JPH07118463A - 電気絶縁物とそれを用いた電力ケーブル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電力ケーブルの絶縁体層の材料として用いた
時に、高温高電界下における耐酸化劣化特性が優れ、ta
n δの上昇を抑制することができる電気絶縁物と、それ
を用いた電力ケーブルを提供する。 【構成】 この電気絶縁物は、ポリオレフィン１００重
量部に対し、次式： 【化１】 （式中、Ｒは、−Ｃ₁₂Ｈ₂₅または−Ｃ₁₄Ｈ₂₉を表す）で
示される化合物１０〜５０重量％と、次式： 【化２】 （式中、Ｒ₁ ，Ｒ₂ は同じであっても異なっていてもよ
く、それぞれ、−Ｃ₁₂Ｈ₂₅，−Ｃ₁₄Ｈ₂₉を表す）で示さ
れる化合物５０〜９０重量％との混合物0.１重量部以
上、および有機過酸化物を含有する樹脂組成物の架橋体
である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電気絶縁物とそれを用
いた電力ケーブルに関し、更に詳しくは、耐酸化劣化特
性と高温高電界における電気絶縁特性とのいずれもが優
れている電気絶縁物、およびそれを用いた電力ケーブル
に関する。

【０００２】

【従来の技術】高電圧用の電力ケーブルとしては、従来
から、絶縁体層として絶縁油含浸のクラフト紙や半合成
紙を用いたＯＦケーブルや、例えば架橋ポリエチレンで
絶縁体層を形成したＣＶケーブルが使用されている。こ
れら電力ケーブルのうち、後者のケーブルは保守が容易
であり、誘電損も小さいので、最近、その使用分野が拡
大している。そして、使用分野の拡大に伴い、使用環境
の更なる高電圧化が進んでいる。

【０００３】ところで、この架橋ポリエチレン絶縁電力
ケーブルの絶縁体層は、通常、ポリエチレンと、４，
４’−チオビス（３−メチル−６−ｔ−ブチルフェノー
ル）のようなチオビスフェノール系酸化防止剤と、ジク
ミルパーオキサイドのような有機過酸化物と、更に必要
に応じては他の添加剤とをそれぞれ所定量配合して成る
樹脂組成物の架橋体で形成されている。

【０００４】しかしながら、上記した樹脂組成物の場
合、架橋時に、チオビスフェノール系酸化防止剤の一部
が架橋剤である有機過酸化物と反応することがある。こ
れは、チオビスフェノール系酸化防止剤におけるフェノ
ール系水酸基の活性水素が、架橋時に有機過酸化物から
生成したラジカルを捕捉する反応である。この反応の結
果、全体の架橋効率は低下して架橋阻害が起こるので、
得られた架橋体の耐熱性や耐老化性が劣化するという問
題が生じてくる。

【０００５】一方、使用環境の高電圧化に伴い、ケーブ
ルの運転電界の上昇とともに運転時の温度も高温化して
くる。そのため、ケーブルの絶縁体層は酸化劣化を起こ
しやすくなる。したがって、使用環境の高電圧化が進ん
で、過酷な条件に曝されても、充分な耐酸化劣化特性を
保持する絶縁体層が必要とされている。このような要請
に応える絶縁体層用の電気絶縁物としては、例えば、特
公昭６０−１６９７６号公報には、同公報に開示されて
いる多核多価フェノールのアルキルメルカプトカルボン
酸エステルを酸化防止剤として配合して成る架橋ポリエ
チレン組成物が提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記した酸化防止剤は
フェノール系水酸基の活性水素を含んでいないので、架
橋時における架橋阻害を引き起こすことがなく、得られ
た架橋体の耐酸化劣化特性は良好である。しかしなが
ら、特公昭６０−１６９６７６号公報で提案されている
電気絶縁物の場合、この架橋ポリエチレンで絶縁体層を
構成した電力ケーブルにおいては、そこに配合されてい
る各種の多核多価フェノールのアルキルメルカプトカル
ボン酸エステルが、絶縁体層を構成する架橋ポリエチレ
ンのネットの中で電荷のトラップサイトになる。そして
高電界においては、トラップされる電荷量が増大すると
ともに、高温下においてはモビリティーが増大する。

【０００７】したがって、この架橋ポリエチレンの絶縁
体層では、高温高電界下におけるtan δが上昇し、絶縁
体層が発熱してその絶縁特性は劣化するようになる。ま
た、tan δの上昇に伴って誘電損も増大し、その結果、
電力ケーブルの送電容量が減少するようになる。本発明
は、従来の電気絶縁物における上記した問題を解決し、
架橋時における架橋阻害を起こすこともなく、耐酸化劣
化特性が優れ、同時に高温高電界下におけるtan δの上
昇も起こさないので、電力ケーブルの絶縁体層に用いて
好適な電気絶縁物と、それを用いた電力ケーブルの提供
を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明においては、ポリオレフィン１００重量
部に対し、次式：

