JPS6329414A - 直流電気ケ−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】 本発明は多数回テープ巻きによって形成された導電体の
多層絶縁材がある組成物で含浸される種類の直流電気ケ
ーブル製造中するものである。

上記タイプの慣用的ケーブルは、十分に含浸されたケー
ブルまたは十分に含浸された絶縁材をもつケーブルとし
て知られているが、導電体の含浸絶縁材中に組成物が欠
けた微小空洞が存在することに基づく穿孔の危険にさら
されており、その空洞はケーブル製造中しこ工？こりそ
してケーブル使用中に寸法と位置が絶えず変化するもの
である。

組成物含浸ケーブルの絶縁材中の微小空洞は、多層絶縁
材の完全で全体的な含浸全阻害する組成物高粘度−これ
は比較的高温に卦（・でも持続する−のため、並びに、
その多層絶縁材の含浸後におこりかつそれの周りの金属
７−スの施用に先立っておこる、冷却中に組成物がうけ
る熱的収縮の結果として、の両者に基づいてケーブル製
造中に発生する。

ケーブル全使用状態に置くとき、ケーブルは加熱・冷却
サイクルを受け、それは絶縁用組成物を支配的にはケー
ブル半径方向に移動をおこさせる効果をもつものである
。

特に、加熱サイクル中においては、多層絶縁材を含浸し
ている組成物は粘度が下がり、他のケーブル薄酸要素よ
りも大きい熱膨張を受ける。その結果２こる組成物容積
の増大はそれに関連して微小空洞の数と寸法を減らすこ
とになる。

冷却サイクル中においては、組成物が受ける収縮の１こ
めに、微小空洞が再び現われ、それらの位置と寸法を変
化させる。

ケーブルの組成物含浸絶縁材中の微小空洞は、それらが
きわめて減圧された圧力でガスを含むときには％に、危
険が伴なう。

事実、これらの状態において、電気的応力の作用下では
、微小空洞は低圧ガスのもつおこりｉるイオン化の結果
、電気放電部位となり、絶縁材の穿孔と、従ってケーブ
ル破壊につながる。

この欠点ｋＭ服するために、ケーブルシースの内側を圧
力下のガスが容れられているタンクと連通させて置き、
このガスによる微小空洞の充満をいかなる条件において
も保証するようにして、直流ケーブル中へ圧力下のガス
全導入する規定がすでにつくられている。

これらのケーブルは、「ガス圧絶縁」ケーブルとして知
られているが、次の理由に基づいて、穿孔の危険を取除
く問題の満足できる解を与えていない。使用中のケーブ
ルがいかなる状態にあっても、圧力下のガスで以て微小
空洞を満たすためには、ガスに高圧が、特にケーブル内
部で１４バールより低くない圧力が必要とされる。この
ことは、関連する構造的複雑さのほかに、シース内の応
力の存在を意味し、これはガス圧が高いほど大きく、シ
ース破裂に基づくケーブル破壊の危険をひきおこす。そ
の上、ガス圧を含む十分に含浸された絶縁材をもつケー
ブルについての最大の許容長さは、ガス圧と逆比例の値
テもち、そして、ともかくも、実際に２いては、その長
さは一般的には、シース亀裂が２こる際のケーブル中の
水分浸透を防ぐようガスがケーブルに沿って流れる間の
ガスの圧力損失を抑えるために、５５−１Ｏｋ以下へ制
限される。

上記の最大許容長さを増すために、組成物で以て予め含
浸された絶縁材料のテープ巻きによって構成された多層
絶縁体をもつケーブルがつくられ、その中では、圧力下
のガスが存在し、そのガスは同一ケーブル構造体中で得
られるダクトに沿ってケーブル中を流れることができる
。しかしこの方式においても、５０ｋｍｋこえる最大長
さをもつケーブル全実施することは可能でなρ・つた。

それは、ケーブルの使用しはじめからある時間後におい
て、組成物の栓が形成され、これがケルプルに沿うガス
の長さ方向の流れを与えるダク１（ｅ−閉じろという事
実に基づく。

上記の諸欠点は、組成物含浸ケーブルの応用分野をかな
り制約し、特に海中分野における用法全全く複雑なもの
にし、５０　ｋｍより長い大延長ケーブルの開発を阻害
している。

本発明は、絶縁材が組成物で以て十分に含浸され、その
場合に、ケーブルの長さに関して何らの制約も与えずか
つ構造的複雑さを全く導入することなしに、穿孔の危険
によって代表さＦＬる間、題に対して満足できる解が与
えられる、直流電気ケーフ゛ルを目的とする。

