JP2010268651A

JP2010268651A - 電界緩和被覆体およびこれを用いた電力機器

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Publication number: JP2010268651A
Application number: JP2009119626A
Authority: JP
Inventors: Shingo Nakayama; 新吾中山; Kenji Shinohara; 賢治篠原; Yasunobu Hori; 泰伸堀
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2009-05-18
Filing date: 2009-05-18
Publication date: 2010-11-25
Anticipated expiration: 2029-05-18
Also published as: JP5328476B2

Abstract

【課題】電力機器に備えられたブッシングにケーブル端末を接続した場合の電界ストレスを緩和できる電界緩和被覆体を提供する。
【解決手段】ブッシング１とケーブル端末２との接続部に形成される空隙部に嵌め込まれる電界緩和被覆体３であって、ブッシングの表面を形成する遮蔽層の端部およびケーブル端末の表面を形成する遮蔽層の端部に対向する位置に配置されて内層を形成する半導電層３１と、該半導電層を覆って外層を形成する絶縁層３２を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば変圧器や開閉器などといった電力機器に備えられているモールドブッシングなどに設けられた接地体周辺の電界強度を緩和する電界緩和被覆体およびこれを用いた電力機器に関する。

図１０は、主に米国において普及しているブッシングとケーブル端末とが接続された様子を示す図である。図１０では、米国において普及しているブッシング規格（ＩＥＥＥ３８６）を基に日本国内電力仕様にアレンジした形状である。ブッシングは、機器側高圧充電部の周りをブッシング絶縁層を介在させてブッシングメタライズ（遮蔽層）で囲うことにより構成されており、ブッシングメタライズ（遮蔽層）は接地される。
また、ケーブル端末は、ケーブル端末高圧充電部の周りを絶縁層を介在させてケーブル端末遮蔽層で囲うことにより構成されており、ケーブル端末遮蔽層は接地される。ブッシングとケーブル端末との接続は、ブッシングの先端をケーブル端末の先端に嵌合させることにより行われる。この状態において、ブッシングメタライズ（遮蔽層）の端部とケーブル端末遮蔽層の端部との間に電界ストレスが高い空隙部が形成され、この空隙部において部分放電が発生する場合がある。

図１１は、主に欧州において普及しているモールドブッシングとケーブル端末とが接続された様子を示す図である。図１１では、欧州において普及しているブッシング規格（ＥＮ５０１８１）の形状である。モールドブッシングは、機器側高圧充電部の周りをブッシング絶縁層で覆うとともに、このブッシング絶縁層に、ブッシング遮蔽層（シールドリング）が埋め込まれて構成されている。ブッシング遮蔽層は、ビスなどの金属部（接地ボルト）を介して接地される。また、ケーブル端末は、ケーブル端末高圧充電部の周りを絶縁層を介在させてケーブル端末遮蔽層で囲うことにより構成されており、ケーブル端末遮蔽層は接地される。モールドブッシングとケーブル端末との接続は、モールドブッシングの先端をケーブル端末の先端に嵌合させることにより行われる。この状態においては、接地ボルトの先端部に電界ストレスが高い部分が形成されて部分放電が発生する場合がある。

なお、関連する技術として、特許文献１は、必要な絶縁性能を確保しつつ、コンパクト化を図ることができる機器直結型端末を開示している。この機器直結型端末において、端末本体は、機器ブッシングおよび絶縁栓との嵌合面を有する弾性部材で形成された絶縁筒を備えている。そして、絶縁筒を機器ブッシングに嵌合させるとともに絶縁栓を上記絶縁筒に嵌合させ、絶縁筒および絶縁栓を機器ブッシングの軸方向に押し付けることにより、絶縁筒と機器ブッシングおよび絶縁栓との間の界面圧力を確保する。上記絶縁筒の外周には環状リングが設けられており、これにより、絶縁筒および絶縁栓を機器ブッシングの軸方向に押し付けたとき、上記絶縁筒が拡径するのを抑止し上記界面圧力を所望の値以上に保ち、必要とされる絶縁性能を確保する。

特開平９−２８９０４９号公報

上述した図１０に示すブッシングでは、空隙部で部分放電が発生するのを防止するために、図１２（ａ）に示すように、空隙部に絶縁パテ（例えばシリコン）を充填したり、絶縁テープで埋めるという対策が採られている。
あるいは、図１２（ｂ）に示すように、ブッシングの機器側高圧充電部とブッシングメタライズ（遮蔽層）との間の距離を大きくとるとともに、ケーブル端末の機器側高圧充電部とケーブル端末遮蔽層との間の距離を大きくとって、ブッシングメタライズ（遮蔽層）およびケーブル端末遮蔽層における電界強度を弱めるという対策がとられている。

