JP4192323B2

JP4192323B2 - 油浸ソリッド電力ケーブル

Info

Publication number: JP4192323B2
Application number: JP02586199A
Authority: JP
Inventors: 守近藤; 良輔畑; 裕史滝川; 潤依田; 隆宏堀川; 守弘関
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1999-02-03
Filing date: 1999-02-03
Publication date: 2008-12-10
Anticipated expiration: 2019-02-03
Also published as: JP2000222951A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、長距離大容量輸送に好適な油浸ソリッド電力ケーブルに関するもので、特に直流海底送電用に最適な油浸ソリッド電力ケーブルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
直流海底ケーブル用として、導体の上に絶縁紙を巻回し、そこに高粘度の絶縁油を含浸した絶縁層を有するソリッドDCケーブルが利用されている。これは、例えば60℃で1200cst程度の粘度を有する絶縁油（ダセック社：商品名「Ｔ2015」）を含浸してなる積層絶縁ソリッド（Mass−Impregnated）ケーブルである。
【０００３】
ソリッドDCケーブルは、OFケーブルとは異なり、ケーブルの両端からの絶縁油の供給がないため、例えば負荷遮断時などの急激な温度変化により絶縁油の収縮からボイドを生じ、そのボイドが有害な大きさになると放電の開始点となりやすい。
【０００４】
このようなボイドは、絶縁紙をスパイラル状に巻回するときに必然的に生じる油ギャップにます生じやすく、次いで絶縁テープ中の天然繊維の隙間に生じやすい。特に、温度変化が急激になる導体直上、金属遮蔽層直下の絶縁層に生じ易く、さらにこの部分は電界が高いので危険である。この導体直上および金属遮蔽層直下の絶縁層にボイドが生じ易いことのメカニズムは、特願平10-38173号に記載している。
【０００５】
これまでのソリッドDCケーブルは、例えば使用電圧が400kV以下、送電電流が1000A未満と比較的小さかったので、このようなボイドは特に問題視されなかった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、近年大電流をソリッドDCケーブルで長距離送電する計画が相次いで出現するようになってきた。例えば、送電電圧も450kV以上、送電電流も1000A以上を越えるような線路が計画されている。このように高電圧、大電流になってくると、特に導体直上金属シース直下の絶縁層中の有害なボイドの形成が無視できなくなる。
【０００７】
従って、本発明の主目的は、温度変化により、導体直上、金属シース直下にボイドが形成されにくい油浸ソリッド電力ケーブル提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は絶縁層を形成する絶縁材料や絶縁油の粘度などを特定することで上記の目的を達成する。
その特徴は、導体の外周に絶縁層を具え、その絶縁層の少なくとも一部にポリオレフィン系樹脂フィルムを含む絶縁テープを用い、さらにその絶縁層に絶縁油が含浸されたソリッドケーブルにおいて、前記絶縁油は60℃での粘度が10cst以上500cst未満であって、その一部に平均分子量が5万以上200万未満の固形状ゴムを含む油を用いることにある。
【０００９】
ボイドの発生を抑えるには含浸する油の量を少なくするとよい。絶縁材料としてプラスチックフィルムにクラフト紙を接合した複合テープを用いれば、プラスチックフィルムには隙間がないため絶縁油の量を少なくでき、かつ絶縁油が移動しにくくなるため、ボイドの発生を抑制できる。また、ボイドの発生原因となるクラフト紙層の割合を小さくすることができる。
【００１０】
絶縁体の直流ストレス分布は絶縁体の絶縁抵抗によって決まる。絶縁油の絶縁抵抗は1×10¹⁵〜1×10¹⁶Ω・cm、クラフト紙の絶縁抵抗は4×10¹⁶〜1×10¹⁷Ω・cm 、ポリプロピレンの絶縁抵抗は1×10¹⁷〜1×10¹⁸Ω・cmであるため、ボイドが油ギャップに発生しても絶縁油の絶縁抵抗が小さいことからストレスは低く、放電の開始とはならない。
【００１１】
また、上記粘度の絶縁油の具体例としては、ポリスチレン系絶縁油、ポリブテン、鉱油、アルキルベンゼン主体の合成油、重質アルキレートあるいはこれらの1種以上を含む混合物が挙げられる。特にポリブテンが好適である。絶縁油はその一部に固形状ゴムを含む油を用いることにより、絶縁紙間の接着性を向上させボイドの発生部位となる紙層間の離れを防止することができる。固形状ゴムは分子量が大きいために接着剤の働きがあるためである。
【００１２】
含浸時の絶縁油温度は、絶縁層が性能劣化をきたさない範囲で選択される。絶縁層がポリオレフィン樹脂フィルムを含む場合、それらの油中融点も勘案して最高許容温度が決められる。油中融点は、ポリエチレンでは１１０℃内外、ポリプロピレンでは１３０〜１４０℃程度である。また、絶縁油含浸時の加圧圧力はゲージ圧力（大気圧を０kg/cm²で表した圧力）で１〜３kg/cm²程度が選択される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の油浸ソリッド電力ケーブルの一例を示す断面図である。
【００１４】
