(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力ケーブルの接続部の電極と絶縁層との間に高誘電率ゴムからなる電界緩和層が設けられ、この電界緩和層は２以上の層からなり、電極側に位置する層が比誘電率が高く、絶縁層側に位置する層がこれよりも順次比誘電率が低くされ、電界緩和層の内、電極に接する層は、チタン酸バリウム系粉末が充填された架橋エチレンプロピレンゴムからなり、その比誘電率が１０以上であり、このチタン酸バリウム系粉末が脱イオン水で洗浄されたものであり、架橋エチレンプロピレンゴムが、過酸化物架橋され、過酸化物分解残渣の除去がなされたものであることを特徴とする電力ケーブルの接続部の構造。
【請求項２】
電界緩和層がチタン酸バリウム系粉末を充填した架橋エチレンプロピレンゴムからなることを特徴とする請求項１記載の電力ケーブルの接続部の構造。
【請求項３】
架橋エチレンプロピレンゴムの過酸化物分解残渣の除去が、架橋後のゴム組成物を１００〜１４０℃の温度で、６〜２４時間加熱することで行われたものであることを特徴とする請求項１又は２記載の電力ケーブルの接続部の構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電力ケーブルの中間接続部、終端接続部等の接続部の構造に関し、接続部の電極と絶縁層との間に比誘電率が順次低下する複数の層からなる電界緩和層を配して、電極と絶縁層との間の電界を緩和するようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
電力ケーブルとして汎用されているＣＶケーブルの中間接続部、終端接続部では、ゴムモールド、ゴムテープ巻き、エポキシ注型品などの絶縁部品が使用されて手作業で絶縁層が形成されるため、電極処理部や界面部が電気的欠陥になりやすい。このような部位の具体例としては、内部電極処理部、外部電極処理部、ストレスコーン立ち上がり部、ケーブルコア／接続部品界面部などがある。
【０００３】
そして、これらの部位は、ほとんどが手作業で組み立てられるため、電極処理部や界面部には、突起、異物、ボイド等の欠陥が作業時に持ち込まれやすく、組み立てには細心の注意と高度の専門技術が要求され、施工時間、施工コストの増大につながっている。
【０００４】
上述の欠陥が持ち込まれやすく、電界不整となりやすい電極処理部や界面部などの部位の電界傾度を緩和するために、これらの部位に高誘電率のゴム組成物からなる電界緩和層を配置するアイデアが、古くから知られている。
【０００５】
図３は、このような高誘電率ゴムからなる電界緩和層を設けた接続部の一例を示すもので、この例はＣＶケーブルの中間接続部を示すものである。
図中符号１は、導体接続管を示す。この導体接続管１は、両方のＣＶケーブルの導体２、２を圧縮接続するものである。
【０００６】
この導体接続管１の上には、内部電極３が設けられている。この内部電極３は、両方のケーブルの内部半導電層４、４を電気的に接続するもので、半導電性テープを巻き回すことにより形成されたものである。
内部電極３の上には電界緩和層５が設けられている。この電界緩和層５は、カーボンブラックなどの導電性フィラーを充填したゴム、アクリルゴム、フッ素ゴムなどの比誘電率が高いゴムなどからなるテープを巻き回すことにより形成されたものである。
【０００７】
この電界緩和層５上に絶縁テープの巻回により形成された絶縁層６が設けられており、この絶縁層６は、両方のケーブルの絶縁体７、７に跨るように形成されている。
さらに、絶縁層６の上には外部電極８が形成されている。この外部電極８は、半導電性テープの巻き回しにより形成され、両方のケーブルの外部半導電層９、９を電気的に接続するものである。
【０００８】
このような構造の接続部においては、電界緩和層５の存在により、電気的欠陥となりやすい内部電極３と絶縁層６との間の電極処理部分の電界傾度が緩和されることになる。
