JP3803139B2

JP3803139B2 - DC oil immersion power cable

Info

Publication number: JP3803139B2
Application number: JP17683096A
Authority: JP
Inventors: 享高橋; 裕之宮田; 浩一飯沼
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 1996-07-05
Filing date: 1996-07-05
Publication date: 2006-08-02
Anticipated expiration: 2016-07-05
Also published as: JPH1021762A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、主に長尺海底電力ケーブル等に好適に用いられ、高粘度の絶縁油を含浸した非加圧タイプの直流油浸電力ケーブルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
超高圧直流送電ケーブルとして、現在油浸絶縁ケーブルが用いられている。また、直流送電ケーブルは、長尺の海底ケーブルに適用されることが多い。このため超高圧直流送電用の長尺海底ケーブルとしては、条長が極めて長くなることから、低粘度の絶縁油を含浸した油加圧タイプの油浸絶縁ケーブルでは油圧の伝播に限度があるため、高粘度の絶縁油を含浸した無油加圧タイプの油浸絶縁ケーブル、いわゆるＭＩＮＤ（ＭａｓｓＩｍｐｒｅｇｎａｔｅｄＮｏｎＤｒａｉｎｉｎｇ）ケーブルが用いられることになる。
【０００３】
一方、油浸絶縁ケーブルの直流絶縁特性を向上させるために、絶縁紙としてポリプロピレンなどの無極性プラスチックフィルムの両面にクラフト紙を貼り合せたプラスチックラミネート紙が使われている。これは直流では電圧は抵抗で分担されることになり、プラスチックラミネート紙ではプラスチックフィルム層の絶縁抵抗がクラフト紙層の絶縁抵抗よりかなり大きいために、絶縁破壊の弱点となる油隙（オイルギャップ）と接するクラフト紙層の分担電圧が低減されるためである。
【０００４】
このようなプラスチックラミネート紙を絶縁層に用いたＭＩＮＤケーブルにあっては、絶縁油が完全に含浸されている状態では良好な直流破壊特性を示す。
しかしながら、例えばヒートサイクルなどが加わったりすると、温度上昇時に絶縁層に含浸されている絶縁油が熱膨張により外部遮蔽層側に押し出され、温度降下時には押し出された絶縁油が非加圧のために完全に元に戻り切らず、冷却収縮に基づく脱油ボイド（気泡）が生成することになる。
【０００５】
油浸電力ケーブルのインパルス破壊は、電極直上の油隙（オイルギャップ）が起点となって進行することが多く、またプラスチックラミネート紙を用いたものでは、その材料特性としてインパルス破壊の極性効果が現れ、負極性インパルス破壊強度が正極性インパルス破壊強度よりも高くなる。
上述のような脱油ボイドが電極直上に相当する導体直上または外部遮蔽層直下の油隙に生じれば、極性効果を含めたインパルス破壊特性の大幅な低下が生じ、大きな問題となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
よって、本発明における課題は、直流油浸電力ケーブルにおいて、温度変動によりその油浸絶縁体の導体側あるいは外部遮蔽層側に脱油ボイドが形成されても、これによるインパルス破壊特性の低下を微かなものに抑えることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
かかる課題は、プラスチックフィルムの両面にクラフト紙を貼り合わせてなるプラスチックラミネート紙を導体上に巻回し、これに高粘度絶縁油を含浸した油浸絶縁体を有する非加圧タイプの直流油浸電力ケーブルであって、油浸絶縁体の導体側または外部遮蔽層側もしくはその両方に、厚みが０．３〜５ｍｍである油浸クラフト紙層を設けたことを特徴とする非加圧タイプの直流油浸電力ケーブルによって解決される。
この油浸クラフト紙層は、厚みが２〜５ｍｍであることが好ましく、厚み４０〜１００μｍのクラフト紙を巻回した厚み２〜５ｍｍのものとすることが好ましい。また、導体側の内部クラフト紙層は、厚み４０〜８０μｍのクラフト紙を巻回して設けたものであることが好ましい。
【０００８】
【作用】
一般に、インパルス電圧に対して絶縁層はその容量で電界分担を行う。このため、プラスチックラミネート紙よりも誘電率の大きいクラフト紙の層を電極となる導体側または外部遮蔽層側に設けることにより、この部位での電界が緩和される。
したがって、導体側または外部遮蔽層側に形成された脱油ボイドでの放電によって油浸クラフト紙層に侵入する破壊ストリーマの進展が抑制され、インパルス破壊特性の低下が抑えられる。
また、クラフト紙では、インパルス破壊の極性効果がほとんど現れないので、インパルス極性効果も低減できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の直流油浸電力ケーブルの例を示すもので、図中符号１は導体であり、この導体１の直上には内部クラフト紙層２が設けられている。
この内部クラフト紙層２は、厚さ４０〜１００μｍ、密度０．９〜１．０ｇ／ｃｍ³のクラフト紙テープを導体１に巻回してなる厚さ０．３〜５ｍｍの層である。
