JP2006320196A

JP2006320196A - ケーブル終端接続構造

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Publication number: JP2006320196A
Application number: JP2006210147A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Sema; 信幸瀬間
Original assignee: SWCC Showa Cable Systems Co Ltd
Current assignee: SWCC Corp
Priority date: 2006-08-01
Filing date: 2006-08-01
Publication date: 2006-11-24
Anticipated expiration: 2020-10-27
Also published as: JP4234158B2

Abstract

【課題】電力機器と電力ケーブルの接続部に用いられるケーブル終端接続構造において、耐電圧特性の向上と小型軽量化という相反する特性を両立させ、優れた性能を得ることを課題とする。
【解決手段】本発明のケーブル終端接続構造は、記電力機器の外壁に密閉して取り付けられる絶縁体製のブッシングを備えており、当該ブッシングのストレスコーンの外周に位置する部位にはアース電極が設けられている。
アース電極は、ブッシングの外面のストレスコーンの外周に位置する部分に小径部を形成し、当該小径部とその高圧電極側に位置する非小径部との段差部分にＵ字状に湾曲する環状凹部を形成するとともに、この凹部の湾曲面から小径部にかけて導電層を形成している。
ストレスコーンの導電部の先端は、ケーブルの挿入方向に対して、アース電極の先端よりも後ろ側で、かつアース電極の後端よりも先側に位置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電力機器と電力ケーブルの接続部に用いられる、ガス中終端接続部や油中終端接続部に関するものである。

ＧＩＳ等の電力機器に用いられるガス中終端接続箱や、油中終端接続箱においては、ＣＶケーブルなどのゴム、プラスチック絶縁ケーブル等を機器に接続するための、ケーブル終端接続構造が設けられている。従来のガス中終端接続箱の一例を図２に示す。この例にはＣＶケーブル用スリップオン式ガス中終端接続箱の構造を示している。ＧＩＳ等のガス絶縁電力機器の外壁２にはガス中終端接続箱１が取り付けられる。外壁２内部のガス中終端接続箱１の周囲にはＳＦ₆（六フッ化硫黄）ガス等の絶縁ガスが充填されている。ガス中終端接続箱１は次に述べるような構造を有している。エポキシ樹脂等の絶縁体からなるブッシング３は、機器の外壁２の内部に気密に取り付けられている。ブッシング３は上の方がやや細い、テーパーを有する概略円筒状をなしており、下方からケーブル４が差し入れられ接続される。ブッシング内部の上部には高圧電極５が設けられており、上記ケーブル４の導体が接触子６を介して電気的に接続される。高圧電極５の上端は導体引出棒７とされ、ブッシング３の上部から露出して、図示しない遮断機等のガス絶縁電力機器に電気接続される。ケーブル４の絶縁体とブッシング３との間には、ストレスコーン８が嵌挿され、押圧機構によって押圧されて十分な絶縁特性が得られるようになっている。またストレスコーン８の外周を取り囲むようにアース電極９がブッシング内部に設けられている。これらの構造はガス中終端接続箱の構造として公知のものである（例えば、特許文献１参照）。

特開平８−１４９６７５号公報（図１）

このようなケーブル終端接続箱は、高圧、超高圧の電力機器に用いられるものであるため、優れた耐圧特性を有する必要がある。また、これらケーブル終端接続箱はガス絶縁電力機器の内部に納められるものであるため、できるだけ外形寸法が小さく、かつ軽量であることが求められる。ケーブル終端接続箱が大きい場合には、ガス絶縁機器のガスを密封する容器全体を大きくする必要があり、装置全体が大型化し、また容器内部の終端接続箱周囲に無駄な空間ができてしまうためである。一方、ケーブル終端接続箱をより高い電圧に適用する場合には、必要な耐電圧特性を得るために必然的にその外形寸法が大きくなる。したがって本発明では、このようなケーブル終端接続箱の耐電圧特性の向上と小型軽量化という相反する特性を両立させ、優れた性能を得ることを課題とする。

本発明の第１の態様であるケーブル終端接続構造は、電力機器にケーブルを接続するために設けられるケーブル終端接続構造であって、電力機器の外壁に密閉して取り付けられ機器外部より挿入されるケーブルの端部を受容する絶縁体製のブッシングと、ブッシング中に設けられケーブルの導体と電気接続される高圧電極と、ケーブルとブッシングの間に嵌挿されるストレスコーンと、ブッシングに設けられストレスコーンの外周に位置するアース電極とを備えるものにおいて、アース電極は、ブッシングの外面のストレスコーンの外周に位置する部分に小径部を形成し、当該小径部とその高圧電極側に位置する非小径部との段差部分にＵ字状に湾曲する環状凹部を形成するとともに、この凹部の湾曲面から小径部にかけて導電層を形成してなり、ストレスコーンは、絶縁部と導電部とからなり、導電部の先端は、ケーブルの挿入方向に対して、アース電極の先端よりも後ろ側で、かつアース電極の後端よりも先側に位置するものである。

