JPWO2020100914A1 - 電力ケーブル用終端接続部及び電力ケーブル終端接続方法 - Google Patents

Abstract

電界緩和用ゴムユニットの鉛直上部側での絶縁破壊の発生を抑止することができる電力ケーブル用終端接続部及び電力ケーブル終端接続方法を提供することを目的とし、鉛直上方に向けて立設される電力用ケーブル１１と電力用ケーブル１１の周囲を覆う絶縁碍管１０との間であって電力用ケーブル１１に圧着して設けられる筒状の電界緩和用ゴムユニット１２と、電界緩和用ゴムユニット１２の鉛直上部側であって電力用ケーブル１１の周囲に形成され、最外周縁の半径が電界緩和用ゴムユニット１２の最外周縁の半径よりも大きい絶縁材からなるバリア用ゴムユニット１５と、を備える。

Description

本発明は、電界緩和用ゴムユニットの鉛直上部側での絶縁破壊の発生を抑止することができる電力ケーブル用終端接続部及び電力ケーブル終端接続方法に関する。

従来、電力ケーブル用終端接続部は、電力ケーブルに電界緩和用ゴムユニットが取り付けられ、その周囲に絶縁油が充填された絶縁碍管で覆われるのが一般的である（特許文献１，２参照）。

特開２００６−６０９８１号公報 特開２００４−８０９２３号公報

ところで、従来の電界緩和用ゴムユニットは、円筒状であり、電力ケーブルに圧着される、鉛直上部側が平坦になっている。鉛直上部側が平坦になっていると、鉛直上部側から電界緩和用ゴムユニットを差し込む際の押圧面が形成されるため、電界緩和用ゴムユニットの装着が容易になる。これは、平坦部に板状の挿入冶具を当てることにより、電界緩和用ゴムユニットを電力ケーブルに押し込むことができるからである。電界緩和用ゴムユニットは、ゴムの収縮力によって電力ケーブルに圧着し、長期的に安定した界面面圧が保持される。

しかしながら、電力ケーブル用終端接続部が鉛直方向に立設される場合、鉛直上部側の平坦部に、鉛直上部側から降ってくる異物が堆積しやすくなる。ここで、電界緩和用ゴムユニット、絶縁油、及び電力ケーブルの３点が接する箇所は、絶縁破壊の起点となりやすい。電界緩和用ゴムユニットの平坦部であって電力ケーブルとの接点は、電界緩和用ゴムユニット、絶縁油、及び電力ケーブルの３点が接する箇所であり、平坦部に異物が堆積すると、絶縁破壊が生じる可能性がある。

