JP6593052B2 - 電力ケーブル用ポリマー接続部の取り付け構造 - Google Patents

Description

本発明は、ポリマー碍管を用いた電力ケーブル用ポリマー接続部の取り付け構造に関する。

従来の碍子型の自立型乾式終端接続部は、磁器製の碍子が比較的重いことから、磁器製の碍子よりも軽量化を図った自立型乾式終端接続部が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この自立型乾式終端接続部は、ケーブルの端部側が差し込まれるケーブル差込み穴を備えた可撓性を有するゴム製の絶縁層と、絶縁層の肉厚の中間内部に軸線方向に向けて延伸され、絶縁層と一体的に設けられた電気的絶縁性及び剛性を有する自立用樹脂管とを備える。

この構成によれば、軽量なゴム製の絶縁層、及び芯材として樹脂管を用いることにより終端接続部を軽量化することができる。また、樹脂管を芯材として用いることにより垂直な起立姿勢を維持しようとする自立性を発揮することができる。そのため、電柱への設置作業が容易となる。

特許第５０６０８００号公報

しかし、従来の自立型乾式終端接続部によれば、芯材としての自立用樹脂管は樹脂製であるので、当該接続部を、屋外の構造物などの支持部材に水平方向に取り付けた場合、自身で水平の姿勢を保つことができずに先端側が垂れてしまうことがある。その結果、接続部に差し込まれる電力ケーブルも垂れて支持部材に接近することとなり、十分な絶縁距離を確保できずに、放電が生じるおそれがある。

そこで、本発明の目的は、磁器製の碍子を用いた場合よりも軽量で、水平の姿勢で用いた場合でもその姿勢を維持しようとする自立性を発揮することが可能な、電力ケーブル用ポリマー接続部の取り付け構造を提供することにある。

本発明は、上記課題を解決することを目的として、
電力ケーブル用ポリマー接続部が支持部材に取り付けられる、電力ケーブル用ポリマー接続部の取り付け構造であって、
前記電力ケーブル用ポリマー接続部は、段剥処理された電力ケーブルの端部が差し込まれるケーブル差込み穴を有するポリマー碍管を備え、
前記ポリマー碍管は、
ポリマー系材料から形成された絶縁体と、
前記絶縁体の内周面に前記電力ケーブルの端部に対向するように埋設された金属製の埋設パイプと、
前記支持部材に取り付けられる取付け面が前記絶縁体から露出するように前記絶縁体の外周面側に埋設された金属製の埋込フランジと、を備える、電力ケーブル用ポリマー接続部の取り付け構造を提供する。

上記態様において、前記支持部材は、前記電力ケーブル用ポリマー接続部と対向する対向面を有し、
前記電力ケーブル用ポリマー接続部の、前記埋込フランジとは反対側の端部が、前記対向面から離隔するように、前記電力ケーブル用ポリマー接続部が傾斜して取り付けられることが好ましい。

本発明によれば、磁器製の碍子を用いた場合よりも軽量で、水平の姿勢で用いた場合でもその姿勢を維持しようとする自立性を発揮することが可能になる。

本発明の第１の実施の形態に係る電力ケーブル用ポリマー接続部の構成例を示す縦断面図である。 図１に示す電力ケーブルの横断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る車両間接続構造の一例を示す要部正面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る鉄道車両のパンタグラフとの接続構造の一例を示す要部正面図である。

＜第１の実施の形態＞
以下、本発明の第１の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、各図中、実質的に同一の機能を有する構成要素については、同一の符号を付してその重複した説明を省略する。

本実施形態に係る取り付け構造の説明に先立ち、取り付ける電力ケーブル用ポリマー接続部と電力ケーブルについて説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係る電力ケーブル用ポリマー接続部の構成例を示す縦断面図である。図２は、図１に示す電力ケーブルの横断面図である。

（電力ケーブル用ポリマー接続部）
電力ケーブル用ポリマー接続部１（以下、単に接続部１ともいう）は、主としてポリマー系材料（絶縁性高分子材料）から形成され、後述する段剥処理された電力ケーブル１００が差し込まれるポリマー碍管２と、ポリマー碍管２の後端側（差込み方向Ａと反対側）Ｂ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に接続する高圧シールド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とを備える。

