JP4922077B2 - 電気機器の通電部材およびこれを用いた電気機器の接続部 - Google Patents

Description

本発明は、電気機器の通電部材およびこれを用いた電気機器の接続部に係わり、特に機器ケース内から機器ケース外への絶縁ガス（ＳＦ_６ガス等）の漏出を防止することができる電気機器の通電部材およびこれを用いた電気機器の接続部に関する。

一般に、発電所や変電所等に設置されるガス絶縁開閉装置には、エポキシ樹脂等の絶縁ブッシングから成る電気機器の通電部材が組み込まれており、この電気機器の通電部材に接続部材としての電力ケーブルが接続されている。

従来、このような電気機器の通電部材としては、図４に示すように、後端部に電力ケーブル１００の端末部を受容する受容口２１０を有するエポキシ樹脂から成るブッシング２００と、当該ブッシング２００の先端部にブッシング２００の開口部を閉塞するように気密に設けられた内部導体３００とを備えて成るものが知られている（例えば、特許文献１）。

このような構成の電気機器の通電部材は内部導体３００の外周にエポキシ樹脂を注型することで一体に形成されている。ここで、エポキシ樹脂の注型に際しては、注型の前工程として、内部導体３００に対してサンドブラスト処理等を行なって当該内部導体３００の表面を粗面化することで内部導体３００に対するエポキシ樹脂の密着力を高めている。

しかしながら、このような構成の電気機器の通電部材においては、内部導体３００とエポキシ樹脂とが結合せずに密着した状態にあることから、微量（ＰＰＭオーダー）の絶縁ガスがガス圧力の高い機器ケース４００内から内部導体３００とブッシング２００の界面（隙間）を伝って機器ケース４００外へ漏出するおそれがある。このため、このような構成の電気機器の通電部材においては、内部導体３００とブッシング２００の界面の距離を長くすることで絶縁ガスの漏出を防止している。

一方、電気機器の通電部材においては、電気機器の小型化の要求に合わせて当該電気機器の通電部材も更に小型化が要求されるところ、当該電気機器の通電部材の構造をそのまま踏襲して縮小すると、すなわち電気機器の通電部材（特にブッシング２００）の軸方向の長さを短くすると、前記の界面の距離が短くなることで、絶縁ガスが前記の界面（隙間）を伝わって機器ケース４００外へ漏出するおそれがある。

特開２００１−３４６３２０（図１）

本発明は、上述の難点を解決するためになされたもので、エポキシ樹脂から成るブッシングと内部導体の界面の信頼性を向上させることで、当該界面を通じて機器ケース内に充填された絶縁ガス（ＳＦ_６ガス等）が機器ケース外へ漏出するおそれのない電気機器の通電部材およびこれを用いた電気機器の接続部を提供することを目的としている。

本発明の第１の態様である電気機器の通電部材は、後端部に接続部材の端部の受容口を有する絶縁性のブッシングと、ブッシングの先端部にブッシングの開口部を閉塞するように気密に設けられた内部導体とを備え、内部導体の外周には径方向外方に延び、かつ外周縁部がＲ形状の鍔部材が連設され、鍔部材の面は内部導体の軸線に対して直交して配置され、鍔部材はブッシングに埋設されているものである。

本発明の第２の態様である電気機器の接続部は、電気機器を収容する機器ケースの内壁には、第１の態様の電気機器の通電部材が気密に取り付けられ、電気機器の通電部材を構成する受容口には、機器ケースの外側から接続部材の端部が着脱自在に接続されているものである。

本発明の第３の態様は、第２の態様である電気機器の接続部において、接続部材は、パイプ状または円柱状の導体と、導体の外周に内部半導電層を介して設けられるゴム状弾性を有する絶縁体と、絶縁体の外周に受容口の入口間に跨って設けられる外部半導電層とを備えるものである。

本発明の第１の態様乃至第３の態様の電気機器の通電部材およびこれを用いた電気機器の接続部によれば、次のような効果がある。

第１に、内部導体の外周に連設された鍔部材の外周縁部に、すなわち曲率半径が小さいＲ形状の鍔部材の外周縁部に、ブッシングとしてのエポキシ樹脂の応力が集中することで、ブッシングと内部導体としての鍔部材の外周縁部の界面がより密着し、ひいては、ブッシングの軸方向の長さが短くされた縮小型の電気機器の通電部材であっても、機器ケース内に充填されたＳＦ_６ガス等の絶縁ガスが機器ケースの内部から機器ケースの外部に漏出するおそれがなくなる。

