JP2018206535A - ブッシング - Google Patents

Abstract

【課題】ブッシング本体とフランジ部との密着性を高め、機械的強度及び気密特性又は油密特性を向上できるブッシングを提供する。
【解決手段】ブッシングは、アウターコーンタイプのコネクタに接続される第１のヘッド部と機器に接続される第２のヘッド部とを有するエポキシ樹脂製のブッシング本体と、ブッシング本体の中心を長手方向に貫通する中心導体と、ブッシング本体に埋設される電界緩和用の遮へい金具と、を備える。遮へい金具は、中心導体と同心状に設けられる円筒部と、円筒部から径方向に突出するように形成されるフランジ部と、を有する。フランジ部は、ブッシング本体に埋設される第１のフランジ部と、ブッシング本体から露出し、機器に取り付けられる第２のフランジ部と、を有する。円筒部は、径方向に貫通する複数のスリットを有し、第１のフランジ部は、長手方向に突出又は没入する段差部を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、機器の内部と外部を連通する部分に用いられるブッシングに関する。

従来、変圧器等の高電圧機器においては、機器の内部と外部を連通する部分にブッシングが用いられている（例えば、特許文献１〜５）。ブッシングは、特に、油密又は気密を保つような密閉性を要求される機器に有用である。ブッシングを介して機器と電力ケーブルを接続する場合、ブッシングは、例えば、長手方向の一端側が機器内部に位置し、他端側が機器外部に露出するように機器に取り付けられる。電力ケーブルを接続するブッシングの他端側は、インナーコーンタイプで接続する場合（例えば、特許文献４〜５）とアウターコーンタイプで接続する場合（例えば、特許文献３）がある。アウターコーンタイプで接続する場合、ブッシングの他端側には、電力ケーブルを接続したコネクタが接続される。異なる製造メーカーによって提供されるブッシングとコネクタの接続を可能とするため、ブッシングの外形形状は規格化されている（例えば、ＥＮ５０１８０、ＥＮ５０１８１）。

一般に、ブッシングは、基本構成として、絶縁材料（例えば、エポキシ樹脂）からなるブッシング本体と、ブッシング本体の中心を長手方向に貫通する中心導体と、ブッシング本体に埋設される電界緩和用の遮へい金具と、ブッシングを機器に取り付けるためのフランジ部と、を備えている。フランジ部は、絶縁材料で形成される場合（以下、「樹脂製フランジ部」と称する）と、金属で形成される場合（以下、「金属製フランジ部」と称する）がある。樹脂製フランジ部の場合、ブッシング本体に連設され、フランジ部内にボルト挿通用の金具が複数個埋設される。一方、金属製フランジ部の場合、一部がブッシング本体に埋設される。なお、遮へい金具と金属製フランジ部を一体的に形成し、構造を簡略化したブッシングも知られている。

特開昭５２−４１８９０号公報 特公昭５０−４２７８号公報 特公昭５１−３５７１９号公報 実開昭６０−１２７９０６号公報 実開昭６１−８１１８号公報

上述したブッシングにおいては、金属製フランジ部の方が、樹脂製フランジ部よりも絶縁材料の割れ等のリスクが無い。しかしながら、金属製フランジ部と電界緩和部分が一体的に形成された遮へい金具を有するブッシングの場合、遮へい金具とブッシング本体との界面に隙間が生じると、当該界面を伝って機器内部に密閉されているガス（又は油）が漏れて機器の密閉性が損なわれる虞がある。また、金属と絶縁材料であるエポキシ樹脂の線膨張係数の違いにより、剥離又はクラックが発生する虞がある。特に、ブッシング本体と遮へい金具との密着性が低く、機械強度が弱い場合に、上述した問題が生じやすい。

