JP4043670B2 - 複合碍管及びcvケーブル乾式終端接続部 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力ケーブルの終端部等に設置される複合碍管と、CVケーブル乾式終端接続部に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
複合碍管は軽くて扱い易いことから、送配電線での利用が増加している。従来の複合碍管は、図14に示すように、ガラス繊維強化樹脂よりなる中空(又は中実)の芯材1と、この芯材1の上端及び下端に取り付けられた上部金具2及び下部金具3と、前記芯材1の外周面に被覆された高分子材料の絶縁被覆部4とで構成されている。絶縁被覆部4は円筒部4aの外周に一定間隔で多数の笠部4bを形成した形態である。
【0003】
芯材1を構成するガラス繊維強化樹脂のバインド材としては機械的強度と絶縁性にすぐれたエポキシ系樹脂が主に使用され、絶縁被覆部の高分子材料としては絶縁性と撥水性にすぐれたシリコーンゴムが主に使用されている。
【0004】
芯材1が中空の場合は、中空部に電力ケーブル端末部を挿入した後、ケーブル端末部と芯材内面の間の空隙に、絶縁性の油又はコンパウンド等を充填して、電気絶縁性を高めている。
複合碍管に電力ケーブル端末部を挿入する場合は、ケーブルの端末部を段剥ぎした状態で挿入するが、そのままではケーブル絶縁層のシース先端部に電界が集中してしまうため、ケーブル端末部にストレスコーンを装着して電界を緩和している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらストレスコーンを装着したとしても、ストレスコーンの外側に位置する複合碍管の芯材及び絶縁被覆部で電界が集中し、この電界集中部で絶縁破壊または表面閃絡を引き起こすという問題がある。さらに、ケーブル導体と直結している上部金具付近においても、電界の集中に起因する絶縁破壊または表面閃絡を引き起こすという問題がある。
【0006】
同様な問題は、CVケーブル(架橋ポリエチレン絶縁電力ケーブル)端部のケーブル絶縁体の外周に多段に笠部を有する高分子材料の絶縁被覆部を設け、この絶縁被覆部の基部とケーブル絶縁体との間にストレスコーンを設けてなるCVケーブル乾式終端接続部においても生じている。
【0007】
本発明の目的は、以上のような問題点に鑑み、電界の集中を緩和して耐電圧特性を向上させた複合碍管及びCVケーブル乾式終端接続部を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため本発明は、ガラス繊維強化樹脂よりなる芯材と、この芯材の上端及び下端に取り付けられた金具と、前記芯材の外周に被覆された多段に笠部を有する高分子材料の絶縁被覆部とからなる複合碍管において、前記絶縁被覆部の上端から上端と下端の間までの区間若しくは下端から下端と上端の間までの区間又はその両方の区間の、少なくとも内層部分を、前記絶縁被覆部より誘電率の高い高誘電率絶縁層で構成したことを特徴とするものである。
上記のように高誘電率絶縁層を設けると、電界の集中が緩和され、耐電圧特性が向上する。
【0009】
高誘電率絶縁層は、電界の集中が最も厳しい、絶縁被覆部の下端からの中間までの区間、好ましくは絶縁被覆部の下端から絶縁被覆部の長さの1/3の区間に設けるとよい。
また高誘電率絶縁層は、電界の集中が厳しい、絶縁被覆部の上端からの中間までの区間、好ましくは絶縁被覆部の上端から絶縁被覆部の長さの2/3の区間に設けるとよい。
【0010】
また高誘電率絶縁層は、誘電率5〜20の材料で構成することが好ましい。これは、誘電率が5未満では所望の電界緩和効果をもたらすことができず、また誘電率が20を越えると高誘電率絶縁層の先端に電界が集中し、そこが新たな電気的弱点となり易いからである。
また高誘電率絶縁層の厚さは、絶縁被覆部の円筒部の厚さの3/4以下であることが好ましい。これは、絶縁被覆部の外面まで高誘電率絶縁層が形成されていると、高誘電率絶縁層の先端部分への電界集中度が高くなり、高誘電率絶縁層を設けた効果が少なくなるからである。
【0011】
また高誘電率絶縁層は、絶縁被覆部の笠部にも形成されていてもよい。
