(57)【要約】  本発明は、金属導体（２；２’）と、第１の複合材料を含む電気絶縁層（６；６’）および第２の複合材料を含む半導体層（４；４’；８；８’）を備えた絶縁システム（１０）とを備え、高電圧または中電圧伝送電力ケーブル（１；１’）に関する。絶縁層（６；６’）および半導体層（４；４’；８；８’）は、導体（２；２’）を取り囲むように配置構成される。絶縁層（６；６’）内の第１の複合材料は、ポリマーマトリックスおよび第１の無機導電性充填材粒子を含み、第１の無機導電性充填材粒子の量は、第１の複合材料の全重量に対して０．１から１０重量％であり、第１の無機導電性充填材粒子はカーボンブラック以外である。本発明は、ケーブルを製造する方法にも関する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属導体（２；２’）と、第１の複合材料を含む電気絶縁層（６；６’）および第２の複合材料を含む半導体層（４；４’；８；８’）を備えた絶縁システム（１０）とを備え、前記絶縁層（６；６’）および前記半導体層（４；４’；８；８’）が前記導体（２；２’）を取り囲むように配置構成されている、高電圧または中電圧伝送電力ケーブル（１；１’）であって、
前記絶縁層（６；６’）内の前記第１の複合材料が、ポリマーマトリックスおよび第１の無機導電性充填材粒子を含み、前記第１の無機導電性充填材粒子の量が、前記第１の複合材料の全重量に対して０．１から１０重量％であり、前記第１の無機導電性充填材粒子がカーボンブラック以外であることを特徴とする、高電圧または中電圧伝送電力ケーブル。
【請求項２】
前記第１の無機導電性充填材粒子が、金属酸化物の鉱物、アルミナ、シリカ、シリケート、またはアルミノシリケートの少なくとも１種の粒子を含み、前記第１の無機導電性充填材粒子が導電層で被覆されていることを特徴とする、請求項１に記載の高電圧または中電圧伝送電力ケーブル。
【請求項３】
前記第１の無機導電性充填材粒子が、本質的に炭素を含まないことを特徴とする、請求項２に記載の高電圧または中電圧伝送電力ケーブル。
【請求項４】
前記第１の導電性充填材粒子の前記導電層が、ＴｉＯ２、Ｖ２Ｏ５、Ｃｒ２Ｏ３、ＭｎＯ、Ｆｅ２Ｏ３、ＣｏＯ、ＮｉＯ、Ｃｕ２Ｏ、ＺｎＯ、ＺｎＳ、Ｔａ２Ｏ５、Ｙ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、ＭｏＯ３、Ｉｎ２Ｏ３、ＳｎＯ２、Ｌａ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、ＷＯ３、ＳｎｘＳｂｙＯｚ、またはアルミニウムもしくは貴金属の金属層の、少なくとも１種を含むことを特徴とする、請求項３に記載の高電圧または中電圧伝送電力ケーブル。
【請求項５】
前記第１の導電性充填材粒子の前記導電層が、ＴｉＯ２、Ｖ２Ｏ５、Ｃｒ２Ｏ３、ＭｎＯ、Ｆｅ２Ｏ３、ＣｏＯ、ＮｉＯ、Ｃｕ２Ｏ、ＺｎＯ、ＺｎＳ、Ｔａ２Ｏ５、Ｙ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、ＭｏＯ３、Ｉｎ２Ｏ３、ＳｎＯ２、Ｌａ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、ＷＯ３、ＳｉＣ、Ｂ４Ｃ、ＷＣ、Ｗ２Ｃ、ＴｉＣ、ＺｒＣ、ＨｆＣ、ＮｂＣ、ＴａＣ、Ｃｒ３Ｃ２、Ｍｏ２Ｃ、ＳｎｘＳｂｙＯｚ、またはアルミニウムもしくは貴金属の金属層の、少なくとも１種を含むことを特徴とする、請求項１または２に記載の高電圧または中電圧伝送電力ケーブル。
【請求項６】
前記導電層がＳｎｘＳｂｙＯｚをベースにすることを特徴とする、請求項４または５に記載の高電圧または中電圧伝送電力ケーブル。
【請求項７】
前記第１の無機導電性粒子が、小板様の形状を有することを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の高電圧または中電圧伝送電力ケーブル。
【請求項８】
前記第１の導電性充填材粒子の最大寸法が、ＳＥＭ画像で見える粒子の最大寸法として測定された０．１から１００μｍであることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の高電圧または中電圧伝送電力ケーブル。
【請求項９】
前記第１の複合材料中の前記第１の導電性充填材粒子の量が、前記第１の複合材料の全重量に対して０．２５重量％から５重量％、より好ましくは０．５〜４重量％、最も好ましくは０．５から２．０重量％の範囲内にあることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の高電圧または中電圧伝送電力ケーブル。
【請求項１０】
前記ポリマーマトリックスがポリオレフィンマトリックスであることを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載の高電圧または中電圧伝送電力ケーブル。
【請求項１１】
前記ポリマーマトリックスが架橋ポリマーであることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項に記載の高電圧または中電圧伝送電力ケーブル。
【請求項１２】
前記第１の複合材料が、安定剤、例えば抗酸化剤、成核剤、無機充填材、架橋剤、架橋増強剤、スコーチ防止剤、および難燃剤からなる群から選択される少なくとも１種の添加剤を含むことを特徴とする、請求項１から１１のいずれか一項に記載の高電圧または中電圧伝送電力ケーブル。
【請求項１３】
前記ケーブル（１；１’）が、５０ｋＶ以上の定格電圧を有する送電ケーブルであることを特徴とする、請求項１から１２のいずれか一項に記載の高電圧または中電圧伝送電力ケーブル。
【請求項１４】
前記ケーブルが、高電圧直流（ＨＶＤＣ）ケーブル（１）であることを特徴とする、請求項１から１３のいずれか一項に記載の高電圧または中電圧伝送電力ケーブル。
【請求項１５】
前記第２の複合材料が、前記第１の複合材料および第２の無機導電性充填材粒子を含み、それにより、前記第１および前記第２の無機導電性充填材粒子の総量が１７から３５重量％となることを特徴とする、請求項１から１４のいずれか一項に記載の高電圧または中電圧伝送電力ケーブル。
【請求項１６】
前記第２の無機導電性充填材粒子が、前記第１の導電性充填材粒子、カーボンブラック、またはこれらの組合せを含むことを特徴とする、請求項１５に記載の高電圧または中電圧伝送電力ケーブル。
【請求項１７】
請求項１から１６のいずれか一項に記載の伝送電力ケーブルを作製するための方法であって、
ｉ）前記第１の複合材料を用意するステップと、
ｉｉ）前記第２の複合材料を用意するステップと、
ｉｉｉ）金属導体（２；２’）を用意するステップと、
ｉｖ）前記第２の複合材料を、前記絶縁システム（１０）の第１の半導体層（４；４’）として押し出すステップと、
ｖ）前記第１の複合材料を、前記絶縁システム（１０）の第１の絶縁層（６；６’）として押し出すステップと、任意選択で
