JP6800437B1 - Manufacturing methods for solid cables, transmission lines, and solid cables - Google Patents
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Abstract
絶縁性能に優れる絶縁テープを提供する。ポリオレフィン系樹脂を含むプラスチックテープと、前記プラスチックテープの少なくとも一面に接合された紙テープとを備え、前記プラスチックテープの電気抵抗率は、60℃で1015Ω・cm以下である絶縁テープ。Provide an insulating tape having excellent insulating performance. An insulating tape comprising a plastic tape containing a polyolefin resin and a paper tape bonded to at least one surface of the plastic tape, and the electric resistance of the plastic tape is 1015 Ω · cm or less at 60 ° C.
Description
本発明は、絶縁テープ、ソリッドケーブル、送電線路、及びソリッドケーブルの製造方法に関するものである。 The present invention relates to insulating tapes, solid cables, power transmission lines, and methods for manufacturing solid cables.
長距離大容量の直流電力ケーブルとして、油浸絶縁層を備えるソリッドケーブルがある。油浸絶縁層は、導体の外周に巻回された絶縁テープが絶縁油を含浸して構成される。特許文献1は、絶縁テープとして、クラフト紙とポリオレフィン系樹脂フィルムとを含む複合テープを用いることを開示する。クラフト紙は、多数の貫通孔を有する多孔質であり、ポリオレフィン系樹脂フィルムは、貫通孔を有さない固体である。そのため、ポリオレフィン系樹脂フィルムは、クラフト紙に比較して、絶縁油が非常に含浸し難く、絶縁特性も絶縁油の有無に殆ど影響を受けないため、非常に高い直流耐電圧特性を有する。 As a long-distance large-capacity DC power cable, there is a solid cable provided with an oil-impregnated insulating layer. The oil-immersed insulating layer is formed by impregnating an insulating tape wound around the outer periphery of a conductor with insulating oil. Patent Document 1 discloses that a composite tape containing kraft paper and a polyolefin-based resin film is used as the insulating tape. Kraft paper is a porous material having a large number of through holes, and a polyolefin resin film is a solid having no through holes. Therefore, the polyolefin-based resin film has a very high DC withstand voltage characteristic because it is very difficult to impregnate with insulating oil as compared with kraft paper and the insulating characteristic is hardly affected by the presence or absence of the insulating oil.
ソリッドケーブルの導体に通電されると(負荷オン時)、導体温度の上昇に伴ってケーブルの絶縁油が膨張する。一方、ソリッドケーブルの通電を停止して負荷を遮断すると(負荷オフ時)、導体温度の低下に伴って絶縁油が収縮する。絶縁層の温度低下は導体近傍が大きいので、絶縁油の収縮量は、導体近傍で大きくなる。よって、導体近傍の領域における絶縁油の内圧が、他の部分の領域に比較して小さくなる。負荷オフ時、絶縁油に十分な流動性がないと、導体近傍の領域において、絶縁油が負圧になり、更にスターベーションを生じ、ボイドが発生する。それは、絶縁油に十分な流動性がないと、内圧が大きい他の部分の領域から内圧が小さい導体近傍の領域に向けて絶縁油が流れ難く、導体近傍の領域における絶縁油の内圧の低下を補償できないからである。ボイドが発生すると、絶縁層の絶縁性能が低下する。負荷オン時の導体の最高温度が高いほど、絶縁油の膨張量が増え、また負荷オフ時の温度低下も急峻になるので、スターベーションが生じ易く、ボイドがより一層発生し易くなる。そのため、負荷オン時の導体の最高温度に制限が生じ、送電容量に制限が生じる。 When the conductor of a solid cable is energized (when the load is on), the insulating oil of the cable expands as the conductor temperature rises. On the other hand, when the energization of the solid cable is stopped and the load is cut off (when the load is off), the insulating oil shrinks as the conductor temperature decreases. Since the temperature drop of the insulating layer is large near the conductor, the amount of shrinkage of the insulating oil is large near the conductor. Therefore, the internal pressure of the insulating oil in the region near the conductor becomes smaller than that in the region of the other portion. When the load is off, if the insulating oil does not have sufficient fluidity, the insulating oil becomes a negative pressure in the region near the conductor, further causing starvation, and voids are generated. That is, if the insulating oil does not have sufficient fluidity, it is difficult for the insulating oil to flow from the region of the other portion where the internal pressure is high to the region near the conductor where the internal pressure is low, and the internal pressure of the insulating oil decreases in the region near the conductor. This is because it cannot be compensated. When voids occur, the insulation performance of the insulating layer deteriorates. The higher the maximum temperature of the conductor when the load is on, the larger the amount of expansion of the insulating oil, and the steeper the temperature drop when the load is off, so that starvation is likely to occur and voids are more likely to occur. Therefore, the maximum temperature of the conductor when the load is turned on is limited, and the transmission capacity is limited.
そこで、特許文献1に記載の技術では、絶縁油として、中粘度の絶縁油を用いている。中粘度の絶縁油は、高粘度の絶縁油に比較して高い流動性を有する。絶縁油の流動性が高いことで、ボイドが発生し難い。そのため、特許文献1の技術では、負荷オン時の導体の最高温度を高くでき、送電容量を大きくできる。 Therefore, in the technique described in Patent Document 1, a medium-viscosity insulating oil is used as the insulating oil. Medium-viscosity insulating oil has higher fluidity than high-viscosity insulating oil. Due to the high fluidity of the insulating oil, voids are unlikely to occur. Therefore, in the technique of Patent Document 1, the maximum temperature of the conductor when the load is turned on can be increased, and the transmission capacity can be increased.
ソリッドケーブルの更なる使用温度の高温化及び高電圧化が望まれる。
特許文献1の技術では、ソリッドケーブルを更に高電圧化し、負荷オン時の導体の最高温度が更に高くなると、絶縁層の絶縁性能が低下するおそれがある。It is desired that the operating temperature and voltage of the solid cable be further increased.
In the technique of Patent Document 1, if the voltage of the solid cable is further increased and the maximum temperature of the conductor when the load is turned on is further increased, the insulation performance of the insulating layer may be deteriorated.
そこで、本発明は、高温及び高電圧に対して絶縁性能に優れる絶縁テープを提供することを目的の一つとする。また、本発明は、使用温度の高温化及び高電圧化が可能なソリッドケーブルを提供することを目的の一つとする。また、本発明は、使用温度の高温化及び高電圧化が可能な送電線路を提供することを目的の一つとする。更に、本発明は、使用温度の高温化及び高電圧化が可能なソリッドケーブルの製造方法を提供することを目的の一つとする。 Therefore, one of the objects of the present invention is to provide an insulating tape having excellent insulation performance against high temperature and high voltage. Another object of the present invention is to provide a solid cable capable of increasing the operating temperature and the voltage. Another object of the present invention is to provide a power transmission line capable of increasing the operating temperature and the voltage. Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a solid cable capable of increasing the operating temperature and the voltage.
本発明の第一の態様の絶縁テープは、ポリオレフィン系樹脂を含むプラスチックテープと、前記プラスチックテープの少なくとも一面に接合された紙テープとを備える。前記プラスチックテープの電気抵抗率は、60℃で1015Ω・cm以下である。The insulating tape according to the first aspect of the present invention includes a plastic tape containing a polyolefin resin and a paper tape bonded to at least one surface of the plastic tape. The electrical resistivity of the plastic tape is 10 15 Ω · cm or less at 60 ° C.
本発明の第一の態様のソリッドケーブルは、導体と、前記導体の外周に設けられる絶縁層と、前記絶縁層に含浸される絶縁油とを備える。前記絶縁層は、絶縁テープが巻き付けられて構成されている。前記絶縁テープは、ポリオレフィン系樹脂を含むプラスチックテープと、前記プラスチックテープに対向して配置される紙テープとを備える。前記プラスチックテープの電気抵抗率は、前記絶縁油の電気抵抗率に対して同等以下である。 The solid cable according to the first aspect of the present invention includes a conductor, an insulating layer provided on the outer periphery of the conductor, and insulating oil impregnated in the insulating layer. The insulating layer is formed by wrapping an insulating tape around the insulating layer. The insulating tape includes a plastic tape containing a polyolefin resin and a paper tape arranged so as to face the plastic tape. The electrical resistivity of the plastic tape is equal to or less than the electrical resistivity of the insulating oil.
本発明の第一の態様の送電線路は、本発明のソリッドケーブルと、前記ソリッドケーブルの長手方向に接続される他のケーブルと、前記ソリッドケーブルと前記他のケーブルとの間に設けられるジョイントとを備える。前記ジョイントは、前記ソリッドケーブルの長手方向に沿った前記絶縁油の移動を止める。 The power transmission line according to the first aspect of the present invention includes a solid cable of the present invention, another cable connected in the longitudinal direction of the solid cable, and a joint provided between the solid cable and the other cable. To be equipped. The joint stops the movement of the insulating oil along the longitudinal direction of the solid cable.
本発明の第一の態様のソリッドケーブルの製造方法は、導体の外周に絶縁テープを巻き付けて絶縁層を設ける工程と、前記絶縁層を乾燥して脱気する工程と、乾燥及び脱気後の前記絶縁層に絶縁油を含浸する工程と、前記絶縁油が含浸された前記絶縁層の外周に金属シースを設ける工程とを備える。前記絶縁テープは、ポリオレフィン系樹脂を含み、かつ前記絶縁油の電気抵抗率に対して同等以下の電気抵抗率を有するプラスチックテープと、前記プラスチックテープに接する紙テープとを備える。前記金属シースを設ける工程は、前記導体の最高使用温度の50%以上80%以下の温度にて行う。 The method for manufacturing a solid cable according to the first aspect of the present invention includes a step of wrapping an insulating tape around the outer periphery of a conductor to provide an insulating layer, a step of drying and degassing the insulating layer, and a step of drying and degassing. A step of impregnating the insulating layer with insulating oil and a step of providing a metal sheath on the outer periphery of the insulating layer impregnated with the insulating oil are provided. The insulating tape includes a plastic tape containing a polyolefin resin and having an electrical resistivity equal to or less than the electrical resistivity of the insulating oil, and a paper tape in contact with the plastic tape. The step of providing the metal sheath is performed at a temperature of 50% or more and 80% or less of the maximum operating temperature of the conductor.
上記絶縁テープは、高温及び高電圧に対して絶縁性能に優れる。
上記ソリッドケーブル及び本発明の送電線路は、使用温度の高温化及び高電圧化が可能である。
上記ソリッドケーブルの製造方法は、使用温度の高温化及び高電圧化が可能なソリッドケーブルが得られる。The insulating tape has excellent insulation performance against high temperature and high voltage.
The solid cable and the power transmission line of the present invention can have a high operating temperature and a high voltage.
As the method for manufacturing the solid cable, a solid cable capable of increasing the operating temperature and the voltage can be obtained.
[本発明の実施形態の説明]
以下では、まず、従来技術においてソリッドケーブルにおける使用温度の高温化並びに高電圧化を行った際に生じ得る現象を説明し、その後に、本発明の実施形態の詳細を説明する。[Explanation of Embodiments of the Present Invention]
Hereinafter, the phenomenon that may occur when the operating temperature and the voltage of the solid cable are increased in the prior art will be described first, and then the details of the embodiment of the present invention will be described.