上記クラフト紙テープの厚さは、導体１直上の油隙の厚さを薄くし、耐破壊電圧を高めるためには、薄い方が好ましいが、製造性を考慮して４０〜１００μｍの範囲とされる。
クラフト紙層２の厚みが０．３ｍｍ未満ではインパルス破壊特性の改善に効果がなく、５ｍｍを越えると直流破壊特性が低下する。
このクラフト紙層２には、高粘度の絶縁油が含浸されていることは言うまでもない。
【００１０】
内部クラフト紙層２の上にはプラスチックラミネート紙テープを巻回し、これに高粘度の絶縁油を含浸した油浸絶縁体３が設けられている。
この油浸絶縁体３は、ケーブルの主たる絶縁体として機能するもので、その厚みはケーブルの使用条件、用途等によって決められる。
上記プラスチックラミネート紙は、プラスチックフィルムの両面にクラフト紙を貼り合せたもので、押出成形直後の溶融状態のプラスチックフィルムにクラフト紙を加圧してラミネートすることによって得られたもので、プラスチックフィルムの分率が重量比で３０〜６０％程度で、厚みが１００〜２００μｍのものが好ましい。
【００１１】
このプラスチックラミネート紙のプラスチックフィルムとしては、ポリプロピレン、ポリ−４−メチルペンテン−１、ポリブテン−１、ポリエチレンなどの無極性ポリオレフィンやテトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロポリプロピレン共重合体、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体などのフッ素樹脂からなるものが用いられる。これらのなかでもポリプロピレンホモポリマーからなるものが好ましい。
【００１２】
また、クラフト紙として、気密度が５０００ガーレ秒以上でかつ密度が０．７０ｇ／ｃｍ³以上の高気密度でかつ高密度の層と、気密度が１００ガーレ秒以下でかつ密度が０．７０ｇ／ｃｍ³以下の低気密度でかつ低密度の層とからなる多層構造のクラフト紙を用い、その低気密度で低密度の層をプラスチックフィルムと接するように貼り合せたものが、プラスチックフィルムとクラフト紙との接着強度を高めることができて好ましい。
【００１３】
また、プラスチックラミネート紙として、巻回後の真空乾燥および絶縁油含浸を容易とし、その作業時間を短縮するために、ラミネート紙の表面に微細な凹凸を形成するエンボス処理を施したものやプラスチックラミネート紙の表面の幅方向に微少な溝を多数形成したものなどを用いてもよい。
【００１４】
さらに、油浸絶縁体３の上には外部クラフト紙層４が設けられている。この外部クラフト紙層４は、先の内部クラフト紙層２と同様のもので、厚み４０〜１００μｍで、密度０．９〜１．０ｇ／ｃｍ³のクラフト紙テープを油浸絶縁体３上に巻回してなる厚さ０．３〜５ｍｍのものであり、この層４も同様に高粘度の絶縁油が含浸されている。
【００１５】
本発明で使用される高粘度絶縁油としては、温度６０℃での動粘度が５００センチストークス以上の例えばナフテン系鉱油、ポリブテン油などが使われる。
【００１６】
外部クラフト紙層４の上には外部遮蔽層５が設けられている。この外部遮蔽層５は、カーボン紙、金属化紙などの導電性の材料からなるテープを外部クラフト紙層４上に巻回してなる厚さ０．５〜２ｍｍ程度の層である。
この外部遮蔽層５上には、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、クロロプレンゴムなどからなるシース６が押出被覆によって設けられ、この例の直流油浸電力ケーブルとなっている。
【００１７】
このような直流油浸電力ケーブルにあっては、プラスチックラミネート紙からなる油浸絶縁体３の導体１側に油浸状態の内部クラフト紙層２が、外部遮蔽層５側に油浸状態の外部クラフト紙層４がそれぞれ設けられているので、導体１側および外部遮蔽層５側での電界が緩和され、インパルス破壊特性の低下が少ないものとなる。また、クラフト紙の材料特性により、インパルス極性効果も小さいものとなる。
また、プラスチックラミネート紙として、表面にエンボス加工や溝付加工を施したものを用いれば、巻回後の真空乾燥、絶縁油含浸が容易に短時間で行うことができる。
【００１８】
また、本発明では、油浸クラフト紙層は、導体側または外部遮蔽層側のいずれか一方に設けてもよく、好ましくは脱油ボイドが形成されやすい導体側に設けることが望ましい。
【００１９】
以下、具体例を示して作用、効果を明確にする。
（実施例）
断面積１０００ｍｍ²のセグメンタル導体に対して以下の構成の絶縁体を形成し、これに高粘度絶縁油としてナフテン系鉱油（「Ｔ−２０１５」商品名、ダセック−キャンベル社製）を含浸した。
内部クラフト紙層；厚さ８０μｍのクラフト紙巻回
絶縁層；厚さ１２５μｍポリプロピレンラミネート紙巻回
厚さ１５５μｍポリプロピレンラミネート紙巻回
外部クラフト紙層；厚さ１００μｍクラフト紙巻回
外部遮蔽層；カーボン紙および金属化紙巻回
【００２０】
クラフト紙には、密度０．９〜１．０ｇ／ｃｍ³の高密度紙を使用し、ポリプロピレンラミネート紙には、ポリプロピレン分率が４５重量％で、テープの幅方向に多数の微少な溝を形成したものを使用した。
絶縁体の全厚さを２３ｍｍとし、各クラフト紙の厚みを種々に変化させてケーブルとした。
このケーブルに室温〜６０℃のヒートサイクルを与え、絶縁層中に脱油ボイドを形成したのち、このもののインパルス破壊電圧（１×５０μｓｅｃ、正極性）および直流破壊電圧（負極性）を測定した。
結果を表１に示す。
【００２１】
【表１】