従って、本発明の目的は、半導体スクリーンによって被
覆された少なくとも一つの専体、電気的陰性ガス（ｇ１
ｇｃｔｒｏｎｓｇａｔｉυｇ　ｇａｓ　）　ｋ餅解状で
含む組成物で以て含浸され絶縁用物質テープの多数回巻
きによって形成された多層絶な材、この絶縁１層？被覆
する半導体スクリーン、および金属シ−ス、から成る、
組成物で以て十分に含浸された直流電気ケーブルであり
、この組成物はケーブルが使用中に達し得る最高許容温
度を少なくとも５℃だけこえる滴点温度テもつ非移動性
の組成物で４らることを′θ徴とし、かつ、組成物に溶
けて−・る電気的陰性ガスが、組成物の滴点より低い温
度において、組成物に関して３　Ｘ　１０−５と３８１
０−’Ｃｍ２／秒の間の範囲の拡散係数を示すことを特
徴としている。

本発明は付属図表の数字を参照しながら、限定を意味す
るつもりでない以下の詳細説明からよりよく理解される
が、図は透視図においてかつ一部を剥がして本発明によ
るケーブル部分を示している。

図に示されるケーブルは以下で述べる構造をもつ。

例えば半導体テープ巻きによって得られる半導体スクリ
ーン２は多数のワイヤー例えば銅線ｔ　−緒に撚り合わ
せることによって形成させた導体の周りに配置さ九る。

電気的陰性ガス？溶解状で含む絶縁用組成物で以て含浸
した多層絶縁材３がその半導体スクリーン２の周り（で
配置される。

本発明の目的のために、組成物？よび電気的悪性ガスに
ついての特色は以下に分いて説明する。

例えば紙、セルロース、プラスチック材料などでつくっ
た絶縁テープの多数回巻きによって形成される多層絶縁
材料３は外側を、例えば半導体スクリーン２と同じ構造
？もつ半導体スクリーン４によって被覆される。

例えば鉛またはアルミニウムでつくった金属シース５を
半導体ヌクリーン４の上に配置した。上述の通り、多層
絶縁材３は電気的陰性ガスを溶解状で含む組成物で以て
含浸される。

本発明によるケーブルに関しては、組成物とその中に溶
解して（・る電気的陰性ガスは次の特性をもつ。

組成物は非移動性タイプのものでなければならず、かつ
、ケーブルが使用時に達し得る最高温度より少なくとも
５℃、好ましくは少なくとも１０℃だけ高い滴点温度を
もたねばならない。

本明細書において、「電気的陰性ガス」、「非移動性組
成物」卦よび「滴点温度」は次のことを意味する： 「電気的陰性ガス」とは、その分子が遊離の電子と容易
Ｖこ結合できるか、又は電子同志で衝突する除虫じる電
子のエネルギーの一部を吸収できるようなもの？言う。

電気的陰性ガスの例には六フッ化硫黄、窒素、二酸化炭
素、塩素化炭化水素ガス、フッ素化炭化水素ガス等があ
る。「非移動性組成物」は、温度の関数としての粘度曲
線が、ある与えられた温度、いわゆる「滴点温度」とよ
ばバる温度にお（・て突然の傾斜変化を示す組成物であ
り、その値はＡＳＴＭ規格Ｄ５６ロー７６に従ってＪｉ
ｌｔ定され、滴点より高い温度においては、組成物は粘
稠液体として挙動し、一方、より低い温度では、組成物
は実際上は固形物体として挙動する。

「満点（黒度」とは、組成物の温度の関数としての粘度
曲線において突然の傾斜変化がおこる温度である。

組成物中に溶解している電気的陰性ガスは、組成物の滴
点より低い温度（ておいて、上記組成物に関して３　Ｘ
　１０７５と３　Ｘ　１０−６ｃｍ２７秒との間の範囲
にある拡散係数金示さねばならな（・。

本発明によるケーブルのための組成物と電気的陰性ガス
のその他の特徴は次のとおりである（１）室温に２ける
剪断弾性率Ｇ（正確には５℃と３５℃の間の範囲にある
温度において）が０８り／α２に等しいかそれより大き
く、中に含まれる電気的陰性ガスの圧力Ｖこよって受け
る作用の下においても、存在する微小空洞へ寸法安定性
？保証する。

（２）組成物の「滴点」より高い温度ｉ′Ｃ，ｈいて、
中に溶解する電気的陰性ガスの溶解度が、組成物の、町
０■３について２．５　Ｘ　１０−”標準Ｃ’７７１３
・ガス／バールより小さくなく、組成物含浸多層、２隊
材をもつケーブルの製造に現在使用さ几るプラントの修
正を含むことなく、かなりの量の電気的陰性ガスの組成
物中への溶解を容易にしかつ促進するようにする。

