本發(fā)明涉及聚合物套管，特別地，涉及在由環(huán)氧樹脂等構(gòu)成的絕緣筒與由硅橡膠等構(gòu)成的聚合物被覆體的界面具備電場緩和層的聚合物套管。

背景技術(shù)：

近年來，從實現(xiàn)套管的輕量化、纖細(xì)化、縮小化、套管種類的通用化及作業(yè)工序的簡化等觀點來看，固體絕緣構(gòu)造(完全干式)的聚合物套管正在實現(xiàn)實用化，該固體絕緣構(gòu)造的聚合物套管是由硅橡膠等構(gòu)成的聚合物被覆體在由環(huán)氧樹脂等構(gòu)成的絕緣筒的外周面直接鑄模成型而成的(例如專利文獻1～4)。

在聚合物套管中，若電場變高，則會在聚合物套管的外表面產(chǎn)生電暈放電。而且，在電暈放電長期產(chǎn)生的情況下，聚合物被覆體有可能受到化學(xué)侵蝕而劣化(erosion)。為了防止電暈放電的產(chǎn)生，通常聚合物被覆體具有：覆蓋絕緣筒的外周的主體部；以及在長度方向上間隔開地形成于主體部的外周的傘狀的褶部。

另外，為了使耐電暈特性進一步提高，在專利文獻1中記載的聚合物套管中，在絕緣筒(絕緣體)與聚合物被覆體的界面配置有電場緩和層。并且，電場緩和層具有以朝向前端側(cè)厚度變厚且內(nèi)徑變小的方式傾斜的錐形部，且形成為圓弧面狀。特別是在將電場集中的電場緩和層的前端部配置于與褶部的壁厚部相鄰的位置的情況下，對減少電暈放電非常有用。在專利文獻2中記載的有機復(fù)合絕緣管(聚合物套管)中，在內(nèi)部電極(內(nèi)部導(dǎo)體)的上部前端部附近(表面出現(xiàn)最大電場的部分)，外覆體(聚合物被覆體)的主體部及傘部(褶部)的外徑大于其他部位的外徑。

現(xiàn)有技術(shù)文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2012-75266號公報

專利文獻2：日本特開2002-157932號公報

專利文獻3：日本特開2007-188735號公報

專利文獻4：日本特開2009-5514號公報

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的問題

但是，在專利文獻1中記載的聚合物套管中，電場緩和層設(shè)于從聚合物套管的大徑部到小徑部的在軸向上較長的區(qū)間，所以電場緩和層的材料費昂貴。另外，從電場緩和層的錐形部到前端部具有復(fù)雜的形狀，因此為了在聚合物被覆體的小徑部中使絕緣筒的外徑與電場緩和層的外徑一致，需要與復(fù)雜的形狀對應(yīng)的模具或者加工，而且為了將絕緣體加工成復(fù)雜的形狀，需要繁雜的作業(yè)。

另外，在專利文獻2中記載的有機復(fù)合絕緣管中，在大徑化的部分易于積存鹽分，所以聚合物套管的耐污損性能有可能降低。

本發(fā)明的目的在于提供一種耐電暈特性提高且能夠?qū)崿F(xiàn)進一步的高電壓化的聚合物套管。

解決問題的方案

本發(fā)明的聚合物套管包括：

棒狀的內(nèi)部導(dǎo)體，其配置于中心；

硬質(zhì)的絕緣筒，其一體地形成于所述內(nèi)部導(dǎo)體的外周；

屏蔽金屬件，其與所述內(nèi)部導(dǎo)體呈同心狀地埋設(shè)于所述絕緣筒；

聚合物被覆體，其具有覆蓋所述絕緣筒的外周的主體部、和在長度方向上間隔開地形成于所述主體部的外周的多個傘狀的褶部；以及

電場緩和層，其由氧化鋅層或高介電常數(shù)層構(gòu)成，沿著所述絕緣筒與所述聚合物被覆體的界面配置，且所述電場緩和層的后端部與所述屏蔽金屬件連接，該聚合物套管的特征在于，

