JP2001008353A - 常温収縮型ゴムユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 現場での施工が容易で、高圧電力ケーブルの
接続部に適用することができる常温収縮型ゴムユニット
を提供すること。 【解決手段】 ケーブル接続部に取り付けたとき、ケー
ブル絶縁体との接触面の面圧が０．６７ｋｇｆ／ｃｍ²
以上となるように形成したゴムユニットを予め工場で拡
径保持部材上に拡径支持し、現場で拡径保持部材を取り
除き、ゴムユニットを超高圧電力ケーブルに装着する。
ゴムユニットの初期嵌合面圧を上記値以上とすることに
より、３０年使用してもほぼ０．４ｋｇｆ／ｃｍ² 程度
以上の嵌合面圧を確保することができ、必要な電気的性
能、防水性能を確保することができる。また、現場で拡
径保持部材を取り除き高圧電力ケーブルの接続部に装着
するようにしたので、現場での施工が容易となり、異物
を巻き込んだまま接続作業が行われる危険性も回避する
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、架橋ポリエチレン
絶縁電力ケーブル等の電力ケーブル接続部の絶縁等に用
いられる常温収縮型ゴムユニットに関する。

【０００２】

【従来の技術】高圧ＣＶケーブル用中間接続部には、押
出モールド型、プレハブ型、テープ巻きモールド型、テ
ープ巻き型と様々な種類の構造が適用されている。これ
らに加えて、近年、ゴムモールド技術の著しい進歩によ
り、施工性に優れたワンピースのゴムブロック型ジョイ
ント（ＲＢＪ）が開発され、この適用が急速に拡大しつ
つある。現在のゴムブロック型ジョイントの主流はエチ
レンプロピレンゴム（ＥＰＲ）製である。上記したゴム
ブロック型ジョイントを用いて、例えば６６ｋＶ以上の
高圧電力ケーブル（以下、必要に応じてケーブルと略記
する）を接続する際には、現場にて接続部分にゴムユニ
ットを装着して接続部を形成する現場施工方式が用いら
れていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来方式は現場にて施工を行うため、施工にかなり時間が
かかり、また施工のための作業スペースを確保する必要
もあった。また、現場にて施工を行う場合、ゴムユニッ
ト内に入り込む異物等の管理を充分に行うことができ
ず、異物を巻き込んだまま接続作業が行われる危険性が
あった。一方、現場での施工を容易にするため、予め工
場でゴムユニットを拡径保持部材により拡径しておき、
現場で拡径されたゴムユニットから拡径保持部材を除去
することによりゴムユニットをケーブル接続部に装着す
る方法が知られている。しかし、従来から使用されてい
たこの種のゴムユニットは、電圧階級の低いケーブルに
適用されるものであって、６６ｋＶ以上の高圧電力ケー
ブルに使用できるものは実用化されていなかった。

【０００４】本発明は上記した問題点に鑑みなされたも
のであって、その目的とするところは、現場での施工が
容易で、６６ｋＶ以上の高圧電力ケーブルの接続部に適
用することができる常温収縮型ゴムユニットを提供する
ことである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】近年、高耐熱、低応力緩
和（永久伸びが小）、低硬度等、多くの点でエチレンプ
ロピレンゴム（ＥＰＲ）より優れているシリコーンゴム
（ＳｉＲ）の機械的特性の向上はめざましいものがあ
る。シリコーンゴムは、長い間、引き裂き力が低いとい
う問題点を抱えていたが、近年の技術的な進歩に伴い、
高い引き裂き力を有するシリコーンゴムが開発されるに
至った。そこで、本発明者らは、このシリコーンゴムの
可能性に着目し、高圧電力ケーブル用工場拡径方式の常
温収縮型ゴムユニットの適用について検討した。