なお、異物が堆積しないように、電界緩和用ゴムユニットの鉛直上部側に鉛直上部に向けて傾斜させる構成も考えられるが、このような構成では、電界緩和用ゴムユニットによる電力ケーブルへの界面面圧が低下し、絶縁性能が低下する可能性がある。さらに、このような構成では、温度変化によって電力ケーブルが膨張と収縮とを繰り返すため、傾斜部の細径部側から電界緩和用ゴムユニットが裂けてしまう可能性がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、電界緩和用ゴムユニットの鉛直上部側での絶縁破壊の発生を抑止することができる電力ケーブル用終端接続部及び電力ケーブル終端接続方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る電力ケーブル用終端接続部は、鉛直上方に向けて立設される電力用ケーブルと前記電力用ケーブルの周囲を覆う絶縁碍管との間であって前記電力用ケーブルに圧着して設けられる筒状の第１のゴムユニットと、前記第１のゴムユニットの鉛直上部側であって前記電力用ケーブルの周囲に形成され、最外周縁の半径が前記第１のゴムユニットの最外周縁の半径よりも大きい絶縁材からなる第２のゴムユニットと、を備えたことを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る電力ケーブル用終端接続部は、前記第２のゴムユニットの最外周縁より鉛直上部側は、全て又は前記電力用ケーブル側の一部が外周縁側に向けて傾斜し、前記第２のゴムユニットは、全周にわたって前記絶縁碍管の内壁と非接触であることを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る電力ケーブル用終端接続部は、前記第２のゴムユニットの最外周縁より鉛直下部側は、前記電力用ケーブル側に向けて傾斜していることを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る電力ケーブル用終端接続部は、前記第１のゴムユニットと前記第２のゴムユニットとは非接触であることを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る電力ケーブル用終端接続部は、前記電力用ケーブルが差し込まれる前記第２のゴムユニットの内径は、前記電力用ケーブルが差し込まれる前記第１のゴムユニットの内径よりも大きく、前記電力ケーブルの外径よりも小さいことを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る電力ケーブル用終端接続部は、前記第１のゴムユニットの鉛直上側は平坦部を有することを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る電力ケーブル用終端接続部は、前記絶縁碍管と前記電力用ケーブルとの間であって前記第１のゴムユニット及び前記第２のゴムユニットが配置される領域には、少なくとも絶縁油が充填されていることを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る電力ケーブル用終端接続部は、前記絶縁碍管と前記電力用ケーブルとの間であって前記第１のゴムユニット及び前記第２のゴムユニットが配置される領域には、少なくとも絶縁ガスが充填されていることを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る電力ケーブル終端接続方法は、鉛直上方に向けて立設される電力用ケーブルと前記電力用ケーブルの周囲を覆う絶縁碍管との間であって前記電力用ケーブルに圧着して設けられる筒状の第１のゴムユニットと、前記第１のゴムユニットの鉛直上部側であって前記電力用ケーブルの周囲に形成され、最外周縁の半径が前記第１のゴムユニットの最外周縁の半径よりも大きい絶縁材からなる第２のゴムユニットとを設け、前記第２のゴムユニットの最外周縁より鉛直上部側を、全て又は前記電力用ケーブル側の一部を外周縁側に向けて傾斜し、前記第２のゴムユニットを、前記絶縁碍管の内壁と非接触とすることを特徴とする。

本発明によれば、電界緩和用ゴムユニットである第１のゴムユニットの鉛直上部側での絶縁破壊の発生を抑止することができる。

図１は、本発明の実施の形態である電力ケーブル用終端接続部の概要構成を、一部破断を含めて示した正面図である。 図２は、電界緩和用ゴムユニットの詳細構成を示す図である。 図３は、電界緩和用ゴムユニット及びバリア用ゴムユニットの内径と電力用ケーブルの外径との関係を示す説明図である。 図４は、図１に示した電力ケーブル用終端接続部のＡ−Ａ線断面図である。 図５は、本発明の実施の形態の変形例１のバリア用ゴムユニットの構成を示す図である。 図６は、本発明の実施の形態の変形例２のバリア用ゴムユニットの構成を示す図である。 図７は、本発明の実施の形態の変形例３のバリア用ゴムユニットの構成を示す図である。 図８は、本発明の実施の形態の変形例４である電力ケーブル用終端接続部の構成を示す図である。