ｖｉ）前記第２の複合材料を、前記絶縁システム（１０）の第２の半導体層（８；８’）として押し出すステップとを含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導体と、電気絶縁層および半導体層を備えた絶縁システムとを備え、高電圧または中電圧伝送電力ケーブルの分野に関する。本発明は、そのようなケーブルを作製するためのプロセスにも関する。
【背景技術】
【０００２】
高電圧または中電圧伝送電力ケーブルは、電力を１つの場所から別の場所に転送するのに使用され、しばしば地下に埋設されまたは海底に配置される。ケーブルは、高もしくは中電圧直流（ＨＶＤＣ、ＭＶＤＣ）ケーブル、または高もしくは中電圧交流（ＨＶＡＣ、ＭＶＡＣ）ケーブルであってもよい。そのようなケーブルは、絶縁層によって取り囲まれた金属導体を含む。ケーブルが適切に絶縁されない限り、著しい漏れ電流が、ケーブルの半径方向に、導体からそれを取り囲む地面または水へと流れることになる。そのような漏れ電流は、著しい電力損失ならびに電気絶縁の加熱を引き起こす。絶縁の加熱は、温度の上昇と共に抵抗が低減することにより、漏れ電流をさらに増大させる可能性がある。したがって、電力損失および可能性ある熱暴走を回避するために、漏れ電流を可能な限り小さく維持すべきである。
【０００３】
漏れ電流を低減させるために、伝送電力ケーブルの導体を取り囲むよう低ＤＣ導電率の絶縁材料が配置構成されている電気絶縁システムが、広く使用されている。様々なポリマー材料が、伝送ケーブルの絶縁システムの絶縁層として使用され、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、または熱可塑性エラストマー、ポリウレタン、および架橋ポリエチレン（ＸＬＰＥ）、またはエチレン−プロピレン−ジエンＭクラスゴム（ＥＰＤＭ）が使用される。特に中電圧および高電圧伝送ケーブルでは、ＸＬＰＥが広く使用されＬＤＰＥがベース樹脂として使用される。
【０００４】
しかし、各ポリマーマトリックスには、電気的および熱機械的性質に固有の限界があり、作製物全体の性能を制限する。ポリマー絶縁の改善が常に求められている。例えば、定格電圧または電流を増大させ、かつ信頼性を改善することが望ましい。伝送ケーブルの電気的性質が改善されるよう、空間電荷挙動を改善することも望ましい。
【０００５】
従来技術では、絶縁システムを改善するために多くの試みがなされてきた。例えば、絶縁特性を持つ無機充填材が絶縁システムに導入されて、絶縁特性を改善してきた。ＷＯ２０１２／１５０２８５は、絶縁充填材の材料としてハイドロタルサイトの使用を示す、従来技術の文献である。特開平４３６８７１８、特開平７０２１８５０、特開平１０２６９８５２、特開平１１０８６６３４、特開平１１２３２９４２、特開２００６２９１０２２、特開２０１０２８０８３８、ＷＯ２０１１／１２２７４２、ＷＯ２０１１／０９２５３３、米国特許出願第２０１２０００６９４号のそれぞれは、絶縁充填材の材料として酸化マグネシウムの使用をそれぞれ示す。さらに、ＥＰ１０３３７２４、ＫＲ２０１０００９６３９２は、絶縁充填材の材料として、クレーの使用を示す。
【０００６】
導電性充填材としてのカーボンブラックが、絶縁用途のためにポリマー複合体で使用される、いくつかの研究および特許が公開されている。ＪＰ２０１３０２６０４８は、カーボンブラックの、充填材としての使用を開示する。その出願（ＪＰ２０１３０２６０４８）の発明者からの、カーボンブラックの使用を定義する：「Ｅｆｆｅｃｔ  ｏｆ  ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  ｉｎｏｒｇａｎｉｃ  ｆｉｌｌｅｒ  ｏｎ  ｓｐａｃｅ  ｃｈａｒｇｅ  ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ  ｉｎ  ＸＬＰＥ  ａｓ  ａ  ＨＶＤＣ  ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ  ｍａｔｅｒｉａｌ；８ｔｈ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｐｏｗｅｒ  Ｃａｂｌｅｓ，Ｊｉｃａｂｌｅ＊１１−１９−２３  2011年６月」という名称の公開論文は、電荷挙動に対する影響について論じているが、充填材のタイプは指定していない。米国特許出願公開第２０１００１２２８３３号およびＷＯ２０１１０９３２１１は、カーボンブラックの、充填材の材料としての使用を開示する。さらに、論文「Ｄ．ｖａｎ  ｄｅｒ  Ｂｏｒｎ，Ｉ．Ａ．Ｔｓｅｋｍｅｓ，Ｔ．Ｊ．Ｐｅｒｓｏｎ，Ｓ．Ｊ．Ｓｕｔｔｏｎ，Ｐ．Ｈ．Ｆ．Ｍｏｒｓｈｕｉｓ，Ｊ．Ｊ．Ｓｍｉｔ，Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｓｐａｃｅ  ｃｈａｒｇｅ  ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ  ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ  ｉｎ  ｓｍａｌｌ  ｓｉｚｅ  ｐｏｌｙｍｅｒｉｃ  ｃａｂｌｅ  ｍｏｄｅｌｓ，Ａｎｎｕａｌ  Ｒｅｐｏｒｔ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｐｈｅｎｏｍｅｎａ（ＣＥＩＤＰ），２０１２年，６６９〜６７２頁」もカーボンブラックの使用を示している。しかしカーボンブラックには、比較的低い耐熱性、比較的低い機械摩耗、および耐化学性（例えば、酸化）など、多くの欠点がある。
【０００７】
絶縁材料を改善しようとするいくつかの試みにも関わらず、伝送電力ケーブルの電気的性質を改善すること、および伝送ケーブルの信頼性を改善することが、依然として求められている。
【発明の概要】
【０００８】
したがって本発明の目的は、改善された絶縁特性を有しかつ高電圧または中電圧電力ケーブルの適用例に適切な電気絶縁層を備えた、伝送電力ケーブルを提供することである。
【０００９】
本発明の他の目的は、ポリマーマトリックスの改質を必要としない絶縁層を提供することである。
【００１０】
本発明のさらに他の目的は、単純で費用効果のある、改善されかつ改質された絶縁材料を提供することである。
【００１１】
本発明のさらに他の目的は、電力の信頼性ある転送を提供することである。
【００１２】
本発明の目的は、送電ケーブル、特に、改善された空間電荷挙動を有するＨＶＤＣまたはＭＶＤＣケーブル、即ち電荷の蓄積が少なく、かつ／または蓄積の場合にはホモ電荷の存在が少なく、かつ蓄積が生じた場合に電荷の減衰が高速であるケーブルを提供することでもある。
【００１３】
