JP4778336B2 - Ｄｃ電気ケーブルの合成材料端部 - Google Patents

Description

本発明は、ＤＣ電気ケーブルの合成材料端部を提供するものであり、端部は中高電圧の電気ケーブルを、高電圧下に送電する線等の装置に接続することができる。

電気ケーブルは、絶縁性を得るための複数の層によって囲まれた中央導体、接地された少なくとも１つの金属スクリーン、保護用外シースから形成されている。特に、ケーブルの各種部品は、感電死から人および動物を保護し、空気等のケーブルを囲む媒体での放電を避け、そして、送電しながらエネルギー損失を極限化する機能を備えている。しかし、ケーブルの端部において、高電圧下での中央導体は接地されている金属スクリーンから数ミリ離れただけである。この距離は、ケーブルの端部が位置する媒体（例えば空気）の降伏電圧より短く、短絡する。

ケーブルシステムの絶縁部分に存在する電界の大きさがわかれば、特に接合部分の近傍で、高電圧下でケーブルの端部構造を新たな制限に従うように電界密度を制御する必要があり、そのために、ケーブルの端部は例えば稲妻によって引き起こされる電圧サージまたは感電の際に、破壊されてはいけない。
特許出願ＷＯ００／７４１９１Ａ１ 特許出願ＦＲ２４８００３９

特許出願ＷＯ００／７４１９１Ａ１には、ケーブルを囲む抵抗層を備えた高電圧ケーブル端部構造体が開示されており、その１つの端部が高電圧に接続され、他の端部が接地されている。ストレスコーンが接地された部分の隣接部の抵抗層を囲んでいる。しかし、上述した構造体は、サージの際、または回路遮断または逆極性等の操作間の性能が不十分である。

特許出願ＦＲ２４８００３９は、導電体の絶縁体の近傍周辺のスクリーンの縁部において、電気的ストレスを減ずるための電極を使用することを提案している。電極は異なる抵抗を示す複数の隣接ゾーンを備えている。ストレス電極の抵抗は非線形になるように選択される。抵抗は印加電圧の関数として変化し、電極を通る電流の大きさは電圧にともなって線形に変化はしない。更に、ストレス電極は２つの端部の一方に搭載される。特許出願に提案された構造体は、ＤＣでの性能が不十分であるという問題点を示している。

この発明は、電気ケーブルの端部を提供する。端部は所望の寿命を備え、高電圧ＤＣ下で所望の作動をし、相対的に大きなサージに耐える能力を備えた、合成材料によって作製されている。合成材料の意味は、端部は固体材料（例えば、ポリマー）によって作製され、従って、如何なる液体（オイル等）も使用しない。例示として、作動電圧は、ＤＣで１５０ｋＶであり、連続サージおよび落雷試験電圧はそれぞれ約３００ｋＶ、３５０ｋＶである。

即ち、この発明は、高電圧下に置かれ、内部絶縁体、外部半導体、接地された金属スクリーンによって順次覆われた中央導体を備え、ストレスコーンと、半導体材料によって作製されたフィールドデフレクタとを有する外部絶縁スリーブを備え、端部が外部半導体および金属スクリーンを取り除くことによって部分的に剥ぎ取られているＤＣ電気ケーブルのための合成材料端部であって、前記内部絶縁体と前記外部絶縁スリーブの間の配置される複合挿入物を更に備え、前記挿入物はケーブルの部分的に剥ぎ取られた部分を覆い前記内部絶縁体を囲んでいるシースの形状からなっており、高い抵抗値を有する抵抗部分および低い抵抗値を有する半導体部分から形成されており、前記抵抗部分と半導体部分の接触面がデフレクタを形成しており、前記挿入物の抵抗部分の抵抗値は、ケーブルの内部絶縁体（２４）の抵抗値よりも小さく、デフレクタから遠い位置にある抵抗部分の端部は中央導体と電気的に接続され、そして、デフレクタから遠い位置にある半導体部分の端部が外部半導体に電気的に接続されている合成材料端部を提供する。