そして、この電界緩和層５の電界緩和効果を大きくするには、電界緩和層５の比誘電率を高くすることがのぞましい。このため、電界緩和層５をなす材料としては、カーボンブラックなどの導電性フィラーを多量に充填した高誘電率ゴム組成物や極性の高いアクリルゴム、フッ素ゴムなどの高誘電性ゴムなどの使用が検討されている。
【０００９】
しかし、これら高誘電率ゴム組成物や高誘電性ゴムでは、その比誘電率を高くすると、導電性フィラー充填ゴムでは、導電性粒子の連鎖が形成されること、高誘電性ゴムではポリマーの極性が大きくなることから、比誘電率の増大に伴って誘電正接（ｔａｎδ）、絶縁破壊電圧（ＢＤＶ）、絶縁抵抗（ρ）の電気特性が大きく低下し、その実際の適用には問題があった。
また、チタン酸バリウム、酸化チタンなどの高誘電率フィラーを充填したゴム組成物においても、比誘電率を高くするにはそのフィラーの充填量を多くする必要があり、同様の問題があった。
【００１０】
また、上記電界緩和層５の比誘電率をあまりにも大きくすると、内部電極３と電界緩和層５との間での電界傾度は緩和されるものの電界緩和層５と絶縁層６との間の電界が逆に強調され、電界緩和層５と絶縁層６との界面が新たに電界的に弱点となる問題も生じる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
よって、本発明における課題は、電力ケーブルの接続部における電極と絶縁層との間に存在して電界傾度を緩和する電界緩和層の比誘電率を高くするとともに誘電正接（ｔａｎδ）、絶縁破壊電圧（ＢＤＶ）、絶縁抵抗（ρ）等の電気特性の低下を抑え、かつこの電界緩和層の比誘電率の増大に伴って電界緩和層と絶縁層との界面での電界傾度が強調され、この界面が電界的に弱点になることを防止することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するために、請求項１にかかる発明は、電力ケーブルの接続部の電極と絶縁層との間に高誘電率ゴムからなる電界緩和層が設けられ、この電界緩和層は２以上の層からなり、電極側に位置する層が比誘電率が高く、絶縁層側に位置する層がこれよりも順次比誘電率が低くされ、電界緩和層の内、電極に接する層は、チタン酸バリウム系粉末が充填された架橋エチレンプロピレンゴムからなり、その比誘電率が１０以上であり、このチタン酸バリウム系粉末が脱イオン水で洗浄されたものであり、架橋エチレンプロピレンゴムが、過酸化物架橋され、過酸化物分解残渣の除去がなされたものであることを特徴とする電力ケーブルの接続部の構造である。
【００１３】
請求項２にかかる発明は、請求項２にかかる発明は、電界緩和層がチタン酸バリウム系粉末を充填した架橋エチレンプロピレンゴムからなることを特徴とする請求項１記載の電力ケーブルの接続部の構造である。請求項３にかかる発明は、架橋エチレンプロピレンゴムの過酸化物分解残渣の除去が、架橋後のゴム組成物を１００〜１４０℃の温度で、６〜２４時間加熱することで行われたものであることを特徴とする請求項１又は２記載の電力ケーブルの接続部の構造である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、実施形態に基づいて、本発明を詳しく説明する。
図１及び図２は、本発明の電力ケーブルの接続部の構造の一例を示すもので、図３に示した従来の接続部の構造と同一構成部分には同一符号を付してその説明を省略する。
【００１５】
この例の構造では、内部半導電層４および絶縁体７はペンシリング（先端部を円錐状に削ること）されておらず、導体接続管１の外径が絶縁体７の外径にほぼ等しくされている。
また、内部電極３は、図２にその要部を拡大して示すように、その中央部が導体接続管１に接しており、その両端部は導体接続管１から離れて、電界緩和層５内に埋め込まれた構造になっている。また同時に、電界緩和層５はその比誘電率が異なる３層に分割されている。
この３層の内、第１層５Ａは内部電極３に直接接する層であり、その比誘電率が１０以上、例えば２０の層である。比誘電率が１０未満では電界緩和効果が小さい。
