聚合物套管的制作方法

本发明涉及聚合物套管，特别地，涉及在由环氧树脂等构成的绝缘筒与由硅橡胶等构成的聚合物被覆体的界面具备电场缓和层的聚合物套管。

背景技术：

近年来，从实现套管的轻量化、纤细化、缩小化、套管种类的通用化及作业工序的简化等观点来看，固体绝缘构造(完全干式)的聚合物套管正在实现实用化，该固体绝缘构造的聚合物套管是由硅橡胶等构成的聚合物被覆体在由环氧树脂等构成的绝缘筒的外周面直接铸模成型而成的(例如专利文献1～4)。

在聚合物套管中，若电场变高，则会在聚合物套管的外表面产生电晕放电。而且，在电晕放电长期产生的情况下，聚合物被覆体有可能受到化学侵蚀而劣化(erosion)。为了防止电晕放电的产生，通常聚合物被覆体具有：覆盖绝缘筒的外周的主体部；以及在长度方向上间隔开地形成于主体部的外周的伞状的褶部。

另外，为了使耐电晕特性进一步提高，在专利文献1中记载的聚合物套管中，在绝缘筒(绝缘体)与聚合物被覆体的界面配置有电场缓和层。并且，电场缓和层具有以朝向前端侧厚度变厚且内径变小的方式倾斜的锥形部，且形成为圆弧面状。特别是在将电场集中的电场缓和层的前端部配置于与褶部的壁厚部相邻的位置的情况下，对减少电晕放电非常有用。在专利文献2中记载的有机复合绝缘管(聚合物套管)中，在内部电极(内部导体)的上部前端部附近(表面出现最大电场的部分)，外覆体(聚合物被覆体)的主体部及伞部(褶部)的外径大于其他部位的外径。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2012-75266号公报

专利文献2：日本特开2002-157932号公报

专利文献3：日本特开2007-188735号公报

专利文献4：日本特开2009-5514号公报

技术实现要素：

发明要解决的问题

但是，在专利文献1中记载的聚合物套管中，电场缓和层设于从聚合物套管的大径部到小径部的在轴向上较长的区间，所以电场缓和层的材料费昂贵。另外，从电场缓和层的锥形部到前端部具有复杂的形状，因此为了在聚合物被覆体的小径部中使绝缘筒的外径与电场缓和层的外径一致，需要与复杂的形状对应的模具或者加工，而且为了将绝缘体加工成复杂的形状，需要繁杂的作业。

另外，在专利文献2中记载的有机复合绝缘管中，在大径化的部分易于积存盐分，所以聚合物套管的耐污损性能有可能降低。

本发明的目的在于提供一种耐电晕特性提高且能够实现进一步的高电压化的聚合物套管。

解决问题的方案

本发明的聚合物套管包括：

棒状的内部导体，其配置于中心；

硬质的绝缘筒，其一体地形成于所述内部导体的外周；

屏蔽金属件，其与所述内部导体呈同心状地埋设于所述绝缘筒；

聚合物被覆体，其具有覆盖所述绝缘筒的外周的主体部、和在长度方向上间隔开地形成于所述主体部的外周的多个伞状的褶部；以及

电场缓和层，其由氧化锌层或高介电常数层构成，沿着所述绝缘筒与所述聚合物被覆体的界面配置，且所述电场缓和层的后端部与所述屏蔽金属件连接，该聚合物套管的特征在于，

所述主体部包括：第一主体部，其具有均匀的壁厚；以及第二主体部，其位于所述电场缓和层的前端部附近，壁厚比所述第一主体部更厚。

发明效果

根据本发明的聚合物套管，能够提供使在电场集中的电场缓和层的前端部附近的空气中表面(褶部表面)的电场减少的聚合物套管。因此，聚合物套管的耐电晕特性提高，能够实现进一步的高电压化，对于例如额定电压为154kv的高电压也能够应对。

附图说明

图1是表示第一实施方式的聚合物套管的整体结构的部分剖面图。

图2是放大表示第一实施方式的电场缓和层的前端部的图。

图3是表示第二实施方式的聚合物套管的整体结构的部分剖面图。

图4是放大表示第二实施方式的电场缓和层的前端部的图。

图5是表示变形例的聚合物套管的整体结构的部分剖面图。

具体实施方式

[第一实施方式]