上述の目的は、金属導体と、第１の複合材料を含む電気絶縁層および第２の複合材料を含む半導体層を備えた絶縁システムとを備える、高電圧または中電圧伝送電力ケーブルによって達成される。電気絶縁層は、好ましくは第１の複合材料からなり、半導体層は、好ましくは第２の複合材料からなる。絶縁層および半導体層は、導体を取り囲むように配置構成される。絶縁層および半導体層は、導体を取り囲むように、好ましくは半径方向にかつ同心円状に配置構成される。好ましくは、ケーブルは、少なくとも２つの半導体層を含む。絶縁層内の第１の複合材料は、ポリマーマトリックスおよび第１の無機導電性充填材粒子を含み、第１の無機導電性充填材粒子の量は０．１から１０重量（ｗｔ）％であり、第１の無機導電性充填材粒子はカーボンブラック以外である。
【００１４】
第１の無機導電性充填材粒子は、金属酸化物の鉱物、アルミナ、シリカ、シリケート、またはアルミノシリケートの少なくとも１種の粒子を含んでいてもよい。粒子は、導電層で被覆される。導電層で粒子を被覆することにより、所望の導電性およびその他の性質を粒子に与えることができる。導電層は、ＴｉＯ２、Ｖ２Ｏ５、Ｃｒ２Ｏ３、ＭｎＯ、Ｆｅ２Ｏ３、ＣｏＯ、ＮｉＯ、Ｃｕ２Ｏ、ＺｎＯ、ＺｎＳ、Ｔａ２Ｏ５、Ｙ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、ＭｏＯ３、Ｉｎ２Ｏ３、ＳｎＯ２、Ｌａ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、ＷＯ３、ＳｉＣ、Ｂ４Ｃ、ＷＣ、Ｗ２Ｃ、ＴｉＣ、ＺｒＣ、ＨｆＣ、ＮｂＣ、ＴａＣ、Ｃｒ３Ｃ２、Ｍｏ２Ｃ、ＳｎｘＳｂｙＯｚ、またはアルミニウムもしくは貴金属の金属層の、少なくとも１種を含んでいてもよい。適切には、導電層は、ＳｎＳｂＯ２などのＳｎｘＳｂｙＯｚをベースにする。
【００１５】
本発明の１つの変形例によれば、第１の無機導電性充填材粒子は炭素を含まず、または本質的に炭素を含まない。そのような粒子は、ＴｉＯ２、Ｖ２Ｏ５、Ｃｒ２Ｏ３、ＭｎＯ、Ｆｅ２Ｏ３、ＣｏＯ、ＮｉＯ、Ｃｕ２Ｏ、ＺｎＯ、ＺｎＳ、Ｔａ２Ｏ５、Ｙ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、ＭｏＯ３、Ｉｎ２Ｏ３、ＳｎＯ２、Ｌａ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、ＷＯ３、ＳｎｘＳｂｙＯｚ、例えばＳｎＳｂＯ２、またはアルミニウムもしくは貴金属の金属層の少なくとも１種を含んでいてもよい導電層で被覆するのに特に適切であることが見出されている。
【００１６】
粒子は、例えば粉末の形をとる、アルミニウムなどの純粋な金属のものであってもよい。そのような粒子または粉末は、製造することが比較的容易であり、所望の電気的性質を絶縁層に与えることができる。
【００１７】
第１の無機導電性充填材粒子は、小板様の形状を有していてもよい。そのような充填材粒子は、絶縁材料の誘電強度をさらに改善する。
【００１８】
本明細書では粒子のサイズと呼ばれる第１の導電性充填材粒子の最大寸法は、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）画像で見える粒子の最大寸法として測定された０．１から１００μｍであってもよい。特定のサイズは、絶縁材料中の導電性経路を阻止するのに寄与する。特定のサイズは、粒子の特定の小板様の形状と特に一緒になって、さらに、とりわけ絶縁材料中の導電性経路が形成されるのを阻止するのに寄与する。
【００１９】
第１の複合材料中の第１の導電性充填材粒子の量は、第１の複合材料の全重量に対して０．２５重量％から５重量％、より好ましくは０．５〜４重量％、最も好ましくは０．５から２．０重量％の範囲内にある。機械的性質を良好に維持しながらまたはさらに改善しながら導電性経路を構築することなく空間電荷挙動をさらに改善するのに、比較的低い濃度が見出された。
【００２０】
第１および／または第２の複合材料中のポリマーマトリックスは、ポリオレフィンマトリックス、例えばポリエチレンマトリックス、ポリプロピレンマトリックス、エチレン−プロピレンもしくはエチレンブタジエンなどのコポリマーマトリックス、または異なるポリマーのブレンドであってもよい。ポリマーマトリックスは、架橋ポリマーマトリックスであってもそうでなくてもよい。ポリオレフィンマトリックスを架橋することによって、９０℃よりも高い温度のようなより高い温度での軟化および形状の損失に対して、特にポリマーマトリックスが低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）である場合に、より多くの耐性が与えられる。使用することができる架橋剤は、任意の公知の架橋剤、例えば過酸化物またはアゾ化合物であってもよい。
【００２１】
第１の複合材料は、安定剤、例えば抗酸化剤、成核剤、無機充填材、架橋剤、シアヌル酸２，４，６−トリアリルなどの架橋増強剤、スコーチ防止剤、および難燃剤からなる群から選択される、少なくとも１種の添加剤をさらに含んでいてもよい。安定剤、特に抗酸化剤は、酸化の悪影響を防止する。添加剤は、ケーブルの第１および／または第２の複合材料の、ある性質を改善するのに使用されてもよい。同じ添加剤を、第２の複合材料で使用してもよい。
【００２２】
第２の複合材料は、第１の複合材料および第２の無機導電性充填材粒子を含み、それにより、第１および第２の無機導電性充填材粒子の総量が、第２の複合材料の全重量に対して１７から３５重量％となってもよい。第２の無機導電性充填材粒子は、第１の導電性充填材粒子、カーボンブラック、またはこれらの組合せを含んでいてもよい。含量がパーコレーション閾値よりも高くなるように、即ち導電性経路が材料中に形成されるように、第２の複合材料中の導電性粒子の総量を増大させることによって、半導体材料が実現される。第１の複合材料は導電性充填材粒子を含むので、充填材粒子の全含量は、ケーブルの絶縁システム内で低減され得る。
【００２３】
ケーブルは、好ましくは、定格電圧５０ｋＶ以上を有する送電ケーブルであり、したがって高電圧伝送電力ケーブルとして使用するのに適切である。好ましくは、ケーブルは高電圧直流（ＨＶＤＣ）ケーブルである。
【００２４】
本発明の他の態様によれば、本発明は、上記にて定義されたような伝送電力ケーブルを作製するためのプロセスであって：
ｉ）第１の複合材料を用意するステップと；
ｉｉ）第２の複合材料を用意するステップと；
ｉｉｉ）金属導体を用意するステップと；
ｉｖ）第２の複合材料を、絶縁システムの第１の半導体層として押し出すステップと；
ｖ）第１の複合材料を、絶縁システムの第１の絶縁層として押し出すステップと；任意選択で
ｖｉ）第２の複合材料を、絶縁システムの第２の半導体層として押し出すステップと
を含むプロセスに関する。
【００２５】
本発明のさらなる特徴および利点は、下記の本発明の詳細な説明においてより詳細に説明される。
【００２６】
本発明について、添付図面を参照しながらさらに説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】容器から地面にまたは海底に敷設されている、高電圧または中電圧伝送電力ケーブルを概略的に示す図である。
【図２】本発明による、高電圧直流送電ケーブルの側面図である。
