JP2852745B2 - ポリオレフイン絶縁ケーブルの修復方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、絶縁材の電気的および／または水分的樹状
亀裂のために性能が著しく低下するポリオレフイン絶縁
より線形配電ケーブルを修復する方法に関する。 （従来の技術） より線形配電ケーブルは当該分野で周知であり、巻き
合わされたつまり編まれた複数の導線からなる導体を持
つことを特徴とする。導体の性質上、ケーブルの導体部
分に中空空隙が存在する。配電ケーブルは多量の水分と
高い電場に露出される。時間の経過につれ、かかる状態
への露出は導体としてのケーブル性能の劣化を引き起こ
す。厳密に検査すると、このような経年劣化ケーブルの
絶縁材は、電気的および水分的ツリーボイドとして知ら
れる樹状の微小なボイドを呈する。 電気的および水分的樹状亀裂は、徐々に進行する劣化
プロセスである。電気的な樹状亀裂は、誘電材中での内
部放電によつて生じる。絶縁材中の汚染物および内部ボ
イドと組み合わされた高電圧衝撃が、その樹状亀裂の形
成に寄与する。そしてこの不良化メカニズムが、ポリオ
レフイン絶縁材の分子構造を破壊する。 水分的な樹状亀裂は、電場と水分の両方にケーブル絶
縁材が同時に露出されることによつて生じる。地中の配
電ケーブルは、特にこの形の樹状亀裂を生じ易い。電気
的な樹状亀裂と異なり、形成に数年を要しその形成中ほ
とんどの間部分放電が検出されないこと、および比較的
低い電場で形成可能なことから、水分的な樹状亀裂はそ
の形成に水分が不可欠なことを特徴とする。 こうした破壊形成の原因は完全に理解されていない
が、そのプロセスがケーブル絶縁材を劣化するのを防ぐ
ため、多大の研究が成されてきている。絶縁材と複合さ
れると電気的および水分的な樹状亀裂プロセスに対する
耐性を高める添加物を扱つている特許は、数多く存在す
る。例えば、アルコキシ官能シランを含む芳香族の基を
ポリオレフイン絶縁材中に複合すると樹状亀裂が抑制さ
れることを教示している独国特許第DE2,737,430号と第D
E2,805,875号を参照されたい。また米国特許第4,299,71
3号は、アルコキシ官能シランをポリオレフイン絶縁材
中に複合すると樹状亀裂の進みが遅れることを教示して
いる。 （発明が解決しようとする問題点） 上記の参考文献は、樹状亀裂のプロセスを阻止するポ
リオレフイン絶縁材を製造する方法を教示しているが、
絶縁材に樹状ボイドが形成されてしまつた使用中のケー
ブルを修復する方法は開示していない。樹状亀裂で劣化
してしまつたより線ケーブルのポリオレフイン絶縁材を
修復する方法についても、幾らか研究が成されている。
例えば、ヴインセント（Vincent）に発行された米国特
許第3,252,834号は、５〜10wt％の非飽和ポリエステル
ワニス、10〜20wt％の重合化シリコーン樹脂、0.5〜5wt
％の殺虫剤、および65〜85wt％の溶剤からなる処理混合
物をより線ケーブルの間隙に導入して、経時劣化ケーブ
ルを修復する方法を教示している。またギレモント（Gi
llemont）に発行された米国特許第3,939,882号は、液状
のポリウレタン前駆物質をより線ケーブル導体の間隙に
ポンプ注入し、ケーブル内でエラストマー物質へと重合
化するケーブル修復方法を教示している。こうして充填
されたケーブルは、導体の間隙に沿つた水分の侵入を受
け難い。バーダー（Barder）に発行された米国特許第4,
372,988号は、乾燥ガスでケーブルを乾燥し；電気化学
的な樹状亀裂遅退液を導体へと連続的に導入して、導体
と絶縁材の間に樹状亀裂遅退液を拡散させるケーブル修
復方法を教示しており、同特許の樹状亀裂遅退液はある
程度の誘電特性を有するが、水と反応しない。尚バーダ
ーの米国特許は、アルコキシ官能シランを樹状亀裂遅退
液として用いること、更にアルコキシ官能樹状亀裂遅退
物質をケーブルに与える方法何れも教示していない。つ
まりこれらの修復方法は、ボイド内の水と反応してシラ
ンより流動性の低い樹状亀裂遅退物質を形成する物質
