(57)【要約】【課題】絶縁油の移動抑制の効果が高く、絶縁性能に優れるソリッドケーブルを提供する。【解決手段】ソリッドケーブル1の主絶縁層12mは、プラスチックフィルムPの両面にクラフト紙Cを具える複合テープTcwと、プラスチックからなるプラスチックテープTpとを交互に巻回してなり、一様な巻き方向に所定数枚巻回するごとにテープの巻き方向を異ならせている。巻き方向が異なる層変わり部分Lcの内外に隣接する内側テープ12i,外側テープ12oを複合テープTcwとし、両テープ12i,12oは、それぞれのクラフト紙面が向かい合うように配される。主絶縁層12mを両テープTcw,Tpで構成することで、主絶縁層12mにおけるプラスチック部分の割合を大きくして油移動に対する抵抗を高めて油移動の抑制を図る。層変わり部分Lcにできる大きな隙間gbにおいてケーブルの径方向にプラスチック部分を露出させないことで、絶縁性能を高める。【選択図】図1
2009054568.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導体の外周に絶縁材を巻回してなる絶縁層を具えるソリッドケーブルであって、
前記絶縁層は、
絶縁材を一様な巻き方向に所定数枚巻回してなる纏まりを一方向巻回層とするとき、隣接する二つの一方向巻回層であって、互いに巻き方向が異なる巻回層対を具え、
前記巻回層対において絶縁材の巻き方向が異なる境界に配される2枚の絶縁材の対を境界対、この境界対の内外に隣接する2枚の絶縁材の対を内外対とするとき、前記内外対は、少なくとも一面に絶縁紙からなる面を具える絶縁材からなり、かつ前記絶縁紙からなる面が互いに向かい合うように配され、
前記巻回層対の少なくとも一方において境界対及び内外対を除く部分は、プラスチックフィルムの一面に絶縁紙を具える片面複合テープ、及びプラスチックからなるプラスチックテープの少なくとも一方の絶縁材からなる部分を具えることを特徴とするソリッドケーブル。
【請求項２】
前記巻回層対の少なくとも一方において境界対及び内外対を除く部分は、プラスチックフィルムの両面に絶縁紙を具える両面複合テープと、プラスチックテープとを交互に巻回した交互部を具えることを特徴とする請求項1に記載のソリッドケーブル。
【請求項３】
前記内外対を構成する絶縁材は、プラスチックフィルムの両面に絶縁紙を具える両面複合テープであることを特徴とする請求項1又は2に記載のソリッドケーブル。
【請求項４】
前記境界対を構成する絶縁材は、絶縁紙からなる紙テープであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のソリッドケーブル。
【請求項５】
前記境界対及び内外対を構成する絶縁材は、絶縁紙からなる紙テープであることを特徴とする請求項1又は2に記載のソリッドケーブル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁油が含浸された絶縁層を有するソリッドケーブルに関する。特に、ケーブルの径方向に絶縁油が移動することを効果的に抑制できると共に、絶縁性能に優れるソリッドケーブルに関する。
【背景技術】
【０００２】
長距離大容量の電力ケーブルとして、比較的高粘度の絶縁油が含浸された絶縁層を具えるソリッドケーブルが利用されている。絶縁層は、天然繊維などからなるクラフト紙や、クラフト紙とプラスチックフィルムとからなる複合テープといった絶縁材を巻回して構成される。通常、隣接するターンの絶縁材間に隙間ができるように絶縁材を巻回するギャップ巻きにより絶縁層を形成する。また、絶縁材を一様な巻き方向に所定数枚巻回するごとに絶縁材の巻き方向を逆転させて絶縁層を形成することで、所定の機械的特性(例えば、曲げ、捻りなど)や強度を有するケーブルとなるようにしている。
【０００３】
ケーブルの負荷(電流)の変動により導体温度が変化し、この変化に伴って絶縁層に含浸された絶縁油が膨張したり収縮したりする。このとき、絶縁層におけるクラフト紙部分や、隣接するターンをつくる絶縁材間の隙間(油ギャップ)、巻き方向が異なる絶縁材が重ね合わされる箇所に生じる隙間を介して、絶縁油が移動することがある。この油移動により、絶縁層において温度変化が大きい導体直上近傍に油枯渇部分(ボイド)が生じることがある。特に、ケーブルの径方向や長手方向に連続したボイドが形成されると、このボイド部分で放電により電気破壊を招く恐れがある。
【０００４】
絶縁材におけるクラフト紙部分は、絶縁油を通過させるが、プラスチック部分は、絶縁油をほとんど通過させない。そこで、特許文献1に記載のソリッドケーブルは、複合テープとポリプロピレン単体からなるプラスチックテープとを交互に巻回して絶縁層を形成し、絶縁層におけるプラスチック部分を増加して、絶縁層に含浸される絶縁油量を低減することで油移動を抑制し、ボイドの発生の低減を図っている。
【０００５】
【特許文献１】特開2004-139848号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、複合テープとプラスチックテープとを交互に巻回してなる絶縁層は、油移動抑制に効果があるものの、インパルスといったサージに対して電気的弱点となる部分を有する恐れがある。
【０００７】