ポリマー碍管２は、ポリマー系材料から形成された可撓性を有する絶縁体２０と、絶縁体２０の内周面に電力ケーブル１００の端部１０１の絶縁層１４０に対向するように埋設された補強部材又は芯材としての金属製の埋込パイプ２１と、絶縁体２０の外周面側に埋設された補強部材又は芯材としての金属製の埋込フランジ２２と、電力ケーブル１００の端部１０１における電界を緩和する第１の半導電部２３Ａと、埋込パイプ２１における電界を緩和する第２の半導電部２３Ｂと、埋込フランジ２２における電界を緩和する第３の半導電部２３Ｃとを備える。また、ポリマー碍管２を構成する絶縁体２０、埋込パイプ２１、埋込フランジ２２及び第１乃至第３の半導電部２３Ａ〜２３Ｃは、工場でモールドにより一体成型される。ここで、絶縁体２０及び第１乃至第３の半導電部２３Ａ〜２３Ｃは、絶縁保護層の一例である。

絶縁体２０の外周には、複数の傘部２０ａが一定の間隔を設けて形成されている。絶縁体２０は、ポリマー系材料として、例えばシリコーンゴム、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＭ）、エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）等から形成されている。

絶縁保護層の差込み方向Ａと反対側Ｂの第１のケーブル差込み穴２ａ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、すなわち絶縁層１４０の外径Ｄ１よりも小さい内径を有し、電力ケーブル１００の絶縁層１４０が差し込まれたときは絶縁層１４０に密着する。

埋込パイプ２１は、例えば黄銅、アルミウム合金等の金属から形成されている。また、埋込パイプ２１は、例えば、外径３０〜５０ｍｍ、厚さ２〜５ｍｍを有する。電力ケーブル１００の差込みを容易とするため、埋込パイプ２１は、絶縁層１４０の外径よりも大きい内径Ｄ２の第２のケーブル差込み穴２ｂを有する。埋込パイプ２１の外周面を第２の半導電部２３Ｂで覆っているので、埋込パイプ２１として市販のものを使用することが可能である。なお、埋込パイプ２１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、第２の半導電部２３Ｂを省くことも可能である。

また、埋込パイプ２１は、差込み方向Ａの端部が絶縁体２０からケーブル軸方向に露出している部分２１ａを有し、この露出した部分２１ａは、接続部材としての高圧シールド６に接続され、この高圧シールド６が固定端子５及び導体接続棒４を介して電力ケーブル１００の導体１２０に接続している。これにより埋込パイプ２１がシールド効果を発揮する。すなわち、絶縁体２０の内周面に埋込パイプ２１を埋設しない構造の場合、電力ケーブル１００の絶縁層１４０との間の空間を、絶縁破壊抑制のために絶縁性を有するコンパウンドで埋める必要がある。一方、本実施形態では、絶縁体２０の内周面に埋込パイプ２１を埋設し、その埋込パイプ２１を電力ケーブル１００の導体１２０に接続しているので、埋込パイプ２１と絶縁層１４０との間の空間が閉じた空間となり、埋込パイプ２１と絶縁層１４０との間にコンパウンドで埋める必要がなくなる。

埋込フランジ２２は、円筒状の形状を有する円筒部２２ａと、円筒部２２ａの外周面に全周に渡って設けられた鍔部２２ｂとを備える。埋込フランジ２２は、後述する支持部材２００に取り付けられる取付け面２２ｃが絶縁体２０から露出するように絶縁体２０の外周面側に埋設されている。その取付け面２２ｃには、雌ねじ２２ｄが形成されており、埋込フランジ２２をボルト３０によって支持部材２００に取り付けできるように構成されている。このような埋込フランジ２２は、例えば、黄銅、アルミウム合金等の金属から形成され、使用時にグランドに接続される。

第１乃至第３の半導電部２３Ａ〜２３Ｃは、主としてポリマー系材料から形成されている。すなわち、第１乃至第３の半導電部２３Ａ〜２３Ｃは、ポリマー系材料として、例えばシリコーンゴム、ＥＰＭ、ＥＰＤＭ等にカーボン等の導電性粉末を分散して導電性を持たせたものを押出成形することにより形成される。

