JP3678440B2

JP3678440B2 - 高圧電力ケーブル

Info

Publication number: JP3678440B2
Application number: JP14496994A
Authority: JP
Inventors: 正記川東; 寛加藤
Original assignee: Mitsui Chemicals Inc
Current assignee: Mitsui Chemicals Inc
Priority date: 1994-06-27
Filing date: 1994-06-27
Publication date: 2005-08-03
Anticipated expiration: 2020-08-03
Also published as: JPH087671A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、非架橋内・外半導電層を有する高圧電力ケーブルに関する。さらに詳しくは、絶縁層がシンジオタクチックポリプロピレンを含む絶縁材料で構成されている非架橋内・外半導電層を有する高圧電力ケーブルに関する。
【０００２】
【従来技術・発明が解決しようとする課題】
電力ケーブルの絶縁層として、従来、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）が用いられているが、これをたとえば６．６ｋＶ以上の高圧電力ケーブルとして用いた場合、送電時に導体の電気抵抗による発熱のためケーブルの温度が上昇し、ＬＤＰＥ絶縁層が軟化してしまうおそれがある。そのため、高圧電力ケーブルでは、絶縁層としてＬＤＰＥを架橋して耐熱性を向上させた架橋ＬＤＰＥ（ＸＬＰＥ）を使用するのが通常である。この場合、架橋方法として最も一般に使用されるのが、有機過酸化物による化学架橋法である。
【０００３】
一方、高圧電力ケーブルは、電界緩和のために絶縁層の両側に、内部半導電層、外部半導電層を設ける必要がある。これら内・外半導電層については、上記のＬＤＰＥと同様、耐熱性向上のために架橋することが一般的であり、通常、絶縁層を架橋する工程でこれらも同時に架橋される。
【０００４】
しかしながら、架橋工程は、高温、長時間を必要とし、高圧電力ケーブルの生産効率を著しく制限しているのが現状である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、かかる高圧電力ケーブル用の絶縁層に、特定のシンジオタクチックポリプロピレンを用いた場合、その軟化点が十分高いため、特に架橋しなくても、高圧送電時にケーブル温度が上昇しても、絶縁体が軟化したり変形することがなく、しかも諸電気特性にも優れることを発見した。すなわち、高圧電力ケーブル用の絶縁層に、シンジオタクチックポリプロピレンを用いることによって、架橋工程が省略でき、したがってケーブルの生産効率を著しく向上でき、しかも優れた電気特性を有する電力ケーブルが製造できるとの知見を得た。
【０００６】
ここで従来のように内・外半導電層が架橋を必要とすれば、上記絶縁層の特性が発揮できないため、内・外半導電層にも非架橋のものを用い、これと上記絶縁層とを組み合わせることによって、本発明を完成するに至った。
【０００７】
即ち本発明は、導体上に、非架橋タイプまたは部分架橋タイプの熱可塑性エラストマーに導電性物質が配合された非架橋内部半導電層、シンジオタクチックペンタッド分率が０．７以上であり、かつＭＦＲが０．１〜２０ｇ／１０分の範囲のシンジオタクチックポリプロピレンである絶縁層、及び非架橋タイプまたは部分架橋タイプの熱可塑性エラストマーに導電性物質が配合された非架橋外部半導電層を順に被覆したことを特徴とする高圧電力ケーブルに関する。
【０００８】
さらに本発明は、非架橋内部半導電層および非架橋外部半導電層が、熱可塑性エラストマーに導電性物質が配合されてなることを特徴とする上記高圧電力ケーブルに関する。
【０００９】
本発明で使用されるシンジオタクチックポリプロピレン（以下、「ｓ−ＰＰ」ともいう）は、シンジオタクチック構造を有するポリプロピレンであって、プロピレンの単独重合体のみならず、プロピレンと他のオレフィンとの共重合体も含む概念である。本発明においては、ホモポリマーであるｓ−ＰＰが好ましい。
【００１０】
本発明で使用されるｓ−ＰＰの好ましい分子量は、３，０００〜４００，０００、さらに好ましくは１０，０００〜２００，０００である。
【００１１】
本発明で使用されるｓ−ＰＰは、そのシンジオタクチックペンタッド分率が０．７以上であることが必要である。
ここでシンジオタクチックペンタッド分率とは、１３５℃の１，２，４−トリクロロベンゼン溶液で６７．８ＭＨｚにて測定した１３Ｃ−ＮＭＲスペクトルにおいてテトラメチルシランを基準として２０．２ｐｐｍに観測されるピーク強度（シンジオタクチックペンタッド連鎖に帰属されるメチル基のピーク強度）のプロピレン単位の全メチル基に帰属されるピーク強度の割合をいう。
シンジオタクチックペンタッド分率が０．７未満のｓ−ＰＰは、融点が低く、かつ電気的破壊強度や機械特性も低下するので、本発明の高圧電力ケーブルにおける絶縁層に使用すべきでない。
上記シンジオタクチックペンタッド分率は、好ましくは耐電界性の点から０．８〜０．９５、さらに好ましくは加工性の点から０．８６〜０．９５である。
【００１２】
さらに上記ｓ−ＰＰは、ＡＳＴＭ−Ｄ−１２３８で規定するメルトフローレート（ＭＦＲ）（荷重：１０kgf 、温度：２３０℃）が、０．１〜２０ｇ／１０分の範囲をもつことが必要である。
２０ｇ／１０分を越えるＭＦＲをもつｓ−ＰＰは高温における流動性が過大になりすぎ、逆に０．１ｇ／１０分未満のＭＦＲをもつｓ−ＰＰは流動性が過少となりすぎ、したがっていずれのものも、加工性に難点がでてくる。
上記ＭＦＲの好ましい範囲は、高温流動性の点から０．３〜１５ｇ／１０分で、さらに好ましい範囲は、押出加工性の点から０．５〜１０ｇ／１０分である。
【００１３】
上記ｓ−ＰＰの製造法には特に制限はない。即ち、用いられる重合触媒としては、対称もしくは非対称分子構造を有する有機金属錯体系触媒、例えばメタロセン化合物等の立体特異性重合触媒等が使用しうる。また、重合条件にも特に制限はなく、例えば、塊状重合法、気相重合法、不活性溶媒を用いる溶液重合法等の方法によって製造しうる。
