JP6014180B2 - ポリマー套管 - Google Patents

Description

本発明は、ポリマー套管に関し、特に、エポキシ樹脂等からなる絶縁筒とシリコーンゴム等からなるポリマー被覆体との界面に電界緩和層を備えるポリマー套管に関する。

近年、套管の軽量化、スリム化、縮小化、套管種類の共通化及び作業工程の簡略化などを図る観点から、エポキシ樹脂等からなる絶縁筒の外周面にシリコーンゴム等からなるポリマー被覆体を直接モールド成形した固体絶縁構造（完全乾式）のポリマー套管が実用化されている（例えば特許文献１〜４）。

ポリマー套管においては、電界が高くなるとポリマー套管の外表面においてコロナ放電が発生する。そして、コロナ放電が長期間に亘って生じた場合には、ポリマー被覆体が化学的な侵食を受けて、劣化（エロージョン）するおそれがある。コロナ放電の発生を防止するために、通常、ポリマー被覆体は、絶縁筒の外周を覆う胴部と、胴部の外周に長手方向に離間して形成される傘状の襞部と、を有する。

また、耐コロナ特性を一層向上させるために、特許文献１に記載のポリマー套管では、絶縁筒（絶縁体）とポリマー被覆体との界面に電界緩和層が配置されている。さらに、電界緩和層は、先端側に向かって厚みが厚く、かつ、内径が小さくなるように傾斜したテーパー部を有し、円弧面状に形成されている。特に、電界が集中する電界緩和層の先端部を、襞部の肉厚部に隣接する位置に配置した場合は、コロナ放電を低減するのに非常に有用である。特許文献２に記載の有機複合碍管（ポリマー套管）では、内部電極（内部導体）の上部先端部近傍（表面に最大電界が現れる部分）において、外被（ポリマー被覆体）の胴部及び傘部（襞部）の外径が、他の部位の外径よりも大きくなっている。

特開２０１２−７５２６６号公報 特開２００２−１５７９３２号公報 特開２００７−１８８７３５号公報 特開２００９−５５１４号公報

しかしながら、特許文献１に記載のポリマー套管においては、電界緩和層が、ポリマー套管の大径部から小径部にわたる軸方向に長い区間に設けられているため、電界緩和層の材料費が高価となる。また、電界緩和層のテーパー部から先端部は複雑な形状を有するため、ポリマー被覆体の小径部において絶縁筒の外径と電界緩和層の外径を一致させるのに、複雑な形状に対応する金型あるいは加工が必要であり、絶縁体を複雑な形状に仕上げるのに煩雑な作業が必要となる。
また、特許文献２に記載の有機複合碍管においては、大径化した部分に塩分が溜まりやすくなるため、ポリマー套管の耐汚損性能が低下する虞がある。

本発明の目的は、耐コロナ特性が向上し、さらなる高電圧化を図ることができるポリマー套管を提供することである。

本発明に係るポリマー套管は、中心に配置される棒状の内部導体と、
前記内部導体の外周に一体的に形成される硬質の絶縁筒と、
前記内部導体と同心状に前記絶縁筒に埋設される遮へい金具と、
前記絶縁筒の外周を覆う胴部と、前記胴部の外周に長手方向に離間して形成される複数の傘状の襞部とを有するポリマー被覆体と、
酸化亜鉛層又は比誘電率が１０以上の高誘電率層で構成され、前記絶縁筒と前記ポリマー被覆体との界面に沿って配置され、後端部が前記遮へい金具に接続される電界緩和層と、を備えるポリマー套管において、
前記胴部は、
均一な肉厚を有し、前記電界緩和層の先端部の位置よりも前記ポリマー套管の先端側及び後端側それぞれに配置される第１の胴部と、
少なくとも前記電界緩和層の先端部の外周の位置を含んで、前記ポリマー套管の先端側の前記第１の胴部の後端部から前記ポリマー套管の後端側の前記第１の胴部の先端部にかけて配置され、かつ、前記第１の胴部よりも肉厚の厚い第２の胴部と、
を有し、
前記第２の胴部の外周に設けられる前記襞部の外径は、前記第２の胴部に隣接する前記第１の胴部の外周に設けられる前記襞部の外径と同一であることを特徴とする。

本発明のポリマー套管によれば、電界が集中する電界緩和層の先端部近傍における気中表面（襞部表面）の電界を低減させたポリマー套管を提供することができる。したがって、ポリマー套管の耐コロナ特性が向上し、さらなる高電圧化を図ることができ、例えば定格電圧１５４ｋＶのような高電圧にも対応することができる。

