JPH09503900A - 高電圧ケーブルの接続部用のクロージャ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 クロージャが、高電圧ケーブルと、また別の高電圧ケーブル,変圧器又は開閉装置のような、他の電気部品との間の接続部のために提供される。絶縁は、絶縁ゲルによってもたらされ、該絶縁ゲルは、それ自体及び／又は上記ケーブルの材料若しくは他の電気部品と界面を形成する。上記界面は、高い界面絶縁耐力を有し、それは、界面に沿った破損を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】 高電圧ケーブルの接続部用のクロージャ 本発明の技術分野 本発明は、二つの高電圧の電気部品間の、特に、電力ケーブルと他の電気機器 との間の接続部の保護に関する。 本発明の背景 電力ケーブル(例えば、伝送及び配電のネットワークに用いられるようなもの) と、また別のケーブル、若しくは、開閉装置又は変圧器のような他の電気機器と の間の接続部を保護するジョイントの必要性が、信号の(例えば、電話の)ケーブ ルの接続部を保護しているジョイントのそれよりも一層高まっている。このこと は、特に高電圧の電力ケーブルに当てはまる。(一般に、"高電圧"とは、ここで は、１kＶ以上の電圧を表しており、１−６９kＶのサブレンジは「中電圧」と称す る。)いづれにしても、湿気,ほこり、及び、他の環境的な汚染から導体を保護す る良好なシールが極めて重要である。しかしながら、信号ケーブルのジョイント においては、絶縁体の絶縁耐力は、もし、それが良好な絶縁材であれば、それほ ど重要でない。高電圧ケーブルのジョイントに関しては、絶縁体が、より一層高 い電圧の応力における絶縁破壊に耐性を有しなければならない。また、電力部品 は、電話あるいは他の信号ケーブルよりも高い温度で機能し、その結果、高温度 での安定性が必要である。最後に、電気応力は、クロージャ(closure)の適切な 設計によって、又は、応力を分布させるための重要な位置に応力調整材を置くこ とによって制御されなければならない。(ここでは、「導電性の」,「導電率」及び「 応力」なる用語は、特に断りがない限り、電気的な分野で用いられている意味に 解されるものである。) 高電圧ジョイントと低電圧ジョイントの共通する構成は、チューブ状の外側の 保護部品を有する。該部品は、ケーブル一方端に被着させられ、連結領域近傍に しばらくそのままにして、、それから、導体の添継ぎ作業の完了後に、連結領域 上に被せられる。この方法では、ジョイント自体の長さに少なくとも等しい、余 分な作業領域が必要である。その添継ぎは、窮屈なクォータ(quarters)において 行なわれ得るので、付加的なスペースは得られないかも知れない。高電圧の電力 ケーブルに関しては、典型的には、より長いジョイントについて、この問題は際 立っている。 信号ケーブルのクロージャに用いられている別の構成では、二つの半割体シェ ルを有し、各々に空洞充填材料が予め充填されている。二つの半割体シェルは、 連結部上で合体されるが、その時、空洞充填材料が上記接続部及びケーブルを封 入保護している。この構成では、側方へスライドさせる部品も要しないし、また 、周囲のシールは、単に、二つの半割体を合体させることにより達成できるから 魅力的なものである。例えば、ドビン(Ｄobbin)等による米国特許３８７９５７ ５号(１９７５年);ルーター(Ｒeuter)による米国特許４８４９５８０号(１９８ ９年);ジャービス(Ｊervis)による米国特許４８５９８０９号(１９８９年);ジャ ービスによる米国特許４９０９７５６号(１９９０年);ウサミ(Ｕsami)等による 米国特許５０９９０８８号(１９９２年);ジャービスによる米国特許５１７３１ ７３号(１９９２年)のような、多くの例が、低電圧の分野において存在する。し かしながら、この構成では、二つのシェル中の空洞充填材料の間の界面が、絶縁 破損が容易に起こり得る通路をなし得るので、高電圧の分野で利用されてはいな い。二つの同じ材料の部品間の界面絶縁耐力は、その材料自体の正味の絶縁耐力 の約６分の１であることが報告されている。第６回ＩＥＥ会議(英国マンチェス ターにて１９９２年９月開催)における公表論稿Ｎo.３６３号,３３０〜３３３ペ ージに掲載のフルニエル(Ｆournier)等による「二つのＥＰＤＭ表面の界面の絶縁 破壊現象」。界面でのトラッキング(tracking)による絶縁破壊が、中電圧ケーブ ルの添継ぎにおける、破損の約４０％の原因となることがまた、報告されている 。ジャイケイブル(Ｊicable)９１国際会議(仏国ベルサイユにて１９９１年６月 開催)における会議録,２９８〜３０４ページに掲載のラマレ(Ｌmarre)等による「 使用されて老化した中電圧ケーブルの添継ぎ部の特性表示」。更にまた、予め充 填された半割体シェルからなる低電圧用クロージャは、それらが、応力を制御す る手段を備えてはいないので、高電圧の用途には不適である。 半割り体シェルの設計を、従来の高電圧用ジョイントに採用したところ、予備 充填を回避できた。即ち、充填されていない半割体を接続部の周囲に配置した後 、(例えば、ポリウレタン(polyuretane)又はビチューメン(bitumen)のような)保 護材を孔を介して注入し凝固させた。この「樹脂注型」の方法においては、破損が 生じ得る保護材内に界面が生じることを避けながら、保護材は、一体物として凝 固する。例えば、レイナエルト(Ｒeynaert)による米国特許４９４３６８５号(１ ９９０年)を参照せよ。しかしながら、保護材が凝固してしまえば、長期使用中 に、ジョイントの、点検、検査、あるいは、被覆は不可能であり、それどころか 、ケーブルに電圧をかけることも出来ない。また、樹脂注型のクロージャは、二 度と内部にアクセスできないのが通常である。 