JP2016207432A - 接続構造及び接続方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストの増大を招くことなく引張性能を向上させることができる銅導体部とアルミニウム又はアルミニウム合金からなる金属スリーブとの接続構造及び接続方法を提供する。【解決手段】銅導体部１とアルミニウム又はアルミニウム合金からなる金属スリーブ２との接続構造であって、銅導体部１の表面は、周方向に溝１ａを形成することにより粗化されている。金属スリーブ２の銅導体部１との接触内面には銅の標準電極電位とアルミニウムの標準電極電位との間の値の標準電極電位を有する中間合金層４が設けられており、異種金属間の電位差を低減し、電食による腐食の発生を防止している。【選択図】 図１

Description

本発明は接続構造及び接続方法に関し、特に、銅導体部とアルミニウム又はアルミニウム合金からなる金属スリーブとの接続構造及び接続方法に関する。

一般に、架空送電線などでは、軽量かつ大容量の送電が可能なアルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミ導体部（心線）を有するアルミ電線が電力線として使用されている。

一方、地中送電線などでは、電気伝導性に優れた銅からなる銅導体部（心線）を有する銅電線が電力線として使用されている。

例えば鉄塔などでは、架空送電線を分岐させて、その分岐した一方を地中に埋め込まれた地中送電線に接続する場合があり、その場合、ジャンパースリーブなどの金属スリーブを用いて接続していた（以下、この技術を従来例１という）。

図４は従来例１の接続構造を示す側面断面図である。

図４に示すように、従来例１の接続構造では、アルミ電線の端末部の外皮を剥がして露出させたアルミ導体部１０と、銅電線の端末部の外皮を剥がして露出させた銅導体部１１とを、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる金属スリーブ１２によって圧縮して接続していた。

銅導体部１１と金属スリーブ１２との異種金属同士が接触する場合、銅の標準電極電位は＋０．３４０Ｖであり、アルミニウムの標準電極電位は−１．６７６Ｖであり、相互の標準電極電位差が約２Ｖと大きなものとなるため、電食による腐食が発生し、電気的特性の不安定化や断線などの不具合が生じるおそれがある。

そこで、金属スリーブ１２の銅導体部１１との接触内面に銅の標準電極電位とアルミニウムの標準電極電位との間の値の標準電極電位を有する中間合金層１３を設けることにより、異種金属間の電位差を低減し、電食による腐食の発生を防止している。

特許文献１には、アルミ電線と銅電線とを電線接続部材により電気的に接続し、その電線接続部材が銅の標準電極電位とアルミニウムの標準電極電位との間の値の標準電極電位を有する導電体により形成されている接続構造が開示されている（以下、この技術を従来例２という）。

特許文献２には、アルミ電線の心線部と銅電線の心線部とが直接接触しない状態で挿入配設されると共に、内部空間内に導電性樹脂が充填され、導電性樹脂を介してアルミ電線の心線部と銅電線の心線部とが電気的に導通接続されてなる接続構造が開示されている（以下、この技術を従来例３という）。
特開２００３−２２９１８３号公報 特開２００３−２２９１８４号公報

従来例１の接続構造では、中間合金層１３のヤング率が、アルミニウムや銅に比べて低く、変形しやすいため、銅導体部１１が金属スリーブ１２から抜けてしまうことが多く、金属スリーブ１２による導体把持力がアルミニウム同士の接続、銅同士の接続の引張性能を満足するものではなかったという課題があった。

また、金属スリーブ１２の長さを長くすれば、把持する面積が増えるため引張性能を向上させることができるが、製造コストが余分にかかるという課題があった。地中送電においては、地中のマンホールの大きさや組立場所の広さの制限などにより、絶縁部品などの寸法が制限されるため、金属スリーブの長さも制限され、短い金属スリーブを用いなくてはならないので、所望の引張性能を得るのは困難であるという課題があった。

また、引張性能を向上させるため、中間合金層１３の内面に溝部を形成しても、中間合金層１３が金属スリーブ１２や銅導体部１１に比べて柔らかいため、溝部がつぶれてしまうので、所望の引張性能の向上を期待できないという課題があった。

さらに、中間合金層１３の内面や銅導体部１１の表面に接続コンパウンドを塗布しても、接続コンパウンドに含まれる粒子が柔らかい材質の中間合金層１３だけに入り込み、銅導体部１１を構成する素線には入り込まないので、クサビとならないため、所望の引張性能の向上を期待できないという課題があった。

従来例２及び従来例３では、アルミニウムと銅の接触部に生じる電食を防止するための構造が開示されているが、金属スリーブの引張性能を向上させるための構造や方法については何ら開示されておらず、それを示唆する記載もない。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、製造コストの増大を招くことなく引張性能を向上させることができる銅導体部とアルミニウム又はアルミニウム合金からなる金属スリーブとの接続構造及び接続方法を提供することを目的とする。