≪従来技術においてソリッドケーブルを高電圧化した際に生じ得る現象≫
まず、図1及び図2を用いて、ソリッドケーブル10の一例を説明する。ソリッドケーブル10は、図1に示すように、中心から順に、導体11、内部半導電層12、絶縁層13、外部半導電層14、金属シース15、及び防食層16を備える。本例では、ソリッドケーブル10における防食層16よりも外側に設けられる構造については省略する。≪Phenomenon that can occur when the voltage of a solid cable is increased in the conventional technology≫
First, an example of the
絶縁層13は、図2に示すように、絶縁テープ20が巻き付けられて構成されている。絶縁テープ20は、隣接するターン同士の間にギャップが設けられるようにギャップ巻きされる。隣接するターン同士の間のギャップを、オイルギャップ30と呼ぶ。絶縁テープ20は、プラスチックテープ21及び紙テープ22を備える。プラスチックテープ21は、ポリオレフィン系樹脂を含む。図2に示す絶縁テープ20は、プラスチックテープ21の両面にそれぞれ紙テープ22が接合された複合テープで構成されている。
As shown in FIG. 2, the insulating
絶縁層13には、絶縁油40が含浸される。絶縁テープ20のうち、紙テープ22は、多孔質であり、多数の貫通孔を有する。絶縁油40は、紙テープ22の貫通孔を通過可能であると共に、その貫通孔に含浸される。一方、絶縁テープ20のうち、プラスチックテープ21は、貫通孔を有さない。そのため、絶縁油40は、紙テープ22中の貫通孔、及びオイルギャップ30を流路として移動する。この絶縁油40の流路の一例を、図2にてクロスハッチングで示す。図2では、説明の便宜上、絶縁油40の流路の一部のみを示しているが、本来は、紙テープ22の全体及びオイルギャップ30の全体にわたって絶縁油40は流れる。
The insulating
次に、図3を用いて、ソリッドケーブル10の運用時における絶縁層13内の直流電界、及び絶縁層13に流れる漏洩電流について説明する。図3では、説明の便宜上、導体11、絶縁層13、及び金属シース15のみを示す。また、図3では、説明の便宜上、導体11の外周に巻き付けられた絶縁テープ20の一部を誇張して示す。図3では、直流電界の向きを実線矢印で示し、漏洩電流の流れる向きを点線矢印で示す。図3の実線矢印で示す直流電界の流れは、正しくは電気力線と称するが、ここでは、電界がかかっているとの一般表示に従って電界として表示する。
Next, with reference to FIG. 3, the DC electric field in the insulating
ソリッドケーブル10では、図3に示すように、導体11と金属シース15との間に直流電圧が印加されるので、絶縁層13には、導体11から金属シース15に向かってソリッドケーブル10の径方向に直流電界が生じる。この直流電界は、絶縁層13の電気抵抗に比例して定まる。ここで、物質の電気抵抗をR、物質の面積をS、厚さをL、物質の抵抗性能を示す電気抵抗率をρとする。このとき、物質の電気抵抗Rは、ρ×L/Sで表される。従って、ここでは、物質の電気抵抗Rの大小は、基本的に電気抵抗率ρで示す。
In the
直流電界が電気抵抗率に比例することから、特許文献1の技術では、非常に高い直流耐電圧特性を有するポリオレフィン系樹脂フィルムからなるプラスチックテープ21を、絶縁層13を構成する絶縁テープ20に用いている。ポリオレフィン系樹脂フィルムからなるプラスチックテープ21は、一般的に紙テープ22及び絶縁油40の双方に比較して電気抵抗率が大きい。従って、絶縁層13における直流電界は、絶縁油40及び紙テープ22よりもプラスチックテープ21に主に分担されることになる。よって、特許文献1の技術では、プラスチックテープ21における高い絶縁耐力まで直流電界の印加が可能になり、ソリッドケーブル10の高電圧化が期待できると思われた。
Since the DC electric field is proportional to the electrical resistivity, in the technique of Patent Document 1, a
しかし、特許文献1の技術では、ソリッドケーブル10を高電圧化すると、負荷オフ時に、絶縁層13の絶縁性能が著しく低下するという現象が現れた。
However, in the technique of Patent Document 1, when the voltage of the
直流は、交流やインパルス(波形の途中や最後にゼロ電位とゼロ電流時がある印加波形)とは異なり、ゼロ電位及びゼロ電流時がない。そのため、負荷オフ時、単なる遮断機では、電流通路を切断しても、その空間で放電が生じて続流としての放電電流を維持・継続する傾向を示す。この放電と続流は、直流電圧が高いほど生じ易い。 Direct current does not have zero potential and zero current, unlike alternating current and impulse (applied waveform with zero potential and zero current at the middle or end of the waveform). Therefore, when the load is off, a simple breaker tends to maintain and continue the discharge current as a follow-on flow by generating a discharge in the space even if the current passage is cut. This discharge and follow-on flow are more likely to occur as the DC voltage increases.
ソリッドケーブル10に直流電圧がかかっている限り、通電を遮断しても、絶縁層13には、直流電界がかかる。よって、この直流電界の下で、絶縁層13には、導体11から金属シース15に向かって漏洩電流が流れる。一方で、絶縁層13では、上述したように、負荷オン時の導体11の最高温度が高いほど、負荷オフ時に、導体11の温度が下がることにより、導体11近傍の領域から絶縁層13全体にかけて絶縁油40の収縮が生じる。そのため、絶縁層13では、導体11近傍の領域において、絶縁油40のスターベーションを生じ易く、オイルギャップ30にボイドが発生し易い。絶縁層13にボイドが発生すると、ボイドで電流の遮断現象が生じて、このボイドで放電と続流が生じる。なお、導体11の温度低下に伴う絶縁油40の収縮により、負荷オン直前の絶縁層13にボイドが存在していたとしても、漏洩電流は、そのボイドを避けて電気抵抗率の小さい領域を流れる。ボイドは空間であり、抵抗が最も大きいからである。つまり、負荷オン時は、ボイドが存在していたとしても、そのボイドで放電と続流が生じるという問題は起きない。一方、負荷オフ時は、漏洩電流が流れていた領域に突然ボイドが発生するため、このボイドで漏洩電流の遮断現象が生じて、ボイドで放電と続流が生じるという問題が起こる。
As long as a DC voltage is applied to the
以上より、負荷オフ時に、絶縁層13中を流れる漏洩電流によってボイドに放電と続流が生じ、その放電と続流による発熱で絶縁層13が焼け、絶縁層13の絶縁性能が著しく低下する。焼けた絶縁層13が低抵抗の炭化を生じ、漏洩電流の偏った集中が生じる。この漏洩電流の偏った集中によって、絶縁層13の炭化が継続して更に拡大する。ボイドで生じた放電と続流による発熱及び炭化による発熱で、更にボイドが増大する。ボイドで生じた放電と続流による発熱及び炭化による発熱、ボイドの増大、及び絶縁層13の焼却破壊が進行して、ついには絶縁層13の絶縁破壊に至ると考えた。
From the above, when the load is off, the leakage current flowing through the insulating
具体的には、特許文献1の技術のように、プラスチックテープ21の電気抵抗率が、紙テープ22の電気抵抗率、及び絶縁油の電気抵抗率よりも大きい場合、以下の現象が生じていると考えられる。絶縁層13における漏洩電流は、電気抵抗率に逆比例して流れる。この漏洩電流の流れとして、以下の三つの形態が挙げられる。
Specifically, when the electrical resistivity of the
一つ目の形態は、オイルギャップ30に抵抗の高いボイドが存在せず、オイルギャップ30にプラスチックテープ21よりも抵抗の低い絶縁油40が充填されている場合である。一つ目の形態の場合、図4Aに示すように、漏洩電流は、オイルギャップ30における相対的に抵抗が低い絶縁油40を通って流れる。二つ目の形態は、オイルギャップ30に絶縁油40が全く存在しない場合である。オイルギャップ30に絶縁油40が存在しない場合、その絶縁油40が存在しない空間が最も電気抵抗率が大きくなる。そのため、二つ目の形態の場合、図4Bに示すように、漏洩電流は、オイルギャップ30を避けて、絶縁層13の大部分を構成する絶縁テープ20を通って流れる。上述した一つ目の形態及び二つ目の形態は、絶縁層13の局所的な領域に漏洩電流が集中することがなく、またその領域に放電と続流が生じることがないため、問題は生じないと考えられる。
The first form is a case where the
三つ目の形態は、オイルギャップ30に絶縁油40が残存した状態でボイドが生じた場合である。三つ目の形態の場合、図4Cに示すように、漏洩電流は、ボイドを避けつつ、電気抵抗率の小さいオイルギャップ30内の若干の絶縁油40に集中して流れる。なお、図4Cでは、説明の便宜上、ボイドが最大に近い大きさのときを模擬して示す。実際は、オイルギャップ30中の絶縁油40にボイドが発生した初期は、そのボイドの大きさは小さい。ボイドは、絶縁層13中の漏洩電流によってボイドで放電と続流が生じることで漸次的に大きくなっていく。
The third form is a case where a void is generated with the insulating
オイルギャップ30内の若干の絶縁油40に漏洩電流が集中して流れると、絶縁層13における直流電界は、ソリッドケーブル10の周方向の一様性が崩れると共に、ソリッドケーブル10の長手方向の一様性も崩れる。ソリッドケーブル10の長手方向に電位差(電界強度差)が生じると、図4Dに示すように、一気に電気抵抗率の小さい紙テープ22やボイドが生じていないオイルギャップ30における絶縁油40に大電流が流れるようになる。つまり、絶縁層13におけるソリッドケーブル10の長手方向に不均一かつ過度的な異常電流が生じることになる。この異常電流による発熱は、絶縁層13に損傷を与える。特に、オイルギャップ30における若干の絶縁油40に集中した漏洩電流、及びボイドで生じた放電と続流によるボイドの増大によって、遂には漏洩電流を遮断するほどの大きなボイドが発生し、放電と続流によって異常発熱が生じる。この異常発熱によって、絶縁層13を抵抗が非常に低くかつ直流に対する耐電圧性を実質的に備えない炭に替えてしまう炭化が生じ、決定的な絶縁損傷に至ってしまう。
When the leakage current is concentrated and flows in some insulating
ここで、絶縁層13に流れる漏洩電流と、その漏洩電流によってオイルギャップ30に生じ得る損失とを概算する。
Here, the leakage current flowing through the insulating
ここでは、絶縁テープ20が、図2に示すように、プラスチックテープ21の両面にそれぞれ紙テープ22が接合された複合テープである場合を例にする。絶縁テープ20は、一般的にプラスチックテープ21の方が紙テープ22よりも電気抵抗率が高い。そのため、絶縁テープ20において、プラスチックテープ21に分担される電圧の割合は、紙テープ22に対して非常に高い。例えば、プラスチックテープ21の電気抵抗率が60℃で1019Ω・cm、紙テープ22の電気抵抗率が60℃で1016Ω・cmであり、各紙テープ22の厚さがプラスチックテープ21の厚さの半分である場合を考える。この場合、プラスチックテープ21は、紙テープ22の約1000倍の電圧を負担することになる。よって、以下の概算においては、絶縁テープ20の電気抵抗率は、プラスチックテープ21の電気抵抗率とする。Here, as shown in FIG. 2, the case where the insulating
以下では、絶縁層13に流れる漏洩電流として、絶縁テープ20に流れる漏洩電流と、オイルギャップ30中の絶縁油40に流れる漏洩電流との割合を考える。絶縁テープ20とオイルギャップ30中の絶縁油40の各々に流れる漏洩電流は、図5に示すように、並列回路で構成される。図5において、Vは絶縁テープ20及びオイルギャップ30(絶縁油40)にかかる電圧、R1は絶縁テープ20(プラスチックテープ21)の電気抵抗、R2は絶縁油40の電気抵抗、iは漏洩電流、i1は絶縁テープ20に流れる漏洩電流、i2はオイルギャップ30中の絶縁油40に流れる漏洩電流を示す。電気抵抗Rは、上述したように、物質の面積S、厚さL、物質の電気抵抗率ρを用いて、ρ×L/Sで表される。絶縁テープ20及びオイルギャップ30(絶縁油40)の各諸元の一例を以下とする。絶縁テープ20の電気抵抗率ρ1は、60℃で1019Ω・cmである。絶縁油40の電気抵抗率ρ2は、60℃で1015Ω・cmである。絶縁テープ20の幅は、25mmである。絶縁テープ20の厚さは、0.1mmである。オイルギャップ30の幅(隣接するターン間の離隔長さ)は、2mmであり、そのオイルギャップ30の厚さは、0.1mmである。このとき、絶縁テープ20に流れる漏洩電流、及びオイルギャップ30中の絶縁油40に流れる漏洩電流はそれぞれ、V/R=V/(ρ×L/S)で求められる。Vは、絶縁テープ20及びオイルギャップ30(絶縁油40)にかかる電圧である。Sは、絶縁テープ20(オイルギャップ30)の面積であり、長さ×幅で求められる。上記計算式を用いると、オイルギャップ30中の絶縁油40に流れる漏洩電流は、プラスチックテープ21に流れる漏洩電流の約1000倍となる。この計算によれば、プラスチックテープ21の電気抵抗率が、絶縁油40の電気抵抗率よりも大きい場合、オイルギャップ30中の絶縁油40に集中して漏洩電流が流れることがわかる。In the following, as the leakage current flowing through the insulating
同様に、絶縁テープ20における損失、及びオイルギャップ30中の絶縁油40における損失はそれぞれ、I2×Rで求められる。Iは、絶縁テープ20(絶縁油40)に流れる漏洩電流である。Rは、上記ρ×L/Sで求められる。上記計算式を用いると、オイルギャップ30中の絶縁油40における損失は、プラスチックテープ21における損失の約1000倍となる。この計算によれば、プラスチックテープ21の電気抵抗率が、絶縁油40の電気抵抗率よりも大きい場合、オイルギャップ30中の絶縁油40における損失が非常に大きく、無視できないことがわかる。Similarly, the loss in the insulating
≪本発明の実施形態の詳細≫
本発明は、オイルギャップ30中の絶縁油40に流れる漏洩電流に着目した。<< Details of Embodiments of the present invention >>
The present invention focuses on the leakage current flowing through the insulating
図5で示す並列回路を用いて、プラスチックテープ21の電気抵抗率を、絶縁油40の電気抵抗率よりも小さくして、絶縁層13に流れる漏洩電流と、その漏洩電流によってオイルギャップ30に生じ得る損失とを概算する。絶縁テープ20及びオイルギャップ30(絶縁油40)の各諸元について、電気抵抗率以外は、上記と同様とした。絶縁テープ20の電気抵抗率ρ1は、60℃で1014Ω・cmである。絶縁油40の電気抵抗率ρ2は、60℃で1015Ω・cmである。この場合、オイルギャップ30中の絶縁油40に集中して流れる漏洩電流は、プラスチックテープ21の全幅にわたって流れる漏洩電流の0.01倍となる。この計算によれば、プラスチックテープ21の電気抵抗率が、絶縁油40の電気抵抗率よりも小さい場合、プラスチックテープ21の全幅に万遍なく漏洩電流が流れ、オイルギャップ30中の絶縁油40に漏洩電流が集中しないことがわかる。また、オイルギャップ30中の絶縁油40における損失は、プラスチックテープ21における損失の約0.01倍となる。この計算によれば、プラスチックテープ21の電気抵抗率が、絶縁油40の電気抵抗率よりも小さい場合、オイルギャップ30中の絶縁油40における損失は無視できるほど小さいことがわかる。なお、絶縁テープ20(プラスチックテープ21)の電気抵抗率と絶縁油40の電気抵抗率とが同じ場合、オイルギャップ30中の絶縁油40に集中して流れる漏洩電流は、プラスチックテープ21に流れる漏洩電流の0.1倍となる。この場合であっても、絶縁テープ20(プラスチックテープ21)の電気抵抗率が絶縁油40の電気抵抗率よりも大きい場合に比較して、オイルギャップ30中の絶縁油40に流れる漏洩電流の量が小さいことがわかる。Using the parallel circuit shown in FIG. 5, the electrical resistivity of the