第２に、内部導体としての鍔部材がブッシングに対して径方向外方に延びる方向に埋設されているので、ブッシングと内部導体の界面の距離（ガス漏れ経路の距離）を長くすることができ、ひいては縮小型の電気機器の通電部材であっても、すなわち軸方向の長さが短いブッシングであっても、より一層絶縁ガスの漏出を防止することができる。

第３に、鍔部材の外周縁部をＲ形状とすることにより、ストレスコーンの先端部における空気、導体、絶縁体の三重合点（トリプルジャンクション）の電界集中を防ぐことができる。

第４に、内部導体としての鍔部材がブッシングに対して径方向外方に延びる方向に埋設されているので、ブッシングとしてのエポキシ樹脂への衝撃を軽減することができる。すなわち鍔部材の面が内部導体の軸線に対して直交して配置されていることから、当該鍔部材の面に対して、接続部材の電気機器の通電部材への組込時におけるブッシングに対する応力を付与させることができ、ひいてはブッシングに対する応力の集中を緩和させることでブッシングへの衝撃を軽減することができる。

第５に、工場で予め製作された接続部材の構成部材（導体、絶縁体）を出荷することができ、現地において、接続部材の構成部材を組み立てることで、従来のストレスコーン、押し金具、保護金具を有するプレハブ形接続のタイプに比べて大幅な組み立ての簡素化を図ることができる。

第６に、ブッシングの後端部側に埋設した埋込金具（金属リング）および接続部材に配設した固定金具を用いることで、接続部材を電気機器の通電部材に接続することができると共に機器ケースに着脱自在に固定することができる。

以下、本発明の電気機器の通電部材およびこれを用いた電気機器の接続部を適用した好ましい実施の形態例について、図面を参照して説明する。なお、以下の実施例においては、離間して配置される一対の電気機器の通電部材はそれぞれ同様の構成とされていることから、特に明示した場合を除き、電気機器の通電部材の一方（図中左側の電気機器の通電部材）について説明するものとし、また、電気機器の通電部材を構成するブッシング、内部導体および金属リングの「先端部」というときは当該ブッシング、内部導体および金属リングの高圧側をいい、図中では左方向に相当し、さらに、当該ブッシング、内部導体および金属リングの「後端部」というときは当該ブッシング、内部導体および金属リングの低圧側をいい、図中では右方向に相当するものとして説明する。
［実施例１］
図１は、本発明の電気機器の通電部材を用いた３３ｋＶ級の電気機器の接続部の一部断面図を示している。

最初に、本発明の電気機器の通電部材について説明する。

図１において、本発明における電気機器の通電部材１は、エポキシ樹脂等の硬質の絶縁体から成るブッシング１１と、ブッシング１１の先端部にブッシング１１の開口部を閉塞するように気密に設けられた銅棒等から成る内部導体１２と、ブッシング１１の後端部側に同心状に埋設された環状の金属リング１３とを備えている。

ブッシング１１は、全体として弾丸状を呈しており、その後端部側（機器ケースＣと対向する側）には後述する接続部材２の端部を受容する受容口１４が設けられている。

受容口１４は、ブッシング１１の後端部側（機器ケースＣと対向する側）にすなわち接続部材２の端部の入口に設けられる円形の受容口（以下「入口」という）１４ａと、入口１４ａ側から先端部側（機器ケースＣの内部空間側）に向かって先細り状に縮径する円錐状の受容口（以下「テーパ孔」という）１４ｂと、テーパ孔１４ｂの奥壁１４ｃに設けられる円形の凹陥部（以下「導体伸出吸収口」という）１４ｄを備えており、これらの入口１４ａ、テーパ孔１４ｂおよび導体伸出吸収口１４ｄは同心状にかつ互いに連通するように設けられている。

