of a predetermined composition ratio by correcting.
【0019】定められた抽出溶剤によって、組成物を架
橋せしめたものを充分な処理して得た抽出液の体積抵抗
率は、抽出に用いた無極性溶剤の導電率と、架橋された
組成物中に存在したイオン解離性不純物の解離したイオ
ンに起因する導電率の和の逆数とみなすことができる。
組成物を架橋せしめたものを充分処理することによって
得た抽出液の体積抵抗率は、抽出に用いた高純度化した
溶剤の体積抵抗率よりも、少なくとも数分の1の値に低
下し、抽出されたイオン解離性不純物に支配された特性
値を示す。したがって、「抽出液の体積抵抗率」は、架
橋された組成物中に存在した、XLPEのtanδに悪
影響を及ぼすイオン解離性の不純物の量に関係した値に
なる。The volume resistivity of the extract obtained by sufficiently treating the composition obtained by crosslinking the composition with a specified extraction solvent is determined by the conductivity of the nonpolar solvent used for the extraction and the crosslinked composition. It can be regarded as the reciprocal of the sum of the electric conductivity caused by the dissociated ions of the ion dissociable impurities present therein.
The volume resistivity of the extract obtained by sufficiently treating the crosslinked composition is lower than the volume resistivity of the highly purified solvent used for extraction to at least a fraction of a value, This shows characteristic values dominated by extracted ion dissociable impurities. Therefore, the “volume resistivity of the extract” is a value related to the amount of ion-dissociative impurities, which exist in the crosslinked composition and adversely affect tanδ of XLPE.
【0020】架橋された組成物中に存在したイオン解離
性の不純物を抽出した抽出液の体積抵抗率は、抽出液中
のイオン濃度、イオンへの解離度およびイオンの移動度
に依存する。体積抵抗率の測定温度は、解離度および移
動度の両者に影響するため、体積抵抗率評価温度は一定
にする必要があり、本発明では通常、50℃で行われ
る。また、イオンの移動度は、該抽出液の粘度に依存す
るため、溶剤の種類によって異なることになるが、一般
に、(移動度×粘度=一定)の関係が成り立つことか
ら、溶剤の粘度による影響を排除するため、(体積抵抗
率×溶剤の粘度)の特性値に変換するのである。また、
抽出に用いる無極性溶剤について、沸点50〜100℃
程度のものとした理由は、1つには、粘度の小さい溶剤
を用いることによって、微少濃度でも大きな体積抵抗率
低下を期待するためである。The volume resistivity of the extract from which the ion-dissociative impurities present in the crosslinked composition are extracted depends on the ion concentration in the extract, the degree of dissociation into ions, and the mobility of ions. Since the measurement temperature of the volume resistivity affects both the dissociation degree and the mobility, it is necessary to keep the volume resistivity evaluation temperature constant. In the present invention, the temperature is usually 50 ° C. In addition, the mobility of ions depends on the type of the solvent because it depends on the viscosity of the extract. In general, the relationship of (mobility × viscosity = constant) holds, so the influence of the viscosity of the solvent affects the ion mobility. Is converted into a characteristic value of (volume resistivity × viscosity of the solvent). Also,
For the nonpolar solvent used for extraction, the boiling point is 50 to 100 ° C.
One reason for this is that a large decrease in volume resistivity can be expected even at a very low concentration by using a solvent having a small viscosity.
【0021】抽出液の体積抵抗率の測定装置としては、
通常の絶縁油の体積抵抗率測定用の電極と、絶縁抵抗測
定装置を用いることができる。As a device for measuring the volume resistivity of the extract,
An ordinary electrode for measuring the volume resistivity of the insulating oil and an insulation resistance measuring device can be used.
【0022】「抽出液の体積抵抗率に該抽出液の粘度を
乗じた値が5×1010ΩPas/m以上」との規定は、
90℃、25kV/mmの条件におけるtanδが0.
