(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導体の外周に、クラフト紙と樹脂とが積層一体化された複合紙を巻回して形成され、絶縁油が含浸された絶縁層を備えるソリッドケーブルの製造管理方法であって、
前記ソリッドケーブルに使用する前記複合紙と前記絶縁油とを用いて、
前記複合紙を複数積層した試料を作製する準備工程と、
前記試料に所定の初期面圧を加えた状態で前記試料の厚さを固定する初期面圧付加工程と、
前記初期面圧を加えた状態の前記試料を真空乾燥する乾燥工程と、
乾燥後、前記絶縁油を所定の温度に加熱した状態で前記試料に含浸する油含浸工程と、
含浸後、前記試料を冷却する冷却工程と、を備え、
前記初期面圧付加工程では、前記試料の下側に位置する下側フランジと前記試料の上側に位置する上側フランジとの間に前記試料を挟み、前記下側フランジが上面に設けられたベローズ内にガスを導入して前記下側フランジを押し上げることにより前記試料に前記初期面圧を加え、その状態で下側フランジを固定することで前記下側フランジと前記上側フランジとの間隔を一定に保持して前記試料の厚さを固定し、
前記複合紙又は前記絶縁油の製造ロットごとに、前記乾燥工程から前記冷却工程までの間の前記試料の面圧の変化を測定し、その面圧変化に基づいて、前記ソリッドケーブルの製造条件を設定するソリッドケーブルの製造管理方法。
【請求項２】
前記複合紙の巻回張力、前記絶縁層の乾燥温度、及び前記絶縁油の含浸温度のうち少なくとも１つの製造条件を対象とする請求項１に記載のソリッドケーブルの製造管理方法。
【請求項３】
前記複合紙が、クラフト紙とポリプロピレンとが積層一体化されたラミネート紙である請求項１又は請求項２に記載のソリッドケーブルの製造管理方法。
【請求項４】
前記絶縁油が、鉱油及び合成油の少なくとも１種を含む請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のソリッドケーブルの製造管理方法。
【請求項５】
クラフト紙と樹脂とが積層一体化された複合紙を複数積層した試料が載置され、絶縁油が充填される油槽と、
前記油槽に前記絶縁油を供給する油供給機構と、
前記油槽に収納された前記試料に面圧を付加する加圧機構と、
前記試料に面圧を付加したときの前記試料の厚さを固定する固定機構と、
前記加圧機構に設けられ、前記試料の面圧を測定する面圧測定器と、
前記試料の雰囲気の真空度及び温度を制御する真空恒温槽と、
前記真空恒温槽内に備え付けられた支持部と、を備え、
前記加圧機構は、前記油槽が載置され、前記試料の下側に位置する下側フランジと、前記試料の上側に位置して、前記下側フランジとの間で前記試料を挟む上側フランジと、
前記下側フランジと前記支持部との間に介在され、上下方向に伸縮するベローズと、前記ベローズ内にガスを導入するガス配管と、を有し、
前記固定機構は、前記下側フランジの上下方向の位置を固定することにより、前記下側フランジと前記上側フランジとの間隔を一定に保持して前記試料の厚さを固定する請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のソリッドケーブルの製造管理方法に利用される試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導体の外周に、複合紙（半合成絶縁紙）を巻回して形成され、絶縁油が含浸された絶縁層を備えるソリッドケーブルの製造管理方法、及びソリッドケーブルの製造管理方法に利用される試験装置に関する。特に、長距離で大容量の海底電力線路に利用されるソリッドケーブルに好適なソリッドケーブルの製造管理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
長距離大容量の直流電力ケーブルとして、導体の外周に、絶縁紙を巻回して形成され、絶縁油が含浸された絶縁層を備えるソリッドケーブル（ＭＩ（Ｍａｓｓ  Ｉｍｐｒｅｇｎａｔｅｄ）ケーブルとも呼ばれる）が知られている。ソリッドケーブルは、代表的には、次のようにして製造される。導体の外周に内部半導電層を形成しておき、その外周に絶縁紙を巻回して絶縁層を形成し、更にその外周に外部半導電層を形成して、ケーブルコアを作製する。このケーブルコアをタンク内に巻き取って、絶縁層（絶縁紙）の水分や空気などを除去するために真空中で加熱乾燥する。乾燥後、タンク内に絶縁油を充填し、所定の温度に加熱した絶縁油を絶縁層に加圧含浸する。油含浸後、冷却して、ケーブルコアを取り出す。最後に、ケーブルコアの外周に金属シース、防食層、鉄線鎧装などを順に形成する。つまり、ソリッドケーブルの製造工程において、乾燥工程、油含浸工程、冷却工程を経て絶縁層が形成される。
【０００３】
絶縁紙には、従来、クラフト紙が利用されている。近年、絶縁紙として、クラフト紙と樹脂（例、ポリプロピレン（ＰＰ））とをラミネートした複合紙（半合成絶縁紙）、例えばＰＰＬＰ（住友電気工業株式会社の登録商標）を利用することが提案されている（特許文献１、２参照）。クラフト紙に替えて絶縁紙に複合紙を適用することで、ＤＣストレスの殆どを電気抵抗率の高い樹脂が分担するため、電気絶縁性能が向上すると共に、樹脂によって絶縁油の移動を抑制して脱油の影響を低減できるため、高温での運用が可能である。そのため、複合紙ソリッドケーブルは、従来のクラフト紙ソリッドケーブルに比較して、送電容量の向上を図ることができる。絶縁油には、比較的粘度の高い絶縁油が利用され、絶縁油は、ソリッドケーブル製造時の油含浸工程において、所定の温度で含浸でき、運転時の使用温度域では、脱油を抑制するために所定の粘度となるように調整されている。絶縁油の代表例としては、高粘度のナフテン系油（例、Ｔ−２０１５（Ｈ＆Ｒ社の商品名））が挙げられる。
