JP2002251921A

JP2002251921A - 直流電力ケーブル

Info

Publication number: JP2002251921A
Application number: JP2001047814A
Authority: JP
Inventors: Susumu Takahashi; 享高橋
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2001-02-23
Filing date: 2001-02-23
Publication date: 2002-09-06

Abstract

(57)【要約】【課題】ケーブルの重量が軽く、仕上がり外径を小さく
でき、コストを抑えることができ、熱放散性の良好なプ
ラスチック絶縁直流電力ケーブルを得る。【解決手段】絶縁体１３として、密度０．９２５ｇ／ｃ
ｍ³以上、無水マレイン酸グラフト量が０．０１〜５ｗ
ｔ％の無水マレイン酸グラフト高密度ポリエチレンから
なるものを用いる。このような絶縁体を用いれば、浸水
時の絶縁体の直流電気特性の低下がなく、鉛被などの遮
水層が不要になる。また、絶縁体の熱膨張が小さくな
り、この熱膨張を吸収するクッション層も不要になる。
したがって、軽量、細径、安価で、しかも電気特性も良
好な直流電力ケーブルを得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】この発明は、直流電力ケーブ
ルに関し、無水マレイン酸グラフトポリエチレンからな
る絶縁体を用いることにより、鉛被などの水の浸入を防
ぐ遮水層を不要にし、これによりケーブルを軽量とし、
仕上がり外径を細径化し、熱放散性を良好にしたもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】直流電力ケーブルは、交流電力ケーブル
に比べて、誘電損失がなく、充電電流に対する無効分を
補償するための設備が不要であるなどの長所を持つ。ま
た、一般に、絶縁物の絶縁耐圧は、交流より直流のほう
が大きく、安定度を考慮する必要がないことから、送電
距離が長く、かつ大容量送電になればなるほど直流電力
ケーブルのメリットがでてくることが知られている。

【０００３】また、直流電力ケーブルは、海底ケーブル
として用いられることが多い。このため、現在実用化さ
れているＯＦケーブルやソリッドケーブルなどの油浸絶
縁ケーブルでは、油圧の維持や油漏れを防ぐためなどに
鉛被などの金属被からなる厚肉の遮水層が施されてい
る。また、現在開発されているプラスチック絶縁直流ケ
ーブルにおいても、架橋ポリエチレンや変性架橋ポリエ
チレンなどから個体状の絶縁体を使用するにもかかわら
ず、浸水防止の目的でやはり鉛被などの金属からなる厚
肉の遮水層が施されている。

【０００４】図２は、このようなプラスチック絶縁直流
電力ケーブルを示すもので、図中符号１は導体を示す。
この導体１上には内部半導電層２、絶縁体３、外部半導
電層４、クッション層５、鉛被（遮水層）６および外装
７が順次設けられている。絶縁体３は、架橋低密度ポリ
エチレンからなり、その厚みが１５〜２５ｍｍ程度とな
っている。また、クッション層５は、発泡ゴムなどから
なる厚み２〜３ｍｍのものである。さらに、遮水層とし
ての鉛被６は、その厚みが３〜５ｍｍとなっている。

【０００５】このようなプラスチック絶縁直流電力ケー
ブルでは、架橋低密度ポリエチレンの熱膨張率が比較的
大きいため、絶縁体３の半径方向の熱膨張を吸収する必
要があるため、クッション層５が設けられている。とこ
ろが、クッション層５は、発泡体からなるため断熱性が
良好で、導体１からの発熱の放散が妨げられると言う欠
点がある。また、クッション層５は、発泡体からなるた
め、水を吸い込みやすく、このため厚い鉛被６を施して
遮水性を高めておく必要がある。さらに、クッション層
５を設けることでケーブルの仕上がり外径が太くなる欠
点もある。

【０００６】このように、架橋低密度ポリエチレンから
なる絶縁体３を有するプラスチック絶縁直流電力ケーブ
ルでは、重量が重く、仕上がり外径が太く、コストが嵩
み、熱放散性にも劣るという問題があった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】よって、本発明におけ
る課題は、軽量で、仕上がり外径を小さくでき、コスト
を抑えることが可能で、しかも熱放散性が良好なプラス
チック絶縁直流電力ケーブルを得ることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】かかる課題は、絶縁体と
して無水マレイン酸グラフトポリエチレンからなるもの
を用いることにより解決される。また、その密度を０．
９２５ｇ／ｃｍ³以上であることが好ましく、無水マレ
イン酸のグラフト量は０．０１〜５ｗｔ％が好ましい。
さらに、導体には水密構造のものが好ましい。

【０００９】

【作用】無水マレイン酸グラフトポリエチレンは、直流
電圧下では海水、真水等に浸水した状態でも、電気的特
性の低下がほとんどないことが明らかになった。すなわ
ち、直流下での水トリーの発生がほとんどなく、直流破
壊電圧や直流絶縁抵抗はむしろやや向上する傾向を示す
ことが、本発明者によって確認された。

