JP4373600B2

JP4373600B2 - 電気絶縁母線及びその製造方法

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Publication number: JP4373600B2
Application number: JP2000353165A
Authority: JP
Inventors: 正広花井; 克巳鈴木; 浩邦青柳
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2000-11-20
Filing date: 2000-11-20
Publication date: 2009-11-25
Anticipated expiration: 2020-11-20
Also published as: JP2002157923A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地中送電線路に係わり、特に、絶縁媒体として、固体絶縁物を適用するにもかかわらず、現地にて組み立てて敷設するタイプの電気絶縁母線及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、地中送電線路においては、絶縁性能の優れた架橋ポリエチレンを絶縁媒体としたＣＶケーブルが適用されて普及し、都内の長距離線路として主流を成している。現在は、このＣＶケーブルの５５０ｋＶへの高電圧化が求められ、一部実用化されている。また、最近では、地中送電線の高電圧大容量化の要請からＳＦ6（六フッ化硫黄）ガスを主な絶縁媒体とした管路気中送電線路が採用されている。これらの地中送電線路は社会のエネルギー流通の根幹を成すことから、高い信頼性が要求されることは勿論であるが、さらに経済性および地球環境問題も要求され、一層の縮小化、環境調和が望まれている。以下には、ＣＶケーブルと管路気中送電線路の具体的な構成について説明する。
【０００３】
最初に、ＣＶケーブルの一般構造部の断面図の一例を図６に示す。この図６に示すように、ＣＶケーブルは、撚り線導体１とその周囲に押し出し成形によって順次配置された内部半導電層２、架橋ポリエチレン絶縁体３及び外部半導電層４とから構成されている。外部半導電層４の外側には、透水防止のために、金属遮蔽５とビニルシース６が施されている。
【０００４】
図７にＣＶケーブルの接続部の構造図の一例を示す。この図７に示すように、ＣＶケーブルの端末Ｔが削られ、その撚り線導体１同士が導体接続管７で接続されている。施工現場で小型押し出し機を用いてケーブル原材料を金型内に押し出すことにより、端末Ｔの架橋ポリエチレン絶縁体３と補強絶縁体８が一体成形されている。導体接続管７と補強絶縁体８の外周には半導電層９がそれぞれ設けられ、架橋によりそれぞれ導体接続管７及び補強絶縁体８と一体化されている。さらに、最外周には、透水防止のために、金属遮蔽５と防水コンパウンド１０と保護管１１が施されている。この構造のＣＶケーブルにおいては、電圧階級に応じて架橋ポリエチレン絶縁体３の絶縁厚さを選定している。
【０００５】
次に、管路気中送電線路の構造断面図を図８に示す。管路気中送電線路は同軸円筒構造をしており、中心に高電圧大電流を流す高電圧導体１２、外部にシース１３を備え、高電圧導体１２とシース１３の間には絶縁特性の優れたＳＦ6ガス１４が充填されている。高電圧導体１２はエポキシ樹脂製の絶縁スペーサ１５によってシース１３内に数ｍ間隔で支持されており、１０数ｍ単位で１つのユニットを構成している。このユニットを工場で組立て、現地に搬送した後、ユニット同士を接続して地中送電線路を構成している。また、トンネル内でユニットを多数接続することにより発生する熱伸縮および地震時の変位を吸収する目的で、ユニバーサルベローズ１６が数１０ｍ毎に配置されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来多用されている上記の地中送電線路にはいくつかの問題点がある。まず、ＣＶケーブルについては、可撓性があり曲線変位や地盤変位への対応が容易で長距離線路に適しているが、反面、架橋ポリエチレン絶縁体３と撚り線導体１が一体成形されているため、撚り線導体１の断面積に制約があり、大電流送電に対して熱的な問題が生じてしまう。すなわち、ＣＶケーブルでは、一回線当たりの送電容量が限定されて、大容量送電が不可能となる。これを補うには、多数回線による送電が必要になり、経済性が損なわれることになる。
