JP3349747B2 - 絶縁組成物および電力ケーブル - Google Patents
絶縁組成物および電力ケーブルInfo
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高温、高電界下におい
ても優れた特性を維持できる絶縁組成物と、これを絶縁
体に用いた電力ケーブルに関する。
ても優れた特性を維持できる絶縁組成物と、これを絶縁
体に用いた電力ケーブルに関する。
【０００２】
【従来の技術】低密度ポリエチレンを架橋させた架橋ポ
リエチレン（ＸＬＰＥ）は、現在、電力ケーブルの絶縁
体として汎用されている。ＸＬＰＥを絶縁体とした電力
ケーブルは、導体、導電性樹脂組成物よりなる遮蔽層、
および低密度ポリエチレンに架橋剤および老化防止剤を
配合した組成物よりなる絶縁層の３層を、架橋が起こら
ない低温度で同時に押し出し成形し、次いで連続的に、
高温、高圧の架橋ゾーンおよび低温、高圧の冷却ゾーン
を通過せしめることによって製造される。
リエチレン（ＸＬＰＥ）は、現在、電力ケーブルの絶縁
体として汎用されている。ＸＬＰＥを絶縁体とした電力
ケーブルは、導体、導電性樹脂組成物よりなる遮蔽層、
および低密度ポリエチレンに架橋剤および老化防止剤を
配合した組成物よりなる絶縁層の３層を、架橋が起こら
ない低温度で同時に押し出し成形し、次いで連続的に、
高温、高圧の架橋ゾーンおよび低温、高圧の冷却ゾーン
を通過せしめることによって製造される。
【０００３】このようにして得られた電力ケーブルは、
その特性が優れていることから、適用電圧の高電圧化が
進み、近年、２７５ｋＶの長距離送電用に、また短距離
５００ｋＶの発電所引き出し用等に適用されるまでにな
った。
その特性が優れていることから、適用電圧の高電圧化が
進み、近年、２７５ｋＶの長距離送電用に、また短距離
５００ｋＶの発電所引き出し用等に適用されるまでにな
った。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが昨今、絶縁性
能上の弱点になり易いケーブル接続部の数を減らすこ
と、接続部収納用の地下マンホールの数を減じて建設費
を低減すること等の要請から、接続部間隔の長尺化が強
く求められるようになってきた。接続部間隔の長尺化の
具体策とは、端的に言えば、絶縁層の厚さを薄くしたケ
ーブルの開発である。例えば、従来技術の短距離用５０
０ｋＶケーブルの絶縁層厚さは３２ｍｍであるのに対
し、接続部が必要となる長距離用５００ｋＶケーブルの
場合、絶縁層厚さは、約１７％低減された２７ｍｍであ
ることが要請されている。このように絶縁層厚さが低減
されることによって生じる開発課題は数多くあるが、そ
の本質は、絶縁層の単位厚さ当りに負荷される電界が高
まることによって生ずるものである。そのため、絶縁耐
力の一層の向上、および誘電特性、特に誘電正接（ｔａ
ｎδ）特性値の低減を図ることが要請される。本発明で
解決しようとする課題は、絶縁層厚さの低減によっても
優れた誘電正接（ｔａｎδ）特性を維持できる絶縁組成
物および電力ケーブルを提供することである。
能上の弱点になり易いケーブル接続部の数を減らすこ
と、接続部収納用の地下マンホールの数を減じて建設費
を低減すること等の要請から、接続部間隔の長尺化が強
く求められるようになってきた。接続部間隔の長尺化の
具体策とは、端的に言えば、絶縁層の厚さを薄くしたケ
ーブルの開発である。例えば、従来技術の短距離用５０
０ｋＶケーブルの絶縁層厚さは３２ｍｍであるのに対
し、接続部が必要となる長距離用５００ｋＶケーブルの
場合、絶縁層厚さは、約１７％低減された２７ｍｍであ
ることが要請されている。このように絶縁層厚さが低減
されることによって生じる開発課題は数多くあるが、そ
の本質は、絶縁層の単位厚さ当りに負荷される電界が高
まることによって生ずるものである。そのため、絶縁耐
力の一層の向上、および誘電特性、特に誘電正接（ｔａ
ｎδ）特性値の低減を図ることが要請される。本発明で
解決しようとする課題は、絶縁層厚さの低減によっても
優れた誘電正接（ｔａｎδ）特性を維持できる絶縁組成
物および電力ケーブルを提供することである。
【０００５】電力ケーブルの絶縁層の誘電特性に起因す
る誘電損Ｗｄは、次式によって表すことができる。 Ｗｄ＝（Ｖ2／３）ωＣ0εrｔａｎδ Ｖ：送電系統電圧 ω：送電電力の角周波数（ω＝２πｆ、ｆ：周波数／Ｈ
