JP5926664B2 - ケーブル接続部 - Google Patents

Description

本発明は、ケーブル端末とブッシングとの間にストレスコーンが配置され、このストレスコーンによってケーブル端末における電界を緩和する、ケーブル接続部に関する。

従来、この種のケーブル接続部として、例えば特許文献１で開示されたものがある。特許文献１にも開示されているように、この種のケーブル接続部においては、ブッシングに形成された受容口にケーブル端末が挿入され、このケーブル端末がブッシングに設けられた内部導体と電気的に接続される。また、ブッシングの受容口内に挿入されたケーブル端末の外周面と、受容口の内周面との間には、ストレスコーンが配置される。

ストレスコーンは、スプリング等で構成された押圧装置によってブッシングの先端方向（ケーブル端末のブッシングへの挿入方向と言ってもよい）に押圧される。これにより、ストレスコーンは、ケーブル端末の外周面、及び、ブッシングの内周面に密着する。

ここで、ケーブル端末におけるストレスコーンの絶縁体部が密着する部分は架橋ポリエチレン等のケーブル絶縁体により形成されており、ブッシングにおけるストレスコーンが密着する部分はエポキシ樹脂等から成る硬質の絶縁体で形成されている。また、ストレスコーンは、絶縁体部と半導電体部とからなり、シリコーンゴムやエチレンプロピレンゴム等の材料が使用される。

ストレスコーンがケーブル端末の外周面及びブッシングの内周面に密着することにより、電気的な絶縁耐力が高められ、その結果、ケーブル端末における電界が緩和される。

特開２００９−２９１０３３号公報

ところで、ストレスコーンは、電気的な絶縁性能を確保し、ケーブル端末及びブッシングとの密着性を高めるために、上述したようなシリコーンゴムやエチレンプロピレンゴム等の材料が使用される。通常、ストレスコーン及び押圧装置を備える所謂プレハブ型のケーブル接続部においては、ケーブル端末におけるケーブル絶縁体とストレスコーンとの界面、及び、ブッシングとストレスコーンとの界面、それぞれについて所定の界面圧力を確保するために、押圧装置によりストレスコーンに押し圧力を加えている。

しかしながら、使用するゴム材料の特性やストレスコーンの形状によっては、押圧装置によってストレスコーンに押し圧力を加えたときに、ストレスコーンが座屈するおそれがある。ストレスコーンが座屈すると、ストレスコーンとケーブル絶縁体との界面において面圧が低下する部分が生じ、最悪の場合、ストレスコーンとケーブル絶縁体との間に部分放電発生の原因となり得る隙間が生じる。この結果、ストレスコーンによる電界緩和能力が低下する。

本発明は、以上の点を考慮してなされたものであり、ストレスコーンの座屈に起因する電界緩和能力の低下を抑制できるケーブル接続部を提供することを目的とする。

本発明のケーブル接続部の一つの態様は、ブッシングと、前記ブッシングの受容口内に装着されるケーブル端末と、前記ケーブル端末の外周面と前記受容口の内周面との間に配置され、絶縁部と半導電部からなるゴム状弾性を有するストレスコーンと、前記ストレスコーンを前記ブッシングの先端方向に押圧する押圧装置と、を有するケーブル接続部であって、前記押圧装置は、前記ストレスコーンに当接して前記ストレスコーンを先端方向に押圧する押圧面が形成された環状の押し金具を備え、前記ストレスコーンには、前記押圧面の最も内径側の位置と対向する位置に、リング状の溝が形成されている。

本発明によれば、ストレスコーンを押圧装置にて押圧する場合でも、ストレスコーンの内径側に形成されたリング状の溝が、ケーブル端末との界面における面圧緩衝部として機能するので、ケーブル端末との界面近傍におけるストレスコーンの座屈を抑制できる。この結果、ケーブル端末とストレスコーンとの界面に安定した面圧が付与され、ストレスコーンの電界緩和能力の低下を抑制できる。

実施の形態のケーブル接続部の全体構成を示す部分断面図 ストレスコーンに形成された溝の近傍を拡大して示した断面図 実施の形態の溝の説明に供する断面図 比較例の溝を示す断面図 ストレスコーンの絶縁部と半導電部の他の配置例を示す断面図 ストレスコーンの絶縁部と半導電部の他の配置例を示す断面図 ケーブル接続部の他の形態を示す断面図

