JP2000509195A - 非線形誘電体／ガラス絶縁電導ケーブル及び製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 電気エネルギーを伝達するためのケーブル（１００、１２０）が、電気導体（１０２）の周りに同心的に形成された、非線形誘電体を含む、予め含浸させたストランド、例えばガラスストランド（１０５）を有する絶縁及びシールド材料の層（１０４）で構成される。層（１０４）の一部が、ケーブル（１００、１２０）に沿って長手方向の熱分配経路（１１４）を構成するために、熱伝導体を予め含浸させたストランド材料（１１６）で置き換えられる。非線形誘電体の層（１０４）は、ケーブル（１００、１２０）内の電界制御を改善し、ケーブル（１００、１２０）に沿った温度プロフィールをも、改善し、その両方は、性能及び予測寿命を改善する。加えて、ケーブル（１００、１２０）の周りの電界、及び電磁障害（ＥＭＩ）を減ずる。長手方向の熱分配経路（１１４）は、ケーブル（１００、１２０）に沿った温度プロフィールを更に改善する。

Description

【発明の詳細な説明】 非線形誘電体／ガラス絶縁電導ケーブル及び製造方法 技術分野 本発明は、一般に電気エネルギーを伝達するための絶縁ケーブルに関し、そし て特に、ストランド材料、例えば、非線形誘電体で予め含浸させたガラスによっ て、中心の電気導体の周りに概ね同心的に形成された絶縁及びシールド材料を使 用したケーブルに関する。本発明は又、そのようなケーブルの製造に関する。 背景 絶縁ケーブルの非常に様々な構造が、当該技術分野において知られている。典 型的には、これらのケーブルは、銅のような中実でもストランドでも良い中心又 は芯に電気導体を有する。次に、一又はそれ以上の材料層が、電気導体の上に取 り付けられて絶縁ケーブルを形成する。導体を電気的に絶縁することが、一又は それ以上の被覆層の本質的機能である。加えて、層は又、ケーブルが燃え、或い は、高温に加熱される場合にケーブルの熱抵抗を改善し、耐火性を与え、かつ、 関連した煙を減じ、ケーブルに強度を与え、ケーブルの利用のためにケーブルを 容易にむけるようにし、耐損耗性等を提供する層を設けることができる。 ガラス及び重合体を含む広汎な種類の材料が、ケーブル被覆層に使用されてい るが、いわゆる”賢い材料”の最近の研究は、絶縁ケーブルの更なる改良を約束 する。賢い材料は、外部刺激に応答して自己適応能力を示す部類の材料であるか ら、刺激に適応することによって固有の知能を有しているようである。温度及び ／又は電界の変化に応答して誘電率が変化する非線形誘電体が、絶縁ケーブルに とって特別な関心のあるものである。そのような非線形誘電体の温度感度の研究 中に、非線形誘電体複合物が、高電圧の応用において、電界制御を相当に改善で することが示唆された。残念ながら、そのようなケーブルの構造は、開示も、示 唆もされていない。 ケーブルの作動特性、及び、有効寿命の両方を伸ばす絶縁ケーブルの改良の要 望が継続的してある。好ましくは、新しいケーブルの構造は、絶縁ケーブル内部 の電界制御、及び、ケーブルに沿った温度プロフィールを改善し、それら両方は 、性能、及び、見込まれる寿命を改善する。 発明の開示 この要望は、本発明の方法、及び、器具によって満足され、本発明においては 、ケーブルが、電気導体の周りに同心的に形成された、適合する非線形誘電体を 予め含浸させたストランド、例えばガラスストランドを有する絶縁、及び、シー ルド材料の層で構成される。層の一部は、熱伝導材料で予め含浸させたストラン ド材料で置き換えてケーブルに沿って長手方向に熱分配経路を構成する。非線形 誘電体の層は、絶縁ケーブル内部の電界制御、及び、ケーブルに沿った温度プロ フィールを改善し、それら両方は、性能、及び、見込まれる寿命を改善する。加 えて、ケーブルの周りの電界、及び、電磁障害（ＥＭＩ）を減ずる。ケーブルに 沿って長手方向の熱分配経路を設けることによって、ケーブルに沿う温度プロフ ィールが、著しく改善される。 本発明の一つの見地によれば、電気エネルギーを伝達するためのケーブルは、 電気導体の周りに概ね同心的に形成された、絶縁、及び、シールド材料の層を持 つ電気導体を有する。絶縁、及び、シールドの層は、非線形誘電体で予め含浸さ せたストランド材料、例えば、ガラスを含む。連続的なコーティングが、ケーブ ルを保護するために、絶縁、及び、シールド材料の層を被覆する。ストランド材 料は、連続的な粗紡糸を含んでも良く、誘電体は、バリウムチタン酸塩、チタン 酸エステル、ルチル、酸化チタン、及び、バリウムチタン酸塩を含む混合物から なるグループから選択するのが良い。 