WO1994000853A1 - Direct current oil-filled cable - Google Patents

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WO1994000853A1
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paper
composite tape
pplp
main insulator
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Masayuki Hirose
Ryosuke Hata
Yoshiteru Nakaura
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Sumitomo Electric Industries, Ltd.
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    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B9/00—Power cables
    • H01B9/06—Gas-pressure cables; Oil-pressure cables; Cables for use in conduits under fluid pressure
    • H01B9/0688—Features relating to the dielectric of oil-pressure cables
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B9/00—Power cables
    • H01B9/06—Gas-pressure cables; Oil-pressure cables; Cables for use in conduits under fluid pressure
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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    • H01L2924/30—Technical effects
    • H01L2924/301—Electrical effects
    • H01L2924/3011—Impedance

Definitions

  • the present invention relates to a DC 0 F cable used as a large-capacity power transmission, particularly for a long seabed long power cable.
  • DC OF cable unlike the AC cable, the dielectric properties such as the dielectric constant and the dielectric loss tangent are less important, so kraft paper with excellent airtightness and high airtightness is often used. It can be said that other basic structures are not much different from AC cables.
  • the DC cable must have (1) DC characteristics, (2) abnormal voltage such as lightning surge, (3) withstand voltage characteristics against polarity reversal, and satisfy the allowable current.
  • the DC stress distribution of an insulator is determined by the P-characteristic of the insulator, and the P-characteristic changes with temperature and stress.
  • the DC stress distribution due to the P characteristics described above is not the dominant factor in the design, and the impulse design is similar to the AC cable.
  • the design has been made by electrical stress when an impulse opposite to the DC polarity is applied to the conductor.
  • the present invention provides a DC 0 F cable that solves the above-mentioned problems.
  • the first characteristic of the present invention is that a composite tape (hereinafter referred to as PPLP) in which a main insulator is laminated with a low-loss plastic film and kraft paper is laminated. Abbreviated as), P-grading is performed by combining PPLPs with different plastic film ratios as necessary, and 1 to 10 kraft paper winding layers are placed inside and / or outside the above PPLP main insulator.
  • PPLP composite tape
  • P-grading is performed by combining PPLPs with different plastic film ratios as necessary, and 1 to 10 kraft paper winding layers are placed inside and / or outside the above PPLP main insulator.
  • the second feature of the present invention is that the main insulator is made of PPLP, and if necessary, a PPLP having a different plastic film ratio is combined and p-grading is applied to the inside of the PPLP main insulator and / or Or in a DC 0 F cable with 3-5 carbon paper winding layers placed on the outside.
  • the third feature of the present invention is that the main insulator is made of PPLP, and if necessary, PPLPs having different plastic film ratios are combined and p-grading is applied, and at least 3 to 5 A DC 0F cable in which one sheet of carbon paper winding is arranged and one to ten sheets of paper winding are arranged inside and Z or outside of the PPLP insulator.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a specific example of the insulation configuration of the DC 0 F cable of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of another specific example of the insulation configuration of the DC 0 F cable of the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of still another specific example of the insulation structure of the DC 0 F cable of the present invention.
  • FIG. 4 is a DC characteristic diagram of P P L P and conventional paper.
  • the present invention relates to a direct current in which a main insulator is composed of a composite tape in which a low-loss plastic film and kraft paper are laminated, and 1 to 10 kraft paper winding layers are arranged inside and / or outside the composite tape main insulator. 0 F cable.
  • PPLP applied to AC cables is formed by laminating and integrating low-loss polyolefin-based film, for example, polypropylene film (PP), on one or both sides of Kraft paper. It has high dielectric strength as well as low dielectric loss. Composite insulation tape with excellent impulse characteristics compared to kraft paper.
  • low-loss polyolefin-based film for example, polypropylene film (PP)
  • PP polypropylene film
  • a PPLP with a higher dielectric strength of, for example, a PP ratio of about 60% is placed on the conductor side and the sheath side where stress is higher, and a PPLP with a PP ratio of about 40% is placed in the middle of these. To do it.
  • a PPLP with a PP ratio of about 40% should be placed on the conductor side and the sheath side, and a PPLP with a PP ratio of about 60% should be placed between them.
