TWI415352B - 聚合物套管及使用該聚合物套管的纜線末端連接部 - Google Patents

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Description

聚合物套管及使用該聚合物套管的纜線末端連接部
本發明係關於聚合物套管及使用該聚合物套管的纜線末端連接部，尤其係關於在環氧套管(bushing)等絕緣體與矽氧橡膠(silicone rubber)等聚合物被覆體的界面具備有電場緩和層的聚合物套管及使用該聚合物套管的纜線末端連接部。
近來由達成套管輕量化、薄型化、縮小化、套管種類之共通化及作業步驟之簡化等的觀點來看，係使用在環氧套管等絕緣體的表面直接模塑矽氧橡膠等聚合物被覆體而成的固體絕緣構造(完全乾式)的聚合物套管(例如專利文獻1)。
但是，在如上所示之構成的聚合物套管中，若電場變高，會在聚合物套管的外表面發生電暈放電，該電暈放電長期產生時，會有聚合物被覆體受到化學性侵蝕而劣化(腐蝕(erosion))的缺點。
為了防止該電暈放電的發生，必須降低聚合物套管在空氣中表面的電場強度，以該類降低電場強度的方法而言，已知有：(1)在絕緣體與聚合物被覆體的界面設置電場緩和層的方法(例如專利文獻2)、及(2)加粗聚合物被覆體的外徑的方法(例如專利文獻3)。
但是，在(1)的方法中，若為習知的電壓規格(66 /77kv)，在運轉電壓中並不會發生發熱，但是當運轉電壓上升至例如154kV左右時，以該運轉電壓，電場緩和層因切換而發熱，而有無法忽略劣化的問題的缺點。
在此，上述之發熱現象係被解釋為因電場緩和層的電壓一電流特性而起。亦即，如第4圖所示，電場緩和層的電壓一電流特性若以非線性且66至77kV左右的運轉電壓(圖中A部)，幾乎不會流通電流，但是在當運轉電壓超過154kV左右(圖中B部)時，在電場集中的部分中，會在電場緩和層流通大電流，藉由該電流，亦即如第5圖所示，被解釋為在聚合物套管之遮蔽模具400附近的電場緩和層中發生發熱者。其中，第5圖中，元件符號100表示導體拉出棒、200表示絕緣體、300表示聚合物被覆體、310表示聚合物被覆體的褶部、500表示電場緩和層。
另一方面，在(2)的方法中，係可以某程度降低空氣中表面(聚合物被覆體300之褶部310的部分)的電場強度，但是為了形成為與利用(1)的方法者同等的電場強度，必須將聚合物被覆體300的外徑大徑化成所需以上，因此，在(2)的方法中，因聚合物被覆體300的外徑更為大徑化而因空氣中末端的表面積的增大導致鹽害特性(brine damage characteristic)降低，此外，由於需要更多的絕緣材料，因此具有導致纜線末端連接部的重量加重或成本提高的缺點。
(專利文獻1)日本特開2003－303632(專利文獻2)日本特開2005－117806 (專利文獻3)日本特開2002－157932
本發明係為了解決上述缺點而研創者，目的在提供一種可一面抑制聚合物套管大徑化，一面達成運轉電壓高電壓化的聚合物套管及使用該聚合物套管的纜線末端連接部。
本發明之第1態樣之聚合物套管係具備有：配設在中心且在下端部具有導體挿入孔的導體拉出棒；設在導體拉出棒的外周且在下端部具有纜線末端之容納口的硬質絕緣體；及設在絕緣體的外周且在外周在長邊方向分離形成有多數個褶部的聚合物被覆體，在絕緣體的下端部附近且在導體挿入孔更為上方部位設有大徑部，在大徑部與聚合物被覆體的界面設有電場緩和層。
