JP3430875B2 - 直流用ケーブルの製造方法 - Google Patents

直流用ケーブルの製造方法

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JP3430875B2 JP24063197A JP24063197A JP3430875B2 JP 3430875 B2 JP3430875 B2 JP 3430875B2 JP 24063197 A JP24063197 A JP 24063197A JP 24063197 A JP24063197 A JP 24063197A JP 3430875 B2 JP3430875 B2 JP 3430875B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は直流用ケ−ブルの
造方法に関し、特に、直流絶縁特性及びインパルス破壊
特性にすぐれ、長尺ケ−ブルの製造が可能な直流用架橋
ポリエチレンケ−ブルの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】架橋ポリエチレンを絶縁層とするケ−ブ
ル(以下、架橋PEケ−ブルと記す)は交流用として広
く用いられている。ポリエチレンの架橋には一般にジク
ミルパ−オキサイド(以下、DCPと記す)のような有
機過酸化物が用いられている。
【0003】架橋PEケ−ブルを直流用に用いる場合の
絶縁性能の不安定を改善するため、絶縁層に酸化マグネ
シウムのような有極性無機充填剤を加えることが特公昭
57─21805号公報に開示されている。
【0004】DCPのような架橋剤を用いた架橋PEケ
−ブルでは、架橋剤の分解残渣が架橋ポリエチレン絶縁
体の体積抵抗率を低下させ、電荷蓄積を増大させるため
に、安定した絶縁性能が得られなかった。体積抵抗率の
低下は絶縁体のもれ電流を増し、ジュ−ル熱により絶縁
体を熱破壊する恐れがある。架橋剤の分解残渣が多く分
布する絶縁層の中層部分で体積抵抗率が特に低下するた
め、直流課電の下で外層と内層にかかる電圧の負担が大
となり、絶縁体の有効厚さが減少する。また電荷蓄積の
増大は絶縁体中に局部的に高電界を発生させ、低電圧破
壊等の原因となり、あるいは極性反転の際又は逆極性の
インパルスの侵入の際に絶縁破壊が生ずる。
【0005】このような架橋PEケ−ブルの直流特性に
おける欠点は、前述のように有極性無機充填剤の添加に
よって改良された。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、酸化マグネシ
ウムのような有極性無機充填剤を架橋ポリエチレン絶縁
体に加えた直流用ケ−ブルによると、有極性無機充填剤
の粗粒や凝集が生ずることがある。充填剤の粗粒や凝集
は、絶縁体の連続押し出し成形の工程で、押し出し機の
前面に樹脂中の異物の除去のため設けられているスクリ
−ンメッシュに目詰まりを起こす。メッシュが目詰まり
すると、樹脂圧が上昇し、押し出し成形が困難になり、
長尺のケ−ブルの製造ができない。製造工程上の問題だ
けでなく、完成したケ−ブルの雷インパルス破壊強度も
低下する。
【0007】スクリ−ンメッシュの目詰まりを起こす充
填剤の粗粒や凝集は、充填剤とポリエチレンの間の接着
性向上や充填剤の吸湿防止のため充填剤の表面処理を行
なった場合に発生しやすい。
【0008】
【0009】本発明の目的は、押し出し成形の工程でス
クリ−ンメッシュの目詰まりを起こさず、すぐれた直流
絶縁特性及びインパルス破壊特性を有する長尺ケ−ブル
を製造できる、直流用ケ−ブルの製造方法を提供するこ
とにある。
【0010】
【0011】
【課題を解決するための手段】 発明は、上記目的を達
成するため、ポリエチレンに酸化マグネシウムと架橋剤
を加えて成るコンパウンドを、スクリーンメッシュを通
して押し出して、絶縁層を導体の周囲に形成する直流用
ケーブルの製造方法において、前記酸化マグネシウムを
表面処理剤によって表面処理した後、1μm以上2μm
以下の平均粒子径及び15μm以下の最大粒子径をもつ
ように前記酸化マグネシウムを粉砕処理して前記コンパ
ウンドとすることを特徴とする直流用ケーブルの製造方
法を提供する。
【0012】すぐれた直流絶縁特性を得るために絶縁層
に加える酸化マグネシウム(MgO)、特に純度99
%以上のMgOが好ましい。MgOはDCP等の有機過
酸化物架橋剤の分解残渣による体積抵抗率の低下や空間
電荷の蓄積を抑制して、直流絶縁特性を向上する効果が
大きい。純度99%以上のMgOは特にこの効果がすぐ
れる。
【0013】MgO等の有極性無機充填剤の表面処理の
代表例はビニルシラン処理である。MgOのビニルシラ
ン処理は、例えば、特開平4−368719号、特開平
5−314818号に開示されている。
【0014】充填剤は少なくとも0.5phr加えるこ
とが好ましい。製造過程において連続押し出し工程での
樹脂圧の上昇を避けるためには、充填剤量を5phr以
下とすることが好ましい。