【０００４】
クラフト紙の場合、絶縁油の含浸による膨潤は生じないので、絶縁油の粘度さえ仕様の範囲内にあればよい。一方、複合紙の場合、絶縁油の含浸により樹脂が膨潤するため、複合紙の膨潤特性がソリッドケーブルの性能に影響を及ぼすことがある。特許文献１には、複合紙ソリッドケーブルの製造にあたり、使用する複合紙について、絶縁油の含浸前後における膨潤状態を確認し、複合紙の膨潤特性（膨潤指標）のばらつきが所定の範囲内に管理された複合紙を使用することが記載されている。特許文献２には、複合紙を巻回した紙巻試験部材を作製し、この紙巻試験部材に所定の含浸条件（含浸温度など）で絶縁油を含浸させて、複合紙における絶縁油の含浸長さを測定することが記載されている。そして、特許文献２では、複合紙と絶縁油との種々の組み合わせについて、紙巻試験部材を用いて絶縁油の含浸特性（含浸の可否や含浸長さなど）を評価しておき、その評価結果（例、含浸条件と含浸長さの相関データ）を複合紙ソリッドケーブルの製造や品質管理に用いることを提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−９８１３６号公報
【特許文献２】特開２０１３−２１８７９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
複合紙ソリッドケーブルは、全長に亘って電気的特性や機械的特性が均一的であることが望まれる。そのためには、絶縁層において、その全長に亘って複合紙に所定の面圧を確保することが求められる。
【０００７】
絶縁層における複合紙の面圧は、使用する複合紙や絶縁油の材料特性だけでなく、絶縁層を形成する際の複合紙の巻回張力や絶縁油の含浸温度といった製造条件など、様々な要因が複合的に影響し、使用材料や製造条件によって変動する。したがって、複合紙ソリッドケーブルの製造にあたり、使用材料や製造条件を勘案した上で、油含浸後における絶縁層（複合紙）の面圧を確認し、その面圧に基づいて、製造条件を設定したり、使用材料の品質管理を行うことが望まれる。
【０００８】
そこで、本発明の目的の一つは、長距離で大容量の海底電力線路に利用されるソリッドケーブルに好適なソリッドケーブルの製造管理方法を提供することにある。本発明の他の目的は、上記ソリッドケーブルの製造管理方法に利用される試験装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様に係るソリッドケーブルの製造管理方法は、導体の外周に、クラフト紙と樹脂とが積層一体化された複合紙を巻回して形成され、絶縁油が含浸された絶縁層を備えるソリッドケーブルの製造管理方法であって、前記ソリッドケーブルに使用する前記複合紙と前記絶縁油とを用いて、前記複合紙を乾燥および前記複合紙に前記絶縁油を含浸させたときの前記複合紙の面圧の変化を測定し、その面圧変化に基づいて、前記ソリッドケーブルの製造及び品質管理の少なくとも１つを行う。
【００１０】
本発明の一態様に係るソリッドケーブルの製造管理方法に利用される試験装置は、クラフト紙と樹脂とが積層一体化された複合紙を複数積層した試料が載置され、前記絶縁油が充填される油槽と、前記油槽に絶縁油を供給する油供給機構と、前記油槽に収納された前記試料に面圧を付加する加圧機構と、前記試料に面圧を付加したときの前記試料の厚さを固定する固定機構と、前記加圧機構に設けられ、前記試料の面圧を測定する面圧測定器と、前記試料の雰囲気の真空度及び温度を制御する真空恒温槽と、を備え、上記本発明の一態様に係るソリッドケーブルの製造管理方法に利用されるものである。
【発明の効果】
【００１１】
上記ソリッドケーブルの製造管理方法は、長距離で大容量の海底電力線路に利用される複合紙ソリッドケーブルの製造及び品質管理に好適に利用できる。上記試験装置は、上記ソリッドケーブルの製造管理方法に好適に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】ソリッドケーブルの一例を示す概略断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係るソリッドケーブルの製造管理方法に利用される試験装置の一例を説明する構成図である。
【図３】乾燥工程→油含浸工程→冷却工程の過程における面圧の変化の一例を模式的に示す図である。
【図４】乾燥工程→油含浸工程→冷却工程の過程における面圧の変化の別の一例を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
［本発明の実施形態の説明］