上記の諸要請車項が満たされると、組成物の化学的構造
とガスの叱学的性質の双方は所望のものとなるが、それ
らが、良好な誘電的性質をもつことのほかに、接触する
ことになるケーブル構成諸要素を形成する材料と適合し
なければならないこと、すなわち、それらの電気的また
は機械的のいかなる性質も低下させてはならないこと、
が理解さ１する。

組成物とガスに関する上記考察に基づくと、当分！野の
熟線技能者は、構成すべき各ケーブルについて、利用す
べき物質を決定してケーブル使用中の穿孔の危険全すべ
て避けることができる。

例えば、設計段階しておいて使用中に到達すべき温度が
６０℃である直流電気ケーブルを組立てるには、使用で
きる電気的陰性ガスは次の処方。

ポリイソブチレン　　　　　　　　２．５％マイクロク
リスタリンワックス　　　　４　％鉱油　　　　　　　
　　　　　　９３．５％をもつ組成物と一緒に使用する
場合、六弗化硫黄である。実際には、上記組成物は７０
℃の温度においてその滴点をもち、上記の特定的組成物
に関し、滴点以下の温度において、六弗化硫黄のｈｔ、
散係数はこの特性について上述した値の範囲にある。

六弗化硫黄の溶解度はこの特定的組成物の滴点温度をこ
える温度において、本発明によるケーブルに関する上記
の最低許容値よりも高い。組成物および電気的陰性ガス
についてのこれらの特徴の結果として、ケーブル製造は
何らの問題も含まず、かつ組成物含浸絶縁材含もつケー
ブルを組立てるのに現在使用されているプラントの変更
金回も必要としない。

実際には、本発明によるケーブルを製造するには、導体
へ適用さｒしる多層絶縁材ははじめに通常の方式で、本
発明によって提供される特性をもつ組成物全容れた含浸
夕／りの中へ（そのタンク中で乾燥と脱気を行なったの
ち）含浸され、その１列点より高い温度にされ、次に、
本発明によって提供さ八る特性をもつ電気的陰性ガスを
タンク中に数バールの圧力で組成物の飽Ｖ（ｌｌを得る
のに適切な時間の間導入する。

その後、組成物温度を滴点以下の値へ下げ、室温全わず
かにこえる温度に達するまで冷却を保ち、タンクを電気
的陰性ガスを除いたのちに開放し、電気的陰性ガス全含
む５組成物で以て含浸した絶縁材で被覆した導体を、そ
の絶縁材をとりまく金属ソース？形成させる目的の装置
へ送る。

タンク開放と絶縁材の周りの金属シース形成との間の経
過時間の間には、その絶火材を含浸する組成物からのガ
スの損失は、組成物中９ガン拡１次系数がこの特性につ
（・て上述した値の臨界的範囲内にあるときには、実際
上認められない。

以後に解説する実験的試１′験によると、本発明による
直流ケーブルを採用することにより、穿孔の危険は実際
上取除かれ、その場合、構造の複雑化を含める必狭がな
く、不利な長さ制限γこかかわることもなく、かつ、使
用中のケーブルに永久的方式でガスを供給せねばならな
いこともない、ことが示さハた。

採用された実験的試）、倹は、レビュー「エレクトラ（
Ｅｔｅｃｔｒａ　）ｊの／に７２号において刊行され、
「ＣＩＧＲＥの研究委員会７紙２１の作業グループ２１
−１０４によって推奨される、。ローディング・サイク
ル・アンド・ボーラリティー・リバーサル・テスト（Ｌ
ｏａｄｉｎｇ　Ｃｙｃｌｅ　ｃＬｎｄ　Ｐｏ１ａｒｔｔ
ｙ　Ｒａｖｅ　−ｒ８αｔＴε５ｔｓ）５と題するもの
である。

上記論文に解説される様式によると、長さ３０ｍの各ケ
ーブル試験片を室温とケーブルが到達する最高使用温度
との間の３０回の加熱・冷却サイクルにかけ、％３０回
毎に、穿孔がおこる電圧が測定されるまで、ケーブルへ
適用する継続電圧の値に増加させた。

次の諸系列のケーブルにこの実験的試験にかレアだ。

一本発明によるケーブルの一系列であって１６０℃の使
用温度のために計画し、多層固木絶は材を組立てるのに
使った絶縁材料テープの特性（物質、厚さ、密度、透過
性）に関してのみ相互に異なって−・る系列。

この系列のケーブルのすべてにあ八・て、多１ｒΔ絶縁
材はさきに例示した非・し動性組成物、すなわち、２バ
ールの圧力と１２０℃の温度すなわち「滴点」温度（こ
れは７０℃である）より高い温度とに九゛いて六弗化硫
黄ガスで飽和させた組成物、で以て上述構成方法に従っ
て含浸させた。さらに、この系列のケーブルはすべて、
銅撚線によって構成される直径３９耶の導体？包みこみ
、半導電性層Ｖこよって被覆され、厚さ１８朋の多層絶
縁材によって彼りされ、外部に半導電性スクリーンと鉛
シースとが与えられている。

