JP3779840B2

JP3779840B2 - 架橋ポリエチレン絶縁電力ケーブルの接続部。

Info

Publication number: JP3779840B2
Application number: JP11587599A
Authority: JP
Inventors: 宏明鈴木; 貴裕桜井; 道宏島田
Original assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Current assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Priority date: 1999-04-23
Filing date: 1999-04-23
Publication date: 2006-05-31
Anticipated expiration: 2019-04-23
Also published as: JP2000312430A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、架橋ポリエチレン絶縁電力ケーブルの接続部の改良に関し、特に、ケーブル絶縁体と補強絶縁体との界面の電気特性を向上させることができる架橋ポリエチレン絶縁電力ケーブルの接続部に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
架橋ポリエチレン絶縁電力ケーブル（以下ＣＶケーブルと称する）は、その優れた絶縁性と取扱の容易さとから超高圧電力ケーブルとして用いられている。特に２７５ｋＶ級の電力ケーブルとして既に長距離線路に実用化されており、また５００ｋＶ級の長距離線路として布設することが計画されている。このような超高圧電力ケーブルは、きわめて高い電気的ストレスの下で使用されるため、線路に微小な欠陥があっても絶縁破壊を起こし、線路の品質を低下する。
【０００３】
また、長距離線路には電力ケーブルの接続部が必要不可欠であるが、今まで２７５ｋＶ級の超高圧ケーブルの線路には押出しモールド型の補強絶縁体が主に用いられている。しかし、押出しモールド型の補強絶縁体を有する接続部は、補強絶縁体を現地で押出し成形する必要があるため、現地に押出し設備を設置する必要があり、作業性が低い欠点があった。
【０００４】
一方、最近、接続部の補強絶縁体を工場で予め成形するプレハブ型の接続部が実用化されてきている。これは、施工時間を大幅に短縮し、補強絶縁体中の欠陥を向上で管理することができる利点を有するが、このプレハブ型の接続部の絶縁補強体とプレモールドストレスコーンとが相互に異なる材質で形成されると、両者の間で接続界面が形成され、この接続界面が高い電気的ストレスを受けると、絶縁破壊を起こして電気的弱点となる欠点がある。従って、プレモールドストレスコーンと絶縁補強体とを同じ材質で作るのが好ましいが、これらを同じ材質で作ってもこれらを形成するプロセスが異なるため、接続界面を完全になくすことができない。
【０００５】
また、プレハブ型の絶縁補強体とプレモールドストレスコーンとを現地で接続部に組み込む際に、周囲の雰囲気中に含まれる異物がプレモールドストレスコーンと絶縁補強体との界面部分に混入したり、この界面部分に空隙が生じたりして絶縁特性を阻害する虞がある。特に、前者の異物の侵入を防止するためには、接続部の施工時にクリーンルームを設置する必要があるが、長距離線路では多数の接続部が必要となるので、多数のクリーンルームを設置しなければならないため、これは、接続作業に多大の費用を必要とする上に、クリンールーム内で接続作業を行っても界面での電気特性を低下するのに充分な数百μｍの異物の混入を完全に防止することはきわめて困難であった。
【０００６】
このような補強絶縁体とプレモールドストレスコーンとの間の接続界面の電気特性の低下を防止するために、この接続界面に高誘電体層を設けることが提案されている（特開昭６０−１６１１５号公報、実開平４−１１８７３１号公報等参照）。しかし、この高誘電体層の厚みが大きいと、特に大容量送電用の１５４ｋＶ以上の超高電圧ケーブルの接続部に適用した場合には、この接続部内で高誘電体層が負担する電圧分担が大きくなり、この高誘電体層自体の絶縁破壊によって接続部の電気性能を低下する虞がある。
【０００７】
