JPH07500944A - ケーブルの熱処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ケーブルの熱処理方法 本発明は、プラスチック材料を押し出し７で導電体等の表面に少なくとも１つの 層を形成し、このプラスチック材料で被覆した導電体等を絶縁すなわち被覆工程 と組み合わせて所定の方法で冷却する方法に関する。

ケーブルの製造においては、溶融ｙ３から室温まで遷移する際にポリエチレンの よ・うなプラスチック材料の比体積が大きく変化することにより生じる問題点が ある。これは、比４体積が大きく変化することにＪ）でケーブル内に不都合な収 縮現象が起ンて導電体の周りのプラスチック層が短くなり、ケ・−プルの延長線 及び端子に問題を生じる。収縮作用は、リールに巻き取られて仕上げ完了（７た ｂ−プルに又は導電体に熱処理を施すことによって予め少なくすることができる 。しかしながら、その際における問題点は、ケーブルがリール」−１で湾曲され ると応力が解放され、ケーブルが真っすぐにされるとプラスチック材料内に別の 応力状態が生じるという点である。リールに巻かねたケーブルの熱処理はまた、 たくさんのエネルＶを必要とすると同時に長い時間少なくとも２〜３時間を必要 とする。

本発明の目的は、従来技術の不利な点を除去することができる方法を提供するこ とである。この目的は、本発明の方法によって達成され、本発明の方法は、導電 体とこの導電体に隣接したプラスチック材料とを絶縁すなわち被覆工程において 所定のレベルまで冷却した後に、プラスチック材料の表面層とこの表面層に隣接 したプラスチック材料の部分とを媒体が充填された加圧空間において所定の温度 まで再度加熱することを特徴としている。

本発明の利点は、主として、上記の収縮の問題が短時間で且つ以前に使用されて いた技術と比較してかなり低いエネルギの消費で除去することができる点である 。エネルギの消費に関して得ることができる節約の例としては、本発明による方 法を適用した場合に特定のケーブルの熱処理に約３２ｋＷｈ／ｋｍの量のエネル ギが必要となることである。同じケーブルをリールに巻いた従来技術による熱処 理を使用する場合には、ケーブルの温度が２０°Ｃ〜１００’Ｃまで上昇する場 合のエネルギ消費は約４６ｋＷｈ／ｋｍである。更に、かなりの量のエネルギが リールを加熱するのに消費され且つ加熱空間で損失される。本発明の更に別の利 点は、従来技術の方法と異なり、リールに巻かれたケーブルの代わりに真っすぐ なケーブルに本発明による熱処理を施した場合にケーブル内に新しい応力状態が 生じないことである。

以下、添付図面に示した例によって本発明をより詳細に説明する。

添付図面のうち、第１図は高圧ケーブルの絶縁された導電体の典型的な断面図で あり、 第２図は、ケーブル導線が冷却工程に入ったときにおける種々のパラメータの変 化を示すグラフであり、 第３図は本発明による方法を適用した場合の第２図のパラメータの変化を示して おり、 第４図は、温度が２０’Ｃまで低下したときに実際の直径と比較して第２図及び 第３図から計算したプラスチック材料層の直径を示している。

第１図は、高圧ケーブルの絶縁された導電体の典型的な断面を示している。薄い 半導電性のプラスチック層である導電体シールド２が導電体１の周りに設けられ ている。導電体シールド２は絶縁体３によって被覆されており、最外層もまたか なり薄い半導電性のコロナノールド４から構成されている。仕」二げされたケー ブルは更に当業者によ（知られており且つ本発明には直接関係のない変動する数 の異なる層を含む。これらの層はここでは詳しく説明しない。中間及び高圧のケ ーブル内の導電体上のプラスチック層の厚みは例えば５〜３５ｍｍの範囲内で変 動する。広く使用される絶縁材料は、架橋性すなわち熱可塑性のポリエチレンで ある。

導電体１上の層２〜４は、異なる層のためのプラスチック材料が通常３つの別個 のプラス千ツク押出機から供給される所謂トリプル押し出しへソドによって同時 に導電体上に押し出される。架橋絶縁プラスチックを使用する場合、プラスチ・ ツク押出機内での早すぎる架橋反応を避けるために、プラスチックの最大押し出 し温度は約１４０’Ｃてなければならない、反応時間を短くするためには、絶縁 材料はプラスチック押出機の後方で典型的には約１９０〜２１０°Ｃの温度範囲 まで加熱される。加熱は、通常は、加圧管内の蒸気または熱放射によって行われ る。

架橋反応によって形成されるガスによる気泡の形成を防止するためには圧力が必 要である。極めて迅速な表面冷却はまた、直径の収縮を防止するので絶縁層内の 気泡の形成に寄与するかもしれない。