ｚ） Ｃ0：ケーブルの構造で決まる幾何学的静電容量 εr：絶縁層材料の比誘電率 ｔａｎδ：絶縁層材料の誘電正接 上の式からわかるように、誘電損は、送電系統電圧Ｖの
自乗に比例し、ケーブルの構造要因を含む幾何学的静電
容量Ｃ0が、下式で表せることから、ケーブルの長さに
比例して大きくなり、絶縁厚さの低減もまた、誘電損を
大きくする要因である。絶縁層材料の誘電特性と誘電損
の関係は、上式に見られるように、比誘電率と誘電正接
の積εrｔａｎδに比例するものである。 Ｃ0＝２πε0Ｌ／ｌｎ（Ｒ／ｒ） ε0：真空の誘電率 Ｌ：ケーブルの長さ Ｒ及びｒ：絶縁層の外径及び内径
る誘電損Ｗｄは、次式によって表すことができる。 Ｗｄ＝（Ｖ2／３）ωＣ0εrｔａｎδ Ｖ：送電系統電圧 ω：送電電力の角周波数（ω＝２πｆ、ｆ：周波数／Ｈ
ｚ） Ｃ0：ケーブルの構造で決まる幾何学的静電容量 εr：絶縁層材料の比誘電率 ｔａｎδ：絶縁層材料の誘電正接 上の式からわかるように、誘電損は、送電系統電圧Ｖの
自乗に比例し、ケーブルの構造要因を含む幾何学的静電
容量Ｃ0が、下式で表せることから、ケーブルの長さに
比例して大きくなり、絶縁厚さの低減もまた、誘電損を
大きくする要因である。絶縁層材料の誘電特性と誘電損
の関係は、上式に見られるように、比誘電率と誘電正接
の積εrｔａｎδに比例するものである。 Ｃ0＝２πε0Ｌ／ｌｎ（Ｒ／ｒ） ε0：真空の誘電率 Ｌ：ケーブルの長さ Ｒ及びｒ：絶縁層の外径及び内径
【０００６】電力ケーブルの誘電損が現実の問題となる
のは、ＸＬＰＥを絶縁層に用いたケーブルでは、送電系
統電圧が２７５ｋＶ以上の長距離送電線路の場合であ
る。前述のように、誘電損の諸要因のうち、ＶおよびＣ
0は定数となるため、特性改善の検討は、絶縁材料の誘
電特性について行われることになる。絶縁材料の誘電特
性のうち、比誘電率εrは、材料の定数であるため改善
の対象になり得ず、もっぱら、ｔａｎδ特性値の改善が
求められることになる。
のは、ＸＬＰＥを絶縁層に用いたケーブルでは、送電系
統電圧が２７５ｋＶ以上の長距離送電線路の場合であ
る。前述のように、誘電損の諸要因のうち、ＶおよびＣ
0は定数となるため、特性改善の検討は、絶縁材料の誘
電特性について行われることになる。絶縁材料の誘電特
性のうち、比誘電率εrは、材料の定数であるため改善
の対象になり得ず、もっぱら、ｔａｎδ特性値の改善が
求められることになる。
【０００７】ＸＬＰＥを絶縁層に用いた電力ケーブルの
誘電損の具体例として、長距離用５００ｋＶケーブルの
場合について考えると、このケーブルの絶縁層厚さは２
７ｍｍであり、常用最高温度９０℃であるから、望まし
いｔａｎδ特性値は、温度が９０℃、絶縁層の最大スト
レスが２５ｋＶ／ｍｍの条件で、０.０５％以下という
ものである。
誘電損の具体例として、長距離用５００ｋＶケーブルの
場合について考えると、このケーブルの絶縁層厚さは２
７ｍｍであり、常用最高温度９０℃であるから、望まし
いｔａｎδ特性値は、温度が９０℃、絶縁層の最大スト
レスが２５ｋＶ／ｍｍの条件で、０.０５％以下という
ものである。
【０００８】上述の状況を目安にして、従来技術の材料
を評価したところ、９０℃、２０ｋＶ／ｍｍでｔａｎδ
は０.１％を越え、要請に応えられないものであった。
従来技術による材料のｔａｎδ特性の詳細についてみれ
ば、およそ６０℃以下の温度では、測定ストレス５〜３
０ｋＶ／ｍｍの範囲でｔａｎδは０.０５％以下で、誘
電損の望ましい特性を満たしている。しかしながら、７
０℃を越える温度領域では、電界ストレスが高くなるに
ともなってｔａｎδ特性値の増大が生じ、９０℃の場
合、５ｋＶ／ｍｍでは、ｔａｎδは０.０２％以下の小
さな値であるが、２０ｋＶ／ｍｍでは、ｔａｎδは０.
１％を越えてしまうのである。
を評価したところ、９０℃、２０ｋＶ／ｍｍでｔａｎδ
は０.１％を越え、要請に応えられないものであった。
従来技術による材料のｔａｎδ特性の詳細についてみれ
ば、およそ６０℃以下の温度では、測定ストレス５〜３
０ｋＶ／ｍｍの範囲でｔａｎδは０.０５％以下で、誘
電損の望ましい特性を満たしている。しかしながら、７
０℃を越える温度領域では、電界ストレスが高くなるに
ともなってｔａｎδ特性値の増大が生じ、９０℃の場
合、５ｋＶ／ｍｍでは、ｔａｎδは０.０２％以下の小
さな値であるが、２０ｋＶ／ｍｍでは、ｔａｎδは０.