本発明の第２の態様は、第１の態様であるケーブル終端接続構造において、ブッシングの外面は、アース電極の高圧電極側端部の周外面から高圧電極のアース電極側端部の周外面にかけて、外側に張り出した弧状縦断面形状とされているものである。

ここで、ＳＦ₆ガスを用いたガス絶縁電力機器における問題点として、導体を支持する絶縁物に直流電圧が印加されると絶縁特性が著しく不安定となる現象があげられる。この現象は特に直流機器において問題となるが、交流機器においても充電部を開路する際に、残留電荷のために機器の一部に直流電圧が印加された状態となる場合がある。また、ケーブルに接続されたガス絶縁電力機器では、ケーブルの現地直流耐圧試験の際に直流電圧が印加されることとなる。

直流電圧が印加された場合に絶縁特性が不安定となる理由については、いくつかの原因が考えられ、定量的にも十分明らかとはされていないが、重要なメカニズムの一つとして、絶縁物表面に堆積する帯電電荷の作用が検討されている。ガス絶縁電力機器に直流電圧が印加された場合、絶縁ガス中の発生電荷や荷電されたダスト粒子は、電界中で力を受けて電気力線に沿った方向に移動する。これらは、絶縁物の表面にまで移動して絶縁物を帯電させる。ＳＦ₆ガスのフラッシュオーバー電圧特性は最大電界依存性を有することから、これら帯電電荷の作る電界に、装置への外部からの印加電界が加算するように作用する場合に、フラッシュオーバーが生じ易くなることとなる。直流機器においては電圧極性の反転時、交流機器においては帯電電荷の電界に加算する方向にサージ電圧が印加されるときなどにこのような状態となり、絶縁特性が不安定となると考えられる。このような現象については、文献「ガス絶縁スペーサの帯電機構と絶縁特性」（電学論Ｂ、１０８巻７号、昭６３）において検討がなされている。

そこで本発明においては、ケーブル終端接続構造の絶縁体ブッシングの外面の電界印加部分を弧状の縦断面形状を有する形状とする。言い換えれば、絶縁体ブッシングのガス中の沿面が電気力線になるべく沿うような形とし、電気力線となるべく交わらず、またその交わる角度が小さくなる形状とする。このような形状をとることで、絶縁体ブッシング表面へ荷電したダスト粒子等が到達して堆積する割合を減少させ、上述のメカニズムによる絶縁特性の低下を防止する。

このようなアース電極の配置をとることで、ストレスコーンとブッシングの接する界面方向に沿った電界分布が界面全域で均等となり、耐電圧特性を向上することができる。この様子については後述する。

本発明によれば、電力機器と電力ケーブルの接続部に用いられるケーブル終端接続構造において、ブッシング表面及びストレスコーンとブッシングの沿面での特性を向上させることで高い耐電圧特性を得ることができる。また従来と同等の耐電圧特性を得る場合には、ケーブル終端接続構造を小型軽量化することが可能となるものである。

以下、本発明のケーブル終端接続構造をガス中終端接続箱に適用した好ましい実施の形態例について、図面を参照して説明する。なお、図中、図２に示した従来例に対応する部分には同一の番号を付している。

従来例と同様に、ＧＩＳ等のガス絶縁電力機器の外壁２にはガス中終端接続箱１が取り付けられる。外壁２内部のガス中終端接続箱１の周囲にはＳＦ₆ガス等の絶縁ガスが充填されている。ガス中終端接続箱１は次に述べるような構造を有している。

エポキシ樹脂からなるブッシング３は、機器の外壁２にＯリングを介して気密に取り付けられる。このブッシング３の受容口には下方からケーブル４が差し入れられ接続される。ケーブル４はその端末において端末処理がなされ、絶縁体がはぎ取られて導体１３が露出され、また外部遮蔽層の接地がとられた状態となっている。ブッシング３内部の上部には高圧電極５が設けられており、ケーブル４の導体１３がスリーブ１４、接触子６を介して電気的に接続される。高圧電極５の上端は導体引出棒７とされ、ブッシング３の上部から露出して、図示しない遮断機等のガス絶縁電力機器に電気接続される。また高圧電極５の下端部はストレスコーン８の上端付近にかかるような形状とされており、ストレスコーン８の上端付近を電気的に遮蔽している。ケーブル４の絶縁体とブッシング３の受容口との間には、ストレスコーン８が嵌挿される。ストレスコーン８は絶縁ゴム部８ａと導電ゴム部８ｂとからなり、押しパイプ１０、スプリング１１、フランジ１２からなる押圧機構によってブッシング３の受容口内部に押圧されて十分な絶縁特性が得られるようになっている。

