JP2002505500A - Ｄｃケーブル - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
この発明は、導体の周囲に配置された、押出成形され架橋されたポリエチレンＸＬＰＥ系組成物からなるポリマー系絶縁システムを有する絶縁ＤＣケーブル、および、そのようなケーブルの製造方法に係るものである。ＸＬＰＥ系組成物は、一般式：CH2=CR-CO-X-(CH2)n-N(CH3)2 またはCH2=CR-CO-O-(CH2-CH2O)m-Hを有する極性コモノマーを具備する極性セグメントの形態の極性調節手段を具備し、ｎは２または３であり、ｍは１〜２０であり、ＲはＨまたはＣＨ３であり、ＸはＯまたはＮＨである。極性コモノマーは、ＸＬＰＥ組成物内に組み込まれる。
Description
【０００１】 （技術分野） この発明は、ポリエチレン組成物ＰＥからなる絶縁システムを有する直流ケー
ブル（ＤＣケーブル）に関するものである。ポリエチレン組成物は、押出成形さ
れ、架橋されたＰＥ組成物、すなわちＸＬＰＥ組成物である。この発明は、特に
、電力を伝送し分配するための、絶縁されたＤＣケーブルに関するものである。
絶縁システムは、内部半導電性シールド、押し出された絶縁材および外部半導電
性シールド等の複数の層を具備している。
ブル（ＤＣケーブル）に関するものである。ポリエチレン組成物は、押出成形さ
れ、架橋されたＰＥ組成物、すなわちＸＬＰＥ組成物である。この発明は、特に
、電力を伝送し分配するための、絶縁されたＤＣケーブルに関するものである。
絶縁システムは、内部半導電性シールド、押し出された絶縁材および外部半導電
性シールド等の複数の層を具備している。
【０００２】 少なくとも、前記押出成形された絶縁材は、架橋剤、スコーチ防止剤および酸
化防止剤を含む典型的な添加剤系を含む架橋されたポリエチレンを主成分とする
電気絶縁性の組成物からなっている。
化防止剤を含む典型的な添加剤系を含む架橋されたポリエチレンを主成分とする
電気絶縁性の組成物からなっている。
【０００３】 （背景技術） 電力を伝送および分配するための最初の電気供給システムの多くが、ＤＣ技術
に基づいていたにも関わらず、これらのＤＣシステムは、交流ＡＣを使用したシ
ステムによって急速に取って代わられた。ＡＣシステムは、電圧の発生、伝送お
よび分配の間の変換が容易であるという望ましい特徴を有している。今世紀の前
半における現代電気供給システムの発展は、排他的にＡＣ伝送システムに基づい
ていた。しかしながら、1950年代に、長距離伝送計画に対する要求が増大し、一
定の条件下では、ＤＣに基づくシステムを採用することが有利であることが明ら
かになった。予測される利点には、ＡＣシステムの安定性に関して一般に遭遇す
る問題の低減、システムの力率が常に均一であるような装置のより効率的な使用
、および、より高い作動電圧において所定の絶縁厚さまたは間隙が使用可能であ
ること等が含まれる。これらの非常に重大な利点は評価されなければならないが
、ＡＣをＤＣに変換し、かつ、ＤＣをＡＣに変換し直す端末装置がコストが高く
つく。しかしながら、所定の伝送電力に対しては、端末コストは一定であり、し
たがって、ＤＣ伝送システムは、長距離を必要とする計画に対しては経済的であ
るとされた。このように、ＤＣ技術は、伝送設備における節約が端末プラントの
コストを超える長さを超える伝送距離である場合に関する限り、長距離にわたる
伝送のためのシステムに対して経済的になる。
に基づいていたにも関わらず、これらのＤＣシステムは、交流ＡＣを使用したシ
ステムによって急速に取って代わられた。ＡＣシステムは、電圧の発生、伝送お
よび分配の間の変換が容易であるという望ましい特徴を有している。今世紀の前
半における現代電気供給システムの発展は、排他的にＡＣ伝送システムに基づい
ていた。しかしながら、1950年代に、長距離伝送計画に対する要求が増大し、一
定の条件下では、ＤＣに基づくシステムを採用することが有利であることが明ら
かになった。予測される利点には、ＡＣシステムの安定性に関して一般に遭遇す
る問題の低減、システムの力率が常に均一であるような装置のより効率的な使用
、および、より高い作動電圧において所定の絶縁厚さまたは間隙が使用可能であ
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、ＡＣをＤＣに変換し、かつ、ＤＣをＡＣに変換し直す端末装置がコストが高く
つく。しかしながら、所定の伝送電力に対しては、端末コストは一定であり、し
たがって、ＤＣ伝送システムは、長距離を必要とする計画に対しては経済的であ
るとされた。このように、ＤＣ技術は、伝送設備における節約が端末プラントの
コストを超える長さを超える伝送距離である場合に関する限り、長距離にわたる
伝送のためのシステムに対して経済的になる。
【０００４】 ＤＣ事業の重要な利点は、誘電損の仮想的な消滅にあり、それによって、効率
のかなりの増加と設備の節約が提供される。ＤＣ漏れ電流は、電流定格の計算に
おいて無視できるほど小さいものであるのに対し、ＡＣケーブルの誘電損は、電
流定格をかなり低減するものである。このことは、より高いシステム電圧のため
には、非常に重要である。同様に、ＤＣケーブルでは、高いキャパシタンスも不
都合なものではない。典型的なＤＣ伝送ケーブルは、導体と、内部半導電性シー
ルド、絶縁基体および外部半導電性シールドのような多数層からなる絶縁システ
ムとを含んでいる。ケーブルは、製品を据え付けるとき、および使用するときに
水の浸透、機械的摩耗または機械的外力に耐えるためのケーシングや補強等をも
備えている。
のかなりの増加と設備の節約が提供される。ＤＣ漏れ電流は、電流定格の計算に
おいて無視できるほど小さいものであるのに対し、ＡＣケーブルの誘電損は、電
流定格をかなり低減するものである。このことは、より高いシステム電圧のため
には、非常に重要である。同様に、ＤＣケーブルでは、高いキャパシタンスも不
都合なものではない。典型的なＤＣ伝送ケーブルは、導体と、内部半導電性シー
ルド、絶縁基体および外部半導電性シールドのような多数層からなる絶縁システ
ムとを含んでいる。ケーブルは、製品を据え付けるとき、および使用するときに
水の浸透、機械的摩耗または機械的外力に耐えるためのケーシングや補強等をも
備えている。
【０００５】 これまで、供給されるほぼ全てのＤＣケーブルシステムは、海底横断またはそ
れに接続される地上ケーブルであった。長距離の横断のためには、圧縮の必要性
による長さの制限がないという理由から、質量を含浸した固体紙で絶縁されたタ
イプのケーブルが選択される。このケーブルは、450kVの作動電圧用に供給され てきた。今日まで、ほとんど全ての場合に、電気絶縁油を含浸させた紙絶縁体が
使用されてきたが、ポリプロピレン紙積層体のような積層材料の適用も、衝撃強
度の向上および径の低減という利点を増加させるために500kVまでの電圧におけ る使用を確信されている。
れに接続される地上ケーブルであった。長距離の横断のためには、圧縮の必要性
による長さの制限がないという理由から、質量を含浸した固体紙で絶縁されたタ
イプのケーブルが選択される。このケーブルは、450kVの作動電圧用に供給され てきた。今日まで、ほとんど全ての場合に、電気絶縁油を含浸させた紙絶縁体が
使用されてきたが、ポリプロピレン紙積層体のような積層材料の適用も、衝撃強
度の向上および径の低減という利点を増加させるために500kVまでの電圧におけ る使用を確信されている。
【０００６】 ＡＣ伝送ケーブルの場合と同様に、過渡電圧が、ＤＣケーブルの絶縁厚さを決
定するときに考慮すべき要因である。ケーブルが全負荷状態であるときに、作動
電圧とは反対の極性の過渡電圧がシステムに印加された場合には、最も厄介な状
況が生ずることが知られている。ケーブルが高架線システムに接続されている場
合には、そのような状況は、通常、落雷過渡現象の結果として発生する。
定するときに考慮すべき要因である。ケーブルが全負荷状態であるときに、作動
電圧とは反対の極性の過渡電圧がシステムに印加された場合には、最も厄介な状
況が生ずることが知られている。ケーブルが高架線システムに接続されている場
合には、そのような状況は、通常、落雷過渡現象の結果として発生する。