本発明は、上記知見に基づくものである。最初に本発明の実施形態の内容を列記して説明する。 The present invention is based on the above findings. First, the contents of the embodiments of the present invention will be listed and described.
(1)本発明の絶縁テープは、ポリオレフィン系樹脂を含むプラスチックテープと、前記プラスチックテープの少なくとも一面に接合された紙テープとを備える。前記プラスチックテープの電気抵抗率は、60℃で1015Ω・cm以下である。(1) The insulating tape of the present invention includes a plastic tape containing a polyolefin resin and a paper tape bonded to at least one surface of the plastic tape. The electrical resistivity of the plastic tape is 10 15 Ω · cm or less at 60 ° C.
本発明の絶縁テープは、プラスチックテープにポリオレフィン系樹脂を含む。そのため、プラスチックテープは、高い直流耐電圧特性を有する。一方で、プラスチックテープの電気抵抗率は、60℃で1015Ω・cm以下である。この電気抵抗率は、従来のプラスチックテープの電気抵抗率に比較して小さい。そのため、本発明の絶縁テープにおけるプラスチックテープは、従来のプラスチックテープに比較して電流が流れ易い。高電圧のソリッドケーブルでは、上述したように、絶縁層中のオイルギャップに大きな欠点となり得るボイドが生じ得る。また、高電圧のソリッドケーブルでは、絶縁層中に漏洩電流が流れ易い。本発明の絶縁テープで絶縁層を構成すれば、上記漏洩電流をプラスチックテープに流すことができる。そのため、オイルギャップに絶縁油が残存した状態でボイドが生じたとしても、オイルギャップ内の残存した絶縁油に漏洩電流が集中することを抑制でき、絶縁層中で放電と続流が生じることを抑制できる。よって、本発明の絶縁テープは、貫通孔を有さないプラスチックテープを備えることで、十分に高い直流耐電圧特性を有すると共に、漏洩電流の集中化を抑制できることで、絶縁層の発熱を防止でき、絶縁破壊を抑制できる。以上より、本発明の絶縁テープで絶縁層を構成すれば、絶縁層の絶縁性能を向上できる。本発明の絶縁テープは、高電圧化が可能であり、大容量送電が可能となるソリッドケーブルにおける絶縁層に好適に利用できる。The insulating tape of the present invention contains a polyolefin resin in a plastic tape. Therefore, the plastic tape has a high DC withstand voltage characteristic. On the other hand, the electrical resistivity of the plastic tape is 10 15 Ω · cm or less at 60 ° C. This electrical resistivity is small compared to the electrical resistivity of conventional plastic tapes. Therefore, the plastic tape in the insulating tape of the present invention is more likely to carry an electric current than the conventional plastic tape. High voltage solid cables can have voids in the oil gap in the insulating layer, which can be a major drawback, as described above. Further, in a high voltage solid cable, leakage current tends to flow in the insulating layer. If the insulating layer is formed of the insulating tape of the present invention, the leakage current can be passed through the plastic tape. Therefore, even if a void occurs with the insulating oil remaining in the oil gap, it is possible to suppress the concentration of the leakage current in the remaining insulating oil in the oil gap, and the discharge and the follow-on flow occur in the insulating layer. Can be suppressed. Therefore, the insulating tape of the present invention has a sufficiently high DC withstand voltage characteristic by providing a plastic tape having no through hole, and can suppress the centralization of leakage current, thereby preventing heat generation of the insulating layer. , Dielectric breakdown can be suppressed. From the above, if the insulating layer is formed of the insulating tape of the present invention, the insulating performance of the insulating layer can be improved. The insulating tape of the present invention can be used as an insulating layer in a solid cable capable of increasing the voltage and transmitting a large capacity.
(2)本発明の絶縁テープの一例として、前記紙テープの電気抵抗率は、前記プラスチックテープの電気抵抗率よりも小さいことが挙げられる。 (2) As an example of the insulating tape of the present invention, the electrical resistivity of the paper tape is smaller than the electrical resistivity of the plastic tape.
言い換えると、プラスチックテープの電気抵抗率は、紙テープの電気抵抗率よりも大きい。よって、直流電界の分担は、依然としてプラスチックテープで行われることになる。このような絶縁テープは、貫通孔を有さないプラスチックテープにより高い直流電界に耐えられる。 In other words, the electrical resistivity of plastic tape is greater than the electrical resistivity of paper tape. Therefore, the sharing of the DC electric field is still performed by the plastic tape. Such insulating tapes can withstand high DC electric fields due to the plastic tapes having no through holes.
(3)本発明の絶縁テープの一例として、前記紙テープは、クラフト紙又はカーボン紙で構成されることが挙げられる。 (3) As an example of the insulating tape of the present invention, the paper tape may be made of kraft paper or carbon paper.
クラフト紙やカーボン紙は、絶縁油を良好に含浸できると共に、絶縁油の通過を良好に確保できる。 Kraft paper and carbon paper can be well impregnated with insulating oil and can ensure good passage of insulating oil.
(4)本発明の絶縁テープの一例として、前記プラスチックテープ及び前記紙テープは、以下の(A)から(C)のいずれかの形態で構成されることが挙げられる。
(A)前記プラスチックテープの一面にクラフト紙又はカーボン紙からなる前記紙テープが接合されている。
(B)前記プラスチックテープの両面にそれぞれクラフト紙又はカーボン紙からなる前記紙テープが接合されている。
(C)前記プラスチックテープの一面にクラフト紙からなる前記紙テープが接合されており、前記プラスチックテープの他面にカーボン紙からなる前記紙テープが接合されている。(4) As an example of the insulating tape of the present invention, the plastic tape and the paper tape may be configured in any of the following forms (A) to (C).
(A) The paper tape made of kraft paper or carbon paper is bonded to one surface of the plastic tape.
(B) The paper tape made of kraft paper or carbon paper is bonded to both sides of the plastic tape.
(C) The paper tape made of kraft paper is bonded to one surface of the plastic tape, and the paper tape made of carbon paper is bonded to the other surface of the plastic tape.
上記(A)から(C)の形態はいずれも、プラスチックテープと紙テープとを有する絶縁テープを積層することで、絶縁油の流路を良好に確保できる。 In each of the above-mentioned forms (A) to (C), the flow path of the insulating oil can be satisfactorily secured by laminating the insulating tape having the plastic tape and the paper tape.
(5)本発明のソリッドケーブルは、導体と、前記導体の外周に設けられる絶縁層と、前記絶縁層に含浸される絶縁油とを備える。前記絶縁層は、絶縁テープが巻き付けられて構成されている。前記絶縁テープは、ポリオレフィン系樹脂を含むプラスチックテープと、前記プラスチックテープに対向して配置される紙テープとを備える。前記プラスチックテープの電気抵抗率は、前記絶縁油の電気抵抗率に対して同等以下である。 (5) The solid cable of the present invention includes a conductor, an insulating layer provided on the outer periphery of the conductor, and insulating oil impregnated in the insulating layer. The insulating layer is formed by wrapping an insulating tape around the insulating layer. The insulating tape includes a plastic tape containing a polyolefin resin and a paper tape arranged so as to face the plastic tape. The electrical resistivity of the plastic tape is equal to or less than the electrical resistivity of the insulating oil.
本発明のソリッドケーブルは、絶縁層に貫通孔を有さないプラスチックテープを備える。そのため、絶縁層は、高い直流耐電圧特性を有する。一方で、プラスチックテープの電気抵抗率は、絶縁油の電気抵抗率に対して同等以下である。使用温度が高くかつ高電圧のソリッドケーブルでは、上述したように、絶縁層中のオイルギャップにボイドが生じ得る。また、高電圧のソリッドケーブルでは、絶縁層中に漏洩電流が流れ易い。本発明のソリッドケーブルは、上記漏洩電流をオイルギャップに比較して圧倒的に幅の広いプラスチックテープに流すことができる。そのため、オイルギャップに絶縁油が残存した状態でボイドが生じたとしても、オイルギャップ内の残存した絶縁油に漏洩電流が集中することを抑制でき、絶縁層中で放電と続流が生じることを抑制できる。よって、本発明のソリッドケーブルにおける絶縁層は、十分に高い直流耐電圧特性を有すると共に、漏洩電流による発熱を防止でき、絶縁破壊を抑制できる。以上より、本発明のソリッドケーブルは、使用温度の高温化及び高電圧化、ひいては大容量化が可能である。 The solid cable of the present invention includes a plastic tape having no through hole in the insulating layer. Therefore, the insulating layer has a high DC withstand voltage characteristic. On the other hand, the electrical resistivity of the plastic tape is equal to or less than the electrical resistivity of the insulating oil. In a solid cable with a high operating temperature and a high voltage, voids may occur in the oil gap in the insulating layer as described above. Further, in a high voltage solid cable, leakage current tends to flow in the insulating layer. In the solid cable of the present invention, the leakage current can be passed through an overwhelmingly wide plastic tape as compared with the oil gap. Therefore, even if a void occurs with the insulating oil remaining in the oil gap, it is possible to suppress the concentration of the leakage current in the remaining insulating oil in the oil gap, and the discharge and the follow-on flow occur in the insulating layer. Can be suppressed. Therefore, the insulating layer in the solid cable of the present invention has sufficiently high DC withstand voltage characteristics, can prevent heat generation due to leakage current, and can suppress dielectric breakdown. From the above, the solid cable of the present invention can have a high operating temperature, a high voltage, and a large capacity.