１％を越えてしまうのである。
【０００９】このように、従来技術の問題点は、高温度
側で、ストレス増加によってｔａｎδ特性値が急増する
ことにある。この現象について、発明者らが鋭意検討し
た結果、従来技術の材料からなるＸＬＰＥ中に電気伝導
性の不純物が存在していることによって起こるものであ
ることが、判明した。さらに、この電気伝導性不純物
は、極微量であるため、通常の分析手段では同定しがた
い濃度レベルのものであることもわかった。
側で、ストレス増加によってｔａｎδ特性値が急増する
ことにある。この現象について、発明者らが鋭意検討し
た結果、従来技術の材料からなるＸＬＰＥ中に電気伝導
性の不純物が存在していることによって起こるものであ
ることが、判明した。さらに、この電気伝導性不純物
は、極微量であるため、通常の分析手段では同定しがた
い濃度レベルのものであることもわかった。
【００１０】上述の内容をさらに詳しく述べると以下の
通りである。電力ケーブルの絶縁層材料であるＸＰＬＥ
のｔａｎδ特性は、主として、材料中の有極性化学構造
の不純物に起因する双極子要因によるものと、材料中の
イオン解離性の不純物の解離イオンに起因する電導要因
のものの２種にわけて考えることができる。ＸＬＰＥの
ベース材料として有極性コモノマ成分を含まない低密度
ＰＥを用いた場合、双極子要因のｔａｎδに寄与する材
料中の有極性化学構造の不純物として挙げられるもの
は、ベース低密度ＰＥ中のもの、配合される架橋剤や老
化防止剤に関係するもの、および製造工程中の汚染に起
因するものが挙げられる。現在のＸＬＰＥ材料技術の水
準では、双極子要因のｔａｎδの主な原因は、架橋剤と
して用いたジクミルペルオキシド（ＤＣＰ）の架橋反応
残さであるアセトフェノンおよびクミルアルコールであ
り、これらに起因するｔａｎδは、低温側で大きく、高
温になるに伴って小さくなり、電界ストレスの増加があ
っても変化しない性質である。そして、通常の電力ケー
ブルの場合、この要因によるｔａｎδ値は、最大でも
０.０２％を越えず、誘電損の点でも問題視されるレベ
ルではない。
通りである。電力ケーブルの絶縁層材料であるＸＰＬＥ
のｔａｎδ特性は、主として、材料中の有極性化学構造
の不純物に起因する双極子要因によるものと、材料中の
イオン解離性の不純物の解離イオンに起因する電導要因
のものの２種にわけて考えることができる。ＸＬＰＥの
ベース材料として有極性コモノマ成分を含まない低密度
ＰＥを用いた場合、双極子要因のｔａｎδに寄与する材
料中の有極性化学構造の不純物として挙げられるもの
は、ベース低密度ＰＥ中のもの、配合される架橋剤や老
化防止剤に関係するもの、および製造工程中の汚染に起
因するものが挙げられる。現在のＸＬＰＥ材料技術の水
準では、双極子要因のｔａｎδの主な原因は、架橋剤と
して用いたジクミルペルオキシド（ＤＣＰ）の架橋反応
残さであるアセトフェノンおよびクミルアルコールであ
り、これらに起因するｔａｎδは、低温側で大きく、高
温になるに伴って小さくなり、電界ストレスの増加があ
っても変化しない性質である。そして、通常の電力ケー
ブルの場合、この要因によるｔａｎδ値は、最大でも
０.０２％を越えず、誘電損の点でも問題視されるレベ
ルではない。
【００１１】電導要因のｔａｎδの原因物質は、非常に
微少な濃度でも影響を及ぼすことから、化学種の同定に
は至っていないが、ベース低密度ＰＥが含有しているイ
オン解離性のもの、配合される架橋剤や老化防止剤中の
イオン解離性の不純物および製造工程中の汚染に起因す
るもののすべてが対象とされ、イオン解離性の不純物の
総和された濃度が特性値に関係すると考えられる。通
常、電導要因のｔａｎδは、低温側で小さく、高温にな
るにともなって急激に大きくなり、さらに、電界ストレ
スの増加によって、指数関数的に増大する性質がある。
ＸＬＰＥを絶縁層に用いた電力ケーブルの誘電損で問題
になるのは、このイオン解離性の不純物の解離イオンに
起因する電導要因のｔａｎδで、特に、前述の絶縁層厚
低減による高ストレス化が、問題をいっそう深刻にして
いるのである。
微少な濃度でも影響を及ぼすことから、化学種の同定に
は至っていないが、ベース低密度ＰＥが含有しているイ
オン解離性のもの、配合される架橋剤や老化防止剤中の
イオン解離性の不純物および製造工程中の汚染に起因す
るもののすべてが対象とされ、イオン解離性の不純物の
総和された濃度が特性値に関係すると考えられる。通
常、電導要因のｔａｎδは、低温側で小さく、高温にな
るにともなって急激に大きくなり、さらに、電界ストレ
スの増加によって、指数関数的に増大する性質がある。
ＸＬＰＥを絶縁層に用いた電力ケーブルの誘電損で問題
になるのは、このイオン解離性の不純物の解離イオンに
起因する電導要因のｔａｎδで、特に、前述の絶縁層厚
低減による高ストレス化が、問題をいっそう深刻にして
いるのである。
【００１２】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであって、電気伝導性不純物総量の少ない絶縁組
成物と、絶縁層の材料としてこの絶縁組成物を用いるこ
とによって、高温、高電圧下でも優れたｔａｎδ特性を
有する電力ケーブルを提供することを目的としている。
たものであって、電気伝導性不純物総量の少ない絶縁組
成物と、絶縁層の材料としてこの絶縁組成物を用いるこ
とによって、高温、高電圧下でも優れたｔａｎδ特性を
有する電力ケーブルを提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め、本発明の絶縁組成物は、低密度ポリエチレン１００
