JPH103823A

JPH103823A - 直流架橋ポリエチレン絶縁電力ケーブル

Info

Publication number: JPH103823A
Application number: JP15448596A
Authority: JP
Inventors: Ayako Yokoyama; 綾子横山; Hiroyuki Miyata; 裕之宮田
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 1996-06-14
Filing date: 1996-06-14
Publication date: 1998-01-06

Abstract

(57)【要約】【課題】直流電圧を印加してもその絶縁層中に空間電
荷が蓄積しにくく、直流用高電圧電力ケーブルとして使
用することのできる直流架橋ポリエチレン絶縁電力ケー
ブルを提供する。【解決手段】架橋ポリエチレン絶縁電力ケーブルの架
橋ポリエチレンからなる絶縁層８を形成するにおいて、
未架橋のポリエチレンを水蒸気架橋によって前記絶縁層
８の水分含量が５００〜１５００ｐｐｍとなるように架
橋させて絶縁層８とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は直流架橋ポリエチレ
ン絶縁電力ケーブルに関し、特に直流高電圧用電力ケー
ブルとして用いることのできる直流架橋ポリエチレン絶
縁電力ケーブルに関する。

【０００２】

【従来の技術】架橋ポリエチレン絶縁電力ケーブルは、
その絶縁層を架橋ポリエチレンから形成したもので、取
扱いの簡便さから広く用いられている。図１は架橋ポリ
エチレン絶縁電力ケーブルの一例の断面図を示したもの
で、銅線などの素線２を複数本撚り合わせた導体４上に
順次、エチレン−酢酸ビニル共重合体などからなる内部
半電導層６、ポリエチレンをジクルミパーオキサイド
（以下、ＤＣＰと記す）などの架橋剤によって架橋させ
た架橋ポリエチレンからなる絶縁層８、前記内部半電導
層６と同様の材料からなる外部半導電層１０、銅テープ
などからなる金属遮蔽層１２、塩化ビニル樹脂から形成
された防食層１４が設けられて、この直流架橋ポリエチ
レン絶縁電力ケーブルが構成されている。この架橋ポリ
エチレン絶縁電力ケーブルにおいて、前記導体４と金属
遮蔽層１２は、電極として働くようになっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この架
橋ポリエチレン絶縁電力ケーブルの絶縁層８に直流電圧
を印加すると、電極からの電荷注入、双極子の反転、イ
オン性不純物の解離などにより電荷（空間電荷）が生
じ、蓄積することから、直流破壊電圧やインパルス破壊
電圧が低下するという問題がある。すなわち、直流電圧
を印加した際に絶縁層８に蓄積する空間電荷の分布は、
電極（陽極および陰極）近傍に、各々の電極と逆極性の
電荷が蓄積するヘテロ空間電荷分布である。この空間電
荷の蓄積によってこの絶縁層８の内部電界が変歪され、
陽極および陰極との両界面付近の内部電界が強調され、
絶縁破壊がおこりやすくなる。したがって特に２５０ｋ
Ｖ以上の直流高電圧用電力ケーブルとしては安全性の面
から実用化に至っていない。本発明は前記事情に艦みて
なわれたもので、その絶縁層中に空間電荷が蓄積しにく
く、直流高電圧用電力ケーブルとして使用することので
きる直流架橋ポリエチレン絶縁電力ケーブルを提供する
ことを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明においては、架橋
ポリエチレン絶縁電力ケーブルにおいてその絶縁層の水
分含量を５００〜１５００ｐｐｍとすることを前記課題
の解決手段とした。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明の直流架橋ポリエチレン絶
縁電力ケーブルにおいて、従来のものと異なるのは、そ
の絶縁層の水分含量が５００〜１５００ｐｐｍとされて
いる点である。本発明者らは、この絶縁層の水分含量と
直流電圧を印加した際の空間電荷の蓄積との関係を検討
し、この水分含量が５００ｐｐｍ以上であると、空間電
荷の蓄積が抑制されることを見いだし、本発明を完成さ
せた。

【０００６】本発明の直流架橋ポリエチレン絶縁電力ケ
ーブルの構造は、例えば、その絶縁層の水分含量を５０
０〜１５００ｐｐｍとする以外は、図１に示した従来の
架橋ポリエチレン絶縁電力ケーブルの構造と同様にする
ことができる。以下図１を利用して説明する。この直流
架橋ポリエチレン絶縁電力ケーブルは、素線２を複数本
撚り合わせた導体４上に順次、内部半電導層６、絶縁層
８、外部半導電層１０、金属遮蔽層１２、防食層１４が
設けられて構成されている。