ここで、絶縁材を一様な巻き方向に所定数枚巻回した一纏まりを一方向巻回層とする場合、ソリッドケーブルでは、この一方向巻回層をギャップ巻きで構成し、絶縁材の幅の1/3程度が重なるように、下の絶縁材の上に次の絶縁材を巻回する。そのため、隣接するターンの絶縁材間につくられる隙間は、その上に巻回される次の絶縁材で覆われる。ところが、隣接する巻回層の巻き方向が異なる場合、これら二つの巻回層対において絶縁材の巻き方向が異なる境界(層変わり部分)では、図5に示すように下側の巻回層の最外側に配される最外絶縁材mo(図5において細い破線で示す)と、この上に設けられる上側の巻回層の最内側に配される最内絶縁材mi(図5において太い実線で示す)とが交差するように配置される。また、最外絶縁材mo間につくられる隙間gmoと、最内絶縁材mi間につくられる隙間gmiとが交差するように設けられ、これらの隙間gmo,gmiの一部が連通してできる大きな隙間gbが存在する。つまり、巻回層対において巻き方向が変わる境界には、絶縁材2枚分の隙間が連なってできる大きな隙間gbが部分的に存在する。この大きな隙間gbは、油移動に利用されると共に、電気的弱点となる恐れがある。
【０００８】
図6は、ケーブルを長手方向に沿って切断した状態を示しており、大きな隙間を説明する部分断面図である。例えば、プラスチックフィルムPの両面にクラフト紙Cを具える両面複合テープTcwとプラスチックテープTpとを交互に巻回して一方向巻回層を構成し、隣接する二つの巻回層の巻き方向が異なる場合を考える。両巻回層(右巻き層WLr,左巻き層WLl)において巻き方向が異なる境界Lcでは、両面複合テープTcwがつくる隙間gcとプラスチックテープTpがつくる隙間gpとが連通してできる大きな隙間gbが部分的に存在する。そして、境界Lcに配されるテープ対(下側の右巻き層WLrの最外側に配されるプラスチックテープ(以下、最外テープと呼ぶ)及び上側の左巻き層WLlの最内側に配される複合テープ(以下、最内テープと呼ぶ))の内外に隣接する内外テープ対(上記最外テープの内側(導体側)に位置する複合テープ(以下、内側テープと呼ぶ)及び最内テープの外側(シース側)に位置するプラスチックテープ(以下、外側テープと呼ぶ))の一部は、この大きな隙間gbに露出して、絶縁油に接した状態になる。ここで、複合テープにおけるクラフト紙は、インパルスなどのサージの放電ストリーマを天然繊維により阻害するバリア効果がある。これに対して、プラスチックは、上記バリア効果がなく、サージにより大きな隙間gbで油層破壊が生じた際にプラスチックが絶縁油に面していると、絶縁性能が低下する恐れがある。特に、正極性ストリーマにより絶縁破壊を起こす恐れがある。なお、図6では、下側の巻回層を右巻き、上側の巻回層を左巻きとしたが、逆の場合もある。
【０００９】
絶縁層がクラフト紙のみからなる場合、或いは両面複合テープのみからなる場合、上記大きな隙間gb内の絶縁油にプラスチックが接することがないため、上記サージによる絶縁性能の低下や絶縁破壊の問題が生じない。しかし、絶縁層に片面複合テープやプラスチックテープを用いる場合、上記問題が生じ得る。
【００１０】
そこで、本発明の目的の一つは、絶縁油の移動抑制の効果が高く、かつ絶縁性能に優れるソリッドケーブルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、片面複合テープやプラスチックテープを含むと共に、絶縁材の巻き方向が互いに異なる巻回層対を具える場合に、巻回層対における巻き方向が異なる境界に隣接する二つの絶縁材の形態とその配置状態とを特定することで、上記目的を達成する。
【００１２】
具体的には、本発明ソリッドケーブルは、導体の外周に絶縁材を巻回してなる絶縁層を具える。絶縁材を一様な巻き方向に所定数枚巻回してなる纏まりを一方向巻回層とするとき、絶縁層は、隣接する二つの一方向巻回層であって、互いに巻き方向が異なる巻回層対を具える。上記巻回層対において絶縁材の巻き方向が異なる境界に配される2枚の絶縁材の対を境界対、この境界対の内外に隣接する2枚の絶縁材の対を内外対とするとき、これら内外対は、少なくとも一面に絶縁紙からなる面を具える絶縁材からなる。かつ、これら内外対は、上記絶縁紙からなる面が互いに向かい合うように配される。また、巻回層対の少なくとも一方において境界対及び内外対を除く部分は、プラスチックフィルムの一面に絶縁紙を具える片面複合テープ、及びプラスチックからなるプラスチックテープの少なくとも一方のテープからなる部分を具える。
【００１３】
本発明ケーブルは、片面複合テープやプラスチックテープからなる部分を絶縁層に具えることで、絶縁油の通路となるクラフト紙部分を少なくすることができ、油移動に対する抵抗を高めることができる。従って、本発明ケーブルは、絶縁層全体がクラフト紙からなるケーブルと比較して、絶縁油がケーブルの径方向に移動することを抑制する効果が高い。特に、複合テープとプラスチックテープとを組み合わせたり、片面複合テープにおいてプラスチック部分の割合を高めた構成とすることで、油通路となるクラフト紙部分をより少なくでき、ケーブルの径方向だけでなく長手方向への油移動も効果的に抑制できると期待される。このように油移動抑制構成を具える本発明ケーブルは、油移動に伴うボイドの発生を抑制することができる。
【００１４】
かつ、本発明ケーブルは、絶縁紙からなる面が対向するように内外対を構成する絶縁材が配置されるため、巻回層対における境界(層変わり部分)にできる大きな隙間においてケーブルの径方向にプラスチック部分が露出されず、放電ストリーマに対してバリア効果がある絶縁紙部分が露出して隙間内の油に接した状態になる。そのため、本発明ケーブルは、インパルスや雷といったサージによる絶縁性能の低下を抑制でき、絶縁性能に優れる。また、本発明ケーブルは、互いに巻き方向が異なる巻回層対を具えることで、所望の機械的特性(曲げ、強度など)を有することができる。
