(57)【要約】      （修正有）【課題】加工性及び電気特性を簡単に最適化することのできる電界平坦化材料を提供する。【解決手段】ポリマーのマトリクスと少なくとも一つの導電性充填剤とを備えた電界平坦化材料１ａであって、前記導電性充填剤がポリアニリンである電界平坦化材料。ポリアニリンが実質的に非ドープであるエメラルジン型ポリアニリンであり、ポリマーが、一つのエラストマー・ポリマーを含む平坦化用の素子電力ケーブル２０ａが内側半導電層１０ａ、絶対絶縁層１１ａ、及び外側半導電層１２ａに順次取り囲まれた中心電気導体９ａから成り、電力ケーブル２０ａの端部２１ａにおいて、電界平坦化材料が層１ａとして電力ケーブル２０ａの外側半導電層１２ａの一部と置き換わり、層１ａが外側半導層１２ａ迄の延長部分において、長手方向に伸長しており、層１ａは絶縁層１１ａを取り囲み、物理的に接続され、導電性接続１３により、中心電気導体と電気的に接続している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電界平坦化用の素子（１０１，１０２）であって、ポリマーのマトリクスと少なくとも一つの導電性充填剤としてのポリアニリンとを備えた電界平坦化材料（１ａ、１ｂ、１ｃ）を備え、該電界平坦化材料（１ａ、１ｂ、１ｃ）が、電力ケーブル付属品及び／または電力ケーブルの半導電層（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ）の一部を置き換える層である電界平坦化用の素子。
【請求項２】
エメラルジン型のポリアニリンが実質的に非ドープである請求項１に記載の電界平坦化用の素子。
【請求項３】
前記ポリアニリンがエメラルジン型のポリアニリンである請求項１または２に記載の電界平坦化用の素子。
【請求項４】
前記ポリマーのマトリクスが少なくとも一つのエラストマー・ポリマーを含む請求項１から３のいずれかに記載の電界平坦化用の素子。
【請求項５】
前記エラストマー・ポリマーが、エチレン・プロピレンジエンモノマ（ＥＰＤＭ）ゴム、エチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）コポリマー、及びシリコーン・ゴムまたはこれらの混合物から選択される請求項４に記載の電界平坦化用の素子。
【請求項６】
前記電界平坦化材料が重量で１０％から６０％の導電性有機充填剤を備えた請求項１から５のいずれかに記載の電界平坦化用の素子。
【請求項７】
前記電界平坦化材料が重量で４０％の導電性有機充填剤を備えた請求項１から６のいずれかに記載の電界平坦化用の素子。
【請求項８】
前記電界平坦化材料が少なくとも一つの追加の導電性有機充填剤をさらに備えた請求項１から７のいずれかに記載の電界平坦化用の素子。
【請求項９】
前記追加の導電性有機充填剤がカーボンブラックである請求項８に記載の電界平坦化用の素子。
【請求項１０】
電界平坦化材料（１ａ、１ｂ、１ｃ）を備えた電界平坦化用の素子であって、前記電界平坦化材料（１ａ、１ｂ、１ｃ）が、絶縁層（１１ａ、１１ｂ、１１ｃ）と物理的に接触する請求項１から９のいずれかに記載の電界平坦化用の素子。
【請求項１１】
電力ケーブル（２０ａ）用の終端部（３０）を備えた、請求項１から１０のいずれかに記載の電界平坦化用の素子（１０１）。
【請求項１２】
２本の電力ケーブル（２０ｂ、２０ｃ）を接続することのできる接続部（４０）を備えた、請求項１から１０のいずれかに記載の電界平坦化用の素子（１０２）。
【請求項１３】
前記電界平坦化材料（１ａ、１ｂ、１ｃ）が非線形な電界平坦化材料である請求項１から１２のいずれかに記載の電界平坦化用の素子。
【請求項１４】
前記電界平坦化材料（１ａ、１ｂ、１ｃ）が中間電圧素子または高電圧素子の電界を制御するのに適応されるものである請求項１から１３のいずれかに記載の電界平坦化用の素子。
【請求項１５】