【０００７】
他方、管路気中送電線路については、ＣＶケーブルに比べて高電圧導体１２の断面積を大きくでき、熱放散性に優れていることから、一回線当たりの送電容量を大きくできるのが利点である。そのため、都市部での電源線など大容量の地中送電線路に適している。しかし、現地での接続箇所が多く、金属異物の混入という問題が発生する。特に、管路気中送電線路の主な絶縁媒体であるＳＦ6ガス１４の絶縁性能は、金属異物に対して著しく低下するため、その対策が必要となる。
【０００８】
例えば、絶縁スペーサ１５への金属異物付着防止のため、金属異物を捕捉して無害化するパーティクルトラップを設けるなど、余分な付属物が多数必要となる。当然その分コストアップになり、経済性が損なわれる。さらに、ＳＦ6ガスも温室効果ガスとして削減対象に入っているため、将来的に総量制限等、使用量に規制がかかる可能性を有している。そのため、環境調和に対する問題点の一つになる可能性がある。
本発明は上記の点を考慮してなされたもので、その目的とするところは、高電圧大容量の電力送電が可能で、保守管理と高信頼性の確保が容易で、かつトータルコストを低減でき、環境に優しい電気絶縁母線及びその製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明は、高電圧及び大電流を通電する高電圧導体を接地電位を有するシースの内部空間軸方向に配設した電気絶縁母線において、次のような技術的特徴を有するものである。
【００１０】
請求項１に記載の発明は、前記高電圧導体と前記シースとの間に同軸円筒状絶縁部材を配設し、前記高電圧導体の外周と前記同軸円筒状絶縁部材の間に所定の間隙を形成するとともに、前記シース内壁面と前記同軸円筒状絶縁部材の間にも所定の間隙を形成し、前記各々の所定の間隙に配置される電位接続部材を介して前記高電圧導体は前記シース内に絶縁支持されるとともに、前記高電圧導体、前記シース、前記同軸円筒状絶縁部材及び前記電位接続部材は予め各々分離独立可能に構成されて成ることを特徴とする。
【００１１】
請求項１記載の発明によれば、高電圧導体と同軸円筒状絶縁部材が互いに分離し、独立しているため、一体成形しているときのように高電圧導体の大電流通電による発熱が同軸円筒状絶縁部材に直接伝達しない。そのため、高電圧大電流の大容量送電が可能な電気絶縁母線の信頼性向上を図ることができる。また、高電圧導体と同軸円筒状絶縁部材の間、及び同軸円筒状絶縁部材とシースの間にそれぞれ空隙を設けることにより、高電圧導体からの熱伝達を抑制できるため、より大電流の通電が可能になるとともに、同軸円筒状絶縁部材の熱的信頼性向上を図ることができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の電気絶縁母線において、前記高電圧導体、前記同軸円筒状絶縁部材及び前記シースの各々は、輸送制限内の所定の長さでユニット化されており、各ユニットをそれぞれ接続してなるユニット接続構造であることを特徴とする。
以上のような請求項２記載の発明によれば、高電圧導体、同軸円筒状絶縁部材及びシースがユニット化され、また、ユニットの輸送及び接続が可能となるため、現地にユニットを輸送し、ユニット同士を接続することが可能になり、全体を組み立てることができる。そのため、長距離の高電圧大電流の大容量送電が可能な電気絶縁母線を実現することができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項２記載の電気絶縁母線において、前記高電圧導体、前記同軸円筒状絶縁部材及び前記シースの各ユニット接続構造は、それぞれ所定長さごとに軸方向及び半径方向の変位を吸収可能な変位対策構造部を含むことを特徴とする。
以上のような請求項３記載の発明によれば、高電圧導体、同軸円筒状絶縁部材及びシースそれぞれが熱伸縮及び地震変位を吸収可能な変位対策構造部を備え、高信頼性の電気絶縁母線を実現することができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項３記載の電気絶縁母線において、前記変位対策構造部は、前記高電圧導体についてはスライド接触子構造、前記シースについてはベローズ構造、前記同軸円筒状絶縁部材についてはゴム状エラストマ材料の接触構造であることを特徴とする。
