JP2800079B2 - DC power cable - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、海底ケーブルなどの
高圧直流送電線路に用いるのに好適な直流電力ケーブル
の改良に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an improvement in a DC power cable suitable for use in a high-voltage DC transmission line such as a submarine cable.

【０００２】[0002]

【従来の技術】現在、交流送電用電力ケーブルとしては
優れた絶縁特性や保守管理の容易性、防災性の面で多く
の利点を有することから架橋ポリエチレンを絶縁体とし
た電力ケーブル、いわゆるＣＶケーブルが広く使用され
ており、近年の製造技術の著しい進歩と相まって、今日
では５００ｋＶケーブルとして実用化されるに至ってい
る。2. Description of the Related Art At present, a power cable using a crosslinked polyethylene as an insulator, a so-called CV cable, has many advantages in terms of excellent insulation characteristics, easy maintenance, and disaster prevention, as a power cable for AC transmission. Is widely used, and coupled with the remarkable progress in manufacturing technology in recent years, it has been practically used as a 500 kV cable today.

【０００３】このように、交流ケーブルとしては多くの
優れた特徴と実績を有するＣＶケーブルであるが、これ
を高圧直流送電用として適用する場合には直流絶縁特有
の問題が顕著に現われ、国内はもとより世界的にみても
未だ実線路への適用例はない。また、ＣＶケーブルは絶
縁体の耐熱性を高め、ケーブルの許容電流の向上を図る
ため、単なるポリエチレンではなく、例えば、Ｄ．Ｃ．
Ｐ．（ｄｉ−ｃｕｍｙｌ ｐｅｒｏｘｉｄｅ）などの架
橋剤により架橋した架橋ポリエチレンが絶縁体として使
用されている。そのため、ケーブル製造時には架橋反応
に伴なうメタンやアセトフェノンなどの分解生成物が絶
縁体中に発生することから、一般にはケーブル押し出し
終了後、ある所定の期間乾燥室などでケーブルを乾燥
し、絶縁体中に残存している架橋時の分解生成物を許容
レベル（発生ガスがケーブルシース等に悪影響を及ぼさ
ないレベル）以下となるようにしている。As described above, an AC cable is a CV cable having many excellent features and achievements. However, when this cable is applied for high-voltage DC power transmission, a problem peculiar to DC insulation appears remarkably. From the world's perspective, there is no application to actual railways. In addition, CV cables are not simply polyethylene, but are made of, for example, D.C. C.
P. Cross-linked polyethylene cross-linked by a cross-linking agent such as (di-cumyl peroxide) is used as an insulator. Therefore, during cable production, decomposition products such as methane and acetophenone accompanying the crosslinking reaction are generated in the insulator.In general, after extruding the cable, the cable is dried in a drying chamber for a certain period of time, The decomposition products remaining at the time of crosslinking remaining in the body are controlled to an allowable level (a level at which generated gas does not adversely affect a cable sheath or the like) or less.

【０００４】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ＣＶケーブルを直流ケ
ーブルとして使用する場合の問題点の一つとして、ケー
ブルに直流電圧を印加した際に絶縁体内に形成される空
間電荷の存在があることは一般に知られるところであ
る。One of the problems in using a CV cable as a DC cable is that there is generally a space charge formed in an insulator when a DC voltage is applied to the cable. It is known.

【０００５】例えば、ケーブルに負の直流電圧を印加す
ると、導体側近傍には負の空間電荷、逆に遮蔽側近傍に
は正の空間電荷が形成されることが知られている。この
ような場合には、導体電極直上および遮蔽側電極での電
界は緩和される反面、絶縁体内部に局所的高電界を発生
するばかりか、ケーブルの実質的な有効絶縁厚を小なら
しめてしまうこともまた知られるところである。さら
に、このような状態のところに直流と逆極性（この場合
は正）の雷インパルス電圧が侵入したり、直流電圧の極
性を急激に反転すると、空間電荷により緩和されていた
導体電極直上電界が著しく上昇し、予想外の破壊電圧の
低下を招くこととなる。For example, it is known that when a negative DC voltage is applied to a cable, a negative space charge is formed near the conductor and a positive space charge is formed near the shield side. In such a case, the electric field directly above the conductor electrode and the shield side electrode is reduced, but not only a local high electric field is generated inside the insulator, but also the effective effective insulation thickness of the cable is reduced. That is also known. Further, when a lightning impulse voltage having a polarity opposite to that of the direct current (in this case, positive) invades or abruptly reverses the polarity of the direct current in such a state, the electric field immediately above the conductor electrode, which has been alleviated by space charge, is increased. The breakdown voltage rises significantly, causing an unexpected decrease in breakdown voltage.

【０００６】従って、ポリエチレンや架橋ポリエチレン
を絶縁体としたケーブルを直流用として適用するには、
前記した空間電荷の形成を極力抑制することが必要条件
となり、その抑制策としてこれまでにも種々の提案がな
されている。Therefore, in order to apply a cable using polyethylene or cross-linked polyethylene as an insulator for direct current,
It is a necessary condition to suppress the formation of the space charge as much as possible, and various proposals have been made as measures to suppress the formation.