(6)本発明のソリッドケーブルの一例として、前記紙テープの電気抵抗率は、前記プラスチックテープの電気抵抗率よりも小さいことが挙げられる。 (6) As an example of the solid cable of the present invention, the electrical resistivity of the paper tape is smaller than the electrical resistivity of the plastic tape.
言い換えると、プラスチックテープの電気抵抗率は、紙テープの電気抵抗率よりも大きい。よって、本発明のソリッドケーブルは、『絶縁油の電気抵抗率≧プラスチックテープの電気抵抗率>紙テープの電気抵抗率』の関係を満たす。この関係を満たすことで、直流電界の分担をプラスチックテープで行いつつ、絶縁層に流れる漏洩電流をプラスチックテープに流すことができる。そのため、絶縁テープは、貫通孔を有さないプラスチックテープにより高い直流電界に耐えられ、漏洩電流による発熱を防止して絶縁破壊を抑制できる。 In other words, the electrical resistivity of plastic tape is greater than the electrical resistivity of paper tape. Therefore, the solid cable of the present invention satisfies the relationship of "electric resistivity of insulating oil ≥ electrical resistivity of plastic tape> electrical resistivity of paper tape". By satisfying this relationship, the leakage current flowing through the insulating layer can be passed through the plastic tape while sharing the DC electric field with the plastic tape. Therefore, the insulating tape can withstand a high DC electric field due to the plastic tape having no through hole, and can prevent heat generation due to leakage current and suppress dielectric breakdown.
(7)本発明のソリッドケーブルの一例として、前記絶縁層の少なくとも一部は、上記(1)から(4)のいずれか1つに記載の本発明の絶縁テープで構成されていることが挙げられる。 (7) As an example of the solid cable of the present invention, it is mentioned that at least a part of the insulating layer is composed of the insulating tape of the present invention according to any one of (1) to (4) above. Be done.
本発明の絶縁テープは、プラスチックテープと紙テープとが接合された複合テープである。よって、絶縁層を構成するにあたり、単に絶縁テープを簡易な巻き付けだけで行うことができる。そのため、本発明のソリッドケーブルは、生産性に優れる。 The insulating tape of the present invention is a composite tape in which a plastic tape and a paper tape are bonded. Therefore, in forming the insulating layer, the insulating tape can be simply wound. Therefore, the solid cable of the present invention is excellent in productivity.
(8)本発明のソリッドケーブルの一例として、前記絶縁層の少なくとも一部は、前記プラスチックテープと前記紙テープとが交互に積層されて構成されていることが挙げられる。 (8) As an example of the solid cable of the present invention, at least a part of the insulating layer is formed by alternately laminating the plastic tape and the paper tape.
プラスチックテープと紙テープとは、互いに独立して構成されていてもよい。互いに独立して構成されていることで、プラスチックテープ及び紙テープの各構成材料等の組み合わせの自由度が高い。互いに独立して構成されていたとしても、プラスチックテープと紙テープとを交互に積層することで、絶縁油の流路を良好に確保できる。 The plastic tape and the paper tape may be configured independently of each other. Since they are configured independently of each other, there is a high degree of freedom in combining the constituent materials of the plastic tape and the paper tape. Even if they are configured independently of each other, the flow path of the insulating oil can be satisfactorily secured by alternately laminating the plastic tape and the paper tape.
(9)本発明のソリッドケーブルの一例として、前記絶縁層の少なくとも一部は、前記プラスチックテープと、以下の(D)又は(E)のいずれかの複合テープとが交互に積層されて構成されていることが挙げられる。
(D)前記プラスチックテープの両面にそれぞれクラフト紙又はカーボン紙からなる前記紙テープが接合されている複合テープ。
(E)前記プラスチックテープの一面にクラフト紙からなる前記紙テープが接合されており、前記プラスチックテープの他面にカーボン紙からなる前記紙テープが接合されている複合テープ。(9) As an example of the solid cable of the present invention, at least a part of the insulating layer is formed by alternately laminating the plastic tape and the composite tape of any of the following (D) or (E). It can be mentioned that.
(D) A composite tape in which the paper tape made of kraft paper or carbon paper is bonded to both sides of the plastic tape.
(E) A composite tape in which the paper tape made of kraft paper is bonded to one surface of the plastic tape, and the paper tape made of carbon paper is bonded to the other surface of the plastic tape.
プラスチックテープと上記(D)又は(E)の複合テープとが交互に積層して構成されていることで、プラスチックテープ単体で構成されるテープの構成材料等の自由度が高い。一方で、(D)又は(E)の複合テープは、プラスチックテープと紙テープとが接合されており、全てのテープが独立して構成される場合に比較して、絶縁テープを巻き付け易く、絶縁層を構成し易い。プラスチックテープと上記(D)又は(E)の複合テープとが交互に積層して構成されていたとして、プラスチックテープが紙テープに挟まれることになり、絶縁油の流路を良好に確保できる。 Since the plastic tape and the composite tape of (D) or (E) are alternately laminated, the degree of freedom of the constituent material of the tape composed of the plastic tape alone is high. On the other hand, in the composite tape of (D) or (E), the plastic tape and the paper tape are bonded to each other, and it is easier to wind the insulating tape and the insulating layer is compared with the case where all the tapes are independently configured. Easy to configure. Assuming that the plastic tape and the composite tape of (D) or (E) are alternately laminated, the plastic tape is sandwiched between the paper tapes, and the flow path of the insulating oil can be satisfactorily secured.
(10)本発明のソリッドケーブルの一例として、前記絶縁油は、60℃での粘度が10mm2/s以上500mm2/s未満の中粘度絶縁油であることが挙げられる。(10) As an example of the solid cable of the present invention, the insulating oil is a medium-viscosity insulating oil having a viscosity at 60 ° C. of 10 mm 2 / s or more and less than 500 mm 2 / s.
中粘度の絶縁油は、60℃での粘度が500mm2/s以上の高粘度の絶縁油に比較して高い流動性を有する。そのため、中粘度の絶縁油は、紙テープ及びオイルギャップで構成される流路を流通し易く、絶縁層にボイドが発生し難い。中粘度の絶縁油であれば、絶縁層内で絶縁油が重力によりソリッドケーブルの長手方向に流動するマイグレーションが生じ難い。これは、中粘度の絶縁油は、高粘度の絶縁油ほどではないが、相当程度の粘度を有するためである。よって、ソリッドケーブルの布設経路に傾斜地を含む場合でも、マイグレーションを効果的に抑制できる。特に、水底と陸上との間は傾斜地となるため、上記ソリッドケーブルは水底ケーブルに好適に利用できる。The medium-viscosity insulating oil has higher fluidity than the high-viscosity insulating oil having a viscosity of 500 mm 2 / s or more at 60 ° C. Therefore, the medium-viscosity insulating oil easily flows through the flow path composed of the paper tape and the oil gap, and voids are less likely to occur in the insulating layer. If the insulating oil has a medium viscosity, migration of the insulating oil in the insulating layer in the longitudinal direction of the solid cable due to gravity is unlikely to occur. This is because the medium-viscosity insulating oil has a considerable viscosity, though not as much as the high-viscosity insulating oil. Therefore, even when the laying path of the solid cable includes a slope, migration can be effectively suppressed. In particular, since there is a slope between the bottom of the water and the land, the solid cable can be suitably used for the bottom of the water cable.
本発明のソリッドケーブルは、上述したように、『プラスチックテープの電気抵抗率が、絶縁油の電気抵抗率に対して同等以下である』ことを主な特徴とする。一方で、絶縁層における直流電界の分担をプラスチックテープで行うために、プラスチックテープの電気抵抗率は、可能な限り高くしておくことが望まれる。よって、絶縁油の電気抵抗率も、可能な限り高いことが望まれる。ここで、電気抵抗率の高い絶縁油として、鉱油やアルキルベンゼン系の油等があるが、低粘度である。高粘度の絶縁油は、鉱油やアルキルベンゼン系の油に、電気抵抗率の低いパラフィン系やワックス系の油等を混合して構成されることが多い。パラフィン系の油等を混合するのは、粘度を上げるためである。従って、高粘度の絶縁油には、電気抵抗率が、60℃で1013Ω・cmのように、高くない絶縁油が多い。一方で、中粘度の絶縁油として、ポリブテン系の絶縁油がある。ポリブテン系の絶縁油は、上記パラフィン系等の油の混合が不要であり、かつある程度の粘度を有し、電気抵抗率として、60℃で1015〜1016Ω・cmを満たすことが可能である。As described above, the solid cable of the present invention is mainly characterized in that "the electrical resistivity of the plastic tape is equal to or less than the electrical resistivity of the insulating oil". On the other hand, in order to share the DC electric field in the insulating layer with the plastic tape, it is desired that the electrical resistivity of the plastic tape be as high as possible. Therefore, it is desired that the electrical resistivity of the insulating oil is as high as possible. Here, as an insulating oil having a high electrical resistivity, there are mineral oil, alkylbenzene-based oil, and the like, but they have a low viscosity. High-viscosity insulating oil is often composed of mineral oil or alkylbenzene-based oil mixed with paraffin-based or wax-based oil having low electrical resistivity. Paraffinic oil and the like are mixed in order to increase the viscosity. Therefore, many high-viscosity insulating oils do not have a high electrical resistivity, such as 10 13 Ω · cm at 60 ° C. On the other hand, as a medium-viscosity insulating oil, there is a polybutene-based insulating oil. The polybutene-based insulating oil does not require mixing of the above paraffin-based oils, has a certain viscosity, and can satisfy the electrical resistivity of 10 15 to 16 Ω · cm at 60 ° C. is there.
(11)本発明のソリッドケーブルの一例として、前記絶縁層の外周に設けられる金属シースと、前記金属シースの外周に設けられる防食層と、前記金属シースと前記防食層との間、及び前記防食層の外周の少なくとも一方に設けられる補強層とを備えることが挙げられる。前記補強層の構成材料は、前記金属シースの構成材料よりも高抗張力を有する。 (11) As an example of the solid cable of the present invention, a metal sheath provided on the outer periphery of the insulating layer, an anticorrosion layer provided on the outer periphery of the metal sheath, between the metal sheath and the anticorrosion layer, and the anticorrosion. It is possible to include a reinforcing layer provided on at least one of the outer periphery of the layer. The constituent material of the reinforcing layer has a higher tensile strength than the constituent material of the metal sheath.
ソリッドケーブルの負荷オン時、導体温度の上昇に伴って絶縁油が膨張する。絶縁油が膨張すると、絶縁油の内圧が増大し、金属シースにフープストレスが作用する。フープストレスとは、金属シース内部に生じる金属シースを破断させようとする応力である。金属シースの外周に高抗張力の補強層を備えることで、上記フープストレスの分担を金属シースから補強層に移すことができる。 When the load of the solid cable is turned on, the insulating oil expands as the conductor temperature rises. When the insulating oil expands, the internal pressure of the insulating oil increases, and hoop stress acts on the metal sheath. The hoop stress is a stress that tries to break the metal sheath generated inside the metal sheath. By providing a reinforcing layer with high tensile strength on the outer circumference of the metal sheath, the sharing of the hoop stress can be transferred from the metal sheath to the reinforcing layer.
