JPH0239050B2 - Aburairidenryokukeeburunoseizohoho - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は油浸電力ケーブル特に超高圧もしく
は超々高圧下で使用できる電力ケーブルの製造方
法に関するものである。 近時送電々圧の高電圧化に伴ない、OFケーブ
ルに使用される絶縁体も通常のクラフト紙より優
れた誘電特性や絶縁耐力が要求されている。 この要求に対して、現在プラスチツクとセルロ
ースとを混抄もしくはラミネートした構造の半合
成紙の開発が進められており、相当有望なものと
認められ、一部は実用化に進んでいる。これらに
使用されるプラスチツクとしては電気特性、加工
性及びコスト等の点からポリオレフインが主とし
て使用されている。 しかしポレオレフインは絶縁油として主に用い
られる炭化水素系絶縁油とは化学構造が類似する
ために、絶縁油による膨潤、溶解現象を呈し、高
温度の絶縁油中ではこの現象は一層顕著である。
従つて耐絶縁油性を配慮すると、プラスチツクと
して結晶性の高いポリオレフインを用いることが
望ましく使用温度範囲を考え併せると、結晶融点
150℃以上の結晶性ポリオレフインに絞られる。
このような結晶性ポリオレフインとしては、具体
的にポリプロピレン（P.P）ポリ−４−メチルペ
ンテン−１（TPX）があげられる。 なお、こゝで用いられるポリプロピレンは結晶
性の高いポリプロピレンホモポリマーであり、
TPXは加工性を考慮して４−メチルペンテン−
１に他の炭化水素系ビニル化合物を若干量共重合
させたコポリマーとすることが多い。 また、上記の如きポリオレフインに貼り合わせ
る繊維紙としては絶縁油含浸性、耐電圧特性の点
から主にセルロース紙を用いており、多くの場合
ポリオレフインの両面にセルロース紙を配置した
ラミネート紙構造としている。 ポリオレフインシートとセルロース紙との貼り
合せは、製造加工の容易さからＴダイを取り付け
た押出機によりポリオレフインの溶融シートを押
出し、セルロース紙をこの溶融シートに沿わせて
ロールで圧着冷却してラミネート紙を製造してい
る。 OFケーブルに於ては、膨潤による紙厚の増加
は紙層間の面圧の増加を意味し、油流抵抗の増
大、並びにケーブルに曲げを与えた場合の紙皺の
発生等の原因となる。 従来のクラフト紙を用いたOFケーブルの場合
では、乾燥中の紙中水分の除去によつて紙厚が若
干減少し、絶縁油の注油含浸による紙厚の変化も
無いために紙層間の面圧は小さく、絶縁層の油流
抵抗には有利な結果を与えている。一方ラミネー
ト紙では絶縁体中の紙分率が小さいために、乾燥
時の水分の除去による紙厚減少効果が少ないのに
加え、注油含浸後のプラスチツクの膨潤によつて
紙厚が増加する。従つてその膨潤が僅かであつて
もクラフト紙の場合に比べ紙層間の面圧は大きく
増大し、その結果絶縁層の油流抵抗は極めて大き
い値を与える。特に高温度では膨潤量が大きくな
ると同時に、プラスチツクの熱膨脹も加わるの
で、この傾向は顕著となる。 以上のような膨潤による紙層間の面圧の低減を
はかるために、幾つかの工夫及び提案がなされて
いる。例えばラミネート紙の紙巻張力を通常のク
ラフト紙より、非常に低張力で巻き回すことによ
つて、紙層間の面圧を低減する方法等が採られて
いるが、この場合紙巻張力が、あまりに小さい
と、ケーブル製造中の油浸膨潤前の状態では紙層
間の緩みが大きいために、ケーブルコア巻き取り
時等に、紙層間が滑り、ギヤツプの乱れの原因と
なり易い。又、ラミネート紙のセルロース紙層に
あらかじめ余分の水分を付与することによつて、
ケーブル乾燥時にラミネート紙の水分除去による
紙厚減少を大きくし、紙層間の面圧を低減させる
という提案もあるが、この場合はラミネート紙に
水分を付与する別の工程及び製造設備が要求さ
れ、簡便な方法とはいえない。即ちラミネート紙
を長尺に巻き取つたロールをそのまゝ多湿度下に
放置するという簡単な方法では、ロール端部のみ
が吸湿により膨れあがり、内部まで均一に吸湿さ
せることは難しい。従つて多湿度下で低速度での
巻き返し、或は液体水を均一に塗り付ける等の面
倒な方法となる。又、セルロース紙への水分付与
があまりに多いとセルロースパルプ繊維が緩み、