【０００７】例えば、特公昭５７−２１８０５号公報に
示されているように、ポリエチレンに５０ミクロン以下
の粒径を有する２０〜８０重量部の有極性非扁平形状無
機絶縁粉末、即ち、ケイ酸アルミニウム，ケイ酸カルシ
ウム，炭酸カルシウム，酸化マグネシウム等を配合して
架橋した絶縁体とその外周に設けられた遮水層を有する
ケーブルもその一例であり、有極性無機絶縁物の添加に
より空間電荷の蓄積による直流絶縁耐力の低下を防止す
るようにしたものである。For example, as disclosed in Japanese Patent Publication No. 57-21805, 20 to 80 parts by weight of a polar non-flat inorganic insulating powder having a particle size of 50 μm or less, ie, aluminum silicate An example of this is a cable that has a crosslinked insulator containing calcium, calcium silicate, calcium carbonate, magnesium oxide, etc., and a cable that has a water-blocking layer provided around its periphery. The addition of a polar inorganic insulator accumulates space charges Thus, the DC dielectric strength is prevented from lowering.

【０００８】しかし、このような有極性無機絶縁物をポ
リエチレンや架橋ポリエチレンに添加すると、直流破壊
特性の向上は図れるものの添加した有極性無機絶縁物が
異物として作用し、架橋ポリエチレン本来の優れた交流
特性、例えば雷インパルス破壊特性が低下してしまうと
いう不具合がある。また、有極性無機絶縁物の粉末が製
造過程で凝集したりすると電気絶縁上好ましくないこと
はいうまでもない。However, when such a polar inorganic insulator is added to polyethylene or crosslinked polyethylene, the DC breakdown characteristics can be improved, but the added polar inorganic insulator acts as a foreign substance, and the excellent alternating current inherent to crosslinked polyethylene is obtained. There is a problem that characteristics, for example, lightning impulse breakdown characteristics are reduced. Needless to say, if the polar inorganic insulator powder is agglomerated during the manufacturing process, it is not preferable in terms of electrical insulation.

【０００９】以上は空間電荷の挙動に絡む直流絶縁上の
問題であるが、これに加えて直流課電時にはケーブル絶
縁体内の電位が抵抗分担となり、内部の電界分布はケー
ブル半径方向の抵抗分布に大きく依存したものになる。
とりわけ、架橋ポリエチレン絶縁体においてはケーブル
絶縁体中に残存する架橋時分解生成物が絶縁体の抵抗に
大きく影響し、内部電界を一層複雑なものとしている。The above is a problem of DC insulation related to the behavior of space charge. In addition to this, at the time of DC application, the electric potential in the cable insulator becomes resistance sharing, and the internal electric field distribution becomes the resistance distribution in the cable radial direction. It depends greatly.
In particular, in a crosslinked polyethylene insulator, the decomposition products during crosslinking remaining in the cable insulator greatly affect the resistance of the insulator, and the internal electric field is further complicated.

【００１０】図１は通常の架橋ポリエチレンケーブルに
おいて、絶縁体半径方向の固有絶縁抵抗（ρ）と残存し
ている架橋時分解生成物量の分布を測定したものをグラ
フに示したものである。ケーブルは押出し後、温度約７
０℃の雰囲気で２週間の乾燥処理を実施した絶縁厚さ１
３ｍｍの架橋ポリエチレン絶縁ケーブルである。このケ
ーブルより特殊バイトを用いた旋盤で半径方向に薄く
（約０．１ｍｍ）スライスした絶縁体シートの試料をサ
ンプリングし、各試料の固有絶縁抵抗ρと架橋時分解生
成物の量βを測定した。固有絶縁抵抗ρは室温で前記サ
ンプルに直流４ｋＶを印加し、その時の漏れ電流から算
定した。なお、測定中の架橋時分解生成物の揮散の影響
を極力少なくするために、電圧印加後１０分経過後の漏
れ電流値に基づき適宜上算定している。また、分解生成
物は同様にサンプリングしたシートを真空乾燥し、その
時の重量変化分から算定した。FIG. 1 is a graph showing the distribution of the specific insulation resistance (ρ) in the radial direction of the insulator and the distribution of the amount of residual cross-linking decomposition products in an ordinary cross-linked polyethylene cable. After the cable is extruded, the temperature is about 7
Insulation thickness of 1 after drying for 2 weeks at 0 ° C
3 mm crosslinked polyethylene insulated cable. Samples of the insulator sheet sliced thinly (about 0.1 mm) in the radial direction from this cable with a lathe using a special cutting tool were sampled, and the specific insulation resistance ρ of each sample and the amount β of cross-linked decomposition products were measured. . The specific insulation resistance ρ was calculated from the leakage current at that time by applying a direct current of 4 kV to the sample at room temperature. In addition, in order to minimize the influence of the volatilization of decomposition products during crosslinking during the measurement, the value is appropriately calculated based on the leakage current value 10 minutes after the voltage application. The decomposition product was calculated from the weight change at that time by vacuum drying the sampled sheet.

