JP6712990B2 - 電力ケーブル用終端接続部 - Google Patents

Description

本発明は、架橋ポリエチレン等のプラスチック等で形成された電気絶縁層を有する電力ケーブル用終端接続部に関する。

電力ケーブルの終端接続部には、電力ケーブル上に合成エラストマーにて形成されたストレスコーンと、筒状の絶縁碍管を装着し、絶縁混和物を注入したものがある。

電力ケーブルの終端接続部の具体的な構造として、例えば、ＦＲＰ筒体と、ＦＲＰ筒体の外周に一体に形成された多数の傘部を有するポリマー被覆体と、ＦＲＰ筒体の上端に取り付けられた上部金具と、ＦＲＰ筒体に固定されたフランジとを備えた電力ケーブル終端接続部用ポリマー碍管において、ＦＲＰ筒体にフランジよりも下に延び出す延長部を設け、延長部の下端に下部金具を取り付け、ＦＲＰ筒体の延長部の外周に第二のポリマー被覆体を形成して、フランジと下部金具を電気的に絶縁した電力ケーブル終端接続部が開示されている（特許文献１）。

特許文献１では、外部半導電層からケーブル絶縁層にかけて、電界ストレスを緩和するためにストレスコーンが装着されている。特許文献１のストレスコーンでは、絶縁体部は略均一な径を有する円筒状となっている。

一方で、電力ケーブルの終端接続部には、例えば、落雷等に対する耐性が必要であることからインパルス耐電圧特性が要求されることがある。インパルス耐電圧特性は、電力ケーブルの超高圧化に伴い、さらに高い性能が要求されている。絶縁体部は略均一な径を有する円筒状となっている特許文献１のストレスコーンでは、インパルス耐電圧特性は、ストレスコーンのサイズを大型化することで向上させることもできる。しかし、コストや取り扱い性の観点から、インパルス耐電圧特性の向上に制限があるので、特許文献１のストレスコーンでは、インパルス耐電圧特性に改善の余地があった。

特開２００８−２７８２８号公報

上記事情に鑑み、本発明の目的は、電力ケーブルの終端接続部において、インパルス耐電圧特性を向上させることができ、さらに、電力ケーブルの超高圧化にも対応できる電力ケーブル用終端接続部を提供することにある。

本発明は、ストレスコーンの高圧先端部側に所定の角度のテーパ部を形成することで、インパルス耐電圧特性を向上させ、さらに、電力ケーブルの超高圧化に対応できることを見出した。

すなわち、本発明の要旨構成は以下の通りである。
［１］絶縁体部と半導電部とを有して一体成形されたストレスコーンであって、
前記絶縁体部は、高圧側先端部と大径部との間に、電力ケーブルの軸線に対する前記ストレスコーンの高圧先端部側の角度が、前記ストレスコーンの高圧側先端部における電界方向の角度よりも小さくなっているテーパ部を有し、
前記電力ケーブルの終端部との接続において、前記ストレスコーンが前記電力ケーブルの絶縁体上に装着されている電力ケーブル用終端接続部。
［２］前記ストレスコーンの高圧側先端部の厚さが、２．０ｍｍ以下である［１］に記載の電力ケーブル用終端接続部。
［３］前記ストレスコーンの高圧側先端部の厚さが、１．０ｍｍ以下である［１］に記載の電力ケーブル用終端接続部。
［４］前記電力ケーブルの軸線に対する前記ストレスコーンのテーパ部の角度が、６５°以下である［１］乃至［３］のいずれか１つに記載の電力ケーブル用終端接続部。
［５］前記電力ケーブルの軸線に対する前記ストレスコーンのテーパ部の角度が、４５°以上である［１］乃至［３］のいずれか１つに記載の電力ケーブル用終端接続部。
［６］前記ストレスコーンが、合成エラストマーから形成された［１］乃至［５］のいずれか１つに記載の電力ケーブル用終端接続部。
［７］前記電力ケーブルが、交流送電用である［１］乃至［６］のいずれか１つに記載の電力ケーブル用終端接続部。
［８］前記ストレスコーンの絶縁体部の２５℃における真空に対する比誘電率（以下、特に記載ない場合、「比誘電率」とする）：前記電力ケーブルの終端部に封入される絶縁媒体の２５℃における比誘電率が、１：０．２５〜１：１．５である［１］乃至［７］のいずれか１つに記載の電力ケーブル用終端接続部。