このため、従来は、中心導体とブッシング本体（エポキシ樹脂）の界面、又は、遮へい金具とブッシング本体（エポキシ樹脂）の界面に、ゴム部を設けていた（特許文献２〜５）。これにより、当該ゴム部がパッキンの役割をして気密性を保つことができると同時に、熱膨張による熱応力を吸収することができる。しかし、特定の大きさのブッシングにおいて、例えば遮へい金具の表面に半導電ゴム部を設ける場合、電界設計の観点からは、その分、遮へい金具を薄く形成する必要がある。そのため、遮へい金具の機械的強度が弱くなることが考えられる。また、金具表面にゴム部を形成することで、その部分にボイドが存在しやすくなり、部分放電特性等の電気特性が悪くなることが考えられる。

本発明の目的は、ブッシング本体と遮へい金具との密着性を高め、機械的強度を向上できるとともに、気密特性又は油密特性を向上できるブッシングを提供することである。

本発明に係るブッシングは、
長手方向の一端側にアウターコーンタイプのコネクタに接続される第１のヘッド部を有し、他端側に機器に接続される第２のヘッド部を有するエポキシ樹脂製のブッシング本体と、
前記ブッシング本体の中心を長手方向に貫通し、少なくとも両端面が前記ブッシング本体から露出する中心導体と、
前記ブッシング本体に埋設される電界緩和用の遮へい金具と、
を備えるブッシングであって、
前記遮へい金具は、
前記中心導体と同心状に設けられる円筒部と、
前記円筒部から径方向に突出するように形成されるフランジ部と、
を有し、
前記フランジ部は、
前記ブッシング本体に埋設される第１のフランジ部と、
前記ブッシング本体から露出し、前記機器に取り付けられる第２のフランジ部と、
を有し、
前記円筒部は、径方向に貫通する複数のスリットを有し、
前記第１のフランジ部は、長手方向に突出又は没入する段差部を有することを特徴とする。

本発明によれば、ブッシング本体と遮へい金具の密着性が高まるので、ブッシングの機械的強度を向上することができるとともに、気密特性又は油密特性を向上することができる。さらに、遮へい金具の段差部により漏洩距離が延びるので、気密特性又は油密特性をさらに向上でき、ブッシングの耐熱応力特性も向上することができる。

実施の形態に係るブッシングを示す図である。 図２Ａ、図２Ｂは、実施の形態に係る遮へい金具を示す図である。 ブッシングの使用形態を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、実施の形態に係るブッシング１を示す図である。図２Ａ、図２Ｂは、実施の形態に係る遮へい金具１３を示す図である。図２Ａは、遮へい金具１３を長手方向に沿う平面で切断した半断面図であり、図２Ｂは、図２ＡにおけるＡ−Ａ矢視断面図である。図３は、ブッシング１の使用形態を示す図である。以下の説明において、図１中、上方を「機器側」又は「先端側」と称し、下方を「ケーブル側」又は「後端側」と称する。

ブッシング１は、例えばＣＶケーブルを、変圧機器等の気密性又は油密性を要求される高電圧機器に接続する接続部分に用いられる。ブッシング１は、例えば、欧州の統一規格であるＥＮ５０１８０又はＥＮ５０１８１に適合する。本実施の形態では、ブッシング１が、ＥＮ５０１８０又はＥＮ５０１８１のインターフェースタイプＣに適合する場合を例に挙げて説明する。ＥＮ５０１８０又はＥＮ５０１８１では、ケーブル側ヘッド部１１１の外形形状（テーパー部の長さ及び外径を含む）、及び中心導体１２の後端部１２ａの構造等が規定されている。

ブッシング１は、図３に示すように、後述する機器側ヘッド部１１２が機器内部に挿入されるように機器ケース４の外部から取り付けられる。機器ケース４の外部に露出するブッシング１のケーブル側ヘッド部１１１に、電力ケーブル３が接続されたコネクタ２が装着される。

コネクタ２は、ブッシング１を接続可能なアウターコーンタイプのＴ型コネクタである。図示を省略するが、コネクタ２は、シリコーンゴム製のコネクタ本体、電力ケーブル３のケーブル導体に圧縮接続される導体端子、中心導体１２の後端部１２ａに接続される雄ねじ部材、導体端子を中心導体１２に固定するためのナット部材、絶縁栓及び絶縁栓カバーを備える。

