(57)【要約】【課題】ポリマー碍管を用いた終端接続部において、機械的強度および作業性向上を両立することができる終端接続部を提供する。【解決手段】終端接続部１ａは、円筒状に形成された本体部２０ａ，２１ａと、本体部２０ａ，２１ａの周囲に設けられた笠部２０ｂ，２１ｂとを有するポリマー碍管２を備えている。ポリマー碍管２は、絶縁体部２０，２１により構成され、絶縁体部２１には、電力ケーブル１００の端部が差し込まれる径差嵌合部２１ｃが形成されている。絶縁体部２１は、２ＭＰａ以下の弾性率を有する高分子材料からなり、絶縁体部２０は、絶縁体部２１を構成する材料よりも高い弾性率を有する高分子材料からなる。笠部２０ｂの固有振動数は、２００Ｈｚ以上である。絶縁体部２０と絶縁体部２１との界面は、電力ケーブル１００によって、６．６ｋＶ〜５００ｋＶの高電圧を送電する場合に、電界強度が５ｋＶ／ｍｍ以下となる領域に形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力ケーブルを挿通可能な円筒状の本体部と、前記本体部の周囲に設けられた笠部とを有するポリマー碍管を備え、
前記ポリマー碍管は、前記電力ケーブルの挿通方向に沿って配置された第１絶縁体部と第２絶縁体部とにより構成され、
前記第２絶縁体部には、前記電力ケーブルの端部が差し込まれる径差嵌合部が形成され、
前記径差嵌合部は、前記電力ケーブルの端部が差し込まれる前は前記電力ケーブルの端部の外径と同じか、それよりも小さい内径を有しており、
前記第２絶縁体部は、２ＭＰａ以下の弾性率を有する高分子材料からなり、
前記第１絶縁体部は、前記第２絶縁体部を構成する材料よりも高い弾性率を有する高分子材料からなり、
前記第１絶縁体部に形成された前記笠部の固有振動数は、２００Ｈｚ以上であり、
前記第１絶縁体部と前記第２絶縁体部との界面は、前記電力ケーブルによって、６．６ｋＶ〜５００ｋＶの高電圧を送電する場合に、電界強度が５ｋＶ／ｍｍ以下となる領域に形成されている、終端接続部。
【請求項２】
請求項１記載の終端接続部において、
前記界面は、等電位面に沿った面を含んでいる、終端接続部。
【請求項３】
請求項１記載の終端接続部において、
前記界面は、前記ポリマー碍管の軸方向に対して垂直な面を含んでいる、終端接続部。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力ケーブル用終端接続部に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、高電圧用電力ケーブルの終端において、電力ケーブルと、裸線や絶縁電線などとを接続するために終端接続部が用いられている。この終端接続部は、電力ケーブルを挿通可能な円筒状の碍管を備えている。碍管は磁器製のものが多いが、その重量が重く、取扱いが困難であるという問題があった。
【０００３】
そこで、近年では、例えばシリコーンゴム等の高分子材料からなるポリマー碍管が開発されている。このようなポリマー碍管は、磁器製の碍管に比べて軽量で、取扱いが容易であるという利点がある。
【０００４】
特許文献１には、水平の姿勢で用いた場合でもその姿勢を維持することができる終端接続部を提供することを目的として、ケーブル差し込み穴に埋設されたパイプを備えるポリマー碍管を用いた終端接続部（ポリマー接続部）が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６−１１６２８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、本発明者の検討によれば、ポリマー碍管を用いた終端接続部において、機械的強度および作業性向上を両立することが難しいことを見出した。具体的には、ポリマー碍管に十分な機械的強度を有させるために、ポリマー碍管を構成する高分子材料の弾性率（または硬度）を高くすると、ポリマー碍管に電力ケーブルを差し込みにくくなる。これにより、作業性が低下するという問題が生じる。
【０００７】
一方で、作業性を高めるために、ポリマー碍管を構成する高分子材料の弾性率（または硬度）を低くすると、ポリマー碍管が変形しやすくなる。これにより、終端接続部の耐用年数が短くなり、電気的性能が低下するおそれがある。
【０００８】
本発明は、以上のような課題に鑑みてなされたものであり、ポリマー碍管を用いた終端接続部において、機械的強度および作業性の向上を両立することができる終端接続部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】
【０００９】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００１０】
［１］終端接続部は、電力ケーブルを挿通可能な円筒状の本体部と、前記本体部の周囲に設けられた笠部とを有するポリマー碍管を備えている。前記ポリマー碍管は、前記電力ケーブルの挿通方向に沿って配置された第１絶縁体部と第２絶縁体部とにより構成されている。前記第２絶縁体部には、前記電力ケーブルの端部が差し込まれる径差嵌合部が形成され、前記径差嵌合部は、前記電力ケーブルの端部が差し込まれる前は前記電力ケーブルの端部の外径と同じか、それよりも小さい内径を有している。前記第２絶縁体部は、２ＭＰａ以下の弾性率を有する高分子材料からなり、前記第１絶縁体部は、前記第２絶縁体部を構成する材料よりも高い弾性率を有する高分子材料からなる。前記第１絶縁体部に形成された前記笠部の固有振動数は、２００Ｈｚ以上であり、前記第１絶縁体部と前記第２絶縁体部との界面は、前記電力ケーブルによって、６．６ｋＶ〜５００ｋＶの高電圧を送電する場合に、電界強度が５ｋＶ／ｍｍ以下となる領域に形成されている。
【００１１】
［２］［１］記載の終端接続部において、前記界面は、等電位面に沿った面を含んでいる。
