JP5556254B2

JP5556254B2 - 水中モータ用電線

Info

Publication number: JP5556254B2
Application number: JP2010052841A
Authority: JP
Inventors: 周平安田; 孝則山崎; 久雄古市; 正倫井戸沼
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2009-06-26
Filing date: 2010-03-10
Publication date: 2014-07-23
Anticipated expiration: 2030-03-10
Also published as: JP2011029147A; JP2014194949A; JP5959573B2

Description

本発明は、高温水中で且つγ線が照射される過酷な環境下で使用して好適な水中モータ用電線に関するものである。

近年、沸騰水型原子力発電プラントのインターナルポンプに使用される水中モータにおいては、モータを構成する巻線として、モータの使用環境から、高温水中で且つγ線が照射される苛酷な環境に耐えられる絶縁特性を備えた水中モータ用電線が要求されている。

従来知られている水中モータ用電線としては、特許文献１、２に記載されているように、エナメルを塗布・焼付けた導体上に、ポリエチレン絶縁層、ナイロンシースを順次押し出しにより被覆して設けた水中モータ用電線が知られている。

また、特許文献３に記載されているように、軟銅線導体上に、エナメル層、結晶性ポリプロピレンとＥＰゴム（エチレン−プロピレン系共重合ゴム）からなる絶縁層、ポリ塩化ビニルシースを順次設けた水中モータ用電線が知られている。

特開昭６２−２５６３１２号公報特開昭６２−２５６３１３号公報実開昭５６−９６５１７号公報

しかしながら、特許文献１、２に記載の水中モータ用電線によれば、ナイロンシースのナイロン（ナイロン６やナイロン６６など）が高温水中で加水分解して、電線の絶縁特性が低下するという問題がある。すなわち、ナイロンシースのナイロンが高温水中で加水分解して、ナイロンシースが割れると、このナイロンシースの割れた部分から絶縁層とナイロンシースとの界面に水が浸入し絶縁層に水が透過し易くなるので、絶縁層に水トリーが発生し、これにより電線の絶縁特性が低下するという問題がある。

因みに、特許文献１では、前記問題に関連して、ナイロンシースの上に耐水性のＥＰゴムを被せた状態でナイロンシースを架橋・冷却（冷却水を使用）することにより、架橋時のナイロンの加水分解を防止しているが、これはあくまでも架橋時のことでありナイロンの加水分解の本質的な解決策とはならないと共に、ＥＰゴムを別工程で剥ぎ取らなければならないという問題がある。

また因みに、特許文献２では、前記問題に対して、ナイロンシースに代えてエチレン−テトラフロロエチレン共重合体（ＥＴＦＴ）等のように融点が２００℃以上の熱可塑性樹脂製のシースを設けることにより、ナイロンの加水分解を防止しているが、ＥＴＦＴ等の熱可塑性樹脂は押し出し性に難点を有することから、前記シースを押し出しにより被覆して設けることが技術的に難しいという問題がある。特に、前記シースを絶縁層との同時押し出しまたはタンデム押し出しにより被覆して設けることは技術的に極めて難しく、これに対し通常採用されている別工程での押し出しでは、絶縁層の上に保護層を押し出しにより被覆して設ける際に両者の界面に異物や空隙が混入し易く、この異物や空隙が起点となって、絶縁層に水トリーが発生し、これにより電線の絶縁特性が低下するという問題がある。

また、特許文献３に記載の水中モータ用電線によれば、シースにポリ塩化ビニルを使用することから、特許文献１、２のようなナイロンの加水分解による問題はないが、γ線の被爆によりポリ塩化ビニルが分解して、塩化水素が発生するという問題がある。すなわち、ポリ塩化ビニルが分解して、塩化水素が発生すると、この塩化水素が周囲の水によって水素イオンと塩素イオンとに解離され、周囲の水に導電性をもたらす（周囲の水が導電性を持つことになる）結果、絶縁層に水トリーが発生、進展し易くなり、これにより電線の絶縁特性が低下するという問題がある。