このケーブルは、中心から順に導体1、内部半導電層（通常カーボン紙よりなる）2、油浸絶縁層3、外部半導電層（通常カーボン紙よりなる）4、金属遮蔽層（通常鉛よりなる）5、ケーブルシース（通常ポリエチレンよりなる）6を具えている。
【００１５】
ここで、油浸絶縁層3はその絶縁層の少なくとも一部にポリオレフィン系樹脂フィルムを含む絶縁テープを用いる。ポリオレフィン系樹脂フィルムとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレンプロピレン共重合体、ポリブテンなどが挙げられる。特に、ポリプロピレンが電気特性に優れ、かつ融点が高く高温まで使用できることから好ましい。
【００１６】
ポリオレフィン系樹脂フィルムを含む絶縁テープには、ポリオレフィン系樹脂フィルム単独の絶縁テープの他に、ポリオレフィン系樹脂フィルムの片側または両側にクラフト紙をラミネートした複合テープが含まれる。
【００１７】
ポリプロピレンフィルムの両面にクラフト紙がラミネートされた複合テープの場合、絶縁テープ全体の厚さに対するポリプロピレンフィルムの厚さの比率が40％以上90％未満であることが好ましい。40％未満であるとクラフト紙の割合が大きくなりクラフト紙層でボイドが発生し易くなる。また90％以上となると、絶縁油の含浸はクラフト紙層を通つて行われるため、絶縁油の含浸に時間がかかり実用的でない。
【００１８】
絶縁テープの厚みは、薄い方が油ギャップの厚みが小さくなり好ましいが、製造面から薄いものは作るのが因難であり、50〜200μm厚が実用的である。
【００１９】
また、絶縁層に用いるポリプロピレンラミネート紙層は、必要に応じてポリプロピレン比率の異なるポリプロピレンラミネート紙を組み合わせてρ（絶縁抵抗率）クレーディングを施すと、直流ストレス分布がマイルドになり効果的である。
【００２０】
絶縁油は60℃での粘度が10cst以上500cst未満であって、その一部に平均分子量が5万以上200万未満の固形状ゴムを含む油を用いる。10cst未満では、油が移動し易くなりボイドが発生し易くなる。500cst以上では、ケーブル製造時ポリオレフィン樹脂フィルムが油を通過させないために抵抗となり、油含浸に時間がかかって生産性の面で問題となる。
【００２１】
固形状ゴムの平均分子量が5万未満では接着性が十分でなく、200万以上では、粘度が高すぎて、油の混合が困難になる。
【００２２】
固形状ゴムはイソプレンゴム、ブタジエンゴム、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、ポリイソブチレンゴムなどがあり、この中から選択された少なくとも1種を用いることができる。
【００２３】
また、絶縁油は粘度を調整するために、固形状ゴムと粘度の低い鉱油、DDB（ドデシルベンゼン）、重質アルキレート、液状ポリブテンなどとの混合物とするが、この中でも液状ポリブテンがポリプロピレンを膨潤させにくいので好ましい。
【００２４】
絶縁油中の固形状ゴムの割合は0.1重量％以上8重量％未満とする。0.1重量％未満では、接着性が十分でなく、8重量％以上では絶縁油の粘度が高くなりすぎて、ケーブル製造時における絶縁油含浸に時間がかかり生産性の面で問題となる。
【００２５】
（試験例１）
実施例1として図１に示す断面を持つ油浸ソリッドケーブルを作製した。
1100mm²の導体1に内部半導電層2（厚み100μmのカーボン紙6枚）、絶縁層3（厚み100μm、ポリプロピレンの比率が60％であるポリプロピレンラミネート紙100枚）外部半導電層4（厚み100μmのカーボン紙6枚）を順次紙巻する。その後、絶縁油（60℃での粘度400cst、ポリイソブチレンゴム：平均分子量120万、1重量％含有）を含浸し、鉛被覆、ポリエチレン被覆を施してケーブルを作製した。
【００２６】
比鮫例1として同じく図1の断面構造を持つ油浸ソリッドケーブルを作製した。
1100mm²の導体1に内部半導電層2（厚み100μmのカーボン紙6枚）、絶縁層3（厚み100μm、ポリプロピレンの比率が60％であるポリプロピレンラミネート紙100枚）外部半導電層4（厚み100μmのカーボン紙6枚）を順次紙巻する。その後、絶縁油（60℃での粘度400cst、固形状ゴム未含有）を含浸した後、鉛被覆、ポリエチレン被覆を施してケーブルを作製した。
【００２７】
比較例２として同じく図1に示す断面構造を持つ油浸ソリッドケーブルを作製した。
1100mm²の導体1に内部半導電層2（厚み100μmのカーボン紙6枚）、絶縁層3（厚み100μmのクラフト紙100枚）外部半導電層4（厚み100μmのカーボン紙6枚）、を順次紙巻する。その後、絶縁油（60℃での粘度400cst、ポリイソブチレンゴム1重量％含有）を含浸し、鉛被覆、ポリエチレン被覆を施してケーブルを作製した。
【００２８】
3者のケーブルを導体通電により常温（16時間）〜60℃（8時間）のヒートサイクルを与えながら直流2000kVを課電した結果、実施例は30回のヒートサイクルを与えても絶縁破壊を起こさなかった。これに対し、比較例1は20サイクル目の通電遮断後の冷却過程において絶縁破壊を生じ、比較例2は22サイクル目の通電遮断後の冷却過程において絶縁破壊を生じた。
【００２９】
（試験例２）
前記実施例1-1と同様の構成ケーブルにおいて、表1に示すように絶縁テープ全体の厚みに対するポリプロピレンテープの比率（ＰＰ比率）および絶縁油の粘度を変え、含浸時間を比べてみた。表1において、「◎」は実用的な短期間（１ヶ月以内）で含浸ができることを、「○」はかろうじて実用的な含浸ができることを、「×」は時間がかかりすぎ実用できないことを示す。
【００３０】
【表１】