【００１２】
［３］［１］記載の終端接続部において、前記界面は、前記ポリマー碍管の軸方向に対して垂直な面を含んでいる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ポリマー碍管を用いた終端接続部において、機械的強度および作業性向上を両立することができる終端接続部を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施の形態に係る終端接続部の縦断面図である。
【図２】図１に示す終端接続部に接続する電力ケーブルの横断面図である。
【図３】図１に示す終端接続部の要部拡大縦断面図において、発生する電界の等電位面を解析した結果を示す模式図である。
【図４】図１に示す終端接続部の要部拡大縦断面図において、外力により発生する弾性歪み分布を解析した結果を示す模式図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態の終端接続部の縦断面図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態の終端接続部の縦断面図である。
【図７】従来例の終端接続部の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（実施の形態１）
以下、本発明の第１の実施の形態（以下、実施の形態１と称する）について、図面を参照して説明する。なお、実施の形態を示す各図中において、同一または同様の部分は同一または類似の記号または参照番号で示し、説明は原則として繰り返さない。
【００１６】
＜終端接続部の構成＞
図１は、実施の形態１に係る終端接続部の構成例を示す縦断面図である。図１に示すように、実施の形態１に係る終端接続部１ａは、ポリマー碍管２を備えている。また、終端接続部１ａは、ポリマー碍管２の後端側（電力ケーブル１００が差し込まれる側）を保護する保護金具３と、電力ケーブル１００の導体１２０に接続される導体接続棒４と、導体接続棒４が取り付けられる固定端子５と、固定端子５を介して導体接続棒４に接続される高圧シールド６と、保護金具３と電力ケーブル１００との間をシールする防水処理部７とをさらに備えている。
【００１７】
＜ポリマー碍管の構成＞
図１に示すように、実施の形態１に係るポリマー碍管２は、電力ケーブル１００を挿通可能な円筒状に形成された本体部２０ａ，２１ａと、本体部２０ａ，２１ａの周囲に設けられた笠部２０ｂ，２１ｂとを有している。
【００１８】
また、ポリマー碍管２は、電力ケーブル１００の挿通方向に沿って配置された２つの絶縁体部、すなわち第１絶縁体部２０と、第２絶縁体部２１とにより構成されている。第２絶縁体部２１は、２ＭＰａ以下の弾性率を有する高分子材料からなり、第１絶縁体部２０は、第２絶縁体部２１を構成する材料よりも高い弾性率を有する高分子材料からなる。
【００１９】
後述するように、径差嵌合部２１ｃに電力ケーブル１００の端部１０１を挿入しやすくするためには、径差嵌合部２１ｃを構成する第２絶縁体部２１が、２ＭＰａ以下の弾性率を有する材料からなることが好ましい。また、径差嵌合部２１ｃに電力ケーブル１００の端部１０１を挿入しやすくするためには、第２絶縁体部２１は、硬度がショアＡ４０程度の高分子材料からなることが好ましい。
【００２０】
また、後述するように、笠部２０ｂの固有振動数を２００Ｈｚ以上とするためには、第１絶縁体部２０は、硬度がショアＡ７０程度の高分子材料からなることが好ましい。
【００２１】
また、第１絶縁体部２０および第２絶縁体部２１を構成する高分子材料は、撥水性がよく、絶縁耐力（絶縁破壊電界強度、絶縁強度）が５ｋＶ／ｍｍ以上であり、応力緩和が小さい材料であることが好ましい。また、第１絶縁体部２０を構成する高分子材料と、第２絶縁体部２１を構成する高分子材料とは、互いに密着性がよいものが好ましい。第１絶縁体部２０および第２絶縁体部２１を構成する高分子材料の例としては、シリコーンゴム、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＭ）またはエチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）がある。第２絶縁体部２１を構成する高分子材料としては、弾性率が１．５ＭＰａのシリコーンゴムがより好ましい。
【００２２】
第１絶縁体部２０は、ポリマー碍管２の先端側（電力ケーブル１００が差し込まれる側と反対側）に位置し、第２絶縁体部２１は、ポリマー碍管２の後端側（電力ケーブル１００が差し込まれる側と同じ側）に位置している。詳細は後述するが、第１絶縁体部２０と第２絶縁体部２１との界面（接合面）は、界面２５ａ，２５ｂである。すなわち、界面２５ａ，２５ｂを基準にして、ポリマー碍管２の先端側が第１絶縁体部２０により構成され、ポリマー碍管の後端側が第２絶縁体部２１により構成されている。また、第１絶縁体部２０と第２絶縁体部２１との界面２５ａ，２５ｂは、電力ケーブル１００によって、６．６ｋＶ〜５００ｋＶの高電圧を送電する場合に、電界強度が５ｋＶ／ｍｍ以下となる領域に形成されている。
【００２３】
詳細は後述するが、実施の形態１の第１絶縁体部２０と第２絶縁体部２１との界面２５ａは、等電位面（等電位線）に沿っている。具体的には、界面２５ａは、ポリマー碍管２の先端側から後端側へ向かうに従って次第に縮径する形状である。また、第１絶縁体部２０と第２絶縁体部２１との界面２５ｂは、ポリマー碍管２の軸方向に対して垂直である。なお、後述の説明のため、図１には、界面２５ａ，２５ｂとは別の界面である、界面２５ｃ（検討例２）や界面２５ｄ（検討例１）も示している。
【００２４】