【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の直流油浸電力ケーブルは、プラスチックラミネート紙を巻回した絶縁層の導体側または外部遮蔽層側のいずれか一方もしくは両方にクラフト紙を巻回し、高粘度絶縁油を含浸した油浸クラフト紙層を設けたものであるので、インパルス破壊の起点である導体直上あるいは外部遮蔽層直下に温度変化による脱油ボイドが生じても、油浸クラフト紙層の電界緩和効果によって、インパルス破壊特性の低下を防ぐことができる。
また、クラフト紙はインパルス破壊に対する極性効果がほとんどないため、プラスチックラミネート紙を用いたことによって生ずるインパルス極性効果を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の直流油浸電力ケーブルの一例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１導体
２内部クラフト紙層
３油浸絶縁体
４外部クラフト紙層
５外部遮蔽層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a non-pressurized direct current oil immersion power cable that is preferably used mainly for a long submarine power cable or the like and impregnated with a highly viscous insulating oil.
[0002]
[Prior art]
Currently, oil-immersed insulated cables are used as ultra-high voltage direct current transmission cables. Moreover, the DC power transmission cable is often applied to a long submarine cable. For this reason, the length of the long submarine cable for ultra-high voltage direct current power transmission is extremely long, so the oil pressure insulation type oil-impregnated insulation cable impregnated with low-viscosity insulation oil has limited hydraulic pressure propagation. An oilless pressure type oil-immersed insulated cable impregnated with high-viscosity insulating oil, so-called MIND (Mass Impressed Non Draining) cable, is used.
[0003]
On the other hand, in order to improve the DC insulation characteristics of oil-immersed insulated cables, plastic laminated paper in which kraft paper is bonded to both sides of a nonpolar plastic film such as polypropylene is used as insulating paper. This is because in DC, the voltage is shared by resistance, and in plastic laminated paper, the insulation resistance of the plastic film layer is much larger than the insulation resistance of the kraft paper layer. This is because the shared voltage of the kraft paper layer in contact with is reduced.
[0004]
In a MIND cable using such a plastic laminated paper as an insulating layer, good DC breakdown characteristics are exhibited in a state where the insulating oil is completely impregnated.
However, for example, when a heat cycle is applied, the insulating oil impregnated in the insulating layer is pushed out to the external shielding layer side due to thermal expansion when the temperature rises, and the pushed insulating oil is not pressurized when the temperature drops. It will not completely return to its original shape, and deoiling voids (bubbles) based on cooling shrinkage will be generated.
[0005]
Impulse destruction of oil-immersed power cables often proceeds with the oil gap (oil gap) directly above the electrode as the starting point. Also, when plastic laminated paper is used, the polarity effect of impulse destruction appears as a material property. The negative impulse breakdown strength is higher than the positive impulse breakdown strength.
If the oil removal void as described above occurs in the oil gap immediately above the conductor corresponding to the electrode or directly below the outer shielding layer, the impulse breakdown characteristics including the polarity effect are significantly lowered, which is a serious problem.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, the problem in the present invention is that, even if a deoiling void is formed on the conductor side or the outer shielding layer side of the oil-immersed insulator due to temperature fluctuations in the DC oil-immersed power cable, the deterioration of the impulse breakdown characteristics due to this is minimal. It is to keep it in a kana.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
Such a problem is a non-pressurization type DC oil immersion power having an oil-insulated insulator in which a plastic laminated paper obtained by laminating kraft paper on both sides of a plastic film is wound on a conductor and impregnated with a high-viscosity insulating oil. Non-pressure type direct current characterized in that an oil-immersed kraft paper layer having a thickness of 0.3 to 5 mm is provided on the conductor side or the outer shielding layer side or both of the oil-impregnated insulator. Solved by oil-immersion power cable .
The oil-impregnated kraft paper layer preferably has a thickness of 2 to 5 mm, and preferably has a thickness of 2 to 5 mm obtained by winding a kraft paper having a thickness of 40 to 100 μm. Further, the inner kraft paper layer on the conductor side is preferably provided by winding kraft paper having a thickness of 40 to 80 μm.
[0008]
[Action]
In general, an insulating layer performs electric field sharing with its capacitance with respect to an impulse voltage. For this reason, by providing a layer of kraft paper having a dielectric constant larger than that of plastic laminated paper on the conductor side or the outer shielding layer side as an electrode, the electric field at this portion is reduced.
Therefore, the progress of the destructive streamer entering the oil-impregnated kraft paper layer by the discharge with the deoiled void formed on the conductor side or the outer shielding layer side is suppressed, and the deterioration of the impulse destructive characteristics is suppressed.
Further, since the polarity effect of impulse destruction hardly appears in kraft paper, the impulse polarity effect can be reduced.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows an example of a DC oil immersion power cable according to the present invention. In the figure, reference numeral 1 denotes a conductor, and an internal kraft paper layer 2 is provided immediately above the conductor 1.
The inner kraft paper layer 2 is a layer having a thickness of 0.3 to 5 mm formed by winding a kraft paper tape having a thickness of 40 to 100 μm and a density of 0.9 to 1.0 g / cm ³ around the conductor 1.
