JP5306854B2 - 寒冷地用ケーブル接続部材 - Google Patents

Description

本発明は、ＣＶケーブル、ＥＰゴム絶縁ＥＰゴムシースケーブルなどの電力ケーブルと変圧器や開閉器などの電力機器とを接続する機器直結型ケーブル接続部材、及び電力ケーブル同士を接続するために使用されるケーブル接続部材に関し、特に、８０℃〜−４０℃、好ましくは８０℃〜−６０℃のような、低温領域を含む環境温度で使用される寒冷地用ケーブル接続部材に関する。

従来、電力ケーブルと電力機器との接続や電力ケーブル同士の接続において、例えば図８に示すようなケーブル接続部材が用いられている。

図８は、従来の機器直結型（Ｔ型）ケーブル接続部材を概略的に示す断面図である。

図８において、機器直結型ケーブル接続部材８００は、ケーブル８５０の端部を収容すると共に該ケーブルとの電気的な絶縁を補強するゴム絶縁筒８０１と、該ゴム絶縁筒の内部に設けられた内部半導電層８０２に挿入されるゴムスペーサ８０３とを有する。また、ゴムスペーサ８０３のケーブル挿入側端部には、電界集中を緩和する外部半導電層８０４が形成されている。ゴムスペーサ８０３は、使用されるケーブル８５０の絶縁被覆８５１の外径より内部半導電層８０２の内径が大きい場合や、外径が異なる数種類のケーブルに対して共通のゴム絶縁筒を適用可能とするために、嵌合径差を埋めるアダプタとして使用される。ゴム絶縁筒８０１、内部半導電層８０２及びゴムスペーサ８０３はエチレン・プロピレンゴム(以下、単に「ＥＰゴム」という)から成る。或いは、ゴム絶縁筒８０１、内部半導電層８０２及びゴムスペーサ８０３はシリコーンゴムから成る。尚、図８では、ケーブルの外部半導電層や金属遮蔽層、及びゴムスペーサ内の外部半導電層とケーブルの外部半導電層を電気的に接続する半導電性融着ゴムテープ等による接続処理や接地線の引き出し処理等については図示せず、その説明を省略する。

このように構成される機器直結型ケーブル接続部材において、ゴムスペーサ８０３をケーブル８５０の絶縁被覆８５１の端部に挿入し、内部に内部半導電層８０２が設けられたゴム絶縁筒８０１にゴムスペーサ８０３を挿入すると、ゴム絶縁筒８０１のゴム弾性によりゴムスペーサ８０３とゴム絶縁筒８０１との界面が所定の面圧で保持され、これにより絶縁特性が確保される。同様にして、ケーブル８５０の絶縁被覆８５１とゴムスペーサ８０３との界面でも絶縁特性が確保される。

ここで、寒冷地ではケーブル接続部材が設置されている環境温度が常温から−３０℃以下まで低下することがある。この場合、ＥＰゴムの引張弾性率は、図２に示すような温度依存性を示し、−３０℃以下で急増傾向を示す。ＥＰゴムは引張弾性率が増加するにつれて硬くなる傾向があるため、ゴムスペーサとの界面の面圧が低下する。ケーブルの通電電流が小さく、導体の温度上昇が小さい場合、ケーブル接続部材の温度は、外部環境に曝されているゴム絶縁筒から低下し、最終的に内部のゴムスペーサやケーブルの絶縁被覆、導体などの温度が、ゴム絶縁筒の温度に追従して低下する。例えば、ゴム絶縁筒が−５０℃まで低下し、ＥＰゴムの引張弾性率が常温の値の３倍以上になるようなレベルまで増加して、ＥＰゴムがほぼ完全に硬くなった場合、ゴムスペーサの内側の温度は、ゴム絶縁筒の温度に追従して低下しておらず、ゴム絶縁筒の温度より高いときがある。このとき、時間経過とともにゴムスペーサの内側の温度もゴム絶縁筒と同等の温度まで低下し、ゴムスペーサのＥＰゴムもほぼ完全に硬くなるが、ゴム絶縁筒のＥＰゴムが硬くなりその形状を保持したままゴムスペーサの内部の温度が更に低下するために、ゴム絶縁筒が硬くなった時のゴム絶縁筒の内径よりもゴムスペーサの外径が縮小し、ゴム絶縁筒とゴムスペーサとの界面に隙間が発生する。この隙間が数十ミクロン以上に大きくなると、この隙間で部分放電が発生し、界面の放電劣化により使用電圧下で絶縁破壊を起こすことがある。また、ゴムスペーサとケーブルの絶縁被覆との界面にも隙間が発生し、その結果ゴムスペーサとケーブルの絶縁被覆との界面でも絶縁破壊を起こすこともある。

このような問題を解消すべく、図９に示すようなケーブル接続部材が用いられている。従来の他の機器直結型（Ｔ字型）ケーブル接続部材を図９に示す。図９において、ケーブル接続部材９００は、架橋シリコーンゴムで構成される絶縁層９０１と、架橋シリコーンゴムで構成される内部半導電層９０２と、架橋ＥＰゴムで構成される外部半導電層９０３とを備える。このケーブル接続部材では、電力ケーブルの導体に端子を取り付けた電力ケーブル端子をケーブル端子収容部９０４に挿入し、また、機器の導体にブッシングを取り付けた機器端子を機器端子収容部９０５に挿入する。これにより、電力ケーブル端子と機器の導体とが機械的に接続される（例えば、特許文献１参照）。

シリコーンゴムは、常温から−５０℃までの引張弾性率の増加量が小さいため（図２参照）、環境温度が−５０℃であるときでも硬くなる傾向を示さず、常温でのゴム弾性と同等のゴム弾性を有する。したがって、絶縁層９０１の内側の温度が外部半導電層９０３の温度に追従して低下するまで、ケーブル端子収容部９０４とケーブル絶縁体との界面に隙間が発生せず、絶縁破壊が起こらない。