第１絶縁体部２０は、本体部２０ａと、本体部２０ａの周囲に設けられた複数の笠部２０ｂとを有している。第２絶縁体部２１は、本体部２１ａと、本体部２１ａの周囲に設けられた複数の笠部２１ｂと、電力ケーブル１００の端部１０１が差し込まれる径差嵌合部２１ｃとを有している。径差嵌合部２１ｃは、電力ケーブル１００の端部１０１が差し込まれる前は電力ケーブル１００の端部１０１、すなわち電力ケーブル１００の絶縁層１４０の外径Ｄ１と同じか、それよりも小さい内径を有している。
【００２５】
また、実施の形態１の第１絶縁体部２０に形成された笠部２０ｂの固有振動数は、２００Ｈｚ以上である。そのため、前述のように、笠部２０ｂの固有振動数が２００Ｈｚ以上となるように、第１絶縁体部２０を構成する高分子材料を選択するとともに、笠部２０ｂの高さや幅などの形状を設計することが好ましい。なお、笠部２０ｂ，２１ｂの高さを低く（笠部２０ｂ，２１ｂの溝の深さを浅く）すると、剛性が高くなり、固有振動数は高くなるが、笠部２０ｂ，２１ｂの高さを低く（笠部２０ｂ，２１ｂの溝の深さを浅く）しすぎると、表面漏洩距離が短くなり、沿面放電のリスクが高まる。そのため、笠部２０ｂ，２１ｂの高さは低く（笠部２０ｂ，２１ｂの溝の深さは浅く）しすぎないことが好ましい。なお、図１に示すように、実施の形態１において、ポリマー碍管２に存在する笠部２０ｂ，２１ｂのほとんどは、笠部２０ｂが占めている。
【００２６】
また、ポリマー碍管２は、第１絶縁体部２０および第２絶縁体部２１のほかに、第２絶縁体部２１の外周面側に埋設された埋込フランジ２２と、第１絶縁体部２０および第２絶縁体部２１の内周面側に電力ケーブル１００の端部１０１の絶縁層１４０に対向するように埋設された埋込パイプ２３と、をさらに備えている。埋込フランジ２２および埋込パイプ２３は、ポリマー碍管２の補強部材または芯材として作用する。
【００２７】
そして、ポリマー碍管２は、電力ケーブル１００の端部１０１における電界を緩和する半導電部（第１半導電部）２４ａと、埋込フランジ２２における電界を緩和する半導電部（第２半導電部）２４ｂと、埋込パイプ２３における電界を緩和する半導電部（第３半導電部）２４ｃと、をさらに備えている。
【００２８】
埋込フランジ２２は、円筒状に形成された円筒部２２ａと、円筒部２２ａの外周面の全域に亘って設けられた鍔部２２ｂとを備えている。また、埋込フランジ２２は、例えば接続対象の筐体２０１等の他の部材に取り付けられる取付け面２２ｃが第２絶縁体部２１から露出するように、第２絶縁体部２１の外周面側に埋設されている。取付け面２２ｃには雌ねじ２２ｄが形成されており、例えばボルト３０によって、埋込フランジ２２を筐体２０１等に取り付けることができる。埋込フランジ２２は、例えば、黄銅やアルミニウム合金等の金属から構成されている。埋込フランジ２２は、使用時にグランド電位に接続される。
【００２９】
埋込パイプ２３は、例えば、黄銅やアルミニウム合金等の金属材料から構成されている。また、埋込パイプ２３は、例えば、外径３０〜５０ｍｍ、厚さ２〜５ｍｍである。実施の形態１では、第１絶縁体部２０の内周面に金属製の埋込パイプ２３を埋設しているため、終端接続部１ａを水平の姿勢で用いた場合でも水平の姿勢を維持することができる。また、埋込パイプ２３には、絶縁層１４０の外径よりも大きい内径Ｄ２のケーブル差込穴（第２ケーブル差込穴）２ｂが形成されている。これにより、電力ケーブル１００の埋込パイプ２３への差し込みが容易となる。
【００３０】
半導電部２４ａ，２４ｂ，２４ｃは、例えば、シリコーンゴム、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＭ）またはエチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）等にカーボン等の導電性粉末を分散させ、導電性をもたせたものを押出成形することにより形成される。
【００３１】
半導電部２４ａにおける、ポリマー碍管２の後端側には、ケーブル差込穴（第１ケーブル差込穴）２ａが形成されている。そして、半導電部２４ａは、径差嵌合部２１ｃの内径と同じ内径を有している。そのため、半導電部２４ａおよび径差嵌合部２１ｃに、電力ケーブル１００の端部１０１が差し込まれた際には、半導電部２４ａおよび径差嵌合部２１ｃが電力ケーブル１００の絶縁層１４０に密着して嵌合する。半導電部２４ｂは、埋込パイプ２３の外周面を、一部（後述の部分２３ａ）を除いて覆っている。半導電部２４ｃは、埋込フランジ２２の第２絶縁体部２１から露出していない表面を覆っている。
【００３２】
ポリマー碍管２を構成する第１絶縁体部２０、第２絶縁体部２１、埋込フランジ２２、埋込パイプ２３、および、半導電部２４ａ，２４ｂ，２４ｃは、射出成形（モールド成形）により一体成形されている。
【００３３】
なお、埋込パイプ２３の外周面が半導電部２４ｃにより覆われているため、埋込パイプ２３として市販の金属パイプを使用した場合であっても、半導電部２４ｃにより埋込パイプ２３における電界を緩和することができる。逆に、埋込パイプ２３の外周面を滑面（例えば、算術平均粗さＲａが６．３μｍ以下）とすることにより、埋込パイプ２３の外周面における電界集中を防止でき、半導電部２４ｃを省略することもできる。
【００３４】
＜その他の部材の構成＞
図１に示すように、保護金具３は、例えば、黄銅やアルミニウム合金等の金属材料からなる。保護金具３は、例えばボルト３０によって、埋込フランジ２２とともに、筐体２０１等に取り付けられる。
【００３５】
また、導体接続棒４には、ポリマー碍管２の後端側に開口部を有する接続穴４ａと、先端側に突出する雄ねじ４ｂとが形成されている。電力ケーブル１００の導体１２０を導体接続棒４の接続穴４ａに挿入して、導体接続棒４の開口部をかしめることによって、導体接続棒４と電力ケーブル１００の導体１２０とを接続することができる。
【００３６】