本発明の態様によれば、電力ケーブルの軸線に対する前記ストレスコーンの高圧先端部側の角度が、前記ストレスコーンの高圧側先端部における電界方向の角度よりも小さくなっているテーパ部を有することにより、電力ケーブルの終端接続部において、インパルス耐電圧特性を向上させることができ、さらに、電力ケーブルの超高圧化にも対応できる電力ケーブル用終端接続部を得ることができる。

本発明の態様によれば、ストレスコーンの高圧側先端部の厚さが、２．０ｍｍ以下であることにより、インパルス耐電圧特性をさらに向上させることができる。

本発明の態様によれば、前記電力ケーブルの軸線に対する前記ストレスコーンのテーパ部の角度が、６５°以下であることにより、インパルス耐電圧特性をさらに向上させることができる。

本発明の態様によれば、前記電力ケーブルの軸線に対する前記ストレスコーンのテーパ部の角度が、４５°以上であることにより、ストレスコーンの装着作業性を向上させることができる。

本発明の実施形態例に係る電力ケーブル用終端接続部を電力ケーブルに装着した状態を示す右半分の断面図である。 図１の本発明の実施形態例に係る電力ケーブル用終端接続部に適用されるストレスコーンの実施形態例を示す上半分の断面図である。 本発明の実施形態例に係る電力ケーブル用終端接続部に適用されるストレスコーン領域の等電位線図である。 従来の電力ケーブル用終端接続部に適用されていたストレスコーン領域の等電位線図である。

以下に、本発明の実施形態例に係る電力ケーブル用終端接続部について、図面を用いながら説明する。

まず、本発明の実施形態例に係る電力ケーブル用終端接続部１について、図１を用いながら説明する。電力ケーブル用終端接続部１は、絶縁性を有する絶縁碍管１０と、段剥処理された電力ケーブル端末部１１上に配置されたストレスコーン１２と、絶縁碍管１０の下側（低圧側）開口を封止する第１の封止部材１３と、絶縁碍管１０の上側（高圧側）開口を封止する第２の封止部材１４と、を備えている。ストレスコーン１２が設けられた電力ケーブル端末部１１は、絶縁碍管１０、第１の封止部材１３及び第２の封止部材１４で覆われ、絶縁碍管１０の内部に絶縁媒体１５が封入された絶縁構造を有している。

絶縁碍管１０は、碍管本体部１０−１と、碍管本体部１０−１の外側表面に一定の間隔で形成された複数のひだ部１０−２、１０−２、１０−２・・・とを備える。絶縁碍管１０の材質は、絶縁性を有する材料であれば特に限定されず、例えば、セラミック、ゴム、繊維強化プラスチック等のプラスチックなどが挙げられる。

電力ケーブル１６としては、交流送電用電力ケーブルでもよく、直流送電用電力ケーブルでもよい。電力ケーブル端末部１１では、段剥処理によって、導体１６−１、ケーブル絶縁体１６−２、外部半導電層１６−３、遮蔽層１６−４が、ケーブルシース１６−５から露出されている。ケーブル絶縁体１６−２の材質としては、例えば、架橋ポリエチレン等のプラスチックを挙げることができる。

次に、図２を用いて、本発明の実施形態例に係る電力ケーブル用終端接続部１に適用されるストレスコーン１２の実施形態例を説明する。ストレスコーン１２は、絶縁体部２１と、絶縁体部２１と一体的に成型された半導電部２２とを有している。絶縁体部２１が、電力ケーブル端末部１１のケーブル絶縁体１６−２に配置され、半導電部２２が、電力ケーブル端末部１１の外部半導電層１６−３に配置されるように、ストレスコーン１２が電力ケーブル端末部１１に装着されている。

絶縁体部２１は、小径部である高圧側先端部２３と、高圧側先端部２３よりも径の大きい大径部２５と、低圧側基部２６とを有している。高圧側先端部２３が絶縁体部２１の一端を形成し、低圧側基部２６が絶縁体部２１の他端を形成している。高圧側先端部２３と低圧側基部２６との間に、大径部２５が設けられている。

また、高圧側先端部２３と大径部２５との間には、高圧側先端部２３から大径部２５へ向かうに連れて拡幅していくテーパ部２４が形成されている。テーパ部２４表面は、電力ケーブル１６の軸線方向Ｘ、すなわち、電力ケーブル１６の長手方向Ｘに対して、所定の角度αを有している。角度αは、高圧側先端部２３における、電力ケーブル１６の長手方向Ｘとテーパ部２４表面とのなす角に相当する。