特開平２００３−３４８７４４号公報

しかしながら、従来の寒冷地用機器直結型ケーブル接続部に関する特許文献１の技術では、絶縁層が外部半導電層内のほぼ全体に亘って形成され、また、シリコーンゴムの機械的強度がＥＰゴムと比較して低いため、機械的損傷を受け易く、絶縁性能が低下する可能性が高いという問題がある。また、シリコーンゴムは吸水性が高いため、降雪・降雨時などの多湿条件下では絶縁性能が低下するという問題がある。さらに、ケーブル端子収容部の挿入口を画定する外部半導電層がＥＰゴムから成るため、外径が異なる数種類のケーブルに対して共通のゴム絶縁筒を適用するのが困難である。

本発明の目的は、外径が異なる数種類のケーブルに対して共通のゴム絶縁筒を容易に適用することができると共に、機械的強度を低下させることなく、環境温度の低い寒冷地でも高い絶縁性能を実現することができる寒冷地用ケーブル接続部材を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１記載の寒冷地用ケーブル接続部材は、ケーブルの端部を収容すると共に前記ケーブルとの電気的な絶縁を補強するゴム絶縁筒と、前記ゴム絶縁筒と前記ケーブルの端部との間に挿入されるゴムスペーサとを備え、前記ゴム絶縁筒の引張弾性率が常温での前記ゴム絶縁筒の引張弾性率の３倍以上に増加する温度において、当該温度でのゴムスペーサの引張弾性率が、常温での前記ゴムスペーサの引張弾性率の３倍未満であることを特徴とする。尚、ここでいう常温とは日本工業規格ＪＩＳ Ｚ ８７０３で規定している２０℃±１５℃（５〜３５℃）の範囲をいう。

請求項２記載の寒冷地用ケーブル接続部材は、ケーブルの端部を収容すると共に前記ケーブルとの電気的な絶縁を補強するゴム絶縁筒と、前記ゴム絶縁筒と前記ケーブルの端部との間に挿入されるゴムスペーサと、前記ゴム絶縁筒のスペーサ収容側表面に形成される加硫ゴム層と、前記加硫ゴム層上に形成される保護層とを備え、前記ゴム絶縁筒の引張弾性率が常温での前記ゴム絶縁筒の引張弾性率の３倍以上に増加する温度において、当該温度でのゴムスペーサの引張弾性率が、常温での前記ゴムスペーサの引張弾性率の３倍未満であり、かつ、当該温度での加硫ゴム層の引張弾性率が、常温での前記加硫ゴム層の引張弾性率の３倍未満であることを特徴とする。

請求項３記載の寒冷地用ケーブル接続部材は、請求項１又は２記載の寒冷地用ケーブル接続部材において、前記ゴム絶縁筒はエチレン・プロピレンゴムを主成分とする組成物から成り、前記ゴムスペーサはシリコーンゴムを主成分とする組成物から成ることを特徴とする。

請求項４記載の寒冷地用ケーブル接続部材は、請求項３記載の寒冷地用ケーブル接続部材において、前記ゴム絶縁筒は、エチレン・プロピレン共重合体又は第三成分を含む三元共重合体であるゴム組成物から成ることを特徴とする。

請求項５記載の寒冷地用ケーブル接続部材は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の寒冷地用ケーブル接続部材において、前記ゴムスペーサは、前記ゴム絶縁筒に設けられ前記ゴムスペーサが挿入されるスペーサ収容部の内周面と当接する外周面を有し、前記ゴムスペーサの外径が、前記ゴムスペーサが挿入されるスペーサ収容部の内径以上であることを特徴とする。

請求項６記載の寒冷地用ケーブル接続部材は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の寒冷地用ケーブル接続部材において、前記ゴム絶縁筒は、前記ゴムスペーサが収容されるスペーサ収容部の内周面に形成された内部半導電層を有し、前記内部半導電層は、前記ゴムスペーサの外周面と当接することを特徴とする。

請求項７記載の前記ゴムスペーサは、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の寒冷地用ケーブル接続部材において、前記ケーブルの絶縁被覆の端面と当接する最奥面を有し、前記最奥面には前記ケーブルの導体が挿通される導体用孔部が設けられることを特徴とする。

請求項８記載の寒冷地用ケーブル接続部材は、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の寒冷地用ケーブル接続部材において、ケーブルの端部を機器に接続するための機器直結型接続部材であることを特徴とする。

請求項９記載の寒冷地用ケーブル接続部材は、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の寒冷地用ケーブル接続部材において、ケーブルの端部同士を接続するための直線型接続部材であることを特徴とする。

請求項１記載の寒冷地用ケーブル接続部材によれば、ゴム絶縁筒とケーブルの端部との間にゴムスペーサが挿入されるので、外径の異なるケーブルを用いる場合であってもゴム絶縁筒とケーブルとの間の径差を容易に埋めることができる。また、ゴム絶縁筒の引張弾性率が常温でのゴム絶縁筒の引張弾性率の３倍以上に増加する温度において、当該温度でのゴムスペーサの引張弾性率が常温でのゴムスペーサの引張弾性率の３倍未満であるので、ゴム絶縁筒の引張弾性率が急激に増加するような低温環境下でも、ゴムスペーサとゴム絶縁筒との間に隙間が発生せず、絶縁破壊が起こることがない。これにより、外径が異なる数種類のケーブルに対して共通のゴム絶縁筒を容易に適用することができると共に、機械的強度を低下させることなく、環境温度の低い寒冷地でも高い絶縁性能を維持することができる。また、ゴムスペーサのみを新たに作製すればよいため、安価且つ簡単な構成で、高い絶縁性能を維持することができる。