第１の一実施の形態に係るポリマー套管の全体構成を示す部分断面図である。 第１の実施の形態の電界緩和層の先端部を拡大して示す図である。 第２の実施の形態に係るポリマー套管の全体構成を示す部分断面図である。 第２の実施の形態の電界緩和層の先端部を拡大して示す図である。 変形例に係るポリマー套管の全体構成を示す部分断面図である。

［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るポリマー套管の全体構成を示す部分断面図である。以下において、図中、上側を先端側、下側を後端側と称する。図１に示すポリマー套管１は、後端側に変圧器等の電力機器内に配置されるヘッド部Ｈを有する機器用ブッシングである。

図１に示すように、ポリマー套管１は、中心に配置される棒状の内部導体１０、内部導体１０の外周に設けられる絶縁筒２０、絶縁筒２０と一体的に形成される遮へい金具３０、絶縁筒２０の外周に設けられるポリマー被覆体４０、及び絶縁筒２０とポリマー被覆体４０の界面に配置される電界緩和層５０等を備える。

内部導体１０、絶縁筒２０、遮へい金具３０、ポリマー被覆体４０、及び電界緩和層５０は、モールド成型により一体的に形成される。具体的には、内部導体１０と遮へい金具３０とを金型にセットした状態で絶縁筒２０がモールド成型される。モールド成型後のものが電界緩和層成型用の金型にセットされ、後述するように絶縁筒２０の大径部２３の外周面に電界緩和層５０がモールド成型される。さらに、電界緩和層５０をモールド成型したものがポリマー被覆体用の金型にセットされ、絶縁筒２０及び電界緩和層５０の外周面にポリマー被覆体４０がモールド成型される。なお、ポリマー套管１において、課電時の電位は、内部導体１０が高電位、遮へい金具３０が接地電位となる。

内部導体１０は、例えば銅、アルミニウム、銅合金又はアルミニウム合金等からなる通電に適した導電性材料で構成される。ポリマー套管１では、内部導体１０の両端部（先端部１１及び後端部１２）は、絶縁筒２０から露出した状態とされる。内部導体１０の先端部１１は架空線や引き込み線（図示略）などに接続され、内部導体１０の後端部１２は電力機器内の高電圧導体に接続される。なお、図１の実施の形態では、内部導体１０の後端部１２は、コロナシールド付きの形状となっているが、棒状のままでもよい。

絶縁筒２０は、機械的強度の高い硬質プラスチック樹脂材料（例えばエポキシ樹脂やＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics）など）で構成される。絶縁筒２０は、先端側に直胴状に形成された小径部２１、小径部２１から後端側に向けて緩やかに拡径するテーパー部２２、テーパー部２２の後端側に直胴状に形成された大径部２３を有する。また、絶縁筒２０の後端部（大径部２３の後端側（遮へい金具３０のフランジ部３２より後端側）に連設される部分）は、電力機器内に配置されるヘッド部Ｈを構成する。

絶縁筒２０を全体的に大径化すると、ポリマー套管１の表面電位を容易に下げることができるが、ポリマー套管１に要求される耐震性、耐曲げ荷重性が低下する。絶縁筒２０を小径部２１、テーパー部２２、大径部２３からなる構造とすることで、電気的性能と、耐震性、曲げ荷重性の両立を図ることができる。

遮へい金具３０は、絶縁筒２０の大径部２３に内部導体１０と同心状に埋設される円筒部３１と、円筒部３１の後端から径方向外側に延出するフランジ部３２とを有する。円筒部３１は電界緩和機能を有し、ポリマー套管１の電界を緩和する。フランジ部３２を電力機器のケースＣに載置した状態でボルト等の接続部材（図示略）で接続することにより、ポリマー套管１は電力機器に気密に固定される。

ポリマー被覆体４０は、電気絶縁性能に優れる材料（例えばシリコーンポリマーなどの高分子材料）で構成される。ポリマー被覆体４０は、絶縁筒２０のヘッド部Ｈを除く部分（遮へい金具３０のフランジ部３２より先端側の部分）の外周を覆うように形成される。ポリマー被覆体４０は、絶縁筒の外周を覆う胴部４１と、胴部４１の外周に長手方向に離間して形成される複数の傘状の襞部４２とを有する。図１では、突出長の異なる（長いもの、短いもの）複数の傘状の襞部４２ａ、４２ｂが長手方向に離間して交互に形成されているが、襞部４２ａ、４２ｂの突出長は同じであってもよい。

