JP2018185967A - ポリマー碍管 - Google Patents

Abstract

【課題】風圧の影響による笠部の変形・振動を低減することが可能なポリマー碍管を提供する。
【解決手段】ポリマー碍管２は、ポリマー系材料から形成され、笠部２０ａを有する絶縁体２０と、絶縁体２０の笠部２０ａに内蔵された、リング状の補強芯材５０と、を備え、補強芯材５０の縦断面形状は、ポリマー碍管２の外周側に向かって細くなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ポリマー碍管に関する。

従来の碍子型の自立型乾式終端接続部は、磁器製の碍子が比較的重いことから、磁器製の碍子よりも軽量化を図った自立型乾式終端接続部が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

この自立型乾式終端接続部は、ケーブルの端部側が差し込まれるケーブル差込み穴を備えた可撓性を有するゴム製の絶縁層と、絶縁層の肉厚の中間内部に軸線方向に向けて延伸され、絶縁層と一体的に設けられた電気的絶縁性及び剛性を有する自立用樹脂管とを備える。

この構成によれば、軽量なゴム製の絶縁層、及び芯材として樹脂管を用いることにより終端接続部を軽量化することができる。

特許第５０６０８００号公報

しかし、従来の自立型乾式終端接続部によれば、笠部がゴム製であるため、高速鉄道車両用のポリマー碍管として使用する場合には、風圧の影響で笠部が変形・振動してしまい、電気性能の低下や疲労破壊の虞がある。

そこで、本発明の目的は、風圧の影響による笠部の変形・振動を低減することが可能なポリマー碍管を提供することにある。

本発明は、上記課題を解決することを目的として、ポリマー系材料から形成され、笠部を有する絶縁体と、前記絶縁体の前記笠部に内蔵された、リング状の補強芯材と、を備えたポリマー碍管であって、前記補強芯材の縦断面形状は、前記ポリマー碍管の外周側に向かって細くなる、略扇形状であるポリマー碍管を提供する。

本発明によれば、風圧の影響による笠部の変形・振動を低減することが可能なポリマー碍管を提供可能になる。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係るポリマー碍管を用いた電力ケーブル用ポリマー接続部の構成例を示す縦断面図である。 図２は、図１に示す電力ケーブルの横断面図である。 図３は、本発明の第２の実施の形態に係る車両間接続部の構成例を示す要部正面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、各図中、実質的に同一の機能を有する構成要素については、同一の符号を付してその重複した説明を省略する。

［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るポリマー碍管を用いた電力ケーブル用ポリマー接続部の構成例を示す縦断面図である。図２は、図１に示す電力ケーブルの横断面図である。

この電力ケーブル用ポリマー接続部１は、主としてポリマー系材料（絶縁性高分子材料）から形成され、段剥処理された電力ケーブル１００の端部１０１が差し込まれるケーブル差込み穴２ａ、２ｂを有するポリマー碍管２と、ポリマー碍管２の後端側（差込み方向Ａと反対側）Ｂを保護する保護金具３と、電力ケーブル１００の導体１２０に接続される導体接続棒４と、導体接続棒４が取り付けられる固定端子５と、固定端子５を介して導体接続棒４に接続する高圧シールド６と、保護金具３と電力ケーブル１００との間をシールする防水処理部７とを備える。

（ポリマー碍管の構成）
ポリマー碍管２は、ポリマー系材料から形成された可撓性を有する絶縁体２０と、絶縁体２０の内周面に電力ケーブル１００の端部１０１の絶縁層１４０に対向するように埋設された補強部材又は芯材としての金属製の埋込パイプ２１と、絶縁体２０の外周面側に埋設された補強部材又は芯材としての金属製の埋込フランジ２２と、電力ケーブル１００の端部１０１における電界を緩和する第１の半導電部２３Ａと、埋込パイプ２１における電界を緩和する第２の半導電部２３Ｂと、埋込フランジ２２における電界を緩和する第３の半導電部２３Ｃとを備える。また、ポリマー碍管２を構成する絶縁体２０、埋込パイプ２１、埋込フランジ２２及び第１乃至第３の半導電部２３Ａ〜２３Ｃは、工場でモールドにより一体成型される。ここで、絶縁体２０及び第１乃至第３の半導電部２３Ａ〜２３Ｃは、絶縁保護層の一例である。