内部導体１２は、ブッシング１１の先端部側の内周にブッシング１１の開口部を閉塞するように埋設される円柱状の大径部（以下「大径内部導体」という。）１２ａと、大径内部導体１２ａの後端部側に大径内部導体１２ａと同心状に連設され後述する接続部材２としての導体と電気的に接続される小径部（以下「小径内部導体」という。）１２ｂと、大径内部導体１２ａと小径内部導体１２ｂの連設部分の外周に径方向外方に延びるように連設される環状の鍔部材１２ｃとを備えている。また、小径内部導体１２ｂの外周には環状の凹溝（不図示）が設けられ、当該凹溝にはテープ状の導体接続子（マルチコンタクト)１２ｄが凹溝の円周方向に沿って嵌着されている。ここで、環状の凹溝は後述する接続部材２としての導体２１の内周に設け、当該凹溝に導体接続子（マルチコンタクト)を円周方向に沿って嵌着してもよい。

鍔部材１２ｃは、その全体がブッシング１１の頂部に埋設され、これにより後述する接続部材２の挿入方向に対して直交するように配設されることになる。また、鍔部材１２ｃの外周縁部はＲ加工を施すことで曲率半径の小さい丸みが形成され、このようなＲ形状とすることで、後述するように丸みを帯びたＲ加工部分にブッシング１１の応力が集中することになる。

金属リング１３は、その後端面（機器ケースＣと対向する面）がブッシング１１の後端面（機器ケースＣと対向する面）と面一になるように埋設されており、当該金属リング１３の後端部側には後述する第１、第２の締付ボルトＢ１、Ｂ２の先端部を螺着するための複数個のネジ孔１３ａが円周方向に沿って離間して設けられている。また、金属リング１３の先端部側にはＲ加工が施されて全体として丸みを帯びている。ここで、Ｒ加工が施された金属リング１３の先端部は、後述する外部半導電層２４の先端部より若干先端部側に向けて延出されることで、当該金属リング１３先端部で外部半導電層２４の先端部の周りが覆われている。これにより、外部半導電層２４の先端部付近における電界の集中が防止される。

本実施例では、電気機器の通電部材１は、内部導体１２の外周にエポキシ樹脂を注型することで形成されている。

本発明の電気機器の通電部材１によれば、次のような効果がある。

第１に、内部導体１２の外周に連設された鍔部材１２ｃの外周縁部に、すなわ曲率半径が小さいＲ形状の鍔部材１２ｃの外周縁部に、ブッシング１１としてのエポキシ樹脂の応力が集中することで、ブッシング１１と内部導体１２としての鍔部材１２ｃの外周縁部の界面がより密着し、ひいては、ブッシング１１の軸方向の長さが短くされた縮小型の電気機器の通電部材１であっても、機器ケースＣ内に充填されたＳＦ_６ガス等の絶縁ガスが機器ケースＣの内部から機器ケースＣの外部に漏出するおそれがなくなる。

第２に、内部導体１２としての鍔部材１２ｃがブッシング１１に対して径方向外方に延びる方向に埋設されているので、ブッシング１１と内部導体１２の界面の距離（ガス漏れ経路の距離）を長くすることができ、ひいては縮小型の電気機器の通電部材１であっても、すなわち軸方向の長さが短いブッシング１１であっても、より一層絶縁ガスの漏出を防止することができる。

第３に、鍔部材１２ｃの外周縁部をＲ形状とすることにより、ストレスコーンの先端部における空気、導体２１、絶縁体２２の三重合点（トリプルジャンクション）の電界集中を防ぐことができる。

第４に、内部導体１２としての鍔部材１２ｃがブッシング１１に対して径方向外方に延びる方向に埋設されているので、ブッシング１１としてのエポキシ樹脂への衝撃を軽減することができる。すなわち鍔部材１２ｃの面が内部導体１１の軸線に対して直交して配置されていることから、当該鍔部材１２ｃの面に対して、接続部材２の電気機器の通電部材１への組込時におけるブッシング１１に対する応力を付与させることができ、ひいてはブッシング１１に対する応力の集中を緩和させることでブッシング１１への衝撃を軽減することができる。

次に、本発明の電気機器の通電部材１を用いた電気機器の接続部について説明する。

図１および図２において、本発明における電気機器の接続部は、離間して配置された一対の開閉器や変圧器等の電気機器（不図示）と、各電気機器を気密に収容する機器ケースＣの内壁にそれぞれ気密に取り付けられた電気機器の通電部材１と、これらの電気機器の通電部材１間に着脱自在に接続された接続部材２と、当該接続部材２を機器ケースＣに着脱自在に固定する環状の固定金具３とを備えている。