【0015】絶縁体を構成する主材のポリエチレンとし
ては、高密度、中密度、低密度、または超低密度ポリエ
チレン、直鎖状低密度ポリエチレン等のいずれを用いて
もよい。ポリエチレンはホモポリマ−に限らず、共重合
体、グラフト体でもよく、それらの混合物でもよい。共
重合体は、例えば、エチレンとオレフィン類(プロピレ
ン等)、アルキルアクリレ−ト類(エチルアクリレ−
ト、メチルメタクリレ−ト等)、ビニルエステル類(酢
酸ビニル等)、スチレン等との共重合体で、エチレンの
分子比が50%以上のもの、グラフト体は例えばポリエ
チレンまたはエチレン重合体と無水マレイン酸、ビニル
シラン等とのグラフト体である。
【0016】ポリエチレン架橋剤としては通常、DCP
を用いるが、DCP以外の有機過酸化物架橋剤に対して
も本発明は有効である。
【0017】高密度、中密度、低密度又は超低密度ポリ
エチレン、直鎖状低密度ポリエチレン等のポリエチレン
に、無水マレイン酸変性ポリエチレン、例えば無水マレ
イン酸グラフトポリエチレンを、1phr以上10ph
r以下加えてもよく、それにより耐雷インパルス強度を
さらに向上できる。無水マレイン酸による変性量は、
0.1%以上が好ましい。
【0018】有極性無機充填剤の粉砕処理は、平均粒子
径、最大粒子径ともに未処理の充填剤とほぼ同等となる
ようにすることが好ましい。粉砕処理は、充填剤の粒子
同士を高速で衝突させるジェット粉砕により行なうこと
ができる。充填剤粒子の平均粒子径が1ないし2μm、
最大粒子径が15μm以下の範囲にあることが好まし
い。
【0019】有極性無機充填剤は、粗大粒子や凝集の発
生を防ぐため、粉砕処理後コンパウンド調製まで低湿度
雰囲気中に置くことが望ましい。例えば、有極性無機充
填剤を粉砕処理後コンパウンド調製前まで温度60℃な
いし90℃の雰囲気中で乾燥処理する。また粉砕処理前
後を問わず、湿度管理を行なう。
【0020】
【発明の実施の形態】以下、本発明の直流用ケ−ブル及
びその製造方法の実施の形態を詳細に説明する。本発明
の直流用ケ−ブルの実施の形態では、導体とその周囲に
形成された内部半導電層と、その外周に形成された架橋
ポリエチレン絶縁層と、その外周に形成された外部半導
電層と、その外周に形成されたシ−スを少なくとも具え
る。架橋ポリエチレン絶縁層は、ホモポリマ−、共重合
体、グラフト体を含めたポリエチレンと、酸化マグネシ
ウムのような有極性無機充填剤とから成り、DCPのよ
うな有機過酸化物架橋剤を用いて架橋されている。この
有極性無機充填剤はビニルシラン等で表面処理され、平
均径、最大径ともに未処理の充填剤とほぼ同等の粒子
径、すなわち平均粒子径が1ないし2μm、最大粒子径
が15μm以下になるように、ジェット粉砕等により粉
砕処理されたものである。粉砕処理された有極性無機充
填剤は、ポリエチレンと混合し、架橋剤を加えてコンパ
ウンドとし、コンパウンドを導体の周りに、内外の半導
電層とともに押し出し成形したものである。充填剤の量
は0.5phr以上、5phr以下が好ましい。ポリエ
チレンは、高密度、中密度、低密度、又は超低密度ポリ
エチレン、直鎖状低密度ポリエチレン等のいずれでもよ
い。
【0021】本発明の直流用ケ−ブルの製造方法の実施
の形態では、ポリエチレン(ホモポリマ−、共重合体、
グラフト体を包含する)と、ビニルシラン等で表面処理
された、酸化マグネシウムのような有極性無機充填剤と
から成り、DCPのような有機過酸化物架橋剤を用いて
架橋された架橋ポリエチレン絶縁層を有する直流用ケ−
ブルを製造するにあたり、表面処理された充填剤を、平
均径、最大径ともに未処理の充填剤とほぼ同等の粒子径
をもつように、ジェット粉砕等により粉砕処理した後、
ポリエチレンと混合し、架橋剤を加えてコンパウンドと
し、コンパウンドをスクリ−ンメッシュを通して押し出
し、導体の周りに内外の半導電層とともに成形して、ケ
−ブルを製造する。平均粒子径が1ないし2μm、最大
粒子径が15μm以下の範囲にあるようにするのが好ま
しい。粉砕処理後コンパウンド調製まで、湿度管理を充
分行なうとともに、充填剤を低湿度雰囲気(例えば、温
度70℃の乾燥雰囲気)中に置くことが好ましい。充填
剤の量は0.5phr以上5phr以下とする。ポリエ
チレンは、高密度、中密度、低密度、または超低密度ポ
リエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン等のいずれでも
よい。
【0022】
【実施例】以下、本発明の直流ケ−ブル及びその製造方
法の実施例を詳細に説明する。表1のように組成が異な
る酸化マグネシウム充填剤を作り、試料イないしニとし
た。試料イは表面処理していない酸化マグネシウム、試
料ロはビニルシランで表面処理した酸化マグネシウム、
試料ハとニはビニルシランで表面処理した酸化マグネシ
ウムを、それぞれ表1に示した平均及び最大粒子径にな
るまで、ジェットミルで破砕処理したものである。粒子
径はレ−ザ粒度計で測定した。