電界緩和層５０は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）層又は高誘電率層で形成される。具体的には、例えば、電界緩和層６０は、樹脂材料に酸化亜鉛粉末を充填した酸化亜鉛層、又は、カーボンブラック等の導電性フィラーを充填したゴム等の比誘電率が１０以上の高誘電率層で構成される。電界緩和層５０は、絶縁筒２０の大径部２３の外周面にモールド成型により絶縁筒２０と一体的に形成される。すなわち、電界緩和層５０は、ポリマー套管１において、絶縁筒２０の大径部２３とポリマー被覆体４０との界面に沿って設けられる。

絶縁筒２０の大径部２３の長手方向の長さは、電界緩和層５０よりも長くなっており、本実施の形態では電界緩和層５０の２倍程度の長さとなっている。すなわち、電界緩和層５０は、絶縁筒２０の大径部２３に位置する。特許文献１に記載のポリマー套管に比較して電界緩和層５０の長さが短いので、電界緩和層５０の形成に必要な材料費を低減することができる。

電界緩和層５０の後端は、遮へい金具３０に電気的に接続される。電界緩和層５０は、絶縁筒２０の大径部２３の外周面に形成されるので、全体が同一径となる。大径部２３に電界緩和層５０を形成することにより電界分布が最適化されるので、ポリマー套管１の電気的性能が向上する。

図２は、ポリマー套管１における電界緩和層５０の先端部（図１の一点鎖線で囲んだ部分）を拡大して示す図である。図２に示すように、ポリマー套管１において、ポリマー被覆体４０の胴部４１は、薄肉部４１１（第１の胴部）と厚肉部４１２（第２の胴部）に区画される。薄肉部４１１は、ポリマー被覆体４０の大部分を占める肉厚が均一な部分である。厚肉部４１２は、薄肉部４１１よりも肉厚の厚い部分である。

厚肉部４１２は、電界緩和層５０の先端部５０ａの近傍に位置する。すなわち、胴部４１の少なくとも電界緩和層５０の先端部５０ａに位置する部分が厚肉部４１２となっている。

厚肉部４１２の胴部の外周に設けられる襞部４２２の外径は、厚肉部４１２に隣接する薄肉部４１１の外周に設けられる襞部４２１の外径と同一である。特許文献２のように電界が集中する部分を全体的に大径化するわけではないので、所望の耐汚損性能を確保することができる。

さらに、第１の実施の形態では、厚肉部４１２の外径は、厚肉部４１２に隣接する薄肉部４１１の外径よりも大径となっており、厚肉部４１２の内径は、厚肉部４１２に隣接する薄肉部４１１の内径と同一となっている。すなわち、ポリマー被覆体４０の胴部４１の一部が径方向外側に膨出することにより、厚肉部４１２が形成されている。これにより、必要最小限の設計変更により、厚肉部４１２を形成することができる。

厚肉部４１２の厚さは、好ましくは薄肉部４１１の厚さの約２〜３倍である。これにより、漏洩距離が短くなるのを抑制しつつ、効果的に気中表面の電界を低減させることができる。

このように、ポリマー套管１は、中心に配置される棒状の内部導体１０と、内部導体１０の外周に一体的に形成される硬質の絶縁筒２０と、内部導体１０と同心状に絶縁筒２０に埋設される遮へい金具３０と、絶縁筒２０の外周を覆う胴部４１と胴部４１の外周に長手方向に離間して形成される傘状の襞部４２とを有するポリマー被覆体４０と、酸化亜鉛層又は高誘電率層で構成され、絶縁筒２０とポリマー被覆体４０との界面に沿って配置され、後端部が遮へい金具３０に接続される電界緩和層５０と、を備える。ポリマー被覆体４０の胴部４１は、均一な肉厚を有する薄肉部４１１（第１の胴部）と、電界緩和層５０の先端部近傍に位置し、薄肉部４１１よりも肉厚の厚い厚肉部４１２（第２の胴部）とを有する。

ポリマー套管１によれば、少なくとも電界が集中しやすい電界緩和層５０の先端部５０ａに位置する部分のポリマー被覆体４０の胴部４１の肉厚が他の部分に比較して厚くなっているので、電界緩和層５０の先端部５０ａの近傍における気中表面（襞部表面）の電界を低減させることができる。したがって、耐コロナ特性が向上し、定格電圧１５４ｋＶのような高電圧にも必要以上に大径化することなく対応することができる。また、特許文献１に記載のポリマー套管に比較して電界緩和層５０の先端部５０ａの形状は複雑ではないので、電界緩和層５０を容易に形成することができる。

