(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部導体と、
前記内部導体の外周を覆う硬質の絶縁体と、
前記絶縁体の外周を覆い、外周に複数の襞部が長手方向に離間して形成されたポリマー被覆体と、
前記ポリマー被覆体の基端側において、前記内部導体と同心状に前記絶縁体に埋設された遮蔽金具と、
前記絶縁体と前記ポリマー被覆体との界面に配置され、基端が前記遮蔽金具に接続された電界緩和層と、
を具備し、
前記電界緩和層は、
前記遮蔽金具との接続位置から先端側に向かって形成され、厚みがほぼ均一な均一部と、
円弧面が形成される先端部と、
前記均一部と前記先端部とが連設する位置に形成され、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面が形成されているテーパ部と、
を具備し、
前記均一部の厚みをｄとし、前記円弧面の半径をｒとした場合、ｒ＞ｄとされており、かつ、酸化亜鉛層又は高誘電率層で形成されている、
ポリマー套管。
【請求項２】
前記遮蔽金具は、
前記ポリマー被覆体よりも径方向外方に向けて突出したフランジ部と、
前記絶縁体に埋設された電界緩和用の円筒部と、
を有する、
請求項１に記載のポリマー套管。
【請求項３】
前記ポリマー被覆体は、前記襞部が形成されている肉厚部と、前記襞部が形成されていない肉薄部とを有し、
前記電界緩和層は、先端が、前記ポリマー被覆体の前記肉厚部に隣接している、
請求項１又は請求項２に記載のポリマー套管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリマー套管に関し、特に、エポキシブッシング等の絶縁体とシリコーンゴム等のポリマー被覆体との界面に電界緩和層を備えたポリマー套管に関する。
【背景技術】
【０００２】
近時、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、エポキシブッシング等の絶縁体の表面にシリコーンゴム等のポリマー被覆体を直接モールドした固体絶縁構造（完全乾式）のポリマー套管が使用されている。
【０００３】
しかしながら、このような構成の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し、当該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劣化（エロージョン）するおそれがある。
【０００４】
コロナの発生を防止する技術として、絶縁体とポリマー被覆体との界面に電界緩和層を設ける方法や（例えば、特許文献１参照）、気中表面の電界強度を下げつつ電界緩和層の発熱を抑えることができる技術として、絶縁体の下端部近傍に大径部を設け、かつ、大径部とポリマー被覆体との界面に電界緩和層を設ける方法（例えば、特許文献２参照）が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１１７８０６号公報
【特許文献２】特開２００９−００５５１４号公報
【特許文献３】特開２００７−１８８７３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このような従来のポリマー套管にあっては、コロナ放電の特性をより向上させたり、運転電圧のさらなる高電圧化を図ったりする場合には、上述したように、絶縁体とポリマー被覆体の界面に電界緩和層を設けることで、ポリマー套管の大径化をある程度防止できる。しかしながら、それ以上の性能向上を求める場合には、ポリマー被覆体の外径を太くする必要があり、その結果、ポリマー套管の重量が重くなるという難点があった。また、ポリマー套管が太くなると、ポリマー套管の投影断面積が大きくなり、ひいては汚損耐電圧特性の向上を図るために、長尺のポリマー套管を使用しなければならないという難点があった。
【０００７】
本発明は、従来に比してコロナ放電の発生をさらに抑制し、運転電圧の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を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のポリマー套管の一つの態様は、内部導体と、前記内部導体の外周を覆う硬質の絶縁体と、前記絶縁体の外周を覆い、外周に複数の襞部が長手方向に離間して形成されたポリマー被覆体と、前記ポリマー被覆体の基端側において、前記内部導体と同心状に前記絶縁体に埋設された遮蔽金具と、前記絶縁体と前記ポリマー被覆体との界面に配置され、基端が前記遮蔽金具に接続された電界緩和層と、を具備し、前記電界緩和層は、前記遮蔽金具との接続位置から先端側に向かって形成され、厚みがほぼ均一な均一部と、円弧面が形成される先端部と、前記均一部と前記先端部とが連設する位置に形成され、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面が形成されているテーパ部と、を具備し、前記均一部の厚みをｄとし、前記円弧面の半径をｒとした場合、ｒ＞ｄとされており、かつ、酸化亜鉛層又は高誘電率層で形成されている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、電界緩和層を、均一部と、円弧面が形成される先端部と、均一部と先端部とが連設する位置に形成され、先端側に向かって内径が小さくなるように傾斜したテーパ面が形成されているテーパ部と、を具備する構成としたので、電界緩和層の先端部近傍における電界を低減できる。