【００１４】
非架橋外部半導電層および非架橋内部半導電層を形成する半導電材料のベースポリマーとしては、非架橋タイプのポリマーであれば特に制限はなく使用しうる。例えば、高密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル、塩素化ポリエチレンおよび熱可塑性エラストマーが挙げられる。上記非架橋タイプのポリマーのうち、特に熱可塑性エラストマーが好ましい。熱可塑性エラストマーとしては、凍結相、結晶相等の硬質相を含有するブロックコポリマーが特に好ましく使用でき、また、エラストマーの一部が架橋された部分架橋タイプのエラストマーも適用できる。硬質相を含有するブロックコポリマーの硬質相としては、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ｓ−ポリブタジエン、トランス−ポリイソプレンから選ばれるものが好ましい。熱可塑性エラストマーの好ましい具体例として、スチレン−ブタジエンコポリマー（たとえば、三菱油化社製、ラバロンＭＪ−４３００Ｃ、ラバロンＴ−３９０９Ｃ）、スチレン−イソプレンコポリマー（たとえば、クラレ社製、セプトンＫＬ−２０４３）、ｉ−ポリプロピレン−ＥＰＲ（エチレン・プロピレンラバー）コポリマー（たとえば、三菱油化社製、サーモラン２９２０Ｎ）が挙げられる。また、部分架橋タイプのエラストマーとしては、たとえばＴＰＲ（住友化学社製）、ＴＰＥ（ユニロイヤル社製）等が挙げられ、好ましくはＴＰＲである。
【００１５】
上記ベースポリマーに加えられる導電性物質は、通常半導電層に使用される導電性物質であれば特に制限なく使用しうる。たとえば、導電性のカーボンブラック、たとえば、ファーネスブラック、ケッチェンブラック（たとえばデグッサ社製、プリンテックスＸＥ−２、ライオン・アクゾ社製、ケッチェンブラック）を５〜４０ｐｈｒ（１００重量部のポリマーに対する重量部）、好ましくは１０〜２５ｐｈｒ配合される。
【００１６】
上記半導電材料の体積抵抗値（ＡＳＴＭＤ９９１）は電界緩和効果の点から５×１０^-1〜５×１０⁴Ω・ｃｍが好ましく、絶縁層との接着性の点から５×１０⁰〜５×１０²Ω・ｃｍがさらに好ましい。
室温での伸び（ＪＩＳＫ７１１３による）は、可撓性の点から３００〜９００％が好ましく、より好ましくは４００〜６００％の範囲である。
また破断点強度（ＪＩＳＫ７１１３による）は、絶縁体としての強靱性の点から５０〜３５０ｋｇ／ｃｍ²が好ましく、より好ましくは、７０〜２５０ｋｇ／ｃｍ²の範囲である。
【００１７】
上記ｓ−ＰＰおよび半導電層の形成材料には、必要に応じて、ヒンダードフェノール系、アミン系、あるいはチオエーテル系等の酸化防止剤あるいは安定剤、アミド、ヒドラジッド系等の銅害防止剤、ベンゾフェノン系、ベンゾイン系等の紫外線防止剤、高級脂肪酸系あるいはその金属塩系等の滑剤、加工助剤、有機、無機系顔料、有機、無機系難燃剤、およびシリカやクレー等の充填剤など、プラスチックに通常用いられる添加剤を添加しても良い。
【００１８】
本発明の高圧電力ケーブルの製造方法に特に制限はなく、自体既知の方法によって製造することができる。たとえば、絶縁材料および半導電層の形成材料を導体上に同時押出しすることによって、架橋することなく製造することができる。
【００１９】
本発明のケーブルは、架橋工程を全く必要としないため高速生産できる。即ち従来のケーブル製造速度を３０〜１０００％スピードアップすることができる。
【００２０】
また、本発明のケーブルのｓ−ＰＰ絶縁層は、従来のＸＬＰＥ絶縁層よりも、室温でのインパルス破壊電界強度は２５〜４０％、室温でのＡＣ破壊電界強度は１４〜２０％、優れているうえ、９０℃でのインパルス破壊電界強度は５０〜７５％、９０℃でのＡＣ破壊電界強度は２５〜４０％も優れている。
【００２１】
さらに、従来の架橋ポリエチレンの絶縁層よりも室温でのインパルス破壊電界強度は２０〜５０％、室温でのＡＣ破壊電界強度は１５〜４０％、優れているうえ、９０℃でのインパルス破壊電界強度は３５〜８０％、９０℃でのＡＣ破壊電界強度は２５〜３０％も向上している。
【００２２】
以下、実施例を用いて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれら実施例に限定されない。
【００２３】
【実施例】
実施例１〜４、比較例１
直径２．７ｍｍの銅導体に、厚さ１ｍｍの絶縁層としてシンジオタクチックペンタッド分率が０．９１、ＭＦＲが１．２０ｇ／１０分のｓ−ＰＰを、および絶縁体内外に厚さそれぞれ０．５ｍｍの半導電層としてスチレン−ブタジエンコポリマー（三菱油化製、ラバロンＭＪ−４３００Ｃ、ラバロンＴ−３９０９Ｃ）、スチレン−イソプレンコポリマー（クラレ製、セプトンＫＬ−２０４３）、あるいはｉ−ＰＰ−ＥＰＲコポリマー（三菱油化製、サーモラン２９２０Ｎ）にファーネスブラック（デグッサ社製、プリンテックスＺＥ−２）を２０ｐｈｒを配合したものを、１８０℃で同時押出成形し、内外半導電層付き高圧電力ケーブルの模擬ケーブルを作成した。なお、同ケーブルは作成後、室温にて放置冷却したもの（徐冷試料）と押出直後に０℃の氷浴中で冷却したもの（急冷試料）の２種類作成した。
これらの試料について、室温でのインパルス破壊試験およびＡＣ破壊試験を行なった。
【００２４】
実施例５〜８
シンジオタクチックペンタッド分率が０．９５、ＭＦＲが１４．０ｇ／１０分のｓ−ＰＰを用いた以外は実施例１〜４と同じ半導電層４種、同じ製造条件により、実施例５〜８の模擬ケーブルを作成した。
【００２５】
なお、比較例１で用いたＸＬＰＥは、架橋工程を必要としたため、実施例１〜８の生産スピードが３０〜３５ｍ／分であったのに対し、０．８〜１．０ｍ／分であった。
【００２６】
インパルス破壊試験は、１×４０μｓｅｃの負極性インパルス標準波を予想破壊電圧の７０％値を初期値として５ｋＶ／３回印加のステップアップ昇圧方式で課電した（ＪＩＳＣ３００５による）。
またＡＣ破壊試験は、予想破壊電圧の７０％値を初期値として、２ｋＶ／１分印加のステップ昇圧方式で課電した（ＪＩＳＣ３００５による）。
結果を表１に示す。
なお、インパルス破壊試験、ＡＣ破壊試験ともに１条件につき１０試料のデータを採取し、ワイプル解析後、破壊確率６３．３％における破壊値をもってその試料の耐圧値とした。
【００２７】
【表１】