その結果、前述した制限を克服する、界面の絶縁破損の影響を受けにくい空洞 充填材料を採用することで、高電圧接続部用のクロージャを提供することが望ま しい。 本発明の概要 この発明のクロージャでは、空洞の充填材料としてゲルを採用している。我々 は、ゲルが、ゲル自体の正味の絶縁耐力の少なくとも４０％である、界面の絶縁 耐力を有することを思いがけなく発見した。例えば、この発明のジョイントは、 ＥＰＤＭ−ＥＰＤＭ界面の絶縁耐力が約３kＶ／mmよりも小さいのに比して、界 面絶縁耐力が少なくとも１０kＶ／mmのゲル−ゲル界面を有する。同様に、ゲル とケーブル材料との間の界面がまた、長手方向の界面の及びジョイント全長の縮 小を可能としながら、高い界面絶縁耐力を有する。この発見により、半割体型の 高電圧のクロージャを小型で、据付けが容易なものとしている。ゲルは界面で分 離され得るので、内部への再アクセスが可能である。上記クロージャは、特に、 部品の少なくとも一つが、例えば、配電又は伝送のケーブルのような中電圧ケー ブルである場合には、二つの高電圧の電気部品間の接続部を保護するのに適する 。絶縁ゲルは、ケーブル接続部上にかぶせる時には、既に凝固している、つまり 、既に、実質的には最終的なゲルの形になっており、従って、その場で、混合し また注入して、ゲルが硬化するのを待つ必要がなくなる。 従って、ここでは、二つの高電圧の電気部品間の接続部を保護するための、ク ロージャ装置が提供されており、このクロージャ装置は (a) 接続部上で被着させるものであって、連結部、及び、そこに含まれた電気 部品を電気的に中性にシールドするための導電面を有するハウジングと; (b) 電気応力の分布を制御するために、接続部、及び、それに直に隣接する電 気部品の一部分を囲繞する電気応力制御手段と; (c) 上記ハウジング内部に粘着されていて、電気応力制御手段およびハウジン グ内の電気部品の部分とに密着してその形状になじみ、ハウジングを接続部に被 着させると、電気応力制御手段が囲繞していないほぼ全ての空洞を充填してしま う絶縁ゲルとを有している。 好ましくは、高電圧の電気部品の少なくとも一つの部品が、高電圧の電力ケー ブルである。所管に応じては、上記ハウジングは、更に、その内部において導体 と絶縁ゲルとの間に絶縁層を有しても構わない。 上記ハウジングは包囲式の一体物であってもよい。あるいは、少なくとも二つ のシェルで、ハウジングを形成するために合体するのに適していても構わない。 上記ハウジング(又は、それに対応するシェル)は、少なくとも部分的に、絶縁ゲ ルで予め充填されてもよく、それによって、絶縁ゲルとハウジングとの間の空洞 にエアが溜まることを回避する。「予め充填されること」とは、実質的にその硬化 状態にある絶縁ゲルが、接続部上への適用に先立って、ハウジング若しくはシェ ルの内部に粘着され、その結果、エアがハウジングとゲルとの間に一切溜まらな いことを意味する。ゲルは、化学的に架橋結合されたゲルの場合には、化学的な 硬化反応により、あるいは、熱可塑性のゲルの場合には冷却により、凝固し得る 。随意に、ハウジングが、更に、導体と絶縁ゲルとの間に、内部に置かれた絶縁 層を有しても構わない。 クロージャは、更に、電気応力制御手段やハウジングの内部に含まれたケーブ ルの一部分と、他の電気部品の一部及び他の絶縁ゲルと絶縁ゲルとを密着させる ために、ハウジングと共同して作用する圧力手段を備えていても良い。ハウジン グがシェル合体型で、ゲルが充填されたタイプのものである場合には、ゲルとゲ ルとの界面は一方のシェルの絶縁ゲルと他方のシェルの絶縁ゲルとの間に形成さ れる。ハウジングが予め充填された一体物である場合には、ゲルとゲルとの界面 は、ハウジングを充填している絶縁ゲルの単体の、絶縁ゲルが成形している箇所 の二つの部分の間にあっても構わない。その結果、絶縁ゲルと「他の絶縁ゲル」と の間の界面に関するここでの説明は、絶縁ゲルの、少なくとも二つの別々の容積 体の存在が必須であることを暗示しているものと解釈するべきでない。圧力手段 はまた、圧縮下で絶縁ゲルを保つために、密着及び適合を維持するように、備付 け後にハウジングと共同して作用し得る。 本発明のまた別の態様においては、高電圧用電力ケーブルと他の電気部品との 間のジョイントが提供されており、上記ケーブルは、少なくとも一つのコア導体 と、各コア導体を取り囲んでいる絶縁体と、絶縁されたコア導体を取り囲んでい る半導電性の層とを有しており、 (a) 接続部が、ケーブルの外装を剥ぎ取られたコアの露出された導体と、他の 電気部品の露出された導体との間にコネクタにより形成され; (b) 電気応力制御手段が、上記接続部と、ケーブル部分と、それに直に隣接す る他の電気部品を取り囲んで、電気応力の分布を制御しており; (c) ハウジングが、接続部及び電気応力制御手段を覆っていて、上記ハウジン グは、ジョイントを電気的に中性にシールドするために、ケーブルの半導電性の 層及び他の電気部品に電気的に連結されている導電面を有しており、 (d) ハウジングの内部が、他の絶縁ゲルと少なくとも一つのゲルとゲルとの界 面を形成する少なくとも一つの絶縁ゲルで充填され、上記界面が、絶縁ゲルの正 味の絶縁耐力の少なくとも４０％、好ましくは少なくとも６０％、より好ましく は少なくとも８０％の界面絶縁耐力を有しており、また、上記絶縁ゲルが、電気 的に中性のシールド内部に配置され、ハウジングの内部,電気応力制御手段、及 び、ケーブルの一部分、上記ハウジング内部に含まれた他の電気部品と密着して 適合している。 