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。

［１］ケーブル接続部の全体構成
図１に、本発明の実施の形態に係るケーブル接続部の全体構成を示す。図１は、ブッシングの右側部分を破断して示す部分断面図である。図中下側を後端側又は後端方向と呼び、図中上側を先端側又は先端方向と呼ぶことにする。

ケーブル接続部１００は、ブッシング２と、ケーブル端末３と、ストレスコーン４と、押圧装置５と、を有する。ケーブル接続部１００は、ブッシング２にストレスコーン４を押圧装置５にて押し付ける、所謂「プレハブ型のケーブル接続部」である。ここでは、ケーブル接続部１００を、ブッシング２を機器ケース１に取り付けて使用するガス中終端接続部に適用した場合について説明する。

ブッシング２は、先端部が機器ケ−ス１内に位置し、後端部が機器ケ−ス１の開口部１１の周縁部に開口部１１を閉塞するように気密に取り付けられる。なお、機器ケース１は、開閉器や変圧器等の電力用機器（不図示）を気密に収容するものである。

ケーブル端末３は、ブッシング２内に装着される。ストレスコーン４は、ブッシング２内において、ケーブル端末３の外周面とブッシング２の受容口２４の内周面との間に配置されて、ブッシング２に装着される。押圧装置５は、ケーブル端末３に装着されるストレスコーン４をブッシング２の先端方向に向けて押圧する。

ブッシング２は、先端部に設けられた円筒状の頭部２１と、頭部２１の後端部側に設けられた湾曲凸面形状の湾曲部２２と、径方向外方に向けて突出するように設けられたフランジ部（以下「ブッシングフランジ部」という）２３と、を有する。また、ブッシング２の内部には、先端方向に向かって縮径するテーパ状の受容口２４が設けられている。受容口２４は、ブッシング２と同心状でかつ後述する導体挿入孔６４と連通する形状とされている。

また、図１の例の場合、ブッシングフランジ部２３の後端部側には、ブッシングフランジ部の強度を向上し、かつ、沿面距離を長くとるための環状の突起部２５が設けられている。

ブッシング２は、エポキシ樹脂等の硬質の絶縁体から成り、内部導体６と共にモールドにより一体的に形成されている。内部導体６は、導体引出部６１と、首部６２と、円筒状部６３と、を有する。導体引出部６１は、ブッシング２の頭部２１の先端部から突出するように設けられている。円筒状部６３は、導体引出部６１の後端部側に首部６２を介して連設され、ブッシング２の頭部２１から湾曲部２２にかけての内部にブッシング２と同心状に埋設されている。円筒状部６３内には、円筒状部６３の後端部から首部６２近傍に亘って導体挿入孔６４が設けられている。また、円筒状部６３の先端側には、チューリップコンタクト等の導体接続部（不図示）が設けられており、この導体接続部にケーブル導体に圧縮された接続端子７が接続される。

ケーブル端末３は、例えばＣＶケーブルの端部を段剥処理して露出させて形成されており、ケーブル導体と、ケーブル絶縁体３１と、外部半導電層３２と、を有する。ケーブル絶縁体３１は、ＣＶケーブルの場合は架橋ポリエチレンで形成される。ケーブル絶縁体３１及び外部半導電層３２の外周には、ストレスコーン４が装着されている。外部半導電層３２は、ストレスコーン４組立後に必要な電気特性が得られるように形成されればよい。また、段剥ぎされたケーブル絶縁体３１と外部半導電層３２の先端部に跨るように半導電性自己融着性のテープ（ＡＣＰテープ等）を巻回することで処理されたモールド半導電層を形成してもよい。

ストレスコーン４は、絶縁部４１と、絶縁部４１の後端側に設けられ絶縁部４１と一体的にモールドされた半導電部４２とからなり、全体として紡錘形状である。半導電部４２では、先端側の絶縁部４１との連設部がベルマウス状に湾曲している。ストレスコーン４の絶縁部４１の外周には、受容口２４の内周面に沿った先細り状のテーパ部が形成されている。ストレスコーン４は、シリコーンゴムやエチレンプロピレンゴム（ＥＰゴム）等の材料から成り、ゴム状弾性を有する。