【００１６】
第３層５Ｃは、絶縁層６に直接接する層で、その比誘電率は第１層５Ａのそれよりも小さくなっており、例えば５である。
第２層５Ｂは、第１層５Ａと第３層５Ｃとの間に位置する層であり、その比誘電率は第１層５Ａのそれよりも小さく、第２層５Ｂのそれよりも大きくされ、その中間の値となっており、例えば１０である。
【００１７】
この電界緩和層５は、全体としての厚さが１〜５ｍｍ程度とされ、各層５Ａ、５Ｂ、５Ｃの厚さはその層数に応じて案分されている。
そして、この３層５Ａ、５Ｂ、５Ｃからなる電界緩和層５は、それぞれ比誘電率が異なるチューブ、テープなどの形態のものを挿入、巻回などして３回にわたり形成されたものである。
【００１８】
また、このような電界緩和層５をなす材料としては、高誘電率ゴム組成物が用いられる。この高誘電率ゴム組成物は、ベースポリマーのゴムと高誘電率充填剤を含むものである。
このベースポリマーとなるゴムとしては、エチレンプロピレンゴム、シリコーンゴム、ブチルゴムなどが用いられ、これらのゴムは１種または２種以上のブレンド物で用いられる。また、これらゴムは、非架橋または架橋状態で用いられる。
【００１９】
また、これらのゴムのなかでも、引っ張り強度、伸び、永久圧縮歪みなどの機械的特性、加工性、価格などを考慮して、ジクミルパーオキサイドなどの過酸化物で架橋したゴム、とりわけ過酸化物架橋エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）が好ましい。
【００２０】
また、このゴムに充填、配合される高誘電率充填剤としては、酸化チタン粉末、チタン酸バリウム系粉末などが用いられるが、なかでもチタン酸バリウム系粉末が好ましい。このチタン酸バリウム系粉末としては、室温（２５℃）から９０℃の温度領域において、その比誘電率が２，０００〜２０，０００の、粒子径が１〜１０μｍの粉末が用いられる。
チタン酸バリウム系粉末には、種々のグレードがあるが、ストロンチウム系の添加剤を添加して誘電率を高めた工業用グレードのものがよい。
【００２１】
このチタン酸バリウム系粉末の比誘電率において、室温から９０℃と温度範囲を定めたのは、この温度域が電力ケーブルの使用温度域であるからである。また、比誘電率を２，０００以上としたのは、２，０００未満ではゴムへの充填量が多くなって、ゴム組成物の誘電正接（ｔａｎδ）、絶縁破壊電圧（ＢＤＶ）、絶縁抵抗（ρ）等の電気特性の低下が著しくなるからである。
【００２２】
ところで、工業用グレードのチタン酸バリウム系粉末は、酸化チタンと炭酸バリウムとの水溶液中での反応で得られた粉末を水洗、仮焼、粉砕等の工程を経て製造される。このため、工業用グレードのチタン酸バリウム系粉末には、多くのイオン性不純物が含まれている。
【００２３】
このようなイオン性不純物を含むチタン酸バリウム系粉末を多量に充填したゴム組成物にあっては、高周波用途のコンデンサとは異なり、低周波の商用周波数域では、ゴム組成物の誘電正接（ｔａｎδ）、絶縁破壊電圧（ＢＤＶ）、絶縁抵抗（ρ）等の電気特性を大きく低下させることになる。
【００２４】
このため、このようなイオン性不純物を除去したチタン酸バリウム系粉末を用いることが好ましい。イオン性不純物の除去には、例えば脱イオン水で水洗する方法、脱イオン水を用い、超音波洗浄する方法などがある。
【００２５】
このチタン酸バリウム系粉末のゴムへの配合量は、得られるゴム組成物の比誘電率を１０以上とするには、ゴム１００重量部に対して３００〜８００重量部とされ、３００重量部未満ではゴム組成物の誘電率が不足し、８００重量部を超えるとゴム組成物の誘電正接、絶縁破壊電圧、絶縁抵抗等の電気特性を低下させることになる。
【００２６】