【００２８】
表１から、ｓ−ＰＰは特に優れた電気破壊耐久性を有していることがわかる。したがって、ｓ−ＰＰを用いたものは、ケーブルの信頼性を高めることができ、所定の性能を満足するために必要な絶縁層の厚さを低減することもでき、コンパクト化が図られるという効果も得られる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明の内・外半導電層を有する高圧電力ケーブルは、絶縁層、内・外半導電層ともに架橋工程を必要としないので、ケーブル生産速度を従来の３０〜１０００％もスピードアップすることができる。しかも得られたケーブルの絶縁層は優れた諸電気特性をもち、ケーブルの信頼性を高めることができ、所定の性能を満足するために必要な絶縁層の厚さを低減することもでき、コンパクト化が図られるという効果も得られる。

Claims

導体上に、非架橋タイプまたは部分架橋タイプの熱可塑性エラストマーに導電性物質が配合された非架橋内部半導電層、シンジオタクチックペンタッド分率が０．７以上であり、かつＭＦＲが０．１〜２０ｇ／１０分の範囲のシンジオタクチックポリプロピレンである絶縁層、及び非架橋タイプまたは部分架橋タイプの熱可塑性エラストマーに導電性物質が配合された非架橋外部半導電層を順に被覆したことを特徴とする高圧電力ケーブル。