JP4751918B2

JP4751918B2 - 気中終端接続部及び気中終端接続部の組立方法

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Publication number: JP4751918B2
Application number: JP2008174753A
Authority: JP
Inventors: 亮仙桑木; 浩正佐藤; 克次飯野; 清辺見; 干城佐藤
Original assignee: 株式会社エクシム
Priority date: 2008-07-03
Filing date: 2008-07-03
Publication date: 2011-08-17
Anticipated expiration: 2028-07-03
Also published as: JP2010016986A

Description

本発明は、発電所、変電所などに配置される電力機器や架空送電線と電力ケーブルとを接続する気中終端接続部及び気中終端接続部の組立方法に関する。

一般に、ＣＶ（架橋ポリエチレン絶縁）ケーブル等の電力ケーブルには、絶縁体内の電界ストレスを緩和するため、絶縁体上に遮蔽層（外部半導電層）が設けられている。このような電力ケーブルの終端接続部を組み立てる場合、ただ単に遮蔽層を取り除くのみでは、遮蔽層端部に電界が集中し、絶縁体である架橋ポリエチレンの破壊を引き起こすおそれがある。そのため、特に高電圧用の電力ケーブルの終端接続部では、電界ストレスが集中しないよう、様々な工夫が施されている。

大気中で使用される終端接続部としての気中終端接続部としては、プレモールドのゴム製のストレスコーン（電界緩和絶縁補強層）を用いたプレハブ式（特許文献１参照）のものや、油浸絶縁紙内に配置された薄い金属箔電極間の静電容量を適当に分布させてなるコンデンサコーンを用いた油浸式（特許文献２参照）のものなどがある。

例えば、プレハブ式の気中終端接続部では、磁器製又はポリマー製のがい管内において、電力ケーブルの導体の端部に導体引出棒が圧縮接続され、段剥ぎして露出した絶縁体上に紡錘状のストレスコーンを被嵌している。

このストレスコーンは、圧縮装置を介して、がい管内の下方に挿入固定されたエポキシ座に押圧固定されている。なお、この圧縮装置のスプリング力によりエポキシ座とストレスコーンとの界面及びストレスコーンとケーブル絶縁体との界面に適切な圧力を与え絶縁耐力を確保する。また、がい管の上部には導体引出棒およびがい管を固定するための上部金具が固定され、これらを覆うように上部覆いが被されている。また、電力ケーブルは、がい管内において外部遮蔽層は接地されている。

そして、このがい管内には、絶縁コンパウンドとして、絶縁油等の絶縁流体やＳＦ_６（六フッ化硫黄）ガス等の絶縁ガスが充填される。

また、油浸式の気中終端接続部では、磁器製又はポリマー製のがい管内に挿入される電力ケーブルの導体端部にコンデンサコーンを主絶縁要素として用い、がい管内に、絶縁コンパウンドとして、絶縁油等の絶縁流体が充填される。

これら気中終端接続部は、特に高電圧仕様においては、がい管内に絶縁油等の絶縁流体やＳＦ_６（六フッ化硫黄）ガス等の絶縁ガスを充填する構成である。このため、従来の気中終端接続部は、現場において、敷設された電力ケーブル端末の絶縁層をがい管の長さに合わせて剥ぐとともに、ストレスコーン等の構成部品をケーブル端末の所定位置に全て取り付け、更にがい管を被せた後、がい管内に絶縁流体や絶縁ガスを充填することによって組み立てられている。
特開２０００−２６１９４８号公報特開２００３−１８９４５４号公報

このように従来の気中終端接続部の構造では、現場において、ケーブル端部に対する段剥ぎ等のケーブル加工処理、ケーブルの加工した部位への構成部品の取り付け処理、ケーブル端部にがい管を被せる処理及び、絶縁油或いは絶縁ガスを充填する処理といった煩雑な作業が必要となる。よって、現場における組み立て作業を一層簡略化したいという要望がある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、高電圧の電力ケーブルの気中終端接続部に用いて、現場で好適に気中終端接続部を組み立てることができる気中終端接続部及び気中終端接続部の組立方法を提供することを目的とする。