【００１１】図１から明らかなように、通常の架橋ポリ
エチレンケーブルにおける分解残渣量βは絶縁体の中央
部にピークを有する凸形の分布となっている。分解残渣
はケーブル製造直後には絶縁体中に均一に発生している
ものと考えられるが、その後の乾燥工程や大気中放置の
過程において、自然に外部（ケーブル外導側あるいは導
体側）に揮散するため、前記したような凸形の分解残渣
量分布となることは容易に推察されるところである。一
方、ケーブル半径方向の固有絶縁抵抗ρの分布は分解残
渣量βの分布とは逆に、ケーブルの内部および外部導電
層側が高く、絶縁体の中央部が低い凹形の分布となって
いる。これにより、絶縁体中の分解残渣が、その固有絶
縁抵抗ρを低下させていることがわかる。As is apparent from FIG. 1, the amount β of the decomposition residue in an ordinary crosslinked polyethylene cable has a convex distribution having a peak at the center of the insulator. It is considered that the decomposition residue is uniformly generated in the insulator immediately after the cable is manufactured, but spontaneously volatilizes to the outside (outside of the cable or conductor) in the subsequent drying process or leaving in the air. Therefore, it is easily inferred that the above-mentioned distribution of the amount of the decomposition residue becomes convex. On the other hand, the distribution of the specific insulation resistance ρ in the cable radial direction has a concave distribution which is higher on the inner and outer conductive layer sides of the cable and lower on the center of the insulator, contrary to the distribution of the decomposition residue amount β. Thus, it can be seen that the decomposition residue in the insulator lowers its intrinsic insulation resistance ρ.

【００１２】例えば、Ｄ．Ｃ．Ｐ．を架橋剤とした架橋
ポリエチレンの分解残渣成分はメタン，アセトフェノ
ン，α−メチルスチレン，クミルアルコールが代表的な
ものとして挙げられるが、これらはいずれも低分子量の
ガスあるいは液体で、それら単独の固有絶縁抵抗ρ値と
してアセトフェノン：４×１０⁷ Ω・ｃｍ，クミルアル
コール：５×１０⁹ Ω・ｃｍ，α−メチルスチレン：７
×１０¹²Ω・ｃｍが確認されている。これはポリエチレ
ンに比べ桁違いに低い固有絶縁抵抗値であることがわか
る。従って、分解残渣が多く残存しているところでは絶
縁体の固有絶縁抵抗ρが低く、分解残渣の揮散しやすい
内、外導層側では相対的に固有絶縁抵抗ρが高いという
図１の結果を説明することができる。For example, D. C. P. Representative components of the decomposition residue component of cross-linked polyethylene using as a cross-linking agent are methane, acetophenone, α-methylstyrene and cumyl alcohol, all of which are low-molecular-weight gases or liquids. As the insulation resistance ρ value, acetophenone: 4 × 10 ⁷ Ω · cm, cumyl alcohol: 5 × 10 ⁹ Ω · cm, α-methylstyrene: 7
× 10 ¹² Ω · cm has been confirmed. It can be seen that this is an intrinsic insulation resistance value which is orders of magnitude lower than that of polyethylene. Therefore, the result of FIG. 1 indicates that the specific insulation resistance ρ of the insulator is low where a large amount of the decomposition residue remains, and the specific insulation resistance ρ is relatively high on the outer conductive layer side while the decomposition residue is easily volatilized. Can be explained.

【００１３】図１のような固有絶縁抵抗ρの分布を有す
るケーブルに直流電圧が印加されると、固有絶縁抵抗ρ
の高い部分での電圧分担が大きくなり、結果として、そ
の部分において局所的な高電界部を形成することとな
る。当然ながら、分解残渣はケーブル絶縁厚が大きいほ
ど揮散しにくいことから、この傾向は絶縁厚の厚いケー
ブルでは益々助長されることとなり、このことが架橋ポ
リエチレンケーブルで認められている直流破壊電圧の顕
著な絶縁厚依存性の一因と考えられる。また、絶縁体の
固有絶縁抵抗ρの低下は必然的に直流印加時の漏れ電流
を増大させ、それに伴う絶縁体の発熱（ジュール熱：Ｐ
＝Ｉ² Ｒ）を招くことから、熱的不安定性の原因とな
り、安定したケーブル絶縁体とするためには極力絶縁体
の固有絶縁抵抗ρを高くすることが望ましいことは言う
までもない。When a DC voltage is applied to a cable having a distribution of the specific insulation resistance ρ as shown in FIG.
, The voltage distribution in the high portion becomes large, and as a result, a local high electric field portion is formed in that portion. Naturally, the decomposition residue is less likely to volatilize as the cable insulation thickness increases, and this tendency is further promoted with thick insulation cables. This is considered to be one of the causes of the large insulation thickness dependence. In addition, the decrease in the intrinsic insulation resistance ρ of the insulator inevitably increases the leakage current when a direct current is applied, and the heat generated by the insulator (Joule heat: P
= I ² R), which causes thermal instability. It goes without saying that it is desirable to increase the intrinsic insulation resistance ρ of the insulator as much as possible in order to obtain a stable cable insulator.

