JP6186384B2 - 導体接続管 - Google Patents

Description

本発明は、電力ケーブルの中間接続部に用いられる導体接続管に関し、特に、アルミニウム導体ケーブルと銅導体ケーブルとを接続するための異種導体接続用の導体接続管に関する。

一般に、電力ケーブルの中間接続部においては、導体接続管（スリーブ）を介して、ケーブル導体同士が電気的に接続される。ケーブル導体が銅である電力ケーブル（以下「銅導体ケーブル」と称する）の場合、ケーブル導体と導体接続管とは、例えば圧縮によって容易に接続することができ、良好な電気的接続が確保される。

近年では、銅導体よりも価格が安定し、安価で軽量なアルミニウム導体を有する電力ケーブル（以下「アルミニウム導体ケーブル」と称する）が注目され、実用化が進められている。例えば、既存の電力ケーブル線路において銅導体ケーブルの一部をアルミニウム導体ケーブルに張り替えることが行われている。この場合は、アルミニウム導体ケーブルと銅導体ケーブルを接続する中間接続部において、異種導体接続用の導体接続管が必要となる。

従来は、アルミニウム導体と銅導体を接続するための導体接続管には、アルミニウム材で構成されたものが使用されている。ここで、ケーブル導体と導体接続端子の材質が異なると、線膨張係数が異なるために、熱によって接続部分の機械的強度や接触抵抗が変化する。また、イオン化傾向の差によって接触部分に電蝕（電食）が発生しやすい。そこで、アルミニウム製の導体接続管において、銅導体の接続部分の内周面には、アルミハンダメッキ（Ｓｎ−Ｚｎ合金、Ｃｄ−Ｚｎ合金等）を施すことが知られている（例えば特許文献１）。

実開平４−３６７７３号公報

アルミニウムは、銅に比較して、表面に酸化被膜が形成されやすいという性質を有するため、導体接続管の内周面とアルミニウム導体表面に形成されている酸化被膜は、導体接続管にアルミニウム導体を挿入する際にワイヤーブラシ等で除去される。しかしながら、アルミニウム材料は、空気中に触れることで、経時的にその表面に酸化被膜が形成されるため、アルミニウム導体と導体接続管との間に酸化被膜が介在することが懸念される。この酸化被膜は絶縁性であることから、接続部分の導体の接触抵抗が増大し、発熱により事故を起こす原因となり得る。そこで、アルミニウム導体を接続する導体接続管としてアルミニウム製のものを用いる場合であっても、アルミニウム導体と導体接続部材との良好な導通を確保するための対策が必要となる。

本発明の目的は、アルミニウム導体ケーブルと銅導体ケーブルとを接続するに際し、導体接続管とケーブル導体との界面にアルミニウムの酸化被膜が形成されるのを防止でき、信頼性の高い中間接続部を実現できる導体接続管を提供することである。

本発明に係る導体接続管は、アルミニウム導体、ケーブル絶縁体、ケーブル外部半導電層、ケーブル遮へい層を露出するように先端部が段剥ぎされたアルミニウム導体ケーブルと、銅導体、ケーブル絶縁体、ケーブル外部半導電層、ケーブル遮へい層を露出するように先端部が段剥ぎされた銅導体ケーブルとを接続するゴムブロック絶縁型の中間接続部に用いられるアルミニウム製の導体接続管であって、
内周面に酸化防止剤層を有し、前記アルミニウム導体が接続される第１の円筒部と、
内周面に錫−亜鉛合金層を有し、前記銅導体が接続される第２の円筒部と、を備え、
前記第１の円筒部は、前記第２の円筒部よりも外径が大きいことを特徴とする。

本発明によれば、アルミニウム導体との接続部位には酸化防止層が形成され、銅導体との接続部位には錫−亜鉛合金層が形成されているので、界面にアルミニウムの酸化被膜が形成されるのを効果的に防止することができる。したがって、信頼性の高い中間接続部が実現される。

異種導体ケーブルの中間接続部を示す部分断面図である。 導体接続管の構造を示す拡大図である。 アルミニウム導体及び銅導体と導体接続管の接続工程を示すフローチャートである。