【０００９】

【化３】

【００１０】（式中、Ｒは、−Ｃ₁₂Ｈ₂₅または−Ｃ₁₄Ｈ
₂₉を表す）で示される化合物１０〜５０重量％と、次
式：

【００１１】

【化４】

【００１２】（式中、Ｒ₁ ，Ｒ₂ は同じであっても異な
っていてもよく、それぞれ、−Ｃ₁₂Ｈ₂₅，−Ｃ₁₄Ｈ₂₉を
表す）で示される化合物５０〜９０重量％との混合物0.
１重量部以上、および有機過酸化物を含有する樹脂組成
物の架橋体であることを特徴とする電気絶縁物が提供さ
れ、また、上記電気絶縁物で絶縁体層が形成されている
電力ケーブルが提供される。

【００１３】本発明の電気絶縁物は、上記した組成を必
須とする樹脂組成物の架橋体であるが、その樹脂組成物
において、上記した化合物(1) と化合物(2) の所定量比
の混合物を酸化防止剤として配合することに最大の特徴
を有する。まず、この樹脂組成物のベース樹脂はポリオ
レフィンである。使用可能なポリオレフィンとしては、
例えば、低密度ポリエチレン，中密度ポリエチレン，高
密度ポリエチレン，直鎖状低密度ポリエチレン，直鎖状
極低密度ポリエチレン，エチレン−酢酸ビニル共重合
体，エチレン−プロピレン共重合体，エチレン−ブテン
共重合体などをあげることができる。これらはそれぞれ
単独で用いてもよいし、適宜に２種以上を混合して用い
てもよい。

【００１４】また、この樹脂組成物を架橋するために配
合される架橋剤は、従来から用いられている有機過酸化
物である。例えば、ベンゾイルパーオキサイド，ジクミ
ルパーオキサイド，ｔ−ブチルクミルパーオキサイド，
２，５−ジメチル−２，５−ジ−ｔ−ブチルパーオキシ
ヘキセン，ジ−ｔ−ブチルパーオキサイド，２，４，−
ジクロロ−ベンゾイルパーオキサイドなどをあげること
ができる。

【００１５】そして、酸化防止剤としては、化合物(1)
と化合物(2) の混合物が用いられる。ここで、化合物
(1) はチオビスフェノール系酸化防止剤であって、１分
子中に１個のフェノール系水酸基を有するものであり、
また、化合物(2) は分子中にエステ結合を有し、しかし
フェノール系水酸基を有しないものである。ところで、
フェノール系水酸基を有する酸化防止剤（以下、ＡＨで
表す）が配合されているポリオレフィン（以下、ＰＨで
表す）を有機過酸化物（以下、Ｒ’ＯＯＲ’で表す）で
架橋させる場合には、一般に、次のようにして架橋反応
が進むものと考えられている。

【００１６】まず、Ｒ’ＯＯＲ’の熱分解により、Ｒ’
ＯＯＲ’→２Ｒ’Ｏ・に基づいてラジカルが発生する。
そして、このラジカルは、ＡＨおよびＰＨから水素を引
き抜き、次式： ２Ｒ’Ｏ・＋ＡＨ→２Ｒ’ＯＨ＋・Ａ・ ＲＯ・＋ＰＨ→Ｒ’ＯＨ＋Ｐ・ に基づいて、酸化防止剤とポリオレフィンのラジカルを
生成する。

【００１７】ついで、ポリオレフィンのラジカル間にお
ける架橋が進行していくと同時に、次式： ・Ａ・＋２Ｐ・→Ｐ−Ａ−Ｐ により、酸化防止剤がポリオレフィンにグラフト重合す
る。結局、全体の架橋反応では、酸化防止剤がポリオレ
フィンの主鎖にグラフト重合してそこに固定されること
になる。

【００１８】その結果、得られた架橋体では、高温下に
おけるモビリティーの増大が抑制されるので、高温高電
界下におけるtan δの上昇は抑制されることになる。本
発明で用いる酸化防止剤を構成する一方の成分、すなわ
ち化合物(1) において、１分子中のフェノール系水酸基
の数は１個であるため、この１個のフェノール系水酸基
のほとんどは上記したグラフト反応に使用されることに
なる。そのため、ポリオレフィンは架橋阻害を起こすこ
となく架橋されていく。

【００１９】また、他方の成分、すなわち化合物(2)
は、それ自体を含むポリオレフィン架橋体を絶縁体層と
して用いると、高温高電界においてtan δを上昇させ
る。しかし、この化合物(2) は、樹脂組成物の架橋時に
加わる熱によって、分子中のエステル結合が解離する。
そして、解離後に得られた化合物は、化合物(1) からフ
ェノール系水酸基の活性水素が引き抜かれたものとな
る。

