JPH07141941A - Manufacture of bridged polyethylene insulated cable - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、架橋ポリエチレン絶縁
ケーブルの製造方法に係り、特に水性トリーの発生を抑
制することにより絶縁体の劣化を防止し、これによりケ
ーブルの電気的特性およびその寿命を著しく高めること
のできる高電圧の架橋ポリエチレン絶縁ケーブルに適し
た製造方法の改良に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing a crosslinked polyethylene insulated cable, and particularly to prevent deterioration of an insulator by suppressing the generation of an aqueous tree, thereby improving the electrical characteristics of the cable and its life. The present invention relates to an improvement in a manufacturing method suitable for a high-voltage cross-linked polyethylene insulation cable which can be significantly increased.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来より、電力ケーブルとして、絶縁材
料に架橋ポリエチレンを用いた架橋ポリエチレン絶縁ケ
ーブル（ＸＬＰＥケーブル）が多用されている。このケ
ーブルはポリエチレンを架橋させることにより耐熱性を
高めたもので、近年、その高電圧化が急速に進められて
おり、現在では５００ｋＶ級の架橋ポリエチレン絶縁ケ
ーブルが実用化されている。2. Description of the Related Art Conventionally, as a power cable, a crosslinked polyethylene insulated cable (XLPE cable) using crosslinked polyethylene as an insulating material has been widely used. This cable has improved heat resistance by cross-linking polyethylene, and in recent years, its voltage has been rapidly increased, and a 500 kV class cross-linked polyethylene insulated cable is now in practical use.
【０００３】このようなケーブルは、予め架橋剤を１〜
３％配合したポリエチレンを架橋剤の分解温度以下で導
体上に押出し被覆した後、高温高圧下で架橋させるもの
で、架橋剤としてはジクミルパーオキサイド（ＤＣＰ）
等の有機過酸化物が用いられれている。架橋プロセス
は、通常、加熱部と冷却部を有する架橋管内の加熱部で
行われ、架橋剤の分解温度以上に加熱され、かつ発泡を
抑えるため数気圧の圧力が付加された加熱部内にケーブ
ルを連続的に移動させることにより行なわれる。Such a cable has a cross-linking agent of 1 to 1 in advance.
Polyethylene containing 3% is extruded and coated on the conductor below the decomposition temperature of the cross-linking agent, and then cross-linked under high temperature and high pressure. The cross-linking agent is dicumyl peroxide (DCP).
Organic peroxides such as The cross-linking process is usually carried out in a heating section in a cross-linking tube having a heating section and a cooling section, and is heated above the decomposition temperature of the cross-linking agent, and a cable is placed in the heating section where a pressure of several atmospheres is added to suppress foaming. It is performed by continuously moving.
【０００４】上記の架橋プロセスは、従来の高温高圧の
水蒸気を用いる蒸気架橋方法に代わって、現在では、熱
源として誘導加熱コイルや電熱ヒータまたは高温の循環
ガスを用い、圧力媒体として不活性なガス、例えば、主
として窒素ガス等を用いる乾式架橋方法が主力になりつ
つあり、最近はほとんどの設備が乾式化されている。こ
のような方法で製造されたケーブルの電気的性質は、絶
縁体中の水分、異物、ボイド等により大きな影響を受
け、使用電圧が高くなるほどこの傾向は著しくなる。The above-mentioned cross-linking process replaces the conventional steam cross-linking method using high-temperature and high-pressure steam, and now uses an induction heating coil, an electric heater or a high-temperature circulating gas as a heat source, and an inert gas as a pressure medium. For example, a dry crosslinking method using mainly nitrogen gas or the like is becoming the mainstream, and recently, most facilities have been dry-processed. The electrical properties of the cable manufactured by such a method are greatly affected by moisture, foreign matter, voids, etc. in the insulator, and this tendency becomes more remarkable as the working voltage increases.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】乾式架橋方法において
は、水蒸気を加熱媒体とする蒸気架橋に比較してその水
分量は著しく少ないが、各種の原因による絶縁体中の水
分の存在によって水性トリーを発生し、電気的性質を低
下させる原因となる。このような絶縁体に存在する水分
の発生原因としては、 （イ）架橋剤の分解生成物の再分解によって生成するも
の （ロ）窒素ガス等の不活性なガス中に含まれる水分によ
るもの （ハ）冷却水からの直接の浸入によるもの （ニ）ペレット中に存在する水分によるもの （ホ）導体に付着する水分によるもの 等が挙げられるが、このうち（ハ）の冷却水からの直接
の浸入によるものについては、冷却水の温度はケーブル
が侵入した瞬間はその表層でかなり高くなり蒸気層を形
成するが、直ちに冷却されるので拡散する状態にはなく
外部導体の水分量が少し増加する程度であり、（ホ）の
導体に付着する水分によるものは、蒸気となって導体空
隙を介して抜けるが、１００℃以上に導体が予熱されれ
ばほとんど問題にならない。In the dry cross-linking method, the amount of water is significantly smaller than that in vapor cross-linking using steam as a heating medium, but the presence of water in the insulator due to various causes causes the formation of an aqueous tree. Occurs, which causes deterioration of electrical properties. The causes of water present in such insulators are (a) those generated by re-decomposition of decomposition products of the cross-linking agent (b) water contained in an inert gas such as nitrogen gas ( C) Direct infiltration from cooling water (d) Moisture present in pellets (e) Water adhering to conductors, etc. Regarding the infiltration, the temperature of the cooling water rises considerably at the surface of the cable at the moment when the cable enters and forms a vapor layer, but since it is cooled immediately, it does not diffuse and the moisture content of the outer conductor slightly increases. The amount due to the moisture adhering to the conductor of (e) becomes vapor and escapes through the conductor void, but if the conductor is preheated to 100 ° C. or higher, it causes almost no problem.