以下、添付図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。

＜電力ケーブル用終端接続部の概要＞
図１は、本発明の実施の形態である電力ケーブル用終端接続部１の概要構成を、一部破断を含めて示した正面図である。図１に示すように、電力ケーブル用終端接続部１は、鉛直上方（Ｚ方向）に向けて立設される電力用ケーブル１１と、電力用ケーブルの周囲を覆う絶縁碍管１０とを有する。電力用ケーブル１１と絶縁碍管１０との間の領域Ｅ１には、電力用ケーブル１１に圧着して設けられる筒状の第１のゴムユニットである電界緩和用ゴムユニット１２と、電界緩和用ゴムユニット１２の鉛直上部側であって電力用ケーブル１１の周囲に形成され、最外周縁の半径が電界緩和用ゴムユニット１２の最外周縁の半径よりも大きい絶縁材からなる第２のゴムユニットを有する。第２のゴムユニットは、例えば、バリア用ゴムユニット１５であるが、これに限られない。バリア用ゴムユニット１５は、頭部側から落ちる異物が下部の電界緩和用ゴムユニット１２に堆積するのを防止する機能を有する。また、領域Ｅ１には、絶縁油１６が充填されている。この絶縁油１６の代わりに、絶縁媒体として絶縁ガスを充填してもよい。なお、電力用ケーブル１１は、交流送電用電力ケーブルであってもよいし、直流送電用電力ケーブルであってもよい。なお、図１に示した電力用ケーブル１１は、公称６６ｋＶ級クラス以上の交流送電用電力ケーブルである。また、絶縁碍管１０は、一定の間隔でひだ部を有する。さらに、絶縁碍管１０は、絶縁性を有する材料であればよく、例えば、セラミック、ゴム、あるいは繊維強化プラスチックを含めたプラスチックである。また、バリア用ゴムユニット１５の材質は、絶縁材料であればよく、例えば、合成エラストマーである。合成エラストマーとしては、例えばエチレンプロピレンゴム、シリコンゴム等である。なお、バリア用ゴムユニット１５は、絶縁性能に問題のない範囲であれば、導電ゴムや半導電ゴム等のような導電材料が分散され導電性を有する材質を用いてもよい。

なお、絶縁碍管１０の頭部には、シールドリング１７が設けられている。詳細構成は省略するが、シールドリング１７は、内部が空洞になっており、領域Ｅ１に接続される。温度変化が生じると、絶縁油や空気が膨張あるいは収縮し、矢印Ａ２に示すように、シールドリング１７と絶縁碍管１０内の領域Ｅ１との間で絶縁油や空気の出入りが発生し、シールドリング１７は、絶縁油や空気のリザーバ機能を有する。

＜電界緩和用ゴムユニットの構成＞
図２は、電界緩和用ゴムユニット１２の詳細構成を示す図である。図２に示すように、電界緩和用ゴムユニット１２は、絶縁体部１３と、絶縁体部１３と一体的に成型された半導体部１４とを有する。電界緩和用ゴムユニット１２は、段剥処理によって露出した外部半導電層１１ａに半導体部１４が位置し、段剥処理によって露出したケーブル絶縁体１２ａに絶縁体部１３が位置するように配置される。なお、ケーブル絶縁体１２ａの材質は、例えば架橋ポリエチレン等のプラスチックである。半導体部１４及び外部半導電層１１ａは、導電材料が絶縁材料内に分散されたものであり、例えば、導電性カーボンを含む樹脂であってもよい。絶縁体部１３の材質は、例えば合成エラストマーである。合成エラストマーとしては、例えばエチレンプロピレンゴム、シリコンゴム等である。なお、電界緩和用ゴムユニット１２の厚さは、所望の界面面圧が得られる厚さであることが好ましい。

図２に示すように、電界緩和用ゴムユニット１２は、半導体部１４を鉛直上方に向けて広がるテーパ形状とすることによって、等電位線Ｌ１の密度を粗にして、電界の集中を緩和し、絶縁破壊を抑制することができる。

＜バリア用ゴムユニット＞
図１に示すように、バリア用ゴムユニット１５の最外周縁より鉛直上部側（＋Ｚ方向）は、電力用ケーブル１１側の外周縁側に向けて傾斜している傾斜面Ｓ１が形成されている。しかも、上述したように、バリア用ゴムユニット１５の最外周縁の半径が電界緩和用ゴムユニット１２の最外周縁の半径よりも大きい。この結果、図１中の矢印Ａ１に示すように、頭部側から落ちる異物は、傾斜面Ｓ１に堆積せず、しかも、電界緩和用ゴムユニット１２の平坦面Ｓ３にも堆積せず、絶縁碍管１０の底部に落下する。底部は、電界ストレスが弱いため、異物が堆積しても問題ない。

これにより、電界緩和用ゴムユニット１２の平坦面Ｓ３に異物が堆積せず、電界緩和用ゴムユニット１２、絶縁油１６、及び電力用ケーブル１１の３点が接する箇所（トリプルジャンクション部）を起点とする絶縁破壊が抑制される。