【0023】表面処理された試料ロの粒子径は平均、最
大とも未処理の試料イより大となっている。粉砕処理に
より試料ハは平均、最大とも未処理の試料イとほぼ同等
の粒子径となり、試料ニでは未処理の試料イより平均粒
子径、最大粒子径とも小さくなった。
【0024】
【表1】
【0025】低密度ポリエチレンに表1の試料ロ、ハ、
ニの充填剤を1phr加え、架橋剤としてDCPを添加
したコンパウンドを用い、押し出し成形により、導体断
面積200mm2 、絶縁層の厚さ9mmのケ−ブル1,
2,3を製造した。成形にはた325メッシュのスクリ
−ンメッシュを備えた押し出し機を用いた。24時間に
わたり連続で総量約1トンの樹脂を押し出したときの樹
脂圧の上昇は表2に示す通りであった。
【0026】
【表2】
【0027】表2から明らかなように、試料ロ、すなわ
ち充填剤を粉砕処理しないコンパウンドでは、24時間
後に樹脂圧が3MPaまで上昇した。酸化マグネシウム
充填剤を粉砕処理したとき、試料では樹脂圧の上昇は
著しく小さくなるが、平均粒子径0.7μmまで粉砕し
た試料では、樹脂圧の上昇が大きく、粉砕処理しない
ものと大差ない。
【0028】この結果は、ビニルシランで表面処理され
たMgO充填剤を、表面未処理のものと同程度の粒子径
(平均及び最大)まで粉砕処理することにより、連続押
し出し後の樹脂圧上昇が回避されることを示す。
【0029】それぞれのケ−ブルにつき絶縁破壊試験を
行なった。結果を表3に示す。
【表3】
【0030】表3に見られるように、直流破壊強度はど
れも変わらないが、ケ−ブル1と3は耐インパルス強度
が劣る。これに対し、表面処理MgO充填剤を表面未処
理のものと同等まで粉砕処理したケ−ブル2は直流破壊
強度、耐インパルス強度とも優れている。充填剤粒子が
表面未処理のときの半分の平均粒子径まで粉砕処理され
たケ−ブル3では、耐インパルス強度がかえって劣る。
【0031】以上の結果から、架橋ポリエチレン絶縁層
に加えるビニルシラン表面処理MgO充填剤を表面未処
理のものと同等の粒子径まで粉砕処理することにより、
充填剤中の粗大粒子や凝集が除かれ、スクリ−ンメッシ
ュの目詰りが防がれる結果、直流破壊強度、耐インパル
ス強度とも優れた直流用ケ−ブルが得られ、またそのよ
うな絶縁特性の優れた長尺ケ−ブルを製造できること
が、確かめられた。
【0032】
【0033】
【発明の効果】 発明の直流用ケ−ブルの製造方法によ
ると、ビニルシラン等で表面処理された酸化マグネシウ
ム等の充填剤の粒子を、1μm以上2μm以下の平均粒
子径及び15μm以下の最大粒子径をもつように粉砕処
理することにより、充填剤の粗大粒子や凝集によるスク
リーンメッシュの目詰りを防げので、長尺の連続押し
出し成形でも樹脂圧の上昇を起こさず、長尺の直流用架
橋PEケーブルを製造できる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 白井 久也 茨城県日立市日高町5丁目1番1号 日 立電線株式会社 パワーシステム研究所 内 (56)参考文献 特開 平4−368719(JP,A) 特開 平2−141418(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01B 3/44 H01B 9/00 H01B 13/14

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ポリエチレンに酸化マグネシウムと架橋
    剤を加えて成るコンパウンドを、スクリーンメッシュを
    通して押し出して、絶縁層を導体の周囲に形成する直流
    用ケーブルの製造方法において、 前記酸化マグネシウムを表面処理剤によって表面処理し
    た後、1μm以上2μm以下の平均粒子径及び15μm
    以下の最大粒子径をもつように前記酸化マグネシウムを
    粉砕処理して前記コンパウンドとすることを特徴とする
    直流用ケーブルの製造方法。
  2. 【請求項2】 前記酸化マグネシウムは、前記表面処理
    剤としてビニルシランを用いて表面処理された請求項
    記載の直流用ケーブルの製造方法。
  3. 【請求項3】 前記粉砕処理はジェット粉砕により行な
    われる、請求項又は記載の直流用ケーブルの製造方
    法。
  4. 【請求項4】 前記表面処理剤によって表面処理された
    前記酸化マグネシウムは、前記粉砕処理後コンパウンド
    調製まで低湿度雰囲気中に置かれる、請求項ないし
    のいずれかに記載の直流用ケーブルの製造方法。
  5. 【請求項5】 前記表面処理剤によって表面処理された
    前記酸化マグネシウムは、前記粉砕処理後コンパウンド
    調製前に温度60℃以上90℃以下の乾燥雰囲気で乾燥
    処理を施される、請求項ないしのいずれかに記載の
    直流用ケーブルの製造方法。
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