第１の半導電部２３Ａは、電力ケーブル１００の端部１０１が差し込まれる前は絶縁層１４０の外径Ｄ１よりも小さい内径を有する。第２の半導電部２３Ｂは、埋込パイプ２１の外周面を差込み方法Ａ側の端部を除いて覆っている。第３の半導電部２３Ｃは、埋込フランジ２２の絶縁体２０から露出していない表面を覆っている。

保護金具３は、例えば、黄銅、アルミニウム合金等の金属から形成され、ボルト３０によって接続部１を後述する支持部材２００に取り付けできるように構成されている。

導体接続棒４は、後端側に接続穴４ａが形成され、先端側に雄ねじ４ｂ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の後端側をかしめることによって接続穴４ａが縮径して導体接続棒４と電力ケーブル１００の導体１２０とが接続される。

固定端子５は、導体接続棒４を挿通させるための挿通穴５ａと、電線が接続される接続穴５ｂが形成されている。固定端子５は、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り導体接続棒４に取り付けられる。

高圧シールド６は、導体接続棒４の周囲を覆う円筒状を有して、金属から形成されている。高圧シールド６は、埋込パイプ２１を固定端子５に接続して導体接続棒４をシールドする。

防水処理部７は、耐水性が良好な部材、例えば粘着層付きのポリエチレンテープやエポキシテープ等を巻き付けて形成される。

（電力ケーブルの構成）
電力ケーブル１００は、撚り線からなる導体１２０と、導体１２０の外周に形成された内部半導電層１３０と、内部半導電層１３０の外周に形成された絶縁層１４０と、絶縁層１４０の外周に形成された外部半導電層１５０と、外部半導電層１５０の外周にワイヤー１７１を巻き付けて形成された遮蔽層１７０と、遮蔽層１７０の外周に押えテープ１８１を巻き付けて形成された押えテープ層１８０と、押えテープ層１８０の外周に形成されたシース層１９０とを備えて構成されている。

導体１２０は、複数の素線を撚り合わせて形成されている。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７０００Ｖ以上の高電圧を送電する。

内部半導電層１３０及び外部半導電層１５０は、電界の集中を緩和させるために設けられており、主としてポリマー系材料から形成され、例えば、エチレンプロピレンゴム、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して導電性を持たせたものを押出成形することにより形成される。

絶縁層１４０は、例えばエチレンプロピレンゴム、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。

遮蔽層１７０は、外部半導電層１５０の外周にワイヤー１７１をケーブル軸方向に沿って螺旋状に巻き付けて形成されている。遮蔽層１７０は、使用時にグランドに接続される。

押えテープ層１８０は、遮蔽層１７０の外周に押えテープ１８１をケーブル軸方向に沿って螺旋状に重ね巻きして形成されている。押えテープ１８１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。

シース層１９０は、例えば、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、ニトリルゴム、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、ノンハロゲンポリオレフィンエラストマー等のゴムに架橋剤等が添加されたものを押出成形することにより形成される。

（取り付け構造）
続いて、本実施形態に係る電力ケーブル用ポリマー接続部１の取り付け構造について、取り付け構造を車両間接続構造に適用した場合を例として説明する。図３は、本発明の第１の実施の形態に係る車両間接続構造の一例を示す要部正面図である。

本実施形態の取り付け構造３００は、接続部１を支持部材２００に取り付けた構造である。支持部材２００は、鉄道車両２０１と鉄道車両２０１の屋根に設けられた筐体２０２とから構成されている。接続部１は、保護金具３とともに、埋込フランジ２２の取付け面２２ｃに形成される雄ねじ２２ｄにボルト３０を締め付けることにより、筐体２０２に取り付けられている。
車両間接続構造は、一方の鉄道車両２０１の天井に設けられた筐体２０２に取り付けられた接続部１と、他方の鉄道車両２０１の天井に設けられた筐体２０２に取り付けられた接続部１と、これらの接続部１を電気的に接続する可とう性を有する電線８と、接続部１における導体接続棒４、固定端子５および高圧シールド６を覆う絶縁性のカバー９と、を備えて構成される。