本發明之第2態樣之聚合物套管係具備有：配設在中心且在下端部具有導體挿入孔的導體拉出棒；設在導體拉出棒的外周且在下端部具有纜線末端之容納口的硬質絕緣體；及設在絕緣體的外周且在外周在長邊方向分離形成有多數個褶部的聚合物被覆體，在絕緣體的下端部附近且在導體挿入孔更為上方部位設有大徑部，在大徑部與聚合物被覆體的界面設有電場緩和層，在絕緣體的大徑部以與導 體拉出棒呈同心狀的方式埋設有筒狀遮蔽模具。
本發明之第3態樣之聚合物套管係具備有：配設在中心且在下端部具有導體挿入孔的導體拉出棒；設在導體拉出棒的外周且在下端部具有纜線末端之容納口的硬質絕緣體；及設在絕緣體的外周且在外周在長邊方向分離形成有多數個褶部的聚合物被覆體，在絕緣體的下端部附近且在導體挿入孔更為上方部位設有大徑部，在大徑部與聚合物被覆體的界面設有電場緩和層，在大徑部的外表面設有由高壓側朝向低壓側平滑地擴大直徑的錐形部。
本發明之第4態樣之聚合物套管係具備有：配設在中心且在下端部具有導體挿入孔的導體拉出棒；設在導體拉出棒的外周且在下端部具有纜線末端之容納口的硬質絕緣體；及設在絕緣體的外周且在外周在長邊方向分離形成有多數個褶部的聚合物被覆體，在絕緣體的下端部附近且在導體挿入孔更為上方部位設有大徑部，在大徑部與聚合物被覆體的界面設有電場緩和層，在絕緣體的大徑部以與導體拉出棒呈同心狀的方式埋設有筒狀遮蔽模具，在大徑部的外表面設有由高壓側朝向低壓側平滑地擴大直徑的錐形部。
本發明之第5態樣之聚合物套管係具備有：配設在中心且在下端部具有導體挿入孔的導體拉出棒；設在導體拉出棒的外周且在下端部具有纜線末端之容納口的硬質絕緣體；及設在絕緣體的外周且在外周在長邊方向分離形成有多數個褶部的聚合物被覆體，在絕緣體的下端部附近且在 導體挿入孔更為上方部位設有大徑部，在大徑部與聚合物被覆體的界面設有電場緩和層，在絕緣體的大徑部以與導體拉出棒呈同心狀的方式埋設有筒狀遮蔽模具，在大徑部的外表面設有由高壓側朝向低壓側平滑地擴大直徑的錐形部，在錐形部係施行呈平滑的彎曲凸面形狀的加工。
本發明之第6態樣之聚合物套管係具備有：配設在中心且在下端部具有導體挿入孔的導體拉出棒；設在導體拉出棒的外周且在下端部具有纜線末端之容納口的硬質絕緣體；及設在絕緣體的外周且在外周在長邊方向分離形成有多數個褶部的聚合物被覆體，在絕緣體的下端部附近且在導體挿入孔更為上方部位設有大徑部，在大徑部與聚合物被覆體的界面設有電場緩和層，在大徑部的外表面設有由高壓側朝向低壓側平滑地擴大直徑的錐形部，在錐形部係施行呈平滑的彎曲凸面形狀的加工。
本發明之第7態樣之聚合物套管係具備有：第1態樣至第6態樣中之任一態樣之聚合物套管；及纜線末端部，在聚合物套管的容納口裝設有纜線末端部。
藉由本發明之第1態樣至第6態樣的聚合物套管及第7態樣的纜線末端連接部，具有以下之效果。
第1，在絕緣體的電場集中的遮蔽模具附近，亦即在絕緣體的下端部附近且為導體拉出棒之導體挿入孔更為上方部位設置大徑部，且在該大徑部與聚合物被覆體的界面 設置電場緩和層，藉此可降低聚合物套管之空氣中表面的電場強度，而且可抑制電場緩和層的發熱。因此，藉由使用本發明之聚合物套管之纜線末端連接部，可一面抑制聚合物套管的大型化，一面達成運轉電壓的高電壓化。
第2，在前述絕緣體之大徑部的外表面設置由高壓側朝向低壓側平緩擴大直徑的錐形部，藉此可緩和電場集中。
第3，在前述錐形部的外表面施行曲面加工，亦即施行呈平滑的彎曲凸面形狀的加工，藉此可更進一步緩和電場集中。