また、固定端子５には、導体接続棒４を挿通させるための挿通穴５ａと、電線（図示せず）を接続するための接続穴５ｂとが形成されている。固定端子５の挿通穴５ａに導体接続棒４を挿通させ、ナット４０を雄ねじ４ｂに締結することによって、固定端子５と導体接続棒４とを接続することができる。また、高圧シールド６は、例えば、黄銅やアルミニウム合金等の金属材料からなる。高圧シールド６は、導体接続棒４の周囲を覆うように、円筒状に形成されている。
【００３７】
また、埋込パイプ２３における、ポリマー碍管２の先端側には、第１絶縁体部２０から露出する露出部分２３ａが存在し、高圧シールド６は、この露出部分２３ａに接続されている。そして、高圧シールド６は、固定端子５および導体接続棒４を介して電力ケーブル１００の導体１２０に接続している。すなわち、埋込パイプ２３は、電力ケーブル１００の導体１２０と同じ電位である。
【００３８】
このように、実施の形態１では、第１絶縁体部２０の内周面に埋込パイプ２３を埋設し、埋込パイプ２３を電力ケーブル１００の導体１２０に接続しているため、埋込パイプ２３と絶縁層１４０との間の空間が閉じた空間となる。そのため、絶縁破壊を防止するために、埋込パイプ２３と絶縁層１４０との間を絶縁性材料で埋める必要がなくなる。
【００３９】
また、防水処理部７は、例えば、粘着層を有するポリエチレンテープを、保護金具３と電力ケーブル１００とに巻き付けることにより、形成されている。
【００４０】
＜電力ケーブルの構成＞
図２は、図１に示す終端接続部１ａに接続する電力ケーブル１００の横断面図である。図２に示すように、電力ケーブル１００は、撚り線からなる導体１２０と、導体１２０の周囲に形成された内部半導電層１３０と、内部半導電層１３０の周囲に形成された絶縁層１４０と、絶縁層１４０の周囲に形成された外部半導電層１５０とを備えている。また、電力ケーブル１００は、外部半導電層１５０の周囲に形成された遮蔽層１７０と、遮蔽層１７０の周囲に形成された押えテープ層１８０と、押えテープ層１８０の周囲に形成されたシース層１９０とを備えている。
【００４１】
導体１２０は、複数の素線を撚り合わせて形成されている。この素線としては、例えば錫メッキ軟銅線等の線材を用いることができる。導体１２０は、例えば６．６ｋＶ〜５００ｋＶの高電圧を送電する。
【００４２】
内部半導電層１３０および外部半導電層１５０は、電界を緩和させるために設けられている。内部半導電層１３０および外部半導電層１５０は、例えば、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＭ）、エチレン−酢酸ビニル共重合（ＥＶＡ）樹脂、ブチルゴム等のゴムにカーボン等の導電性粉末を分散させ、導電性をもたせたものを押出成形することにより形成される。
【００４３】
絶縁層１４０は、例えばエチレンプロピレンゴム（ＥＰＭ）、塩化ビニル、架橋ポリエチレン、シリコーンゴム、フッ素系材料等の材料を押出成形することにより形成される。
【００４４】
遮蔽層１７０は、外部半導電層１５０の周囲にワイヤー１７１を電力ケーブル１００の軸方向に沿って巻き付けて形成された、いわゆる編組シールドである。遮蔽層１７０は、使用時にグランド電位に接続される。
【００４５】
押えテープ層１８０は、遮蔽層１７０の周囲に押えテープ１８１をケーブル軸方向に沿って螺旋状に重ね巻きすることにより形成されている。押えテープ１８１には、例えば、厚さ０．０３〜０．５ｍｍ、幅５０〜９０ｍｍのプラスチック又はレーヨンからなるテープを用いることができる。
【００４６】
シース層１９０は、例えば、架橋剤等が添加されたゴムを押出成形することにより形成される。ゴムの例として、天然ゴム、ブチルゴム、ハロゲン化ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、クロロプレンゴム、スチレンブタジエンゴム、または、ニトリルゴムが挙げられる。または、ゴムの例として、クロロスルフォン化ポリエチレン、塩素化ポリエチレン、エピクロロビドリンゴム、アクリルゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴム、または、ノンハロゲンポリオレフィンエラストマー等が挙げられる。
【００４７】
＜検討の経緯＞
ここで、本発明者が検討した事項について説明する。図７に、ポリマー碍管を用いた終端接続部の従来例を示す。従来例の終端接続部１ｄは、ポリマー碍管２を有している。ポリマー碍管２は、シリコーンゴム等の高分子材料からなる絶縁体部２００を含んでいる。絶縁体部２００は、本体部２００ａと、本体部２００ａの周囲に設けられた複数の笠部２００ｂと、電力ケーブル１００の端部１０１が差し込まれる径差嵌合部２００ｃとを有している。径差嵌合部２００ｃは、電力ケーブル１００の端部１０１が差し込まれる前は電力ケーブル１００の端部１０１の外径と同じか、それよりも小さい内径を有している。そのため、径差嵌合部２００ｃに電力ケーブル１００の端部１０１が差し込まれた後は、径差嵌合部２００ｃが電力ケーブル１００の端部１０１に密着して嵌合する。
【００４８】
前述したように、ポリマー碍管には十分な機械的強度が求められるため、ここで、風による笠部の変形に着目する。笠部は、風によって直接的に変形することもあるが、風によって生じた渦により変形することの方が多い。特に、風により生じる渦の振動数と笠部の固有振動数とが一致すると、渦と笠部とが共振し、笠部の変形が最も大きくなる。そこで、笠部の固有振動数を検討するため、想定される最大風速において発生する渦の振動数を求めてみる。
【００４９】