かかる構成に加えて、ストレスコーン４には、リング状の溝４３が形成されている。この溝４３の形状及び作用効果については、後で詳しく説明する。

押圧装置５は、環状の押し金具５１と、環状の押し金具フランジ部５２と、コイル状のスプリング５３と、を有する。

押し金具５１は、押圧装置５の先端側に配設される。押し金具５１には、ストレスコーン４に当接してストレスコーン４を先端方向に押圧する押圧面５１ａが形成されている。具体的には、押圧面５１ａは、ストレスコーン４の半導電部４２のコーン状の外周面に当接されるラッパ状の開口部である。

押し金具フランジ部５２は、断面がＬ字状であり、押し金具５１の外周側及び後端側を囲むように配設されている。なお、押し金具フランジ部５２とブッシングフランジ部２３との間には、Ｏリング５４が配設されている。

スプリング５３は、押し金具５１の後端部側に円周方向に沿って等間隔で形成された複数のスプリング挿入孔５１ｂのそれぞれに装着されている。因みに、押し金具５１、押し金具フランジ部５２及びスプリング５３は予め図に示すように一体に組み立てられている。

次に、機器ケース１へのブッシング２の取り付け構造について説明する。機器ケース１とブッシングフランジ部２３は、Ｏリング１２を介して当接されている。ブッシングフランジ部２３の後端部側には、環状の押え金具９が配設されている。環状の押え金具９には、円周方向に沿って等間隔で複数個（例えば１２個）のボルト挿通孔９１が形成されている。そして、各ボルト挿通孔９１に挿通されたボルトＶ１の先端部が機器ケース１に螺着されることで、ブッシング２（ブッシングフランジ部２３）が機器ケース１に気密に固定される。

次に、ブッシング２への押圧装置５の取り付け構造について説明する。押し金具フランジ部５２には、円周方向に沿って等間隔で複数個（例えば６個）のボルト挿通孔（不図示）が形成されており、このボルト挿通孔には、ボルトＶ２（図２）が挿通されている。ボルトＶ２の先端部は、ブッシングフランジ部２３に埋設された埋込金具２６（図２）の螺孔に螺着する。これにより、ボルトＶ２を回動すれば、ボルトＶ２の螺進により、押し金具フランジ部５２がブッシング２側に向けて進入し、その結果、各スプリング５３がブッシング２側に向けて押圧され、各スプリング５３に軸方向のバネ力が付与される。これにより、ストレスコーン４がケーブル端末３の外周面及び受容口２４の内周面に押し付けられ、その結果、受容口２４の内周壁とストレスコーン４のテーパ部との間の界面の絶縁性能、及び、ケーブル端末３（特にケーブル絶縁体３１）とストレスコーン４との界面の絶縁性能が確保される。

ブッシング２に押圧装置５が取り付けられた後に、予めケーブル端末３側に嵌挿されたアルミニウム合金金物等から成るケーブル保護金具８が所定位置に戻され、ケーブル保護金具８の先端部に形成されたフランジ部８１が押し金具フランジ部５２の後端面に当接する。この状態で、押し金具フランジ部５２とケーブル保護金具８とが、ボルトＶ３（図２）により締結される。

なお、図１中、符号４４はストレスコーン４の先端部に配設された環状のストッパー、ＴはＣＶケーブルのシースとケーブル保護金具８間に跨って巻回された防食層、９２はナットを示している。

［２］ストレスコーン
本実施の形態のストレスコーン４には、上述したように、リング状の溝４３が形成されている。図２は、溝４３の構成を分かり易くするために、溝４３の近傍を拡大して示した断面図である。なお、図３Ａは、溝４３の近傍をさらに拡大して示した断面図である。

溝４３は、ストレスコーン４における押し金具５１の押圧面５１ａに対向する面４ａ（図３Ａ参照）のうち、押し金具５１の押圧面５１ａの最も内径側の位置Ｃ１と対向する位置に形成され、この位置Ｃ１から内径方向及び外径方向に所定の幅をもって、先端方向に延長するように形成されている。溝４３の径方向の幅及び先端方向への長さは、例えばストレスコーンの形状や硬度に応じて、適宜選定すればよい。

