(57)【要約】【課題】ヒートサイクル試験の冷却期間中における直流破壊電圧を低下させることなく直流油浸電力ケーブルの製造所要時間を短縮する。【解決手段】ケーブル１は、導体側２と外部遮蔽層４側にクラフト紙テープを巻き回してクラフト紙層６、８を形成し、その間にプラスチックラミネート紙テープを巻き回してプラスチックラミネート紙層７を形成し、これらの層６、７、８に高粘度絶縁油を含浸してなる絶縁層３を有する。内側クラフト紙層６の厚さを、油浸絶縁層３を構成する全紙層の厚さの１／３〜２／３としたことにより、ヒートサイクル試験の冷却期間中における直流破壊電圧を低下させることなくケーブル１の製造所要時間を短縮することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導体側又は導体側と外部遮蔽層側の両方にクラフト紙を巻き回してクラフト紙層を形成し、残りの部分にプラスチックラミネート紙を巻き回してプラスチックラミネート紙層を形成し、これらの層に高粘度絶縁油を含浸してなる油浸絶縁層を有する非加圧タイプの直流油浸電力ケーブルであって、
前記導体側のクラフト紙層の厚さが、前記油浸絶縁層を構成する全紙層の厚さの１／３〜２／３であることを特徴とする、直流油浸電力ケーブル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、主に長尺海底電力ケーブル等に好適に用いられ、高粘度の絶縁油を含浸した非加圧タイプの直流油浸電力ケーブルに関する。
【背景技術】
【０００２】
直流電力ケーブルとしては、近年一部にポリマー絶縁ケーブルも使用されつつあるが、直流高電界での空間電荷形成の問題から、３００ｋＶ〜５００ｋＶクラスの超高圧直流送電ケーブルには油浸絶縁ケーブルが用いられている。また、直流送電ケーブルは、長尺の海底ケーブルに適用されることが多い。このため超高圧直流送電用の長尺海底ケーブルとしては、条長が極めて長くなることから、低粘度の絶縁油を含浸した油加圧タイプの油浸絶縁ケーブルでは油圧の伝播に限度があるため、高粘度の絶縁油を含浸した無油加圧タイプの油浸絶縁ケーブル、いわゆるＭＩＮＤ（Ｍａｓｓ Ｉｍｐｒｅｇｎａｔｅｄ Ｎｏｎ Ｄｒａｉｎｉｎｇ）ケーブルが用いられることになる。
【０００３】
一方、油浸絶縁ケーブルの直流絶縁特性を向上させるために、絶縁紙としてポリプロピレンなどの無極性プラスチックフィルムの両面にクラフト紙を貼り合せたプラスチックラミネート紙テープを導体の周囲に巻き回して絶縁層を形成することが使われている。これは直流では電圧は抵抗で分担されることになり、プラスチックラミネート紙ではプラスチックフィルム層の絶縁抵抗がクラフト紙層の絶縁抵抗よりかなり大きいために、絶縁破壊の弱点となる油隙（オイルギャップ）と接するクラフト紙層の分担電圧が低減されるためである。
【０００４】
さらに、プラスチックラミネート紙を絶縁層に有する直流油浸電力ケーブルの構造として、導体側または外部遮蔽層側もしくはその両方にクラフト紙テープを巻き回し、残りの部分にプラスチックラミネート紙テープを巻き回した構造が知られている（特許文献１）。この構造によれば、直流電圧及びインパルス電圧に対する耐電圧特性を更に改善することができる。導体及び外部遮蔽層は絶縁破壊発生時に電極に相当することになるが、導体または外部遮蔽層側の部位にプラスチックラミネート紙より絶縁抵抗が小さく誘電率の大きいクラフト紙を配置することにより電界が緩和されるためである。すなわち、クラフト紙の絶縁抵抗が小さいことにより直流電圧を緩和する効果が得られ、クラフト紙の誘電率が大きいことによりインパルス電圧に対しては電界を緩和する効果が得られる。
【０００５】
高粘度絶縁油を含浸した非加圧タイプの直流油浸電力ケーブルでは、運転電圧のレベルが３００〜５００ｋＶの超高圧のものになると、実線路への適用に先立って行われるヒートサイクル試験における冷却期間中に絶縁破壊を起こすことがある（非特許文献１）。この種の直流油浸電力ケーブルでは、高粘度絶縁油を非加圧で絶縁層に注入し含浸させているため、運転電圧の１．５倍から２倍の電圧を印加して行われるヒートサイクル試験における冷却期間中に絶縁油の収縮により絶縁層に空隙が発生することに加え、冷却期間中この空隙が負圧ボイドとなるため部分放電が発生しやすく、この部分放電が起点となって紙間に沿う方向（ケーブルの長手方向）に耐破壊電圧を超える高電圧が発生するためである。
【０００６】