以下，基于附图对本发明的实施方式进行详细说明。

图1是表示本发明的第一实施方式的聚合物套管的整体结构的部分剖面图。以下，图中将上侧称为前端侧，将下侧称为后端侧。图1所示的聚合物套管1是在后端侧具有配置在变压器等电力设备内的头部h的设备用套管(bushing)。

如图1所示，聚合物套管1具备：配置在中心的棒状的内部导体10、设于内部导体10的外周的绝缘筒20、与绝缘筒20一体地形成的屏蔽金属件30、设于绝缘筒20的外周的聚合物被覆体40、以及配置于绝缘筒20与聚合物被覆体40的界面的电场缓和层50等。

内部导体10、绝缘筒20、屏蔽金属件30、聚合物被覆体40、以及电场缓和层50通过铸模成型一体地形成。具体而言，在将内部导体10与屏蔽金属件30置于模具内的状态下对绝缘筒20进行铸模成型。将铸模成型后的中间物置于电场缓和层成型用的模具内，如后述那样在绝缘筒20的大径部23的外周面对电场缓和层50进行铸模成型。并且，将铸模成型有电场缓和层50的中间物置于聚合物被覆体用的模具中，在绝缘筒20及电场缓和层50的外周面对聚合物被覆体40进行铸模成型。此外，在聚合物套管1中，对于接电时的电位，内部导体10为高电位，屏蔽金属件30为接地电位。

内部导体10由包含例如铜、铝、铜合金或铝合金等的适于通电的导电性材料构成。在聚合物套管1中，内部导体10的两端部(前端部11及后端部12)为从绝缘筒20露出的状态。内部导体10的前端部11与架空线或引入线(省略图示)等连接，内部导体10的后端部12与电力设备内的高电压导体连接。此外，在图1的实施方式中，内部导体10的后端部12是带有电晕屏蔽的形状，但也可以为棒状不变。

绝缘筒20由机械强度高的硬质塑料树脂材料(例如环氧树脂、纤维增强塑料(fiberreinforcedplastics，frp)等)构成。绝缘筒20具有：小径部21，其在前端侧形成为直筒状；锥形部22，其直径从小径部21向后端侧缓缓扩大；以及大径部23，其在锥形部22的后端侧形成为直筒状。另外，绝缘筒20的后端部(与大径部23的后端侧(比屏蔽金属件30的凸缘部32靠后端侧)连接设置的部分)构成配置于电力设备内的头部h。

若使绝缘筒20整体大径化，则虽然能够容易地降低聚合物套管1的表面电位，但聚合物套管1所要求的耐震性、耐弯曲负荷性降低。通过将绝缘筒20设为由小径部21、锥形部22、大径部23构成的结构，能够实现电性能与耐震性、弯曲负荷性的兼顾。

屏蔽金属件30具有：圆筒部31，其与内部导体10呈同心状地埋设于绝缘筒20的大径部23；以及凸缘部32，其从圆筒部31的后端向径向外侧延伸。圆筒部31具有电场缓和功能，使聚合物套管1的电场缓和。在将凸缘部32载置于电力设备的壳体c的状态下利用螺栓等连接部件(省略图示)进行连接，从而聚合物套管1气密地固定于电力设备。

聚合物被覆体40由电绝缘性能优异的材料(例如硅酮聚合物等高分子材料)构成。聚合物被覆体40形成为覆盖绝缘筒20的除头部h以外的部分(比屏蔽金属件30的凸缘部32靠前端侧的部分)的外周。聚合物被覆体40具有：覆盖绝缘筒的外周的主体部41；以及在长度方向上间隔开地形成于主体部41的外周的多个伞状的褶部42。在图1中，突出长度不同(有长有短)的多个伞状的褶部42a、42b在长度方向上间隔开地交替形成，但褶部42a、42b的突出长度也可以相同。

电场缓和层50由氧化锌(zno)层或高介电常数层形成。具体而言，例如，电场缓和层50由在树脂材料中填充有氧化锌粉末的氧化锌层、或填充有碳黑等导电性填料的橡胶等相对介电常数为10以上的高介电常数层构成。电场缓和层50通过铸模成型与绝缘筒20一体地形成于绝缘筒20的大径部23的外周面。即，在聚合物套管1中，沿着绝缘筒20的大径部23与聚合物被覆体40的界面设置电场缓和层50。

绝缘筒20的大径部23的长度方向的长度比电场缓和层50更长，在本实施方式中是电场缓和层50的两倍左右的长度。即，电场缓和层50位于绝缘筒20的大径部23。与专利文献1中记载的聚合物套管相比，电场缓和层50的长度较短，因此能够减少电场缓和层50的形成所需的材料费。

