JP6872148B2 - 電力ケーブル - Google Patents
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Description
導体と、前記導体の外周に設けられる絶縁層とを備え、
前記導体は、銅又は銅合金からなる複数の素線が撚り合わせられ、更に圧縮成形されてなる圧縮撚線であり、
前記絶縁層は、酸化防止剤を含有する架橋ポリオレフィンからなり、前記圧縮撚線に接して設けられる。
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。
(1)本発明の一態様に係る電力ケーブルは、
導体と、前記導体の外周に設けられる絶縁層とを備え、
前記導体は、銅又は銅合金からなる複数の素線が撚り合わせられ、更に圧縮成形されてなる圧縮撚線であり、
前記絶縁層は、酸化防止剤を含有する架橋ポリオレフィンからなり、前記圧縮撚線に接して設けられる。
前記電力ケーブルの横断面において、前記圧縮撚線の包絡円と、前記圧縮撚線の輪郭とをとり、前記包絡円の面積に対する前記輪郭内の面積が占める割合が85%超である形態が挙げられる。上記輪郭内の面積は、圧縮撚線をなす複数の素線に囲まれてできる微小な隙間を含むものとする。
前記酸化防止剤は、フェノール系であり、
前記架橋ポリオレフィンは、前記酸化防止剤を0.05質量%以上0.5質量%以下含有する形態が挙げられる。
部分放電試験において、10pCの放電発生電圧が15kV以上である形態が挙げられる。
AC破壊試験において、破壊電圧が20kV/mm以上である形態が挙げられる。
浸水課電後のAC破壊試験において、破壊電圧が15kV/mm以上である形態が挙げられる。
送電電圧が6.6kV以上である形態が挙げられる。
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態を具体的に説明する。図中の同一符号は、同一名称物を示す。
(概略)
以下、図1,図2を適宜参照して、実施形態に係る電力ケーブルを説明する。
実施形態の電力ケーブル1は、導体2と、導体2の外周に設けられる絶縁層3とを備える。電力ケーブル1は、絶縁層3が架橋ポリオレフィンからなるゴム・プラスチック絶縁電力ケーブルである。代表的には、電力ケーブル1は、絶縁層3の外周に外部半導電層4を備え、更にその外周に遮蔽層、シース(図示せず)を備えており、CVケーブルに類する構成を備える。
以下、構成要素ごとに詳細に説明する。
〈導体〉
実施形態の電力ケーブル1は、上述のように圧縮撚線からなる導体2を備える。圧縮撚線は、成形型を適宜選択することでその外形を変更できる。導体2を、図1に示すように横断面形状が円形状である円形圧縮撚線とすると、曲げなどが行い易い、素線20のうち、撚線の輪郭をなす外周素線間に設けられる隙間(撚り溝)を小さくし易い、横断面形状が六角形などの角張った形状である場合に比較して絶縁層3の厚さを均一的にし易く小径にし易い、製造過程で絶縁層3を押し出し易い、といった効果が期待できる。なお、ここでの横断面とは、電力ケーブル1の軸方向に直交する平面で切断した断面をいう。
絶縁層3は、上述のように架橋ポリオレフィンからなるものとする。ポリオレフィンの具体例として、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)などが挙げられる。代表的には、絶縁層3は、架橋ポリエチレンからなるものが挙げられる。
外部半導電層4や遮蔽層、シースなどは、公知の材料を利用できる。なお、外部半導電層4を省略することもできる。
実施形態の電力ケーブル1は、内部半導電層を備えておらず、導体2と絶縁層3とが直接接触する構造であるものの、上述のように導体2を特定の形状とすると共に、絶縁層3を特定の組成物とすることで、上述の内部半導電層を備える従来ケーブルと同等程度、又はそれ以上の絶縁特性を有することができる。
実施形態の電力ケーブル1は、送電電圧がより高い用途、特に送電電圧が600V超、更に3500V以上、特に6.6kV以上である用途に好適である。実施形態の電力ケーブル1は、送電電圧が6.6kV以上の用途であっても、上述のように導体2を特定の形状とすると共に、絶縁層3を特定の組成物とするため優れた絶縁特性を有する。