【０００６】上記（ニ）のペレット中に存在する水分は
約３０ppm 、また（イ）の架橋剤の分解生成物の再分解
によって生成するものは約１５００ppm である。即ち、
ペレット中に混入されたＤＣＰは加熱されると分解して
架橋反応を生じ、この際にクミルアルコール、メタン等
の分解残渣を生成するが、この分解残渣のうち、クミル
アルコールも再分解して水分を生成する。ＤＣＰの分解
で約７０％がクミルアルコール分解し、この全量が水に
分解したとして約１５００ppm の水を生ずる。The water content present in the pellet (d) is about 30 ppm, and the water content produced by re-decomposition of the decomposition product of the crosslinking agent (a) is about 1500 ppm. That is,
The DCP mixed in the pellets decomposes when heated and causes a cross-linking reaction to generate decomposition residues such as cumyl alcohol and methane. Of these decomposition residues, cumyl alcohol is also decomposed again. To produce water. Decomposition of DCP decomposes about 70% of cumyl alcohol, and if all of this is decomposed into water, about 1500 ppm of water is produced.
【０００７】従って、上記（イ）と（ニ）の約１５３０
ppm がポリエチレン側から発生する水分量である。一
方、上記（ロ）の窒素ガス等の不活性なガス中に含まれ
る水分によるものは、冷却水から蒸発する水分量が数kg
/hのオーダーであるため大きな問題となる。即ち、冷却
水から蒸発した水分は直接窒素ガス等の不活性なガス中
に拡散して管内の水分量を増加させ、ポリエチレン中に
侵入する。例えば、２７５ｋＶ、２０００mm2 の架橋ポ
リエチレン絶縁ケーブルを１m/min で製造した場合、ポ
リエチレンが３００℃から１００℃に冷却され、ケーブ
ルの持つ熱エネルギーの２０％が気化熱に代り、Ｎ2 ガ
スを１０Nm3 ／ｈ流したと仮定すると架橋管内の水分量
は約５６wt％となり、１０００ppm 程度の水分量とな
る。Therefore, about 1530 of the above (a) and (d)
ppm is the amount of water generated from the polyethylene side. On the other hand, due to the water contained in the inert gas such as (b) nitrogen gas, the amount of water evaporated from the cooling water is several kg.
Since it is on the order of / h, it is a big problem. That is, the water evaporated from the cooling water directly diffuses into an inert gas such as nitrogen gas to increase the amount of water in the pipe and penetrate into polyethylene. For example, when a 275 kV, 2000 mm 2 cross-linked polyethylene insulated cable is manufactured at 1 m / min, polyethylene is cooled from 300 ° C to 100 ° C, and 20% of the thermal energy of the cable is replaced by heat of vaporization, and N 2 gas is 10 Nm. Assuming that a flow rate of 3 / h is reached, the water content in the cross-linking pipe is about 56 wt%, which is about 1000 ppm.
【０００８】通常架橋ポリエチレンケーブルの絶縁体に
用いられる材料はＬＤＰＥ（低密度ポリエチレン）であ
り、ラメラー構造の結晶を形成する。この結晶化の過程
で不純物はラメラーから押出され、結晶の間の比較的隙
間の多いアモルファスの非晶質の部分に集まる。このラ
メラーの間の空間やアモルファスの部分の空間を総称し
てフリーボリュームという。本来フリーボリュームは、
高圧力で圧縮すれば押し潰すことができる空間という意
味であるが、本明細書では分解残渣や水が入り得る空間
と定義する。即ち、ポリエチレンは本来無極性物質であ
るから疎水性であって水を吸着しないので、このフリー
ボリューム中のみに水が存在する。The material normally used for the insulation of crosslinked polyethylene cables is LDPE (low density polyethylene), which forms crystals of lamellar structure. In the course of this crystallization, impurities are extruded from the lamella and gather in the amorphous part of the amorphous where there are relatively many gaps between the crystals. The space between the lamellas and the space of the amorphous part are collectively called free volume. Originally free volume,
It means a space that can be crushed if it is compressed with a high pressure, but in this specification, it is defined as a space into which decomposition residues and water can enter. That is, since polyethylene is originally a non-polar substance, it is hydrophobic and does not adsorb water, so that water exists only in this free volume.
【０００９】このフリーボリューム中に存在する水や分
解残渣がボイドを形成して絶縁体の電気的特性を低下さ
せる。ボイドの発生メカニズムには２つあり、１つは架
橋温度への急激な昇温でポリエチレンに含まれた水や分
解生成ガスが発泡することにより生じ、他の１つはポリ
エチレン中に高温高圧で溶けた水蒸気が冷却の過程で水
となって集まり形成するものである。架橋管内の圧力を
高くすれば前者は抑えることができるが、後者は抑える
ことができない。後者はフリーボリューム中に入った水
蒸気が凝縮する現象であるから、冷却の過程でポリエチ
レンが結晶化する時、分子間に存在していた水や分解残
渣は結晶外に押出され、飽和蒸気圧より圧力が高ければ
ガス体から液体となって結晶間のアモルファス部分に集
まり小さなボイドを形成する。このボイドは内圧が非常
に高く、従って表面エネルギーが高く不安定であるた
め、小さなボイドは集合して安定な大きさのボイドを形
成する。Water and decomposition residues present in this free volume form voids and deteriorate the electrical characteristics of the insulator. There are two void generation mechanisms. One is caused by the foaming of water and decomposition gas contained in polyethylene due to a rapid temperature rise to the crosslinking temperature, and the other is high temperature and high pressure in polyethylene. The melted water vapor becomes water during the cooling process and collects and forms. If the pressure inside the bridge is increased, the former can be suppressed, but the latter cannot be suppressed. The latter is a phenomenon in which water vapor that has entered the free volume condenses, so when polyethylene crystallizes during the cooling process, water and decomposition residues that existed between the molecules are extruded out of the crystal, and If the pressure is high, the gas becomes a liquid and gathers in the amorphous part between the crystals to form a small void. Since this void has a very high internal pressure and therefore has high surface energy and is unstable, small voids aggregate to form a void having a stable size.