【００１５】
以下、本発明をより詳しく説明する。
本発明ケーブルは、導体の外周に絶縁材を巻回してなる絶縁層を具える。絶縁層において半導電層を除く主絶縁層は、絶縁材をギャップ巻きすると共に、絶縁材を右巻き及び左巻きの二つの巻き方向を所定数ごとに交互に行って構成する。つまり、上記絶縁材を一様な巻き方向に所定数枚(例えば、五〜十数枚)巻回してなる纏まりを一方向巻回層とするとき、本発明ケーブルは、隣接する二つの一方向巻回層であって、互いに巻き方向が異なる巻回層対を少なくとも一つ具える。主絶縁層が複数の巻回層対からなる構成、即ち、所定の間隔で右巻きの一方向巻回層と左巻きの一方向巻回層とが交互に現れる構成とすることで、ソリッドケーブルに望まれる所定の機械的特性が得られる。
【００１６】
絶縁材は、クラフト紙といった絶縁紙からなる紙テープ、プラスチックからなるプラスチックテープ、プラスチックフィルムと絶縁紙とからなる複合テープ(同フィルムの両面に絶縁紙を具える両面複合テープ、同フィルムの片面に絶縁紙を具える片面複合テープ)が挙げられる。各巻回層の境界対及び内外対を除く部分、即ち各巻回層の大部分は、上記テープのうち、少なくとも1種を用いて形成される。各巻回層の大部分の具体的な巻回形態は、例えば、I.単一のテープからなる形態、即ち、紙テープのみの形態、片面複合テープのみの形態、及び両面複合テープのみの形態のいずれか、II.2種類のテープを組み合わせた形態、即ち、紙テープと複合テープ(両面でも片面でもよい)との交互巻き形態、紙テープとプラスチックテープとの交互巻き形態、プラスチックテープと複合テープ(両面でも片面でもよい)との交互巻き形態、及び局所的に異なるテープ部分を有する形態のいずれか、III.上記単一のテープからなる形態と上記交互巻き形態とを組み合わせた形態などが挙げられる。また、複合テープやプラスチックテープを用いる場合、部分的に紙テープ部分(1〜3枚程度)を設けるとクッション機能やテープ間の油保持機能が期待できる。全ての巻回層を同じ巻回形態としてもよいし、異なる巻回形態が存在する構成としてもよい。例えば、上記巻回層対の一方を交互巻き形態とし、他方を単一のテープからなる形態としてもよく、上述した巻回形態を任意に組み合わせた種々の構成が利用できる。
【００１７】
油移動抑制効果の向上、及び絶縁性能(特に、絶縁耐力)の向上を考慮すると、主絶縁層は、プラスチック部分を具えることが好ましく、本発明ケーブルは、主絶縁層に、少なくともプラスチックテープや片面複合テープからなる部分を含む。特に、主絶縁層は、主として複合テープやプラスチックテープから構成されると、油移動抑制効果が高くて好ましい。なお、主絶縁層全体をプラスチックテープで形成すると、しわが生じたり、製造時に絶縁油を含浸させ難くなるなどの不具合が考えられるため、プラスチックテープを用いる場合、紙テープや複合テープと組み合わせることが好ましい。特に、上記各巻回層は、プラスチックテープと複合テープとを交互に巻回した交互部を有する構成、更に、各巻回層の大部分がプラスチックテープと両面又は片面複合テープとを交互に巻回してなる構成であると、油移動抑制効果が更に高くて好ましい。取分け、油移動抑制効果を考慮すると、プラスチックテープと機械的特性に優れる両面複合テープとを交互に巻回してなることが好ましい。
【００１８】
主絶縁層全体を複合テープや、プラスチックテープ及び複合テープで構成すると、この主絶縁層の最内側や最外側は、電気的ストレスが高いことで電気破壊を起こす恐れがある。そのため、主絶縁層の少なくとも一部は、複合テープよりも抵抗率(ρ)が小さい材料で構成することが好ましい。例えば、主絶縁層は、複合テープやプラスチックテープ及び複合テープからなる部分(以下、混合部と呼ぶ)と、低ρ材料、例えば、クラフト紙といった紙テープからなる低ρ部とを組み合わせた構成とする。低ρ部は、混合部よりも内周側及び混合部よりも外周側の少なくとも一方に具える。絶縁層に低ρ部を具えることで、複合テープやプラスチックテープ及び複合テープからなる主絶縁層においてストレスが高く、導体の影響を受け易い部分が受けるストレスを低減して、絶縁性能に優れるケーブルとすることができる。上記混合部よりも内周側及び外周側の双方に低ρ部を具えると、絶縁性能により優れるケーブルとすることができる。
【００１９】
或いは、上記各巻回層の大部分が紙テープからなり、片面複合テープ部分やプラスチックテープ部分を局所的に具えた構成でもよい。紙テープは、油を含浸して保持し易いことから、テープ間に絶縁油を存在させ易い。また、プラスチック部分間に紙テープ部分が介在することで、プラスチック部分間にも油を存在させ易い上に、上述のようにクッション効果が期待できる。更に、この構成は、巻回層の一部にプラスチック部分が存在するため、油移動抑制効果が期待できる。
【００２０】
複合テープのプラスチックフィルムやプラスチックテープは、例えば、ポリオレフィン系樹脂からなるものが挙げられ、特に、絶縁性能に優れるポリプロピレンが好ましい。複合テープの厚さは、50〜200μmが実用的であり、70〜150μmが好ましい。プラスチックテープの厚さは、70〜150μmが実用的である。
【００２１】
また、複合テープは、テープの厚さに対するプラスチック部分の厚さの割合kが種々の大きさのものが利用できる。例えば、主絶縁層は、割合kが異なる複数種の複合テープを用いて、絶縁層の厚さ方向に割合kが異なる構成としてもよい。主として複合テープとプラスチックテープとを交互に巻回して主絶縁層を構成する場合、両テープの合計厚さに対するプラスチック部分の厚さを割合kcombとするとき、割合kcombが絶縁層の厚さ方向に異なる構成としてもよい。このように主絶縁層は、いわゆるρグレーディングが施された構成としてもよい。
