JP6171663B2 - 電気絶縁組成物、直流用ケーブル、電気絶縁組成物の製造方法および直流用ケーブルの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明の第1の態様によれば、ポリマと、陰イオン不純物の含有量が100ppm以下である酸化マグネシウムと、を含み、前記酸化マグネシウムの配合量が、前記ポリマ100重量部に対して、0.1重量部以上5重量部以下である電気絶縁組成物が提供される。
まず、本発明の実施形態の説明に先立ち、発明者等が得た知見について説明する。本発明者等は、ケーブルの直流特性が低下する原因は、正電荷、負電荷、陽イオン、陰イオンなどの所謂キャリア源が存在することに起因すると考えている。このうち、正電荷及び負電荷は、印加電圧によって電極から注入されるものであり、陽イオン及び陰イオンはケーブルを構成する絶縁体中に存在していたものである。従って、ケーブルの直流特性の低下を抑制するために、絶縁体中に無機充填剤を配合することが考えられる。無機充填剤(充填剤)は、これらのキャリア源をトラップする(動かないように拘束する)効果を有していると推測する。無機充填剤によってキャリア源がトラップされることで、体積抵抗率が高くなるため、空間電荷が形成され難くなり、その結果、直流破壊強度が向上する。
まず、本発明の一実施形態にかかる電気絶縁組成物の構成について説明する。
次に、電気絶縁組成物の製造方法の一実施形態について説明する。
次に、上述の電気絶縁組成物を用いた直流用ケーブルの構成について、図1を用いて説明する。図1は、本実施形態にかかる直流用ケーブルの概略断面図である。
次に、直流用ケーブル1の製造方法の一実施形態について説明する。
まず、例えば銅やアルミニウム等の素線からなる導体2を準備する。そして、導体2の周囲を被覆するように内部半導電層3を形成する。すなわち、例えば押出機等を用いて例えばエチレン−酢酸ビニル共重合体等の半導電性組成物を導体2の周囲を覆うように押出成形し、所定厚さ(例えば1mm)の内部半導電層3を形成する。
内部半導電層形成工程が終了したら、内部半導電層3の周囲を被覆するように絶縁体4を形成する。すなわち、例えば押出機等を用いて、内部半導体層3の周囲を被覆するように電気絶縁組成物を押出被覆し、電気絶縁組成物を架橋剤によって架橋して所定厚さ(例えば3mm)の絶縁体4を形成する。電気絶縁組成物には、架橋剤として、例えば例えば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)ヘキサン、1,3−ビス(t−ブチルパーオキシイソプロピル)ベンゼン等の有機過酸化物が含有されている。
絶縁体形成工程が終了したら、絶縁体4の周囲を被覆するように外部半導電層5を形成する。すなわち、例えば押出機等を用いて、絶縁体4の周囲を被覆するようにニトリルゴムを押出成形し、所定厚さ(例えば1mm)の外部半導電層5を形成する。続いて、外部半導電層5の周囲を被覆するように例えば銅テープや軟銅線等を巻き付けて遮蔽層6を形成する。そして、遮蔽層6の周囲を被覆するようにシース7を形成する。すなわち、例えば押出機等を用いて、遮蔽層6の周囲を被覆するように例えばポリ塩化ビニル等を押出成形し、所定厚さ(例えば2mm)のシース7を形成する。これにより、本実施形態にかかる直流用ケーブル1を製造し、本実施形態にかかる電気絶縁組成物の製造工程を終了する。
本実施形態によれば、以下に示す1つまたは複数の効果を奏する。
以上、本発明の実施形態を具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
(実施例1)