【０００６】その結果、シリコーンゴムは、その温度特
性、弾性率、永久伸び特性の物性面において、前記した
エチレンプロピレンゴム（ＥＰＲ）と比較して優れた特
性を有し、特に、永久伸び特性において、工場拡径方式
の常温収縮型ゴムユニットに適用する上で優れた特性を
有することがわかった。また、シリコーンゴムは加硫前
は液状であり、成形性についても上記ＥＰＲと比較して
極めて優れている。一方、実験等によれば、ゴムユニッ
トの絶縁部分の嵌合面圧として０．４ｋｇｆ／ｃｍ² 以
上確保できれば、高圧電力ケーブルに必要な絶縁性能を
確保できることが確認された。また、嵌合面圧として
０．４ｋｇｆ／ｃｍ² あれば、防水性能を確保すること
もできる。一般に、ゴムユニットをケーブルに装着後、
ゴムユニットとケーブル間の嵌合面圧は時間とともに低
下していく。シリコーンゴムを使用した場合、実験結果
に基づく試算によれば、最も厳しい使用条件下(想定さ
れる導体温度９０°Ｃ連続）では、３０年経過後には嵌
合面圧の低下は４０％以下となり、初期嵌合面圧の６０
％以上となることがわかった。したがって、３０年後の
面圧を０．４ｋｇｆ／ｃｍ² 以上とするためには、初期
嵌合面圧として０．６７ｋｇｆ／ｃｍ² 以上を確保でき
ればよい。前記したシリコーンゴムを用いれば、上記初
期嵌合面圧０．６７ｋｇｆ／ｃｍ ² を確保することがで
き、かつ、３０年経過しても上記０．４ｋｇｆ／ｃｍ²
程度の嵌合面圧を確保できる。

【０００７】以上に基づき、本発明においては、次のよ
うにして前記課題を解決する。 （１）ケーブル接続部に取り付けたとき、ケーブル絶縁
体との接触面の面圧が０．６７ｋｇｆ／ｃｍ² 以上とな
るように形成したゴムユニットを予め工場で拡径保持部
材上に拡径支持し、現場で拡径保持部材を取り除き、ゴ
ムユニットを高圧電力ケーブルに装着する。 （２）上記ゴムユニットを、ケーブル絶縁体との接触面
の面圧の低下率が、使用３０年間で４０％以下であるシ
リコーンゴムで形成する。 本発明においては、高圧電力ケーブルの接続作業におい
て、ゴムユニットを予め工場で拡径保持部材上に拡径支
持し、現場で拡径保持部材を取り除き高圧電力ケーブル
の接続部に装着するようにしたので、現場での施工が容
易となり、異物を巻き込んだまま接続作業が行われる危
険性も回避することができる。特に、ゴムユニットの初
期嵌合面圧を０．６７ｋｇｆ／ｃｍ² 以上となるように
したので、３０年使用してもほぼ０．４ｋｇｆ／ｃｍ²
程度の嵌合面圧を確保することができ、必要な絶縁性能
および防水性能を確保することが可能となる。

【０００８】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施例の高圧電力
ケーブル用常温収縮型ゴムユニット１（素管）の構成を
示す図である。ゴムユニット１は略円筒形状であり、内
部半導電層１ａと、絶縁層１ｂと、外部半導電層１ｃか
ら構成されている。ゴムユニット１はシリコンゴムを主
体とする弾性部材で形成され、半導電層１ａ，１ｃには
カーボン等が混入され半導電性が付与されている。ゴム
ユニット１の内径は、装着されるケーブル外形より小さ
く形成され、ゴムユニットをケーブルに装着したときの
嵌合面圧は、ゴムユニット１を拡径することにより生ず
る弾性により確保される。

【０００９】図２は拡径保持部材によりゴムユニット１
を拡径支持した状態を示す図である。同図において、２
は拡径支持部材であり、ゴムユニット１は、予め工場に
おいて、同図に示すように拡径支持部材２上に拡径支持
され、図２に示す状態で施工現場に運ばれる。拡径支持
部材２の内径は、装着するケーブルの外径より大きく形
成されており、拡径支持部材２内にケーブルを挿入した
際、拡径支持部材２はケーブル上を移動できる。また、
拡径支持部材２内にケーブルを挿入してゴムユニット１
をケーブル接続部上に位置させたとき、拡径支持部材２
がゴムユニット１から容易に引き抜けるようにするた
め、拡径支持部材２を例えば摩擦係数の小さな材料で構
成したり、拡径支持部材２の表面に潤滑材等を塗布した
り、また、拡径支持部材２とゴムユニット１の間に低摩
擦係数材料を介在させたり、あるいは、拡径支持部材２
を解体して除去できるようにしておいてもよい。