  • the stress on the conductor side increases at room temperature, and the stress on the sheath side increases at high temperature.
  • the strength of the insulating layer is such that the thinner the insulating paper, the higher the withstand voltage strength. Accordingly, by arranging thin insulating paper on the conductor side and the sheath side, it is possible to cope with the stress distribution peculiar to the DC cable as described above and to make a cable resistant to AC surge.
  • the gas density of 1 000 to about or more Gurley seconds 1 00 At m kraft paper three or more, 1 0 Like preferably 7 ⁇ , 1 0 3 ⁇ 1 0 6 ⁇ • cm about the carbon It is preferable to use 3 to 5 sheets of paper, and it is generally the most desirable for the conductor to be composed of one conductor, one piece of paper, one piece of craft paper, one piece of PPLP, one piece of paper, and one piece of carbon paper. I found However, as the amount of carbon paper and craft paper increases, the insulation thickness increases, It is necessary to avoid more than this number, as this will cause problems in securing the flow and economic efficiency.
  • the conductor As a countermeasure against (+) impulse, the conductor generally becomes large (for example, 600 mm 2 or more). If the insulation thickness is large (for example, 1 O mm or more), the conductor becomes less severe because the stress on the conductor side becomes severe. Paper-kraft paper-PPLP-sheath, that is, a configuration in which the kraft paper on the sheath side with low stress and no or carbon paper are omitted is also realistic.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a specific example of the insulation structure of the DC OF cable of the present invention.
  • 1 is a cable conductor having an oil passage inside
  • 2 is a normal inner shielding layer formed by winding one or two sheets of carbon paper
  • 3 is a wound layer of 1 to 10 kraft papers
  • 4 is a PPLP.
  • a PPLP with a PP ratio of about 60% is wound around the cable conductor side 43 and the sheath side 41
  • a PPLP with a PP ratio of about 40% is wound around these middle sections 42.
  • P Gramded.
  • Reference numeral 5 denotes a wound layer of 1 to 10 kraft papers disposed outside the PLPP insulating layer 4
  • 6 denotes a normal external shielding layer formed by winding one or two sheets of carbon paper provided thereon.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of another embodiment of the insulation structure of the DC OF cable of the present invention.
  • a carbon paper winding layer 7 in which three to five sheets of carbon paper are wound is disposed in place of the normal internal shielding layer on the conductor 1, and the same P— A graded PPLP insulating layer 4 is provided, and a normal external shielding layer 6 is further provided thereon.
  • a carbon paper wound layer in which 3 to 5 sheets of carbon paper are wound is provided. May be placed.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of still another specific example of the insulation structure of the DC OF cable according to the present invention.
  • the same reference numerals as those in FIGS. 1 and 2 denote the same parts.
  • a carbon paper winding layer 7 in which 3 to 5 sheets of carbon paper are wound on the cable conductor 1 and a kraft paper winding layer 3 in which 1 to 10 sheets of kraft paper are wound thereon are arranged.
  • a PLP-graded PPLP insulating layer 4 is provided thereon as described above.
  • a wrapping layer 5 of kraft paper around which 1 to 10 pieces of craft paper is wound is placed on top of it, and a wrapping layer 8 of carbon paper around which 3 to 5 pieces of carbon paper is wound. is there.
  • an outer shielding layer formed by winding one or two sheets of carbon paper may be provided.
