(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーブル心線に隣接しこれと同軸である少なくとも１つの半導電体第１層を含むケーブル用のもので、前記第１層が電気絶縁性第２層によって囲まれ、第２層自体が半導電体第３層によって被覆されている、絶縁構造物において、前記半導電体層の両方が専ら、１０００以上の分子量の成分だけを有する非極性重合体と、導電性装入物とを含む基質から成ることを特徴とする絶縁構造物。
【請求項２】
前記基質の成分が５０００以上の分子量を有することを特徴とする請求項１に記載の構造物。
【請求項３】
前記基質が、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、及びこれらの共重合体、ポリエチレンとポリプロピレンとポリスチレン及びこれらの共重合体から選ばれた重合体の複合物、及び前記化合物の混合物のうちから選ばれることを特徴とする請求項１または２に記載の構造物。
【請求項４】
前記基質が、ポリオレフィン熱可塑性エラストマとこれらの混合物のうちから選ばれることを特徴とする請求項１または２に記載の構造物。
【請求項５】
前記装入物がアセチレン・ブラックであることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の構造物。
【請求項６】
前記基質がさらに架橋剤を含むことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の構造物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、直流電流または交流電流を通す中圧、高圧、及び超高圧ケーブル用の絶縁構造物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
これらのケーブルは一般に、同軸の絶縁構造物で囲まれた導電性心線から構成される。この構造物は、ケーブル心線に接触して配置された少なくとも１つの半導電体第１層を含み、これ自体は電気絶縁性第２層によって囲まれ、後者は半導電体第３層によって被覆されている。その他の外部層はケーブルの保護に役立つ。
【０００３】
絶縁層は通常、高密度または低密度のポリエチレン、網状ポリエチレン、またはメチレン主鎖を持つエチレン・プロピレン・ジエンの三元ポリマーをベースとしている（ＥＰＤＭ）。
【０００４】
半導電体層は一般に、極性基質、大抵の場合は、カーボン・ブラックを装荷するエチレンとアルキル・アクリル酸塩の共重合体から成る。装入量は使用されるカーボン・ブラックの性質によって異なる。アセチレン・ブラックまたはファーネス・ブラックでは、装入量の比率は一般に２８％から４０％の間に含まれる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このようなケーブルの絶縁耐力は、半導電体層と絶縁層との間の界面の品質に大きく左右される。この界面のレベルでざらつきが小さいと、電界の増強をもたらし、絶縁層の破壊と穿穴を生じる可能性がある。
【０００６】
押出しの際にできるだけ滑らかな界面を得るために、現在市販の高圧ケーブルの半導電体層の基質は一般に、１７程度という高い流動性係数すなわち高い「メルト・インデックス」を有し（高い「メルト・インデックス」は低い分子量の存在を示す標識であり、これはＡＳＴＭ参照Ｄ１２３８またはＮＦＴ５１−０１６規格によって測定される）、非常に幅広い分子量分布を有する重合体をベースとする。しかし絶縁層では、半導電体層の近くで空間電荷の発生が確認されており、その蓄積は絶縁体の絶縁耐力を劣化させ、破壊に至ることがある。
【０００７】
いくつかの半導電体メーカが、エチレン共重合体（ＥＰＲ：エチレンプロピレン熱可塑性エラストマ、またはＥＰＤＭ：メチレン主鎖を持つエチレン・プロピレン・ジエンの三元ポリマー）をベースとする非極性基質を使用しており、これらに、半導電体層の良好な表面状態を容易に得るために油剤または可塑剤が加えられる。これらの油剤または可塑剤は絶縁層中で拡散し、半導電体層と絶縁層との間の電界が最も高い界面レベルに、絶縁耐力が最も低い領域を形成する。
【０００８】
本発明は、現在までに既知の絶縁特性より時間的に安定した絶縁特性を示す、直流電流または交流電流を通す中圧、高圧、及び超高圧ケーブル用の絶縁構造物を入手することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、ケーブル心線に隣接しこれと同軸である少なくとも１つの半導電体第１層を含むケーブル用のもので、前記第１層が電気絶縁性第２層によって囲まれ、第２層自体が半導電体第３層によって被覆されている、絶縁構造物である。半導電体層は専ら非極性重合体を含む基質から成り、この非極性重合体の成分は１０００以上の分子量と導電性装入物を有する、絶縁構造物である。