本発明の気中終端接続部は、筒状をなし、外周面に複数の襞部が長手方向に離間して形成された磁器またはポリマーからなるがい管と、前記がい管の略軸心上に配置され、一端部が前記がい管の基端部側から外部に導出するケーブルと、前記がい管内に配置され、前記ケーブルにおいて前記ケーブル絶縁体及び外部半導電層との境界部分に外嵌される筒状のストレスコーンと、前記がい管と前記ケーブル及びストレスコーンとの間にジェル状の固体絶縁物を充填してなるジェル状固体絶縁体とを有するがい管ユニットと、先端からケーブル導体、ケーブル絶縁体、外部半導電層が露出する電力ケーブルのケーブル端末と、前記一端部と前記電力ケーブル端末とを突き合わせた部分を外嵌して接続する絶縁補強ブロックと、を具備し、前記ケーブルは、前記がい管の外部に導出される一端部側から順にケーブル導体、ケーブル絶縁体及び外部半導電層が露出され、且つ、前記がい管内において他端部側から順にケーブル導体、ケーブル絶縁体、外部半導電層が露出され、前記絶縁補強ブロックは、前記ケーブルの一端部及び前記電力ケーブルのケーブル端末のそれぞれにおけるケーブル絶縁体と外部半導電層との境界部分の外周を被覆するストレスコーン部と、前記ケーブル導体同士の突き合わせ部分を覆う導体接続管と、この導体接続管及び前記ストレスコーン部を覆う構成を採る。

本発明の気中終端接続部の組立方法は、上記構成の気中終端接続部の組立方法であって、予め組み立てられた前記がい管ユニットにおいて前記がい管の基端部側から外部に導出された前記一端部と、前記電力ケーブルのケーブル端末とを突き合わせるステップと、前記突き合わせた部分に前記絶縁補強ブロックを外嵌して接続するステップとを有するようにした。

本発明によれば、高電圧の電力ケーブルの気中終端接続部に用いて、現場で好適に気中終端接続部を組み立てることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、ここで、がい管ユニットは、電力ケーブルの終端部を、例えば、トランス、架空線、変電所の母線等に接続する気中終端接続部に用いられる。

図１は、本発明の一実施の形態に係る気中終端接続部におけるがい管ユニット１００の構成を示す断面図である。

図１に示す気中終端接続部用がい管ユニット１００は、がい管１１０と、がい管１１０内に当該がい管１１０と同心に配置されたケーブル１２０と、ケーブル１２０のケーブル絶縁体１２３および外部半導電層１２５との間の周囲を覆うように取り付けられるストレスコーン１３０と、がい管１１０内に配置され、ケーブル１２０及びストレスコーン１３０を被覆する筒状のジェル状固体絶縁体１４０とを有する。

がい管１１０は、外被となる絶縁外被部１１４で被覆された筒状をなすがい管本体部１１２の先端部１１０ｂ側を導体引出棒１２８が挿通された上部シールド１１６で閉塞して構成されている。

がい管本体部１１２は、機械的強度の高い材料、例えば、エポキシ樹脂やＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics）などの硬質プラスチック樹脂等で形成され、ここでは、ＦＲＰ製の筒状のがい管本体部１１２を絶縁外被部１１４としてのポリマー被覆材で被覆してがい管１１０を構成している。

ポリマー被覆材（絶縁外被部）１１４は、電気絶縁性能に優れる材料、ここでは、シリコーンポリマーなどの高分子材料により形成され、がい管本体部１１２に一体的に設けられている。