  • Item Unit Conventional paper PPLP size mm 2 3500 3000 Insulation thickness mm 25 20 Outer diameter mm 182 1BG

Landscapes

  • Insulated Conductors (AREA)
  • Communication Cables (AREA)
  • Flexible Shafts (AREA)
  • Organic Insulating Materials (AREA)

Description

明 細 書 直流 0 Fケーブル 技術分野
この発明は、 大容量送電として特に海底の長尺電力ケーブルに用いら れる直流 0 Fケーブルに関するものである。 背景技術
従来から直流ケーブルには、 油浸ソリツ ド電力ケーブル、 O Fケープ ルが適用される。 直流 O Fケーブルの場合、 絶縁体は交流用ケーブルと 異なり、 誘電率又は誘電正接等の誘電特性は重要度が小さいことから、 破壊特性のすぐれた気密度の高いクラフト紙が用いられることが多い。 その他の基本的構造は交流用ケーブルと大差ないといえる。
又、 直流用ケーブルは （ 1 ) 直流特性、 （ 2 ) 雷サージ等の異常電 圧、 （3 ) 極性反転に対する耐電圧特性を有し、 かつ許容電流を満足し ないといけない。
絶縁体の直流ストレス分布は絶縁体の P特性によって決まり、 その P 特性は、 温度、 ストレスによって変化するため、 絶縁体中の温度分布の 変化に伴い複雑に変化する。
従来のクラフト紙を用いた直流ケーブルの使用形態は、 上記の P特性 による直流ス ト レス分布が設計の支配的要因とはなっておらず、 交流 ケ一ブルと同様にィンパルス設計、 更に詳細に云えば直流の極性とは逆 のィンパルスが導体に印加された場合の電気ストレスにより設計を行つ てきた。
しかし、 大容量送電用の直流ケーブルを検討する場合、 交流ケーブル と同様のィンパルス強度はもとより直流に対する耐電圧強度が必要とな る。 この場合、 必要絶縁厚を評価すると、 一般的に云って絶縁厚が厚く なり、 必要とする送電容量を確保することができなくなる。 この対策と して、 導体サイズを大きくすることで導体抵抗を下げ、 発生ロスを低減 して送電容量を確保することができるが、 これは生産性の低下、 ケープ ルサイズの増大、 コスト上昇等さまざまな問題がある。
発明の開示
そこでこの発明は、 上述の問題点を解消した直流 0 Fケーブルを提供 するもので、 その第 1の特徴は、 主絶縁体を低損失のプラスチックフィ ルムとクラフト紙を積層した複合テープ （以下 P P L Pと略称す） で構 成し、 必要に応じプラスチックフィルム比率の異なる P P L Pを組合せ て P—グレーディングを施し、 上記 P P L P主絶縁体の内側及び/又は 外側に 1〜 1 0枚のクラフト紙巻層を配置した直流 0 Fケーブルにあ る。
そして、 この発明の第 2の特徴は、 主絶縁体を P P L Pで構成し、 必 要に応じプラスチックフィルム比率の異なる P P L Pを組合せて p一グ レーディ ングを施し、 上記 P P L P主絶縁体の内側及び/又は外側に 3〜 5枚のカーボン紙巻層を配置した直流 0 Fケーブルにある。
さらに、 この発明の第 3の特徴は、 主絶縁体を P P L Pで構成し、 必 要に応じプラスチックフィルム比率の異なる P P L Pを組合せて p一グ レーディ ングを施し、 さらに少なく とも導体上に 3〜 5枚のカーボン紙 巻層を配置し、 P P L P絶縁体の内側及び Z又は外側に 1〜 1 0枚のク ラフト紙巻層を配置した直流 0 Fケーブルにある。
図面の簡単な説明 第 1図は、 この発明の直流 0 Fケーブルの絶縁構成の具体例の横断面 図である。
第 2図は、 この発明の直流 0 Fケーブルの絶縁構成の他の具体例の横 断面図である。
第 3図は、 この発明の直流 0 Fケーブルの絶縁構成のさらに他の具体 例の横断面図である。
第 4図は、 P P L Pと従来紙の直流特性図である。
発明の詳細な説明
この発明は、 主絶縁体を低損失のプラスチックフィルムとクラフト紙 を積層した複合テープで構成し、 上記複合テープ主絶縁体の内側及び 又は外側に 1〜 1 0枚のクラフト紙巻層を配置した直流 0 Fケーブルで ある。