コネクタ２のブッシング１への接続手順としては、まず、ブッシング１の中心導体１２の後端部１２ａに設けられた雌ねじ部（図１参照）に雄ねじ部材が螺合される。次いで、ケーブル導体に圧縮接続された導体端子がシリコーンゴム製のコネクタ本体内に挿入され、この状態で導体端子の孔に雄ねじ部材を貫通させるようにコネクタ本体がケーブル側ヘッド部１１１に装着される。そして、コネクタ本体の開口部からナット部材を雄ねじ部材に締め付けることで導体端子が中心導体１２に固定され、絶縁栓及び絶縁栓カバーの取り付けを行うことにより、コネクタ２がブッシング１へ接続される。

図１に示すように、ブッシング１は、ブッシング本体１１、中心導体１２、及び遮へい金具１３を備える。ブッシング１は、例えば、中心導体１２及び遮へい金具１３を配置した金型にエポキシ樹脂を注型・硬化させることにより製造される（いわゆるモールド成形）。

ブッシング本体１１は、例えば、エポキシ樹脂で形成される。ブッシング本体１１は、長手方向の一端側（図１では後端側）に、コネクタ２（図３参照）に接続されるケーブル側ヘッド部１１１（第１のヘッド部）を有する。また、ブッシング本体１１は、長手方向の他端側（図１では先端側）に、機器に接続される機器側ヘッド部１１２（第２のヘッド部）を有する。具体的には、ブッシング本体１１において、遮へい金具１３のフランジ部１３２よりも後端側がケーブル側ヘッド部１１１であり、フランジ部１３２よりも先端側が機器側ヘッド部１１２である。図１の実施の形態では、機器側ヘッド部１１２の外形は油絶縁の高電圧機器に接続するための形状となっている。

中心導体１２は、ブッシング本体１１の中心を長手方向に貫通する。中心導体１２は、例えば、銅、アルミニウム、銅合金又はアルミニウム合金等からなる通電に適した導電性材料で形成される。ＥＮ５０１８０、ＥＮ５０１８１では、中心導体１２は銅製であることが規定されている。中心導体１１の後端部１２ａには、コネクタ２の導体端子が雄ねじ部材及びナット部材によって固定される。中心導体１１の先端部１２ｂには、機器の導体が接続される。中心導体１２の端部１２ａ、１２ｂの端面は、ブッシング本体１１から露出する。

中心導体１２は、エポキシ樹脂がモールドされる部分の表面に、粗面化処理（ブラスト処理）が施されていることが好ましい。これにより、ブッシング本体１１と中心導体１２の密着性が高まるので、機械的強度が向上する。また、これにより、従来のように中心導体１２の表面にゴム部を設ける必要がないので、中心導体１２の表面にボイドが生じない。

遮へい金具１３は、アルミニウムやステンレス等の非磁性で、かつ、導電性を有する機械的強度の大きい材料で構成される。遮へい金具１３は、ブッシング本体１１と一体的に形成され、電界緩和部として機能する。遮へい金具１３は、所定の厚さを有し、エポキシ樹脂の硬化収縮により変形しない程度の強度を有する。

遮へい金具１３は、円筒部１３１及びフランジ部１３２を有する。円筒部１３１は、中心導体１２と同心状、すなわち、中心導体１２の外周面と略平行に設けられる。これにより、中心導体１２と遮へい金具１３との間の電界が安定する。フランジ部１３２は、円筒部１３１の長さ方向における中間位置から径方向に突出するように形成される。フランジ部１３２は、平面視で円形状を有する。

図２Ａに示すように、円筒部１３１において、フランジ部１３２よりも後端側に位置する部分を「第１の円筒部１３１ａ」、フランジ部１３２よりも先端側に位置する部分を「第２の円筒部１３１ｂ」と称する。ここでは、第２の円筒部１３１ｂは、第１の円筒部１３１ａより長手方向の長さが長くなっている。これにより、機器側の電界を考慮して、最適な設計をすることができる。