【００１０】その理由は、無水マレイン酸グラフトポリ
エチレンのベースとなるポリエチレン部分は疎水性であ
り、水分をほとんど吸収しないが、グラフトされた無水
マレイン酸基が加水開環してカルボキシル基となり、こ
のカルボキシル基に直流高圧印可中の注入電荷やイオン
性キャリヤがトラップ（捕獲）され、これにより、絶縁
抵抗や破壊電圧が向上するものと考えられる。

【００１１】このような観点から、絶縁体として無水マ
レイン酸グラフトポリエチレンを用いることで、絶縁体
に水分が浸入しても絶縁体の電気的特性が低下すること
がなく、ケーブル内に水分の浸入を防止する遮水層をあ
えて設ける必要はなくなる。また、密度が、０．９２５
ｇ／ｃｍ³以上の無水マレイン酸グラフトポリエチレン
を用いると、絶縁体の半径方向の熱膨張が小さくなり、
絶縁体の熱膨張の吸収のためのクッション層も不要とな
る。

【００１２】さらに、無水マレイン酸のグラフト量を
０．０１〜５ｗｔ％とすることで直流絶縁特性も向上す
る。また、導体として、水密構造のものを用いることに
より、万一ケーブル内に浸水すると遮水層がないため、
水が導体にまで浸入する可能性があるが、導体が水密構
造であると、水が導体内を走ることがなく、浸水による
被害を狭い範囲に食い止めることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳しく説明する。
図１は、本発明の直流電力ケーブルの一例を示すもの
で、海底ケーブル用の仕様のものである。図１中符号１
１は導体を示す。この導体１１上には、内部半導電層１
２、絶縁体１３、外部半導電層１４、遮蔽層１５、防食
層１６および外装１７が順次設けられている。

【００１４】上記導体１１は、素線として多数本の平角
導体を用い、これを整列状態で撚り合わせたセグメンタ
ル導体であり、導体占積率が高く、素線間の空隙がほと
んどないものである。内部半導電層１２および外部半導
電層１４は、エチレンー酢酸ビニル共重合体、エチレン
ーエチルアクリレート共重合体などにカーボンブラック
を配合した半導電性樹脂組成物からなるものである。

【００１５】絶縁体１３は、密度０．９２５ｇ／ｃｍ³
以上、好ましくは密度０．９４０ｇ／ｃｍ³以上の無水
マレイン酸グラフト高密度ポリエチレンからなってい
る。一般に、ポリエチレンは、その密度が大きくなると
結晶化度が高くなり、その熱膨張率が小さくなる特性を
有している。例えば、密度０．９５ｇ／ｃｍ³の高密度
ポリエチレンの熱膨張は、密度０．９２ｇ／ｃｍ³の低
密度ポリエチレンの熱膨張に比較して、室温から８０℃
の間で、３０〜４０％程度となる。このため、密度０．
９２５ｇ／ｃｍ³以上の無水マレイン酸グラフトポリエ
チレンでもその熱膨張は小さいものとなる。

【００１６】また、密度０．９２５ｇ／ｃｍ³以上の無
水マレイン酸グラフトポリエチレンは、荷電時の空間電
荷の蓄積が少なく、直流絶縁性能が極めて優れているこ
とが知られている（特公平６ー１６３６６号公報参
照）。これは、無水マレイン酸グラフトポリエチレンの
分子内に存在するカルボニル基が、電子親和性あるいは
電子共鳴性に富み、このカルボニル基が適量存在するこ
とで、注入される空間電荷のトラップを低減させるため
である。したがって、この絶縁体１３は、熱膨張が小さ
く、しかも優れた直流絶縁特性を有するものとなる。

【００１７】この絶縁体１３をなす無水マレイン酸グラ
フトポリエチレンにおける無水マレイン酸のグラフト量
は、０．０１〜５重量％、好ましくは０．２〜１重量％
がよく、０．０１重量％未満では直流絶縁特性の向上が
なく、５重量％を越えると結晶化度の低下を招いて、絶
縁破壊強度の低下を引き起こす。また、メルトフローレ
イトは、ケーブルへの押出加工性を考慮すると、０．０
５〜１０ｇ／分とすることが好ましい。この無水マレイ
ン酸グラフトポリエチレンの製造は、低密度ポリエチレ
ン、直鎖状低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレンな
どのポリエチレンに無水マレイン酸と触媒としての有機
過酸化物などのラジカル発生剤を添加し、加熱、混練し
てグラフト重合する方法で行われる。

【００１８】遮蔽層１５は、耐食性の優れた金属テー
プ、例えば厚み０．０５〜０．５ｍｍのステンレス鋼テ
ープ、スズメッキ銅テープなどを、外部半導電層１４の
上に横巻きに重ねて巻き回してなるものである。

【００１９】防食層１６は、この遮水層１５の上に低密
度ポリエチレン、高密度ポリエチレンなどの耐食性の優
れた熱可塑性樹脂を押出被覆して形成したものである。
また、外装１７は、防食層１６上に亜鉛メッキ鋼線を密
に巻き回し、これにタールエポキシ樹脂系などの防食塗
料を塗布したもので、敷設の際の外傷などからケーブル
を保護するためのものある。