【０００７】 ポリエチレンＰＥ系または架橋ポリエチレンＸＬＰＥ系の押出固体絶縁材は、
ＡＣ伝送、分配ケーブルの絶縁材として、ほぼ４０年間使用されてきた。したが
って、ＤＣケーブルの絶縁材としてＸＬＰＥおよびＰＥを使用する可能性は、長
年にわたって調査されてきた。ＤＣ伝送では、回路長に制限がないので、そのよ
うな絶縁材を有するケーブルは、質量を含浸したケーブルと同じ利点を有してお
り、高温で作動される可能性をも有している。ＸＬＰＥの場合には、従来のＤＣ
ケーブルが５０℃であるのに対し、９０℃である。これにより、伝送負荷を増加
させる可能性を与えている。
ＡＣ伝送、分配ケーブルの絶縁材として、ほぼ４０年間使用されてきた。したが
って、ＤＣケーブルの絶縁材としてＸＬＰＥおよびＰＥを使用する可能性は、長
年にわたって調査されてきた。ＤＣ伝送では、回路長に制限がないので、そのよ
うな絶縁材を有するケーブルは、質量を含浸したケーブルと同じ利点を有してお
り、高温で作動される可能性をも有している。ＸＬＰＥの場合には、従来のＤＣ
ケーブルが５０℃であるのに対し、９０℃である。これにより、伝送負荷を増加
させる可能性を与えている。
【０００８】 しかしながら、これらの材料の完全な能力を、ケーブル全体にわたって得るこ
とはできなかった。その主な理由の１つは、ＤＣ電界にかけられたときの誘電体
における空間電荷の進展であると考えられる。そのような空間電荷は、応力分布
をゆがめ、ポリマーの高い抵抗性のために長い期間にわたって持続する。絶縁体
における空間電荷は、ＤＣ電界がかけられると、キャパシタのように極性を形成
して蓄積する。極性に対して空間電荷蓄積の極性を異ならせて、２つの基本的な
タイプの空間電荷蓄積パターンが存在する。
とはできなかった。その主な理由の１つは、ＤＣ電界にかけられたときの誘電体
における空間電荷の進展であると考えられる。そのような空間電荷は、応力分布
をゆがめ、ポリマーの高い抵抗性のために長い期間にわたって持続する。絶縁体
における空間電荷は、ＤＣ電界がかけられると、キャパシタのように極性を形成
して蓄積する。極性に対して空間電荷蓄積の極性を異ならせて、２つの基本的な
タイプの空間電荷蓄積パターンが存在する。
【０００９】 空間電荷の蓄積は、絶縁材の幾何学的寸法および誘電特性を考慮するときに予
期される電界に対して、実際の電界を特定の地点において局所的に増加させるこ
とになる。この増加は、実際には、予期される電界の５倍〜１０倍となることも
ある。したがって、ケーブル絶縁材のために設計される電界は、このかなり高い
電界を考慮に入れた安全率を含んでいなければならず、ケーブル絶縁材として、
より厚く、かつ／または、より高価な材料を使用することになる。
期される電界に対して、実際の電界を特定の地点において局所的に増加させるこ
とになる。この増加は、実際には、予期される電界の５倍〜１０倍となることも
ある。したがって、ケーブル絶縁材のために設計される電界は、このかなり高い
電界を考慮に入れた安全率を含んでいなければならず、ケーブル絶縁材として、
より厚く、かつ／または、より高価な材料を使用することになる。
【００１０】 空間電荷の蓄積は、遅いプロセスであり、したがって、この問題は、同一の極
性で長時間にわたって作動した後のケーブルの極性が反転されたときに、いっそ
う悪化する。反転の結果、空間電荷の蓄積から生ずる電界に容量電界が重ねられ
、最大電界応力点が、境界面から絶縁材の内部へと移動する。
性で長時間にわたって作動した後のケーブルの極性が反転されたときに、いっそ
う悪化する。反転の結果、空間電荷の蓄積から生ずる電界に容量電界が重ねられ
、最大電界応力点が、境界面から絶縁材の内部へと移動する。
【００１１】 他の特性に大きな影響を与えずに絶縁材の抵抗を低減するために、添加剤を使
用することによりこの状況を改善する試みがなされている。今日まで、電気的性
能を、含浸した紙絶縁ケーブルに一致させることは可能ではなく、市販のポリマ
ーで絶縁したＤＣケーブルも装備されていない。しかしながら、実験室での試験
では、250kVケーブルに対し、鉱物充填材を含むＸＬＰＥ絶縁材を使用して、最 大応力20kV/mmという良好な結果が報告されている（Y. Maekawa et al, Reserch
and Development of DC XLPE Cables, JiCable '91, pp. 562-569）。この応力
値は、質量含浸した紙ケーブルに対する一般的な値として使用される32kV/mmに 匹敵する。 ＡＣケーブル絶縁材用の押出樹脂組成物は、一般に、ベースポリマーとしてポ
リエチレン樹脂を具備し、過酸化物架橋剤、スコーチ防止剤および酸化防止剤ま
たは酸化防止剤系の種々の添加物が想定されている。押出絶縁材の場合には、通
常、半導電性シールドも押し出され、ベースポリマーおよび導電材または半導電
性充填材に加えて、基本的に同じタイプの添加剤からなる樹脂組成物からなって
いる。
用することによりこの状況を改善する試みがなされている。今日まで、電気的性
能を、含浸した紙絶縁ケーブルに一致させることは可能ではなく、市販のポリマ
ーで絶縁したＤＣケーブルも装備されていない。しかしながら、実験室での試験
では、250kVケーブルに対し、鉱物充填材を含むＸＬＰＥ絶縁材を使用して、最 大応力20kV/mmという良好な結果が報告されている（Y. Maekawa et al, Reserch
and Development of DC XLPE Cables, JiCable '91, pp. 562-569）。この応力
値は、質量含浸した紙ケーブルに対する一般的な値として使用される32kV/mmに 匹敵する。 ＡＣケーブル絶縁材用の押出樹脂組成物は、一般に、ベースポリマーとしてポ
リエチレン樹脂を具備し、過酸化物架橋剤、スコーチ防止剤および酸化防止剤ま
たは酸化防止剤系の種々の添加物が想定されている。押出絶縁材の場合には、通
常、半導電性シールドも押し出され、ベースポリマーおよび導電材または半導電
性充填材に加えて、基本的に同じタイプの添加剤からなる樹脂組成物からなって
いる。
【００１２】 絶縁ケーブルにおける種々の押し出された層は、概して、しばしばポリエチレ
ン樹脂をベースとしている。ポリエチレン樹脂は、一般に、かつ、この用途にお
いては、ポリエチレンまたはエチレンのコポリマーを意味し、エチレンモノマー
が質量の大部分を占めている。したがって、ポリエチレン樹脂は、エチレンおよ
び該エチレンと共重合可能な１以上のモノマーとから構成されていてもよい。低
密度ポリエチレンＬＤＰＥは、今日、卓越したＡＣケーブル用の絶縁材ベース材
料である。
ン樹脂をベースとしている。ポリエチレン樹脂は、一般に、かつ、この用途にお
いては、ポリエチレンまたはエチレンのコポリマーを意味し、エチレンモノマー
が質量の大部分を占めている。したがって、ポリエチレン樹脂は、エチレンおよ
び該エチレンと共重合可能な１以上のモノマーとから構成されていてもよい。低
密度ポリエチレンＬＤＰＥは、今日、卓越したＡＣケーブル用の絶縁材ベース材
料である。
【００１３】 押出絶縁材の物理的特性、および、そのようなケーブルの生産、輸出、敷設お
よび使用において功を奏する条件の影響による劣化および分解に対する性能を向
上するために、ポリエチレン系組成物は、一般に、以下のような添加剤を含んで
いる。 − 安定剤、例えば、酸化、放射線等による分解を中和する酸化防止剤、電子洗
浄剤； − 潤滑剤、例えば、処理性を向上するためのステアリン酸； − 電気的応力に耐える性能、例えば、耐水トリー性を向上するための添加剤、
例えば、ポリエチレングリコール、シリコーン等； − 遊離基への加熱に際して分解し、ポリエチレン樹脂の架橋を開始し、ときに
は、架橋密度を向上する能力を有する未飽和化合物および早期架橋を防止するた
めのスコーチ防止剤と組み合わせて使用される過酸化物のような架橋剤である。
よび使用において功を奏する条件の影響による劣化および分解に対する性能を向
上するために、ポリエチレン系組成物は、一般に、以下のような添加剤を含んで
いる。 − 安定剤、例えば、酸化、放射線等による分解を中和する酸化防止剤、電子洗
浄剤； − 潤滑剤、例えば、処理性を向上するためのステアリン酸； − 電気的応力に耐える性能、例えば、耐水トリー性を向上するための添加剤、