前記電界平坦化材料（１ａ、１ｂ、１ｃ）が前記半導電層からの延長部分において長手方向に伸長している請求項１から１４のいずれかに記載の電界平坦化用の素子。
【請求項１６】
前記電界平坦化材料（１ａ、１ｂ、１ｃ）が前記半導電層からの延長部分において、前記半導電層を覆うことなく長手方向に伸長している請求項１から１５のいずれかに記載の電界平坦化用の素子。
【請求項１７】
前記電界平坦化材料（１ａ、１ｂ、１ｃ）がその全長にわたり同じ厚さ（wall thickness）である請求項１から１６のいずれかに記載の電界平坦化用の素子。
【請求項１８】
前記電界平坦化材料（１ａ、１ｂ、１ｃ）が電力ケーブルの高電位に接続されている請求項１に記載の電界平坦化用の素子。
【請求項１９】
請求項１から１８のいずれかに記載の電界平坦化用の素子を備えた電力ケーブル付属品及び／または電力ケーブル。
【請求項２０】
少なくとも一つの絶縁層（１１ａ、１１ｂ、１１ｃ）に取り囲まれた中心電気導体と、前記絶縁層（１１ａ、１１ｂ、１１ｃ）を取り囲む少なくとも一つの半導電層（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ）とを少なくとも備えた請求項１９に記載の電力ケーブル付属品及び／または電力ケーブル。
【請求項２１】
内側半導電層(１０ａ、１０ｂ、１０ｃ)、絶縁層（１１ａ、１１ｂ、１１ｃ）及び外側半導電層（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ）に順次取り囲まれた中心電気導体を少なくとも備えた請求項１９に記載の電力ケーブル付属品及び／または電力ケーブル。
【請求項２２】
前記電界平坦化材料（１ａ、１ｂ、１ｃ）が、電力ケーブルの前記絶縁層（１１ａ、１１ｂ、１１ｃ）を、前記電力ケーブルが結合された電力ケーブル付属品の一つまたは複数の、半導電性素子及び／または絶縁素子から分離する請求項２０または２１に記載の電力ケーブル付属品及び／または電力ケーブル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリマーのマトリックスと導電性の有機充填剤を含む電界平坦化材料（field grading material）、及び上記電界平坦化材料を含む、電界平坦化素子（field grading element）に関する。
【背景技術】
【０００２】
より詳細に、電界平坦化材料は、交流電圧または直流電圧を有する、中間電圧素子（特に６ｋＶから４５−６０ｋＶ）または高電圧素子（特に６０ｋＶより高く、８００ｋＶまで可能である）に適応される。
【０００３】
特許文献１は、無機充填剤を備えたポリマーのマトリックスから構成される電界平坦化材料を記載している。無機充填剤は、少なくとも１方向に１００ナノメータ以下の寸法を有する、電界平坦化に有効な量の微粒子を備える。
【０００４】
しかし、ポリマーのマトリックスにおいて無機充填剤を使用することは、特に高温において時間が経過すると、電界の制御を最適化することができず、コンパウンディングの問題を含む可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】WO2004/038735
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、先行技術の上述の問題を解決しようとするものであり、詳細には、中間電圧（ＭＶ）及び高電圧（ＨＶ）素子の分野において、加工性及び電気特性を簡単に最適化することのできる電界平坦化材料を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このために、本発明の目的は、ポリマーのマトリクスと少なくとも一つの導電性充填剤とを備えた電界平坦化材料であって、上記導電性充填剤がポリアニリンである電界平坦化材料を提供することである。