角度αは、ストレスコーン１２の高圧側先端部２３における電界方向の角度よりも小さい角度となっている。高圧側先端部２３における電界方向は、ＡＮＳＹＳ社の解析ソフトｍｅｃａｎｉｃａｌ ＡＰＤＬを使用し、有限要素法による解析を行うことで測定できる。上記有限要素法による解析の結果を、図３、４に示す。図３は、本発明の実施形態例に係るストレスコーン１２の領域における等電位線図であり、図４は、従来のストレスコーンの領域における等電位線図である。電界方向は、等電位線に対して直交方向となる。また、図３、４では、ストレスコーン１２の絶縁体部２１の材料の２５℃における比誘電率：電力ケーブル１６の終端部に封入される絶縁媒体１５の２５℃における比誘電率の比率は、約０．８となる材料を用いて解析を行った。

図３、４から、高圧側先端部２３における電界方向の角度（図３、４の赤矢印の方向）は、電力ケーブル１６の長手方向Ｘに対して、８０°程度であることが確認できた。従って、高圧側先端部２３における、電力ケーブル１６の長手方向Ｘに対する電界方向の角度である８０°程度よりも、角度αは小さい角度となっている。なお、図３、４では、ストレスコーン１２の絶縁体部２１の材料の２５℃における比誘電率：電力ケーブル１６の終端部に封入される絶縁媒体１５の２５℃における比誘電率の比率は、約０．８となる材料を用いたが、一般的に使用される絶縁体部２１の材料と絶縁媒体１５の材料であれば、いずれも、高圧側先端部における電界方向の角度は、電力ケーブルの長手方向に対して８０°程度となる。

角度αが、ストレスコーン１２の高圧側先端部２３における電界方向の角度よりも小さい角度となっていることにより、電力ケーブル１６の終端接続部において、インパルス耐電圧特性を向上させることができ、さらに、電力ケーブル１６の超高圧化にも対応できる電力ケーブル用終端接続部１を得ることができる。上記効果の理由としては、高圧側先端部２３における電界方向において、ストレスコーン１２の存在を回避できることから、高い電位差に起因する電界ベクトルがストレスコーン内を通過しにくくすることが一因となっていると推測される。

角度αは、ストレスコーン１２の高圧側先端部２３における電界方向の角度（８０°程度）よりも小さい角度であれば、特に限定されず、角度αの上限値は、インパルス耐電圧特性をさらに向上させる点から７５°が好ましく、６５°がより好ましく、６０°が特に好ましい。また、角度αの下限値は、インパルス耐電圧特性をさらに向上させつつ、ストレスコーン１２の装着時における牽引作業性と機械的強度が向上する点から４５°が好ましく、５０°が特に好ましい。

ストレスコーン１２の高圧側先端部２３の厚さｔは、特に限定されず、その上限値は、インパルス耐電圧特性がさらに向上する点から、２．０ｍｍが好ましく、１．５ｍｍがより好ましく、１．０ｍｍが特に好ましい。上記のように高圧側先端部２３の厚さｔを低減することでインパルス耐電圧特性がさらに向上する理由としては、高圧側先端部２３における電界方向において、ストレスコーン１２の存在をより確実に回避できることから、高い電位差に起因する電界ベクトルがストレスコーン内をさらに通過しにくくすることが一因となっていると推測される。

一方で、高圧側先端部２３の厚さｔの下限値は、ストレスコーン１２の製造の容易性の点から０．５ｍｍが好ましく、１．０ｍｍが特に好ましい。

絶縁体部２１の材質は、一般に使用できるものであれば、特に限定されず、例えば、合成エラストマーを挙げることができる。合成エラストマーとしては、例えば、エチレンプロピレンジエンゴム、シリコーンゴム等を挙げることができる。ストレスコーン１２の絶縁体部２１の材料の２５℃における比誘電率：電力ケーブル１６の終端部に封入される絶縁媒体１５の２５℃における比誘電率の比率は、高い電位差に起因する電界ベクトルがストレスコーン内を通過しにくくすることに寄与する点から、１：０．２５〜１：１．５が好ましく、１：０．６〜１：１．２が特に好ましい。上記比率を満たす絶縁体部２１の材質と絶縁媒体１５の組み合わせとして、例えば、エチレンプロピレンジエンゴムとシリコーン油の組み合わせを挙げることができる。