好ましくは、前記挿入物の抵抗部分の抵抗値は、ケーブルの内部絶縁体の抵抗値よりも数桁小さい。前記挿入物の抵抗部分の横方向容積抵抗値は、５ｋＶ／ｍｍから５０ｋＶ／ｍｍの印加電界に対して、２０から９０℃の温度域で１０^１１Ωｃｍから１０^１６Ωｃｍの範囲内である。挿入物の前記抵抗部分は架橋合成エラストマー、例えばＥＰＤＭから形成されている。

挿入物の半導体部分の抵抗値がケーブルの外部半導体の抵抗値と同じ桁数の大きさである。挿入物の半導体部分の縦方向抵抗値は２０から９０℃の温度域で１００Ωｃｍから１００００Ωｃｍの範囲内である。
好ましい態様においては、挿入物の前記半導体部分の前記デフレクタから遠い端部は前記外部半導体の剥ぎ取られた端部を覆っている。

好ましい態様においては、中央導体はその端部にデフレクタから遠い挿入物の抵抗部分の端部を始点として剥ぎ取られた部分を備えており、前記合成材料端部は前記剥ぎ取られた部分を前記挿入物の抵抗部分の端部に電気的に接続する手段を備えている。

好ましい態様においては、中央導体の前記端部は、接続部品によって多ストランド導体に接続されている。前記外部絶縁スリーブはデフレクタから遠い挿入物の半導体部分の端部を覆い、そして、デフレクタから遠い挿入物の抵抗部分の端部から実質的に後退している。中央導体は接続端末ラグで終わり、そして、高電圧端部において、絶縁キャップは前記外部絶縁スリーブの端部を前記接続端末ラグまで覆っている。

好ましい態様においては、前記絶縁スリーブの外表面は一般的に絶縁フィン群の形をしており、そして、接地端部では、前記絶縁スリーブはストレスコーンによって終わっている。
他の利点およびこの発明の特徴は、図面を参照して以下に説明するこの発明の態様のからあきらかである。これらは例として示すものである。

この発明によると、中高電圧の電気ケーブルを、高電圧下に送電する線等の装置に接続することができるＤＣ電気ケーブルの合成材料端部を提供する。

一般的に、１５０ｋＶ以上の高電圧下での送電用ケーブルは、中央導体（または中央コア）が、導体の周りの実質的に円筒形の等電位面を得る目的の内部半導体（導体上のスクリーンともよぶ）、絶縁体、外部半導体（絶縁体上のスクリーンともよぶ）、接地された金属スクリーンおよび外部シースによって順次覆われて形成されている。金属スクリーンの主たる機能は、人又は動物がケーブルに接触したときに保護し、稲妻等の結果としてのサージの際に、キャパシタンスまたは短絡電流を伝えることにある。

例として、直径９５ｍｍ^２、絶縁層の合計厚さ５ｍｍのケーブルがある。一般に空気中にあるケーブルの端部では、中央導体と金属スクリーンとの間の長さはたった５ｍｍである。この長さは、高電圧での中央導体と接地された金属スクリーンの間の短絡を防ぐには短すぎる。合成材料端部の構造は、直径方向の距離５ｍｍを長軸方向に例えば約１．５ｍまで増加させることをめざしている。ケーブルの端部はこのように長軸方向に沿って部分的に剥ぎ取り、接続が可能なように、ケーブルの端部で中央導体を裸にする。当然、この発明の合成材料端部は直径約９５ｍｍ^２に限定されることなく１６００ｍｍ^２以上であってもよい。

