JPH0721850A - 直流電力ケーブル絶縁体用充填剤 - Google Patents

直流電力ケーブル絶縁体用充填剤

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JPH0721850A
JPH0721850A JP17073891A JP17073891A JPH0721850A JP H0721850 A JPH0721850 A JP H0721850A JP 17073891 A JP17073891 A JP 17073891A JP 17073891 A JP17073891 A JP 17073891A JP H0721850 A JPH0721850 A JP H0721850A
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勝利 塙
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 海底ケーブルなどの高圧直流送電線路に用い
られる直流電力ケーブル絶縁体用充填剤を改良する。 【構成】 ポリエチレンもしくは架橋ポリエチレンなど
の高分子直流電力ケーブル用絶縁体に添加する充填剤に
おいて、充填剤は球形状粒子からなる酸化マグネシウム
であることを特徴とする直流電力ケーブル絶縁体用充填
剤である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、海底ケーブルなどの
高圧直流送電線路に用いるのに好適な直流電力ケーブル
の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】現在、交流送電用電力ケーブルとしては
優れた絶縁特性や保守管理の容易性、防災性の面で多く
の利点を有することからポリエチレンや架橋ポリエチレ
ンを絶縁体とした電力ケーブル、いわゆるCVケーブル
が広く使用されており、近年の製造技術の著しい進歩と
相まって、今日では500kVケーブルとして実用化さ
れるに至っている。
【0003】このように、交流ケーブルとしては多くの
優れた特徴と実績を有するCVケーブルであるが、これ
を高圧直流送電用として適用する場合には直流絶縁特有
の問題が顕著に現われ、国内はもとより世界的にみても
未だ実線路への適用例はない。問題点の代表的なものと
して、ケーブルに直流電圧を印加した場合に絶縁体内に
形成される空間電荷の存在があることは一般に知られる
ところである。
【0004】例えば、ケーブルに負の直流電圧を印加す
ると、導体側近傍には負の空間電荷、逆に遮蔽側近傍に
は正の空間電荷が形成されることが知られている。この
ような場合には、導体電極直上および遮蔽側電極での電
界は緩和される反面、絶縁体内部に局所的高電界を発生
するばかりか、ケーブルの実質的な有効絶縁厚を小なら
しめてしまうこともまた知られるところである。さら
に、このような状態のところに直流と逆極性(この場合
は正)の雷インパルス電圧が侵入したり、直流電圧の極
性を急激に反転すると、空間電荷により緩和されていた
導体電極直上電界が著しく上昇し、予想外の破壊電圧の
低下を招くこととなる。
【0005】従って、ポリエチレンや架橋ポリエチレン
を絶縁体としたケーブルを直流用として適用するには、
前記した空間電荷の形成を極力抑制することが必要条件
となり、その抑制策としてこれまでにも種々の提案がな
されている。
【0006】例えば、特公昭57−21805号公報に
示されているように、ポリエチレンに50ミクロン以下
の粒径を有する20〜80重量部の有極性非扁平形状無
機絶縁粉末、即ち、ケイ酸アルミニウム,ケイ酸カルシ
ウム,炭酸カルシウム,酸化マグネシウム等を配合して
架橋した絶縁体とその外周に設けられた遮水層を有する
ケーブルもその一例であり、有極性無機絶縁物の添加に
より空間電荷の蓄積による直流絶縁耐力の低下を防止す
るようにしたものである。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
の直流ケーブルによると直流破壊特性は向上する反面、
ポリエチレンに添加した有極性無機絶縁物が異物として
作用してしまい、ケーブルとして要求されるもう一つの
特性である雷インパルス破壊特性が無添加(非充填)架
橋ポリエチレンに比べて低下してしまうという不都合が
ある。また、これら有極性無機絶縁粉末は一般に鉱物と
して産出されることから、微量ではあるが酸化鉄等の絶
縁特性上好ましくない不純物が含まれており、雷インパ
ルス破壊特性向上の阻害要因の一つとなっている。この
ため、ケーブル絶縁体の厚さは絶縁体の直流破壊特性よ
りも雷インパルス破壊特性によって決定され、ケーブル
外径が大きくなってしまうという問題があり、経済性
(コスト)、製造性の面でさらに改良が望まれた。
【0008】この発明の目的は、上記のような問題点を
解決するためになされたもので、有極性無機絶縁粉末を
添加したポリエチレンや架橋ポリエチレン絶縁ケーブル