重量部に架橋剤１〜５重量部および老化防止剤０．０５
〜０．５重量部を配合し架橋せしめた樹脂組成物であっ
て、この樹脂組成物が、この樹脂組成物１０ｇを無極性
溶剤１０ｍｌで抽出処理し、その抽出液の体積抵抗率に
該抽出液の粘度を乗じた値が５×１０１０ΩＰａｓ／ｃ
ｍ以上の値を有するものであることを特徴としている。
め、本発明の絶縁組成物は、低密度ポリエチレン１００
重量部に架橋剤１〜５重量部および老化防止剤０．０５
〜０．５重量部を配合し架橋せしめた樹脂組成物であっ
て、この樹脂組成物が、この樹脂組成物１０ｇを無極性
溶剤１０ｍｌで抽出処理し、その抽出液の体積抵抗率に
該抽出液の粘度を乗じた値が５×１０１０ΩＰａｓ／ｃ
ｍ以上の値を有するものであることを特徴としている。
【００１４】また請求項２に記載の電力ケーブルは、前
記請求項１に記載の絶縁組成物を絶縁体として用いたこ
とを特徴としている。
記請求項１に記載の絶縁組成物を絶縁体として用いたこ
とを特徴としている。
【００１５】
【作用】絶縁組成物中に含まれ、電力ケーブルの絶縁層
中に持ち込まれる電気伝導性不純物の混入源は、前述し
たように、組成物の構成材料であるベース低密度ＰＥお
よび架橋剤および老化防止剤の不純物として混入するも
のと、組成物の製造工程中に混入するものの２経路が挙
げられる。そして、何れの経路によって混入した電気伝
導性不純物であれ、その総和がｔａｎδ特性に関係する
ことになる。したがって、絶縁組成物中に含まれる電気
伝導性不純物の総量によって、選別する方法が最も効果
的であるといえる。本発明の基本的な要件は、「該組成
物を架橋せしめたもの１０ｇを有極性溶剤１０ｍｌで処
理した抽出液の体積抵抗率」によって、電気伝導性不純
物の総量を把握し、「体積抵抗率に該抽出液の粘度を乗
じた値が５×１０10Ωｐａｓ／ｍ以上」であるものを用
いることにある。
中に持ち込まれる電気伝導性不純物の混入源は、前述し
たように、組成物の構成材料であるベース低密度ＰＥお
よび架橋剤および老化防止剤の不純物として混入するも
のと、組成物の製造工程中に混入するものの２経路が挙
げられる。そして、何れの経路によって混入した電気伝
導性不純物であれ、その総和がｔａｎδ特性に関係する
ことになる。したがって、絶縁組成物中に含まれる電気
伝導性不純物の総量によって、選別する方法が最も効果
的であるといえる。本発明の基本的な要件は、「該組成
物を架橋せしめたもの１０ｇを有極性溶剤１０ｍｌで処
理した抽出液の体積抵抗率」によって、電気伝導性不純
物の総量を把握し、「体積抵抗率に該抽出液の粘度を乗
じた値が５×１０10Ωｐａｓ／ｍ以上」であるものを用
いることにある。
【００１６】電気伝導性不純物の総量の把握に、「該組
成物を架橋せしめたもの」を試料として用いる理由は、
実際の電力ケーブルの絶縁層が受ける架橋反応の諸状況
を、評価特性値、すなわち、抽出液の体積抵抗率に反映
させるためである。架橋反応そのものは、いわゆるラジ
カル反応であるが、その複雑な反応や架橋反応の周囲条
件としての、おおむね１６０℃を越える高温度が、イオ
ン解離性の不純物に及ぼす諸変化を、評価特性である抽
出液の体積抵抗率に反映させる必要があるのである。こ
のような評価を行うことによって、該組成物を架橋せし
めてなる絶縁層を有する電力ケーブルのｔａｎδ特性、
特に高温、高電界下でも優れたｔａｎδ特性を確保でき
るのである。
成物を架橋せしめたもの」を試料として用いる理由は、
実際の電力ケーブルの絶縁層が受ける架橋反応の諸状況
を、評価特性値、すなわち、抽出液の体積抵抗率に反映
させるためである。架橋反応そのものは、いわゆるラジ
カル反応であるが、その複雑な反応や架橋反応の周囲条
件としての、おおむね１６０℃を越える高温度が、イオ
ン解離性の不純物に及ぼす諸変化を、評価特性である抽
出液の体積抵抗率に反映させる必要があるのである。こ
のような評価を行うことによって、該組成物を架橋せし
めてなる絶縁層を有する電力ケーブルのｔａｎδ特性、
特に高温、高電界下でも優れたｔａｎδ特性を確保でき
るのである。
【００１７】絶縁層に存在するイオン解離性の不純物の
総量を把握するのに、「該組成物を架橋せしめたものを
無極性溶剤で処理した抽出液の体積抵抗率」で評価する
のは、本発明の特徴的な手段である。前述したように、
絶縁層中に存在するイオン解離性の不純物の濃度は、極
めて微少であるため、その物質は同定しがたい。絶縁層
中に存在するイオン解離性の不純物を抽出した液体の体
積抵抗率は、イオン解離性の不純物濃度、抽出に用いた
液体の誘電率も関係した個々の不純物のイオン解離度、
解離したイオン個々の移動度等によって定まる。一般
に、イオン解離度は、誘電率が大きい、すなわち有極性
溶剤の方が大きくなる。しかし、電力ケーブルの絶縁層
材料であるＸＬＰＥは無極性であり、その比誘電率は、
電力ケーブルの使用温度範囲において２.１〜２.３程度
である。したがって、ＸＬＰＥ中において特徴的にｔａ
ｎδ特性を悪化させるイオン解離性不純物の総量評価
は、ＸＬＰＥと同等の比誘電率を有する無極性溶剤によ
る抽出液で行うべきである。この観点から、組成物を架
橋せしめたＸＬＰＥ中のイオン解離性不純物の抽出に用
いる溶剤として、無極性溶剤を用いるのである。無極性
溶剤としては、沸点がおよそ５０〜１００℃程度の炭化
水素、例えばヘキサン、ヘプタン、オクタン、ベンゼ
ン、トルエン、キシレン等が挙げられる。
総量を把握するのに、「該組成物を架橋せしめたものを
無極性溶剤で処理した抽出液の体積抵抗率」で評価する