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、本発明の一実施の形態に係る中間接続部１を示す部分断面図である。図２は、導体接続管１３の構造を示す拡大図である。中間接続部１は、ワンピースのゴムブロックを絶縁体として用いたゴムブロック絶縁型の中間接続部（ＲＢＪ：Rubber block joint）であり、異種導体ケーブルであるアルミニウム導体ケーブル１１と銅導体ケーブル１２を接続する。図１に示すように、中間接続部１は、ケーブル端末部１０、ケーブル端末部１０を囲繞する補強絶縁部２０、及び保護ケース３０等を備える。ケーブル端末部１０は、アルミニウム導体ケーブル１１と、銅導体ケーブル１２と、導体接続管１３と、を有する。

アルミニウム導体ケーブル１１は、ゴム又はプラスチックで絶縁された電力ケーブル（例えばＣＶケーブル）である。アルミニウム導体ケーブル１１は、内側から順に、アルミニウム導体１１１、内部半導電層（図示略）、ケーブル絶縁体１１２、ケーブル外部半導電層１１３、ケーブル遮へい層１１４、ケーブルシース１１５等を有する。アルミニウム導体１１１は、例えば円形圧縮より線で形成される。

銅導体ケーブル１２は、アルミニウム導体ケーブル１１と同様に、ゴム又はプラスチックで絶縁された電力ケーブルである。銅導体ケーブル１２は、内側から順に、銅導体１２１、内部半導電層（図示略）、ケーブル絶縁体１２２、ケーブル外部半導電層１２３、ケーブル遮へい層１２４、ケーブルシース１２５等を有する。銅導体１２１は、例えば円形圧縮より線で形成される。

アルミニウム導体ケーブル１１と銅導体ケーブル１２で許容電流が同等の場合、導体抵抗の小さい銅導体１２１の方が、アルミニウム導体１１１よりも断面積が小さい。すなわち、同等の許容電流の導体サイズでのアルミニウム導体ケーブル１１と銅導体ケーブル１２との接続は、異径接続となる。例えば、アルミニウム導体１１１の断面積が５００ｍｍ^２であるアルミニウム導体ケーブル１１（許容電流：７３０Ａ）と銅導体１２１の断面積が３２５ｍｍ^２である銅導体ケーブル１２（許容電流：７１０Ａ）を適用できる。

ケーブル端末部１０においては、アルミニウム導体ケーブル１１の端末部と銅導体ケーブル１２の端末部が、それぞれ所定長で段剥ぎされることにより、各層が露出する。アルミニウム導体１１１及び銅導体１２１は、アルミニウム製の導体接続管１３に挿入され、圧縮接続される。アルミニウム導体１１１及び銅導体１２１は、導体接続管１３及び半導電テープ（図示略）を介して、内部電極２１と電気的に接続される。この半導電テープは、導体接続管１３の外周と内部電極２１との間の隙間に谷埋めするように巻かれ、当該半導電テープの外周が内部電極２１の内面に接触するように設けられる。

導体接続管１３は、図２に示すように、アルミニウム導体１１１が接続される外形が丸型（円形）の第１の円筒部１３１と、銅導体１２１が接続される外形が丸型（円形）の第２の円筒部１３２とを有する。第１の円筒部１３１と第２の円筒部１３２とは、隔壁１３３によって区画される。

第１の円筒部１３１の内径は、アルミニウム導体１１１の外径（例えば断面積が５００ｍｍ^２の場合、外径は２６．９ｍｍ）よりも若干大きく設計される。第２の円筒部１３２の内径は、銅導体１１２の外径（例えば断面積が３２５ｍｍ^２の場合、外径は２１．７ｍｍ）よりも若干大きく設計される。

第１の円筒部１３１の外径は、第２の円筒部１３２の外径よりも大きく設計される。また、第１の円筒部１３１の長さは、第２の円筒部１３２の長さよりも長く設計される。これにより、それぞれの導体１１１、１２１と導体接続管１３とを強固に接続することができ、所望の電気的特性と機械的強度（接続強度）を得ることができる。