以下參照圖示，說明本發明之聚合物套管及使用該聚合物套管的纜線末端連接部的較佳實施形態例。其中，在以下説明中，導體拉出棒、絕緣體(包含大徑絕緣體、小徑絕緣體及大徑部)及遮蔽模具(包含圓筒部及漏斗狀部)及電場緩和層的「前端部」係指高壓側，在圖中係相當於上方向，此外，導體拉出棒、絕緣體、遮蔽模具及電場緩和層的「下端部」係指低壓側，在圖中係相當於下方向。
第1圖係採用本發明之聚合物套管之154kV級之CV纜線的空氣中末端連接部的局部剖面圖。
在該圖中，本發明之聚合物套管1係具備有：配設在中心且在下端部具有導體挿入孔2a的導體拉出棒2；設在 導體拉出棒2之外周的硬質絕緣體3；及設在絕緣體3之外周的聚合物被覆體4。在此，導體拉出棒2係由銅等適於通電的金屬製棒體所形成，絕緣體3係由機械強度較高的材料，例如環氧樹脂或FRP等硬質塑膠樹脂所形成。此外，聚合物被覆體4係由電性絕緣性能佳的材料，例如矽氧聚合物等高分子絕緣材料所形成。其中，該等絕緣體3、聚合物被覆體4及後述的電場緩和層5係藉由成型(mold)而一體形成。
絕緣體3係具備有：在導體拉出棒2之導體挿入孔2a的外周，由導體挿入孔2a的下方部位跨越後述之遮蔽模具6的下端部而設的大徑絕緣體31；在導體拉出棒2的外周，由其前端部附近跨越後述之遮蔽模具6的上端部附近而設的小徑絕緣體32；及設在大徑絕緣體31與小徑絕緣體32的連設部分的大徑部33，在大徑絕緣體31的下端部係以使具有用以容納後述之纜線末端部7之應力錐71的漏斗狀錐形內周面的容納口31a與導體挿入孔2a相連通的方式以與導體挿入孔2a呈同心狀予以設置。此外，在大徑部33的外表面係設有由其本身的前端部側(高壓側)朝向下端部側(低壓側)平滑地擴大直徑的錐形部33a。在該實施例中，該錐形部33a的外表面係藉由在自大徑部33的上端部側至下端部側的部分施行曲面加工而呈平滑的彎曲凸面形狀。此外，大徑絕緣體31的外徑係形成為小徑絕緣體32的外徑的1.5至1.7倍，再者，大徑部33的下端部側的外徑係形成為與大徑絕緣體31的外徑 大致相同直徑，大徑部33的上端部側的外徑係形成為與小徑絕緣體32的外徑大致相同直徑。其中，大徑絕緣體31與大徑部33之軸向的長度係分別形成為絕緣體3之軸向長度的1/5左右，小徑絕緣體32之軸向長度係形成為絕緣體3之軸向長度的3/5左右。
元件符號6係表示在絕緣體3的大徑部33圍繞導體拉出棒2且以與導體拉出棒2呈同心狀所埋設的筒狀遮蔽模具，該遮蔽模具6係具備有：以僅露出其本身之外表面的方式而埋設在大徑絕緣體31與大徑部33的連設部的圓筒部61；以與圓筒部61呈同心狀連設在圓筒部61的上端部，且將其本身的上端部朝向小徑絕緣體32側而以與該大徑部33呈同心狀埋設在大徑部33的前端漸細狀的漏斗狀部62；及以與圓筒部61呈同心狀連設在圓筒部61的下端部，且由大徑絕緣體31的上端部位置朝向直徑方向外方延伸出去的環狀凸緣部63。在此，圓筒部61的內徑係形成為與大徑絕緣體31的外徑大致相同直徑。
聚合物被覆體4係設在由大徑部33的下端部至小徑絕緣體32的前端部的外周，在其本身的外周部係沿著聚合物被覆體4的長邊方向而分離形成有多數個褶部4a。此外，在大徑部33與聚合物被覆體4的界面設有電場緩和層5，該電場緩和層5的下端部側係與構成遮蔽模具6的圓筒部61的上端部作電性接觸。
在此，電場緩和層5係由例如在彈性體材料填充氧化鋅粉末而成的ZnO層或填充有碳黑等導電性填充材而成的 橡膠等的相對介電常數(relative permittivity)為10以上的高介電常數層所形成。
接著說明採用本發明之聚合物套管1的纜線末端連接部。