【０００８】
本発明によれば、中間電圧または高電圧ケーブルの動作温度において、電荷の蓄積による電界の増加を避けることによって電界を容易に制御することができるので有利である。より詳細に、本発明の電界平坦化材料は、高温（たとえば、９０℃以上）において時間が経過しても熱的に安定している。
【０００９】
本発明によれば、コンパウンディングを簡単にし、電界平坦化材料において高い導電性充填剤の量を達成することもできる。
【００１０】
ポリアニリンは、電界平坦化材料の電気抵抗の非線形性（すなわち、増加する電界にしたがって減少する抵抗）を与え、その結果、電界平坦化材料は、非線形電気抵抗を有する。したがって、本発明による電界平坦化材料は、非線形な電界平坦化材料であるのが好ましい。
【００１１】
さらに、有機ポリマーであるポリアニリンを使用することによって、上記ポリマーの鎖の長さを変える可能性により、電界平坦化材料の電気的性質を調整する自由度を改善することができるので有利である。先行技術で使用される無機充填剤は、電気的性質を調整する自由度が得られる範囲を制限する。
【００１２】
さらに有利な点は、本発明の有機ポリマー（すなわち、ポリアニリン）を含む電界平坦化材料の加工は、先行技術の無機充填剤のコンパウンディングの際に使用されるプロセスよりも、簡単なプロセスであり、より無害なプロセスであることである。
【００１３】
特定の実施形態において、ポリアニリンは、実質的にドープされていない。たとえば、エメラルジン型のポリアニリン（the emeraldine form of polyaniline）は酸でドープされていない。換言すれば、エメラルジン型のポリアニリンは中性であり、エメラルジン型のポリアニリンはエメラルジン塩ではない。
【００１４】
したがって、ドープされていないポリアニリンを使用する際に、動作条件、特に９０℃付近またはそれ以上の温度において、電界平坦化材料の非線形性は安定している。
【００１５】
ポリアニリンは、ロイコエメラルジン、エメラルジン塩基、及び（ペル）ニグルアニリン、またはこれらの混合物から選択することができる。
【００１６】
本発明において好んで使用されるポリアニリンは、エメラルジン型のポリアニリン（すなわち、エメラルジン塩基）である。その理由は、ロイコエメラルジン及び（ペル）ニグルアニリンの型とは異なり、エメラルジン型のポリアニリンは、温度についての非線形性に関してポリアニリンの最も安定した型であり、ポリアニリンの二つの他の型よりも導電性が良いからである。
【００１７】
ポリアニリンをドープしない場合には、エメラルジン型のポリアニリンが好ましい。
【００１８】
好ましい実施形態において、ポリマーのマトリクスが少なくとも一つのエラストマー・ポリマーを含む。電界平坦化材料におけるエラストマーの存在によって、接続部や終端部などのケーブル付属品とケーブル絶縁体との間の接触をよくするように、ケーブル付属品に上記電界平坦化材料を使用することができるので有利である。
【００１９】
エラストマー・ポリマーは、エチレン・プロピレンジエンモノマ（ＥＰＤＭ）ゴム、エチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）コポリマー、及びシリコーン・ゴム（たとえば、液状シリコーン・ゴム（ＬＳＲ）または高温加硫（ＨＴＶ）ゴム）またはこれらの混合物から選択することができる。
【００２０】
より詳細に、ポリマーのマトリクスは、エラストマーのマトリクスであり、該ポリマーのマトリクスにおいて、エラストマー・ポリマーの量が、重量で５０％よりも大きく、より好ましくは、該ポリマーのマトリクスは、一または複数のエラストマー・ポリマーだけを備えている。
【００２１】
本発明によれば、電界平坦化材料は、重量で１０％から６０％の導電性有機充填剤を備え、より好ましくは、重量で２０％から５０％の導電性有機充填剤を備え、さらに好ましくは、４０％の導電性有機充填剤を備える。