想定される最大風速ｖ：１３９ｍ／ｓとして、空気の粘性係数μ：１．８×１０−５Ｐａ・ｓ、空気の密度ρ：１．２ｋｇ／ｍ３、代表寸法Ｌ：４０ｍｍとすると、レイノルズ数Ｒｅは、Ｒｅ＝ρＶＬ／μ＝３．７×１０５と求められる。そのため、カルマン渦（流れのなかに障害物を置いたとき、または流体中で固体を動かしたときにその後方に交互にできる渦の列）において、物体、すなわち終端接続部１ｄを円柱と仮定したときには、この大きさのレイノルズ数Ｒｅにおいては、ストローハル数Ｓｔは、約０．２で一定である。従って、円柱の外径Ｄ：１６０ｍｍとすると、渦の振動数ｆは、ｆ＝Ｓｔ×ｖ／Ｄ≒１７３Ｈｚと求められる。そのため、想定される風速内で、笠部が共振しないようにするためには、笠部の固有振動数を例えば２００Ｈｚ以上とすることが望まれる。
【００５０】
以上より、ポリマー碍管に十分な機械的強度を有させるためには、例えば、ポリマー碍管２の笠部２００ｂの固有振動数が２００Ｈｚ以上となるように、絶縁体部２００を構成する高分子材料の弾性率（または硬度）を高くする必要がある。
【００５１】
しかし、絶縁体部２００を構成する高分子材料の弾性率（または硬度）を高くすると、絶縁体部２００が変形しにくくなり、径差嵌合部２００ｃにおいて、電力ケーブル１００の端部１０１を差し込みにくくなる。その結果、終端接続部１ｄの作業性が低下するという問題が生じる。一方、終端接続部１ｄの作業性の低下を防止するために、絶縁体部２００を構成する高分子材料の弾性率（または硬度）を低くすると、終端接続部１ｄの機械的な寿命が短くなり、電気的性能が低下してしまう。
【００５２】
そこで、絶縁体部２００を構成する高分子材料の弾性率（または硬度）を高くする代わりに、絶縁体部２００に含まれる笠部２００ｂの形状を変えることにより、笠部２００ｂの固有振動数を２００Ｈｚ以上とすることも考えられる。しかし、笠部２００ｂの形状を変えると、絶縁体部２００の表面漏洩距離や笠間距離が変化してしまう。絶縁体部２００の表面漏洩距離や笠間距離が変化すると、ポリマー碍管２の電気的特性が変化してしまうため、笠部２００ｂの設計変更は現実的ではない。
【００５３】
そのため、本発明者は、ポリマー碍管を構成する絶縁体部を弾性率（または硬度）の異なる２種類の高分子材料により構成することに思い至った。図１に示すように、実施の形態１のポリマー碍管２は、電力ケーブル１００の挿通方向に沿って配置された第１絶縁体部２０および第２絶縁体部２１により構成されている。第２絶縁体部２１は、２ＭＰａ以下の弾性率を有する高分子材料からなり、第１絶縁体部２０は、第２絶縁体部２１を構成する材料よりも高い弾性率を有する高分子材料からなる。
【００５４】
ここで、ポリマー碍管２を用いた終端接続部１ａの作業性を向上するためには、電力ケーブル１００の端部１０１を差し込む径差嵌合部２１ｃを２ＭＰａ以下の弾性率を有する高分子材料により構成する必要がある。そして、ポリマー碍管２を用いた終端接続部１ａの機械的強度を維持するためには、ポリマー碍管２を構成する第１絶縁体部２０および第２絶縁体部２１において、第２絶縁体部２１を構成する材料よりも高い弾性率を有する高分子材料からなる第１絶縁体部２０の構成比率を高める必要がある。また、コストの観点から、第１絶縁体部２０および第２絶縁体部２１は、射出成形（モールド成形）により一体成形することが望まれる。以上の観点から、ポリマー碍管２を構成する第１絶縁体部２０と第２絶縁体部２１との界面（接合面）の最適化が問題となる。
【００５５】
ここで、第１絶縁体部２０と第２絶縁体部２１との界面を定めるにあたり、まず、絶縁体部に発生する電界を考慮した。図３は、図１に示す終端接続部の要部拡大縦断面図において、発生する電界の等電位面（等電位線）を解析した結果を示す模式図である。
【００５６】
実施の形態１の終端接続部１ａに発生する電界の等電位面を解析したところ、図３に示す結果となった。なお、埋込フランジ２２および半導電部２４ａは、グランド電位であり、埋込パイプ２３は、電力ケーブル１００の導体１２０と同じ電位である。
【００５７】
図３に示すように、電力ケーブル１００および埋込パイプ２３と埋込フランジ２２との間に位置する第２絶縁体部２１（または第１絶縁体部２０）においては、等電位面の間隔が狭く、電界強度が大きい。具体的には、電力ケーブル１００によって、例えば、６．６ｋＶ〜５００ｋＶの高電圧を送電する場合に、電力ケーブル１００および埋込パイプ２３と埋込フランジ２２との間に位置する第２絶縁体部２１（または第１絶縁体部２０）内における電界強度は、５ｋＶ／ｍｍに達する。
【００５８】
一方、ポリマー碍管２の先端側、すなわち埋込フランジ２２が存在しない領域では、等電位面の間隔が広く、電界強度が小さい。なお、電界の向きは、等電位面に直交する向きである。
【００５９】
一般に、異種材料の界面と電界の向きとが垂直であると、界面の耐電圧が低下し、この界面において絶縁破壊が最も発生しやすくなる。逆に、異種材料の界面と電界の向きとが平行であると、界面の耐電圧が低下しにくくなり、この界面において絶縁破壊が最も発生しにくくなる。また、本発明者の検討により、異種材料の界面における電界強度が５ｋＶ／ｍｍを超えると、この界面において絶縁破壊が発生しやすくなることがわかった。
【００６０】
次に、第１絶縁体部２０と第２絶縁体部２１との界面を定めるにあたり、外力により発生する弾性歪みを考慮した。図４は、図１に示す終端接続部の要部拡大縦断面図において、外力により発生する弾性歪み分布を解析した結果を示す模式図である。
【００６１】
実施の形態１の終端接続部１ａが、例えば風によりポリマー碍管２が振動し、ポリマー碍管２を構成する第１絶縁体部２０および第２絶縁体部２１に弾性歪みが発生した場合を考える。この際に発生する弾性歪み分布を解析したところ、図４に示す結果となった。
【００６２】
図４に示すように、電力ケーブル１００および埋込パイプ２３と埋込フランジ２２との間に位置する第２絶縁体部２１（または第１絶縁体部２０）の弾性歪みが大きい。特に、埋込フランジ２２の円筒部２２ａにおける、ポリマー碍管２の先端側の端部およびその周辺領域、ならびに、埋込パイプ２３における、ポリマー碍管２の後端側の端部およびその周辺領域の弾性歪みが大きい。
