JPH0677413B2 - Power cable for high voltage DC transmission - Google Patents

Power cable for high voltage DC transmission

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JPH0677413B2
JPH0677413B2 JP60230879A JP23087985A JPH0677413B2 JP H0677413 B2 JPH0677413 B2 JP H0677413B2 JP 60230879 A JP60230879 A JP 60230879A JP 23087985 A JP23087985 A JP 23087985A JP H0677413 B2 JPH0677413 B2 JP H0677413B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、空間電荷による電界の変歪を取り除くこと
により、、絶縁耐力の向上を計った高圧直流送電用電力
ケーブルに関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a power cable for high-voltage DC power transmission, which has improved dielectric strength by removing distortion of an electric field due to space charge.

[従来の技術] 従来より、CVケーブル等、通常の交流高電圧電力ケーブ
ルの絶縁体としては、絶縁耐圧、誘導特性が優れている
ことから、ポリエチレンや架橋ポリエチレンが汎用され
ている。
[Prior Art] Conventionally, polyethylene or cross-linked polyethylene has been widely used as an insulator of a normal AC high-voltage power cable such as a CV cable because of its excellent dielectric strength and inductive characteristics.

[発明が解決しようとする問題点] ところで、ポリエチレンや架橋ポリエチレンなどからな
る絶縁体を有するケーブルを、高圧直流送電に適用する
場合には、いくつかの問題点が生じることが知られてい
る。最大の問題点は、直流高電圧を印加することによっ
て、絶縁体中に寿命の長い空間電荷が形成され易いこと
である。この空間電荷は一般に電子性、正孔性、イオン
性のものと言われており、ポリエチレンの結晶構造に関
係した領域に電荷がトラップされるためとされている。
また、ポリエチレンは絶縁性の良好な無極性の物質であ
るため、トラップされた電荷の漏れが起こりにくく、従
って、寿命の長い空間電荷となる。そして、直流印加に
よって絶縁体に空間電荷が蓄積されると、導体近傍の電
界強度が上昇し、ケーブルの破壊電圧が低下する不都合
が生じる。
[Problems to be Solved by the Invention] By the way, it is known that some problems occur when a cable having an insulator made of polyethylene, cross-linked polyethylene, or the like is applied to high-voltage DC transmission. The biggest problem is that a long-life space charge is easily formed in the insulator by applying a high DC voltage. This space charge is generally said to be electronic, hole, or ionic, and this is because the charge is trapped in a region related to the crystal structure of polyethylene.
Further, since polyethylene is a non-polar substance having a good insulating property, leakage of trapped charges is unlikely to occur, and therefore space charges have a long life. Then, when the space charge is accumulated in the insulator by applying the direct current, the electric field strength near the conductor is increased, and the breakdown voltage of the cable is lowered.

この発明は、このような背景の下になされたもので、絶
縁体に悪影響を与える空間電荷の蓄積を低減することに
より絶縁耐力を高めた高圧直流送電用電力ケーブルを提
供することを目的とする。
The present invention has been made under such a background, and an object of the present invention is to provide a power cable for high-voltage DC transmission, which has increased dielectric strength by reducing the accumulation of space charges that adversely affect the insulator. .

[問題点を解決するための手段] 上記問題点を解決するためにこの発明は、絶縁体中に適
当量のカーボンブラックを添加したことをその要旨とす
る。前記カーボンブラックは、BET法で測定した比表面
積(m2/g)に対する鉱物油の吸油量(cc/100g)の比が
0.7以上、3.5以下、かつカーボンブラックに対する水素
含有率が0.6重量%以下のものを用い、このカーボンブ
ラックを熱可塑性樹脂に対し0.2〜5重量%添加して絶
縁組成物を構成する。
[Means for Solving Problems] In order to solve the above problems, the gist of the present invention is to add an appropriate amount of carbon black to an insulator. The carbon black has a ratio of the mineral oil absorption (cc / 100g) to the specific surface area (m 2 / g) measured by the BET method.
An insulating composition is formed by using a material having a hydrogen content of 0.7 or more and 3.5 or less and a hydrogen content of 0.6% by weight or less with respect to carbon black, and adding the carbon black in an amount of 0.2 to 5% by weight with respect to the thermoplastic resin.