絶縁体２０の外周には、複数の傘部２０ａが一定の間隔を設けて形成されている。絶縁体２０は、ポリマー系材料として、例えばシリコーンゴム、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＭ）、エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）等から形成されている。

複数の傘部２０ａのうち、笠部２０ａ間の谷底部２０ｂが深くて、張り出し長さが大きい傘部２００ａには、機械的強度を向上させるための、リング形状の補強芯材５０が内蔵されている。これにより、風圧の影響による笠部の変形・振動を低減し、電気性能の低下や疲労破壊を抑制することができる。なお、ポリマー碍管２は、補強芯材５０が絶縁体２０中に内蔵されるように、モールド成形によって作製することができる。

補強芯材５０は、軽量かつ高弾性率の材料から形成されていることが好ましく、例えば、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）やエンジニアリング・プラスチックから形成されている。

補強芯材５０の縦断面形状は、ポリマー碍管２の外周側に向かって細くなるような傾斜を有しており、その内周面５０ａは円弧から構成されている、略扇形状（しずく形状）であることが好ましい。これにより、補強芯材５０の根元部分（内周面５０ａの部分）での応力集中を緩和すると共に、絶縁体２０との接触面積を増やして接着強度を向上させることができるので、笠部２００ａの根元部分における疲労破壊を抑制することができる。絶縁体２０との接触面積を更に増やすために、補強芯材５０の根元部分（内周面５０ａの部分）の表面に凹凸を形成してもよい。

また、笠部２０ａ間の谷底部２０ｂの底面は、補強芯材５０の内周面５０ａ（円弧）よりも外側（ポリマー碍管２の外周側）に位置するように、補強芯材５０が絶縁体２０中に十分な深さをもって埋め込まれていることが好ましい。

なお、笠部２００ｂは、張り出し長さが小さい（笠部２０ａ間の谷底部２０ｂが浅い）ので、機械的強度が強い。そのため、補強芯材５０を内蔵していないが、機械的強度をさらに向上させるために内蔵させてもよい。

絶縁保護層の差込み方向Ａと反対側Ｂの第１のケーブル差込み穴２ａは、電力ケーブル１００の端部１０１が差し込まれる前は電力ケーブル１００の端部１０１、すなわち絶縁層１４０の外径Ｄ１よりも小さい内径を有し、電力ケーブル１００の絶縁層１４０が差し込まれたときは絶縁層１４０に密着する。

埋込パイプ２１は、例えば黄銅、アルミウム合金等の金属から形成されている。また、埋込パイプ２１は、例えば、外径３０〜５０ｍｍ、厚さ２〜５ｍｍを有する。電力ケーブル１００の差込みを容易とするため、埋込パイプ２１は、絶縁層１４０の外径よりも大きい内径Ｄ２の第２のケーブル差込み穴２ｂを有する。埋込パイプ２１の外周面を第２の半導電部２３Ｂで覆っているので、埋込パイプ２１として市販のものを使用することが可能である。なお、埋込パイプ２１の外周面を滑面（例えば、算術平均粗さＲａが６．３μｍ以下）とすることにより、第２の半導電部２３Ｂを省くことも可能である。