例えば、ポリエチレングリコール、シリコーン等； − 遊離基への加熱に際して分解し、ポリエチレン樹脂の架橋を開始し、ときに
は、架橋密度を向上する能力を有する未飽和化合物および早期架橋を防止するた
めのスコーチ防止剤と組み合わせて使用される過酸化物のような架橋剤である。
【００１４】 種々の添加剤の数は膨大であり、それらの取り得る組合せは、本質的に無限で
ある。添加剤または組合せ若しくは添加剤の一群を選択するときには、その目的
は、他の性能を維持しながら、または、可能であれば向上しながら、一以上の性
能を向上することである。しかしながら、現実には、常に、添加剤のシステムに
おける変更の全ての取り得る副作用を予測することは不可能に近い。他の場合に
は、求められる改良は、いくつかの負の因子は受け入れなければならないという
ような程度のものであるが、そのような負の効果を最小化するという目的は常に
存在する。
ある。添加剤または組合せ若しくは添加剤の一群を選択するときには、その目的
は、他の性能を維持しながら、または、可能であれば向上しながら、一以上の性
能を向上することである。しかしながら、現実には、常に、添加剤のシステムに
おける変更の全ての取り得る副作用を予測することは不可能に近い。他の場合に
は、求められる改良は、いくつかの負の因子は受け入れなければならないという
ような程度のものであるが、そのような負の効果を最小化するという目的は常に
存在する。
【００１５】 押出成形され、架橋された絶縁材として、ＡＣケーブルに一般に使用される典
型的なポリエチレン系樹脂組成物は、 0.4〜2.5g/10minのメルトフローレートを有する97.1〜98.9重量％の低密度ポ リエチレン(922kg/m3)； 化学記号4,4′−チオ−ビス(6-3-ブチル-m-クレゾール)を有し、0.1〜0.5重量
％の酸化防止剤、例えば、これに限定されるものではないが、SANTONOX R（登録
商標：Flexsys社）；および、 化学記号ジクミル過酸化物を有する1.0〜2.4重量％の架橋剤、例えば、これに
限定されるものではないが、DICUP R（登録商標：Hercules Chem） から構成されている。
型的なポリエチレン系樹脂組成物は、 0.4〜2.5g/10minのメルトフローレートを有する97.1〜98.9重量％の低密度ポ リエチレン(922kg/m3)； 化学記号4,4′−チオ−ビス(6-3-ブチル-m-クレゾール)を有し、0.1〜0.5重量
％の酸化防止剤、例えば、これに限定されるものではないが、SANTONOX R（登録
商標：Flexsys社）；および、 化学記号ジクミル過酸化物を有する1.0〜2.4重量％の架橋剤、例えば、これに
限定されるものではないが、DICUP R（登録商標：Hercules Chem） から構成されている。
【００１６】 そのようなＸＬＰＥ組成物を使用することに、いくつかの不都合があることは
ずっと以前から知られていることであるが、その利点（例えば、そのスコーチ防
止性能、すなわち、早期架橋）は、これらの欠点よりも重要である。さらに、こ
の種のＸＬＰＥ組成物が、ＤＣ電界下で空間電荷を形成する強い傾向を示し、そ
れによって、ＤＣケーブルのための絶縁システムに使用できないものとなってい
ることは周知である。しかしながら、時間を延長した脱気、すなわち、架橋した
ケーブルを高温で長時間にわたり高真空に晒すことが、ＤＣ電圧応力下での空間
電荷蓄積の傾向をいくらか低減することになることも知られている。
ずっと以前から知られていることであるが、その利点（例えば、そのスコーチ防
止性能、すなわち、早期架橋）は、これらの欠点よりも重要である。さらに、こ
の種のＸＬＰＥ組成物が、ＤＣ電界下で空間電荷を形成する強い傾向を示し、そ
れによって、ＤＣケーブルのための絶縁システムに使用できないものとなってい
ることは周知である。しかしながら、時間を延長した脱気、すなわち、架橋した
ケーブルを高温で長時間にわたり高真空に晒すことが、ＤＣ電圧応力下での空間
電荷蓄積の傾向をいくらか低減することになることも知られている。
【００１７】 一般に、真空処理は、絶縁材から「アセトフェノン」や「クミルアルコール」
のような過酸化物分解製品を除去し、それによって、空間電荷の蓄積が低減され
ると考えられている。脱気は、紙絶縁材の含浸と比較して時間を要するバッチ処
理であり、そのために高くつく。したがって、脱気の必要性がなくなれば有利で
ある。ＡＣケーブルにおいて押出絶縁材として最もよく知られている架橋ポリエ
チレン組成物は、空間電荷蓄積の傾向を示し、そのために、ＤＣケーブルのため
の絶縁システムにおける使用には適していない。
のような過酸化物分解製品を除去し、それによって、空間電荷の蓄積が低減され
ると考えられている。脱気は、紙絶縁材の含浸と比較して時間を要するバッチ処
理であり、そのために高くつく。したがって、脱気の必要性がなくなれば有利で
ある。ＡＣケーブルにおいて押出絶縁材として最もよく知られている架橋ポリエ
チレン組成物は、空間電荷蓄積の傾向を示し、そのために、ＤＣケーブルのため
の絶縁システムにおける使用には適していない。
【００１８】 抵抗を増加させ、空間電荷の蓄積を低減するという２つの目的のために、カル
ボニル基を含む少量の添加剤をＬＤＰＥに添加することが知られている。そのよ
うなカルボニルの添加はポリエチレンの酸化または一酸化炭素のエチレン共重合
のいずれかによって達成される。カルボニル基は、空間電荷の捕獲部位として機
能すると考えられており、それによって、空間電荷の可動性が制限され、絶縁材
にＤＣ電界が印加されたときに、空間電荷蓄積の結果として、架橋された絶縁材
内の分極パターンの進展も制限される。
ボニル基を含む少量の添加剤をＬＤＰＥに添加することが知られている。そのよ
うなカルボニルの添加はポリエチレンの酸化または一酸化炭素のエチレン共重合
のいずれかによって達成される。カルボニル基は、空間電荷の捕獲部位として機
能すると考えられており、それによって、空間電荷の可動性が制限され、絶縁材
にＤＣ電界が印加されたときに、空間電荷蓄積の結果として、架橋された絶縁材
内の分極パターンの進展も制限される。
【００１９】 しかしながら、捕獲電荷の解放の傾向、および、それによる空間電荷の蓄積の
増加傾向が、高温、例えば、約４０℃を超える温度で表れた。また、有機酸およ
び無水物の形態の添加剤も、同様の効果を与えることが示されている。さらに、
ポリエチレンのモル濃度調節が、より高いＤＣ降伏強さを得るために、ポリマー
に極性ユニットを導入することにより示唆されている。例えば、特許第２１０６
１０号明細書は、マレイン酸無水物ＭＡＨのような無水物をこの目的のためにポ
リエチレンにグラフトしたことを報告している。
増加傾向が、高温、例えば、約４０℃を超える温度で表れた。また、有機酸およ
び無水物の形態の添加剤も、同様の効果を与えることが示されている。さらに、
ポリエチレンのモル濃度調節が、より高いＤＣ降伏強さを得るために、ポリマー
に極性ユニットを導入することにより示唆されている。例えば、特許第２１０６
１０号明細書は、マレイン酸無水物ＭＡＨのような無水物をこの目的のためにポ
リエチレンにグラフトしたことを報告している。
【００２０】 結果として得られた架橋絶縁材料は、架橋ポリマー鎖構造の極性増大に帰する
ことになる空間電荷蓄積を低減し、架橋構造内に固定された、グラフトされたＭ
ＡＨ基が空間電荷の捕獲部位として機能するという結論に至った。特許第２１０
６１０号明細書では、約０．０２〜約０．５重量％に相当する程度で、架橋した
ポリエチレンにＭＡＨを添加することにより、空間電荷の蓄積を低減したＤＣケ
ーブルの絶縁材として使用するのに適した架橋組成物が得られたと報告している
。架橋構造のそのような極性調整、および、関連する架橋構造における空間電荷
蓄積の低減のために使用される他の添加剤は、イオノマー、アクリル金属塩、カ
ルボン酸およびアセテートである。
ことになる空間電荷蓄積を低減し、架橋構造内に固定された、グラフトされたＭ
ＡＨ基が空間電荷の捕獲部位として機能するという結論に至った。特許第２１０
６１０号明細書では、約０．０２〜約０．５重量％に相当する程度で、架橋した
ポリエチレンにＭＡＨを添加することにより、空間電荷の蓄積を低減したＤＣケ
ーブルの絶縁材として使用するのに適した架橋組成物が得られたと報告している
