JPH11260158A

JPH11260158A - 直流電力ケーブル

Info

Publication number: JPH11260158A
Application number: JP5707498A
Authority: JP
Inventors: Shinan Ou; 士楠汪; Asamichi Fujita; 朝道藤田; Minoru Okashita; 稔岡下; Takeo Shiono; 武男塩野
Original assignee: Showa Electric Wire and Cable Co
Current assignee: SWCC Corp
Priority date: 1998-03-09
Filing date: 1998-03-09
Publication date: 1999-09-24

Abstract

(57)【要約】【課題】ケーブルの半導電層に添加する導電性付与剤
として高純度のカーボンブラックを使用することによ
り、直流印加時のケーブルの絶縁層の空間電荷蓄積特性
を向上させた直流電力ケーブルを提供する。【解決手段】導体１上に半導電層２および絶縁層３を
順に備えてなる直流電力ケーブルにおいて、半導電層２
は、導電性付与剤として不純物 0.2重量％以下のカーボ
ンブラックを含有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、直流送電に用いら
れる直流電力ケーブルに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、交流送電用電力ケーブルとし
て、導体上に、内部半導電層を介して、架橋ポリオレフ
ィン樹脂からなる絶縁層を設け、その上に外部半導電
層、遮蔽層、シースを順に設けてなるＣＶケーブルが、
絶縁耐圧や誘電特性に優れ、かつ、耐水性、耐薬品性、
耐溶剤性などにも優れることから広く用いられている。

【０００３】ところで、近年、このように優れた特長を
有するＣＶケーブルを、直流送電に利用することが検討
されている。

【０００４】しかしながら、交流送電用電力ケーブルを
直流送電に利用する場合、直流電圧の印加により、絶縁
層の導体電極側および遮蔽電極側近傍に、電子性の同極
性電荷（ホモ電荷）が形成され、直流と逆極性の雷イン
パルス電圧が侵入したり、直流電圧の極性が反転する
と、導体電極上の電界が上昇し、絶縁破壊電圧が低下す
るという問題があった。特に、絶縁層内には、架橋残渣
をはじめ、長期の化学劣化を防止するために配合される
老化防止剤や、重合触媒残渣などの不純物の混入が避け
られないが、これらの不純物は、直流電圧が印加される
と分極し、イオン化エネルギーの低いものからイオン化
して空間電荷を形成する。この空間電荷はヘテロ電荷と
呼ばれ、静電的引力によって逆符号の電極に引かれる結
果、電極付近の電界が高まり、絶縁破壊が生じやすくな
るおそれがあった。

【０００５】そこで、絶縁層にカーボンブラックや酸化
マグネシウム等の無機系充填剤を添加することにより、
不純物等の分極もしくはイオン化を阻止し、絶縁層の空
間電荷の形成蓄積を抑制したり、あるいは、絶縁材料
に、高結晶化度、高融点の無架橋の高密度ポリエチレン
を用いることにより、絶縁破壊強度を高めるなどの対策
が提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
はいずれも絶縁層に着目したものであり、半導電層につ
ては未だ十分に検討されていないのが実状である。

【０００７】このような中で、本発明者らは、ケーブル
の半導電層に添加する導電性付与剤が、絶縁層の界面近
傍の空間電荷特性に大きく関与しているとの知見を得
た。そして、さらに、導電性付与剤として不純物量の少
ない高純度のカーボンブラックを使用することにより、
絶縁層の空間電荷蓄積特性を向上させることができるこ
とを見出した。

【０００８】本発明はこのような知見に基いてなされた
もので、ケーブルの半導電層に添加する導電性付与剤と
して高純度のカーボンブラックを使用することにより、
直流印加時のケーブルの絶縁層の空間電荷蓄積特性を向
上させた直流電力ケーブルを提供することを目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の直流電力ケーブ
ルは、導体上に半導電層および絶縁層を順に備えてなる
直流電力ケーブルにおいて、前記半導電層は、導電性付
与剤として不純物 0.2重量％以下のカーボンブラックを
含有することを特徴としている。