本発明の、更に、また別の態様では、高電圧ケーブルと他の電気部品との間の ジョイントを作る方法が提供されており、上記ケーブルが、少なくとも一つのコ ア導体と、各コア導体を包囲する絶縁体と、絶縁されたコア導体を包囲する半導 電性の層とを有しており、上記方法は (a) 絶縁体及び導体の一部分を露出するために、段状に、半導電性の層及びケ ーブルの絶縁体を取り剥がし; (b) 露出されたケーブル導体と他の電気機器との間にコネクタで接続部を形成 し; (c) 電気応力の分布を制御するために、電気応力制御手段で、上記接続部と、 ケーブルの一部分と、それに直に隣接する他の電気部品とを取り囲み; (d) 導電面を有しており、また、更に、導電性の層内で内部に粘着されている 絶縁ゲルを有しているハウジングを、上記絶縁ゲルが、電気応力制御手段と、ハ ウジング内の電気部品の一部分とに密着してその形状になじむように、すなわち 、電気応力制御手段により取り囲まれないハウジング内のあらゆる空洞が充填さ れ、また、導電面が、接続部を電気的に中性にシールドするように、上記コネク タ上に配置されるというステップからなる。 図の簡単な説明 図１a及び図１bは、この発明のクロージャの異なる図である。図１c及び１dは 、それぞれ、広範囲のゲルとゲルとの界面を形成するフランジ(flanges)、及び 、絶縁ゲル内に心地よく置かれた導電性のゲルを有する、この発明の他のクロー ジャを示している。図２は、二つの高電圧ケーブル間のインラインの接続部にわ たって備付けられた図１cのクロージャを示している。 図３は、付加的な絶縁層を有する、この発明のまた別のクロージャを示してい る。図４は、高電圧ケーブルの接続部上に備付けられた状態でのクロージャを示 している。 図５aは、二つの半割体シェルが、ヒンジ(hinge)で連結されている態様を示し ている。図５bは、一体物がハウジングの周囲に被さるまた別の態様を示してい る。図５cは、更にまた別のヒンジ付きの態様を示している。 図６は、この発明に従って、クロージャにより保護された曲管形の接続部を示 している。 図７a及び図７bは、界面の絶縁耐力を測定するための組立体を示している。 好適な実施態様の記述 この発明のクロージャは、例えば、架橋ポリエチレン(ＸＬＰＥ),エチレン− プロピレンゴム(ＥＰＲ)、及び、絶縁紙被覆導線(ＰＩＬＣ)ケーブルの如くの、 多種類の高電圧ケーブルの間にジョイントを作るのに適している。このクロージ ャーには、接地シールドを継続するためにジョイント上に接続する必要がある同 心のニュートラル(neutral)な銅のテープ、あるいは、ケーブルのワイヤシール ドの接続部を収納するであろう。上記クロージャはまた、ギア又は変圧器をスイ ッチするのに、ブッシングを介して高電圧用電力ケーブルを別の電力ケーブルに 接続するのに適している。 図１aは縦断面図を示しており、必ずしも必須ではないが同一構成の第１及び 第２の細長いシェル１２a及び１２bからなるクロージャ１０を示している。シェ ル１２a及び１２bは、絶縁ゲルで充填されており、両者を合体することによりハ ウジング１１を形成している。絶縁材で作られた安定化リング１８a及び１８bを 所望に応じて用いても良く、用いた場合、上記クロージャを所定位置に保持する ためのスペーサー(spacers)として役立つ。リング１８a及び１８bはまた、絶縁 ゲル１４が予め決められた最小厚でジョイントの周囲に分配されること、また、 薄くなりすぎて必要な絶縁耐力が得られないほど絶縁ゲル１４が不注意に押圧さ れないようにするための、スペーサー手段として役立つものである。リング１８ a及び１８bは、それぞれのシェル１２a又は１２bと一体になっているか、あるい は、そこへ取付けられるものであってもよい。別の形状としては、それらは長手 方向のバフル(baffles)の形状であっても構わない。 シェル１２a及び１２bは、ジョイントの電気的に中性な表面を形成するために 、ケーブルの半導電性の層と、もし存在すれば、他の電気部品の半導電性の層と の電気接触部を形成する導電性(又は、少なくとも半導電性)の表面１９を有する 。シェル１２a及び１２bは、金属材、または、カーボンブラック,グラファイト( graphite)、あるいは、金属の粉末物又はフレーク(flake)の如くの、導電性の材 料を混合することによりで充填することにより導電性にしたポリマー(polymer) で構成しても良く、その場合での導電性の材料が、ハウジングの本体と導電外面 と の両方を形成することになる。一般に、導電外面１９の抵抗率は、好ましくは５ ００オーム−センチメートルであり、典型的には１００と１０００オーム−セン チメートルとの間にある。シェル１２a及び１２bが、金属で作られる場合には、 それらは型押し成形法で製作しても良い。シェル１２a及び１２bがポリマーで作 られる場合には、それらは吹込み又は射出成形法、若しくは、真空成形法で製作 しても良い。シェル１２a及び１２bは、所望に応じて、クロージャの中央から離 れていく方向に先細になった応力軽減用円錐部１７を有しても構わない。電気応 力の軽減をもたらすことに加えて、シェル１２a及び１２bは閉じ込められたジョ イントを機械的に保護している。従って、それらは、比較的頑丈であり、また、 圧縮耐性を有している。所望によっては、シェル１２a及び１２bは、ゲルの膨張 を吸収するために、弾性材料で製作しても良い。 別の方法としては、シェル１２a及び１２bは絶縁材で製作してもよく、その場 合での導電外面１９は、吹付けまたは塗布された、さもなければ適宜設けられた 、金属又は他の導電材料の薄い層で構成する。導電外面１９は、ここで示される ように、シェル１２a及び１２bの外面若しくは外装であってもよく、あるいは、 その上に、別の絶縁材層が在ってもよい。又は、シェル１２a及び１２bが、絶縁 内層及び導電性の外層との、高分子材料の二層を有することも構わず、それらは 、空洞のないように積層化するか、若しくは、互いに接着しても良い。これら二 層の配置は、逆にしても構わない。 図１bは、図１aには見られない構成を明らかにしている、a−a'線に沿ったク ロージャの横断面図を示している。