熱可塑性ポリエチレンは、絶縁材料として使用される場合には、その押し出し温 度は１７０°Ｃから２３０°Ｃの間である。プラスチック材料内で反応が起こら ないので、この場合には圧力は不要であり、一方、プラスチック材料の収縮によ る気泡の形成を避けるためには、空気若しくは温水によって行われる冷却が極め てゆっくりと起こらなければならない。そのために、熱可塑性材料によって絶縁 されたケーブルもまた圧力下すなわち大気圧を越える圧力で冷却される。

今日では、はとんどの中間及び高圧ケーブルの絶縁材料として過酸化物によって 架橋可能な低密度ポリエチレンを使用するのが経済的てあり、製造工程は一般的 に所謂乾式加硫（ｄｒｙ　ｖｕｌｃａｎｉｚａｔｉｏｎ）方法を採用しており、 本発明による方法を上記の材料と加硫の原理とを参考にして以下に説明する。乾 式加硫は、絶縁プラスチックの架橋が加圧シールドガス内で完全に乾燥した状態 で起こることを意味する。乾燥シールドガスは例えば窒素であってもよい。以下 の説明は上記の事項に基づいているけれども、他の原理及び材料も保護請求の範 囲から除外されないことに注目されるべきである。

乾式加硫においては、第１図に示された絶縁された導電体は、典型的にはトリプ ル押し出しヘッドから加熱された管内へと現れ、この加熱された管は、架橋反応 を加速するために典型的には熱放射線によってプラスチック層を当該プラスチッ クの押し出し温度よりも高い温度まで加熱するために通常は窒素によって加圧さ れる。導電体のスビー１−及び加熱された管の架橋部分の温度プロファイルのよ うな走行パラメータがコンピュータによって計算される。

第２図は、２０’Ｃにおいて架橋部分から加圧水冷工程まで来る際のプラスチッ ク層を備えた導電体の温度５、絶縁体の中心点の温度６及び表面層の温度７と外 径８とを、時間の関数として示しているグラフである。絶縁された導電体の直径 は２０°Ｃにおいて３０ｍｍであり、導電体１自体の直径はｌＱｍｍである。こ れらの値は、プラスチックを１０個の円筒形対称層に分割し且つ層と層との間の 熱伝達とこれらの層の熱膨張とを計算するコンピュータプログラムによって得る ことができる。

上記の特定の場合には、温度が融点である約１１０°Ｃから２０°Ｃまで低下す ると、特定のプラスチックの比体積が約１３％減少する。金属導線はプラスチッ クと比較すると十分に堅固であると仮定できるので、断面すなわち径方向におい て全体の体積変化が起こるに違いない。

従って、第２図は、絶縁された導電体が所定の方法で冷却される導電体絶縁方法 と組み合わせて使用される冷却方法を示している。

本発明においては、冷却は上記のようには行われず、導電体１と当該導電体に隣 接したプラスチック材料とを絶縁工程で所定のレベルまで冷却した後に、プラス チック材料の表面層と当該表面層に隣接したプラスチック部分とを所定の温度ま で再度加熱することを基本としている。好ましい実施例においては、導電体１と 当該導電体に隣接したプラスチック部分とをほぼ当該プラスチック材料の融点ま で冷却した後に、当該プラスチック材料の表面層と当該表面層に隣接したプラス チック部分とを当該プラスチック材料の融点より若干低い温度まで再度加熱する 。

第３図は、第２図に示した曲線に対応し、本発明の方法を使用した場合に得るこ とができる曲線を示している。第３図は、導電体の温度９、絶縁体の中心部分の 温度１０並びに表面層の温度１１及び外径１２を時間の関数として示している。

第３図から明らかなように、１４０°Ｃの湯による導電体の加熱は、導電体の温 度が１１７°Ｃまで低下したときに開始された。この加熱は、絶縁体の中心点の 温度が１００’Ｃに上昇するまて続けられ、その後２０°Ｃの水によって導電体 の冷却が開始された。第２図及び第３図に示された曲線は、約７分間は、条件が 等しいので等しい曲線となっている。第３図に示された曲線から、７分後に、最 も外側の層の温度１１が約１４０°Ｃまで上昇し、中心点の温度１０が上昇し始 め、導電体の温度９の低下が緩慢になり、直径１２が増加することがわかる。

約９．１分で、導電体からプラスチックの中心点までのプラスチ・ツクの温度は 約１００°Ｃであり、中心点から外層までのプラスチックの温度は１０００Ｃよ り高いことがわかる。１００°Ｃという温度をこの種のプラスチックの機械的硬 化温度すなわちこの温度以下ではプラスチックが熱膨張及び機械的応力に関して 金属のような固体物質と同じようにふるまう温度であると仮定すると、第３図に おける直径を表す曲線１２から、外側の層が硬化されて直径が３１．７ｍｍにな ることがわかる。次いで、第２図から、外径８が３３．０ｍｍのときに外側の層 の温度７が最後に１００°Ｃ未満まで低下することがわかる。