また本発明の中空の複合碍管を用いて電力ケーブル終端部を構成する場合は、内部に用いるモールド絶縁体、ストレスコーン及びケーブル絶縁体のいずれかの外周部又は全ての外周部に高誘電率絶縁層を設けると、同終端部の耐電圧特性の向上にさらに効果的である。
さらに、碍管の上端に位置する上部金具に、シールドリングを形成すると、碍管上端部における電界の緩和に、より効果的である。
【0012】
また本発明は、CVケーブル端部のケーブル絶縁体の外周に、多段に笠部を有する高分子材料の絶縁被覆部を設け、この絶縁被覆部の基部とケーブル絶縁体との間にストレスコーンを設けてなるCVケーブル乾式終端接続部にも適用でき、その場合は、前記絶縁被覆部の内層部分に、前記ストレスコーンの内部から外部にかけて高誘電率絶縁層を設けたことを特徴とするものである。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図1〜図6はそれぞれ本発明に係る複合碍管の実施形態を示す。図において、1はガラス繊維強化樹脂よりなる中空の芯材、2は芯材1の上端に取り付けられた上部金具、3は芯材1の下端に取り付けられた下部金具、4は芯材1の外周に被覆されたシリコーンゴムよりなる絶縁被覆部、5は絶縁被覆部4の上端又は下端から中間(上端と下端の間)までの区間に設けられた高誘電率絶縁層である。絶縁被覆部4は従来同様、円筒部4aと笠部4bから構成されている。
【0014】
図1の複合碍管は、絶縁被覆部4の下端から絶縁被覆部の長さの1/3までの区間の、絶縁被覆部4の内層部分を高誘電率絶縁層5で構成したものである。
図2の複合碍管は、絶縁被覆部4の上端から絶縁被覆部の長さの2/3までの区間の、絶縁被覆部4の内層部分を高誘電率絶縁層5で構成したものである。
図3の複合碍管は、絶縁被覆部4の下端から絶縁被覆部の長さの1/5までの区間の、絶縁被覆部4の内層部分を高誘電率絶縁層5で構成したものである。
図4の複合碍管は、絶縁被覆部4の下端から絶縁被覆部の長さの1/3までの区間の、絶縁被覆部4の全層を高誘電率絶縁層5で構成したものである。
図5の複合碍管は、絶縁被覆部4の上端から絶縁被覆部の長さの2/3までの区間の、絶縁被覆部4の全層を高誘電率絶縁層5で構成したものである。
図6の複合碍管は、絶縁被覆部4の下端から絶縁被覆部の長さの1/3までの区間の、絶縁被覆部4の内層部分を笠部4bの内部も含めて高誘電率絶縁層5で構成したものである。
【0015】
高誘電率絶縁層5は、エラストマー又はシリコーンゴムに、充填材としてカーボンブラック又は炭化珪素、酸化チタン若しくはチタン酸バリウム等の高誘電率粒子を配合したものである。ベースゴムにシリコーンゴムを使用すると、絶縁被覆部4との接着性がよくなるため界面特性が向上するという利点がある。また高誘電率絶縁層5は絶縁被覆部4と一体で架橋することが好ましい。両者を一体で架橋すると、両者間の接着性がさらによくなり、複合碍管の絶縁破壊特性をさらに向上させることができる。
また、高誘電率絶縁層及び/又は絶縁被覆部を構成するゴム組成物のベース材料として、接着性を有するものを使用すると、その界面あるいはゴム層とFRP層の界面の接着性が向上し、碍管全体の特性向上に効果的である。
【0016】
充填材としてカーボンブラックを用いる場合、その添加量はベース樹脂100重量部に対して10〜100重量部とすることが好ましい。また充填材として高誘電率粒子を用いる場合、その添加量はベース樹脂100重量部に対して50〜500重量部とすることが好ましい。これは、ベース樹脂100重量部に対し、カーボンブラックを100重量部を越えて又は高誘電率粒子を500重量部を越えて配合すると、得られるコンパウンドの可撓性が著しく低下するからである。
【0017】
次に本発明の複合碍管の製造方法の一例を説明する。まずガラス繊維強化樹脂で中空円筒状の芯材1を製作し、その両端に金具2、3を圧着により取り付ける。次に芯材1の表面に高誘電率絶縁層5を設ける。高誘電率絶縁層5は芯材1上に金型成形するか、予めチューブ状に成形したものをゴム弾性力で芯材1上に被せることにより設けられる。
【0018】