ここで、比表面積とは、カーボンブラック1g当たりに吸
着する所定物質(例えば、N2,Arなど)の量で、g当た
りの表面積として表す。これは粒子1つずつの表面積を
測定することが困難なためである。一方、吸油量とは文
字通り油を吸う量であり、カーボンブラックの粒子構造
をみるためのものである。また、上記熱可塑性樹脂とし
は、ポリエチレン(低密度ポリエチレン、高密度ポリエ
チレン)、ポリプロピレン、エチレン酢酸ビニル共重合
体(EVA)、エチレンエチルアクリレート共重合体(EE
A)、エチレンプロピレンゴム(EPR)等、ならびにこれ
らの混合物を用いることができる。また、架橋して使用
することも勿論可能である。一方、カーボンブラックの
種類としては、SAFカーボン、アセチレンカーボンなど
が代表的なものである。
Here, the specific surface area is the amount of a predetermined substance (eg, N 2 , Ar, etc.) adsorbed per 1 g of carbon black, and is expressed as the surface area per g. This is because it is difficult to measure the surface area of each particle. On the other hand, the oil absorption amount is literally the amount of oil absorbed, and is for observing the particle structure of carbon black. The thermoplastic resin includes polyethylene (low density polyethylene, high density polyethylene), polypropylene, ethylene vinyl acetate copolymer (EVA), ethylene ethyl acrylate copolymer (EE
A), ethylene propylene rubber (EPR), etc., and mixtures thereof can be used. Further, it is of course possible to crosslink and use. On the other hand, typical types of carbon black include SAF carbon and acetylene carbon.

[作用] 上記構成によれば、空間電荷の漏れを促すことができ
る。以下、この理由について説明する。
[Operation] According to the above configuration, leakage of space charges can be promoted. The reason for this will be described below.

上記絶縁体組成物の抵抗率(比抵抗)をρ(Ω−m)と
し、絶縁抵抗の温度係数をα(1/℃)、電界係数(絶縁
抵抗のストレス係数)をβ(mm/kV)、絶縁体組成物に
かかる電界強度をE(kV/mm)とすれば、 ρ=ρ0exp−(αT+βE) ……(1) なる関係が成り立つことが知られている。
The resistivity (specific resistance) of the above-mentioned insulator composition is ρ (Ω-m), the temperature coefficient of insulation resistance is α (1 / ° C), and the electric field coefficient (stress coefficient of insulation resistance) is β (mm / kV). , E (kV / mm) is the electric field strength applied to the insulator composition, it is known that the relation of ρ = ρ 0 exp− (αT + βE) (1) holds.

そして、カーボンブラックを添加すると、電界係数βが
増加する一方で温度係数αが減少し、絶縁体組成物での
空間電荷の漏れを促進する。なぜならば、電界係数βが
増加すると抵抗率ρが低下するため、高ストレス部(強
い電界のかかる部分)の電界が緩和され、また、温度係
数αが減少すると、導体温度が高いときに遮蔽側に現れ
ていた最大電界Emaxが減少するからである。こうして、
絶縁体組成物内での電界分布が均一化の方向に動き、空
間電荷の蓄積が低減される。
When carbon black is added, the electric field coefficient β increases while the temperature coefficient α decreases, promoting the leakage of space charges in the insulating composition. This is because as the electric field coefficient β increases, the resistivity ρ decreases, so that the electric field in the high stress portion (the portion to which a strong electric field is applied) is relaxed, and when the temperature coefficient α decreases, the shielding side is increased when the conductor temperature is high. This is because the maximum electric field Emax that has appeared in is reduced. Thus
The electric field distribution in the insulator composition moves in the direction of homogenization, and the accumulation of space charges is reduced.

次に、各種数値限定の理由につき説明する。Next, the reasons for limiting various numerical values will be described.

(1)カーボンブラックの添加量が0.2〜5重量%の理
由。
(1) The reason why the amount of carbon black added is 0.2 to 5% by weight.

