JP7136103B2

JP7136103B2 - 電力ケーブルの製造方法

Info

Publication number: JP7136103B2
Application number: JP2019533910A
Authority: JP
Inventors: 隆志齊藤; 孝則山崎; 昭史片貝
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2017-08-04
Filing date: 2018-05-15
Publication date: 2022-09-13
Anticipated expiration: 2038-05-15
Also published as: CN110999004A; CN110999004B; WO2019026383A1; JPWO2019026383A1

Description

本開示は、電力ケーブルおよびその製造方法、並びに電力ケーブルの接続構造に関する。
本出願は、２０１７年８月４日出願の日本出願第２０１７－１５１３４８号に基づく優先権を主張し、前記日本出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。

ケーブルの接続においては、絶縁層を架橋させたケーブルの端部を段剥ぎして絶縁層などを取り除いて導体を露出させ、導体同士を接続した後、その導体接続部分の周囲に絶縁補強層を形成する。例えば、特許文献１には、架橋剤として有機過酸化物を含む樹脂組成物を導体接続部分の周囲に押し出し加熱することで架橋させた、絶縁補強層が記載されている。

特開２００１－１１２１３９号公報

本開示の一態様によれば、導体の外周に内部半導電層、絶縁層および外部半導電層を備える複数のケーブル同士がケーブル接続部で接続された電力ケーブルであって、前記ケーブル接続部は、前記ケーブルの端部から露出する前記導体同士を接続する導体接続部と、前記導体接続部および前記ケーブルの端部に露出する前記絶縁層を覆うように設けられる絶縁補強層と、を備え、前記絶縁層は、シラン架橋性樹脂組成物の架橋体から形成され、前記絶縁補強層は、有機過酸化物を含む樹脂組成物の架橋体から形成されている、電力ケーブルが提供される。

本開示の他の態様によれば、導体の外周に内部半導電層、シラン架橋性樹脂組成物を含む絶縁層および外部半導電層を形成し、ケーブルを作製するケーブル作製工程と、前記ケーブルの端部を段剥ぎするとともに、端部における前記絶縁層を他部よりも架橋度が高くなるように部分的にシラン架橋させる部分架橋工程と、部分的にシラン架橋させた前記ケーブルの端部から露出する前記導体同士を接続して導体接続部を形成する接続工程と、前記導体接続部と前記ケーブルの段剥ぎされた端部に露出する前記絶縁層を、有機過酸化物を含む樹脂組成物で覆い、加熱により架橋させて、絶縁補強層を形成する補強工程と、前記部分的にシラン架橋させた絶縁層を全体にわたってシラン架橋させる全架橋工程と、を有する、電力ケーブルの製造方法が提供される。

本開示のさらに他の態様によれば、導体の外周に内部半導電層、絶縁層および外部半導電層を備える２本のケーブルと、前記２本のケーブルの端部に露出する前記導体同士を接続する導体接続部と、前記導体接続部および前記ケーブルの端部に露出する前記絶縁層を覆うように設けられる絶縁補強層と、を備え、前記絶縁層は、シラン架橋性樹脂組成物の架橋体から形成され、前記絶縁補強層は、有機過酸化物を含む樹脂組成物の架橋体から形成されている、電力ケーブルの接続構造が提供される。

図１は、本開示の一実施形態にかかる電力ケーブルの長手方向に沿った断面図である。図２Ａは、本開示の一実施形態にかかる電力ケーブルの製造方法の工程を示すフロー図の一部である。図２Ｂは、本開示の一実施形態にかかる電力ケーブルの製造方法の工程を示すフロー図の一部である。図２Ｃは、本開示の一実施形態にかかる電力ケーブルの製造方法の工程を示すフロー図の一部である。図２Ｄは、本開示の一実施形態にかかる電力ケーブルの製造方法の工程を示すフロー図の一部である。