【００２２】
本発明の電界平坦化材料は、少なくとも一つの追加の導電性有機充填剤をさらに備えてもよい。
【００２３】
本発明の電界平坦化材料において、少なくとも一つの追加の導電性有機充填剤を使用する利点は、ポリアニリンと上記有機充填剤とで形成される集合体の相乗効果にある。このことは、より低い印加電界で電界平坦化材料を導電させるなど、ポリアニリンの性質の有効範囲を増加させるので有利である。
【００２４】
たとえば、上記の追加の導電性有機充填剤は、カーボンブラックであってもよい。
【００２５】
電界平坦化材料は、重量で３％から２０％上記の追加の導電性有機充填剤を備えてもよく、より好ましくは、重量で３％から１０％上記の追加の導電性有機充填剤を備えてもよい。
【００２６】
本発明による特定の実施形態において、電界平坦化材料は、ポリマーのマトリクスと導電性の充填材のみを備え、該導電性の充填材は、導電性有機充填材だけであるか、導電性有機充填材及び導電性無機充填材だけである。
【００２７】
本発明による他の目的は、上述した電界平坦化材料を備えた電界平坦化用の素子であって、該電界平坦化材料が、絶縁層、より詳細には電力ケーブルの絶縁層と物理的に接触する電界平坦化用の素子である。
【００２８】
本発明による特定の実施形態において、電界平坦化材料は、電力ケーブルの半導電層の一部を置き換える層であり、上記半導電層は、上記絶縁層と物理的に接触している。
【００２９】
電力ケーブルは、一般的に、絶縁層に取り囲まれた少なくとも一つの中心導体を含んでよく、上記絶縁層は、半導電層に取り囲まれている。
【００３０】
より詳細に、電力ケーブルは、第１の半導電層（すなわち、内側半導電層）、（電気）絶縁層、及び第２の半導電層（すなわち、外側半導電層）に順次取り囲まれた中心電気導体を含むことができる。絶縁層は、内側半導電層及び外側半導電層に物理的に接触するのがより好ましい。一般的に、電力ケーブルの層は、押出成形された層であってよい。
【００３１】
電界平坦化材料は、電力ケーブルの絶縁層を、該電力ケーブルが結合された（associated）電力ケーブル付属品の半導電性素子及び／または絶縁素子から分離するのが有利である。換言すれば、少なくとも該付属品の内部において、該付属品の半導電性素子及び／または絶縁素子は、上記電界平坦化材料のおかげで、電力ケーブルの絶縁層と物理的に接触しない。
【００３２】
電界平坦化材料は、電力ケーブルの中心電気導体のような、電力ケーブルの高電位へ電気的に接続されるのがより好ましい。
【００３３】
第１の実施形態において、本発明による素子は、電力ケーブル用の終端部を備えてもよい。
【００３４】
本実施形態において、上記終端部に位置する電力ケーブルの端部において、本発明による電界平坦化材料は、電力ケーブルの外側半導電層の一部を置き換える層である。したがって、上記層は、中心電気導体を取り囲み、さらに詳細には電力ケーブルの絶縁層を取り囲む。
【００３５】
終端部は、一般的に、ストレスコーン本体、及びデフレクタを含む。デフレクタは、幾何学的に分布させる半導電性の円錐であってもよい。これは、特に、電力ケーブルが、動作中に落雷のようなインパルス電圧を受ける場合に、電界増加を避けるのに必要である。
【００３６】
デフレクタの一部は、一方では、電力ケーブルの外側半導電層と、他方では、電界平坦化材料と物理的に接触するのが好ましい。電界平坦化材料は、ケーブルの外側半導電層からデフレクタへの移り変わりにおいて電界を緩和するのに役立つので有利である。
【００３７】
第２の実施形態において、本発明による素子は、２本の電力ケーブルを一緒に接続する（すなわち、接続することができる）接続部を備えてもよい。
【００３８】