【００１０】図３はゴムユニット１をケーブル接続部に
装着した状態を示す図である。同図において、３はケー
ブル、３ａはケーブル絶縁体、３ｂはケーブル導体、４
は導体接続管である。ゴムユニット１を図３に示すよう
にケーブル接続部に装着するには、図２に示すように拡
径支持部材２上に支持されたゴムユニット１内にケーブ
ルを挿入したのち、接続される２本のケーブルのケーブ
ル導体３ｂを導体接続管４で接続して接続部を形成す
る。ついで、拡径支持部材２上に支持されたゴムユニッ
ト１をケーブル接続部上に位置させ、拡径支持部材２を
抜き取る。これにより、ゴムユニット１が縮径し、ゴム
ユニット１がケーブル接続部上に装着される。

【００１１】本実施例の高圧ケーブル用常温収縮型ゴム
ユニットに適用したシリコーンゴムの物性値を、従来の
エチレンプロピレンゴム（ＥＰＲ）との比較を合わせ
て、表１に示す。

【００１２】

【表１】

【００１３】表１に示すように、本実施例で使用したシ
リコーンゴムは、上記ＥＰＲと較べて硬度が小さいが、
引き裂き強さおよび永久伸び特性において優れており、
特に永久伸び特性は、１００％伸長させたときＥＰＲで
は３２．４％までしか戻らないのに対し、本実施例で使
用したシリコーンゴムでは２．６％まで戻り、永久伸び
特性において極めて優れた特性を示している。本実施例
で使用したシリコーンゴムは上記した永久伸び特性を備
えているので、上記シリコーンゴムから形成されるゴム
ユニットを工場で予め拡径して保管しておいても、現場
で電力ケーブルに装着したときゴムユニットの径を、ほ
ぼ拡径前の状態に戻すことができる。このため、工場拡
径方式のゴムユニットに適用しても、必要な初期嵌合面
圧を確保することが可能である。

【００１４】本実施例で使用したシリコーンゴムが、高
圧電力ケーブルのゴムユニットに適用するに必要な耐電
圧特性を備えているかを調べた。シリコーンゴムの耐電
圧特性を調べるため、図４に示す構造のリセスシートを
用いた。同図（ａ）（ｂ）において、１１は高圧側電
極、１２はエポキシ樹脂、１３は本実施例で使用したシ
リコーンゴムであり、シリコーンゴム１３には同図
（ｂ）の拡大図を示すように半導電ゴム１３ａ，１３ｂ
が上面と下面に接着されており、絶縁体部分の厚さは１
５０μｍ〜２００μｍである。上記シリコーンゴム１３
を図４に示すようにオイル中に設置し、シリコーンゴム
１３の下面にアース電極１４を接触させ、高圧電極１
１、アース電極１４間にＡＣ電圧、インパルス（Ｉｍ
ｐ）電圧を印加してシリコーンゴムの電気的特性を調べ
た。試験条件は次の通りである。

【００１５】 ＡＣ破壊試験 開始電圧 ：６ｋＶ／１０分 ステップ電圧：１ｋＶ／１０分 測定温度 ：室温、９０°Ｃ、１０５°Ｃ 測定試料数 ：各温度ｎ＝５ すなわち、上記各測定温度において、開始電圧を６ｋＶ
としてＡＣ電圧を印加し、１０分毎に１ｋＶずつ電圧を
ステップ状に上昇させ、シリコーンゴムが絶縁破壊する
ＡＣ破壊ストレス（ｋＶ／ｍｍ）と温度依存性を調べ
た。 インパルス（Ｉｍｐ）破壊試験 開始電圧 ：＋または− １４ｋＶ／３回 ステップ電圧：＋または− １ｋＶ／３回 測定温度 ：室温、９０°Ｃ 測定試料数 ：各温度ｎ＝５ すなわち、上記各測定温度において、開始電圧を＋また
は−１４ｋＶとして、＋または−１ｋＶずつ電圧を上昇
／下降させながら、インパルス電圧を各電圧について３
回印加して、シリコーンゴムが絶縁破壊するＩｍｐ破壊
ストレス（ｋＶ／ｍｍ）を調べた。