在第1圖中，首先，在導體拉出棒2之導體挿入孔2a的內部，係在朝其內壁所突設的圓柱狀套筒(boss)2b裝設有朝直徑方向伸縮的鬱金香式接觸型的導體連接子2c。此外，在構成遮蔽模具6之凸緣部63的外周緣部的下端面係藉由鎖緊螺栓B而固定有環狀的底部模具8，該底部模具8係透過配設在其下面側的支持礙子(insulator)9而被安裝在支持架台10。藉此，聚合物套管1係透過支持礙子9而被固定在支持架台10。此外，在將纜線末端進行段剝處理(step－stripped process)而使其露出的纜線絕緣體72的外周係裝設有應力錐71，並且在纜線導體73的前端部係安裝有得以挿入(plug in)連接於導體連接子2c的彈丸狀導體端子74。在此，應力錐71係由乙烯丙烯橡膠(EP橡膠)等具有橡膠狀彈性的預成型(pre－mold)絕緣體等所構成，在該應力錐71的前端部係設有被裝設在容納口31a之內壁面的前端漸細狀的圓錐(cone)狀部。
如上所示之構成的纜線末端部7係朝向聚合物套管1的容納口31a挿入其前端部，接著預先將配設在纜線末端部7側的按壓模具75朝向容納口31a側按壓。藉此，使導體端子74插入連接於導體連接子2c，並且將應力錐71的圓錐狀部按壓在容納口31a的內壁面，進而確保容納口 31a的內壁面與圓錐狀部的外周面間的界面的絕緣性能。
其中，在第1圖中，元件符號76表示纜線遮蔽層、77表示密封部、78表示按壓模具凸緣、79表示接地線、80表示彈簧、81表示保護模具、82表示轉接器。
第2圖係顯示本發明之纜線末端連接部之電場解析圖。由該圖可知，本發明之纜線末端連接部係明顯與習知之纜線末端連接部(參照第5圖)成對比，聚合物套管1之外表面中的電場在遮蔽模具6的附近均一化，而緩和電場集中。
如以上所示，藉由將電場集中的遮蔽模具6附近的絕緣體3的外徑大徑化，且在經大徑化的絕緣體(大徑部33)與聚合物被覆體4的界面設有電場緩和層5的本發明之纜線末端連接部，可降低聚合物套管1之空氣中表面的電場強度，而可抑制電場緩和層5的發熱，亦即如第3圖所示，由於本發明之纜線末端連接部(實施例)中的切換電壓(圖中C部)比習知之纜線末端連接部(比較例)中的切換電壓(圖中B部)更高，因而可抑制電場緩和層5的發熱。此外，在絕緣體3之大徑部33的外表面設置由高壓側朝向低壓側緩和擴大直徑的錐形部33a，藉此可緩和電場集中，此外，藉由視需要而在該錐形部33a的外表面施行曲面加工(呈平滑之彎曲凸面形狀的加工)，可更進一步緩和電場集中。
(產業上利用可能性)
在前述之實施例中，係以圖示所示之特定的實施形態來說明本發明，惟本發明並非限定於該等實施形態，只要達成本發明之效果，亦可形成為如下所示。
第1，在前述之實施例中，將電場緩和層5設在大徑部33與聚合物被覆體4的界面，但是該電場緩和層5亦可跨及小徑絕緣體的外周而設，或者跨及界面全長而設。
第2，設在導體拉出棒2的外周的絕緣體3亦可以與導體拉出棒2不同的個體另外設置。
第3，在前述之實施例中，係就空氣中末端連接部加以説明，但是本發明並非限定於此，亦可適用於例如貫穿套管等之空氣中部分等。
第4，導體拉出棒2並非限定於由銅形成者，例如亦可由銅合金製、鋁或鋁合金製的任一者所形成。
第5，在前述之實施例中，係就運轉電壓為154kV級者加以説明，但是本發明並非限定於此，亦可適用於比154kV低的電壓或比其高的電壓。
1‧‧‧聚合物套管
2‧‧‧導體拉出棒
2a‧‧‧導體挿入孔
3‧‧‧絕緣體
4‧‧‧聚合物被覆體
4a‧‧‧褶部
5‧‧‧電場緩和層
6‧‧‧遮蔽模具
7‧‧‧纜線末端部
8‧‧‧底部模具
9‧‧‧支持礙子
10‧‧‧支持架台
31‧‧‧大徑絕緣體
31a‧‧‧容納口
32‧‧‧小徑絕緣體