［本開示が解決しようとする課題］
有機過酸化物による架橋では、高温高圧雰囲気とするための特別な設備が必要となり、製造工程が複雑となることから、それに代わる架橋方法として、シラン架橋が検討されている。シラン架橋では、樹脂にシラン化合物を重合させたシラン架橋性樹脂を水蒸気に接触させることにより架橋を進行させることができる。

電力ケーブルをシラン架橋により作製する場合、例えばシラン架橋性樹脂から形成される絶縁層が設けられたケーブル同士を絶縁層の架橋度が低い状態で接続し、その接続部分に絶縁補強層を設けることにより、長尺の電力ケーブルとして構成した後に、電力ケーブルを常温に放置して絶縁層をシラン架橋させることが考えられる。

しかし、本発明者らの検討によると、ケーブルの接続部分を有機過酸化物を含む樹脂組成物で覆い、加熱架橋により絶縁補強層を形成しようとすると、絶縁補強層に隣接する絶縁層が、架橋度が低いために、熱変形してしまうことが見出された。このように絶縁層が熱変形してしまうと、電力ケーブルの電気特性が低下し、要求される特性を満たすことが困難となる。

そこで、本開示は、絶縁層にシラン架橋性樹脂を使用するとともに、絶縁層の変形を抑制しつつケーブル同士を接続して電力ケーブルを作製する新規な技術を提供することを目的とする。

［本開示の効果］
本開示によれば、絶縁層にシラン架橋性樹脂を使用するとともに、絶縁層の変形を抑制しつつケーブル同士を接続して電力ケーブルを作製することができる。

［本開示の実施形態の説明］
ケーブルの絶縁層をシラン架橋させる場合、ケーブルを高温の水蒸気雰囲気に置くことが考えられる。高温雰囲気であれば、シラン架橋の反応を促進できるので、絶縁層が厚い場合であっても、内部まで十分にかつ短時間でシラン架橋させることができる。

しかし、ケーブルは一般にドラム状に巻かれた状態でシラン架橋させるため、高温環境に置くと、ケーブル同士が溶融により互着してしまい、ケーブルとして使用できなくなる。ケーブル同士の互着を防ぎつつ、絶縁層をシラン架橋させるには、１００℃を超えない常圧水蒸気の雰囲気下で反応を進行させる必要がある。ただし、このような低い温度の雰囲気では、シラン架橋の進行が遅く、また絶縁層が厚いこともあって、絶縁層の内部まで架橋度を高くするには長時間かかってしまう。

このように、絶縁層をシラン架橋性樹脂で形成する場合、ケーブル同士を接続して絶縁補強層を形成するまでに、絶縁層の架橋度を十分に高くできず、絶縁補強層を加熱架橋させるときに、絶縁層の熱変形を十分に抑制できないことがある。

本発明者らは、上記課題について検討を行い、絶縁層において熱変形が生じるのは、主に、ケーブル端部の絶縁補強層に隣接する部分であることに着目した。このことから、絶縁層をケーブルの接続前に予めシラン架橋させる場合、長さ方向にわたって全体的にシラン架橋させる必要がなく、ケーブルの端部のみをシラン架橋させればよいことに想到した。ケーブル端部を局所的にシラン架橋させることにより、ケーブル同士を接続して絶縁補強層を設けるときに、加熱架橋による絶縁層の熱変形を抑制することができる。このとき、ケーブル端部のみを高温の水蒸気雰囲気とすれば、シラン架橋を短時間で行えるとともに、ケーブル同士の互着も抑制することができる。そして、ケーブルの接続により得られた電力ケーブルを例えば大気雰囲気に置くことで、絶縁層の未架橋部分におけるシラン架橋を進行させて、絶縁層全体の架橋度を高めることができる。

本開示は、このような知見に基づいて成されたものである。

＜本開示の一実施形態＞
以下、本開示の一実施形態について説明する。図１は、本開示の一実施形態にかかる電力ケーブルの長手方向に沿った断面図であり、主にケーブル接続部を示す。図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃ、および図２Ｄは、本開示の一実施形態にかかる電力ケーブルの製造方法の工程を示すフロー図である。なお、本明細書では、接続するためのケーブルを単にケーブルとし、これら複数のケーブルを接続したものを電力ケーブルとして説明する。また、本開示はこの一実施形態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全ての変更が含まれることが意図される。