【００２２】
上記割合kcombは、プラスチックテープの厚さや複合テープの割合kを調整することで、変化させられる。割合kや割合kcombが高いほど、油移動抑制効果やテープにおける絶縁抵抗が高くなる傾向にある。割合kが低い複合テープ、特に、割合kが60％未満の複合テープは、比較的安価であり、ケーブルの製造コストを低減できる。従って、割合kが低いテープとプラスチックテープとを組み合わせることで割合kcombを高くでき、油移動抑制効果や絶縁抵抗が高く、かつ低コストなケーブルとすることができる。複合テープで主絶縁層を構成する場合、割合kは、40％以上70％以下が好ましく、複合テープ及びプラスチックテープで主絶縁層を構成する場合、割合kcombは、40％以上90％以下が好ましい。
【００２３】
主絶縁層において導体(或いは内部半導電層)直上近傍の内周側領域や、シース(或いは外部半導電層)直下近傍の外周側領域は、特に割合kが高いテープで構成したり、割合kcombが高くなるように複合テープの割合kやプラスチックテープの厚さなどを調整して構成してもよい。内周側領域は常温時(無負荷又は低負荷時)に、外周側領域は高温時(負荷時)に電気的ストレスが高くなる領域であり、これらの領域に絶縁性能に優れる割合kや割合kcombが高い領域からなる高k部を設けると、絶縁層が電気破壊し難くなる。高k部の厚さは、主絶縁層の厚さの5〜10％が好ましい。
【００２４】
上記巻回層対を構成する二つの一方向巻回層において、一方の巻回層(導体側に配される巻回層)の最外側に配される絶縁材(以下、最外テープと呼ぶ)、及び他方の巻回層(シース側に配される巻回層)の最内側に配される絶縁材(以下、最内テープと呼ぶ)は、互いに隣接し、かつ巻き方向が変わる境界(層変わり部分)を構成する。これら最外テープ及び最内テープは、プラスチックテープでもよいが、少なくとも一方は、絶縁紙部分を有するテープが好ましい。特に、最外テープ及び最内テープが複合テープである場合、この複合テープの絶縁紙からなる面(以下、絶縁紙面と呼ぶ)が互いに接するように配置されることが好ましい。プラスチック同士が接するように配されると、絶縁紙のようにクッション性が無いため、プラスチック同士が滑り難い。そのため、最外テープ及び最内テープが共にプラスチックテープであったり、共に片面複合テープであってプラスチックからなる面同士が接するように配置されると、曲げ時などで絶縁紙部分が滑らかに動かず、テープにしわが寄ったり、隣接するターンをつくるテープ間の隙間が大きくなる(ワイドギャップを生じる)などの恐れがある。上記隙間が大きくなると、連通してできる大きな隙間もより大きくなる恐れがある。従って、最外テープ及び最内テープの双方は、複合テープ、特に両面複合テープであると、テープの絶縁紙面同士が接するように容易に巻回できる上に、ケーブルの機械的特性に優れて好ましい。
【００２５】
最外テープや最内テープを構成する複合テープの割合kは、最外テープや最内テープが属する一方向巻回層の他の部分を構成するテープの割合kよりも高くすると、油移動抑制効果を高められる。層変わり部分は、上述のように大きな隙間ができるため、絶縁油が移動し易いことから、上記割合kを高めた構成は、油移動を効果的に抑制できる。
【００２６】
或いは、最外テープ及び最内テープの少なくとも一方が紙テープであると、層変わり部分に生じる大きな隙間に絶縁油を確保し易く、かつ層変わり部分及びその近傍の電気的なストレスを減じられる。層変わり部分は、最も脱油が生じ易い箇所である。これに対し、上述のように紙テープは、プラスチックと比較して絶縁油を確保し易いことから、油移動に伴う脱油を生じ難い上に、プラスチック部分と比較して電気的なストレスが加わり難い。そのため、この構成(紙テープを用いたρグレーディング構成)は、層変わり部分の電気的なストレスを低減できると期待される。また、この構成は、上述のようにサージに対するバリア効果も期待できる。そして、上述のように巻回層の一部にプラスチック部分が存在することで、油移動を抑制できる。
【００２７】
最外テープ及び最内テープの少なくとも一方を、テープの一部を重ね合わせて巻回する重ね巻きや共巻きにすると、層変わり部分に大きな隙間ができず、油移動を効果的に抑制できる。また、一方向巻回層を構成する絶縁材の一部に重ね巻き部分や共巻き部分を具えると、油移動抑制効果を高められる。
【００２８】
そして、本発明ケーブルは、上記境界に配される2枚の絶縁材の対(最外テープと最内テープとからなる対)の内外に隣接する2枚の絶縁材の対、具体的には、最外テープの内側(導体側)に位置する1枚の絶縁材(以下、内側テープと呼ぶ)と、最内テープの外側(シース側)に位置する1枚の絶縁材(以下、外側テープと呼ぶ)とからなる対を内外対とするとき、内外対は、少なくとも一面に絶縁紙からなる面を具える絶縁材で構成され、これら絶縁材の絶縁紙面が対向配置されることを最大の特徴とする。このような構成により、本発明ケーブルは、層変わり部分にできる大きな隙間にプラスチック部分が露出することが無く、サージ耐電圧特性に優れる。
【００２９】
上記内側テープ及び外側テープを構成する絶縁材は、油移動の抑制効果を考慮すると、複合テープが好ましい。また、片面複合テープよりも両面複合テープであると、ケーブルの機械的特性に優れて好ましい。一方、上述のように電気的なストレスの低減を考慮すると、最外テープ及び最内テープだけでなく、内側テープ及び外側テープも紙テープであることが好ましい。