のは、本発明の特徴的な手段である。前述したように、
絶縁層中に存在するイオン解離性の不純物の濃度は、極
めて微少であるため、その物質は同定しがたい。絶縁層
中に存在するイオン解離性の不純物を抽出した液体の体
積抵抗率は、イオン解離性の不純物濃度、抽出に用いた
液体の誘電率も関係した個々の不純物のイオン解離度、
解離したイオン個々の移動度等によって定まる。一般
に、イオン解離度は、誘電率が大きい、すなわち有極性
溶剤の方が大きくなる。しかし、電力ケーブルの絶縁層
材料であるＸＬＰＥは無極性であり、その比誘電率は、
電力ケーブルの使用温度範囲において２.１〜２.３程度
である。したがって、ＸＬＰＥ中において特徴的にｔａ
ｎδ特性を悪化させるイオン解離性不純物の総量評価
は、ＸＬＰＥと同等の比誘電率を有する無極性溶剤によ
る抽出液で行うべきである。この観点から、組成物を架
橋せしめたＸＬＰＥ中のイオン解離性不純物の抽出に用
いる溶剤として、無極性溶剤を用いるのである。無極性
溶剤としては、沸点がおよそ５０〜１００℃程度の炭化
水素、例えばヘキサン、ヘプタン、オクタン、ベンゼ
ン、トルエン、キシレン等が挙げられる。
【００１８】「組成物を架橋せしめたもの１０ｇを無極
性溶剤１０ｍｌで抽出処理」するのは、極めて微少濃度
であるイオン解離性不純物の抽出液中濃度を、できるだ
け高濃度化することが目的である。これが極めて低濃度
である場合には、抽出液の体積抵抗率は濃度と逆比例す
る関係にあるので、抽出処理の際の構成比が、規定され
た比率から変化した場合でも、構成比の相違を比例関係
で補正することによって、所定の構成比の値に換算する
ことができる。
性溶剤１０ｍｌで抽出処理」するのは、極めて微少濃度
であるイオン解離性不純物の抽出液中濃度を、できるだ
け高濃度化することが目的である。これが極めて低濃度
である場合には、抽出液の体積抵抗率は濃度と逆比例す
る関係にあるので、抽出処理の際の構成比が、規定され
た比率から変化した場合でも、構成比の相違を比例関係
で補正することによって、所定の構成比の値に換算する
ことができる。
【００１９】定められた抽出溶剤によって、組成物を架
橋せしめたものを充分な処理して得た抽出液の体積抵抗
率は、抽出に用いた無極性溶剤の導電率と、架橋された
組成物中に存在したイオン解離性不純物の解離したイオ
ンに起因する導電率の和の逆数とみなすことができる。
組成物を架橋せしめたものを充分処理することによって
得た抽出液の体積抵抗率は、抽出に用いた高純度化した
溶剤の体積抵抗率よりも、少なくとも数分の１の値に低
下し、抽出されたイオン解離性不純物に支配された特性
値を示す。したがって、「抽出液の体積抵抗率」は、架
橋された組成物中に存在した、ＸＬＰＥのｔａｎδに悪
影響を及ぼすイオン解離性の不純物の量に関係した値に
なる。
橋せしめたものを充分な処理して得た抽出液の体積抵抗
率は、抽出に用いた無極性溶剤の導電率と、架橋された
組成物中に存在したイオン解離性不純物の解離したイオ
ンに起因する導電率の和の逆数とみなすことができる。
組成物を架橋せしめたものを充分処理することによって
得た抽出液の体積抵抗率は、抽出に用いた高純度化した
溶剤の体積抵抗率よりも、少なくとも数分の１の値に低
下し、抽出されたイオン解離性不純物に支配された特性
値を示す。したがって、「抽出液の体積抵抗率」は、架
橋された組成物中に存在した、ＸＬＰＥのｔａｎδに悪
影響を及ぼすイオン解離性の不純物の量に関係した値に
なる。
【００２０】架橋された組成物中に存在したイオン解離
性の不純物を抽出した抽出液の体積抵抗率は、抽出液中
のイオン濃度、イオンへの解離度およびイオンの移動度
に依存する。体積抵抗率の測定温度は、解離度および移
動度の両者に影響するため、体積抵抗率評価温度は一定
にする必要があり、本発明では通常、５０℃で行われ
る。また、イオンの移動度は、該抽出液の粘度に依存す
るため、溶剤の種類によって異なることになるが、一般
に、（移動度×粘度＝一定）の関係が成り立つことか
ら、溶剤の粘度による影響を排除するため、（体積抵抗
率×溶剤の粘度）の特性値に変換するのである。また、
抽出に用いる無極性溶剤について、沸点５０〜１００℃
程度のものとした理由は、１つには、粘度の小さい溶剤
を用いることによって、微少濃度でも大きな体積抵抗率
低下を期待するためである。
性の不純物を抽出した抽出液の体積抵抗率は、抽出液中
のイオン濃度、イオンへの解離度およびイオンの移動度
に依存する。体積抵抗率の測定温度は、解離度および移
動度の両者に影響するため、体積抵抗率評価温度は一定
にする必要があり、本発明では通常、５０℃で行われ
る。また、イオンの移動度は、該抽出液の粘度に依存す
るため、溶剤の種類によって異なることになるが、一般
に、（移動度×粘度＝一定）の関係が成り立つことか
ら、溶剤の粘度による影響を排除するため、（体積抵抗
率×溶剤の粘度）の特性値に変換するのである。また、
抽出に用いる無極性溶剤について、沸点５０〜１００℃
程度のものとした理由は、１つには、粘度の小さい溶剤
を用いることによって、微少濃度でも大きな体積抵抗率
低下を期待するためである。
【００２１】抽出液の体積抵抗率の測定装置としては、
通常の絶縁油の体積抵抗率測定用の電極と、絶縁抵抗測
定装置を用いることができる。
通常の絶縁油の体積抵抗率測定用の電極と、絶縁抵抗測
定装置を用いることができる。
【００２２】「抽出液の体積抵抗率に該抽出液の粘度を
乗じた値が５×１０10ΩＰａｓ／ｍ以上」との規定は、
９０℃、２５ｋＶ／ｍｍの条件におけるｔａｎδが０.