【００１０】本発明において使用される不純物 0.2重量
％以下のカーボンブラックとしては、純粋なアセチレン
ガスを高温化で熱分解して得られるアセチレンブラック
が例示される。このアセチレンブラックは、ポリマーに
配合した場合、良好な加工性と高い導電性を付与するこ
とができ、また、ストラクチャーが発達しており、導電
性に影響するＨを含む基などの不純物が少ないという特
長を有する高純度な導電性カーボンブラックである。具
体的には、電気化学工業社製のデンカブラック（純度 9
9.99％以上）や、易分散性デンカブラック HS-100 （純
度 99.99％以上）（以上、商品名）等が使用される。

【００１１】このような不純物 0.2％以下のカーボンブ
ラックを使用することにより、半導電層から絶縁層への
不純物の移行量を減らし、絶縁層中、特に半導電層／絶
縁層界面近傍における直流電圧印加時の空間電荷の形成
を抑制することができる。不純物 0.2％を超えるカーボ
ンブラックではこのような効果を期待することはできな
い。

【００１２】すなわち、例えば、交流用電力ケーブルの
内・外部半導電層の導電性付与剤に一般に使用されてい
るファーネスブラックは、石油ガスの不完全燃焼により
生成したものであるため、カーボン濃度が約 96 〜97重
量％で不純物の存在が多く、特にＨ、Ｓ、Ｏ、酸化ブラ
ック、灰分等を含む。このようなファーネスブラックを
使用した場合には、不純物の絶縁層への移行が多く、絶
縁層中で分極、イオン化等を生じ空間電荷を形成するた
め、空間電荷特性が低下する。

【００１３】なお、アセチレンブラックは、半導電層の
表面平滑性をファーネスブラックに比べ高めることがで
きるため、凹凸等による界面の電界の集中が低減され、
ケーブルの界面電界変歪を生じにくくする効果も併せ有
する。

【００１４】この不純物 0.2％以下のカーボンブラック
の配合量としては、次述する半導電層の樹脂分 100重量
部に対して10〜50重量部の範囲が好ましい。10重量部未
満では、半導電層の体積固有抵抗が高くなり、半導電層
にほとんど導電性が付与されず電界緩和の役割を十分に
果たすことかできない。逆に50重量部を超えると、体積
固有抵抗はあまり変わらないうえ、不純物の絶対量が多
くなり、本発明による効果が十分に得られなくなるおそ
れがある。

【００１５】次に、このようなカーボンブラックを含有
する本発明の半導電層を構成するベース樹脂としては、
ポリオレフィン系樹脂が好ましく、例えば、超低密度ポ
リエチレン（ＶＬＤＰＥ）、低密度ポリエチレン（ＬＤ
ＰＥ）、直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）、中
密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、
エチレン−α−オレフィン共重合体（α−オレフィンと
しては、プロピレン、ブテン、ペンテン、ヘキセン、オ
クテン等が例示される。）、ポリプロピレン、ポリブテ
ン-1、ポリメチルペンテン-1や、エチレン酢酸ビニル共
重合体（ＥＶＡ）、エチレンプロピレンゴム、エチレン
エチルアクリレート共重合体（ＥＥＡ）、これらに無水
マレイン酸等の極性基をグラフト共重合させた変性ポリ
オレフィン系樹脂等があげられ、これらは 1種を単独で
使用してもよく、 2種以上を混合して使用してもよい。
本発明においては、なかでも、それ自身優れた電気特性
を有するメタロセン触媒により合成されたポリオレフィ
ン系樹脂が、分子量分布が狭く均一で、触媒残渣が極め
て少ないという特長を有し、好ましい。

