JPH11134942A - 直流電力ケーブル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 直流高電圧印加による固体絶縁体中の空
間電荷の蓄積を低減させて直流高電圧に対する絶縁特性
を改善し、ＸＬＰＥ絶縁ケーブルに比べて直流特性に優
れた直流電力ケーブルを提供することを課題とする。 【解決手段】 チーグラーナッタ触媒を用いてエチレン
を重合したポリエチレンに無水マレイン酸をグラフト重
合した樹脂組成物を絶縁体として用いた、空間電荷蓄積
を含めた直流特性に優れた直流電力ケーブル。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は直流電力ケーブル
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】長距離、大容量送電を目的とする場合、
直流送電は交流に比べ絶縁体の誘電損失がなく、充電電
流に対する無効分を補償するための設備が不要である。
また、絶縁体の絶縁耐圧が高く安定である等の種々の特
徴から有利と考えられる。

【０００３】現在、直流送電のための高電圧直流ケーブ
ルは、主に低粘度の絶縁油と紙からなるＯＦケーブルが
用いられているが、給油設備等が必要でありメンテナン
スが面倒である。

【０００４】一方、メンテナンスフリーであるプラスチ
ック絶縁ケーブルは、交流電力ケーブルとして架橋ポリ
エチレン（ＸＬＰＥ）ケーブルが広く用いられており、
ＯＦケーブルに匹敵する超高圧ケーブルまで開発されつ
つある。

【０００５】しかし、直流電圧に対する空間電荷特性等
の問題から、高電圧直流ケーブルとしては用途が限定さ
れている。すなわち、ＸＬＰＥケーブルでは直流高電圧
印加によって絶縁体中に空間電荷が蓄積され、逆極性イ
ンパルスが重畳された場合や直流極性反転がなされた場
合、その絶縁特性の低下が著しいという理由からであ
る。

【０００６】以上のような理由から、従来のＸＬＰＥケ
ーブルに代わる固体絶縁ケーブルの開発が望まれてい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】一般にポリエチレンの
絶縁耐圧強度は、結晶化度が高いほど高いとされている
が、直流電圧を印加した場合、電極から電荷が注入され
て形成される空間電荷は、ポリエチレンの結晶と非晶の
界面等にトラップされ易いと推定される。また、過電流
が流れた場合等の加熱による変形等に耐えれるために、
対策として架橋処理がとられるが、架橋剤として用いら
れる有機過酸化物の分解残渣は空間電荷を増大させるこ
とが知られている。

【０００８】以上のような観点から、この発明は、直流
高電圧印加による固体絶縁体中の空間電荷の蓄積を低減
させることにより、直流高電圧に対する絶縁特性を改善
し、ＸＬＰＥ絶縁ケーブルに比べて直流特性に優れた直
流電力ケーブルを提供することを課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、発明者らは、極性基をポリマーに導入することによ
り空間電荷特性を改善することができることから、無極
性のポリエチレンに特定の極性基をグラフトすることに
より、また、有機過酸化物を用いず、架橋処理を施さな
いことにより、架橋剤の分解残渣の影響がなくなり、直
流特性の改善が可能であると考え、検討を進めた。

【００１０】その結果、ポリエチレンに導入する極性基
を特定して、また、そのグラフト重合量を限定し、絶縁
体中の空間電荷の蓄積を抑制することにより、さらに、
有機過酸化物の分解残渣の影響をなくすために、有機過
酸化物を用いず、その代わりとして耐熱性の良好なチー
グラーナッタ触媒を用いてエチレンを重合したポリエチ
レンを絶縁体として使用することで空間電荷蓄積を含め
た直流特性に優れていることが分かった。

【００１１】即ち、この発明は、チーグラーナッタ触媒
を用いてエチレンを重合したポリエチレンに無水マレイ
ン酸をグラフト重合させてなる樹脂組成物を絶縁体とし
た直流電力ケーブルである。

【００１２】この発明において、無水マレイン酸のグラ
フト量が多すぎると結晶性等の物性が低下する恐れがあ
り、それに伴い、高温での電気耐圧性能が低下する恐れ
があることから０．０５ｗｔ％以下が適しており、逆に
少なすぎると電荷トラップとしての効果が有効でなくな
ることから、０．００５ｗｔ％以上が適している。