【０００７】この直流架橋ポリエチレン絶縁電力ケーブ
ルを構成する導体４の導体面積は５〜２５００mm²とさ
れ、内部半導電層６の厚さは５〜２mmとされ、絶縁層８
の厚さは０．５〜１３mmとされる。また、外部半導電層
１０の厚さは１〜３mm、金属遮蔽層１２、防食層１４の
厚さはそれぞれ、０．１〜１．２mm、１．５〜５mmとさ
れ、この直流架橋ポリエチレン絶縁電力ケーブルの外径
は１０〜１００mmとされる。この絶縁層を形成する架橋
ポリエチレンは、一般に架橋ポリエチレン絶縁電力ケー
ブルの絶縁層に使用されるものであれば特に限定するこ
とはない。この絶縁層８には、他に酸化防止剤などの添
加剤が含まれてもよい。

【０００８】以下に、上述の直流架橋ポリエチレン絶縁
電力ケーブルの製法の例について、手順を追って説明す
る。最初に、導体４となる素線２を１〜４５５本程度撚
り合わせて、導体４とする。この導体４上に、内部半導
電層６となる未硬化のエチレン−酢酸ビニル共重合体な
どからなる半導電性組成物、絶縁層８となる未硬化のポ
リエチレンにＤＣＰなどの架橋剤を添加したもの、およ
び外部半導電層１０となる前記内部半電導層６と同様の
半導電性組成物とを、３層押出被覆により被覆し、つい
でこれを１３０〜２３０℃、５〜２０気圧の飽和水蒸気
を封入した架橋装置の架橋管内に導き、水蒸気架橋によ
って前記絶縁層８の材料であるポリエチレンを架橋さ
せ、内部半電導層６、絶縁層８および外部半導電層１０
を形成する。以下、常法により、この外部半導電層１０
上に金属遮蔽層１６と防食層１８を形成して直流架橋ポ
リエチレン絶縁電力ケーブルとする。前記水蒸気架橋の
条件によれば絶縁層８の水分含量は、この絶縁層８中で
起こるＤＣＰの二次分解で生成する水を含めて５００〜
１５００ｐｐｍとなる。

【０００９】また、乾式架橋によって、この絶縁層８の
水分含量を調整することもできる。すなわち、上述の直
流架橋ポリエチレン絶縁電力ケーブルの製法において、
水蒸気架橋にかえて常法によって乾式架橋を行い、ポリ
エチレンを架橋させ、金属遮蔽層１６と防食層１８の形
成の前または後に、水分が拡散しない程度に密閉された
装置内で５５〜８０℃に加熱し、前記ＤＣＰの二次分解
を促進させて前記絶縁層８中の水分量を５００〜１５０
０ｐｐｍとする。

【００１０】このようにして前記絶縁層８の水分含量を
５００〜１５００ｐｐｍとしたことにより、直流電流を
印加した際の絶縁層８内の空間電荷の蓄積を抑制するこ
とができる。このためこの直流架橋ポリエチレン絶縁電
力ケーブルを、５００ｋＶ以上の直流用高圧電力ケーブ
ルとしても使用することができる。

【００１１】また、本発明者らの検討によれば前記絶縁
層８の水分含量を３０ｐｐｍ以下としても、５００〜１
５００ｐｐｍとした場合と同様の空間電荷の蓄積の抑制
効果が得られるが、水分含量を３０ｐｐｍとするために
は、前記直流架橋ポリエチレン絶縁電力ケーブルの製造
工程に、この水分含量を低減するための工程を加える必
要がある。これに対し、絶縁層８の水分含量を５００〜
１５００ｐｐｍとした直流架橋ポリエチレン絶縁電力ケ
ーブルは、通常の水蒸気架橋によって製造することがで
き、従来の架橋ポリエチレン絶縁電力ケーブルと同様に
して製造可能であるので製造コストの増加を伴わないと
いう利点もある。

【００１２】

【実施例】以下、本発明を実施例を示して詳しく説明す
る。ここで以下に示す実施例１の試料および実施例２の
架橋ポリエチレン絶縁電力ケーブルの絶縁層８の材料と
しては、未架橋の低密度ポリエチレン（ＭＩ＝１、密
度：０．９２ｇ／ｃｃ）１００重量部に、１．６重量部
のＤＣＰおよび０．２重量部の酸化防止剤を予め添加し
たものを用いた。