所述主體部包括：第一主體部，其具有均勻的壁厚；以及第二主體部，其位于所述電場緩和層的前端部附近，壁厚比所述第一主體部更厚。

發(fā)明效果

根據(jù)本發(fā)明的聚合物套管，能夠提供使在電場集中的電場緩和層的前端部附近的空氣中表面(褶部表面)的電場減少的聚合物套管。因此，聚合物套管的耐電暈特性提高，能夠?qū)崿F(xiàn)進一步的高電壓化，對于例如額定電壓為154kv的高電壓也能夠應(yīng)對。

附圖說明

圖1是表示第一實施方式的聚合物套管的整體結(jié)構(gòu)的部分剖面圖。

圖2是放大表示第一實施方式的電場緩和層的前端部的圖。

圖3是表示第二實施方式的聚合物套管的整體結(jié)構(gòu)的部分剖面圖。

圖4是放大表示第二實施方式的電場緩和層的前端部的圖。

圖5是表示變形例的聚合物套管的整體結(jié)構(gòu)的部分剖面圖。

具體實施方式

[第一實施方式]

以下，基于附圖對本發(fā)明的實施方式進行詳細(xì)說明。

圖1是表示本發(fā)明的第一實施方式的聚合物套管的整體結(jié)構(gòu)的部分剖面圖。以下，圖中將上側(cè)稱為前端側(cè)，將下側(cè)稱為后端側(cè)。圖1所示的聚合物套管1是在后端側(cè)具有配置在變壓器等電力設(shè)備內(nèi)的頭部h的設(shè)備用套管(bushing)。

如圖1所示，聚合物套管1具備：配置在中心的棒狀的內(nèi)部導(dǎo)體10、設(shè)于內(nèi)部導(dǎo)體10的外周的絕緣筒20、與絕緣筒20一體地形成的屏蔽金屬件30、設(shè)于絕緣筒20的外周的聚合物被覆體40、以及配置于絕緣筒20與聚合物被覆體40的界面的電場緩和層50等。

內(nèi)部導(dǎo)體10、絕緣筒20、屏蔽金屬件30、聚合物被覆體40、以及電場緩和層50通過鑄模成型一體地形成。具體而言，在將內(nèi)部導(dǎo)體10與屏蔽金屬件30置于模具內(nèi)的狀態(tài)下對絕緣筒20進行鑄模成型。將鑄模成型后的中間物置于電場緩和層成型用的模具內(nèi)，如后述那樣在絕緣筒20的大徑部23的外周面對電場緩和層50進行鑄模成型。并且，將鑄模成型有電場緩和層50的中間物置于聚合物被覆體用的模具中，在絕緣筒20及電場緩和層50的外周面對聚合物被覆體40進行鑄模成型。此外，在聚合物套管1中，對于接電時的電位，內(nèi)部導(dǎo)體10為高電位，屏蔽金屬件30為接地電位。

內(nèi)部導(dǎo)體10由包含例如銅、鋁、銅合金或鋁合金等的適于通電的導(dǎo)電性材料構(gòu)成。在聚合物套管1中，內(nèi)部導(dǎo)體10的兩端部(前端部11及后端部12)為從絕緣筒20露出的狀態(tài)。內(nèi)部導(dǎo)體10的前端部11與架空線或引入線(省略圖示)等連接，內(nèi)部導(dǎo)體10的后端部12與電力設(shè)備內(nèi)的高電壓導(dǎo)體連接。此外，在圖1的實施方式中，內(nèi)部導(dǎo)體10的后端部12是帶有電暈屏蔽的形狀，但也可以為棒狀不變。

絕緣筒20由機械強度高的硬質(zhì)塑料樹脂材料(例如環(huán)氧樹脂、纖維增強塑料(fiberreinforcedplastics，frp)等)構(gòu)成。絕緣筒20具有：小徑部21，其在前端側(cè)形成為直筒狀；錐形部22，其直徑從小徑部21向后端側(cè)緩緩擴大；以及大徑部23，其在錐形部22的后端側(cè)形成為直筒狀。另外，絕緣筒20的后端部(與大徑部23的后端側(cè)(比屏蔽金屬件30的凸緣部32靠后端側(cè))連接設(shè)置的部分)構(gòu)成配置于電力設(shè)備內(nèi)的頭部h。