【００１０】このようにボイドが形成されると絶縁特性
が低下し、例えケーブルを乾燥してボイドの内部が空に
なってもボイドは残存し、再びクミルアルコールが分解
すれば水分を吸収しボイド中に存在するイオンやメタル
等の汚損物質により水性トリーの発達に影響を与える。
従って、ケーブルの絶縁特性を向上させるためには、ま
ず第一に架橋プロセスで架橋管内の不活性なガス中に含
まれる水蒸気成分がポリエチレン中に侵入することを極
力防止することが重要となる。When the voids are formed in this way, the insulation characteristics are deteriorated, and even if the inside of the voids is emptied by drying the cable, the voids remain, and if cumyl alcohol decomposes again, it absorbs water. The development of aqueous trees is affected by fouling substances such as ions and metals present in the voids.
Therefore, in order to improve the insulation properties of the cable, it is first of all important to prevent water vapor components contained in the inert gas in the cross-linking tube from entering the polyethylene as much as possible in the cross-linking process.
【００１１】本発明は以上の点に鑑みなされたもので、
フリーボリューム中に入った水蒸気が凝縮する過程で生
ずるボイドの発生を防止し、これにより水性トリーの発
生を抑えケーブルの絶縁特性を向上させることをその目
的とするものである。The present invention has been made in view of the above points,
The purpose is to prevent the generation of voids that occur during the process of condensation of water vapor that has entered the free volume, thereby suppressing the generation of aqueous trees and improving the insulating properties of the cable.
【００１２】[0012]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の架橋ポリエチレン絶縁ケーブルの製造方法
は、導体外周に架橋剤を配合した未架橋のポリエチレン
を押出被覆した後、不活性なガス雰囲気に保持された加
熱部および冷却部よりなる架橋管内を通過させ、加熱部
内でポリエチレンを架橋させた後、冷却部で冷却するこ
とにより、架橋ポリエチレン絶縁ケーブルを製造する方
法において、加熱部内の不活性なガス雰囲気中の水分濃
度を架橋後のポリエチレンのフリーボリューム中の分子
状のＨ2Ｏの濃度以下に維持するようにしたものであ
る。In order to achieve the above object, the method for producing a crosslinked polyethylene insulated cable according to the present invention is such that an uncrosslinked polyethylene containing a crosslinking agent is extruded and coated on the outer circumference of a conductor, and then it is made inert. In a method for producing a crosslinked polyethylene insulated cable by passing through a crosslinked pipe consisting of a heating unit and a cooling unit held in a gas atmosphere, crosslinking polyethylene in the heating unit, and then cooling in the cooling unit, The water concentration in an inert gas atmosphere is maintained below the concentration of molecular H 2 O in the free volume of polyethylene after crosslinking.
【００１３】前述のように、ポリエチレンのフリーボリ
ュームは単なる空間であるから、水蒸気を含んだ不活性
なガスがここに侵入していると考えてよい。フリーボリ
ュームは低温（２０℃）で５〜６％、高温では熱膨張、
比重等から推定すると２０〜３０％と予測され、高温で
フリーボリューム中に平衡状態で侵入した水蒸気は冷却
部でポリエチレンの温度が低下することにより、急速に
飽和蒸気圧が低下し、水分（液体）となってポリエチレ
ン中に析出する。As described above, since the free volume of polyethylene is a mere space, it may be considered that an inert gas containing water vapor has entered there. Free volume is 5-6% at low temperature (20 ℃), thermal expansion at high temperature,
Estimated from specific gravity etc., it is predicted to be 20 to 30%, and the water vapor that has entered into the free volume at high temperature in equilibrium rapidly decreases the saturated vapor pressure due to the decrease in the temperature of polyethylene in the cooling part, and the water content (liquid ) And precipitate in polyethylene.
【００１４】従って、高温でポリエチレン中に存在する
水蒸気量が、冷却後の水の飽和蒸気圧に平衡してフリー
ボリューム中に残存する分子状のＨ2 Ｏ（ガス）の量に
等しければボイドを発生しない。即ち、冷却後のフリー
ボリューム中に残存する分子状のＨ2 Ｏの圧力がこの温
度で平衡な水の飽和蒸気圧以下となればよい。言い換え
れば、高温の不活性なガス中の水分の濃度を架橋後のポ
リエチレンのフリーボリューム中の分子状のＨ2 Ｏの濃
度以下に維持すればボイドを発生しない。Therefore, if the amount of water vapor present in polyethylene at high temperature is equal to the amount of molecular H 2 O (gas) remaining in the free volume in equilibrium with the saturated vapor pressure of water after cooling, voids will be formed. Does not occur. That is, the pressure of the molecular H 2 O remaining in the free volume after cooling may be equal to or lower than the saturated vapor pressure of water equilibrated at this temperature. In other words, if the moisture concentration in the high temperature inert gas is maintained below the concentration of molecular H 2 O in the crosslinked polyethylene free volume, no voids are generated.
【００１５】さらに、水分がボイド中に存在すれば、老
化防止剤等の分解の結果生ずる残渣により通常ｐＨ値が
下がりＨ+ の濃度が上昇する。またこれに電界が作用す
れば更にｐＨ値は下がり、このためＤＣＰの分解により
生じたクミルアルコールの脱水反応を生じて水が発生
し、この水が水性トリーの発達を促進することによりポ
リエチレンの劣化を引き起こす。しかしながら、ボイド
フリーの状態、即ち、水蒸気（分子状のＨ2 Ｏガス）の
状態にあれば、分解残渣のイオンはトラップされたまま
で動かないため、上記の脱水反応も抑制され水分を発生
しない。Furthermore, if water is present in the voids, the pH value usually decreases and the H + concentration rises due to the residue resulting from the decomposition of the antioxidant and the like. If an electric field acts on this, the pH value will drop further, and as a result, the dehydration reaction of cumyl alcohol produced by the decomposition of DCP will occur, and water will be generated. Cause deterioration. However, in the void-free state, that is, in the state of water vapor (molecular H 2 O gas), the ions of the decomposition residue remain trapped and do not move, so the above dehydration reaction is also suppressed and water is not generated.
