報告書番号

W87010

タイトル（和文）

半導電層材料中のカーボン粒子の分散性の改良と絶縁破壊強度の向上

タイトル（英文）

AN APPROACH TO IMPROVE THE BREAKDOWN STRENGTH BY MODIFYING CARBON DISPERSION IN SEMICONDUCTION LAYER

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

異なる添加剤を用いて改良した半導電層材料を電極にして円盤状試料を１１種類作成した。この試料の交流絶縁破壊電圧を測定すると共に半導電層材料中のカーボン粒子の凝集状態を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）にて詳細に分析し以下の結果を得た。カーボン粒子が疎になっている部分と数個～数１０個凝集して密になっている部分が存在していること，大きさ１００～２００ｎｍ程度の凝集体の間がカーボン粒子の鎖で結ばれていることなどが判明した。半導電層材料のＴＥＭ写真の濃淡の自己相関関数Ａ（ξ）の減衰振動波形の波長ξ０はカーボン粒子の凝集体の大きさとほぼ対応している。各種半導電層材料におけるξ０とＥ１０の関係を求めた結果，従来の半導電層材料のξ０（約１４０ｎｍ）よりも改良半導電層材料のξ０は大きく，Ｅ１０もかなり改善されている。従って今回の実験結果からカーボン粒子の凝集体の大きさを２００ｎｍ程度に大きくすることが絶縁破壊強度

概要 （英文）

DISK SPECIMENS WITH SEMICONDUCTING ELECTRODES WERE DEVELOPED. THE SEMICONDUCTING ELECTRODES WERE IMPROVED BY SEVERAL KINDS OF ADDTIVES.A.C. BREAKDOWN VOLTAGES OF THESE SPECIMENS WERE MEASURED AND THE ELECTRODE MATERILS WERE ANALYZED WITH A TRANSMISSION ELECTRON MICROSCOPE(TEM). THE RESULTS ARE AS FOLLOWS: CARBON PARTICLES DISPERSE INUNIFORMELY IN THE SEMICONDUCTING MATERIALS. SEVERAL TENS OF CARBON PARTICLES GATHER INTO A BALL OF 100 200NM IN DIAMETER. ALMOST ALL THESE CARBON BALLS SEEM TO BE CONNECTED WITH CHAINS OF CARBON PARTICLES. IT IS FOUND THE CORRELATION DISTANCE (GZAI 0) OF TEM PHOTOGRAPHS (X20000) OF SEMICONDUCTING MATERIALS CORRESPONDS TO THE SIZE OF THE CARBON BALL. GZAI 0 OF CONVENTIONAL SEMICONDUCTING MATERIALS FOUND TO BE 140NM AND GZAI 0 OF IMPROVED SEMICONDUCTING MATERIALS WITH ADDITIVES RANGES FROM 140NM TO 260NM. THE RELATION BETWEEN GZAI 0 OF DISC SPECIMENS AND 10% WEIBULL BREAKDOWN STRENGTH (E10) SHOWS THAT THE LARGER GZAI 0 INCREASES THE HIGHER THE E10 INCREASES UNLESS GZAI 0 IS LESS THAN 200NM. THIS IMPLIES THAT OPTIMIZATION OF THE SIZE OF CARBON BALL IN THE SEMICONDUCTING LAYER MAY RESULT IN THE INCREASE OF BREAKDOWN STRENGTH OF AN XLPE CABLES. A NEW MODEL FOR BREAKDOWN INITIATION BY CONCENTRATION OF ELECTRIC FIELD AND CONDUCTION CURRENT INTO A CARBON BALL AT THE INTERFACE BETWEEN THE SEMICONDUCTING LAYER AND XLPE INSULATION IS PROPOSED ACCORDING TO THE EXPERIMENTAL RESULTS MENTIONED ABOVE.

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