なお、実施の形態１に係るポリマー套管１では、胴部４１を径方向外側に膨出させて厚肉部４１３を形成するために漏洩距離が若干短くなるので、その分、ポリマー套管１の気中部を長くするのが好ましい。

［第２の実施の形態］
図３は、第２の実施の形態に係るポリマー套管２の全体構成を示す部分断面図である。図４は、ポリマー套管２における電界緩和層５０の先端部を拡大して示す図である。ポリマー套管２の基本的な構造は第１の実施の形態に係るポリマー套管１と同様であり、電界緩和層５０の先端部近傍の構造がポリマー套管１と異なる。

図４に示すように、ポリマー套管２において、ポリマー被覆体４０の胴部４１は、薄肉部４１１（第１の胴部）と厚肉部４１３（第２の胴部）に区画される。薄肉部４１１は、ポリマー被覆体４０の大部分を占める肉厚が均一な部分である。厚肉部４１３は、薄肉部４１１よりも肉厚の厚い部分である。

厚肉部４１３は、電界緩和層５０の先端部５０ａの近傍に位置する。すなわち、胴部４１の少なくとも電界緩和層５０の先端部５０ａに位置する部分が厚肉部４１３となっている。

厚肉部４１３の胴部の外周に設けられる襞部４２２の外径は、厚肉部４１３に隣接する薄肉部４１１の外周に設けられる襞部４２１の外径と同一である。特許文献２のように電界が集中する部分を全体的に大径化するわけではないので、所望の耐汚損性能を確保することができる。

さらに、第２の実施の形態では、厚肉部４１３の外径は、厚肉部４１３に隣接する薄肉部４１１の外径と同一となっており、厚肉部４１３の内径は、厚肉部４１３に隣接する薄肉部４１１の内径よりも小径となっている。すなわち、ポリマー被覆体４０の胴部４１の一部が径方向内側に膨出することにより、厚肉部４１３が形成されている。具体的には、厚肉部４１３は、後端側に隣接する薄肉部４１１に向かって徐々に肉薄となる傾斜部４１３ａを有する。これにより、必要最小限の設計変更により、厚肉部４１３を形成することができる。

厚肉部４１２の厚さは、好ましくは薄肉部４１１の厚さの約２〜３倍である。これにより、絶縁筒２０が細くなり機械的強度及び絶縁特性が低下するのを防止しつつ、効果的に気中表面の電界を低減させることができる。

このように、ポリマー套管２は、中心に配置される棒状の内部導体１０と、内部導体１０の外周に一体的に形成される硬質の絶縁筒２０と、内部導体１０と同心状に絶縁筒２０に埋設される遮へい金具３０と、絶縁筒２０の外周を覆う胴部４１と胴部４１の外周に長手方向に離間して形成される傘状の襞部４２とを有するポリマー被覆体４０と、酸化亜鉛層又は高誘電率層で構成され、絶縁筒２０とポリマー被覆体４０との界面に沿って配置され、後端部が遮へい金具３０に接続される電界緩和層５０と、を備える。ポリマー被覆体４０の胴部４１は、均一な肉厚を有する薄肉部４１１（第１の胴部）と、電界緩和層５０の先端部近傍に位置し、薄肉部４１１よりも肉厚の厚い厚肉部４１３（第２の胴部）とを有する。

ポリマー套管２によれば、少なくとも電界が集中しやすい電界緩和層５０の先端部５０ａに位置する部分のポリマー被覆体４０の胴部４１の肉厚が他の部分に比較して厚くなっているので、電界緩和層５０の先端部５０ａの近傍における気中表面（襞部表面）の電界を低減させることができる。したがって、耐コロナ特性が向上し、定格電圧１５４ｋＶのような高電圧にも対応することができる。また、特許文献１に記載のポリマー套管に比較して電界緩和層５０の先端部５０ａの形状は複雑ではないので、電界緩和層５０を容易に形成することができる。

また、ポリマー套管２によれば、胴部４１を径方向内側に膨出させて厚肉部４１３を形成するので、厚肉部４１３を設けることによって漏洩距離が短くなることもない。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。