コンピュータプログラムは、２０°Ｃにおいて導電体のプラスチック絶縁体を均 一な厚みの１０個の層に分割する。このプログラムはまた、この層の温度が１０ ０６Ｃ未満まで低下したときに各層の内径及び外径を記憶する。全ての層を互い に分離したとすると、層の温度が１０００Ｃから２０’Ｃまで低下したときに全 ての層の寸法が同じ割合で変化するのは当然である。この場合はそうではな（、 例えば、最も外側の層の直径は第２図及び第３図に従って導電体が冷却されるに もかかわらず３０ｍｍなので、この外側の層は、第２図に従って冷却されたとき に３３．０ｍｍから３０ｍｍまで縮まなければならず、第３図に従って冷却され て温度が１００°Ｃから２０°Ｃまで低下すると３１．７ｍｍから３０ｍｍまで 縮まなければならない。

温度が２０°Ｃまで低下したときに、互いに分離した層の直径を実際の直径と比 較すると、第４図に示したパーセンテージ曲線が得られる。曲線１３は第２図に 従って冷却することによって得られ、第３図に示された本発明に従って冷却する ことによって対応曲線１４が得られる。曲線１３は、最も外側の層は分離して測 ると約４．６％大きすぎるままであり、実際に接線方向の圧縮応力が当該層の中 に存在し、この応力は層５まで延び且つ次いで引っ張り応力へと変化することを 示している。本発明による方法を用いて冷却された外側の層は、はんの約０゜１ ％大きいだけのままであり、接線方向の力はプラスチック層の厚みのほぼ全体に 亙る張力から構成されている。変化しないと考えられる導電体１は最も内側の層 の奥に位置するので、最も内側の層はどちらの場合も同様に機能することは明ら かである。各層内に存在する接線方向の引っ張り応力は導電体上にこのような表 面圧力を付加するので、第３図による冷却は、プラスチックと導電体との間に第 ２図による冷却よりも大きな摩擦力を付与する。結論として、本発明による冷却 は長手方向の収縮を減少させる。

本発明の方法は広範囲の異なる用途を有する。このような用途の１つの例は、フ ィンランド特許明細書５２２９９及びその対応米国特許第４．０３５，１２９号 に記載された装置であり、この装置においては導電体が通過する空間を管が形成 している。この管はまた、装置内の耐熱部材としても機能する。ケーブルの熱処 理は、別個のガスまたは水を循環させることによって管の冷却部分を個々の領域 に分割することによっで実現することができる。冷媒が水の場合すなわち水によ って冷却され且つ加熱部では水による加熱が使用される場合には、管が水を加熱 し加熱された水が導電体を加熱する。ガスが使用される場合には、導電体の加熱 は主に熱放射線によって生じる。いずれの場合にも、ケーブルの両側で熱処理部 と冷却領域との間で冷媒が混じり合うのを防止する必要があるのは当然である。

上記の実施例は決して本発明を限定することを意図したものではなく、本発明は 記載された請求の範囲内で変形してもよい。従って、本発明は架橋反応に限定さ れるものではな（他の接合においても同様に用いることができることは明らかで ある。例えば、応力状態は、熱処理による有利な方法で応力が除去される極めて 迅速な冷却によってケーブル形式における比較的厚い被覆層内で起こる。本発明 は中間電圧及び高圧のケーブルに限定されるものではなく、例えば光ケーブルの 被覆のようにより広く適用することができる。

Ｆ旧、１ ＦＩＧ、　２ Ｆ旧３ ｔ　ｍ１ｎ ＦＩＧ、　４ 補正書の翻訳文提出帯 （特許法第１８４条の８）

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. １．プラスチック材料（２，３，４）を導電体（１）の表面上に押し出して少な くとも１つの層を形成し、前記プラスチック材料によって被覆された前記導電体 を所定の方法で冷却する、導電体等を絶縁すなわち被覆する方法と組み合わせて 用いられる方法であって、前記導電体と当該導電体に隣接したプラスチック材料 とを絶縁すなわち被覆工程において所定レベルまで冷却した後に、前記プラスチ ック材料の表面層と当該表面層に隣接したプラスチック材料の部分とを媒体を充 填した加圧空間内で所定温度まで再度加熱することを特徴とする方法。
2. ２．請求の範囲第１項に記載の方法であって、導電体（１）のプラスチック材料 と当該プラスチック材料に隣接したプラスチック材料とをほぼ当該プラスチック 材料の溶融点まで加熱した後に、前記プラスチック材料の表面層と当該表面層に 隣接するプラスチック材料の部分とをほぼ当該プラスチック材料の溶融点まで加 熱することを特徴とする方法。
3. ３．前記媒体が蒸気である、請求の範囲第１項に記載の方法。
4. ４．前記媒体がガスである、請求の範囲第１項に記載の方法。
5. ５．前記媒体が水である、請求の範囲第１項に記載の方法。