(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス繊維強化樹脂よりなる芯材と、この芯材の上端及び下端に取り付けられた金具と、前記芯材の外周に被覆された多段に笠部を有する高分子材料の絶縁被覆部とからなる複合碍管において、前記絶縁被覆部の上端から上端と下端の間までの区間若しくは下端から下端と上端の間までの区間又はその両方の区間の、少なくとも内層部分を、前記絶縁被覆部より誘電率の高い高誘電率絶縁層で構成したことを特徴とする複合碍管。
【請求項２】
高誘電率絶縁層が、絶縁被覆部の下端から絶縁被覆部の長さの１／３の区間に設けられていることを特徴とする請求項１記載の複合碍管。
【請求項３】
高誘電率絶縁層が、絶縁被覆部の上端から絶縁被覆部の長さの２／３の区間に設けられていることを特徴とする請求項１記載の複合碍管。
【請求項４】
高誘電率絶縁層が、誘電率５〜２０の材料で構成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の複合碍管。
【請求項５】
高誘電率絶縁層の厚さが、絶縁被覆部の円筒部の厚さの３／４以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の複合碍管。
【請求項６】
絶縁被覆部の笠部が高誘電率絶縁層で構成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の複合碍管。
【請求項７】
ＣＶケーブル端部のケーブル絶縁体の外周に、多段に笠部を有する高分子材料の絶縁被覆部を設け、この絶縁被覆部の基部とケーブル絶縁体との間にストレスコーンを設けてなるＣＶケーブル乾式終端接続部において、前記絶縁被覆部の内層部分に、前記ストレスコーンの内部から外部にかけて高誘電率絶縁層を設けたことを特徴とするＣＶケーブル乾式終端接続部。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力ケーブルの終端部等に設置される複合碍管と、ＣＶケーブル乾式終端接続部に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
複合碍管は軽くて扱い易いことから、送配電線での利用が増加している。従来の複合碍管は、図１４に示すように、ガラス繊維強化樹脂よりなる中空（又は中実）の芯材１と、この芯材１の上端及び下端に取り付けられた上部金具２及び下部金具３と、前記芯材１の外周面に被覆された高分子材料の絶縁被覆部４とで構成されている。絶縁被覆部４は円筒部４ａの外周に一定間隔で多数の笠部４ｂを形成した形態である。
【０００３】
芯材１を構成するガラス繊維強化樹脂のバインド材としては機械的強度と絶縁性にすぐれたエポキシ系樹脂が主に使用され、絶縁被覆部の高分子材料としては絶縁性と撥水性にすぐれたシリコーンゴムが主に使用されている。
【０００４】
芯材１が中空の場合は、中空部に電力ケーブル端末部を挿入した後、ケーブル端末部と芯材内面の間の空隙に、絶縁性の油又はコンパウンド等を充填して、電気絶縁性を高めている。
複合碍管に電力ケーブル端末部を挿入する場合は、ケーブルの端末部を段剥ぎした状態で挿入するが、そのままではケーブル絶縁層のシース先端部に電界が集中してしまうため、ケーブル端末部にストレスコーンを装着して電界を緩和している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらストレスコーンを装着したとしても、ストレスコーンの外側に位置する複合碍管の芯材及び絶縁被覆部で電界が集中し、この電界集中部で絶縁破壊または表面閃絡を引き起こすという問題がある。さらに、ケーブル導体と直結している上部金具付近においても、電界の集中に起因する絶縁破壊または表面閃絡を引き起こすという問題がある。
【０００６】
同様な問題は、ＣＶケーブル（架橋ポリエチレン絶縁電力ケーブル）端部のケーブル絶縁体の外周に多段に笠部を有する高分子材料の絶縁被覆部を設け、この絶縁被覆部の基部とケーブル絶縁体との間にストレスコーンを設けてなるＣＶケーブル乾式終端接続部においても生じている。
【０００７】