【００３０】
主として、複合テープとプラスチックテープとを交互に巻回して一つの一方向巻回層を構成する場合、この巻回層の最内側(導体側)及び最外側(シース側)に位置するテープは、同種でも異種でもよい。つまり、構造1.最内側が複合テープ、最外側がプラスチックテープ、構造2.最内側及び最外側の双方が複合テープ、構造3.最内側及び最外側の双方がプラスチックテープ、構造4.最内側がプラスチックテープ、最外側が複合テープとなるように交互に巻回されたいずれの一方向巻回層でもよい。但し、上述のように内外対を構成する絶縁材は、少なくとも一面に絶縁紙を具える複合テープで構成される。
【００３１】
上記巻回層対における各巻回層はそれぞれ、上記構造1〜4のいずれでもよく、共に同じ構造でも、異なる構造でもよい。一方の巻回層の最外側が複合テープ(構造2,4)で、他方の巻回層の最内側も複合テープ(構造1,2)の場合(積層構造I)、外側テープ、最内テープ、最外テープ及び内側テープ、即ち境界対と内外対とに加えて、これら四つのテープを挟む二つのテープ(外側テープに接し、その外側に位置する外上テープ、及び内側テープに接し、その内側に接する内下テープ)の合計6枚のテープが複合テープとなる。即ち、この積層構造Iは、主として複合テープとプラスチックテープとが交互に現れ、層変わり部分近傍で6枚の複合テープが連続して現れる。
【００３２】
一方の巻回層の最外側が複合テープ(構造2,4)で、他方の巻回層の最内側がプラスチックテープ(構造3,4)の場合(積層構造II)、最外テープ及び内側テープに加えて、上記内下テープの合計3枚のテープが複合テープとなる。即ち、この積層構造IIは、主として複合テープとプラスチックテープとが交互に現れ、一方の巻回層の層変わり部分近傍で3枚の複合テープが連続して現れる。
【００３３】
一方の巻回層の最外側がプラスチックテープ(構造1,3)で、他方の巻回層の最内側が複合テープ(構造1,2)の場合(積層構造III)、最内テープ及び外側テープに加えて、上記外上テープの合計3枚のテープが複合テープとなる。即ち、この積層構造IIIは、主として複合テープとプラスチックテープとが交互に現れ、他方の巻回層の層変わり部分近傍で3枚の複合テープが連続して現れる。
【００３４】
一方の巻回層の最外側がプラスチックテープ(構造1,3)で、他方の巻回層の最内側もプラスチックテープ(構造3,4)の場合(積層構造IV)、この積層構造IVは、主として複合テープとプラスチックテープとが交互に現れ、層変わり部分のみ、つまり境界対のみ2枚のプラスチックテープが連続して現れる。
【００３５】
絶縁層は、絶縁材を自動的に巻回する巻回装置を利用すると、容易に形成できる。また、ギャップ巻きと重ね巻きとの混合構造を形成するには、例えば、重ね巻きに用いる絶縁材の幅をギャップ巻きに用いる絶縁材の幅よりも広くしたり、巻回時の絶縁材のピッチなどを調整することが挙げられる。巻回装置を利用して絶縁層を形成する場合、巻回装置を調整することで、ピッチなどの調整を行える。巻回装置は、導体の進行方向に沿って複数配置させた巻回機群を具えるものが挙げられる。各巻回機は、走行する導体(或いは内部半導電層)の外周に配される環状のヘッド部と、ヘッド部に保持される複数のパッドとを具えるものが挙げられる。ヘッド部は、その中心部に導体が挿通される貫通孔を具え、この貫通孔の外方に環状に並ぶように複数のパッドを間隔をあけて保持する。各パッドは、巻回された絶縁材を支持しており、貫通孔を通過する導体に対して順次絶縁材を繰り出す。巻回装置は、各巻回機の貫通孔が同軸状に並ぶように巻回機を配置して構成される。そして、巻回機ごとにピッチを調整して、重ね巻きを行う巻回機とギャップ巻きを行う巻回機とを用意することで、混合構造を形成できる。一つの巻回機で混合構造を形成する場合は、上述のように絶縁材の幅を変えることが考えられる。ギャップ巻きと共巻きとの混合構造を形成するには、一つの絶縁材を繰り出すパッドを具えてギャップ巻きを行う巻回機と、二つの絶縁材を交互に繰り出すパッドを具えて共巻きを行う巻回機とを用意することが挙げられる。
【発明の効果】
【００３６】
本発明ソリッドケーブルは、絶縁層における油移動を効果的に抑制することができると共に、絶縁性能に優れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
(実施例1)
図1(I)は、本発明ソリッドケーブルを長手方向に直交するように切断した断面模式図、(II)は、絶縁層を構成する絶縁材の積層状態を長手方向に沿って示す断面説明図である。以下、図において同一符号は同一物を示す。ソリッドケーブル1は、中心から順に、導体10、絶縁層12(内部半導電層11、主絶縁層12m、外部半導電層13)、金属シース14を具える。このケーブル1の最も特徴とするところは、主絶縁層12mの構成にある。以下、この点を中心に説明する。
【００３８】
主絶縁層12mは、ポリプロピレンフィルム(プラスチックフィルム)Pの両面にクラフト紙(絶縁紙)Cを具える両面複合テープTcw、具体的には、PPLP(住友電気工業株式会社の登録商標)と、ポリプロピレンからなるプラスチックテープTpとを螺旋状にギャップ巻きして構成される。特に、主絶縁層12mは、主として、上記両テープTcw,Tpを交互に巻回して構成される。絶縁層12には、例えば、60℃で10〜500cstの粘度を有する絶縁油(中粘度油)が含浸される。なお、含浸に時間を要するが、高粘度油を含浸してもよい。