この結果、電界緩和層の先端部近傍におけるコロナ放電を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態のポリマー套管の構成を示す部分断面図
【図２】実施の形態のポリマー套管の電界緩和層の先端部付近を拡大して示した断面図
【図３】電界緩和層の先端部付近の比較例を示した断面図
【図４】他の実施の形態のポリマー套管の電界緩和層の先端部付近を拡大して示した断面図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
先ず、本発明に至った過程について説明する。
【００１２】
本発明の発明者らは、電界緩和層を備えたポリマー套管において、どの位置でコロナ放電が発生し易いかを検討した。検討の結果、電界緩和層の先端近傍に電界が集中し、運転電圧が高電圧のときに、電界緩和層の先端近傍におけるポリマー被覆体の襞部表面で気中放電が発生し易いことをつきとめた。すなわち、襞部表面の電界を下げることがコロナ放電の発生を抑制することに繋がることをつきとめた。そして、発明者らは、電界緩和層の先端の形状及び配置がコロナ放電を抑制する上で非常に重要であると考え、本発明に至った。
【００１３】
本発明の一つの特徴は、電界緩和層を、（ｉ）遮蔽金具との接続位置から先端側に向かって形成され厚みがほぼ均一な均一部と、（ｉｉ）円弧面が形成された先端部と、（ｉｉｉ）前記均一部と前記先端部とが連設する位置に形成され、先端に行くに従って内径が小さくなるように傾斜したテーパ面が形成されているテーパ部と、からなるように構成したことである。これにより、電界緩和層の先端部近傍における電界を低減でき、その結果、当該先端部近傍のポリマー被覆体の襞部表面の電界を低減でき、ひいてはポリマー套管におけるコロナ放電を抑制できる。これにより、電界緩和層全体としての体積の増加を抑制しつつ、電界緩和層の先端部の円弧面の半径を大きくすることができるので、無駄な材料を消費せずに、電界緩和層の先端部近傍におけるコロナ放電をより低減できる。
【００１４】
また本発明の一つの特徴は、ポリマー被覆体が、襞部が形成されている肉厚部と、襞部が形成されていない肉薄部とを有し、電界緩和層の先端を、ポリマー被覆体の肉厚部に隣接して配置したことである。これにより、電界が集中する電界緩和層先端部を、襞部の肉厚部によって絶縁補強できるので、電界緩和層の先端部近傍におけるコロナ放電をより低減できる。
【００１５】
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。
【００１６】
［１］ポリマー套管の全体構成
図１に、本発明の実施の形態に係るポリマー套管の全体構成を示す。図１は、中央部付近を断面で示した部分断面図である。図１のポリマー套管１０は機器用ブッシングとして用いられている。ここで、ポリマー套管１０は、図中下側で変圧器等の機器等のケースに固定される。具体的には、図１のポリマー套管１０では、後述する遮蔽金具５０のフランジ部５１の基端面が機器等のケース（不図示）の先端面に気密に固定される。図中下側を基端側と呼び、図中上側を先端側と呼ぶことにする。
【００１７】
ポリマー套管１０は、内部導体２０と、絶縁体３０と、ポリマー被覆体４０と、遮蔽金具５０と、電界緩和層６０と、を有する。なお、ポリマー套管１０では、課電時の電位は、内部導体２０が高電圧側、遮蔽金具５０が接地側である。
【００１８】
内部導体２０は、銅などの通電に適した金属製の棒体で形成されている。また、内部導体２０はポリマー套管１０の中心に配置される。また、機器用ブッシングとして用いられる図１のポリマー套管１０では、内部導体２０の両端部（先端部２１及び基端部２２）は、絶縁体３０から露出した状態で形成される。内部導体２０は、露出する基端部２２で、図示しないが機器内の高電圧導体に接続される。また、内部導体２０は、露出する先端部２１で、図示しないが架空線や引き込み線などに接続される。
【００１９】
