低温連続加硫法による高電圧防蝕ケーブル

低温連続加硫法による

高

電圧防蝕ケーブル

The Application _of LowTemperatureContinuous Vulcanization for

_HighVoltage

Corrosion

Resistant Power Cables

山本

郎*

伊勢

明**

福田太市**

内 容 梗 概 日立製作所においては合成ゴムの応用および連続加硫法の基礎的研究が数年来行われてきた〇この基 礎研究に基ずいてわれわれは本邦最初の20kV60mm23心の完全水密性ネオプレン防蝕鋼帯鎧装SL ナr-ブルおよび11kVl,000mm2分割導体ネオプレン防蝕ケープ/しを完成したD その要点はつぎの通 りである｡ (1)一般のネオプレン防蝕層は高温度で長時間加硫される0その結果完成した高電圧ケーブルの電 気的性能を低下させる｡この欠点を除くために低温においても完全に加硫する特殊なネオプレン混和物 の配合-を確立L.た｡このものは防蝕材料として種々良好な性質を有している0 (2)ネオプレン防蝕高電圧ケ【プルを作るた捌こは,極力含浸滴の膨脹,収縮,防蝕層の偏肉を防 止しなければならない,このためわれわれは日立独特の連続加硫方式によってこれらのネオプレーン防蝕 ㌢-ブルを完成Lた｡

〔Ⅰ〕輯

言

指被ケーブルの障害 故のうち鉛被の腐蝕によるもの ∴蛾同においては市政総数の約20%(1),また海外でト土杓 40%を占めている(2)と報告されている通り非常な高率を 占めぺ∴､る｡この点より鉛被の腐蝕を防ぎケーブルの耐 を延す対策を講じることは,使用者および製造者 側において 要な問題である｡

最近,この対策として急速に進歩した合成刷旨および

r'㌃成ゴムを 用したl坊蝕ケrプルが進出しているが,本 論文においてほ合成ゴムを防蝕僧とした高電圧ケーブル こついて述べる｡ すなわち合成ゴムを用いた防蝕ケーブルの中で通信ケ ーブルあるいは低電圧電力ケーブルに関しては比較的容 易に製作できるが,高電圧ケ←プルについては製造過程 こ行われる加硫に際して,ケーブルの絶緑特性の低下を もたらすことから,その防止のた鋸こ製作上に種々の問 題がある｡ 日立製作所においては上述のような要請に対応して, 合成ゴムの応用および連続加硫法の基礎研究を続けてお り,これらを基にして加硫によるケーブル絶縁性能の低 lこ防止を一挙に耶決し,本邦最初の20kV3×60mTn2ネ オプレン防蝕鋼帯鎧装SLケーブルと11kVl,000mm2 分割導体ネオプレン防蝕ケーブルとを 作した｡ 本論文はこれら高電圧防蝕ケrブルの製作に際しての 諸考察および各ケーブルの性能について述べる｡

〔ⅠⅠ〕連続加硫とネオプレン防蝕ケーブル

(り 連続加硫機 ゴム絶縁電線の連続加硫機には大別して蒸気を熱源と * 日立製作所日立電線工場 理博 ** 日立製作所日立電線工場 する方法と,誘導加熱の原理を利用した高周波式加硫法 との二つの方法がある｡ 蒸気を勲澗はする方式はおもに欧米において発達し(3) (4)(5),載 においても該方式の連続加硫機が輸入されて いる(6)(7)｡また高周波式連続加硫機は戦後我国に急速に 頂上げられた加硫法であって(8)(9),一般にゴム防蝕層の 加硫に採用されている｡ 一方日立製作所においては高周波式(10)および 気式 の連続加硫法(11)(12)について基礎朝究を行い,加硫時に 生ずるゴムの発泡を容易に防止できるという観点から後 者の蒸気と電熱とを熱源とする加硫機を製作した｡ この加硫機は蒸気漏洩防止装置,加硫筒,冷却槽,引 取および巻詞機よりなり,この概略を示すと第l図(次貿 参照)のようである｡すなわち加硫筒には蒸気が充満し ており,未加硫ケーブルはこの筒内を通過して加硫され る,なお加硫筒の両端にとりつけられてある蒸気漏洩防 止装置は金属ワッシヤ←とゴムパッキンおよび加圧水よ りなり,この減圧機構はi届捜する蒸気の流速の変化を利 用したものである(11)｡したがって未加硫ケrプルの仕上 外径および構成によってワッシヤーとゴムパッキンの孔 径が決定される｡ なおこの蒸気漏洩閻止装置の原理は最近我国で輸入し た米 製の連続加硫機のものと全く同一である｡ (2)ネオプレン妨蝕ケーブル 今回製作した11kVl,000mm2分割導体ネオプレン防 蝕ケーブルおよび20kV3×60mm2 ネオプレン防蝕鋼 帯鎧装SLケrブ/レ(以下こられを単に分割導体ケーブ ルおよびSLケーブルと略称する)などは特に腐蝕被害 のはなはだしい地下に埋設されるもので,これらの構造 を図示すると第2図のようになる｡ なおこの両ケーブルを製作上より比べると,分割導体