したがって、本発明の目的は、上記に鑑み、高温水中で且つγ線が照射される苛酷な環境下で使用した場合において、絶縁層に水トリーが発生することを抑制し、これにより電線の絶縁特性の低下を長期に亘り抑制することができる水中モータ用電線を提供することにある。

上記目的を達成するために請求項１の発明は、銅導体上に、エナメル層または半導電性層により構成した導体遮蔽層と、前記導体遮蔽層の上に、ポリエチレンに不飽和シラン化合物及び有機化過酸化物を加えてグラフト重合したシラングラフトポリマを主体とする樹脂組成物またはポリエチレンとビニルシランの共重合樹脂組成物により構成した絶縁層と、前記絶縁層の上に、アミド基濃度１２．０［基／１００ａｔｏｍ］以下の脂肪族ポリアミドにより構成した保護層とを同時押し出しまたはタンデム押し出しにより形成して、前記絶縁層を水と接触させて水架橋又はシラン架橋することで、γ線照射環境下での水トリー試験において、γ線を０．１２５ｋＧｙ／ｈの線量率で照射しつつ、９０℃の温水に浸漬し、上記銅導体と温水との間に５０Ｈｚ、３ｋＶの交流電圧を５００日間印加した後、上記絶縁層の断面における長さ２００μｍ以上の水トリーの発生個数が１．０×１０個／ｃｍ^３以下である水トリー特性を有することを特徴とする水中モータ用電線を提供する。

ここで、上記ポリエチレンとしては、イオン重合法で重合されたポリエチレン、ラジカル重合法で重合されたポリエチレン、またはイオン重合ポリエチレンとラジカル重合ポリエチレンとを混合したポリエチレンを主体とする高分子材料などを用いることができる。また、これらのポリエチレンの他、エチレンエチルアクリレート共重合体やエチレン酢酸ビニル共重合体、エチレンメタクリレート共重合体等のエチレン共重合体、プロピレンとエチレンの共重合体、ポリオレフィンに無水マレイン酸やエポキシ等を含む官能基をグラフトしたものを一種又は二種以上を含んだものを用いることができる。

また、上記不飽和シラン化合物としては、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシランのようなビニル基を有する有機シランを用いることができ、前記シラン化合物をポリオレフィンにグラフトするための有機化酸化物としては、ジクミルパーオキサイド、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキシン−３、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキシン、α，α´−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ−ｍ−イソプロピル）ベンゼンなどを単独或いは２種以上組み合わせて用いることができる。

また、上記において、アミド基濃度とは、主鎖分子の原子１００個に対するアミド基の比率をいう。

また、上記において、アミド基濃度１２．０［基／１００ａｔｏｍ］以下とした理由は、アミド基濃度が１２．０［基／１００ａｔｏｍ］よりも大きいと、脂肪族ポリアミドの吸水性が高くなり高温水中で加水分解しやすくなるからである。市販のアミド基濃度１２．０［基／１００ａｔｏｍ］以下の脂肪族ポリアミドとしては、例えばナイロン６１０、ナイロン６１２、ナイロン１１、ナイロン１２などが挙げられるが、これに限定されるものではない。

この水中モータ用電線によれば、上記構成の採用により、まず、前記保護層をアミド基濃度１２．０［基／１００ａｔｏｍ］以下の脂肪族ポリアミドにより構成することにより、ポリ塩化ビニルを使用することなく前記ポリアミドを効果的に低吸水性化することができ、これによりナイロンの加水分解を本質的に抑制することができると共に、次に、前記絶縁層をポリエチレンに不飽和シラン化合物及び有機化過酸化物を加えてグラフト重合したシラングラフトポリマを主体とする樹脂組成物またはポリエチレンとビニルシランの共重合樹脂組成物により構成することにより、前記絶縁層の架橋にあたり高温高圧の水蒸気を使用することなく水（水分）と接触させることにより容易に架橋（水架橋又はシラン架橋）することができ、これにより架橋時のナイロンの加水分解を抑制することができるために、これらの総合効果により高温水中で且つγ線が照射される苛酷な環境下で使用した場合において、絶縁層に水トリーが発生することを抑制し、これにより電線の絶縁特性の低下を長期に亘り抑制することができる。