実施形態の電力ケーブル1は、例えば、以下の工程を備える製造方法によって製造することができる。この電力ケーブルの製造方法は、
複数の線材を撚り合せた後、更に圧縮成形して、圧縮撚線を形成する工程と、
前記圧縮撚線の直上に溶融状態の絶縁材料を押し出して、押出層を形成する工程と、
前記押出層を架橋する工程とを備え、
前記絶縁材料は、酸化防止剤を含有するポリオレフィンからなり、
押出温度を200℃以上とする。
以下、工程ごとに詳細に説明する。
この工程では、導体2とする圧縮撚線を形成する。圧縮撚線に供する線材は、銅又は銅合金からなり、所定の断面積や外径を有する線材、代表的には丸線を利用できる。上記線材は、公知の銅線、銅合金線の製造方法によって製造できる。上記線材として、比較的太めの線材を利用すると、圧縮度合いを高められ、上述の包絡円25における導体占有割合を高め易い。所定の撚り合せ本数の上記線材を同心撚りなどの適宜な撚り合せ方法によって撚り合わせる。撚り合せ後、所定の形状(好ましくは円形状)に圧縮成形して、導体2をなす圧縮撚線を形成する。圧縮成形は、上記導体占有割合が85%超となる範囲で圧縮度合いを調整して行うことが好ましい。
この工程では、用意した圧縮撚線の外周に絶縁材料によって押出層を形成する。押出層をなす絶縁材料には、酸化防止剤を含むポリオレフィンを用いる。酸化防止剤の種類や含有量、ポリオレフィンの具体例などは上述の通りである。圧縮撚線の外周に上記絶縁材料を押し出す際、溶融状態にある上記絶縁材料の温度(押出温度)を200℃以上とする。押出温度を200℃以上と高めにすることで、溶融状態の上記絶縁材料を、導体2をなす圧縮撚線の外周に密着させ易く、導体2と絶縁層3との界面に生じ得る微小な空隙をより低減し易いと期待される。押出温度が高いほど、上記絶縁材料が流動性により優れて、上記空隙をより低減し易いと考えられる。ポリオレフィンの種類、酸化防止剤の種類や含有量、押出層の厚さなどにもよるが、押出温度を205℃以上、更に210℃以上にすることが挙げられる。押出温度を調整することに加えて、又は代えて、押出圧力を高めにすることでも、上記空隙を低減し易いと期待される。
この工程では、導体2をなす圧縮撚線の外周に設けた押出層を架橋して、架橋ポリオレフィンからなる絶縁層3を形成する。架橋条件は、ポリオレフィンの種類、酸化防止剤の種類や含有量、押出層の厚さなどに応じて、適宜選択できる。
絶縁層3の外周、又は外部半導電層4の外周に遮蔽層やシースなど(いずれも図示せず)を形成する。遮蔽層やシースの製造条件は、公知の条件を利用できる。
実施形態の電力ケーブル1は、導体2に接して絶縁層3を備えており、内部半導電層を備えていないものの、導体2が圧縮撚線からなり、かつ絶縁層3が酸化防止剤を含有するため、上述の内部半導電層を備える従来ケーブルと同等程度、又はそれ以上の絶縁特性を有する。この効果を以下の試験例1で具体的に説明する。
以下の電力ケーブルについて、絶縁特性を調べた。
この試験で用いた電力ケーブルはいずれも、送電電圧が6.6kVであり、導体断面積が60mm2である単心のCVケーブル(6600V、CV、1X60SQ)相当とし、外部半導電層、遮蔽層、シースを備えるものとした。また、各電力ケーブルに備える導体は銅からなるものとし、絶縁層は同一の厚さとした。
試料No.1の電力ケーブルは、円形圧縮撚線からなる導体と、酸化防止剤を含む架橋ポリエチレンからなる絶縁層とを備え、上記導体に接して上記絶縁層が設けられたものである。
ここでは、1.0mmφ以上の線径を有する銅線を複数用意して撚り合せ、得られる電力ケーブル(円形圧縮撚線)の横断面において円形圧縮撚線の包絡円の面積に対する円形圧縮撚線の輪郭内の面積が占める割合、即ち導体占有割合が以下の値となるように圧縮度合いを調整して、円形圧縮撚線を作製した。導体占有割合は91%である。
また、ここでは、絶縁材料として、フェノール系の酸化防止剤を0.15質量%含有するポリエチレンを用意し、この絶縁材料を溶融状態として上記円形圧縮撚線の外周に押し出した後、架橋した。押出温度は、210℃とした。
試料No.100の電力ケーブルは、試料No.1に対して、上記導体占有割合を小さくした点を除いて、試料No.1と同様に作製した。試料No.100の電力ケーブルの導体占有割合は85%である。