【００３１】
表1の結果より、粘度またはＰＰ比率が高くなるほど含浸が困難で、ＰＰ比率が40〜90％において、粘度が500cst以下の場合に含浸が容易であることが判る。
【００３２】
また、各絶縁油における固形状ゴム（ここではポリイソブチレンゴム）の絶縁油中の含有量（重量％）を表2に示す。表2に示すように、ポリイソブチレンゴムの含有量が多いものは絶縁油の粘度が高くなっており、表1の結果と合わせれば、ポリイソブチレンの含有量は約８重量％未満が適当であると推定される。
【００３３】
【表２】

【００３４】
さらに、上記の各ケーブルについても、試験例1と同様のヒートサイクル試験を行った。その結果を表3に示す。表3において、「○」は30回のヒートサイクルで絶縁破壊が起こらなかったことを、「数値」は絶縁破壊の起こったヒートサイクル数を、「−」は絶縁油の含浸が短期間でできなかったため、試験を行っていないことを示している。
【００３５】
【表３】

【００３６】
この結果から判るように、ＰＰ比率25％、40％、絶縁油の60℃における粘度７のものは22、24サイクル目の通電遮断後の冷却過程において絶縁破壊を生じており、絶縁油の流動性が高いためにボイドが生じ易くなっていることが判る。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の油浸ソリッド電力ケーブルによれば、温度変化の繰り返しによる電気性能の低下が抑えられており、大電力、長距離送電に適した電力ケーブルを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明油浸ソリッド電力ケーブルの1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油浸絶縁層
４外部半導電層
５金属遮蔽層
６ケーブルシース

Claims

導体の外周に絶縁層を具え、その絶縁層の少なくとも一部ににポリオレフィン系樹脂フィルムを含む絶縁テープを用い、さらにその絶縁層に絶縁油が含浸されたソリッドケーブルにおいて、
前記絶縁油は60℃での粘度が10cst以上500cst未満であって、その一部に平均分子量が5万以上200万未満の固形状ゴムを含むことを特徴とする油浸ソリッド電力ケーブル。
固形状ゴムがイソプレンゴム、ブタジエンゴム、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、ポリイソブチレンゴムの中から選択された少なくとも1種であることを特徴とする請求項1記載の油浸ソリッド電力ケーブル。
絶縁油が液状ポリブテンと固形状ゴムの混合物であることを特徴とする請求項1または2記載の油浸ソリッド電力ケーブル。
絶縁油中の固形状ゴムの割合が0.1重量％以上8重量％未満であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の油浸ソリッド電力ケーブル。