【００１０】
基質の成分は５０００以上の分子量を有することが好ましい。
【００１１】
半導電体層が油剤や可塑剤のような分子量の小さい化合物または添加剤を含む場合には、これらの化合物は絶縁層中を移動する。この現象は、空間電荷の形成をもたらして電界の強化を生じ、最終的には破壊をもたらすことがある。電界の強化は形成される電荷の量に関係するが、またその移動度にも関係する。すなわち、均等に配分された電荷は、局在化された電荷ほど大きな電界の強化をもたらさない。この移動は、ケーブル工事中またはケーブルの動作中に発生する可能性がある。
【００１２】
分子量の大きい化合物しか含まない本発明による組成の半導電体層を採用すると、絶縁層内における空間の移動が防止され、またこれによって界面近くの空間電荷の蓄積も防止される。
【００１３】
第１変形例では、基質は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、及びこれらの共重合体、ポリエチレンとポリプロピレンとポリスチレン及びこれらの共重合体から選ばれた重合体の複合物、及びポリエチレンとポリプロピレンとポリスチレン及びこれらの共重合体及び前記複合物から選ばれた化合物の混合物のうちから選ばれる。
【００１４】
第２変形例では、基質は、ポリオレフィン熱可塑性エラストマとこれらの混合物のうちから選ばれる。
【００１５】
基質を構成する重合体の選択は、絶縁層との界面の品質と、得られる半導電体層の機械的特性とに依存し、添加剤に頼る必要はない。
【００１６】
本発明は、分子量の小さな化合物の移動を抑えて、絶縁構造物の絶縁特性を安定させるという利点を有する。その結果、異なる層間の界面の品質はパラメータとして重大性はより低くなる。
【００１７】
装入物は、不純物をできるだけ含まないようにしたカーボン・ブラックである。ファーネス・ブラックまたは“ＫＥＴＪＥＮ”ブラックを利用することはできるが、非常に純粋なアセチレン・ブラックを選ぶことが好ましい。
【００１８】
ある場合には、基質はさらに網状化剤を含む。押出しで材料を成形した後、熱力学的特性を改善するという観点から、これを網状にすることができる。これらの特性は交流電流を通すケーブルには特に重要である。
【００１９】
本発明のその他の特徴と利点は、添付の図を参照しながら、当然例示的なものであって限定的なものではない下記の実施例を読めば明らかになろう。
【００２０】
【実施例】
図１に示す装置を使用して圧力波の試験を実施した。このテストによって、絶縁構造物の中の電界の強化を評価することができる。
【００２１】
圧力波試験用の絶縁構造物のサンプル１を、図２には上面図で示し、図３には断面図で示す。直径Ａが２０mmの円形表面の上に、
−  厚さＢが０．５mmの半導電体第１層２、
−  厚さＣが０．８mmの電気的絶縁性第２層３、
−  層２と同じ半導電体第３層４、
が重なって置かれている。
【００２２】
図１の装置はレーザ１０“ＹＡｇ”で構成され、そのレーザ光線はサンプル１に相当する標的１１に当てられ、標的の各半導電体は電極（＋）と（−）を構成する。電極２（−）の表面に吸収されたこのレーザ光線は、その表面を熱分解によって分解し、発生するガスはサンプルを横切る圧力波をひき起こす。この波は電極上の電荷イメージを変調し、サンプル中の体積電荷密度にアクセスできるようにする。
【００２３】
フォトダイオード１２によって、検出器１３はレーザ１０に同調することができる。回路は、抵抗１５を備えた高圧給電線によって給電される。記録されるデータはコンピュータ１６処理のために転送され、グラフィック・レジスタ１７上に時間に応じて表示される。レーザ１０は波を標的１１に送り、空間電荷の出現と電界分配の変更を起こさせ、次いでこの電界分配の変更が検出器１３によって測定される。
【００２４】
例１
図２に示すサンプルに似た従来技術による絶縁構造物のサンプルを作成する。
このサンプルは、
−  エチレンとアルキル・アクリル酸塩の共重合体をベースとする極性基質から成る半導電体第１層であって、この共重合体の「メルト・インデックス」は８の値を有し、そのエステル含有率は２０％であり、これにアセチレン・ブラック装入物が基質１００重量部に対して６６重量部になる比率で加えられた、前記の第１層と、
−  オレフィン熱可塑性エラストマから成る電気絶縁性第２層と、