【００１６】図５、図６に上記試験結果を示す。図５は
上記の破壊試験の結果、図６は上記の破壊試験の結
果であり、横軸は温度（°Ｃ）、縦軸はそれぞれＡＣ破
壊ストレス（ｋＶ／ｍｍ）、Ｉｍｐ破壊ストレス（ｋＶ
／ｍｍ）である。なお、図５、図６において、同図中の
縦棒で示した範囲内に破壊した試料がプロットされた。
また、図６において、丸印は前記した高圧側電極１１に
正電圧を印加した場合の破壊ストレスを示し、三角印は
前記した高圧側電極１１に負電圧を印加した場合の破壊
ストレスを示している。

【００１７】図５に示すように、ＡＣ破壊試験において
は１０５°Ｃまでの範囲において、シリコーンゴムのＡ
Ｃ破壊ストレスに温度依存性はほとんど見られなかっ
た。また、図６に示すように、Ｉｍｐ破壊試験において
は、Ｉｍｐ破壊ストレスに極性による違いはほとんどみ
られなかった。しかしながら、ＡＣ破壊試験では見られ
なかった温度依存性が正負いずれの極性においても確認
された。但し、温度係数（図６において室温における破
壊ストレスの平均値をＡ、９０°Ｃにおける破壊ストレ
スの平均値をＢとしたとき、Ａ／Ｂ）は、いずれも１．
１と小さかった。

【００１８】次に、上記シリコーンゴムの寿命検証試験
を行った。寿命検証試験（Ｖ−ｔ試験）は、前記図４に
示した構造の試験装置を用い、課電時間（分）を変え
て、シリコーンゴムが破壊する課電ストレス（ｋＶ／ｍ
ｍ）を求めた。図７に上記試験結果を示す。同図におい
て、横軸は時間（分）、縦軸は課電ストレス（ｋＶ／ｍ
ｍ）であり、同図の黒丸は試料が破壊したときの時間
（分）、課電ストレスをプロットしたものであり、ま
た、白丸は破壊しなかった試料を示している。また、同
図の実線は寿命指数ｎ＝１７の直線を示している。ここ
で、一般に電気絶縁材料の寿命に関して、以下の式
（１）で整理できることが知られている。なお、Ｖは課
電電圧、ｔは課電時間、ｎは上記寿命指数と呼ばれ試料
の長期課電特性である寿命指数を示すパラメータであ
り、通常ｎが１５以上であれば、長期使用に耐えること
ができると言われている。

【００１９】Ｖⁿ ・ｔ＝一定 （１） 図７から明らかなように、本実施例で使用したシリコー
ンゴムの寿命指数ｎは１５以上であり、長期特性を有す
ることが確認された。以上の試験により、本実施例で使
用したシリコーンゴムが高圧用ＣＶケーブルの付属品材
料として充分な耐電圧特性、長期特性を有することが確
認された。

【００２０】次に、上記シリコーンゴムを用いた高圧ケ
ーブル用常温収縮型ゴムユニットと電力ケーブルとの接
触面の面圧と破壊ストレスに関係について検討した。上
記構成のゴムユニットの各部位におけるストレスとして
は、前記図３に示す次の各部位である。 (1) 内導電極平坦部ストレス：τ１ (2) 内導電極先端部ストレス：τ２ (3) 界面沿層ストレス ：τ３ (4) 界面立ち上がりストレス：τ４ これらの部位におけるストレス・バランスを考慮して電
界解析によりゴムユニットの最適形状を決定したが、こ
れらの部位の内、最もクリティカルな部分は、上記(2)
のτ２、(4) のτ４である。