【００１３】また、架橋処理を施さないために耐熱性が
懸念されるが、チーグラーナッタ触媒を用いてエチレン
を重合したポリエチレンの融点を従来のＸＬＰＥより１
５℃以上上げることで、耐熱性を改善している。そのた
めにチーグラーナッタ触媒を用いてエチレンを重合した
ポリエチレンの密度は０．９２０ｃｍ³以上が適してお
り、また、逆に密度が大きすぎるとケーブル製造時の押
出特性が悪くなることから０．９３５ｃｍ³以下が適し
ている。また、通常絶縁材料に添加される安定剤なども
添加されても問題はない。

【００１４】

【作用】無水マレイン酸をポリエチレンにグラフト重合
させることでカルボニル基が均一に材料中に分布するた
め、空間電荷の局部的なトラップを防止することができ
ると考える。また、架橋処理を施さないことで、空間電
荷の蓄積要因となっている有機過酸化物の分解残渣の影
響がなくなると考える。このような空間電荷の低減によ
り直流破壊強度が改善されると考えられる。

【００１５】

【実施例】以下、この発明の実施例を説明する。

【００１６】実施例における直流電力ケーブルは、無水
マレイン酸をグラフト重合させた比重０．９４０ｇ／ｃ
ｍ³未満のチーグラーナッタ触媒を用いてエチレンを重
合したポリエチレンを用いて絶縁体を形成した構造にな
っている。

【００１７】上記絶縁体の形成において、密度０．９２
０ｇ／ｃｍ³〜０．９３５ｇ／ｃｍ³の範囲であるチーグ
ラーナッタ触媒を用いてエチレンを重合したポリエチレ
ンに無水マレイン酸を０．００５ｗｔ％〜０．０５ｗｔ
％グラフト重合させた樹脂組成物を絶縁体に用いること
により空間電荷蓄積を含めた直流特性に優れていること
が分かった。

【００１８】無水マレイン酸のグラフト量が多すぎると
結晶性等の物性が低下する恐れがあり、それに伴い、高
温での電気耐圧性能が低下する恐れがあることから０．
０５ｗｔ％以下が適しており、逆に少なすぎると電荷ト
ラップとしての効果が有効でなくなることから、０．０
０５ｗｔ％以上が適している。

【００１９】また、チーグラーナッタ触媒を用いてエチ
レンを重合したポリエチレンは、ポリエチレンを重合す
る際にブテン−１、ヘキセン−１、４−メチルペンテ
ン、オクテン−１等を添加することにより、一定の長さ
の側鎖をポリエチレンに導入することにより得られるＪ
ＩＳ Ｋ６７４８に規定されているものである。

【００２０】表１にこの発明の実施例と比較例について
記した。実験サンプルは、各種ポリエチレン及び架橋剤
としてジクミルパーオキサイド（ＤＣＰ）を２ｐｈｒ混
合したものを１６０℃、３０分の条件で熱プレスにより
作製したシートを用いた。空間電荷蓄積の評価は２ｍｍ
シートにＤＣ５０ｋＶ課電後、パルス静電応力法により
測定した。蓄積電荷量の量は＋の数で示した。直流破壊
試験は、絶縁厚２ｍｍのモデルケーブルを用いて９０℃
で実施した。

【００２１】

【表１】

【００２２】表１中の語句の説明 グラフト重合比率：ＭＡＨは無水マレイン酸を示す。 空間電荷蓄積量 ：Ｍはホモ電荷蓄積、Ｒはヘテロ電荷
蓄積を示す。 ポリエチレンＡ ：チーグラーナッタ触媒を用いてエチ
レンを重合したポリエチレン

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、密度０．９２０ｇ／ｃｍ³〜０．９３５ｇ／ｃｍ³の
範囲であるチーグラーナッタ触媒を用いてエチレンを重
合したポリエチレンに無水マレイン酸を０．００５ｗｔ
％〜０．０５ｗｔ％グラフト重合させた樹脂組成物を絶
縁体に用いることにより、直流高電圧印加による空間電
荷蓄積を防止でき、ＸＬＰＥ絶縁ケーブルに比べて良好
な直流高電圧ケーブルができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 弘津 研一 大阪府大阪市此花区島屋一丁目１番３号 住友電気工業株式会社大阪製作所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 チーグラーナッタ触媒を用いてエチレン
   を重合したポリエチレンに無水マレイン酸をグラフト重
   合させてなる樹脂組成物を絶縁体としたことを特徴とす
   る直流電力ケーブル。
2. 【請求項２】 上記ポリエチレンの密度が０．９２０ｃ
   ｍ³〜０．９３５ｃｍ³の範囲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。
3. 【請求項３】 上記無水マレイン酸のグラフト量が０．
   ００５ｗｔ％〜０．０５ｗｔ％の範囲であることを特徴
   とする請求項１記載の直流電力ケーブル。