特に、実開平４−１１８７３１号公報に記載の接続部に設けられた高誘電体層は、長手方向に厚みが不均一となっていてストレスコーンの先端に向けて厚みが大きくなっており、これは、ストレスコーンの先端に電界が集中して電界を均一化することができないため、この先端で絶縁破壊が生ずる傾向がある。
【０００８】
更に、一般に、高誘電体組成物の耐絶縁性がＸＬＰＥ等の他の一般的な絶縁物に比べて低く、従って高誘電体層の絶縁破壊を防止するために、補強絶縁体の絶縁厚みを一層大きくすることが考えられる。しかし、補強絶縁体の厚みを大きくすると、超高電圧ケーブルの接続部全体が大型化し、この超高電圧ケーブルを洞道内に敷設することが実用上難しくなる。また、高誘電体組成物は、高誘電性を付与するために、逆に誘電損失が大きくなり、高誘電体層の厚みが大きくなると、この誘電体層自体の誘電損失による発熱に起因する熱破壊を生ずる虞もある。従って、このような絶縁破壊及び熱破壊を生ずることがない限界の厚みを有する高誘電体層を備えたケーブル接続部は、２２〜６６ｋＶ程度の比較的低圧のケーブルに適用することができるにすぎない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする１つの課題は、プレモールドストレスコーンと補強絶縁体との間で絶縁破壊及び熱破壊を生ずることがなく、超高電圧に適用することができる架橋ポリエチレン絶縁電力ケーブルの接続部を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の課題解決手段は、架橋ポリエチレン絶縁電力ケーブルの口出しされた架橋ポリエチレンのケーブル絶縁体の上に、ゴム絶縁体と半導電性ゴムのストレスコーンとが一体にして形成されたプレモールドストレスコーンを備え、更に前記プレモールドストレスコーンの上に設けられた補強絶縁体を備えた架橋ポリエチレン絶縁電力ケーブルの接続部であって、前記プレモールドストレスコーンのゴム絶縁体の前記補強絶縁体との接続界面を形成する側に高誘電体層を設け、前記高誘電体層は、５〜２０の範囲で、前記ケーブル絶縁体、前記補強絶縁体及びゴムストレスコーンのいずれよりも高い誘電率を有し、前記高誘電体層は、０．５〜１．５ｍｍの厚みで周方向と長手方向とにほぼ均一に形成されていることを特徴とする架橋ポリエチレン絶縁電力ケーブルの接続部を提供することにある。
【００１１】
このように、プレモールドストレスコーンと補強絶縁体との間の接続界面に高誘電体層を有すると、この接続界面にかかる電界が均一化されるので、これらの接続界面に異物が存在したり、プレモールドストレスコーンの成形不良があってもこれらのよる電界の集中が抑制されるが、この電界の均一化は、高誘電体層の厚みを０．５ｍｍ以上として周方向及び長手方向の厚みを均一化することにより達成される。高誘電体層の厚みが０．５ｍｍよりも小さいと、周方向にも長手方向にも高誘電体層を均一の厚みで形成することが難しい。
【００１２】
また、高誘電体層の厚みが１．５ｍｍ以下とすると、１５４ｋＶ以上の超高電圧ケーブルの接続部内での電圧分担を抑制し、高誘電体層の電圧分担が大きくなったり、誘電損失による熱破壊を生ずることがなくい。
【００１３】
更に、高誘電体層の誘電率が５以上２０以下としたが、これは、誘電率が５未満、特に２〜３程度では、補強絶縁体の誘電率に対する高誘電体層の誘電率の比率が小さくなるため、所望の電界緩和効果を得ることができないし、また誘電率が２０を越えると、高誘電体層自体が形成する先端部分への電界の集中を生じ、絶縁破壊を起こすからである。特に、１５４ｋＶ以上の超高電圧ケーブルの接続部では、高誘電体層の誘電率が２０を越えると、それ自体の発熱による熱破壊を生ずるので好ましくない。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に述べると、図１は本発明に係る架橋ポリエチレン絶縁電力ケーブルの接続部１０を示し、接続すべき２つの架橋ポリエチレン絶縁電力ケーブル１２、１２’は、コア１４とその上に施された架橋ポリエチレンのケーブル絶縁体１６とその上の外部導電層１８（図２参照）と更にその上に設けられた保護外被２０とから成ってる。これらの電力ケーブル１２、１２’は、コア１４、ケーブル絶縁体１６を段剥ぎして口出しされる。
【００１５】
