熱・放射線ストレスによる XLPE 絶縁体の機械 特性の劣化

電力中央研究所報告
原子力発電
熱・放射線ストレスによる XLPE 絶縁体の機械
特性の劣化
−酸化防止剤濃度の影響−
キーワード：熱・放射線劣化，架橋ポリエチレン，ケーブル，酸化
酸化防止剤
背
報告書番号：Ｈ１００１４
景
原子力発電所の高経年化対策の一環として，機器監視・制御用ケーブル中の高分子絶
縁材料（以下，絶縁材料と云う）の寿命評価が課題となっている。これらの絶縁材料の
寿命評価に関して，加速劣化試験を主体とした新たな評価法が提案され[1]，いくつかの
絶縁材料で加速劣化試験データの解釈が課題として残された。当所では，この課題を解
決するために材料物性の変化に注目した寿命評価手法の開発を進めている。これまでに
絶縁材料の寿命評価に用いられる引張破断伸び率（以下，伸び率と云う）の低下が材料
物性の一つである酸化の進行に依存することを明らかにした [2]。一方，絶縁材料におけ
る酸化の急激な進行に酸化防止剤の濃度減少が大きく関与する可能性が指摘されてお
り [3]，材料劣化との関係を詳細に解明する必要がある。
目
的
絶縁材料の一つである架橋ポリエチレン（XLPE）について，熱・放射線同時加速劣
化試験を行い，酸化防止剤濃度の減少，酸化の進行，伸び率の低下の関係を明らかにす
る。
主な成果
1. 熱・放射線同時加速劣化試験による伸び率の低下
初期酸化防止剤濃度を 0.4wt% [4]（一般的な初期濃度），0.2wt%，無添加とした 3 種類
の XLPE シート試料（それぞれ A, B, C と呼ぶ）について，室温，60℃，100℃の温度，
線量率 100Gy/h [5]の γ 線照射条件で加速劣化試験を行った。その結果，初期酸化防止剤
濃度が小さい程，伸び率の低下が早いことを定量的に明らかにした（図 1）。
2. 酸化防止剤濃度の減少と酸化の進行
加速劣化試料の酸化度 [6]と酸化防止剤濃度 [7]を測定し，上記 1.の結果と組み合わせて，
酸化度の増加にともない伸び率が低下する関係を定量的に明らかにした（図 2）。さら
に酸化防止剤濃度がある値（以下，臨界濃度と云う）まで減少すると酸化度が急激に増
加することを明らかにした（図 3）。
[1] 原子力プラントのケーブル経年劣化変化評価技術調査研究に関する最終報告書，JNES-SS レポート，
JNES-SS-0903，（独）原子力安全基盤機構 原子力システム安全部（2009）
[2] 栗原，他，「熱・放射線劣化させた架橋ポリエチレンケーブル絶縁材料の材料物性と微細構造分
析」，電力中央研究所報告 No.H09017（2010）
[3] Tadao Seguchi, et. al., “Degradation Mechanisms of Cable Insulation Materials by Radiation and Thermal
Ageing”, Proceedings of the 2010 International Conference on Condition Monitoring and Diagnosis,（2010）
[4] wt%=質量百分率。0.4wt%は，ポリエチレン 100g 中に 0.4g の酸化防止剤を配合したことを表す。
[5] Gy=吸収線量。1Gy は，物質 1kg 当り 1J のエネルギが吸収されたことに相当する。
[6] 酸化の程度を表す数値：この報告書では赤外吸収スペクトルにおける 1720cm-1 付近の C=O 結合の吸
収ピークと 1462cm-1 付近の C-H 結合の吸収ピークとの比を酸化度と定義した。
[7] 試料を入れた測定容器内の雰囲気を窒素ガスにして 200℃に昇温し，雰囲気を乾燥空気に切り替えて
から試料が酸化発熱するまでの時間（OIT）を測定し，未劣化試料の酸化防止剤濃度と OIT との関
係から酸化防止剤の濃度を推定した。
図 1 初期酸化防止剤濃度を変えた XLPE シート試料の
劣化特性の例（γ線線量率 100Gy/h, 60℃）
初期酸化防止剤濃度が少ない程，伸び率が低下
する時間が早い。
①
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図 2 酸化度と伸び率の関係（γ線線量率 100Gy/h）
図 3 酸化防止剤濃度の経時的減少による酸化度
の変化の例
酸化度が大きくなると伸び率が低下する相
関関係が確認された。
①の期間が過ぎると，酸化防止剤濃度が臨界
濃度まで減少し，酸化度が急激に増加するこ
とを明らかにした。
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 研究担当者
問い合わせ先
金神
雅樹（電力技術研究所
高電圧・絶縁領域）
(財)電力中央研究所 電力技術研究所 研究管理担当スタッフ
Tel. 046-856-2121(代) E-mail : [email protected]
報告書の本冊（PDF 版）は電中研ホームページ http://criepi.denken.or.jp/よりダウンロード可能です。
［非売品・無断転載を禁じる］
Ｃ 財団法人電力中央研究所 平成２３年５月発行
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