しかしながら、図１２（ａ）に示す方法では、作業に多くの時間を要するとともに、作業者の技量に依存して部分放電を防止する性能および効果が異なり、再現性に乏しいという問題がある。また、図１２（ｂ）に示す方法では、機器が大型化し、不経済になるという問題がある。

また、図１１に示すモールドブッシングでは、接地ボルトの頭部がモールドブッシング表面に露出しているため、部分放電を抑止するためには、金属部を平滑にしたり、金属部を空気から遮断する必要がある。このため、金属部の周辺にパテを盛って絶縁テープを巻くなどの対策を講じる必要がある。

しかしながら、この方法でも上述した問題と同様の問題がある。すなわち、作業に手間と時間がかかり、また、作業者の技量に依存して部分放電を防止する性能および効果が異なるので、再現性に乏しいという問題がある。また、機器側高圧充電部と金属部との間の距離を大きくする方法もあるが、この場合は、機器が大型化するという問題がある。

本発明の課題は、電力機器に備えられたブッシングにケーブル端末を接続した場合の電界ストレスを緩和できる電界緩和被覆体およびこれを用いた電力機器を提供することにある。

上記課題を解決するために、第１の発明は、ブッシングとケーブル端末との接続部に形成される空隙部に嵌め込まれる電界緩和被覆体であって、前記ブッシングの表面を形成する遮蔽層の端部および前記ケーブル端末の表面を形成する遮蔽層の端部に対向する位置に配置されて内層を形成する半導電層と、該半導電層を覆って外層を形成する絶縁層とを備えることを特徴とする。

また、第２の発明は、モールドブッシングの絶縁層に埋め込まれた遮蔽層から引き出されて該モールドブッシングの表面に露出した接地用の金属部を覆う電界緩和被覆体であって、金属部の全体を覆うように配置されて内層を形成する半導電層と、該半導電層を覆って外層を形成する絶縁層とを備えることを特徴とする。

また、第３の発明は、絶縁層に埋め込まれた遮蔽層から引き出されて表面に露出した接地用の金属部を備えたモールドブッシングと、モールドブッシングの金属部の全体を覆うように配置されて内層を形成する半導電層と該半導電層を覆って外層を形成する絶縁層とを備えた電界緩和被覆体と、モールドブッシングをケーブルに接続する機器直結端末とを備えることを特徴とする。

第１および第２の発明によれば、電力機器に備えられたブッシングにケーブル端末を接続した場合の電界ストレスを緩和できる電界緩和被覆体を提供できる。また、第３の発明によれば、電界ストレスを緩和できる電力機器を提供できる。

本発明の実施例１に係る電界緩和被覆体がブッシングとケーブル端末との接続部に適用された状態を示す図である。本発明の実施例１に係る電界緩和被覆体の構造を示す図である。本発明の実施例２に係る電界緩和被覆体がブッシングとケーブル端末との接続部に適用された状態を示す図である。本発明の実施例２に係る電界緩和被覆体の構造を示す図である。本発明の実施例２に係る電界緩和被覆体の電界ストレスを説明するための図である。本発明の実施例１および実施例２に係る電界緩和被覆体の他の構造を示す図である。本発明の実施例１および実施例２に係る電界緩和被覆体のさらに他の構造を示す図である。本発明の実施例１および実施例２に係る電界緩和被覆体のさらに他の構造を示す図である。本発明の実施例３に係る電力機器の構造を示す図である。主に米国において普及しているブッシングとケーブル端末とが接続された様子を示す図である。主に欧州において普及しているモールドブッシングとケーブル端末とが接続された様子を示す図である。従来の問題点を説明するための図である。

以下、本は発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例１に係る電界緩和被覆体３がブッシング１とケーブル端末２との接続部に適用された状態を示す図である。ブッシング１は、機器側高圧充電部１１の周りをブッシング絶縁層１２を介在させてブッシングメタライズ（遮蔽層）１３で囲うことにより構成されており、ブッシングメタライズ（遮蔽層）１３は接地されている。また、ケーブル端末２は、ケーブル端末高圧充電部２１の周りを絶縁層２２を介在させてケーブル端末遮蔽層２３で囲うことにより構成されており、ケーブル端末遮蔽層２３は接地されている。

ブッシング１とケーブル端末２との接続は、ブッシング１の先端をケーブル端末２の先端に嵌合させることにより行われる。この状態において、ブッシングメタライズ（遮蔽層）１３の端部とケーブル端末遮蔽層２３の端部との間に電界ストレスが高い空隙部が形成されるので、この空隙部に円筒形状の電界緩和被覆体３が嵌め込まれる。