本発明の目的は、以上のような問題点に鑑み、電界の集中を緩和して耐電圧特性を向上させた複合碍管及びＣＶケーブル乾式終端接続部を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため本発明は、ガラス繊維強化樹脂よりなる芯材と、この芯材の上端及び下端に取り付けられた金具と、前記芯材の外周に被覆された多段に笠部を有する高分子材料の絶縁被覆部とからなる複合碍管において、前記絶縁被覆部の上端から上端と下端の間までの区間若しくは下端から下端と上端の間までの区間又はその両方の区間の、少なくとも内層部分を、前記絶縁被覆部より誘電率の高い高誘電率絶縁層で構成したことを特徴とするものである。
上記のように高誘電率絶縁層を設けると、電界の集中が緩和され、耐電圧特性が向上する。
【０００９】
高誘電率絶縁層は、電界の集中が最も厳しい、絶縁被覆部の下端からの中間までの区間、好ましくは絶縁被覆部の下端から絶縁被覆部の長さの１／３の区間に設けるとよい。
また高誘電率絶縁層は、電界の集中が厳しい、絶縁被覆部の上端からの中間までの区間、好ましくは絶縁被覆部の上端から絶縁被覆部の長さの２／３の区間に設けるとよい。
【００１０】
また高誘電率絶縁層は、誘電率５〜２０の材料で構成することが好ましい。これは、誘電率が５未満では所望の電界緩和効果をもたらすことができず、また誘電率が２０を越えると高誘電率絶縁層の先端に電界が集中し、そこが新たな電気的弱点となり易いからである。
また高誘電率絶縁層の厚さは、絶縁被覆部の円筒部の厚さの３／４以下であることが好ましい。これは、絶縁被覆部の外面まで高誘電率絶縁層が形成されていると、高誘電率絶縁層の先端部分への電界集中度が高くなり、高誘電率絶縁層を設けた効果が少なくなるからである。
【００１１】
また高誘電率絶縁層は、絶縁被覆部の笠部にも形成されていてもよい。
また本発明の中空の複合碍管を用いて電力ケーブル終端部を構成する場合は、内部に用いるモールド絶縁体、ストレスコーン及びケーブル絶縁体のいずれかの外周部又は全ての外周部に高誘電率絶縁層を設けると、同終端部の耐電圧特性の向上にさらに効果的である。
さらに、碍管の上端に位置する上部金具に、シールドリングを形成すると、碍管上端部における電界の緩和に、より効果的である。
【００１２】
また本発明は、ＣＶケーブル端部のケーブル絶縁体の外周に、多段に笠部を有する高分子材料の絶縁被覆部を設け、この絶縁被覆部の基部とケーブル絶縁体との間にストレスコーンを設けてなるＣＶケーブル乾式終端接続部にも適用でき、その場合は、前記絶縁被覆部の内層部分に、前記ストレスコーンの内部から外部にかけて高誘電率絶縁層を設けたことを特徴とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図１〜図６はそれぞれ本発明に係る複合碍管の実施形態を示す。図において、１はガラス繊維強化樹脂よりなる中空の芯材、２は芯材１の上端に取り付けられた上部金具、３は芯材１の下端に取り付けられた下部金具、４は芯材１の外周に被覆されたシリコーンゴムよりなる絶縁被覆部、５は絶縁被覆部４の上端又は下端から中間（上端と下端の間）までの区間に設けられた高誘電率絶縁層である。絶縁被覆部４は従来同様、円筒部４ａと笠部４ｂから構成されている。
【００１４】
図１の複合碍管は、絶縁被覆部４の下端から絶縁被覆部の長さの１／３までの区間の、絶縁被覆部４の内層部分を高誘電率絶縁層５で構成したものである。
図２の複合碍管は、絶縁被覆部４の上端から絶縁被覆部の長さの２／３までの区間の、絶縁被覆部４の内層部分を高誘電率絶縁層５で構成したものである。
図３の複合碍管は、絶縁被覆部４の下端から絶縁被覆部の長さの１／５までの区間の、絶縁被覆部４の内層部分を高誘電率絶縁層５で構成したものである。
図４の複合碍管は、絶縁被覆部４の下端から絶縁被覆部の長さの１／３までの区間の、絶縁被覆部４の全層を高誘電率絶縁層５で構成したものである。
図５の複合碍管は、絶縁被覆部４の上端から絶縁被覆部の長さの２／３までの区間の、絶縁被覆部４の全層を高誘電率絶縁層５で構成したものである。
図６の複合碍管は、絶縁被覆部４の下端から絶縁被覆部の長さの１／３までの区間の、絶縁被覆部４の内層部分を笠部４ｂの内部も含めて高誘電率絶縁層５で構成したものである。
【００１５】
高誘電率絶縁層５は、エラストマー又はシリコーンゴムに、充填材としてカーボンブラック又は炭化珪素、酸化チタン若しくはチタン酸バリウム等の高誘電率粒子を配合したものである。ベースゴムにシリコーンゴムを使用すると、絶縁被覆部４との接着性がよくなるため界面特性が向上するという利点がある。また高誘電率絶縁層５は絶縁被覆部４と一体で架橋することが好ましい。両者を一体で架橋すると、両者間の接着性がさらによくなり、複合碍管の絶縁破壊特性をさらに向上させることができる。