シェル１２aは、二つのシェルをぴったりと 保持するために、シェル１２b内の補完形状のタブ２２と相互連結するのに適し たタブ２０を有している。たとえ、シェル１２a及び１２bが、雌雄の関係にある ものと図示されたものであっても、例えば、各シェルが、タブ２０及び補完形状 のタブ２２の両方を有する両性具有の構成の如くの、他の構成も許容される。例 えば、レール(rail)と溝の構造,スプリング、あるいは、スナップ(snap)−ラッ チ(latch)の如くの、他の機構を、シェルを保持するために用いても良い。 上記シェルは、図１bに示した、実質的に半円形のものとは異なる横断面の形 状を有することもできる。図１cは、同様の部材に関しては同様の符号を用いて 、そのような異なる態様を示している。クロージャ１０aは、シェル１２a'及び １２b'を有し、それらは、絶縁ゲル１４との間の界面の結合部の範囲を引き延ば すためのフランジ２６を有するが、別の場合には、図１bのシェル１２a及び１２ bと同様のものでも構わない。引き延ばされた界面の結合部の長さが、シェル１ ２a'及び１２b'を充填している絶縁ゲル１４の間の結合部のラインに沿った、破 損の可能性を低減する助けとなる。 図１d(ここでは、既に用いられた符号は、同様の部材を表している)は、また 別の態様である。クロージャ１０bはクロージャ１０又は１０aに類似しているが 、クロージャ１０bの中央付近に、絶縁ゲル１４内に心地良く置かれ、シェル１ ２a及び１２bとは区画された導電性のゲル１６を有している。導電性のゲル１６ は、接続部及び露出された導体付近の電気応力の分布を制御する電気応力制御手 段である。この態様においては、電気応力制御手段及び絶縁ゲルは、便宜的に、 上記接続部上のハウジングの位置付けと同時に適用され得る。 図２は、一対の高電圧ケーブル３０の間のインラインの接続部を覆って備付け られたクロージャ１０bの部分的な縦断面図を示している。ケーブル３０の半導 電性の層３２との絶縁体３４とは、その間の接続部３７を構成するためのクリン プ式コネクタ(crimp connector)により結合される、コア導体３６を露出するた めに段状に剥ぎ取られている。(ねじコネクタのような他のコネクタも使用され 得る。)ケーブル３０は、所望によっては、付加的な機械的、及び／又は、湿気 バリアの保護をもたらすために、例えば、ポリ塩化ビニル(「ＰＶＣ」)、あるいは 、中間の又は高い密度のポリエチレン（それぞれ、「ＭＤＰＥ」及び「ＨＤＰＥ」） で作られたジャケット３９を有していてもよい。導電性のゲル１６は、露出され たコア導体３６,クリンプ式接続部３８、及び、絶縁体３４の直に隣接する一部 分を取り囲んでいる。それは、そのボリューム内の電気的なポテンシャルを均等 にする、つまり、破損の原因となるであろう、電気応力の増大を防止しながらフ ァラデー遮蔽として作用する。シェル１２a及び１２bは、接続部３７を有するハ ウジング１１を形成するように合体されたものである。応力円錐部１７は、絶縁 体３ ４及び半導性の層３２の剥ぎ取り部の連接箇所における応力の軽減をもたらすも のである。導電性の表面１９は、ジョイントのための電気的に中性の外面を備え るように、半導電性の層３２に電気的に接続され得る。スプリング４２が、密封 したシールをもたらすためにシェル１２a及び１２bを保持する。スプリング４２ はまた、空洞の充填及びシール材料としての有効性を増加しながら圧縮下でゲル 材料１４を維持する。シェル１２a及び１２bが弾性材料で作られる場合には、シ ェル１２a及び１２bを保持する際に、タブ２０及び２２を相互連結することによ ってもたらされる力が、圧縮下で絶縁ゲル１４を保持するのに十分なものであっ ても構わない。ホーキンス(Ｈawkins)等による米国特許４７３６０７１号(１９ ８８年)に開示されるように、例えば、ある量の圧縮ガス、又は、完了したジョ イントの周囲の弾性のあるバッグのような、ゲル上に圧縮力を加える他の手段を 用いてもよい。その開示は、引用することにより、ここに組み込まれる。 応力の軽減をもたらすための応力円錐部１７を用いる代わりに、典型的には、 １０⁷から１０¹¹オーム−センチメートル(ohm−cm)の範囲の抵抗率を有している テープ又はマスチック(mastic)のような応力調整材（不図示）を使用してもよい 。上記応力調整材は被膜されるか、さもなければ、半導電性の末端部に、すなわ ち、半導電性の層と絶縁体との剥ぎ取り部とが接触する所に配置される。 絶縁ゲル１４は、好ましくは約５０と約３５０(１０^-1)との間の、また、より 好ましくは２５０と３５０との間の、コーンの針入度を有し;また、少なくとも １００％の、より好ましくは少なくとも２００％の、最大伸張度を有する。内部 へ再アクセスする能力が重要である場合には、上記ゲルは、それ自体又は類似し たゲルに対する、ゲルの露出面の接着強さよりも大きな凝集強さを有するべきで ある。コーンの針入度は、絶縁ゲルが、エアの空洞を避けるべくシールされるた めに、過度の流動もなく、あるいは、もし必要であれば、使用される時間外での 過度の緩みもなく導体の周囲で変形し得るに十分な値に選択する。上記最大伸張 度は、クロージャ内部へ再アクセスする上で、絶縁ゲルが、二つのシェルを分離 することにより、シールドされたケーブルジョイントから引き離されることを保 証するように選択され得る。コーン針入度は、標準的な１:１スケールのコーン( コ ーン重量１０２．５g、シャフト重量４７．５g)を用いて、静止したサンプル上 において、２１℃で、ＡＳＴＭ Ｄ２１７−６８により測定され、その針入度は ５秒後に測定されるものである。伸張度は、サンプルをカットするために、タイ プ４ダイ(Ｔype ４ die)を使用し、そして、５０cm／分の速度で引っ張りなが ら、２１℃で、ＡＳＴＭ Ｄ６３８−８０によって測定される。