JPS64769B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、直流高圧用電線、ケーブルあるい
は、それらの接続部、端末部およびその他の直流
回路の絶縁に用いる直流電気絶縁用樹脂組成物に
関する。 ポリエチレンおよび架橋ポリエチレン等のポリ
オレフイン重合体を主成分とした絶縁体を有する
電線・ケーブルは保守の容易さから交流高圧送・
配電用として広く使われている。しかし、交流送
電においては誘電損失があるので線路充電電流の
補償が必要とされ、遠距離・大電流の送電には直
流送電の方が有利である事は広く知られている。
ところが、架橋ポリエチレンを絶縁体としたケー
ブルを250KVの直流送電に使用する実験におい
て、絶縁性能の安定性に欠けるとの結果が発表さ
れた（電気学会・電力技術合同研究会資料PE−
76−14、直流ケーブルの絶縁性能を試験法、1976
年12月14日）。したがつて、これらの欠点を改良
し、直流送電に適した絶縁用樹脂組成物を開発す
ることが望まれていた。絶縁性能が安定性に欠け
る原因は直流により発生する絶縁体中の空間電荷
の蓄積がトリー状の放電劣化を起こさせることに
あるとの観点から、一つの解決策として従来の絶
縁層の中にもう一層以上の電荷が注入されにくい
合成樹脂層をもうけることによつて、或る程度問
題は解決できることが知られている（特開昭51−
110678号）。しかし従来より、超高圧用直流電力
ケーブルの場合には三層構造を有するものが多
く、これにさらにもう一層以上新しい樹脂層を設
けるためには押出機の新設等の設備投資が必要と
なること、層の増加は不良率の増加につながるこ
となどから、現有設備を変更しない技術の開発が
望まれていた。 先の発明（特開昭54−159680号）において、本
願発明者らは直流高圧用絶縁材料としての特性に
主眼を置いて技術開発を進め、直流課電時のトリ
ー、極性反転時のトリー、インパルス課電時のト
リーの改善を主目的として検討を進め、交流高圧
電力ケーブルにおいては極めて優秀な絶縁材料で
あるポリエチレンが、直流高圧電力ケーブルにお
いては好ましくないとされた点を相当改善するこ
とができた。尚トリーとは高電圧課電時に絶縁体
中に発生する樹枝状またはブツシユ状に観察され
る絶縁劣化部分を言う。 しかしながら、ポリアミドは一般に融点が高
く、その共縮合体は融点は低下するが価格が高
く、入手が容易でないという問題点があり、ポリ
エチレン系ポリマーとポリアミドは相溶性が不良
であるため長時間の混練が必要である。よつて、
ポリアミド類によりポリエチレン系ポリマーとの
相溶性が良好なポリマーで、加工温度もポリエチ
レン系ポリマーに近く、電気特性の点で直流高圧
絶縁材料として適したものの探索を行ない、エチ
レン系共重合体の中で、従来電気絶縁材料として
は全く顧みられなかつた、エチレン−有機酸共重
合体と金属イオンからなるアイオノマーが効果的
な配合物であるという予期せざる結果に到達し
た。すなわち、従来のポリオレフイン組成物にア
イオノマーを添加して、絶縁物中に均等に分散さ
せる実験を行つたところ、意外にも絶縁性を損な
う事なしに、空間電荷の蓄積を緩和できること、
そしてトリー放電による絶縁劣化を抑制できるこ
とを発見し、高圧直流送電に適した絶縁用樹脂組
成物の開発に成功した。電荷が注入されにくい樹
脂としては他にポリエステル樹脂等が知られてい
るが（特開昭51−110678号）、一般に入手し得る
ポリエステル樹脂であるポリエチレンテレフタレ
ートは融点が260℃と高く、ポリエチレンの電線
を成形する温度では溶融しないので好ましくな
い。 本発明において改質剤として配合されるアイオ
ノマーは、1965年デユポン社がエチレン−メタア
クリル酸共重合体に金属塩を添加したものを上市
して以来、エチレンと有機酸との共重合体に金属
塩を添加して化学的に結合させたポリマーの名称
として用いられている。この樹脂の特色は接着性
に、特に金属や無機材料およびポリアミド系樹脂
との接着性がすぐれ、耐油性、強靭性、深絞り
性、透明性も良好である。しかし、アイオノマー
は極性基と金属イオンを含むために電気絶縁材料
として応用された例はなく、モダンプラスチツ
ク・エンサイロペデイア−1978／79年版の電気特
性表でDC誘電損失、AC誘電損失について各種プ
ラスチツクのデータが詳細に示されているが、ア
イオノマーについての記載はない（580〜607頁参
照）。電線ケーブルの分野においてラミネートシ
ースケーブルのアルミ等の金属層とポリオレフイ
ン等の絶縁層との接着剤または接着層として利用
される例はあるが、電気絶縁層として使用される
事はない。 本発明によれば、ポリオレフイン系樹脂100重
量部に各種のアイオノマーから選ばれた１種また
は数種の混合物10〜300重量部、好ましくは30〜
100重量部を配合し、必要に応じて酸化防止剤、
熱劣化防止剤、紫外線安定剤、架橋剤、架橋助
剤、発泡剤等を所要量配合した樹脂組成物を用い
ることによつて、直流高圧用ポリオレフイン絶縁
ケーブルおよび直流高圧用絶縁材料の安定性を向
上させることに成功した。ここで言うポリオレフ
インとは低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレ
ンのみならず、エチレン成分が50％以上のエチレ
ン共重合体、例えばエチレン−プロピレン共重合
体、エチレン−ブテン共重合体、エチレン−４メ
チルペンテン−１共重合体、エチレン−ヘキセン
共重合体等のエチレン−α−オレフイン共重合体
や、エチレン−ビニルエステル共重合体、エチレ
ン−アルキルアクリレート共重合体、およびこれ
らを変成または改質したもので、電気絶縁用とし
て使用可能なものをすべて指すものとする。アイ
オノマーとはα−オレフインとカルボン酸を有す
る重合性モノマーとの共重合体において、カルボ
キシル基を利用して金属イオンで分子鎖間に結合
を生ぜしめたポリマーを言う。 その配合量は10重合部未満では耐トリー性の向
上は見られるが、その効果は十分とは言えず、ま
た300重合部以上では正極性インパルストリーの
伸びが非常に大きくなる上に、耐熱老化性の低下
が著しい。 この発明に適用可能な安定剤は４、4′−チオビ
ス（６−ｔ−ブチル−３−メチルフエノール）や
２、６−ジ−ｔ−ブチル−ｐ−クレゾール等であ
るが、これに限定される事はなく、通常ポリオレ
フインに有効な安定剤はすべて使用できる。 この発明に適用可能な架橋剤としては、ジクミ
ルパ−オキサイド、２、５−ジメチル−２、５−
ビス（ｔ−ブチルパ−オキシ）ヘキサン、ｔ−ブ
チルクミルパ−オキサイドなど、分解速度が半減
期１分間で100〜200℃のものが望ましい。 以下実施例および比較例を第１表および第２表
にもとづいて説明する。第１表に示す各種の組成
物をプレス成形により５mm厚のシートとし、25mm
角に試料を打抜き、第１図に示すように先端曲率
半経を５×10^-3mm以下に研磨した針状電極２をそ
う入して、針端と対向する試料の面に銀ペイント
を塗布し、その間の絶縁厚さを５mmに設定したも
のに第２図で示す装置によつて直流電圧を印加し
てトリーの発生を観察した。シリコーンオイルを
満たした容器８に試料１を入れ、直流電圧発生装
置３で発生した直流電圧を試料に印加し、トリー
の長さを顕微鏡５により測定した。４は光源、５
はフイルター、７は真空スイツチである。 直流ケーブル等の直流用絶縁材料に固有な現象
である極性反転の影響は、−40KVの負極性を15
分間印加後、印加を停止し、１秒後に＋40KVの
正極性インパルス電圧を印加した時に針端に発生
したトリーの長さを測定して判定した。50％直流
トリー発生電圧および50％インパルストリー発生
電圧は印加時間１時間後に試料の50％にトリーが
発生する電圧である。 次に第２表に示す各種の組成物をプレス成形に
より１mm厚のシートとし、JIS3号ダンベルカツタ
ーで打抜き、150℃のギヤー式オーブンで７日間
加熱老化後、JIS−K6760に準拠して引張り伸び
を測定して判定した。