【００６３】
異種材料の界面が弾性歪みの大きい領域に位置すると、異種材料同士が剥がれやすくなり、電気的特性の低下や絶縁破壊が発生する可能性が高まる。
【００６４】
ここで、図１に示すように、検討例１として、第１絶縁体部２０と第２絶縁体部２１との界面が、界面２５ｄである場合を考える。すなわち、界面２５ｄを基準にして、ポリマー碍管２の先端側が第１絶縁体部２０により構成され、ポリマー碍管の後端側が第２絶縁体部２１により構成されている。この場合は、電力ケーブル１００の端部１０１を差し込む径差嵌合部２１ｃを２ＭＰａ以下の弾性率を有する高分子材料からなる第２絶縁体部２１により構成できる。そして、ポリマー碍管２を構成する第１絶縁体部２０および第２絶縁体部２１のうち、第２絶縁体部２１を構成する材料よりも高い弾性率を有する高分子材料からなる第１絶縁体部２０の構成比率をもっとも高めることができる。
【００６５】
しかしながら、図１に示す界面２５ｄは、図３を参照すると、電界の向きと直交しており、かつ、電界強度が大きいことがわかる。従って、第１絶縁体部２０と第２絶縁体部２１との界面を界面２５ｄとすると、この界面２５ｄにおいて絶縁破壊が発生する可能性が高くなってしまう。
【００６６】
また、図１に示す界面２５ｄは、図４を参照すると、外力によって弾性歪みが発生した場合に、弾性歪みの大きい領域に位置していることがわかる。従って、第１絶縁体部２０と第２絶縁体部２１との界面を界面２５ｄとすると、この界面２５ｄにおいて第１絶縁体部２０と第２絶縁体部２１とが剥がれやすくなり、電気的特性の低下や絶縁破壊が発生する可能性が高くなってしまう。
【００６７】
また、図１に示すように、検討例２として、第１絶縁体部２０と第２絶縁体部２１との界面が、界面２５ｃを含む場合（例えば、界面２５ａ，２５ｃ）を考える。すなわち、界面２５ａ，２５ｃを基準にして、ポリマー碍管２の先端側が第１絶縁体部２０により構成され、ポリマー碍管の後端側が第２絶縁体部２１により構成されている。この場合は、図３を参照するとわかるように、界面２５ａおよび界面２５ｃを等電位面（等電位線）に沿う面（形状）としている。こうすることで、界面２５ａ，２５ｃと電界の向きとを平行にすることができる。その結果、第１絶縁体部２０と第２絶縁体部２１との界面２５ａ，２５ｃにおいて、絶縁破壊が発生する可能性を低減することができる。
【００６８】
しかしながら、図１に示す界面２５ｃは、図４を参照すると、外力によってポリマー碍管２に弾性歪みが発生した場合に、弾性歪みの大きい領域に位置していることがわかる。従って、第１絶縁体部２０と第２絶縁体部２１との界面に界面２５ｃを含むと、この界面２５ｃにおいて第１絶縁体部２０と第２絶縁体部２１とが剥がれやすくなり、電気的特性の低下や絶縁破壊が発生する可能性が高くなってしまう。
【００６９】
また、検討例２には別の問題もある。前述のように、第１絶縁体部２０および第２絶縁体部２１は、射出成形（モールド成形）により一体成形される。すなわち、型（モールド）に一方の樹脂材料を流し込んで固めた後に、型にもう一方の樹脂材料を流し込んで固める。この際、型と既に流し込まれ固まった材料との間の隙間が小さい箇所が存在すると、その箇所において、もう一方の材料が充填されずに、空隙（ボイド）が形成される可能性がある。ポリマー碍管２を射出成形する場合は、ポリマー碍管２の軸方向に沿って樹脂材料を流し込むことから、前述の空隙形成を防止するためには、第１絶縁体部２０と第２絶縁体部２１との界面は、ポリマー碍管２の軸方向に対して垂直である（直交している）ことが望まれる。
【００７０】
＜実施の形態１の主要な特徴と効果＞
図１に示すように、実施の形態１の主要な特徴の一つは、ポリマー碍管２が、電力ケーブル１００の挿通方向に沿って配置された第１絶縁体部２０と、第２絶縁体部２１とにより構成され、第２絶縁体部２１は、２ＭＰａ以下の弾性率を有する高分子材料からなり、第１絶縁体部２０は、第２絶縁体部２１を構成する材料よりも高い弾性率を有する高分子材料からなることである。そして、第１絶縁体部２０は、ポリマー碍管２の先端側に位置し、第２絶縁体部２１は、ポリマー碍管２の後端側に位置している。
【００７１】
こうすることで、ポリマー碍管２に存在する笠部のうち、笠部２０ｂを、第２絶縁体部２１よりも高い弾性率を有する高分子材料からなる第１絶縁体部２０により構成することができる。その結果、笠部２０ｂの固有振動数を２００Ｈｚ以上とすることができ、ポリマー碍管に十分な機械的強度を有させることができる。
【００７２】
そして、電力ケーブル１００の端部１０１が差し込まれる径差嵌合部２１ｃを、２ＭＰａ以下の弾性率を有する高分子材料からなる第２絶縁体部２１により構成することができる。その結果、径差嵌合部２１ｃに電力ケーブル１００の端部１０１を差し込みやすくなり、終端接続部の作業性を向上することができる。
【００７３】
また、実施の形態１では、電力ケーブル１００によって、６．６ｋＶ〜５００ｋＶの高電圧を送電する場合に、電界強度が５ｋＶ／ｍｍ以下となる領域に第１絶縁体部２０と第２絶縁体部２１との界面２５ａ，２５ｂを形成している。こうすることで、第１絶縁体部２０と第２絶縁体部２１との界面２５ａ，２５ｂにおいて、絶縁破壊が発生する可能性を低減することができる。
【００７４】
特に、実施の形態１では、図３を参照するとわかるように、図１に示す界面２５ａを等電位面（等電位線）に沿う面（形状）としている。具体的には、界面２５ａは、ポリマー碍管２の先端側から後端側へ向かうに従って、ポリマー碍管２の周方向外側から内側へと窄まる形状としている。こうすることで、界面２５ａと電界の向きとを平行にすることができる。その結果、第１絶縁体部２０と第２絶縁体部２１との界面２５ａにおいて、絶縁破壊が発生する可能性をさらに低減することができる。