ゲルは、ジョイ ント及び結合されたケーブルの材料に対して実質的に化学変化しない。絶縁ゲル は、望ましくは、次の電気的な特性を有している。即ち、誘電率は少なくとも１ ０¹²、好ましくは少なくとも１０¹⁴、また、より好ましくは少なくとも１０¹⁶オ ーム−センチメートル;５よりも小さい;誘電正接は０．０１よりも小さい;正味 の絶縁耐力は少なくとも２０kＶ／mmである。高電圧部品は、高温環境で連続稼 動する、例えば通常は９０±５℃、非常時には１３０±５℃との高温下で稼動す るから、ゲルとしても良好な耐温性を有していなければならない。好ましくは、 絶縁ゲル１４は、ジョイント内部の気孔率が、標準ＡＥＩＣ−ＣＳ５−８７によ り設定された限界値の範囲内にあるような空洞の充填能力を有するのが望ましい 。 絶縁ゲルは、鉱油,植物油、あるいは、可塑剤、もしくは、それらの混合物の あるところで、硬化し得るポリウレタン先駆物質をゲル化することにより作られ 得る。可塑剤の量は、例えば、トリメリテート(trimellitate)のような可塑剤の 場合では、総重量の３０％−７０％であり、あるいは、植物油又は鉱油の場合で は、６０％−８０％であって構わない。鉱油及び植物油は、例えば、植物油の重 量１に対して、鉱油の重量が０．７−２．４の割合で混合され得る。他の適切な 絶縁ゲルは、無反応性のエキステンダーシリコン(extender silicones)を備え た反応性のシリコンを硬化することにより作られ得る。また別の種類の絶縁ゲル は、(シェルオイルコーポレイション(Ｓhell Ｏil Ｃo.)より商標名クレイト ン(Ｋraton)で入手可能な)スチレン−エチレン−ブチレン−スチレン(styrene− ethylene−butylene−styrene)共重合体のような、トリブロックコポリマー(tri block copolymer)を引き延ばすことにより成形されるものを有する。適切なゲ ルの一例は、デバウルト(Ｄebbault)による米国特許４６００２６１号(１９８６ 年);ダブロウ(Ｄubrow)等による米国特許５０７９３００号(１９９２年);サザー ランド(Ｓutherland)によるＷＯ９０／０５１６６号(１９９０年);サザーランド 等によるＷＯ９１／０５０１４号(１９９１年)などに開示されている。それらの 開示は、引用することにより、ここに組み込まれる。 上記絶縁ゲルはまた、電気応力分布手段及びケーブル絶縁体及び半導電性の層 のような他の材料との、高い絶縁耐力の界面を形成する。その結果、これらの界 面は、全体的により短いジョイントを可能としながら、それらに沿った破損に対 して保護するために先行技術のクロージャほど長くある必要はない。 上記絶縁ゲルは、ケーブル材料と調和し得るべきであり、つまり、それらに悪 く作用してはならない。ＸＬＰＥ及び他の炭化水素をベースにしたケーブル材料 は、鉱油による悪作用を受け易いことが知られている;もし、そうであれば、そ のようなケーブルに限って、鉱油をベースにしたゲルは避けられるべきである。 シリコンゲルが、それらの高い耐熱性,優れた電気特性、ケーブル材料との適合 性、及び、化学的な不活性のために、好適である。 我々は、絶縁ゲル間の界面が、非常に高い界面絶縁耐力を有することを思いが けなく発見した。通常、同様の材料の二つの部品間の界面絶縁耐力は、その材料 自体の正味の絶縁耐力のほんの僅かな大きさである。例えば、ＥＰＤＭゴムに関 して、正味の絶縁耐力は、約１８．２kＶ／mmである。しかし、界面絶縁耐力は 、その約６分の１、つまり、約３kＶ／mmであり、その正確な値は、測定時にも たらされた圧力に依存している。ＥＰＤＭ−ＥＰＤＭ界面を含んでいる、高電圧 のジョイントのケースは、界面に沿った破損を受け易い。対照的に、我々は、ゲ ル−ゲル界面の絶縁耐力が、正味の絶縁耐力の少なくとも４０％、典型的には少 なくとも６０％、しばしば、少なくとも８０％であることを見出した。好適なシ リコンゲルの特定例においては、正味の絶縁耐力は約２５kＶ／mmである。界面 の絶縁耐力は、２０kＶ／mm、つまり、正味の値の約８０％という驚くべき高さ である。そのような高い界面絶縁耐力を備えれば、あるジョイントは、界面に沿 った破損を過度に受けることなく、ゲル−ゲル界面を有し得る。 ＥＰＤＭ−ＥＰＤＭ界面の絶縁耐力は、そこにグリース(grease)層を付加する ことにより一時的に改良され得る。しかしながら、上記ジョイントが、場合によ っ ては壊れて絶縁耐力が低下した界面をもたらすことになる熱応力を受けるときに は、グリースが移行する。ゲル−ゲル界面に関しては、界面絶縁耐力がいつまで も高く保たれ、その結果、界面が、使用される時間外に、破損を引き起こし得る「 弱いリンク(link)」となることはない。 導電性ゲル１６は、電気応力制御手段として有用である。それは、電離し得る 空洞の影響を、そのような空洞の周囲に同等の電圧ポテンシャルの場を作り出す ことによって消去する助けとなる(ファラデー遮蔽効果)。導電性ゲル１６の非電 気的な特性は、一般に、絶縁ゲル１４のそれと同様であってもよい。導電性のゲ ル１６は、非導電性ゲルに、カーボンブラックやグラファイト;ニッケル,コバル ト,金又は銀のような金属の微粒子若しくはフレーク,または、ポリピロール,ポ リアニリンなどの如くのポリチオフェン,ポリアニシジン(polyanisidine)及びそ の同様のもののような、本質的には導電性のポリマーといった導電性材料の含有 物を混入させて調整してもよい。適切であろう導電性ゲルは、ローレッテ(Ｒowl ette)による米国特許４７７０６４１号(１９８８年),ナカニシ(Ｎakanisi)によ る米国特許４８４５４５７号(１９８９年),ジョイス,ジュニア等による米国特許 ５１８２０５０号;トイ(Ｔoy)等によるＷＯ８６／０１６３４(１９８６年)にお いて開示されている。それらの開示は、引用することにより、ここに組み込まれ る。