【００２０】このような構造の直流ケーブルにあって
は、遮水層およびクッション層を欠くものであるので、
軽量で、仕上がり外径が細く、熱放散性が良好なものに
なる。すなわち、鉛被などの厚い金属製の遮水層が無
く、万一ケーブル内に浸水しても上述のように絶縁体の
直流電気的特性の低下がないため、実用上の不都合は何
ら生じない。

【００２１】また、通電による絶縁体の熱膨張が小さい
ために、クッション層が不要となり、熱障壁がなくなっ
て、絶縁体の熱の外部への放散が良好になる。さらに、
クッション層が不要になれば、ここに水が貯まる恐れも
なく、これによっても遮水層が不要となる。また、水密
構造のセグメンタル導体を使用しているので、万一導体
にまで水が浸入しても、セグメンタル導体の各素線間に
空隙がほとんどないため、水が導体内を走ることがな
く、浸水による被害を局部的に抑えることができる。

【００２２】なお、本発明の直流電力ケーブルでは、導
体としてセグメンタル導体以外に、素線として通常の丸
線を撚り合わせたものでもよい。また、無水マレイン酸
グラフトポリエチレンの密度およびグラフト量は、上記
範囲に限定されるされるものでないが、上記範囲とする
ことが現実的ではある。

【００２３】以下、具体例を示す。導体断面積１０００
ｍｍ²のセグメンタル導体上に、内部半導電層、密度
０．９５ｇ／ｃｍ³の無水マレイン酸グラフト高密度ポ
リエチレン（無水マレイン酸グラフト量約０．２重量
％）からなる厚み１２ｍｍの絶縁体、外部半導電層を３
層同時押出被覆してケーブルコアとした。

【００２４】このケーブルコアの上に、厚み０．１ｍｍ
のステンレス鋼テープを巻き回して遮蔽層を設け、この
上にポリエチレンの防食層を押出被覆し、さらにこの上
に亜鉛メッキ鋼線を巻き回しタールエポキシ系防食塗料
を塗布して外装を設けて海底用ケーブルとした。

【００２５】このケーブルに対し、海水浸漬下、以下の
条件で直流長期課通電試験を行った。すなわち、導体温
度が室温〜９０℃、８時間ＯＮ、１６時間ＯＦＦのヒー
トサイクル下で、＋ＤＣ５４０ｋＶ１０サイクル、 −ＤＣ５４０ｋＶ１０サイクル、 ±ＤＣ極性反転４８０ｋＶ１０サイクルを行っ
た。

【００２６】上記課通電試験後、９０℃での残存破壊電
圧を測定した結果、ＤＣ→１４０ｋＶ／ｍｍ、インパル
ス→１３０ｋＶ／ｍｍであり、初期特性（課通電試験
前）と同等であった。また、絶縁体として、密度０．９
３０ｇ／ｃｍ³の無水マレイン酸グラフト低密度ポリエ
チレン（無水マレイン酸グラフト量０．０３重量％）を
用いて同様のケーブルを作製し、同様の直流課通電試験
を実施し、９０℃での残存破壊電圧を測定した結果、Ｄ
Ｃ→１２０ｋＶ／ｍｍ、インパルス→１１０ｋＶ／ｍｍ
であり、初期特性（課通電試験前）と同等であった。こ
の結果から、遮水層を有しないケーブルでも、優れた直
流電気特性を発揮することが判明した。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の直流電力
ケーブルは、無水マレイン酸グラフト高密度ポリエチレ
ンからなる絶縁体を有し、遮水層を有しないものであ
る。このため、軽量で仕上がり外径が細く、安価なケー
ブルとなる。また、無水マレイン酸グラフトポリエチレ
ンの密度が０．９２５ｇ／ｃｍ³以上のものを用いれば
クッション層も不要になり一層軽量、細径化が可能とな
る。さらに、無水マレイン酸のグラフト量が０．０１〜
５ｗｔ％のものを用いれば、直流電気的特性が更に向上
する。また、水密構造の導体を使用すれば、走水を防
ぎ、浸水被害を最小限に抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の直流電力ケーブルの一例を示す概略断
面図である。

【図２】従来の直流電力ケーブルを示す概略断面図であ
る。

【符号の説明】

１３・・・絶縁体。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導体上に無水マレイン酸グラフトポリエチ
レンからなる絶縁体が設けられたケーブルであって、ケーブル内への水の浸入を防ぐ遮水層を有しないことを
特徴とする直流電力ケーブル。
【請求項２】無水マレイン酸グラフトポリエチレンの密
度が０．９２５ｇ／ｃｍ³以上であることを特徴とする
請求項１記載の直流電力ケーブル。
【請求項３】無水マレイン酸グラフトポリエチレンの無
水マレイン酸グラフト量が０．０１〜５ｗｔ％であるこ
とを特徴とする請求項１記載の直流電力ケーブル。
【請求項４】導体が水密構造であることを特徴とする請
求項１記載の直流電力ケーブル。