05%以下であることを確保するために必要な規定であ
り、本発明者が数多くの検討の結果定めた値である。こ
の規定を越える特性値を有する組成物を架橋してなるX
LPEのtanδは、90℃で評価した場合、ストレス
が25kV/mmを越えない条件でも、0.05%を越
えるものである。The definition that “the value obtained by multiplying the volume resistivity of the extract by the viscosity of the extract is 5 × 10 10 ΩPas / m or more” is as follows.
The tan δ under the condition of 90 ° C. and 25 kV / mm is 0.2.
This is a rule necessary to ensure that it is not more than 05%, and is a value determined as a result of numerous studies by the present inventors. X obtained by crosslinking a composition having a characteristic value exceeding this specification
The tan δ of the LPE, when evaluated at 90 ° C., exceeds 0.05% even under the condition that the stress does not exceed 25 kV / mm.
【0023】組成物を架橋せしめたものを無極性溶剤で
抽出処理する場合の条件は、基本的な要件ではない。必
要なことは、架橋された組成物中に存在するイオン解離
性の不純物のほとんどすべてを抽出できる条件を確保す
ることである。このための一般的な条件は、架橋された
組成物を、できる限り薄くして溶剤に接触させることで
ある。なお、抽出の加速のために、超音波を利用するこ
と、あるいは加温された溶剤を用いるソックスレ抽出等
も利用できる。The conditions for extracting the cross-linked composition with a non-polar solvent are not basic requirements. What is needed is to ensure conditions that allow extraction of almost all of the ion-dissociative impurities present in the crosslinked composition. A common condition for this is to make the crosslinked composition as thin as possible and contact the solvent. In order to accelerate the extraction, it is also possible to use ultrasonic waves, soxhlet extraction using a heated solvent, or the like.
【0024】[0024]
【実施例】以下、実施例を示して、本発明の効果を明ら
かにする。 (実施例1) ベースの低密度PEとして(a)を用意した。このPE
(a)はMFRが1程度のもので、従来から電力ケーブ
ル用の架橋性絶縁組成物に使用されてきたPE(b)の
合成ラインを清浄にして、特にイオン解離性の不純物の
混入を防ぐことに留意して合成したものである。架橋剤
DCPとして、(e)を再結晶化によって精製したもの
(f)を用意した。老化防止剤として、ポリオレフィン
に有効な4,4’−チオビス−(6−第3ブチル−3−
メチルフェノール)(g)を再結晶化によって精製した
もの(h)を用意した。EXAMPLES Hereinafter, the effects of the present invention will be clarified by showing examples. (Example 1) (a) was prepared as a base low-density PE. This PE
(A) has an MFR of about 1 and cleans a PE (b) synthesis line which has been conventionally used for a crosslinkable insulating composition for power cables, and particularly prevents the incorporation of ion-dissociative impurities. It was synthesized with the above in mind. As the cross-linking agent DCP, (f) obtained by purifying (e) by recrystallization was prepared. 4,4'-thiobis- (6-tert-butyl-3-
(H) prepared by recrystallization of (methylphenol) (g).
【0025】ベースの低密度PE(a)100重量部
に、架橋剤(f)を3重量部、老化防止剤(h)を0.
3重量部配合した組成物を作製した。組成物製造工程の
概要は、180℃の混練用押出機によって老化防止剤を
練り込み、これを紐出しし、冷水中で裁断してペレット
とし、乾燥後約80℃で架橋剤をペレットに接触溶解さ
せるという方式である。ただし、製造工程は、次のよう
にして清浄化した。その概要は、ペレット化の際に用い
る冷水を、電子工業などで用いる超純水に変え、また架
橋剤配合工程以降の機械およびラインに、無配合PE
(a)を2バッチ分流して、不純物の吸収除去を図っ
た。To 100 parts by weight of the base low-density PE (a), 3 parts by weight of the crosslinking agent (f) and 0.1 part of the antioxidant (h) are added.