また、高誘電率絶縁層及び／又は絶縁被覆部を構成するゴム組成物のベース材料として、接着性を有するものを使用すると、その界面あるいはゴム層とＦＲＰ層の界面の接着性が向上し、碍管全体の特性向上に効果的である。
【００１６】
充填材としてカーボンブラックを用いる場合、その添加量はベース樹脂１００重量部に対して１０〜１００重量部とすることが好ましい。また充填材として高誘電率粒子を用いる場合、その添加量はベース樹脂１００重量部に対して５０〜５００重量部とすることが好ましい。これは、ベース樹脂１００重量部に対し、カーボンブラックを１００重量部を越えて又は高誘電率粒子を５００重量部を越えて配合すると、得られるコンパウンドの可撓性が著しく低下するからである。
【００１７】
次に本発明の複合碍管の製造方法の一例を説明する。まずガラス繊維強化樹脂で中空円筒状の芯材１を製作し、その両端に金具２、３を圧着により取り付ける。次に芯材１の表面に高誘電率絶縁層５を設ける。高誘電率絶縁層５は芯材１上に金型成形するか、予めチューブ状に成形したものをゴム弾性力で芯材１上に被せることにより設けられる。
【００１８】
高誘電率絶縁層５を架橋する条件は使用する架橋剤によって異なる。架橋剤として過酸化物を使用する場合は、１５０℃から１８０℃で５分から３０分程度加熱する必要がある。また架橋剤として白金化合物を使用する場合は、７０℃から１８０℃で１分から６０分程度の加熱が必要となる。後者は比較的低温で架橋反応が進むのが特徴であり、架橋剤として白金化合物を使用することは、高誘電率絶縁層を架橋する際の熱履歴で芯材１の強度を低下させないという利点がある。また、高誘電率絶縁層５を芯材１上で架橋する際に、芯材表面にプライマー層を形成することにより芯材１と高誘電率絶縁層５の接着性を向上させることができる。
【００１９】
高誘電率絶縁層５を芯材１上に形成したのち、絶縁被覆部４を形成する。絶縁被覆部を形成する場合は、ベースゴムとしてシリコーンゴムを使用し、架橋剤として過酸化物又は白金化合物を使用する。シリコーンゴムは液状のものを使用すると笠部の成形性がよい。また高誘電率絶縁層の表面にプライマリー層を形成しておくと、高誘電率絶縁層と絶縁被覆部との接着性を高めることができる。
【００２０】
次に本発明の複合碍管を使用したケーブル終端接続部についての試験結果を、従来の複合碍管を使用したケーブル終端接続部と比較して表１に示す。交流破壊電圧は、初期課電電圧／時間が２００ｋＶ／３０分、ステップ課電電圧／時間が２０ｋＶ／３０分の条件で測定した。
【００２１】
【表１】
0004043670.tif 000002
【００２２】
実施例１〜１０と従来例１の比較によれば、絶縁被覆部の上端から中間まで又は下端から中間までの少なくとも内層部分を高誘電率絶縁層で置換した複合碍管は、従来の複合碍管に比較して交流破壊電圧が向上していることがわかる。また実施例１と８、６と９の比較によれば、交流破壊電圧を向上させる効果は、高誘電率絶縁層の厚さが、シリコーンゴム層の厚さ４ｍｍに対して２〜３ｍｍである場合に最も大きいことがわかる。また実施例１と７の比較によれば、交流破壊電圧を向上させる効果は、高誘電率絶縁層の長さが長いほど大きいことがわかる。さらに実施例１〜４と従来例１の比較によれば、交流破壊電圧を向上させる効果は、高誘電率絶縁層の誘電率が５〜２０のときに大きいことがわかる。
【００２３】
図７は本発明の他の実施形態を示す。この複合碍管は、シリコーンゴムよりなる絶縁被覆部４の両端から笠２枚目までの区間（碍管表面の電界集中部）の、絶縁被覆部４の全層を高誘電率絶縁層５で構成したものである。それ以外の構成は図１〜図６に示した実施形態と同様であるので、同一部分には同一符号を付してある。図７のような構成にすると、絶縁被覆部４の両端部表面の電界集中が緩和され、碍管表面の漏れ電流を抑制することができ、耐電圧の高い複合碍管を得ることができる。
【００２４】
因みに、図８は図７の複合碍管の電界の解析結果を、図９は同じサイズの従来の複合碍管の電界の解析結果を示したものである。図８の方が絶縁被覆部の両端部で絶縁被覆部表面の電界が緩和されていることが分かる。図７の複合碍管の高誘電率絶縁層５はシリコーンゴムにカーボンブラックを混入して誘電率ε＝１０としたものである。カーボンブラックを混入しないシリコーンゴムは誘電率ε＝３〜４である。