前記添加量が0.2%以下では上述した効果が十分に得ら
れない。また、5%以上では抵抗率ρの低下と電界係数
βの増加が著しく、熱破壊のおそれが生じる。
If the addition amount is 0.2% or less, the above effects cannot be sufficiently obtained. On the other hand, if it is 5% or more, the resistivity ρ is lowered and the electric field coefficient β is remarkably increased, which may cause thermal destruction.

(2)吸油量/比表面積が0.7以上で3.5以下の理由。(2) The reason why the oil absorption / specific surface area is 0.7 or more and 3.5 or less.

カーボンブラックの添加量を増加すると、粒子間の距離
が縮まり、高電界下においては粒子間にトンネル効果に
よる電流が流れる。このため、電界係数βが必要以上に
大きくなり、熱破壊を促す原因となる。従って、少ない
添加量で(1)式の抵抗率ρを低下させることが必須で
ある。
When the amount of carbon black added is increased, the distance between particles is shortened, and a current flows due to the tunnel effect between particles under a high electric field. Therefore, the electric field coefficient β becomes unnecessarily large, which causes thermal destruction. Therefore, it is essential to reduce the resistivity ρ of the formula (1) with a small addition amount.

ところで、比表面積に対する吸油量の比が大きいカーボ
ンブラックの方が少量で抵抗率ρを下げることができ、
この比が0.7以上ならば良好な結果が得られる。
By the way, it is possible to reduce the resistivity ρ with a smaller amount of carbon black having a large ratio of oil absorption amount to specific surface area,
Good results are obtained when this ratio is 0.7 or more.

一方、この比が3.5より大きくなると、粒子の凝集度が
増して見掛けの粒子径が大きくなり、ポリエチレン等の
熱可塑性樹脂との混じり合が悪くなる。特にアセチレン
カーボンでは粒子が悪くなる。特にアセチレンカーボン
では粒子が鎖状に連結しているので、この影響が大き
い。
On the other hand, when this ratio is larger than 3.5, the degree of aggregation of particles increases and the apparent particle size increases, resulting in poor mixing with a thermoplastic resin such as polyethylene. Particles are particularly bad with acetylene carbon. Particularly, in acetylene carbon, the particles are connected in a chain shape, so this effect is great.

また、SAF,ISAF,I-ISAF,CF,SCF,HAFカーボンのいずれか
のカーボンブラックを用いたときには、上記の比が0.7
〜1.5の範囲で、特に良好なことが実験的に確かめられ
た。
When any of SAF, ISAF, I-ISAF, CF, SCF, HAF carbon is used, the above ratio is 0.7
It was experimentally confirmed to be particularly good in the range of ~ 1.5.

(3)カーボンブラックに対する水素含有率が0.6重量
%以下であることの理由。
(3) The reason why the hydrogen content in carbon black is 0.6% by weight or less.

水素含有率が多いこと、π電子が多くなって電子の移動
が妨げられる。従って、所望の抵抗率ρを得るために
は、多量のカーボンブラックを添加しなければならな
ず、上記(2)と同様の理由により好ましくない。この
ため、水素含有率が低いほどよく、0.6重量%以下なら
ば良い結果が得られる。
The high hydrogen content and the large number of π electrons impede electron transfer. Therefore, in order to obtain the desired resistivity ρ, a large amount of carbon black must be added, which is not preferable for the same reason as the above (2). Therefore, the lower the hydrogen content, the better, and good results can be obtained if the hydrogen content is 0.6% by weight or less.

[実施例] 第1表に示す種々の絶縁体組成物を絶縁体とした電力ケ
ーブルを製造した。この場合、前記電力ケーブルは導体
断面積が200mm2、絶縁体厚さが3mmであり、内部および
外部半導電層と絶縁体とを同時押出しによって形成した
ものである。上記電力ケーブルに対して直流破壊試験を
行い第1表に示す結果を得た。
[Examples] Power cables having various insulator compositions shown in Table 1 as insulators were manufactured. In this case, the power cable has a conductor cross-sectional area of 200 mm 2 and an insulator thickness of 3 mm, and the inner and outer semiconductive layers and the insulator are formed by coextrusion. A DC breakdown test was conducted on the above power cable, and the results shown in Table 1 were obtained.