A composition was prepared in which 3 parts by weight were blended. The outline of the composition manufacturing process is as follows. The antioxidant is kneaded by a kneading extruder at 180 ° C., and the anti-aging agent is tied out, cut in cold water to form a pellet, and after drying, the crosslinking agent is contacted with the pellet at about 80 ° C. This is a method of dissolving. However, the manufacturing process was cleaned as follows. The outline is that the cold water used for pelletization is changed to ultrapure water used in the electronics industry, etc.
(A) was divided into two batches to absorb and remove impurities.
【0026】得られた組成物を、120℃のプレス条件
で、厚さ0.2mmおよび10mm程度で10×10c
m角の試料を予備成形し、このものを、温度180℃、
圧力20kgf/cm2の条件で、20分加圧成形する
ことによって、XLPEとした。The obtained composition was pressed under a pressing condition of 120 ° C. to a thickness of about 0.2 mm and a thickness of about 10 mm and 10 × 10 c
A m-shaped sample is preformed, and the temperature is 180 ° C.
XLPE was obtained by pressure molding under the condition of a pressure of 20 kgf / cm 2 for 20 minutes.
【0027】厚さ0.2mm程度の試料については、9
0℃で、tanδのストレス変化を測定して、tanδ
が0.05%を越えるストレスを検討付けた。For a sample having a thickness of about 0.2 mm, 9
At 0 ° C., the tan δ stress change was measured and
Has considered a stress exceeding 0.05%.
【0028】厚さ10mm程度の試料は、清浄なスライ
サーで0.2mm程度のシートとし、このシート30g
と高純度のnヘキサン30mlの組み合わせで、20k
Hz、1W/cm2の超音波照射下で、2時間の抽出を
行った。抽出に用いたnヘキサンは、試薬特級のものを
無沸騰蒸留し、さらに活性アルミナで吸着処理したもの
で、50℃の体積抵抗率は2×1014Ω/mで、50℃
の粘度は92.1×10-2Pasであった。A sample having a thickness of about 10 mm is formed into a sheet of about 0.2 mm using a clean slicer.
20k with the combination of 30ml of high purity n-hexane
Extraction was performed for 2 hours under ultrasonic irradiation at 1 Hz / cm 2 at 1 Hz. The n-hexane used for the extraction was obtained by subjecting a special-grade reagent to a non-boiling distillation and subjecting it to adsorption treatment with activated alumina. The volume resistivity at 50 ° C. was 2 × 10 14 Ω / m, and
Was 92.1 × 10 −2 Pas.
【0029】(実施例2)組成物の製造工程を清浄化し
なかった以外は、実施例1と同様にして、試料を作製し
た。Example 2 A sample was prepared in the same manner as in Example 1 except that the production process of the composition was not cleaned.
【0030】(比較例1〜6)ベースの低密度PEとし
て、従来から電力ケーブル用の架橋性絶縁組成物に使用
されたきたPE(b)、(c)、(d)を、そのまま用
いた。架橋剤DCPとして、再結晶化によって精製した
もの(f)の他に、再結晶処理を施さなかったもの
(e)を用意した。老化防止剤(4,4’−チオビス−
(6−第3ブチル−3−メチルフェノール))として、
再結晶化によって精製したもの(h)の他に、再結晶処
理を施さなかったもの(g)を用意した。表2に示した
配合量にしたがって、低密度PEに架橋剤、老化防止剤
をそれぞれ練り込み、組成物を作製した。混練工程に
は、いずれも清浄化を施さなかった。後は、前記実施例
と同様にして、比較例1〜6の試料を作製した。(Comparative Examples 1 to 6) PEs (b), (c), and (d), which have been conventionally used in a crosslinkable insulating composition for power cables, were directly used as low-density PEs. . As the cross-linking agent DCP, in addition to the one purified by recrystallization (f), the one not subjected to recrystallization treatment (e) was prepared. Antioxidants (4,4'-thiobis-
(6-tert-butyl-3-methylphenol))
In addition to the product purified by recrystallization (h), a product not subjected to the recrystallization treatment (g) was prepared. According to the compounding amounts shown in Table 2, a low-density PE was kneaded with a crosslinking agent and an antioxidant, respectively, to prepare compositions. No cleaning was performed in any of the kneading steps. Thereafter, samples of Comparative Examples 1 to 6 were produced in the same manner as in the above-mentioned Example.