複合紙ソリッドケーブルの製造工程において、絶縁層の形成は、設定された巻回張力で複合紙を巻回して行われ、絶縁層を構成する複合紙には、厚さ方向（径方向）に初期面圧が加えられる。巻回後、絶縁層を加熱乾燥すると、加熱に伴う温度上昇による複合紙中の樹脂部分の膨張、乾燥に伴う水分除去による複合紙中のクラフト紙部分の厚さ変化が生じる。また、乾燥後、絶縁層に絶縁油を含浸すると、複合紙中の樹脂部分が膨潤し、油含浸後の冷却時には樹脂部分が収縮する。このような複合紙の厚さ変化によって絶縁層における複合紙間の面圧が変化し、特に複合紙の膨潤量が小さい場合は、油含浸後の絶縁層における面圧が小さく、膨潤量が大きい場合は、面圧が大きくなる。そして、油含浸後の絶縁層において、面圧が過度に小さいと、複合紙間に隙間が生じ、絶縁油の移動による脱油が発生し易くなるため、電気絶縁性能が低下する。一方、絶縁層の面圧が過度に大きいと、複合紙間に隙間が生じ難く、脱油の発生を抑制できるが、複合紙中のクラフト紙部分が過度に圧縮されるため、曲げなどの機械的特性が低下する。したがって、ソリッドケーブルにおいて、電気的特性や機械的特性を確保するためには、例えば絶縁層を形成する際の複合紙の巻回張力を調整するなど、油含浸後の絶縁層における複合紙に適切な面圧が加えられる必要ある。
【００１４】
長距離（例えば１００ｋｍ以上）の複合紙ソリッドケーブルを製造する場合、複合紙や絶縁油などの構成材料が大量に必要であり、長期に亘って製造された異なる製造ロットのものを使用することになる。その場合、製造ロットごとに、複合紙や絶縁油の特性が異なることがある。例えば、複合紙の場合、絶縁油を含浸させたときの膨潤量がばらつくことがある。ＭＩケーブルに用いられる絶縁油は、所定の粘度が規定され、その粘度を調整する方法の一つとして、異なる粘度の絶縁油を混合し、その混合比率を調整することが挙げられる。一般に、粘度の異なる絶縁油は分子量分布が異なり、その混合比率を変えて粘度を調整した絶縁油の分子量分布を管理することは考慮されていないと考えられる。これは、従来のクラフト紙ＭＩケーブルでは、絶縁油の含浸によるクラフト紙の膨潤が生じず、絶縁油の分子量分布が性能に影響することがほぼないことによるものである。これに対し、複合紙ＭＩケーブルでは、絶縁油の分子量分布が複合紙の膨潤特性に影響することがある。即ち、複合紙に分子量分布の異なる絶縁油を含浸すると膨潤量も異なり得る。また、絶縁油の粘度に応じて、含浸温度などの含浸条件を変えた場合は、その条件によっても膨潤量が変わる。したがって、長距離の複合紙ソリッドケーブルを製造する場合、同一の製造条件で製造したとしても、複合紙の膨潤量のばらつきによって絶縁層（複合紙）の面圧が変動し、絶縁層の全長に亘って複合紙の面圧が所定の範囲から外れることがある。
【００１５】
特許文献１、２では、複合紙の膨潤特性（膨潤量）を管理すること、複合紙に対する絶縁油の含浸特性（含浸長さ）を確認することを提案しているが、これら文献の技術では、油含浸後の絶縁層における複合紙の面圧を十分に評価するに至らず、製造条件の妥当性を十分確認することができない。
【００１６】
以上の事情から、本発明者らは、複合紙ソリッドケーブルの製造にあたり、使用する複合紙と絶縁油との組み合わせを用いて、乾燥および絶縁油の含浸前後における面圧の変化を確認することにより、上記課題を解決することを見出した。最初に本発明の実施態様を列記して説明する。
【００１７】
（１）本発明の一態様に係るソリッドケーブルの製造管理方法は、導体の外周に、クラフト紙と樹脂とが積層一体化された複合紙を巻回して形成され、絶縁油が含浸された絶縁層を備えるソリッドケーブルの製造管理方法であって、ソリッドケーブルに使用する複合紙と絶縁油とを用いて、複合紙を乾燥および複合紙に絶縁油を含浸させたときの複合紙の面圧の変化を測定し、その面圧変化に基づいて、ソリッドケーブルの製造及び品質管理の少なくとも１つを行う。
【００１８】
上記ソリッドケーブルの製造管理方法によれば、使用する複合紙と絶縁油とを用い、複合紙を乾燥および複合紙に絶縁油を含浸させて測定した面圧の変化を、ソリッドケーブルの製造、品質管理に利用する。具体的には、乾燥および絶縁油の含浸前後における複合紙の面圧の変化を確認することで、その面圧変化を判断基準として、ソリッドケーブルの製造にあたり、油含浸後の絶縁層における複合紙の面圧が所定の値となるように、複合紙の巻回張力、絶縁層の乾燥条件（例、乾燥温度や乾燥時間）、絶縁油の含浸条件（例、含浸温度や含浸時間）などの製造条件を設定できる。或いは、面圧変化を判断基準として、製造ロットごとに複合紙や絶縁油の特性を確認することにより、使用材料の品質管理を行える。更には、面圧変化を判断基準として、複合紙や絶縁油の特性の評価、複合紙や絶縁油の材質や仕様の選定にも利用できる。したがって、上記ソリッドケーブルの製造管理方法は、複合紙を乾燥および複合紙に絶縁油を含浸させたときの面圧の変化に基づいて、複合紙ソリッドケーブルの製造、品質管理を行うことで、製造不良の発生率を低減でき、信頼性を高められる。
【００１９】
（２）上記ソリッドケーブルの製造管理方法の一形態として、上記複合紙を複数積層した試料を作製する準備工程と、試料に所定の初期面圧を加えた状態で試料の厚さを固定する初期面圧付加工程と、初期面圧を加えた状態の試料を真空乾燥する乾燥工程と、乾燥後、絶縁油を所定の温度に加熱した状態で試料に含浸する油含浸工程と、含浸後、試料を冷却する冷却工程と、を備え、乾燥工程から冷却工程までの間の試料の面圧の変化を測定することが挙げられる。
【００２０】