好ましくは、ケーブルは、電気導体と絶縁及びシールド材料の層との間に形成 された、高密度ポリエチレン、フルオロポリマー及びフッ素樹脂からなるグルー プから選択された有機絶縁層を更に有する。ケーブルは、絶縁及びシールド材料 の層と、絶縁及びシールド層のストランド材料をケーブルに保持するための連続 保護カバーとの間に形成された、エラストマーポリマー、例えば、ネオプレーン の結合層を更に有する。 接地が所望される適用については、ケーブルは、絶縁及びシールド材料の層の 周りに形成された導電性層を更に有しても良い。導電性層は、エラストマーポリ マーの結合層に代えることができ、或いは、エラストマーポリマーの層と一緒に 使用されることもできる。防水壁を要求する適用については、ケーブルは、導電 性層、又は、エラストマーポリマーの層と、連続保護カバーとの間に形成された 、防水材料の層を更に有してもよい。防水材料は、高吸水性粉末を予め含浸させ た、ストランド材料、例えば、ガラスから構成することができる。 絶縁及びシールド材料の層を形成するストランド材料は、電気導体とほぼ平行 に走っても良く、或いは、電気導体の周りに電気導体の軸線に対して角度を持っ て巻きつけられても良い。巻き付ける角度は、電気導体の長手方向軸線に対して 、約０°乃至６０°の間で変化えることができる。連続保護コーティングは、高 密度ポリエチレン、フルオロポリマー、フッ素樹脂からなるグループから選択す ることができる。ケーブルに沿った温度プロフィールを改善するために、絶縁及 びシールド材料の層の一部が、ケーブルに沿って長手方向に熱分配経路を構成す る熱伝導材料を予め含浸させたガラスのようなストランド材料によって置き換え られる。置き換えられた部分は、絶縁及びシールド材料の層の約１％乃至５０％ に変えることができる。 本発明の別の見地によれば、電気エネルギーを伝達するためのケーブルを形成 するための方法は、電気導体を準備する段階と、非線形誘電体を予め含浸させた ストランド材料、例えば、ガラスで形成された絶縁及びシールド材料の層を電気 導体の周りに同心的に取り付ける段階と、連続保護コーティングで絶縁及びシー ルド材料の層を覆う段階とを有する。 誘電体を予め含浸させたストランド材料で形成された絶縁及びシールド材料の 層を、電気導体の周りに同心的に取り付ける段階は、バリウムチタン酸塩、チタ ン酸エステル、ルチル、酸化チタン、及び、バリウムチタン酸塩を含む混合物か らなるグループから選択された非線形誘電体を、ストランド材料に予め含浸させ る段階を有しても良い。 電気エネルギーを伝達するためのケーブルを形成するための方法は、電気導体 と絶縁及びシールド材料の層との間に有機絶縁層を形成する段階と、絶縁及びシ ールド材料の層と連続保護カバーとの間にエラストマーポリマーの結合層を形成 する段階と、絶縁及びシールド材料の層の周りに導電性層を形成する段階と、導 電性層、若しくは結合層と連続保護カバーとの間に防水材料の層を形成する段階 と、ケーブルに沿って長手方向に熱分配経路を構成するために、熱伝導性材料を 予め含浸させたストランド材料で絶縁及びシールド層の一部を形成する段階を更 に有する。 したがって、本発明の目的は、非線形誘電体を含む予め含浸させたストランド を有する絶縁及びシールド材料の層によって、少なくとも一部分が絶縁された電 気ケーブルを提供すること、そのケーブルを製造する方法を提供すること、及び 、そのようなケーブル及び、長手方向の熱分配経路を、絶縁及びシールド材料の 層内にケーブルに沿って形成する方法を提供することにある。 本発明の他の目的と利点は、後続の説明、添付図面、及び、付属の請求の範囲 から明らかになるだろう。 図面の簡単な説明 図１は、構造を示すために連続する層が取り除かれた、本発明による電気エネ ルギーを伝達するためのケーブルの第一の実施形態の斜視図である。 図２は、図１のケーブルの断面図である。 図３は、構造を示すために連続する層が取り除かれた、本発明による電気エネ ルギーを伝達するためのケーブルの他の実施形態の斜視図である。 本発明を実施するための最高の仕方 今、本発明を、図面を参照して説明する。図面において図１及び図２は、電気 エネルギーを伝達するための絶縁ケーブル１００の第一の実施形態を示す。本出 願の発明は、様々な構造で具体化され、最も基本的な構造は、中心の電気導体１ ０２と、非線形誘電体で予め含浸させたストランド材料、例えば示されたような ガラスストランドによって電気導体１０２の周りに概ね同心的に形成された絶縁 材料及びシールド材料の層１０４と、ケーブルの外側を形成するために、絶縁及 びシールド層１０４を覆う保護コーティング１０６とを含む。 