請求項２記載の寒冷地用ケーブル接続部材によれば、低温でも加硫ゴム層の機械的保護機能が高いため、シリコーンゴム製スペーサの低温柔軟性と合わせて、ケーブル接続部の高い低温電気特性を維持することができる。

請求項３記載の寒冷地用ケーブル接続部材によれば、シリコーンゴムはエチレン・プロピレンゴムに比して機械的強度が低いため、該シリコーンゴムを有効に保護し、吸水防止性を高めることができる。

請求項４記載の寒冷地用ケーブル接続部材によれば、ゴム絶縁筒は、エチレン・プロピレン共重合体又は第三成分を含む三元共重合体であるゴム組成物から成るので、上記効果を更に確実に奏することができる。

請求項５記載の寒冷地用ケーブル接続部材によれば、ゴムスペーサは、ゴム絶縁筒に設けられ該ゴムスペーサが挿入されるスペーサ収容部の内周面と当接する外周面を有し、ゴムスペーサの外径が、該ゴムスペーサが挿入されるスペーサ収容部の内径以上であるので、低温環境下でもゴムスペーサとゴム絶縁筒の間に隙間が発生せず、もって高い絶縁性能を確実に実現することができる。

請求項６記載の寒冷地用ケーブル接続部材によれば、ゴム絶縁筒は、ゴムスペーサが収容されるスペーサ収容部の内周面に形成された内部半導電層を有し、内部半導電層は、ゴムスペーサの外周面と当接するので、低温環境下でもゴムスペーサと内部半導電層の間に隙間が発生せず、もって高い絶縁性能を確実に実現することができる。

請求項７記載の寒冷地用ケーブル接続部材によれば、ゴムスペーサは、ケーブルの絶縁被覆の端面と当接する最奥面を有し、該最奥面にはケーブルの導体が挿通される導体用孔部が設けられるので、ケーブルをゴム絶縁筒に確実に固定することができ、また、ゴムスペーサの外部に配された端子に導体を確実に固定することができる。

本発明の実施の形態に係る寒冷地用ケーブル接続部材の構成を概略的に示す断面図である。 試験温度とＥＰゴム又はシリコーンゴムの引張弾性率との関係を示す図である。 試験温度とＥＰゴム又はシリコーンゴムの線膨張係数との関係を示す図である。 試験温度とＥＰゴム又はシリコーンゴムの圧縮永久歪との関係を示す図である。 図１の寒冷地用ケーブル接続部材の変形例を示す図である。 図１の寒冷地用ケーブル接続部材の他の変形例を示す図である。 図１の寒冷地用ケーブル接続部材の他の変形例を示す断面図である。 従来の機器直結型（Ｔ型）ケーブル接続部材を概略的に示す断面図である。 従来の他の機器直結型（Ｔ型）ケーブル接続部材を概略的に示す断面図である。

発明者は、上記目的を達成すべく鋭意研究を行った結果、ゴム絶縁筒の引張弾性率が常温でのゴム絶縁筒の引張弾性率の３倍以上に増加する温度において、当該温度でのゴムスペーサの引張弾性率が、常温でのゴムスペーサの引張弾性率の３倍未満であると、外径が異なる数種類のケーブルに対して共通のゴム絶縁筒を容易に適用することができると共に、機械的強度を低下させることなく、環境温度の低い寒冷地でも高い絶縁性能を実現できることを見い出した。また、ゴムスペーサのみを新たに作製すればよいため、安価且つ簡単な構成で、高い絶縁性能を維持できることを見い出した。

本発明は、上記研究結果に基づいてなされたものである。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る寒冷地用ケーブル接続部材の構成を概略的に示す断面図である。尚、本実施の形態では、機器直結型（Ｔ型）ケーブル接続部材を例にとって説明する。

図１において、寒冷地用ケーブル接続部材１は、ケーブル２０の端部を収容すると共に該ケーブルとの電気的な絶縁を補強する略Ｔ字型のゴム絶縁筒１０と、ゴム絶縁筒１０内に設けられたテーパ形状の絶縁栓１１と、絶縁栓１１内で同絶縁栓と同軸上に配置され、ケーブル２０の導体２１と圧縮端子３０を介して電気的に接続されるスタッドボルト１２と、ゴム絶縁筒１０の端部とケーブル２０の端部との間に挿入されるゴムスペーサ１５とを備える。ゴム絶縁筒１０から突出するゴムスペーサ１５の端部近傍には、不図示の半導電層が形成されている。また、ゴムスペーサ１５が外部に露出する部分には上記半導電層を覆うように絶縁テープ４０が巻かれている。尚、図１では、ケーブルの外部半導電層や金属遮蔽層、及びゴムスペーサ内の外部半導電層とケーブルの外部半導電層を電気的に接続する半導電性融着ゴムテープ等による接続処理や接地線の引き出し処理等については図示せず、その説明を省略する。

ゴム絶縁筒１０は、絶縁栓１１の軸方向に沿う端部において、機器が接続される機器用孔１０ａと、機器用孔１０ａの外周縁部に配されたブッシング１６とを有する。ゴム絶縁筒１０は、エチレン・プロピレンゴム（以下、単に「ＥＰゴム」と称する）を主成分とするゴム組成物から成り、好ましくは、エチレン・プロピレン共重合体又は第三成分を含む三元共重合体であるゴム組成物からなる。ゴム絶縁筒１０のスペーサ収容側の外径は、例えば９０φである。ブッシング１６は、例えば、エポキシ樹脂を主成分とする組成物から成る。ゴム絶縁筒１０が機器に固定されている状態では、ゴム絶縁筒１０がブッシング１６によって機器の筐体と絶縁され、機器の接続端子がスタッドボルト１２に電気的に接続される。