請求項４記載の発明によれば、変位対策構造部が熱伸縮及び地震変位を吸収可能になり、高信頼性の電気絶縁母線を実現することができる。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、請求項１、２、３または４記載の電気絶縁母線において、前記同軸円筒状絶縁部材と前記シースの間の空隙には、強制的に乾燥ガスが封入されていることを特徴とする。
請求項５記載の発明によれば、同軸円筒状絶縁部材への吸湿がなく、水トリーなど絶縁性能低下に及ぼす悪影響が除去でき電気絶縁母線の絶縁信頼性向上を図ることができる。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、請求項１、２、３、４または５記載の電気絶縁母線において、前記同軸円筒状絶縁部材の内周面と外周面には、半導電層が施されており、内周面の半導電層は前記高電圧導体の電位に、外周面の半導電層は前記シースの電位に設定されていることを特徴とする。
請求項６記載の発明によれば、高電圧導体と同軸円筒状絶縁部材の間及び同軸円筒状絶縁部材とシースの間の空隙に電圧が印加されることがない。そのため、高電圧導体とシースの現地溶接で、同軸円筒状絶縁部材間の空隙に金属異物が混入しても放電することがない。すなわち、部分放電の発生も無く、絶縁信頼性の向上を図ることができる。
【００１７】
請求項７に記載の発明は、請求項６記載の電気絶縁母線において、前記同軸円筒状絶縁部材の前記高電圧導体の電位および前記シースの電位は、前記電位接続部材による強制的接続により設定されていることを特徴とする。
請求項７記載の発明によれば、同軸円筒状絶縁部材の各ユニット同士の接続部分の半導電層の電位を確実に確保することによって、サージ電圧が侵入した場合に過渡電圧が生じないようにし、絶縁劣化の原因を除去し、電気絶縁母線の絶縁信頼性の向上を図ることができる。
【００１８】
請求項８に記載の発明は、請求項２または３記載の電気絶縁母線において、前記高電圧導体の各ユニットには、２個以上の貫通孔が設けられていることを特徴とする。
請求項８記載の発明によれば、高電圧導体の貫通孔を通して、熱対流が可能になり、対流作用により冷却効果が得られるため同軸円筒状絶縁部材に直接伝達することがなく、したがって電気絶縁母線の耐熱信頼性の向上を図ることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の電気絶縁母線の一つの実施形態を、図１、２、３、４及び図５に基いて具体的に説明する。
【００２０】
（１）電気絶縁母線の構成
図１は本実施形態に係る電気絶縁母線の全体構成図を示す。高電圧および大電流を通電する高電圧導体１２と、この高電圧導体１２を覆うパイプ状であって接地電位のシース１３間に、円筒状の固体絶縁構造物１７が高電圧導体１２を内周面に挿通して主絶縁部を構成している。図２は工場で輸送可能な長さにユニット化された高電圧導体１２、シース１３および固体絶縁構造物１７を現地で接続して組み立てた一般構造部（図１のＡ）を示し、図３は一般構造部のＣ−Ｃ断面図である。
【００２１】
高電圧導体１２は、導体ユニット１２ａ同士を導体溶接１２ｂで接続して構成されている。シース１３は、パイプユニット１３ａ同士をパイプ溶接１３ｂで接続して構成されている。固体絶縁構造物１７は、絶縁構造物ユニット１７ａ同士を絶縁物接着１７ｂで接続して構成されている。絶縁構造物ユニット１７ａの内周面と外周面には、高電圧側半導電層１８と接地側半導電層１９が施されている。
【００２２】
そして、固体絶縁構造物１７の絶縁接着部１７ｂの内周面の高電圧電位接続管２０は、高電圧側半導電層１８と同電位に構成され、固体絶縁構造物１７の絶縁接着部１７ｂの外周面の接地電位接続管２１は、接地側半導電層１９と同電位に構成されている。
また、高電圧電位接続管２０の半径方向の厚さ分だけ、高電圧導体１２及び固体絶縁構造物１７間に高電圧側空隙２２が構成され、接地電位接続管２１の半径方向の厚さ分だけ、固体絶縁構造物１７及びシース１３間に接地側空隙２３が構成されている。さらに、導体ユニット１２ａには、貫通孔１２ｃが２箇所以上設けられている。
【００２３】
次に、図４は、熱伸縮および地震変位の変位対策構造部（図１のＢ）を示す。図５は変位対策構造部のＤ−Ｄ断面図である。それぞれの導体ユニット１２ａ、パイプユニット１３ａおよび絶縁構造物ユニット１７ａ同士を接続した所定の長さ毎に、高電圧導体１２はスライド接触子２４で接続し、シース１３はベローズ２５で接続し、固体絶縁構造物１７はゴム状エラストマ部材２６で接続して構成されている。スライド接触子２４にはねじ山が設けられており、導体ユニット１２ａには、スライド接触子２４のねじ山と同径のねじ穴が設けられている。