一般に交流ケーブルに適用された P P L Pは、 クラフ卜紙の片面又は 両面に低損失のポリオレフィ ン系のフィルム、 例えばポリプロピレン フィルム （ P Pという） を積層一体化したもので、 低誘電損とともに高 絶縁耐力の複合絶縁テープであり、 ィンパルス特性がクラフト紙に対し すぐれている。
この P P L Pについて直流特性を確認したところ、 第 4図に示すよう に非常にすぐれている。 クラフト紙の直流特性向上対策として気密度向 上が挙げられるが、 P P L Pは気密度が無限大に相当する。 又 P P L P の P P比率が大きくなる程、 ィンパルス及び直流特性が高くなることか ら、 P P比率を変えた P P L Pを組合せて絶縁体中の p分布と各部のス トレスから最適な P分布 （ P —グレーディ ング） を形成することが可能 ： . となる。 この解としては次に述べるような例が挙げられ、 導体サイズ、 ケープ ルの負荷 （送電電流） によって解は必ずしも 1つにはならない。 直流ス 卜レスは常温では導体側、 高温ではシース側で高くなる。 このため、 ス トレスの高くなる導体側及びシース側には例えば P P比率約 6 0 %のよ り絶縁耐力の高い P P L Pを配置し、 これらの中間部には P P比率約 4 0 %の P P L Pを配置するようにする。 又ストレスが平均化するよう にするのが最適のケースでは、 導体側及びシース側に P P比率約 4 0 % の P P L Pを、 これらの中間には P P比率約 6 0 %の P P L Pを配置す るようにする。 ―
上述のように、 直流のストレス分布は、 常温では導体側、 高温では シース側のストレスが高くなる。 ところで、 一般的に絶縁層の強度は絶 縁紙が薄い程、 耐電圧強度が高くなる。 従って、 導体側及びシース側に 厚さの薄い絶縁紙を配置することで、 前記の通りの直流ケーブル特有の ストレス分布に対応すること及び、 交流性サージに強いケーブルを作る ことができる。
次に、 P P L Pのインパルス特性につていみるに、 表 1に示すよう に、 P P L Pは （+ ) (—） の極性差がやや大きい、 これは P P L Pの P Pフィルムに起因しているものと考えられる。
表 1 項 P Pし P D Cセル口—ス紙 厚 さ （ m) 125 125
フィルム比率 （％) 約 50
ε 2.8 4.0 tan<5 (%) 0.08 0.33
P o ( Ω -cm ) 4 X 101 J 6 101U
a ( 1 Z°C) 0.07 0.10
β (ram/kV) 0.11 0.045
A C 53 (80) 44
I mp + 114(140)
破壊強度 115
I mp - 156(209)
(kV/mm)
D C + 149(211)
134
D C一 136(232) 我々は鋭意研究を進めた結果、 P P L Pの （+ ) 極側にクラフ ト紙を 少数枚配置すると、 その極性差がなくなる方向に改善されるという大変 有用な事実を発見した。 又 1 03 〜 1 06 Ω · cm程度のカーボン紙 3〜 5枚を配置すれば、 さらに改善されることも見い出した。
種々の構成で評価した結果、 気密度 1 000ガーレ秒以上の約 1 00 At mのクラフ ト紙 3枚以上、 好ましくは 7〜 1 0枚、 1 03 〜 1 06 Ω • cm程度のカーボン紙 3〜 5枚を用いるのがよく、 導体一力一ボン紙一 クラフ ト紙一 P P L P—クラフ ト紙—カーボン紙一シースの構成が直流 0 Fケ一ブルにとつて一般的に最も望ましいことを見い出した。 しか し、 カーボン紙、 クラフ ト紙が多くなると、 絶縁厚が厚くなり、 許容電 流の確保、 経済性に問題が生じるため、 これ以上の枚数は避けるべきで ある。
又 （+ ) インパルス対策としては、 一般的に導体が大きくなり （例え ば 6 0 0 mm2 以上） 絶縁厚が厚くなると （例えば 1 O mm以上） 導体側の ストレスガが厳しくなることから導体—カーボン紙ークラフト紙ー P P L P—シースすなわちス卜レスの低いシース側のクラフト紙及びノ又は カーボン紙を省略した構成も現実的である。
実 施 例