(12)本発明の送電線路は、上記(5)から(11)のいずれか1つに記載の本発明のソリッドケーブルと、前記ソリッドケーブルの長手方向に接続される他のケーブルと、前記ソリッドケーブルと前記他のケーブルとの間に設けられるジョイントとを備える。前記ジョイントは、前記ソリッドケーブルの長手方向に沿った前記絶縁油の移動を止める。 (12) The power transmission line of the present invention includes the solid cable of the present invention according to any one of (5) to (11) above, another cable connected in the longitudinal direction of the solid cable, and the solid. It includes a joint provided between the cable and the other cable. The joint stops the movement of the insulating oil along the longitudinal direction of the solid cable.
ソリッドケーブルの負荷オン時、導体温度の上昇に伴って絶縁油が膨張する。絶縁油が膨張すると、絶縁油の内圧が増大し、絶縁油がソリッドケーブルの長手方向にも移動する。ソリッドケーブルと他のケーブルとの間に、オイルストップ機能を有するジョイントを備えることで、ソリッドケーブルの長手方向に沿った絶縁油の移動を阻止できる。つまり、ソリッドケーブルから他のケーブルへの絶縁油の移動を阻止できる。 When the load of the solid cable is turned on, the insulating oil expands as the conductor temperature rises. When the insulating oil expands, the internal pressure of the insulating oil increases, and the insulating oil also moves in the longitudinal direction of the solid cable. By providing a joint having an oil stop function between the solid cable and another cable, it is possible to prevent the movement of the insulating oil along the longitudinal direction of the solid cable. That is, it is possible to prevent the transfer of insulating oil from the solid cable to another cable.
(13)本発明の送電線路の一例として、前記導体の最高使用温度における前記絶縁油の内圧が5MPa以下であることが挙げられる。 (13) As an example of the power transmission line of the present invention, the internal pressure of the insulating oil at the maximum operating temperature of the conductor is 5 MPa or less.
上記構成によれば、ソリッドケーブルの負荷オン時における絶縁油の内圧を許容値以下に保つことができる。すなわち、絶縁油における金属シースに作用するフープストレスを許容値以下に小さくできる。また、絶縁油の内圧を許容値以下に保つことで、上記ジョイントのオイルストップ機能を維持することができる。つまり、ジョイントにおける絶縁油の内圧も、5MPa以下に保つことが好ましい。 According to the above configuration, the internal pressure of the insulating oil when the load of the solid cable is turned on can be kept below the permissible value. That is, the hoop stress acting on the metal sheath in the insulating oil can be reduced to the allowable value or less. Further, by keeping the internal pressure of the insulating oil below the permissible value, the oil stop function of the joint can be maintained. That is, it is preferable to keep the internal pressure of the insulating oil in the joint at 5 MPa or less.
海水等による外圧がソリッドケーブルにかかる水底ケーブルでは、ソリッドケーブ内の絶縁油の膨張圧力が上記外圧で相殺されること、及び負荷オフ時の絶縁油の収縮による内圧の低下時に上記外圧が絶縁油の内圧低下を補償することが期待される。一方、ソリッドケーブルが陸上に敷設された場合には、上記外圧の効果は期待できない。ここで、導体の最高使用温度における絶縁油の内圧が5MPa以下を満たせば、ソリッドケーブルが陸上に敷設された場合であっても、金属シースの過度の膨張や破断を抑制できる。なお、導体の最高使用温度における絶縁油の内圧が5MPa以下の正圧を満たす場合には、絶縁層全体にわたって絶縁油が含浸された状態をより確実に維持できる。 In a submerged cable in which the external pressure due to seawater or the like is applied to the solid cable, the expansion pressure of the insulating oil in the solid cable is canceled by the external pressure, and the external pressure is the insulating oil when the internal pressure drops due to the shrinkage of the insulating oil when the load is off. It is expected to compensate for the decrease in internal pressure. On the other hand, when the solid cable is laid on land, the effect of the above external pressure cannot be expected. Here, if the internal pressure of the insulating oil at the maximum operating temperature of the conductor is 5 MPa or less, excessive expansion or breakage of the metal sheath can be suppressed even when the solid cable is laid on land. When the internal pressure of the insulating oil at the maximum operating temperature of the conductor satisfies a positive pressure of 5 MPa or less, the state in which the insulating oil is impregnated over the entire insulating layer can be more reliably maintained.
(14)本発明のソリッドケーブルの製造方法は、導体の外周に絶縁テープを巻き付けて絶縁層を設ける工程と、前記絶縁層を乾燥して脱気する工程と、乾燥及び脱気後の前記絶縁層に絶縁油を含浸する工程と、前記絶縁油が含浸された前記絶縁層の外周に金属シースを設ける工程とを備える。前記絶縁テープは、ポリオレフィン系樹脂を含み、かつ前記絶縁油の電気抵抗に対して同等以下の電気抵抗率を有するプラスチックテープと、前記プラスチックテープに接する紙テープとを備える。前記金属シースを設ける工程は、前記導体の最高使用温度の50%以上80%以下の温度にて行う。 (14) The method for manufacturing a solid cable of the present invention includes a step of wrapping an insulating tape around the outer periphery of a conductor to provide an insulating layer, a step of drying and degassing the insulating layer, and the insulation after drying and degassing. The layer includes a step of impregnating the layer with insulating oil and a step of providing a metal sheath on the outer periphery of the insulating layer impregnated with the insulating oil. The insulating tape includes a plastic tape containing a polyolefin resin and having an electrical resistivity equal to or lower than the electrical resistivity of the insulating oil, and a paper tape in contact with the plastic tape. The step of providing the metal sheath is performed at a temperature of 50% or more and 80% or less of the maximum operating temperature of the conductor.
ポリオレフィン系樹脂を含み、かつ絶縁油の電気抵抗に対して同等以下の電気抵抗率を有するプラスチックテープと、紙テープとを備える絶縁テープを巻き付けて絶縁層を設けることで、スターベーションやボイドが少なく、絶縁性能に優れる絶縁層を構成できる。金属シースの形成は、室温にて行うこともできるが、その場合、補強層を設けなければ導体の最高使用温度が50℃程度になり得る。高強度の補強層を設ければ、導体の最高使用温度を80℃まで上げられ、かつ絶縁油の内圧を5MPa以下に保つことが可能となってくる。一方、金属シースの形成を、導体の最高使用温度の50%以上80%以下の温度にて行うことで、常温で金属シースを設けた場合に比較して、補強層の有無によらず、導体の最高使用温度を80℃まで上げられる。また、常温で金属シースを設けた場合に比較して、ソリッドケーブルの負荷オン時に絶縁油が膨張した際の絶縁油の内圧を小さくできる。負荷オン時の絶縁油の内圧を小さくできると、絶縁油における金属シースに作用するフープストレスを小さくでき、補強層を簡素化でき、更には補強層の省略も可能となってくる。特に、水底ケーブルのように、布設環境でケーブルに外圧が作用する場合には、補強層の省略が可能である。また、絶縁油におけるソリッドケーブルの長手方向への移動を小さくでき、ジョイントにかかる油圧を十分小さくできるので、オイルストップ機能も簡易にできる。しかも、負荷オン時には、絶縁油の内圧が正圧となるので、絶縁油を絶縁層に万遍なく浸潤させる効果も維持できる。 By wrapping an insulating tape containing a polyolefin resin and having an electrical resistivity equal to or lower than the electrical resistivity of the insulating oil and a paper tape to provide an insulating layer, there is less starvation and voids. An insulating layer having excellent insulation performance can be formed. The metal sheath can be formed at room temperature, but in that case, the maximum operating temperature of the conductor can be about 50 ° C. unless the reinforcing layer is provided. If a high-strength reinforcing layer is provided, the maximum operating temperature of the conductor can be raised to 80 ° C., and the internal pressure of the insulating oil can be maintained at 5 MPa or less. On the other hand, by forming the metal sheath at a temperature of 50% or more and 80% or less of the maximum operating temperature of the conductor, the conductor regardless of the presence or absence of the reinforcing layer as compared with the case where the metal sheath is provided at room temperature. The maximum operating temperature can be raised to 80 ° C. Further, as compared with the case where the metal sheath is provided at room temperature, the internal pressure of the insulating oil when the insulating oil expands when the load of the solid cable is turned on can be reduced. If the internal pressure of the insulating oil when the load is turned on can be reduced, the hoop stress acting on the metal sheath in the insulating oil can be reduced, the reinforcing layer can be simplified, and the reinforcing layer can be omitted. In particular, when an external pressure acts on the cable in a laying environment such as a water bottom cable, the reinforcing layer can be omitted. In addition, the movement of the solid cable in the insulating oil in the longitudinal direction can be reduced, and the oil pressure applied to the joint can be sufficiently reduced, so that the oil stop function can be simplified. Moreover, since the internal pressure of the insulating oil becomes a positive pressure when the load is turned on, the effect of infiltrating the insulating oil evenly into the insulating layer can be maintained.
上記製造方法によって得られたソリッドケーブルは、負荷オフ時における絶縁油の内圧が負圧となる場合がある。本発明のソリッドケーブルにおける絶縁層は、上述したように、十分に高い直流耐電圧特性を有すると共に、負荷オフ時に漏洩電流による発熱を防止でき、絶縁破壊を抑制できる。一方、負荷オン時には、ソリッドケーブルにおける絶縁層内の全域にわたって再度絶縁油が満たされるので、絶縁耐力の長期的な一様性が保持される。 In the solid cable obtained by the above manufacturing method, the internal pressure of the insulating oil when the load is off may become a negative pressure. As described above, the insulating layer in the solid cable of the present invention has sufficiently high DC withstand voltage characteristics, can prevent heat generation due to leakage current when the load is off, and can suppress dielectric breakdown. On the other hand, when the load is turned on, the insulating oil is refilled over the entire area in the insulating layer of the solid cable, so that the long-term uniformity of the dielectric strength is maintained.
(15)本発明のソリッドケーブルの製造方法の一例として、前記導体の最高使用温度が65℃以上であることが挙げられる。 (15) As an example of the method for manufacturing a solid cable of the present invention, the maximum operating temperature of the conductor is 65 ° C. or higher.
導体の最高使用温度が65℃以上であることで、送電容量が大容量のソリッドケーブルが得られる。導体の最高使用温度が高いと、その温度で膨張した際の絶縁油の内圧が大きくなる。その場合でも、本発明のソリッドケーブルの製造方法では、常温で金属シースを設けた場合に比較して、負荷オン時に絶縁油が膨張した際の絶縁油の内圧を小さくできる。 When the maximum operating temperature of the conductor is 65 ° C. or higher, a solid cable having a large transmission capacity can be obtained. When the maximum operating temperature of the conductor is high, the internal pressure of the insulating oil when expanded at that temperature increases. Even in that case, in the solid cable manufacturing method of the present invention, the internal pressure of the insulating oil when the insulating oil expands when the load is turned on can be reduced as compared with the case where the metal sheath is provided at room temperature.
[本発明の実施形態の詳細]
本発明の実施形態の詳細を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。[Details of Embodiments of the present invention]
Details of the embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. It should be noted that the present invention is not limited to these examples, and is indicated by the claims, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the claims.