乾燥によつて縮緬皺となり易い。 結晶性ポリオレフインは熱処理により、結晶性
が向上することが知られている。結晶性の向上は
絶縁油による膨潤抑制効果をもたらすことから、
あらかじめ熱処理を施したラミネート紙テープを
絶縁層として用いるという別の提案もある。この
場合、熱処理はラミネート紙の熱劣化を防ぐため
に、酸素遮断下の雰囲気で行なう必要があり、や
はり別の工程が必要となる。又、熱処理温度は通
常のケーブル乾燥温度より高い高温度で、かつか
なり長時間必要とされることから製造能率上ラミ
ネート紙を長尺に巻き取つたロール状或いはパツ
ト状で熱処理されることになる。 ラミネート紙はプラスチツク層を含むため、熱
膨張による厚さの増加もかなり大きい。例えばプ
ラスチツク分率50％のラミネート紙では、120℃
以上の温度では室温に対して２％以上の熱膨張に
よる厚さ増加となる。長尺に巻き取つた状態でラ
ミネート紙の熱処理を行なうと、上述の熱処理に
よる紙厚の増加は紙層間の面圧増加即ち、圧縮ヤ
ング率の小さいセルロース紙層が潰される（セル
ロース紙の空隙率が減少する。）ことによつて吸
収される。セルロース紙は完全な弾性体ではない
ので、熱処理後の冷却によつて、面圧が解放され
てもセルロース紙層は元の状態にまでは戻らず、
ある程度潰された状態になつたまゝであり、従つ
て、ラミネート紙の圧縮ヤング率は見かけ上増大
する。圧縮ヤング率の大きいラミネート紙を導体
上に巻き回すと、同一紙巻張力の条件では油浸膨
潤による厚さ増加分のラミネート紙の圧縮による
吸収は小さく、従つて面圧は増大し、油流抵抗、
ケーブルの曲げ特性上好ましくない結果を与え
る。 本発明は以上のような状況に鑑み、ラミネート
紙の油浸膨潤及び熱膨脹によつてもたらされる紙
層間の面圧増加に基づく、油流抵抗及びケーブル
曲げ特性の改善に関するものであり、従来の提案
のような煩雑な方法や、特別の設備を必要とせず
に、通常のケーブル製造工程中に若干の変更を加
えるだけで、優れた改良を達成するものである。 即ち、本発明は、油入電力ケーブルを構成する
導体外部に結晶融点150℃以上のポリオレフイン
フイルムの熔融押出により繊維紙と貼り合せ一体
化したラミネート紙テープを用いて、纏巻し絶縁
層を形成するに際して、ラミネート紙テープ層間
の面圧が0.05〜0.5Kg／cm²となるような張力で巻
き回して後、絶縁体の水分除去を目的とする真空
加熱乾燥工程中に、真空度は5Torr以下であり、
かつ少なくとも130℃以上の温度に10時間以上保
持されている条件を導入することを特徴とするも
のである。 ここで、紙巻巻張力としてラミネート紙層間の
面圧を、0.05〜0.5Kg／cm²とする理由は、0.05Kg／
cm²未満の面圧では紙巻後のケーブルコア巻取り時
に紙層間が滑り、ギヤツプの乱れを生ずるからで
あり、0.5Kg／cm²を越えた面圧では油浸膨潤及び
熱膨脹によつて油流抵抗の増大及び曲げ特性の悪
影響を与えるからである。 又、通常のクラフト紙OFケーブルの真空加熱
乾燥温度は紙の熱劣化による誘電特性、機械特性
への影響を考慮して120℃程度としている。ラミ
ネート紙の場合にも上述のことを考慮すれば、乾
燥温度は120℃程度が妥当となるが、120℃程度で
は熱処理に基づく膨潤抑制効果は小さく、膨潤抑
制に効果を発揮するには130℃以上の温度で10時
間以上の時間が必要となる。ラミネート紙を130
℃以上の高温度に保ち、熱劣化を少く抑えるため
には、空気中の酸素及び乾燥中に紙から揮散する
水分を遮断した雰囲気とすることが望ましい。特
に、ラミネート紙では繊維紙の熱劣化だけではな
く、樹脂（ポリオレフイン層）の酸化劣化も考慮
する必要がある。 OFケーブルの加熱乾燥は通常減圧下で行なう
が、空気の排気及び紙からの水分の揮散がしばら
く続いたために、減圧を開始してから真空度は直
ちには一定のレベルに落ちつかない。従つて減圧
乾燥中の真空度はすぐには一定レベルに落ちつか
ず、よつて減圧乾燥中の真空度は空気中の酸素濃
度と紙から揮散する水分濃度の和に対応する量と
考えることができる。 本発明者等は酸素及び水分をある一定のレベル
以下に遮断した雰囲気では乾燥温度を130℃以上
（望ましくは140℃以下）としても、酸素及び水分