【００２４】
（２）製造方法
以上のような構成を有する電気絶縁母線は、次のようにして組み立てることができる。すなわち、工場で導体ユニット１２ａ、パイプユニット１３ａと、高電圧側半導電層１８及び接地側半導電層１９を有する絶縁構造物ユニット１７ａとをそれぞれ輸送可能な長さで製造し、ユニット毎に現地に搬入し、各種類のユニット毎に接続することにより、全体を組み立てることができる。
【００２５】
この場合、各導体ユニット１２ａおよびパイプユニット１３ａの溶接は、自動溶接機にて実施することができる。また、絶縁構造物ユニット１７ａには、予め高電圧電位接続管２０と接地電位接続管２１を挿入しておき、絶縁接着部１７ｂで接着した後、内周面において、高電圧側半導電層１８と高電圧電位接続管２０を強制的に同電位に固定し、外周面において、接地側半導電層１９と接地電位接続管２１を強制的に同電位に固定する。この場合、高電圧電位接続管２０と導体ユニット１２ａは同電位になるように接触構造とし、接地電位接続管２１とパイプユニット１３ａも同様に同電位になるように接触構造とする。この状態で、固体絶縁構造物１７とシース１３の間の接地側空隙２３に乾燥空気を圧力を加えて封入する。さらに、高電圧導体１２と固体絶縁構造物１７間の高電圧側空隙２２の空隙幅を５ｍｍ以上設け、熱対流を起こせるような空間構造とする。
【００２６】
また、変位対策構造部において、高電圧導体１２は、スライド接触子２４のねじ回し作業で密着接続し、シース１３はパイプユニット１３ａ同士をベローズ２５を間に挟んで溶接する。固体絶縁構造物１７は、絶縁構造物ユニット１７ａ同士を予め接続型に組み込み、その中にゴム状エラストマ材料を流し込みゴム状エラストマ部材２６を形成する。ゴム状エラストマ部材２６の内周面および外周面には半導電層を形成し、内周面は絶縁構造物ユニット１７ａの高電圧側半導電層１８と強制的に同電位を構成し、外周面は絶縁構造物ユニット１７ａの接地側半導電層１９と強制的に同電位を構成する。
【００２７】
（３）作用効果
以上のような構成を有する本実施形態に係る電気絶縁母線及びその製造方法によれば、次のような作用効果が得られる。すなわち、高電圧導体と固体絶縁構造物が完全に分離し、独立しているため、一体成形した場合のように高電圧導体の大電流通電による発熱が直接固体絶縁構造物に伝達しない。そして、高電圧導体１２の断面積を大きくでき、高電圧大電流の大容量送電が可能である。
【００２８】
また、高電圧導体１２と固体絶縁構造物１７の高電圧側半導電層１８が同電位になっており、シース１３と固体絶縁構造物１７の接地側半導電層１９も同電位になっているため、高電圧導体１２とシース１３間の高電圧通電の絶縁は固体絶縁構造物１７のみで負担する。従って、高電圧導体１２と固体絶縁構造物１７間の高電圧側空隙２２及びシース１３と固体絶縁構造物１７間の接地側空隙２３は無電圧状態になる。そのため、導体ユニット１２ａ、パイプユニット１３ａの現地溶接で発生した金属粉塵が、高電圧側空隙２２および接地側空隙２３に存在したとしても、絶縁特性に何ら影響せず、無害である。また、高電圧導体１２の通電による熱応力に対して剥離やクラックの発生が無く、高温時の絶縁性能が損なわれることがない。すなわち、固体絶縁構造物１７の耐熱特性は、自身の材料物性から決まるため、高耐熱性に優れた構造となる。
【００２９】
さらに、高電圧電位接続管２０が存在し、高電圧側空隙２２が個別に密閉された空間であるとしても、導体ユニット１２ａに貫通孔１２ｃが２箇所以上あるため、高電圧導体１２での発熱は、対流作用により冷却効果があり、固体絶縁構造物１７に直接伝達することがなく、耐熱特性上からも優れた構成となる。
【００３０】
（４）他の実施の形態
本発明は、上記のような実施形態に限定されるものではなく、他にも多様な形態が実施可能である。例えば、以下のような形態も包含するものである。
すなわち、空隙２３を無くし固体絶縁構造物１７とシース１３を一体成形とすれば、固体絶縁構造物１７とシース１３の間に金属異物が混入するおそれがなく、絶縁信頼性の向上を図ることができる。
また、上記の実施形態においては、乾燥ガスの例として乾燥空気を使用したが、有害性及び危険性がなければ他の気体を使用しても良い。