なお、前記絶縁層に対する前記架橋は、前記絶縁層の耐熱性を向上させるために通常必要であり、本発明においては、前記絶縁層をポリエチレンに不飽和シラン化合物及び有機化過酸化物を加えてグラフト重合したシラングラフトポリマを主体とする樹脂組成物またはポリエチレンとビニルシランの共重合樹脂組成物により構成することにより、押し出し後に前記絶縁層をシロキサン触媒の下で水と接触させることにより容易に架橋（水架橋又はシラン架橋）することができる。この架橋方法によれば、過酸化物（化合物）を配合し高温高圧の水蒸気を使用して架橋する方法と比較して、既に述べた通り架橋時のナイロンの加水分解の問題を改善することができると共に、また、放射線照射により架橋する方法と比較して、ナイロンが放射線により酸化劣化する（保護層としての機能が失われる）という問題がなくなり、したがってまた、これらいずれの架橋方法と比較して、保護層の外観が良好となり、本発明の目的との関係で有利に架橋を行うことができる。

また、本発明においては、前記保護層をアミド基濃度１２．０［基／１００ａｔｏｍ］以下の脂肪族ポリアミドにより構成することにより、ポリアミド樹脂が元々吸水しやすい性質を有することから、前記保護層を通して前記水（水分）が前記絶縁層まで浸透するため、前記絶縁層の上に前記保護層を押し出しにより被覆した後で、前記架橋（水架橋又はシラン架橋）を容易に行うことができる。これは後述する同時押し出しまたはタンデム押し出しを行う上で非常に有利なことである。

ここで、前記架橋に用いられる前記シロキサン触媒（シロキサン縮合触媒）としては、ジブチル錫ジラウレートやジオクチル錫ジラウレート、アジピン酸亜鉛、アジピン酸カルシウム、オクチル酸亜鉛、ラウリン酸亜鉛などを用いることができる。

また、この水中モータ用電線によれば、上記効果に加えて、上記構成を採用により、押し出し構造上、前記絶縁層と前記保護層との界面に異物や空隙が混入しにくくなるので、異物や空隙が起点となって絶縁層に水トリーが発生することを効果的に抑制し、これにより電線の絶縁特性の低下を長期に亘り確実に抑制することができる。特に、同時押し出しでは、更に前記界面の密着性を高めることができるので、界面剥離・空隙発生により絶縁層に水トリーが発生することを抑制し、前記効果を更に高めることができる。

なお、同時押し出しとは、専用の押し出しダイスを用いて前記絶縁層と前記保護層を同時に押し出し成形する方法をいい、タンデム押し出しとは、前記絶縁層を押し出した後、直ちに前記絶縁層の上に前記保護層を押し出し成形する方法をいう。いずれの押し出し方法においても、それらを夫々別工程で押し出す場合と比較して、前記絶縁層と前記保護層との界面に異物や空隙が混入することを防ぐことができる。

ここで、上記エナメル層としては、エポキシエナメルやポリイミド系エナメル、ポリアミドイミド系エナメル、ポリエステルイミド系エナメルなどのエナメル層を用いることができ、また、上記半導電性層としては、例えばポリエチレンやエチレン共重合体などの樹脂にカーボンブラックなどの導電性付与剤を配合した半導電性層を用いることができる。

この水中モータ用電線によれば、上記効果に加えて、上記構成の採用により、前記導体遮蔽層における銅イオンの析出・拡散防止効果を安定して確保することができる。これにより巻線としての水中モータ用電線の絶縁の信頼性を高めることができる。

本発明の水中モータ用電線によれば、高温水中で且つγ線が照射される苛酷な環境下で使用した場合において、絶縁層に水トリーが発生することを抑制し、これにより電線の絶縁特性の低下を長期に亘り抑制することができる。