において、前述した空間電荷形成抑制効果を損なうこと
なく、雷インパルス破壊特性を向上して、合理的絶縁設
計を可能とし、信頼性、経済性に優れた直流ケーブルを
提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】この発明は、ポリエチレ
ンもしくは架橋ポリエチレンなどの高分子直流電力ケー
ブル用絶縁体に添加する充填剤において、前記充填剤は
球形状粒子からなる酸化マグネシウムであることを特徴
とするものである。
【0010】ここで、添加物を酸化マグネシウムとした
理由を説明する。絶縁体の空間電荷蓄積の抑制に有効で
ある数ある有極性無機絶縁粉末のうち、特に、酸化マグ
ネシウムに限定したのは次の理由による。
【0011】(a)酸化マグネシウムを添加したポリエ
チレンあるいは架橋ポリエチレンのインパルス破壊特性
の低下が他の有極性無機絶縁粉末添加物に比べて小さ
い。即ち、空間電荷抑制効果があると考えられる各種有
極性無機絶縁粉末充填ポリエチレンの比較において、酸
化マグネシウム添加品が最も高いインパルス破壊強度を
有する。
【0012】(b)充填剤として工業的に広く使用され
ているタルクやクレイなどの有極性無機絶縁粉末は天然
鉱物であるため、酸化鉄などの電気絶縁上有害な不純物
が多く、かつその除去には工業的にも限度がある。これ
に対して、酸化マグネシウムは資源的にはマグネサイト
などの天然鉱物からも得ることができるが、海水,カン
水,苦汁などのマグネシウムイオン含有溶液から工業的
に製造される炭酸マグネシウム,水酸化マグネシウムな
どの人工的に合成されたマグネシウム化合物を原料とし
て製造することができ、前述した天然鉱物からのものに
比べはるかに高純度で、かつ品質や物性の安定した材料
の供給が可能であるという利点を有する。
【0013】球形状粒子からなる酸化マグネシウムと限
定した理由を説明する。ケーブル用として均質な絶縁体
を得るためには、添加する酸化マグネシウムがポリエチ
レンや架橋ポリエチレンに一様に分散することが必要で
あるが、柱形状粒子はポリエチレン中で一様に分散せ
ず、粒子のかたまり(凝集粒子)が発生しやすいのに対
して、球形状粒子は分散性に優れ均質な絶縁体を得やす
いためである。また、酸化マグネシウムはポリエチレン
と誘電率が異なるため、局所的には粒子の部分の電界が
乱され、特に、柱形状粒子の場合には先端部での電界が
高くなり、電気絶縁上不適であると予想された。
【0014】球形状粒子からなる酸化マグネシウムを得
るには、人工的に合成された微粉末酸化マグネシウムを
バインダーにより造粒する方法と、マグネシウムイオン
含有溶液から炭酸マグネシウム,水酸化マグネシウムな
どのマグネシウム化合物を製造するときの晶析条件を調
整して球形状粒子からなるマグネシウム化合物を製造し
さらに仮焼する方法とがある。造粒する方法により球形
状粒子とした酸化マグネシウムをポリエチレンに添加,
混練すると、酸化マグネシウムは球の原形を完全には保
持できずに粒子のかたまり(凝集粒子)が発生しやすい
のに対して、晶析により製造した球形状粒子からなるマ
グネシウム化合物を仮焼する方法では、混練後も球形状
粒子を保持できておりポリエチレン中で一様に分散して
いる。また、造粒する方法では使用したバインダーがポ
リエチレン中に残存し絶縁特性を損なう可能性も予想さ
れる。
【0015】
【実施例】以下、この発明による充填剤を適用した直流
ケーブルを詳細に説明する。先ず、ポリエチレンに添加
する有極性無機絶縁粉末のインパルス破壊特性に及ぼす
影響について調査した。なお、これらが直流破壊特性に
及ぼす影響については前述した特許公報記載の実施例で
示したとおりである。
【0016】第1表に示すように、低密度ポリエチレン
からなる試料Aと母材が低密度ポリエチレンで、これに
種々の有極性無機絶縁粉末を添加した試料B〜Gを低密
度ポリエチレン100重量部に対して5重量部添加して
製造した。なお、試料A〜Gは、それぞれシート状に成
形されており、その厚さを0.2mmとしている。
【0017】
【表1】
【0018】次に、試料A〜Gの雷インパルス破壊強度
を測定した。その結果を第2表に示す。
【0019】第1表から明らかなように、有極性無機粉
末を添加していない試料Aが最も雷インパルス破壊強度
が高く、有極性無機粉末を添加したものは程度の差こそ
あれ無添加のものに比べインパルス破壊強度は低下して
いる。このことは添加した有極性無機絶縁粉末がポリエ
チレンの雷インパルス破壊強度を低下させる作用をして
いることを示している。さらに、添加する有極性無機粉
末の種類によりインパルス破壊強度が大幅に変わってお
り、有極性無機粉末の種類による影響が大きい。
【0020】比較した有極性無機粉末の中では、酸化マ
グネシウムを添加した試料Eが無添加の試料Aについで
高い雷インパルス破壊強度を示しており、その低下度合
いも他の有極性絶縁粉末に比較して格段に小さい。従っ
て、酸化マグネシムを含むポリエチレンは雷インパルス
破壊特性を大きく低下させないことが分かる。