【００１６】また、ボイドフリーの状態は本願第２の発
明、即ち、導体外周に架橋剤を配合した未架橋のポリエ
チレンを押出被覆した後、不活性なガス雰囲気に保持さ
れた加熱部および冷却部よりなる架橋管内を通過させ、
加熱部内でポリエチレンを架橋させた後、冷却部で冷却
することにより、架橋ポリエチレン絶縁ケーブルを製造
する方法において、加熱部内の温度を１９０〜２８０℃
の範囲に、かつその圧力を６〜１０kgf/cm2 に保持する
とともに、不活性なガス雰囲気中の水分濃度を０．２〜
１．０wt％の範囲に維持することにより達成される。The void-free state is the second invention of the present application, that is, the outer periphery of the conductor is extrusion-coated with uncrosslinked polyethylene containing a crosslinking agent, and then the heating and cooling parts are held in an inert gas atmosphere. Passing through the bridge
In the method for producing a crosslinked polyethylene insulated cable by crosslinking polyethylene in the heating part and then cooling it in the cooling part, the temperature in the heating part is 190 to 280 ° C.
And the pressure is maintained at 6 to 10 kgf / cm 2 and the water concentration in the inert gas atmosphere is 0.2 to
Achieved by maintaining in the range of 1.0 wt%.
【００１７】後述するように、架橋管内の圧力を１０kg
f/cm2 、温度を２００℃、冷却部の温度を５０℃とすれ
ば、ボイドフリーを達成する条件は、窒素ガス等の不活
性なガス雰囲気中の水分量を０．４wt％以下にすればよ
いが、不活性なガスを置換することにより、この量を減
ずることができるため、加熱部内の温度を１９０〜２８
０℃の範囲に維持し、その圧力を６〜１０kgf/cm2 に保
持すれば、不活性なガス雰囲気中の水分量が１．０wt％
まで上昇してもボイドフリーの状態を達成することが可
能となる。As will be described later, the pressure in the bridge pipe is 10 kg.
If f / cm 2 , the temperature is 200 ° C, and the temperature of the cooling part is 50 ° C, the condition for achieving void-free is to set the water content in an inert gas atmosphere such as nitrogen gas to 0.4 wt% or less. However, this amount can be reduced by substituting an inert gas.
If the temperature is maintained at 0 ° C and the pressure is maintained at 6 to 10 kgf / cm 2 , the water content in the inert gas atmosphere is 1.0 wt%.
It becomes possible to achieve a void-free state even when the temperature rises to.
【００１８】不活性なガスの置換は吹流しにより行われ
るが、精製再循環させるようにすることもできる。この
吹流し量は５Nm3 /h以上、特に１０Nm3 /h以上とするこ
とが好ましい。また、フリーボリューム中の水分量を抑
えるためには、冷却水の温度を低くする必要があり、架
橋管内の圧力を１０kgf/cm2 、温度を２００℃とすれ
ば、後述するように、２００℃での水分量の２０％がフ
リーボリューム中に許容し得るから、この量は２．７２
×１０-5g/cc、従って、図２の架橋管内の不活性なガス
中の水分量と水の分圧（ＰH2O）とのグラフから０．０
６kgf/cm2 以下の蒸気圧、即ち、冷却水の温度を３５℃
以下にせねばならない。しかしながら、上記のように不
活性なガスを置換することにより、冷却水の温度は７０
℃程度まで許容することができる。The replacement of the inert gas is carried out by means of a stream of air, but it is also possible to carry out purification and recycling. The flow rate is preferably 5 Nm 3 / h or more, more preferably 10 Nm 3 / h or more. In addition, in order to suppress the amount of water in the free volume, it is necessary to lower the temperature of the cooling water. If the pressure inside the cross-linking pipe is 10 kgf / cm 2 and the temperature is 200 ° C, it will be 200 ° C as described later. This amount is 2.72 because 20% of the water content in
X10 -5 g / cc, and therefore 0.0 from the graph of the water content in the inert gas and the partial pressure of water (P H2O ) in the cross-linking pipe of FIG.
Vapor pressure of 6kgf / cm 2 or less, that is, the temperature of cooling water is 35 ℃
You have to: However, by replacing the inert gas as described above, the temperature of the cooling water becomes 70%.
It can be allowed up to about ℃.
【００１９】尚、架橋後のポリエチレンの冷却は、冷却
水以外にも所定の流量の冷風を吹流すかあるいは精製再
循環させることによっても行うことができる。The polyethylene after cross-linking can be cooled by blowing a predetermined amount of cold air in addition to the cooling water or by refining and recycling.
【００２０】[0020]
【作用】本発明においては、加熱部内の不活性なガス雰
囲気中の水分濃度を抑えることにより、架橋後のポリエ
チレン中の水分の飽和蒸気圧が架橋管内の不活性なガス
中の水の分圧と同程度以下となるため、水分がポリエチ
レンのフリーボリューム中に分子状のＨ2 Ｏとして存在
する。これにより、フリーボリューム中に高温で存在す
る水蒸気が冷却によって析出することを防止することが
でき、ボイドフリーのケーブルを製造することが可能に
なる。In the present invention, by suppressing the water concentration in the inert gas atmosphere in the heating section, the saturated vapor pressure of water in the polyethylene after cross-linking is the partial pressure of water in the inert gas in the cross-linking pipe. Therefore, the water content exists as molecular H 2 O in the free volume of polyethylene. As a result, it is possible to prevent water vapor existing at a high temperature in the free volume from precipitating due to cooling, and it is possible to manufacture a void-free cable.