【図３】本発明による、高電圧直流送電ケーブルの断面図である。
【図４】本発明による、高電圧交流送電ケーブルの断面図である。
【図５】本発明による、送電ケーブルを作製するためのプロセスのステップを示す、フローチャートである。
【図６ａ】本発明による、被覆付きマイカ粒子のＳＥＭ画像である。
【図６ｂ】測定線が示されている、本発明による被覆付きマイカ粒子のＳＥＭ画像である。
【図７ａ】ＬＤＰＥの空間電荷測定値の概略的なグラフを示し、充電のグラフを示している。
【図７ｂ】ＬＤＰＥの空間電荷測定値の概略的なグラフを示し、電荷減衰のグラフを示している。
【図８ａ】１重量％の無機導電性充填材粒子（Ｍｉｎａｔｅｃ）を含むＬＤＰＥの空間電荷測定値の概略的なグラフを示し、充電のグラフを示している。
【図８ｂ】１重量％の無機導電性充填材粒子（Ｍｉｎａｔｅｃ）を含むＬＤＰＥの空間電荷測定値の概略的なグラフを示し、電荷減衰のグラフを示している。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
伝送電力ケーブルは、電力を１つの場所から別の場所に転送するのに使用され、しばしば地下に埋設されまたは海底に配置される。この文脈において、伝送電力ケーブルとは、例えば発電所と変電所との間での電気エネルギーの大量転送で使用するのに適切な、ケーブルを意味する。図１は、海面２００に浮かぶ容器１００から海底３００へと敷設されている、高電圧または中電圧伝送電力ケーブル１を概略的に示す。容器には、いくつかのケーブル収納装置３０、４０、および５０と、給送装置２０が含まれる。ケーブルは海底に埋設されていてもよく、または海床に自由に位置付けられていてもよい。陸のケーブルの場合、ケーブルを地下に埋設することができる。
【００２９】
本発明による伝送電力ケーブルは、高電圧直流（ＨＶＤＣ）ケーブル、高電圧交流（ＨＶＡＣ）ケーブル、超高電圧ケーブル（ＥＨＶ）、および中電圧ケーブルであってもよい。
【００３０】
伝送電力ケーブルは、通常は主に銅やアルミニウムなどの金属によって構成される導体を含む。導体は、半導体層、好ましくは２つの半導体層と、絶縁層とを含み、絶縁層が半導体層の間に位置付けられている、電気絶縁システムによって取り囲まれる。通常、導体はほぼ円形の断面を有するが、代替の形状も考えることができる。絶縁層および半導体層で電気絶縁システムを取り囲むことにより、導体の外周形状に対応する外周形状、通常はほぼ円形の外周を持つ断面を有することができ、絶縁システムは、導体を半径方向にかつ同心円状に取り囲むことができる。
【００３１】
絶縁システムは、導体に直接取着しかつ直接接触させることができる。しかし、本発明におけるケーブルはそのようなデザインに限定されず、導体と電気絶縁システムとの間に設けられた他の中間構成要素が存在していてもよい。導体および絶縁システムは、他の材料または材料の層によって取り囲むことができることが、さらに理解されるべきである。他の材料および層には、異なるケーブル部品を一緒に保持すること、ケーブルに機械的強度を与えること、物理的ならびに化学的な侵襲、例えば腐食に対してケーブルを保護することなどの種々の役割があってもよい。そのような材料および層は、当業者に一般に公知である。例えば、そのような他の材料は、鎧装、例えば鋼線を含んでいてもよい。
【００３２】
図２は、本発明による高電圧直流（ＨＶＤＣ）送電ケーブル１の側面図であり、図３は、その断面を示す。ケーブル１は、導体２と、半径方向の最も内側であり導体２に最も近接している第１の半導体層４と、第１の半導体層２を半径方向に取り囲む第１の絶縁層６と、導体から半径方向の最も外側にある第２の半導体層８とを含む。第１の半導体層４と、第１の絶縁層６と、第２の半導体層８は、一緒に、伝送電力ケーブル１用の絶縁システム１０（図２でのみ示される）を形成する。１〜４層の絶縁層および１〜４層の半導体層など、絶縁システムには、複数の絶縁層があってもよく、複数の半導体層があってもよい。図２および図３の伝送電力ケーブル１は、外装１２によって取り囲まれる。
【００３３】
しかし、伝送電力ケーブルの構造は、そのようなデザインに限定されず、導体および（１つまたは複数の）絶縁層および／または（１つまたは複数の）半導体層の間に中間構成要素があってもよいことを理解すべきである。そのような他の構成要素には、異なるケーブル部品を一緒に保持すること、ケーブルに機械的強度を与え、物理的ならびに化学的な侵襲、例えば腐食に対する保護を行うことなど、種々の役割があってもよく、一般に当業者に公知である。
【００３４】
上述のように、本発明による伝送電力ケーブルは、例えばＡＣ型伝送電力ケーブルにすることもできる。そのようなケーブルは３種の導体を含み、そのそれぞれは、絶縁層および半導体層を含む個別の電気絶縁システムによって取り囲まれている。ＨＶＡＣ伝送電力ケーブルは、上述のケーブルの残りの周りに配置構成されたおよび上述のケーブルの残りを包封する、他の材料および層を含んでいてもよい。そのような他の材料および層には、上述のように異なるケーブル部品を一緒に保持すること、ケーブルに機械的強度を与え、物理的ならびに化学的な侵襲、例えば腐食に対する保護を行うことなど、種々の役割があってもよく、一般に当業者に公知である。
【００３５】
図４は、３つの導体２’を含む、高電圧交流送電ケーブル１’の断面を示す。図面で明瞭化するために、参照符号は、絶縁システムを含む１つの導体に関連してのみ示すが、その他の導体は、この実施例では同じ絶縁システムを含む。導体２’のそれぞれは、第１の半導体層４’および第１の絶縁層６’および第２の半導体層８’のそれぞれによって半径方向に取り囲まれる。図３における伝送電力ケーブル１’は、外装１２’によって取り囲まれる。
【００３６】
送電の増大しつつある需要に起因して、より効果的で確実な送電が求められている。したがって、伝送電力ケーブルの電気的性質を改善し、伝送ケーブルの信頼性を改善する必要がある。上述のように、この目的は、金属導体と、第１の複合材料を含む電気絶縁層および第２の複合材料を含む半導体層を備えた絶縁システムとを備える、高電圧または中電圧伝送電力ケーブルによって達成される。本発明によれば、絶縁層内の第１の複合材料は、ポリマーマトリックスおよび第１の無機導電性充填材粒子を含み、第１の無機導電性充填材粒子の量は比較的少なく、第１の複合材料の全重量に対して０．１から１０重量％である。第１の無機導電性充填材粒子は、カーボンブラック以外である。カーボンブラックは、カーボンブラックまたはカーボンブラックをベースにした材料、例えば改質されたカーボンブラックの材料である。カーボンブラックは、天然ガスまたは石油の不完全燃焼によって作製された非晶質炭素の、黒色の微粉化された形である。
【００３７】
本発明の伝送電力ケーブルの第１の複合材料は、純ポリマーに比べ、特定の充填材の材料によって改善された電気性能を示す。カーボンブラックは、比較的低い耐熱性、比較的低い機械摩耗、および例えばカーボンブラックの酸化に対する低い耐化学性に起因して、本発明の第１の複合材料では望ましくない。