374 _{昭和31年2月} 第1図 Fig.1. 引取機 日 立

_評

_論

冷胡槽

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し⊥⊂=･==コ 蒸気漏洩防止渡置 第38巻 笥2号 ′′

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連 続 加 硫 機 の 概 要

Sketch _{of the} Continuous Vulcanization Machine

介 割 _導 体 ′雫イ本絹互間絶縁 /一∧在 紙姻 鯛テープ 杷 綿 _棒 合 _{金 盲菖被} ネオつしン折鶴層 ネオフレン何帆布 防 伽唯 塗 米斗 /〟γ/視野ノ仰て分別導体ネオづレン町裾野丁-｢ル, 第2図 ネ オ プ レ _{ン 防}

Fig.2. Constructions _of Neoprene

ケーブルは鉛被上にネオプレン防蝕層を施し,加硫工程 を経て製作されるた捌乍業工程ほ比較的簡単である｡ しかしSLケーブルにおいてはまず線心上のネオプレ ン(以後これをコアーと略称する)を加硫しこれを介在物 とともに 合わせる｡つぎにその外周上に防蝕剤処理策 麻テープ,鋼帯,ネオプレソテープおよびネオプレン付 帆布を巻き付け,鋼帯上のネオプレン(以後シースと略 称する)を加硫し _{料が塗布される｡したがってケ←ブ} ル絶縁体は2度熱処理を受けるため,加硫時における油 の偏在とこれに伴う空隙の発生および防蝕層の変形が倍 加され,分割導体ケーブルよりさらに高度の 必要である｡ 作技術が

〔ⅠⅠⅠ〕低温加硫用ネオプレン混和物

(り ネオプレン混和物の配合 向` 圧防蝕ケーブルに使用されるネオプレン混和物 は,ケーブル本体におよぼす熱的影響を少くし電気的性 能を保持するた動こ,つとめて低温短時間で加硫が完了 することが望ましい｡ 一般にネオプレン混和物は1300C以上の高温で長時 間にわたって加硫することが必要である｡この場合にお ける配合上の文献は数多く見受られるが(13)(14)低温加硫 の文献はほとんど見あたらない｡ 】一日d■一■ 低温加硫の困難性は加工の安全性がきわめて小さいこ と,あるいは加硫が短時間に進行するためにゴム層の層 /防 蝕 塗 料 ネオプしン村明石 スオ丁レンβ月蝕屠 劇 毒 麻 冊 テー 介 _{在 抹} 斗 ネオフレン引締〒-■ワ スプ一丁しン駈蝕層 鉛 板 絶 縁 体 牛 _{二牽.体:統} 導 体 ∠伽〝ノノ〝仰∼･∫心ネオつレン防錮蘭帯鎧装乱ケ一つ1し 蝕 ケ ー ブ ル の 構 造

Covered Corrosion Resistant Power Cables

離れ,ポイドの発生などが起きやすい点にあるっ さらに このような混和物を用いた場合,防蝕屠の電気的性質Jこ 耐老化性も重要な問題となってくる｡ しかし筆者らがこの配合について喧々検討Lた結果, 加硫剤,加硫促進剤,充填剤,その他配合剤の特殊な使 用法と熟練した作業技術によって一般用ネオプレンと同 様に加工ができ,しかも防蝕層として具備し.なければた らない数多くの性能を保持する混和物を確立する二上が できた,この配合の1例を第l衷に示す二 (2)加 硫 特 性 一般用ネオプレン混和物において三三低温加酪･上長時間 を要し,しかもその性能は高温加硫のものに比較して著 しく劣る.｡これに対して第1表の配合混和物において は,低温でも加硫が進行し,しかも以下述べらご土く性 能も良好である｡ (3)耐 老 _{化 性} 低温加硫用ネオプレン混和物の耐老化性い工120ロC ギ ヤー民法熱空気老化および糾eC21kg/cm2ピーラーデ ビス民法酸素老化試験などより検討した｡この結果は第 3図の通りである｡ 一般用ネオプレン混和物の耐老化性については既報し たが(15)(16),第3図からあきらかなように一般用のもの と大差なく,しかも天然ゴムの老化±比較すれば著しい 耐老化性を持っていることがわかる｡なお伸びの低下が はなはだしいことほネオプレンの特性で,最近C.A.