本発明の一実施の形態に係る水中モータ用電線の横断面図である。

本発明の好適な実施の形態を図１に基づいて説明すると、１は導体、２は銅イオンの析出・拡散を防止する導体遮蔽層、３は絶縁層、４は保護層、５は水中モータ用電線である。

以下、図１を参照して、本発明の実施例及び比較例を説明する。

図１のように、導体１として外径約４．５ｍｍの銅線の外周上に、エポキシ樹脂を主体とする塗料を繰り返し塗付・焼付けた、いわゆるエナメル層により構成した厚さ約０．０６ｍｍの導体遮蔽層２を設けた。次いで、この導体遮蔽層２の外周上に、夫々表１に示される配合組成の絶縁層３及び保護層４を順次設けて、夫々実施例及び比較例の水中モータ用電線５を作製した。

ここで、表１中、実施例１〜３及び比較例１〜５は、絶縁層３及び保護層４を同時押し出しにより被覆して設けた。この場合、絶縁層３の厚さは１．５ｍｍ、保護層４の厚さは０．２ｍｍとした。

また、同表中、実施例４、５は、絶縁層３を押し出しにより被覆して設けた後、直ちに絶縁層３の上に保護層４をタンデム押し出しにより被覆して設けた。この場合も、絶縁層３の厚さは１．５ｍｍ、保護層４の厚さは０．２ｍｍとした。

また、実施例６は、導体遮蔽層２として、前記したエポキシ樹脂を主体とするエナメル層により構成した導体遮蔽層の代わりに、エチレンエチルアクリレート共重合体１００重量部に対し導電性付与剤としてカーボンブラックを６５重量部配合した組成物からなる半導電性層により構成した導体遮蔽層を設けた。

また、実施例１〜６及び比較例１〜３は、絶縁層３の架橋方法として、絶縁層３及び保護層４を押し出しにより被覆して設けた後、絶縁層３及び保護層４を７０℃の飽和水蒸気に１２時間晒して、絶縁層３を架橋した。なお、この架橋は、いずれもシロキサン触媒の下で水（飽和水蒸気）と接触させることにより行った。

また、比較例４は、絶縁層３の架橋方法として、絶縁層３及び保護層４を押し出しにより被覆して設けた後、絶縁層３及び保護層４を高圧水蒸気に晒して、絶縁層３を加熱架橋した。

また、比較例５は、絶縁層３の架橋方法として、絶縁層３及び保護層４を押し出しにより被覆して設けた後、絶縁層３及び保護層４に電離性放射線を照射して、絶縁層３を加熱架橋した。

また、比較例６は、導体１として外径約４．５ｍｍの銅線の外周上に、エポキシ樹脂を主体とする塗料を繰り返し塗付・焼付けた、いわゆるエナメル層により構成した厚さ約０．０６ｍｍの導体遮蔽層２を設けた後、この導体遮蔽層２の外周上に、表１に示される配合組成の絶縁層３を押し出しにより被覆して、厚さ１．５ｍの絶縁層３を設け、この絶縁層３を７０℃の飽和水蒸気に１２時間晒して架橋した後、更に厚さ０．２ｍｍの保護層４を別工程で押し出しにより被覆して設けた。

表１は、上記実施例１〜６及び比較例１〜６の実施内容を纏めたものである。このうち、下段の評価は、夫々作製した水中モータ用電線５の特性試験結果を纏めたものである。

ここで、（絶縁層及び保護層の）押出被覆後の界面状態の評価は、夫々作製した水中モータ用電線５の界面を目視により観察し、電線長さ１０００ｍ当たり確認された異物・剥離の数が、１０個より少ないものを「良」（○）とし、１０個以上のものを「不良」（×）と判定した。

また、（絶縁層を）架橋後の保護層の外観の評価は、夫々作製した水中モータ用電線５の外観を目視により観察し、異常が見られなかったものを「良」（○）とし、割れ、変色等の異常が見られたものを「不良」（×）と判定した。

また、重要な水トリー特性の評価は、まず、夫々作製した水中モータ用電線５を巻線形成時の最小曲げ半径（ｒ＝約１５ｍｍ）で２．５回巻回した試験用サンプルを各々１０個作製した。