电场缓和层50的后端与屏蔽金属件30电连接。电场缓和层50形成于绝缘筒20的大径部23的外周面，因此整体成为相同直径。通过在大径部23形成电场缓和层50，可使电场分布最优化，因此聚合物套管1的电性能提高。

图2是放大表示聚合物套管1中的电场缓和层50的前端部(由图1的单点划线包围的部分)的图。如图2所示，在聚合物套管1中，聚合物被覆体40的主体部41被划分为薄壁部411(第一主体部)与厚壁部412(第二主体部)。薄壁部411是占据聚合物被覆体40的大部分的、壁厚均匀的部分。厚壁部412是壁厚比薄壁部411厚的部分。

厚壁部412位于电场缓和层50的前端部50a的附近。即，主体部41的至少位于电场缓和层50的前端部50a的部分为厚壁部412。

设于厚壁部412的主体部的外周的褶部422的外径与设于和厚壁部412相邻的薄壁部411的外周的褶部421的外径相同。由于并非如专利文献2那样使电场集中的部分整体大径化，因此能够确保所希望的耐污损性能。

并且，在第一实施方式中，厚壁部412的外径比与厚壁部412相邻的薄壁部411的外径更大，厚壁部412的内径与和厚壁部412相邻的薄壁部411的内径相同。即，聚合物被覆体40的主体部41的一部分向径向外侧膨出，从而形成了厚壁部412。由此，能够通过所需最小限度的设计变更来形成厚壁部412。

优选厚壁部412的厚度为薄壁部411的厚度的约2～3倍。由此，能够在抑制泄露距离变短的同时，有效地减少空气中表面的电场。

这样，聚合物套管1具备：棒状的内部导体10，其配置于中心；硬质的绝缘筒20，其一体地形成于内部导体10的外周；屏蔽金属件30，其与内部导体10呈同心状地埋设于绝缘筒20；聚合物被覆体40，其具有覆盖绝缘筒20的外周的主体部41、和在长度方向上间隔开地形成于主体部41的外周的伞状的褶部42；以及电场缓和层50，其由氧化锌层或高介电常数层构成，沿着绝缘筒20与聚合物被覆体40的界面配置，且后端部与屏蔽金属件30连接。聚合物被覆体40的主体部41具有：薄壁部411(第一主体部)，其具有均匀的壁厚；以及厚壁部412(第二主体部)，其位于电场缓和层50的前端部附近，壁厚比薄壁部411更厚。

根据聚合物套管1，至少位于电场容易集中的电场缓和层50的前端部50a的部分的聚合物被覆体40的主体部41的壁厚与其他部分相比较厚，因此，能够使电场缓和层50的前端部50a的附近的空气中表面(褶部表面)的电场减少。因此，耐电晕特性得到提高，对于额定电压为154kv那样的高电压，不进行所需以上的大径化也能够应对。另外，与专利文献1中记载的聚合物套管相比，电场缓和层50的前端部50a的形状不复杂，因此能够容易地形成电场缓和层50。

此外，在实施方式1的聚合物套管1中，由于使主体部41向径向外侧膨出而形成厚壁部413，所以泄露距离稍微变短，因此优选相应地使聚合物套管1的空气中部分变长。

[第二实施方式]

图3是表示第二实施方式的聚合物套管2的整体结构的部分剖面图。图4是放大表示聚合物套管2中的电场缓和层50的前端部的图。聚合物套管2的基本构造与第一实施方式的聚合物套管1相同，电场缓和层50的前端部附近的构造与聚合物套管1不同。

如图4所示，在聚合物套管2中，聚合物被覆体40的主体部41被划分为薄壁部411(第一主体部)与厚壁部413(第二主体部)。薄壁部411是占据聚合物被覆体40的大部分的、壁厚均匀的部分。厚壁部413是壁厚比薄壁部411更厚的部分。

厚壁部413位于电场缓和层50的前端部50a的附近。即，主体部41的至少位于电场缓和层50的前端部50a的部分为厚壁部413。

设于厚壁部413的主体部的外周的褶部422的外径与设于和厚壁部413相邻的薄壁部411的外周的褶部421的外径相同。由于不是如专利文献2那样使电场集中的部分整体大径化，因此能够确保所希望的耐污损性能。