先ず、機器ケースＣの内壁（側壁）には円形の開口部Ｃ１が設けられており、この開口部Ｃ１の周縁部に次のようにして電気機器の通電部材１が気密に固定されている。

電気機器の通電部材１を構成するブッシング１１は、その先端部が機器ケースＣ内に位置し、後端部が機器ケースＣの開口部Ｃ１の周縁部に当接するように配設され、第１の締付ボルトＢ１により気密に固定されている。なお、符号１５はＯリングを示している。

接続部材２は、銅パイプ等から成る導体２１と、導体２１の外周に設けられるシリコ−ンゴム等から成るゴム状弾性を有する絶縁体２２と、絶縁体２２の内周に設けられる内部半導電層２３と、絶縁体２２の外周に設けられる外部半導電層２４とを備えており、これらの構成部材は、後述するようにして、現地において一体に組み立て固定される。ここで、導体２１の内径は内部導体１２としての小径内部導体１２ｂの外径と略同径とされ、またその軸方向の長さは、一対のブッシング１１の受容口１４の奥壁１４ｃ間の寸法と等しくされている。

絶縁体２２は、その軸方向の長さが導体２１の軸方向の長さと略等しくされた円筒状の絶縁体本体２２ａを備えており、その中央部には一対の機器ケースＣ間に配置される小径部（以下「小径絶縁体」という。）２２１が設けられている。また、絶縁体本体２２ａの両端部にはブッシング１１の受容口１４に装着される雄形状の挿入部２２２が設けられ、機器ケースＣの開口部Ｃ１と対応する位置に配設される部分には大径部（以下「大径絶縁体」という。）２２３がそれぞれ設けられている。さらに、大径絶縁体２２３と小径絶縁体２２１との連設部分には段差壁２２４が設けられている。ここで、挿入部２２２の外周には受容口１４としてのテーパ孔１４ｂの内周面に対応するテーパ部が設けられており、大径絶縁体２２３の外径は小径絶縁体２２１の外径より大径で、かつ機器ケースＣの開口部Ｃ１の口径より若干大径とされている。

内部半導電層２３および外部半導電層２４は例えばカーボン系の半導電塗料の塗布層で形成されており、このうち内部半導電層２３は絶縁体本体２２ａの内周の全長にわたって設けられている。また外部半導電層２４は小径絶縁体２２１の外周、段差壁２２４の外表面および大径絶縁体２２３の外周にそれぞれ電気的に導通するように設けられている。すなわち、この実施例においては、外部半導電層２４は受容口１４としてのテーパ孔１４ｂの内周面に当接する挿入部２２２の外表面には設けられていないことになる。

固定金具３は、小径絶縁体２２１の外径と略同径または若干大径の内径を有する環状の第１の固定金具本体３１と、大径絶縁体２２３の外径と略同径の内径を有する環状の第２の固定金具本体３２とを備えており、これらの第１、第２の固定金具本体３１、３２は同心状に連設することで、その内周側に段差壁２２４と係合する係止部３３が形成されることになる。また、当該固定金具３３には前述のネジ孔１３ａと対応する位置に第２の締付ボルトＢ２を挿通するための透孔３４（図２参照）が円周方向に等配するように設けられている。

このような構成の接続部材２は、次のように一体化された上で電気機器の通電部材１に着脱自在に接続される。

先ず、絶縁体２２の内部に導体２１を挿入する前に、当該絶縁体２２を押し潰して、この状態で環状の固定金具３を絶縁体２２の一方の端部側から絶縁体２２の外周に嵌挿する。これにより、固定金具３の係止部３３を絶縁体２２の段差壁２２４に係合させことができる。次いで、絶縁体２２の内部に絶縁体２２の一方の端部側から導体２１を挿入する。これにより、絶縁体２２と導体２１とを一体化することができる。

このようにして一体に組み立て固定された接続部材２の一方の端部（図中左側の端部）を一方の電気機器（図中左側の電気機器）の通電部材１を構成するブッシング１１の受容口１４に挿入し、接続部材２を構成する導体２１を内部導体１２を構成する小径内部導体１２ｂにプラグイン接続する。これにより、導体接続子１２ｄを介して導体２１と内部導体１２とが電気的にかつ可摺動に接続されることになる。