【００２１】[0021]
【実施例】以下、本発明の一実施例について説明する。 （Ａ）架橋ポリエチレン絶縁ケーブルの製造方法 図１は本発明の架橋ポリエチレン絶縁ケーブルの製造方
法に用いられる架橋装置１の概略を示したもので、２は
押出機、３は高周波誘導加熱コイル、４は加熱部Ａおよ
び冷却部Ｂからなる架橋管である。架橋管４の上部はス
プライスボックス（図示せず）を介して押出機２に接続
されており、架橋管４の加熱部Ａの外周にはヒータ５が
配置されている。EXAMPLES An example of the present invention will be described below. (A) Method for producing crosslinked polyethylene insulated cable FIG. 1 shows an outline of a crosslinking apparatus 1 used in the method for producing a crosslinked polyethylene insulated cable according to the present invention. 2 is an extruder, 3 is a high frequency induction heating coil, 4 Is a bridge tube consisting of a heating section A and a cooling section B. The upper portion of the cross-linking tube 4 is connected to the extruder 2 via a splice box (not shown), and a heater 5 is arranged on the outer circumference of the heating section A of the cross-linking tube 4.
【００２２】この加熱部Ａには窒素ガス６が充填されて
おり、管内の窒素ガス中の水分量を０．２〜１．０wt％
の範囲に、好ましくは０．４wt％以下に維持するよう
に、上部のガス供給孔６ａから窒素ガスが５Nm3 /h以
上、好ましくは１０Nm3 /h以上の流量で導入され、下部
のガス排出孔６ｂから同量のガスが排出される。この場
合、窒素ガスを精製再循環させるようにすることもでき
る。The heating section A is filled with nitrogen gas 6, and the amount of water in the nitrogen gas in the tube is 0.2 to 1.0 wt%.
In the range of, preferably so as to maintain below 0.4 wt%, the nitrogen gas from the top of the gas supply hole 6a is 5 Nm 3 / h or more, preferably introduced in more flow 10 Nm 3 / h, the lower portion of the gas discharge The same amount of gas is discharged from the hole 6b. In this case, the nitrogen gas may be purified and recycled.
【００２３】また、架橋管４の冷却部Ｂには内部に冷却
水７が収容されており、冷却水は冷却部Ｂの下部の冷却
水供給孔７ａから供給され、上部の冷却水排出孔７ｂか
ら排出されて絶縁体を冷却する。この冷却水上部の水温
の上昇を防止するために、加熱部Ａと冷却部Ｂとの接続
部を２重管構造とし、常時冷却水をオーバーフローさせ
る。Cooling water 7 is accommodated inside the cooling section B of the bridging pipe 4, and the cooling water is supplied from the cooling water supply hole 7a in the lower part of the cooling section B and the cooling water discharge hole 7b in the upper part. Is discharged from and cools the insulator. In order to prevent the water temperature above the cooling water from rising, the connecting portion between the heating portion A and the cooling portion B has a double pipe structure, and the cooling water is constantly overflowed.
【００２４】このように構成されたケーブルの架橋装置
１により本発明を実施するにあたっては、まず送出しド
ラム８に巻回された導体９が押出機２に導かれ、ここで
その外周に架橋剤を配合した未架橋のポリエチレンが被
覆される。この時、導体９は高周波誘導加熱コイル３に
より加熱され、次いで、ケーブル１０は架橋管４の加熱
部Ａ内で約２００℃に加熱されてポリエチレンが架橋さ
れた後、冷却部Ｂ内で７０℃以下まで冷却され、巻取ド
ラム１１に巻取られる。 （Ｂ）窒素ガス中の水分量の検討 ここで、ボイドフリーの状態を達成するための窒素ガス
中の水分量について検討する。In carrying out the present invention with the cable cross-linking device 1 configured as described above, first, the conductor 9 wound around the feed drum 8 is guided to the extruder 2, where the cross-linking agent is applied to the outer periphery thereof. Is coated with uncrosslinked polyethylene. At this time, the conductor 9 is heated by the high frequency induction heating coil 3, and then the cable 10 is heated to about 200 ° C. in the heating part A of the cross-linking tube 4 to cross-link polyethylene, and then 70 ° C. in the cooling part B. It is cooled to the following and wound on the winding drum 11. (B) Examination of Water Content in Nitrogen Gas Here, the water content in nitrogen gas for achieving the void-free state will be examined.
【００２５】ポリエチレン中の水分はガス状態ではフリ
ーボリューム中に存在し得るが、水分の状態ではボイド
を形成して析出する。従って、ポリエチレン中の水分は
フリーボリューム中に存在する飽和蒸気圧に相当するＨ
2 Ｏガスとボイド中の水がポリエチレン中に含まれる水
分量となる。ボイドフリーの状態は、架橋管内の圧力で
ポリエチレンが冷却された時にポリエチレン中の水の分
圧がその温度の水の飽和蒸気圧以下であればよい。Moisture in polyethylene can exist in the free volume in the gas state, but in the water state, it forms and deposits voids. Therefore, the water content in polyethylene is equivalent to the saturated vapor pressure existing in the free volume, H
2 O gas and water in the void are the amount of water contained in polyethylene. The void-free state may be such that when polyethylene is cooled by the pressure in the cross-linking pipe, the partial pressure of water in the polyethylene is equal to or lower than the saturated vapor pressure of water at that temperature.
