加熱処理したLDPEの直流高電界下における空間電荷分布と伝導電流特性

摘要

現在、都市部における電力網では交流送電が主流となっているが、都市部の電力需要の増加にともない、遠隔地の発電施設からの長距離送電を行うためには、直流送電が必要とされている。新たに直流送電ケーブルを布設する場合は、環境への配慮やランニングコストの点で、従来使用されている絶縁体に油浸紙を用いたOFケーブル（Oil field cable）に代わって、固体高分子絶縁材料である架橋ポリエチレン（XLPE: Cross-linked polyethylene）を絶縁体として用いたCVケーブル（Cross-linked polyethylene insulated vinyl sheath cable）の使用が望奉れている。しかし、交流用CVケーブルに直流高電圧を印加するとXLPE内部に空間電荷が蓄積し、絶縁破壊を引き起こすと言われている。そのため我々は、ポリエチレン系絶縁材料の絶縁破壊メカニズムの解明を試みている。これまでのパルス静電応力法（Pulsed electro-acoustic method: PEA法）を用いた空間電荷分布の挙動調査により、比較的単純な分子構造である低密度ポリエチレン（LDPE: Low density polyethylene）においては、直流高電界下で多量の空間電荷が蓄積し、材料内部の局所的な電界強調により絶縁破壊が生じることが報告されている。一方、XLPEにおいてはLDPEで観測されたような極めて大きな電界強調は観測されずに絶縁破壊に至っている。このLDPEとXLPEの空間電荷形成および絶縁破壊特性の差異の原因の1つとして、高温環境での架橋、すなわち熱処理が起因していると考えられる。そこで本研究では、熱処理を加えたLDPEについて空間電荷分布と外部回路電流を同時に測定し、熱処理がLDPEの絶縁特性に与える影響を調査した。さらにXLPEの絶縁破壊の要因として考えられる消費電力密度に着目し、XLPEにおける絶縁破壊と熱処理との関連性を検討した。