なお、異物は、例えば電力ケーブル用終端接続部１の組立時における頭部のボルト締め時における金属粉等である。また、異物は、組立後における、シールドリング１７と絶縁碍管１０内の領域Ｅ１との間での空気や絶縁油の出入り時に混入して落下することもある。

しかも、電界緩和用ゴムユニット１２の鉛直上部には、平坦面Ｓ３が形成されており、この平坦面Ｓ３を、電界緩和用ゴムユニット１２を装着する際の押圧面として用いることによって、電界緩和用ゴムユニット１２の装着が容易になる。これは、平坦面Ｓ３に板状の挿入冶具を当てることにより、電界緩和用ゴムユニット１２を電力用ケーブル１１に押し込むことができるからである。

なお、電界緩和用ゴムユニット１２とバリア用ゴムユニット１５とは、非接触で離隔配置される。電界緩和用ゴムユニット１２とバリア用ゴムユニット１５との距離は、極力近い方が良いが、バリア用ゴムユニット１５、１個分以下の距離とすることが異物堆積除去のため、好ましい。

また、バリア用ゴムユニット１５の最外周縁より鉛直下部側（−Ｚ方向）は、電力用ケーブル１１側に向けて傾斜している傾斜面Ｓ２が形成されている。これにより、絶縁油の注入時や温度変化によって生じる気泡がバリア用ゴムユニット１５の下部に集積するのを防止し、絶縁破壊を抑止することができる。

さらに、バリア用ゴムユニット１５は、全周にわたって絶縁碍管１０の内壁と非接触である。これにより、バリア用ゴムユニット１５の外縁部の上下での絶縁碍管１０の内部の絶縁体又はガスなどの媒体の対流を妨げることがなく、絶縁碍管１０内の前帯での放熱性を向上させることができる。

なお、バリア用ゴムユニット１５は、電界緩和用ゴムユニット１２を有する電力ケーブル用終端接続部１に対し、他の構造の影響を受けずに追加設置すればよく、従来の電力ケーブル用終端接続部１に対する設計変更等が生じない。

また、電力ケーブル用終端接続部１の最下部は、基台３１と、基台３１の上に立設して上部の絶縁碍管１０及び電力用ケーブル１１を支える碍子３３とを有する。碍子３３は、４本以上が好ましく、略均等に配置される。なお、碍子３３は、脚部３２を介して接続するようにしてもよい。

＜電界緩和用ゴムユニット及びバリア用ゴムユニットの内径＞
図３は、電界緩和用ゴムユニット１２及びバリア用ゴムユニット１５の内径ｄ２，ｄ３と電力用ケーブル１１の外径ｄ１との関係を示す説明図である。なお、外径ｄ１は、電力用ケーブル１１の絶縁体部の径を示している。図３に示すように、電力用ケーブル１１が差し込まれるバリア用ゴムユニット１５の内径ｄ３は、電力用ケーブル１１が差し込まれる電界緩和用ゴムユニット１２の内径ｄ２よりも大きく、電力用ケーブル１１の外径ｄ１よりも小さい。

バリア用ゴムユニット１５の内径ｄ３は、電界緩和用ゴムユニット１２の内径ｄ２と同じであってもよいが、電界緩和用ゴムユニット１２の内径ｄ２よりも大きくした方がよい。バリア用ゴムユニット１５の内径ｄ３を、電界緩和用ゴムユニット１２の内径ｄ２よりも大きくすると、ゴムの締まりが弱くなり、電力用ケーブル１１との間の界面面圧が小さくなるが、設計上、バリア用ゴムユニット１５の界面面圧の強さ、つまり絶縁性の強さは要求されない。逆に、バリア用ゴムユニット１５の内径ｄ３を、電界緩和用ゴムユニット１２の内径ｄ２よりも大きくすると、ゴムの締まりが弱くなる分、バリア用ゴムユニット１５を電力用ケーブル１１に対して容易に外挿することができるとともに、電力用ケーブル１１の膨張及び収縮による裂けが発生しにくくなる。バリア用ゴムユニット１５の鉛直上部には傾斜面Ｓ１が形成されているが、押圧面が傾斜面Ｓ１であっても、ゴムの締まりが弱い分、電力用ケーブル１１に対する外挿が容易になる。