（電力ケーブル）
本実施形態の電力ケーブル１は、図１に示すように、複数のケーブル１０同士がケーブル接続部２０で接続されたものであり、例えば海底ケーブルとして交流または直流の高電圧（例えば２２ｋＶ以上）による送電を行うために使用される。ケーブル接続部２０は、特定の接続構造を有しており、少なくとも導体接続部２１と絶縁補強層２３とを備え、ケーブル１０における絶縁層１３は、シラン架橋性樹脂組成物の架橋体から形成され、絶縁補強層２３は、有機過酸化物を含む樹脂組成物の架橋体から形成されて構成される。

ケーブル１０は、例えば、導体１１の外周に内部半導電層１２、絶縁層１３、外部半導電層１４が設けられている。外部半導電層１４の外周には、必要に応じて遮蔽層や防食層などが適宜設けられる。

導体１１としては、銅や銅合金からなる素線、もしくは複数の素線を撚り合わせた撚り線を用いることができる。導体径は、特に限定されず、電力ケーブルの電圧に応じて適宜変更してもよい。

内部半導電層１２および外部半導電層１４は、半導電性組成物から形成されている。半導電性組成物は、樹脂と導電性付与剤を含む。この樹脂としては、例えばポリエチレンやエチレン－酢酸ビニル共重合体、エチレン－エチルアクリレート共重合体、エチレン－メタクリレート共重合体などのエチレン共重合体などを用いることができる。導電性付与剤としては、例えばカーボンブラックを用いることができる。なお、半導電性組成物には、架橋剤や架橋助剤、酸化防止剤など他の添加剤を配合してもよい。

絶縁層１３は、シラン架橋性樹脂組成物を架橋させた架橋体から形成されている。シラン架橋性樹脂組成物は、樹脂にシラン化合物がグラフト重合されたシラン架橋性樹脂を含む組成物である。絶縁層１３を形成する樹脂としては、ポリオレフィンを用いることができ、その中でも電気絶縁性の観点からはポリエチレンが好ましい。シラン化合物は、いわゆるシランカップリング剤であり、例えば、加水分解によりシラノール基となる加水分解性シラン基を末端に有するケイ素化合物を用いることができる。なお、シラン架橋性樹脂組成物には、酸化防止剤など他の添加剤を配合してもよい。

絶縁層１３は、後述するように、ケーブル１０の端部に位置する部分が予め局所的にシラン架橋され、ケーブル１０同士を接続して電力ケーブル１として構成した後、全体的にシラン架橋されており、長さ方向にわたって所望の架橋度となるように構成されている。なお、以下の説明では、絶縁層１３におけるケーブル１０の端部に位置する部分を、単に絶縁層１３の端部ともいう。

なお、遮蔽層としては、電流が導体１１に流れる際に発生するノイズを遮蔽できるようなものであればよく、例えば金属層、金属編組線、金属テープ、金属ワイヤなどを用いることができる。防食層としては、例えばポリエチレンや塩化ビニル樹脂などを含む樹脂組成物を用いて形成することができる。

ケーブル１０同士を接続するケーブル接続部２０は、ケーブル１０と同様の積層構造を有するように形成され、導体接続部２１の外周には、接続部内部半導電層２２、絶縁補強層２３、接続部外部半導電層２４が設けられる。

導体接続部２１は、段剥ぎによりケーブル１０の端部から露出する導体１１同士を接続して形成されている。導体１１の接続は、例えば溶接、導体接続管を用いた圧縮接続など、従来公知の方法で行うことができる。

導体接続部２１の外周には、接続部内部半導電層２２が設けられている。接続部内部半導電層２２は、ケーブル１０を構成する内部半導電層１２と同様に半導電性組成物から形成される。例えば、半導電性組成物からなる半導電性テープを導体接続部２１の外周に巻き付けたり、半導電性組成物からなる半導電性チューブを導体接続部２１の外周にはめて加熱収縮させたりすることで、接続部内部半導電層２２は形成される。