本実施形態では、接続部１において、絶縁体２０の内周面に金属製の埋込パイプ２１を埋設するとともに、絶縁体２０の外周面側に金属製の埋込フランジ２２を埋設しているので、接続部１の自立性を高めている。そのため、接続部１は、垂直方向だけでなく、水平方向、もしくは水平方向から垂直方向に傾けて取り付けた場合であっても、接続部１の埋込フランジ２２とは反対側の端部１ａ、つまり接続部１の先端１ａを垂れさせることなく、その姿勢を維持させることができる。

また、接続部１は、その先端１ａが支持部材２００における接続部１と対向する対向面２００ａから離隔するように、傾斜して取り付けることが好ましい。ここでは、対向面２００ａは鉄道車両２０１の屋根に相当する。車両接続構造において、接続部１の領域は絶縁されているものの、先端１ａ側の領域は、電線８がカバー９から露出しているため高電圧となる。この先端１ａ側の領域と対向面２００ａとの距離（絶縁距離）が近いと、放電が生じ、鉄道車両２０１の屋根が損傷するおそれがある。そのため、電線８の電圧に応じて所定の絶縁距離を確保する必要がある。接続部１を対向面２００ａに対して傾斜するように取り付ける場合、水平となるように取り付ける場合と比べて、接続部１を筐体２０２に取り付ける位置を低くすることができるので、筐体２０２の高さを低く構成することが可能となる。すなわち、接続部１を傾斜するように取り付けることにより、所望の絶縁距離を確保しつつ、接続部１を取り付ける構造物の高さを低くすることができる。

接続部１同士間の接続は、それぞれのポリマー碍管２に電線８を差し込み、導体１２０を固定端子５に取り付けることにより行われる。

（第１の実施の形態の作用、効果）
本実施の形態によれば、以下の作用、効果を奏する。
（１）絶縁体として磁器よりも軽いポリマー系材料を用い、補強部材として厚さの薄い埋込パイプ２１を用いているので、本電力ケーブル用ポリマー接続部１は磁器製の碍子を用いた場合よりも軽量になる。
（２）絶縁体２０の内周面に金属製の埋込パイプ２１を埋設しているので、本電力ケーブル用ポリマー接続部１を水平の姿勢で用いた場合でも水平の姿勢を維持しようとする自立性を発揮することができる。
（３）埋込パイプ２１に加えて、絶縁体２０の外周面側に金属製の埋込フランジ２２を埋設しているので、本電力ケーブル用ポリマー接続部１を水平の姿勢で用いた場合でも水平の姿勢を維持しようとする自立性をより発揮することができる。
（４）埋込パイプ２１の外周面を第２の半導電部２３Ｂで覆っているため、埋込パイプ２１の外周面に傷があってもそれによる電界の集中を緩和することができる。
（５）埋込フランジ２２の絶縁体２０から露出している以外の表面を第３の半導電部２３Ｃで覆っているため、埋込フランジ２２の表面に傷があってもそれによる電界の集中を緩和することができる。
（６）埋込パイプ２１を電力ケーブル１００の導体１２０に接続しているので、埋込パイプ２１と絶縁層１４０との間の空間が閉じた空間となり、埋込パイプ２１と絶縁層１４０との間にコンパウンドで埋める必要がなくなる。
（７）電力ケーブル用ポリマー接続部１として絶縁体２０の内周面に金属製の埋込パイプ２１を埋設し、絶縁体２０の外周面側に金属製の埋込フランジ２２を埋設しているので、電力ケーブル用ポリマー接続部１を水平の姿勢にしても先端側がほとんど垂れないため、電力ケーブル用ポリマー接続部１を水平の姿勢で用いることができる。
（８）電力ケーブル用ポリマー接続部１，１間を可撓性を有する電線８で接続しているので、鉄道車両２０１がカーブを曲がるときでもそれに追従することができる。
（９）電力ケーブル用ポリマー接続部１を、その先端１ａ（埋込フランジ２２とは反対側の端部１ａ）が支持部材２００の対向面２００ａ（鉄道車両２０１の屋根）から離隔するように傾斜させて取り付けることにより、所望の絶縁距離を確保しつつ、電力ケーブル用ポリマー接続部１を取り付ける構造物の高さを低くすることができる。