低温連続加

硫法

よ る

_{高 電 圧 防}

蝕

写75

第1乗 除温加硫用ネオプレン混和斗勿の配合

Tablel.Recipe _ofNeoprene Compounds

for Low Temperature _{Vulcanization}

配 合 ネ オ ナ 加 硫 加 詰㍍ 促 JごβOr へ止ミ 副洲恥〔悪霊 ､ ､ レ ン′ 剤 進 剤 剤 剤 配 合 100 5 {- 20 0.5∼1.5 2 60 烈空気老イヒ試【検(ギャー民法)

Tモ〒ミ

ヽi 束) 副警〔砦忙什 ｢べ) 樹拙物堅 動 ハ〃 1 ∴ ｣ 柑 ∂紹gノゆ枚方エ' 算3図 低 温 樺老化 高圧酸素老/L討篤史(ビーチ≠ビス法) ■---■ ----一 塁ニー､- -㍗ --一打す----･_｢1 スオブしン勅ノ■∴ ----+-一助プ

ト扁

7 r , ･--=-十/ 一月貰用スオ1 ----､ しン l ♂ ♂ ♂ _{ノ汐 ノア} イヒ _日 数 〔`わ′) 加硫閑ネオプ レ ン混和物の各 験結果 Fig.3.AgeingTests _{ofNeopreneCompounds} for Low Temperature _{Vulcanization}

LarsonJてrlT)∴tネオプレン被覆電線を8年間屋外曝露

∴･7二繹果を幸紺-しで-､るが,これによると伸びの低下率

二三最初Cn2年R;jで40%,8年間で60%こ達するが,ま 刊稟性がありさr〕ニ長期間の使用に耐えることを示し r:いる.｡▼三たG.N.Vacca氏(1B)も促進老化試験!屋外 曝諸試験から釣20年の寿命を推是している｡ 二の耐老化性の問題はきわめて重要であり,筆者らも 絹在さらこ研究を続けている｡ (4)電気的特性 ネオプレン混和物の固有紙抗ほ天然ゴム,GR-S, GR-Ⅰなご二比べて低いことは 知の事実である｡ ｢･号蝕ケーブルニ｣-il.､て:ユニの絶縁性を保持するため従 侶 ▲ガ〉 ■♂ -ゥ乙 〃 ガレ -∠ クム 〃 ガU ノ4 7｣ 形 月リ ガ ガ (良G-讐+雲二璧 価吋 河

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ofVolymeResistivityofNeo-prene Compounds due to Temperature

束こ王天然ゴムを使用していたのであるが,今回のようこ ネオプレン中独使用の場合にはネオプレン混和物の固有 抵抗を向上させる必要がある｡ これ::=関してF.L.Yerzley氏(19)はネオプレンの精 一製土完項剤の選択を強調している｢ いま筆者らが確立Lた二,三の低温加硫用ネオプレン ノ1固有抵抗過度特性を示すと第十図のようになるっ ネオプレン混和物の電気的特性ほ第4医のように配合 剤こよって大きく左右されるが,実際上防紐層の規格が 5Mn/m(20CC)であるので十分な余裕が認められる｡ (5)l汲 水 性 l巧拙屑の其備しなければならない必要条件は上記の仙 二柾々あるが(20),このうちで防蝕層の吸水性はその使用 状態からみて極 力少いこ土が望ましい｡ 試料の大きさを･一定こして,低温加硫用ネオプレン, 普通加硫ネオプレン,絶縁用天然ゴムおよび特に低吸水 性ヒいわれている純化ゴム(G-Crepe)について700C 恒温水巾に浸漬し比較試験を行ったっ この結果は第5図 (深田参照)の通りで,ニの結果からはネオプレンが天然 ゴムこ比べて潅ごっていると∴いノ､えず,むしろ配台刑に よって大きく特長がでることをホしているn 二のこ上:‡文献こも示されており,桝端にl取水するも ｣丁つ:ま長時間の浸潰こよって物f佃′拙能が低下する(21)｡こ しつr吸水性につIvlて:i最近Dupont社においてW,ある