【００２０】したがって、この化合物(2) は、架橋時に
分子中のエステル結合が解離することにより、化合物
(1) の場合と同じようにしてポリオレフィンにグラフト
重合する。このように、本発明で用いる酸化防止剤は、
化合物(1) と化合物(2) を混合することにより、それぞ
れが備えている性質を有効に利用したものである。

【００２１】この場合、混合物における化合物(1) と化
合物(2) の混合割合において、化合物(1) の割合が多す
ぎると、ラジカル化するフェノール系水酸基の数が過多
となってその一部が有機過酸化物とラジカル反応を起こ
して有機過酸化物を無駄に消費するようになり、その結
果、ポリオレフィンの架橋阻害が起こりはじめるので、
化合物(1) の割合は５０重量％以下に設定される。すな
わち、化合物(2) の割合は５０重量％以上に設定され
る。

【００２２】しかし、その混合割合が少なすぎる、すな
わち、化合物(2) の割合が多すぎると、この化合物(2)
におけるエステル結合の解離が充分に進行せず、架橋後
には、ポリオレフィンとグラフト重合しない化合物(2)
が多量に残留してしまい、その結果、得られたポリオレ
フィンの架橋体を電力ケーブルの絶縁体層として使用し
たときに高温高電界下におけるtan δの上昇を招くの
で、化合物(2) の割合は９０重量％以下に設定される。
すなわち、化合物(1) の割合は１０重量％以上に設定さ
れる。

【００２３】樹脂組成物の調製に当たっては、化合物
(1) と化合物(2) の混合物である酸化防止剤の配合量
は、ベース樹脂であるポリオレフィン１００重量部に対
し、0.１重量部以上に設定される。この配合量が0.１重
量部より少ない場合は、得られる架橋体の耐酸化劣化特
性が不充分になるからである。また、有機過酸化物の配
合量は、少なすぎると架橋反応を充分に進めることがで
きず、逆に多すぎると、押出し時にスコーチが発生し、
その結果、電気特性を低下させるという問題が生じてく
るので、通常は、ポリオレフィン１００重量部に対し１
〜３重量部であることが好ましい。

【００２４】本発明の電気絶縁物は、上記した組成の樹
脂組成物を加熱して有機過酸化物を熱分解することによ
りポリオレフィンの架橋反応を進めて製造することがで
きる。また、本発明の電力ケーブルは、導体の外周に上
記樹脂組成物を押出被覆し、その被覆層を加熱して架橋
反応を進めることにより絶縁体層を形成して製造するこ
とができる。

【００２５】

【発明の実施例】

実施例１〜４，比較例１〜３ 表１に示した樹脂組成物を、１５０mm² の導体の外周に
内部半導電層用の樹脂と一緒に押出被覆し、温度２２０
℃で架橋処理を行なって、絶縁体層の厚みが６mmの電力
ケーブルを製造した。

【００２６】各電力ケーブルにつき、自動シェアリング
ブリッジ（総研電気（株）製、機種：ＤＡＵ−ＰＳＣ−
ＵＡ）を用い、周波数５０Ｈｚ，測定温度９０℃，平均
電界２５kV／mmの条件でtan δ（％）を測定した。その
結果を表１に示した。また各電力ケーブルの絶縁体層か
ら試料を採取し、厚み１mmのシートにし、ＪＩＳＫ７１
１３−１９８１で規定する４号ダンベル形状に加工した
のち、ＪＩＳＫ７２１２−１９７７で規定するギヤオー
ブンの中で、温度１６０℃，時間１６８時間の老化試験
を行い、そのときの伸び残率（％）を測定した。以上の
結果も表１に示した。

【００２７】

【表１】

【００２８】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
電気絶縁物は、それを電力ケーブルの絶縁体層として用
いたとき、高温高電界下における耐酸化劣化特性が優
れ、tanδの上昇を抑制することができる。これは、酸
化防止剤として、化合物(1) と化合物(2) を所定の割合
で混合した混合物をポリオレフィンに架橋剤と一緒に配
合したことがもたらす効果である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ポリオレフィン１００重量部に対し、次
   式： 【化１】 （式中、Ｒは、−Ｃ₁₂Ｈ₂₅または−Ｃ₁₄Ｈ₂₉を表す）で
   示される化合物１０〜５０重量％と、次式： 【化２】 （式中、Ｒ₁ ，Ｒ₂ は同じであっても異なっていてもよ
   く、それぞれ、−Ｃ₁₂Ｈ₂₅，−Ｃ₁₄Ｈ₂₉を表す）で示さ
   れる化合物５０〜９０重量％との混合物0.１重量部以
   上、および有機過酸化物を含有する樹脂組成物の架橋体
   であることを特徴とする電気絶縁物。
2. 【請求項２】 請求項１の電気絶縁物で絶縁体層が形成
   されていることを特徴とする電力ケーブル。