バリウムチタン酸塩、及びバリウムチタン酸塩を含む混合物が、現代のところ 、非線形誘電体のために好まれているが、例えば、チタン酸エステル、ルチル、 酸化チタンを含む、他の非線形誘電体を、本発明に使用することができる。スト ランド材料は、連続ストランド、連続粗紡糸、連続テープ、又は、これらに類す るものからなり、それらを、ここでは包括的にストランド或いはストランド材料 と呼ぶ。ストランド材料は、中心の電気導体１０２と平行に走っているものとし て示されているが、ストランド材料は、織られても良いし、縫われても良いし、 或いは、平行な織りと縫いの組み合わせでもよく、種々記載した形態のストラン ド材料を、混ぜ合わせて層にしてサンドウィッチ構造体、又は、それに類するも のを形成する。層１０４についてストランドガラス材料を使用することが、現在 、好まれている、しかしながら、例えば、織物用繊維、ポリテトラフルオロエチ レン繊維、ポリプロピレン繊維、アラミド繊維を含む、無機と有機の両方の他の 材料を、本発明に使用しても良い。これらの繊維のいくつかは、高い温度で融解 する傾向があるので、それらの使用が低温適用に限られることを記載しておく。 図示した第一の実施形態では、電気導体１０２は、例えば、高密度ポリエチレ ン、適当なゴム非導電性材料、ポリテトラフルオロエチレン又は他のフルオロポ リマー、及び、フッ素樹脂で作られた、ジャケット又はコーティング１０８で覆 われている。コーティング１０８は、ケーブル１００の可撓性を増し、及び、電 気導体１０２と絶縁及びシールド材料の層１０４との間の移動を高める。 最後に、絶縁及びシールド材料の層１０４を形成するのに使用されるガラスス トランド１０５を、ストランドを自己摩耗から保護するために、熱可塑性ポリマ ー、又は熱硬化性ポリマーのような適当な材料での含浸によって準備する。次に 、ガラスストランドに、適用される電界強さ、及び／又は、温度の関数として非 線形誘電率を示す有機又は無機充填材を被覆する。 充填材はガラスストランドの厚さを増し、ガラスストランドの誘電特性を変え てそれを充填材の誘電特性に比例させる。層１０４の厚さは、製造されるケーブ ルによって変わり、ケーブルの定格電力に基づいて決定される。層１０４の絶縁 及びシールドに加えて、ガラスストランドはケーブル１００の強さに寄与する。 かくして準備されたガラスストランド１０５は、コーティング１０８上で、電 気導体１０２のまわりに概ね同心的に形成されて絶縁及びシールド材料の層１０ ４を形成する。ガラスストランド１０５を、電気導体１０２のコーティング１０ ８の上に、編成、編組、螺旋重なり、平行配置を含む、様々な方法で形成しても 良い。形成される絶縁ケーブル１００の所要の可撓性は、ケーブル１００の長手 方向軸線Ａに対するガラスストランド１０５の角度によって、ある程度、影響さ れることがある。長手方向軸線Ａに対するガガラスストランドの角度は、好まし くは、０°乃至６０°の間である。 しかしながら、付けられた層１０４のガラスストランド１０５は、機械的、化 学的、或いは、他の結束機構によって、ケーブル１００内の適所に保持される。 図１及び図２の図示した実施形態では、層１０４のガラスストランド１０５は、 ネオプレーン或いは他のエラストマーポリマー製のジャケット又はコーティング １１０として示された結合層によって適所に保持される。 前に記載したように、ケーブル１００の中に組み込まれた絶縁及びシールド材 料の層１０４は、適用される電界の強さ、及び／又は温度の関数として非線形誘 電率を示す。記載した材料を使用することによって、誘電率は、適用される電界 の強さ、及び、温度の両方の関数であり、それらの両方はケーブル１００の性能 を改善する。電界が増す領域では、層１０４の誘電率も増し、それによって層１ ０４の電気応力を減じ、電界の分布を均質化するので改善された性能が得られる 。又、電界の増大には温度上昇がを伴ない、誘電率を更に増加させ、かくして、 絶縁ケーブル１００の改善された性能を更に補う。 防水壁を有する絶縁ケーブルが、特に通信用に、しばしば要求される。水の侵 入を防ぐために、防水グリースをケーブルの中に注入することができるが、その ようなグリースは取扱上の問題を引き起こし、そのため、”ドライケーブル”或 いは、グリースなしで防水を果たすケーブルが好まれている。乾式防水を行うた めに、ポリアクリルポリマーのナトリウム塩のような水膨潤性粉末が、グリース の代りに使用されている。水膨潤性粉末は、ケーブルの中に直接使用することが できるが、好ましくは、ケーブルの中への水の侵入を防ぐために、好ましくは、 ガラスのストランド、或いは、他の繊維に水膨潤性粉末を予め含浸させ、次いで 、これをケーブルの中に組み込む。 