上記初期面圧付加工程において、複合紙を複数積層した試料に初期面圧を加えた状態は、ソリッドケーブルの製造工程において、複合紙を巻回して絶縁層を形成したときの状態を模したものである。そして、上記乾燥工程、油含浸工程及び冷却工程は、上述したソリッドケーブルの製造工程における乾燥工程、油含浸工程及び冷却工程を模したものである。つまり、上記ソリッドケーブルの製造管理方法の一形態によれば、実際のソリッドケーブル（以下、「実ケーブル」ということがある）における絶縁層の形成過程で複合紙に加えられる製造履歴を試料（複合紙）に与えることによって、実際のケーブル絶縁層に即した面圧の変化を測定できる。ここで、実際のケーブル絶縁層は導体の外側に同心円筒状に巻回された積層構造であり、面圧の値は導体サイズや絶縁厚によって変わるため、複合紙を単に積層した試料とは必ずしも一致しない。しかしながら、上記ソリッドケーブルの製造管理方法によれば、導体サイズや絶縁厚の要素を排除した面圧の評価が可能であることから、実際のケーブル絶縁層の面圧を評価するリファレンス値として複合紙の面圧をより安定して正確に再現性よく測定でき、実ケーブルの製造条件の妥当性を評価できる。また、上記ソリッドケーブルの製造管理方法の一形態によれば、本製造管理方法での面圧測定値から実ケーブルの絶縁層の良否判断を行うことが可能となり、その結果、実ケーブルを試作しなくても、試料（複合紙）の面圧変化に基づいて、面圧の変化を含めた絶縁層の健全性を評価できる。
【００２１】
（３）上記ソリッドケーブルの製造管理方法の一形態として、上記面圧変化に基づいて、ソリッドケーブルに使用する上記複合紙の品質管理を行うことが挙げられる。
【００２２】
使用する複合紙の膨潤特性（膨潤量）によって、複合紙の面圧が変化することから、複合紙の面圧変化に基づいて複合紙の膨潤特性を確認できる。上記ソリッドケーブルの製造管理方法の一形態によれば、面圧変化に基づいて、複合紙の特性を確認することで、複合紙の品質管理を行える。
【００２３】
（４）上記ソリッドケーブルの製造管理方法の一形態として、上記面圧変化に基づいて、ソリッドケーブルに使用する上記絶縁油の品質管理を行うことが挙げられる。
【００２４】
使用する絶縁油の分子量分布などの特性によって複合紙の膨潤量が変わる可能性があることから、面圧変化に基づいて、絶縁油が複合紙の面圧変化に及ぼす影響を確認できる。上記ソリッドケーブルの製造管理方法の一形態によれば、面圧変化に基づいて、絶縁油の特性を確認することで、絶縁油の品質管理を行える。
【００２５】
（５）上記ソリッドケーブルの製造管理方法の一形態として、上記面圧変化に基づいて、ソリッドケーブルの製造条件を設定することが挙げられる。
【００２６】
複合紙の面圧は、使用する複合紙や絶縁油の特性の他、複合紙を乾燥および複合紙に絶縁油を含浸させるときの条件によっても変化する。上記ソリッドケーブルの製造管理方法の一形態によれば、面圧変化に基づいて、例えば複合紙や絶縁油の特性に合わせて、適切な製造条件を設定できる。また、製造条件の最適化によって、製造効率を高められる。例えば、実際のソリッドケーブルの製造条件よりも、絶縁油の含浸温度を下げられたり、含浸時間を短くできれば、製造時間の短縮が図れる。
【００２７】
（６）ソリッドケーブルの製造条件を設定する上記形態において、上記複合紙の巻回張力、上記絶縁層の乾燥温度、及び上記絶縁油の含浸温度のうち少なくとも１つの製造条件を対象とすることが挙げられる。
【００２８】
ソリッドケーブルの製造工程において、絶縁層を形成する際に設定する製造条件としては、複合紙の巻回張力、絶縁層（複合紙）の乾燥条件（例、乾燥温度や乾燥時間）、絶縁油の含浸条件（例、含浸温度や含浸時間）などが挙げられる。上記ソリッドケーブルの製造管理方法の一形態によれば、ソリッドケーブルの製造にあたり、絶縁層における複合紙の面圧が所定の値となるように、複合紙の巻回張力、絶縁層（複合紙）の乾燥温度、絶縁油の含浸温度を設定できる。
【００２９】
（７）上記ソリッドケーブルの製造管理方法の一形態として、上記複合紙が、クラフト紙とポリプロピレンとが積層一体化されたラミネート紙であることが挙げられる。
【００３０】
クラフト紙とポリプロピレンとが積層一体化されたラミネート紙をソリッドケーブルの絶縁層に使用すると、（ｉ）電気絶縁性能が向上する、（ｉｉ）絶縁油の脱油を抑制して高温での運用が可能である、といった利点を有する。そのため、ソリッドケーブルの大容量化を図ることができる。
【００３１】
（８）上記ソリッドケーブルの製造管理方法の一形態として、上記絶縁油が、鉱油及び合成油の少なくとも１種を含むことが挙げられる。
【００３２】
鉱油及び合成油の少なくとも１種を含む絶縁油は、ソリッドケーブルの絶縁油として好適に利用できる。鉱油系絶縁油としては、例えばナフテン系油やパラフィン系油が挙げられ、合成油系絶縁油としては、例えばアルキルベンゼン系油、ポリブデン系油が挙げられる。
【００３３】
（９）本発明の一態様に係るソリッドケーブルの製造管理方法に利用される試験装置は、クラフト紙と樹脂とが積層一体化された複合紙を複数積層した試料が載置され、絶縁油が充填される油槽と、油槽に絶縁油を供給する油供給機構と、油槽に収納された試料に面圧を付加する加圧機構と、試料に面圧を付加したときの試料の厚さを固定する固定機構と、加圧機構に設けられ、試料の面圧を測定する面圧測定器と、試料の雰囲気の真空度及び温度を制御する真空恒温槽と、を備え、上記本発明の一態様に係るソリッドケーブルの製造管理方法に利用されるものである。
【００３４】
上記試験装置によれば、複合紙を複数積層した試料に対して、実際のソリッドケーブルにおける絶縁層に即した製造履歴を加えることができ、その間の試料（複合紙）の面圧の変化を簡便に測定できる。加圧機構及び固定機構により、複合紙を複数積層した試料に所定の初期面圧を加えた状態で試料の厚さを固定できる。油槽と油供給機構により、試料に絶縁油を含浸できる。真空恒温槽により、試料を真空乾燥したり、絶縁油を所定の含浸温度に加熱したり、試料を所定の温度に冷却できる。そして、面圧測定器により、試料（複合紙）に絶縁油を含浸させたときの面圧の変化を測定できる。