第１の円筒部１３１の内周面には、酸化防止剤層（防食コンパウンド層）１３１ａが塗布により形成される。酸化防止剤層１３１ａは、１〜３ｇを薄く均一に塗布されることが好ましい。これにより、第１の円筒部１３１に圧縮接続するアルミニウム導体１１１の表面に酸化被膜が形成されるのを効果的に防止することができる。

第２の円筒部１３２の内周面には、錫−亜鉛合金層１３２ａが形成される。錫−亜鉛合金層１３２ａは、例えば錫（Ｓｎ）と亜鉛（Ｚｎ）との合金を第２の円筒部１３２の内周面に注入し、硬化後に機械加工で所定の厚さに仕上げることで形成される。錫−亜鉛合金層の厚さは、何らかの影響で錫−亜鉛合金層１３２ａが剥がれても、導体接続管１３（第２の円筒部１３２）のアルミ素地と銅導体ケーブル１２の銅導体１１２とが直接接触しない程度の厚さ（例えば２ｍｍ程度）であることが好ましい。これにより、通電時の発熱による導体接続管１３と銅導体１２１の熱膨張量の差が吸収されるので、第２の円筒部１３２と銅導体１２１との界面に隙間が生じてアルミニウムの酸化被膜が形成されるのを防止することができる。

補強絶縁部２０は、内部電極２１、ゴム絶縁部２２、ストレスコーン部２３、２４、及び外部遮へい層２５が一体的に成形されたワンピースのゴムブロック絶縁体である。ゴム絶縁部２２は、円筒形状を有し、例えばシリコーンゴム等の弾性材料で構成される。ゴム絶縁部２２はシリコーンゴムに限定されず、エチレンプロピレンゴム（ＥＰゴム）で形成してもよい。

内部電極２１は、例えば半導電性シリコーンゴムで構成され、ゴム絶縁部２２の長手方向中央部の内周面に配置される。内部電極２１は、前述の半導電テープを介して導体接続管１３と電気的に接続される。または、内部電極２１と導体接続管１３とが直接接するように構成して両者を電気的に接続してもよいし、導体接続管１３の外周に円筒状で長手方向に切り込みの入った導電性ゴムを巻いて、この導電性ゴムと内部電極２１とを当接させることで内部電極２１と導体接続管１３とを電気的に接続してもよい。

ストレスコーン部２３、２４は、ベルマウス形状を有する筒体で形成され、例えば半導電性シリコーンゴムで構成される。ストレスコーン部２３は、アルミニウム導体ケーブル１１のケーブル絶縁体１１２からケーブル外部半導電層１１３（段剥ぎ後、端部を半導電テープや導電塗料等により再生処理した場合を含む）に跨がり、端部がゴム絶縁部２２の一端部（図１では左側端部）よりも外側に延出するように形成される。ストレスコーン部２４は、銅導体ケーブル１２のケーブル絶縁体１２２からケーブル外部半導電層１２３（段剥ぎ後、端部を半導電テープや導電塗料等により再生処理した場合を含む）に跨がり、端部がゴム絶縁部２２の他端部（図１では右側端部）よりも外側に延出するように形成される。

外部遮へい層２５は、円筒形状を有し、例えば半導電性シリコーンゴムで構成される。外部遮へい層２５は、ゴム絶縁部２２の外周面に配置され、少なくともストレスコーン部２３、２４の接続部中央部側の端部（ストレスコーン部２３、２４の内径が拡径している側の端部）間の長さよりも長く形成される。外部遮へい層２５は、半導電塗料等の導電性の塗料で形成してもよい。

本実施の形態では、補強絶縁部２０において、外部遮へい層２５が一方（図１では左側）のストレスコーン部２３には接続されず、他方（図１では右側）のストレスコーン部２４には接続する片端縁切り構造が採用されている。なお、ストレスコーン部２３、２４ともに外部遮へい層２５に接続されない両端縁切り構造、あるいはストレスコーン部２３、２４ともに外部遮へい層２５に接続される縁切り無し構造としてもよい。