【００１４】前述したようなケーブル押出し後の乾燥処
理により、残存している分解残渣の量βは減少し、ある
程度の固有絶縁抵抗ρの向上が期待できるが、分解残渣
は濃度拡散で外部に出てくることから、相対的な固有絶
縁抵抗ρの大小関係は基本的には変わらず、前述した固
有絶縁抵抗ρの分布の不均一性は解消されない。さら
に、絶縁厚が厚いほど乾燥に要する時間も長くなり、実
際のケーブル製造工程では対応が難しくなるという問題
がある。[0014] By the drying treatment after the cable extrusion as described above, the amount β of the remaining decomposition residue is reduced, and it can be expected that the specific insulation resistance ρ is improved to some extent. Therefore, the relative magnitude relation of the specific insulation resistance ρ does not basically change, and the above-described non-uniformity of the distribution of the specific insulation resistance ρ is not solved. Furthermore, the thicker the insulation thickness, the longer the time required for drying, and there is a problem that it is difficult to cope with the actual cable manufacturing process.

【００１５】この発明の目的は、上記のような諸問題点
を解決するためになされたもので、架橋ポリエチレン絶
縁ケーブルにおいて、空間電荷形成抑制効果を有しつつ
インパルス破壊特性の向上を可能とするとともに、特殊
な乾燥処理等を実施しなくとも高い固有絶縁抵抗が維持
でき、かつ、ケーブル半径方向の固有絶縁抵抗の分布が
均一となるような絶縁体とすることにより、直流および
インパルス破壊特性，熱的信頼性，経済性に優れた直流
ケーブルを提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and it is possible to improve the impulse breakdown characteristics of a cross-linked polyethylene insulated cable while suppressing the formation of space charges. In addition, the DC and impulse breakdown characteristics can be improved by using an insulator that can maintain a high specific insulation resistance without performing special drying treatment, and has a uniform distribution of the specific insulation resistance in the cable radial direction. An object of the present invention is to provide a DC cable having excellent thermal reliability and economy.

【００１６】[0016]

【発明が解決しようとする課題および作用】この発明
は、空間電荷の影響を軽減できる有極性無機粉末のう
ち、ＢＥＴ比表面積が２０〜８０ｍ² ／ｇの範囲にある
酸化マグネシウムを添加した架橋ポリエチレン絶縁体に
よる直流ケーブルを提供するものである。DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention relates to a crosslinked polyethylene to which a magnesium oxide having a BET specific surface area in the range of ²⁰ to 80 m ² / g is added, among polar inorganic powders capable of reducing the influence of space charge. A DC cable made of an insulator is provided.

【００１７】ここで、添加物を酸化マグネシウムとした
理由について説明する。絶縁体の空間電荷蓄積の抑制に
有効である数ある有極性無機絶縁粉末のうち、特に酸化
マグネシウムに限定したのは次の理由による。Here, the reason why the additive is magnesium oxide will be described. Among the numerous polar inorganic insulating powders that are effective in suppressing the space charge accumulation in the insulator, the reason why they are particularly limited to magnesium oxide is as follows.

【００１８】（ａ）酸化マグネシウムを添加したポリエ
チレンあるいは架橋ポリエチレンのインパルス破壊特性
の低下が他の有極性無機絶縁粉末添加物に比べて小さ
い。即ち、空間電荷抑制効果があると考えられる各種有
極性無機絶縁粉末充填ポリエチレンの比較において、酸
化マグネシウム添加品が最も高いインパルス破壊強度を
有している。(A) The impulse breakdown characteristics of polyethylene or cross-linked polyethylene to which magnesium oxide is added are less reduced than those of other polar inorganic insulating powder additives. That is, the magnesium oxide-added product has the highest impulse breakdown strength in comparison with various types of polar inorganic insulating powder-filled polyethylene which are considered to have a space charge suppressing effect.

【００１９】（ｂ）充填剤として工業的に広く使用され
ているタルクやクレイなどの有極性無機絶縁粉末は天然
鉱石であるため、酸化鉄などの電気絶縁上有害な不純物
が多く、かつその除去には工業的にも限度がある。これ
に対して、酸化マグネシウムは資源的には含マグネシウ
ム天然鉱石からも得ることができるが、海水中のマグネ
シウム塩を利用した人工合成原料から製造することがで
き、前述した天然鉱石に比べはるかに高純度で、かつ品
質や物性の安定した材料の供給が可能であるという利点
を有している。なお、このような不純物の存在は固有絶
縁抵抗ρの低下を招くことが推定される。(B) Since polar inorganic insulating powders such as talc and clay, which are widely used industrially as fillers, are natural ores, they contain many harmful impurities such as iron oxide on electric insulation and remove them. Has industrial limitations. On the other hand, magnesium oxide can be obtained from magnesium-containing natural ore as a resource, but can be produced from artificially synthesized raw materials using magnesium salts in seawater. It has the advantage that it is possible to supply materials with high purity and stable quality and physical properties. It is presumed that the presence of such impurities causes a decrease in the specific insulation resistance ρ.