The thickness of the kraft paper tape is preferably in the range of 40 to 100 μm in consideration of manufacturability, although it is preferable to reduce the thickness of the oil gap immediately above the conductor 1 and increase the breakdown voltage. .
If the thickness of the kraft paper layer 2 is less than 0.3 mm, there is no effect in improving the impulse breakdown characteristics. If the thickness exceeds 5 mm, the DC breakdown characteristics are degraded.
Needless to say, the kraft paper layer 2 is impregnated with high-viscosity insulating oil.
[0010]
On the inner kraft paper layer 2, a plastic laminated paper tape is wound, and an oil immersion insulator 3 impregnated with a high viscosity insulating oil is provided.
The oil-immersed insulator 3 functions as a main insulator of the cable, and the thickness thereof is determined by the use condition and application of the cable.
The above-mentioned plastic laminated paper is obtained by laminating kraft paper on both sides of a plastic film, obtained by pressing and laminating kraft paper on a molten plastic film immediately after extrusion molding. It is preferable that the ratio is about 30 to 60% by weight and the thickness is 100 to 200 μm.
[0011]
Plastic films of this plastic laminated paper include nonpolar polyolefins such as polypropylene, poly-4-methylpentene-1, polybutene-1, polyethylene, tetrafluoroethylene-hexafluoropolypropylene copolymer, ethylene-tetrafluoroethylene copolymer What consists of fluororesins, such as a coalescence, is used. Among these, those made of polypropylene homopolymer are preferable.
[0012]
Also, as kraft paper, a high air density and high density layer with a gas density of 5000 gale seconds or more and a density of 0.70 g / cm ³ or more, and a gas density of 100 gale seconds or less and a density of 0.70 g. Using a kraft paper with a multi-layer structure consisting of a low-density layer with a low air density of / cm ³ or less, the low-density layer and the low-density layer bonded so as to be in contact with the plastic film, The adhesive strength with kraft paper can be increased, which is preferable.
[0013]
Also, plastic laminate paper that has been embossed to form fine irregularities on the surface of the laminate paper or plastic laminate to facilitate vacuum drying and insulation oil impregnation after winding, and to shorten the work time You may use what formed many fine grooves in the width direction of the surface of paper.
[0014]
Furthermore, an external kraft paper layer 4 is provided on the oil immersion insulator 3. The outer kraft paper layer 4 is the same as the inner kraft paper layer 2 described above. A kraft paper tape having a thickness of 40 to 100 μm and a density of 0.9 to 1.0 g / cm ³ is wound on the oil immersion insulator 3. The layer 4 has a thickness of 0.3 to 5 mm, and this layer 4 is similarly impregnated with high-viscosity insulating oil.
[0015]
As the high-viscosity insulating oil used in the present invention, for example, naphthenic mineral oil or polybutene oil having a kinematic viscosity at a temperature of 60 ° C. of 500 centistokes or more is used.
[0016]
An external shielding layer 5 is provided on the external kraft paper layer 4. The external shielding layer 5 is a layer having a thickness of about 0.5 to 2 mm formed by winding a tape made of a conductive material such as carbon paper or metallized paper on the external kraft paper layer 4.
On this external shielding layer 5, a sheath 6 made of polyethylene, polyvinyl chloride, chloroprene rubber or the like is provided by extrusion coating to form a DC oil immersion power cable of this example.
[0017]
In such a DC oil-immersed power cable, an oil-immersed internal kraft paper layer 2 is disposed on the conductor 1 side of the oil-impregnated insulator 3 made of plastic laminate paper, and an oil-immersed external layer is disposed on the external shielding layer 5 side. Since the kraft paper layers 4 are respectively provided, the electric fields on the conductor 1 side and the external shielding layer 5 side are alleviated, and the deterioration of the impulse breakdown characteristics is reduced. Also, the impulse polarity effect is small due to the material properties of kraft paper.
Further, if a plastic laminated paper having an embossed or grooved surface is used, vacuum drying after winding and impregnation with insulating oil can be easily performed in a short time.
[0018]
In the present invention, the oil-immersed kraft paper layer may be provided on either the conductor side or the outer shielding layer side, and preferably on the conductor side where oil-removal voids are easily formed.
[0019]
Hereinafter, an example and an effect are clarified by showing a specific example.
(Example)
An insulator having the following configuration was formed on a segmental conductor having a cross-sectional area of 1000 mm ² and impregnated with naphthenic mineral oil (“T-2015” trade name, manufactured by Dasek-Campbell) as a high-viscosity insulating oil.
Inner kraft paper layer; 80 μm thick kraft paper wound insulation layer; 125 μm thick polypropylene laminated paper wrapping thickness 155 μm polypropylene laminated paper wrapping outer kraft paper layer; 100 μm thick kraft paper wrapping outer shielding layer; carbon paper and metallized paper wrapping Times [0020]
For kraft paper, high-density paper with a density of 0.9 to 1.0 g / cm ³ is used, and for polypropylene-laminated paper, the polypropylene fraction is 45% by weight and a large number of minute grooves are formed in the width direction of the tape. What was formed was used.
The total thickness of the insulator was 23 mm, and the thickness of each kraft paper was variously changed to obtain a cable.
The cable was subjected to a heat cycle from room temperature to 60 ° C. to form deoiled voids in the insulating layer, and then the impulse breakdown voltage (1 × 50 μsec, positive polarity) and DC breakdown voltage (negative polarity) of the cable were measured.
The results are shown in Table 1.
[0021]
[Table 1]