≪ソリッドケーブル≫
実施形態のソリッドケーブル10は、図1を参照して上述したように、中心から順に、導体11、内部半導電層12、絶縁層13、外部半導電層14、金属シース15、及び防食層16を備える。ソリッドケーブル10が水底ケーブルの場合、一般的に、防食層16よりも外側に、金属テープ、保護ヤーン層、外装線等を備える。図1では、防食層16よりも外側に設けられる部材を図示していない。絶縁層13は、図2に示すように、絶縁テープ20が巻き付けられて構成され、絶縁油40が含浸される。絶縁テープ20は、隣接するターン同士の間にオイルギャップ30が設けられるようにギャップ巻きされる。オイルギャップ30は、絶縁油40(図2)の流路の一部である。絶縁テープ20は、プラスチックテープ21及び紙テープ22を備える。実施形態のソリッドケーブル10は、プラスチックテープ21の電気抵抗率が、絶縁油40の電気抵抗率に対して同等以下である点を特徴の一つとする。本例のソリッドケーブル10は、紙テープ22の電気抵抗率が、プラスチックテープ21の電気抵抗率よりも小さい点を特徴の一つとする。つまり、本例のソリッドケーブル10は、『絶縁油40の電気抵抗率≧プラスチックテープ21の電気抵抗率>紙テープ22の電気抵抗率』の関係を満たす点を特徴の一つとする。絶縁層13を構成する絶縁テープ20以外の構成は、従来技術を適宜利用できる。以下、主に絶縁テープ20について詳述する。≪Solid cable≫
In the
〔絶縁テープ〕
絶縁テープ20は、プラスチックテープ21の少なくとも一面に紙テープ22が接するように構成される。[Insulating tape]
The insulating
(プラスチックテープ)
プラスチックテープ21は、ポリオレフィン系樹脂を含む。ポリオレフィン系樹脂としては、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、エチレンプロピレン共重合体、ポリブテン等が挙げられる。特に、ポリプロピレンは、電気特性に優れると共に融点が高く、比較的高温まで使用できる。よって、ポリプロピレンは、プラスチックテープ21の構成材料として好適に利用できる。(Plastic tape)
The
プラスチックテープ21は、絶縁油40の電気抵抗率に対して同等以下の電気抵抗率を有する。ここで、ソリッドケーブル10に用いる絶縁油40の電気抵抗率は、60℃で1015〜1016Ω・cmである。よって、プラスチックテープ21の電気抵抗率は、60℃で1015Ω・cm以下である。絶縁油40及びプラスチックテープ21の各電気抵抗率は、温度が高くなるほど低くなる。いずれの温度であっても、『絶縁油40の電気抵抗率≧プラスチックテープ21の電気抵抗率>紙テープ22の電気抵抗率』の関係を満たす。The
プラスチックテープ21は、絶縁層13における直流耐電圧を担う。そのため、プラスチックテープ21の電気抵抗率は、紙テープ22の電気抵抗率よりも大きい。プラスチックテープ21の電気抵抗率は、60℃で1014Ω・cm以上であることが好ましい。The
(紙テープ)
紙テープ22は、クラフト紙又はカーボン紙で構成されることが挙げられる。紙テープ22は、多数の貫通孔を有する。絶縁油40は、紙テープ22の貫通孔を通過すると共に、その貫通孔に含浸される。つまり、紙テープ22の貫通孔は、絶縁油40の流路の一部である。(Paper tape)
The
紙テープ22の電気抵抗率は、プラスチックテープ21の電気抵抗率よりも小さい。言い換えると、プラスチックテープ21の電気抵抗率は、紙テープ22の電気抵抗率よりも大きい。よって、絶縁層13にかかる直流電界の分担は、貫通孔を有さないプラスチックテープ21で行うことができる。プラスチックテープ21で直流電界を分担させるためには、紙テープ22の電気抵抗率は、プラスチックテープ21の電気抵抗率よりも小さければよく、その下限値には制限がない。よって、クラフト紙を用いる場合、従来から行われる精製化、すなわちパルプの純粋化、脱イオン化、あるいは叩解度向上等は行わず、通常紙用途のペーパーの転用等が挙げられる。クラフト紙の電気抵抗率を確実に下げるには、パルプにカーボン粒子を混合することも挙げられる。紙テープ22としては、電気抵抗率が102〜105Ω・cm程度であるカーボン紙の転用も挙げられる。The electrical resistivity of the
(配置形態)
絶縁テープ20として、プラスチックテープ21の少なくとも一面に紙テープ22が接合された複合テープを用いることが挙げられる。例えば、絶縁テープ20は、図2に示すように、プラスチックテープ21の両面にそれぞれ紙テープ22が接合された複合テープであることが挙げられる。以下、この複合テープを両面複合テープと呼ぶ。両面複合テープにおける紙テープ22は、両方ともクラフト紙からなるテープであってもよいし、両方ともカーボン紙からなるテープであってもよい。または、紙テープ22の一方がクラフト紙からなるテープであり、他方がカーボン紙からなるテープであってもよい。いずれにせよ、絶縁テープ20は、プラスチックテープ21が多孔質の紙テープ22で挟持されて構成される。(Arrangement form)
As the insulating
絶縁テープ20は、図7Aに示すように、プラスチックテープ21の一面に紙テープ22が接合された複合テープであることが挙げられる。以下、この複合テープを片面複合テープと呼ぶ。片面複合テープにおける紙テープ22は、クラフト紙又はカーボン紙からなるテープである。この場合、プラスチックテープ21の他面は露出される。絶縁テープ20が巻き付けられて絶縁層13が構成されるため、プラスチックテープ21の他面には、絶縁テープ20の巻き付けによって紙テープ22が接する。
As shown in FIG. 7A, the insulating
絶縁テープ20は、図7Bに示すように、プラスチックテープ21と紙テープ22とが互いに独立して構成されていてもよい。プラスチックテープ21と紙テープ22とが互いに独立して構成されていたとしても、プラスチックテープ21と紙テープ22とを交互に積層して巻き付けることで、プラスチックテープ21と紙テープ22とは互いに接する。以下、互いに独立して構成されるプラスチックテープ21と紙テープ22とを交互に積層する形態を独立積層型と呼ぶ。
As shown in FIG. 7B, the insulating
絶縁テープ20は、図7Cに示すように、プラスチックテープ21と上記両面複合テープ20Aとが組み合わされて構成されていてもよい。プラスチックテープ21と上記両面複合テープ20Aとが互いに独立して組み合わされて構成されていたとしても、プラスチックテープ21と上記両面複合テープ20Aにおける紙テープ22とが互いに接する。以下、互いに独立して構成されるプラスチックテープ21と上記両面複合テープ20Aとを交互に積層する形態を複合積層型と呼ぶ。
As shown in FIG. 7C, the insulating
絶縁テープ20は、図示しないが、上記片面複合テープと上記両面複合テープとが組み合わされて構成されていてもよい。片面複合テープと両面複合テープとが互いに独立して組み合わされて構成されていたとしても、上記片面複合テープにおけるプラスチックテープと上記両面複合テープにおける紙テープとが互いに接する。以下、互いに独立して構成される上記片面複合テープと上記両面複合テープとを交互に積層する形態を混合積層型と呼ぶ。
Although not shown, the insulating
絶縁層13は、上記両面複合テープ、上記片面複合テープ、及び上記各積層型で構成されるテープ群の少なくとも一つが巻き付けられて構成される。絶縁層13は、両面複合テープ、片面複合テープ、及び上記各積層型で構成されるテープ群が混在して構成されていてもよい。いずれの絶縁テープ20で構成されたとしても、絶縁層13内において、プラスチックテープ21と紙テープ22とは接する。絶縁テープ20は、隣接するターン同士の間にオイルギャップ30が設けられるようにギャップ巻きされる。絶縁油40は、紙テープ22及びオイルギャップ30を流路として移動する。図2、図7A、図7B、及び図7Cにおけるクロスハッチングは、絶縁油40の流路の一例を示す。各図では、説明の便宜上、絶縁油40の流路の一部のみを示しているが、本来は、紙テープ22の全体及びオイルギャップ30の全体にわたって絶縁油40は流れる。
The insulating
(比率)
絶縁テープ20全体の厚さに対するプラスチックテープ21の厚さの比率は、40%以上90%未満であることが好ましい。絶縁テープ20が上記両面複合テープの場合、絶縁テープ20は、一枚のプラスチックテープ21と二枚の紙テープ22から構成される。この場合、上記厚さの比率は、一枚のプラスチックテープ21と二枚の紙テープ22の合計厚さに対する一枚のプラスチックテープ21の厚さの比率である。絶縁テープ20が上記片面複合テープの場合、絶縁テープ20は、一枚のプラスチックテープ21と一枚の紙テープ22から構成される。この場合、上記厚さの比率は、一枚のプラスチックテープ21と一枚の紙テープ22の合計厚さに対する一枚のプラスチックテープ21の厚さの比率である。(ratio)
The ratio of the thickness of the
絶縁テープ20が積層型のテープ群で構成される場合、テープ群全体の厚さに対するプラスチックテープ21の厚さの比率が、40%以上90%未満であることが好ましい。ここでのテープ群とは、絶縁層13を構成する絶縁テープ20のうち、隣り合って積層される2枚のテープのことを言う。絶縁テープ20が上記独立積層型のテープ群で構成される場合、テープ群は、一枚のプラスチックテープ21と一枚の紙テープ22から構成される。よって、上記厚さの比率は、一枚のプラスチックテープ21と一枚の紙テープ22の合計厚さに対する一枚のプラスチックテープ21の厚さの比率である。また、絶縁テープ20が上記複合積層型のテープ群で構成される場合、テープ群は、二枚のプラスチックテープ21と二枚の紙テープ22から構成される。よって、上記厚さの比率は、二枚のプラスチックテープ21と二枚の紙テープ22の合計厚さに対する二枚のプラスチックテープ21の厚さの比率である。絶縁テープ20が上記複合積層型のテープ群で構成される場合、高絶縁耐力を有する範囲でプラスチックテープ21の電気抵抗率を若干下げたとしても、プラスチックテープ21単体で構成されるテープの厚さを増加させることで、絶縁耐力を維持することができる。ここで、プラスチックテープ21の厚さの比率が増すと、絶縁油40の流路となる紙テープ22の厚さの比率が減少し、絶縁油40の移動が困難となり得る。しかし、絶縁油40として流動し易い中粘度絶縁油を適用することにより、絶縁油40の移動を良好にできる。
When the insulating
上記厚さの比率が40%以上であることで、プラスチックテープ21の体積を増やすことができ、高い直流耐電圧特性を有する絶縁層13とできる。一方、上記厚さの比率が90%未満であることで、相対的に紙テープ22の割合を大きくでき、絶縁油40の流路を良好に確保できる。上記厚さの比率は、更に60%以上80%未満、特に70%以上80%未満であることが好ましい。
When the thickness ratio is 40% or more, the volume of the
〔プラスチックテープと絶縁油の電気抵抗率の関係による作用〕
プラスチックテープ21の電気抵抗率は、絶縁油40の電気抵抗率に対して同等以下である。この電気抵抗率の関係を満たすことで生じる現象を、図6に基づいて説明する。[Action due to the relationship between the electrical resistivity of plastic tape and insulating oil]
The electrical resistivity of the
使用温度が高くかつ高電圧のソリッドケーブル10では、上述したように、絶縁層13中のオイルギャップ30にボイドが生じ得る。また、高電圧のソリッドケーブル10では、絶縁層13中に漏洩電流が流れ易い。ここで、オイルギャップ30に絶縁油40が残存した状態でボイドが生じた場合を考える。このとき、プラスチックテープ21の電気抵抗率が絶縁油40の電気抵抗率よりも大きいと、漏洩電流は、ボイドを避けつつ、電気抵抗率の小さいオイルギャップ30内の残存した絶縁油40に集中して流れる(図4Cを参照)。一方、本発明では、プラスチックテープ21の電気抵抗率が絶縁油40の電気抵抗率と同等以下であるため、漏洩電流は、図6に示すように、ボイドを避けつつ、電気抵抗率の小さいプラスチックテープ21に流れる。つまり、漏洩電流は、絶縁層13の大部分を構成するプラスチックテープ21に流れるため、絶縁層13の局所的な領域に集中して流れることはない。よって、本発明では、絶縁層13にボイドが生じたとしても、そのボイドにて放電と続流が発生することを防止でき、異常発熱を防止できる。そのため、本発明では、漏洩電流による異常発熱を防止でき、絶縁破壊を抑制できる。
In the
≪ソリッドケーブルの製造方法≫
ソリッドケーブルの製造方法は、絶縁層を設ける工程と、絶縁層を乾燥して脱気する工程と、乾燥及び脱気後の絶縁層に絶縁油を含浸する工程と、金属シースを設ける工程とを備える。以下、各工程について説明する。なお、ソリッドケーブル10における絶縁層13、絶縁油40、金属シース15以外の構成部材の製造工程は、従来技術を適宜利用できる。そのため、以下の説明では、主に絶縁層13、絶縁油40、及び金属シース15の製造工程について詳述する。≪Manufacturing method of solid cable≫
The solid cable manufacturing method includes a step of providing an insulating layer, a step of drying and degassing the insulating layer, a step of impregnating the insulating layer after drying and degassing with insulating oil, and a step of providing a metal sheath. Be prepared. Hereinafter, each step will be described. In the manufacturing process of the constituent members other than the insulating
〔絶縁層を設ける工程〕
絶縁層を設ける工程では、導体11の外周に絶縁テープ20を巻き付けて絶縁層13を形成する。絶縁テープ20の巻き付けは、隣接するターン同士の間にオイルギャップ30が設けられるようにギャップ巻きとする。[Step of providing an insulating layer]
In the step of providing the insulating layer, the insulating
