JPH07111845B2

JPH07111845B2 - 直流電力ケ−ブル

Info

Publication number: JPH07111845B2
Application number: JP61083190A
Authority: JP
Inventors: 宏山之内; 道雄高岡; 恒明馬渡; 幹幸小野; 昭太郎吉田; 利夫丹羽; 亨高橋; 敬一郎片岡
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 1985-05-03
Filing date: 1986-04-10
Publication date: 1995-11-29
Anticipated expiration: 2010-11-29
Also published as: JPS61253712A; JPS61253706A; JPH07111843B2; JPH0677412B2; JPS61253711A; JPS61253714A; JPH0677411B2; JPS61253713A; JPS61253705A; JPH0677413B2; JPH07111844B2; JPS61253707A; JPH07111846B2

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直流電力ケーブルに
関する。

［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、誘電特性が優れている
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。

［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。

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直流電力ケーブルを提供すること
を目的とする。

［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以上で、かつ平均粒径が10〜100nm、すなわち10〜10
0ミリミクロンのものを用い、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。

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。さらに、カーボンブラックの
平均粒径とは、各粒子径区間の粒子数をNi、粒子径区間
の中心値をDiとしたとき、平均粒径＝ΣNi・Di/ΣNi で与えられる。また、上記熱可塑性樹脂としては、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。

［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。

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。

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。

次に、各種数値限定の理由につき説明する。

（１）カーボンブラックの添加量が0.2〜５重量％の理
由。

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。

（２）吸油量／比表面積が0.7以上の理由。

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。

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。

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鎖状に連結しているので、この影響
が大きい。

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。

（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。

水素含有率が多いと、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。

（４）カーボンブラックの平均粒径が10〜100ミリミク
ロンである理由。

この大きさの粒径が、ポリエチレン等の絶縁体の結晶構
造を乱さない最適の値である。結晶構造が乱されると絶
縁体の電気的性能が低下する。粒径がこれより大きいと
カーボンブラックの分散や混じり具合が悪くなる。また
これより小さい場合は製造が難しく現実的でない。

［実験例］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。

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。

［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
縁耐力の高い直流電力ケーブルを提供することが可能と
なる。

───────────────────────────────────────────────────── 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)発明者高橋亨東京都江東区木場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)参考文献特許1781888（ＪＰ，Ｃ２)

Claims

【特許請求の範囲】

【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直流電力ケーブル。（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以上で、かつ、（ｂ）平均粒径が10〜100nmのカーボンブラック。