【0031】実施例(2例)および比較例(6例)の試
料を用いて、90℃のtanδが0.05%を越えるス
トレスの見当付けと、抽出液の体積抵抗率および粘度の
評価を行った。結果をそれぞれ表1および表2に示す。Using the samples of the examples (2 examples) and the comparative examples (6 examples), the stress at 90 ° C. with a tan δ exceeding 0.05% and the evaluation of the volume resistivity and the viscosity of the extract were evaluated. went. The results are shown in Tables 1 and 2, respectively.
【0032】抽出液の体積抵抗率は、いずれも抽出に用
いたnヘキサンのそれよりも小さく、抽出液の粘度もn
ヘキサンのそれよりも大きかった。体積抵抗率の低下
は、架橋した組成物中のイオン解離性不純物が抽出され
たことによるものであり、粘度の増加は、主として架橋
剤の反応残さが抽出されたことによるものであると考え
られる。The volume resistivity of the extract is smaller than that of n-hexane used for the extraction, and the viscosity of the extract is n
It was larger than that of hexane. It is considered that the decrease in volume resistivity is due to extraction of ion dissociable impurities in the crosslinked composition, and the increase in viscosity is mainly due to extraction of the reaction residue of the crosslinker. .
【0033】表2に見られるように、比較例の試料は、
90℃でtanδが0.05%を越えるストレスは、い
ずれも25kV/mmよりもかなり低く、改善の要請に
応え得るものではなかった。また、イオン解離性不純物
の低減策を施した比較例4〜6においても、「組成物を
架橋せしめたものの抽出液の体積抵抗率に該抽出液の粘
度を乗じた値」が5×1010ΩPas/mよりも小さ
く、これらの90℃でtanδが0.05%を越えるス
トレスは、いずれも25kV/mmよりも低く、特性改
善の要請に応えられないものであった。これに対し、表
1に示したように、実施例1および2の試料にあって
は、「組成物を架橋せしめたものの抽出液の体積抵抗率
に該抽出液の粘度を乗じた値が5×1010ΩPas/m
以上」であり、また90℃、25kV/mmでのtan
δは、いずれも0.05%以下と、要請に応える優れた
特性を有していた。As can be seen from Table 2, the samples of the comparative examples were:
All the stresses at which tan δ exceeds 0.05% at 90 ° C. were considerably lower than 25 kV / mm, and could not meet the demand for improvement. Also, in Comparative Examples 4 to 6 in which measures for reducing ion dissociable impurities were taken, “the value obtained by multiplying the viscosity of the extract by the volume resistivity of the extract obtained by crosslinking the composition” was 5 × 10 10 These stresses, which are smaller than ΩPas / m and whose tan δ exceeds 0.05% at 90 ° C., were all lower than 25 kV / mm, and could not meet the demand for the characteristic improvement. On the other hand, as shown in Table 1, in the samples of Examples 1 and 2, the value obtained by multiplying the viscosity of the extract by the volume resistivity of the extract obtained by cross-linking the composition was 5%. × 10 10 ΩPas / m
And tan at 90 ° C. and 25 kV / mm.
δ was 0.05% or less in all cases, indicating excellent properties meeting the demand.