ここで、本実施例のブッシング３は、その中央付近、アース電極９の部分から高圧電極５の下端５ａにかかる部分までの電界印加部分３ａの外表面が弧状の縦断面形状を有するようにされている。すなわち、電界印加部分３ａの外表面はドーム状に外側に張り出しており、その上部において高圧電極５の下端５ａの上側に回り込むような形となっている。また、ブッシング３の電界印加部分３ａより上に連なる部分はその直径が電界印加部分３ａより細くされており、高圧電極５を覆う概略円筒状とされている。

また、本実施例においては、アース電極９はブッシング３の外面近傍に位置するように設けられている。すなわち、ブッシング３が外壁２に取り付けられたその根本付近、ストレスコーン８の導電ゴム部８ｂの上端と機器の外壁２との間に位置する部分に小径部９ａを形成し、その段差部から図中上向きにＵ字状に湾曲する環状凹部を形成する。この環状凹部からフランジ部９ｂにかけてのブッシング３表面に導電塗料を塗布することでアース電極９とされ、フランジ部９ｂの部分で機器の外壁２に電気的接触し、また機械的にも固定される。

本発明のガス中終端箱における課電時の等電位面の分布を図３に、また比較のために従来のガス中終端箱における等電位面の分布を図４に示す。図３、図４ともに、高圧部分を太線Ａで、アース電位部分を太線Ｂで表しており、Ａ、Ｂの間の等電位面を１０％間隔にて細線で示している。なお図１、２と対応する部分には同一の番号を付している。

図３の本発明においては、ブッシング３の相対的に高い電界が印加する部分の外表面、すなわち高圧電極５の下端５ａからアース電極９にかかる部分の外表面が弧状の断面形状を有している。この付近での電気力線の形状は、高圧電極下端５ａとアース電極９をつなぐ弧状の力線となるので、ブッシング３の外表面は丁度この電気力線の形状に、おおよそ沿うような形になる。なお、電気力線の向きは等電位面と直交する方向である。図中に矢印で、ブッシング３の外表面における電気力線の向きを示している。本発明においては矢印とブッシング３の外表面とのなす角度θが、図４に示す従来の例より小さくなる。図中Ｃで示した高圧側から２０％の電位の位置での角度θを比較すると、図４の従来例ではθ＝７５度であるのに対し、図３の本発明ではθ＝４５度となっている。

このように、ブッシング外表面を上記形状とすることで、電界の印加される部分のブッシング表面が電気力線に沿った形となり、ブッシング表面へ荷電ダスト粒子が到達する確率が減少する。また、ブッシング表面と電気力線とのなす角度が小さいため電気力線はブッシング表面に沿ったベクトル分力をもつこととなる。したがってブッシング表面へ到達した荷電ダスト粒子はそのまま堆積してしまわずに、ブッシング表面に沿って移動し、印加電界の弱い部分まで押しやられると考えられる。

また、図４の従来例においては、ストレスコーン８の導電ゴム部８ｂとアース電極９の位置が接近していることから、この付近がアース電位側の凸部となり電界が集中する傾向がある。ストレスコーン８とブッシング３との接触面に沿った電位分布はアース電位側に行くほど密になり、図４において、アース電位付近の等電位面の間隔ｄ１は、中央付近での間隔ｄ２よりも小さくなっている。ストレスコーンとブッシングとの間の界面での絶縁破壊を防止することはブッシング設計上重要であり、この部分に電界が集中する傾向は望ましくない。

一方、図３の例においてはアース電極９をブッシング３の外面近傍に位置させている。これによりアース電位側の凸部が２カ所に分散され、導電ゴム部８ｂとアース電極９の付近に電界が集中する傾向を緩和することができる。図３においても、アース電位付近の等電位面の間隔ｄ１は、中央付近での間隔ｄ２と同等よりやや広いものとなっている。ストレスコーン８とブッシング３との接触面における沿面の絶縁破壊を防止するには、沿面のなるべく広い範囲に渡って等電位面が均一に分布することが望ましいが、本発明の構成をとればアース電位付近に電界が集中することを防止することができる。

