電力ケーブル用 ZPE コンパウンド: 特性と利点

現代の電力インフラでは、ケーブル内の絶縁化合物は導体そのものと同じくらい重要です。電力ケーブル用 ZPE コンパウンドゼロハロゲンポリエチレンベースの架橋可能な配合物は、従来の材料に代わる高性能な代替品として登場し、送電網事業者やケーブルメーカーが現在中電圧から超高圧（EHV）システムまでの電圧で要求している電気絶縁の完全性、熱耐久性、および加工信頼性の組み合わせを提供します。

90℃ 連続使用温度

>10 ¹⁴ 体積抵抗率 (Ω-cm)

<2.3 1MHzにおける誘電率

250℃ 短絡温度定格

ZPE コンパウンドとは何か、そしてなぜそれが重要なのか

ZPE コンパウンドは、電力ケーブル絶縁用に特別に設計された過酸化物架橋可能なポリエチレン配合物です。押出中または連続加硫 (CV) チューブ内の熱によって引き起こされる架橋プロセスは、直線状の PE チェーンを三次元の熱硬化性ネットワークに変換します。このネットワーク構造により、ZPE 絶縁に、幅広い使用温度範囲にわたる機械的堅牢性と電気的安定性の優れた組み合わせが与えられます。

技術的定義

ZPE (ゼロハロゲンポリエチレン) コンパウンドは、塩素、臭素、フッ素を含まずに配合された過酸化物開始架橋ポリエチレン絶縁材料です。標準の XLPE の完全な誘電および熱性能プロファイルを維持しながら、燃焼中の有毒なハロゲン酸ガスの放出を排除します。

世界の架橋ポリエチレンケーブル絶縁市場は、2023 年に 68 億ドル以上と評価され、アジア太平洋、ヨーロッパ、北米にわたる送電網近代化プログラムの推進により、2030 年まで 5.9% 以上の CAGR で拡大すると予測されています。この成長の中で、トンネル、交通システム、人口密集した都市ケーブル路線における防火規制が強化される中、ZPE 化合物のようなハロゲンフリーのバリアントのシェアが増加しています。

電気絶縁性能：主な利点

ZPE コンパウンドは、中電圧および高電圧のケーブル構造に関する IEC 60502 および IEC 60840 の要件を満たす、またはそれを超える電気絶縁特性を提供します。 Three parameters define their superiority in demanding grid applications:

絶縁耐力 値は一貫して 30 kV/mm を超え、同等の電圧定格で絶縁壁を薄くすることができ、一部の MV 設計では、導体間距離とケーブル全体の外径が標準 XLPE と比較して最大 12% 削減されます。
低い誘電正接 (tanδ) 1x10 未満のタンデルタ ^-4 電力周波数での誘電加熱損失を最小限に抑えます。これは、地下送電通路で高負荷率で継続的に動作するケーブルの重要な性能基準です。
部分放電耐性 ZPE コンパウンドで達成できるクリーンで均質な形態は、厳密に制御された添加剤分散の結果であり、空隙含有量を最小限に抑えた絶縁体を生成し、ケーブルの 40 年の設計寿命にわたる部分放電劣化の影響を直接軽減します。

連続条件および故障条件下での熱安定性

ケーブル絶縁体の熱安定性は、連続使用、過負荷、短絡という 3 つの異なる領域にわたって評価されます。 ZPE 化合物は、構造の劣化や誘電特性の損失なしに、3 つすべてにわたって確実に機能するように配合されています。

導体温度 90°C での連続動作下では、架橋 ZPE 絶縁体は 20,000 時間の熱老化後も初期の破断伸びの 95% 以上を維持します。この結果は、IEC 60216 方法論を参照した加速老化研究で確認されました。短絡条件では、熱硬化性樹脂ネットワークは溶融や流動を起こすことなく 250°C を超える過渡温度に耐えます。これは、短絡定格 HV アプリケーションから熱可塑性 PE を完全に排除する故障モードです。

熱性能ベンチマーク

90°C で 20,000 時間の熱老化後も、ZPE 絶縁体は 95% 以上の破断伸びを維持し、10,000 時間間隔でパラメータを再テストすることなく、MV ケーブル認定に関する IEC 60502-2 Annex B の要件を満たします。

ZPE コンパウンド vs XLPE Compounds: A Direct Comparison

ZPE 対 XLPE の議論は、基本的にはアプリケーション環境の問題です。どちらも架橋ポリエチレンシステムであり、その違いはハロゲン含有量、燃焼挙動、および規制順守にあります。