図１において、この発明の合成材料端部１０は、ケーブル１２に接続される部分で図１における右側部分に位置する（「接地端部」）部分、および、接続端末突起１４を解して高電圧に接続される部分で図１における左側部分に位置する（「高電圧端部」）部分を備えている。ケーブルの端部は、外部シース１８、金属スクリーン１６、および外部半導体を、図５を参照して下記に詳細に説明するように、剥ぎ取って部分的に裸にする。ケーブルの金属スクリーン１６は接地端末２０に接続される。

この発明においては、合成材料端部１０は、ケーブルの絶縁体２４をシースのように囲む挿入物２２を備えている。ケーブル１２の隣の端部からみて、挿入物は外部半導体の端部２６から、少し覆って、高電圧端部（四角３０および３２における合成材料端部１０の部分は図４および５を参照して詳細に説明する）の絶縁体２４の端部２８まで延伸している。挿入物２２は２つの隣り合った部分、即ち、抵抗部分と呼ばれる第１の部分、および、半導体部分と呼ばれる第２の部分から形成されており、これらの部分はデフレクタ３８（図３参照）を形成する接触面を備えている。

デフレクタは広がった部分を有しており、その最大部分は挿入物が抵抗部分３４と接合する部分に位置する。挿入物の抵抗部分は通常ＥＰＤＭと指定されている抵抗材料から作製されており、その抵抗は印加される電界および温度に関するケーブルの絶縁体の抵抗値よりも数桁小さい。挿入物の抵抗部分の抵抗値は１０^１１Ωｃｍから１０^１６Ωｃｍの範囲内、例えば、１０^１２Ωｃｍ近傍であればよいのに対して、ケーブルの絶縁体の抵抗値は概ね１０^１６Ωｃｍである。

ケーブルの端部に位置する、挿入物の半導体の抵抗値はケーブルの外部半導体の抵抗値に近い。例えば、１００Ωｃｍから１００００Ωｃｍの範囲内であり、例えば３００Ωｃｍに近い。挿入物の抵抗部分および半導体部分の抵抗は、実質的に直線的であり、従って、それらが置かれる電界にほとんど関係ない。挿入物はアクティブ電界分配器として機能し、ＤＣにアクティブであり、高電圧端部から接地端部へ電圧における実質的に線形抵抗を与える。例えば、挿入物の全長は、概ね１．５ｍ、厚さは１０ｍｍであり、デフレクタ３８の長さは約０．１０ｍである。

電気絶縁性スリーブ４０は、全長にわたり挿入物を囲んでいる。好ましくは、一般的にＬＳＲ（液体シリコーンラバー）として知られているシリコーンラバーによって作製されている。絶縁性スリーブ４０は先ず高電圧部分まで延伸する部分４２によって形成され、一連の絶縁性フィン４４によって形成された外表面部をそなえており、次いで、部分４２の近傍に位置するストレスコーン４６によって形成されている。半導体材料によって作製されたフィールドデフレクタ４８はコーン４６の中に位置している。デフレクタ４８は挿入物２２の半導体部分２６に電気的に接続されている。理想的には、デフレクタの目的は、電界ラインが電気導体の軸線に平行であることを確保することにある。その誘電絶縁機能の他に、絶縁性スリーブ４０はフィン４４による天候性の機能を備えている。フィン４４は、雨または汚染によって堆積した導体層がその上に形成されるスリーブの外表面に沿って伝搬する漏れ電流が通る経路を長くするように機能する。

図２はケーブルおよびケーブルの内部絶縁体２４に取り付けられた挿入物２２を示す。ケーブル１２のシース１８は、部位５０から高電圧端部（図の左側に向かって）まで完全に取り除かれている。接地ソケット２０に接続された金属スクリーン１６も、部位５４から高電圧端部まで取り除かれている。ケーブルの外部半導体は、部位２６から高電圧端部まで取り除かれている。挿入物２２および内部絶縁体２４は部位２８まで延伸し、その後見えている中央導体から離れている。