。架橋構造のそのような極性調整、および、関連する架橋構造における空間電荷
蓄積の低減のために使用される他の添加剤は、イオノマー、アクリル金属塩、カ
ルボン酸およびアセテートである。
【００２１】 したがって、電力のＤＣ伝送および分配のためのネットワークおよび設備にお
いて伝送および分配ケーブルとして使用するのに適した、押出成形されたＸＬＰ
Ｅ組成物からなるポリマー系電気絶縁システムを有する、絶縁されたＤＣケーブ
ルを提供することが望ましい。ケーブルは、通常、押出成形されたＸＬＰＥ系絶
縁材の適用と処理プロセスを用いて製造され、そのプロセスは、長時間を要する
含浸や脱気のようなバッチプロセス、すなわち、安定した一定の誘電特性、高く
かつ一定したケーブル絶縁材の電気的強度を得るためのケーブルの真空処理を必
要としない方法で行われる。
いて伝送および分配ケーブルとして使用するのに適した、押出成形されたＸＬＰ
Ｅ組成物からなるポリマー系電気絶縁システムを有する、絶縁されたＤＣケーブ
ルを提供することが望ましい。ケーブルは、通常、押出成形されたＸＬＰＥ系絶
縁材の適用と処理プロセスを用いて製造され、そのプロセスは、長時間を要する
含浸や脱気のようなバッチプロセス、すなわち、安定した一定の誘電特性、高く
かつ一定したケーブル絶縁材の電気的強度を得るためのケーブルの真空処理を必
要としない方法で行われる。
【００２２】 ケーブル絶縁材は、さらに、低い空間電荷の蓄積傾向、高いＤＣ降伏強さ、高
い衝撃強度および高い絶縁抵抗を示す。これにより、製造時間および製造コスト
を低減し、ケーブル絶縁システムの適用および処理のための実質的に連続した、
または、少なくとも半連続的なプロセスを提供することができるので、このこと
は、従来技術の方法と比較して技術的および経済的な進歩を与えるものである。
さらに、含浸した紙絶縁材を具備する従来のＤＣケーブルの信頼性、低い保守必
要性、および、長い動作寿命が維持され、または、改善される。含浸した紙また
はセルロースを用いた絶縁材を、押出成形したポリマー絶縁材に置き換えること
は、電気的強度の増加、および、それによる作動電圧の増加、取り扱い性の改善
およびケーブルの頑強さを向上することができるというさらなる利点を与えるも
のである。
い衝撃強度および高い絶縁抵抗を示す。これにより、製造時間および製造コスト
を低減し、ケーブル絶縁システムの適用および処理のための実質的に連続した、
または、少なくとも半連続的なプロセスを提供することができるので、このこと
は、従来技術の方法と比較して技術的および経済的な進歩を与えるものである。
さらに、含浸した紙絶縁材を具備する従来のＤＣケーブルの信頼性、低い保守必
要性、および、長い動作寿命が維持され、または、改善される。含浸した紙また
はセルロースを用いた絶縁材を、押出成形したポリマー絶縁材に置き換えること
は、電気的強度の増加、および、それによる作動電圧の増加、取り扱い性の改善
およびケーブルの頑強さを向上することができるというさらなる利点を与えるも
のである。
【００２３】 特に、絶縁システムに含まれる、押出成形されて架橋されたＰＥ組成物が、空
間電荷の捕獲部位を示す三次元架橋構造を具備し、それによって、空間電荷の可
動性および押出成形された絶縁材内部の分極した空間電荷の形態の進展が制限さ
れる、絶縁されたＤＣケーブルを提供することが望ましい。絶縁材内におけるそ
のような空間電荷の蓄積傾向の低減は、追加の経済的な利点として、ケーブル絶
縁材の寸法決定のために用いられる設計値において、安全率を低減する可能性を
与える。特に、そのようなケーブルは、電力の伝送または分配のためのネットワ
ークまたは設備における特定の条件下で作動に適している。
間電荷の捕獲部位を示す三次元架橋構造を具備し、それによって、空間電荷の可
動性および押出成形された絶縁材内部の分極した空間電荷の形態の進展が制限さ
れる、絶縁されたＤＣケーブルを提供することが望ましい。絶縁材内におけるそ
のような空間電荷の蓄積傾向の低減は、追加の経済的な利点として、ケーブル絶
縁材の寸法決定のために用いられる設計値において、安全率を低減する可能性を
与える。特に、そのようなケーブルは、電力の伝送または分配のためのネットワ
ークまたは設備における特定の条件下で作動に適している。
【００２４】 （発明の概要） この発明の目的は、上述した要求に合致する絶縁されたＤＣケーブルを提供す
ることである。この発明によれば、請求項１の特徴部分による方法によって特徴
付けられた導体の周囲に配置される、押出成形され架橋されたポリエチレン組成
物からなるポリマー系絶縁システムを有する、請求項１の前提部分に定義された
ＤＣケーブルによって達成される。さらに、この発明に係るＤＣケーブルは、他
の請求項２〜請求項１２の記載によって特徴付けられている。
ることである。この発明によれば、請求項１の特徴部分による方法によって特徴
付けられた導体の周囲に配置される、押出成形され架橋されたポリエチレン組成
物からなるポリマー系絶縁システムを有する、請求項１の前提部分に定義された
ＤＣケーブルによって達成される。さらに、この発明に係るＤＣケーブルは、他
の請求項２〜請求項１２の記載によって特徴付けられている。
【００２５】 また、この発明の他の目的は、上述したような絶縁されたＤＣケーブルの製造
方法を提供することである。この発明によれば、この方法は、請求項１３の特徴
部分による方法によって特徴付けられた導体の周囲に配置される、押出成形され
架橋されたポリエチレン組成物からなるポリマー系絶縁システムを有する、絶縁
されたＤＣケーブルの製造について請求項１３の前提部分に定義された方法によ
って達成される。この発明に係る方法の他の特徴は、請求項１４〜請求項２０の
記載によって特徴付けられている。
方法を提供することである。この発明によれば、この方法は、請求項１３の特徴
部分による方法によって特徴付けられた導体の周囲に配置される、押出成形され
架橋されたポリエチレン組成物からなるポリマー系絶縁システムを有する、絶縁
されたＤＣケーブルの製造について請求項１３の前提部分に定義された方法によ
って達成される。この発明に係る方法の他の特徴は、請求項１４〜請求項２０の
記載によって特徴付けられている。
【００２６】 （発明の詳細な説明） 押出成形されたポリエチレンまたは架橋されたポリエチレン（ＸＬＰＥ）をＤ
Ｃケーブルの絶縁材として使用するために、多くの要因を考慮しなければならな
い。最も重要な問題は、ＤＣ電圧応力下における空間電荷の蓄積である。この発
明は、ポリエチレン鎖内に少量の極性コモノマーを添加することにより、作動し
ているＤＣケーブル内に通常生ずる空間電荷の蓄積を大幅に低減する。 ここで、極性コモノマーは一般式： CH2=CR-CO-X-(CH2)n-N(CH3)2 または CH2=CR-CO-O-(CH2-CH2O)m-H、 ｎは２または３、ｍは１〜２０，RはHまたはCH3、XはOまたはNHである。 ｍは１，５，６または９であることが好ましい。
Ｃケーブルの絶縁材として使用するために、多くの要因を考慮しなければならな
い。最も重要な問題は、ＤＣ電圧応力下における空間電荷の蓄積である。この発
明は、ポリエチレン鎖内に少量の極性コモノマーを添加することにより、作動し
ているＤＣケーブル内に通常生ずる空間電荷の蓄積を大幅に低減する。 ここで、極性コモノマーは一般式： CH2=CR-CO-X-(CH2)n-N(CH3)2 または CH2=CR-CO-O-(CH2-CH2O)m-H、 ｎは２または３、ｍは１〜２０，RはHまたはCH3、XはOまたはNHである。 ｍは１，５，６または９であることが好ましい。
【００２７】 このことは、重合中に鎖のバックボーンにセグメントを形成するために、また
はグラフト作業において側基をぶら下げるときに、そのような極性コモノマーを
導入することにより達成される。絶縁化合物内における極性モノマーの量は、全
ポリマーの０．１重量％以上の範囲、好ましくは０．１〜５重量％、さらに好ま
しくは０．５〜１．５重量％の範囲である。
はグラフト作業において側基をぶら下げるときに、そのような極性コモノマーを
導入することにより達成される。絶縁化合物内における極性モノマーの量は、全
ポリマーの０．１重量％以上の範囲、好ましくは０．１〜５重量％、さらに好ま
しくは０．５〜１．５重量％の範囲である。