次に、本発明の実施例を説明するが、本発明はその趣旨を超えない限り、これらの例に限定されるものではない。

まず、電力ケーブル端末部の段剥処理を行って、ケーブルシースから、導体、ケーブル絶縁体、外部半導電層及び遮蔽層を露出させた。次に、導体に導体引出棒を圧縮等により接続した。次に、電力ケーブル端末部のケーブルシースから露出させたケーブル絶縁体に絶縁体部が、ケーブルシースから露出させた外部半導電層に半導電部が、それぞれ位置するように、ストレスコーンを装着した。ストレスコーンの材質としては、エチレンプロピレンジエンゴムを使用した。装着したストレスコーンの高圧側先端部の厚さｔと、テーパ部の、電力ケーブルの長手方向に対する角度αを、下記表１に示す。

次に、段剥処理された電力ケーブル端末部に絶縁碍管を被せ、絶縁碍管の下側開口を第１の封止部材で封止し、絶縁碍管の上側開口を第２の封止部材で封止して遮蔽処理をした。絶縁碍管の内部には、絶縁媒体としてシリコーン油を封入して電力ケーブル用終端接続部を作製した。なお、ＡＮＳＹＳ社の解析ソフトｍｅｃａｎｉｃａｌ ＡＰＤＬを使用し、有限要素法による解析を行うことで測定した結果、高圧側先端部における電界方向の角度は、電力ケーブルの長手方向Ｘに対して、８０°であった。

上記のように作製した電力ケーブル用終端接続部について、雷インパルス耐性試験を行った。雷インパルス耐性試験は、電気学会 電気規格調査会標準規格であるＪＥＣ−０２０２−１９９４（インパルス電圧・電流試験一般）に準拠して実施した。雷インパルス耐性試験を下記表１に示す。なお、雷インパルス耐性試験は、テーパ部を設けずに（すなわち、角度αが０°）絶縁体部の厚さｔを２０ｍｍとした比較例１の破壊電圧を１００％として、相対評価をした。また、下記表１の破壊箇所の３重点部とは、電力ケーブル用終端接続部の径方向において、絶縁碍管とケーブル絶縁体とストレスコーンとが重複する部分を意味する。

表１に示すように、電界方向の角度８０°よりも小さい角度であるテーパ部を有するストレスコーンを装着した電力ケーブル用終端接続部である実施例１〜３では、破壊電圧が１２４％または１３０％以上の電圧でも破壊されず、優れた雷インパルス耐性が得られ、また、電力ケーブルの超高圧化にも対応できることが判明した。このように、実施例１〜３では、破壊電圧が１２４％または１３０％以上の電圧でも破壊されない雷インパルス耐性を有することから、インパルス耐電圧特性に優れていることが判明した。特に、ストレスコーンの高圧側先端部の厚さｔが１ｍｍである実施例２、３では、１３０％以上の電圧でも破壊されず、より優れた雷インパルス耐性が得られた。

一方で、テーパ部を設けなかったストレスコーンを装着した比較例１、２、電界方向の角度８０°と同等の角度であるテーパ部を有するストレスコーンを装着した比較例３、４では、破壊電圧が１００〜１１５％しか得られず、高い雷インパルス耐性が得られなかった。

１ 電力ケーブル用終端接続部
１２ ストレスコーン
２１ 絶縁体部
２３ 高圧側先端部
２４ テーパ部
２５ 大径部

Claims (6)

1. 絶縁体部と半導電部とを有して一体成形されたストレスコーンであって、
   前記絶縁体部は、高圧側先端部と大径部との間に、電力ケーブルの軸線に対する前記ストレスコーンの高圧先端部側の角度が、前記ストレスコーンの高圧側先端部における電界方向の角度よりも小さくなっているテーパ部を有し、
   前記電力ケーブルの軸線に対する前記ストレスコーンのテーパ部の角度が、４５°以上６５°以下であり、
   前記電力ケーブルの終端部との接続において、前記ストレスコーンが前記電力ケーブルの絶縁体上に装着されている電力ケーブル用終端接続部。
2. 前記ストレスコーンの高圧側先端部の厚さが、２．０ｍｍ以下である請求項１に記載の電力ケーブル用終端接続部。
3. 前記ストレスコーンの高圧側先端部の厚さが、１．０ｍｍ以下である請求項１に記載の電力ケーブル用終端接続部。
4. 前記ストレスコーンが、合成エラストマーから形成された請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電力ケーブル用終端接続部。
5. 前記電力ケーブルが、交流送電用である請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電力ケーブル用終端接続部。
6. 前記ストレスコーンの絶縁体部の２５℃における比誘電率：前記電力ケーブルの終端部に封入される絶縁媒体の２５℃における比誘電率が、１：０．２５〜１：１．５である請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電力ケーブル用終端接続部。