内部電極２１、ゴム絶縁部２２、及びストレスコーン部２３、２４のそれぞれの内周面は面一に形成される。内部電極２１、ストレスコーン部２３、２４、及び外部遮へい層２５（モールド成型の場合）は、モールド成型上、同じ材料（半導電性シリコーンゴム）で構成するのが好ましい。また、ゴム絶縁部２２も、これらと同じ種類の導電性を有さない絶縁材料（例えば、絶縁性シリコーンゴム）で構成するのが好ましい。

補強絶縁部２０は、例えば工場でスパイラルコア等の拡径部材により拡径された状態で保持される。そして、補強絶縁部２０は、施工現場でケーブル端末部１０を囲繞するように配置された後、拡径部材を引き抜くことにより、ゴムの自己収縮力によりケーブル端末部１０に密着して装着される。これにより、中間接続部１における絶縁性能が確保される。なお、補強絶縁部２０は、スパイラルコア等のいわゆる工場拡径タイプに限定されず、拡径治具や拡径装置を用いて施工現場で拡径する、いわゆる現地拡径タイプでもよい。

保護ケース３０は、内側保護管３１と外側保護管３２とを有する二重構造の保護ケースである。ケーブル端末部１０と保護ケース３０との間、及び内側保護管３１と外側保護管３２との間には防水混和物（例えばウレタン等の防水コンパウンド）が充填される。保護ケース３０及び防水混和物により、中間接続部１の遮水性が確保される。ケーブル遮へい層１１４、１２４は、内側保護管３１及び外側保護管３２を介して接地される。

図３は、アルミニウム導体１１１及び銅導体１２１と導体接続管１３の接続工程を示すフローチャートである。
図３に示すように、まず、アルミニウム導体（Ａｌ導体）１１１の表面に酸化防止剤（防食コンパウンド）を塗布する（ステップＳ１０１）。
次に、アルミニウム導体１１１の表面に形成されている酸化被膜を、ワイヤーブラシによって除去（ブラッシング）する（ステップＳ１０２）。

ワイヤーブラシによって除去された被膜カスを除去するために、アルミニウム導体１１１の表面を清拭し（ステップＳ１０３）、清拭後直ちにアルミニウム導体１１１の表面に酸化防止剤（防食コンパウンド）を塗布する（ステップＳ１０４）。
酸化防止剤を塗布した後、導体接続管１３にアルミニウム導体１１１及び銅導体（Ｃｕ導体）１２１の先端部をそれぞれ、外径が丸型（円型）の第１の円筒部１３１及び外径が丸型（円型）の第２の円筒部１３２に、隔壁１３３に当接する位置まで挿入する（ステップＳ１０５）。

そして、アルミニウム導体１１１が挿入された第１の円筒部１３１（導体接続管１３）及び銅導体１２１が挿入された第２の円筒部１３２（導体接続管１３）を、それぞれ所定のサイズの六角ダイスを用いて圧縮する（ステップＳ１０６）。
さらに、六角に圧縮された第１の円筒部１３１（導体接続管１３）及び第２の円筒部１３２（導体接続管１３）を、それぞれ所定のサイズの丸ダイスを用いて圧縮する（ステップＳ１０７）。

このように圧縮接続された後の導体接続管１３のバリ取りをすることで導体接続管１３の形状を仕上げ（ステップＳ１０８）、余分な酸化防止剤を拭き取るように清拭する（ステップＳ１０９）ことで、アルミニウム導体１１１及び銅導体１２１と導体接続管１３の接続が完成する。このような圧縮接続により、アルミニウム導体１１１及び銅導体１２１と導体接続管１３は、それぞれ機械的かつ電気的に接続される。

なお、アルミニウム導体１１１の表面に形成されている酸化被膜をワイヤーブラシによって除去（ブラッシング）する（ステップＳ１０２）前にも、アルミニウム導体１１１の表面に酸化防止剤を塗布する（ステップＳ１０１）ことで、酸化被膜の除去とともに、効果的に再酸化を防止することができる。