【００２８】 この発明の実施形態によれば、極性コモノマーは、メタクリル酸アミドを主成
分としており、一般式： CH2=C(CH3)-CO-NH-(CH2)n-N(CH3)2 である。ここで、ｎは２または３である。 ｎ＝３の場合には、モノマーは、ジメチルアミノ−プロピルメタクリル−アミ
ド（ＤＭＡＰＭＡ）に指定される。
分としており、一般式： CH2=C(CH3)-CO-NH-(CH2)n-N(CH3)2 である。ここで、ｎは２または３である。 ｎ＝３の場合には、モノマーは、ジメチルアミノ−プロピルメタクリル−アミ
ド（ＤＭＡＰＭＡ）に指定される。
【００２９】 この発明の第２の実施形態によれば、極性コモノマーは、アクリル酸アミドを
主成分としており、一般式： CH2=CH-CO-NH-(CH2)n-N(CH3)2 である。ここで、ｎは２または３である。
主成分としており、一般式： CH2=CH-CO-NH-(CH2)n-N(CH3)2 である。ここで、ｎは２または３である。
【００３０】 この発明の第３の実施形態によれば、極性コモノマーは、メタクリル酸エステ
ルを主成分としており、一般式： CH2=C(CH3)-CO-O-(CH2)n-N(CH3)2 である。ここで、ｎは２または３である。
ルを主成分としており、一般式： CH2=C(CH3)-CO-O-(CH2)n-N(CH3)2 である。ここで、ｎは２または３である。
【００３１】 この発明の第５の実施形態によれば、極性コモノマーはアクリル酸エステルを
主成分とし、一般式： CH2=CH-CO-O-(CH2)n-N(CH3)2 である。ここで、ｎは２または３である。
主成分とし、一般式： CH2=CH-CO-O-(CH2)n-N(CH3)2 である。ここで、ｎは２または３である。
【００３２】 この発明の第６の実施形態によれば、極性コモノマーは、メタクリル酸および
エチレングリコール低重合体を主成分としており、一般式： CH2=C(CH3)-CO-O-(CH2-CH2O-)mH である。ここで、ｍは１〜２０であり、好ましくは、ｍは１，５，６または９で
ある。
エチレングリコール低重合体を主成分としており、一般式： CH2=C(CH3)-CO-O-(CH2-CH2O-)mH である。ここで、ｍは１〜２０であり、好ましくは、ｍは１，５，６または９で
ある。
【００３３】 この発明の第７の実施形態によれば、極性コモノマーは、アクリル酸およびエ
チレングリコール低重合体を主成分としており、一般式： CH2=CH-CO-O-(CH2-CH2O-)m-H である。ここで、ｍは１〜２０であり、好ましくは、ｍは１，５，６または９で
ある。
チレングリコール低重合体を主成分としており、一般式： CH2=CH-CO-O-(CH2-CH2O-)m-H である。ここで、ｍは１〜２０であり、好ましくは、ｍは１，５，６または９で
ある。
【００３４】 − ＰＥ組成物を合成するステップと、 − 合成されたポリエチレン組成物を、導体の周囲に配置されたポリマー系絶
縁システムの一部として押出成形するステップと、 − その後に、ＰＥ組成物をＸＬＰＥ組成物に架橋するステップとを具備する
絶縁されたＤＣケーブルの製造方法が、この発明に係る一般的な方法において、
上述された一般式： CH2=CR-CO-X-(CH2)n-N(CH3)2またはCH2=CR-CO-O-(CH2-CH2O)m-H を有する極性コモノマーがＸＬＰＥ組成物に導入されるように実行される。 ここで、ｎは２または３、ｍは１〜２０、RはHまたはCH3、XはOまたはNHであ る。ｍは、好ましくは、１，５，６または９である。
縁システムの一部として押出成形するステップと、 − その後に、ＰＥ組成物をＸＬＰＥ組成物に架橋するステップとを具備する
絶縁されたＤＣケーブルの製造方法が、この発明に係る一般的な方法において、
上述された一般式： CH2=CR-CO-X-(CH2)n-N(CH3)2またはCH2=CR-CO-O-(CH2-CH2O)m-H を有する極性コモノマーがＸＬＰＥ組成物に導入されるように実行される。 ここで、ｎは２または３、ｍは１〜２０、RはHまたはCH3、XはOまたはNHであ る。ｍは、好ましくは、１，５，６または９である。
【００３５】 この発明に係る方法の第１の実施形態によれば、極性モノマーが、重合反応前
または重合反応中にエチレンに添加され、このようにしてコモノマーがポリマー
のバックボーンに構築され、ポリエチレン鎖に組み込まれる。コモノマーの添加
量は、最終ポリマーの約１重量％であり、一般には、最終ポリマーの０．１〜５
重量％、より好ましくは、最終ポリマーの０．５〜１．５重量％である。
または重合反応中にエチレンに添加され、このようにしてコモノマーがポリマー
のバックボーンに構築され、ポリエチレン鎖に組み込まれる。コモノマーの添加
量は、最終ポリマーの約１重量％であり、一般には、最終ポリマーの０．１〜５
重量％、より好ましくは、最終ポリマーの０．５〜１．５重量％である。
【００３６】 この発明に係る方法の第２の実施形態によれば、エチレンおよび極性モノマー
が、コモノマーの添加量が５〜４０重量％および好ましくは最終ポリマーの２５
〜３５重量％であることを除き、第１の実施形態と同様の方法で共重合される。
多量の極性コモノマーを有するこのコポリマーは、その後、該コポリマーを、平
均極性コポリマー含有量が約１重量％、典型的には最終ポリマーの０．１〜５重
量％、より好ましくは、最終ポリマーの０．５〜１．５重量％となるまで、直鎖
状のポリエチレンと混合することにより希釈される。
が、コモノマーの添加量が５〜４０重量％および好ましくは最終ポリマーの２５
〜３５重量％であることを除き、第１の実施形態と同様の方法で共重合される。
多量の極性コモノマーを有するこのコポリマーは、その後、該コポリマーを、平
均極性コポリマー含有量が約１重量％、典型的には最終ポリマーの０．１〜５重
量％、より好ましくは、最終ポリマーの０．５〜１．５重量％となるまで、直鎖
状のポリエチレンと混合することにより希釈される。
【００３７】 この発明に係る方法の第３の実施形態によれば、極性モノマーがエチレンのホ
モポリマーにグラフトされる。グラフトプロセスは、重量プロセス後の別のステ
ップにおいて、または、ポリエチレン系ケーブル絶縁材の押出成形または架橋中
のいずれかにおいて行うことができる。 極性基の数は、ポリエチレンバックボーンにおける炭素原子１０００個当たり
に約１個の極性基の割合である。
モポリマーにグラフトされる。グラフトプロセスは、重量プロセス後の別のステ
ップにおいて、または、ポリエチレン系ケーブル絶縁材の押出成形または架橋中
のいずれかにおいて行うことができる。 極性基の数は、ポリエチレンバックボーンにおける炭素原子１０００個当たり
に約１個の極性基の割合である。
【００３８】 架橋ポリエチレン組成物ＸＬＰＥを具備し、該ＸＬＰＥに導入された極性モノ
マーを有する、押出成形されて架橋された絶縁システムこの発明に係るＤＣケー
ブルは、以下のような優れた利点を有している。 − 空間電荷の蓄積傾向を実質的に低減し、それによって、分極された空間電
荷形態の進展傾向を低減する。 − ＤＣ降伏強さを向上する。
マーを有する、押出成形されて架橋された絶縁システムこの発明に係るＤＣケー
ブルは、以下のような優れた利点を有している。 − 空間電荷の蓄積傾向を実質的に低減し、それによって、分極された空間電
荷形態の進展傾向を低減する。 − ＤＣ降伏強さを向上する。
【００３９】 したがって、この発明に係るケーブルは、押出成形、架橋中または他の高温条
件下において高温に晒されるときにも、良好な性能と、安定した押出成形ケーブ
ル絶縁システムを提供する。
件下において高温に晒されるときにも、良好な性能と、安定した押出成形ケーブ
ル絶縁システムを提供する。
【００４０】 空間電荷傾向をさらに低減するために、押出成形されたＸＬＰＥ組成物内の未
反応過酸化物架橋剤または副産物または分解生成物の含有量を最小化することが
常に好ましい。したがって、押出成形され架橋されるＰＥ組成物の過酸化物含有
量は５％以下、好ましくは２％以下である。したがって、この発明に係るＤＣケ
ーブルは、時間を浪費するバッチ処理に頼ることなく、ＤＣケーブルとして使用
するための特別な要求に合致するように、良好に適合する。ＤＣケーブルの絶縁
材料内の過度の過酸化物残留物を実質的に消滅または削減することは、過酸化物