プラスチックラミネート紙を絶縁層に用いることによって、直流電圧及びインパルス電圧に対する絶縁破壊特性の改善に加え、ヒートサイクル試験における冷却期間中における絶縁破壊現象の発生も抑えることができる。ところが、プラスチックラミネート紙を絶縁層に有する直流油浸電力ケーブルは、運転電圧が大きくなるに従って厚い絶縁層が必要となるため製造に要する時間が長時間化するという問題がある。この問題は、特に運転電圧が３００ｋＶ以上となる超高圧の直流油浸電力ケーブルにおいて顕著となる。その理由は以下のとおりである。
【０００７】
直流油浸電力ケーブルの絶縁層は、導体に紙テープを巻き回した後、水分除去を目的とした真空加熱乾燥工程、高粘度絶縁油を注油し含浸させる注油含浸工程、加圧しつつ常温まで冷却する加圧冷却工程を経て形成される。プラスチックラミネート紙を使用した絶縁層は、流体に対して貫通方向（ケーブルの径方向）の流動性がなく、テープ間に沿う流れのみしか許容しないため、クラフト紙を使用したものよりも流動抵抗が大きい。このため真空加熱乾燥工程における乾燥空気の気流抵抗が大きくなり、乾燥に長時間要することになる。また、注油含浸工程においても同様に絶縁油の流動抵抗が大きくなるため、注油含浸に長時間要することになる。
【０００８】
プラスチックラミネート紙のクラフト紙層の乾燥温度は通常１２０℃であり、真空加熱乾燥後にこの高温状態で引き続き注油を行うことが効率的である。プラスチックラミネート紙のプラスチック層として、最も代表的には、無極性で電気特性に優れるポリプロピレン等の結晶性炭化水素系ポリマーが用いられる。電力ケーブルにおいて使用される絶縁油もやはり多くの場合炭化水素系の絶縁油であるため、結晶性炭化水素系ポリマーとの親和性が良く、特に高温では絶縁油によるプラスチック層の膨潤により紙厚が増加するため、絶縁油に対する流動抵抗が増大する。また、注油含浸工程に引き続き加圧冷却工程が実施されるが、この工程は冷却中の絶縁層の絶縁油の収縮によるボイド発生を避けるために外部から加圧しつつ且つ油分を補充しつつ行われる。温度が低くなると絶縁油の粘度が増大することに加え、プラスチック層の膨潤により流動抵抗が増大しているため、加圧冷却工程には、真空加熱乾燥工程及び注油含浸工程を遙かに上回る時間を必要とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１０−２１７６２号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】2000年 CIGRE paper Ref.No.21-302,21-303
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１記載の直流油浸電力ケーブルにおいては、プラスチックラミネート紙とクラフト紙を併用して絶縁層を形成しているため、プラスチックラミネート紙のみを用いた場合と比較して、クラフト紙の分だけ、真空加熱乾燥工程、注油含浸工程及び加圧冷却工程における流動抵抗の低減が期待できる。しかし、クラフト紙からなる部分の厚さは０．３ｍｍ〜５ｍｍであり絶縁層全体の厚さに占める割合が小さいため、流動抵抗を低減できる効果は極めて限定的であり、したがってケーブルの製造所要時間を短縮できる幅も僅かである。
また、特許文献１においてクラフト紙からなる部分の厚さを０．３ｍｍ〜５ｍｍの範囲に規定している理由は、この範囲においてインパルス電圧に対する初期破壊電圧特性の改善効果が期待できるからである。しかし、直流油浸電力ケーブルの性能を評価する上では、インパルス電圧に対する初期破壊電圧特性の改善にもまして、ヒートサイクル試験の冷却期間中における絶縁破壊現象の発生を防止することが重要である。この種のケーブルに要求される直流破壊電圧は運転電圧の１．８倍程度であるので、運転電圧が３００〜５００ｋＶのケーブルにおいては９００ｋＶ以上もの直流破壊電圧が要求される。
【００１２】
本発明が解決しようとする課題は、油浸絶縁層にプラスチックラミネート紙層を有することにより直流電圧及びインパルス電圧に対する絶縁破壊特性を改善し、且つヒートサイクル試験の冷却期間中における直流破壊電圧を低下させることなくその製造所要時間を短縮できる直流油浸電力ケーブルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明の直流油浸電力ケーブルは、導体側又は導体側と外部遮蔽層側の両方にクラフト紙を巻き回してクラフト紙層を形成し、残りの部分にプラスチックラミネート紙を巻き回してプラスチックラミネート紙層を形成し、これらの層に高粘度絶縁油を含浸してなる油浸絶縁層を有する非加圧タイプの直流油浸電力ケーブルであって、前記導体側に形成されているクラフト紙層の厚さが、前記油浸絶縁層を構成する全紙層の厚さの１／３〜２／３であることを特徴としている。ここで、「クラフト紙層の厚さ」、「全紙層の厚さ」は共に注油含浸工程を実施する前の厚さである。
