JPS61253707A - 高圧直流送電用電力ケーブル - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明は、空間電荷による電界の変歪を取り除くこと
により１、絶縁耐力の向上を計った直流電力ケーブルに
関する。

［従来の技術］ 従来より、Ｃｖケーブル等、通常の交流高電圧型カケー
プルの絶縁体としては、絶縁耐圧、誘電特性が優れてい
ることから、ポリエチレンや架橋ポリエチレンが汎用さ
れている。

［発明が解決しようとする問題点］ ところで、ポリエチレンや架橋ポリエチレンなどからな
る絶縁体を有するケーブルを、高圧直流送電に適用する
場合には、いくらかの問題点が生じることが知られてい
る。最大の問題点は、直流高電圧を印加することによっ
て、絶縁体中に寿命の長い空間電荷が形成され易いこと
である。この空間電荷は一般に電子性、正孔性、イオン
性のものと言われており、ポリエチレンの結晶構造に関
係した領域に電荷がトラップされるためとされている。

また、ポリエチレンは絶縁性の良好な無極性の物質であ
るため、トラップされた電荷の漏れが起こりにくく、従
って、寿命の長い空間電荷となる。そして、直流印加に
よって絶縁体に空間電荷が蓄積されると、導体近傍の電
界強度が上昇し、ケーブルの破壊電圧が低下する不都合
が生じる。

この発明は、このような背景の下になされたもので、絶
縁体に悪影響を与える空間電荷の蓄積を低減することに
より絶縁耐力を高めた直流型カケープルを提供すること
を目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 上記問題点を解決するためにこの発明は、絶縁体中に適
当量のカーボンブラックを添加したことをその要旨とす
る。前記カーボンブラックは、ＢＥＴ法で測定した比表
面積（ｍ’／ｇ）に対する鉱物油の吸油量（ａｃ／　Ｉ
　００　ｇ）の比が０．７以上、３゜５以下、かつカー
ボンブラックに対する水素含有率が０．６重量％以下の
ものを用い、このカーボンブラックを熱可塑性樹脂に対
し０．２〜５重量％添加して絶縁組成物を構成する。

ここで、比表面積とは、カーボンブラック１ｇ当たりに
吸着する所定物質（例えば、Ｎ、、Ａｒなど）の量で、
ｇ当たりの表面積として表す。これは粒子１つずつの表
面積を測定することが困難なためである。一方、吸油量
とは文字通り油を吸う量であり、カーボンブラックの粒
子構造をみるためのものである。また、上記熱可塑性樹
脂としては、ポリ１エチレン（低密度ポリエチレン、高
密度ポリエチレン）、ポリプロピレン、エチレン酢酸ビ
ニル共重合体（Ｅ　Ｖ　Ａ　）、エチレンエチルアクリ
レート共重合体（ＥＥＡ）、エチレンプロピレンゴム（
ＥＰＲ）等、ならびにこれらの混合物を用いることがで
きる。また、架橋して使用することも勿論可能である。

一方、カーボンブラックの種類としては、ＳＡＦカーボ
ン、アセチレンカーボンなどが代表的なものである。

［作用コ 上記構成によれば、空間電荷の漏れを促すことができる
。以下、この理由について説明する。

上記絶縁体組成物の抵抗率（比抵抗）をρ（Ω−ｍ）と
し、絶縁抵抗の温度係数をα（１／℃）、電界係数（絶
縁抵抗のストレス係数）をβ（ｍ／ｋＶ）、絶縁体組成
物にかかる電界強度をＥ　（ｋ　Ｖ　／　ｍｍ）とすれ
ば、 ρ＝ρ、ｅｘｐ−（αＴ十βＥ　）−・−−−−（１）
なる関係が成り立つことが知られている。

そして、カーボンブラックを添加すると、電界係数βが
増加する一方で温度係数αが減少し、絶縁体組成物での
空間電荷の漏れを促進する。なぜならば、電界係数βが
増加すると抵抗率ρが低下するため、・高ストレス部（
強い電界のかかる部分）の電界が緩和され、また、温度
係数αが減少すると、導体温度が高いときに遮蔽側に現
れていた最大電界Ｅ　ｍａｘが減少するからである。こ
うして、絶縁体組成物内での電界分布が均一化の方向に
動き、空間電荷の蓄積が低減される。