フランジ部１３２において、ブッシング本体１１に埋設される部分を「第１のフランジ部１３２ａ」、ブッシング本体１１から露出し、機器に取り付けられる部分を「第２のフランジ部１３２ｂ」と称する。図２Ｂにおいて、破線の内側が第１のフランジ部１３２ａであり、破線の外側が第２のフランジ部１３２ｂである。機器ケース４に第２のフランジ部１３２ｂを固定することにより、ブッシング１は機器ケース４に固定され、遮へい金具１３は接地される。具体的には、第２のフランジ部１３２ｂを機器ケース４と図示しない押さえフランジで挟んだ状態で、押さえフランジを機器ケースにボルトで固定することにより、第２のフランジ部１３２ｂが機器に取り付けられる。これにより、ブッシング１が機器ケース４に固定される。

円筒部１３１は、径方向に貫通する複数のスリット１３３、１３４を有する。スリット１３３、１３４の縁部は、電界集中を抑制するために、面取り加工が施される。本実施の形態では、第１の円筒部１３１ａにスリット１３３が設けられ、第２の円筒部１３１ｂにスリット１３４が設けられている（以下、「第１のスリット１３３」、「第２のスリット１３４」と称する）。円筒部１３１に複数のスリット１３３、１３４を設けることにより、ブッシング本体１１と遮へい金具１３の密着性が高まるとともに、アンカー効果が得られる。したがって、ブッシング１の機械的強度が向上する。

ここで、第１のスリット１３３及び第２のスリット１３４が大きすぎると、ブッシング本体１１の成形時のエポキシ樹脂の流動性は良くなるが、外部への電界の漏れが大きくなり、遮へい金具１３の遮へい部及び電界緩和部としての機能が果たされなくなる。そこで、第１のスリット１３３及び第２のスリット１３４の間隔（数）及び幅Ｗ１、Ｗ２は、成形時のエポキシ樹脂の流動性と、電界の漏れを考慮して、両者が均衡するように適宜に設定される。

本実施の形態では、第１のスリット１３３及び第２のスリット１３４は、円周方向に等間隔に設けられている。特に、図２Ｂに示すように、第２のスリット１３４は、円筒部１３１の同一円周上において、円筒部１３１の中心に対して点対称な位置（図２Ｂでは８箇所）に設けられることが好ましい。第１のスリット１３３についても同様である。さらに、円筒部１３１の同一円周上におけるスリット１３３、１３４による開口率は、５０％以上であることが好ましい。開口率の上限は、遮へい金具１３としての機械的強度や外部への電界の漏れを実使用で影響ない程度に設定される。また、本実施の形態では、第１のスリット１３３及び第２のスリット１３４は、周方向に長円形状を有している。さらに、第１のスリット１３３及び第２のスリット１３４は、長手方向において対向する位置に設けられている。

これにより、ブッシング本体１１の成形時に、スリット１３３、１３４を介してエポキシ樹脂が遮へい金具１３の内側に万遍なく流入するので、ブッシング本体１１と遮へい金具１３との密着性を高めることができるとともに、電界の漏れを抑制することができる。また、ブッシング本体１１にボイドが生じることもない。さらに、従来のように、遮へい金具１３の表面にゴム部を設ける必要がなく、遮へい金具１３の表面にボイドが生じることもない。したがって、部分放電特性などの電気特性に優れたブッシング１を提供することができる。

また、本実施の形態では、第１のスリット１３３のスリット幅Ｗ１及び第２のスリット１３４のスリット幅Ｗ２は、中心導体１２の外周面と円筒部１３１の内周面との間の距離Ｌ１よりも小さく設定されている。さらに、本実施の形態では、第２の円筒部１３１ｂは、第１の円筒部１３１ａより長手方向の長さが長くなっているため、第２のスリット１３４のスリット幅Ｗ２を、第１のスリット１３１のスリット幅Ｗ１より大きくすることができる。これにより、ブッシング本体１１の成形時のエポキシ樹脂の流動性が良くなる。