【００２６】架橋管内の温度をＴ、圧力をＰ、この温度
におけるポリエチレン中のフリーボリュームの体積を
Ｖ、フリーボリューム中の水蒸気および窒素ガスの分圧
を、それぞれＰH2O 、ＰN2、冷却後のポリエチレン中の
フリーボリュームの体積をＶ´とすれば、 ＰＶ＝ＰH2O ＋ＰN2 ＝（ｍH2O ／ＭH2O ＋ｍN2／ＭN2）ＲＴ… ＰH2O Ｖ´＝（ｍH2O ／ＭH2O ）ＲＴ … ここで、ｍH2O 、ｍN2は、それぞれＨ2 Ｏ、Ｎ2 の質
量、またＭH2O 、ＭN2はＨ2 Ｏ 、Ｎ2 の分子量Ｒのガ
ス定数を示す。The temperature in the cross-linking tube is T, the pressure is P, the volume of free volume in polyethylene at this temperature is V, and the partial pressures of steam and nitrogen gas in the free volume are P H2O , P N2 , and after cooling, respectively. If the volume of the free volume in polyethylene is V ′, PV = P H2O + P N2 = (m H2O / M H2O + m N2 / M N2 ) RT ... P H2O V ′ = (m H2O / M H2O ) RT Here , m H2O and m N2 are the masses of H 2 O and N 2 , respectively, and M H2O and M N2 are the gas constants of the molecular weight R of H 2 O and N 2 , respectively.
【００２７】架橋管内の温度、即ち、ポリエチレンの温
度Ｔが２００℃から５０℃に冷却されたとすると、フリ
ーボリュームは約１／３に変化する。従って Ｖ＝３Ｖ´ … この時、Ｎ2 ガスは外圧とバランスの状態でポリエチレ
ン外に逃散すると考えられ、同時にＨ2 Ｏガスも一部逃
散するが、大部分は飽和蒸気圧が低下するため、水とな
りボイドを形成する。If the temperature in the cross-linked tube, that is, the temperature T of polyethylene is cooled from 200 ° C. to 50 ° C., the free volume changes to about 1/3. Therefore, V = 3V '... At this time, it is considered that the N 2 gas escapes to the outside of the polyethylene in a state of being balanced with the external pressure, and at the same time, a part of the H 2 O gas also escapes, but most of them decrease the saturated vapor pressure, It becomes water and forms voids.
【００２８】飽和蒸気圧Ｐｓ（Ｔ）は、ｍ´H2O をフリ
ーボリューム中に水蒸気として存在し得る水の量とする
と Ｐｓ（Ｔ）Ｖ´＝（ｍ´H2O ／ＭH2O ）ＲＴ… 従って、（ｍH2O −ｍ´H2O ）がボイドを形成する水分
量となる。ここで、架橋管内の圧力Ｐ＝１０kgf/cm2 、
水分量μ＝２wt％とすると、２００℃の状態での水分は
図３からｍH2O （２００℃）＝１．３６×１０-4（g/c
c）であるので、 ＰH2O Ｖ＝（ｍH2O ／ＭH2O ）ＲＴ … から、ＰH2O （２００℃）＝０．３０３（kgf/cm2 ）と
なる。The saturated vapor pressure Ps (T), when the amount of water that may be present as water vapor m'H2 O in the free volume Ps (T) V'= (m' H2O / M H2O) RT ... Therefore, ( m H2O −m ′ H2O ) is the amount of water that forms a void. Here, the pressure in the bridge pipe P = 10 kgf / cm 2 ,
Assuming that the water content μ = 2 wt%, the water content at 200 ° C. is m H2O (200 ° C.) = 1.36 × 10 −4 (g / c) from FIG.
Since c), P H2O V = (m H2O / M H2O ) RT, and then P H2O (200 ° C.) = 0.303 (kgf / cm 2 ).
【００２９】これがフリーボリューム中に存在する。こ
れを５０℃に冷却したとすれば、同様にして ＰH2O （５０℃）＝０．６２０７２（kgf/cm2 ） また、５０℃での飽和蒸気圧Ｐｓは、Ｐｓ（５０℃）＝
０．１２５８１（kgf/cm2 ）であるのでＰｓ（５０℃）
＜ＰH2O （５０℃）であるから、当然水が析出する。This exists in the free volume. If this is cooled to 50 ° C., P H2O (50 ° C.) = 0.62072 (kgf / cm 2 ) is similarly obtained, and the saturated vapor pressure Ps at 50 ° C. is Ps (50 ° C.) =
0.12581 (kgf / cm 2 ) so Ps (50 ° C)
Since it is <P H2O (50 ° C.), water naturally precipitates.
【００３０】この量ｍ´H2O は、 ｍ´H2O ＝［（ＰH2O (50℃) −Ｐｓ(50℃) ）／ＰH2O (50℃) ］×ｍH2O … 従って、 ｍ´H2O （５０℃）／ｍH2O （２００℃）＝０．８ 即ち、高温のガス中に存在する水分量の８０％がボイド
を構成する水分であって、２０％がボイドフリーを達成
する水分量であると推定される。[0030] The amount m'H2 O is, m'H2O = [(P H2O (50 ℃) -Ps (50 ℃)) / P H2O (50 ℃)] × m H2O ... Therefore, m'H2O (50 ℃) / M H2O (200 ° C) = 0.8 That is, it is estimated that 80% of the water content present in the hot gas is the water that constitutes the void, and 20% is the water content that achieves void-free. It
【００３１】従って、２００℃の温度の架橋管中の水分
量を０．４wt％以下にすればボイドフリーの状態が達成
される。以上の結果は、図４から明らかなように、ポリ
エチレンのフリーボリューム中に存在する水分量（分子
状のＨ2 Ｏ）としては１０ppm 以下となる。 （Ｃ）具体例 導体上に１．６％のＤＣＰおよびの老化防止剤を配合し
た未架橋のポリエチレンを押出し被覆し、２７５kV、２
０００mm2 の架橋ポリエチレン絶縁ケーブルを製造した
（絶縁厚２７．０mm；試料Ａ）。Therefore, the void-free state can be achieved by setting the water content in the cross-linked tube at a temperature of 200 ° C. to 0.4 wt% or less. As is clear from FIG. 4, the above results show that the amount of water (molecular H 2 O) present in the free volume of polyethylene is 10 ppm or less. (C) Specific Example A non-crosslinked polyethylene containing 1.6% of DCP and an antioxidant is extruded and coated on the conductor, and 275 kV, 2
A 000 mm 2 crosslinked polyethylene insulated cable was produced (insulation thickness 27.0 mm; sample A).