ZPE Compounds

Zero halogen content — no HCl or HBr gas on combustion
IEC 61034 に準拠した低煙密度
EN 50267 腐食性要件に準拠
トンネル、鉄道、海上、公共の建物に最適
Equivalent dielectric and thermal performance to XLPE
通常、標準の XLPE と比較して材料コストが 8 ～ 15% 高くなります

標準 XLPE コンパウンド

ハロゲン系難燃添加剤が含まれる可能性があります
火災時の煙と腐食性ガスの可能性が高くなる
標準配合ではEN 50267に適合しません
Standard for open outdoor, duct, and direct-burial routes
Established, extensive performance data at all voltage levels
Lower unit cost — preferred where fire class is not specified

ヨーロッパの CPR (建設製品規制) または同等の国内防火規定によって管理される仕様については、ZPE コンパウンドは、ケーブルの導体や金属スクリーンのアーキテクチャを再設計することなく、Cca および Dca 防火性能分類への技術的に準拠したパスとなります。

高速押出ラインでの処理性能

化合物の現場での性能は、生産ラインの速度で確実に処理できなければ意味がありません。電力ケーブル用 ZPE コンパウンド電気特性とともに処理性能を主要な設計基準として設計されています。

処理パラメータ	ZPEコンパウンド仕様	意義
メルトフローインデックス (MFI)	0.8～2.0g/10分（190℃/2.16kg）	Ensures dimensional stability at extrusion die exit
スコーチタイム (ts1)	140℃で12分以上	Prevents premature crosslinking before CV tube entry
架橋度（熱間硬化）	200℃/20N/cm2での伸び率100%未満	IEC 60811-507 に従って完全硬化を確認
処理温度	120 – 150°C (バレルゾーン)	Compatible with standard CV tube line configurations

The controlled scorch time is the most operationally critical specification.これは、押出機バレルでの化合物の可塑化と CV チューブでの架橋開始の間の処理ウィンドウを定義します。短すぎる架橋や時期尚早の架橋は、表面粗さや偏心の欠陥を引き起こします。長すぎると、ケーブルコアの硬化密度が IEC 認定試験には不十分になる可能性があります。

長期信頼性を定義する誘電特性

ケーブル絶縁の故障モードは主に電気的なもので、空間電荷の蓄積、水トリー、高電界ストレス下での熱暴走などが原因です。 ZPE compound formulations address all three mechanisms through material design.

空間電荷抑制: 特別に選択された酸化防止剤と電圧安定剤のパッケージは、導体スクリーン界面でのヘテロ電荷の蓄積を低減します。これは、DC 条件下で未処理の XLPE において局所的な電界ストレスを最大 40% 増幅することが知られているメカニズムです。
水トリー抑制: 耐樹木性 ZPE (TR-ZPE) グレードには、水トリーの開始に関与する電気化学的酸化経路を遮断する分子レベルの添加剤が組み込まれており、湿った直接埋設環境での絶縁寿命が IEC 60502 ベースライン予測を超えて延長されます。
熱暴走マージン: ZPE 絶縁の低タンデルタ特性により、動作磁界勾配での誘電体の自己発熱が、正帰還の熱不安定性が発生する可能性のあるしきい値を十分に下回ることが保証されます。これは、EHV ケーブル設計に関する IEC 62067 で明示的に取り上げられている要件です。

Specifying ZPE Compounds: Key Parameters to Define

ケーブル設計に適切な ZPE 複合グレードを選択するには、6 つの仕様軸にわたる調整が必要です。技術的に準拠した推奨事項を受け取るための明確な目標を化合物サプライヤーに提供します。

電圧クラス — MV (1 ～ 36 kV)、HV (36 ～ 150 kV)、または EHV (150 ～ 500 kV) により、必要な絶縁耐力と清浄度グレードが決まります。

設置環境 — トンネル、直接埋設、潜水艦、または空中 — 火炎、湿気、および UV 耐性の要件を管理します

適用規格 — IEC 60502, IEC 60840, IEC 62067, NF C 33-210, or project-specific utility specifications

CVライン構成 — steam, dry nitrogen/infrared (MDCV/HVCV), or silane-moisture cure — affects required scorch time and MFI range

防火パフォーマンスクラス — CPR class, IEC 60332 category, or IEC 61034 smoke density target

DCまたはACサービス — DC ケーブルの用途には、AC 定格の化合物とは異なる固有の抵抗率と温度特性を備えた空間電荷最適化グレードが必要です

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