【００１６】本発明の半導電層は、上記樹脂を架橋する
ことにより形成される。架橋剤には、従来より知られる
公知のものを使用することができ、例えば、ジクミルパ
ーオキサイド、1,3-ビス-(t-ブチルパーオキシイソプロ
ピル）ベンゼン、2,5-ジメチル-2,5- ジ-(t-ブチルパー
オキシ)-ヘキシン-3、2,5-ジメチル-2,5- ジ-(t-ブチル
パーオキシ)-ヘキサン、1-(2-t- ブチルパーオキシイソ
プロピル)-3-イソプロペニルベンゼン、n-ブチル-4,4′
- ビス(t- ブチルパーオキシ）バレレート、t-ブチルク
ミルパーオキサイド、α- α′- ビス(t- ブチルパーオ
キシ）ジイソプロピルベンゼン、ジ-t- ブチルパーオキ
サイド等の有機過酸化物が例示される。これらの架橋剤
は、半導電層の樹脂分 100重量部に対して 0.6〜1.2 重
量部配合することが好ましい。

【００１７】また、半導電層には、ビス [2-メチル-4-
(3-n-アルキルチオプロピオニルオキシ)-5-t-ブチルフ
ェニル] フルフィド、4,4 ′- チオビス (3-メチル-6-t
- ブチルフェノール) 等の酸化防止剤を配合してもよ
い。この場合、半導電層の樹脂分100重量部に対して 0.
2〜0.5 重量部程度配合することが好ましい。さらに、
必要に応じて、本発明の効果を阻害しない範囲で、通常
使用されるその他の添加剤を配合してもよい。

【００１８】本発明の絶縁層は、前述の半導電層におい
て例示したポリオレフィン系樹脂を主成分とし、これを
架橋して形成される。この架橋剤には前述の半導電層に
おいて例示したものと同様のものを用いることができ、
その配合量としては、絶縁層の樹脂分 100重量部に対し
て 0.1〜10重量部の範囲が好ましい。

【００１９】また、絶縁層には、半導電層において例示
したと同様の酸化防止剤を配合してもよく、また、必要
に応じて、トリアリルイソシアヌレート、2,4-ジフェニ
ル-4- メチル-1- ペンテン等の架橋助剤や、架橋剤の分
解残渣を吸着するための窒化ホウ素、ゼオライト粉末、
ケイ酸アルミン酸マグネシウム、Ｌｉ−Ａｌ−Ｍｇ系：
無機化合物等の吸着剤、酸化マグネシウム等の充填剤、
極性モノマー等をケーブルの特性を損なわない範囲で添
加してもよい。

【００２０】本発明においては、上記絶縁層上に、さら
に外部半導電層を設けることができ、この場合も、前述
した半導電層と同様に構成することが望ましく、絶縁層
／外部半導電層の界面近傍の空間電荷の形成を抑制する
ことができ、ケーブルの直流破壊特性をさらに向上させ
ることができる。

【００２１】なお、外部半導電層上には、さらに、軟銅
線編組等からなる遮蔽層、塩化ビニル樹脂の押出しなど
によりシースを順に施すことができる。

【００２２】このように本発明の直流電力ケーブルにお
いては、半導電層から絶縁層への不純物の移行が低減さ
れるため、絶縁層中、特に、半導電層と絶縁層との界面
近傍における空間電荷の形成が抑制され、ケーブルの直
流破壊電圧、直流極性反転破壊電圧、直流・インパルス
重畳破壊値が向上する。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を実施
例によりさらに具体的に説明する。

【００２４】実施例図１に示すように、直径 30mm の銅撚線よりなる導体１
上に、エチレン・エチルアクリレート共重合体 100重量
部に対し、架橋剤α，α′- ビス-(t-ブチルパーオキ
シ)-ジイソプロピルベンゼンを 0.7重量部、アセチレン
カーボンのデンカブラック 30 重量部を配合した半導電
性組成物、低密度ポリエチレン（密度 0.920g/cm³） 1
00重量部に対し、半導電性組成物と同様の架橋剤 0.7重
量部を配合した絶縁性組成物、および前記と同様の半導
電性組成物を順に三層同時押出しにより被覆し、常法に
より加熱架橋させて、 2mm厚の内部半導電層２、22mm厚
の絶縁層３、 2mm厚の外部半導電層４を形成した。次い
で、その外側に軟銅線編組からなる遮蔽層５を施し、さ
らに、その外側に、軟質塩化ビニル樹脂を押出被覆して
6mm厚のシース６を形成した。