第 1図はこの発明の直流 0 Fケーブルの絶縁構成の一具体例の横断面 図である。 図面において、 1は内部に油通路を有するケーブル導体、 2 は例えばカーボン紙を 1〜2枚程度巻回した通常の内部遮蔽層、 3は 1〜 1 0枚のクラフト紙巻回層、 4は P P L P絶縁層で、 例えばケープ ル導体側 4 3及びシース側 4 1には P P比率約 6 0 %の P P L Pを巻回 し、 これらの中間部 4 2には P P比率約 4 0 %の P P L Pを巻回して p —グレーデイ ングを施してある。 5は P P L P絶縁層 4の外側に配置 した 1〜 1 0枚のクラフト紙巻回層、 6はその上に設けたカーボン紙を 1〜2枚程度を巻回した通常の外部遮蔽層である。
第 2図はこの発明の直流 0 Fケーブルの絶縁構成の他の具体例の横断 面図である。 図面において、 第 1図と同一符号は同一部位をあらわして いる。 本具体例においては、 導体 1上の通常の内部遮蔽層に代えて力一 ボン紙の 3〜5枚を巻回したカーボン紙巻層 7を配置し、 その上に第 1 図と同様の P —グレーデイングを施した P P L P絶縁層 4を設け、 さら にその上に通常の外部遮蔽層 6を設けたものである。 この場合、 外部遮 蔽層 6に代えて、 カーボン紙の 3〜5枚を巻回したカーボン紙巻層を配 置してもよい。
第 3図はこの発明の直流 0 Fケーブルの絶縁構成のさらに他の具体例 の横断面図である。 図面において、 第 1図、 第 2図と同一符号は同一部 位をあらわしている。
本具体例においては、 ケーブル導体 1上にカーボン紙の 3 ~ 5枚を巻 回したカーボン紙巻層 7、 その上にクラフト紙の 1〜1 0枚を巻回した クラフト紙巻回層 3を配置し、 その上に前記のように P —グレーディ ン グを施した P P L P絶縁層 4を設けてある。 そして、 その上にはクラフ ト紙の 1〜 1 0枚を巻回したクラフト紙巻回層 5を配置し、 さらにカー ボン紙の 3〜5枚を巻回したカーボン紙巻回層 8を配置してある。 この 場合、 外側のカーボン紙巻回層 8に代えて、 例えばカーボン紙の 1〜2 枚を巻回した外部遮蔽層を設けてもよい。
発明の効果
第 3図に示すこの発明の直流 0 Fケーブルと、 従来のクラフト紙を用 いた直流 0 Fケーブルとで、 ± 5 0 0 0 V， 2 8 0 0 Aの大容量送電 ケーブルを設計すると、 表 2の通りとなり、 ケーブル外径、 重量が小さ くなり、 導体サイズも小さくすることができ、 ケーブルコストを低減す ることが可能となるのみならず、 施設工事費も低減できる。 従って、 大 容量送電用の長尺海底ケーブルとして利用するとき、 その効果は極めて 大きいものがある。 2
項 目 単 位 従 来 紙 PPLP サ イ ズ mm2 3500 3000 絶 縁 厚 mm 25 20 外 径 mm 182 1BG
M 里 kg/m 101 86 コ ス ト 0/

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 主絶縁体を低損失のプラスチックフィルムとクラフト紙を積層した 複合テープで構成し、 上記複合テープ主絶縁体の内側及び Z又は外側に
1〜 1 0枚のクラフト紙巻層を配置したことを特徴とする直流 0 Fケー ブル。
2 . 主絶縁体を前記複合テープで構成し、 上記複合テープ主絶縁体の内 側及び 又は外側に 3〜 5枚のカーボン紙巻層を配置したことを特徴と する直流 0 Fケーブル。
3 . 主絶縁体を前記複合テープで構成し、 少なく とも導体上に 3〜5枚 のカーボン紙巻層を配置し、 複合テープ主絶縁体の内側及び 又は外側 に 1〜 1 0枚のクラフト紙巻層を配置したことを特徴とする直流 O F ケーブル。
補正された請求の範囲
[1993年 11月 12(12.11.93)国際事務局受理；出願当初の請求の範囲 2は取り下げられた;出 願当初の請求の範囲 1は補正された;請求の範囲 3は請求の範囲 2に番号が付け替えられ た。 (1頁)]
1 . 主絶縁体を低損失のプラスチッ クフ ィ ルムとクラ フ ト紙を積層した 複合テープで構成し、 上記複合テープ主絶縁体の内側及びノ又は外側に 3〜 5枚のカーボン紙巻層を配置したことを特徴とする直流 0 Fケープ ル。
2 .一主絶縁体を前記複合テープで構成し、 少なく とも導体上に 3〜 5枚 のカーボン紙巻層を配置し、 複合テープ主絶縁体の内側及び 又は外側 に 1〜 1 0枚のクラフ ト紙巻層を配置したことを特徴とする直流 0 Fケ一 ブル。
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