による紙の熱分解の促進並びに酸素による樹脂層
の酸化劣化に与える影響がラミネート紙に対し
て、実用上誘電特性、機械特性に殆んど支障がな
いことを見出した。即ち、130℃以上の乾燥温度
を与えるに際しては真空度は5Torr以下とする必
要があることが判つた。 上記のような熱処理はラミネート紙中の水分を
ある程度除去した後、基本的には酸素遮断下の状
態で行なえば良く、従つて窒素ガス等の不活性ガ
ス中で処理することも場合によつて可能である。 本発明による熱処理は、通常の110〜120℃の真
空加熱乾燥工程中に、130℃以上の温度で10時間
以上の状態を含ませることであるから、あらかじ
め熱処理を施したラミネート紙を導体上に巻き回
す方法に比べ、以下の点でも有利な方法である。
即ち、乾燥工程中の高温熱処理によつて前述のよ
うにラミネート紙は熱膨脹に基づく紙厚増加を起
す。このときの紙層間の面圧によつて、セルロー
ス紙層が潰されるが、熱処理及び乾燥終了後の冷
却によつても潰された状態からはケーブルコアの
巻き返し等は行わずに、そのまゝ注油含浸処理を
行なうので、紙層間の緩みに基づくギヤツプの乱
れを生ずる心配はない。一方注油含浸によるラミ
ネート紙の膨潤で紙厚は増加するが、紙層間が緩
んだ状態となつているために、紙厚増加に基づく
面圧増加は低減し、従つて仕上つたケーブルの油
流抵抗、曲げ特性等には有利な効果をもたらす。
なお、本発明者等は先に特願昭53−160327に於て
「ポリオレフイン系ポリマーに予め５〜30重量％
の炭化水素絶縁油を練り込んだコンパウンドをシ
ート化した油浸絶縁用絶縁体」を提案し、ポリオ
レフインの絶縁油に対する膨潤を抑制することに
成功したが本発明に於ても上記の油浸絶縁用絶縁
体をポリオレフインとして用い得ることは当然で
ある。 本発明における代表的なラミネート紙はポリプ
ロピレン（PP）ラミネート紙及びポリ−４−メ
チルペンテン−１（TPX）ラミネート紙であり、
結晶性ポリオレフインの熱処理による結晶性向上
の効果は、結晶融点以下の融点に近い温度程効果
的である。従つて130℃以上10時間以上の熱処理
効果に対しては結晶融点が160〜170℃のポリプロ
ピレンの方が結晶融点230〜240℃のTPXよりも
効果が顕著である。 本発明による熱処理効果が顕著に表われるPP
ラミネート紙を主絶縁層とし、ケーブル接続等の
鉛工処理時等に絶縁外層が高温絶縁油に曝される
ことを考慮して、結晶融点が高く、耐熱性の良い
TPXラミネート紙を外側絶縁層に用いた絶縁構
成のケーブルに於ても本発明の実施による効果が
顕著である。 以下試験例について述べる。 試験例 １ メルトトインデツクスが12のポリプロピレンホ
モポリマーをＴダイを取付けた押出機により、
280℃の温度で溶融シートに押出し、この両面に
30μｍ厚のセルロース紙を沿わせて、80℃の圧着
ロールにより３層貼り合わせ120μｍ厚のPPラミ
ネート紙を得た。同様の方法により40μｍ厚のセ
ルロース紙をPPの両面に貼り合せた170μｍ厚の
PPラミネート紙及び40μｍと70μｍ厚のセルロー
ス紙を貼り合せた220μｍ厚のPPラミネート紙を
得た。 次に上記同様の押出ラミネート法にTPX（三井
石油化学社製MX−109）を290℃の温度で、溶融
シートに押出し、この両面に40μ及び70μ厚のセ
ルロース紙を貼り合わせ、TPXラミネート紙と
した。TPXラミネート紙は樹脂層とセルロース
紙層の接着力が充分でなかつたため。TPXの結
晶融点以上の温度で熱圧着ロールをかけ直すこと
により接着力を向上させ、200μ厚のTPXラミネ
ート紙とした。 次に上記４種のラミネート紙につき120μｍ厚
PPラミネート紙は28mm幅、170μｍ厚PPラミネー
ト紙は32mm幅、220μｍ厚PPラミネート紙は36mm
幅、200μｍ厚TPXラミネート紙は40mm幅にテー
プ状にスリツトして絶縁テープとした。次に導体
断面積2500mm²の導体上にカーボン紙及び片面絶縁
カーボン紙を巻き回し、上記スリツトしたラミネ
ート紙テープを120μｍ厚PPラミネート紙45層、
170μｍ厚PPラミネート紙38層、220μｍ厚PPラミ
ネート紙32層、200μｍ厚TPXラミネート紙21層