【００３９】
複合テープTcwは、PPLP(登録商標)の厚さにおけるポリプロピレン(PP)フィルムの厚さの割合kが約40％、厚さ125μmであり、プラスチックテープTpは、厚さ125μmである。両テープTp,Tcwを組み合わせた組合せテープTcombの合計厚さに対するポリプロピレン部分の厚さの割合kcombは約70％である。
【００４０】
複合テープTcw及びプラスチックテープTpを交互に一様な巻き方向に所定数枚巻回してなる纏まりを一方向巻回層とするとき、主絶縁層12mは、複数の一方向巻回層12mWLから構成される。隣接する二つの巻回層12mWLは、互いに巻き方向が異なる。従って、主絶縁層12mは、所定の間隔ごとに右巻きの巻回層(以下、右巻き層と呼ぶ)12mWLrと左巻きの巻回層(以下、左巻き層と呼ぶ)12mWLlとが交互に存在し、互いに巻き方向が異なる右巻き層12mWLrと左巻き層12mWLlとを巻回層対とするとき、複数の巻回層対が存在する。図1(I)は、各巻回層を誇張して厚く示している。また、図1(I)は、主絶縁層が四つの巻回層からなる構成を示しているが、三つ以下でも五つ以上でもよい。更に、図1(II)は、右巻き層を導体側、左巻き層をシース側に示すが、逆も有り得る。
【００４１】
各巻回層12mWLは、最内側(導体側)に配される最内テープ12mi及び最外側(シース側)に配される最外テープ12moの双方が複合テープTcwとなるように複合テープTcw及びプラスチックテープTpを交互に巻回して構成される。従って、巻回層対において巻き方向が変わる境界(層変わり部分)Lcをつくる2枚のテープ(境界対)、図1(II)において導体側に配される右巻き層12mWLrの最外テープ12moと、シース側に配される左巻き層12mWLlの最内テープ12miとは、複合テープTcwで構成される。そのため、層変わり部分Lcは、複合テープTcwが連続して現れる。
【００４２】
右巻き層12mWLrに属する最外テープ12moの内側に接する内側テープ12iと、左巻き層12mWLlに属する最内テープ12miの外側に接する外側テープ12oとからなるテープ対(内外対)は、複合テープとプラスチックテープとを交互に巻回すれば本来プラスチックテープになるところ、複合テープTcwで構成している。かつ、右巻き層12mWLrの内側テープ12iと左巻き層12mWLlの外側テープ12oとは、それぞれのクラフト紙Cからなる面が対向するように配置されている。
【００４３】
上記構成を具えるソリッドケーブル1は、主絶縁層12mをプラスチックテープとPPLP(登録商標)といった複合テープとにより形成されることで、クラフト紙により形成される場合と比較して、絶縁性能に優れると共に油移動に対する抵抗が高い。従って、ケーブル1は、負荷変動により導体温度が変化し、それに伴って、絶縁油がケーブルの径方向や長手方向に移動することを効果的に低減し、特に導体10近傍にボイドが生じることを低減できる。
【００４４】
また、ケーブル1は、複合テープとプラスチックテープとを組み合わせて用いることで、割合kが低い複合テープを利用していながら割合kcombを高くできる。従って、ケーブル1は、比較的高価である割合kが高い複合テープを用いることなく絶縁性能を高めることができながら、製造コストの低減を図ることができる。
【００４５】
かつケーブル1は、巻き方向が変わる境界Lcを構成する境界対を挟む2枚のテープ(内側テープ12i及び外側テープ12o)を複合テープとし、両テープ12i,12oのクラフト紙Cからなる面同士が対向配置されている。この構成により、最内テープ12mi間にできる隙間gc1と、最外テープ12mo間にできる隙間gc2とが部分的に連通してできる大きな隙間gbにおいてケーブルの径方向に各テープ12i,12oのクラフト紙部分が露出される。即ち、ケーブル1は、大きな隙間gbにおいてケーブルの径方向にプラスチック部分が露出することがなく、インパルスや雷などのサージに対しても高い絶縁性能を維持することができる。
【００４６】
なお、この例では、複合テープとして割合kが同じものを使用し、プラスチックテープも厚さが同じものを使用したが、割合kが異なる複合テープや、厚さが異なるプラスチックテープを使用してもよい。例えば、割合kやプラスチックテープの厚さを調整して、絶縁層全体の厚さに対するプラスチック部分の割合がケーブルの径方向に順次異なる構成、いわゆるρグレーディングを施してもよい。所望のグレーディングとなるように、割合kcombを調整するとよい。ρグレーディングは、主絶縁層12mの内周側から外周側に向かって抵抗率が高くなるようにしてもよいし、外周側から内周側に向かって抵抗率が高くなるようにしてもよい。利用する複合テープは、割合kが60％未満のものとすると、製造コストを低減できる。また、複合テープは、両面だけでなく片面複合テープを利用することができる。これらの構成は、後述する実施例2,3,4についても同様に適用できる。
【００４７】
この例では、各巻回層の最内側及び最外側の双方を複合テープとしたが、双方がプラスチックテープでもよいし、いずれか一方が複合テープ、他方がプラスチックテープでもよい。この構成は、後述する実施例2,3についても同様に適用できる。
【００４８】
この例では、ギャップ巻きによる主絶縁層としたが、部分的に重ね巻きや共巻きを適用してもよい。主絶縁層が重ね巻き部分などを具えることで、このケーブルは、油移動抑制効果をより高められる。特に、境界対を構成する最外テープ12mo及び最内テープ12miの少なくとも一方を重ね巻きや共巻きにすると、上記大きな隙間gbが生じず、油移動抑制効果が高い。この構成は、後述する実施例2,3,4についても同様に適用できる。