導電性ゲル１６の抵抗率は、好ましくは５００オーム−センチメートル(ohm −cm)よりも小さく、典型的には１００と１０００オーム−センチメートルとの 間である。導電性ゲル１６は、好ましくは二つの間に良好な粘着性を確保するた めに、絶縁ゲル１４と同様のベース材料で構成されている。それはまた、好まし くはシリコンゲルである。ケーブル又はそれが接触する接続部材料との適合性は 当然ながら必要である。ロールスプリング(roll spring),穴の空いたアルミニ ウム板,順応する導電性のフォーム(foam)、又は、導電性のテープ、あるいは、 可塑性の層が、ファラデー遮蔽をもたらすために、導電性ゲルの代用となり得る 。これらの代替手段は、絶縁ゲル１４上へ予め配置されることが可能であり、あ るいは、例えば、導体、及び／又は、コネクタの周囲に導電性のテープを取り巻 く際のような、単独のステップにおいて適用され得る。 電気応力制御手段は、ファラデー遮蔽効果とは別のものによって電気応力の分 布を制御し得る。それは、テープ、又は、カーボンブラックが僅かに充填された ブチルゴムから作られたマスチック(mastic)、あるいは、他のポリマー、若しく は、この後半の範囲の抵抗率を有しているゲルのような、高い誘電率を有する材 料であってもよく、それは、より均一に電気応力を分布するために、接続部の周 囲に置かれている。 (スプリング４２のような)圧力手段が、絶縁ゲル１４を、導電性ゲル１６又は 他の応力制御手段、ハウジング内部のケーブルの一部分、及び、他のシェル内の 絶縁ゲルに密着させてその形状になじませるために、シェル１２a及び１２bと共 同して使用され得る。(接続部３７が導電性ゲル１６によって取り囲まれている ので、絶縁ゲル１４には接触しない。)実質上、ハウジング内のあらゆる空洞が 充填される。絶縁的に強い界面は、他のゲル材料を含めて、絶縁ゲル１４とそれ が接触するあらゆる材料との間に形成される。好ましくは、圧力手段は、使用中 、圧縮下で絶縁ゲルを維持するために、シェルの組合せにおいて更に作用する。 使用中、上記絶縁ゲルが、ケーブルの熱サイクル又は被覆され得るアース(earth )の動作の間に、機械的な若しくは熱的な応力を受けるかもしれない。そのよう な応力は、絶縁ゲルをジョイントから引き離し、あるいは、ゲル−ゲル界面を分 離しがちである。圧縮下で絶縁ゲルを維持することは、そのような引き離しを防 止する助けとなる。必要な圧縮力は大きくなく、実際、非常に小さくてもよい。 機械的な及び熱的な応力が、特に厳しくない場合に、あるいは、ハウジングが、 そのような応力から絶縁ゲルを適切に保護している場合には、圧縮下のそのメン テナンスは必須ではない。必要とされる力のみが、絶縁ゲルを、接続部、及び、 ハウジング内に含まれるケーブルの一部分に密着させてその形状になじませるも のである場合には、そのような力は、シェル１２a及び１２bを組合せる場合にも たらされる、手による圧力であって構わない。スプリング４２は、ロールスプリ ング,一定の圧力のワイヤコイルスプリング,半スプリング対及びその同様のもの であってもよい。他の圧力手段は、クランプ,ラッチ及びその同様のものを有し 得る。 図３は、この発明の別のクロージャ１０cを示している(符号は、同様の部材に 関し、先の図で使用されたものに一致する)。クロージャ１０cは、第１及び第２ の細長いシェル１２c及び１２dを有している(二つは、実質的に同様であるので 、便宜的に、１２cのみが示されている)。クロージャ１０cは、シェル１２cと絶 縁ゲル１４との間に臨んで絶縁ゲルとシェルとを、内部の長手方向のエッジに沿 った部分を除いて、互いに分離する(例えば、ＨＤＰＥ若しくはラバーのような 熱可塑性物で作られた)絶縁材料の層１５を有しているという点で、クロージャ １０とは異なる。所望の導電性のゲル１６がまた示されている。この設計は、そ れが、好適なシリコンゲルの場合において非常に高価であろう絶縁ゲル１４の使 用量を削減するので都合がよい。中央において、クロージャが接続部に嵌まり被 さり、また、電気応力が最も激しい場合には、絶縁は、絶縁ゲルによって更にも たらされ、その結果、効果的に接続部をカプセルで保護するための、また、絶縁 的に強い界面を形成するための、絶縁ゲルの能力のためにその性能が落ちること はない。また、接続領域から、シェル１２cのエッジまでもたらされた界面は全 てゲル−ゲル界面であり、それは絶縁的に強い。シェル１２c及び層１５は、同 時押出しのステップで同時に成形される。シェル１２cは、典型的には約３mm厚 であり、その一方で、層１５は５よりも小さな誘電率と１０¹²オーム−センチメ ートルより大きな抵抗率とを有する必要があり、約５と７mmとの間の厚さである 。図４は、高電圧のケーブル接続部上に取付けられた、図３のクロージャ１０c を示しており、同様の部材に関しては、先の図面から符号が繰り返されている。 図５aは、軸方向の断面における、この発明のまた別のクロージャ１０dを示し ており、絶縁ゲル１４で充填されたシェル１２e及び１２fは、長手方向のヒンジ ５０によって互いに連結されている。例えば、エリス(Ｅllis)による米国特許３ ４５５３３６号(１９６９年)に開示されるように、確実な閉塞は、レールのエッ ジを接触させ、その上に溝形材５２をスライドさせることによってもたらされる 。例えば、ヒンジ５０の向かい側の長手方向のエッジに続く、ラッチ(latches) 又は間隔を置いて配置されたクランプ(clamps)のような他の閉塞の機構がまた、 使用されることも可能である。 図５bは、軸方向の断面図における、一体物の取巻きハウジング１１aを有するク ロージャを示している。ハウジング１１aは絶縁ゲル１４で充填されている。閉 塞は、タブ２０及び２２を相互連結することによって果たされる。その代わりと して、閉塞は、図５aに示されるように、レール−溝形材の機構によってもたら される。