図４は図１において四角枠３０で特定された高圧端部を示す詳細断面図である。中央導体６０は内部絶縁体２４の端部２８から突き出て、加工リングで終わっている。中央導体は捻られた多ストランド導体６４に金属引き込み防止シェル６６によって接続されている。金属引き込み防止シェルは、先ず中央導体の端部にクランプされ、次いで多ストランド導体６４にクランプされたハーフシェルによって形成されており、ケーブルが引き込まれるのを防止し、剥離されるのを防止している。その端部６８で、多ストランド導体６４は、図１に示した接続ソケット１４に接続される。

モールド導体部品７０は挿入物２２の端部７２、シェル６６および多ストランド導体６４を囲んで覆っている。これらの部品７０、２２、６６、６４は、部品７０によって形成される接続手段の結果、同一電位、即ち、中央導体６０の高電圧を有している。挿入物２２の抵抗部分３４の端部７２は、従って、高電圧に接続されている。絶縁スリーブ４０の端部７４は挿入物２２の端部７２から少し後退している。絶縁材料、例えばシリコーンまたはＥＰＤＭによって形成されたキャップ７６は、ボールド部品７０、絶縁スリーブ４０の端部および挿入物の端部を囲んで覆っている。

図５は図１に四角枠３２で囲まれた合成材料端部１０のケーブルまたは接地端部を示す詳細断面図である。図２を参照して説明したように、シース１８、金属スクリーン１６、ケーブル１２の外部半導体８０は、それぞれ、部位５０、５４、２６から高電圧端部まで除去されている。挿入物２２の半導体部分３６は、ケーブル１２の外部半導体８０の端部８２を囲んで覆っている。外部半導体８０は接地されている金属スクリーンと接触している。即ち、外部半導体は電気的に接地されている。挿入物の半導体部分３６に関しても同様なことがいえる。

図５は挿入物２２の半導体部分３６と接触しているフィールドデフレクタ４８の始点を示している。デフレクタ３８は挿入物の抵抗部分３４と半導体部分３６の間の接続面を形成している。デフレクタ３８はデフレクタ４８の始点の下側に位置して相互に接触している。このようにして、２つのデフレクタ間の良好な電気的接続が得られる。外部絶縁スリーブ４０は、ケーブルの外部半導体８０および挿入物の半導体部分３６の両端部を囲んでいる。

この発明の挿入物によると、高電圧と接地電圧の間の電圧低下が漸進的である。電界は挿入物に沿って上昇し、挿入物がなくなると外部半導体の端部で増加する。電界が漸進的に変化するので、合成材料のＤＣ挙動が改善し寿命が延びる。

図１はこの発明の１つの態様の縦断面図である。 図２はケーブルの内部絶縁体の周りに配置されるこの発明の挿入物を示す図である。 図３はデフレクタの位置における挿入物の縦断面図である。 図４は合成材料端部を高電圧への接続を示す縦断面図である。 図５はケーブルに接続される合成材料端部の接続を示す縦断面図である。

符号の説明

１０ 合成材料端部
１２ 電気ケーブル
１４ 接続端末ラグ
１６ 金属スクリーン
１８ シース
２０ 接地端末
２２ 挿入物
２４ 絶縁体
２６ 端部
２８ 絶縁体の端部
３０、３２ 四角枠
３４ 第１の部分
３６ 第２の部分
３８ デフレクタ
４０ 絶縁デフレクタ
４２ 部分
４４ 絶縁フィン
４６ ストレスコーン
４８ フィールドデフレクタ

Claims (13)