絶縁補強層２３は、導体接続部２１の外周に接続部内部半導電層２２を介して設けられ、導体接続部２１と段剥ぎされたケーブル１０の端部に露出する絶縁層１３とを覆うように設けられている。絶縁補強層２３は、有機過酸化物を含む樹脂組成物を架橋させた架橋体から形成されている。絶縁補強層２３を形成する樹脂としては、例えば低密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレンなどを用いることができる。有機過酸化物としては、例えばジクミルパーオキサイドなどを用いることができる。

絶縁補強層２３の外周には、接続部外部半導電層２４が設けられている。接続部外部半導電層２４は、接続部内部半導電層２２と同様に半導電性組成物から形成される。

なお、接続部外部半導電層２４の外周には、ケーブル１０と同様に遮蔽層や防食層などが設けられる。

（電力ケーブルの製造方法）
本実施形態の電力ケーブル１の製造方法は、ケーブル作製工程、部分架橋工程、接続工程、補強工程および全架橋工程を有する。以下、各工程について詳述する。

（ケーブル作製工程）
まず、長尺の電力ケーブル１を構成するケーブル１０を作製する。例えば、導体１１の外周に、半導電性組成物、シラン架橋性樹脂組成物および半導電性組成物を順次もしくは同時に押出して積層させ、内部半導電層１２、絶縁層１３および外部半導電層１４を形成する。その後、外部半導電層１４の外周に例えば金属シールドなどの遮蔽層を形成し、最表面に防食層を設けることで、ケーブル１０を作製する。

（部分架橋工程）
続いて、図２Ａに示すように、ケーブル１０の端部を段剥ぎすることにより、内部半導電層１２や絶縁層１３、外部半導電層１４などを一部取り除いて導体１１を露出させる。

続いて、段剥ぎしたケーブル１０の端部のみを高温の水蒸気雰囲気にさらし、絶縁層１３におけるケーブル１０端部に位置する部分を局所的にシラン架橋させる。具体的には、図２Ｂに示すように、ケーブル１０の端部に蒸気シール用カバー５１を介して蒸気釜５２を設置し、ケーブル１０の端部に高温の水蒸気をあてる。これにより、絶縁層１３の端部において局所的にシラン架橋を進行させ、その架橋度を高める。架橋度としては、後述する絶縁補強層２３の形成の際の加熱架橋で熱変形しない程度まで高めるとよい。なお、絶縁層１３の端部以外は架橋度が低い状態となっている。

ケーブル１０の端部を部分架橋させるとき、高温の水蒸気で導体１１が酸化しないように、露出する導体１１を保護部材５３で覆うことが好ましい。これにより、導体１１の酸化を抑制しつつ、絶縁層１３のシラン架橋を短時間で行うことができる。

（接続工程）
続いて、図２Ｃに示すように、絶縁層１３の端部を部分架橋させたケーブル１０同士を突き合わせ、導体１１同士を接続して導体接続部２１を形成する。

（補強工程）
続いて、図２Ｄに示すように、導体接続部２１の外周に、半導電性組成物からなる半導電性テープを巻き付けたり、半導電性組成物からなる半導電性チューブをはめて加熱収縮させたりすることで、接続部内部半導電層２２を形成する。

その後、導体接続部２１上の接続部内部半導電層２２と端部に露出する絶縁層１３とを、有機過酸化物を含む樹脂組成物で覆い、加熱架橋させることで、絶縁補強層２３を形成する。例えば、樹脂組成物からなる樹脂テープを、接続部内部半導電層２２や端部に露出する絶縁層１３を被覆するように、巻き付け、金型内で、樹脂テープが巻かれた部分を加熱架橋させることで、絶縁補強層２３を形成する。本実施形態では、絶縁層１３の端部を予めシラン架橋させて、絶縁層１３における絶縁補強層２３と接する部分の架橋度を他の部分の架橋度以上としているので、絶縁補強層２３を加熱架橋する際に絶縁層１３が熱変形してしまうことを抑制できる。