また、絶縁外被部１１４は、がい管本体部１１２の外周部分に長手方向に所定間隔を空けて配置された複数の襞部１１４ａを有しており、この襞部１１４ａによりがい管１１０の一端部（基端部）１１０ａ側と他端部（先端部）１１０ｂ側とが雨水などにより電気的に短絡することを防止する。なお、がい管１１０は、外周面に、先端部１１０ｂ側から基端部１１０ａ側に向かって漸次ひろがるようにテーパが付けられた構成としてもよい。

このように形成されたがい管１１０内には、がい管１１０の軸心と同一軸心或いは略同一軸心上に、一端部（電力ケーブル接続部）１２０ａ側をがい管１１０の基端部１１０ａから導出させ、他端部（先端部）１２０ｂ側を導体引出棒１２８に接続されたケーブル１２０が設けられている。ケーブル１２０の先端部１２０ｂ側は、上部シールド１１６を貫通した導体引出棒１２８を介して外部に導通可能に配置され、架空線等に電気的に接続される。

ケーブル１２０は、気中終端接続部２００（図２参照）を形成する電力ケーブル３００（図２参照）と同様に形成されたものであり、ケーブル導体１２１の周囲を内側から順に少なくも内部半導電層（図示せず）、ケーブル絶縁体１２３、外部半導電層１２５等で被覆して構成されている。

このケーブル１２０は、がい管１１０内部で、先端部１１０ｂ側から順にそれぞれ所定の長さでケーブル導体１２１、ケーブル絶縁体１２３、および外部半導電層１２５が露出するように形成されている。露出する外部半導電層１２５において底部金具１１８から外部に導出する部位は、段剥ぎされることよってケーブル１２０の一端に向かって順に露出したケーブル絶縁体１２３、ケーブル導体１２１とともに電力ケーブル接続部（ケーブル１２０の一端部）１２０ａを構成している。

このケーブル１２０の電力ケーブル接続部１２０ａは、常温収縮型ゴムブロック絶縁体を主絶縁に用いたゴムブロック接続絶縁型接続部（Rubber Block Joint：「ＲＢＪ」という）により接続される端部として形成されている。このように外部に露出する電力ケーブル接続部１２０ａは、ＲＢＪを介して電力ケーブル３００に（図２参照）接続される。

また、ケーブル１２０において、ケーブル絶縁体１２３の外周面１２３ａと外部半導電層１２５の外周面１２５ａとの間には、ストレスコーン１３０が外嵌されている。

ストレスコーン１３０は筒状の弾性体であり、ここでは、引っ張り伸び率の大きいシリコーンゴムを主体として、その内径を、自然状態において、ケーブル絶縁体１２３の外径よりも小さくなるように成形されている。このストレスコーン１３０は、所謂、常温収縮型シリコーンゴム製終端接続部用ストレスコーンである。

ストレスコーン１３０は、低電界部の導電性ベルマウス状体のストレスリリーフコーン（以下、「リリーフコーン」という）１３１と、ケーブル１２０の終端に生じる高電界部とリリーフコーン１３１との間において、リリーフコーン１３１表面から沿層方向の電界ストレスを緩和する絶縁体１３２とを有する。

リリーフコーン１３１では、内周面は、がい管１１０の基端部１１０ａ側から先端部１１０ｂ側に向かって軸心から離間するように配置されている。リリーフコーン１３１は、基端部側でケーブル１２０の外部半導電層１２５の周囲に密着している。

このように、ケーブル絶縁体１２３及び外部半導電層１２５の境界部分をストレスコーン１３０により被覆されたケーブル１２０は、がい管１１０内において、ジェル状の固体絶縁物を充填してなるジェル状固体絶縁体１４０により被覆されている。

具体的には、ケーブル１２０の表面（ケーブル絶縁体１２３の表面及び外部半導電層１２５の表面）及びストレスコーン１３０の外周面と、がい管１１０の内周面との間に、双方に密着してジェル状のジェル状固体絶縁体１４０が隙間なく配置されている。すなわち、ジェル状固体絶縁体１４０は、がい管１１０の内壁面とケーブル１２０及びストレスコーン１３０の外面と密着して配置されている。