【００２０】次に、酸化マグネシウムのＢＥＴ比表面積
２０〜８０ｍ²／ｇの範囲と限定した理由について説明
する。ＢＥＴ比表面積は粒子の活性度の目安となるもの
で、２０ｍ² ／ｇ未満の小さい場合には活性度が小さす
ぎ効率的な分解残渣吸着作用が得られない。また、８０
ｍ² ／ｇを越えると逆に活性度が大き過ぎ、粒子が凝集
しやすくなり、均一な分散が得られないためである。Next, the reason why the BET specific surface area of magnesium oxide is limited to the range of 20 to 80 m ² / g will be described. The BET specific surface area is a measure of the activity of the particles. When the BET specific surface area is less than 20 m ² / g, the activity is too small to obtain an effective adsorption effect of the decomposition residue. Also, 80
On the other hand, if it exceeds m ² / g, the activity is too large, the particles tend to aggregate, and uniform dispersion cannot be obtained.

【００２１】ここで、ＢＥＴ比表面積とは、単位重量当
りの表面積で、その表面積の測定をＢＥＴ法で行なった
ものである。ＢＥＴ法は、いわゆる吸着法と呼ばれる固
体（特に粉体）の表面積を測定する一手法であって、
Ｓ．Ｂｒｕｎａｕｅｒ，Ｐ．Ｈ．Ｅｍｍｅｔｔ，Ｅ．Ｔ
ｅｌｌｅｒが提案した固体に対する気体の吸着に関する
一連の関連式に基づいていることから、ＢＥＴの名前が
ある。即ち、気体中に置かれた固体（粉体）表面には気
体分子が吸着する。気体分子１個の断面積の値が既知で
あることから、粉体（単分子）に吸着する気体分子の量
を測定することにより、粉体の全表面積を求めるもので
ある。Here, the BET specific surface area is a surface area per unit weight, and the surface area is measured by the BET method. The BET method is a method for measuring the surface area of a solid (particularly a powder), which is a so-called adsorption method,
S. Brunauer, P .; H. Emmett, E .; T
There is a name for BET because it is based on a series of related equations for gas adsorption on solids proposed by Eller. That is, gas molecules are adsorbed on the surface of a solid (powder) placed in a gas. Since the value of the cross-sectional area of one gas molecule is known, the total surface area of the powder is determined by measuring the amount of gas molecules adsorbed on the powder (single molecule).

【００２２】次に、酸化マグネシウムの添加量を１重量
部から１０重量部の範囲に限定した理由を説明する。ポ
リエチレン１００重量部に対して１重量部から１０重量
部が望ましい。即ち、１重量部以下では空間電荷の蓄積
防止効果ならびに固有絶縁抵抗の向上効果およびそれに
伴う均一化作用が薄れ、１０重量部を越える添加量では
逆に固有絶縁抵抗が低下してしまうためである。Next, the reason why the amount of magnesium oxide added is limited to the range of 1 to 10 parts by weight will be described. 1 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of polyethylene is desirable. That is, when the amount is less than 1 part by weight, the effect of preventing the accumulation of space charge and the effect of improving the intrinsic insulation resistance and the effect of homogenization thereof are weakened, and when the amount exceeds 10 parts by weight, the intrinsic insulation resistance is reduced. .

【００２３】[0023]

【実施例】以下、この発明の直流ケーブルを詳細に説明
する。先ず、異なるＢＥＴ比表面積を有する酸化マグネ
シウムを添加した架橋ポリエチレンシートを作成し、雷
インパルス破壊特性ならびに固有絶縁抵抗ρに及ぼすＢ
ＥＴ比表面積の影響と凝集粒子の発生状況を調査した。
その結果を第１表に示す。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a DC cable according to the present invention will be described in detail. First, a crosslinked polyethylene sheet to which magnesium oxide having a different BET specific surface area was added was prepared, and the effect of B on lightning impulse breakdown characteristics and specific insulation resistance ρ was determined.
The influence of the ET specific surface area and the state of generation of aggregated particles were investigated.
Table 1 shows the results.

【００２４】試料は、低密度ポリエチレン、架橋剤
（Ｄ．Ｃ．Ｐ．）および老化防止剤とこれに異なるＢＥ
Ｔ比表面積からなる酸化マグネシウムを配合したものを
ロールにて混練し、加圧プレスにして成形架橋した０．
１ｍｍの架橋ポリエチレンシートである。なお、酸化マ
グネシウムの添加量は全試料ともにポリエチレン１００
重量部に対して酸化マグネシウム５重量部に統一した。
なお、表中の試料Ｉは比較のために実施したもので、前
記した配合のうち酸化マグネシウムを充填しない通常の
架橋ポリエチレンによるシートのデータである。The samples were low-density polyethylene, a crosslinking agent (DCP) and an anti-aging agent and a different BE.
A mixture containing magnesium oxide having a T specific surface area was kneaded with a roll, and was press-pressed to form and crosslink.
1 mm crosslinked polyethylene sheet. The amount of magnesium oxide added was 100% for all samples.
5 parts by weight of magnesium oxide was standardized with respect to parts by weight.
Note that Sample I in the table was performed for comparison, and is data of a sheet of ordinary cross-linked polyethylene not filled with magnesium oxide in the above-mentioned composition.