并且，在第二实施方式中，厚壁部413的外径与和厚壁部413相邻的薄壁部411的外径相同，厚壁部413的内径比与厚壁部413相邻的薄壁部411的内径更小。即，聚合物被覆体40的主体部41的一部分向径向内侧膨出，由此形成了厚壁部413。具体而言，厚壁部413具有倾斜部413a，该倾斜部413a的壁厚朝向与厚壁部413的后端侧相邻的薄壁部411渐渐变薄。由此，能够通过所需最小限度的设计变更来形成厚壁部413。

厚壁部412的厚度优选为薄壁部411的厚度的约2～3倍。由此，能够在防止绝缘筒20变细而机械强度及绝缘特性下降的同时，有效地减少空气中表面的电场。

这样，聚合物套管2具备：棒状的内部导体10，其配置于中心；硬质的绝缘筒20，其一体地形成于内部导体10的外周；屏蔽金属件30，其与内部导体10呈同心状地埋设于绝缘筒20；聚合物被覆体40，其具有覆盖绝缘筒20的外周的主体部41、和在长度方向上间隔开地形成于主体部41的外周的伞状的褶部42；以及电场缓和层50，其由氧化锌层或高介电常数层构成，沿着绝缘筒20与聚合物被覆体40的界面配置，且电场缓和层50的后端部与屏蔽金属件30连接。聚合物被覆体40的主体部41具有：薄壁部411(第一主体部)，其具有均匀的壁厚；以及厚壁部413(第二主体部)，其位于电场缓和层50的前端部附近，壁厚比薄壁部411更厚。

根据聚合物套管2，至少位于电场容易集中的电场缓和层50的前端部50a的部分的聚合物被覆体40的主体部41的壁厚与其他部分相比较厚，因此能够使电场缓和层50的前端部50a的附近的空气中表面(褶部表面)的电场减少。因此，耐电晕特性提高，对于额定电压为154kv那样的高电压也能够应对。另外，与专利文献1中记载的聚合物套管相比，电场缓和层50的前端部50a的形状不复杂，因此能够容易地形成电场缓和层50。

另外，根据聚合物套管2，由于使主体部41向径向内侧膨出而形成厚壁部413，因此也不会因设置厚壁部413而泄露距离变短。

以上，基于实施方式对由本发明者所完成的发明进行了具体说明，但本发明不限于上述实施方式，能够在不脱离其要点的范围进行变更。

例如，也可以将第一实施方式及第二实施方式组合，使主体部41的一部分向径向内侧及外侧膨出而形成厚壁部。另外，对于厚壁部412、厚壁部413的长度方向的长度，只要是能够预期到电晕特性的提高的程度，不特别地进行限定，为了抑制聚合物被覆体40的材料费，优选为尽可能短。

在实施方式中，对将本发明的聚合物套管适用于设备用套管的情况进行了说明，但本发明的聚合物套管也能够适用于壁贯穿套管(参照专利文献3)、或在绝缘筒20的后端侧具有电缆端的连接部(应力锥、压缩装置等)的电缆终端连接部(参照专利文献4及图5)。

将表示使本发明适用于电缆终端连接部(空气中终端连接部)的聚合物套管3的整体结构的部分剖面图在图5中示出。图5的聚合物套管3的空气中侧的构造(具有聚合物被覆体40的部分)与第一实施方式的聚合物套管1或第二实施方式的聚合物套管2的空气中侧的构造(具有聚合物被覆体40的部分)相同，因此省略详细说明。

另外，作为电缆终端连接部，有将应力锥收容于绝缘筒20内的所谓内锥类型、和通过如橡胶块接头(rubberblockjoint，rbj)的绝缘方式那样将橡胶块覆盖于绝缘体的外周来将聚合物套管与电缆终端连接的所谓外锥类型，本发明都能够适用。

应该认为本次公开的实施方式在全部的点是例示而不是制限性的说明。本发明的范围不是由上述的说明而是由权利要求书所表示的、意图包括与权利要求书等同的含义及范围内的全部的变更。

在2015年1月28日提出的日本专利申请特愿2015-014363中包含的说明书、附图及摘要的公开内容全部引用于本申请。

附图标记说明

1、2聚合物套管

10内部导体

20绝缘筒

21小径部

22锥形部

23大径部

30屏蔽金属件

31圆筒部

32凸缘部

40聚合物被覆体

41主体部

42褶部

411薄壁部

412、413厚壁部

50电场缓和层

h头部

c壳体