次に、ストレスコーン４に溝４３を形成したことによる、作用及び効果について説明する。

押し金具５１は、スプリング５３により先端方向に付勢される。すると、ストレスコーン４は、押し金具５１の押圧面５１ａによって押圧される。実施の形態の場合、押圧面５１ａは、先端方向から中心方向に傾いたテーパ形状とされているので、ストレスコーン４には、それに応じて、先端方向から中心方向に傾いた押圧力が与えられる。この結果、仮に本実施の形態のような溝４３が形成されていない場合には、ストレスコーン４は、ケーブル絶縁体３１との界面において座屈し易くなる。

しかしながら、本実施の形態においては、押し金具５１の押圧面５１ａの最も内径側の位置Ｃ１と対向する位置にリング状の溝が形成されているので、押圧面５１ａからストレスコーン４に与えられた押圧力は、溝４３によって緩衝され、中心側に向かう圧力が分散される。これにより、ストレスコーン４はケーブル絶縁体３１との界面において座屈し難くなり、この界面において安定した面圧が付与される。この結果、ストレスコーン４の座屈に起因する電界緩和能力の低下を抑制できる。また、本実施の形態の構成によれば、押圧装置５の構成を変更することなく、ストレスコーン４の座屈を抑制できる効果がある。

また、溝４３は、断面がＵ字形のＵ字溝であり、先端がＲ形状とされていることが好ましい。ここでは、溝４３の断面において、先端の両端部がＲ形状（円弧状）とされている。これにより、溝４３の先端の両端部を角状に形成した場合と比較して、溝４３の先端への応力集中を回避でき、押圧力への緩衝能力を高めることができる。なお、溝４３の先端を全体的に円弧状に形成した場合も同様の効果が得られる。

また、本実施の形態の構成は、ストレスコーン４を形成するゴム材料のＪＩＳ−Ａ硬度が３０〜４５である場合に特に好適である。つまり、ストレスコーン４がこのような小さい硬度の場合、ストレスコーン４が座屈し易いので、本発明の溝４３がより有効となる。なお、ストレスコーン４の硬度はこれに限らない。

次に、図３を用いて、本発明に適用し得る溝４３のバリエーションについて説明する。なお、図３では、押し金具５１の押圧面５１ａと、溝４３の位置との関係のみを強調して示すために、図を簡略化してある。図３Ａは、上述した実施の形態の溝４３の位置を示したものである。図３Ｂ、図３Ｃは、溝４３のバリエーションである。

図３Ｂに示した溝４３は、図３Ａに示した溝４３よりも、押し金具５１の押圧面５１ａの最も内径側の位置Ｃ１と対向する位置が、溝４３の内径側寄りに形成されたものである。具体的には、図３Ａの溝４３の内径位置は、ストレスコーン４の後端部外周面４ｂと同一位置とされている（すなわち、溝４３の内周面の延長線上にストレスコーン４の後端部外周面４ｂがある）のに対して、図３Ｂの溝４３の内径位置は、後端部外周面４ｂよりも外径側の位置とされている。但し、図３Ｂの溝４３も図３Ａの溝４３と同様に、押圧面５１ａの最も内径側の位置Ｃ１を含んで形成されている。つまり、図３Ａ及び図３Ｂいずれの例においても、溝４３は、押し金具５１の押圧面５１ａの最も内径側の位置Ｃ１と対向する位置に形成されている。

このように、本発明では、押し金具５１の押圧面５１ａに当接するストレスコーン４の面が、溝４３よりも外周側の面４ａのみとされている。これにより、溝４３がストレスコーン４とケーブル絶縁体３１との界面における面圧緩衝部として機能するので、ケーブル絶縁体３１との界面近傍におけるストレスコーン４の座屈を抑制できる。この結果、ケーブル絶縁体３１とストレスコーン４との界面において安定した面圧が付与され、ストレスコーン４の電界緩和能力の低下を抑制できる。ちなみに、図３Ａの構成は、図３Ｂの構成と比較して、ストレスコーン４が溝４３よりも内側で押し金具５１によって押圧されるおそれがないので、より面圧緩衝部として好ましい。