【００７５】
また、実施の形態１では、図４を参照するとわかるように、図１に示す界面２５ｂは、外力によってポリマー碍管２に弾性歪みが発生した場合に、弾性歪みの大きい領域を避けている。こうすることで、界面２５ｂにおいて、第１絶縁体部２０と第２絶縁体部２１とが剥がれる可能性を低減することができる。
【００７６】
さらに、図１に示すように、界面２５ｂは、ポリマー碍管２の軸方向に対して垂直である。こうすることで、第１絶縁体部２０および第２絶縁体部２１を射出成形により一体成形する際に空隙が形成されるのを防止することができる。
【００７７】
以上より、実施の形態１では、ポリマー碍管を用いた終端接続部において、機械的強度および作業性向上を両立することができる終端接続部を提供することができる。
【００７８】
なお、界面２５ａ，２５ｂは、ポリマー碍管２の後端側に近い方が、ポリマー碍管２を構成する第１絶縁体部２０および第２絶縁体部２１のうち、第２絶縁体部２１を構成する材料よりも高い弾性率を有する高分子材料からなる第１絶縁体部２０の構成比率を高めることができる。一方、界面２５ａ，２５ｂが、埋込フランジ２２の円筒部２２ａにおける、ポリマー碍管２の先端側の端部に近すぎると、前述のように、大きな弾性歪みが発生する領域に侵入してしまう。そのため、界面２５ａ，２５ｂは、埋込フランジ２２の円筒部２２ａにおける、ポリマー碍管２の先端側の端部から所定距離をおいた位置に設けることが好ましい。
【００７９】
（実施の形態２）
図５は、本発明の第２の実施の形態（以下、実施の形態２と称する）に係る終端接続部の構成例を示す縦断面図である。図５に示すように、実施の形態２の終端接続部１ｂでは、電力ケーブル１００によって、６．６ｋＶ〜５００ｋＶの高電圧を送電する場合に、電界強度が５ｋＶ／ｍｍ以下となる領域に第１絶縁体部２０と第２絶縁体部２１との界面２６ａ，２６ｂを形成している。図３を参照するとわかるように、界面２６ａは、主に等電位面（等電位線）に沿う面（形状）としている。特に、実施の形態２の界面２６ａは、ポリマー碍管２の後端側から先端側にかけて、埋込フランジ２２の円筒部２２ａの外周に沿った形状を有している。そして、界面２６ａは、円筒部２２ａにおける、ポリマー碍管２の先端側の端部近傍において、ポリマー碍管２の先端側に突出し、ポリマー碍管２の周方向外側から内側へと向かう楕円形状を有している。この点が、実施の形態２と、上記実施の形態１との相違点である。実施の形態２の終端接続部１ｂのその他の構成については、上記実施の形態１の終端接続部１ａと同様であり、繰り返しの説明を省略する。
【００８０】
以上より、実施の形態２では、上記実施の形態１と同様に、電力ケーブル１００によって、６．６ｋＶ〜５００ｋＶの高電圧を送電する場合に、電界強度が５ｋＶ／ｍｍ以下となる領域に界面２６ａ，２６ｂを形成している。こうすることで、第１絶縁体部２０と第２絶縁体部２１との界面２６ａ，２６ｂにおいて、絶縁破壊が発生する可能性を低減することができる。
【００８１】
そして、図５に示す実施の形態２の界面２６ａを、主に等電位面（等電位線）に沿う面（形状）としている。こうすることで、界面２６ａと電界の向きとを平行にすることができる。その結果、第１絶縁体部２０と第２絶縁体部２１との界面２６ａにおいて、絶縁破壊が発生する可能性をさらに低減することができる。また、界面２６ａは、電界の向きと平行でない箇所においても、界面長さをできるだけ長くして、界面方向にかかる電界を小さくしている。これにより、界面２６ａにおいて絶縁破壊が発生する可能性を低減することができる。
【００８２】
また、図５に示す実施の形態２の界面２６ｂは、図４を参照するとわかるように、上記実施の形態１と同様に、外力によってポリマー碍管２に弾性歪みが発生した場合に、弾性歪みの大きい領域を避けている。なお、参考例として、図５には、等電位面に沿って、界面２６ａからそのままポリマー碍管２の周方向外側から内側へと向かう界面２６ｃを示すが、図４を参照するとわかるように、界面２６ｃは、弾性歪みの大きい領域に含まれてしまう。こうすることで、界面２６ｂにおいて、第１絶縁体部２０と第２絶縁体部２１とが剥がれる可能性を低減することができる。
【００８３】
さらに、図５に示すように、界面２６ｂは、上記実施の形態１と同様に、ポリマー碍管２の軸方向に対して垂直である。こうすることで、第１絶縁体部２０および第２絶縁体部２１を射出成形により一体成形する際に空隙が形成されるのを防止することができる。
【００８４】
以上より、実施の形態２では、上記実施の形態１と同様に、ポリマー碍管を用いた終端接続部において、機械的強度および作業性向上を両立することができる終端接続部を提供することができる。
【００８５】
特に、図５に示すように、実施の形態２の界面２６ａは、ポリマー碍管２の後端側から先端側にかけて、埋込フランジ２２の円筒部２２ａの外周に沿った形状を有している。こうすることで、ポリマー碍管２に存在する全ての笠部を、第２絶縁体部２１を構成する材料よりも高い弾性率を有する第１絶縁体部２０からなる笠部２０ｂにより構成することができる。これにより、上記実施の形態１に比べて、ポリマー碍管２の機械的強度を高めることができる。この点で、実施の形態２は、上記実施の形態１に比べて有利である。
【００８６】
一方で、図３を参照するとわかるように、図１に示す上記実施の形態１の界面２５ａは、図５に示す実施の形態２の界面２６ａよりも、等電位面を横切る領域が少ない。そのため、絶縁体部の界面における絶縁破壊を低減するという観点からは、上記実施の形態１は、実施の形態２よりも有利である。
【００８７】
（実施の形態３）