本実施形態において、上記接続部内に位置する電力ケーブルの少なくとも１本の端部において、本発明による電界平坦化材料は、電力ケーブルの電力ケーブルの外側半導電層の一部を置き換える層である。したがって、上記層は、中心電気導体を取り囲み、さらに詳細には電力ケーブルの絶縁層を取り囲む。
【００３９】
接続部は、一般的に、絶縁体と、外側半導電性スクリーンと、２本のケーブル、より詳細には上記ケーブルの中心電気導体を一緒に電気的に接続する（すなわち、電気的に接続することのできる）コネクタと、を含む。
【００４０】
絶縁体は、上記ケーブルの電界平坦化材料の全ての層を取り囲む。
【００４１】
外側半導電性スクリーンは、上記電力ケーブルの外側半導電層の一部と、電界平坦化材料の層の一部とを取り囲む。
【００４２】
外側半導電性スクリーンは、電力ケーブルの外側半導電層に物理的に接触し、電界平坦化材料の層に物理的に接触する。
【００４３】
電界平坦化材料は、当該技術分野においてよく知られた方法で、電力ケーブル付属品（たとえば、接続部や終端部）、または電力ケーブルに適用することができる。
【００４４】
換言すれば、本発明の他の目的は、本発明において規定された電界平坦化材料を備えた、電力ケーブル付属品及び／または電力ケーブルである。
【００４５】
そのような電力ケーブル付属品及び／または電力ケーブルにおいて、動作温度において、電荷の蓄積による電界の増加を避けることによって電界を容易に制御することができる。
【００４６】
さらに、上記の電力ケーブル付属品及び／または電力ケーブルにおいて、時間に対する熱的安定性、特に、時間に対する非線形性の熱的な安定性が、特に高温（たとえば、９０℃以上）において改善される。
【００４７】
第１の変形例において、電界平坦化材料は、電力ケーブル付属品内で成形することができる。その後、このようにして得られた電力ケーブル付属品は、電力ケーブルに取り付けられる。
【００４８】
第２の変形例において、電界平坦化材料は、それぞれ熱的に、または機械的に、押出成形し、または伸長させ、それぞれ、熱収縮または弾性低温収縮によって、電力ケーブルに取り付けることができる。その後、電力ケーブル付属品が、このようにして得られた電力ケーブルに取り付けられる。
【００４９】
本発明は、以下に与えられる詳細な説明、及び、説明のためのみに与えられ、したがって、本発明を限定するものではない添付の図面からより完全に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】終端部を含む、本発明による電界平坦化材料用素子の縦方向断面図を表す。
【図２】接続部を含む、本発明による電界平坦化材料用素子の縦方向断面図を表す。
【発明を実施するための形態】
【００５１】
わかりやすくするために、同じ素子は、同一の符号で示す。同様に、発明の理解に必須の素子のみが図示され、スケールはまとめられていない。
【００５２】
図１は、終端部３０内に位置する電力ケーブル２０ａの一方の端部２１ａを含む、電界を平坦化するための素子１０１を表す。終端部３０は、電力ケーブル２０ａを取り囲んでいる。
【００５３】
電力ケーブル２０ａは、内側半導電層（an inner semi-conducting layer）１０ａ、絶縁層１１ａ、及び外側半導電層（an outer semi-conducting layer）１２ａに順次取り囲まれた中心電気導体９ａを備える。
【００５４】
電力ケーブル２０ａの一方の端部２１ａにおいて、本発明による電界平坦化材料は、層１ａとして、電力ケーブルの外側半導電層１２ａの一部と置き換わり、その結果、層１ａが外側半導電層から上記端部２１ａまでの延長部分において長手方向に伸長している。
【００５５】
したがって、上記層１ａは、電力ケーブルの絶縁層１１ａを取り囲み、絶縁層１１ａと物理的に接触している。
【００５６】
さらに、電界平坦化材料からなる層１ａは、導電性接続１３によって中心電気導体９ａに電気的に接続されている。
【００５７】
