JP3597309B2 - 直流ソリッドケーブル - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直流ソリッドケーブルに関し、特にプラスチックラミネート紙を用いた直流ソリッドケーブルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ソリッドケーブルは、構造が簡単で長距離に適し、また給油設備が不要であることから、直流海底ケーブルとして数多くの実績を有している。
【０００３】
直流ソリッドケーブルの一般的構造として、絶縁層はクラフト紙に動粘度が４０℃において２０００ｃｓｔ以上の高粘度油を含浸した構造が一般的である。また、プラスチックラミネート紙を使用したソリッドケーブルが提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記直流ソリッドケーブルの超高圧化（４００ｋＶ以上）を阻害しているのは、負荷遮断時の導体側絶縁体油層が負圧（大気圧以下）になり、ボイドが発生し、放電しやすくなる為である。
【０００５】
即ち、導体側絶縁層の油圧変化は図３のように変化する。図からわかる様に、負荷（１５００Ａ）遮断時に導体側絶縁層油圧Ｐｃがマイナスになっている。これは負荷遮断時に絶縁体層の導体側部分で温度が急激に下がり、油フローが導体の方に向かい、この圧力ドロップは非常に大きく、この冷却中に絶縁体層の内側部分を油で満たすに十分な油フローが発生しない。即ち、冷却中に絶縁体層内側部分に油がなく、その絶縁体層部にボイドが形成される。
【０００６】
負圧現象は、導体電流（発熱）が大きい程、絶縁厚が厚い程、絶縁体層の油流抵抗が大きい程、油量が多い程、大きな負圧を発生する。
【０００７】
本発明は、ボイドが発生しても放電が生じない、又は生じにくいようにした直流ソリッドケーブルを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明は上記の目的を達成するため、ケーブル絶縁体にプラスチックラミネート紙を使用し、プラスチックラミネート紙の貼り合わせクラフト絶縁紙の体積抵抗率を従来のクラフト絶縁紙の１／１０〜１／１００（当該プラスチックラミネート紙のプラスチック部の体積抵抗率の１／１００〜１／１０００）とする。
【０００９】
クラフト絶縁紙の体積抵抗率を下げる方法として、無害なアルカリ金属イオンを添加する、例えばＫ，Ｃａ，Ｎａ等のイオンを添加する。又は強制的にカーボンを添加する。例えば、Ｎａイオンの場合５０ｐｐｍを添加する。カーボンの場合重量比で１〜５％添加する。
【００１０】
上記の構成の直流ソリッドケーブルでは、油層にかかる電界を小さくすることができる。ポリプロピレンフィルムとクラフト紙を積層して一体化した複合絶縁紙を例にすると、図１に示す複合絶縁紙において、クラフト紙に発生する電位差Ｅ_２ は、
【数１】