【００２５】なお、破壊特性の評価において雷インパル
ス破壊特性を選んだのは、直流破壊特性に比べて、凝集
粒子などの欠陥に対して敏感に反映されるためである。
また、架橋ポリエチレンに発生した凝集粒子は光学顕微
鏡に対する観察結果から評価した。The reason why the lightning impulse destruction characteristic is selected in the evaluation of the destruction characteristic is that it is more sensitive to defects such as agglomerated particles than the direct current destruction characteristic.
Agglomerated particles generated in the crosslinked polyethylene were evaluated from the results of observation with an optical microscope.

【００２６】[0026]

【表１】 [Table 1]

【００２７】第１表から明らかなように、酸化マグネシ
ウムのＢＥＴ比表面積を変化させることによって、イン
パルス破壊強度、固有絶縁抵抗ρならびに最大凝集粒子
の大きさが変化している。即ち、インパルス破壊強度は
ＢＥＴ比表面積５０ｍ² ／ｇをピークにして、それ以上
でも以下でも低下する傾向が見られた。ここで、試料
Ｇ，Ｈに見られるようにＢＥＴ比表面積が１００ｍ² ／
ｇを越えると、それにつれて最大凝集粒子の大きさも大
きくなっていることから、その粗大凝集粒子の存在が特
性低下の要因となっていると推察される。これは粒子の
活性度が大きすぎ、凝集しやすくなるためと解釈され
る。逆に、ＢＥＴ比表面積が非常に小さい場合（試料
Ａ，Ｂ，Ｃ）にも、インパルス破壊強度は低くなってい
る。この場合には活性度が小さいことから、最大凝集粒
子という点では改善される方向にあり、むしろ、粒子と
ポリマーそのものの接着性が損なわれてしまうためと推
察される。ちなみに、試料Ｅのインパルス破壊強度は試
料Ｉの無添加の架橋ポリエチレンには及ばないものの、
４３５ｋＶ／ｍｍと良好な特性が確認された。As is clear from Table 1, by changing the BET specific surface area of magnesium oxide, the impulse breakdown strength, the specific insulation resistance ρ, and the size of the largest aggregated particles are changed. In other words, the impulse breaking strength peaked at a BET specific surface area of 50 m ² / g, and tended to decrease at more or less than that. Here, as seen in Samples G and H, the BET specific surface area was 100 m ² /
When the value exceeds g, the size of the largest aggregated particles also increases accordingly, and it is inferred that the presence of the coarse aggregated particles causes a deterioration in characteristics. This is interpreted as that the activity of the particles is too large and the particles tend to aggregate. Conversely, when the BET specific surface area is very small (samples A, B, and C), the impulse breaking strength is low. In this case, it is presumed that, because the activity is low, the maximum aggregated particles tend to be improved in terms of the aggregated particles, but rather the adhesion between the particles and the polymer itself is impaired. By the way, although the impulse breaking strength of Sample E is not as good as that of Sample I without added crosslinked polyethylene,
Good characteristics of 435 kV / mm were confirmed.

【００２８】一方、絶縁体の固有絶縁抵抗ρという観点
からみれば、酸化マグネシウムを添加した試料Ａ〜Ｇは
いずれも無添加の試料Ｉとの比較において約２桁程高く
なっている。On the other hand, from the viewpoint of the intrinsic insulation resistance ρ of the insulator, each of the samples A to G to which magnesium oxide is added is about two orders of magnitude higher than the sample I to which magnesium oxide is not added.

【００２９】これは供試サンプルが架橋ポリエチレンで
かつ未乾燥品であるため、架橋時に生成された分解残渣
に固有絶縁抵抗ρが大きく依存し、かつ添加した酸化マ
グネシウムがその分解残渣を吸着する作用を有している
ためと考えられる。また、固有絶縁抵抗ρは酸化マグネ
シウムのＢＥＴ比表面積が大きくなるにつれ高くなって
おり、ＢＥＴ比表面積５０ｍ² ／ｇ以上では飽和する傾
向が見られた。これは、ＢＥＴ比表面積は活性度の目安
となるもので、その数値が大きいほど活性度が高いこと
から、ＢＥＴ比表面積が大きいほど分解残渣の吸着作用
が促進されるためであろう。ＢＥＴ比表面積がある値以
上で固有絶縁抵抗ρは飽和しているのは、いずれも同一
条件で架橋されていることから、ポリエチレン中に残存
する分解残渣量βが一定であり、ＢＥＴ比表面積５０ｍ
² ／ｇ程度で既に吸着が平衡状態となっているためと考
えられる。This is because the test sample is a crosslinked polyethylene and is an undried product, so that the specific insulation resistance ρ greatly depends on the decomposition residue generated at the time of crosslinking, and the added magnesium oxide adsorbs the decomposition residue. It is thought that it has. In addition, the specific insulation resistance ρ increases as the BET specific surface area of magnesium oxide increases, and tends to be saturated when the BET specific surface area is 50 m ² / g or more. This is because the BET specific surface area is a measure of the activity. The larger the BET specific surface area is, the higher the activity is. Therefore, the larger the BET specific surface area is, the more the action of adsorbing the decomposition residue is promoted. The specific insulation resistance ρ is saturated when the BET specific surface area is equal to or more than a certain value. Since both are crosslinked under the same conditions, the amount of decomposition residue β remaining in polyethylene is constant, and the BET specific surface area is 50 m
It is considered that the adsorption was already in an equilibrium state at about ² / g.