次いで、固定金具３の透孔３４に第２の締付ボルトＢ２を挿入し、当該締付ボルトＢ２の先端部を対応するネジ孔１３ａに螺着して回動する。これにより、固定金具３が接続部材２の一方の端部と共に機器ケースＣ側に向けて螺進され、絶縁体２２としての挿入部２２２がブッシング１１の受容口１４に向けて押圧されることになる。このようにして絶縁体２２としての挿入部２２２がブッシング１１の受容口１４に向けて押圧されることで、絶縁体２２としての挿入部２２２のテーパ部がブッシング１１の受容口１４としてのテーパ孔１４ｂの内周面に押し付けられ、ひいてはブッシング１１の受容口１４と絶縁体２２としての挿入部２２２間の界面の絶縁性能が確保されることになる。また、固定金具３の係止部３３が絶縁体２２の段差壁２２４に電気的に接触することで外部半導電層２４が締付ボルトＢ２および金属リング１３を介してアース電位としての機器ケースＣに電気的に接続されることになる。

次に、他方の電気機器（図中右側の電気機器）をキャスター（不図示）等を介して所定位置に移動し、接続部材２の他方の端部（図中右側の端部）を前述と同様にして他方の電気機器の通電部材１を構成するブッシング１１の受容口１４に挿入し、接続部材２を構成する導体２１を内部導体１２の小径内部導体１２ｂにプラグイン接続すると共に固定金具３の透孔３４に挿入した締付ボルトＢ２を機器ケースＣに向けて螺進させる。これにより、接続すべき一対の電気機器の接続部が形成されることになる。

以上のように、本発明の電気機器の接続部によれば、次のような効果がある。

第１に、工場で予め製作された接続部材２の構成部材（導体２１、絶縁体２２）を出荷することができ、現地において、接続部材２の構成部材を組み立てることで、従来のストレスコーン、押し金具、保護金具を有するプレハブ形接続のタイプに比べて大幅な組み立ての簡素化を図ることができる。

第２に、ブッシング１１の後端部側に埋設した埋込金具（金属リング１３）および接続部材２に配設した固定金具３を用いることで、接続部材２を電気機器の通電部材１に接続することができると共に機器ケースＣに着脱自在に固定することができる。
［実施例２］
図３は、本発明における電気機器の接続部の他の実施例を示す一部断面図である。なお、同図において図１および図２と共通する部分には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

図３において、この実施例においては、図１および図２に示す接続部材２に代えて、絶縁栓５が接続されている。

この絶縁栓５は、シリコーンゴム等のゴム状弾性体から成る絶縁栓本体５１を備えており、当該絶縁栓本体５１の後端部には円形の金属板５２が絶縁栓本体５１と一体的に設けられている。

絶縁栓本体５１は、先端部側に前述の絶縁体２２としての雄形状の挿入部２２２と同様の挿入部５１ａが設けられ、後端部に前述の絶縁体２２としての大径絶縁体２２３と同様の大径絶縁体５１ｂとを備えており、挿入部５１ａの先端部中心部には小径内部導体１２ｂを挿入し得る凹陥部５１ｃが設けられている。また、絶縁栓本体５１の大径絶縁体５１ｂの外周と凹陥部５１ｃの外表面にはカーボン系の半導電塗料の塗布層５１ｄ、５１ｅが設けられている。

この実施例においては、絶縁栓５の後端部の外周に固定金具３の係止部３３を係止した上で、前述と同様に当該固定金具３の透孔３４に挿通した第２の締付ボルトＢ２の先端部をネジ孔１３ａに螺着し、回動することで絶縁栓５を電気機器の通電部材１に接続することができると共に機器ケースＣに着脱自在に固定することができる。

この実施例においても、第１の実施例と同様の電気機器の通電部材１が配置されていることから、第１の実施例と同様に、機器ケースＣ内に充填された絶縁ガス（ＳＦ_６ガス等）が機器ケースＣの内部から機器ケースＣの外部に漏出するおそれがなくなり、また、ブッシング１１の後端部側に埋設した金属リング１３および絶縁栓５の後端部に配置した固定金具３を用いることで、絶縁栓５を電気機器の通電部材１に接続することができると共に機器ケースＣに着脱自在に固定することができる。