33‧‧‧大徑部
33a‧‧‧錐形部
61‧‧‧圓筒部
62‧‧‧漏斗狀部
63‧‧‧環狀凸緣部
71‧‧‧應力錐
72‧‧‧纜線絕緣體
73‧‧‧纜線導體
74‧‧‧導體端子
75‧‧‧按壓模具
76‧‧‧纜線遮蔽層
77‧‧‧密封部
78‧‧‧按壓模具凸緣
79‧‧‧接地線
80‧‧‧彈簧
81‧‧‧保護模具
82‧‧‧轉接器
100‧‧‧導體拉出棒
200‧‧‧絕緣體
300‧‧‧聚合物被覆體
310‧‧‧聚合物被覆體的褶部
400‧‧‧遮蔽模具
500‧‧‧電場緩和層
B‧‧‧鎖緊螺栓
第1圖係本發明之纜線末端連接部的局部剖面圖。
第2圖係本發明之纜線末端連接部的電場解析圖。
第3圖係本發明之纜線末端連接部的電壓－電流特性圖。
第4圖係習知之纜線末端連接部的電壓－電流特性圖。
第5圖係習知之纜線末端連接部的電場解析圖。
1‧‧‧聚合物套管
2‧‧‧導體拉出棒
2a‧‧‧導體挿入孔
2b‧‧‧圓柱狀套筒
2c‧‧‧導體連接子
B‧‧‧鎖緊螺栓
3‧‧‧絕緣體
4‧‧‧聚合物被覆體
4a‧‧‧褶部
5‧‧‧電場緩和層
6‧‧‧遮蔽模具
7‧‧‧纜線末端
8‧‧‧底部模具
9‧‧‧支持礙子
10‧‧‧支持架台
31‧‧‧大徑絕緣體
31a‧‧‧容納口
32‧‧‧小徑絕緣體
33‧‧‧大徑部
33a‧‧‧錐形部
61‧‧‧筒部
62‧‧‧漏斗狀部
63‧‧‧環狀凸緣部
71‧‧‧應力錐
72‧‧‧纜線絕緣體
73‧‧‧纜線導體
74‧‧‧導體端子
75‧‧‧按壓模具
76‧‧‧纜線遮蔽層
77‧‧‧密封部
78‧‧‧按壓模具凸緣
79‧‧‧接地線
80‧‧‧彈簧
81‧‧‧保護模具
82‧‧‧轉接器

Claims (4)

  1. 一種聚合物套管，其特徵為具備有：配設在中心且在下端部具有導體挿入孔的導體拉出棒；設在前述導體拉出棒的外周且在下端部具有纜線末端之容納口的硬質絕緣體；及設在前述絕緣體的外周且在外周在長邊方向分離形成有多數個褶部的聚合物被覆體，在前述絕緣體的下端部附近且在前述導體挿入孔更為上方部位設有大徑部，該大徑部在外表面具備有由高壓側朝向低壓側平滑地擴大直徑的錐形部，在前述大徑部與前述聚合物被覆體的界面設有電場緩和層，在前述絕緣體的大徑部以與前述導體拉出棒呈同心狀的方式埋設有筒狀遮蔽模具，前述電場緩和層係與前述遮蔽模具作電性接觸。
  2. 一種聚合物套管，其特徵為具備有：配設在中心且在下端部具有導體挿入孔的導體拉出棒；設在前述導體拉出棒的外周且在下端部具有纜線末端之容納口的硬質絕緣體；及設在前述絕緣體的外周且在外周在長邊方向分離形成有多數個褶部的聚合物被覆體，在前述絕緣體的下端部附近且在前述導體挿入孔更為上方部位設有大徑部，該大徑部在外表面具備有由高壓側朝向低壓側平滑地擴大直徑的錐形部， 在前述大徑部與前述聚合物被覆體的界面設有電場緩和層，在前述絕緣體的大徑部以與前述導體拉出棒呈同心狀的方式埋設有筒狀遮蔽模具，前述電場緩和層係與前述遮蔽模具作電性接觸，在前述錐形部係施行呈平滑的彎曲凸面形狀的加工。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項之聚合物套管，其中，前述電場緩和層係藉由成型(mold)而一體形成在前述大徑部的外周。
  4. 一種纜線末端連接部，其特徵為具備有：如申請專利範圍第1項至第3項中任一項之聚合物套管；及纜線末端部，在前述聚合物套管的容納口裝設有前述纜線末端部。
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