実施例1では、気相酸化法(気相法)により、表1に示す組成を有する酸化マグネシウムを作製した。すなわち、陰イオン不純物(SO4,SO3,Cl)を含まない酸化マグネシウムを作製した。なお、酸化マグネシウムは、表1に示す成分の他、例えば酸化マグネシウムを作製する際に混入してしまう不可避的不純物を含んでいる。また、シランカップリング剤としてビニルメトキシシランを用いて、酸化マグネシウムの表面処理(ビニルメトキシシラン処理)を実施した。なお、酸化マグネシウムの一次体積平均粒子径は0.2μmである。そして、この酸化マグネシウムと、主成分のポリマである低密度ポリエチレン(LDPE)と、架橋剤としてのジクミルパーオキサイドと、酸化防止剤しての4,4’−チオビス−(6−t−ブチル−3−メチルフェノール)とを含む混合物を作製した。本実施例で用いたLDPEは、密度が0.920g/m3であり、190℃におけるMFR(Melt Flow Rate)が1g/10分である。このとき、酸化マグネシウム及び架橋剤の配合量はそれぞれ、LDPE100重量部に対して2重量部とし、酸化防止剤の配合量は、LDPE100重量部に対して0.2重量部とした。この混合物を例えば混練機等で混練し、ポリマ中に酸化マグネシウム、酸化防止剤、架橋剤を分散させて電気絶縁組成物を作製した。この電気絶縁組成物を厚さが0.15mmのシートとなるようにプレス成形し、シートサンプルを作製した。これを実施例1の試料とした。
実施例2〜12及び比較例1〜9では、表1及び表2に示す組成の酸化マグネシウムを作製し、この酸化マグネシウムを用いて電気絶縁組成物を作製した。このとき、実施例1〜3、実施例9〜12及び比較例7〜9では、気相法により酸化マグネシウムを作製した。実施例4〜8及び比較例1〜6では、海水資源を利用して酸化マグネシウムを作製した。また、実施例2〜10及び比較例1〜9では、作製した酸化マグネシウムにビニルトリメトキシシラン処理を行った。実施例11では、作製した酸化マグネシウムに脂肪酸を用いて表面処理(脂肪酸処理)を行った。実施例12では、作製した酸化マグネシウムに表面処理を行わなかった。また、実施例6〜12、及び比較例6〜9ではそれぞれ、酸化マグネシウムの配合量を表1及び表2に示す通りとした。この他は、上述の実施例1と同様にしてシートサンプルを作製した。これらをそれぞれ、実施例2〜12及び比較例1〜9の試料とした。
上述のように作製した実施例1〜12及び比較例1〜9の各試料について、直流特性を評価した。すなわち、各試料であるシートの体積抵抗率、直流破壊強度を測定した。また、電界強調係数を算出して空間電荷特性を評価した。これらの結果も表1及び表2にまとめて示す。
各試料の体積抵抗率の測定は、上記各試料に、高感度電流計(ピコアンメーター)を用い、80kV/mmの直流電圧を10分間印加した後、90℃の雰囲気下で行った。
各試料の直流破壊強度(絶縁破壊電圧)の測定は、温度90℃のシリコン油中で、直径25mmの平板電極を使用し、各試料に直流電圧を印加して行った。直流電圧は、100kVから印加し、10分毎に10kVずつ昇圧させ、各試料であるシートサンプルに絶縁破壊が発生した電圧をそれぞれ測定した。
空間電荷特性の評価は、次のように行った。まず、パルス静電応力法(PEA法)を用い、各試料を電極で挟み、温度30度、大気圧下で、電極に50kV/mmの直流電界を7日にわたって連続印加して空間電荷量を測定した。次に、測定した空間電荷量から、試料内部の電界への影響を具体的に数値化し、容易に比較できるようにするために、電界強調係数(FEF:Field Enhancement Factor)を算出した。すなわち、測定した空間電荷量から試料内部の最大電界を算出し、下記(式1)により、電界強調係数を算出した。この電界強調係数の値が小さいほど、電界への影響が少ないことを示している。なお、本実施例では、電界強調係数が1.15未満のものを、空間電荷特性が良好なものと評価した。
(式1)
FEF=試料内部の最大電界[kV/mm]/(印加電圧[kV]/試料厚さ[mm])
2 導体
4 絶縁体
Claims (16)
- ポリエチレンと、
気相法により生成され、陰イオン不純物の含有量が100ppm以下である酸化マグネシウムと、を含み、
前記酸化マグネシウムの配合量が、前記ポリエチレン100重量部に対して、0.1重量部以上5重量部以下である
ことを特徴とする電気絶縁組成物。 - ポリエチレンと、
海水資源から生成され、陰イオン不純物の含有量が100ppm以下である酸化マグネシウムと、を含み、
前記酸化マグネシウムの配合量が、前記ポリエチレン100重量部に対して、0.1重量部以上5重量部以下である
ことを特徴とする電気絶縁組成物。 - 温度90℃、直流印加電界80kV/mmの条件下で測定したときの体積抵抗率は、1×1015Ω・cm以上である