【００１４】
ヒートサイクル試験の冷却期間中には絶縁油の収縮により発生する脱油ボイドが絶縁破壊の起点となるが、この起点は導体からの厚さが油浸絶縁層を構成する全紙層の厚さの１／３より内側の部分に発生する傾向があるため、導体側に形成されるクラフト紙層の厚さを油浸絶縁層を構成する全紙層の厚さの少なくとも１／３に選定して、導体からの厚さが油浸絶縁層を構成する全紙層の厚さの１／３より内側の部分をプラスチックラミネート紙よりも体積抵抗率の小さいクラフト紙で構成することにより、クラフト紙の直流分担電圧を低下させて絶縁破壊の起点になり難くすることができる。クラフト紙層の厚さを厚くするほど、真空加熱乾燥工程、注油含浸工程及び冷却工程における絶縁層の流動抵抗を低減する効果は大きくなるが、導体側に形成されるクラフト紙層の厚さが全紙層の厚さの２／３を上回ると、プラスチックラミネート紙層の直流分担電圧が過大になるため、プラスチックラミネート紙層側が絶縁破壊の起点となり、絶縁破壊現象の発生防止効果が失われる。
【００１５】
本発明の直流油浸電力ケーブルにおいて、前記導体側に巻き回すクラフト紙の厚さは４０〜１００μｍ、密度は０．９〜１．１ｇ／ｃｍ３であることが望ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の直流油浸電力ケーブは、導体とプラスチックラミネート紙層との間に配置されるクラフト紙層の厚さを、油浸絶縁層を構成する全紙層の厚さの１／３〜２／３としたことにより、ヒートサイクル試験の冷却期間中における直流破壊電圧を低下させることなく製造所要時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る直流油浸電力ケーブルの構造を例示する概略断面図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１に例示する直流油浸電力ケーブル１は、導体２の外側に絶縁層３を介して外部遮蔽層４を設け、外部遮蔽層４の外側にシース５を被せて構成されている。
【００１９】
絶縁層３は、導体２側から順に内部クラフト紙層６、プラスチックラミネート紙層７、外部クラフト紙層８を積層し、これに高粘度の絶縁油を含浸してなる。高粘度の絶縁油としては、温度６０℃での動粘度が５００センチストークス以上の例えばナフテン系鉱油、ポリブテン油などが使われる。
【００２０】
導体２の直上には導体遮蔽のカーボン紙があり、その外側にクラフト紙テープを巻き回して内部クラフト紙層６が形成されている。内部クラフト紙層６の厚さ（油浸前の厚さ）は、油浸絶縁層を構成する全紙層の厚さ（油浸前の厚さ）の１／３〜２／３に選定されている。
【００２１】
プラスチックラミネート紙層７は、内部クラフト紙層６の外側にプラスチックラミネート紙テープを巻き回してなる。プラスチックラミネート紙テープは、プラスチックフィルムの両面にクラフト紙を貼り合せたもので、押出成形直後の溶融状態のプラスチックフィルムにクラフト紙を加圧してラミネートすることによって製造されたものである。プラスチックラミネート紙層７に高粘度の絶縁油を含浸することにより、この層７がケーブル１の主たる絶縁体として機能する。
【００２２】
外部クラフト紙層８は、プラスチックラミネート紙層７の外側に内部クラフト紙層６と同様のクラフト紙テープを巻き回してなる。
【００２３】
外部遮蔽層４は、カーボン紙、金属化紙などの導電性の材料からなるテープを外部クラフト紙層８の外側に巻回してなる厚さ０．５〜２ｍｍ程度の層である。
外部遮蔽層４上の５は、鉛被、ポリエチレンなどを用いた防食層および鉄線鎧層が施される。
【００２４】
この直流油浸電力ケーブル１は、導体２と外部遮蔽層４との間に、内部クラフト紙層６、プラスチックラミネート紙層７、外部クラフト紙層８を積層し、これらの紙層６、７及び８に高粘度の絶縁油を含浸してなる絶縁層３が設けられているので、導体２側および外部遮蔽層４側での電界が緩和され、インパルス破壊特性の低下が少ないものとなる。また、クラフト紙の材料特性により、インパルス極性効果も小さいものとなる。
【００２５】
そして、この直流油浸電力ケーブル１は、内部クラフト紙層６の厚さを、油浸絶縁層３を構成する全紙層の厚さの１／３〜２／３としたことにより、ヒートサイクル試験の冷却期間中における絶縁破壊現象の発生を防止することができる。
【００２６】