【００２５】
次に図１０（ａ）は本発明に係るＣＶケーブル乾式終端接続部の一実施形態を示し、同図（ｂ）はそれに対応する従来のＣＶケーブル乾式終端接続部を示す。図において、１１はＣＶケーブル、１２はケーブル絶縁体、１３はケーブル導体、１４は導体引出棒、１５は上部金具、１６は下部金具、１７は多段に笠部を有するシリコーンゴム製の絶縁被覆部、１８はストレスコーンである。（ａ）の本発明の終端接続部が（ｂ）の従来の終端接続部と異なる点は、ストレスコーン１８近傍の絶縁被覆部１７内に２層に高誘電率絶縁層５ａ、５ｂを設けたことである。内層側の高誘電率絶縁層５ａはストレスコーン１８の内部から外部にかけて設けられ、外層側の高誘電率絶縁層５ｂはストレスコーン１８の外部に内層側の高誘電率絶縁層５ａと一部ラップするように設けられている。高誘電率絶縁層５ａ、５ｂとしては誘電率ε＝１０〜２０のものが用いられる。
【００２６】
図１１は図１０（ａ）の乾式終端接続部のストレスコーン付近の電界の解析結果を示す。これに対し高誘電率絶縁層が内層のみの場合の電界の解析結果は図１２のとおりであり、高誘電率絶縁層のない従来の乾式終端接続部の電界の解析結果は図１３のとおりであった。いずれも１５４ｋＶ乾式終端接続部で、高誘電率絶縁層５ａ、５ｂの誘電率ε＝１５、絶縁被覆部１７の胴部の最大径１７０mm、笠部の最大径２９０mm、基準電圧は９３ｋＶ（＝154 ×√3 ×1.15/1.1）である。図１２のものは図１３のものより絶縁被覆部表面の電界が緩和され、図１１のものは図１２、図１３のものより絶縁被覆部表面の電界が大幅に緩和されることが分かる。絶縁被覆部１７の表面の最大電界は、図１３のもので1.08ｋＶ／mm、図１２のもので1.04ｋＶ／mm（従来より３％低減）、図１１のもので0.98ｋＶ／mm（同10％低減）であった。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、ガラス繊維強化樹脂よりなる芯材の外周に高分子材料の絶縁被覆部を設けた複合碍管及び高分子材料の絶縁被覆部を有するＣＶケーブル乾式終端接続部の耐電圧特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る複合碍管の一実施形態を示す半截正面図。
【図２】  本発明に係る複合碍管の他の実施形態を示す半截正面図。
【図３】  本発明に係る複合碍管のさらに他の実施形態を示す半截正面図。
【図４】  本発明に係る複合碍管のさらに他の実施形態を示す半截正面図。
【図５】  本発明に係る複合碍管のさらに他の実施形態を示す半截正面図。
【図６】  本発明に係る複合碍管のさらに他の実施形態を示す半截正面図。
【図７】  本発明に係る複合碍管のさらに他の実施形態を示す断面図。
【図８】  図７の複合碍管の電界の解析結果を示すグラフ。
【図９】  図７の複合碍管に対応する従来の複合碍管の電界の解析結果を示すグラフ。
【図１０】  （ａ）は本発明に係るＣＶケーブル乾式終端接続部の一実施形態を示す半截正面図、（ｂ）は（ａ）の終端接続部に対応する従来のＣＶケーブル乾式終端接続部を示す半截正面図。
【図１１】  図１１（ａ）の終端接続部の電界の解析結果を示すグラフ。
【図１２】  図１１（ａ）と同様な終端接続部で、高誘電率絶縁層が１層の場合の解析結果を示すグラフ。
【図１３】  図１１（ａ）の終端接続部に対応する従来のＣＶケーブル乾式終端接続部の電界の解析結果を示すグラフ。
【図１４】  従来の複合碍管の一例を示す半截正面図。
【符号の説明】
１：芯材
２：上部金具
３：下部金具
４：絶縁被覆部
４ａ：円筒部
４ｂ：笠部
５：高誘電率絶縁層
１１：ＣＶケーブル
１２：ケーブル絶縁体
１３：ケーブル導体
１７：絶縁被覆部
１８：ストレスコーン
５ａ、５ｂ：高誘電率絶縁層
【図１】
0004043670.tif 000003
【図２】
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【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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