また、埋込パイプ２１は、差込み方向Ａの端部が絶縁体２０からケーブル軸方向に露出している部分２１ａを有し、この露出した部分２１ａは、接続部材としての高圧シールド６に接続され、この高圧シールド６が固定端子５及び導体接続棒４を介して電力ケーブル１００の導体１２０に接続している。これにより埋込パイプ２１がシールド効果を発揮する。すなわち、絶縁体２０の内周面に埋込パイプ２１を埋設しない構造の場合、電力ケーブル１００の絶縁層１４０との間の空間を、絶縁破壊抑制のために絶縁性を有するコンパウンドで埋める必要がある。一方、本実施の形態では、絶縁体２０の内周面に埋込パイプ２１を埋設し、その埋込パイプ２１を電力ケーブル１００の導体１２０に接続しているので、埋込パイプ２１と絶縁層１４０との間の空間が閉じた空間となり、埋込パイプ２１と絶縁層１４０との間にコンパウンドで埋める必要がなくなる。

埋込フランジ２２は、円筒状の形状を有する円筒部２２ａと、円筒部２２ａの外周面に全周に渡って設けられた鍔部２２ｂとを備える。埋込フランジ２２は、他の部材に取り付けられる取付け面２２ｃが絶縁体２０から露出するように絶縁体２０の外周面側に埋設されている。その取付け面２２ｃには、雌ねじ２２ｄが形成されており、埋込フランジ２２をボルト３０によって筐体等に取り付けできるように構成されている。このような埋込フランジ２２は、例えば、黄銅、アルミウム合金等の金属から形成され、使用時にグランドに接続される。

第１乃至第３の半導電部２３Ａ〜２３Ｃは、主としてポリマー系材料から形成されている。すなわち、第１乃至第３の半導電部２３Ａ〜２３Ｃは、ポリマー系材料として、例えばシリコーンゴム、ＥＰＭ、ＥＰＤＭ等にカーボン等の導電性粉末を分散して導電性を持たせたものを押出成形することにより形成される。

第１の半導電部２３Ａは、電力ケーブル１００の端部１０１が差し込まれる前は絶縁層１４０の外径Ｄ１よりも小さい外径を有する。第２の半導電部２３Ｂは、埋込パイプ２１の外周面を差込み方向Ａ側の端部を除いて覆っている。第３の半導電部２３Ｃは、埋込フランジ２２の絶縁体２０から露出していない表面を覆っている。

（その他の構成）
保護金具３は、例えば、黄銅、アルミニウム合金等の金属から形成され、ボルト３０によって電力ケーブル用ポリマー接続部１を後述する筐体２０１Ａ、２０１Ｂに取り付けできるように構成されている。

導体接続棒４は、後端側に接続穴４ａが形成され、先端側に雄ねじ４ｂが形成されている。電力ケーブル１００の導体１２０を導体接続棒４の接続穴４ａに挿入して導体接続棒４の後端側をかしめることによって接続穴４ａが縮径して導体接続棒４と電力ケーブル１００の導体１２０とが接続される。

固定端子５は、導体接続棒４を挿通させるための挿通穴５ａと、電線が接続される接続穴５ｂが形成されている。固定端子５は、挿通穴５ａに導体接続棒４を挿通させ、ナット４０を雄ねじ４ｂに締結することにより導体接続棒４に取り付けられる。

高圧シールド６は、導体接続棒４の周囲を覆う円筒状を有して、金属から形成されている。高圧シールド６は、埋込パイプ２１を固定端子５に接続して導体接続棒４をシールドする。

防水処理部７は、耐水性が良好な部材、例えば粘着層付きのポリエチレンテープやエポキシテープ等を巻き付けて形成される。

（電力ケーブルの構成）
電力ケーブル１００は、撚り線からなる導体１２０と、導体１２０の外周に形成された内部半導電層１３０と、内部半導電層１３０の外周に形成された絶縁層１４０と、絶縁層１４０の外周に形成された外部半導電層１５０と、外部半導電層１５０の外周にワイヤー１７１を巻き付けて形成された遮蔽層１７０と、遮蔽層１７０の外周に押えテープ１８１を巻き付けて形成された押えテープ層１８０と、押えテープ層１８０の外周に形成されたシース層１９０とを備えて構成されている。

導体１２０は、複数の素線を撚り合わせて形成されている。素線としては、例えば錫メッキ軟銅線等の線材を用いることができる。導体１２０は、例えば７０００Ｖ以上の高電圧を送電する。