となる。
【００１１】
上記の式から理解できるように、クラフト紙の体積抵抗率ρ_２ を従来クラフト紙に比べ１／１０以下にすることにより（６０℃，２０ｋＶ／ｍｍで１０^１５Ω・ｃｍ以下）油浸紙にかかる電界は約１／１００となる。
【００１２】
即ち、油浸紙にかかる電界は直流印加時に０．３ｋＶ／ｍｍ以下に抑えられ、この部分の油層にボイドが発生しても放電を生じない。
【００１３】
本発明の直流ソリッドケーブルは、ソリッドケーブルは亘長の制限がないことから、また上記の理由から４００ｋＶ以上の直流海底ソリッドケーブルに特に有効である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。図１は本発明の直流ソリッドケーブルの絶縁層を構成するプラスチックラミネート紙の説明図であるが、図のプラスチックラミネート紙１は、ポリプロピレンフィルム３の両面にクラフト紙２を貼り合わせて一体化したものである。本発明において、前記クラフト紙２の体積抵抗率ρ_２ を従来のクラフト紙の体積抵抗率（６０℃，２０ｋｖ／ｍｍで１０^１５〜１０^１６Ω・ｃｍ）の１／１０〜１／１００とするものである。
【００１５】
クラフト紙の体積抵抗率ρ［Ω・ｃｍ］は次の式で表わせる。
【００１６】
ρ＝ρ_０ ｅ ^{− α ｔ} ｅ ^{− β Ｅ}
ここに、ρ_０ ：温度０℃，電位の傾き１ＫＶ／ｍｍの場合のクラフト紙固有抵抗［Ω・ｃｍ］，α：クラフト紙の絶縁抵抗の温度係数［℃^−１］ ，ｔ：温度［℃］ ，β：絶縁抵抗のストレス係数［ｍｍ／ＫＶ］，Ｅ：電位の傾き［ＫＶ／ｍｍ］， クラフト紙，半合成紙の場合、
α＝０．０６〜０．１２
β＝０．０３〜０．０５
が一般的である。
【００１７】
図のポリプロピレンラミネート紙の場合、ポリプロピレンの体積抵抗率ρ_１ は上記の式の条件から６０℃，２０ｋＶ／ｍｍのときで１０^１７〜１０^１８Ω・ｃｍであるので、前記クラフト紙２の体積抵抗率ρ_２ はポリプロピレンのそれより１／１００〜１／１０００となる。図２に上記プラスチックラミネート紙を用いた場合による直流ソリッドケーブルの一実施形態の断面を示す。導体１１の周りに図示していない内部しゃへいを施し、その上にプラスチック分率６０％の上記のプラスチックラミネート紙を巻いて最内側の絶縁層１２を形成し、その上にプラスチック分率５０％のプラスチックラミネート紙を巻いて中央の絶縁層１３を形成し、さらにその上にプラスチック分率４０％のプラスチックラミネート紙を巻いて最外層の絶縁層１４を形成し、その上に図示していない外部しゃへいを施し、鉛被１５をかぶせたものである。なお、絶縁層１２，１３及び１４には高粘度の絶縁油が含浸されている。
【００１８】
次に、クラフト紙の体積抵抗率を下げる方法について説明する。先ずカーボンを添加する場合は、カーボンブラック粒子（直径０．０１〜０．５μｍ程度）又はカーボン繊維（太さ５〜２０μｍ、長さ０．１〜５ｍｍ程度）をセルローズ繊維に重量比で１〜５％の混合比で配合して抄紙する。
【００１９】
無害なアルカリ金属イオン、例えばＮａイオンを添加する場合は、抄紙時の水のＮａイオンの脱イオンレベルを５０ｐｐｍとゆるめることによって得ることができる。また、抄紙時の水にＮａイオンを入れるようにしてもよい。
【００２０】
上記の本発明の直流ソリッドケーブルであれば、プラスチックラミネート紙のクラフト紙の体積抵抗率ρを従来のクラフト紙に比べ１／１０以下にすることにより油浸クラフト紙にかかる電界は約１／１００となることから、ケーブル直流印加時に０．３ｋＶ／ｍｍ以下に抑えられ、この部分の油層にボイドが発生しても放電を生じない。
【００２１】
なお、上記の実施形態においてプラスチックラミネート紙としてポリプロピレンフィルムラミネート紙について説明したが、弗化エチレンプロピレンラミネート紙を適用しても同様の効果を奏する。また、クラフト紙の体積抵抗率を下げる無害なアルカリ金属イオンとしてＮａイオンについて説明したが、他にＫイオン，Ｃａイオン等を適用しても同様の効果を奏する。
【００２２】
また、上記の実施形態のケーブル絶縁層としてプラスチック分率を変えた例について説明したが、ケーブル絶縁層がプラスチック分率の一様な構成で例えば、プラスチック分率が４０％のプラスチックラミネート紙の均一な巻回層であってもよいことは勿論である。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の直流ソリッドケーブルは、絶縁体のプラスチックラミネート紙の貼り合わせクラフト紙の体積抵抗率ρをプラスチック部のρの１／１００〜１／１０００にしたことにより、直流ソリッドケーブル負荷遮断時の直流絶縁性能の低下がない。
【００２４】
また、プラスチックラミネート紙を使用するので、直流耐圧、インパルス破壊特性等の電気特性の向上及び発生損失が小さい、さらに、ケーブルのコンパクト化が図れると云った付随的効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明直流ソリッドケーブルに適用されるプラスチックラミネート紙の説明図である。
【図２】本発明直流ソリッドケーブルの一実施形態を示す断面図である。
【図３】従来のソリッドケーブルの負荷遮断時の導体側絶縁層油圧が負圧となる現象を説明する概念説明図である。
【符号の説明】
１ プラスチックラミネート紙
２ クラフト紙
３ ポリプロピレンフィルム
１１ 導体
１２，１３，１４ 絶縁層
１５ 鉛被

Claims (4)

1. ケーブル絶縁層をプラスチックラミネート紙を巻回して構成した直流ソリッドケーブルにおいて、
   プラスチックラミネート紙の貼り合わせクラフト紙の体積抵抗率を前記プラスチックラミネート紙のプラスチック部体積抵抗率の１／１００〜１／１０００にしたことを特徴とする直流ソリッドケーブル。
2. プラスチックラミネート紙の貼り合わせクラフト紙の体積抵抗率を温度６０℃，電位の傾き２０ｋＶ／ｍｍ，絶縁抵抗の温度係数α＝０．０６〜０．１２，絶縁抵抗のストレス係数β＝０．０３〜０．０５の条件で５×１０¹³Ω・ｃｍ〜１０¹⁵Ω・ｃｍとしたことを特徴とする請求項１に記載の直流ソリッドケーブル。
3. プラスチックラミネート紙の貼り合わせクラフト紙はカーボンを添加することによって体積抵抗率を下げたものであることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の直流ソリッドケーブル。
4. プラスチックラミネート紙の貼り合わせクラフト紙は、無害なアルカリ金属イオンを添加することによって体積抵抗率を下げたものであることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の直流ソリッドケーブル。

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