【００３２】この時の架橋条件は、架橋温度２００℃、
冷却水上部温度６５℃、Ｎ2 ガスの吹流し量１０Nm3 /
h、線速１．５m/min である。また、架橋管内のガス中
の水分量を測定した結果、０．４wt％であった。一方、
比較例として、冷却水上部温度８０℃、Ｎ2 ガスの吹流
し量を５Nm3 /hとした他は上記と同様の方法により２７
５kV、２０００mm2 の架橋ポリエチレン絶縁ケーブルを
製造した（試料Ｂ）。The crosslinking conditions at this time are as follows:
Cooling water upper temperature 65 ° C, N 2 gas flow rate 10 Nm 3 /
h, linear velocity 1.5 m / min. The water content in the gas in the cross-linking tube was measured and found to be 0.4 wt%. on the other hand,
As a comparative example, the same method as above was used except that the cooling water upper temperature was 80 ° C. and the N 2 gas flow rate was 5 Nm 3 / h.
A 5 kV, 2000 mm 2 cross-linked polyethylene insulated cable was produced (Sample B).
【００３３】このときの架橋管内のガス中の水分量を測
定した結果、２％であった。このようにして製造したケ
ーブルの架橋ポリエチレン中の水分量を測定した結果、
試料Ａでは１０ppm 以下、試料Ｂでは５０〜１００ppm
の値を示した。また、このようにして製造したケーブル
の架橋ポリエチレン中のボイドをレーザ走査顕微鏡およ
び透過型電子顕微鏡で観察した結果、試料Ａではボイド
の生成は認められず、一方試料Ｂではボイドを生成して
いるのが認められた。At this time, the water content in the gas in the cross-linked tube was measured and found to be 2%. As a result of measuring the water content in the cross-linked polyethylene of the cable manufactured in this way,
10 ppm or less for sample A, 50 to 100 ppm for sample B
The value of was shown. In addition, as a result of observing the voids in the cross-linked polyethylene of the cable manufactured in this way with a laser scanning microscope and a transmission electron microscope, the formation of voids is not observed in sample A, while the voids are formed in sample B. Was recognized.
【００３４】透過型電子顕微鏡で観察した結果を図５
（ａ）および（ｂ）に示す。The results of observation with a transmission electron microscope are shown in FIG.
Shown in (a) and (b).
【００３５】[0035]
【発明の効果】以上述べたように、本発明の方法によれ
ば、高温の架橋管内でポリエチレン中に侵入した水蒸気
が冷却後も架橋管内の飽和蒸気圧以下に保たれるため、
飽和蒸気圧の低下により水分（液体）となってポリエチ
レン中に止まりボイドを発生することが防止され、ボイ
ドフリーのケーブルを製造することができる。また、ボ
イドを発生しないため、分解残渣であるクミルアルコー
ルの脱水反応による水分の発生を抑制し水性トリーの発
達を防ぐことができ、ポリエチレンの劣化を著しく改善
することができる。As described above, according to the method of the present invention, the water vapor that has penetrated into the polyethylene in the high-temperature cross-linking pipe is kept below the saturated vapor pressure in the cross-linking pipe even after cooling.
It is possible to prevent voids from being generated because the saturated vapor pressure is reduced and the moisture (liquid) is stopped in the polyethylene, so that a void-free cable can be manufactured. Further, since voids are not generated, generation of water due to dehydration reaction of cumyl alcohol which is a decomposition residue can be suppressed, development of an aqueous tree can be prevented, and deterioration of polyethylene can be remarkably improved.
【図１】本発明の架橋ポリエチレン絶縁ケーブルの製造
方法に用いられる装置の概略図。FIG. 1 is a schematic view of an apparatus used in the method for producing a crosslinked polyethylene insulated cable of the present invention.
【図２】架橋管内のガス中の水分量と水の分圧の関係を
示すグラフ。FIG. 2 is a graph showing the relationship between the amount of water in the gas in the bridge and the partial pressure of water.
【図３】架橋管内のガス中の水分量と窒素ガス中の水分
量の関係を示すグラフ。FIG. 3 is a graph showing the relationship between the amount of water in the gas in the bridge and the amount of water in the nitrogen gas.
【図４】架橋管内のガス中の水分量とポリエチレン中の
水分量の関係を示すグラフ。FIG. 4 is a graph showing the relationship between the amount of water in the gas and the amount of water in polyethylene in the crosslinked pipe.
【図５】本発明の方法（ａ）および比較例の方法（ｂ）
によって製造した架橋ポリエチレン絶縁ケーブルのポリ
エチレンの透過型電子顕微鏡による観察結果を示す写
真。FIG. 5 is a method (a) of the present invention and a method (b) of a comparative example.
5 is a photograph showing the results of observation of polyethylene of a crosslinked polyethylene insulated cable manufactured by the method using a transmission electron microscope.