【００３５】
［本発明の実施形態の詳細］
本発明の実施形態に係るソリッドケーブルの製造管理方法の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明は、これらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００３６】
まず、図１を参照して、ソリッドケーブルの構成について説明する。
【００３７】
〈ソリッドケーブル〉
ソリッドケーブル１００は、基本的構成は従来の複合紙ソリッドケーブルと同様であり、代表的には、中心から順に導体１０１、内部半導電層１０２、絶縁層１０３、外部半導電層１０４を備えるケーブルコアを備え、このケーブルコアに金属シース１０５が設けられ、その外周には防食層１０６、更にその外周には鉄線鎧装（図示せず）が形成される。金属シース１０５上、又は防食層１０６上にステンレステープなどで構成した補強層（図示せず）を備える形態とすることができる。
【００３８】
絶縁層１０３は、樹脂１３０ａとクラフト紙１３０ｂとが積層一体化された複合紙（半合成絶縁紙）１３０を巻回して形成され、この絶縁層１０３に絶縁油が含浸された油浸絶縁層である。絶縁層１０３の内外に複合紙よりも抵抗率：ρが小さい材料、具体的にはクラフト紙を巻回してなる低ρ層（図示せず）を設けると、絶縁層１０３においてストレスが高く導体１０１の影響を受け易い部分が受けるストレスを当該低ρ層によって低減でき、絶縁性能を高められる。
【００３９】
なお、絶縁層１０３の一部にのみ複合紙１３０を使用したソリッドケーブルとすることもできる。例えば、複合紙とクラフト紙とを交互に巻回して形成された絶縁層や、絶縁層の内周側及び外周側の少なくとも一方がクラフト紙で形成された絶縁層など、複合紙とクラフト紙とから構成される絶縁層を備える形態とすることができる。
【００４０】
ソリッドケーブル１００は、例えば、以下のようにして製造する。導体１０１の外周に、内部半導電層１０２、絶縁層１０３、外部半導電層１０４を順に形成し、ケーブルコアを作製する。絶縁層１０３は、テープ状の複合紙１３０を、所定の巻回張力をかけながら所定のピッチで巻回して形成する。作製したケーブルコアをタンク内に巻き取って、絶縁層１０３の水分や空気などを除去するために真空中で加熱乾燥する。この乾燥後、絶縁油をタンク内に充填し、所定の含浸温度に加熱して、絶縁油を絶縁層１０３に加圧含浸する。絶縁油の含浸後に所定の温度に冷却した後、タンク内からケーブルコアを取り出し、ケーブルコアの外周に金属シース１０５、防食層１０６、鉄線鎧装などを順に形成する。
【００４１】
（複合紙）
複合紙１３０における樹脂１３０ａは、ポリオレフィン系樹脂が代表的である。ポリオレフィン系樹脂としては、例えばポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリメチルペンテン（ＰＭＰ）などが挙げられる。クラフト紙１３０ｂは、従来のソリッドケーブルの絶縁層に使用されている公知のものを利用できる。
【００４２】
複合紙１３０は、樹脂１３０ａの一面にのみクラフト紙１３０ｂが積層一体化された形態、樹脂１３０ａの両面にクラフト紙１３０ｂが積層一体化された形態が挙げられる。ポリオレフィン系樹脂を備える複合紙としては、クラフト紙とＰＰとが積層一体化されたラミネート紙、代表的には、ＰＰの樹脂フィルムの両面にクラフト紙が積層された構造のＰＰＬＰが挙げられる。
【００４３】
複合紙１３０の厚さは、例えば７０μｍ以上２００μｍ以下が好ましく、８０μｍ以上１５０μｍ以下がより好ましい。複合紙１３０において、複合紙１３０の厚さ（Ｔｔｏｔａｌ）に対する樹脂１３０ａの厚さ（ＴＲ）の割合：ＴＲ／Ｔｔｏｔａｌ（以下、この割合をｋ値と呼ぶ）は、適宜選択することができるが、０．４以上０．８以下程度が好適である。複合紙１３０の幅は、適宜選択することができる。
【００４４】
（絶縁油）
絶縁油は、鉱油及び合成油の少なくとも１種を含むものを好適に使用でき、公知のものを利用できる。絶縁油としては、例えば、６０℃における動粘度が５００ｍｍ２／ｓ（５００ｃｓｔ）以上の高粘度油、６０℃における動粘度が１０ｍｍ２／ｓ（１０ｃｓｔ）以上５００ｍｍ２／ｓ（５００ｃｓｔ）未満である中粘度油などが挙げられる。具体的には、ナフテン系油（例、Ｔ−２０１５）、パラフィン系油、ポリスチレン系絶縁油、アルキルベンゼンやポリブデン系の合成油、及び重質アルキレートから選択される１種、或いは、これら２種以上の混合油、若しくは、上記１種の油又は２種以上の混合油にゴムなどの成分を添加して粘度を調整したものなどが挙げられる。絶縁油は、粘度−温度特性、絶縁油に対する複合紙の膨潤特性、その他、経済性、供給性などを考慮して適宜選択することができる。
【００４５】
〈ソリッドケーブルの製造管理方法〉
本発明の実施形態に係るソリッドケーブルの製造管理方法は、ソリッドケーブルに使用する複合紙と絶縁油とを用いて、複合紙を乾燥および複合紙に絶縁油を含浸させたときの複合紙の面圧の変化を測定する。そして、測定した面圧変化をソリッドケーブルの製造、品質管理に利用する。ソリッドケーブルの製造管理方法について、具体的な一例を挙げて以下に説明する。
【００４６】
