JP2009536814A - 高圧電力ケーブル終端部 - Google Patents

Abstract

本発明は、高圧電力ケーブル終端部のシェッドストレスコーン内の幾何学的電極を開示し、幾何学的電極の一方の端部は電力ケーブルの導体に繋がり、他方の端部は導体を被覆する複合絶縁体に繋がり、この複合絶縁体は外側に延伸する傘型形状に形成された複数のシェッド絶縁体を有し、幾何学的電極は電力ケーブルの導体から複合絶縁体への方向に沿って可変曲率半径を有し、この曲率半径は複合絶縁体に向かって徐々に増加し、幾何学的電極は少なくともシェッド絶縁体を超えた位置まで延伸する。 本発明は、幾何学的電極を使用するシェッドストレスコーン及び高圧電力ケーブルを開示する。本発明の技術的解決法を用いると、電気特性において同様の必要性が満たされ、幾何学的電極を被覆する複合絶縁体の厚みは実質的に削減され得る。このような設計は、製造コストを削減し、製造の困難性を低下させ、取り付け時間を削減することが可能である。

Description

本発明は電力ケーブル技術に関し、より詳細には高圧電力ケーブル終端部、シェッドストレスコーン、及び幾何学的電極に関する。

電力ケーブルは、配電網及び送電網に電力を供給し、都市や街において、パワープラント又は発電所から使用者に電力を送達するのに広く使用される。一般的に、電力ケーブルは銅又はアルミニウム材料からなる導体であり、ゴム−プラスチック材料からなる多層電気シールド及び絶縁層で被覆され、さらに接地電流を送達するための金属遮蔽シース及び耐水性シーリング筐体を備える。電力ケーブルは、１０００Ｖ〜５００ｋＶの範囲の電圧で電力を送達するように設定されている。

電力ケーブルが他の電気機器に接続される場合、電気性能及び耐気候性を維持し、信頼のおけるものとするために、電力ケーブルの末端部に対して必要な処理がなされるべきである。通常、ケーブル終端部は、ケーブルの末端部と他の電気機器との間の接続を保護するのに使用される。

電力ケーブルが遮断される際、ケーブルの導体が空気に曝露され、その電位差は１００％高圧である。金属遮蔽筐体も外部に曝露され、その電位差は０である。導体と金属遮蔽筐体との間のゴム−プラスチック電気シールド及び絶縁層は、所定の距離で剥離される。

その際、剥離された導体、ゴム−プラスチック電気シールド及び絶縁層、並びに金属遮蔽シースは、環境汚染、侵食等の問題に直面する。ゴム−プラスチック電気シールドが遮断された後、ケーブルにおける電気の初期連続分布は破壊される。ケーブルのゴム−プラスチック電気シールドの開放部分に、電気が局部的に集中する現象が起こるであろう。この現象は、電界の分布を変化させ、絶縁が破壊される可能性を増大する。ケーブル終端部は、遮断されたケーブルにおける電界の不連続分布を補い、さらに外部の絶縁の保護及び耐気候性を提供し得る。

一般的に、ケーブル終端部には、オイルタイプとフルドライタイプの２種類の技術がある。オイルタイプのケーブル終端部において、絶縁部分は、電気ストレス制御手段と、絶縁液体と、絶縁液体を収容し機械的に保護する中空の外部絶縁体と、を備える。フルドライタイプのケーブル終端部は、特定の内径及び外部絶縁体を有する電気ストレス制御手段からなる。フルドライタイプのケーブル終端部において、電気ストレスを制御するためには２つの方法があり、１つは静電容量的電気ストレス制御手段であり、もう１つは幾何学的電気ストレス制御手段である。現時点において、一般的に使用される幾何学的手段は、電気ストレスコーンを指す。幾何学的手段は、半導体材料の選択及び形状の設計によって集中電場を制御し、それによってケーブルのゴム−プラスチック電気シールドの開放部分において集中した電場の増大を削減する。設計において、外部絶縁体は外見上幾何学的コーンであり、内部に配置された半導体材料からなる電極を備える。

特許番号第ＺＬ００２２５４４．１号（中国）は、ゴム絶縁シェッド及びゴムストレス筐体アセンブリを備える高圧電力ケーブル終端部を開示しており、ストレスコーンはストレス筐体アセンブリの下部に予め搭載され、絶縁シェッドはストレスシースアセンブリを覆っている。特許番号第ＺＬ０２２５０２７４．２号は、高圧シリコンゴムドライタイプのケーブル終端部を開示しており、ストレスコーン構造も開示されている。ストレスコーンの内壁における前端部分は、前方に向かって内径が増加するフレアリングテーパである。フレアリングテーパは、ケーブルを囲むシリコンゴム絶縁シースの環状側壁に搭載される。