コーティング１１０と保護コーティング１０６との間に形成された防水材料の 層１１２によって、絶縁ケーブル１００に防水が与えられる。図１及び図２に示 す実施形態では、防水材料の層１１２は、予め水膨潤性粉末を含浸させた、スト ランド材料１１３、例えば、ケプラー（ケプラーは、E.I.DuPont de Neumours社 の登録商標）の名前で市販されているガラス繊維、或いは、アラミド繊維によっ て形成される。 本発明の図示した第一の実施形態では、長手方向の熱分配経路１１４が、絶縁 ケーブル１００に沿って形成されて、ケーブル１００の性能を更に改善する。熱 を伝える経路１１４は、熱をより高い温度の場所からケーブル１００に沿って低 い温度の場所に分配し、それによってケーブル１００内に生じた熱をよりよく放 散する。 図示したように、長手方向の熱分配経路１１４は、絶縁及びシールド材料の層 １０４の一部を、グラファイト、ニッケル、又はチタンのような熱伝導性材料を 予め含浸させたガラスのようなストランド材料１１６で置き換えることによって 形成される。好ましくは、熱分配経路１１４は、絶縁及びシールド材料の層１０ ４の１％乃至５０％を置きかえる。熱分配経路１１４は、連続的であり、図１及 び図２の絶縁及びシールド材料の層１０４のほぼ中心に置かれているものとして 示されている。しかしながら、熱分配経路１１４は、電気導体１０２のコーティ ング１０８とコーティング１１０との間の何処に配置されても良く、今、説明す る図３の他の実施形態のケーブル１２０の場合のように、不連続的であり、或い は、層１０４全体にわたってランダムに分布しても良い。 ケーブル１００の要素と同じであるケーブル１２０の要素には、図１及び図２ におけるのと同じ番号が付けられる。本発明の説明の繰り返しと、不必要な長さ を避けるために、同じであるケーブル１００と１２０の要素を、ケーブル１２０ について説明しない。ケーブル１２０とケーブル１００の間の差違は、絶縁及び シールド材料の層１０４の周りに形成された導電性層１２２の設置と、層１０４ 自体の形成である。 特に、導電性層１２２はケーブル１２０の接地をなし、接地は、一般的には高 電圧ケーブル、例えば、１５キロボルト又はそれ以上を伝えるケーブルに要求さ れる。接地層１２２は、層１０４の周りに、編まれ、又は、他の方法で形成され た、銅テープ、導電性重合体フィルム、導電性繊維、又は、導電性テープを使用 することによって形成することができる。低電圧で作動するケーブルについては 、典型的には接地は要求されないので、第一の実施形態が、高価でないために好 まれる。接地が要求されるかどうか、それ故に、導電性層１２２が要求されるか どうかは、ケーブルの特定の構成要素と、作動電圧とに依存し、ケーブル試験に よって経験的に決定することができる。 絶縁及びシールド材料の層１０４は、上に説明した構成要素を使用して形成さ れる。図３の別の実施形態では、層１０４は、前に説明したような、熱分配を混 ぜ合わせない絶縁及びシールド材料の内層１０４Ａを有する。外層１０４Ｂが内 層１０４Ａの上に形成されて層１０４を完成する。外層１０４Ｂは又、絶縁及び シールド材料からなり、しかしながら、その中に熱分配経路１１４が混ぜ合わさ れている。図示したように、熱分配経路１１４は、外層１０４Ｂの中にランダム に配置されているが、前に説明したように、又、本出願の開示から当業者に示唆 されるように他の形態を取ることができる。 かくして本出願の発明を、発明の好ましい実施形態を参照して詳細に説明した が、添付の請求項に記載された発明の範囲から逸脱することなく修正と変更が可 能であることは明らかであろう。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．電気導体（１０２）と、 非線形誘電体を予め含浸させたストランド材料（１０５）によって、前記電 気導体（１０２）の周りに概ね同心的に形成された絶縁及びシールド材料の層 （１０４）と、 絶縁及びシールド材料の層（１０４）を覆う連続保護コーティング（１０６ ）と を有する電気エネルギーを伝達するためのケーブル（１００、１２０）。 ２．電気導体（１０２）を準備する段階と、 非線形誘電体を予め含浸させたストランド材料（１０５）で形成された絶縁 及びシールド材料の層（１０４）を、前記電気導体（１０２）の周りに同心的 に設ける段階と、 前記絶縁及びシールド材料の層（１０４）を連続保護コーティング（１０６ ）で覆う段階と、を有する電気エネルギーを伝達するためのケーブル（１００ 、１２０）を形成するための方法。