【００３８】
複合材料とは、２つの個別の材料成分、例えばポリマーマトリックスと、充填材粒子などの充填材とを含む材料を意味する。
【００３９】
絶縁層とは、電気に耐性のある材料の層を意味する。絶縁材料の導電率は、例えば２０℃で約１×１０−８から約１×１０−２０Ｓ／ｍであってもよく、典型的には１×１０−９から１×１０−１６である。例えば、Ａｌ２Ｏ３の導電率は１０−１０から１０−１２Ｓ／ｍである。
【００４０】
半導体層とは、導体の場合よりも低い電気伝導率を有するが絶縁体ではない材料の層を意味する。半導体材料の導電率は、典型的には２０℃で１０−５Ｓ／ｍより大きくてもよく、例えば最大約１０または１０２Ｓ／ｍである。典型的には、導電率は２０℃で１０３Ｓ／ｍ未満である。
【００４１】
導電率とは、電気を伝送する性質を意味する。導電材料の導電率は、半導体材料の上端から始まり、即ち２０℃で約１０３から始まる。例えば、カーボンブラックは約１０００Ｓ／ｍの導電率を有する。基本的に上限はなく、実際の解決策では、上限は２０℃で約１０８Ｓ／ｍである。
【００４２】
ポリマーマトリックスとは、別の材料、例えば充填材粒子を保持しかつ／または包封することができるポリマー物質を意味する。
【００４３】
第１の無機導電性充填材粒子
第１の無機導電性充填材粒子は、金属酸化物の鉱物、アルミナ、シリカ、シリケート、またはアルミノシリケートの少なくとも１種の粒子を含んでいてもよい。第１の無機導電性充填材粒子は、粒子が電気伝導性になるように、導電層で被覆されている。粒子の無機的な性質は、有機添加剤およびカーボンブラックに比べ、熱機械的または化学的ストレスに対して粒子をより耐性がある状態にする。金属酸化物の鉱物は、例えばＭｇＯにすることができる。粒子は、好ましくはアルミナまたはシリケート、例えばマイカをベースにする。マイカは、薄いシートになるように層剥離することができる層を形成する、結晶質構造を有する。これらのシートは、化学的に不活性であり、誘電性であり、絶縁性であり、軽量であり、平板状である。マイカは、電気、光、湿分、および極端な温度に曝されたときに安定であり、したがって本発明における充填材粒子として使用するのに適切である。
【００４４】
第１の導電性充填材粒子の導電層は、ＴｉＯ２、Ｖ２Ｏ５、Ｃｒ２Ｏ３、ＭｎＯ、Ｆｅ２Ｏ３、ＣｏＯ、ＮｉＯ、Ｃｕ２Ｏ、ＺｎＯ、ＺｎＳ、Ｔａ２Ｏ５、Ｙ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、ＭｏＯ３、Ｉｎ２Ｏ３、ＳｎＯ２、Ｌａ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、ＷＯ３、ＳｉＣ、Ｂ４Ｃ、ＷＣ、Ｗ２Ｃ、ＴｉＣ、ＺｒＣ、ＨｆＣ、ＮｂＣ、ＴａＣ、Ｃｒ３Ｃ２、Ｍｏ２Ｃ、ＳｎｘＳｂｙＯｚ、例えばＳｎＳｂＯ２、またはアルミニウムもしくは貴金属の金属層の、少なくとも１種を含む。好ましくは、第１の無機導電性充填材粒子は、上述の導電層で被覆されたアルミナまたはシリカなどの無機絶縁粒子を含みまたはそのような無機絶縁粒子からなる。
【００４５】
一実施形態によれば、無機導電性充填材粒子は、炭素を含まずまたは本質的に炭素を含まない。本質的に炭素を含まないとは、化学的に結合された炭素を含有せずに、炭素の非常に少ない量または残留物を含有していてもよい材料を意味する。量は非常に小さく、好ましくは１００００ｐｐｍ未満である。導電層または本質的に炭素を含まない粒子は、ＴｉＯ２、Ｖ２Ｏ５、Ｃｒ２Ｏ３、ＭｎＯ、Ｆｅ２Ｏ３、ＣｏＯ、ＮｉＯ、Ｃｕ２Ｏ、ＺｎＯ、ＺｎＳ、Ｔａ２Ｏ５、Ｙ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、ＭｏＯ３、Ｉｎ２Ｏ３、ＳｎＯ２、Ｌａ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、ＷＯ３、ＳｎｘＳｂｙＯｚ、例えばＳｎＳｂＯ２、またはアルミニウムもしくは貴金属の金属層の、少なくとも１種を含んでいてもよい。
【００４６】
好ましくは、無機導電性充填材粒子は、アルミナまたはシリケート、例えばマイカをベースにし、好ましくはＳｎｘＳｂｙＯｚ、好ましくはＳｎＳｂＯ２で被覆されている。
【００４７】
粒子は、例えば粉末の形をとる、アルミニウムなどの純粋な金属のものであってもよい。そのような粒子または粉末は、製造することが比較的容易であり、所望の電気的性質を絶縁層に与えることができる。
【００４８】
第１の複合材料中の第１の導電性充填材粒子の濃度は、比較的低くなるように選択され、パーコレーション閾値に到達しないようにかつ導電性経路が構築されないように、第１の複合材料の全重量に対して０．１から１０重量％、好ましくは０．２５重量％から５重量％、より好ましくは０．５〜４重量％、最も好ましくは０．５から２．０重量％である。パーコレーション閾値に到達した場合、導電性経路が材料中に形成され、電気的に絶縁されなくなる。したがって、第１の導電性充填材の添加による複合材料の導電率の増大は、交流（ＡＣ）または直流（ＤＣ）に依らず、好ましくは、純ポリマーの導電率の値に対して２０倍未満とするべきである。
【００４９】
絶縁層におけるそのような導電性充填材の使用は、即ちパーコレーションが生じないとき、電荷を捕捉するので空間電荷の蓄積低減および空間電荷の減衰が生じた後の減衰の加速にも有益である。この特徴は、絶縁に大きな改善をもたらし、特にＤＣケーブルに有利である。他の利点とは、第１の複合材料は、導電性充填材が導入されかつマトリックス中に十分に分散されるので、超清浄絶縁に比べて導電性不純物に対して寛容であることである。
【００５０】
導電性充填材粒子のサイズは、０．１から１００μｍまで変えることができる。サイズとは、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）画像で見える粒子の最大寸法として測定された、粒子の最大寸法を意味する。好ましくは、導電性無機充填材は、小板様の形状を有する。小板様とは、粒子の長さおよび幅の寸法が、粒子の厚さの寸法よりも大きいことを意味する。小板様充填材粒子は、絶縁材料の誘電強度をさらに改善することができる。
【００５１】
ポリマーマトリックス
第１の複合材料中ポリマーマトリックスは、押出し可能な、即ち熱可塑性のポリマーを含む。溶融押出しを介して加工することができる任意のポリマーマトリックスが適用可能であり、本発明におけるポリマーマトリックスとして使用することができる。ポリマーマトリックスは、好ましくはポリオレフィン、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、もしくは熱可塑性エラストマー、またはこれらの混合物、ポリウレタン、または架橋ポリエチレン（ＸＬＰＥ）、またはエチレン−プロピレン−ジエンＭクラスゴム（ＥＰＤＭ）である。特に中電圧伝送ケーブルではＸＬＰＥが広く使用され、高電圧（ＡＣおよびＤＣ）ではＬＤＰＥがベース樹脂として使用される。
【００５２】