この場合には、クロージャが接続部上に備付けられたときに、絶縁ゲル −絶縁ゲルの界面は、ゲルの二つの異なる物体の間でなく、ゲルの二つの異なる 隣接した本体の間にあることが知られている。 図５cは、軸方向の断面説明図における、更に別の一体物の取巻きクロージャ １０fが示されている。ハウジング１１bは、ＨＤＰＥのような、カーボンブラッ ク又は導電性とするための他の導電性材料を備えて変更された、比較的可撓性の ある高分子材料で作られている。頑丈な絶縁プラスチックの層４１が、基本的な 絶縁及び圧縮抵抗を提供するために複合成形される。ヒンジ４０、及び、溝４２ と係止され得る円筒形のリッジ(ridge)の形式のロック機構がハウジング１１bへ 一体成形される。 図６は、断面における、変圧器又は開閉装置であっても構わない別の電気装置 に、ケーブル３０を連結しているこの発明の、Ｌ字形又は曲管形をしたクロージ ャ１０fを示している。二つの半割体シェル１３は、クロージャ１０fを形成する ように合体させられ得る。各半割体シェル１３は、少なくとも部分的に絶縁ゲル で充填されている。接続部それ自体が形成される場合に、電気応力を制御するた めに、所望の導電性ゲル１６が、曲管形の領域付近に置かれる。コネクタ６５が 、ソケット６３に嵌まり込むピン６２によって、導体３６を装置６０のブッシュ ６２へ接続する。同業者は、Ｔ字形クロージャのような、他の変形がこの発明の 要旨の範囲内で為されることを理解するであろう。 図７a及び７bは、界面の絶縁耐力を測定するための組立体を示し、図７aが上 面を示しており、図７bが、断面的な側面を示している。浅い丸皿７０aは、その 上に取付けられた、二つのＵ字形の直径２mmの銅のワイヤ７２a及び７２bを有し ており、Ｕ字の底部は互いに向かい合っており、典型的に１,２あるいは３mmの 間隔で隔てられている。第一のゲル材料７４aは、ゲル材料７４aが、ワイヤ７２ a及び７２bをカバーすることなく、それらに同じ高さになるまで、皿７２aに流 し込まれる。他方、また別の皿７０bがまた、ゲル材料７４で充填される。各皿 における上記ゲル材料７４は硬化し得る。皿７０bは、各皿におけるゲル材料７ ４が接触して界面を形成するように、逆さまにされ皿７０a上に置かれる。典型 的には２００gの重錘７６を用いて、僅かな圧力が加えられる。絶縁破壊が生じ るまで、ワイヤ７２a及び７２bに上昇する電圧が加えられる。間隔７３が分かれ ば、Ｖ／mmでの界面の絶縁耐力を計算することができる。それに対応する正味の 絶縁耐力が、ワイヤ７２a及び７２bが完全にカバーされるまで、ゲル材料７４で 皿７０aを充填し、前述したように測定することにより見出だされ得る。 本発明のゲル−ゲル界面は、その高い界面の絶縁耐力のためのみに限らず有用 である。上記界面は、最小の圧力を付加した上で、又は、単に接触させた上で、 実質的に空洞のない方法で、加えた力を除くことにより多少なりとも低減するこ とのない絶縁耐力を伴って容易に形成される。絶縁ゲルの適合性のために、向か い合う面の間に非常に正確に補完形状の関係の形状をもたせる必要はない。上記 界面は、ジョイントの振動又は他の僅かな動きを受けた場合の引き離しに耐性を 有する。 同業者は、便宜上、ここでは、主として、この発明のクロージャが、一体物の ハウジング又はハウジングを形成するためにかみ合う二つのシェルを有するもの として記述されたこと、及び、例えば、３又は４、あるいは、より多くのかみ合 いシェルのある別の数のシェルの組合せ体が使用されることも可能であることを 理解するであろう。 前述した本発明の詳細な記述は、主に又は排他的に、本発明の特定の部分若し くは様相に関する推移を有するものである。このことが明瞭性及び便宜性のため であること、特定の特徴は、開示されている推移のみに限らず、適切であること 、及び、開示事項が、違った推移において見出された情報のあらゆる適切な組合 せを、ここで含んでいることが理解されるべきである。同様に、たとえ、様々な 特徴及びそれに関する記述が本発明の特定の実施態様に関するものであっても、 特定の特徴が、特定の図面の関連して開示されている場合に、そのような特徴が 、 適切である程度に、別の図面に関して、別の特徴の組合せにおいて、あるいは、 一般に本発明において用いられ得る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ， ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，Ｇ Ｂ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＵ，ＬＶ ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＮＬ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ， ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＫ，ＵＡ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 クラーク、グラハム・ジェイ アメリカ合衆国19317ペンシルバニア、チ ャッズ・フォード、アードムーア・レーン 16番 (72)発明者 ハーファーカンプ、ヴォルフガング・ベー ドイツ連邦共和国デー―85625グロン、ア ム・シュミードベルク19番 (72)発明者 ルコルディア、パスカル ドイツ連邦共和国デー―81667ミュンヘン、 ケラーシュトラアセ18番 (72)発明者 ジャービス、ジェームス・イー アメリカ合衆国94027カリフォルニア、ア サートン、ウォルシュ・ロード495番 (72)発明者 クラーク、ブライアン・エイチ アメリカ合衆国94005カリフォルニア、ブ リスベーン、サンタ・クララ・ストリート 205番