ジェル状固体絶縁体１４０は、絶縁性を有し硬化後もジェル状態を形成する材料からなり、ここでは、シリコーンジェル材料により形成される。ジェル状固体絶縁体１４０の形成材料をシリコーンジェル材料とすることにより、硬化してジェル状固体絶縁体１４０となる際に、ジェル状固体絶縁体１４０の収縮に対して内面側および外面側の界面で生じる力にシリコーンジェル材自体が追従でき、硬化後もがい管１１０の内壁面の界面およびケーブル１２０、ストレスコーン１３０の外面との界面の密着が維持できる。さらに、シリコーンジェル材料とすることにより、ジェル状固体絶縁体１４０との対向面が磁器製またはポリマー製のがい管１１０であっても、ケーブル１２０のケーブル絶縁体１２３および外部半導電層１２５やシリコーンゴム製のストレスコーン１３０であっても材質に関係なく密着させることができる。

なお、ジェル状固体絶縁体１４０に代えて低温硬化形や常温硬化形のシリコーンゴム等とした場合、硬化収縮に対してゴム材自体の追従性が低いので、がい管１１０の内壁面との界面あるいはケーブル１２０及びストレスコーン１３０の外面との界面のいずれかで剥離が生じてしまい、境界で隙間が形成されてしまう。この隙間部分が形成される可能性は極力回避しなければならない。これは、高電圧を印加した際に隙間部分、具体的には、がい管１１０の内壁面、ケーブル１２０及びストレスコーン１３０の外面とジェル状固体絶縁体１４０の隙間部分でスパークが生じ、絶縁破壊する虞れがあるからである。

ジェル状固体絶縁体１４０を内部に有するがい管１１０は、がい管１１０内に、がい管１１０の基端側で、中央にケーブル１２０が挿通される開口を備える底部金具１１８によって、ケーブル１２０を基端部１１０ａから導出させた状態で閉塞されている。

がい管ユニット１００の組立は、気中終端接続部が組み立てられる現場への搬送前に行われる。まず、がい管１１０内に、導体引出棒１２８を先端部１１０ｂ側に接続させたケーブル１２０をがい管１１０の軸心に沿って配置する。そして、がい管１１０の基端部１１０ａ側に、ケーブル１２０の電力ケーブル接続部１２０ａ側から挿通させて底部金具１１８を取り付け、がい管１１０の先端部１１０ｂ側には上部金具１１９を取り付けた後、上部シールド１１６にて閉塞させる。がい管１１０内部には、ジェル状の固体絶縁物（ここではシリコーンジェル）を充填させてジェル状のジェル状固体絶縁体１４０を形成する。

本実施の形態のがい管ユニット１００は、ケーブル導体の周囲を内側から順に少なくともケーブル絶縁体および外部半導電層により被覆してなる電力ケーブルの端部と、基端部１１０ａ側で接続して気中終端接続部を形成する。がい管ユニット１００は、筒状をなし、外周面に複数の襞部１１４ａが長手方向に離間して形成されたがい管１１０と、がい管１１０の軸心と同一軸心或いは略軸心上に配置され、一端部（電力ケーブル接続部）１２０ａががい管１１０の基端部１１０ａ側から外部に導出し、且つ、がい管１１０内で他端部（先端部）１１０ｂ側からケーブル導体１２１、ケーブル絶縁体１２３、外部半導電層１２５が露出するケーブル１２０と、がい管１１０内に配置され、ケーブル１２０においてケーブル絶縁体１２３及び外部半導電層１２５との境界部分に外嵌される筒状のストレスコーン１３０と、がい管１１０とケーブル１２０及びストレスコーン１３０との間にジェル状の固体絶縁物を充填してなり、がい管１１０の内壁面とケーブル１２０及びストレスコーン１３０の外面と密着して配置されるジェル状固体絶縁体１４０とを有する。