続いて、絶縁補強層２３の外周に、接続部内部半導電層２２と同様に半導電性テープを巻き付けたり、半導電性チューブを取り付けたりすることで、図１に示すように、接続部外部半導電層２４を形成する。

続いて、接続部外部半導電層２４の外周に、ケーブル１０の構造に対応させて、例えば遮蔽層や防食層を形成する。これにより、ケーブル１０同士を接続してケーブル接続部２０を形成し、長尺の電力ケーブル１を得る。

（全架橋工程）
続いて、電力ケーブル１を大気雰囲気中に放置する。絶縁層１３は、部分的な架橋により絶縁補強層２３と接する端部の架橋度がその他の未架橋部分よりも高くなるように構成されているが、電力ケーブル１を大気中の水分と接触させることで、絶縁層１３を全体にわたって徐々にシラン架橋させる。これにより、絶縁層１３のうち主に未架橋部分での架橋度を高め、絶縁層１３全体にわたって所望の架橋度とする。

以上により、本実施形態の電力ケーブル１が得られる。

＜本実施形態にかかる効果＞
本実施形態によれば、以下に示す１つ又は複数の効果を奏する。

本実施形態では、ケーブル１０同士を接続する前に予め、絶縁層１３におけるケーブル１０の端部に位置する部分のみをシラン架橋させて、その架橋度を高くしている。これにより、ケーブル接続部２０において、絶縁層１３を覆うように絶縁補強層２３を加熱架橋により形成するときに、絶縁層１３の熱変形を抑制することができる。したがって、本実施形態によれば、ケーブル接続部２０における絶縁層１３の熱変形が少なく、電気特性に優れる電力ケーブル１が得られる。

また本実施形態では、絶縁層１３をシラン架橋性樹脂組成物で形成しているので、ケーブル１０同士を接続して電力ケーブル１として構成した後、その電力ケーブル１を大気雰囲気に放置することで、絶縁層１３の架橋度を高めることができる。すなわち、絶縁層１３を有機過酸化物により架橋させる場合と比べて、高温で加熱する必要がないので、電力ケーブル１を低コストで製造することができる。

また本実施形態では、絶縁層１３を部分的にシラン架橋させるときに、ケーブル１０の端部に露出する導体１１を、例えば保護キャップなどの保護部材５３で覆い、ケーブル１０の端部に高温の水蒸気を接触させている。これにより、導体１１の酸化を抑制しつつ、絶縁層１３のシラン架橋を短時間で行うことができる。

また本実施形態では、全架橋工程により絶縁層１３を全体にわたって徐々にシラン架橋させ、絶縁層１３における予め部分的にシラン架橋させた部分（ケーブル１０の端部に位置する部分）、およびその他の部分の架橋度を高めている。絶縁層１３の架橋度は、全架橋工程の時間によって変化する。短時間とする場合、絶縁層１３において、ケーブル１０の端部に位置する部分の架橋度は、その他の部分に比べて高くなりやすく、長時間とする場合、ケーブル１０の端部に位置する部分の架橋度は、その他の部分と同程度となりやすい。すなわち、絶縁層１３の端部の架橋度は、その他の部分と同程度、もしくはそれ以上の架橋度となる。

また本実施形態では、シラン架橋で形成された絶縁層１３の端部を覆うように、有機過酸化物を含む樹脂テープを巻き付け、加熱架橋させることで、絶縁補強層２３を形成している。これにより、絶縁補強層２３に含まれる有機過酸化物を絶縁層１３の方へ拡散させて、絶縁層１３と絶縁補強層２３との界面での架橋を進行させることができる。この結果、絶縁層１３および絶縁補強層２３をともに有機過酸化物で架橋させた場合よりも絶縁層１３と絶縁補強層２３との接着強度を高めることができる。