御粘性組成物で十分含浸させた多層絶縁材中もつケーブ
ルの一系列であって；粘性組成物とは一温度の関数とし
ての粘度曲線が突然の傾斜変化金示さな−・組成物全意
味する。使用した粘性組成物は本発明によるケーブルの
処方からマイクロクリスタリン・ワックス全除外するこ
とのみが異なっている処方であった。その他のことにつ
いては、この系列のケーブルの構造と多層絶縁材を形成
するのに使った絶縁材料テープは本発明番てよるケーブ
ルと同じであった。

一加圧下のガスと組み合わせに多層絶縁ヲもつケーブル
の一系列であって；前記絶縁材上、予め同じ組成物で含
浸させ、本発明のケーブル全書るのに使用されるテープ
と同様のテープ全巻くことによって形成し、ケーブル中
に含有するガスが１４バールの圧力に２ける窒素であっ
た。

−絶縁材を含浸する組成物全３バールでかつ１２０℃の
温度で飽和させたガスが窒素であった事実だけが本発明
によるものと異なって℃・る十分含浸されたケーブルの
一系列。

上述の様式で以て実施した実験的試験により、各々のケ
ーブル系列内で、穿孔がおこる電圧は多層絶縁材中リ の種類に応じである範囲の値で変動することが確認され
た。しかし、多層絶縁材を形成するのに使った絶縁物質
テープのどの特定タイプについても、各種系列ケーブル
について確認された穿孔電圧値の間の差は一定のままで
あることが認められた。

さらに特定的にいえば、上記各桟タイプのケーブルと粘
性組成物で十分に含浸した絶縁をもつグープルとについ
て認められた穿孔電圧に２けるパーセンテージ差は次の
表に報告されている。

上記報告データの検討から、次の考察をなし得る　粘性
組成物で十分含浸した絶縁をもつケーブルに関し、本発
明によるケーブルについての？孔電圧の増加パーセンテ
ージは、１４バールの圧力下の窒素と組み合わせ、組成
物で予め含浸したテープによって形成さ、′シた絶縁を
もつケーブルの穿孔電圧と同じ程度の大きさのものであ
る。

このことは、本発明によると、使用中の穿孔の危険は高
いガス圧と組み合せた絶縁をもったケーブルの場合と同
様に、上記慣用ケーブルの前記欠陥全ともかくもひきお
こすことなく回避されることを意味して−・る。

特に、本発明によるケーブルは長さ制限を何らうけるこ
となく、かつシース亀姿時に多層絶縁材中の湿分浸入を
おくらせることができるように思われる。

本発明の特定具体化について記述およびし１１証してき
たが、画業熱線技能者が考案し得る可能な別途具体化は
すべて含まれることが理解さ九る。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明に係るケーブルを一部Ｉｌｌがした部分斜
視図である。図中、１　・導体、２　半４体スクリーン
、３・・・多層絶縁層、４・・半導体スクＩＪ−ン、そ
して５・・シースである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体スクリーンによつて被覆された少なくとも一
   つの導体、電気的陰性ガスを溶解状で含む組成物で以て
   含浸した絶縁材料テープの多数回巻きによつて形成され
   た多層絶縁層、その絶縁層を被覆する半導体スクリーン
   、および金属シースから成る直流電気ケーブルであつて
   、上記組成物が、ケーブルが使用中に到達し得る最高許
   容温度を少なくとも５℃だけこえる滴点をもつ非移動性
   組成物であることを特徴とし、かつ、組成物滴点より低
   い温度において、組成物中で溶解している電気的陰性ガ
   スが組成物に関して、３×１０＾−＾５と３×１０＾−
   ＾６ｃｍ＾２／秒の範囲の拡散係数を示す、ことを特徴
   とするケーブル。 ２、組成物の滴点がケーブルが使用中に到達し得る最高
   許容温度を好ましくは少なくとも１０℃だけこえること
   を特徴とする、特許請求の範囲第１項に記載の電気ケー
   ブル。 ３、室温における非移動性組成物が０．８ｋｇ／ｃｍ＾
   ２より低くない剪断弾性率をもつことを特徴とする、特
   許請求の範囲第１項に記載の電気ケーブル。 ４、上記組成物の滴点をこえた温度における組成物中に
   溶けた電気的陰性ガスが組成物のｃｍ＾３について２５
   ×１０＾−＾２標準ｃｍ＾３・ガス／バールより低くな
   い溶解度を示すことを特徴とする、特許請求の範囲第１
   項から第３項のいずれかに記載の電気ケーブル。