フランジ部１３２は、第１のフランジ部１３２ａに、段差部１３５を有する。ここでは、段差部１３５は、長手方向に突出する凸部により形成されている（以下、「凸部１３５」と称する）。凸部１３５は、中心導体１２と同心円状、すなわち、円環状に設けられている。また、凸部１３５は、第１のヘッド部１１１及び第２のヘッド部１１２の双方に向けて設けられている。これにより、ブッシング本体１１と遮へい金具１３の密着性が高まるとともに、アンカー効果が得られるので、ブッシング１の機械的強度がさらに向上する。また、凸部１３５によって漏洩距離が延びるため、ブッシング１を取り付ける高電圧機器がガス絶縁又は油絶縁の場合に、ブッシング本体１１と遮へい金具１３の界面を伝って機器内のガス又は油が漏れにくくなり、気密性又は油密性が向上する。さらには、ブッシング１の耐熱応力特性も向上する。

なお、段差部１３５は、凸部に代えて長手方向に没入する凹部により形成しても同様の効果が得られる。但し、段差部１３５を凹部で形成する場合、フランジ部１３２の厚さを大きくする必要があるため、本実施の形態のように、遮へい金具１３のフランジ部１３２の厚さが薄い場合には、段差部１３５は凸部で形成する方が好ましい。

また、凸部１３５の断面は、円弧状であることが好ましい。これにより、凸部１３５が、ブッシング本体１１の電界に与える影響を低減することができる。段差部１３５を凹部で形成する場合も同様である。

また、中心導体１２と同様に、遮へい金具１３において、円筒部１３１と第１のフランジ部１３２ａの表面には、粗面化処理（ブラスト処理）が施されていることが好ましい。これにより、ブッシング本体１１と中心導体１２の密着性が高まるので、機械的強度がさらに向上する。

このように、ブッシング１は、長手方向の一端側にアウターコーンタイプのコネクタ２に接続されるケーブル側ヘッド部１１１（第１のヘッド部）を有し、他端側に機器に接続される機器側ヘッド部１１２（第２のヘッド部）を有するエポキシ樹脂製のブッシング本体１１と、ブッシング本体１１の中心を長手方向に貫通し、少なくとも両端面がブッシング本体１１から露出する中心導体１２と、ブッシング本体１１に埋設される電界緩和用の遮へい金具１３と、を備える。遮へい金具１３は、中心導体１２と同心状に設けられる円筒部１３１と、円筒部１３１から径方向に突出するように形成されるフランジ部１３２と、を有する。フランジ部１３２は、ブッシング本体１１に埋設される第１のフランジ部１３２ａと、ブッシング本体１１から露出し、機器に取り付けられる第２のフランジ部１３２ｂと、を有する。さらに、円筒部１３１は、複数のスリット１３３、１３４を有し、第１のフランジ部１３２ａは、長手方向に突出又は没入する段差部１３５（実施の形態では長手方向に突出する凸部）を有する。

ブッシング１によれば、ブッシング本体１１と遮へい金具１３が一体的に形成され、第１のスリット１３３、第２のスリット１３４及び段差部１３５を設けることによりブッシング本体１１と遮へい金具１３との接触面積も広くなるので、ブッシング本体１１と遮へい金具１３の密着性が高まり、アンカー効果も得られる。したがって、ブッシング１の機械的強度を向上することができるとともに、気密特性又は油密特性を向上することができる。さらに、遮へい金具１３の段差部１３５により漏洩距離が延びるので、気密特性又は油密特性をさらに向上でき、ブッシングの耐熱応力特性も向上することができる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。

例えば、遮へい金具１３は、実施の形態で説明した構造に限定されない。例えば、遮へい金具１３において、第１のスリット１３３と第２のスリット１３４の何れか一方が設けられるようにしてもよい。また、第１のスリット１３３及び第２のスリット１３４は、長手方向に対向していなくてもよいし、それぞれの周方向の長さが異なっていてもよい。さらには、第１のスリット１３３のスリット幅Ｗ１と第２のスリット１３４のスリット幅Ｗ２は、同じであってもよい。