上述の２つの特許に開示されるように、従来の幾何学的電気ストレス制御手段の外形において、幾何学的テーパのみが、円滑に移行するように（例えば、フレアリングテーパ）設計されている。したがって、幾何学的電気ストレス制御手段の絶縁部分は、電気特性に必要な特定のレベル（例えば１７０ｋＶ）を満足するように極度に厚く作成されるべきであり、その幾何学的ストレス制御手段の厚さは約９０ミリメートルである。さらに、幾何学的電気ストレス制御手段が厚くなればなるほど、取り付け及び製品の製造に不利となるであろう。

さらに、電圧ケーブル終端部の従来の設計において、幾何学的電気ストレス制御手段はシェッド絶縁体の位置まで延伸しない。

図１及び図２は、従来の幾何学的電気ストレス制御手段及び電力ケーブル終端部を示す構造図である。図１及び２に示すように、幾何学的電気ストレス制御手段１００（すなわち、幾何学的電極）の外形１０２は円滑に移行する幾何学テーパであって、その断面図における外部輪郭線は直線である（図１を参照）。幾何学的電気ストレス制御手段の位置は、シェッド絶縁体１０６から離れた絶縁体１０４まで延伸する（図２を参照）。つまり、最下部にあるシェッド絶縁体１０６は、幾何学的電気ストレス制御手段１００の位置よりもさらに上部にある。図２において、電力ケーブル終端部は引用符合１０８で示される。

実験データで示されるように、幾何学的電気ストレス制御手段の電気特性は、明らかにその外形形状、及び幾何学的電気ストレス制御手段が延伸する位置とシェッド絶縁体との相対距離に影響される。したがって、本発明の目的は、幾何学的電気ストレス制御手段の外形形状と、幾何学的電気ストレス制御手段が延伸する位置及びシェッド絶縁体の相対距離と、を変更することで、その電気特性を向上することのできる電力ケーブル終端部を提供することである。

本発明は、高圧電力ケーブル終端部、シェッドストレスコーン及び幾何学的電極を提供する。

本発明の第１の態様によると、高圧電力ケーブル終端部のシェッドストレスコーン内の幾何学的電極が提供され、幾何学的電極の一方の端部は電力ケーブルの導体に繋がり、他方の端部は導体を被覆する複合絶縁体に繋がり、その複合絶縁体は外側に延伸する傘型形状に形成された複数のシェッド絶縁体を有し、幾何学的電極は電力ケーブルの導体から複合絶縁体への方向に沿って可変曲率半径を有し、この曲率半径は複合絶縁体に向かって徐々に増加し、幾何学的電極は少なくともシェッド絶縁体を超えた位置まで延伸する。

好ましくは、幾何学的電極は少なくとも第１シェッド絶縁体を超えた位置まで延伸する。

本発明の第２の態様によると、ケーブルの導電体を被覆する複合絶縁体、複合絶縁体を外側に向かって延伸することにより形成される複数の傘型形状のシェッド絶縁体、及び幾何学的電極を備える高圧電力ケーブル終端部のシェッドストレスコーンが提供され、幾何学的電極の一方の端部は電力ケーブルの導体に繋がり、他方の端部は複合絶縁体に繋がり、幾何学的電極は電力ケーブルの導体から複合絶縁体への方向に沿って可変曲率半径を有し、この曲率半径は複合絶縁体に向かって徐々に増加し、幾何学的電極は少なくともシェッド絶縁体を超えた位置まで延伸する。

好ましくは、幾何学的電極は少なくとも第１シェッド絶縁体を超えた位置まで延伸する。
好ましくは、複合絶縁体の厚さは薄い。
好ましくは、複合絶縁体の表面は小さな電界強度を有する。

本発明の第３の態様によると、電力ケーブルの導電体、シーリングコネクタ、導体を被覆する複合絶縁体、複合絶縁体を外側に向かって延伸することにより形成される傘型形状の複数のシェッド絶縁体、及び幾何学的電極を備える高圧電力ケーブル終端部が提供され、幾何学的電極の一方の端部は電力ケーブルの導体に繋がり、他方の端部は複合絶縁体に繋がり、幾何学的電極は電力ケーブルの導体から複合絶縁体への方向に沿って可変曲率半径を有し、この曲率半径は複合絶縁体に向かって徐々に増加し、幾何学的電極は少なくともシェッド絶縁体を超えた位置まで延伸する。