ソリッドケーブルの製造管理方法は、試料を作製する準備工程と、初期面圧付加工程と、乾燥工程と、油含浸工程と、冷却工程とを備え、乾燥工程から冷却工程までの間の試料の面圧の変化を測定する。
【００４７】
（準備工程）
準備工程では、複合紙を複数積層した試料を作製する。複合紙の積層枚数は、適宜選択することができ、例えば５０枚以上、好ましくは１００枚以上とすることが挙げられる。積層枚数は対象とする実際のケーブル絶縁層に合わせてもよい。複合紙をある程度積層することで、複合紙の面圧のばらつきを平均化でき、面圧の測定精度を高めることができる。また、後述の試験例において、積層枚数が１００枚以上であれば、安定した面圧測定結果が得られ、安定して測定できることを確認しており、測定精度の点で十分である。
【００４８】
後述するように、乾燥工程において、水分の除去による面圧変化を確認できる。試料（複合紙）の初期含有水分量によって面圧測定値が変化することから、準備工程において、試料の含有水分量を管理する必要がある。実際の製造条件に対応する面圧測定を行う場合、同様の管理を行った試料を用い、使用材料の品質管理や評価においては、初期含有水分量を所定の値に調整した試料を適用することが望ましい。なお、試料（複合紙）の含有水分量の測定は、乾燥による重量変化を測定するなど既存の方法を採用すればよく、含有水分量（質量％）の管理は、％オーダーでの管理が望ましい。
【００４９】
（初期面圧付加工程）
初期面圧付加工程では、試料に所定の初期面圧を加えた状態で試料の厚さを固定する。初期面圧は、適宜選択することができる。例えば、実際の複合紙ソリッドケーブルにおいて、絶縁層を形成する際の複合紙の巻回張力に基づいて設定することが挙げられる。初期面圧に対応する荷重は、面圧が加わる試料の面積に比例する。面圧が加わる試料の面積とは、試料の被加圧面の面積であり、試料が面圧を付加する部材よりサイズが大きい場合は面圧を付加する部材の面積に対応し、試料が面圧を付加する部材よりサイズが小さい場合は試料の面積に依ることになる。初期面圧に対応する荷重は、装置の仕様や測定条件などによって適宜決めればよい。
【００５０】
（乾燥工程）
乾燥工程では、初期面圧を加えた状態の試料を真空乾燥する。試料（複合紙）の乾燥条件（例、乾燥温度や乾燥時間）は、適宜選択することができる。乾燥温度は、実際の複合紙ソリッドケーブルの乾燥工程における乾燥温度（例えば、１００℃以上１３０℃以下程度）を適用することが挙げられる。真空度は、例えば１０−１ｍｍＨｇ（１３．３Ｐａ）以下が挙げられる。乾燥時間は、例えば、試料の乾燥が完了するまでの時間とすることが挙げられる。試料を乾燥すると、その分、水分が抜けて複合紙の厚さが薄くなるため、試料の面圧が小さくなり、水分が除去されると、複合紙の厚さはこれ以上薄くならないため、試料の面圧はそれ以上変化しない。そのため、試料の乾燥が完了したことは、乾燥開始から試料の面圧が一定になったことをもって判断できる。
【００５１】
（油含浸工程）
油含浸工程では、乾燥後、絶縁油を所定の温度に加熱した状態で試料に含浸する。絶縁油の含浸条件（例、含浸温度や含浸時間）は、適宜選択することができる。含浸温度は、絶縁油の材質、特性（粘度など）を考慮して設定することが好ましく、実際の複合紙ソリッドケーブルの油含浸工程における油含浸温度（例えば、８０℃以上１３０℃以下程度）を適用することが挙げられる。含浸時間は、例えば、絶縁油の含浸が完了するまでの時間とすることが挙げられる。試料に絶縁油を含浸すると、その分、複合紙が膨潤して厚くなるため、試料の面圧が大きくなり、絶縁油の含浸が完了すると、複合紙の厚さはこれ以上厚くならないため、試料の面圧はそれ以上変化しない。そのため、絶縁油の含浸が完了したことは、含浸開始から試料の面圧が飽和したことをもって判断できる。
【００５２】
（冷却工程）
冷却工程では、含浸後、試料を冷却する。冷却は、室温（例えば、２０℃以上３０℃以下程度）まで冷却することが挙げられる。
【００５３】
具体例に示したソリッドケーブルの製造管理方法では、実際のソリッドケーブルにおける絶縁層の形成過程で複合紙に加えられる製造履歴を試料（複合紙）に与えることによって、実際のケーブル絶縁層に即した面圧の変化を測定できる。つまり、想定した製造条件でソリッドケーブルを製造したときの絶縁層における複合紙の面圧をより正確に把握でき、製造条件の妥当性を評価できる。また、実ケーブルを試作しなくても、実際のケーブル絶縁層の形成過程を模擬した条件にて試料（複合紙）の面圧の変化を測定することで、絶縁層の健全性を簡易に評価できる。更に、冷却工程において、ソリッドケーブルの運転時の使用温度域（例、常温以上８５℃以下程度）での面圧、即ち温度と面圧との関係を測定することで、実際のケーブル絶縁層の使用温度域での面圧を把握できる。
【００５４】
（用途）
上述のソリッドケーブルの製造管理方法において、複合紙（試料）に絶縁油を含浸させて測定した面圧の変化は、例えば、以下のように利用できる。
【００５５】
（１）製造条件の設定
使用する複合紙と絶縁油との組み合わせについて、乾燥および絶縁油の含浸前後における複合紙の面圧の変化を確認することで、油含浸後の複合紙の面圧を所望の値に調整するための条件を見出すことができる。したがって、面圧変化の測定データは、ソリッドケーブルの製造にあたり、油含浸後の絶縁層における複合紙の面圧が所定の値となるように、複合紙の巻回張力、絶縁層の乾燥条件（例、乾燥温度や乾燥時間）、絶縁油の含浸条件（例、含浸温度や含浸時間）などの製造条件の設定に利用できる。所望の面圧は、実際のソリッドケーブルに基づくデータや、過去の製造ロットでの測定したデータなどを参照して設定することが挙げられる。