架橋剤のコストを考慮すると有利であり、分解時において過酸化物架橋剤が、空
間電荷の元となるメタンおよびクミルアルコールのような望ましくない副産物を
形成しやすいという事実を考慮すると、より重要である。
反応過酸化物架橋剤または副産物または分解生成物の含有量を最小化することが
常に好ましい。したがって、押出成形され架橋されるＰＥ組成物の過酸化物含有
量は５％以下、好ましくは２％以下である。したがって、この発明に係るＤＣケ
ーブルは、時間を浪費するバッチ処理に頼ることなく、ＤＣケーブルとして使用
するための特別な要求に合致するように、良好に適合する。ＤＣケーブルの絶縁
材料内の過度の過酸化物残留物を実質的に消滅または削減することは、過酸化物
架橋剤のコストを考慮すると有利であり、分解時において過酸化物架橋剤が、空
間電荷の元となるメタンおよびクミルアルコールのような望ましくない副産物を
形成しやすいという事実を考慮すると、より重要である。
【００４１】 これら全ての有利な特徴、および、押出成形されたＸＬＰＥ組成物からなる絶
縁システムを有する従来技術のケーブルに対する改良は、従来技術のケーブルに
関連する多くの欠点を生み出すことなく、この発明に従って製造されるＤＣケー
ブルにおいて達成することができる。分極した空間電荷形態の進展傾向を低減す
ることに帰結する空間電荷蓄積傾向の実質的な低減により、含浸した紙絶縁材か
らなる従来のＤＣケーブルの高い降伏強さを維持し、または、改善することが保
証される。さらに、この発明に係るＤＣケーブルの絶縁特性は、一般に長期にわ
たる安定性を示し、ケーブルの作動寿命を維持し、または、増加させる。このこ
とは、特に、ＸＬＰＥへの極性セグメントの組合せ、および、押出成形および架
橋の前またはその最中におけるＰＥ組成物の制御された処理、および、押出成形
および架橋に関連して行われる、温度、圧力、処理時間、雰囲気組成のようなプ
ロセス変数を調節する条件付けによって達成される。
縁システムを有する従来技術のケーブルに対する改良は、従来技術のケーブルに
関連する多くの欠点を生み出すことなく、この発明に従って製造されるＤＣケー
ブルにおいて達成することができる。分極した空間電荷形態の進展傾向を低減す
ることに帰結する空間電荷蓄積傾向の実質的な低減により、含浸した紙絶縁材か
らなる従来のＤＣケーブルの高い降伏強さを維持し、または、改善することが保
証される。さらに、この発明に係るＤＣケーブルの絶縁特性は、一般に長期にわ
たる安定性を示し、ケーブルの作動寿命を維持し、または、増加させる。このこ
とは、特に、ＸＬＰＥへの極性セグメントの組合せ、および、押出成形および架
橋の前またはその最中におけるＰＥ組成物の制御された処理、および、押出成形
および架橋に関連して行われる、温度、圧力、処理時間、雰囲気組成のようなプ
ロセス変数を調節する条件付けによって達成される。
【００４２】 この発明に係るＤＣケーブルは、含浸や脱気のような時間を浪費するバッチ処
理を行うことなく、ほぼ連続的なプロセスによって製造する可能性を提供し、そ
れによって、ケーブルの技術的な性能を損なうことなく、生産時間およびそれに
よる製品コストの実質的な低減を図ることができる。
理を行うことなく、ほぼ連続的なプロセスによって製造する可能性を提供し、そ
れによって、ケーブルの技術的な性能を損なうことなく、生産時間およびそれに
よる製品コストの実質的な低減を図ることができる。
【００４３】 上記において説明したＤＣケーブルは、電気的な特性を維持または改善しつつ
、熱的な特性を改良することによって、電力の伝送または分配のためのネットワ
ークまたは設備で使用される高電圧伝送または分配ケーブルにおける特殊な条件
下での作動に特に有利である。このことは、そのような設備を長寿命に設計でき
、そのような設備が遠隔地または海中に設置される場合に保守のためのアクセス
を少なくすることができるので、特に重要である。この発明に係る高電圧直流ケ
ーブルについての他の利点は、ケーブルの全長または一部に対してバッチ処理を
必要とする処理ステップのない、ほぼ連続したプロセスの採用による生産時間の
実質的な削減により、従来のケーブルよりもコストを低くすることができること
である。
、熱的な特性を改良することによって、電力の伝送または分配のためのネットワ
ークまたは設備で使用される高電圧伝送または分配ケーブルにおける特殊な条件
下での作動に特に有利である。このことは、そのような設備を長寿命に設計でき
、そのような設備が遠隔地または海中に設置される場合に保守のためのアクセス
を少なくすることができるので、特に重要である。この発明に係る高電圧直流ケ
ーブルについての他の利点は、ケーブルの全長または一部に対してバッチ処理を
必要とする処理ステップのない、ほぼ連続したプロセスの採用による生産時間の
実質的な削減により、従来のケーブルよりもコストを低くすることができること
である。
【００４４】 （図面の簡単な説明） 以下、この発明を、図面および実施例を参照して、さらに詳細に説明する。図
１は、この発明の一実施形態に係る電力用高電圧直流伝送ケーブルを示す斜視図
である。図２ａ〜図２ｄは、従来の絶縁されたＡＣケーブルにおいて使用される
ＸＬＰＥ組成物、および、この発明に係る組成物からなる板状の試験片に対する
比較試験において記録された空間電荷を示している。
１は、この発明の一実施形態に係る電力用高電圧直流伝送ケーブルを示す斜視図
である。図２ａ〜図２ｄは、従来の絶縁されたＡＣケーブルにおいて使用される
ＸＬＰＥ組成物、および、この発明に係る組成物からなる板状の試験片に対する
比較試験において記録された空間電荷を示している。
【００４５】 （好ましい実施形態の説明、実施例） 図１に示されたこの発明の実施形態に係るＤＣケーブルは、中心から外側に向
かって、 − 多芯撚線導体１０； − 該導体１０の外部および導体絶縁材１２の内部に配置された、押出成形さ
れた半導電性絶縁材からなる第１のシールド１１； − 押出成形されて架橋された上述した組成物からなる、押出成形された導体
絶縁材１２； − 該導体絶縁材１２の外部に配置された、押出成形された半導電性絶縁材か
らなる第２のシールド１３； − 金属スクリーン１４； − 該金属スクリーン１４の外部に配置された外皮またはシース１５ を具備している。
かって、 − 多芯撚線導体１０； − 該導体１０の外部および導体絶縁材１２の内部に配置された、押出成形さ
れた半導電性絶縁材からなる第１のシールド１１； − 押出成形されて架橋された上述した組成物からなる、押出成形された導体
絶縁材１２； − 該導体絶縁材１２の外部に配置された、押出成形された半導電性絶縁材か
らなる第２のシールド１３； − 金属スクリーン１４； − 該金属スクリーン１４の外部に配置された外皮またはシース１５ を具備している。
【００４６】 ＤＣケーブルは、適当であれば、種々の機能層または多の特徴を用いて、種々
の方法で、さらに補足されてもよい。例えば、外側の押出成形されたシールド１
３の外部に金属ワイヤからなる補強、金属とポリマーとの境界面に導入された密
封コンパウンドまたは水膨張パウダ、または、例えば、腐食防止金属ポリエチレ
ンラミネートにより達成される半径方向のシステム、および、例えば、シース１
５の下のテープまたはパウダのような水膨張材料によって達成される長手方向の
水密封を装備していてもよい。導体は、撚線でなくてもよいが、多芯撚線導体、
中実導体またはセグメント導体のような、任意の所望の形状および構造を有して
いてもよい。
の方法で、さらに補足されてもよい。例えば、外側の押出成形されたシールド１
３の外部に金属ワイヤからなる補強、金属とポリマーとの境界面に導入された密
封コンパウンドまたは水膨張パウダ、または、例えば、腐食防止金属ポリエチレ
ンラミネートにより達成される半径方向のシステム、および、例えば、シース１
５の下のテープまたはパウダのような水膨張材料によって達成される長手方向の
水密封を装備していてもよい。導体は、撚線でなくてもよいが、多芯撚線導体、
中実導体またはセグメント導体のような、任意の所望の形状および構造を有して
いてもよい。
【００４７】 （実施例１） （比較試験） 従来技術の絶縁されたＡＣケーブルにおいて使用されたＸＬＰＥ組成物からな
る試験片、および、絶縁されたＤＣケーブルに使用するためのこの発明に係るＸ
