(57)【要約】【課題】絶縁体層中のボイドや水トリーの発生を抑制し、絶縁性能を長期にわたって安定に維持する。【解決手段】電力ケーブル１は、導体が複数のセグメント１２に分割された分割導体１０と、分割導体１０のセグメント１２間に介在される介在物１４と、分割導体１０の外周を被覆する絶縁体層４０とを、備え、分割導体１０中には、ゼオライトを含む紐状体２０が設置されている。【選択図】図１
2016100096.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導体が複数のセグメントに分割された分割導体と、
前記分割導体のセグメント間に介在される介在物と、
前記分割導体の外周を被覆する絶縁体層とを、備え、
前記分割導体中には、ゼオライトを含む紐状体が設置されていることを特徴とする電力ケーブル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導体が複数のセグメントに分割された分割導体を有する電力ケーブルに関する。
【背景技術】
【０００２】
電力ケーブルの、ゴムまたはプラスチックからなる絶縁体層中の水分は、ボイドや水トリー発生の原因となり、電力ケーブルの絶縁性能の劣化を引き起こすことが知られている。したがって、電力ケーブルの絶縁性能を長期にわたって安定に維持するためには、絶縁体層中の水分量を低く抑えることが重要である。
【０００３】
一方、大容量の電力ケーブルの導体には、表皮効果による交流抵抗の増大を抑制するため、分割導体が用いられている。分割導体は、素線を束ねてなるセグメントを断面扇形に成形し、これを複数本撚り合わせるとともに、各セグメント間に絶縁用の介在物を介在させたものである。介在物としては一般にクレープ紙が用いられる。
【０００４】
ただ、クレープ紙は吸水性を有するため、ケーブル製造時（分割導体の作製工程から絶縁体層などの被覆工程までの期間など）またはケーブル使用時（初期通電時やヒートサイクルを加えた時など）に、クレープ紙に含まれる水分が絶縁体層中に移行し、ボイドや水トリーを発生させる要因となる。その対策として、クレープ紙を乾燥させることや、介在物として吸水性の低いポリエステル製ヤーンを用いることが知られている。
【０００５】
しかし、クレープ紙を乾燥させる方式では、クレープ紙を十分に乾燥させるだけでなく、乾燥状態を維持したまま、分割導体上に内部半導電層、絶縁体層、外部半導電層を被覆する必要があるため、大がかりな設備が必要となる。
そこで、介在物として、クレープ紙の間に高吸水性ポリマーを設けた複合シートを用いることが提案されている（特許文献１）。この提案は、このような介在物を使用すれば、導体中の水分が高吸水性ポリマーに吸収され、絶縁体層に移行する水分量が少なくなるため、ボイドや水トリーの発生を抑制できるというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−２６１３２０号公報（段落００１８〜００１９参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、介在物として、クレープ紙の間に高吸水性ポリマーを設けた複合シートを用いた場合でも、分割導体を、乾燥状態を維持したまま、被覆工程に供給しなければならない点ではクレープ紙を用いた場合と同じであるうえ、期待するほどには、電力ケーブルの絶縁性能を長期にわたって安定に維持することができない。
したがって、本発明の主な目的は、分割導体から絶縁体層へ移行する水分量を低減させ、絶縁体層中のボイドや水トリーの発生を抑制し、絶縁性能を長期にわたって安定に維持することができる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】
【０００８】
本発明者は、上記課題について鋭意検討した結果、ケーブル使用時において、ケーブルへの初期通電時やケーブルにヒートサイクルを加えた時などに、分割導体内の相対湿度が増加し、絶縁体層中の水分が増えることを見出した。これは、ケーブルへの初期通電時やケーブルにヒートサイクルを加えた時などに、分割導体の温度が上昇してセグメント間の介在物から水分が放出されることによるものと考えられる。したがって、絶縁体層中の水分の増加を抑えるためには、ケーブルへの初期通電時やケーブルにヒートサイクルを加えた時などに、分割導体内の相対湿度が増加するのを抑制することが有効である。
【０００９】
そこで本発明によれば、
導体が複数のセグメントに分割された分割導体と、
前記分割導体のセグメント間に介在される介在物と、
前記分割導体の外周を被覆する絶縁体層とを、備え、
前記分割導体中には、ゼオライトを含む紐状体が設置されていることを特徴とする電力ケーブルが提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、分割導体中にはゼオライトを含む紐状体が設置されているため、分割導体の温度上昇に伴い介在物から水分が放出されても、その水分がゼオライトに吸湿され、絶縁体層中のボイドや水トリーの発生が抑制され、絶縁性能を長期にわたって安定に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】電力ケーブルの概略構成を示す断面図である。