を、樹状亀裂による劣化で生じたボイドに充填する点に
ついては全く考慮していない。 （問題点を解決するための手段） 本発明により、ポリオレフィン絶縁ケーブルのより線
部の空隙にトリ−抑制液を供給することからなり、該ト
リー抑制液が、一般式 （RO）_xSiR′_yA_r(4-x-y) （式中のＲは炭素原子数が１〜６のアルキル基、Ｒ′は
炭素原子数が１〜６のアルキル基、Arはフエニル基およ
びベンジル基からなる群から選んだ芳香族有機基、ｘは
１、２または３、ｙは０、１または２、ｘ＋ｙ３であ
る） をもった芳香族基を含有するシラン又はその部分加水分
解物および縮合物からなり、該有機ケイ素液が25℃で20
センチストークス以下の初期粘度を有し、該有機ケイ素
液が前記ポリオレフイン絶縁材によって吸収されて前記
絶縁ケーブルのトリー空隙内に含まれる水と反応するこ
とによって該トリ−空隙内で重合することからなること
を特徴とする水を含有するトリ−空隙をもったポリオレ
フィン絶縁ケーブルの修復方法が提供される。 またこの発明は、電気的および化学的樹状亀裂によつ
て経年劣化したより線配電ケーブルを使用可能な性能レ
ベルに修復し、処理後のケーブルの絶縁材に樹状亀裂を
遅らせる遅滞性を与える方法に係わる。本方法の主な特
徴は、ケーブルのより線部分の間隙に、樹状亀裂遅滞有
機ケイ素液を供給する工程にあり、該有機ケイ素液は次
の一般式 （RO）_xSiR′_yAr_(4-x-y) 但しＲは１〜６個の炭素原子を持つアルキル基、Ｒ′
は１〜６個の炭素原子を持つアルキル基、Arはフエニル
およびベンジル基からなる群の中から選ばれた芳香族の
有機基、ｘは１、２または３、ｙは０、１または２で、
ｘ＋ｙ３、且つ前記液は25℃で20センチトークスより
小さい初期粘性を有する、を持つ芳香族の基を含むシラ
ンである。また有機ケイ素液は、前記一般式のシランの
混合物あるいは該シランまたはシラン混合物の部分加水
分解物でもよい。 （作 用） 従来の技術は、導体に水分が更に侵入するのを防ぐバ
リヤを形成するために、より線ケーブルから水分を除去
し、ケーブルの中心部分に液またはワニス溶液を導入す
ることを教示している。しかし従来の技術は、樹状ボイ
ド内の水と反応してそれら樹状ボイド内へ水が侵入する
のを防ぐ重合化生成物を形成する物質を、樹状ボイドへ
充填するというケーブルの修復方法は教示していない。
本発明では、樹状亀裂遅滞液が導体ケーブルの間隙に供
給され、抗樹状亀裂剤として有効に作用するのに充分な
量の液が配電ケーブルのポリオレフイン絶縁材によつて
吸収されるまで供給が行われる。本発明の樹状亀裂遅滞
液は樹状ボイド内の水と反応して縮合し、アセトフエノ
ンや非加水分解シランほど速くポリオレフイン材から浸
出しない充分な粘性を持つポリシロキサン材を形成す
る。これに対し、アセトフエノンを用いた従来の方法で
は、処理後の絶縁材からアセトフエノンが浸出するにつ
れ、絶縁材に付与された樹状亀裂遅滞効果が減少してし
まう。本方法では、絶縁材中におけるより高い粘性への
重合化後、樹状亀裂遅滞液の流動性が低下し、ケーブル
から浸出しにくくなる。この結果、ケーブルに付与され
た樹状亀裂遅滞効果の耐性が高まる。 本発明で配電ケーブルの間隙に供給される樹状亀裂遅
滞有機ケイ素液を構成するシランは、ポリオレフイン絶
縁材用の抗樹状亀裂添加剤として知られている。一般
に、これらのシランはポリオレフイン絶縁材中に混合さ
れている。本発明におけるシランは次の２つの目的を果
す；第１に、既に形成されている樹状亀裂のミクロボイ
ド中に存在する水と共に縮合し、水の樹脂状ボイド内へ
の更なる侵入を遅らせる縮合ポリシロキサンを形成する
抗樹状亀裂添加剤として機能し；第２に、樹状亀裂遅滞
液を導体のボイド内へ追加供給して、導体に沿つた水の
拡散を防ぐことである。 本発明の実施に際して使える特定のシランには、フエ
ニルメチルジメトキシシラン、ジフエニルジメトキシシ
ラン、ベンジルメチルジメトキシシラン、フエニルトリ
メトキシシラン、フエニルジメチルメトキシシラン、ジ
フエニルメチルメトキシシラン、フエニルメチルジエト
キシシラン、およびこれらの混合物が含まれるが、これ