【００１３】（実施例１）以下のようにしてその水分含
量の異なる架橋ポリエチレンからなる試料を作成し、蓄
積空間電荷量（電荷密度）の測定を行った。すなわち、
上述の材料をプレス成型（乾式架橋）した後、アルミホ
イルに包み、水分が外部に拡散しない状態で再度加熱
し、前記ＤＣＰの二次分解を促進させ、水分を発生させ
た。この加熱時間をかえて前記水分量を調節し、水分含
量がそれぞれ３０ｐｐｍ（ＮＯ．１）、１５０ｐｐｍ
（ＮＯ．２）、２５０ｐｐｍ（ＮＯ．３）、５００ｐｐ
ｍ（ＮＯ．４）、１５００ｐｐｍ（ＮＯ．５）の架橋ポ
リエチレンからなる試料を作成した。この試料は、外径
１１０ｍｍ、厚さ２ｍｍの円板状シートであり、この表
裏に電極部として直径３ｃｍのアルミ電極を蒸着して、
外導表面温度一定で、３０ｋＶ/ｍｍ、３時間直流電圧
を印加した後、接地前と接地後に、それぞれパルス静電
応力法により空間電荷を測定した。

【００１４】測定結果を図２〜５に示す。また、図６
は、ＮＯ．１〜４について図２〜５に示した結果より求
めた陽極側の蓄積空間電荷量と試料中の水分含量との関
係を示したグラフである。図２はＮＯ．１の結果を示し
たものであり、図中実線ａは接地前、破線ａ’は接地後
の測定結果である。図３はＮＯ．２の結果を示したもの
であり、図中実線ｂは接地前、破線ｂ’は接地後の測定
結果である。図４はＮＯ．３の結果を示したものであ
り、図中実線ｃは接地前、破線ｃ’は接地後の測定結果
である。ＮＯ．４およびＮＯ．５においては同様の結果
が得られたので、図５にまとめて示した。図中実線ｄは
接地前、破線ｄ’は接地後の測定結果である。図２〜６
の結果より、水分含量５００ｐｐｍ（ＮＯ．４）、１５
００ｐｐｍ（ＮＯ．５）において明かに蓄積空間電荷量
が低下し、水分含量３０ｐｐｍ（ＮＯ．１）の場合と同
様に空間電荷の蓄積が抑制されていることが確認され
た。

【００１５】（実施例２）図１に示したような構造の架
橋ポリエチレン絶縁電力ケーブルを、水蒸気架橋によ
り、その絶縁層８の水分含量を５００ｐｐｍとして製造
した。この架橋ポリエチレン絶縁電力ケーブルは、導体
面積：６０mm²、絶縁層８の厚さ：３mmとした。このよ
うな架橋ポリエチレン絶縁電力ケーブル５本について、
外導表面温度一定で、直流電圧を５０ｋｖ／ｍｍ、２０
００時間かけ続けたところ、絶縁破壊は起こらなかっ
た。したがって、絶縁層８の水分含量を５００ｐｐｍ以
上とすることによって、直流高電圧用の架橋ポリエチレ
ン絶縁電力ケーブルとして実用可能なものが得られるこ
とが確認された。

【００１６】

【発明の効果】以上説明したように本発明の直流架橋ポ
リエチレン絶縁電力ケーブルは、その絶縁層の水分含量
が５００〜１５００ｐｐｍとされているので、直流電圧
を印加しても空間電荷が蓄積しにくく、絶縁破壊が起こ
りにくい架橋ポリエチレン絶縁電力ケーブルとすること
ができ、このため直流用高電圧電力ケーブルとして使用
することができる。また、この直流架橋ポリエチレン絶
縁電力ケーブルは通常の水蒸気架橋を経て製造すること
ができ、従来の架橋ポリエチレン絶縁電力ケーブルと同
様にして製造可能であるので製造コストの増加を伴わず
経済的である。

【図面の簡単な説明】

【図１】架橋ポリエチレン絶縁電力ケーブルの正断面
図である。

【図２】実施例１のＮＯ．１の蓄積空間電荷量の測定
結果である。

【図３】実施例１のＮＯ．２の蓄積空間電荷量の測定
結果である。

【図４】実施例１のＮＯ．３の蓄積空間電荷量の測定
結果である。

【図５】実施例１のＮＯ．４、ＮＯ．５の蓄積空間電
荷量の測定結果をまとめて示したものである。

【図６】実施例１のＮＯ．１〜４の絶縁層の水分含量
と蓄積空間電荷量との関係を示したグラフである。

【符号の説明】

８・・・絶縁層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】その絶縁層の水分含量が５００〜１５０
０ｐｐｍであることを特徴とする直流架橋ポリエチレン
絶縁電力ケーブル。