ＬＰＥ組成物の試験片を、製造し、処理し、パルス電気音響（ＰＥＡ）技術を用
いて、空間電荷形態を記録することにより、空間電荷蓄積傾向の評価にかけた。
ＰＥＡ技術は、当業者に周知であり、Takada et al. in IEEE Trans. Electr. I
nsul. Vol. EI-22(No.4), pp497-501(1987)に記載されている。
る試験片、および、絶縁されたＤＣケーブルに使用するためのこの発明に係るＸ
ＬＰＥ組成物の試験片を、製造し、処理し、パルス電気音響（ＰＥＡ）技術を用
いて、空間電荷形態を記録することにより、空間電荷蓄積傾向の評価にかけた。
ＰＥＡ技術は、当業者に周知であり、Takada et al. in IEEE Trans. Electr. I
nsul. Vol. EI-22(No.4), pp497-501(1987)に記載されている。
【００４８】 ａ， 約１重量％のジメチルアミノ−プロピルメタクリル−アミド（ＤＭＡＰＭ
Ａ）を、約９９重量％の低密度ポリエチレン組成物に加えた。このＰＥ組成物は
、0.8g/10minのメルトフローレートを有する約９８重量％の低密度ポリエチレン
(922kg/m3)と、約２重量％の酸化防止剤および過酸化物架橋剤からなる従来のシ
ステムとを具備している。
Ａ）を、約９９重量％の低密度ポリエチレン組成物に加えた。このＰＥ組成物は
、0.8g/10minのメルトフローレートを有する約９８重量％の低密度ポリエチレン
(922kg/m3)と、約２重量％の酸化防止剤および過酸化物架橋剤からなる従来のシ
ステムとを具備している。
【００４９】 この準備されたポリエチレンからなる厚さ2mmの試験片を、１３０℃で成形し 、その後、２つの半導電性電極を試験片上に成形し、その組立体を１８０℃で１
５分間、電気プレス内で架橋した。
５分間、電気プレス内で架橋した。
【００５０】 厚さ2mmの架橋した試験片を、その後、ＰＥＡ解析装置内で試験した。試験片 は２枚の平板電極間に挿入され、40kVの直流電圧電界が印加された。すなわち、
一方の電極を接地し、他方の電極を+40kVの電位に保持した。図２ａに示される ように、空間電荷形態を試験片について記録した。任意の単位の空間電荷／体積
が試験片の厚さに対して与えられた。すなわち、０は接地電極の位置における値
、ｘは接地電極から+40kV電極に向かう方向の距離を示している。
一方の電極を接地し、他方の電極を+40kVの電位に保持した。図２ａに示される ように、空間電荷形態を試験片について記録した。任意の単位の空間電荷／体積
が試験片の厚さに対して与えられた。すなわち、０は接地電極の位置における値
、ｘは接地電極から+40kV電極に向かう方向の距離を示している。
【００５１】 ｂ， 比較実施例ａにおいて準備されたものと同様のＤＭＡＰＭＡを含むポリエ
チレン組成物からなる厚さ2mmの試験片を、１３０℃で成形した。２つの半導電 性電極をこの試験片上に成形し、組立体を２５０℃で３０分間、電気プレス内で
架橋した。
チレン組成物からなる厚さ2mmの試験片を、１３０℃で成形した。２つの半導電 性電極をこの試験片上に成形し、組立体を２５０℃で３０分間、電気プレス内で
架橋した。
【００５２】 厚さ2mmの架橋した試験片を、その後、ＰＥＡ解析装置内において、５０℃で 試験した。該装置内では、試験片を２つの平板電極間に挿入し、40kVの直流電圧
電界を印加した。すなわち、一方の電極を接地し、他方の電極を+40kVの電位に 維持した。図２ｂに示されたような空間電荷形態を、試験片について記録した。
この図は、任意単位の空間電荷／体積の値を試験片の厚さに対して示している。
すなわち、０は接地電極における値、ｘは接地電極から+40kV電極に向かう方向 への距離を示している。
電界を印加した。すなわち、一方の電極を接地し、他方の電極を+40kVの電位に 維持した。図２ｂに示されたような空間電荷形態を、試験片について記録した。
この図は、任意単位の空間電荷／体積の値を試験片の厚さに対して示している。
すなわち、０は接地電極における値、ｘは接地電極から+40kV電極に向かう方向 への距離を示している。
【００５３】 ｃ、 実施例ａ，ｂにおいて使用されたものと同様であるが、ＤＭＡＰＭＡを含
まない従来のポリエチレン組成物からなる厚さ2mmの試験片を、130℃で成形した
。 ２つの半導電性電極を試験片上に成形し、その組立体を180℃で15分間電気プ レス内で架橋した。
まない従来のポリエチレン組成物からなる厚さ2mmの試験片を、130℃で成形した
。 ２つの半導電性電極を試験片上に成形し、その組立体を180℃で15分間電気プ レス内で架橋した。
【００５４】 厚さ2mmの架橋した試験片を、その後、ＰＥＡ解析装置内において、５０℃で 試験した。該装置内では、試験片を２つの平板電極間に挿入し、40kVの直流電圧
電界を印加した。すなわち、一方の電極を接地し、他方の電極を+40kVの電位に 維持した。図２ｃに示されたような空間電荷形態を、試験片について記録した。
この図は、任意単位の空間電荷／体積の値を試験片の厚さに対して示している。
すなわち、０は接地電極における値、ｘは接地電極から+40kV電極に向かう方向 への距離を示している。、
電界を印加した。すなわち、一方の電極を接地し、他方の電極を+40kVの電位に 維持した。図２ｃに示されたような空間電荷形態を、試験片について記録した。
この図は、任意単位の空間電荷／体積の値を試験片の厚さに対して示している。
すなわち、０は接地電極における値、ｘは接地電極から+40kV電極に向かう方向 への距離を示している。、
【００５５】 ｄ， 実施例ｃと同様のポリエチレン組成物からなる厚さ2mmの試験片を130℃で
成形した。 ２つの半導電性電極を、試験片上に成形し、その組立体を、250℃で30分間電 気プレス内で架橋した。
成形した。 ２つの半導電性電極を、試験片上に成形し、その組立体を、250℃で30分間電 気プレス内で架橋した。
【００５６】 厚さ2mmの架橋した試験片を、その後、ＰＥＡ解析装置内において、５０℃で 試験した。該装置内では、試験片を２つの平板電極間に挿入し、40kVの直流電圧
電界を印加した。すなわち、一方の電極を接地し、他方の電極を+40kVの電位に 維持した。図２ｄに示されたような空間電荷形態を、試験片について記録した。
この図は、任意単位の空間電荷／体積の値を試験片の厚さに対して示している。
すなわち、０は接地電極における値、ｘは接地電極から+40kV電極に向かう方向 への距離を示している。
電界を印加した。すなわち、一方の電極を接地し、他方の電極を+40kVの電位に 維持した。図２ｄに示されたような空間電荷形態を、試験片について記録した。
この図は、任意単位の空間電荷／体積の値を試験片の厚さに対して示している。
すなわち、０は接地電極における値、ｘは接地電極から+40kV電極に向かう方向 への距離を示している。
【００５７】 （比較試験の結論） 実施例ａ，ｂ，ｃ，ｄのサンプルにおける空間電荷形態を、ＤＣ電圧を印加し
た後３時間にわたって記録し、その結果を、図２ａ，図２ｂ，図２ｃ，図２ｄに
それぞれ示した。ＡＣ ＸＬＰＥケーブルにおいて従来より使用されている絶縁 材料における空間電荷の蓄積は高く（図２ｃ，図２ｄ参照）、図２ａ，２ｂに示
された、この発明に係る２つの組成物については空間電荷の蓄積傾向は、実質的
に低減された。
た後３時間にわたって記録し、その結果を、図２ａ，図２ｂ，図２ｃ，図２ｄに
それぞれ示した。ＡＣ ＸＬＰＥケーブルにおいて従来より使用されている絶縁 材料における空間電荷の蓄積は高く（図２ｃ，図２ｄ参照）、図２ａ，２ｂに示
された、この発明に係る２つの組成物については空間電荷の蓄積傾向は、実質的
に低減された。
【図１】 この発明の一実施形態に係る電力用高電圧直流伝送ケーブルを示
す斜視図である。
す斜視図である。
【図２ａ〜２ｄ】 従来の絶縁されたＡＣケーブルにおいて使用されるＸＬ
ＰＥ組成物、および、この発明に係る組成物からなる板状試験片に対する比較試
験において記録された空間電荷を示している。
ＰＥ組成物、および、この発明に係る組成物からなる板状試験片に対する比較試