【００２１】そこで、上記τ２、τ４について、界面モ
デル試料を用いて嵌合面圧に対する破壊ストレスを調べ
た。その結果、シリコーンゴムを用いたゴムユニットで
は、嵌合面圧を０．４ｋｇ／ｃｍ² 以上とすれば必要十
分な耐圧特性が得られることが分かった。次に、本実施
例で使用したシリコーンゴムで形成されたゴムユニット
について、ケーブル装着時の嵌合面圧の低下率を調べ
た。その結果、嵌合面圧の低下は、６ヶ月経過しても見
られなかった。さらに、想定される最も厳しい使用条件
下（導体温度９０°Ｃで３０年間連続）での、３０年経
過したときの面圧を試算したところ、面圧低下は初期面
圧に対して４０％以内であり、初期面圧の６０％以上に
なることが分かった。

【００２２】図８はケーブル絶縁体表面とゴムユニット
内面の界面における面圧設計の概念図である。同図に示
すように、ゴムユニットを拡径部材で拡径した拡径状態
で２年間保管しておくと面圧は約４０％低下する。ま
た、上記拡径状態で保管したゴムユニットをケーブルに
装着すると、時間の経過とともにケーブル絶縁体表面と
ゴムユニット内面の界面面圧は低下していき、約３０年
使用することを想定すると面圧は、上記したように更に
約４０％低下し、ケーブル装着時の初期嵌合面圧に対し
て約６０％になる。

【００２３】本実施例においては、上記面圧の変化を考
慮して、ゴムユニット１の締めばめ率〔（ケーブル装着
時のゴムユニットの内径−素管状態のゴムユニット１の
内径）／（ケーブル装着時のゴムユニットの内径）〕
と、ゴムユニット１の材質等を適宜選定し、ケーブル絶
縁体３ａとゴムユニット１の絶縁層１ｂと間の初期嵌合
面圧（ケーブル装着時）が、０．６７ｋｇｆ／ｃｍ² 以
上となるようにした。これにより、前記したように、３
０年経過後であっても、０．４ｋｇｆ／ｃｍ²以上の面
圧を確保することができ、絶縁性能を確保することがで
きるともに、防水性能を確保することができた。

【００２４】次に、本発明を１１０ｋＶの高圧電力ケー
ブルの接続部の絶縁に適用した場合の具体例について説
明する。本発明を適用したケーブルの絶縁体外径は５９
ｍｍであり、これに対し素管状態のゴムユニットの内径
を４１．３ｍｍ、外径を１５４．０ｍｍとした。締めば
め直径差は１７．７ｍｍ（＝５９−４１．３）であり、
締めばめ率は３０％である。ゴムユニットの材質は前記
したシリコーンゴムであり、ポアソン比は０．４８、縦
弾性係数は６．５である。また、上記ゴムユニットをケ
ーブル接続部に装着した後のゴムユニットの外径は１５
９．７ｍｍであった。

【００２５】上記ゴムユニットをケーブルに装着したの
ち、ゴムユニット内部に埋め込んだ面圧センサにより初
期嵌合面圧を測定した。その結果、ケーブル絶縁体とゴ
ムユニットの絶縁層と間の嵌合面圧は、１．７０ｋｇｆ
／ｃｍ² であった。次に、拡径した状態で２年間保管し
た場合の面圧変化を調べた。その結果、ゴムユニットを
拡径保持部材上に保持した状態で２年間保管したのち、
ケーブル上に装着した場合の前記Ａ部分の嵌合面圧は
０．９３ｋｇｆ／ｃｍ ² であった。

【００２６】一方、前記したように、３０年経過後の嵌
合面圧低下はほぼ４０％以下で、初期嵌合面圧の６０％
以上となる。したがって、初期嵌合面圧が０．９３ｋｇ
ｆ／ｃｍ² の場合、３０年後の面圧は０．５６ｋｇｆ／
ｃｍ² 以上となり、前記した０．４ｋｇｆ／ｃｍ² 以上
を十分確保できることが確認された。以上のことから、
ゴムユニットを上記構成とすれば、拡径した状態で２年
間保管したのちケーブルに装着しても、必要な嵌合面圧
を確保できることが確認された。