ゴム絶縁筒１０には、その内部において絶縁栓１１の軸方向に対して略垂直に設けられゴムスペーサ１５が挿入されるスペーサ収容部１３が設けられている。また、ゴム絶縁筒１０は、スペーサ収容部１３の内周面に形成された内部半導電層１０１と、内部半導電層１０１及びゴムスペーサ１５の外周面を覆うように配され、内部半導電層１０１及びゴムスペーサ１５を電気的に絶縁する絶縁層１０２と、絶縁層１０２の外周面に設けられると共にゴム絶縁筒１０の枠体を構成する外部半導電層１０３とを有する。内部半導電層１０１、絶縁層１０２及び外部半導電層１０３は一体成形され、絶縁筒１０を構成する。例えば、内部半導電層１０１、絶縁層１０２及び外部半導電層１０３はゴムモールド成形されている。

絶縁筒１０のスペーサ収容部１３には、後述するゴムスペーサ１５の外周面１５ａと当接する内周面１３ａが形成されている。ゴムスペーサ１５が取り付けられたケーブル２０がゴム絶縁筒１０に挿入されると、ゴム絶縁筒１０及び／又はゴムスペーサ１５のゴム弾性により、ゴムスペーサ１５の外周面１５ａがゴム絶縁筒１０の内周面１３ａと圧接し、ゴムスペーサ１５がゴム絶縁筒１０に収容される。このとき、ゴムスペーサ１５及び／又は絶縁筒１０のゴム弾性によって、ゴム弾性筒１０とゴムスペーサ１５の界面が所定の面圧で保持され、これにより絶縁特性が確保される。

内部半導電層１０１の奥側には、圧縮端子３０が挿入される孔１３ｂが設けられている。内部半導電層１０１は、ＥＰゴムを主成分とするゴム組成物から成り、好ましくは、エチレン・プロピレン共重合体又は第三成分を含む三元共重合体を主成分とするゴム組成物からなる。

ゴムスペーサ１５は、略筒型の部材であって、スペーサ収容部１３の内周面１３ａと当接する外周面１５ａと、ケーブル２０の絶縁被覆２２の外周面２２ａと当接する内周面１５ｂとを有している。ゴムスペーサ１５の外径は、スペーサ収容部１３の内周面１３ａの内径以上となるように設計される。また、ゴムスペーサ１５の内径は、絶縁被覆２２の外周面２２の外径以下となるように設計される。ゴムスペーサ１５は、例えば、シリコーンゴムを主成分とするゴム組成物から成る。

また、ゴムスペーサ１５は、ケーブル２０の絶縁被覆２２の端面２２ｂと当接する最奥面１５ｃを有しており、最奥面１５ｃには、ケーブル２０の導体２１が挿通される導体用孔部１５ｄが設けられている。これにより、ケーブル２０を内部半導電層１０１に確実に固定することができ、また、導体２１を圧縮端子３０に確実に固定することができる。

ゴムスペーサ１５がケーブル２０に取り付けられると、ゴムスペーサ１５の内周面１５ｂが絶縁被覆２２の外周面２２ａと当接し、又はゴムスペーサ１５のゴム弾性によりゴムスペーサ１５の内周面１５ｂが絶縁被覆２２の外周面２２ａと圧接し、これによりゴムスペーサ１５がケーブル２０に嵌め込まれる。このとき、ゴムスペーサ１５及び／又は絶縁被覆２２のゴム弾性により、ゴムスペーサ１５と絶縁被覆２２の界面が所定の面圧で保持され、これにより絶縁特性が確保される。

この寒冷地用ケーブル接続部材１では、ケーブル２０の導体２１に圧縮端子３０を取り付けた状態でケーブル２０をゴム絶縁筒１０に挿入し、圧縮端子３０を孔１３ｂに挿入する。そして、ケーブル接続部材１の機器用孔１０ａに機器の接続端子を挿入する。これにより、ケーブル２０の導体２１が圧縮端子３０を介して機器の接続端子と電気的に接続される。

ここで、ゴム絶縁筒がブッシングを介して機器に接続される場合（又はＥＰゴム製絶縁部材が挿入されたエポキシ樹脂製絶縁部材を介して接続される場合）、低温環境下でのＥＰゴム／エポキシ樹脂界面の挙動や、ＥＰゴム／シリコーンゴム界面の挙動を解明することが絶縁性能を評価する上で重要となる。
＜ＥＰゴム／エポキシ樹脂界面について＞
エポキシ樹脂は引張弾性率が大きく且つ剛性が高いために、常温でのＥＰゴム／エポキシ界面の面圧はＥＰゴムの弾性に大きく依存している。ところが、環境温度が−３０℃以下のような低温領域まで降下する場合には、ＥＰゴムの引張弾性率は常温の値の３倍以上に増加し、ＥＰゴムの弾性が失われていく。

エポキシ樹脂の線膨張係数は、ガラス転移温度以下では、一般的に３．０〜４．０×１０^−５／Kであり低温領域でも大きく変わらない。一方、ＥＰゴムの線膨張係数は、常温で４．１×１０^−４／K、−３０℃で２．５１×１０^−４／K、−４０℃で２．０７^−４／K、−５０℃で１．４０×１０^−４／Kである。すなわち、ＥＰゴムの線膨張係数は、常温から−３０℃以下の低温領域に至るまで下降傾向を示すものの、この低温領域に至るまでは、エポキシ樹脂の線膨張係数よりも常に一桁大きい。したがって、ＥＰゴム製部材がエポキシ樹脂製部材を外側から締め付けるような構造では、温度収縮によってＥＰゴム／エポキシ界面に隙間を生じることはない。