若使絕緣筒20整體大徑化，則雖然能夠容易地降低聚合物套管1的表面電位，但聚合物套管1所要求的耐震性、耐彎曲負(fù)荷性降低。通過將絕緣筒20設(shè)為由小徑部21、錐形部22、大徑部23構(gòu)成的結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)電性能與耐震性、彎曲負(fù)荷性的兼顧。

屏蔽金屬件30具有：圓筒部31，其與內(nèi)部導(dǎo)體10呈同心狀地埋設(shè)于絕緣筒20的大徑部23；以及凸緣部32，其從圓筒部31的后端向徑向外側(cè)延伸。圓筒部31具有電場緩和功能，使聚合物套管1的電場緩和。在將凸緣部32載置于電力設(shè)備的殼體c的狀態(tài)下利用螺栓等連接部件(省略圖示)進行連接，從而聚合物套管1氣密地固定于電力設(shè)備。

聚合物被覆體40由電絕緣性能優(yōu)異的材料(例如硅酮聚合物等高分子材料)構(gòu)成。聚合物被覆體40形成為覆蓋絕緣筒20的除頭部h以外的部分(比屏蔽金屬件30的凸緣部32靠前端側(cè)的部分)的外周。聚合物被覆體40具有：覆蓋絕緣筒的外周的主體部41；以及在長度方向上間隔開地形成于主體部41的外周的多個傘狀的褶部42。在圖1中，突出長度不同(有長有短)的多個傘狀的褶部42a、42b在長度方向上間隔開地交替形成，但褶部42a、42b的突出長度也可以相同。

電場緩和層50由氧化鋅(zno)層或高介電常數(shù)層形成。具體而言，例如，電場緩和層50由在樹脂材料中填充有氧化鋅粉末的氧化鋅層、或填充有碳黑等導(dǎo)電性填料的橡膠等相對介電常數(shù)為10以上的高介電常數(shù)層構(gòu)成。電場緩和層50通過鑄模成型與絕緣筒20一體地形成于絕緣筒20的大徑部23的外周面。即，在聚合物套管1中，沿著絕緣筒20的大徑部23與聚合物被覆體40的界面設(shè)置電場緩和層50。

絕緣筒20的大徑部23的長度方向的長度比電場緩和層50更長，在本實施方式中是電場緩和層50的兩倍左右的長度。即，電場緩和層50位于絕緣筒20的大徑部23。與專利文獻1中記載的聚合物套管相比，電場緩和層50的長度較短，因此能夠減少電場緩和層50的形成所需的材料費。

電場緩和層50的后端與屏蔽金屬件30電連接。電場緩和層50形成于絕緣筒20的大徑部23的外周面，因此整體成為相同直徑。通過在大徑部23形成電場緩和層50，可使電場分布最優(yōu)化，因此聚合物套管1的電性能提高。

圖2是放大表示聚合物套管1中的電場緩和層50的前端部(由圖1的單點劃線包圍的部分)的圖。如圖2所示，在聚合物套管1中，聚合物被覆體40的主體部41被劃分為薄壁部411(第一主體部)與厚壁部412(第二主體部)。薄壁部411是占據(jù)聚合物被覆體40的大部分的、壁厚均勻的部分。厚壁部412是壁厚比薄壁部411厚的部分。

厚壁部412位于電場緩和層50的前端部50a的附近。即，主體部41的至少位于電場緩和層50的前端部50a的部分為厚壁部412。

設(shè)于厚壁部412的主體部的外周的褶部422的外徑與設(shè)于和厚壁部412相鄰的薄壁部411的外周的褶部421的外徑相同。由于并非如專利文獻2那樣使電場集中的部分整體大徑化，因此能夠確保所希望的耐污損性能。

并且，在第一實施方式中，厚壁部412的外徑比與厚壁部412相鄰的薄壁部411的外徑更大，厚壁部412的內(nèi)徑與和厚壁部412相鄰的薄壁部411的內(nèi)徑相同。即，聚合物被覆體40的主體部41的一部分向徑向外側(cè)膨出，從而形成了厚壁部412。由此，能夠通過所需最小限度的設(shè)計變更來形成厚壁部412。