がい管ユニット１００によれば、がい管１１０内において、従来、油やガスを用いて行っていた内部絶縁を、ジェル状のジェル状固体絶縁体１４０で行う構成としたため、内部絶縁自体が外部に流出することがない。これにより、管理された環境である工場で製造、検査の後、安定した品質を維持させつつ出荷できる。よって、現場での組み立て工程を省略でき、現場作業の工数を削減できる。

次に、がい管ユニット１００を用いた気中終端接続部２００について説明する。

図２は、本発明に係る気中終端接続部用がい管ユニット１００を用いた気中終端接続部２００の部分断面図である。

図２に示すがい管ユニット１００では、底部金具１１８のフランジ部分が、支持碍子２０２を介して支持架台２０４に取り付けられており、電力ケーブル接続部１２０ａが、電力ケーブル３００の端末（以下、「ケーブル端末」という）３１０にＲＢＪ１７０を介して接続されている。

このがい管ユニット１００を用いた気中終端接続部２００の組み立て方法としては、先ず、がい管ユニット１００を、底部金具１１８の下面に配設した支持碍子２０２を介して支持架台２０４に取り付ける。

また、ＲＢＪ１７０を、電力ケーブル３００に外装させる。また、ケーブル端末３１０は、末端から段剥処理して先端からケーブル導体３１１、ケーブル絶縁体３１２、外部半導電層３１３を露出させることで形成されている。

このようにケーブル導体３１１、ケーブル絶縁体３１２、外部半導電層３１３が露出したケーブル端末３１０と、がい管ユニット１００の電力ケーブル接続部１２０ａとを突き合わせ、この突き合わせ部分にＲＢＪ１７０を外嵌してＲＢＪ接続されている。

ＲＢＪ１７０は、シリコーンゴム等のゴム状弾性を有するゴムブロック絶縁体１７３などから成る。具体的に、ＲＢＪ１７０は、ケーブル導体１２１とケーブル導体３１１との突き合わせ部分を覆う導体接続管１７２を有し、この導体接続管１７２を覆うようにゴムブロック絶縁体１７３が設けられている。このゴムブロック絶縁体１７３は、両ケーブル１２０、３００のケーブル絶縁体１２３、３１２と外部半導電層１２５、３１３との境界部分の外周を被覆するストレスコーン部１７４ａ、１７４ｂと、導体接続管１７２及びストレスコーン部１７４ａ、１７４ｂを覆うゴム絶縁筒１７６とを有する。

このように構成されたＲＢＪ１７０により、電力ケーブル３００とがい管ユニット１００の接続部分の絶縁性能を確保する。

本実施の形態によれば、がい管１１０内の内部絶縁体としてジェル状のジェル状固体絶縁体１４０を有するとともに、敷設された電力ケーブルに接続される部位は、がい管１１０内から導出され、ＲＢＪ接続できる電力ケーブル接続部１２０ａである。このため、気中終端接続部用のがい管ユニット１００として工場などにおいて、電気試験後に出荷でき、現場で、ＲＢＪを用いて電力ケーブルの終端部にＲＢＪを用いて容易に接続して組み立てることでき、気中終端接続部における品質の信頼性の向上を図ることができる。

また、現場における組立の際に、がい管ユニット１００自体の設置を、設置方向が限定されることなく自由に行える。

このように気中終端接続部２００を組み立てる場合、現地での作業としては、ケーブル処理を含むＲＢＪ接続作業だけとなる。よって、従来の複合碍管適用油絶縁式の気中終端接続部の構造と異なり、がい管内部に、内部絶縁体としての絶縁油やＳＦ_６等の絶縁ガスを充填する作業を行う必要がなく、気中終端接続部を容易に組み立てることができる。

特に、気中終端接続部２００は、高電圧（例えば、１５４ｋＶ）の電力ケーブルを用いて気中終端接続部を組み立てる際にも、絶縁油又は絶縁ガスを現場で充填する作業を必要としないため、気中終端接続部用がい管ユニットは扱いやすくなり、気中終端接続部を組み立てる際の作業効率の向上を図ることができる。