らに限られない。特に、当業者であればジアルコキシ官
能シラン対トリアルコキシ官能シランの正しい比を注意
深く維持することによつて、粘性の上昇率を制御できる
ため、混合物の方が好ましい。シランの混合物は100wt
％のトリアルコキシシランから100wt％のジアルコキシ
シランまでの範囲を取り得る。特定の混合物は重量比率
で;90％のフエニルメチルジメトキシシランと10％のフ
エニルトリメトキシシラン;80％のジフエニルジメトキ
シシランと20％のフエニルトリメトキシシラン。好まし
い混合物は、５〜95重量％のフエニルメチルジメトキシ
シランと５〜95重量％のフエニルトリメトキシシラン。
より好ましい混合物は、80〜95重量％のフエニルメチル
ジメトキシシランと５〜20重量％のフエニルトリメトキ
シシラン。シランの最も好ましい組合せは、樹状亀裂遅
滞液がケーブル絶縁材から浸出する速度を遅める流動性
ゲルを与えながら、抗樹状亀裂シランの最も速い吸収を
可能として、樹状亀裂経時劣化ケーブルの最も時間効率
の高い修復を可能とする組合せであることが理解される
べきである。有機ケイ素液は、大気中の水分の存在下で
その大気中の水分に露出して2000時間以内に、25℃で少
なくとも約100センチストークスの粘性を有する流動性
ゲルに硬化可能であるべきである。 シランの部分加水分解と縮合によつて形成される低重
合体を本方法でも使えるので、シランの部分加水分解混
合物も発明の実施において使用できる。シラン混合物の
重合度に対する制限は、ケーブルの間隙に供給されると
きの液の初期粘性と、液のポリオレフイン材中への浸透
性だけである。初期粘性は、25℃で少なくとも約100セ
ンチストークスより小さくなければならず、また液の平
均分子量は、ポリオレフインの重量増加によつて測定で
きるほどポリオレフイン材中へ浸透するのを可能とする
のに充分なだけ低くなければならない。一般的に有効な
処理レベルは、室温および室圧下で200時間以内に１〜
５重量％のポリオレフインの増加を必要とする。 シランの混合物は更に、液の粘性を高め、絶縁材中へ
浸透しようとする水分に対して配電ケーブルの間隙内に
より有効な水分バリヤを与えるために、加水分解縮合触
媒を含むこともできる。使用する触媒の量は、ケーブル
絶縁材から容易に浸出しないより粘性の高い液をポリオ
レフイン絶縁材中に形成する前に、液が絶縁材中へ浸透
可能とする大きさとすべきである。ポリオレフイン材中
におけるより粘性の高い液の形成が、絶縁材から浸出す
る抗樹状亀裂剤の速度をコントロールし、絶縁材の処理
寿命を有効に延長する。一般に触媒は、液100g当り0.05
〜5gの間の量で使用すべきである。 本発明で使用可能な触媒は、スズ、マンガン、鉄、コ
バルト、ニツケル、鉛などの金属のカルボン塩酸のよう
な有機金属化合物、あるいはチタンまたはジルコニウム
の有機金属化合物が含まれるが、これに限られない。特
定の触媒の種類には、アルキルチタン酸塩、アシルチタ
ン酸塩および対応するジルコン酸塩が含まれる。特に好
ましい化合物は、ジブチル二酢酸スズ、ジブチルジラウ
リルスズ、ジブチルスズジオクトエート、第一スズオク
トエート、ジメチルスズネオデコノエート、ジ−ｎ−オ
クチルスズ−S,S−イソオクチルメルカプト酢酸、ジブ
チルスズ−S,S−ジメチルメルカプト酢酸、またはジエ
チルスズ−S,S−ジブチルメルカプト酢酸である。 本発明を用いて修復できるケーブルの絶縁材はポリオ
レフインである。本願で用いる“ポリオレフイン”とい
う用語は、ポリオレフインとその共重合体を意味するも
のと理解される。つまりポリオレフインはオレフインの
固体重合体、特に橋かけ結合可能な及び橋かけ結合不能
なポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、ポリイ
ソブチレン、ポリ（４−メチル−ペンテン）等、約２〜
６個の炭素を有するアルフアオレフインを含む。エチレ
ンと、ブテン−１、ペンテン−１、プロピレン、スチレ
ン等エチレンと相互重合可能なその他の化合物との共重