優(yōu)選厚壁部412的厚度為薄壁部411的厚度的約2～3倍。由此，能夠在抑制泄露距離變短的同時，有效地減少空氣中表面的電場。

這樣，聚合物套管1具備：棒狀的內(nèi)部導(dǎo)體10，其配置于中心；硬質(zhì)的絕緣筒20，其一體地形成于內(nèi)部導(dǎo)體10的外周；屏蔽金屬件30，其與內(nèi)部導(dǎo)體10呈同心狀地埋設(shè)于絕緣筒20；聚合物被覆體40，其具有覆蓋絕緣筒20的外周的主體部41、和在長度方向上間隔開地形成于主體部41的外周的傘狀的褶部42；以及電場緩和層50，其由氧化鋅層或高介電常數(shù)層構(gòu)成，沿著絕緣筒20與聚合物被覆體40的界面配置，且后端部與屏蔽金屬件30連接。聚合物被覆體40的主體部41具有：薄壁部411(第一主體部)，其具有均勻的壁厚；以及厚壁部412(第二主體部)，其位于電場緩和層50的前端部附近，壁厚比薄壁部411更厚。

根據(jù)聚合物套管1，至少位于電場容易集中的電場緩和層50的前端部50a的部分的聚合物被覆體40的主體部41的壁厚與其他部分相比較厚，因此，能夠使電場緩和層50的前端部50a的附近的空氣中表面(褶部表面)的電場減少。因此，耐電暈特性得到提高，對于額定電壓為154kv那樣的高電壓，不進行所需以上的大徑化也能夠應(yīng)對。另外，與專利文獻1中記載的聚合物套管相比，電場緩和層50的前端部50a的形狀不復(fù)雜，因此能夠容易地形成電場緩和層50。

此外，在實施方式1的聚合物套管1中，由于使主體部41向徑向外側(cè)膨出而形成厚壁部413，所以泄露距離稍微變短，因此優(yōu)選相應(yīng)地使聚合物套管1的空氣中部分變長。

[第二實施方式]

圖3是表示第二實施方式的聚合物套管2的整體結(jié)構(gòu)的部分剖面圖。圖4是放大表示聚合物套管2中的電場緩和層50的前端部的圖。聚合物套管2的基本構(gòu)造與第一實施方式的聚合物套管1相同，電場緩和層50的前端部附近的構(gòu)造與聚合物套管1不同。

如圖4所示，在聚合物套管2中，聚合物被覆體40的主體部41被劃分為薄壁部411(第一主體部)與厚壁部413(第二主體部)。薄壁部411是占據(jù)聚合物被覆體40的大部分的、壁厚均勻的部分。厚壁部413是壁厚比薄壁部411更厚的部分。

厚壁部413位于電場緩和層50的前端部50a的附近。即，主體部41的至少位于電場緩和層50的前端部50a的部分為厚壁部413。

設(shè)于厚壁部413的主體部的外周的褶部422的外徑與設(shè)于和厚壁部413相鄰的薄壁部411的外周的褶部421的外徑相同。由于不是如專利文獻2那樣使電場集中的部分整體大徑化，因此能夠確保所希望的耐污損性能。

并且，在第二實施方式中，厚壁部413的外徑與和厚壁部413相鄰的薄壁部411的外徑相同，厚壁部413的內(nèi)徑比與厚壁部413相鄰的薄壁部411的內(nèi)徑更小。即，聚合物被覆體40的主體部41的一部分向徑向內(nèi)側(cè)膨出，由此形成了厚壁部413。具體而言，厚壁部413具有傾斜部413a，該傾斜部413a的壁厚朝向與厚壁部413的后端側(cè)相鄰的薄壁部411漸漸變薄。由此，能夠通過所需最小限度的設(shè)計變更來形成厚壁部413。

厚壁部412的厚度優(yōu)選為薄壁部411的厚度的約2～3倍。由此，能夠在防止絕緣筒20變細(xì)而機械強度及絕緣特性下降的同時，有效地減少空氣中表面的電場。