また、ＥＰゴムの−３０〜−５０℃での低温圧縮永久歪は、解放してから１時間経過後において６０％であるが、温度収縮によるＥＰゴム／エポキシ樹脂界面の隙間を生じないことから、ＥＰ／エポキシ界面の絶縁性能は維持される。

以上より、ＥＰゴム製部材がエポキシ樹脂製部材を外側から締め付けるような構造では、環境温度の低下による絶縁性能の低下は生じず、ＥＰゴム／エポキシ樹脂界面の挙動を考慮する必要は殆どない。
＜ＥＰゴム／ＥＰゴム界面について＞
ケーブル接続部材は外側から冷えていくため、外側のゴム絶縁筒と内側のゴムスペーサの温度差が発生し、ゴム絶縁筒／ゴムスペーサ界面に圧力変動が生じる。

ケーブル接続部材の全体温度が環境温度に追従するまではゴムスペーサの温度はゴム絶縁筒より高く、ゴムスペーサの引張弾性率はゴム絶縁筒よりも低い。したがって、ゴムスペーサのゴム弾性はゴム絶縁筒のゴム弾性よりも高い状態にある。

このため、環境温度の変化によるゴム絶縁筒／ゴムスペーサ界面の圧力変動を弾性の高いゴムスペーサのゴム弾性で補うことができず、圧縮永久歪として残留する。

常温から−２０℃までの温度領域では、ＥＰゴムの引張弾性率は常温の値の３倍以下であり、ＥＰゴムは依然としてゴム弾性を有している。しかし、−２０℃以下になるとＥＰゴムの引張弾性率は急激に増大傾向を示し、常温の値の３倍以上となりゴム弾性を失っていく（図２）。また、ＥＰゴムの線膨張係数は、常温で４．１×１０^−４／K、−３０℃で２．５１×１０^−４／K、−４０℃で２．０７×１０^−４／K、−５０℃で１．４０×１０^−４／Kであり（図３）、常温の値から低温領域に至るまで下降傾向である。

環境温度が−３０℃から−５０℃程度まで低下していくと、外側のゴム絶縁筒がゴムスペーサと嵌合したまま硬くなり、寸法変動しない拘束状態となる。このとき、ゴムスペーサの温度はゴム絶縁筒よりも高く、ゴムスペーサの線膨張係数はゴム絶縁筒よりも大きいので、ゴム絶縁筒がゴム弾性を失って寸法変動の拘束状態になった時点では、温度変化による収縮量がゴム絶縁筒よりも大きいことになる。

その後、ゴムスペーサの温度も周囲温度に追従して下降していき、ゴム弾性を失って寸法変動の拘束状態となっていく。この温度変化の過程において、ゴム絶縁筒が最初に寸法変動の拘束状態になった時点のゴムスペーサの収縮寸法を当該ゴムスペーサの弾性で完全に補填できないまま、ゴムスペーサも硬くなりそのまま寸法変動の拘束状態に至る。

ここで対象としている接続部のＥＰゴム絶縁筒／ＥＰゴムスペーサの一般的な寸法は、例えば以下の通りである。
ＥＰゴムスペーサ肉厚：１０〜２０ｍｍ程度
ゴム絶縁筒／ＥＰゴムスペーサ界面嵌合半径：２０〜３０ｍｍ
一般に、ゴムスペーサはゴム絶縁筒の組立時に挿入されるため、嵌合状態でのゴム絶縁筒によるゴムスペーサの圧縮歪は５％程度である。

−２０℃以下の温度領域におけるゴムスペーサの圧縮永久歪が６０％に達することから（図４）、圧縮歪は５％から上記圧縮永久歪６０％を除いた４０％分に相当する２％程度まで低下する。この結果、界面の嵌合半径差は２０ｍｍ×０．０２＝０．４ｍｍとなる。更に温度が低下し、ゴムスペーサの引張弾性率も常温の３倍以上になってくると、弾性を失って、ゴム絶縁筒／ゴムスペーサ界面嵌合半径の位置でゴム絶縁筒と単に当接しただけの状態となる。

ここで、ゴム絶縁筒の温度が−５０℃でゴムスペーサの温度が−３０℃の場合は、温度差によるゴムスペーサの界面収縮が発生する。その場合のゴムスペーサの界面収縮寸法は、以下のように算出される。
［ゴムスペーサの界面収縮寸法］＝（２．５１−１．４０）×１０^−４[／K]×２０[deg]×（１０〜２０）[ｍｍ]（ゴム絶縁筒／ゴムスペーサの界面嵌合半径）＝０．０２２〜 ０．０４４[ｍｍ]
したがって、ゴムスペーサは、温度低下による剛性化で当接しただけの上記界面の嵌合半径位置から０．０２２〜０．０４４ｍｍ収縮する。この結果この界面に隙間が生じることになる。

すなわち、常温において挿入限界の１ｍｍ程度の嵌合径差を示すゴムスペーサの温度が、ＥＰゴムの引張弾性率が常温の値から急激に増加する温度領域まで低下することにより、ＥＰゴムが硬くなることと温度収縮に起因して界面に隙間を生じる可能性がある。