絶縁テープ20は、上述した絶縁テープ20を用いる。絶縁テーブ20におけるプラスチックテープ21は、電気抵抗率が小さい。プラスチックテープ21の電気抵抗率を小さくする方法としては、例えば、油系化学物質であるパラフィン系物質やワックス系物質、或いはカーボン粒子を混入することが挙げられる。具体的には、プラスチックテープ21を製造する過程において、ポリオレフィン系樹脂のペレットに上記パラフィン系物質やワックス系物質、或いはカーボン粒子を混入させて溶融押出することが挙げられる。他に、プラスチックテープ21を製造する過程において、ポリオレフィン系樹脂を溶融押出する際に、押し出し機の投入口で上記パラフィン系物質やワックス系物質、或いはカーボン粒子を投入して一緒に溶融押出することが挙げられる。プラスチックテープ21の構成材料に占める上記ワックス系物質等の添加物の含有量は、プラスチックテープ21の電気抵抗率が絶縁油40の電気抵抗率に対して同等以下となるように適宜選択できる。
As the insulating
絶縁テープ20として独立型テープを用いる場合は、図7Bに示すように、プラスチックテープ21と紙テープ22とが交互に積層するように各テープ21,22を巻き付ける。また、絶縁テープ20として積層型テープを用いる場合は、図7Cに示すように、プラスチックテープ21と両面複合テープ20Aとが交互に積層するように各テープ21,20Aを巻き付ける。
When a stand-alone tape is used as the insulating
〔絶縁層を乾燥して脱気する工程〕
絶縁層13を乾燥して脱気する工程では、絶縁層13中の空気と水分を除去する。具体的には、導体11の外周に絶縁層13を設けたコアを乾燥タンクに巻き取り、加熱真空引きして絶縁層13中の空気と水分を除去する。この工程における乾燥タンク内の温度や真空度は、公知の条件を適宜利用できる。[Process of drying and degassing the insulating layer]
In the step of drying and degassing the insulating
〔絶縁油を含浸する工程〕
絶縁油を含浸する工程では、乾燥及び脱気後の絶縁層13に絶縁油40を含浸し、油浸の絶縁層13を形成する。乾燥及び脱気が終わると、加熱して適宜粘度を低下させた絶縁油をタンク中に注入し、所定の圧力を所定の時間与えて絶縁層13に絶縁油を浸透させる。その後、コアを常温まで冷却する。この冷却の際、所定の加圧を行い、所定の降温速度を保って行う。含浸時の最高温度から常温までの温度降下で絶縁油40が収縮するが、その収縮によって空隙が生じることなく絶縁層13に絶縁油40を含浸するためである。[Process of impregnating insulating oil]
In the step of impregnating the insulating oil, the insulating
絶縁油40の電気抵抗率は、可能な限り高いことが望まれる。絶縁油40の電気抵抗率を向上するには、上述したように、電気抵抗率の低い増粘剤を混合させない方がよい。従って、絶縁油40としては、従来のソリッドケーブルに多用されている高粘度絶縁油ではなく、60℃での粘度が10mm2/s(10×10−6m2/s、10cSt)以上500mm2/s(500×10−6m2/s、500cSt)未満の中粘度絶縁油を用いることが好ましい。中粘度絶縁油であることで、絶縁層13へ低温加圧でも絶縁油40を含浸し易い。特に、プラスチックテープ21の厚さの比率が大きく、絶縁油40の流路となる紙テープ22の厚さの比率が小さい場合でも、絶縁油40を含浸し易い。また、中粘度絶縁油であることで、得られたソリッドケーブル10の運用時において、紙テープ22及びオイルギャップ30で構成される流路を流通し易く、絶縁層13にボイドが発生することを抑制し易い。絶縁油40は、60℃での粘度が500mm2/s以上の高粘度絶縁油であってもよい。絶縁油40の電気抵抗率は、60℃で1015〜1016Ω・cmである。このような絶縁油40として、ポリブテンオイル(日本石油社製、日石ポリブテンオイルHV−15等)が挙げられる。ポリブテン系の絶縁油は、単一分子から構成され、高い電気抵抗率を安定して得られる。ポリプロピレン等からなるプラスチックテープ21は、高温の絶縁油40に接すると、絶縁油40の種類によっては、その絶縁油40により膨潤することがある。ポリブテン系の絶縁油の場合には、プラスチックテープ21の膨潤効果が極めて小さいことからも、本発明の絶縁油40として好適に利用できる。The electrical resistivity of the insulating
〔金属シースを設ける工程〕
金属シースを設ける工程では、絶縁油40が含浸された絶縁層13の外周に金属シース15を設ける。金属シース15は、鉛又は鉛合金からなる。金属シース15は、金属の溶融押出被覆によって設けられる。金属シース15を設ける際の温度は、従来技術では、一般的に室温である。ここで言う金属シース15を設ける際の温度は、金属シース15を設ける際のケーブルコアの温度のことである。高粘度の絶縁油40を用いる場合、絶縁層13内での絶縁油40の移動度が低く、負荷オフ時の大きな温度低下によるスターベーションを避けられないので、導体11の最高使用温度が約55℃に制限される。また、導体11の最高使用温度を80〜85℃まで上げると、絶縁油40の内圧が大きくなり過ぎて、金属シース15が損傷するという問題も生じる。そこで、金属シース15を設ける際、従来通りの室温での押出被覆も適用し得るが、ソリッドケーブル10の運用時の導体11の最高使用温度の50%以上80%以下の温度にて行うことが好ましい。以下、金属シース15を設ける温度において、ソリッドケーブル10の運用時の導体11の最高使用温度の50%以上80%以下の温度を製造時温度と言う。製造時温度にて金属シース15を設けることで、製造時温度以上でかつ導体11の最高使用温度以下において、金属シース15内の絶縁層13を正圧に保つことができ、絶縁油40を絶縁層13に万遍なく浸潤させる効果を維持できる。製造時温度は、例えば40℃以上75℃以下、更に50℃以上75℃以下、特に60℃以上70℃以下が挙げられる。[Process of providing metal sheath]
In the step of providing the metal sheath, the
負荷オン時、導体11の温度によって絶縁油40は膨張する。この絶縁油40の膨張によって、絶縁油40の内圧が増大する。この絶縁油40の内圧は、金属シース15を設けた際の製造時温度と導体11の最高使用温度との差分に依存する。上記製造時温度が高ければ、導体11の最高使用温度との差分が小さく、絶縁油40の膨張量を小さくでき、絶縁油40の内圧を小さくできる。負荷オン時の絶縁油40の内圧を小さくできると、絶縁油40における金属シース15に作用するフープストレスを小さくできたり、絶縁油40におけるソリッドケーブル10の長手方向への移動を小さくできたりする。つまり、負荷オン時の絶縁油40の内圧を小さくできることで、負荷オン時の導体11の最高使用温度を高く設定することができる。負荷オン時の絶縁油40の内圧は、製造時温度や、補強層17の有無とその位置によって、5MPa以下、更に3MPa以下、特に1MPa以下であることが挙げられる。
When the load is turned on, the insulating
製造時温度以上でかつ導体11の最高使用温度以下において、金属シース15内の絶縁層13が正圧であることで、絶縁耐力の劣化は生じない。それは、製造時温度未満の温度域において絶縁層13にスターベーションが生じてボイドが発生しても、負荷オン時には必ず絶縁油40がボイドを満たすからである。特に、海水等による外圧がソリッドケーブル10にかかる水底ケーブルでは、製造時温度未満でも絶縁層13が負圧になることを避け得るように、ソリッドケーブル10を設計することが可能となってくる。
Since the insulating
なお、ソリッドケーブル10の運用時、絶縁層13の温度が上記製造時温度未満であり、海水等の外圧が期待できない場合、絶縁層13は負圧になり得る。絶縁層13が負圧になるのは、負荷オンに伴い常温から上記製造時温度になるまでの間と、負荷オフに伴い上記製造時温度以上の温度から常温になるまでの間がある。前者の場合、仮にオイルギャップ30に昇温初期からボイドがあっても、漏洩電流は、そのボイドを避けて電気抵抗率の小さい領域を流れる。よって、前者の場合、絶縁破壊は生じない。一方、後者の場合、仮にオイルギャップ30に降温過程でボイドが生じたとしても、漏洩電流は、電気抵抗率の小さいプラスチックテープ21を含む絶縁テープ20に多く分流する。絶縁テープ20は、絶縁層13の大部分を構成する。よって、後者の場合、オイルギャップ30に残存する絶縁油40に漏洩電流が集中的に流れることを抑制できるため、やはり絶縁破壊は生じない。
When the
以上より、製造時温度にて金属シース15を設けることで、負荷オン時の絶縁油40の内圧を小さくでき、負荷オン時の導体11の最高使用温度を高く設定することができる。導体の最高使用温度は、65℃以上、更に70℃以上、特に75℃以上、80℃以上であることが挙げられる。
From the above, by providing the
≪その他≫
ソリッドケーブル10は、図8に示すように、補強層17を備えることが挙げられる。補強層17は、金属シース15と防食層16との間、及び防食層16の外周の少なくとも一方に設けられる。本例では、金属シース15と防食層16との間に補強層17を設けている。≪Others≫
As shown in FIG. 8, the
ソリッドケーブル10の負荷オン時、導体11の温度の上昇に伴って絶縁油40が膨張する。絶縁油40が膨張すると、絶縁油40の内圧が増大し、金属シース15にフープストレスが作用する。金属シース15の外周に補強層17を備えることで、上記フープストレスの大半を分担することができる。従って、特に負荷オン時における絶縁油40の内圧が5MPa以上のような高い場合には、補強層17を設けることが好ましい。補強層17の構成材料は、金属シース15の構成材料よりも高抗張力を有する。補強層17の構成材料は、例えば、ステンレス等の金属テープや、アラミド繊維テープ等が好適に利用できる。
When the load of the
補強層17は、防食層16の外周に配置することもできる。この場合、防食層16は、絶縁油40の内圧によってやや収縮することでクッション効果を有する。よって、負荷オン時における絶縁油40の内圧が3MPa、更に1MPa以下のような低い場合に適している。この構成によれば、押出加工による金属シース15及び防食層16の形成を、同一工程でタンデム加工化でき、生産性を向上できる。補強層17の位置と強度は、送電容量に合わせて適宜設計することが好ましいが、負荷オン時の絶縁油40の内圧を製造時温度により設計することもできる。
The reinforcing
≪送電線路≫
ソリッドケーブル10の負荷オン時、導体11の温度上昇に伴って絶縁油40が膨張する。絶縁油40が膨張すると、絶縁油40の内圧が増大し、絶縁油40がソリッドケーブル10の長手方向にも移動する。そこで、図9に示すように、送電線路100は、ソリッドケーブル10と、ソリッドケーブル10の長手方向に接続される他のケーブルとの間にオイルストップ機能を有するジョイント130を設けることが好ましい。本例のソリッドケーブル10は、海底ケーブル110であり、ソリッドケーブル10の長手方向に接続される他のケーブルは、陸上ケーブル120である。ジョイント130は、ソリッドケーブル10の長手方向に沿った絶縁油40の移動を止める。つまり、絶縁油40の移動は、隣り合うジョイント130間の区間に限定される。陸上ケーブル120の種類は問わない。陸上ケーブル120は、海底ケーブル110と同じソリッドケーブルでも良いし、絶縁層や絶縁油の構成材料が異なるソリッドケーブルでも良いし、OFケーブルやCVケーブルなど異種のケーブルでもよい。異種のケーブル同士を接続する場合、ジョイント130は、トランジションジョイントを用いる。≪Power transmission line≫
When the load of the
送電線路100は、更にソリッドケーブル10に絶縁油40を補給可能な給油槽140を備えることが好ましい。給油槽140は、ジョイント130の電気特性を安定化させるために設けられる。給油槽140は、ジョイント130のソリッドケーブル10側に給油管150を介して連結される。この場合、負荷オン時のソリッドケーブル10における膨張した絶縁油40が給油槽140に逆流しないように、ジョイント130と給油槽140との間に図示しない逆止弁を設けることが好ましい。
The
また、送電線路100は、ソリッドケーブル10における絶縁油40の内圧を測定する測定部160を備えることが好ましい。測定部160は、負荷オン時のソリッドケーブル10における膨張した絶縁油40の内圧を測定できる。
Further, the
≪効果≫
上述した実施形態のソリッドケーブル10における絶縁層13は、高い直流耐電圧特性を有すると共に、負荷オフ時に生じる負圧の絶縁油40を起点とする漏洩電流による発熱を防止でき、絶縁破壊を抑制できる。それは、絶縁層13の大部分を構成するプラスチックテープ21が、ポリオレフィン系樹脂を含むと共に、絶縁油40の電気抵抗率に対して同等以下の電気抵抗率を有するからである。使用温度が高くかつ高電圧のソリッドケーブル10では、絶縁層13中のオイルギャップ30にボイドが生じ得る。また、高電圧のソリッドケーブル10では、絶縁層13中に漏洩電流が流れ易い。上述した実施形態のソリッドケーブル10は、漏洩電流をプラスチックテープ21に流すことができる。そのため、オイルギャップ30に絶縁油40が残存した状態でボイドが生じたとしても、オイルギャップ30内の残存した絶縁油40に漏洩電流が集中することを抑制でき、絶縁層13中で放電と続流が生じることを抑制できる。≪Effect≫
The insulating
なお、絶縁層13に生じる直流電界は、プラスチックテープ21及び紙テープ22の双方に分担される。このとき、紙テープ22の電気抵抗率がプラスチックテープ21の電気抵抗率よりも小さいことで、多孔質で直流耐電圧特性に劣る紙テープ22に分担される直流電界の割合を低減できる。好ましくは実質的に無視できる程度まで上記直流電界の割合を低減できる。本発明では、プラスチックテープ21の電気抵抗率を低くしたことにより、プラスチックテープ21の耐電圧特性が若干低くなる。そこで、絶縁テープ20全体の厚さに対するプラスチックテープ21の厚さの比率を40%以上90%未満とすることで、電気抵抗率を低くしたことによるプラスチックテープ21の耐電圧の低下を補償することができる。これにより、プラスチックテープ21に分担される直流電界の割合を増大でき、プラスチックテープ21における高い絶縁耐力まで直流電界の印加が可能になり、高い直流耐電圧特性を有する絶縁層13を構成し易い。よって、直流ソリッドケーブルを高圧大容量化することができる。