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の電気絶縁組成物。 - 温度90℃の条件下で測定したときの直流破壊電界強度は、250kV/mm以上である
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の電気絶縁組成物。 - シート状の試料とし、パルス静電応力法により、温度30℃大気圧の条件下で前記試料に50kV/mmの直流電界を印加したときの、下記の式(1)により求められる電界強調係数FEFは、1.15未満である
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の電気絶縁組成物。
- 前記酸化マグネシウムは、シランカップリング剤による表面処理が行われている
ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の電気絶縁組成物。 - 導体と、
前記導体の周囲に設けられる絶縁体と、を備え、
前記絶縁体は、
ポリエチレンと、
気相法により生成され、陰イオン不純物の含有量が100ppm以下である酸化マグネシウムと、を含み、
前記酸化マグネシウムの配合量が、前記ポリエチレン100重量部に対して、0.1重量部以上5重量部以下である電気絶縁組成物により形成される
ことを特徴とする直流用ケーブル。 - 導体と、
前記導体の周囲に設けられる絶縁体と、を備え、
前記絶縁体は、
ポリエチレンと、
海水資源から生成され、陰イオン不純物の含有量が100ppm以下である酸化マグネシウムと、を含み、
前記酸化マグネシウムの配合量が、前記ポリエチレン100重量部に対して、0.1重量部以上5重量部以下である電気絶縁組成物により形成される
ことを特徴とする直流用ケーブル。 - 温度90℃、直流印加電界80kV/mmの条件下で測定したときの前記電気絶縁組成物の体積抵抗率は、1×1015Ω・cm以上である
ことを特徴とする請求項7又は8に記載の直流用ケーブル。 - 温度90℃の条件下で測定したときの前記電気絶縁組成物の直流破壊電界強度は、250kV/mm以上である
ことを特徴とする請求項7〜9のいずれか1項に記載の直流用ケーブル。 - 前記電気絶縁組成物をシート状の試料とし、パルス静電応力法により、温度30℃大気圧の条件下で前記試料に50kV/mmの直流電界を印加したときの、下記の式(1)により求められる電界強調係数FEFは、1.15未満である
ことを特徴とする請求項7〜10のいずれか1項に記載の直流用ケーブル。
- 前記酸化マグネシウムは、シランカップリング剤による表面処理が行われている
ことを特徴とする請求項7〜11のいずれか1項に記載の直流用ケーブル。 - 気相法により生成され、陰イオン不純物の含有量が100ppm以下である酸化マグネシウムを用意する工程と、
ポリエチレンと、前記酸化マグネシウムを前記ポリエチレン100重量部に対して0.1重量部以上5重量部以下と、を混合する工程と、を有する
ことを特徴とする電気絶縁組成物の製造方法。 - 海水資源から生成され、陰イオン不純物の含有量が100ppm以下である酸化マグネシウムを用意する工程と、
ポリエチレンと、前記酸化マグネシウムを前記ポリエチレン100重量部に対して0.1重量部以上5重量部以下と、を混合する工程と、を有する
ことを特徴とする電気絶縁組成物の製造方法。 - 気相法により生成され、陰イオン不純物の含有量が100ppm以下である酸化マグネシウムを用意する工程と、
ポリエチレンと、前記酸化マグネシウムを前記ポリエチレン100重量部に対して0.1重量部以上5重量部以下と、を混合することで電気絶縁組成物を形成する工程と、
導体の周囲に、前記電気絶縁組成物を用いて絶縁体を形成する工程と、を有する
ことを特徴とする直流用ケーブルの製造方法。 - 海水資源から生成され、陰イオン不純物の含有量が100ppm以下である酸化マグネシウムを用意する工程と、
ポリエチレンと、前記酸化マグネシウムを前記ポリエチレン100重量部に対して0.1重量部以上5重量部以下と、を混合することで電気絶縁組成物を形成する工程と、
導体の周囲に、前記電気絶縁組成物を用いて絶縁体を形成する工程と、を有する
ことを特徴とする直流用ケーブルの製造方法。
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