【００４９】
更に、この例では、プラスチックテープと複合テープとからなる主絶縁層としたが、片面複合テープのみからなる主絶縁層としてもよい。このとき、クラフト紙部分及びプラスチック部分のいずれか一方が常に導体側となるように、片面複合テープを一様に巻回して主絶縁層を構成してもよい。即ち、主絶縁層は、クラフト紙部分とプラスチック部分とが交互に現れる構成としてもよい。そして、ケーブル1と同様に、巻回層対における内外対を構成するテープは、クラフト紙からなる面が互いに向かい合うように配置させる。即ち、内外対を構成するテープのいずれかは、他の部分と逆の向きに配置される。このような構成のケーブルも、ケーブル1と同様に、油移動抑制効果が高く、サージ耐電圧特性に優れる。この構成は、後述する実施例2,3についても同様に適用できる。
【００５０】
更に、この例では、巻回層対のそれぞれを同じ巻回形態としたが、それぞれを異なる巻回形態で構成してもよい。この構成は、後述する実施例2,3,4についても同様に適用できる。
【００５１】
(実施例2)
次に、主絶縁層に割合kが高い複合テープからなる高k部を具える構成を説明する。図2は、主絶縁層に二つの高k部を具える本発明ソリッドケーブルの断面模式図である。ソリッドケーブル2の基本的構成は、実施例1のソリッドケーブル1と同様であり、中心から順に、導体10、絶縁層22(内部半導電層11、主絶縁層22m、外部半導電層13)、金属シース14を具える。主絶縁層22mは、割合kが約40％で厚さ125μm、PPフィルムの両面にクラフト紙を具えるPPLP(登録商標)と、厚さ125μmのプラスチックテープとからなる混合部22mcを具える(割合kcomb:約70％)。混合部22mcは、主として、PPLP(登録商標)とプラスチックテープとを交互に巻回して構成される。また、混合部22mcは、複数の一方向巻回層からなり、隣接する二つの巻回層は、互いに巻き方向が異なる。隣接する二つの巻回層からなる巻回層対において境界(層変わり部分)に配される境界対の内外に隣接する内外対をつくる2枚の絶縁材は、PPLP(登録商標)からなり、それぞれのクラフト紙からなる面が対向配置されている。このケーブル2の最も特徴とするところは、主絶縁層22mに混合部22mcを挟む二つの高k部(内側高k部22mhi、外側高k部22mho)を具える点にある。以下、この点を説明し、他の点については実施例1と同様であるため、説明を省略する。
【００５２】
内側高k部22mhiは、割合kが約70％のPPLP(登録商標)を内部半導電層11上に巻回して構成され、外側高k部22mhoは、同じく割合kが約70％のPPLP(登録商標)を混合部22mc上に巻回して構成される。内側高k部22mhi及び外側高k部22mhoの厚さはそれぞれ、主絶縁層22mの厚さの5％である。なお、図2は、高k部を誇張して示す。高k部を構成する複合テープの割合k、混合部22mcを構成する複合テープの割合kやプラスチックテープの厚さは適宜変更することができる。
【００５３】
上記構成を具えるソリッドケーブル2は、主絶縁層22mを主としてプラスチックテープとPPLP(登録商標)といった複合テープとで形成することで、実施例1と同様に油移動を抑制できる。かつケーブル2は、層変わり部分の内外に隣接する内外対を構成する2枚の絶縁材を複合テープとし、これらのテープのクラフト紙からなる面同士が対向配置されることで、サージ耐電圧特性にも優れる。
【００５４】
加えて、ケーブル2は、主絶縁層22mの内周側及び外周側の双方に絶縁性能に優れる高k部22mhi,22mhoを具えることで、常温時にも高温時にも電気破壊が生じ難い。また、高k部22mhi,22mhoは、油移動の抑制効果も奏することができる。
【００５５】
(実施例3)
次に、主絶縁層が複合テープとプラスチックテープとからなる部分(混合部)とクラフト紙からなる低ρ部とを具える構成を説明する。図3は、複合テープとプラスチックテープとからなる部分と低ρ部とを具える主絶縁層を有する本発明ソリッドケーブルの断面模式図である。ソリッドケーブル3の基本的構成は、実施例1のソリッドケーブル1と同様であり、中心から順に、導体10、絶縁層32(内部半導電層11、主絶縁層32m、外部半導電層13)、金属シース14を具える。主絶縁層32mには、割合kが約40％で厚さ125μm、PPフィルムの両面にクラフト紙を具えるPPLP(登録商標)と、厚さ125μmのプラスチックテープとからなる混合部32mc(割合kcomb:約70％)を具える。混合部32mcは、主としてPPLP(登録商標)とプラスチックテープとを交互に巻回して構成される。この混合部32mcは、複数の一方向巻回層からなり、隣接する二つの巻回層は、互いに巻き方向が異なる。隣接する二つの巻回層からなる巻回層対において境界(層変わり部分)に配される境界対の内外に隣接する内外対をつくる2枚の絶縁材は、PPLP(登録商標)からなり、それぞれのクラフト紙からなる面が対向配置されている。このケーブル3の最も特徴とするところは、主絶縁層32mが混合部32mcと低ρ部(内側低ρ部32i,外側低ρ部32o)とから構成される点にある。以下、低ρ部を説明し、他の点については実施例1と同様であるため、説明を省略する。
【００５６】