ＥＰゴムの引張弾性率が常温の３倍以上となる温度よりも低い温度領域において、ゴム絶縁筒／ゴムスペーサの界面では締め付け圧力は０となり、界面には隙間が発生し、電気的なストレスの高い部分で部分放電が発生し、やがて放電劣化により絶縁破壊を起こす。
＜ＥＰゴム／シリコーンゴム界面について＞
ゴムスペーサがシリコーンゴムで構成され、引張弾性率が常温の値の３倍以上に増加するときのシリコーンゴムの温度が−７０℃である場合について説明する。
シリコーンゴム製ゴムスペーサ肉厚：１０〜２０ｍｍ程度
ゴム絶縁筒／ゴムスペーサ界面嵌合半径：２０〜３０ｍｍ
一般に、ゴムスペーサは施工時にゴム絶縁筒に圧縮挿入されるが、嵌合状態でのゴム絶縁筒によるシリコーンゴム製スペーサの圧縮歪は、１０％程度である。

−３０℃以下でのシリコーンゴム製スペーサの圧縮永久歪が１５〜３５％に達することから（図４）、−３０℃以下でのゴムスペーサの圧縮歪みは、常温での値である１０％から上記圧縮永久歪１５〜３５％を除いた８５％〜６５％分に相当する８．５〜６．５％程度まで低下する。しかし、ＥＰゴム製スペーサの場合と異なり、シリコーンゴム製スペーサは弾性を失わないので、この圧縮歪８．５〜６．５％程度が締め付け半径差として機能している。

ここで、ゴム絶縁筒の温度が−５０℃でゴムスペーサの温度が−３０℃の場合は、温度差による寸法収縮が発生する。

一方、シリコーンゴムの線膨張係数は、常温で３．４×１０^−４／Kで、−３０℃で３．４×１０^−４／K、−５０℃で６．８×１０^−４／Kであり、−２０℃以下で急激に増大する。

例えば、ゴム絶縁筒の温度が−５０℃でゴムスペーサの温度が−３０℃の場合、ゴムスペーサの界面収縮寸法は以下のように算出される。

[ゴムスペーサの界面収縮寸法]＝（６．８−１．４）×１０^−４[／K]×２０[deg]×（２０〜３０）[ｍｍ]＝０．２２〜０．３３[ｍｍ]
この時点でゴムスペーサは常温時と同等の高い弾性を有しており、前記の８．５％〜６．５％程度の締め付け半径差で補うことが可能である。このため、遅れることなくこの寸法変動が補填される。したがって、ＥＰゴム／シリコーンゴムの界面には隙間が発生しない。

ゴムスペーサの温度が周囲温度に追従するまでにゴム絶縁筒が硬くなって寸法変動が拘束状態となっても、ゴムスペーサの弾性により過渡的な収縮による寸法変動を吸収できる。これに加えて、ゴムスペーサが周囲温度に追従すると、温度差により発生した寸法変動は消滅する。ゴムスペーサは弾性を有しており、これによりゴム絶縁筒／ゴムスペーサ界面の良好な絶縁性能が維持される。

シリコーンゴムの引張弾性率は、引張弾性率が常温の３倍以上となる温度領域（−５０℃以下の温度領域）では、ＥＰゴムの引張弾性率と同様に、急激に増大する傾向を示す。したがって、ゴム絶縁筒１０の引張弾性率の値が常温での引張弾性率の値の３倍以上に増加する温度（約−５０℃以下）において、当該温度におけるゴムスペーサ１５の引張弾性率の値が常温での引張弾性率の値（約２ＭＰａ）の３倍未満であれば、ゴム絶縁筒／ゴムスペーサ界面の良好な絶縁性能が維持される。このとき、図２に示すように、ゴムスペーサ１５の常温での引張弾性率（約２ＭＰａ）に対して３倍以上の値（約６ＭＰａ）に増加するときの温度（約−６５℃）（第１の温度）は、ゴム絶縁筒１０の常温での引張弾性率（約６ＭＰａ）に対して３倍以上に増加する温度（約−３０℃）（第２の温度）より１０℃以上低い（図２）。上述したように、シリコーンゴムは、常温から−５０℃までの引張弾性率の増加量が小さいため、環境温度が−５０℃であるときでも硬くなる傾向を示さず、常温でのゴム弾性と同等のゴム弾性を有する。よって、ゴムスペーサの内側の温度がゴム絶縁筒の温度に追従して低下するまで、ゴム絶縁筒とゴムスペーサとの界面に隙間が発生せず、絶縁破壊が起こらない。また、ゴム絶縁筒にＥＰゴムを使用し、スペーサのみにシリコーンゴムを使用するため、機械的損傷を受け難く、また、降雪・降雨時などの多湿条件下でも高い絶縁性能が維持される。

また、シリコーンゴムは弾性が高いため、ゴムスペーサとゴム絶縁筒との嵌合径差を３ｍｍ程度まで大きくすることが可能である。このとき、ゴムスペーサをゴム絶縁筒に挿入する際の作業性が損なわることはない。これにより、低温領域における高い絶縁性能を容易に且つ確実に実現することができる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、ゴム絶縁筒１０とケーブル２０の端部との間にゴムスペーサ１５が挿入されるので、外径の異なる数種類のケーブルを用いる場合であってもゴム絶縁筒１０とケーブルとの嵌合径差を容易に埋めることができる。また、ゴム絶縁筒１０の引張弾性率の値が常温での引張弾性率の値の３倍以上に増加する温度（約−３０℃以下）において、当該温度におけるゴムスペーサ１５の引張弾性率の値が常温での引張弾性率の値（約２ＭＰａ）の３倍未満であれば、ゴムスペーサ１５とゴム絶縁筒１０との間に隙間が発生せず、絶縁破壊が起こることがない。これにより、ゴム絶縁筒１０の機械的強度を低下させることなく、−３０〜−６０℃の低温領域でも高い絶縁性能を維持することができる。