また、ゴムとして過酸化物架橋されたエチレンプロピレンゴムなどの過酸化物架橋されたゴムを用いた場合のチタン酸バリウム系粉末の多量配合による誘電正接、絶縁破壊電圧、絶縁抵抗等の電気特性の低下原因は、上述のチタン酸バリウム系粉末に付着しているイオン性不純物の単独作用ではなく、過酸化物架橋の際に生じる架橋剤分解残渣、例えば過酸化物としてジクミルパーオキサイドを用いたときには、アセトフェノン、クミルアルコールと上記イオン性不純物との複合作用による界面分極に起因していることが判明した。
【００２７】
したがって、架橋エチレンプロピレンゴムなどの過酸化物架橋されたゴムをベースポリマーとするゴム組成物においては、誘電正接、絶縁破壊電圧、絶縁抵抗等の電気特性の低下防止のためには、チタン酸バリウム系粉末のイオン性不純物除去もしくは過酸化物架橋剤分解残渣除去のいずれか一方もしくは両方を行えば良いことになる。
架橋剤分解残渣の除去は、架橋後のゴム組成物を１００〜１４０℃の温度で、６〜２４時間加熱することで行われる。この加熱は、窒素等の非酸化性雰囲気中で行われることが望ましい。
【００２８】
このような高誘電率ゴム組成物では、チタン酸バリウム系粉末以外に、加工性改善のためのプロセスオイル、酸化防止剤、滑剤、ワックスなどの添加剤を比誘電率に影響がない範囲で適宜添加することができる。
【００２９】
したがって、この高誘電率ゴム組成物かならる電界緩和層５にあっては、１０以上、好ましくは２０以上の高比誘電率を有し、しかも誘電正接、絶縁破壊電圧、絶縁抵抗等の電気特性の低下がないものとなり、良好な電界緩和効果を発揮しうるものとなる。
また、チタン酸バリウム系粉末としてイオン性不純物を除去したものを用い、架橋剤分解残渣を除去したものでは、さらに誘電正接、絶縁破壊電圧、絶縁抵抗等の電気特性の低下が抑えられたものとなる。
【００３０】
このような電力ケーブルの接続部の構造にあっては、内部電極３と絶縁層６との間に３層５Ａ、５Ｂ、５Ｃからなる電界緩和層５が設けられ、これらの層５Ａ、５Ｂ、５Ｃが内部電極３側から絶縁層６に向けて、順次比誘電率が低下するようになっており、かつ内部電極３に接する層５Ａの比誘電率が１０以上となっているので、内部電極３と絶縁層６との間の電界傾度が確実に緩和される。
【００３１】
また、電界緩和層５内で、各層５Ａ、５Ｂ、５Ｃの比誘電率を絶縁層６側に向けて順次低くしているので、内部電極３に接する層５Ａの比誘電率を１０以上と十分高くして電界緩和効果を高くしても、電界緩和層５と絶縁層６との間の電界傾度が強調されることがなく、この界面が新たに電界的に弱点となるような不都合が生じない。
【００３２】
さらに、内部電極３の端部が電界緩和層５内に埋め込まれた形態となっているため、電極端部の電界緩和効果が有効に発揮される。
また、電界緩和層５として、チタン酸バリウム系粉末を充填した過酸化物架橋エチレンプロピレンゴムを採用し、チタン酸バリウム系粉末に脱イオン水洗浄を行いイオン性不純物を除去したものを使用し、過酸化物架橋エチレンプロピレンゴムの架橋剤分解残渣を除去したものでは、比誘電率を十分高くして高い電界緩和効果を得るようにしても、電界緩和層５の誘電正接、絶縁破壊電圧、絶縁抵抗等の電気特性が低下することがない。
【００３３】
また、内部電極３処理部に多少の突起、異物、ボイド等の欠陥が作業時に持ち込まれたとしても、電界緩和層５による電界緩和が有効に作用し、これら欠陥に起因する放電等の不具合が生じない。
よって、組み立て作業に高い専門技術を必要とすることが少なくなり、作業が簡単に短時間で行うことができる。
【００３４】
また、本発明の接続部の構造では、図１、図２に示した例に限られることなく、これ以外の例えば外部電極処理部、ストレスコーン立ち上がり部、ケーブルコア／接続部品界面部などに複数層からなる電界緩和層５を、高電位側に高誘電率の層を位置するようにして、設けることができる。
さらに、電界緩和層５の電極に接する層以外の層をなすゴム組成物には、通常のチタン酸バリウム系粉末を充填した架橋エチレンプロピレンゴムや、これ以外のカーボンブラック充填ゴムやアクリルゴム、フッ素ゴムなどを用いても良い。
【００３５】
以下、具体例を示す。