図３Ｃは、押し金具５１の押圧面５１ａがブッシング２の軸方向と直交する場合における溝４３の構成例である。本発明は、図３Ａの構成例以外にも、図３Ｂ、図３Ｃの構成例も含む。

一方、図４は、比較例を示すもので、溝４３が押し金具５１の押圧面５１ａの最も内径側の位置Ｃ１よりも外径側に形成されている。この場合、ストレスコーンの面４ａのうち、溝４３よりも外径側の面に加えて、領域Ｌ１で示す溝４３よりも内径側の面が押し金具５１によって押圧されるので、溝４３の面圧緩衝効果が小さくなり、好ましくない。

［３］他の実施の形態
なお、上述した実施の形態では、本発明を、機器ケース１にブッシング２を取り付けるタイプのガス中終端接続部に適用した場合について述べたが、本発明はこれに限らず、油中終端接続部、気中終端接続部に適用してもよく、中間接続部（ジョイント）タイプのケーブル接続部に適用してもよい。すなわち、ブッシングにストレスコーンを押し付ける、所謂プレハブ型のケーブル接続部に本発明を適用すれば、上述したのと同様の効果を得ることができる。

また、ストレスコーン４における絶縁部４１と半導電部４２の配置は、上述した実施の形態の場合に限らない。図５及び図６は、絶縁部４１と半導電部４２の他の配置例を示す図である。図５及び図６においては、半導電部４２の配置を分かり易くするために、半導電部４２を斜線で示してある。図５及び図６に示すように、半導電部４２は、絶縁部４１との境界に加えて、押し金具５１が当接するストレスコーン４の面の少なくとも一部分に形成されていればよい。半導電部４２は、例えば、半導電塗料でもよい。

図５は、押し金具５１が対向する面に半導電塗料により半導電部４２を形成した例である。具体的には、外部半導電層３２の外周から先端方向にかけてベルマウス状に形成される部分は、半導電性ゴムにより形成されている。一方、押し金具５１が対向する面においては、ストレスコーン４の外径側から、押し金具５１が当接する面４ａ、溝４３、後端部外周面４ｂ、半導電ゴムで形成された半導電部４２の後端面にかけて半導電塗料が形成されており、半導電塗料は当該後端面に跨って形成されている。これにより、押し金具５１が外部半導電層３２に電気的に接続される。

図６は、押し金具５１が対向する面のうち、溝４３よりも外径側の面にのみ半導電部４２を形成した例である。具体的には、外部半導電層３２の外周から先端方向にかけてベルマウス状に形成される部分は、半導電性ゴムにより形成され、半導電性ゴム部分の外周部分の一部がストレスコーン４の外周に露出して形成される。そして、露出した半導電性ゴム部分（半導電部４２）の外周から、ストレスコーン４の後端側の押し金具５１が当接する面４ａにかけて、半導電塗料が塗布されており、半導電塗料は半導電ゴム部分に跨って形成されている。これにより、押し金具５１が外部半導電層３２に電気的に接続される。

当然、半導電部４２及び絶縁部４１の配置は、図５及び図６の例に限らない。いずれにしても、ストレスコーン４の押し金具５１が当接する面４ａの少なくとも一部が半導電性で、押し金具５１がケーブル端末３の外部半導電層３２と電気的に接続していればよい。なお、半導電とはケーブル接続部を構成するのに必要な導電率であればよく、導電率を限定するものではない。

また、実施の形態では、押圧装置５は、押し金具フランジ部５２でスプリング５３の後端側を押圧する構成としたが、これに限定されず、スプリングをシャフトに挿入するシャフト付きタイプの押圧装置でもよい。

また、ケーブル接続部１００において、押圧装置５はスプリング５３を用いずに押し付けるタイプでもよい。例えば、図７に示すように、電力用同軸ケーブルのケーブル端末３をブッシング２に装着する場合に本発明を適用できる。

図７において、電力用同軸ケーブルの外部絶縁体２０１から外部絶縁用外部半導電層２０２にわたる部位の外周面には、ストレスコーン４が装着される。ストレスコーン４の後端側には、押圧装置５としての押し金具フランジ５５が配置される。押圧装置５（ここでは押し金具フランジ５５）の先端面をブッシング２の後端面に当接させてボルトＶ４で固定することにより、ストレスコーン４がブッシング２の内周面に押圧された状態で固定される。なお、ストレスコーン４の先端部には環状のストッパー４４が配設される。