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．二つの高電圧の電気部品間の接続部を保護するためのクロージャ(closure) 装置であって、 (a) 上記接続部上に被着させるものであり、上記接続部及びそこに含まれた電 気部品の一部分を電気的に中性にシールドするための導電面を有するハウジング と; (b) 電気応力の分布を制御するために、上記接続部、及び、それに直に隣接す る、電気部品の一部分を囲繞する電気応力制御手段と; (c) 上記ハウジング内部に粘着されていて、電気応力手段及びハウジング内の 電気部品の部分に密着してその形状になじみ、ハウジングを連結部に被着させる と、電気応力制御手段が囲繞していないほぼ全ての空洞を充填してしまう絶縁ゲ ルと を有することを特徴とするクロージャ装置。 ２．上記ハウジングが、ハウジングを形成するために合体するのに適した、少な くとも二つのシェルを有することを特徴とする請求の範囲第１項によるクロージ ャ装置。 ３．上記シェルが、シェルと上記絶縁ゲルとの間に置かれた絶縁層を有すること を特徴とする請求の範囲第２項によるクロージャ装置。 ４．上記シェルが、総計で二つであり、長手方向のヒンジ(hinge)によって、互 いに連結されていることを特徴とする請求の範囲第２項によるクロージャ装置。 ５．各シェルが、一方のシェルの絶縁ゲルと他方のシェルの絶縁ゲルとの間の界 面の結合部の範囲を引き延ばすために、長手方向のエッジに沿ったフランジ(fla nges)を有することを特徴とする請求の範囲第２項によるクロージャ装置。 ６．上記絶縁ゲルを、電気応力制御手段,上記ハウジング内に含まれた電気部品 の一部分、及び、他の絶縁ゲルに密着させてその形状になじませるために、ハウ ジングと共同して作用するための圧力手段を更に有することを特徴とする請求の 範囲第１項によるクロージャ装置。 ７．上記圧力手段が、使用中に、圧縮下で絶縁ゲルを維持するために、上記ハウ ジングと共同して更に作用することを特徴とする請求の範囲第６項によるクロー ジャ装置。 ８．上記ハウジングが、ハウジングを形成するために合体するのに適した、少な くとも二つのシェルを有することを特徴とする請求の範囲第６項によるクロージ ャ装置。 ９．絶縁ゲル及び上記電気応力制御手段の少なくとも一つがシリコンであること を特徴とする請求の範囲第１によるクロージャ装置。 １０．電気部品の少なくとも一つが、高電圧の電力ケーブルであることを特徴と する請求の範囲第１項によるクロージャ装置。 １１．高電圧の電気部品の一方が、高電圧の電力ケーブルであり、また、他方が 開閉装置,また別の高電圧の電力ケーブル、あるいは、変圧機であることを特徴 とする請求の範囲第１項によるクロージャ装置。 １２．上記ハウジングが、上記絶縁ゲルの熱膨張に対応するために、弾性材料で 作られていることを特徴とする請求の範囲第１項によるクロージャ。 １３．上記ハウジングが、確実に、予め決められた最小厚で上記絶縁ゲルが接続 部の周囲に分布されるように、スペーサー(spacer)手段を更に有することを特徴 とする請求の範囲第１項によるクロージャ。 １４．高電圧の電力ケーブルと他の電気部品との間のジョイントであって、上記 ケーブルが、少なくとも一つのコア導体,各コア導体を取り囲んでいる絶縁体、 及び、絶縁コア導体を取り囲んでいる半導電性の層を有しており、 (a) 上記ケーブルの外装を剥ぎ取られたコアの露出された導体と、他の電気部 品の露出された導体との間に、接続部がコネクタによって形成され; (b) 電気応力制御手段が、電気応力の分布を制御するために、上記接続部と、 ケーブルの一部分と、それに直に隣接する他の電気部品を囲繞し; (c) ハウジングが上記接続部と電気応力制御手段とを取り巻き、ジョイントを 電気的に中性にシールドするための、半導電性の層及びその他の電気部品に電気 的に連結されている導電面を有し; (d) 上記ハウジングの内部が、他の絶縁ゲルと、少なくとも一つのゲル−ゲル 界面を形成する、少なくとも一つの絶縁ゲルで充填され、上記界面が、絶縁ゲル の正味の絶縁耐力の少なくとも４０％の、好ましくは少なくとも６０％の、より 好ましくは少なくとも８０％の界面絶縁耐力を有しており、上記絶縁ゲルが、電 気的に中性のシールド内に置かれ、上記ハウジングの内部、上記電気応力制御手 段、及び、上記ケーブルの一部分、並びに、ハウジング内に含まれた他の電気部 品に密着してその形状になじんでいることを特徴とする、高電圧の電力ケーブル と他の電気部品との間のジョイント。 １５．高電圧の電力ケーブルと他の電気部品との間のジョイントを作る方法であ って、上記ケーブルが、少なくとも一つのコア導体,各コア導体を取り囲んでい る絶縁体、及び、絶縁コア導体を取り囲んでいる半導電性の層を有しており、 (a) 絶縁体の一部分及び導体を露出するために、段状に、半導電性の層及びケ ーブルの絶縁体を剥がし取り; (b) 露出されたケーブル導体と他の電気部品の露出された導体との間に、コネ クタによって接続部を形成し; (c) 電気応力の分布を制御するために、電気応力制御手段で、上記接続部とケ ーブルの一部分とそれに直に隣接するその他の電気部品とを囲繞し; (d) 導電面を有し、また、更に、上記導電性の層の内側に粘着された絶縁ゲル を有するハウジングを、上記絶縁ゲルが、電気応力制御手段、及び、上記ハウジ ング内の電気部品の一部分に密着してその形状になじむように、コネクタ上に配 置するというステップを有しており、 電気応力制御手段が囲繞していないハウジング内の実質的にあらゆる空洞が充 填され、また、上記導電面が、上記接続部を電気的に中性にシールドすることを 特徴とする、高電圧の電力ケーブルと他の電気部品との間のジョイントを作る方 法。