エチレンプロピレンゴム１００重量部をベースポリマーとし、これにプロセスオイル、酸化防止剤を所定量添加し、さらに架橋剤としてジクミルパーオキサイドを４重量部添加し、チタン酸バリウム系粉末を異なる配合量で添加して高誘電率ゴム組成物を作製した。
【００３６】
チタン酸バリウム系粉末は、比誘電率が約１６０００（室温）のもの（「ＢＴ２０６」商品名  富士チタン工業製）を用い、これを脱イオン水洗浄したものをも使用した。また、架橋剤分解残渣の除去のために加熱処理（１２０℃で２４時間加熱）したゴム組成物をも作製した。
表１において、処理とは、かかる脱イオン水洗浄と加熱処理を行ったことを言う。
これらゴム組成物を混練りし、シート状にプレス成形して架橋された試料を作製し、その比誘電率、誘電正接、絶縁抵抗を測定した。
【００３７】
比誘電率、誘電正接および絶縁抵抗については、厚さ２ｍｍのシートを試片とし、誘電率および誘電正接は５０Ｈｚ、１ｋＶで、絶縁抵抗は直流５００Ｖ、１分値で測定した。
結果を表１に示す。
【００３８】
【表１】
0003803287.tif 000002
【００３９】
つぎに、このゴム組成物をテープ状に成形したものを使用し、図１に示すような電界緩和層５を設けた６６ｋＶクラスＣＶケーブルの接続部を作製した。ＣＶケーブルの導体断面積４００ｍｍ２，絶縁体厚さ９ｍｍであり、接続部の絶縁層６は、エチレンプロピレンゴムからなる比誘電率３．２のものである。
【００４０】
電界緩和層５は、表２に示すように１層、２層、３層とし、各層には表１に示した電気特性のゴム組成物を単独または組み合わせて使用した。
表２に電界緩和層５の各層の比誘電率と厚さ、使用ゴム組成物の組み合わせ、接続部の破壊電圧（標準雷インパルス破壊電圧）を示した。
【００４１】
【表２】
0003803287.tif 000003
【００４２】
表２の結果から、本発明の接続部では破壊電圧が高く、電界緩和層５の効果が十分に発揮されていることがわかる。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の電力ケーブルの接続部にあっては、電極と絶縁層との間に比誘電率が１０以上の層を有する電界緩和層が設けられているので、電極と絶縁層との間の電界傾度が確実に緩和される。また、電界緩和層内で、各層の比誘電率を絶縁層側に向けて順次低くしているので、電極に接する層の比誘電率を１０以上に十分高くして電界緩和効果を高くしても、電界緩和層と絶縁層との間の電界傾度が強調されることがなく、この界面が新たに電界的に弱点となるような不都合が生じない。
【００４４】
また、電界緩和層として、チタン酸バリウム系粉末を充填した過酸化物架橋エチレンプロピレンゴムを採用し、チタン酸バリウム系粉末に脱イオン水洗浄を行いイオン性不純物を除去したものを使用し、過酸化物架橋エチレンプロピレンゴムの架橋剤分解残渣を除去したものでは、比誘電率を十分高くして高い電界緩和効果を得るようにしても、電界緩和層の誘電正接、絶縁破壊電圧、絶縁抵抗等の電気特性が低下することがない。
【００４５】
このため、電極処理部に多少の突起、異物、ボイド等の欠陥が作業時に持ち込まれたとしても、電界緩和層による電界緩和が有効に作用し、これら欠陥に起因する放電等の不具合が生じない。
よって、組み立て作業に高い専門技術を必要とすることが少なくなり、作業が簡単に短時間で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電力ケーブルの接続部の構造の一例を示す概略断面図である。
【図２】図１の要部を拡大して示す概略断面図である。
【図３】従来の電力ケーブルの接続部の構造の一例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
３・・・内部電極、５・・・電界緩和層、５Ａ・・・第１層、５Ｂ・・・第２層、５Ｃ・・・第３層、６・・・絶縁層
【図１】
0003803287.tif 000004
【図２】
0003803287.tif 000005
【図３】
0003803287.tif 000006