The DC electric field generated in the insulating
上述した実施形態のソリッドケーブル10を構成するにあたり、プラスチックテープ21の電気抵抗率が60℃で1015Ω・cm以下である絶縁テープ20を好適に利用できる。In constructing the
[付記]
以上説明した本発明の実施形態に関連して、更に以下の付記を開示する。[Additional Notes]
Further, the following additional notes will be disclosed in relation to the embodiments of the present invention described above.
〔付記1〕
導体の外周に絶縁テープを巻き付けて絶縁層を設ける工程と、
前記絶縁層を乾燥して脱気する工程と、
乾燥及び脱気後の前記絶縁層に絶縁油を含浸する工程と、
前記絶縁油が含浸された前記絶縁層の外周に金属シースを設ける工程とを備え、
前記絶縁テープは、
ポリオレフィン系樹脂を含むプラスチックテープと、
前記プラスチックテープに接する紙テープとを備え、
前記金属シースを設ける工程は、40℃以上75℃以下の温度にて行うソリッドケーブルの製造方法。[Appendix 1]
The process of wrapping an insulating tape around the outer circumference of a conductor to provide an insulating layer,
The step of drying and degassing the insulating layer and
The step of impregnating the insulating layer with insulating oil after drying and degassing, and
A step of providing a metal sheath on the outer periphery of the insulating layer impregnated with the insulating oil is provided.
The insulating tape is
Plastic tape containing polyolefin resin and
A paper tape in contact with the plastic tape is provided.
The step of providing the metal sheath is a method for manufacturing a solid cable performed at a temperature of 40 ° C. or higher and 75 ° C. or lower.
〔付記2〕
導体の外周に絶縁テープを巻き付けて絶縁層を設ける工程と、
前記絶縁層を乾燥して脱気する工程と、
乾燥及び脱気後の前記絶縁層に絶縁油を含浸する工程と、
前記絶縁油が含浸された前記絶縁層の外周に金属シースを設ける工程とを備え、
前記絶縁テープは、
ポリオレフィン系樹脂を含むプラスチックテープと、
前記プラスチックテープに接する紙テープとを備え、
前記金属シースを設ける工程は、前記導体の最高使用温度の50%以上80%以下の温度にて行うソリッドケーブルの製造方法。[Appendix 2]
The process of wrapping an insulating tape around the outer circumference of a conductor to provide an insulating layer,
The step of drying and degassing the insulating layer and
The step of impregnating the insulating layer with insulating oil after drying and degassing, and
A step of providing a metal sheath on the outer periphery of the insulating layer impregnated with the insulating oil is provided.
The insulating tape is
Plastic tape containing polyolefin resin and
A paper tape in contact with the plastic tape is provided.
The step of providing the metal sheath is a method for manufacturing a solid cable performed at a temperature of 50% or more and 80% or less of the maximum operating temperature of the conductor.
上記付記1及び付記2に記載のソリッドケーブルの製造方法によれば、常温で金属シースを設けた場合に比較して、ソリッドケーブルの負荷オン時に絶縁油が膨張した際の絶縁油の内圧を小さくできる。特に、付記1に記載のソリッドケーブルの製造方法によれば、導体の最高使用温度にかかわらず、上記効果が得られる。負荷オン時の絶縁油の内圧を小さくできると、絶縁油における金属シースに作用するフープストレスを小さくできる。よって、補強層を用いない構成とできる。負荷オン時の絶縁油の内圧を小さくできることで、絶縁油におけるソリッドケーブルの長手方向への移動を小さくすることもできる。負荷オン時の絶縁油の内圧を小さくできることで、負荷オン時のソリッドケーブルの導体11の最高使用温度を、例えば従来の55℃から80〜90℃まで高くでき、送電容量を大きくすることができる。
According to the solid cable manufacturing method described in Appendix 1 and
10 ソリッドケーブル
11 導体、12 内部半導電層、13 絶縁層、14 外部半導電層、
15 金属シース、16 防食層、17 補強層
20 絶縁テープ
20A 両面複合テープ
21 プラスチックテープ、22 紙テープ
30 オイルギャップ
40 絶縁油
100 送電線路
110 海底ケーブル、120 陸上ケーブル
130 ジョイント
140 給油槽、150 給油管
160 測定部10
15 Metal sheath, 16 Anticorrosion layer, 17 Reinforcing
Claims (11)
前記導体の外周に設けられる絶縁層と、
前記絶縁層に含浸される絶縁油とを備えるソリッドケーブルであって、
前記絶縁層は、絶縁テープが巻き付けられて構成されており、
前記絶縁テープは、
ポリオレフィン系樹脂を含むプラスチックテープと、
前記プラスチックテープに対向して配置される紙テープとを備え、
前記プラスチックテープの電気抵抗率は、前記絶縁油の電気抵抗率に対して同等以下であるソリッドケーブル。With the conductor
An insulating layer provided on the outer circumference of the conductor and
A solid cable including an insulating oil impregnated in the insulating layer.
The insulating layer is formed by wrapping an insulating tape around the insulating layer.
The insulating tape is
Plastic tape containing polyolefin resin and
A paper tape arranged to face the plastic tape is provided.
A solid cable in which the electrical resistivity of the plastic tape is equal to or less than the electrical resistivity of the insulating oil.
(D)前記プラスチックテープの両面にそれぞれクラフト紙又はカーボン紙からなる前記紙テープが接合されている複合テープ。
(E)前記プラスチックテープの一面にクラフト紙からなる前記紙テープが接合されており、前記プラスチックテープの他面にカーボン紙からなる前記紙テープが接合されている複合テープ。Any one of claims 1 to 4 , wherein at least a part of the insulating layer is formed by alternately laminating the plastic tape and the composite tape according to any one of the following (D) or (E). The solid cable described in item 1.
(D) A composite tape in which the paper tape made of kraft paper or carbon paper is bonded to both sides of the plastic tape.
(E) A composite tape in which the paper tape made of kraft paper is bonded to one surface of the plastic tape, and the paper tape made of carbon paper is bonded to the other surface of the plastic tape.
前記金属シースの外周に設けられる防食層と、
前記金属シースと前記防食層との間、及び前記防食層の外周の少なくとも一方に設けられる補強層とを備え、
前記補強層の構成材料は、前記金属シースの構成材料よりも高抗張力を有する請求項1から請求項6のいずれか1項に記載のソリッドケーブル。A metal sheath provided on the outer circumference of the insulating layer and
An anticorrosion layer provided on the outer circumference of the metal sheath and
A reinforcing layer provided between the metal sheath and the anticorrosion layer and on at least one of the outer circumferences of the anticorrosion layer is provided.
The constituent material of the reinforcing layer, solid cable according to any one of claims 1 to 6 having a higher tensile strength than the material of the metal sheath.
前記ソリッドケーブルの長手方向に接続される他のケーブルと、
前記ソリッドケーブルと前記他のケーブルとの間に設けられるジョイントとを備え、
前記ジョイントは、前記ソリッドケーブルの長手方向に沿った前記絶縁油の移動を止める送電線路。The solid cable according to any one of claims 1 to 7 .
With other cables connected in the longitudinal direction of the solid cable,
A joint provided between the solid cable and the other cable is provided.
The joint is a power transmission line that stops the movement of the insulating oil along the longitudinal direction of the solid cable.
前記絶縁層を乾燥して脱気する工程と、
乾燥及び脱気後の前記絶縁層に絶縁油を含浸する工程と、
前記絶縁油が含浸された前記絶縁層の外周に金属シースを設ける工程とを備え、
前記絶縁テープは、
ポリオレフィン系樹脂を含み、かつ前記絶縁油の電気抵抗率に対して同等以下の電気抵抗率を有するプラスチックテープと、
前記プラスチックテープに接する紙テープとを備え、
前記金属シースを設ける工程は、前記導体の最高使用温度の50%以上80%以下の温度にて行うソリッドケーブルの製造方法。The process of wrapping an insulating tape around the outer circumference of a conductor to provide an insulating layer,
The step of drying and degassing the insulating layer and
The step of impregnating the insulating layer with insulating oil after drying and degassing, and
A step of providing a metal sheath on the outer periphery of the insulating layer impregnated with the insulating oil is provided.
The insulating tape is
A plastic tape containing a polyolefin resin and having an electrical resistivity equal to or lower than the electrical resistivity of the insulating oil.
A paper tape in contact with the plastic tape is provided.
The step of providing the metal sheath is a method for manufacturing a solid cable performed at a temperature of 50% or more and 80% or less of the maximum operating temperature of the conductor.
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