[0022]
【The invention's effect】
As described above, the DC oil-immersed power cable of the present invention is a high-viscosity insulating oil in which kraft paper is wound around one or both of the conductor side and the outer shielding layer side of the insulating layer wound with plastic laminated paper. The oil-impregnated kraft paper layer is provided with an oil-impregnated kraft paper layer, so even if a deoiling void occurs due to temperature changes directly above the conductor or the outer shielding layer, which is the origin of impulse destruction Therefore, it is possible to prevent the impulse breakdown characteristics from being deteriorated.
Moreover, since the kraft paper has almost no polarity effect on the impulse destruction, the impulse polarity effect generated by using the plastic laminate paper can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a DC oil immersion power cable according to the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Conductor 2 Internal Kraft Paper Layer 3 Oil-insulated Insulator 4 External Kraft Paper Layer 5 External Shielding Layer

Claims

It is a non-pressurized type DC oil immersion power cable having an oil-insulated insulator in which a plastic laminated paper made by bonding kraft paper on both sides of a plastic film is wound on a conductor and impregnated with a high-viscosity insulating oil. ,
A non-pressure type direct current oil immersion power cable , wherein an oil immersion kraft paper layer having a thickness of 0.3 to 5 mm is provided on a conductor side and / or an outer shielding layer side of an oil immersion insulator.

2. The non-pressure type direct current oil immersion power cable according to claim 1 , wherein the thickness of the oil immersion kraft paper layer is 2 to 5 mm .

3. The non-pressurized type DC oil immersion power cable according to claim 1, wherein the conductor-side inner kraft paper layer is provided by winding a kraft paper having a thickness of 40 to 80 [mu] m.