【００５６】
（２）使用材料の品質管理
複合紙と絶縁油との組み合わせについて、乾燥および絶縁油の含浸前後における複合紙の面圧の変化を確認することで、面圧変化を判断基準として、製造ロットごとに複合紙や絶縁油の特性を確認できる。例えば、既存のデータ（実際のソリッドケーブルに基づくデータや、過去の製造ロットでの測定したデータ）と比較することで、複合紙や絶縁油の品質の良否を判断するなど、複合紙や絶縁油の品質管理を行える。したがって、複合紙や絶縁油の製造ロットごとの品質のばらつきを容易に確認でき、品質保証の信頼性を高められる。
【００５７】
（３）その他
複合紙や絶縁油の特性の評価に利用したり、複合紙や絶縁油の材質や仕様の選定にも利用できる。更には、複合紙や絶縁油の製造条件の設定や調整などにも利用できる。
【００５８】
本発明の実施形態に係るソリッドケーブルの製造管理方法の試験例を以下に説明する。まず、ソリッドケーブルの製造管理方法に利用される試験装置の一例を図２を参照しながら説明し、続いて、この試験装置を利用したソリッドケーブルの製造管理方法の試験例を説明する。
【００５９】
（試験装置）
試験装置１０は、油槽２０と、油供給機構３０と、加圧機構４０と、固定機構６０と、面圧測定器７０と、真空恒温槽８０とを備える。この例では、真空恒温槽８０内に枠状の支持部５０が備え付けられている。
【００６０】
油槽２０は、絶縁油が充填される上部が開口した容器であり、油槽２０内に、複合紙１３０を複数積層した試料Ｓが載置される。油供給機構３０は、油タンク３１と油配管３２とを有し、油タンク３１から油配管３２を介して、油槽２０に絶縁油を供給する。真空恒温槽８０には、油配管３２を導入するための油配管導入口が設けられている。
【００６１】
加圧機構４０は、油槽２０に収納された試料Ｓに面圧を付加する機構である。加圧機構４０は、ベローズ４１を有し、ベローズ４１の上面には、試料Ｓの下側に位置する下側フランジ４２（加圧側）が構成されている。下側フランジ４２には、油槽２０が載置される。ベローズ４１の下端は、支持部５０に固定されている。ベローズ４１は、上下方向に伸縮性を有しており、下側フランジ４２及び支持部５０とで囲まれるベローズ４１の内部空間に加圧ガスを送り込むことで、ベローズ４１が伸び、下側フランジ４２が上昇する。この例では、支持部５０の下側中央に設けられた貫通孔及びガス配管４４を介して、ガスタンク４５からベローズ４１内に加圧ガスを導入する。また、ベローズ４１内の加圧ガスを外部に排出するためのガス排出管（図示せず）が接続されており、ベローズ４１内のガス圧を調整できる。真空恒温槽８０には、ガス配管４４を導入するためのガス配管導入口が設けられている。ベローズ４１内に導入するガスとしては、特に限定されないが、例えば窒素ガスが挙げられる。
【００６２】
また、加圧機構４０は、試料Ｓの上側に位置する上側フランジ４６（固定側）を有し、上側フランジ４６の上面には連結棒４７の一端が固定され、その他端が面圧測定器７０（測定部７１）に接して、面圧に相当する応力を伝える。面圧測定器７０は支持部５０の上側に固定されている。固定側の上側フランジ４６は加圧側の下側フランジ４２に対してほぼ平行に対向して配置されている。油槽２０に収納された試料Ｓは、下側フランジ４２に載置された油槽２０の底面と上側フランジ４６とに挟まれるようにセットされる。そして、加圧機構４０は、ベローズ４１内に加圧ガスを導入することにより、下側フランジ４２を押し上げて、試料Ｓを上側フランジ４６に押し付けることで、試料Ｓに面圧を付加する。
【００６３】
固定機構６０は、ベローズ４１の上面に構成された下側フランジ４２（加圧側）の上下方向の位置を固定する機構である。下側フランジ４２を固定することにより、下側フランジ４２と上側フランジ４６との間隔を一定に保持すること、即ち試料Ｓの厚さを固定できる。試料Ｓの厚さを固定するのは、実際のケーブル絶縁層と同様に、複合紙が厚くなろうとすると、その分複合紙が圧縮され試料Ｓの面圧が増加し、複合紙が薄くなろうとすると、試料Ｓの面圧が弾性領域範囲内で低減される振る舞いを模するためである。ここで、実際のケーブルでは、導体や金属シースの径方向の動きが若干あることや、絶縁層が同軸円筒形状であるのに対し、試料Ｓは平行平板形状であるなどの違いがあるものの、試料Ｓの厚さを固定することで、実際のケーブル絶縁層に近い面圧特性を把握することが可能になる。逆に、試料Ｓの厚さの変化に伴って下側フランジ４２（ベローズ４１）が上下に移動すれば、試料Ｓの面圧変化を測定することができない。この例に示す固定機構６０は、支持部５０に固定されたボルト６１と、ボルト６１に結合される一組のナット６２ａ，６２ｂを有し、ボルト６１に対して下側フランジ４２を上下両側からナット６２ａ，６２ｂで挟んで固定する。
【００６４】
面圧測定器７０は、試料Ｓの面圧変化を測定するもので、動歪計を用いるのが一般的である。この場合、面圧測定器７０は、歪ゲージが内蔵された測定部７１を有し、連結棒４７と支持部５０との間に組み込まれている。面圧測定器７０（測定部７１）の変化は歪計７２によって応力（面圧）値に処理される。この例では、連結棒４７の先端を測定部７１に接触させているだけで固定していないが、固定することも可能である。面圧測定器７０で測定される面圧に対応する応力は、温度やガス圧なども含めて一定間隔で記録される。
【００６５】