０５％以下であることを確保するために必要な規定であ
り、本発明者が数多くの検討の結果定めた値である。こ
の規定を越える特性値を有する組成物を架橋してなるＸ
ＬＰＥのｔａｎδは、９０℃で評価した場合、ストレス
が２５ｋＶ／ｍｍを越えない条件でも、０.０５％を越
えるものである。
乗じた値が５×１０10ΩＰａｓ／ｍ以上」との規定は、
９０℃、２５ｋＶ／ｍｍの条件におけるｔａｎδが０.
０５％以下であることを確保するために必要な規定であ
り、本発明者が数多くの検討の結果定めた値である。こ
の規定を越える特性値を有する組成物を架橋してなるＸ
ＬＰＥのｔａｎδは、９０℃で評価した場合、ストレス
が２５ｋＶ／ｍｍを越えない条件でも、０.０５％を越
えるものである。
【００２３】組成物を架橋せしめたものを無極性溶剤で
抽出処理する場合の条件は、基本的な要件ではない。必
要なことは、架橋された組成物中に存在するイオン解離
性の不純物のほとんどすべてを抽出できる条件を確保す
ることである。このための一般的な条件は、架橋された
組成物を、できる限り薄くして溶剤に接触させることで
ある。なお、抽出の加速のために、超音波を利用するこ
と、あるいは加温された溶剤を用いるソックスレ抽出等
も利用できる。
抽出処理する場合の条件は、基本的な要件ではない。必
要なことは、架橋された組成物中に存在するイオン解離
性の不純物のほとんどすべてを抽出できる条件を確保す
ることである。このための一般的な条件は、架橋された
組成物を、できる限り薄くして溶剤に接触させることで
ある。なお、抽出の加速のために、超音波を利用するこ
と、あるいは加温された溶剤を用いるソックスレ抽出等
も利用できる。
【００２４】
【実施例】以下、実施例を示して、本発明の効果を明ら
かにする。 （実施例１） ベースの低密度ＰＥとして（ａ）を用意した。このＰＥ
（ａ）はＭＦＲが１程度のもので、従来から電力ケーブ
ル用の架橋性絶縁組成物に使用されてきたＰＥ（ｂ）の
合成ラインを清浄にして、特にイオン解離性の不純物の
混入を防ぐことに留意して合成したものである。架橋剤
ＤＣＰとして、（ｅ）を再結晶化によって精製したもの
（ｆ）を用意した。老化防止剤として、ポリオレフィン
に有効な４，４’−チオビス−（６−第３ブチル−３−
メチルフェノール）（ｇ）を再結晶化によって精製した
もの（ｈ）を用意した。
かにする。 （実施例１） ベースの低密度ＰＥとして（ａ）を用意した。このＰＥ
（ａ）はＭＦＲが１程度のもので、従来から電力ケーブ
ル用の架橋性絶縁組成物に使用されてきたＰＥ（ｂ）の
合成ラインを清浄にして、特にイオン解離性の不純物の
混入を防ぐことに留意して合成したものである。架橋剤
ＤＣＰとして、（ｅ）を再結晶化によって精製したもの
（ｆ）を用意した。老化防止剤として、ポリオレフィン
に有効な４，４’−チオビス−（６−第３ブチル−３−
メチルフェノール）（ｇ）を再結晶化によって精製した
もの（ｈ）を用意した。
【００２５】ベースの低密度ＰＥ（ａ）１００重量部
に、架橋剤（ｆ）を３重量部、老化防止剤（ｈ）を０.
３重量部配合した組成物を作製した。組成物製造工程の
概要は、１８０℃の混練用押出機によって老化防止剤を
練り込み、これを紐出しし、冷水中で裁断してペレット
とし、乾燥後約８０℃で架橋剤をペレットに接触溶解さ
せるという方式である。ただし、製造工程は、次のよう
にして清浄化した。その概要は、ペレット化の際に用い
る冷水を、電子工業などで用いる超純水に変え、また架
橋剤配合工程以降の機械およびラインに、無配合ＰＥ
（ａ）を２バッチ分流して、不純物の吸収除去を図っ
た。
に、架橋剤（ｆ）を３重量部、老化防止剤（ｈ）を０.