好ましくは、幾何学的電極は少なくとも第１シェッド絶縁体を超えた位置まで延伸する。
好ましくは、複合絶縁体の厚さは薄い。
好ましくは、複合絶縁体の表面は小さな電界強度を有する。

本発明の技術的解決法を用いると、ケーブルの幾何学的電極及びゴム−プラスチック遮蔽層がきつく結合され、ゴム−プラスチック遮蔽層の開放部分における曲率半径が小さくなり、ケーブルが遮断される結果として電界が集中する状態は、テーパ状の幾何学的電極によって徐々に拡大され、複合絶縁体の内部に繋がり、それによってケーブルのゴム−プラスチック遮蔽層の開放部分における電界の分布の集中を削減することができる。本発明の技術的解決法を用いると、電気特性において同様の必要性が満たされ、幾何学的電極を被覆する複合絶縁体の厚みは実質的に削減され得る。このような設計は、製造コストを削減し、製造の困難性を低下させ、取り付け時間を削減することが可能である。製造において、シェッド絶縁体、幾何学的電極及び複合絶縁体のみが一体成形される。

幾何学的電極
本発明の態様によると、高圧電力ケーブル終端部のシェッドストレスコーン内に幾何学的電極が提供される。図３を参照すると、図３は本発明の実施形態による幾何学的電極ストレス制御手段を示す構造図である。幾何学的電極２００の一方の端部は電力ケーブルの導体２０２に繋がり、他方の端部は導体を被覆する複合絶縁体２０４に繋がっている。複合絶縁体２０４は、外側に延伸する傘型形状に形成された複数のシェッド絶縁体２０６を有する。幾何学的電極２００は、電力ケーブルの導体２０２から複合絶縁体２０４への方向に沿って可変曲率半径を有し、この曲率半径は複合絶縁体２０４に向かって徐々に増加する。つまり、その断面図における外形線は曲線である。幾何学的電極２００は少なくとも第１シェッド絶縁体を超えた位置２０６（ａ）まで延伸する。当業者にとって、曲率半径と、幾何学的電極２００が延伸する位置と、を特定の用途によって調節できることは評価できる。例えば、幾何学的電極２００が延伸する位置は、第２又はより高いシェッド絶縁体上であることができる。

シェッドストレスコーン
本発明の第２の態様によると、幾何学的電極上で使用する、高圧電力ケーブル終端部のシェッドストレスコーンが提供される。図３に示すように、シェッドストレスコーン３００は、導体を被覆する複合絶縁体２０４、複合絶縁体を外側に延伸することにより傘型形状を形成される複数のシェッド絶縁体２０６、及び幾何学的電極２００を備え、幾何学的電極の一方の端部は電力ケーブルの導体２０２に繋がり、他方の端部は複合絶縁体２０４に繋がる。幾何学的電極２００は、電力ケーブルの導体２０２から複合絶縁体２０４への方向に沿って可変曲率半径を有し、この断面図の外形線は曲線であり、曲率半径は複合絶縁体２０４に向かって徐々に増加する。幾何学的電極２００は少なくともシェッド絶縁体を超えた位置まで延伸する。また、本実施形態に示されるように、幾何学的電極２００は、少なくとも第１シェッド絶縁体２０６（ａ）を超えた位置まで延伸する。当業者にとって、曲率半径と、幾何学的電極２００が延伸する位置と、を特定の用途によって調節できることは評価できる。例えば、幾何学的電極２００が延伸する位置は、第２又はより高いシェッド絶縁体上であることができる。