本発明の接続構造は、銅導体部とアルミニウム又はアルミニウム合金からなる金属スリーブとの接続構造であって、前記銅導体部の表面が粗化されていることを特徴とするものである。

前記銅導体部の表面が、周方向に溝を形成することにより粗化されていてもよい。

前記銅導体部と接続される前記金属スリーブの内表面に形成された中間合金層が、銅の標準電極電位とアルミニウムの標準電極電位との間の値の標準電極電位を有する合金からなってもよい。

前記金属スリーブが前記銅導体部より小さいヤング率を有してもよい。

前記金属スリーブの内表面に形成された中間合金層が銅導体部より小さいヤング率を有してもよい。

本発明の接続方法は、銅導体部とアルミニウム又はアルミニウム合金からなる金属スリーブとの接続方法であって、
（１）前記銅導体部の表面を粗化する工程と、
（２）前記銅導体部を金属スリーブに挿入し、圧縮して接続する工程と、
を有することを特徴とするものである。

前記（１）の工程では、前記銅導体部の表面を周方向に溝を形成することにより粗化してもよい。

前記銅導体部と接続される前記金属スリーブの内表面に形成された中間合金層が、銅の標準電極電位とアルミニウムの標準電極電位との間の値の標準電極電位を有する合金からなってもよい。

前記金属スリーブが前記銅導体部より小さいヤング率を有してもよい。

前記金属スリーブの内表面に形成された中間合金層が銅導体部より小さいヤング率を有してもよい。

本発明の接続構造及び方法によれば、金属スリーブの引張性能を向上させることができるので、金属スリーブの長さを長くする必要がなく、製造コストの増大を招くことがなくなる。

また、部材の寸法が制限される地中送電において、短い金属スリーブを用いても、所望の引張性能を得ることが可能となる。

本発明の実施形態例に係る接続構造を示す側面断面図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は本発明の実施形態例に係る接続方法を説明するための側面断面図である。 （Ａ）は銅導体部の表面を粗化処理する前の状態を示す表面図、（Ｂ）は銅導体部の表面を粗化処理する後の状態を示す表面図である。 従来例１の接続構造を示す側面断面図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明の実施形態例に係る接続構造を示す側面断面図である。

図１に示すように、本発明の実施形態例に係る接続構造は、銅導体部１とアルミニウム又はアルミニウム合金からなる金属スリーブ２との接続構造である。

金属スリーブ２は、略円筒形状に形成されており、銅電線３の端末部の外皮を剥がして露出させた銅導体部１に圧縮して接続するために用いられる。なお、金属スリーブ２は、ジャンパースリーブのようにアルミ電線の端末部の外皮を剥がして露出させたアルミ導体部を他方側に接続するために用いられてもよい。

金属スリーブ２の銅導体部１との接触内面には銅の標準電極電位とアルミニウムの標準電極電位との間の値の標準電極電位を有する中間合金層４が設けられており、異種金属間の電位差を低減し、電食による腐食の発生を防止している。中間合金層４としては、例えばＳｎ−Ｚｎを７：３〜８：２の割合で溶融して作られた合金が用いられるが、その他Ｚｎ−Ａｌ系、ＣｄーＺｎ系の合金などが用いられてもよい。Ｓｎ−Ｚｎ系などの合金は融点が低く、２３０℃程度の低い温度で溶融させることができる。

なお、中間合金層４の代わりにアルミニウムと銅との間の値の標準電極電位を有するＺｎ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｓｎ，Ｐｂなどの金属単体からなる中間層が設けられてもよい。

金属スリーブ２又はその内表面に形成された中間合金層４は、銅導体部１より小さいヤング率を有するので、銅導体部１より柔らかく変形しやすい。

ヤング率の例を挙げると、金属スリーブ２の材質であるアルミニウムが６９ｋＮ／ｍｍ^２程度、銅導体部１の材質である銅が１１０ｋＮ／ｍｍ^２程度に対して、例えば中間合金層４の材質であるＳｎ−Ｚｎ合金は５０ｋＮ／ｍｍ^２程度である。なお、これらの数値については限定されるものではない

銅導体部１は、複数の素線を撚り合わせて作られており、例えば周方向に凹凸状の溝１ａを形成することにより粗化されている。これによって、金属スリーブ２の中間合金層４が銅導体部１に形成された溝１ａ内に食い込むため、金属スリーブ２の引張性能を向上させることができる。

また、電食による腐食を防止するため、金属スリーブ２の内面、銅導体部１の表面、中間合金層４を設けた場合にはその中間合金層４の内面に接続コンパウンドを塗布してもよい。接続コンパウンドとしては、例えば鉱油成分のグリースから構成され、内部にはシリコンカーバイド粒子および亜鉛粒子が含まれているものが用いられる。