験において記録された空間電荷を示している。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１２年５月１５日（２０００．５．１５）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｂ 9/00 Ｈ０１Ｂ 9/00 Ｃ (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ， ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，Ｄ Ｋ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ， ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，Ｌ Ｔ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ， ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，Ｕ Ａ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者 ファルカス， アンドレアス スウェーデン国， エス−444 41 ステ ヌングスンド， ソルダットヴェーゲン ６ (72)発明者 エリクソン， アンデルス スウェーデン国， エス−371 39 カー ルスクローナ， ポルヘムスガタン 15エ ー (72)発明者 ボストローム， ヤン−オヴェ スウェーデン国， エス−444 96 オズ モル， ネス 13256 (72)発明者 グスタフソン， ビル スウェーデン国， エス−444 41 ステ ヌングスンド， ドラゴンヴェーゲン ８ (72)発明者 ニルソン， ウルフ スウェーデン国， エス−444 60 スト ラ ホーガ， アルフリダス ヴェグ 22 (72)発明者 キャンプス， アルフレッド スイス国， シーエイチ−1262 エイサ ン， シュマン デ グリーヴ （番地な し) Ｆターム(参考） 4F070 AA13 AB01 AB02 AB05 AB08 AB09 AC43 AC46 AC56 AE08 FA03 FB03 GA05 GC05 GC07 4J026 AA12 BA28 BA32 DB40 GA01 GA02 4J100 AA02P AL08Q AM17Q BA08Q BA31Q CA03 CA04 HA53 JA44 5G305 AA02 AB02 AB36 BA22 CA01 CA51 CA53 CA54 CA55 DA01 【要約の続き】
Claims (20)
- 【請求項１】 導体の周囲に配置された、押出成形され架橋されたポリエチ
レンＸＬＰＥを主成分とする組成物からなるポリマー系絶縁システムを有し、 ＸＬＰＥ系組成物が、一般式： CH2=CR-CO-X-(CH2)n-N(CH3)2 または CH2=CR-CO-O-(CH2-CH2O)m-H を有する極性コモノマーからなる極性セグメントの形態の極性調節手段を具備し
、ここで、ｎは２または３、ｍは１〜２０、ＲはＨまたはＣＨ３、ＸはＯまたは
ＮＨであることを特徴とする絶縁されたＤＣケーブル。 - 【請求項２】 前記極性コモノマーが、ＸＬＰＥの鎖バックボーンにその一
部として提供されていることを特徴とする請求項１記載のＤＣケーブル。 - 【請求項３】 前記極性コモノマーが、ＸＬＰＥ組成物にグラフトされたも
のとして提供されていることを特徴とする請求項１記載のＤＣケーブル。 - 【請求項４】 前記極性モノマーが、０．１重量％以上の量で、ＸＬＰＥ組
成物に提供されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載
のＤＣケーブル。 - 【請求項５】 前記極性モノマーが、全ポリマーの０．５〜１．５重量％の
量でＸＬＰＥ組成物に提供されていることを特徴とする請求項４記載のＤＣケー
ブル。 - 【請求項６】 前記極性モノマーが、メタクリルアミドを主成分とする極性
コモノマーであり、一般式：CH2=C(CH3)-CO-NH-(CH2)n-N(CH3)2 を有し、ｎは ２または３であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のＤ
Ｃケーブル。 - 【請求項７】 ｎ＝３であり、前記極性モノマーが、ジメチルアミノ−プロ
ピルメタクリル−アミド（ＤＭＡＰＭＡ）であることを特徴とする請求項６記載
のＤＣケーブル。 - 【請求項８】 前記極性モノマーが、アクリルアミドを主成分とし、一般式
：CH2=CH-CO-NH-(CH2)n-N(CH3)2 を有し、ｎは２または３であることを特徴と する請求項１から請求項５のいずれかに記載のＤＣケーブル。 - 【請求項９】 前記極性モノマーが、メタクリル酸エステルを主成分とし、
一般式：CH2=C(CH3)-CO-O-(CH2)n-N(CH3)2 を有し、ｎは２または３であること を特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のＤＣケーブル。 - 【請求項１０】 前記極性モノマーが、アクリル酸エステルを主成分とし、
一般式：CH2=CH-CO-O-(CH2)n-N(CH3)2 を有し、ｎは２または３であることを特 徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のＤＣケーブル。 - 【請求項１１】 前記極性モノマーが、メタクリル酸およびエチレングリコ
ール低重合体を主成分とし、 一般式： CH2=C(CH3)-CO-O-(CH2-CH２O-)ｍHを有し、ｍは１〜２０、ｎは好 ましくは１，５，６または９であることを特徴とする請求項１から請求項５のい
ずれかに記載のＤＣケーブル。 - 【請求項１２】 前記極性モノマーが、メタクリル酸およびエチレングリコ
ール低重合体を主成分とし、 一般式； CH2=CH-CO-O-(CH2-CH２O-)ｍHを有し、ｍは１〜２０、ｎは好まし くは１，５，６または９であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれ
かに記載のＤＣケーブル。 - 【請求項１３】 ＰＥ組成物を合成するステップと、合成した前記ポリエチ
レン組成物を導体の周囲に配置されたポリマー系絶縁システムの一部として押出
成形するステップと、その後、ＰＥ組成物をＸＬＰＥ組成物に架橋するステップ
とを具備する、絶縁されたＤＣケーブルの製造方法であって、 一般式：CH2=CR-CO-X-(CH2)n-N(CH3)2 または CH2=CR-CO-O-(CH2-CH2O)m-H を有し、ｎは２または３であり、ｍは１〜２０であり、ＲはＨまたはＣＨ３であ
り、ＸはＯまたはＮＨである極性コモノマーが、前記ＸＬＰＥ組成物内に組み込
まれていることを特徴とする方法。 - 【請求項１４】 前記極性モノマーが、前記ポリエチレン鎖にグラフトされ
ていることを特徴とする請求項１３記載の方法。 - 【請求項１５】 前記極性モノマーが、重合反応前または重合反応中にエチ
レンに添加され、該極性モノマーが、その後、重合反応中にＸＬＰＥの鎖バック
ボーン内に、一部分として導入されることを特徴とする請求項１３または請求項
１４記載の方法。 - 【請求項１６】 前記極性コモノマーが、最終ポリマーの０．１〜５重量％
の量で添加されることを特徴とする請求項１５記載の方法。 - 【請求項１７】 前記極性コモノマーが、最終ポリマーの５〜４０重量％の
量で添加され、その多量の極性コポリマーが、その後、該コポリマーを直鎖状の
ポリエチレンと合成することにより、平均極性コポリマーの含有量が０．１〜５
重量％となるまで希釈されることを特徴とする請求項１５記載の方法。 - 【請求項１８】 前記極性モノマーが、エチレンのホモポリマーにグラフト
されることを特徴とする請求項１３または請求項１４記載の方法。 - 【請求項１９】 前記極性モノマーが、重合プロセス後の別ステップにおい
て、エチレンのホモポリマーにグラフトされることを特徴とする請求項１８記載
の方法。 - 【請求項２０】 前記極性モノマーが、ポリエチレン系ケーブル絶縁材の押
出成形および／または架橋中に、エチレンのホモポリマーにグラフトされること
を特徴とする請求項１８記載の方法。
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