合体も使える。一般に、共重合体は50重量％より大きい
エチレンからなる。 オレフイン−ビニル共重合体の適切な例には、エチレ
ン−酢酸ビニル、エチレン−プロピオン酸ビニル、エチ
レン−イソブチル酸ビニル、エチレン−ビニルアルコー
ル、エチレン−メタクリル酸エチル等が含まれる。 オレフイン−アリル共重合体の特定例は、エチレン−
アリルベンゼン、エチレン−アリルエーテルおよびエチ
レン−アクロレインである。但し、好ましい重合体絶縁
材はポリオレフアンで、最も好ましくはポリエチレンで
ある。 抗樹状亀裂液は、いくつかの方法で配電ケーブルの間
隙に供給可能である。例えば、ケーブルの一端を真空と
し、液を液溜からケーブルを通してひけばよい。あるい
は、液溜を加圧して、ケーブルに液を通してもよい。ま
た、追加の工程を加えて本発明を実施することもでき
る。例えば、有機ケイ素液を導入する前の予備段階とし
て、N₂等の乾燥ガスをケーブルを通してポンプ吸入また
は吸引し、ケーブルから水分を除去することもできる。 以下の各例は、発明を例示するもので、発明の全範囲
を実証するものでない。 例 １ 多より線ケーブルを12カ月間、水に浸漬し且つ高電場
にさらして経年劣化させ、３つのケーブルサンプルの平
均破壊点を求めた。次に６週間、乾燥窒素ガスをケーブ
ルの間隙に通して、ケーブルを乾燥させた。乾燥後、当
初シランつまりフエニルメチルジメトキシシランからな
る液を、６週間ケーブルの間隙に供給した。試験で測定
されたケーブルの平均破壊点は次の通りであつた： 170KV 新ケーブル 72KV 経年劣化ケーブル 123KV ６週間の乾燥後、６週間有機ケイ素液を供給
したケーブル 処理後のケーブルの修復度は、揮発性の樹状亀裂遅滞
液アセトフエノンを用いる従来の方法で修復したケーブ
ルに匹敵した。但し、本発明で用いた樹状亀裂遅滞液は
より粘性が高くなるので、本発明の方法で修復したケー
ブルは、アセトフエノンをケーブルに供給して修復した
ケーブルより高い耐性を持つと見込まれる。 例 ２ フエニルトリメトキシシラン液の粘性を、液中に存在
する各種の有機ケイ素縮合触媒のさまざまなレベルにつ
いてモニターした。各サンプルの粘性は25℃で測定し
た。第１表に示したその結果は、液の粘性上昇率を触媒
の種類と触媒レベルの変化によつて制御できることを示
している。例えば、フエニルトリメトキシシラン液の粘
性は、該液に0.4wt％のチタン酸テトリソプロピル（TIP
T）または、0.1wt％のジブチルラウリルスズ（DBTD
L）、または0.2wt％のTIPT、または0.1wt％のTIPTを含
めることによつて、大気中の水分の存在および室温且つ
室圧下で1100時間後に、当初の10センチストークス以下
から60,000センチストークス以上へと増大可能である一
方、触媒を含まない同じ液は、同じ条件の下で1100時間
後に6,000センチストークスの粘性を有する。これは、
樹状亀裂遅滞液の粘性ひいては該液が絶縁材中に含浸お
よび／または絶縁材から滲出する能力が、制御可能なこ
とを示している。例 ３ フエニルメチルジメトキシシラン液の25℃での粘性
を、各種の縮合触媒レベルについて時間の経過に応じて
モニターした。全ての経年劣化試験は、25℃、１大気
圧、および大気中の水分の存在下で測定した。液は当初
10センチストークスより小さい粘性を持ち、その粘性は
大気中の水分の存在下で時間と共に増した。ジブチルラ
ウリルスズ（DBTDL）は、この触媒0.4wt％を含むサンプ
ルにおいて最も急速に粘性を増大させ、1200時間の経過
前に10,000センチストークスより大きい粘性に達した。
0.2wt％の同じ触媒は約2000時間で8000センチストーク
スの粘性に達し、また0.1wt％レベルの同じ触媒は約220
0時間で約2000センチストークスの粘性に達した。これ
は、フエニルメチルジメトキシシラン液の粘性を、触媒
の濃度によつて制御できることを明らかに実証してい
る。試験の結果を第２表にまとめて示す。例 ４ この例は、15kVの配電ケーブルを絶縁するのに使われ
るポリオレフイン絶縁材中に、フエニルメチルジメトキ