接続コンパウンドに含まれる粒子は柔らかい材質の中間合金層４に入り込むだけでなく、銅導体部１の表面処理された凹凸状の溝１ａ内にも入り込んでクサビとなるため、引張性能をより向上させることができる。また、銅導体部１と金属スリーブ２との接触面積が増加するため、把持力の性能を向上させることができる。

また、銅導体部１と金属スリーブ２との接触面積の増加によって、スリーブ抵抗値を低下させることが可能となる。

図２（Ａ）〜（Ｃ）は本発明の実施形態例に係る接続方法を説明するための側面断面図である。

まず、銅電線３の端末部の外皮を剥がして銅導体部１を露出させる（図２（Ａ）参照）。

次いで、銅導体部１の表面を粗化する。

図３（Ａ）は銅導体部１の表面を粗化処理する前の状態を示す表面図、（Ｂ）は銅導体部１の表面を粗化処理する後の状態を示す表面図である。

図３（Ａ）に示す銅導体部１の表面に溝１ａを形成する際は、銅電線３をバインドして素線がほどけないようにしてから、パイプカッターなどの凹凸をつける道具を用いて、銅導体部１の周方向に凹凸状の溝１ａを形成する（図２（Ｂ）及び図３（Ｂ）参照）。

次いで、上記バインドを解いた後、銅導体部１を金属スリーブ２の挿入穴２ａに挿入する（図２（Ｃ）参照）。

その後、圧縮機を用いて金属スリーブ２を圧縮して、銅導体部１と接続する（図１参照）。その際、金属スリーブ２の中間合金層４が柔らかい材質のため、銅導体部１に形成された溝１ａ内に食い込み嵌合して、引張りに対する引掛かりができるので、金属スリーブ２の引張性能を向上させることができる。

本発明の実施形態例に係る接続構造及び方法によれば、金属スリーブ２の引張性能を向上させることができるので、金属スリーブ２の長さを長くする必要がなく、製造コストの増大を招くことがなくなる。

また、部材の寸法が制限される地中送電において、短い金属スリーブ２を用いても、所望の引張性能を得ることが可能となる。

表１は、銅導体部１の表面処理が「あり」の場合と、「なし」の場合との引張性能を比較した本発明者による実験の結果を示す表である。

表１から、銅導体部１の表面処理が「あり」の場合の引張強度の方が、「なし」の場合に比べて高く、引張性能が良好になることがわかる。

本発明者は、パイプカッターなどによる銅導体部１の表面の凹凸状の溝１ａは深さ約３００〜４００μｍ程度で、１ｍｍピッチであれば、効果が得られることを実験にて確認している。

銅導体部１を構成する素線は、直径約３ｍｍであるため、深さ約３００〜４００μｍ程度の表面処理では、そこを起点とした応力負荷により素線が切れることはなく問題はない。
本発明は、上記実施の形態に限定されることはなく、特許請求の範囲に記載された技術的事項の範囲内において、種々の変更が可能である。

本発明の接続構造及び接続方法は、銅導体部とアルミニウム又はアルミニウム合金からなる金属スリーブとを接続するために利用される。

１：銅導体部
１ａ：溝
２：金属スリーブ
２ａ：挿入穴
３：銅電線
４：中間合金層

Claims (10)

1. 銅導体部とアルミニウム又はアルミニウム合金からなる金属スリーブとの接続構造であって、
   前記銅導体部の表面が粗化されていることを特徴とする接続構造。
2. 前記銅導体部の表面が、周方向に溝を形成することにより粗化されていることを特徴とする請求項１に記載の接続構造。
3. 前記銅導体部と接続される前記金属スリーブの内表面に形成された中間合金層が、銅の標準電極電位とアルミニウムの標準電極電位との間の値の標準電極電位を有する合金からなる、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の接続構造。
4. 前記金属スリーブが前記銅導体部より小さいヤング率を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の接続構造。
5. 前記金属スリーブの内表面に形成された中間合金層が銅導体部より小さいヤング率を有することを特徴とする請求項３に記載の接続構造。
6. 銅導体部とアルミニウム又はアルミニウム合金からなる金属スリーブとの接続方法であって、
   （１）前記銅導体部の表面を粗化する工程と、
   （２）前記銅導体部を金属スリーブに挿入し、圧縮して接続する工程と、
   を有することを特徴とする接続方法。
7. 前記（１）の工程では、前記銅導体部の表面を周方向に溝を形成することにより粗化することを特徴とする請求項６に記載の接続方法。
8. 前記銅導体部と接続される前記金属スリーブの内表面に形成された中間合金層が、銅の標準電極電位とアルミニウムの標準電極電位との間の値の標準電極電位を有する合金からなることを特徴とする請求項６又は７に記載の接続方法。
9. 前記金属スリーブが前記銅導体部より小さいヤング率を有することを特徴とする請求項６又は７に記載の接続方法。
10. 前記金属スリーブの内表面に形成された中間合金層が銅導体部より小さいヤング率を有することを特徴とする請求項８に記載の接続方法。