また、本実施の形態によれば、外径が異なる数種類のケーブルに対して共通のゴム絶縁筒を利用することができると共に、ゴムスペーサ１５のみをシリコーンゴムで作製すればよいので、安価且つ簡単な構成で、高い絶縁性能を維持することができる。加えて、施工時にゴムスペーサ１５をゴム絶縁筒１０に差込挿入するだけで高い絶縁性能を維持することができるので、施工時におけるケーブル接続部材の組立作業性を向上させることができる。

さらに、本実施の形態によれば、ゴム絶縁筒１０はＥＰゴムを主成分とする組成物、好ましくはエチレン・プロピレン共重合体又は第三成分を含む三元共重合体を主成分とするゴム組成物から成り、ゴムスペーサ１５はシリコーンゴムを主成分とする組成物から成るので、上記効果を確実に奏することができる。

尚、本実施の形態では、ゴムスペーサ１５は、シリコーンゴムを主成分とする組成物から成るが、これに限るものではない。ゴム絶縁筒の引張弾性率の値が常温での引張弾性率の値の３倍以上に増加する温度において、当該温度におけるゴムスペーサの引張弾性率の値が常温での引張弾性率の値の３倍未満であれば、絶縁筒及びゴムスペーサは他の材料を主成分とする組成物から成るものであってもよい。

図５は、図１の寒冷地用ケーブル接続部材１の変形例を示す図である。図５に示す寒冷地用ケーブル接続部材は機器直結型（Ｉ型）ケーブル接続部材であり、その構成が図１の機器直結型（Ｔ字型）ケーブル接続部材と基本的に同じであるため、対応する要素の説明を省略する。

図５において、寒冷地用ケーブル接続部材５０は、ゴム絶縁筒５１と、ゴム絶縁筒５１内に配され、後述するゴムスペーサの端部を収容する内部半導電層５２と、ゴム絶縁筒５１とケーブル２０の端部との間に挿入されるゴムスペーサ５３とを備える。この機器直結型（Ｉ型）ケーブル接続部材では、ゴムスペーサ５３の外径がゴム絶縁筒５１の内径以上となるように設計される。このため、取付け時には、ゴムスペーサ５３及び／又はゴム絶縁筒５１のゴム弾性により、ゴムスペーサ５３とゴム絶縁筒５１の界面が所定の面圧で保持され、これにより絶縁特性が確保される。

図６は、図１の寒冷地用ケーブル接続部材１の他の変形例を示す図である。図６に示す寒冷地用ケーブル接続部材は、電力ケーブルの端部同士を接続するために使用される直線型ケーブル接続部材であり、その構成が図１の機器直結型（Ｔ字型）ケーブル接続部材と基本的に同じであるため、対応する要素の説明を省略する。

図６に示すように、寒冷地用ケーブル接続部材６０は、ゴム絶縁筒６１と、ゴム絶縁筒６１内に配され、後述するゴムスペーサの端部を収容する内部半導電層６２と、ゴム絶縁筒６１とケーブル２０との間に挿入されるゴムスペーサ６３とを備える。ゴムスペーサ６３の両端部には２本のケーブル２０が挿入され、該２本のケーブルの導体が、ゴムスペーサ６３の中心に配された圧縮スリーブ６４を介して互いに接続される。また、寒冷地用ケーブル接続部材６０は、内部半導電層６２内において２つのゴムスペーサ間に嵌挿され、内部に圧縮スリーブ６４を収容する半導電ゴム製スリーブカバー６５を備えている。この直線型ケーブル接続部材では、ゴムスペーサ６３の外径がゴム絶縁筒６１の内径以上となるように設計される。このため、取付け時には、ゴムスペーサ６３及び／又はゴム絶縁筒６１のゴム弾性により、ゴムスペーサ６３とゴム絶縁筒６１の界面が所定の面圧で保持され、これにより絶縁特性が確保される。

図７は、図１の寒冷地用ケーブル接続部材１の他の変形例を示す断面図である。図７に示す寒冷地用ケーブル接続部材は、その構成が図１の機器直結型（Ｔ字型）ケーブル接続部材と基本的に同じであるため、対応する要素の説明を省略する。

図７において、寒冷地用ケーブル接続部材７０は、ゴム絶縁筒１０のスペーサ収容側表面に巻かれた加硫ゴムテープ７１と、加硫ゴムテープ７１上に巻かれた保護テープ７２とを備える。加硫ゴムテープ７１はクロロプレンゴムあるいはＥＰゴムなどを主成分とする材料から成り、保護テープ７２は、ポリ塩化ビニルを主成分とする材料から成る。

加硫ゴムテープ７１は、断面図において、ゴム絶縁筒１０のスペーサ収容側端部から内部半導電層１０１と重なる位置に亘ってゴム絶縁筒１０の外周面に巻かれている。加硫ゴムテープ７１は、粘着層を有しておらず、ゴム絶縁筒１０上に１〜２回巻いた状態で固定される。加硫ゴムテープ７１は、常温での引張弾性率がゴム絶縁筒１０の常温での引張弾性率よりも大きい材料から成る。また、ゴム絶縁筒１０の引張弾性率が常温でのゴム絶縁筒１０の引張弾性率の３倍以上に増加する温度において、当該温度での加硫ゴムテープ７１の引張弾性率が、常温での加硫ゴムテープ７１の引張弾性率の３倍未満である。

加硫ゴムテープ７１の材質にはクロロプレンゴム、ＥＰゴムなどを用いることができるが、これに限定されるものではない。

保護テープ７２は、断面図において、ケーブル２０の端部から加硫ゴムテープ７１の端部に亘って巻かれる。保護テープ７２は、その一方の面に接着層を有しており、加硫ゴムテープ７１を完全に覆った状態で固定される。保護テープ７２は、塩化ビニルを主成分とする材料からなるが、これに限定されるものではない。