いはWRT型を矧いて耐水性哀オブレンの配令を紹介し

ているが(22),電純rlJネオプレン る｡ して興味ある問題てあ

376

_{昭和31年2月} 目 立

論

第38巻 箱2号 l _l

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Fig.5.Water Absorption Characteristics _of

Various Rubber _{and NeoDreneValcanizates}

〔ⅠⅤ〕連続加硫法による高電圧ケーブルの性能

(り ネオプレン防蝕層の藷特性 分割導体ケーブルおよびSLケーブルのシースおよび コアーのネオプレン防蝕層について,(a)抗張九 伸び および老化,(b)絶縁紙抗,(c)絶縁耐ノブなどの各種試 験を行った結果は第2表の通りである｡ 抗張力試験の結果において分割導体ケーブルとSLケ ーブルとに,その絶対値に差があるのはネオプレンぎ昆和 物の相違によるもので(前者はネオプレン混和物No.2, 後者はNo･3を用いた)抗張力がこの程度を示すことは前 述のように加硫がほゝ､完了しているものと考えられる｡ つぎに加熱空気および酸素老化試験による防地層の変 化率は僅少であり,従来の天然ゴムに比べいちじるしく 耐老化性こ富み,長期にわたり安定した防敗効果が期待 できる｡ さらに電気的性能においてもネオプレン防蝕僧として はきわめてすぐれた性能を示している｡なお連続加硫法 を用いることによってこれらケーブルのように外径およ び重量が非常こ大きい場合でも第`図に示すように防紬 偶の偏肉はほとんど認められず,均一∴な防紙屑を形成し ている｡ (2)ケーブルの電気的性能 分割導体ケ←プルおよびSLケ←ブルの仝条を加硫前 後において電気的試験を行い,加硫によるケーブルヘの 影響を測定した｡ この結果は第3表および第7図の通りである｡ 分割導体ケーブルにおいては加硫によって誘電正接が 一様にわずかながら増加しているが,これは第7図の温 度特性から想定されるように測完温度の相違による影響 が現われているものと思う｡ 静電容量および絶縁抵抗は増減いずれの傾向とも判定 しにくく,長時間の絶縁耐力試験においても加硫前後で その差はほとんど認められない｡ SLケーブルは前述したように繰心鉛被上,鋼帯 _装 上の2箇所にネオプレン防蝕層を施したもので,2度の 加硫にもかかわらず加硫によるケーブル性能の低下ほき わめて少く,すぐれた特性を保持している｡ さらにこの加硫による電気的性能の変化を確認するた めに20kV3×100mm2SLケ∼ブル綿心緒被上にネオ プレン防蝕層を施し,試作用小型連続加硫機で約27m 製作し,両端より切断し,ケーブルの長さの方向に対す る誘電正接の分布を実測すると第8図(136頁参照)のよ うになる｡すなわちケーブルの中央部においては加硫に よる影響はきわめて少いことがわかる｡ 第 2 _{表 ネ オ プ} レ ン 防 蝕 層 の 物 理 的 _{お よ び} 電 気 _的 性 _能 Table2･PhysicalandElectricalCharacteristicsofNeopreneCoveredCorrosionResistantLayers

低温連続加硫法

に よ る

11kVl,000mm2分割導体ネオプレン防蝕ケーブル

20kV3×60mm2ネオプレン防蝕鋼帯鐙装SLケーブル

第6図 ネオプレン防蝕ケrプルの外観

Fig.6.AppearancesofNeopreneCovered

Corrosion Resistant Cables

電圧

防蝕

ケ ブ l i

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1 ガ 昂:フ 符 ガ 測 定 注 伎 (℃) 第7図 ネオプレン防蝕ケープ･′しの温度,電圧と誘 電正｣妾との関係

Fig.7,Relation between Testing

Tempera-ture,Voltage and DielectricPowerFactor

以上のように連続的に加硫した場合は性能の低下がき わめて僅かであり,仮に性能の低下があった場合でも端 末部の影響が相当に大きく,全長く･こわたる低下でないこ とが想定される｡この一例としてその後製作した関西電 力納6kV3×150皿m2 ネオプレン防蝕層付ベルト紙ケ ーブルの誘電圧接電圧特性を示すと弟4表のようにな り,加硫による電気的性能の低下は皆無である｡ 第3表 ネオプレン防蝕ケーブルの加硫前後における電気的諸性質