真空恒温槽８０は、上述した油槽２０や加圧機構４０などの試験設備を収納し、内部の真空度及び温度を管理できる密閉容器であり、試料Ｓの雰囲気の真空度及び温度を制御する。真空恒温槽８０は、扉の一部にガラス８１が嵌め込まれており、例えば油槽２０に充填された絶縁油の充填量を確認できるなど、内部の状態を視認できるようになっている。
【００６６】
（試験例）
上述の試験装置１０を用いたソリッドケーブルの製造管理方法の試験例を説明する。
【００６７】
（１）所定のサイズに切り出した複合紙（例、ＰＰＬＰ）１３０を１００枚積層した試料Ｓを油槽２０内に載置し、下側フランジ４２（油槽２０の底面）と上側フランジ４６との間に挟むようにセットする。
【００６８】
（２）試料Ｓを所定の位置にセットした後、ガスタンク４５を開き、ガス配管４４を通してベローズ４１内に加圧ガス（例、窒素ガス）を導入して、下側フランジ４２（加圧側）を押し上げる。これにより試料Ｓが上側フランジ４６（固定側）に押し付けられ、試料Ｓに面圧が加えられる。試料Ｓの面圧を面圧測定器７０で測定しながら行い、所定の初期面圧となるところで、ベローズ４１内への加圧ガスの導入を停止する。下側フランジ４２を固定機構６０により固定することで、試料Ｓに初期面圧を加えた状態の試料Ｓの厚さが維持される。初期面圧の付与は、大気圧下で行っている。
【００６９】
（３）真空恒温槽８０の扉を閉め、所定の真空度まで真空引きした後、１１５℃で試料Ｓを加熱乾燥する。乾燥は、試料Ｓの面圧を面圧測定器７０で測定しながら行い、試料Ｓの面圧が一定になるまで行う。
【００７０】
試料Ｓの面圧が安定し、試料Ｓの所定の温度での乾燥が完了したところで、油タンク３１から油配管３２を介して、絶縁油（例、Ｔ−２０１５やポリブデン系油）を油槽２０内が満たされるまで充填し、絶縁油を試料Ｓに含浸する。絶縁油の含浸は、所定の温度を維持して行う。この例に示す真空恒温槽８０は、扉の一部がガラス張りになっており、油槽２０中の試料Ｓが絶縁油に浸漬することを確認して充填を終了する。油含浸は、試料Ｓの面圧を面圧測定器７０で測定しながら行い、試料Ｓの面圧が実質的に飽和するまで行う。
【００７１】
試料Ｓの面圧が実質的に飽和し、絶縁油の含浸が完了したところで、真空恒温槽８０の加熱を停止し、真空恒温槽８０を所定の温度（例、室温）まで冷却する。冷却中も、試料Ｓの面圧を面圧測定器７０で測定する。
【００７２】
冷却後、真空恒温槽８０の真空を開放し、試料Ｓを回収する。
【００７３】
以上のようにして、試験装置１０を用いて、乾燥工程から冷却工程までの間の試料Ｓの面圧の変化を測定する。なお、本測定において、複合紙の含有水分量を確認し、乾燥工程において面圧変化を評価することも有効である。
【００７４】
図３は、乾燥工程→油含浸工程→冷却工程の過程における面圧の変化の一例を模式的に示す図であり、横軸が乾燥開始から冷却終了までの処理時間、縦軸が面圧を表す。
【００７５】
図３に示すように、乾燥工程では、水分が抜けて複合紙の厚さが薄くなるため、試料の面圧が小さくなり、試料の乾燥が完了すると、試料の面圧が略一定になる。油含浸工程では、絶縁油を含浸することで、複合紙が膨潤して厚くなるため、試料の面圧が大きくなり、絶縁油の含浸が完了すると、試料の面圧が飽和する。冷却工程では、複合紙中の樹脂部分が膨潤した状態は変わらないが、樹脂部分が熱収縮して薄くなるため、その分、面圧が小さくなる。
【００７６】
図４は、乾燥工程→油含浸工程→冷却工程の過程における面圧の変化の別の一例を模式的に示す図である。図４の横軸及び縦軸は図３と同じである。
【００７７】
図４に示す例は、図３に示す例と比較して、用意した複合紙の含有水分量が低い例である。複合紙が元々十分に乾燥していることから、乾燥工程において、面圧の変化は小さくなる。油含浸工程では、同じように複合紙が膨潤することになるため、初期面圧が同じであれば、図４に示す例の方が図３に示す例に比べて、冷却後の面圧が大きくなる。そのため、図４に示す例において、初期面圧を下げれば、冷却後の面圧を図３に示す例に近づくことになる。或いは、図３に示す例において、初期面圧を上げれば、冷却後の面圧を図４に示す例に近づくことになる。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明のソリッドケーブルの製造管理方法は、長距離で大容量の海底電力線路に利用される直流用の複合紙ソリッドケーブルの製造及び品質管理に好適に利用できる。
【符号の説明】
【００７９】
１００  複合紙ソリッドケーブル
１０１  導体
１０２  内部半導電層
１０３  絶縁層
１３０  複合紙    １３０ａ  樹脂    １３０ｂ  クラフト紙
１０４  外部半導電層
１０５  金属シース    １０６  防食層
１０  試験装置    Ｓ  試料
２０  油槽
３０  油供給機構
３１  油タンク    ３２  油配管
４０  加圧機構
４１  ベローズ    ４２  下側フランジ
４４  ガス配管    ４５  ガスタンク
４６  上側フランジ    ４７  連結棒
５０  支持部
６０  固定機構
６１  ボルト    ６２ａ，６２ｂ  ナット
７０  面圧測定器
７１  測定部    ７２  歪計
８０  真空恒温槽
８１  ガラス
【図１】
0006429010.tif 000002
【図２】
0006429010.tif 000003
【図３】
0006429010.tif 000004
【図４】
0006429010.tif 000005