【図２】紐状体の概略構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら本発明の好ましい実施形態について説明する。
【００１３】
［電力ケーブル（１）］
図１に示すとおり、電力ケーブル１は中心部に分割導体１０を有している。
分割導体１０は複数本のセグメント１２に分割され、ここでは５本のセグメント１２に分割されている。セグメント１２は撚合素線の集まり（束）であり、撚合素線自体は多数本の素線が撚り合わされて形成されている。
分割導体１０のセグメント１２間には介在物１４が介在されている。介在物１４は、高吸水性ポリマーが基布に散布された止水機能を施されたテープである。介在物１４（基布）としては例えばクレープ紙などを用いることができる。
【００１４】
分割導体１０の中心部には紐状体２０が設置されている。
図２に示すとおり、紐状体２０は主に不織布２２と乾燥剤２４とで構成され、不織布２２の内側に乾燥剤２４が挟持された構造を有している。
【００１５】
図１に示すとおり、分割導体１０の外周は内部半導電層３０で被覆されている。内部半導電層３０は半導電樹脂や半導電性テープなどから構成されている。この半導電樹脂や半導電性テープは特に限定されるものではないが、例えばカーボン粒子を含む、エチレン酢酸ビニル共重合体、ポリエチレンまたはこれらの混合樹脂などで構成されている。
内部半導電層３０の外周は絶縁体層４０で被覆されている。絶縁体層４０は架橋ポリエチレンなどから構成されている。
絶縁体層４０の外周は外部半導電層５０で被覆されている。外部半導電層５０も、内部半導電層３０と同様に、半導電樹脂や半導電性テープなどから構成されている。
外部半導電層５０の外周は金属遮蔽層６０で被覆されている。金属遮蔽層６０はアルミニウムなどから構成されている。
金属遮蔽層６０の外周は防食層７０で被覆されている。防食層７０は塩化ビニル樹脂などから構成されている。
【００１６】
［乾燥剤（２４）］
紐状体２０に含まれる乾燥剤２４はゼオライトから構成されている。
「ゼオライト」とは、天然または人工のアルミノ珪酸塩金属化合物を意味しており、人工のアルミノケイ酸塩金属化合物は「分子篩（Molecular Sieve）」としても知られている。
ゼオライトは、一般的に、ケイ素の酸化物（すなわち、シリカ：SiO2）、アルミニウムの酸化物（すなわち、アルミナ：Al2O3）および金属（特にリチウム、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウムのようなアルカリ金属またはアルカリ土類金属）の酸化物の組み合わせから形成される。
ゼオライトは、通常、水和物の形態として以下の一般式（１）で表される。
Ｍ２／ｎＯ・Ａｌ２Ｏ３・ｘＳｉＯ２・ｙＨ２Ｏ  …  （１）
一般式（１）中、Ｍは金属カチオンを、ｎは原子価をそれぞれ表す。
【００１７】
ゼオライトは、構造中にＳｉＯ４およびＡｌＯ４四面体（以下、両者をまとめてＴＯ４四面体という。）が頂点酸素を共有し３次元に無限に連なった網目状構造を有している。このＴＯ４四面体の結合形式により３次元網目構造の隙間に様々な形状のミクロ細孔が存在しており、この空隙に結晶水（吸蔵水）、陽イオンが取り込まれている。結晶水を含んだゼオライトは安定であるが、脱水することによりゼオライトは強い吸湿力を示し吸湿剤としての利用が可能となる。
本発明の好ましい実施形態で使用されるゼオライトは、好ましくは吸湿特性に優れたＡ型（構造コード：LTA）であり、以下の化学式（２）で示される。
Ａ型ゼオライトは一般的に有機溶媒の脱水や湿度調節に用いられる。
Ｎａ１２［（ＡｌＯ２）１２（ＳｉＯ２）１２］・２７Ｈ２Ｏ  …  （２）
【００１８】
紐状体２０の乾燥剤２４としてゼオライトを使用するのは、比較的高温においてもその吸湿能力が高い、という特性を有しているためである。ゼオライトのなかには、１００℃でも１３重量％以上の吸湿能力を持つものが存在している(ユニオン昭和株式会社製モレキュラーシーブ４Ａ)。
一方で、一般に乾燥剤として知られている活性アルミナ、シリカゲルＡ型、シリカゲルＢ型、生石灰などは、２５℃以上で急激に吸着能力を失い、１００℃では吸着能力が３重量％以下に低下し、ほとんど水を吸着しない。
電力ケーブル１の分割導体１０はケーブル使用時には９０℃まで発熱することから、このような温度域でも吸湿能力を維持できるゼオライトが最も適した乾燥剤２４といえる。
【００１９】
以上の本実施形態によれば、分割導体１０の中心部には、乾燥剤２４としてゼオライトを含む紐状体２０が設置されているから、絶縁体層４０中のボイドや水トリーの発生を抑制し、絶縁性能を長期にわたって安定に維持できる。