Corrosion Resistant Cables

Table3. ElectricalCharacteristicsofNeopreneCovered

378 _{昭和31年2月} ∼ミ 仙 卜当 伸 一■､ -､､､ 測定電圧.≠什′ 日 _立

_評

_論

〟拙･硯押針･J∠ケーブ′■L′腐心析鵠₁ れ□庸キノ重合昆 和親前全昆 T- + l l l 刀口臨彼角布 , ♂ ∫ ご､ ･ ､･ ∴､ ケーブルの長さ 一朗 第8図 加硫後の誘電正接分布

Fig.8.Dielectric _{Power Factor Distribu_}

tions _of Cable _after Vulcanization

〔Ⅴ〕結

盲

以上の報告を要約するとつぎのようになる｡ (1)低温加硫用のネオプレン混和物の配合を確立し た｡この混和物は低温において十分加硫が進行し, なお防蝕層として必要な

_{性能を有している｡した}

がって長期間にわたり安定した防蝕効果が期待でき る. (2)低湿加硫用のネオプレン混和物ならびこ連続加 硫方式の採用によって,加硫による高電圧ケーブル の電気的性能の低下が防止できる｡ (3)なおこの連続加硫機は日立製作所独得の技術に よるものであり,この方式によれば今回のように外 径,重量がきわめて大きい場合でも防蝕層の変形は 認められず,ゴム防蝕高電圧ケーブルの加硫に適す ることが実証された｡ 終りこ臨み本研究は日立電線工場,久本,水上両課長始 め,吉川,工藤両主任の直接の御指導･によるもので,こゝに 深く感謝の意を表すると土もに,終始御鞭姥を賜った日 立製作所馬場重役ならびに日立電線工場斎藤工場長,内 藤,山野井両部長および実験二協力された伊藤,壁谷,高橋 久の三君,その他関係者に那L申し上げる次第である｡ 第38巻 _第2号 第4 _{表 6kV3×150mm2ネオプレン防蝕ベルト} 紙ケーブルの誘電正接電圧特性(%) Table4.Characteristics of Dielectric Power Factorof6kV3×150mm2NeopreneCovered

Corrosion _{Resistant PaperInsulated Belt}

Type Power Cable

参 考 文 献 (1)電蝕防止研究委員金偏=電蝕防止ハンけック, 3(昭27･4 _{電気学会)} (2)国鉄送電系統保護方式調査委貝全編:国鉄20kV ケーブル系統保護方式調査研究報告 _22(昭29.3 鉄道電化協会) S･E･Billhart‥Ind･Rub･World 8`51(1932) A･R･Kemp:Rub･Chem,Tech.TO743(1937) E･Tunnicliff:Trans.Inst.Rub.Ind.29 <sub>55</sub> (1953) 咲田,横田‥オーム 〃 <sub>938(昭29.9)</sub> 横瀬,′ト岩,望月:住友電気嚢報 45 31 (昭28.2) 鳴海:電気学会雑誌 <sub>71391(昭26.6)</sub> 杉,郡:住友電気彙報 <sub>381(昭25.5)</sub> 笈川:特許,昭26-2482:電気学会雑忍 72 87 (昭27) (11)山本,伊勢:日立評論 <sub>3`1007(昭29.6)</sub> ゴム協会誌 28 _79(昭30.2) (12)山本･伊勢‥日立評論 _{3`1831(昭29.12)} (13)Dupont:Report _{No･50J7(1950.11)} (14)Dupont:Report _{OER-46-2(1946.9)} (15)吾川,福田,渡辺=日立評論 35 _95(昭公.4) (16)福田,吉川:日立評論(原稿瑳虻中) (17)G･A･Larson:Wire&Wire _{Prod.29 860} (1950) (18)G･N･Vacca,RH･Erickson,C.Ⅴ.Lundberg‥ Ind･Eng･Chem･,43 _443(1951) (19)F･L･Yerzley:Ind･Eng.Chem.,35 ₃₃₀ (1943) 工藤･鈴木:日立評論 _{341063(昭27.9)} Dupont:NoteBook _{2 No･11･41(1939.1)} Du _{pont:BL265･8L31-54(1954)}