絶縁体３０は、内部導体２０の外周を覆うように設けられている。絶縁体３０は、機械的強度の高い材料、例えば、エポキシ樹脂やＦＲＰなどの硬質プラスチック樹脂、で形成されている。絶縁体３０は、内部導体２０の先端部２１及び基端部２２を露出させた状態で、モールドにより内部導体２０及び遮蔽金具５０と一体的に形成される。絶縁体３０の遮蔽金具５０の先端側近傍は、絶縁体３０の先端部近傍（後述する小径部１２に相当する部分）に比べて大径に形成されている（後述する大径部１１に相当する部分）。絶縁体３０の基端部は、図１の機器用ブッシングの構造においては、遮蔽金具５０より基端側において下部ブッシング３１を形成する。下部ブッシング３１は、ポリマー套管１０を機器のケースに設置した際に機器の内側に配置される。下部ブッシング３１は、絶縁体３０と同材料で一体的に形成される。図１のポリマー套管１０を機器のケースに固定した場合、下部ブッシング３１は機器内に配設される。また、図１の実施の形態では、機器内（不図示）の下部ブッシング３１の外周はＳＦ６（六弗化硫黄）ガス等の絶縁ガスで覆われる。
【００２０】
ポリマー被覆体４０は、遮蔽金具５０において絶縁体３０から露出する部分（図１ではフランジ部５１）より先端側の絶縁体３０の基端部から先端部に至る絶縁体３０の外周を覆い、かつ、それ自身の外周に複数の襞部４１が長手方向に離間して形成されている。ポリマー被覆体４０は、電気絶縁性能に優れた材料、例えば、シリコーンポリマーなどの高分子絶縁材料、で形成されている。
【００２１】
遮蔽金具５０は、ポリマー被覆体４０の基端側において、内部導体２０と同心状に絶縁体３０に埋設されている。遮蔽金具５０は、ポリマー套管１０を所定の取り付け箇所に固定するためポリマー被覆体４０よりも基端側において径方向外方に向けて突出したフランジ部５１と、絶縁体３０に埋設された電界緩和用の円筒部５２と、を有する。よって、ここでは遮蔽金具５０は電界緩和の機能を有する。所定の取り付け箇所としては、図１のポリマー套管１０では機器のケース（不図示）となる。円筒部５２は、外面が電界緩和層６０に対向するように、フランジ部５１から直角に立ち上げられている。なお、円筒部５２は直角で立ち上がる構造に限定される必要は無く、電界緩和の機能を有していればよく、遮蔽金具５０としては本発明の効果を有する限り任意の形状でよい。
【００２２】
電界緩和層６０は、絶縁体３０とポリマー被覆体４０との界面に配置されている。電界緩和層６０の基端は、遮蔽金具５０に電気的に接続されている。電界緩和層６０は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）層又は高誘電率層で形成されている。例えば、電界緩和層６０は、エラストマー材料に酸化亜鉛粉末を充填した酸化亜鉛層である。また、例えば、電界緩和層６０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あってもよい。電界緩和層６０を製造する順序としては、内部導体２０及び遮蔽金具５０とともにモールドにより一体的に形成した絶縁体３０の外周に、基端側で遮蔽金具５０に電気的に接触するように電界緩和層６０をモールドにより一体的に形成し、その後、電界緩和層６０の外周及び電界緩和層６０が外周に形成されていない絶縁体３０の先端部側の外周に、ポリマー被覆体４０をモールドにより一体的に形成する。
【００２３】
因みに、本実施の形態の場合、ポリマー套管１０は、遮蔽金具５０の先端側近傍の大径部１１と、大径部１１よりも先端側の小径部１２とによって構成されており、少なくとも大径部１１における絶縁体３０とポリマー被覆体４０との界面に電界緩和層６０が形成されている。これにより、ポリマー套管１０の気中表面の電界強度を下げることができ、かつ、電界緩和層６０の発熱を抑えることができる。
【００２４】
なお、絶縁体３０、ポリマー被覆体４０及び電界緩和層６０は、モールドにより一体的に形成されている。
【００２５】
［２］電界緩和層
次に、電界緩和層６０について詳細に説明する。
【００２６】
電界緩和層６０は、電界緩和層６０の先端付近を拡大した図２に示すように、遮蔽金具５０との接続位置から先端側に向かって絶縁体３０の外周に形成され、厚みがほぼ均一な均一部６１と、円弧面６２ａが形成された先端部６２と、均一部６１と先端部６２とが連設する位置に形成され、先端側に向かってその内径が小さくなるように傾斜したテーパ面６３ａが形成されているテーパ部６３と、からなる。ここで、円弧面６２ａが形成される先端部６２の形状としては、図２のように先端部６２全体が円弧状の場合の他、先端部６２の内側だけが円弧状の場合で他の先端部６２はフラット（軸方向に直角）な場合、及び、先端部６２の内側と外側が円弧状で厚みの中央がフラット（軸方向に直角）な場合を含むものとする。
【００２７】