低ρ部は、混合部32mcよりも内周側及び外周側に設けられており、クラフト紙からなる紙テープをギャップ巻きに巻回して構成される。内側低ρ部32iは内部半導電層11上に、外側低ρ部32oは混合部32mc上に配置されている。内側低ρ部32i及び外側低ρ部32oの厚さはそれぞれ、主絶縁層32mの厚さの5％であり、混合部32mcの厚さは、主絶縁層32mの厚さの90％である。なお、図3は、低ρ部を誇張して示す。
【００５７】
上記構成を具えるソリッドケーブル3は、主絶縁層32mを主としてプラスチックテープとPPLP(登録商標)といった複合テープとで形成することで、実施例1と同様に油移動を抑制できる。かつケーブル3は、層変わり部分の内外に隣接する内外対を構成する2枚の絶縁材を複合テープとし、これらのテープのクラフト紙からなる面同士が対向配置されることで、サージ耐電圧特性にも優れる。
【００５８】
加えて、ケーブル3は、混合部32cよりも内周側及び外周側にρが低い低ρ部32i,32oを具えることで、主絶縁層32mにおいて特に電気的ストレスが高くなる箇所のストレスを低減して電気破壊を生じ難くすることができ、絶縁性能に優れる。
【００５９】
実施例3は、実施例1に示した主絶縁層12mの内外周側に低ρ部を具える構成としたが、実施例2に示した主絶縁層22mの内外周側に低ρ部を具える構成としてもよい。高k部に加えて低ρ部を具えることで、このケーブルは、より絶縁性能に優れる。
【００６０】
(実施例4)
次に、層変わり部分に配される境界対、及びその内外に隣接する内外対をつくる絶縁材が絶縁紙からなる紙テープである構成を説明する。図4は、本発明ソリッドケーブルの絶縁層を構成する絶縁材の積層状態を長手方向に沿って示す断面説明図である。このソリッドケーブルは、層変わり部分Lc及び層変わり部分Lcを挟む内外対を構成する絶縁材が実施例1と異なる。以下、この点を中心に説明する。
【００６１】
このソリッドケーブルの主絶縁層は、主として複合テープTcw(PPLP(登録商標))とプラスチックテープTp(PPテープ)とを交互に巻回して構成される。また、この主絶縁層は、複数の一方向巻回層から構成される。特に、隣接する二つの巻回層12mWLr,12WLlにおいて層変わり部分Lcを構成する最内テープ12mi及び最外テープ12moの双方が、クラフト紙からなる紙テープをギャップ巻き巻回して構成される。更に、層変わり部分Lcを挟む内側テープ12i及び外側テープ12oも紙テープをギャップ巻きに巻回して構成される。即ち、この主絶縁層は、上記層変わり部分Lc近傍の4枚のテープが紙テープからなり、その他の箇所は、複合テープTcwとプラスチックテープTpとから構成される。
【００６２】
層変わり部分Lc近傍が紙テープから構成されることで、テープ間に絶縁油を保持し易く、かつ電気的ストレスを低減することができる上に、サージに対するバリア効果があることから、電気絶縁性能に優れると期待される。また、層変わり部分Lc近傍が紙テープから構成されることで、クッション性にも優れると期待される。更に、このソリッドケーブルは、層変わり部分Lc近傍以外の箇所にプラスチック部分を有することで、油移動を抑制できる。
【００６３】
なお、上述した実施例は、本発明の要旨を逸脱することなく、適宜変更することが可能であり、上述した構成に限定されるものではない。例えば、主絶縁層を構成する絶縁材を適宜変更することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明ソリッドケーブルは、電力供給、特に、長距離大容量の電力供給に好適に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】(I)は、本発明ソリッドケーブルの断面模式図、(II)は、絶縁層を構成する絶縁材の積層状態を示す断面説明図である。
【図２】主絶縁層に高k部を具える本発明ソリッドケーブルの断面模式図である。
【図３】主絶縁層に低ρ部を具える本発明ソリッドケーブルの断面模式図である。
【図４】別の本発明ソリッドケーブルにおいて絶縁層を構成する絶縁材の積層状態を示す断面説明図である。
【図５】巻き方向が異なる絶縁材をギャップ巻きで巻回した状態を模式的に示す説明図であり、巻き方向が変わる層変わり部分を示す。
【図６】複合テープとプラスチックテープとを交互に巻回してなる絶縁層において層変わり部分にできる大きな隙間を説明する部分断面図である。
【符号の説明】
【００６６】
1,2,3  ソリッドケーブル  10  導体  11  内部半導電層
12,22,32  絶縁層  12m,22m,32m  主絶縁層  12mWL  一方向巻回層
12mWLl,WLl  左巻き層  12mWLr,WLr  右巻き層
12mi  最内テープ  12mo  最外テープ  12i  内側テープ  12o  外側テープ
13  外部半導電層  14  金属シース  22mhi  内側高k部  22mho  外側高k部
22mc,32mc  混合部  32i  内側低ρ部  32o  外側低ρ部
Tcw  両面複合テープ  Tp  プラスチックテープ  Tcomb  組合せテープ
C  クラフト紙  P  プラスチックフィルム  gmo,gmi,gc1,gc2,gc,gp  隙間
gb  大きな隙間  mo  最外絶縁材  mi  最内絶縁材  Lc  境界(層変わり部分)
【図１】
2009054568.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2009054568.tif 000007
【図６】
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