シシランが含浸する速度を実証している。15kV配電ケー
ブルの９インチ部分を、巻回ケーブルから切断した。各
部分から導線を引き抜き、残つたチユーブの一端に栓を
施した。そのチユーブを計量した後、フエニルメチルジ
メトキシシランまたは現在使われており揮発性の高い樹
状亀裂遅滞液であるアセトフエノンの何れかで充填し
た。充填チユーブにキヤツプをして水中に置いた。さま
ざまな時間経過後にチユーブを取り出し、空にして洗浄
し、乾燥してから計量し、絶縁材によつて吸収された樹
状亀裂遅滞液の量を求めた。第３表にまとめたこの試験
の結果は、フエニルメチルジメトキシシランが重量換算
で、少なくともアセトフエノンと同じ程度の速さで絶縁
材中に吸収されたことを実証している。 （発明の効果） 本発明によれば、絶縁材中における高粘性重合体のた
め、樹状亀裂遅滞液の流動性が低下し、ケーブルから浸
出し難くなり、この結果ケーブルに付された樹状亀裂遅
滞効果の耐性が向上する利点がある。

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．ポリオレフィン絶縁ケーブルのより線部の空隙にト
   リ−抑制液を供給することからなり、該トリー抑制液
   が、一般式 （RO）_xSiR′_yAr_(4-x-y) （式中のＲは炭素原子数が１〜６のアルキル基、Ｒ′は
   炭素原子数が１〜６のアルキル基、Arはフエニル基およ
   びベンジル基からなる群から選んだ芳香族有機基、ｘは
   １、２または３、ｙは０、１または２、ｘ＋ｙ３であ
   る） をもった芳香族基を含有するシラン又はその部分加水分
   解物および縮合物からなり、該有機ケイ素液が25℃で20
   センチストークス以下の初期粘度を有し、該有機ケイ素
   液が前記ポリオレフイン絶縁材によって吸収されて前記
   絶縁ケーブルのトリー空隙内に含まれる水と反応するこ
   とによって該トリ−空隙内で重合することからなること
   を特徴とする水を含有するトリ−空隙をもったポリオレ
   フィン絶縁ケーブルの修復方法。 ２．前記有機ケイ素液が、大気中の水分の存在下におけ
   る室温且つ室圧で2000時間の経過前に、25℃で20センチ
   ストークス以下から25℃で100センチストークス以上ま
   で前記液の粘性を増すのに充分な量の加水分解縮合触媒
   を更に含む特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３．前記有機ケイ素液が重量比率で； （ａ）５から95％のフエニルメチルジメトキシシラン；
   および （ｂ）５から95％のフエニルトリメトキシシラン；を含
   む特許請求の範囲第１項記載の方法。 ４．前記有機ケイ素液が100重量％のフエニルメチルジ
   メトキシシランを含む特許請求の範囲第１項記載の方
   法。 ５．前記有機ケイ素液が100重量％のフエニルトリメト
   キシシランを含む特許請求の範囲第１項記載の方法。 ６．前記有機ケイ素液が重量比率で； （ａ）80から95％のフエニルメチルジメトキシシラン；
   および （ｂ）５から20％のフエニルトリメトキシシラン；を含
   む特許請求の範囲第２項記載の方法。 ７．前記加水分解縮合触媒が、ジブチルジラウリルス
   ズ、ジブチル二酢酸スズ、ジブチルスズジオクトエー
   ト、第一スズオクトエート、ジメチルスズネオデコノエ
   ート、ジーｎ−オクチルスズ−Ｓ、Ｓ−イソオクチルメ
   ルカプト酢酸、ジブチルスズ−Ｓ、Ｓ−ジメチルメルカ
   プト酢酸、またはジエチルスズ−Ｓ、Ｓ−ジブチルメル
   カプト酢酸から成る群の中から選ばれる特許請求の範囲
   第６項記載の方法。 ８．前記加水分解縮合触媒が有機ケイ素液の0.05と5wt
   ％の間の範囲で存在する特許請求の範囲第７項記載の方
   法。 ９．前記加水分解縮合触媒がジブチルジラウリルスズで
   ある特許請求の範囲第８項記載の方法。 １０．より線の間隙に有機ケイ素液を供給する前に、乾
   燥ガスによって該より線の間隙から水分除去を行うこと
   を更に含む特許請求の範囲第１項記載の方法。