這樣，聚合物套管2具備：棒狀的內(nèi)部導(dǎo)體10，其配置于中心；硬質(zhì)的絕緣筒20，其一體地形成于內(nèi)部導(dǎo)體10的外周；屏蔽金屬件30，其與內(nèi)部導(dǎo)體10呈同心狀地埋設(shè)于絕緣筒20；聚合物被覆體40，其具有覆蓋絕緣筒20的外周的主體部41、和在長度方向上間隔開地形成于主體部41的外周的傘狀的褶部42；以及電場緩和層50，其由氧化鋅層或高介電常數(shù)層構(gòu)成，沿著絕緣筒20與聚合物被覆體40的界面配置，且電場緩和層50的后端部與屏蔽金屬件30連接。聚合物被覆體40的主體部41具有：薄壁部411(第一主體部)，其具有均勻的壁厚；以及厚壁部413(第二主體部)，其位于電場緩和層50的前端部附近，壁厚比薄壁部411更厚。

根據(jù)聚合物套管2，至少位于電場容易集中的電場緩和層50的前端部50a的部分的聚合物被覆體40的主體部41的壁厚與其他部分相比較厚，因此能夠使電場緩和層50的前端部50a的附近的空氣中表面(褶部表面)的電場減少。因此，耐電暈特性提高，對于額定電壓為154kv那樣的高電壓也能夠應(yīng)對。另外，與專利文獻1中記載的聚合物套管相比，電場緩和層50的前端部50a的形狀不復(fù)雜，因此能夠容易地形成電場緩和層50。

另外，根據(jù)聚合物套管2，由于使主體部41向徑向內(nèi)側(cè)膨出而形成厚壁部413，因此也不會因設(shè)置厚壁部413而泄露距離變短。

以上，基于實施方式對由本發(fā)明者所完成的發(fā)明進行了具體說明，但本發(fā)明不限于上述實施方式，能夠在不脫離其要點的范圍進行變更。

例如，也可以將第一實施方式及第二實施方式組合，使主體部41的一部分向徑向內(nèi)側(cè)及外側(cè)膨出而形成厚壁部。另外，對于厚壁部412、厚壁部413的長度方向的長度，只要是能夠預(yù)期到電暈特性的提高的程度，不特別地進行限定，為了抑制聚合物被覆體40的材料費，優(yōu)選為盡可能短。

在實施方式中，對將本發(fā)明的聚合物套管適用于設(shè)備用套管的情況進行了說明，但本發(fā)明的聚合物套管也能夠適用于壁貫穿套管(參照專利文獻3)、或在絕緣筒20的后端側(cè)具有電纜端的連接部(應(yīng)力錐、壓縮裝置等)的電纜終端連接部(參照專利文獻4及圖5)。

將表示使本發(fā)明適用于電纜終端連接部(空氣中終端連接部)的聚合物套管3的整體結(jié)構(gòu)的部分剖面圖在圖5中示出。圖5的聚合物套管3的空氣中側(cè)的構(gòu)造(具有聚合物被覆體40的部分)與第一實施方式的聚合物套管1或第二實施方式的聚合物套管2的空氣中側(cè)的構(gòu)造(具有聚合物被覆體40的部分)相同，因此省略詳細(xì)說明。

另外，作為電纜終端連接部，有將應(yīng)力錐收容于絕緣筒20內(nèi)的所謂內(nèi)錐類型、和通過如橡膠塊接頭(rubberblockjoint，rbj)的絕緣方式那樣將橡膠塊覆蓋于絕緣體的外周來將聚合物套管與電纜終端連接的所謂外錐類型，本發(fā)明都能夠適用。

應(yīng)該認(rèn)為本次公開的實施方式在全部的點是例示而不是制限性的說明。本發(fā)明的范圍不是由上述的說明而是由權(quán)利要求書所表示的、意圖包括與權(quán)利要求書等同的含義及范圍內(nèi)的全部的變更。

在2015年1月28日提出的日本專利申請?zhí)卦?015-014363中包含的說明書、附圖及摘要的公開內(nèi)容全部引用于本申請。

附圖標(biāo)記說明

1、2聚合物套管

10內(nèi)部導(dǎo)體

20絕緣筒

21小徑部

22錐形部

23大徑部

30屏蔽金屬件

31圓筒部

32凸緣部

40聚合物被覆體

41主體部

42褶部

411薄壁部

412、413厚壁部

50電場緩和層

h頭部

c殼體