本変形例によれば、ゴム絶縁筒１０の引張弾性率が常温でのゴム絶縁筒１０の引張弾性率の３倍以上に増加する温度において、当該温度での加硫ゴムテープ７１の引張弾性率が、常温での加硫ゴムテープ７１の引張弾性率の３倍未満である。シリコーンゴムはエチレン・プロピレンゴムに比して機械的強度が低いため、該シリコーンゴムを有効に保護し、吸水防止性を高めることができる。加えて、低温でも加硫ゴムテープ７１の機械的保護機能が高いため、ゴムスペーサ１５の低温柔軟性と合わせて、ケーブル接続部の高い低温電気特性を維持することができる。

尚、本変形例では、保護テープ７２は接着層を有しているが、これに限るものではなく、粘着層を有していてもよい。

また、本変形例では、寒冷地用ケーブル接続部材７０は、ゴム絶縁筒１０のスペーサ収容側表面に巻かれた加硫ゴムテープ７１を備えるが、これに限るものではなく、ゴム絶縁筒１０のスペーサ収容側表面に形成される加硫ゴム層を備えていても良い。また、寒冷地用ケーブル接続部材７０は、加硫ゴムテープ７１上に巻かれた保護テープ７２を備えるが、これに限るものではなく、加硫ゴムテープ７１上に形成される保護層を備えていても良い。

以下、本発明の実施例を説明する。本発明者は、低温環境下におけるケーブル接続部材の絶縁特性を研究した。

先ず、ＥＰゴムを主成分とする組成物でゴム絶縁筒を、シリコーンゴムを主成分とする組成物でゴムスペーサを夫々作製し、該ＥＰゴム製絶縁筒及びシリコーンゴム製スペーサを用いて、図７に示すようなケーブル接続部材を作製した。その後、表１に示すようなＩ〜IVの試験種別にて環境温度を２０℃から−５０℃まで変化させてケーブル接続部材の絶縁特性を評価した。その評価結果を表２に示す。

本実施例では、ＥＰゴムを主成分とする組成物で絶縁筒を、シリコーンゴムを主成分とする組成物でスペーサを夫々作製すると、外径が異なる数種類のケーブルに対して共通の絶縁筒を適用することができると共に、機械的強度を低下させることなく、環境温度の低い寒冷地でも高い絶縁性能を維持できることが分かった。

１ 寒冷地用ケーブル接続部材
１０ ゴム絶縁筒
１１ 絶縁栓
１２ スタッドボルト
１３ スペーサ収容部
１３ａ，１５ｂ 内周面
１３ｂ 孔
１５ ゴムスペーサ
１５ａ 外周面
１６ ブッシング
２０ ケーブル
２１ 導体
２２ａ 外周面
３０ 圧縮端子

Claims (9)

1. ケーブルの端部を収容すると共に前記ケーブルとの電気的な絶縁を補強するゴム絶縁筒と、前記ゴム絶縁筒と前記ケーブルの端部との間に挿入されるゴムスペーサとを備え、
   前記ゴム絶縁筒の引張弾性率が常温での前記ゴム絶縁筒の引張弾性率の３倍以上に増加する温度において、当該温度でのゴムスペーサの引張弾性率が、常温での前記ゴムスペーサの引張弾性率の３倍未満であることを特徴とする寒冷地用ケーブル接続部材。
2. ケーブルの端部を収容すると共に前記ケーブルとの電気的な絶縁を補強するゴム絶縁筒と、前記ゴム絶縁筒と前記ケーブルの端部との間に挿入されるゴムスペーサと、
   前記ゴム絶縁筒のスペーサ収容側表面に形成される加硫ゴム層と、前記加硫ゴム層上に形成される保護層とを備え、
   前記ゴム絶縁筒の引張弾性率が常温での前記ゴム絶縁筒の引張弾性率の３倍以上に増加する温度において、
   当該温度でのゴムスペーサの引張弾性率が、常温での前記ゴムスペーサの引張弾性率の３倍未満であり、かつ、
   当該温度での加硫ゴム層の引張弾性率が、常温での前記加硫ゴム層の引張弾性率の３倍未満であることを特徴とする寒冷地用ケーブル接続部材。
3. 前記ゴム絶縁筒はエチレン・プロピレンゴムを主成分とする組成物から成り、
   前記ゴムスペーサはシリコーンゴムを主成分とする組成物から成ることを特徴とする請求項１又は２記載の寒冷地用ケーブル接続部材。
4. 前記ゴム絶縁筒は、エチレン・プロピレン共重合体又は第三成分を含む三元共重合体であるゴム組成物から成ることを特徴とする請求項３記載の寒冷地用ケーブル接続部材。
5. 前記ゴムスペーサは、前記ゴム絶縁筒に設けられ前記ゴムスペーサが挿入されるスペーサ収容部の内周面と当接する外周面を有し、
   前記ゴムスペーサの外径が、前記ゴムスペーサが挿入されるスペーサ収容部の内径以上であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の寒冷地用ケーブル接続部材。
6. 前記ゴム絶縁筒は、前記ゴムスペーサが収容されるスペーサ収容部の内周面に形成された内部半導電層を有し、前記内部半導電層は、前記ゴムスペーサの外周面と当接することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の寒冷地用ケーブル接続部材。
7. 前記ゴムスペーサは、前記ケーブルの絶縁被覆の端面と当接する最奥面を有し、
   前記最奥面には前記ケーブルの導体が挿通される導体用孔部が設けられることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の寒冷地用ケーブル接続部材。
8. ケーブルの端部を機器に接続するための機器直結型接続部材であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の寒冷地用ケーブル接続部材。
9. ケーブルの端部同士を接続するための直線型接続部材であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の寒冷地用ケーブル接続部材。

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