図２は、電界緩和被覆体３の構造を示す図である。この電界緩和被覆体３は、ブッシングメタライズ（遮蔽層）１３の角部およびケーブル端末遮蔽層２３の角部に対向する位置に配置されて内層を形成する半導電層３１と、この半導電層３１を覆って外層を形成する絶縁層３２とが一体成形されて構成されている。

半導電層３１は、例えば体積抵抗率１０^１〜１０^６［Ω・ｃｍ］（半導電体）のシリコンゴムから構成されており、絶縁層３２は、例えば体積抵抗率１０^１３〜１０^１７［Ω・ｃｍ］（絶縁体）のシリコンゴムから構成されている。この場合、半導電層３１の体積抵抗率は、絶縁層３２の体積抵抗率の少なくとも１０００分の１とすることができる。なお、体積抵抗率は、シリコンゴムのカーボン含有率によって決定される。

また、半導電層３１の角部は、丸みを帯びた形状を有するように構成されている。この場合、例えば、直径φ＝４０〜９０の電界緩和被覆体３の場合は、丸み半径Ｒ＝１〜６ｍｍとすることができる。

以上説明したように、本発明の実施例１によれば、ブッシング１とケーブル端末２との接合部に形成される空隙部に電界緩和被覆体３を嵌め込んで部分放電を抑止するように構成したので、ブッシングにケーブル端末を接続した場合の電界ストレスを緩和できる。また、半導電層３１と絶縁層３２とを一体成形したので、作業性を向上させることができるとともに、再現性を確保することができる。さらに、半導電層３１の角部に丸みをもたせたので、電界ストレスが緩和され、部分放電の抑止効果を向上させることができる。

図３は、本発明の実施例２に係る電界緩和被覆体５がモールドブッシング４に適用された状態を示す図である。モールドブッシング４は、機器側高圧充電部４１の周りをブッシング絶縁層４２で覆うとともに、このブッシング絶縁層４２に、ブッシング遮蔽層（シールドリング）４３が埋め込まれて構成されている。ブッシング遮蔽層４３は、ビスなどの金属部（接地ボルト）４４を介して接地されている。また、ケーブル端末２は、上述した実施例１のそれと同じである。

モールドブッシング４とケーブル端末２との接続は、モールドブッシング４の先端をケーブル端末２の先端に嵌合させることにより行われる。この状態において、接地ボルト４４の先端の露出部に電界ストレスが高い部分が形成されるので、この露出部に円筒形状の電界緩和被覆体５が嵌め込まれる。

図４は、電界緩和被覆体５の構造を示す図である。この電界緩和被覆体５は、接地ボルト４４の先端部に対向する位置に配置されて内層を形成する半導電層５１と、この半導電層５１を覆って外層を形成する絶縁層５２とが一体成形されて構成されている。

半導電層５１は、例えば体積抵抗率１０^１〜１０^６［Ω・ｃｍ］（半導電体）のエチレン・プロピレンゴム（ＥＰゴム）から構成することができ、絶縁層３２は、例えば体積抵抗率１０^１３〜１０^１７［Ω・ｃｍ］（絶縁体）のＥＰゴムから構成することができる。この場合、半導電層５１の体積抵抗率は、絶縁層５２の体積抵抗率の少なくとも１０００分の１とすることができる。なお、体積抵抗率は、ＥＰゴムのカーボン含有率によって決定される。

また、半導電層３１の角部は、丸みを帯びた形状を有するように構成されている。この場合、例えば、直径φ＝６０〜１１０ｍｍの電界緩和被覆体５の場合は、丸み半径Ｒ＝１〜６ｍｍ、好ましくはＲ＝１〜２ｍｍとすることができる。

以上説明したように、本発明の実施例２によれば、モールドブッシング４の接地ボルト４４の先端の露出部に電界緩和被覆体５を嵌め込んで部分放電を抑止するように構成したので、接地ボルト４４の先端の露出部における電界ストレスを緩和できる。また、半導電層５１と絶縁層５２とを一体成形したので、作業性を向上させることができるとともに、再現性を確保することができる。さらに、半導電層５１の角部に丸みをもたせたので、電界ストレスが緩和され、部分放電の抑止効果を向上させることができる。

図５（ａ）は、モールドブッシング４の接地ボルト４４を、半導電層５１を形成する半導電性ゴムおよび絶縁層５２を構成する絶縁性ＥＰゴムで覆った場合の配置を示し、図５（ｂ）はその配置における電界分布を示しており、電界ストレスは０．７７％／ｍｍ（Ｒ＝３ｍｍ）になる。ちなみに、接地ボルト４４を、絶縁性ＥＰゴムでのみ覆った場合の電界ストレスは１．２％／ｍｍになり、覆いが存在しない場合の電界ストレスは３．３％／ｍｍになる。すなわち、接地ボルト４４を半導電性ゴムおよび絶縁性ＥＰゴムで覆った場合は、接地ボルト４４の部分の電界ストレスを約１／４に抑えることができる。