＜第２の実施の形態＞
上述の実施の形態では、取り付け構造３００を車両間接続構造に適用する場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば、パンタグラフとの接続構造に適用することも可能である。図４は、本発明の第２の実施の形態に係る鉄道車両のパンタグラフとの接続構造の一例を示す要部正面図である。
図４に示すように、接続部１は、その先端１ａが鉄道車両２０１の屋根（対向面２００ａ）と離隔するように、傾斜した状態で筐体２０２に取り付けられている。接続部１には、パンタグラフ４０１から配線される電線８が接続されており、トロリー線４０２からパンタグラフ４０１を介して電力が供給されるようになっている。本実施形態においても、上記と同様の効果を得ることができる。

なお、本発明の実施の形態は、上記各実施の形態に限定されず、種々な実施の形態が可能である。例えば、上記各実施の形態は、ケーブル線路の終端接続部について説明したが、本発明は、ケーブル線路の中間接続部にも適用可能である。

また、上記第２の実施の形態は、水平方向から垂直方向に傾けて取り付ける場合について説明したが、本発明は、垂直方向もしくは水平方向に取り付けることも可能である。

また、本発明の要旨を変更しない範囲内で、上記実施の形態の構成要素の一部を省くことや変更することが可能である。例えば、上記実施の形態では、埋込パイプ２１の外周面を滑面あるいは鏡面とすることにより、第２の半導電部２３Ｂを省いてもよい。また、上記実施の形態では、埋込フランジ２２の表面を滑面あるいは鏡面とすることにより、第３の半導電部２３Ｃを省いてもよい。

１…電力ケーブル用ポリマー接続部、２…ポリマー碍管、
２ａ…第１のケーブル差込み穴、２ｂ…第２のケーブル差込み穴、
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、８…電線、９…カバー、２０…絶縁体、２０ａ…傘部、
２１…埋込パイプ、２２…埋込フランジ、２２ａ…円筒部、２２ｂ…鍔部、
２２ｃ…取付け面、２２ｄ…雌ねじ、２３Ａ…第１の半導電部、
２３Ｂ…第２の半導電部、２３Ｃ…第３の半導電部、３０…ボルト、
４０…ナット、１００…電力ケーブル、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…テープ層、１８１…テープ、
１９０…シース層、２００…支持部材、２０１…鉄道車両、２０２…筐体
３００…取り付け構造、
Ａ…差込み方向、Ｂ…後端側（反対側）

Claims (4)

1. 電力ケーブル用ポリマー接続部が支持部材に取り付けられる、電力ケーブル用ポリマー接続部の取り付け構造であって、
   前記電力ケーブル用ポリマー接続部は、段剥処理された電力ケーブルの端部が差し込まれるケーブル差込み穴を有するポリマー碍管を備え、
   前記ポリマー碍管は、
   ポリマー系材料から形成された絶縁体と、
   前記絶縁体の内周面に前記電力ケーブルの端部に対向するように埋設された金属製の埋込パイプと、
   前記支持部材に取り付けられる取付け面が前記絶縁体から露出するように前記絶縁体の外周面側に埋設された金属製の埋込フランジと、を備え、
   前記埋込パイプは、前記電力ケーブルの軸方向について、前記埋込フランジと重なりを持つように配置されている、
   電力ケーブル用ポリマー接続部の取り付け構造。
2. 前記支持部材は、前記電力ケーブル用ポリマー接続部と対向する対向面を有し、
   前記電力ケーブル用ポリマー接続部の、前記埋込フランジとは反対側の端部が、前記対向面から離隔するように、前記電力ケーブル用ポリマー接続部が傾斜して取り付けられる、請求項１に記載の電力ケーブル用ポリマー接続部の取り付け構造。
3. 前記絶縁体は、可撓性を有するポリマー系材料から形成されている、請求項１又は２に記載の電力ケーブル用ポリマー接続部の取り付け構造。
4. 前記絶縁体、前記埋込パイプ、および、前記埋込フランジは、モールドにより一体成型されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電力ケーブル用ポリマー接続部の取り付け構造。

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