具体的には、内径ｄ２は、外径ｄ１よりも、２０〜３０ｍｍ程度小さくし、内径ｄ３は、外径ｄ１よりも、２〜１０ｍｍ程度小さくしている。なお、バリア用ゴムユニット１５は、全周にわたって絶縁碍管１０の内壁と非接触である。また、電界緩和用ゴムユニット１２、バリア用ゴムユニット１５、電力用ケーブル１１、絶縁碍管１０は、それぞれ電力用ケーブル１１の中心軸を中心とした同心円上にある。例えば、電界緩和用ゴムユニット１２、バリア用ゴムユニット１５、電力用ケーブル１１、絶縁碍管１０は、図４に示すように、電力用ケーブル１１の中心軸１１ｃを中心とした回転体形状に構成される。

なお、３８０ｋＶ以上の電圧階級では、電界緩和用ゴムユニット１２への異物の蓄積により絶縁破壊の可能性が無視できなくなるため、上記実施の形態の構成とすることが望ましい。また、５００ｋＶ級以上の電圧では、絶縁破壊の可能性が一層高まることから、上記実施の形態の構成とすることがより好ましい。

また、図１に示した絶縁碍管１０の長さＬ１０が２．５ｍ以上になると、電圧階級３８０ｋＶと略同等以上の電圧環境で使用されることから、上記実施の形態とすることが望ましい。なお、長さＬ１０は、絶縁碍管１０の上部の碍管金属部４１と下部の碍管金属部４２との間の距離である。

＜変形例１＞
図５は、本発明の実施の形態の変形例１のバリア用ゴムユニット２１の構成を示す図である。図５に示すように、バリア用ゴムユニット１５に対応するバリア用ゴムユニット２１は、バリア用ゴムユニット１５の鉛直上部がすべて傾斜面Ｓ１となっているのではなく、電力用ケーブル１１側の一部が傾斜面Ｓ１ａとなっており、外周縁側の一部が平坦面Ｓ１ｂとなっている。平坦面Ｓ１ｂに異物に異物が堆積しても、絶縁破壊の発生を抑止できる。

＜変形例２＞
図６は、本発明の実施の形態の変形例２のバリア用ゴムユニット２２の構成を示す図である。図６に示すように、バリア用ゴムユニット１５に対応するバリア用ゴムユニット２２は、傾斜面Ｓ１，Ｓ２のように傾斜平面ではなく、円弧形状となっている。この円弧形状であっても、バリア用ゴムユニット１５と同様の作用効果を得ることができる。

＜変形例３＞
図７は、本発明の実施の形態の変形例３のバリア用ゴムユニット２３の構成を示す図である。図７に示すように、バリア用ゴムユニット１５に対応するバリア用ゴムユニット２３は、傾斜面Ｓ１，Ｓ２のように傾斜角度が同一ではなく、傾斜面Ｓ１に対応する傾斜面Ｓ１１と、傾斜面Ｓ２に対応する傾斜面Ｓ２１との傾斜角度を異ならせている。なお、図７では、傾斜面Ｓ２１の角度を傾斜面Ｓ１１の角度よりも、鉛直方向に対して小さくしている。

＜変形例４＞
図８は、本発明の実施の形態の変形例４である電力ケーブル用終端接続部の構成を示す図である。図８に示した変形例４の電力ケーブル用終端接続部は、エポキシ座１１４を有し、電力用ケーブル１１０の周囲に圧着される電界緩和用ゴムユニット１１３との組み合わせで絶縁破壊を抑止するプレハブタイプの終端接続部であり、スプリング１１５によって界面面圧を得ている。なお、この変形例４の電力ケーブル用終端接続部にも、絶縁油１１６が充填される。