ストレスコーン４の内径は、電力用同軸ケーブルの外部絶縁体２０１の外径よりも小さく、ストレスコーン４と電力用同軸ケーブルとが径差により確実に密着するようになっている。ストレスコーン４は、先端側の絶縁部４１と後端側の半導電部４２を有する。絶縁部４１の外周は、ブッシング２の後端部に対応する形状（ここではテーパ形状）を有する。ストレスコーン４の半導電部４２の先端は、電界を緩和するために先端が断面円弧状のベルマウス形状を有する。

ストレスコーン４において、押圧装置５（押し金具フランジ５５）の押圧面５５ａの最も内径側の位置と対向する位置に、リング状の溝４３が形成される。押し金具フランジ５５の押圧面５５ａがブッシング２の軸方向と直交し、かつ、溝４３の内径位置は、ストレスコーン４の後端部外周面４ｂと同一位置とされている（すなわち、溝４３の内周面の延長線上にストレスコーン４の後端部外周面４ｂがある）ので、図７における溝４３の構成は図３Ｃの場合に相当する。

押し金具フランジ５５には、電力用同軸ケーブルのケーブル遮へい層２０３が接続される。ケーブル遮へい層２０３は、押し金具フランジ５５を介して接地電位に接続される。また、押し金具フランジ５５の後端側にはケーブル保護金具８が装着され、ケーブル保護金具８の後端部から電力用同軸ケーブルのケーブルシース２０４にかけて防食層Ｔが形成される。
なお、電力用同軸ケーブルの内部絶縁体から内部絶縁用外部半導電層にわたる部位（図７の先端側で省略されている部位）の外周面には、例えば図１に示す構成のストレスコーン４及び押圧装置５が装着される。

このように、本実施の形態により、溝４３がストレスコーン４とケーブル絶縁体（電力用同軸ケーブルの外部絶縁体２０１）との界面における面圧緩衝部として機能するので、ケーブル絶縁体（電力用同軸ケーブルの外部絶縁体２０１）との界面近傍におけるストレスコーン４の座屈を抑制できる。この結果、ケーブル絶縁体（電力用同軸ケーブルの外部絶縁体２０１）とストレスコーン４との界面において安定した面圧が付与され、ストレスコーン４の電界緩和能力の低下を抑制できる。

本発明のケーブル接続部は、ブッシングにストレスコーンを押し付ける、プレハブ型のケーブル接続部に好適である。

２ ブッシング
２４ 受容口
３ ケーブル端末
３１ ケーブル絶縁体
３２ 外部半導電層
４ ストレスコーン
４１ 絶縁部
４２ 半導電部
４３ 溝
４４ ストッパー
５ 押圧装置
５１ 押し金具
５１ａ 押圧面
５５ 押し金具フランジ
５５ａ 押圧面
６ 内部導体
１００ ケーブル接続部

Claims (4)

1. ブッシングと、
   前記ブッシングの受容口内に装着されるケーブル端末と、
   前記ケーブル端末の外周面と前記受容口の内周面との間に配置され、絶縁部と半導電部からなるゴム状弾性を有するストレスコーンと、
   前記ストレスコーンを前記ブッシングの先端方向に押圧する押圧装置と、
   を有するケーブル接続部であって、
   前記押圧装置は、前記ストレスコーンに当接して前記ストレスコーンを先端方向に押圧する押圧面が形成された環状の押し金具を備え、
   前記ストレスコーンには、前記押圧面の最も内径側の位置と対向する位置に、リング状の溝が形成されている、
   ケーブル接続部。
2. 前記溝は、先端がＲ形状のＵ字溝である、
   請求項１に記載のケーブル接続部。
3. 前記溝の内周面の延長線上に前記ストレスコーンの後端部外周面がある、
   請求項１又は請求項２に記載のケーブル接続部。
4. 前記ストレスコーンは、ゴム材料により形成され、
   前記ゴム材料のＪＩＳ−Ａ硬度が３０〜４５である、
   請求項１乃至請求項３に記載のケーブル接続部。

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