高誘電率絶縁層5を架橋する条件は使用する架橋剤によって異なる。架橋剤として過酸化物を使用する場合は、150℃から180℃で5分から30分程度加熱する必要がある。また架橋剤として白金化合物を使用する場合は、70℃から180℃で1分から60分程度の加熱が必要となる。後者は比較的低温で架橋反応が進むのが特徴であり、架橋剤として白金化合物を使用することは、高誘電率絶縁層を架橋する際の熱履歴で芯材1の強度を低下させないという利点がある。また、高誘電率絶縁層5を芯材1上で架橋する際に、芯材表面にプライマー層を形成することにより芯材1と高誘電率絶縁層5の接着性を向上させることができる。
【0019】
高誘電率絶縁層5を芯材1上に形成したのち、絶縁被覆部4を形成する。絶縁被覆部を形成する場合は、ベースゴムとしてシリコーンゴムを使用し、架橋剤として過酸化物又は白金化合物を使用する。シリコーンゴムは液状のものを使用すると笠部の成形性がよい。また高誘電率絶縁層の表面にプライマリー層を形成しておくと、高誘電率絶縁層と絶縁被覆部との接着性を高めることができる。
【0020】
次に本発明の複合碍管を使用したケーブル終端接続部についての試験結果を、従来の複合碍管を使用したケーブル終端接続部と比較して表1に示す。交流破壊電圧は、初期課電電圧/時間が200kV/30分、ステップ課電電圧/時間が20kV/30分の条件で測定した。
【0021】
【表1】
【0022】
実施例1〜10と従来例1の比較によれば、絶縁被覆部の上端から中間まで又は下端から中間までの少なくとも内層部分を高誘電率絶縁層で置換した複合碍管は、従来の複合碍管に比較して交流破壊電圧が向上していることがわかる。また実施例1と8、6と9の比較によれば、交流破壊電圧を向上させる効果は、高誘電率絶縁層の厚さが、シリコーンゴム層の厚さ4mmに対して2〜3mmである場合に最も大きいことがわかる。また実施例1と7の比較によれば、交流破壊電圧を向上させる効果は、高誘電率絶縁層の長さが長いほど大きいことがわかる。さらに実施例1〜4と従来例1の比較によれば、交流破壊電圧を向上させる効果は、高誘電率絶縁層の誘電率が5〜20のときに大きいことがわかる。
【0023】
図7は本発明の他の実施形態を示す。この複合碍管は、シリコーンゴムよりなる絶縁被覆部4の両端から笠2枚目までの区間(碍管表面の電界集中部)の、絶縁被覆部4の全層を高誘電率絶縁層5で構成したものである。それ以外の構成は図1〜図6に示した実施形態と同様であるので、同一部分には同一符号を付してある。図7のような構成にすると、絶縁被覆部4の両端部表面の電界集中が緩和され、碍管表面の漏れ電流を抑制することができ、耐電圧の高い複合碍管を得ることができる。
【0024】
因みに、図8は図7の複合碍管の電界の解析結果を、図9は同じサイズの従来の複合碍管の電界の解析結果を示したものである。図8の方が絶縁被覆部の両端部で絶縁被覆部表面の電界が緩和されていることが分かる。図7の複合碍管の高誘電率絶縁層5はシリコーンゴムにカーボンブラックを混入して誘電率ε=10としたものである。カーボンブラックを混入しないシリコーンゴムは誘電率ε=3〜4である。
【0025】
次に図10(a)は本発明に係るCVケーブル乾式終端接続部の一実施形態を示し、同図(b)はそれに対応する従来のCVケーブル乾式終端接続部を示す。図において、11はCVケーブル、12はケーブル絶縁体、13はケーブル導体、14は導体引出棒、15は上部金具、16は下部金具、17は多段に笠部を有するシリコーンゴム製の絶縁被覆部、18はストレスコーンである。(a)の本発明の終端接続部が(b)の従来の終端接続部と異なる点は、ストレスコーン18近傍の絶縁被覆部17内に2層に高誘電率絶縁層5a、5bを設けたことである。内層側の高誘電率絶縁層5aはストレスコーン18の内部から外部にかけて設けられ、外層側の高誘電率絶縁層5bはストレスコーン18の外部に内層側の高誘電率絶縁層5aと一部ラップするように設けられている。高誘電率絶縁層5a、5bとしては誘電率ε=10〜20のものが用いられる。
【0026】
図11は図10(a)の乾式終端接続部のストレスコーン付近の電界の解析結果を示す。これに対し高誘電率絶縁層が内層のみの場合の電界の解析結果は図12のとおりであり、高誘電率絶縁層のない従来の乾式終端接続部の電界の解析結果は図13のとおりであった。いずれも154kV乾式終端接続部で、高誘電率絶縁層5a、5bの誘電率ε=15、絶縁被覆部17の胴部の最大径170mm、笠部の最大径290mm、基準電圧は93kV(=154 ×√3 ×1.15/1.1)である。図12のものは図13のものより絶縁被覆部表面の電界が緩和され、図11のものは図12、図13のものより絶縁被覆部表面の電界が大幅に緩和されることが分かる。絶縁被覆部17の表面の最大電界は、図13のもので1.08kV/mm、図12のもので1.04kV/mm(従来より3%低減)、図11のもので0.98kV/mm(同10%低減)であった。