また、がい管ユニット１００では、内部絶縁体としてシリコーンジェルにより形成されるジェル状のジェル状固体絶縁体１４０を備えるため、がい管ユニットを設置する際の傾きが規制されることなく、自由な方向で設置することができる。

また、ジェル状固体絶縁体１４０は、従来、用いられていた油やガスと異なり、ジェル状であるため、地絡時の飛散物として、ジェル状固体絶縁体１４０自体が飛散することがない。

加えて、がい管内に充填される絶縁油又は絶縁ガス等を絶縁コンパウンドとして用いた従来の気中終端接続部と異なり、地震などの外的な負荷や経年によって絶縁コンパウンドの外部への流出防止のためのメンテナンスを必要としない。

本発明に係る気中終端接続部用がい管ユニット及び気中終端接続部は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。例えば、本発明の実施の形態では硬質プラスチック樹脂やポリマー製とした、がい管１１０の絶縁外被部１１４及びがい管本体部１１２の少なくとも一つを磁器製としてもよい。

本発明に係る気中終端接続部及び気中終端接続部の組立方法は、高電圧の電力ケーブルの気中終端接続部に用いて、現場で好適に気中終端接続部を組み立てることができる効果を有し、気中終端接続部として有用である。

本発明の一実施の形態に係る気中終端接続部におけるがい管ユニットの構成を示す断面図本発明に係る気中終端接続部の部分断面図

符号の説明

１００がい管ユニット
１１０がい管
１１０ａがい管の基端部
１１２がい管本体部
１１４ａ襞部
１２０ケーブル
１２０ａ電力ケーブル接続部
１２８導体引出棒
１３０ストレスコーン
１４０ジェル状固体絶縁体
２００気中終端接続部
３００電力ケーブル
３１０ケーブル端末

Claims

筒状をなし、外周面に複数の襞部が長手方向に離間して形成された磁器またはポリマーからなるがい管と、前記がい管の略軸心上に配置され、一端部が前記がい管の基端部側から外部に導出するケーブルと、前記がい管内に配置され、前記ケーブルにおいて前記ケーブル絶縁体及び外部半導電層との境界部分に外嵌される筒状のストレスコーンと、前記がい管と前記ケーブル及びストレスコーンとの間にジェル状の固体絶縁物を充填してなり、前記がい管の内壁面と前記ケーブル及びストレスコーンの外面と密着して配置されるジェル状固体絶縁体と、を有するがい管ユニットと、
先端からケーブル導体、ケーブル絶縁体、外部半導電層が露出する電力ケーブルのケーブル端末と、
前記一端部と前記電力ケーブル端末とを突き合わせた部分を外嵌して接続する絶縁補強ブロックと、
を具備し、
前記ケーブルは、前記がい管の外部に導出する一端部側から順にケーブル導体、ケーブル絶縁体及び外部半導電層が露出され、且つ、前記がい管内において他端部側から順にケーブル導体、ケーブル絶縁体、外部半導電層が露出され、
前記絶縁補強ブロックは、前記ケーブルの一端部及び前記電力ケーブルのケーブル端末のそれぞれにおけるケーブル絶縁体と外部半導電層との境界部分の外周を被覆するストレスコーン部と、前記ケーブル導体同士の突き合わせ部分を覆う導体接続管と、この導体接続管及び前記ストレスコーン部を覆うゴム絶縁筒と、を有する、
気中終端接続部。
前記ジェル状固体絶縁体は、シリコーンジェルからなる、
請求項１記載の気中終端接続部。
請求項１記載の気中終端接続部の組立方法であって、
予め組み立てられた前記がい管ユニットにおいて前記がい管の基端部側から外部に導出された前記一端部と、前記電力ケーブルのケーブル端末とを突き合わせるステップと、
前記突き合わせた部分に前記絶縁補強ブロックを外嵌して接続するステップと、
を有する気中終端接続部の組立方法。