例えば、第１の実施の形態及び第２の実施の形態を組み合わせて、胴部４１の一部を径方向内側及び外側に膨出させて厚肉部を形成するようにしてもよい。また、厚肉部４１２、４１３の長手方向の長さは、コロナ特性の向上を見込める程度であれば特に限定されないが、ポリマー被覆体４０の材料費を抑制するためには、できるだけ短い方が好ましい。

実施の形態では、本発明のポリマー套管を機器用ブッシングに適用した場合について説明したが、本発明のポリマー套管は壁貫通ブッシング（特許文献３参照）や、絶縁筒２０の後端側にケーブル端末の接続部（ストレスコーン、圧縮装置等）を有するケーブル終端接続部（特許文献４及び図５参照）に適用することもできる。

本発明をケーブル終端接続部（気中終端接続部）に適用したポリマー套管３の全体構成を示す部分断面図を図５に示す。図５のポリマー套管３における気中側の構造（ポリマー被覆体４０を有する部分）は、第１の実施の形態のポリマー套管１または第２の実施の形態のポリマー套管２における気中側の構造（ポリマー被覆体４０を有する部分）と同じであるため、詳細な説明を省略する。

また、ケーブル終端接続部としては、ストレスコーンを絶縁筒２０内に収容するいわゆるインナーコーンタイプと、ＲＢＪ（ゴムブロックジョイント）の絶縁方式のようにゴムブロックを絶縁体の外周に覆うことによりポリマー套管とケーブル端末とを接続するいわゆるアウターコーンタイプとがあるが、本発明はいずれにも適用できる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１、２ ポリマー套管
１０ 内部導体
２０ 絶縁筒
２１ 小径部
２２ テーパー部
２３ 大径部
３０ 遮へい金具
３１ 円筒部
３２ フランジ部
４０ ポリマー被覆体
４１ 胴部
４２ 襞部
４１１ 肉薄部
４１２、４１３ 厚肉部
５０ 電界緩和層
Ｈ ヘッド部
Ｃ ケース

Claims (7)

1. 中心に配置される棒状の内部導体と、
   前記内部導体の外周に一体的に形成される硬質の絶縁筒と、
   前記内部導体と同心状に前記絶縁筒に埋設される遮へい金具と、
   前記絶縁筒の外周を覆う胴部と、前記胴部の外周に長手方向に離間して形成される複数の傘状の襞部とを有するポリマー被覆体と、
   酸化亜鉛層又は比誘電率が１０以上の高誘電率層で構成され、前記絶縁筒と前記ポリマー被覆体との界面に沿って配置され、後端部が前記遮へい金具に接続される電界緩和層と、を備えるポリマー套管において、
   前記胴部は、
   均一な肉厚を有し、前記電界緩和層の先端部の位置よりも前記ポリマー套管の先端側及び後端側それぞれに配置される第１の胴部と、
   少なくとも前記電界緩和層の先端部の外周の位置を含んで、前記ポリマー套管の先端側の前記第１の胴部の後端部から前記ポリマー套管の後端側の前記第１の胴部の先端部にかけて配置され、かつ、前記第１の胴部よりも肉厚の厚い第２の胴部と、
   を有し、
   前記第２の胴部の外周に設けられる前記襞部の外径は、前記第２の胴部に隣接する前記第１の胴部の外周に設けられる前記襞部の外径と同一であることを特徴とするポリマー套管。
2. 前記第２の胴部の外径は、前記第２の胴部に隣接する前記第１の胴部の外径よりも大径であることを特徴とする請求項１に記載のポリマー套管。
3. 前記第２の胴部の内径は、前記第２の胴部に隣接する前記第１の胴部の内径と同一であることを特徴とする請求項２に記載のポリマー套管。
4. 前記第２の胴部の内径は、前記第２の胴部に隣接する前記第１の胴部の内径よりも小径であることを特徴とする請求項１に記載のポリマー套管。
5. 前記第２の胴部の外径は、前記第２の胴部に隣接する前記第１の胴部の外径と同一であることを特徴とする請求項４に記載のポリマー套管。
6. 前記第２の胴部は、後端側に隣接する前記第１の胴部に向かって徐々に肉薄となる傾斜部を有することを特徴とする請求項４又は５に記載のポリマー套管。
7. 前記絶縁筒は、直胴状に形成された小径部と、前記小径部から後端側に向けて緩やかに拡径するテーパー部と、前記テーパー部の後端側に直胴状に形成された大径部と、を有し、
   前記電界緩和層の先端部は、前記大径部に位置することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のポリマー套管。

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