【0027】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、ガラス繊維強化樹脂よりなる芯材の外周に高分子材料の絶縁被覆部を設けた複合碍管及び高分子材料の絶縁被覆部を有するCVケーブル乾式終端接続部の耐電圧特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る複合碍管の一実施形態を示す半截正面図。
【図2】 本発明に係る複合碍管の他の実施形態を示す半截正面図。
【図3】 本発明に係る複合碍管のさらに他の実施形態を示す半截正面図。
【図4】 本発明に係る複合碍管のさらに他の実施形態を示す半截正面図。
【図5】 本発明に係る複合碍管のさらに他の実施形態を示す半截正面図。
【図6】 本発明に係る複合碍管のさらに他の実施形態を示す半截正面図。
【図7】 本発明に係る複合碍管のさらに他の実施形態を示す断面図。
【図8】 図7の複合碍管の電界の解析結果を示すグラフ。
【図9】 図7の複合碍管に対応する従来の複合碍管の電界の解析結果を示すグラフ。
【図10】 (a)は本発明に係るCVケーブル乾式終端接続部の一実施形態を示す半截正面図、(b)は(a)の終端接続部に対応する従来のCVケーブル乾式終端接続部を示す半截正面図。
【図11】 図11(a)の終端接続部の電界の解析結果を示すグラフ。
【図12】 図11(a)と同様な終端接続部で、高誘電率絶縁層が1層の場合の解析結果を示すグラフ。
【図13】 図11(a)の終端接続部に対応する従来のCVケーブル乾式終端接続部の電界の解析結果を示すグラフ。
【図14】 従来の複合碍管の一例を示す半截正面図。
【符号の説明】
1:芯材
2:上部金具
3:下部金具
4:絶縁被覆部
4a:円筒部
4b:笠部
5:高誘電率絶縁層
11:CVケーブル
12:ケーブル絶縁体
13:ケーブル導体
17:絶縁被覆部
18:ストレスコーン
5a、5b:高誘電率絶縁層
Claims (7)
- ガラス繊維強化樹脂よりなる芯材と、この芯材の上端及び下端に取り付けられた金具と、前記芯材の外周に被覆された多段に笠部を有する高分子材料の絶縁被覆部とからなる複合碍管において、前記絶縁被覆部の上端から上端と下端の間までの区間若しくは下端から下端と上端の間までの区間又はその両方の区間の、少なくとも内層部分を、前記絶縁被覆部より誘電率の高い高誘電率絶縁層で構成したことを特徴とする複合碍管。
- 高誘電率絶縁層が、絶縁被覆部の下端から絶縁被覆部の長さの1/3の区間に設けられていることを特徴とする請求項1記載の複合碍管。
- 高誘電率絶縁層が、絶縁被覆部の上端から絶縁被覆部の長さの2/3の区間に設けられていることを特徴とする請求項1記載の複合碍管。
- 高誘電率絶縁層が、誘電率5〜20の材料で構成されていることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の複合碍管。
- 高誘電率絶縁層の厚さが、絶縁被覆部の円筒部の厚さの3/4以下であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の複合碍管。
- 絶縁被覆部の笠部が高誘電率絶縁層で構成されていることを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の複合碍管。
- CVケーブル端部のケーブル絶縁体の外周に、多段に笠部を有する高分子材料の絶縁被覆部を設け、この絶縁被覆部の基部とケーブル絶縁体との間にストレスコーンを設けてなるCVケーブル乾式終端接続部において、前記絶縁被覆部の内層部分に、前記ストレスコーンの内部から外部にかけて高誘電率絶縁層を設けたことを特徴とするCVケーブル乾式終端接続部。
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