本変形例４においても、電界緩和用ゴムユニット１１３の鉛直上部にバリア用ゴムユニット１５を設け、異物が電界緩和用ゴムユニット１１３に堆積しないようにしている。なお、この場合も、バリア用ゴムユニット１５を追加するのみで、大幅な設計変更はない。

以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施の形態及び変形例について説明したが、本実施の形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、本実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例、及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。

１ 電力ケーブル用終端接続部
１０ 絶縁碍管
１１，１１０ 電力用ケーブル
１１ａ 外部半導電層
１１ｃ 中心軸
１２，１１３ 電界緩和用ゴムユニット
１２ａ ケーブル絶縁体
１３ 絶縁体部
１４ 半導体部
１５，２１，２２，２３ バリア用ゴムユニット
１６，１１６ 絶縁油
１７ シールドリング
３１ 基台
３２ 脚部
３３ 碍子
４１，４２ 碍管金属部
１１４ エポキシ座
１１５ スプリング
Ａ１，Ａ２ 矢印
ｄ１ 外径
ｄ２，ｄ３ 内径
Ｅ１ 領域
Ｌ１ 等電位線
Ｌ１０ 長さ
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ１１，Ｓ１ａ，Ｓ２１ 傾斜面
Ｓ１ｂ，Ｓ３ 平坦面

Claims (9)

1. 鉛直上方に向けて立設される電力用ケーブルと前記電力用ケーブルの周囲を覆う絶縁碍管との間であって前記電力用ケーブルに圧着して設けられる筒状の第１のゴムユニットと、
   前記第１のゴムユニットの鉛直上部側であって前記電力用ケーブルの周囲に形成され、最外周縁の半径が前記第１のゴムユニットの最外周縁の半径よりも大きい絶縁材からなる第２のゴムユニットと、
   を備えたことを特徴とする電力ケーブル用終端接続部。
2. 前記第２のゴムユニットの最外周縁より鉛直上部側は、全て又は前記電力用ケーブル側の一部が外周縁側に向けて傾斜し、
   前記第２のゴムユニットは、全周にわたって前記絶縁碍管の内壁と非接触であることを特徴とする請求項１に記載の電力ケーブル用終端接続部。
3. 前記第２のゴムユニットの最外周縁より鉛直下部側は、前記電力用ケーブル側に向けて傾斜していることを特徴とする請求項１又は２に記載の電力ケーブル用終端接続部。
4. 前記第１のゴムユニットと前記第２のゴムユニットとは非接触であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の電力ケーブル用終端接続部。
5. 前記電力用ケーブルが差し込まれる前記第２のゴムユニットの内径は、前記電力用ケーブルが差し込まれる前記第１のゴムユニットの内径よりも大きく、前記電力ケーブルの外径よりも小さいことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の電力ケーブル用終端接続部。
6. 前記第１のゴムユニットの鉛直上側は平坦部を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の電力ケーブル用終端接続部。
7. 前記絶縁碍管と前記電力用ケーブルとの間であって前記第１のゴムユニット及び前記第２のゴムユニットが配置される領域には、少なくとも絶縁油が充填されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の電力ケーブル用終端接続部。
8. 前記絶縁碍管と前記電力用ケーブルとの間であって前記第１のゴムユニット及び前記第２のゴムユニットが配置される領域には、少なくとも絶縁ガスが充填されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の電力ケーブル用終端接続部。
9. 鉛直上方に向けて立設される電力用ケーブルと前記電力用ケーブルの周囲を覆う絶縁碍管との間であって前記電力用ケーブルに圧着して設けられる筒状の第１のゴムユニットと、前記第１のゴムユニットの鉛直上部側であって前記電力用ケーブルの周囲に形成され、最外周縁の半径が前記第１のゴムユニットの最外周縁の半径よりも大きい絶縁材からなる第２のゴムユニットとを設け、
   前記第２のゴムユニットの最外周縁より鉛直上部側を、全て又は前記電力用ケーブル側の一部を外周縁側に向けて傾斜し、
   前記第２のゴムユニットを、前記絶縁碍管の内壁と非接触とすることを特徴とする電力ケーブル終端接続方法。

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