次に、各種数値限定の理由につき説明する。

（１）カーボンブラックの添加量が０．２〜５重量％の
理由。

前記添加量が０．２％以下では上述した効果が十分に得
られない。また、５％以上では抵抗率ρの低下と電界係
数βの増加が著しく、熱破壊のおそれが生じる。

（２）吸油量／比表面積が０．７以上で３．５以下の理
由。

カーボンブラックの添加量を増加すると、粒子間の距離
が縮まり、高電界下においては粒子間にトンネル効果に
よる電流が流れる。このため、電界係数βが必要以上に
大きくなり、熱破壊を促す原因となる。従って、少ない
添加量で（１）式の抵抗率ρを低下させることが必須で
ある。

ところで、比表面積に対する吸油量の比が大きいカーボ
ンブラックの方が少量で抵抗率ρを下げることができ、
この比が０．７以上ならば良好な結果が得られる。

一方、この比が３．５より大きくなると、粒子の凝集度
が増して見掛けの粒子径が大きくなり、ポリエチレン等
の熱可塑性樹脂との混じり合が悪くなる。特にアセチレ
ンカーボンでは粒子が鎖状に連結しているので、この影
響が大きい。

また、ＳＡＦ、Ｉ　ＳＡＦ、Ｉ　−Ｉ　ＳＡＦ、ＣＦ、
ＳＣＰ　、ＨＡ　Ｆカーボンのいずれかのカーボンブラ
ッりを用いたときには、上記の比が０゛、７〜１．５の
範囲で、特に良好なことが実験的に確かめられた。

（３）カーボンブラックに対する水素含有率がＯ３６重
量％以下であることの理由。

水素含有率が多いと、π電子が多くなって電子の移動が
妨げられる。従って、所望の抵抗率ρを得るためには、
多量のカーボンブラックを添加しなければならず、上記
（２）と同様の理由により好ましくない。このため、水
素含有率が低いほどよく、０．６重量％以下ならば良い
結果が得られる。

［実験例］ 第１表に示す種々の絶縁体組成物を絶縁体とした電力ケ
ーブルを製造した。この場合、前記電力ケーブルは導体
断面積が２００　ｍｍ２、絶縁体厚さが３ｍｍであり、
内部および外部半導電層と絶縁体とを同時押出しによっ
て形成したものである。

上記電力ケーブルに対して直流破壊試験を行い第１表に
示す結果を得た。

第　　１　　表 ただし、Ｎｏ１〜４．７〜ｌ　Ｉについては、３０分毎
に２０ｋＶずつ電圧上昇させる短時間試験で試験した。

また、Ｎｏ５．６については、８時間毎に２０ｋＶずつ
電圧上昇させる長時間破壊で試験した。なお、実用化可
能な臨界値は７２ｋＶである。

また、図中、ＣＢはカーボンブラックを意味する。

第【表から明らかなように、本発明の電力ケーブルでは
、直流破壊電圧が大幅に改善されている。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明は、絶縁体をなす熱可塑
性樹脂中に、特定のカーボンブラックを特定量添加した
ので、空間電荷の蓄積を低減させることができる。この
結果、ケーブルの直流破壊電圧を高めることができ、絶
縁耐力の高い直流型カケープルを提供することが可能と
なる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）熱可塑性樹脂に対し、次のカーボンブラックを０
   ．２〜５重量％添加した絶縁組成物を絶縁体として使用
   することを特徴とする直流電力ケーブル。 （ａ）ＢＥＴ法で測定した比表面積（ｍ＾２／ｇ）に対
   する鉱物油の吸油量（ｃｃ／１００ｇ）の比が０．７以
   上、３．５以下で、かつ、 （ｂ）前記カーボンブラックに対する水素含有率が０．
   ６重量％以下のカーボンブラック。
2. （２）前記ＢＥＴ法で測定した比表面積（ｍ＾２／ｇ）
   に対する鉱物油の吸油量（ｃｃ／１００ｇ）の比が０．
   ７以上、１．５以下であることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の直流電力ケーブル。