【００３０】以上の結果から、雷インパルス破壊特性と
絶縁体の固有絶縁抵抗特性の双方において、良好な特性
が発揮できる酸化マグネシウムのＢＥＴ比表面積の範囲
は、２０〜８０ｍ² ／ｇと判断された。From the above results, it was determined that the range of the BET specific surface area of magnesium oxide in which good characteristics can be exhibited in both the lightning impulse breakdown characteristics and the intrinsic insulation resistance characteristics of the insulator is 20 to 80 m ² / g. .

【００３１】図２は、この発明による直流電力ケーブル
の実施例の断面図である。同図において１は８００ｍｍ
² の銅撚線からなる導体、２は内部半導電層、４は外部
半導電層、５は金属遮蔽層であり、３がこの発明による
ＢＥＴ比表面積が５０ｍ² ／ｇの酸化マグネシウムを添
加した架橋ポリエチレンからなる絶縁厚２０ｍｍの絶縁
層である。なお、絶縁層３はポリエチレン１００重量部
に対して酸化マグネシウム１０重量部と老化防止剤、架
橋剤（Ｄ．Ｃ．Ｐ．）を適量配合した架橋ポリエチレン
である。FIG. 2 is a sectional view of an embodiment of a DC power cable according to the present invention. In the figure, 1 is 800 mm
^2, a conductor composed of a copper stranded wire, 2 an inner semiconductive layer, 4 an outer semiconductive layer, 5 a metal shielding layer, and 3 a magnesium oxide having a BET specific surface area of 50 m ² / g according to the present invention was added. It is an insulating layer made of crosslinked polyethylene and having an insulating thickness of 20 mm. The insulating layer 3 is a cross-linked polyethylene in which 10 parts by weight of magnesium oxide, an antioxidant and a cross-linking agent (DCP) are mixed in an appropriate amount with respect to 100 parts by weight of polyethylene.

【００３２】直流絶縁破壊特性に及ぼす影響を明らかに
するために、押出し直後（未乾燥品）の同ケーブルの直
流破壊試験を実施した。その結果を第２表に示す。比較
例として同じ寸法構造および絶縁体配合を有するもの
で、第１表に示した試料Ｃ（比較例１）および試料Ｇ
（比較例２）で使用した酸化マグネシウムを添加したケ
ーブルと通常の無添加の架橋ポリエチレン絶縁ケーブル
（比較例３）で、同じ条件で試験したデータを示してい
る。試験温度は全て９０℃である。In order to clarify the effect on the DC breakdown characteristics, a DC breakdown test of the same cable immediately after extrusion (undried) was performed. Table 2 shows the results. Samples C (Comparative Example 1) and Sample G shown in Table 1 which have the same dimensional structure and insulator composition as Comparative Examples
The data which carried out the test on the cable which added the magnesium oxide used by (Comparative example 2), and the normal non-added bridge | crosslinked polyethylene insulated cable (Comparative example 3) on the same conditions are shown. All test temperatures are 90 ° C.

【００３３】[0033]

【表２】 [Table 2]

【００３４】第２表から分かるように、比較例３の未乾
燥の架橋ポリエチレンケーブルの直流破壊電圧は低く、
未乾燥品においては十分な性能が得られないという従来
のデータを裏付けている。これに対して、この発明によ
る実施例は同じく未乾燥品にもかかわらず、比較例で確
認された電圧の２倍の電圧でも破壊せず、非常に良好な
直流破壊特性を示した。As can be seen from Table 2, the undried crosslinked polyethylene cable of Comparative Example 3 had a low DC breakdown voltage,
This confirms conventional data that sufficient performance cannot be obtained with undried products. On the other hand, the example according to the present invention did not break even at a voltage twice as high as the voltage confirmed in the comparative example, even though it was an undried product.

【００３５】なお、比較例１、２の直流破壊電圧は比較
例３との比較においては向上が認められるものの、この
発明による実施例には及ばない。この原因は、比較例１
については固有絶縁抵抗ρの不安定性が、また比較例２
については凝集粒子の発生によるものと考えられる。特
に、比較例２はインパルス破壊特性が最も低く、第１表
の結果と併せて考えれば、凝集粒子の発生が大きく性能
低下に影響しているものと推察される。Although the DC breakdown voltages of Comparative Examples 1 and 2 are improved in comparison with Comparative Example 3, they are not as high as those of Examples according to the present invention. The reason is that Comparative Example 1
The instability of the specific insulation resistance ρ, and Comparative Example 2
Is considered to be due to the generation of aggregated particles. In particular, Comparative Example 2 has the lowest impulse breakdown characteristics, and when considered in conjunction with the results shown in Table 1, it is inferred that the generation of aggregated particles greatly affects performance degradation.