＜本開示の好ましい態様＞
以下、本開示の好ましい態様について付記する。

［付記１］
本開示の一態様によれば、導体の外周に内部半導電層、絶縁層および外部半導電層を備える複数のケーブル同士がケーブル接続部で接続された電力ケーブルであって、前記ケーブル接続部は、前記ケーブルの端部から露出する前記導体同士を接続する導体接続部と、前記導体接続部および前記ケーブルの端部に露出する前記絶縁層を覆うように設けられる絶縁補強層と、を備え、前記絶縁層は、シラン架橋性樹脂組成物の架橋体から形成され、前記絶縁補強層は、有機過酸化物を含む樹脂組成物の架橋体から形成されている、電力ケーブルが提供される。

［付記２］
付記１の電力ケーブルにおいて、好ましくは、前記絶縁層は、前記絶縁補強層と接する部分の架橋度が他の部分の架橋度以上となるように構成されている。

［付記３］
本開示の他の態様によれば、導体の外周に内部半導電層、シラン架橋性樹脂組成物を含む絶縁層および外部半導電層を形成し、ケーブルを作製するケーブル作製工程と、前記ケーブルの端部を段剥ぎするとともに、端部における前記絶縁層を他部よりも架橋度が高くなるように部分的にシラン架橋させる部分架橋工程と、部分的にシラン架橋させた前記ケーブルの端部から露出する前記導体同士を接続して導体接続部を形成する接続工程と、前記導体接続部と前記ケーブルの段剥ぎされた端部に露出する前記絶縁層を、有機過酸化物を含む樹脂組成物で覆い、加熱により架橋させて、絶縁補強層を形成する補強工程と、前記部分的にシラン架橋させた絶縁層を全体にわたってシラン架橋させる全架橋工程と、を有する、電力ケーブルの製造方法が提供される。

［付記４］
付記３の電力ケーブルの製造方法において、好ましくは、前記部分架橋工程では、前記ケーブルの端部に露出する前記導体を保護部材で覆い、前記ケーブルの端部に水蒸気を接触させる。

［付記５］
本開示のさらに他の態様によれば、導体の外周に内部半導電層、絶縁層および外部半導電層を備える２本のケーブルと、前記２本のケーブルの端部に露出する前記導体同士を接続する導体接続部と、前記導体接続部および前記ケーブルの端部に露出する前記絶縁層を覆うように設けられる絶縁補強層と、を備え、前記絶縁層は、シラン架橋性樹脂組成物の架橋体から形成され、前記絶縁補強層は、有機過酸化物を含む樹脂組成物の架橋体から形成されている、電力ケーブルの接続構造が提供される。

１電力ケーブル
１０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
２０ケーブル接続部
２１導体接続部
２２接続部内部半導電層
２３絶縁補強層
２４接続部外部半導電層
５１蒸気シール用カバー
５２蒸気釜
５３保護部材

Claims

導体の外周に内部半導電層、シラン架橋性樹脂組成物を含む絶縁層および外部半導電層を形成し、ケーブルを作製するケーブル作製工程と、
前記ケーブルの端部を段剥ぎするとともに、端部における前記絶縁層を他部よりも架橋度が高くなるように部分的にシラン架橋させる部分架橋工程と、
部分的にシラン架橋させた前記ケーブルの端部から露出する前記導体同士を接続して導体接続部を形成する接続工程と、
前記導体接続部と前記ケーブルの段剥ぎされた端部に露出する前記絶縁層を、有機過酸化物を含む樹脂組成物で覆い、加熱により架橋させて、絶縁補強層を形成する補強工程と、
前記部分的にシラン架橋させた絶縁層を全体にわたってシラン架橋させる全架橋工程と、を有する、電力ケーブルの製造方法。
前記部分架橋工程では、前記ケーブルの端部に露出する前記導体を保護部材で覆い、前記ケーブルの端部に水蒸気を接触させる、請求項１に記載の電力ケーブルの製造方法。