内部半導電層１３０及び外部半導電層１５０は、電界の集中を緩和させるために設けられており、主としてポリマー系材料から形成され、例えば、エチレンプロピレンゴム、エチレン−酢酸ビニル共重合（ＥＶＡ）樹脂、ブチルゴム等のゴムにカーボン等の導電性粉末を分散して導電性を持たせたものを押出成形することにより形成される。

絶縁層１４０は、例えばエチレンプロピレンゴム、塩化ビニル、架橋ポリエチレン、シリコーンゴム、フッ素系材料等の材料を押出成形することにより形成される。

遮蔽層１７０は、外部半導電層１５０の外周にワイヤー１７１をケーブル軸方向に沿って螺旋状に巻き付けて形成されている。遮蔽層１７０は、使用時にグランドに接続される。

押えテープ層１８０は、遮蔽層１７０の外周に押えテープ１８１をケーブル軸方向に沿って螺旋状に重ね巻きして形成されている。押えテープ１８１は、例えば、厚さ０．０３〜０．５ｍｍ、幅５０〜９０ｍｍのプラスチック又はレーヨンからなるテープを用いることができる。

シース層１９０は、例えば、天然ゴム、ブチルゴム、ハロゲン化ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、クロロプレンゴム、スチレンブタジエンゴム、ニトリルゴム、クロロスルフォン化ポリエチレン、塩素化ポリエチレン、エピクロロビドリンゴム、アクリルゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴム、ノンハロゲンポリオレフィンエラストマー等のゴムに架橋剤等が添加されたものを押出成形することにより形成される。

（第１の実施の形態の作用、効果）
本実施の形態によれば、以下の作用、効果を奏する。
（１）絶縁体として磁器よりも軽いポリマー系材料を用い、機械的強度を向上させるための補強芯材５０が絶縁体２０の笠部２０ａ部分に内蔵されている。そのため、本ポリマー碍管２は磁器製の碍子を用いた場合よりも軽量であり、風圧の影響による笠部の変形・振動も低減することができる。
（２）補強芯材５０の縦断面形状は、ポリマー碍管２の外周側に向かって細くなる、平面視略扇形状になるように形成されている。これにより、補強芯材５０の根元部分（円弧部分）での応力集中を緩和し、絶縁体２０との接触面積を増やして接着強度を向上させることができる。
（３）絶縁体２０の内周面に金属製の埋込パイプ２１を埋設しているので、本ポリマー碍管２を水平の姿勢で用いた場合でも水平の姿勢を維持しようとする自立性を発揮することができる。
（４）埋込パイプ２１に加えて、絶縁体２０の外周面側に金属製の埋込フランジ２２を埋設しているので、本ポリマー碍管２を水平の姿勢で用いた場合でも水平の姿勢を維持しようとする自立性をより発揮することができる。
（５）埋込パイプ２１の外周面を第２の半導電部２３Ｂで覆っているため、埋込パイプ２１の外周面に傷があってもそれによる電界の集中を緩和することができる。
（６）埋込フランジ２２の絶縁体２０から露出している以外の表面を第３の半導電部２３Ｃで覆っているため、埋込フランジ２２の表面に傷があってもそれによる電界の集中を緩和することができる。
（７）埋込パイプ２１を電力ケーブル１００の導体１２０に接続しているので、埋込パイプ２１と絶縁層１４０との間の空間が閉じた空間となり、埋込パイプ２１と絶縁層１４０との間にコンパウンドで埋める必要がなくなる。

［第２の実施の形態］
図３は、本発明の第２の実施の形態に係る車両間接続部の一例を示す要部正面図である。車両間接続部は、第１の実施の形態に係るポリマー碍管２を用いた電力ケーブル用ポリマー接続部を適用したものであり、一方の鉄道車両２０１の天井に設けられた筐体２０２に取り付けられた電力ケーブル用ポリマー接続部１ａと、他方の鉄道車両２０１の天井に設けられた筐体２０２に取り付けられた電力ケーブル用ポリマー接続部１ａと、両方の電力ケーブル用ポリマー接続部１ａ、１ａを接続する可撓性を有する電線８と、電力ケーブル用ポリマー接続部１ａ、１ａの導体接続部４、固定端子５及び高圧シールド６を覆う絶縁性のカバー９とを備える。