【００３６】なお、本試験はいずれも９０℃の温度で実
施しているが、この発明による実施例では、前記したよ
うな高電界に晒されていても、熱的に非常に安定した特
性を有しており、実施例における固有絶縁抵抗ρの向上
の効果が顕著に認められる。さらに、インパルス破壊特
性も無添加の架橋ポリエチレンケーブルである比較例に
は若干及ばないものの、それに匹敵する良好な特性が確
認され、この発明によるケーブルの有効性を改めて確認
できた。Although all of the tests were performed at a temperature of 90 ° C., the embodiment according to the present invention exhibited extremely stable characteristics even when exposed to a high electric field as described above. The effect of improving the specific insulation resistance ρ in the example is remarkably recognized. Furthermore, although the impulse breaking characteristics are slightly lower than those of the comparative example in which the crosslinked polyethylene cable is free of additives, good characteristics comparable to those were confirmed, and the effectiveness of the cable according to the present invention was again confirmed.

【００３７】[0037]

【発明の効果】以上説明したとおり、この発明の直流電
力ケーブルによると、芯線導体の外周部に形成される絶
縁体として、ＢＥＴ比表面積２０〜８０ｍ² ／ｇを有す
る酸化マグネシウムを添加した架橋ポリエチレンを採用
することとしたために、直流絶縁特性に悪影響を及ぼす
架橋時の分解残渣の影響、即ち、絶縁体の固有絶縁抵抗
ρの低下とその不均一性を解消し、良好な直流破壊特性
を有するとともに、このような無機物を添加した場合の
大きな問題であるインパルス破壊電圧の低下を最小限に
抑えられる直流ケーブルを実現した。As described above, according to the DC power cable of the present invention, as the insulator formed on the outer periphery of the core conductor, crosslinked polyethylene to which magnesium oxide having a BET specific surface area of 20 to 80 m ² / g is added. In order to adopt, the influence of the decomposition residue at the time of cross-linking that adversely affects the DC insulation characteristics, that is, to reduce the inherent insulation resistance ρ of the insulator and eliminate its non-uniformity, and have good DC breakdown characteristics At the same time, a DC cable has been realized which can minimize a decrease in impulse breakdown voltage, which is a major problem when such an inorganic substance is added.

【００３８】また、これらのことと実用的な乾燥処理程
度でも十分に安定した直流破壊特性を維持しうるという
特徴を併せて備えたことにより合理的な絶縁設計が可能
で、ケーブルの小型化および軽量化が図れるとともに、
ケーブル製造面でのコスト低減をも可能とした。In addition, by combining these features with the feature that a sufficiently stable DC breakdown characteristic can be maintained even with a practical drying process, a rational insulation design is possible, and the cable can be reduced in size and size. As well as being lightweight,
It also made it possible to reduce costs in cable manufacturing.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】通常の架橋ポリエチレン絶縁ケーブルのケーブ
ル半径方向の固有絶縁抵抗ρおよび分解残渣量βの測定
結果のグラフ、FIG. 1 is a graph of a measurement result of a specific insulation resistance ρ and a decomposition residue amount β in a cable radial direction of a normal crosslinked polyethylene insulated cable,

【図２】この発明による直流電力ケーブルの一実施例を
示す断面図である。FIG. 2 is a sectional view showing an embodiment of a DC power cable according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ 導体 ２ 内部半導電層 ３ 絶縁層 ４ 外部半導電層 ５ 金属遮蔽層 REFERENCE SIGNS LIST 1 conductor 2 inner semiconductive layer 3 insulating layer 4 outer semiconductive layer 5 metal shielding layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 片貝 昭史 茨城県日立市日高町５丁目１番１号「日 立電線株式会社電線研究所内」 (56)参考文献 特開 平２−141418（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−178404（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−253714（ＪＰ，Ａ) 特公 昭57−21805（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01B 9/00 H01B 3/00 H01B 3/44 H01B 7/14──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (72) Inventor Akishi Katagai 5-1-1, Hidaka-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture, “Inside of Electric Wire Research Laboratory, Hitachi Cable Ltd.” (56) References JP-A-2-141418 (JP) JP-A-63-178404 (JP, A) JP-A-63-253714 (JP, A) JP-B-57-21805 (JP, B2) (58) Fields investigated (Int. Cl. ⁶ , DB Name) H01B 9/00 H01B 3/00 H01B 3/44 H01B 7/14

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】 芯線導体の外周部に高分子からなる絶縁
体を形成した直流電力ケーブルにおいて、前記絶縁体は
粒子径が５０μｍ以下で、ＢＥＴ法による比表面積が２
０〜８０ｍ^２／ｇの範囲にあり、純度９５％以上で、添
加量がポリエチレン１００重量部に対して１重量部以
上，１０重量部以下の酸化マグネシウムを添加したポリ
エチレンあるいは架橋ポリエチレンであることを特徴と
する直流電力ケーブル。1. A DC power cable in which an insulator made of a polymer is formed on the outer periphery of a core conductor, the insulator has a particle diameter of 50 μm or less and a specific surface area of 2 μm by a BET method.
0~80m Ri range near the ² / g, with a purity of 95% or more, added
Addition of 1 part by weight or more to 100 parts by weight of polyethylene
A DC power cable comprising polyethylene or cross-linked polyethylene to which 10 parts by weight or less of magnesium oxide is added .