３重量部配合した組成物を作製した。組成物製造工程の
概要は、１８０℃の混練用押出機によって老化防止剤を
練り込み、これを紐出しし、冷水中で裁断してペレット
とし、乾燥後約８０℃で架橋剤をペレットに接触溶解さ
せるという方式である。ただし、製造工程は、次のよう
にして清浄化した。その概要は、ペレット化の際に用い
る冷水を、電子工業などで用いる超純水に変え、また架
橋剤配合工程以降の機械およびラインに、無配合ＰＥ
（ａ）を２バッチ分流して、不純物の吸収除去を図っ
た。
【００２６】得られた組成物を、１２０℃のプレス条件
で、厚さ０.２ｍｍおよび１０ｍｍ程度で１０×１０ｃ
ｍ角の試料を予備成形し、このものを、温度１８０℃、
圧力２０ｋｇｆ／ｃｍ2の条件で、２０分加圧成形する
ことによって、ＸＬＰＥとした。
で、厚さ０.２ｍｍおよび１０ｍｍ程度で１０×１０ｃ
ｍ角の試料を予備成形し、このものを、温度１８０℃、
圧力２０ｋｇｆ／ｃｍ2の条件で、２０分加圧成形する
ことによって、ＸＬＰＥとした。
【００２７】厚さ０.２ｍｍ程度の試料については、９
０℃で、ｔａｎδのストレス変化を測定して、ｔａｎδ
が０.０５％を越えるストレスを検討付けた。
０℃で、ｔａｎδのストレス変化を測定して、ｔａｎδ
が０.０５％を越えるストレスを検討付けた。
【００２８】厚さ１０ｍｍ程度の試料は、清浄なスライ
サーで０.２ｍｍ程度のシートとし、このシート３０ｇ
と高純度のｎヘキサン３０ｍｌの組み合わせで、２０ｋ
Ｈｚ、１Ｗ／ｃｍ2の超音波照射下で、２時間の抽出を
行った。抽出に用いたｎヘキサンは、試薬特級のものを
無沸騰蒸留し、さらに活性アルミナで吸着処理したもの
で、５０℃の体積抵抗率は２×１０14Ω／ｍで、５０℃
の粘度は９２.１×１０-2Ｐａｓであった。
サーで０.２ｍｍ程度のシートとし、このシート３０ｇ
と高純度のｎヘキサン３０ｍｌの組み合わせで、２０ｋ
Ｈｚ、１Ｗ／ｃｍ2の超音波照射下で、２時間の抽出を
行った。抽出に用いたｎヘキサンは、試薬特級のものを
無沸騰蒸留し、さらに活性アルミナで吸着処理したもの
で、５０℃の体積抵抗率は２×１０14Ω／ｍで、５０℃
の粘度は９２.１×１０-2Ｐａｓであった。
【００２９】（実施例２）組成物の製造工程を清浄化し
なかった以外は、実施例１と同様にして、試料を作製し
た。
なかった以外は、実施例１と同様にして、試料を作製し
た。
【００３０】（比較例１〜６）ベースの低密度ＰＥとし
て、従来から電力ケーブル用の架橋性絶縁組成物に使用
されたきたＰＥ（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）を、そのまま用
いた。架橋剤ＤＣＰとして、再結晶化によって精製した
もの（ｆ）の他に、再結晶処理を施さなかったもの
（ｅ）を用意した。老化防止剤（４，４’−チオビス−
（６−第３ブチル−３−メチルフェノール））として、
再結晶化によって精製したもの（ｈ）の他に、再結晶処
理を施さなかったもの（ｇ）を用意した。表２に示した
配合量にしたがって、低密度ＰＥに架橋剤、老化防止剤
をそれぞれ練り込み、組成物を作製した。混練工程に
は、いずれも清浄化を施さなかった。後は、前記実施例
と同様にして、比較例１〜６の試料を作製した。
て、従来から電力ケーブル用の架橋性絶縁組成物に使用
されたきたＰＥ（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）を、そのまま用
いた。架橋剤ＤＣＰとして、再結晶化によって精製した
もの（ｆ）の他に、再結晶処理を施さなかったもの
（ｅ）を用意した。老化防止剤（４，４’−チオビス−
（６−第３ブチル−３−メチルフェノール））として、
再結晶化によって精製したもの（ｈ）の他に、再結晶処
理を施さなかったもの（ｇ）を用意した。表２に示した
配合量にしたがって、低密度ＰＥに架橋剤、老化防止剤
をそれぞれ練り込み、組成物を作製した。混練工程に
は、いずれも清浄化を施さなかった。後は、前記実施例
と同様にして、比較例１〜６の試料を作製した。
【００３１】実施例（２例）および比較例（６例）の試
料を用いて、９０℃のｔａｎδが０.０５％を越えるス
トレスの見当付けと、抽出液の体積抵抗率および粘度の
評価を行った。結果をそれぞれ表１および表２に示す。
料を用いて、９０℃のｔａｎδが０.０５％を越えるス
トレスの見当付けと、抽出液の体積抵抗率および粘度の
評価を行った。結果をそれぞれ表１および表２に示す。
【００３２】抽出液の体積抵抗率は、いずれも抽出に用
いたｎヘキサンのそれよりも小さく、抽出液の粘度もｎ
ヘキサンのそれよりも大きかった。体積抵抗率の低下
は、架橋した組成物中のイオン解離性不純物が抽出され
たことによるものであり、粘度の増加は、主として架橋
剤の反応残さが抽出されたことによるものであると考え
られる。
いたｎヘキサンのそれよりも小さく、抽出液の粘度もｎ
ヘキサンのそれよりも大きかった。体積抵抗率の低下
は、架橋した組成物中のイオン解離性不純物が抽出され
たことによるものであり、粘度の増加は、主として架橋
剤の反応残さが抽出されたことによるものであると考え
られる。
【００３３】表２に見られるように、比較例の試料は、
９０℃でｔａｎδが０.０５％を越えるストレスは、い
ずれも２５ｋＶ／ｍｍよりもかなり低く、改善の要請に
応え得るものではなかった。また、イオン解離性不純物
の低減策を施した比較例４〜６においても、「組成物を
架橋せしめたものの抽出液の体積抵抗率に該抽出液の粘
度を乗じた値」が５×１０10ΩＰａｓ／ｍよりも小さ
く、これらの９０℃でｔａｎδが０.０５％を越えるス
トレスは、いずれも２５ｋＶ／ｍｍよりも低く、特性改
善の要請に応えられないものであった。これに対し、表
１に示したように、実施例１および２の試料にあって
は、「組成物を架橋せしめたものの抽出液の体積抵抗率
に該抽出液の粘度を乗じた値が５×１０10ΩＰａｓ／ｍ
以上」であり、また９０℃、２５ｋＶ／ｍｍでのｔａｎ
δは、いずれも０.０５％以下と、要請に応える優れた
特性を有していた。
９０℃でｔａｎδが０.０５％を越えるストレスは、い
ずれも２５ｋＶ／ｍｍよりもかなり低く、改善の要請に
応え得るものではなかった。また、イオン解離性不純物
の低減策を施した比較例４〜６においても、「組成物を
架橋せしめたものの抽出液の体積抵抗率に該抽出液の粘
度を乗じた値」が５×１０10ΩＰａｓ／ｍよりも小さ
く、これらの９０℃でｔａｎδが０.０５％を越えるス
トレスは、いずれも２５ｋＶ／ｍｍよりも低く、特性改
善の要請に応えられないものであった。これに対し、表
１に示したように、実施例１および２の試料にあって
は、「組成物を架橋せしめたものの抽出液の体積抵抗率
に該抽出液の粘度を乗じた値が５×１０10ΩＰａｓ／ｍ
以上」であり、また９０℃、２５ｋＶ／ｍｍでのｔａｎ
δは、いずれも０.０５％以下と、要請に応える優れた
特性を有していた。
【００３４】
【表１】
【００３５】
【表２】
【００３６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
高温高電界下においても誘電損失の小さい絶縁組成物を
得るための１種の判断基準が得られ、原材料の低密度ポ
リエチレン、架橋剤、老化防止剤として、これら原材料
に含まれる電気的不純物の総量を、この判断基準に合致
するように、調整したものを使用することで、高温高電
界下においても誘電損失の小さい絶縁組成物を得ること
ができ、さらには誘電損失の小さい電力ケーブルを得る
ことができる。
高温高電界下においても誘電損失の小さい絶縁組成物を
得るための１種の判断基準が得られ、原材料の低密度ポ
リエチレン、架橋剤、老化防止剤として、これら原材料
に含まれる電気的不純物の総量を、この判断基準に合致