また、接地ボルト４４を、半導電層５１を形成する半導電性ゴムおよび絶縁層５２を構成する絶縁性ＥＰゴムで覆った場合で且つ、Ｒ＝１の場合の電界ストレスは１．０％になり、Ｒ＝２の場合の電界ストレスは０．８３％になる。

なお、上述した実施例２に係る電界緩和被覆体５は、いずれも円筒形状に構成したが、必ずしも円筒形状である必要はない。また、実施例２に係る電界緩和被覆体５は、図６に示すように、円筒に切れ込みを設けて構成することができる。この構成によれば、電界緩和被覆体を既設のブッシングに事後的に取り付けることが容易になる。

また、実施例２に係る電界緩和被覆体５は、円筒形状に構成したが、図７に示すように、テープ状に構成することができる。この構成によれば、長さを自由自在に確保することができるので、電界緩和被覆体を適用する対象を広げることができる。

また、実施例２に係る電界緩和被覆体５は、円筒形状に構成したが、図８に示すように、パッチシール状に構成することができる。図８（ａ）は上面図、図８（ｂ）は側断面図および図８（ｃ）は底面図である。この構成によれば、局所的に電界ストレスを緩和する用途に好適である。

また、上述した実施例１に係る電界緩和被覆体３の半導電層３１および実施例２に係る電界緩和被覆体５の半導電層５１は、高誘電率材料で構成することもできる。一般にゴム混和物にカーボンを添加させると、その添加物の増加に対して誘電率εは指数関数的に上昇する傾向がある。誘電率εが例えば２０〜３０程度からカーボン添加量の増加に伴い、誘電率εが急激に上昇するので、緩和チューブ配合の改良により誘電率が一定のチューブを製作している。

また、半導電層には極端に柔らかい材料（例えば、硬度０のゴム）や流動性材料（ジェルや粘着材）で構成することもできる。

本発明の実施例３は、実施例２に係る電界緩和被覆体５を適用した電力機器である。図９は、この電力機器の構造を示す図であり、モールドブッシング４の一端は、例えば樹脂で作製された機器壁に嵌め込まれて機器（例えば変圧器）に接続され、他端は機器直結端末７を用いてケーブル６に接続されている。機器直結端末７とケーブル６とは略直交して配置されている。

本発明は、電力機器に接続されるブッシングとケーブル端末とを接続する場合に利用することができる。

１ブッシング
２ケーブル端末
３、５電界緩和被覆体
４モールドブッシング
１１、４１機器側高圧充電部
１２、４２ブッシング絶縁層
１３ブッシングメタライズ（遮蔽層）
２１ケーブル端末高圧充電部
２２絶縁層
２３ケーブル端末遮蔽層
３１、５１半導電層
３２、５２絶縁層
４３ブッシング遮蔽層（シールドリング）
４４接地ボルト（金属部）

Claims

ブッシングとケーブル端末との接続部に形成される空隙部に嵌め込まれる電界緩和被覆体であって、
前記ブッシングの表面を形成する遮蔽層の端部および前記ケーブル端末の表面を形成する遮蔽層の端部に対向する位置に配置されて内層を形成する半導電層と、該半導電層を覆って外層を形成する絶縁層とを備えることを特徴とする電界緩和被覆体。
モールドブッシングの絶縁層に埋め込まれた遮蔽層から引き出されて該モールドブッシングの表面に露出した接地用の金属部を覆う電界緩和被覆体であって、
前記金属部の全体を覆うように配置されて内層を形成する半導電層と、該半導電層を覆って外層を形成する絶縁層とを備えることを特徴とする電界緩和被覆体。
前記内層を形成する半導電層の体積抵抗率は、前記外層を形成する絶縁層の体積抵抗率に対し、少なくとも１０００分の１であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の電界緩和被覆体。
前記内層を形成する半導電層の角部は、丸みを帯びた形状であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか1項記載の電界緩和被覆体。
前記内層を形成する半導電層と前記外層を形成する絶縁層とは一体成形されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の電界緩和被覆体。
絶縁層に埋め込まれた遮蔽層から引き出されて表面に露出した接地用の金属部を備えたモールドブッシングと、
前記モールドブッシングの金属部の全体を覆うように配置されて内層を形成する半導電層と該半導電層を覆って外層を形成する絶縁層とを備えた電界緩和被覆
体と、
前記モールドブッシングをケーブルに接続する機器直結端末と、
を備えることを特徴とする電力機器。