すなわち、分割導体１０中の水分は、分割導体１０の作製工程から絶縁体層４０などの被覆工程に移るまでの間、言い換えると分割導体１０が外気に晒されている間に、分割導体１０の外側から入り込んできたものである。分割導体１０の中心部に、乾燥剤２４を含む紐状体２０を設置しておくと、分割導体１０の外側から入り込んでくる水分は、そのほとんどが介在物１４に吸収され、分割導体１０の中心部に位置する紐状体２０の乾燥剤２４はほとんど吸湿しない状態に保つことができる。
そして、分割導体１０の外周に絶縁体層４０などが被覆され、電力ケーブル１が完成した後に、電力ケーブル１への初期通電時や、電力ケーブルにヒートサイクルを加えた時などに、分割導体１０の温度上昇に伴い、介在物１４から水分が放出されると、分割導体１０中の相対湿度が増加するが、乾燥剤２４としてのゼオライトは絶縁体層４０よりはるかに吸湿性に優れているので、分割導体１０中に放出された水分は絶縁体層４０に移行するよりゼオライトに吸湿されるほうが格段に多くなり、結果的に絶縁体層４０の水分の増加を抑えることができる。
このようなことから、分割導体１０中に、乾燥剤２４としてゼオライトを含む紐状体２０を設置すれば、絶縁体層４０中のボイドや水トリーの発生が抑えられ、電力ケーブル１の絶縁性能を長期にわたって安定に維持することができる。
【実施例】
【００２０】
（１）サンプルの作製
（１．１）サンプル１
サンプル１として下記の構成を有する電力ケーブルを公知の手法で作製した。
分割導体として、断面積が２５００ｍｍ２で５本のセグメントに分割された銅製の導体を用いた。
セグメント間の介在物として、ポリアクリル酸塩系の高分子材料をクレープ紙に散布したテープを採用した。
紐状体として３ｇのＡ型ゼオライト（ユニオン昭和株式会社製モレキュラーシーブ３Ａ）を不織布で挟持したテープを設置した。
分割導体の外周には、厚さ１ｍｍの内部半導電層、厚さ１８．５ｍｍの絶縁体層、厚さ１ｍｍの外部半導電層を設けた。内部半導電層および外部半導電層は半導電樹脂（カーボン粒子を含む、エチレン酢酸ビニル共重合体とポリエチレンとの混合樹脂）で構成した。絶縁体層は、直流電力ケーブルに用いられる無機充填剤としてナノサイズのカーボン粒子を含む架橋ポリエチレン（XLPE）で構成した。
なお、電力ケーブルの製造時の工場内の湿度は７５〜９０％とし、分割導体の作製工程から絶縁体層などの被覆工程までの期間を７日間とした。
【００２１】
（１．２）サンプル２
サンプル１において、Ａ型ゼオライトを、ユニオン昭和株式会社製モレキュラーシーブ４Ａに変更し、これをサンプル２とした。
【００２２】
（１．３）サンプル１１〜１５
サンプル１において、Ａ型ゼオライトを、活性アルミナ、シリカゲルＡ型、シリカゲルＢ型、生石灰にそれぞれ変更し、これらをサンプル１１〜１４とした。
サンプル１において、乾燥剤を使用せずに電力ケーブルを製造し、これをサンプル１５とした。
【００２３】
（２）サンプルの評価
サンプルをヒートサイクル試験に供した。
ヒートサイクル試験では、末端を除いた有効長２０ｍの電力ケーブルに対し、直流（−）２３０ｋＶを課電し、導体温度９０℃で８時間保持と導体温度２５℃で１６時間保持のヒートサイクルを１０回繰り返した。
その結果、ヒートサイクルを１０回繰り返しても破壊しなければ合格と、１０回未満のヒートサイクルで破壊した場合は不合格と判断した。
さらに、ヒートサイクル試験後のサンプルにおいて、内部半導電層から約１ｍｍ離れた絶縁体層から試料を採取し、カールフィッシャー法にて水分量を測定した。
【００２４】
【表１】
2016100096.tif 000003
【００２５】
表１に示すとおり、サンプル１、２のみがヒートサイクル試験に合格し、絶縁体層中の水分量も小さく低減されていることがわかる。これは高温環境下においてもゼオライトが乾燥剤として機能し続け、分割導体内の湿度上昇を防いだためと考えられる。
他方、サンプル１１〜１４では、高温環境下において乾燥剤の特性が低下し、課通電時、温度上昇に伴う介在物からの湿気を吸収することができず、絶縁体層への水分移行を防ぐことができなかったものと考えられる。
サンプル１５においては、乾燥剤を使用していないために、介在物からの湿気が直接絶縁体層に移行し、水分の増加を招いたものと考えられる。
これらの結果から、分割導体中に乾燥剤としてゼオライトを含む紐状体を設置すれば、分割導体の作製から絶縁体層などの被覆まで長期間保管された場合でも、止水機能のある介在物による分割導体近傍の相対湿度の増加が制限され、絶縁体層への水分移行を防止し、絶縁体層の電気特性の低下を抑えることができる。
以上から、絶縁体層中のボイドや水トリーの発生を抑制し、絶縁性能を長期にわたって安定に維持するうえでは、乾燥剤としてゼオライトを含む紐状体を設置するのが有用であることがわかる。
【符号の説明】
【００２６】
１  電力ケーブル
１０  分割導体
１２  セグメント
１４  介在物
２０  紐状体
２２  不織布
２４  乾燥剤
３０  内部半導電層
４０  絶縁体層
５０  外部半導電層
６０  金属遮蔽層
７０  防食層
【図１】
2016100096.tif 000004
【図２】
2016100096.tif 000005