また、本例においてはアース電位側の凸部が２カ所に分散されることとなるので、その相互の位置関係も重要となる。そこで図３において示されるように、ストレスコーン８の導電ゴム部８ｂの先端の高さ（図中Ｚ）がアース電極９の先端の高さ（図中Ｘ）と、アース電極９の後端の高さ（図中Ｙ）の間にあるようにしている。つまり、導電ゴム部８ｂの先端がアース電極９の先端よりも、やや図中下側となるような配置としている。

仮に導電ゴム部８ｂの先端が、アース電極９の先端よりも図中上側に位置する場合には、その付近に電界が集中する傾向となり、ストレスコーン８とブッシング３との接触面に沿う位置での等電位面の間隔が狭くなることとなる。また、ストレスコーンの裏側にも電界が回り込むこととなり、本来その付近に電界がかかることによる不都合を防止するために設けられたアース電極９が、その機能を果たさないこととなる。一方、ストレスコーン８ｂの先端がアース電極９の後端よりさらに下側にある場合にはアース電極９の裏側にも電界が回り込んでしまい、また、ストレスコーンが相対的に下方に位置することとなるためガス中終端接続箱が下方向に長く大形化してしまう。なお、本実施例の様にアース電極が外部の外壁等と電気的に接続されているときは、その外壁等の部分もアース電極に準じた働きをすることとなる。

試験の結果、本発明の上記実施例では、１５万Ｖ級の線路に適用できる耐圧特性が得られている。参考として、本発明によるケーブル終端構造と、同等の耐圧値を有する従来のケーブル終端構造の外形寸法を図５において対比する。図中（ａ）は本発明品、（ｂ）は従来のものである。図５からわかるように、本発明によればケーブル終端構造の外形寸法を大幅に小さくすることができ、従来品と比較した場合には、各部設計の最適化とも相まって、５０％近い寸法の小型化が達成されている。また、本発明においてはブッシング３上部の電界印加部分３ａより上に位置する部分はその直径が電界印加部分３ａより細くされ、高圧電極５を覆う概略円筒状とされている。従ってブッシング３の肉厚が薄くされており、ブッシングの軽量化とエポキシ絶縁材料の使用量の低減が図られている。

本発明は上記実施例の形態にとらわれるものではない。上記実施例では、ブッシングの電界印加部分の外表面を弧状の縦断面形状とすることで、ブッシングの電界印加部分の外表面と電気力線とのなす角度が４５度を超えない様にしている。この弧状の断面形状はより曲率を小さくして丸みの強いものとすることができ、これによりブッシング外表面と電気力線とのなす角度をさらに鋭角とし、本発明の効果を増すことができる。また上記においては、実施例としてガス中ケーブル終端接続構造をあげているが、本発明は油中ケーブル終端構造にも適用可能である。油中においてもガス中と同様の現象が生じることから、本発明はその効果を有するものである。

本発明のケーブル終端接続構造の概要を示す説明図。従来のケーブル終端接続構造の概要を示す説明図。本発明のケーブル終端接続構造における課電時の等電位面の分布を示す説明図。従来のケーブル終端接続構造における課電時の等電位面の分布を示す図である。本発明によるケーブル終端構造と従来のケーブル終端構造を対比する説明図。

符号の説明

１・・・ガス中接続箱
２・・・外壁
３・・・ブッシング
４・・・ケーブル
５・・・高圧電極
８・・・ストレスコーン
９・・・アース電極

Claims

電力機器にケーブルを接続するために設けられるケーブル終端接続構造であって、
前記電力機器の外壁に密閉して取り付けられ機器外部より挿入される前記ケーブルの端部を受容する絶縁体製のブッシングと、
前記ブッシング中に設けられ前記ケーブルの導体と電気接続される高圧電極と、
前記ケーブルと前記ブッシングの間に嵌挿されるストレスコーンと、
前記ブッシングに設けられ前記ストレスコーンの外周に位置するアース電極とを備えるものにおいて、
前記アース電極は、前記ブッシングの外面の前記ストレスコーンの外周に位置する部分に小径部を形成し、当該小径部とその高圧電極側に位置する非小径部との段差部分にＵ字状に湾曲する環状凹部を形成するとともに、この凹部の湾曲面から前記小径部にかけて導電層を形成してなり、
前記ストレスコーンは、絶縁部と導電部とからなり、前記導電部の先端は、前記ケーブルの挿入方向に対して、前記アース電極の先端よりも後ろ側で、かつ前記アース電極の後端よりも先側に位置することを特徴とするケーブル終端接続構造。
前記ブッシングの外面は、前記アース電極の高圧電極側端部の周外面から前記高圧電極のアース電極側端部の周外面にかけて、外側に張り出した弧状縦断面形状とされていることを特徴とする請求項１記載のケーブル終端接続構造。