試料No.200の電力ケーブルは、内部半導電層を備える従来ケーブルであり、市販のものを用意した。
いずれの試験においても、各試料の電力ケーブルから適宜な長さのケーブル片をとり、ケーブル片の端末(切断端面)から部分放電などが発生しないように十分な処置を行ったものを試験片として用いた。
用意した試験片を、室温(ここでは20℃程度)にて、線心外径の約10倍の円周に沿って180°屈曲させた状態で、試験片に備える導体と遮蔽層との間に、周波数が50Hz又は60Hzの正弦波に近い交流電圧を加え、部分放電の発生電圧を測定器で調べる。上記測定器には、10pC以下の放電電荷量を測定可能な精度を有するものを利用する。
(2) AC破壊試験(初期特性の評価)
用意した試験片を、上述の(1)部分放電試験と同様に、室温にて、線心外径の約10倍の円周に沿って180°屈曲させた状態で、導体と遮蔽層との間に周波数が50Hz又は60Hzのほぼ正弦波の波形を持つ交流電圧を印加する。交流電圧を徐々に増大させていき、絶縁破壊する電圧を調べる。
(3)浸水課電試験
この試験は、絶縁層の内外を浸水状態として、電圧を印加する。詳しくは、水路中に試験片を設置し、シースに穴をあけてシース内に浸水可能なようにし、かつケーブル両端から導体内に水を注入した状態で、印加電圧を12.7kV、周波数を50Hzとする課電(加速劣化条件での課電)を120日行った後、上述の(2)AC破壊試験と同様にして、AC破壊電圧(残存性能)を測定する。
(1)部分放電試験において15kVで部分放電が発生せず、15.8kVで発生した。即ち、10pCの放電発生電圧が15kV以上であった。
(2)AC破壊試験において、初期のAC破壊電圧が21kV/mmであり、20kV/mm以上であった。
(3)浸水課電試験において、浸水課電試験後のAC破壊電圧が19.2kV/mmであり、15kV/mm以上であった。
(1)部分放電試験において6.0kVで部分放電が発生し、10pCの放電発生電圧が15kV未満、更に10kV以下であった。
(2)AC破壊試験において、初期のAC破壊電圧が21kV/mmであった。
(3)浸水課電試験において、浸水課電試験後のAC破壊電圧が10.3kV/mmであり、15kV/mm未満、更に12kV以下であった。
(1)部分放電試験において5.0kV〜12kVで部分放電が発生した。
(2)AC破壊試験において、初期のAC破壊電圧が26kV/mmであった。
(3)浸水課電試験において、浸水課電試験後のAC破壊電圧が13kV/mm〜31kV/mmであった。
なお、試料No.200については、複数のサンプルを測定しており、(1),(3)に示すように結果にばらつきがある。
2 導体
20 素線
22 複数の素線で囲まれてできる隙間
25 包絡円
3 絶縁層
4 外部半導電層
g 包絡円における圧縮撚線の輪郭内の面積を除く領域
Claims (5)
- 導体と、前記導体の外周に設けられる絶縁層とを備え、
前記導体は、銅又は銅合金からなる複数の素線が撚り合わせられ、更に圧縮成形されてなる圧縮撚線であり、
前記絶縁層は、酸化防止剤を含有する架橋ポリオレフィンからなり、前記圧縮撚線に接して設けられており、
送電電圧が6.6kV以上であり、
部分放電試験において、10pCの放電発生電圧が15kV以上である電力ケーブル。 - 前記電力ケーブルの横断面において、前記圧縮撚線の包絡円と、前記圧縮撚線の輪郭とをとり、前記包絡円の面積に対する前記輪郭内の面積が占める割合が85%超である請求項1に記載の電力ケーブル。
- 前記酸化防止剤は、フェノール系であり、
前記架橋ポリオレフィンは、前記酸化防止剤を0.05質量%以上0.5質量%以下含有する請求項1又は請求項2に記載の電力ケーブル。 - AC破壊試験において、破壊電圧が20kV/mm以上である請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の電力ケーブル。
- 浸水課電後のAC破壊試験において、破壊電圧が15kV/mm以上である請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の電力ケーブル。
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