また例えば、遮へい金具１３において、段差部１３５である凸部１３５は、円環状に連続的に形成されていなくてもよく、円環状に断続的に点在していてもよい。段差部１３５を凹部で形成する場合も同様である。

さらに、前述の実施の形態では、ブッシング１を気密性又は油密性を要求される高電圧機器の機器ケース４に固定する場合について、すなわち機器側ヘッド部１１２（第２のヘッド部）がガス絶縁又は油絶縁の場合について説明したが、機器側ヘッド部１１２は気中絶縁でもよい。この場合は、第２のフランジ部１３２ｂは機器ケース４ではなく機器の架台等に取り付けられる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ ブッシング
２ コネクタ
３ 電力ケーブル
４ 機器ケース
１１ ブッシング本体
１２ 中心導体
１３ 遮へい金具
１３１ 円筒部
１３２ フランジ部
１３３ 第１のスリット
１３４ 第２のスリット
１３５ 凸部（段差部）

Claims (16)

1. 長手方向の一端側にアウターコーンタイプのコネクタに接続される第１のヘッド部を有し、他端側に機器に接続される第２のヘッド部を有するエポキシ樹脂製のブッシング本体と、
   前記ブッシング本体の中心を長手方向に貫通し、少なくとも両端面が前記ブッシング本体から露出する中心導体と、
   前記ブッシング本体に埋設される電界緩和用の遮へい金具と、
   を備えるブッシングであって、
   前記遮へい金具は、
   前記中心導体と同心状に設けられる円筒部と、
   前記円筒部から径方向に突出するように形成されるフランジ部と、
   を有し、
   前記フランジ部は、
   前記ブッシング本体に埋設される第１のフランジ部と、
   前記ブッシング本体から露出し、前記機器に取り付けられる第２のフランジ部と、
   を有し、
   前記円筒部は、径方向に貫通する複数のスリットを有し、
   前記第１のフランジ部は、長手方向に突出又は没入する段差部を有する
   ことを特徴とするブッシング。
2. 前記円筒部と前記第１のフランジ部は、表面に、粗面化処理が施されていることを特徴とする請求項１に記載のブッシング。
3. 前記スリットは、周方向に長円形状を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のブッシング。
4. 前記スリットは、前記円筒部の同一円周上において、前記円筒部の中心に対して点対称な位置に設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のブッシング。
5. 前記円筒部の同一円周上における前記スリットによる開口率は５０％以上であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のブッシング。
6. 前記円筒部は、
   前記フランジ部よりも前記第１のヘッド部側に位置する第１の円筒部と、
   前記フランジ部よりも前記第２のヘッド部側に位置する第２の円筒部と、
   を有することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のブッシング。
7. 前記第２の円筒部は、前記第１の円筒部より長手方向の長さが長いことを特徴とする請求項６に記載のブッシング。
8. 前記スリットは、
   前記第１の円筒部に設けられる複数の第１のスリットと、
   前記第２の円筒部に設けられる複数の第２のスリットと、
   を有することを特徴とする請求項６又は７に記載のブッシング。
9. 前記第１のスリット及び前記第２のスリットは、長手方向において対向する位置に設けられていることを特徴とする請求項８に記載のブッシング。
10. 前記第２のスリットは、前記第１のスリットよりスリット幅が大きいことを特徴とする請求項８又は９に記載のブッシング。
11. 前記段差部は、前記中心導体と同心円状に設けられることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載のブッシング。
12. 前記段差部の断面は、円弧状であることを特徴とする請求項１１に記載のブッシング。
13. 前記段差部は、前記第１のヘッド部及び前記第２のヘッド部の双方に設けられることを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載のブッシング。
14. 前記段差部は、凸部で形成されることを特徴とする請求項１から１３のいずれか一項に記載のブッシング。
15. 前記中心導体は、表面に、粗面化処理が施されていることを特徴とする請求項１から１４のいずれか一項に記載のブッシング。
16. 前記第１のヘッド部は、ＥＮ５０１８０又はＥＮ５０１８１に対応する形状であることを特徴とする請求項１から１５のいずれか一項に記載のブッシング。

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