−  第１層と同じ半導電体第３層
を含む。
【００２５】
こうして、このサンプルを図１に示す装置を使用して圧力波試験にかける。カソード２に負電荷がかなりの比率で出現することが認められる。そこで電界の強化は２０％以上であり、電力を遮断した後も数時間、電荷は材料中に捕獲されたまま残存する。
【００２６】
例２
図２に示すサンプルに似た従来技術による絶縁構造物のサンプルを作成する。このサンプルは、
−  エチレンとアルキル・アクリル酸塩の共重合体をベースとする極性基質から成る半導電体第１層であって、この共重合体の「メルト・インデックス」は８の値を有し、そのエステル含有率は２０％であり、これにアセチレン・ブラック装入物が基質１００重量部に対して６６重量部の比率で加えられた、前記第１層と、
−  化学的に網状化されたポリエチレン（ＰＲＣ）から成る電気絶縁性第２層と、
−  第１層と同じ半導電体第３層と
を含む。
【００２７】
次に、このサンプルを図１に示す装置を使用して圧力波の試験にかける。カソード２の近くに負電荷がかなりの比率で出現すること、また電力遮断後も電荷は基質中に捕捉されたまま残存することが認められる。電界の強化は２０％以上である。
【００２８】
例３
図２に示すサンプルに似た本発明による絶縁構造物のサンプルを作成する。このサンプルは、
−  非極性基質から成る半導電体第１層であって、この基質にアセチレン・ブラック装入物が基質１００重量部に対して６６重量部の比率で加えられ、基質は、「メルト・インデックス」価が２で、分子量が１０3 〜１０7 の範囲に含まれ、１．１×１０6 を中心とするポリエチレン（ＰＥ）２０％と、（ＮＦＴ４３００５規格によって測定された）“ＭＯＯＮＥＹ”粘性が４０程度で、分子量が１０3 〜１０7 の範囲に含まれ１．２×１０5 を中心とする、エチレンを約５０重量％含むエチレンとプロピレンの共重合体８０％を含む、前記の第１層と、
−  化学的に網状化されたポリエチレン（ＰＲＣ）から成る電気絶縁性第２層と、
−  第１層と同じ半導電体第３層と
を含む。
【００２９】
次に、このサンプルを図１に示す装置を使用して圧力波試験にかける。電界の強化は１０％以下であり、また電力遮断後は捕捉電荷は絶縁材料中に存続しない。
【００３０】
例４
図２に示すサンプルに似た本発明による絶縁構造物のサンプルを作成する。このサンプルは、
−  非極性基質から成る半導電体第１層であって、この基質にアセチレン・ブラック装入物が基質１００重量部に対して６６重量部の比率で加えられ、基質は、「メルト・インデックス」価が２で、分子量が１０３〜１０７の範囲に含まれ分子量が１．１×１０６を中心とするポリエチレン（ＰＥ）２０％と、（ＮＦＴ４３００５規格によって測定された）“ＭＯＯＮＥＹ”粘性が４０程度で分子量が１０３〜１０７の範囲に含まれ１．２×１０５を中心とする、エチレンを約５０重量％含むエチレンとプロピレンの共重合体８０％を含む、前記の第１層と、
−  オレフィン熱可塑性エラストマから成る電気絶縁性第２層と、
−  第１層と同じ半導電体第３層と
を含む。
【００３１】
次に、このサンプルを図１に示す装置を使用して圧力波試験にかける。電界の強化は１０％以下であり、また電力遮断後は捕捉電荷が絶縁材料中に存続しない。
【００３２】
例５  比較
例４に記載のサンプルに類似のサンプルを準備するが、半導電体層の基質に、パラフィン油を基質に対して５重量％の割合で加える。
【００３３】
次に、このサンプルを図１に示す装置を使用して圧力波試験にかける。この場合の電界の強化は１４０％である。
【００３４】
もちろん、本発明は記載された実施態様に限定されるものではなく、本発明の意図からずれることなく、当業者にはアクセス可能な多くの変形を行うことができる。特に、本発明の範囲を逸脱することなく、手段のすべてを等価の手段によって置き換えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】圧力波試験装置の全体概念図である。
【図２】圧力波試験用の絶縁構造物のサンプルの上面図である。
【図３】図２のサンプルの断面概要図である。
【符号の説明】
１  サンプル
２  半導電体第１層、電極（−）
３  電気絶縁性第２層
４  半導電体第３層
１０  レーザ
１１  標的
１２  フォトダイオード
１３  検出器
１４  高圧電源
１５  抵抗
１６  コンピュータ
１７  グラフィック・レジスタ
【図１】
0003658018.tif 000002
【図２】
0003658018.tif 000003
【図３】
0003658018.tif 000004