１…ケーブルの架橋装置 ２…押出機 ３…高周波誘導加熱コイル ４…架橋管 ５…ヒータ ６…窒素ガス ７…冷却水７ ９…導体 Ａ…加熱部 Ｂ…冷却部 1 ... Cable bridging device 2 ... Extruder 3 ... High frequency induction heating coil 4 ... Bridging tube 5 ... Heater 6 ... Nitrogen gas 7 ... Cooling water 7 9 ... Conductor A ... Heating part B ... Cooling part
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 会田 二三夫 川崎市川崎区小田栄２丁目１番１号 昭和 電線電纜株式会社内 (72)発明者 島貫 浩至 川崎市川崎区小田栄２丁目１番１号 昭和 電線電纜株式会社内 (72)発明者 加藤 雅裕 川崎市川崎区小田栄２丁目１番１号 昭和 電線電纜株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Fumio Aida 2-1-1 Oda Sakae, Kawasaki-ku, Kawasaki City Showa Electric Wire & Cable Co., Ltd. No. Showa Densen Denki Co., Ltd. (72) Inventor Masahiro Kato 2-1-1 Oda Sakae, Kawasaki-ku, Kawasaki City Showa Densen Denki Co., Ltd.
Claims (5)
エチレンを押出被覆した後、不活性なガス雰囲気に保持
された加熱部および冷却部よりなる架橋管内を通過さ
せ、前記加熱部内で前記ポリエチレンを架橋させた後、
前記冷却部で冷却することにより、架橋ポリエチレン絶
縁ケーブルを製造する方法において、前記加熱部内の不
活性なガス雰囲気中の水分濃度を架橋後のポリエチレン
のフリーボリューム中の分子状のＨ2 Ｏの濃度以下に維
持することを特徴とする架橋ポリエチレン絶縁ケーブル
の製造方法。1. An outer periphery of a conductor is extrusion-coated with uncrosslinked polyethylene mixed with a crosslinking agent, and then passed through a crosslinked pipe consisting of a heating part and a cooling part held in an inert gas atmosphere, and in the heating part, After cross-linking polyethylene,
In the method for producing a crosslinked polyethylene insulated cable by cooling in the cooling unit, the water concentration in an inert gas atmosphere in the heating unit is adjusted to the concentration of molecular H 2 O in a free volume of polyethylene after crosslinking. A method for producing a crosslinked polyethylene insulated cable, characterized by maintaining the following.
エチレンを押出被覆した後、不活性なガス雰囲気に保持
された加熱部および冷却部よりなる架橋管内を通過さ
せ、前記加熱部内で前記ポリエチレンを架橋させた後、
前記冷却部で冷却することにより、架橋ポリエチレン絶
縁ケーブルを製造する方法において、前記加熱部内の温
度を１９０〜２８０℃の範囲に、かつその圧力を６〜１
０kgf/cm2に保持するとともに、前記不活性なガス雰囲
気中の水分濃度を０．２〜１．０wt％の範囲に維持する
ことを特徴とする架橋ポリエチレン絶縁ケーブルの製造
方法。2. An outer periphery of a conductor is extrusion-coated with uncrosslinked polyethylene mixed with a crosslinking agent, and then passed through a crosslinking pipe consisting of a heating part and a cooling part, which is held in an inert gas atmosphere, and the inside of the heating part is heated. After cross-linking polyethylene,
In the method for producing a crosslinked polyethylene insulated cable by cooling in the cooling unit, the temperature in the heating unit is set in the range of 190 to 280 ° C and the pressure is set to 6 to 1
A method for producing a crosslinked polyethylene insulated cable, characterized in that the moisture concentration in the inert gas atmosphere is maintained in the range of 0.2 to 1.0 wt% while being maintained at 0 kgf / cm 2 .
の流量で置換されることを特徴とする請求項２記載の架
橋ポリエチレン絶縁ケーブルの製造方法。3. The method for producing a crosslinked polyethylene insulated cable according to claim 2, wherein the inert gas in the heating section is replaced at a flow rate of 5 Nm 3 / h or more.
持されることを特徴とする請求項２記載の架橋ポリエチ
レン絶縁ケーブルの製造方法。4. The method for producing a crosslinked polyethylene insulated cable according to claim 2, wherein the temperature of the cooling water in the cooling section is maintained at 70 ° C. or lower.
エチレンを押出被覆した後、不活性なガス雰囲気に保持
された加熱部および冷却部よりなる架橋管内を通過さ
せ、前記加熱部内で前記ポリエチレンを架橋させた後、
前記冷却部で冷却することにより、架橋ポリエチレン絶
縁ケーブルを製造する方法において、前記不活性なガス
雰囲気中の水分濃度を０．４wt％以下の範囲に維持する
ように、前記加熱部内の温度、圧力および不活性なガス
の置換流量を制御することを特徴とする架橋ポリエチレ
ン絶縁ケーブルの製造方法。5. An outer periphery of a conductor is extrusion-coated with uncrosslinked polyethylene mixed with a crosslinking agent, and then passed through a crosslinking pipe consisting of a heating part and a cooling part held in an inert gas atmosphere, and in the heating part, After cross-linking polyethylene,
In the method for producing a crosslinked polyethylene insulated cable by cooling in the cooling unit, the temperature and pressure in the heating unit are set so that the water concentration in the inert gas atmosphere is maintained in a range of 0.4 wt% or less. And a method for producing a crosslinked polyethylene insulated cable, which comprises controlling a replacement flow rate of an inert gas.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5290472A JPH07141941A (en) | 1993-11-19 | 1993-11-19 | Manufacture of bridged polyethylene insulated cable |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5290472A JPH07141941A (en) | 1993-11-19 | 1993-11-19 | Manufacture of bridged polyethylene insulated cable |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07141941A true JPH07141941A (en) | 1995-06-02 |
Family
ID=17756456
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5290472A Withdrawn JPH07141941A (en) | 1993-11-19 | 1993-11-19 | Manufacture of bridged polyethylene insulated cable |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07141941A (en) |
-
1993
- 1993-11-19 JP JP5290472A patent/JPH07141941A/en not_active Withdrawn
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20010130 |