【００２７】一方、嵌合面圧を０．４ｋｇｆ／ｃｍ² と
したときの電気的性能を調べた。実験では、内径がφ２
８．１ｍｍゴムユニットを次の３種類のケーブルに装着
し、ＡＣ破壊試験、インパルス電圧破壊試験を行った。 ケーブル絶縁外径：φ３１ｍｍ（２２ｋＶケーブル２００ｓｑ） 嵌合面圧：０．４ｋｇｆ／ｃｍ² ケーブル絶縁外径：φ３３ｍｍ（２２ｋＶケーブル２５０ｓｑ） 嵌合面圧：０．６９ｋｇｆ／ｃｍ² ケーブル絶縁外径：φ４０ｍｍ（６６ｋＶケーブル４００ｓｑ） 嵌合面圧：１．７ｋｇｆ／ｃｍ²

【００２８】その結果、それぞれの破壊値より得られた
電気的ストレスが、所望の電気的性能を確保することが
可能な設計ストレスを満足することが確認され、嵌合面
圧が０．４ｋｇｆ／ｃｍ² であれば、電気的絶縁性能を
充分確保できることがわかった。なお、ケーブルとゴム
ユニットの間の気密を保持するためにも嵌合面圧として
０．４ｋｇｆ／ｃｍ² 程度が必要であり、これより嵌合
面圧が小さくなると防水性能の面でも問題がでてくる可
能性がある。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、初期嵌合面圧が０．６７ｋｇｆ／ｃｍ² 以上となる
よう形成したゴムユニットを、予め工場で拡径保持部材
上に拡径支持し、現場で拡径保持部材を取り除き高圧電
力ケーブルの接続部に装着するようにしたので、３０年
近く使用してもほぼ０．４ｋｇｆ／ｃｍ² 程度の嵌合面
圧を確保することができ、高圧電力ケーブルにおける必
要な電気的性能および防水性能を確保することができ
る。また、現場での施工が容易となり、異物を巻き込ん
だまま接続作業が行われる危険性も回避することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例のゴムユニット（素管）の構成
を示す図である。

【図２】図１のゴムユニットを拡径支持部材上に拡径支
持した状態を示す図である。

【図３】図１のゴムユニットをケーブル接続部に装着し
た状態を示す図である。

【図４】シリコーンゴムの耐電圧特性を調べるために用
いたリセスシートを示す図である。

【図５】本発明の実施例のシリコーンゴムのＡＣ破壊試
験結果を示す図である。

【図６】本発明の実施例のシリコーンゴムのＩｍｐ破壊
試験結果を示す図である。

【図７】本発明の実施例のシリコーンゴムの寿命検証試
験（Ｖ−ｔ試験）を示す図である。

【図８】ケーブル絶縁体表面とゴムユニット内面の界面
における面圧設計の概念図である。

【符号の説明】

１ ゴムユニット １ａ 内部半導電層 １ｂ 絶縁層 １ｃ 外部半導電層 ２ 拡径支持部材 ３ ケーブル ３ａ ケーブル導体 ３ｂ ケーブル絶縁体 ４ 導体接続管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 正三 東京都千代田区丸の内二丁目６番１号 古 河電気工業株式会社内 Ｆターム(参考） 5G375 AA02 BA26 BB43 CA02 CA14 CB03 CB07 CB36 CB53 DB32 EA17

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 予め工場で拡径保持部材上に拡径支持さ
   れた高圧用電力ケーブルに使用される常温収縮型ゴムユ
   ニットであって、 ケーブル接続部に取り付けたとき、ケーブル絶縁体との
   接触面の面圧が０．６７ｋｇｆ／ｃｍ² 以上となるよう
   に形成したことを特徴とする常温収縮型ゴムユニット。
2. 【請求項２】 常温収縮型ゴムユニットは、ケーブル絶
   縁体との接触面の面圧の低下率が、使用３０年間で４０
   ％以下であるシリコーンゴムで形成されていることを特
   徴とする請求項１の常温収縮型ゴムユニット。