接続部１０は、電力ケーブル１２、１２’の口出しされたコア１４を導体圧着スリーブ２２Ａ等の適宜の手段で相互に接続して形成されたコア接続部２２と、架橋ポリエチレンのケーブル絶縁体１６の上にゴム絶縁体２４と半導電性ゴムのストレスコーン２６とが一体にして形成されたプレモールドストレスコーン２８と、このプレモールドストレスコーン２８の上に設けられた補強絶縁体３０とを備えてる。接続部外被３２は、補強絶縁体３０の回りに設けられ、この接続部外被３２と電力ケーブル１２、１２’の保護外被２０、２０との間に跨がって接続容器３４、３４’が設けられ、これらの接続容器３４、３４’内にはプレモールドストレスコーン２８をそのテーパに沿って中央に向けて押し付けるばね３６、３６’が設けられている。尚、図２に示すように、補強絶縁体３０の外周には外部半導電層３８が設けられ、またコア接続部２２の外周には高圧電極４０が設けられている。
【００１６】
本発明の接続部１０は、プレモールドストレスコーン２６と補強絶縁体３０との間の接続界面に高誘電体層４２を有し、この高誘電体層４２は、０．５〜１．５ｍｍの厚みと５〜２０の誘電率とを有する。
【００１７】
高誘電体層４２を形成する材料としては、ベース樹脂にカーボンブラック及び／又は高誘電体粒子を配合した組成物を用いるのが好ましい。ベース樹脂としては、エチレン−プロピレンゴム、クロロプレンゴム等の合成ゴム、ＶＬＤＰＥ、メタロセン触媒を用いて製造されたポリエチレン、エチレン・酢酸ビニル共重合体、エチレン・アクリル酸エチル共重合体、エチレン・アクリル酸メチル共重合体等の樹脂が掲げられる。これらは、特に、高誘電体層４２を押出し成形、射出成形で成形するのに適する上に高誘電体粒子を配合し易いので好ましい。更に、高誘電体粒子としては、炭化ケイ素、酸化チタン、チタン酸バリウム、高誘電体セラミック等が掲げられる。
【００１８】
このように、プレモールドストレスコーン２８と補強絶縁体３０との間の接続界面に高誘電体層４２を有し、この高誘電体層４２の厚みが０．５ｍｍ以上であると、高誘電体層４２の厚みを周方向にも長手方向にも均一にすることができるので、この接続界面にかかる電界が均一化される。これは、この接続界面に異物が存在しても異物への電界の集中を有効に抑制するのに役立つ。従って、電力ケーブル１２の接続部１０の絶縁設計上、異物寸法の許容値が大きくなる。これは、接続作業時の異物混入の管理を容易にし、クリーンルームなしで接続作業を行うのを可能にする。
【００１９】
また、高誘電体層４２の厚みが１．５ｍｍ以下であると、１５４ｋＶ以上の超高電圧ケーブルの接続部１０内での電圧分担を有効に抑制し、高誘電体層４２の電圧分担が大きくなったり、誘電損失による熱破壊を生ずることがなく、高誘電体層４２の介在による電気特性の劣化を防止することができる。
【００２０】
更に、高誘電体層４２の誘電率が５未満、特に２〜３程度では、補強絶縁体３０の誘電率に対する高誘電体層４２の誘電率の比率が小さくなりすぎるため、所望の電界緩和効果を得ることができない。また、高誘電体層４２の誘電率が２０を越えると、高誘電体層４２自体が形成する先端部分への電界の集中を生じ、絶縁破壊を起こす。特に、１５４ｋＶ以上の超高電圧ケーブルの接続部１０では、高誘電体層４２の誘電率が２０を越えると、それ自体の発熱による熱破壊を生ずるので好ましくない。従って、高誘電体層４２の誘電率は５〜２０であることが好ましい。
【００２１】
この高誘電体層４２は、図３に示すように、プレモールドストレスコーン２８の成形時に一体に成形することができる。図３から解るように、この高誘電体層４２は、電界が最も高くなる傾向がある接続部の端部から接続部中心付近まで延びるように形成するのが好ましい。
【００２２】
次に、本発明の２つの実施例を３つの比較例及び１つの従来例と共に述べる。いずれの例でも、２７５ｋＶ級で１×２０００ｍｍ²のＣＶケーブルを加熱し直出しして段剥ぎした後に、図１に示すように、プレモールドストレスコーン２８及び補強絶縁体３０を組み立てて接続部１０を製造した。実施例１及び２並びに比較例１及び２に用いられた高誘電体層の厚み及び誘電率並びにこれらの例と比較例３、従来例の施工方法（クリーンルームの設置の有無、異物処理の有無）は表１に掲げられた通りである。尚、異物処理は、図１の高誘電体層４２上でその左端から５０ｃｍ斜め上方の位置に５００μｍの銅粉を混入して行われた。また、この表１において比較例１の誘電体層の誘電率の項には『形成不可』と記載されているが、これは０．３ｍｍの厚みでは高誘電体層を均一に形成することができないことを意味し、従って誘電率も測定することができなかった。
【００２３】
【表１】