ＬＤＰＥの追加の架橋の主な目的は、寸法の改善であり、したがってその高い柔軟性を保持しながら熱機械的安定性を改善することである。ＬＤＰＥは１１５℃程度の非常に低い融点を有し、ＸＬＰＥは融解せず、したがって１１０℃よりも高い温度で大きな軟化および形状の損失は生じなくなる。例えばＡＣケーブルは、９０℃の定格最大導体温度および２５０℃の短絡定格で動作する。使用することができる架橋剤は、任意の公知の架橋剤であってもよく、例えば過酸化物またはアゾ化合物である。２つの主な化学架橋経路では、工業的に適用されるように、ＨＶおよびＭＶに関しては過酸化ジクミル（ＤＣＰ）を用い、ＭＶケーブルに関してはシラン架橋剤を用いる。
【００５３】
好ましくは、ポリマーマトリックスは、架橋ポリエチレン、またはエチレン−プロピレンをベースにしたポリマーを含む。上述のようにこれらの材料は、効果的な絶縁特性を得ながら、絶縁層を比較的熱的に安定にする。
【００５４】
添加剤
第１の複合材料は、安定剤、例えば抗酸化剤、成核剤、無機充填材、架橋剤、シアヌル酸２，４，６−トリアリルなどの架橋増強剤、スコーチ防止剤、および難燃剤からなる群から選択される、少なくとも１種の添加剤をさらに含んでいてもよい。安定剤、特に抗酸化剤は、酸化の悪影響を防止する。添加剤は、ケーブルの第１および／または第２の複合材料の、ある性質を改善するのに使用されてもよい。同じ添加剤を、第２の複合材料で使用してもよい。添加剤は、第１または第２の複合材料の全重量に対して約０．２５重量％の量で添加されてもよい。通常、添加剤の濃度は、第１または第２の複合材料の全重量に対して約３重量％よりも下に保たれるが、例えば中電圧ケーブルにおける難燃剤は、より高い濃度で使用することができる。
【００５５】
無機添加剤の例は、シリカ、およびアルミニウム三水和物（Ａｌ２Ｏ３・３Ｈ２Ｏ）、ガラス粉末、チョップドガラス繊維、酸化ケイ素（例えば、Ａｅｒｏｓｉｌ、石英、微細石英粉末）などの金属酸化物、金属水酸化物、金属窒化物、金属炭化物、天然および合成シリケート、またはこれらの混合物である。アルミニウム三水和物または酸化ケイ素（例えば、Ａｅｒｏｓｉｌ、石英、微細石英粉末）が、無機添加剤として特に好ましい。また、そのような充填材の平均粒度分布、およびそれらのポリマー組成物中に存在する量は、通常は電気的な高電圧絶縁体で適用される平均粒度分布および量に相当する。
【００５６】
金属酸化物、金属水酸化物、金属窒化物、または金属炭化物に適切な金属の例は、アルミニウム、ビスマス、コバルト、鉄、マグネシウム、チタン、亜鉛、またはこれらの混合物である。
【００５７】
１種または複数の無機酸化物または塩、例えばＣｏＯ、ＴｉＯ２、Ｓｂ２Ｏ３、ＺｎＯ、Ｆｅ２Ｏ３、ＣａＣＯ３、またはこれらの混合物は、有利には、本発明の第１または第２の複合材料に、少量で添加されてもよい。
【００５８】
好ましくは、上述の金属水酸化物−特に水酸化マグネシウムおよび水酸化アルミニウム−は、０．１から１００μｍに、好ましくは０．５から１０μｍに及ぶことのできるサイズを有する粒子の形で使用される。水酸化物の場合、これらは、有利には被覆付き粒子の形で使用することができる。８から２４個の炭素原子を含有する飽和または不飽和脂肪酸、およびその金属塩は、通常、例えば：オレイン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、イソステアリン酸、ラウリン酸、ステアリン酸またはオレイン酸のマグネシウム塩または亜鉛塩などが、被覆材料として使用される。
【００５９】
第２の複合材料
本発明の伝送電力ケーブルの半導体層で使用される第２の複合材料は、好ましくは、第１の複合材料と第２の無機導電性充填材粒子とを含み、それにより、第１および第２の無機導電性充填材粒子の総量が１７から３５重量％となる。第１の複合材料は導電性充填材粒子を含むので、充填材粒子の全含量は、本発明によるケーブルの絶縁システムで低減されていてもよい。ケーブルの製造において、絶縁層の第１の複合材料は、半導体層の第２の複合材料のベース材料としてしばしば使用される。本発明によれば、第１の複合材料は、０．１〜１０重量％の導電性充填材粒子を既に含有する。したがって、第２の複合材料を導電性にするために、さらなる導電性充填材粒子を、第１の複合材料が絶縁充填材粒子を含有する従来技術の解決策よりも少ない量で、例えば７重量％程度の少ない量で添加する必要がある。
【００６０】
第２の複合材料は、架橋性ＬＤＰＥ配合物を含んでいてもよく、１次および２次抗酸化物、スコーチ防止剤、分散剤、またはその他の無機充填材などのさらなる添加剤を含有していてもよい。
【００６１】
ＨＶおよびＭＶケーブルで適用された半導体層は、第１の複合材料の場合と同じまたはその他のポリマーマトリックスおよび導電性無機充填材を含んでいてもよい。次いで電気的性質、例えば導電率は、パーコレーション閾値よりも高い含量でカーボンブラックなどの導電性充填材を添加することにより調節される。そのような方法で、導電性粒子の濃度は、材料を半導体にするのに十分であるように調節することができる。第２の無機導電性充填材粒子は第１の導電性充填材粒子を含んでいてもよく、即ち、第２の無機導電性充填材粒子は、第１の導電性充填材粒子と同じ種類のものであってもよく、または第２の無機導電性充填材粒子はカーボンブラックであってもよく、またはこれらの組合せであってもよい。第２の充填材粒子は、粉末の形をとるアルミニウムなどの金属のものであってもよい。
【００６２】
製造
伝送電力ケーブルは、任意の公知の技術を使用することによって製造することができる。第１の複合材料および／または第２の複合材料は、予備配合された複合体として製造されてもよい。ポリマーおよび充填材とさらにその他の添加剤との予備配合された複合体を製造するために、溶融ブレンド（混練または押出し）または溶液ブレンドなどの任意のブレンド技法を適用することができる。架橋性ＰＥの特殊な場合、ＤＣＰなどの架橋剤を、予備配合されたＰＥ充填材複合体中に拡散させてもよい。拡散は、熱および圧力をかけた気相を介して、または適切な溶媒を適用する液相を介して引き起こしてもよい。その他の架橋方法を、当然ながら使用してもよい。
【００６３】
次いで予備配合されたブレンドを、標準的なケーブル押出しプロセスで、例えば連続加硫（ＣＶ）ラインにおいて、目標とした絶縁材料を持つ最終ケーブルを得るために使用することができる。
【００６４】
代替の方法では、充填材およびおそらくは添加剤を、ケーブル押出しプロセス中にＬＤＰＥまたはＸＬＰＥに直接供給してもよい。
【００６５】
作製するためのプロセスは、一般に下記のステップを含み、図５に示される：
ｉ）第１の複合材料を用意するステップ；
ｉｉ）第２の複合材料を用意するステップ；
ｉｉｉ）金属導体を用意するステップ；
ｉｖ）第２の複合材料を、絶縁システムの第１の半導体層として押し出すステップ；
ｖ）第１の複合材料を、絶縁システムの第１の絶縁層として押し出すステップ；および任意選択で
ｖｉ）第２の複合材料を、絶縁システムの第２の半導体層として押し出すステップ。