するように、調整したものを使用することで、高温高電
界下においても誘電損失の小さい絶縁組成物を得ること
ができ、さらには誘電損失の小さい電力ケーブルを得る
ことができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中司 徹 東京都江東区木場一丁目５番１号 株式 会社フジクラ内 (72)発明者 松井 研二 東京都江東区木場一丁目５番１号 株式 会社フジクラ内 (72)発明者 高橋 享 東京都江東区木場一丁目５番１号 株式 会社フジクラ内 (72)発明者 谷田 光隆 東京都江東区木場一丁目５番１号 株式 会社フジクラ内 (72)発明者 後藤 和彦 東京都江東区木場一丁目５番１号 株式 会社フジクラ内 (72)発明者 丹羽 利夫 東京都江東区木場一丁目５番１号 株式 会社フジクラ内 (56)参考文献 特開 昭55−66804（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−185535（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−243306（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−243307（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−243308（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−225003（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−121207（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−121208（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−121209（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−28108（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01B 3/16 - 3/56
Claims (2)
- 【請求項１】低密度ポリエチレン１００重量部に架橋剤
１〜５重量部および老化防止剤０．０５〜０．５重量部
を配合し架橋せしめた樹脂組成物であって、 この樹脂組成物が、この樹脂組成物 １０ｇを無極性溶剤
１０ｍｌで抽出処理し、その抽出液の体積抵抗率に該抽
出液の粘度を乗じた値が５×１０１０ΩＰａｓ／ｃｍ以
上の値を有するものであることを特徴とする絶縁組成
物。 - 【請求項２】 前記請求項１に記載の絶縁組成物を絶縁
体として用いたことを特徴とする電力ケーブル。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03910093A JP3349747B2 (ja) | 1993-02-26 | 1993-02-26 | 絶縁組成物および電力ケーブル |
| CA002116380A CA2116380A1 (en) | 1993-02-26 | 1994-02-24 | Polyethylene composition for use in insulations and joints of extra-high voltage power cables, and an extra-high voltage power cable and joint therefor employing this polyethylenecomposition |
| EP94400413A EP0613154B1 (en) | 1993-02-26 | 1994-02-25 | Process for preparing a polyethylene composition for use in insulations and joints of extra-high voltage power cables |
| US08/202,098 US5536777A (en) | 1993-02-26 | 1994-02-25 | Polyethylene composition for use in insulations and joints of extra-high voltage power cables, and an extra-high voltage power cable and joint therefor employing this polyethylene composition |
| DE69420063T DE69420063T2 (de) | 1993-02-26 | 1994-02-25 | Verfahren zur Herstellung einer Polyethylenzusammensetzung zum Isolieren und Verbinden von Hochspannungskabeln |
| KR1019940003622A KR100295105B1 (ko) | 1993-02-26 | 1994-02-26 | 초고전압선의절연체와접속부에쓰이는폴리에틸렌조성물및이폴리에틸렌조성물을이용한초고전압선과접속부 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03910093A JP3349747B2 (ja) | 1993-02-26 | 1993-02-26 | 絶縁組成物および電力ケーブル |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06251630A JPH06251630A (ja) | 1994-09-09 |
| JP3349747B2 true JP3349747B2 (ja) | 2002-11-25 |
Family
ID=12543661
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03910093A Expired - Fee Related JP3349747B2 (ja) | 1993-02-26 | 1993-02-26 | 絶縁組成物および電力ケーブル |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3349747B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3682947B2 (ja) * | 1998-08-12 | 2005-08-17 | 古河電気工業株式会社 | 電気絶縁樹脂組成物およびそれを用いた電線・ケーブル |
| MX2010004829A (es) * | 2007-11-02 | 2010-07-28 | Union Carbide Chem Plastic | Reduccion de perdidas dielectricas a traves del uso de organoarcilla en composiciones de aislante o semiconductor. |
-
1993
- 1993-02-26 JP JP03910093A patent/JP3349747B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06251630A (ja) | 1994-09-09 |
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