電力ケーブル用ポリマー接続部１ａ、１ａの筐体２０２、２０２への取付けは、図１に示すように、ボルト３０を保護金具３とともに埋込フランジ２２の雌ねじ２２ｂに締め付けることにより行われる。

電力ケーブル用ポリマー接続部１ａ、１ａ間の接続は、電線８の導体をそれぞれの固定端子５に取り付けることにより行われる。

（第２の実施の形態の作用、効果）
本実施の形態によれば、以下の作用、効果を奏する。
（１）電力ケーブル用ポリマー接続部１ａ、１ａとして絶縁体２０の内周面に金属製の埋込パイプ２１を埋設し、絶縁体２０の外周面側に金属製の埋込フランジ２２を埋設しているので、電力ケーブル用ポリマー接続部１ａ、１ａを水平の姿勢にしても先端側がほとんど垂れないため、電力ケーブル用ポリマー接続部１ａ、１ａを水平の姿勢で用いることができる。
（２）電力ケーブル用ポリマー接続部１ａ、１ａ間を可撓性を有する電線８で接続しているので、鉄道車両２０１、２０１がカーブを曲がるときでもそれに追従することができる。

なお、本発明の実施の形態は、上記各実施の形態に限定されず、種々な実施の形態が可能である。例えば、上記各実施の形態は、ケーブル線路の終端接続部について説明したが、本発明は、ケーブル線路の中間接続部にも適用可能である。

また、上記第２の実施の形態は、水平の姿勢で用いる場合について説明したが、本発明は、垂直の姿勢に用いる場合にも適用可能である。

また、本発明の要旨を変更しない範囲内で、上記実施の形態の構成要素の一部を省くことや変更することが可能である。例えば、上記実施の形態では、埋込パイプ２１の外周面を滑面あるいは鏡面とすることにより、第２の半導電部２３Ｂを省いてもよい。また、上記実施の形態では、埋込フランジ２２の表面を滑面あるいは鏡面とすることにより、第３の半導電部２３Ｃを省いてもよい。

１、１ａ…電力ケーブル用ポリマー接続部、２…ポリマー碍管、
２ａ…第１のケーブル差込み穴、２ｂ…第２のケーブル差込み穴、３…保護金具、
４…導体接続棒、４ａ…接続穴、４ｂ…雄ねじ、５…固定端子、５ａ…挿通穴、
５ｂ…接続穴、６…高圧シールド、７…防水処理部、８…電線、９…カバー、
２０…絶縁体、２０ａ…傘部、２１…埋込パイプ、２２…埋込フランジ、
２２ａ…円筒部、２２ｂ…鍔部、２２ｃ…取付け面、２２ｄ…雌ねじ、
２３Ａ…第１の半導電部、２３Ｂ…第２の半導電部、２３Ｃ…第３の半導電部、
３０…ボルト、４０…ナット、５０…補強芯材、
１００…電力ケーブル、１２０…導体、１３０…内部半導電層、１４０…絶縁層、
１５０…外部半導電層、１７０…遮蔽層、１７１…ワイヤー、１８０…テープ層、
１８１…テープ、１９０…シース層、
２０１…鉄道車両、２０２…筐体、
Ａ…差込み方向、Ｂ…後端側（反対側）

Claims (1)

1. ポリマー系材料から形成され、笠部を有する絶縁体と、
   前記絶縁体の前記笠部に内蔵された、リング状の補強芯材と、
   を備えたポリマー碍管であって、
   前記補強芯材の縦断面形状は、前記ポリマー碍管の外周側に向かって細くなる、略扇形状であるポリマー碍管。
   

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