【0034】[0034]
【表1】 [Table 1]
【0035】[0035]
【表2】 [Table 2]
【0036】[0036]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
高温高電界下においても誘電損失の小さい絶縁組成物を
得るための1種の判断基準が得られ、原材料の低密度ポ
リエチレン、架橋剤、老化防止剤として、これら原材料
に含まれる電気的不純物の総量を、この判断基準に合致
するように、調整したものを使用することで、高温高電
界下においても誘電損失の小さい絶縁組成物を得ること
ができ、さらには誘電損失の小さい電力ケーブルを得る
ことができる。 As described above , according to the present invention,
Insulating composition with low dielectric loss even under high temperature and high electric field
One criterion for obtaining the low density po
These raw materials as ethylene, cross-linking agent, anti-aging agent
The total amount of electrical impurities contained in
To adjust the temperature and power
Obtaining an insulating composition with low dielectric loss even in the field
Power cable with low dielectric loss
be able to.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中司 徹 東京都江東区木場一丁目5番1号 株式 会社フジクラ内 (72)発明者 松井 研二 東京都江東区木場一丁目5番1号 株式 会社フジクラ内 (72)発明者 高橋 享 東京都江東区木場一丁目5番1号 株式 会社フジクラ内 (72)発明者 谷田 光隆 東京都江東区木場一丁目5番1号 株式 会社フジクラ内 (72)発明者 後藤 和彦 東京都江東区木場一丁目5番1号 株式 会社フジクラ内 (72)発明者 丹羽 利夫 東京都江東区木場一丁目5番1号 株式 会社フジクラ内 (56)参考文献 特開 昭55−66804(JP,A) 特開 平2−185535(JP,A) 特開 平1−243306(JP,A) 特開 平1−243307(JP,A) 特開 平1−243308(JP,A) 特開 平1−225003(JP,A) 特開 平2−121207(JP,A) 特開 平2−121208(JP,A) 特開 平2−121209(JP,A) 特開 昭60−28108(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01B 3/16 - 3/56 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Toru Nakashi 1-5-1, Kiba, Koto-ku, Tokyo Inside Fujikura Co., Ltd. (72) Inventor Kenji Matsui 1-5-1, Kiba, Koto-ku, Tokyo Co., Ltd. Inside Fujikura (72) Inventor Satoshi Takahashi 1-1-1, Kiba, Koto-ku, Tokyo, Japan Inside Fujikura Co., Ltd. (72) Inventor Mitsutaka 1-5-1, Kiba, Koto-ku, Tokyo, Japan Inside Fujikura Co., Ltd. (72) Invention Person Kazuhiko Goto 1-5-1, Kiba, Koto-ku, Tokyo Inside Fujikura Co., Ltd. (72) Inventor Toshio Niwa 1-5-1, Kiba, Koba-ku, Tokyo Fujikura Co., Ltd. (56) References JP-A 55-55 66804 (JP, A) JP-A-2-185535 (JP, A) JP-A-1-243306 (JP, A) JP-A-1-243307 (JP, A) JP-A-1-243308 ( P, A) JP-A-1-225003 (JP, A) JP-A-2-121207 (JP, A) JP-A-2-121208 (JP, A) JP-A-2-121209 (JP, A) JP 60-28108 (JP, A) (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) H01B 3/16-3/56
Claims (2)
1〜5重量部および老化防止剤0.05〜0.5重量部
を配合し架橋せしめた樹脂組成物であって、 この樹脂組成物が、この樹脂組成物 10gを無極性溶剤
10mlで抽出処理し、その抽出液の体積抵抗率に該抽
出液の粘度を乗じた値が5×1010ΩPas/cm以
上の値を有するものであることを特徴とする絶縁組成
物。 A 1. A low-density polyethylene 100 parts by weight of a crosslinking agent blended with 5 parts by weight of antioxidant 0.05 to 0.5 parts by weight of the resin composition was allowed crosslinked, the resin composition is , that the resin composition 10g were extracted with a nonpolar solvent 10 ml, a value obtained by multiplying the viscosity of the extract to a volume resistivity of the extract is one having a 5 × 10 10 ΩPas / cm or more values An insulating composition comprising:
体として用いたことを特徴とする電力ケーブル。2. A power cable using the insulating composition according to claim 1 as an insulator.
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