このうち、通常の水トリー特性の評価は、各々作製した試験用サンプル１０個のうち５個を用いて行った。すなわち、試験用サンプル５個を９０℃の温水に浸漬し、導体１と温水との間に５０Ｈｚ、３ｋＶの交流電圧を５００日間印加した後、絶縁層３の断面を薄くスライスしてメチレンブルー水溶液で煮沸染色し、光学顕微鏡を用いて水トリーの長さを計測、その長さが２００μｍ以上の水トリーの発生個数を計数した。ここで、その発生個数が１．０×１０³（個／ｃｍ³）以上であれば「不良」（×）とし、１．０×１０²（個／ｃｍ³）より多く１．０×１０³（個／ｃｍ³）より少なければ「良」（△）とし、１．０×１０¹（個／ｃｍ³）以下であれば「優良（○）」と判定した。

また、γ線照射環境下での水トリー特性の評価は、残りの試験用サンプル５個を用いて行った。すなわち、試験用サンプル５個を水入りの銅製容器に入れ、この銅製容器をγ線照射室内で９０℃に保たれた恒温槽内に配置し、γ線を０．１２５ｋＧｙ／ｈの線量率で照射しつつ、銅製容器と試験用サンプルの導体との間に５０Ｈｚ、３ｋＶの交流電圧を５００日間印加した後、上記同様の方法により水トリーの長さを計測、水トリーの発生個数を計数し、判定した。

上記表より、保護層４をアミド基濃度１２．０［基／１００ａｔｏｍ］以下の脂肪族ポリアミドにより構成した実施例１〜６は、そのアミド基濃度が１２．０［基／１００ａｔｏｍ］より多い比較例１、２と比較して、高温水中での水トリー特性が良く、また、保護層４をポリ塩化ビニル樹脂により構成した比較例３と比較して、γ線照射環境下での水トリー特性が良いことが分かる。

また、絶縁層３をポリエチレンに不飽和シラン化合物及び有機化過酸化物を加えてグラフト重合したシラングラフトポリマを主体とする樹脂組成物、あるいはポリエチレンとビニルシランの共重合樹脂組成物により構成し、そして、絶縁層３をシロキサン触媒の下で水（飽和水蒸気）と接触させることにより架橋した実施例１〜６は、他の架橋方法で架橋した比較例４、５と比較して、保護層の外観に割れや変色が見られず良好な外観を有することが分かる。

また、絶縁層３と保護層４を同時あるいはタンデムに押し出しにより被覆して設けた実施例１〜６と比較例１〜５は、いずれも、絶縁層３と保護層４を別工程で押し出しにより被覆して設けた比較例６と比較して、押出被覆後の両者の界面に異物や剥離が少なく界面の状態が良好であることが分かる。

本発明は、以上の実施の形態の限定されることなく、その発明の範囲において種々の改変が可能であることは言うまでもない。

１導体
２導体遮蔽層
３絶縁層
４保護層
５水中モータ用電線

Claims

銅導体上に、
エナメル層または半導電性層により構成した導体遮蔽層と、
前記導体遮蔽層の上に、ポリエチレンに不飽和シラン化合物及び有機化過酸化物を加えてグラフト重合したシラングラフトポリマを主体とする樹脂組成物またはポリエチレンとビニルシランの共重合樹脂組成物により構成した絶縁層と、
前記絶縁層の上に、アミド基濃度１２．０［基／１００ａｔｏｍ］以下の脂肪族ポリアミドにより構成した保護層とを同時押し出しまたはタンデム押し出しにより形成して、前記絶縁層を水と接触させて水架橋又はシラン架橋することで、γ線照射環境下での水トリー試験において、γ線を０．１２５ｋＧｙ／ｈの線量率で照射しつつ、９０℃の温水に浸漬し、上記銅導体と温水との間に５０Ｈｚ、３ｋＶの交流電圧を５００日間印加した後、上記絶縁層の断面における長さ２００μｍ以上の水トリーの発生個数が１．０×１０個／ｃｍ^３以下である水トリー特性を有することを特徴とする水中モータ用電線。