【表】

【表】

【表】 比較例１および４に示すとおり、ポリエチレン
は極性効果がある為、正極性と負極性とでは50％
直流トリー発生電圧および50％インパルストリー
発生電圧の差が大きく、また極性を反転させた場
合のトリーの伸びも大きいので、直流送電用の絶
縁材料において、その絶縁性能の安定性に欠ける
事を裏付けているが、実施例１から９に示すとお
り、ポリオレフインにアイオノマーＡおよびアイ
オノマーＢのいずれかまたは両方を配合すること
により、この極性効果を減少させ、トリー発生お
よび伸長の要因と考えられる空間電荷の蓄積を緩
和し、直流電気絶縁材料として秀れたものを得る
ことができた。アイオノマーを５重量部配合した
比較例２では空間電荷の蓄積の緩和は不十分であ
り、アイオノマー350重量部を配合した比較例３
では正極性インパルストリーの伸長が著しく、直
流高圧用絶縁材料としては適当ではない。実施例
９および比較例４において２重量部のジクミルパ
ーオキサイドを添加して架橋させたが、架橋の有
無は本発明の効果に影響を与えなかつた。 HDPE、EVA、EEAのみでアイオノマーの添
加がない場合にはLDPEのみの場合（比較例１と
４）と同様の結果を示した。 一方第２表の比較例６、実施例10、11、12に示
すように、アイオノマーの配合量を増加させるに
つれて、加熱老化後の機械特性は著しく低下して
いる。この機械特性の低下は適当な酸化防止剤の
多量配合によつて防止できるが、架橋度の低下を
もたらすので好ましくない。 本発明の直流電気絶縁用樹脂組成物による直流
高圧用ケーブルおよび直流高圧用絶縁材の製造方
法は従来の方法によつて可能であり、必要ならば
押出し加工条件の一部修正で実施できる。ケーブ
ルの構造についても従来の絶縁材層を本発明の組
成物に置換するのみである。

【図面の簡単な説明】

第１図はトリー発生状況の観察に使用する試料
の形状および電極の配置を示す図であり、第２図
はトリー観察のための実験装置の概略図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ポリオレフイン樹脂組成物100重量部に各種
   のアイオノマー樹脂から選ばれた１種またはそれ
   らの混合物を21〜300重量部配合したことを特徴
   とする直流電気絶縁用樹脂組成物。 ２ ポリオレフイン樹脂組成物がポリオレフイン
   樹脂を主体とし、これに少量の酸化安定剤、熱劣
   化防止剤、紫外線安定剤および／または他の安定
   剤を配合したものである特許請求の範囲第１項記
   載の組成物。 ３ ポリオレフイン樹脂組成物が架橋剤、架橋助
   剤、および／または発泡剤、発泡助剤を所要量含
   有したものである特許請求の範囲第１または２項
   記載の組成物。 ４ ポリオレフイン樹脂組成物が所要量のカーボ
   ン・ブラツクおよび／またはその他の無機添加剤
   を配合したものである特許請求の範囲第１、２ま
   たは３項記載の組成物。