終端部３０は、ストレスコーン本体３１、及びデフレクタ３２を含む。
【００５８】
ストレスコーン本体３１は、電界平坦化材料からなる層１ａの一部を取り囲む。ストレスコーン本体３１は、電気絶縁体である。デフレクタ３２は、外側半導電層１２ａの一部、及び電界平坦化材料からなる層１ａの一部を取り囲む半導電性の円錐である。デフレクタ３２は、電力ケーブルの外側半導電層１２ａと物理的に接触し、電界平坦化材料からなる層１ａと物理的に接触している。したがって、少なくとも終端部３０の内側において、電界平坦化材料１ａは、絶縁層１１ａを半導電性素子（the semi-conductive element）３２から分離している。
【００５９】
図２は、接続部４０に配置された、第１の電力ケーブル２０ｂの一方の端部２１ｂと第２の電力ケーブル２０ｃの一方の端部２１ｃを含む、電界を平坦化するための素子１０２を表す。接続部４０は、電力ケーブル２０ｂ及び２０ｃを取り囲む。
【００６０】
両方の電力ケーブル２０ｂ及び２０ｃは、それぞれ、内側半導電層１０ｂ、１０ｃ、絶縁層１１ｂ、１１ｃ、及び外側半導電層１２ｂ、１２ｃに順次取り囲まれた中心電気導体９ｂ、９ｃを備える。
【００６１】
それぞれの電力ケーブル２０ｂ、２０ｃの一方の端部２１ｂ、２１ｃにおいて、本発明による電界平坦化材料は、層１ｂ、１ｃとして、外側半導電層１２ｂ、１２ｃの一部と置き換わり、その結果、層１ｂが外側半導電層１２ｂから電力ケーブル２０ｂの端部２１ｂまでの延長部分において長手方向に伸長し、層１ｃが外側半導電層１２ｃから電力ケーブル２０ｃの端部２１ｃまでの延長部分において長手方向に伸長している。
【００６２】
したがって、層１ｂ、１ｃは、電力ケーブル２０ｂ、２０ｃの絶縁層１１ｂ、１１ｃを取り囲み、物理的に接触している。
【００６３】
接続部１０２は、
プレモールド型の接続部の絶縁体４１と、
外側半導電性スクリーン４２と、
接続部１０２において、電力ケーブル２０ｂ及び電力ケーブル２０ｃをともに電気的に接続するように、導電性スクリーン４４によって取り囲まれたコネクタ４３と、を含む。
【００６４】
絶縁体４１は、電界平坦化材料の全ての層１ｂ及び層１ｃを取り囲み、プレモールド型の接続部は、電気絶縁接続部である。
【００６５】
導電性外側スクリーン４２は、電力ケーブル２０ｂ、２０ｃの外側半導電層１２ｂ及び１２ｃの一部と、電界平坦化材料の層１ｂ、１ｃの一部とを取り囲む。導電性外側スクリーン４２は、電力ケーブルの外側半導電層１２ｂ、１２ｃに物理的に接触し、電界平坦化材料の層１ｂ、１ｃに物理的に接触する。したがって、少なくとも、接続部４０の内側において、電界平坦化材料１ｂは、絶縁層１１ｂを半導電性素子４２から分離し、電界平坦化材料１ｃは、絶縁層１１ｃを半導電性素子４２から分離する。
【００６６】
コネクタ４３は、電力ケーブル２０ｂの中心電気導体９ｂを電力ケーブル２０ｃの中心電気導体９ｃと電気的に接続することができるようにする。
【００６７】
さらに、電界平坦化材料の層１ｂ及び１ｃは、導電性スクリーン４４によって取り囲まれたコネクタ４３を介して、中心電気導体９ｃ及び９へ電気的に接続される。
【００６８】
本発明によれば、たとえば、図１及び２で使用される電界平坦化材料の層１ａ、１ｂ及び１ｃは、Emeraldine Base（非ドープ・ポリアニリン、undoped polyaniline）という参照名でEeonyx Corporationによって商品化されている、非ドープ・エメラルジン型のポリアニリンを重量で４０％含み、Keltan 2340A という参照名で、LANXESS によって商品化されている、EPDM ゴム（ポリマーのマトリクス、polymetric matrix）を重量で６０％含む、押出成形された層である。
【図１】
2018010874.tif 000003
【図２】
2018010874.tif 000004