【0021】図1はこの発明による直流電力ケーブルの
実施例の断面図であり、同図において1は200mm2
の銅撚線からなる導体、2は内部半導電層、4は外部半
導電層、5は金属遮蔽層であり、3がこの発明による球
形状の粒子からなる酸化マグネシウム添加の架橋ポリエ
チレン絶縁層である。なお、絶縁層はポリエチレン10
0重量部に対して酸化マグネシウムと老化防止剤、架橋
剤(DCP)を適量配合した架橋ポリエチレンである。
【0022】第2表はこの発明によるケーブルの改良効
果を確認するために、前記ケーブルを製造し、導体温度
90℃での直流破壊電圧および雷インパルス破壊電圧を
求めたものである。
【0023】比較例として上記実施例のケーブルおよび
このケーブルと同一寸法で、下記の4種類の絶縁体によ
るケーブルの結果を併せて示している。
【0024】比較例1:柱形状粒子からなる酸化マグネ
シウムを添加した架橋ポリエチレン。
【0025】比較例2:汎用充填剤であるケイ酸アルミ
ニウムを添加した架橋ポリエチレン。
【0026】比較例3:汎用充填剤であるケイ酸マグネ
シウムを添加した架橋ポリエチレン。
【0027】比較例4:添加物の混入されていない架橋
ポリエチレン。
【0028】
【表2】
【0029】第2表から明らかなように、直流破壊電圧
は比較例4と実施例ならびに比較例1〜3との比較か
ら、有極性無機絶縁物を添加することで前述したように
大幅な破壊電圧の向上が認められる。このことは特公昭
57−21805号公報に示された内容の効果を裏付け
るものである。
【0030】一方、インパルス破壊電圧は、当然のこと
ながら比較例4の無添加の架橋ポリエチレンによるもの
が最も高かったが、この発明による実施例はそれについ
で高い破壊電圧を示している。このように、この発明に
よる実施例は、これまで問題とされていた有極性無機粉
末を添加することによるインパルス破壊特性の低下を最
少限に抑え、無添加の架橋ポリエチレンケーブルに近い
性能を有することが確認できた。
【0031】また、比較例1との比較から明らかなよう
に、同じ酸化マグネシウムを添加したものでも、その粒
子形状の差による破壊性能への影響が認められる。特に
インパルス破壊特性においては、柱状粒子形状を有する
比較例1の場合には、比較例2,3に比べて顕著な破壊
特性の向上が認められていない。これは粒子形状に起因
する分散性の差によるものと推察される。
【0032】なお、この発明による実施例では、比較例
2,3に比べ直流破壊特性の面でも性能向上が認められ
るのは、人工合成による酸化マグネシウムを使用してお
り、不純物が大幅に少なくなっていることによるものと
推定される。
【0033】
【発明の効果】以上説明したとおり、この発明の充填剤
を適用した直流電力ケーブルによると、芯線導体の外周
部に形成される絶縁体としてポリエチレンもしくは架橋
ポリエチレンに球形状粒子からなる酸化マグネシウムを
添加するようにしたため、直流諸特性に悪影響を及ぼす
絶縁体内の空間電荷の蓄積を低減する効果を損なうこと
なく、良好な直流破壊特性を維持しつつ雷インパルス破
壊特性の向上を達成することができ、これによってケー
ブルの小型化および軽量化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の電力ケーブルの一実施例を示す断面
図である。
【符号の説明】
1 導体 2 内部半導電層 3 絶縁層 4 外部半導電層 5 金属遮蔽層
【手続補正書】
【提出日】平成3年8月5日
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項2
【補正方法】変更
【補正内容】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 関井 康雄 茨城県日立市日高町5丁目1番1号「日立 電線株式会社電線研究所内」 (72)発明者 塙 勝利 茨城県日立市日高町5丁目1番1号「日立 電線株式会社日高工場内」 (72)発明者 山本 新一 山口県宇部市大字小串1985番地「宇部化学 工業株式会社内」 (72)発明者 北見 幹治 山口県宇部市大字小串1985番地「宇部化学 工業株式会社内」

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ポリエチレンもしくは架橋ポリエチレン
    などの高分子直流電力ケーブル用絶縁体に添加する充填
    剤において、前記充填剤は球形状粒子からなる酸化マグ
    ネシウムであることを特徴とする直流電力ケーブル絶縁
    体用充填剤。
  2. 【請求項2】 前記充填剤はマグネシウムイオン含有溶
    液からの晶析により得られた球形状のマグネシウム化合
    物を、さらに仮焼して得られる球形状粒子からなる酸化
    物マグネシウムであることを特徴とする「請求項1」記
    載の直流電力ケーブル絶縁体用充填剤。
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