さらに、高電圧電位接続管２０に通気孔を設け、高電圧側空隙２２を可能な限り、容積の大きい一体化した空間とすれば、高電圧導体１２の発熱による対流作用をより高め、冷却効果の向上を図ることができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の電気絶縁母線は、従来のＣＶケーブルに比べて、同等の絶縁信頼性を確保しながら、しかも、高電圧大電流送電が可能である。また、管路気中送電線路に比べても、同等の大電流通電性能を確保しながら、しかも、ガス絶縁特有の金属異物に対する絶縁信頼性の低下の問題や地球温暖化の環境問題も無く、長距離の高電圧大電流の地中送電線路が実現可能である。したがって、本発明によれば、高電圧大容量の電力送電が可能で、保守管理と高信頼性の確保が容易で、かつトータルコストを低減でき、環境に優しい電気絶縁母線を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による電気絶縁母線の全体構成の代表的な一例を示す断面図。
【図２】本発明による電気絶縁母線の一般構造部の代表的な一例を示す断面図。
【図３】本発明による電気絶縁母線の一般構造部の代表的な一例を示すＣ−Ｃ断面図。
【図４】本発明による電気絶縁母線の変位対策構造部の代表的な一例を示す断面図。
【図５】本発明による電気絶縁母線の変位対策構造部の代表的な一例を示すＤ−Ｄ断面図。
【図６】従来のＣＶケーブルの一般構造部の代表的な一例を示す断面図。
【図７】従来のＣＶケーブルの接続構造部の代表的な一例を示す断面図。
【図８】従来の管路気中線路の代表的な一例を示す断面図。
【符号の説明】
１・・・・撚り線導体
２・・・・内部半導電層
３・・・・架橋ポリエチレン絶縁体
４・・・・外部半導電層
５・・・・金属遮蔽
６・・・・ビニルシース
７・・・・導体接続管
８・・・・補強絶縁体
９・・・・半導電層
１０・・・防水コンパウンド
１１・・・保護管
１２・・・高電圧導体
１２ａ・・導体ユニット
１２ｂ・・導体溶接
１２ｃ・・貫通孔
１３・・・シース
１３ａ・・パイプユニット
１３ｂ・・パイプ溶接
１４・・・ＳＦ6ガス
１５・・・絶縁スペーサ
１６・・・ユニバーサルベローズ
１７・・・固体絶縁構造物
１７ａ・・絶縁構造物ユニット
１７ｂ・・絶縁接着部
１８・・・高電圧側半導電層
１９・・・接地側半導電層
２０・・・高電圧電位接続管
２１・・・接地電位接続管
２２・・・高電圧側空隙
２３・・・接地側空隙
２４・・・スライド接触子
２５・・・ベローズ
２６・・・ゴム状エラストマ部材
Ｔ・・・・ＣＶケーブル端末

Claims

高電圧及び大電流を通電する高電圧導体を接地電位を有するシースの内部空間軸方向に配設した電気絶縁母線において、
前記高電圧導体と前記シースとの間に同軸円筒状絶縁部材を配設し、
前記高電圧導体の外周と前記同軸円筒状絶縁部材の間に所定の間隙を形成するとともに、前記シース内壁面と前記同軸円筒状絶縁部材の間にも所定の間隙を形成し、
前記各々の所定の間隙に配置される電位接続部材を介して前記高電圧導体は前記シース内に絶縁支持されるとともに、前記高電圧導体、前記シース、前記同軸円筒状絶縁部材及び前記電位接続部材は予め各々分離独立可能に構成されて成ることを特徴とする電気絶縁母線。
前記高電圧導体、前記同軸円筒状絶縁部材及び前記シースの各々は、輸送制限内の所定の長さでユニット化されており、各ユニットをそれぞれ接続してなるユニット接続構造であることを特徴とする請求項１記載の電気絶縁母線。
前記高電圧導体、前記同軸円筒状絶縁部材及び前記シースの各ユニット接続構造は、それぞれ所定長さごとに軸方向及び半径方向の変位を吸収可能な変位対策構造部を含むことを特徴とする請求項２記載の電気絶縁母線。
前記変位対策構造部は、前記高電圧導体についてはスライド接触子構造、前記シースについてはベローズ構造、前記同軸円筒状絶縁部材についてはゴム状エラストマ材料の接触構造であることを特徴とする請求項３記載の電気絶縁母線。
前記同軸円筒状絶縁部材と前記シースの間の空隙には、強制的に乾燥ガスが封入されていることを特徴とする請求項１、２、３または４記載の電気絶縁母線。
前記同軸円筒状絶縁部材の内周面と外周面には、半導電層が施されており、内周面の半導電層は前記高電圧導体の電位に、外周面の半導電層は前記シースの電位に設定されていることを特徴とする請求項１、２、３、４または５記載の電気絶縁母線。
前記同軸円筒状絶縁部材の前記高電圧導体の電位および前記シースの電位は、前記電位接続部材による強制的接続により設定されていることを特徴とする請求項６記載の電気絶縁母線。
前記高電圧導体の各ユニットには、２個以上の貫通孔が設けられていることを特徴とする請求項２または３記載の電気絶縁母線。