図６は、本発明の第３の実施の形態（以下、実施の形態３と称する）に係る終端接続部の構成例を示す縦断面図である。図６に示すように、実施の形態３の終端接続部１ｃでは、電力ケーブル１００によって、６．６ｋＶ〜５００ｋＶの高電圧を送電する場合に、電界強度が５ｋＶ／ｍｍ以下となる領域に第１絶縁体部２０と第２絶縁体部２１との界面２７ａ，２７ｂを形成している。特に、実施の形態３では、図４を参照するとわかるように、図６に示す界面２７ａを、外力によって発生する弾性歪みの大きい領域の外側に沿う形状としている。具体的には、界面２７ａは、ポリマー碍管２の後端側から先端側へ向かうに従って、ポリマー碍管２の周方向外側から内側へと窄まる形状としている。この点が、実施の形態３と、上記実施の形態１および上記実施の形態２との相違点である。実施の形態３の終端接続部１ｃのその他の構成については、上記実施の形態１の終端接続部１ａおよび上記実施の形態２の終端接続部１ｂと同様であり、繰り返しの説明を省略する。
【００８８】
以上より、実施の形態３では、上記実施の形態１および上記実施の形態２と同様に、電力ケーブル１００によって、６．６ｋＶ〜５００ｋＶの高電圧を送電する場合に、電界強度が５ｋＶ／ｍｍ以下となる領域に界面２７ａ，２７ｂを形成している。こうすることで、第１絶縁体部２０と第２絶縁体部２１との界面２７ａ，２７ｂにおいて、絶縁破壊が発生する可能性を低減することができる。
【００８９】
また、界面２７ａは、電界の向きと平行でない箇所においても、界面長さをできるだけ長くして、界面方向にかかる電界を小さくしている。これにより、界面２７ａにおいて絶縁破壊が発生する可能性を低減することができる。
【００９０】
そして、図６に示す実施の形態３の界面２７ａを、外力によって発生する弾性歪みの大きい領域の外側に沿う形状としている。こうすることで、界面２７ａにおいて、第１絶縁体部２０と第２絶縁体部２１とが剥がれる可能性を低減することができる。
【００９１】
さらに、図６に示すように、界面２７ｂは、上記実施の形態１および上記実施の形態２と同様に、ポリマー碍管２の軸方向に対して垂直である。こうすることで、第１絶縁体部２０および第２絶縁体部２１を射出成形により一体成形する際に空隙が形成されるのを防止することができる。
【００９２】
以上より、実施の形態３では、上記実施の形態１および上記実施の形態２と同様に、ポリマー碍管を用いた終端接続部において、機械的強度および作業性向上を両立することができる終端接続部を提供することができる。
【００９３】
特に、図４を参照するとわかるように、図６に示す実施の形態３の界面２７ａは、図１に示す上記実施の形態１の界面２５ａや図５に示す上記実施の形態２の界面２６ａに比べて、外力によって発生する弾性歪みの大きい領域に含まれる箇所が少ない。そのため、絶縁体部の界面における絶縁体部の剥がれを防止するという観点からは、実施の形態３は、上記実施の形態１および上記実施の形態２よりも有利である。
【００９４】
一方で、図３を参照するとわかるように、図５に示す上記実施の形態２の界面２６ａは、図６に示す実施の形態３の界面２７ａよりも、等電位面を横切る箇所が少ない。そのため、絶縁体部の界面における絶縁破壊を低減するという観点からは、上記実施の形態２は、実施の形態３よりも有利である。なお、前述のように、絶縁体部の界面における絶縁破壊を低減するという観点からは、上記実施の形態１が、最も有利である。
【００９５】
なお、上記実施の形態３の変形例として、ポリマー碍管２を構成する第１絶縁体部２０と第２絶縁体部２１との界面として、界面２７ａからそのままポリマー碍管２の周方向外側から内側へと向かう界面２７ｃを含む、界面２７ａ，２７ｃでもよい。図１に示す上記実施の形態１の界面２５ｃや図５に示す上記実施の形態２の界面２６ｃと異なり、実施の形態３の界面２７ｃは、発生する弾性歪みの大きい領域に含まれていないためである。ただし、第１絶縁体部２０および第２絶縁体部２１を射出成形により一体成形する際に空隙が形成されるのを防止するという観点からは、変形例よりも、ポリマー碍管２の軸方向に対して垂直な界面２７ｂを含む界面２７ａ，２７ｂとした上記実施の形態３の方が有利である。
【００９６】
本発明は前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種々変更可能である。
【符号の説明】
【００９７】
１  導体
１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ  終端接続部
２  ポリマー碍管
２ａ，２ｂ  ケーブル差込穴
３  保護金具
４  導体接続棒
４ａ  接続穴
４ｂ  雄ねじ
５  固定端子
５ａ  挿通穴
５ｂ  接続穴
６  高圧シールド
７  防水処理部
１０  電線
２０，２１  絶縁体部
２０ａ，２１ａ  本体部
２０ｂ，２１ｂ  笠部
２１ｃ  径差嵌合部
２２  埋込フランジ
２２ａ  円筒部
２２ｂ  鍔部
２２ｃ  取付け面
２２ｄ  雌ねじ
２３  埋込パイプ
２３ａ  露出部分
２４ａ，２４ｂ，２４ｃ  半導電部
２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ  界面
２６ａ，２６ｂ，２６ｃ  界面
２７ａ，２７ｂ，２７ｃ  界面
３０  ボルト
４０  ナット
１００  電力ケーブル
１０１  端部
１２０  導体
１３０  内部半導電層
１４０  絶縁層
１５０  外部半導電層
１７０  遮蔽層
１７１  ワイヤー
１８０  押えテープ層
１８１  押えテープ
１９０  シース層
２００  絶縁体部
２００ａ  本体部
２００ｂ  笠部
２００ｃ  径差嵌合部
２０１  筐体
【図１】
2019213331.tif 000003
【図２】
2019213331.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2019213331.tif 000009