を順次巻き付け、絶縁厚24.5mmとした。 各ラミネート紙の巻き張力は紙層間の面圧が
0.1±0.02Kg／cm²となるように調整した。絶縁層
上に遮蔽層を設け供試試料とした。 上記供試試料を１ｍ長に切断し、真空加熱容器
に導き７日間の真空加熱乾燥を行なつた。７日間
の乾燥工程中に表１に示すような加熱温度、時
間、真空度を変えた条件を加え、表１の条件以外
の期間は加熱温度120℃、真空度0.1Torr以下と
した。 それぞれの条件で真空加熱乾燥を行なつた後70
℃以下の温度でアルキルベンゼン系絶縁油を注油
含浸してOFケーブルを得た。 得られたOFケーブルそれぞれについて、以下
の試験を行なつた。 ・油流抵抗：試料ケーブル１ｍ長を80℃のアルキ
ルベンゼン系絶縁油中に３日間浸漬処理を施し
た後、ケーブル端末をシール処理し、片端末の
導体油通路から１Kg／cm²の油圧を与えたとき、
ケーブル絶縁層を通して流れ出る油量によつて
油流抵抗Ｒを求めた。測定温度は80℃であり、
次式により油流抵抗を換算した。 Ｒ＝2πpl／Gηlogr₂／r₁（cm^-2） Ｑ：流量 η：絶縁油粘度 Ｐ：油圧 ｌ：有効試料長 r₁：導体半径 r₂：ケーブル外径 ・誘電正接（tanδ）：油流抵抗測定後の試料を水
分吸収及び汚損が入らないように絶縁油中で解
体し、絶縁層のほぼ中央に相当する170μｍ厚
のPPラミネート紙テープを取り出し、これを
平板電極にはさみ、シエーリングブリツジによ
りtanδを測定した。商用周波数15KV／mmの課
電条件で、測定温度は80℃である。 次に試験結果を示せば表１のとおりである、実
施No.１〜No.５の結果から、ラミネート紙の膨潤抑
制に効果を与え、油流抵抗を改善させるには130
℃以上の熱処理温度が必要であることが判り、実
施No.６・７及び４から熱処理時間は10時間以上が
顕著な効果を奏し、以後飽和する傾向がある。 従つてラミネート紙の加熱劣化を考えると、不
必要に長時間かける必要はない。実施No.８〜11で
真空度が5Torrより大きいとラミネート紙の熱劣
化及び酸化劣化による誘電特性への影響が大きく
なることが判る。

【表】 試験例 ２ 導体断面積400mm²の導体上にカーボン紙及び片
面絶縁カーボン紙を巻き回し、その上に絶縁層と
して実施例１で用いた32mm幅にスリツトした
170μｍ厚PPラミネート紙を25層巻き回して絶縁
厚約４mmとした。 紙巻き張力は表２に示すような紙層間面圧とな
るように、それぞれの試料を作つた。 各試料について絶縁層上に遮蔽層を設け、真空
加熱容器に入れて120℃×６日間0.1Torr以下で
真空加熱処理を行なつた後、0.1Torr以下で135
℃×24時間加熱処理を行なつた。加熱処理後70℃
以下の温度に冷却し、アルキルベンゼン系絶縁油
を注油含浸して試料ケーブルを得た。 各試料ケーブルについて、実施例１と同様な方
法により油流抵抗を測定した。又、試料ケーブル
を20倍径で５往復させた後、絶縁層を解体し、絶
縁層テープのギヤツプの乱れ及び紙皺の発生の有
無を観察した。 結果は表２の通りである。

【表】 表２の結果から曲げ特性及び油流抵抗に対して
紙巻張力が面圧0.05〜0.5Kg／cm²となるように選
ぶことが適切であることが判る。 なお、面圧0.5±0.05Kg／cm²となる紙巻張力を
実施した試料で、乾燥工程中に135℃×24時間の
加熱処理を行なわなかつたケーブルについては油
流抵抗21×10¹²cm^-2であり、曲げ試験後絶縁層に
多数の紙皺が発生していたことから加熱処理によ
る膨潤抑制の効果は明らかである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 結晶融点150℃以上のポリオレフインフイル
   ムの熔融押出により、繊維紙と貼り合せ一体化し
   てなるラミネート紙テープを絶縁体として導体の
   外部に纏巻する際ラミネートテープ層間面圧が
   0.05〜0.5Kg／cm²となるような紙巻張力で巻回し、
   紙巻後の絶縁体中の水分除去を目的とする真空加
   熱工程中に真空度5Torr以下、少なくも130℃以
   上の温度で10時間以上保持する条件を含む条件で
   行なつた後、油含浸及び金属被覆を施すことを特
   徴とする油入電力ケーブルの製造方法。