【００６６】
実施例
材料
下記の材料を、実施例で使用した：
・  低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）：Ｌｕｐｏｌｅｎ  ３０２０Ｈ−添加剤なしの純粋なグレード
・  導電性充填材：Ｍｉｎａｔｅｃ  ＳＣＭ  Ｅ０８−ＳｎｘＳｂｙＯｚをベースにした導電性被覆を持つマイカ小板（＜１００μｍ）
【００６７】
図６ａおよび６ｂは、複合絶縁材料で使用される導電性充填材粒子のＳＥＭ画像を示す。ＳＥＭ画像から、粒子は、二次元平面において、１００μｍ未満である２５．６１μｍの最長寸法を有し得ると判定することができる。粒子は三次元平面内にあり、一方でＳＥＭ画像が二次元であり、測定された粒度と実際の粒度との間にいくらかのばらつきが生じ得ることに留意すべきである。
【００６８】
方法
本発明の第１の複合材料を調製するために、ＬＤＰＥとＭｉｎａｔｅｃ充填材との溶融ブレンドを、１８０〜１９０℃で、二軸スクリュー押出し機ＨＡＡＫＥ  Ｒｈｅｏｍｅｘ  ＯＳ  ＰＴＷ２４を使用して行った。異なる量、即ち０重量％、０．５重量％、１重量％、および２重量％の充填材を使用した。
【００６９】
第１の複合材料の、作製された顆粒の架橋性グレードを製造するために、作製された顆粒を、１．３ｐｈｒ（ｐａｒｔｓ  ｐｅｒ  ｈｕｎｄｒｅｄ  ｐａｒｔｓ  ｏｆ  ｒｅｓｉｎ：樹脂１００部当たりの部数）のＤＣＰ（過酸化ジクミル）で、下記の手順で処理した：
１．  純粋なペレットを、真空炉内で、７０℃で２４時間乾燥する。
２．  ＤＣＰを、オートクレーブ内で一緒にペレットに添加する。
３．  手動で１０分間振盪させ、密閉したオートクレーブ内に７５℃で２０時間置く。
４．  ペレットを真空中で一晩乾燥する。
【００７０】
架橋性ＬＤＰＥ複合体からのプラックサンプルを、１８０℃または２００℃でおよび２００ｂａｒで、ホットプレスで加圧した。ＸＬＰＥ（架橋したポリエチレン）平板の場合、脱気は適用しなかった。
【００７１】
ＡＣ誘電強度（６０Ｈｚ）は、Ｂａｕｅｒ  ＤＴＡ  １００機器を使用して、４５×４５×１ｍｍ３の試験片に関し、Ｎｙｔｒｏ  １０ＸＮ油を用いて、電圧上昇２ｋＶ／秒で測定した。試験片は、サンプルセル内で、１２．５ｍｍの直径の黄銅球状電極の間に置いた。
【００７２】
室温での空間電荷測定は、０．１５ｍｍの厚さのサンプルに関して、ＰＥＡＮＵＴＳパルス化電気音響システム（５−Ｌａｂ）を使用して行ったが、その際、サンプルに一定のＤＣ電圧を、ならびに空間電荷測定用の４００Ｈｚ／６００Ｖの信号も印加し、さらにＰＶＤＦセンサーを用いた。
【００７３】
ＤＣ導電率は、７０℃および２０ｋＶ／ｍｍで、１ｍｍの厚さの平板に関して決定し、値は２４時間後および１００時間後に得た。
【００７４】
ゲル含量−架橋密度の程度を反映する−を、１４時間にわたるパラキシレン中でのＳｏｘｈｌｅｔ抽出によって決定し、サンプル１ｇ（平板からのカット）を使用して決定した。
【００７５】
機械的性質を、ＩＳＯ  ５２７−２による引張り試験で測定した。
【００７６】
結果
電気的性質
誘電強度およびＤＣ導電率
2017525084.tif 000003
2017525084.tif 000004
【００７７】
観察および結論
結果から、ＬＤＰＥおよびＸＬＰＥの両方に関して、最大２重量％の導電性Ｍｉｎａｔｅｃ充填材を含めた状態で類似の誘電強度が得られたことがわかる。しかし、例えば誘電強度の結果において、充填材を使用したときにばらつきの顕著な改善があり、それによってＭｉｎａｔｅｃ充填材は、複合材料において安定化効果を発揮することがわかる。
【００７８】
結果から、ＸＬＰＥの場合にＭｉｎａｔｅｃ（１重量％）を導入すると、ＤＣ導電率の著しい低減が実現されることもわかる。
【００７９】
空間電荷
図７ａおよび７ｂは、ＬＤＰＥの空間電荷測定からの線図を示す。図７ａは充電の線図を示し、図７ｂは電荷減衰の線図を示す。
【００８０】
図８ａおよび８ｂは、１重量％のＭｉｎａｔｅｃを含むＬＤＰＥの空間電荷測定からの線図を示す。図８ａは充電の線図を示し、図８ｂは電荷減衰の線図を示す。
【００８１】
図７ａ、７ｂ、８ａ、および８ｂにおいて、電極は、約０ミクロンの距離および約２００ミクロンの距離に位置決めされ、それによって電荷密度は相応に減少しまたは増加する。図７ａから、距離０での第１の電極に近い絶縁における電荷密度は負であり、したがってホモ電荷があることがわかる。同様に、２００での第２の電極に近い絶縁における電荷密度は正であり、したがってホモ電荷があることがわかる。
【００８２】
観察および結論
測定から、著しいホモ電荷の蓄積が起こる−特に、ＬＤＰＥの空間電荷測定値を示し、かつ純粋なＬＤＰＥの場合に充電したときの図７ａにおいて、電極の位置に近いアノードで蓄積が起こると結論付けることができる。さらに、電荷減衰を示す図７ｂから結論付けることができるように、１時間後に持続しており、かつバルク内に相当な距離で浸透する、大量の電荷貯蔵がある。
【００８３】
図８ａから、ＬＤＰＥ＋１重量％Ｍｉｎａｔｅｃの場合に充電したときに、ホモ電荷の蓄積が減少することもわかる。また、図８ｂからわかるように、純粋なＬＤＰＥに比べ、サンプル内への浸透が非常に少ない。したがって、導電性Ｍｉｎａｔｅｃの添加により、バルク内への電荷浸透が明らかに抑制されている。
【００８４】
機械的性質
複合材料の機械的性質も調査した。
【００８５】
ヤング率は、材料の剛性の尺度であり、断面の単位面積当たりに加えられた荷重と、単位長さ当たりの長さの増加との比に等しい。
【００８６】
降伏応力は、金属またはその他の材料が弾性的に挙動しなくなる応力レベルである。応力を歪みで割った値はもはや一定ではなく、この応力レベルが生じる点は、降伏点として公知である。降伏歪みは、応力によって引き起こされる変形の尺度である。破断点応力は、破断点での応力の尺度であり、破断点歪みは、破断点での変形の尺度である。
2017525084.tif 000005
2017525084.tif 000006
【００８７】
観察および結論
複合材料の機械的強化は、機械的強度（降伏点および破断点応力）に関し、ＬＤＰＥおよびＸＬＰＥの両方についてＭｉｎａｔｅｃ充填材を添加することによってなされると結論付けることができる。剛性（ヤング率）は僅かに増加する。
【００８８】
したがって、電気的および機械的性質は共に、純ポリマーに比べ、本発明の充填材の材料で改善されると結論付けることができる。
【００８９】
当業者なら、本明細書に提示される記述は、単なる例示を目的に提示された添付図面および前述の詳細な説明に開示される実施形態に限定されるものではなく、いくつかの異なる方法で実施することができ、下記の特許請求の範囲によって定義されることが理解されよう。
【図１】
2017525084.tif 000007
【図２】
2017525084.tif 000008
【図３】
2017525084.tif 000009
【図４】
2017525084.tif 000010