ここで、均一部６１の厚みをｄとし、断面円弧状（つまり円弧面）とされている先端部６２の円弧面６２ａの円弧の半径をｒとした場合、半径ｒはｒ＞ｄとするのがより好ましい。この構成によるポリマー套管の電界解析の結果、図２の電界緩和層６０の先端部近傍におけるポリマー被覆体４０の襞部４１表面の電界強度は、図３の電界緩和層６０の先端部近傍におけるポリマー被覆体４０の襞部４１表面の電界強度に比べて低くなることがわかった。このことから、ｒ＞ｄとすることにより、電界緩和層６０全体としての体積の増加を抑制しつつ、電界緩和層６０の先端部６２の円弧面６２ａの半径を大きくすることができるので、単に電界緩和層６０を厚く形成する場合に比べて、無駄な材料を消費せずに、電界緩和層６０の先端部６２近傍におけるコロナ放電を低減できる。すなわち、電界緩和層６０は酸化亜鉛（ＺｎＯ）層又は高誘電率層で形成されるため、電界緩和層６０を形成する材料費が高価となるため、電界緩和層６０の体積の増加を抑制したい。そこで、本実施の形態によって、電界緩和層６０の全長において厚みｄを厚く形成しなくとも、電界緩和層６０の先端部６２近傍におけるコロナ放電を低減できる。因みに、例えば、厚みｄは５［ｍｍ］、半径ｒは６［ｍｍ］である。
【００２８】
なお、ｒ≦ｄとされたポリマー套管では、ｒ＞ｄとされたポリマー套管に比べてポリマー被覆体の襞部表面の電界強度は高いことがわかった。ｒ≦ｄとされたポリマー套管では、均一部６１の先端側にテーパ部６３を設けて、電界緩和層６０の先端側の厚みを均一部６１に比べて厚くした場合でも、円弧の半径ｒが小さいため、電界緩和層６０の先端に電界が集中し、ひいてはポリマー被覆体４０の襞部４１表面の電界の低減効果は小さい。この結果、図３の比較例のように電界緩和層６０の厚さが均一で単に先端に円弧面６２ａを形成したポリマー套管と比べて、ポリマー被覆体４０の襞部４１表面の電界強度は変わらなかった。
【００２９】
図４に示すように、ポリマー套管１０の電界緩和層６０の先端を、ポリマー被覆体４０の襞部４１が形成されている肉厚部に隣接して配置すれば、より好ましい。つまり、図２の例では、電界緩和層６０の先端を、ポリマー被覆体４０の襞部４１が形成されていない肉薄部に隣接して配置した場合を示したが、図４に示した配置は、図２に示した配置よりも、電界が集中する電界緩和層６０の先端部６２を、襞部４１の肉厚部によって絶縁補強できる。同じｒ＞ｄの条件で電界解析を行うと、図２の場合に比べて図４の場合の方がポリマー被覆体４０の襞部４１表面の電界強度は低くなることがわかった。よって、ポリマー套管１０におけるコロナ放電をより一層低減できる。
【００３０】
特に、図４の構成でｒ＞ｄとした場合は、ｒ＞ｄの効果と肉厚部に隣接して配置した効果の双方の効果が得られるため、コロナ放電を低減するのに非常に有用である。
【００３１】
［３］他の実施の形態
上述した実施の形態では、本発明を、大径部１１と小径部１２とを有するポリマー套管１０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、外径が長手方向に亘って同一であるストレートタイプのポリマー套管に適用した場合にも同様の効果を得ることができる。
【００３２】
また、上述した実施の形態では、ポリマー套管１０を機器用ブッシングとして用いた場合について述べたが、壁貫通ブッシング（特許文献３参照）として用いられるポリマー套管の構造でもよいし、絶縁体３０の基端側にケーブル端末の接続部を有するケーブル終端接続部に用いられるポリマー套管の構造でもよい。また、ケーブル終端接続部に用いられるポリマー套管としては、当業者にとっていずれも既知である、ストレスコーンを絶縁体３０内に受容する所謂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を接続する所謂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ため、これらの構造は特に限定されない。つまり、本発明のポリマー套管は、図１のように機器（ＧＩＳ（ガス絶縁開閉装置）や変圧器等）に接続される機器用ブッシングに適用してもよいし、壁貫通ブッシングに適用してもよいし、ケーブルと接続するケーブル終端接続部に適用してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明のポリマー套管は、ポリマー被覆体からのコロナ放電の発生を抑制できる効果を有し、例えばケーブル終端接続部やブッシング（機器用ブッシングや壁貫通ブッシング等）として有用である。
【符号の説明】
【００３４】
１０  ポリマー套管
１１  大径部
１２  小径部
２０  内部導体
３０  絶縁体
４０  ポリマー被覆体
４１  襞部
５０  遮蔽金具
５１  フランジ部
５２  円筒部
６０  電界緩和層
６１  均一部
６２  先端部
６２ａ  円弧面
６３  テーパ部
６３ａ  テーパ面
【図１】
0005606252.tif 000002
【図２】
0005606252.tif 000003
【図３】
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【図４】
0005606252.tif 000005