上述のシェッドストレスコーンを使用することで、複合絶縁体２０４は薄くなり、複合絶縁体２０４の表面上の電界強度が小さくなるであろう。

電力ケーブル終端部
本発明の第３の態様によると、上述のシェッドストレスコーン上で使用する、高圧電力ケーブル終端部が提供される。図４に示すように、電力ケーブル終端部４００は、電力ケーブルの導体２０２、シーリングコネクタ４０２、導体を被覆する複合絶縁体２０４、複合絶縁体を外側に延伸することにより傘型形状を形成される複数のシェッド絶縁体２０６、及び幾何学的電極２００を備え、幾何学的電極の一方の端部は電力ケーブルの導体２０２に繋がり、他方の端部は複合絶縁体２０４に繋がる。幾何学的電極２００は、電力ケーブルの導体２０２から複合絶縁体２０４への方向に沿って可変曲率半径を有し、この断面図の外形線は曲線であり、曲率半径は複合絶縁体２０４に向かって徐々に増加する。幾何学的電極２００は少なくともシェッド絶縁体２０６を超えた位置まで延伸する。また、本実施形態に示されるように、幾何学的電極２００は、少なくとも第１シェッド絶縁体２０６（ａ）を超えた位置まで延伸する。当業者にとって、曲率半径と、幾何学的電極２００が延伸する位置と、を特定の用途によって調節できることは評価できる。例えば、幾何学的電極２００が延伸する位置は、第２又はより高いシェッド絶縁体上であることができる。

上述のシェッドストレスコーンを使用することで、複合絶縁体２０４は薄くなり、複合絶縁体２０４の表面上の電界強度が小さくなるであろう。

実験効果
本発明による幾何学的電極の設計を用いると、同様の電気特性が得られ、幾何学的電極を被覆する複合絶縁体は実質的により薄く作成され得る。したがって、製造コストは削減され、製造の困難性は低下し、取り付け時間は短縮することが可能である。製造において、シェッド絶縁体、幾何学的電極及び複合絶縁体のみが一体成形される。使用する際、幾何学的電極及びケーブルのゴム−プラスチック遮蔽層がきつく結合され、ゴム−プラスチック遮蔽層の開放部分の曲率半径が小さくなり、ケーブルが遮断される結果、電界が集中する状態は、テーパ状幾何学的電極によって徐々に拡大され、複合絶縁体の内部に繋がり、それによってケーブルのゴム−プラスチック遮蔽層の開放部分における電界の分布の集中を削減することができる。

本発明の幾何学的電極、シェッドストレスコーン及び電力ケーブル終端部の効果と、従来の幾何学的ストレス制御手段及びシェッドストレスコーンの効果を比較するために、以下の実験が行われた。図１及び２に示されるように従来技術で使用され、図３及び４に示されるように本発明に使用される、異なる構造について、三次元ＣＡＤソフトウェアであるＡｕｔｏＣＡＤ（Aut0CAD）がそれぞれのパターンを描くのに使用され、次に、ケーブル芯、ケーブルの主要な絶縁体、及び外部シールドを備える１１０ｋＶの電力ケーブルに取り付けられる構造をモデル化するために、それぞれのパターンがＩＥＳ（インテグレーテッドエンジニアリングソフトウェア（Integrated Engineering Software））の電界計算ソフトウェアにインポートされる。また、それぞれの材料の機能パラメーターが設定される。次に、図１及び２、並びに図３及び４に示される構造は自動的に分割される他の部分を有するグリッドに分割される（図１、２、３及び４のグリッドを参照にする）。次に、ケーブルの導体及び金属シールドに付加されるＡＣ電圧は、解析ソフトウェアプログラムにインポートされる。プログラムを実行することで、有限要素数値法及び境界要素数値法のそれぞれによって解決法が得られる。解析の結果に示されるように、図３及び４に示すような構造を使用すると、複合絶縁体の表面上の最大電界強度は７．２０ｋＶ／ｍｍであり、一方、図１及び２に示すような構造を使用すると、複合絶縁体の表面上の最大電界強度は９．７０ｋＶ／ｍｍであり、これは図３及び４に示すような構造の電界強度よりもはるかに大きい。つまり、通常の使用においては、図３及び４に示される構造の電気特性は、図１及び２に示されるものよりもはるかに高い。

上記を要約すると、本発明の技術的解決法を用いると、ケーブルの幾何学的電極及びゴム−プラスチック遮蔽層がきつく結合され、ゴム−プラスチック遮蔽層の開放部分の曲率半径が小さくなり、ケーブルが遮断される結果、電界が集中する状態は、テーパ状幾何学的電極によって徐々に拡大され、複合絶縁体の内部に繋がり、それによってケーブルのゴム−プラスチック遮蔽層の開放部分における電界の分布の集中を削減することができる。本発明の技術的解決法を用いると、電気特性において同様の必要性が満たされ、幾何学的電極を被覆する複合絶縁体の厚みは実質的に削減され得る。このような設計は、製造コストを削減し、製造の困難性を低下させ、取り付け時間を削減することが可能である。製造において、シェッド絶縁体、幾何学的電極及び複合絶縁体のみが一体成形される。