内部クラフト紙層６に使用するクラフト紙テープは、テープ間面圧を小さくする上で厚さが４０〜１００μｍ、密度が０．９〜１．１ｇ／ｃｍ3の高密度薄紙であることが望ましい。
また、プラスチックラミネート紙テープのプラスチックフィルムとしては、ポリプロピレン、ポリ−４−メチルペンテン−１、ポリブテン−１、ポリエチレンなどの無極性ポリオレフィンやテトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロポリプロピレン共重合体、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体などのフッ素樹脂からなるものが用いられる。これらのなかでもポリプロピレンホモポリマーからなるものが好ましい。
また、プラスチックラミネート紙テープとして、ポリプロピレンラミネート紙（ＰＰＬＰ）テープを用いた場合、ポリプロピレンの分率が重量比で３０〜６０％程度で、厚さが１００〜２００μｍであることが好ましい。
【実施例】
【００２７】
以下、具体例を示して作用、効果を明確にする。
断面積が１４００ｍｍ2、導体占有率が９５％以上のセグメンタル導体２に、導体遮蔽のカーボン紙、厚さ７０μｍ、密度１．０ｇ／ｃｍ3のクラフト紙テープを巻き回して所定の厚さの内部クラフト紙層６を形成し、その外側に厚さ１２５μｍ、ポリプロピレンの分率４０％のＰＰＬＰテープを巻き回して所定の厚さのプラスチックラミネート紙層７を形成し、更にその外側に厚さ１００μｍ、密度１．０ｇ／ｃｍ3のクラフト紙テープを巻き回して厚さ２ｍｍの外部クラフト紙層８を形成し、その外側にカーボン紙／金属化紙テープを巻き回して外部遮蔽層４を形成した後、１２０℃の温度で真空加熱乾燥処理した後、これらの紙層６〜８に高粘度絶縁油として温度６０℃での動粘度が５００センチストークス以上のナフテン系鉱油を含浸して油浸絶縁層３を形成した。外部遮蔽層４のシース５を設けて直流油浸電力ケーブル１を得た。
【００２８】
内部クラフト紙層６の厚さが２ｍｍ、５ｍｍ、６．７ｍｍ、１３．３ｍｍ、１５ｍｍとそれぞれ異なる５種類の直流油浸電力ケーブル１を製造し、それぞれのケーブルにつき製造所要時間を計測した。ここで、ケーブルを製造する過程で実施される真空加熱工程、注油含浸工程、及び加熱冷却工程の所要時間を各々、内部クラフト紙層６の水分が０．１５％以下となるまでの時間、注油含浸中のケーブルコアの静電容量が飽和するまでの時間、及び加圧冷却中の一定温度での静電容量変化が認められなくなるまでの時間と定義し、これらを合計した時間の値を製造所要時間とした。
これらの製造条件で製造した全長４０ｍの各ケーブルについて、ヒートサイクル試験の冷却期間中に直流破壊試験を行った。直流破壊試験は、導体温度が８０℃になるように所定時間通電する加熱処理と所定時間非通電にする冷却処理とを繰り返すヒートサイクル（８時間通電、１６時間非通電）下で冷却中の破壊電圧を測定する方法により実施した。試験結果は表１のとおりであった。なお、各製造条件における製造所要時間は、油浸絶縁層３の紙層にクラフト紙のみを用いた全長４０ｍのケーブルの平均的な製造所要時間（３５日）を１．０とした相対値で示してある。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
表１に示す試験結果によれば、比較例１では、ヒートサイクル試験の冷却期間中における破壊特性は優れるものの内部クラフト紙層６の厚さが全紙層の厚さの１／３に満たないため、製造所要時間をそれぞれ基準値（１．０）の３倍要している。一方、実施例１及び実施例２では、内部クラフト紙層６の厚さを全紙層の厚さの１／３〜３／２としたことにより、比較例１と比較して製造所要時間をおよそ１／２に短縮することができ、直流破壊電圧も十分な値であった。これに対し、比較例２では、内部クラフト紙層６の厚さが全紙層の厚さの２／３を超えているため、直流破壊電圧が実用レベルに満たない値となった。
【００３１】
以上の結果より、導体２とプラスチックラミネート紙層７との間に配置される内側クラフト紙層６の厚さを、油浸絶縁層３を構成する全紙層の厚さの１／３〜２／３とすることにより、ヒートサイクル試験の冷却期間中における直流破壊電圧を低下させることなく直流油浸電力ケーブル１の製造所要時間を短縮できることが確認された。
【符号の説明】
【００３２】
１  直流油浸電力ケーブル
２  導体
３  絶縁層
４  外部遮蔽層
５  シース
６  内部クラフト紙層
７  プラスチックラミネート紙層
８  外部クラフト紙層
【図１】
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