【図５】
2017525084.tif 000011
【図６ａ】
2017525084.tif 000012
【図６ｂ】
2017525084.tif 000013
【図７ａ】
2017525084.tif 000014
【図７ｂ】
2017525084.tif 000015
【図８ａ】
2017525084.tif 000016
【図８ｂ】
2017525084.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成27年6月16日(2015.6.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属導体（２；２’）と、第１の複合材料を含む電気絶縁層（６；６’）および第２の複合材料を含む半導体層（４；４’；８；８’）を備えた絶縁システム（１０）とを備え、前記絶縁層（６；６’）および前記半導体層（４；４’；８；８’）が前記導体（２；２’）を取り囲むように配置構成されている、高電圧または中電圧伝送電力ケーブル（１；１’）であって、
前記絶縁層（６；６’）内の前記第１の複合材料が、ポリオレフィンマトリックスであるポリマーマトリックスおよび第１の無機導電性充填材粒子を含み、前記第１の無機導電性充填材粒子の量が、前記第１の複合材料の全重量に対して０．１から１０重量％であり、前記第１の無機導電性充填材粒子がカーボンブラック以外であり、前記第１の無機導電性充填材粒子が、金属酸化物の鉱物、アルミナ、シリカ、シリケート、またはアルミノシリケートの少なくとも１種の粒子を含み、前記第１の無機導電性充填材粒子が導電層で被覆され、前記第２の複合材料が、前記第１の複合材料および第２の無機導電性充填材粒子を含み、それにより、前記第１および前記第２の無機導電性充填材粒子の総量が１７から３５重量％となることを特徴とする、高電圧または中電圧伝送電力ケーブル。
【請求項２】
前記第１の無機導電性充填材粒子が、アルミナまたはシリケートをベースにすることを特徴とする、請求項１に記載の高電圧または中電圧伝送電力ケーブル。
【請求項３】
前記第１の無機導電性充填材粒子が、マイカ粒子をベースにすることを特徴とする、請求項１または２に記載の高電圧または中電圧伝送電力ケーブル。
【請求項４】
前記第１の無機導電性充填材粒子が、本質的に炭素を含まないことを特徴とする、請求項１、２または３に記載の高電圧または中電圧伝送電力ケーブル。
【請求項５】
前記第１の導電性充填材粒子の前記導電層が、ＴｉＯ２、Ｖ２Ｏ５、Ｃｒ２Ｏ３、ＭｎＯ、Ｆｅ２Ｏ３、ＣｏＯ、ＮｉＯ、Ｃｕ２Ｏ、ＺｎＯ、ＺｎＳ、Ｔａ２Ｏ５、Ｙ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、ＭｏＯ３、Ｉｎ２Ｏ３、ＳｎＯ２、Ｌａ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、ＷＯ３、ＳｎｘＳｂｙＯｚ、またはアルミニウムもしくは貴金属の金属層の、少なくとも１種を含むことを特徴とする、請求項４に記載の高電圧または中電圧伝送電力ケーブル。
【請求項６】
前記第１の導電性充填材粒子の前記導電層が、ＴｉＯ２、Ｖ２Ｏ５、Ｃｒ２Ｏ３、ＭｎＯ、Ｆｅ２Ｏ３、ＣｏＯ、ＮｉＯ、Ｃｕ２Ｏ、ＺｎＯ、ＺｎＳ、Ｔａ２Ｏ５、Ｙ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、ＭｏＯ３、Ｉｎ２Ｏ３、ＳｎＯ２、Ｌａ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、ＷＯ３、ＳｉＣ、Ｂ４Ｃ、ＷＣ、Ｗ２Ｃ、ＴｉＣ、ＺｒＣ、ＨｆＣ、ＮｂＣ、ＴａＣ、Ｃｒ３Ｃ２、Ｍｏ２Ｃ、ＳｎｘＳｂｙＯｚ、またはアルミニウムもしくは貴金属の金属層の、少なくとも１種を含むことを特徴とする、請求項１、２または３に記載の高電圧または中電圧伝送電力ケーブル。
【請求項７】
前記導電層がＳｎｘＳｂｙＯｚをベースにすることを特徴とする、請求項５または６に記載の高電圧または中電圧伝送電力ケーブル。
【請求項８】
前記第１の無機導電性粒子が、小板様の形状を有することを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の高電圧または中電圧伝送電力ケーブル。
【請求項９】
前記第１の導電性充填材粒子の最大寸法が、ＳＥＭ画像で見える粒子の最大寸法として測定された０．１から１００μｍであることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の高電圧または中電圧伝送電力ケーブル。
【請求項１０】
前記第１の複合材料中の前記第１の導電性充填材粒子の量が、前記第１の複合材料の全重量に対して０．２５重量％から５重量％、より好ましくは０．５〜４重量％、最も好ましくは０．５から２．０重量％の範囲内にあることを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載の高電圧または中電圧伝送電力ケーブル。
【請求項１１】
前記ポリマーマトリックスが架橋ポリマーであることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項に記載の高電圧または中電圧伝送電力ケーブル。
【請求項１２】
前記第１の複合材料が、安定剤、例えば抗酸化剤、成核剤、無機充填材、架橋剤、架橋増強剤、スコーチ防止剤、および難燃剤からなる群から選択される少なくとも１種の添加剤を含むことを特徴とする、請求項１から１１のいずれか一項に記載の高電圧または中電圧伝送電力ケーブル。
【請求項１３】
前記ケーブル（１；１’）が、５０ｋＶ以上の定格電圧を有する送電ケーブルであることを特徴とする、請求項１から１２のいずれか一項に記載の高電圧または中電圧伝送電力ケーブル。
【請求項１４】
前記ケーブルが、高電圧直流（ＨＶＤＣ）ケーブル（１）であることを特徴とする、請求項１から１３のいずれか一項に記載の高電圧または中電圧伝送電力ケーブル。
【請求項１５】
前記第２の無機導電性充填材粒子が、前記第１の導電性充填材粒子およびカーボンブラックを含むことを特徴とする、請求項１から１４のいずれか一項に記載の高電圧または中電圧伝送電力ケーブル。
【請求項１６】
請求項１から１５のいずれか一項に記載の伝送電力ケーブルを作製するための方法であって、
ｉ）前記第１の複合材料を用意するステップと、
ｉｉ）前記第２の複合材料を用意するステップと、
ｉｉｉ）金属導体（２；２’）を用意するステップと、
ｉｖ）前記第２の複合材料を、前記絶縁システム（１０）の第１の半導体層（４；４’）として押し出すステップと、
ｖ）前記第１の複合材料を、前記絶縁システム（１０）の第１の絶縁層（６；６’）として押し出すステップと、任意選択で
ｖｉ）前記第２の複合材料を、前記絶縁システム（１０）の第２の半導体層（８；８’）として押し出すステップとを含む方法。
【国際調査報告】
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