1. 高電圧下に置かれ、内部絶縁体（２４）、外部半導体（８０）、接地された金属スクリーン（１６）によって順次覆われた中央導体（６０）を備え、ストレスコーン（４６）と、半導体材料によって作製されたフィールドデフレクタ（４８）とを有する外部絶縁スリーブ（４０）を備える、端部が外部半導体および金属スクリーンを取り除くことによって部分的に剥ぎ取られているＤＣ電気ケーブル（１２）のための合成材料端部（１０）であって、
   前記内部絶縁体（２４）と前記外部絶縁スリーブ（４０）の間に配置される複合挿入物（２２）を更に備え、前記挿入物はケーブルの部分的に剥ぎ取られた部分を覆う前記内部絶縁体を囲んでいるシースの形状からなっており、高い抵抗値を有する抵抗部分（３４）および低い抵抗値を有する半導体部分（３６）から形成されており、前記抵抗部分と半導体部分の接触面がデフレクタ（３８）を形成しており、前記挿入物の抵抗部分の抵抗値は、ケーブルの内部絶縁体（２４）の抵抗値よりも小さく、デフレクタから遠い位置にある抵抗部分の端部（７２）は中央導体と電気的に接続され、そして、デフレクタから遠い位置にある半導体部分（３６）の端部が外部半導体（８０）に電気的に接続されていることを特徴とする合成材料端部。
2. 前記挿入物の抵抗部分（３４）の横方向容積抵抗値は、５ｋＶ／ｍｍから５０ｋＶ／ｍｍの印加電界に対して、２０から９０℃の温度域で１０^１１Ωｃｍから１０^１６Ωｃｍの範囲内である請求項１に記載の合成材料端部。
3. 挿入物の前記抵抗部分（３４）は架橋合成エラストマーから形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の合成材料端部。
4. 挿入物の半導体部分（３６）の抵抗値がケーブルの外部半導体の抵抗値と同等の大きさであることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の合成材料端部。
5. 挿入物の半導体部分（３６）の縦方向抵抗値は２０から９０℃の温度域で１００Ωｃｍから１００００Ωｃｍの範囲内であることを特徴とする請求項４に記載の合成材料端部。
6. 挿入物の前記半導体部分の前記デフレクタから遠い端部（８２）は前記外部半導体（８０）の剥ぎ取られた端部を覆っていることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の合成材料端部。
7. 中央導体はその端部にデフレクタから遠い挿入物の抵抗部分の端部を始点として剥ぎ取られた部分を備えており、前記合成材料端部（１０）は前記剥ぎ取られた部分を前記挿入物の抵抗部分の端部に電気的に接続する手段（７０）を備えていることを特徴とする、請求項１から６の何れか１項に記載の合成材料端部。
8. 中央導体の前記端部（６２）は、接続部品（６６）によって多ストランド導体（６４）に接続されていることを特徴とする請求項７に記載の合成材料端部。
9. 前記外部絶縁スリーブ（４０）はデフレクタ（３８）から遠い挿入物の半導体部分（３６）の端部を覆い、そして、デフレクタから遠い挿入物の抵抗部分（３４）の端部（７２）から実質的に後退していることを特徴とする請求項１から８の何れか１項に記載の合成材料端部。
10. 中央導体（６０）は接続端末ラグ（１４）で終わり、そして、高電圧端部において、絶縁キャップ（７６）は前記外部絶縁スリーブの端部を前記接続端末ラグまで覆っていることを特徴とする請求項９に記載の合成材料端部。
11. 前記外部絶縁スリーブ（４０）の外表面は一般的に絶縁フィン群の形をしており、そして、接地端部では、前記外部絶縁スリーブは前記ストレスコーン（４６）によって終わっていることを特徴とする請求項１から１０の何れか１項に記載の合成材料端部。
12. 前記フィールドデフレクタ（４８）は、前記ストレスコーン（４６）の内部に配置されており、かつ、前記ケーブルの前記外部半導体（８０）に電気的に接続されていることを特徴とする請求項１１に記載の合成材料端部。
13. 前記外部絶縁スリーブ（４０）の前記フィールドデフレクタ（４８）の部分は、少なくとも部分的に、挿入物のデフレクタを覆っており、前記デフレクタは何れも電気的に接続されて、電気連続性を形成していることを特徴とする請求項１２に記載の合成材料端部。

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