開示される実施形態についての前述の記載は、任意の当業者が本発明を作成又は使用するのを可能とするために提供される。当業者にとって、これらの実施形態に種々の改変を行えることは容易に明らかであり、本明細書で定義される一般的な原理は、発明の精神又は範囲から逸脱することなく他の実施形態に適用し得る。したがって、本発明は、本明細書に示される実施形態を限定することを意図しないが、本明細書の原理及び新規の特徴と一致する最も広い範囲に従うものである。

上述された本発明の他の特徴、態様及び利点は、添付図面と併せて、実施形態の詳細な説明からより明らかにされ、同じ要素は記載を通して同じ引用符合で表される。

従来の幾何学的電気ストレス制御手段を示す構造図。 幾何学的電気ストレス制御手段を備える従来の電力ケーブル終端部を示す構造図。 本発明の実施形態による幾何学的電気ストレス制御手段を示す構造図。 本発明の実施形態による幾何学的電気ストレス制御手段を備える電力ケーブル終端部を示す構造図。

Claims (10)

1. 高圧電力ケーブル終端部のシェッドストレスコーン内の幾何学的電極であって、前記幾何学的電極の一方の端部は前記電力ケーブルの導体に繋がり、他方の端部は前記導体を被覆する複合絶縁体に繋がり、前記複合絶縁体は外側に延伸して傘型形状に形成された複数のシェッド絶縁体を有し、
   前記幾何学的電極は、前記電力ケーブルの前記導体から前記複合絶縁体への方向に沿って可変曲率半径を有し、前記曲率半径は前記複合絶縁体に向かって徐々に増加し、及び
   前記幾何学的電極は少なくとも前記シェッド絶縁体を超えた位置まで延伸する、幾何学的電極。
2. 前記幾何学的電極が少なくとも第１シェッド絶縁体を超えた位置まで延伸する、請求項１に記載の幾何学的電極。
3. 高圧電力ケーブル終端部のシェッドストレスコーンであって、電力ケーブルの導体を被覆する複合絶縁体と、前記複合絶縁体を外側に延伸することにより形成される複数の傘型形状のシェッド絶縁体と、幾何学的電極と、を備え、前記幾何学的電極の一方の端部は前記電力ケーブルの前記導体に繋がり、他方の端部は前記複合絶縁体に繋がり、
   前記幾何学的電極は、前記電力ケーブルの前記導体から前記複合絶縁体への方向に沿って可変曲率半径を有し、前記曲率半径は前記複合絶縁体に向かって徐々に増加し、及び
   前記幾何学的電極は少なくとも前記シェッド絶縁体を超えた位置まで延伸する、シェッドストレスコーン。
4. 前記幾何学的電極は少なくとも第１シェッド絶縁体を超えた位置まで延伸する、請求項３に記載の幾何学的電極。
5. 前記複合絶縁体の厚みは薄い、請求項４に記載の幾何学的電極。
6. 前記複合絶縁体の表面は小さな電界強度を有する、請求項４に記載の幾何学的電極。
7. 高圧電力ケーブル終端部であって、前記電力ケーブルの導体と、シーリングコネクタと、前記導体を被覆する複合絶縁体、前記複合絶縁体を外側に延伸することにより形成される複数の傘型形状のシェッド絶縁体と、幾何学的電極と、を備え、前記幾何学的電極の一方の端部は前記電力ケーブルの前記導体に繋がり、他方の端部は前記複合絶縁体に繋がり、
   前記幾何学的電極は、前記電力ケーブルの前記導体から前記複合絶縁体への方向に沿って可変曲率半径を有し、前記曲率半径は前記複合絶縁体に向かって徐々に増加し、及び
   前記幾何学的電極は少なくとも前記シェッド絶縁体を超えた位置まで延伸する、高圧電力ケーブル終端部。
8. 前記幾何学的電極は、少なくとも第１シェッド絶縁体を超えた位置まで延伸する、請求項７に記載の高圧電力ケーブル終端部。
9. 前記複合絶縁体の厚みは薄い、請求項８に記載の高圧電力ケーブル終端部。
10. 前記複合絶縁体の表面は小さな電界強度を有する、請求項８に記載の高圧電力ケーブル終端部。

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