【００２４】
また、これらの例で形成されたＣＶケーブルの接続部について３００ｋＶの初期電圧と５０ｋＶ／ステップの昇圧ステップで各ステップ毎に３０分の保持時間を維持して交流電圧破壊試験を行ったところ、表２に示す通りの試験結果が得られた。
【００２５】
【表２】

【００２６】
表２から解るように、異物処理を施さなかった実施例１では、交流電圧破壊試験結果で９５０ｋＶの電圧を印加するまでステップアップしても絶縁破壊しないことが確認され、異物処理を施した実施例２では８５０ｋＶの電圧を印加した後、２５分間で絶縁破壊を生じたが、依然として超高電圧にも耐えることが確認された。尚、これらの実施例では、接続作業時に、クリーンルームを設置しなかった。
【００２７】
一方、比較例１は、表１に示すように、高誘電体層の厚みが０．３ｍｍであったため、高誘電体層を均一に形成することができないので、交流電圧破壊試験に供することができなかった。比較例２では高誘電体層の厚みが４ｍｍと比較的大きく、クリーンルームを設置しないで異物処理を施さないでも、表２に示すように、６５０ｋＶの印加電圧で１２分後絶縁破壊が生じた。更に、比較例３では高誘電体層を用いることなく、クリーンルームを設置して接続作業を行い、異物処理を行って絶縁破壊試験を行ったところ、更に低い５５０ｋＶの印加電圧で１５分後に絶縁破壊を生じた。また、比較例４では、厚みが０．７ｍｍと本発明の範囲にあるが、誘電率が３５と大きい高誘電体層を用い、クリーンルームを設置することなく、また異物処理を行うことなく絶縁破壊試験を行ったところ、実施例の破壊電圧よりも相当に低い８００ｋＶの印加電圧で２１分後に絶縁破壊した。最後に、従来例では、比較例３と同様に、高誘電体層を用いることなく、クリーンルームを設置して接続作業を行ったが、異物処理を行うことなく絶縁破壊試験を行ったところ、９５０ｋＶの印加電圧でも絶縁破壊を生ずることがなかった。このように、従来例では、実施例１と同様に高い破壊電圧に耐えることができるが、クリーンルームを使用するので、接続作業が煩雑となることが解る。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、上記のように、プレモールドストレスコーンと補強絶縁体との間の接続界面に高誘電体層を有し、この高誘電体層の厚みを０．５ｍｍ以上としたので、高誘電体層の厚みを周方向にも長手方向にも均一にすることができ、この接続界面にかかる電界が均一化されるので、この接続界面に異物が存在しても異物への電界の集中を有効に抑制するのに役立ち、従って電力ケーブルの接続作業時の異物混入の管理を容易にし、クリーンルームなしで接続作業を行うことができる。
【００２９】
また、高誘電体層の厚みが１．５ｍｍ以下であるので、１５４ｋＶ以上の超高電圧ケーブルの接続部内での電圧分担を有効に抑制し、高誘電体層の電圧分担が大きくなったり、誘電損失による熱破壊を生ずることがなく、高誘電体層の介在による電気特性の劣化を防止することができる。
【００３０】
更に、高誘電体層の誘電率が５以上であるため、所望の電界緩和効果を得ることができ、また高誘電体層の誘電率が２０以下であるため、高誘電体層自体が形成する先端部分への電界の集中を生じることがない上に、高誘電体層自体の発熱による熱破壊も生ずることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る架橋ポリエチレン絶縁電力ケーブルの接続部の断面図である。
【図２】本発明の要部の拡大断面図である。
【図３】高誘電体層が一体に成形されたプレモールドストレスコーンの拡大断面図である。
【符号の説明】
１０架橋ポリエチレン絶縁電力ケーブルの接続部
１２電力ケーブル
１２’ 電力ケーブル
１４コア
１６ケーブル絶縁体１
１８外部導電層
２０保護外被
２２コア接続部
２２Ａ導体圧着スリーブ
２４ゴム絶縁体
２６半導電性ゴムのストレスコーン
２８プレモールドストレスコーン
３０補強絶縁体
３２接続部外被
３４接続容器
３４’ 接続容器
３６ばね
３６’ ばね
３８外部半導電層
４０高圧電極
４２高誘電体層

Claims

架橋ポリエチレン絶縁電力ケーブルの口出しされた架橋ポリエチレンのケーブル絶縁体の上に、ゴム絶縁体と半導電性ゴムのストレスコーンとが一体にして形成されたプレモールドストレスコーンを備え、更に前記プレモールドストレスコーンの上に設けられた補強絶縁体を備えた架橋ポリエチレン絶縁電力ケーブルの接続部であって、前記プレモールドストレスコーンのゴム絶縁体の前記補強絶縁体との接続界面を形成する側に高誘電体層を設け、前記高誘電体層は、５〜２０の範囲で、前記ケーブル絶縁体、前記補強絶縁体及びゴムストレスコーンのいずれよりも高い誘電率を有し、前記高誘電体層は、０．５〜１．５ｍｍの厚みで周方向と長手方向とにほぼ均一に形成されていることを特徴とする架橋ポリエチレン絶縁電力ケーブルの接続部。