上述した手法によってアルミニウム導体１１１及び銅導体１２１と導体接続管１３を圧縮接続することにより、異種導体の圧縮接続後の導体接続管１３の長さを、従来の銅導体ケーブル用ゴムブロック型接続部のゴムブロック絶縁体に適用可能な最大長あるいはそれ以下にすることができる。したがって、従来のゴムブロック絶縁体を使用して、中間接続部１を施工することができる。

このように、実施の形態に係る導体接続管１３は、アルミニウム導体１１１、ケーブル絶縁体１１２、ケーブル外部半導電層１１３、ケーブル遮へい層１１４を露出するように先端部が段剥ぎされたアルミニウム導体ケーブル１１と、銅導体１２１、ケーブル絶縁体１２２、ケーブル外部半導電層１２３、ケーブル遮へい層１２４を露出するように先端部が段剥ぎされた銅導体ケーブル１２とを接続するゴムブロック絶縁型の中間接続部１に用いられるアルミニウム製の導体接続管である。導体接続管１３は、内周面に酸化防止剤層１３１ａを有し、アルミニウム導体１１１が接続される第１の円筒部１３１と、内周面に錫−亜鉛合金層１３２ａを有し、銅導体１２１が接続される第２の円筒部と、を備える。

導体接続管１３によれば、アルミニウム導体１１１との接続部位には酸化防止剤層１３１ａが形成され、銅導体１２１との接続部位には錫−亜鉛合金層１３２ａが形成されているので、界面にアルミニウムの酸化被膜が形成されるのを効果的に防止することができる。したがって、信頼性の高い中間接続部１が実現される。

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。

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 中間接続部（端末接続部）
１０ ケーブル端末部
１１ アルミニウム導体ケーブル
１１１ アルミニウム導体
１１２ ケーブル絶縁体
１１３ ケーブル外部半導電層
１１４ ケーブル遮へい層
１１５ ケーブルシース
１２ 銅導体ケーブル
１２１ 銅導体
１２２ ケーブル絶縁体
１２３ ケーブル外部半導電層
１２４ ケーブル遮へい層
１２５ ケーブルシース
１３ 導体接続管
１３１ 第１の円筒部（アルミニウム導体接続側）
１３１ａ 酸化防止剤層
１３２ 第２の円筒部（銅導体接続側）
１３２ａ 錫−亜鉛合金層
２０ 補強絶縁部
２１ 内部電極
２２ ゴム絶縁部
２３、２４ ストレスコーン部
２５ 外部遮へい層
３０ 保護ケース
３１ 内側保護管
３２ 外側保護管

Claims (5)

1. アルミニウム導体、ケーブル絶縁体、ケーブル外部半導電層、ケーブル遮へい層を露出するように先端部が段剥ぎされたアルミニウム導体ケーブルと、銅導体、ケーブル絶縁体、ケーブル外部半導電層、ケーブル遮へい層を露出するように先端部が段剥ぎされた銅導体ケーブルとを接続するゴムブロック絶縁型の中間接続部に用いられるアルミニウム製の導体接続管であって、
   内周面に酸化防止剤層を有し、前記アルミニウム導体が接続される第１の円筒部と、
   内周面に錫−亜鉛合金層を有し、前記銅導体が接続される第２の円筒部と、を備え、
   前記第１の円筒部は、前記第２の円筒部よりも外径が大きいことを特徴とする導体接続管。
2. 前記第１の円筒部は、前記第２の円筒部よりも圧縮長が長いことを特徴とする請求項１に記載の導体接続管。
3. 前記第１の円筒部及び前記第２の円筒部はいずれも外形が丸型であることを特徴とする請求項１又は２に記載の導体接続管。
4. 前記第１の円筒部及び前記第２の円筒部が六角ダイスで圧縮された後、丸ダイスで圧縮されることを特徴とする請求項３に記載の導体接続管。
5. 前記アルミニウム導体及び前記銅導体は、いずれも円形圧縮より線で形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の導体接続管。

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