前述の実施例においては、図面に示した特定の実施の形態をもって本発明を説明しているが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではなく、本発明の効果を奏する限り、次のように構成してもよい。

第１に、前述の実施例においては、遮蔽層（外部半導電層）の端部の電界集中を金属リング１３で防止しているが、本発明はこれに限定されず、例えば、金属リング１３に代えてベルマウスを使用してもよい。

第２に、接続部材はパイプ状の導体の外周に絶縁体を設けたものに限定されず、例えばより線導体の外周に架橋ポリエチレン樹脂等を被覆した電力用ケーブルを使用してもよい。

第３に、接続部材としての絶縁体は、シリコーンゴムに限定されず、例えばエチレンプロピレンゴム等のゴム状弾性を有する絶縁体でもよい。

第４に、内部半導電層２３および外部半導電層２４は、カーボン系の半導電塗料を塗布したものに限定されず、半導電ゴムを成形したものでもよい。

第５に、内部導体および接続部材としての導体は銅で形成したものに限定されず、例えば、銅合金製、アルミニウムまたはアルミニウム合金製の何れかで形成してもよい。

第６に、前述の実施例においては、開閉装置（スイッチギヤ）の盤間接続について説明しているが、本発明はこれに限定されず、例えば、機器に直結された電気機器の通電部材に電力ケーブルの端末部を接続したいわゆる機器直結型の終端接続部に適用してもよい。

第７に、前述の実施例においては、適用電圧が３３ｋＶ級のものについて説明しているが、本発明はこれに限定されず、３３ｋＶよりも低い電圧若しくはこれより高い電圧に適用してもよい。

第８に、前述の実施例においては、ブッシング１１の後端部側に金属リング１３を埋設したものについて説明しているが、本発明はこれに限定されず、例えば、金属リング１３に代えてネジ孔を有する複数個の埋込金具を円周方向に沿って所定の間隔をおいて埋設してもよい。

第９に、前述の実施例においては、内部導体１２として大径内部導体１２ａ、小径内部導体１２ｂおよび鍔部材１２ｃを一体物で形成したものについて説明しているが、本発明はこれに限定されず、例えば大径内部導体１２ａまたは小径内部導体１２ｂの外周に別体で製作した環状の鍔部材１２ｃをネジ等で嵌合したものを使用してもよい。

本発明の第１の実施例における電気機器の通電部材を用いた電気機器の接続部の一部断面図。 本発明の第１の実施例における電気機器の接続部の組み立て状況を示す模式図。 本発明の第２の実施例における電気機器の通電部材を用いた電気機器の接続部の一部断面図。 従来における電力ケーブルの終端接続部の一部断面図。

１１・・・ブッシング
１２・・・内部導体
１２ｃ・・・鍔部材
１４・・・受容口
２・・・接続部材
２１・・・導体
２２・・・絶縁体
２３・・・内部半導電層
２４・・・外部半導電層
Ｃ・・・機器ケース

Claims (3)

1. 後端部に接続部材の端部の受容口を有する絶縁性のブッシングと、
   前記ブッシングの先端部に前記ブッシングの開口部を閉塞するように気密に設けられた内部導体とを備え、
   前記内部導体の外周には径方向外方に延び、かつ外周縁部がＲ形状の鍔部材が連設され、
   前記鍔部材の面は前記内部導体の軸線に対して直交して配置され、
   前記鍔部材は前記ブッシングに埋設されていることを特徴とする電気機器の通電部材。
2. 電気機器を収容する機器ケースの内壁には、請求項１記載の電気機器の通電部材が気密に取り付けられ、
   前記電気機器の通電部材を構成する受容口には、前記機器ケースの外側から接続部材の端部が着脱自在に接続されていることを特徴とする電気機器の接続部。
3. 前記接続部材は、パイプ状または円柱状の導体と、前記導体の外周に内部半導電層を介して設けられるゴム状弾性を有する絶縁体と、前記絶縁体の外周に前記受容口の入口間に跨って設けられる外部半導電層とを備えることを特徴とする請求項２記載の電気機器の接続部。

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