ただし、No.1〜4,7〜13については、30分毎に20kVずつ
電圧上昇させる短時間試験で試験した。
However, Nos. 1 to 4 and 7 to 13 were tested by a short time test in which the voltage was increased by 20 kV every 30 minutes.

また、No.5,6については、8時間毎に20kVずつ電圧上昇
させる長時間破壊で試験した。
Further, Nos. 5 and 6 were tested by long-time breakdown in which the voltage was increased by 20 kV every 8 hours.

なお、実用化可能な臨界値は72kVである。Note that the practically applicable critical value is 72 kV.

また、表中、CBはカーボンブラックを意味する。In the table, CB means carbon black.

第1表から明らかなように、本発明の電力ケーブルで
は、直流破壊電圧が大幅に改善されている。
As is clear from Table 1, the power cable of the present invention has a significantly improved DC breakdown voltage.

[発明の効果] 以上説明したように、この発明は、絶縁体をなす熱可塑
性樹脂中に、特定のカーボンブラックを特定量添加した
ので、空間電荷の蓄積を低減させることができる。この
結果、ケーブルの直流破壊電圧を高めることができ、絶
縁耐力の高い高圧直流送電用電力ケーブルを提供するこ
とが可能となる。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, since the specific amount of the specific carbon black is added to the thermoplastic resin forming the insulator, the accumulation of the space charge can be reduced. As a result, the DC breakdown voltage of the cable can be increased, and it is possible to provide a high-voltage DC power transmission cable with high dielectric strength.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小野 幹幸 東京都江東区木場1丁目5番1号 藤倉電 線株式会社内 (72)発明者 吉田 昭太郎 東京都江東区木場1丁目5番1号 藤倉電 線株式会社内 (72)発明者 丹羽 利夫 東京都江東区木場1丁目5番1号 藤倉電 線株式会社内 (72)発明者 高橋 享 東京都江東区木場1丁目5番1号 藤倉電 線株式会社内 (72)発明者 片岡 敬一郎 東京都江東区木場1丁目5番1号 藤倉電 線株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−235304(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Mikiyuki Ono 1-5-1 Kiba, Koto-ku, Tokyo Fujikura Electric Line Co., Ltd. (72) Inventor Shotaro Yoshida 1-5-1 Kiba, Koto-ku, Tokyo Fujikura Densen Co., Ltd. (72) Inventor Toshio Niwa 1-5-1, Kiba, Koto-ku, Tokyo Fujikura Densen Co., Ltd. (72) Inventor Takahashi 1-5-1, Kiba, Koto-ku, Tokyo Fujikura Den Line Co., Ltd. (72) Inventor Keiichiro Kataoka 1-5-1, Kiba, Koto-ku, Tokyo Fujikura Electric Line Co., Ltd. (56) Reference JP-A-60-235304 (JP, A)

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】熱可塑性樹脂に対し、次のカーボンブラッ
クを0.2〜5重量%添加した絶縁組成物を絶縁体として
使用することを特徴とする高圧直流送電用電力ケーブ
ル。 (a)BET法で測定した比表面積(m2/g)に対する鉱物
油の吸油量(cc/100g)の比が0.7以上、3.5以下で、か
つ、 (b)前記カーボンブラックに対する水素含有率が0.6
重量%以下のカーボンブラック。 (2)前記BET法で測定した比表面積(m2/g)に対する
鉱物油の吸油量(cc/100g)の比が0.7以上、1.5以下で
あることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の高圧
直流送電用電力ケーブル。
1. A power cable for high-voltage direct-current power transmission, comprising an insulating composition containing the following carbon black added to a thermoplastic resin in an amount of 0.2 to 5% by weight. (A) the ratio of the oil absorption (cc / 100g) of the mineral oil to the specific surface area (m 2 / g) measured by the BET method is 0.7 or more and 3.5 or less, and (b) the hydrogen content in the carbon black is 0.6
Carbon black up to wt%. (2) The ratio of the oil absorption amount (cc / 100g) of mineral oil to the specific surface area (m 2 / g) measured by the BET method is 0.7 or more and 1.5 or less. The power cable for high voltage DC transmission described.
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