【００２５】得られた直流電力ケーブルの特性を調べる
ため、次のような試料を作製し、パルス静電応力法によ
り空間電荷を測定した。

【００２６】すなわち、上記半導電性組成物（但し、架
橋剤を除く）を用いて直径 50mm 、厚さ1mm の円板状の
半導電シートを作製する一方、上記絶縁層の形成に用い
た低密度ポリエチレンを用いて 100mm× 100mm× 1mmの
絶縁シート 2枚を作製し、一方の絶縁シートの中央に設
けた直径 50mm の穴に半導電シートを嵌め込むととも
に、もう 1枚の絶縁シートを重ね合わせ一体に熱融着
（加熱温度 160℃）させて試料Ａとした。

【００２７】この試料にＤＣ-20kV 電圧を室温で 1時間
印加した後、接地して短絡状態の空間電荷分布を測定し
た。結果を図２に示す。

【００２８】また、比較のために、半導電性組成物に配
合したアセチレンカーボンをファーネスブラック（不純
物含有量 2重量％）に変えた以外は上記と同様にして作
製した試料Ｂ、および、アセチレンカーボンおよびファ
ーネスブラックのいずれも未配合とした以外は上記と同
様にして作製した試料Ｃについて、同様にして空間電荷
分布を測定した。結果をそれぞれ図３および図４に示
す。

【００２９】これらの結果から明らかなように、絶縁シ
ート界面近傍の空間電荷蓄積量は、カーボンブラックを
配合した試料Ａ、Ｂで、カーボンブラック未配合の試料
Ｃの場合に比べ少なくなっており、半導電層（カーボン
ブラック配合）により空間電荷蓄積が緩和されているこ
とがわかる。そして、この効果は、半導電層にアセチレ
ンカーボンを配合した試料Ａの場合より大きいことがわ
かる。

【００３０】また、本発明に係るアセチレンカーボンを
配合した試料Ａとファーネスブラックを配合した試料Ｂ
を比較した場合、アセチレンカーボンを配合した試料Ａ
で界面近傍におけるヘテロ電荷の形成がより少なくなっ
ており、空間電荷蓄積特性が向上していることがわか
る。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の直流電力
ケーブルによれば、半導電層から絶縁層へ移行する不純
物の量が減るため、絶縁層中、特に、半導電層／絶縁層
界面近傍の空間電荷の形成蓄積が抑制され、直流破壊電
圧、直流極性反転破壊電圧、直流・インパルス重畳破壊
値を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の直流電力ケーブルの一実施例を示す横
断面図。

【図２】本発明に実施例に係る絶縁層／半導電層界面近
傍における空間電気特性を示す図。

【図３】本発明の比較例に係る絶縁層／半導電層界面近
傍における空間電気特性を示す図。

【図４】本発明の他の比較例に係る絶縁層／絶縁層界面
近傍における空間電気特性を示す図

【符号の説明】

１………導体２………内部半導電層３………絶縁体層４………外部半導電層５………遮蔽層６………シース

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岡下稔神奈川県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)発明者塩野武男神奈川県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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導体上に半導電層および絶縁層を順に備
えてなる直流電力ケーブルにおいて、前記半導電層は、導電性付与剤として不純物 0.2重量％
以下のカーボンブラックを含有することを特徴とする直
流電力ケーブル。
【請求項２】請求項１記載の直流電力ケーブルにおい
て、前記絶縁層上に外部半導電層を有し、かつこの外部半導
電層は、導電性付与剤として不純物 0.2重量％以下のカ
ーボンブラックを含有することを特徴とする直流電力ケ
ーブル。
【請求項３】請求項１または２記載の直流電力ケーブ
ルにおいて、半導電層および／または外部半導電層における不純物
0.2％以下のカーボンブラックの含有量が、それぞれの
半導電層の樹脂分に対し10〜50重量％であることを特徴
とする直流電力ケーブル。