ケーブル接続・端末処理における電界応力制御：信頼性の高い電力システムのためのベストプラクティス

導体接続部での応力分布は、フェルール使用による形状変化により大きく変動します。

接続部の鋭利なエッジや突起が放置されると、応力勾配の急激な変化を招きます。

したがって、導体が滑らかな形状を持ち、応力の過度な集中がないことが不可欠です。

しかし、応力制御のより重要な側面は、絶縁シールドが端末処理される位置に適用されます。

端末処理領域では誘電応力が増大するだけでなく、誘電体と周囲媒質の界面に電位勾配が生じることにも注意が必要です。

シールド端末処理点での誘電体内の応力は、設計応力を大きく上回り、早期故障を招く可能性があります。

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さらに、周囲媒質が空気である場合や、誘電体と充填媒質の間にボイドがある場合、その領域の応力が動作電圧でも空気中で放電を許容してしまう可能性があります。

紙はこれらの放電に対してある程度耐性がありますが、架橋ポリエチレン（XLPE）のようなポリマー絶縁の場合、このような放電が誘電体を急速に侵食し、最終的に故障に至ります。

応力制御を施さない場合、放電が発生し、接続部と端末処理の寿命に悪影響を与えます。

図2は、応力制御なしとありの場合の電界分布を示しています。

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原因

高圧・中圧ケーブルの端末処理と接続における主要な弱点で、応力制御を必要とするものは：

• 圧着ラグによる導体コアへの水分浸透
• エアポケットの除去不備
• 芯線交差による部分放電
• 不十分なケーブル下処理
• 水分浸透
• 相間・相地間クリアランス不足
• トラッキング
• 不適切な接続手順書

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応力制御の方法

万能な端末処理や接続は存在しません。それぞれメリット・デメリットを持つ多様なタイプの端末処理と接続があります。

ケーブル端末処理の最適化は、さまざまな構造の調査によって達成されます。

適切な端末処理方法は、優れた電気的・機械的完全性を提供する必要があります。

適切な端末処理を設計するには、重要領域での電界分布解析を行う必要があります。

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ストレスコーン法

応力制御に用いられる一般的な方法は、ストレスコーンの使用です（図3参照）。

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ストレスコーンは、シールド端末処理領域での静電容量を制御する手段であり、それにより誘電応力を端部での許容限度まで勾配的に低減させます。

ストレスコーンはシールド端末処理点を越えて延長され、誘電体表面の電位勾配を放電が発生しないレベルまで低減させます。

高圧・中圧紙絶縁ケーブルの接続では、ストレスコーンは通常、絶縁紙テープの手作業巻き付けにより所定の輪郭で構築されます。一方、端末処理ではストレスコーンは手作業または成形品で施工されます。ポリマー・エラストマーケーブルの発展に伴い、プレモールドストレスコーンも導入されています。

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ストレスコーンを施工する前に、前述の理由により導体接続部での電気応力を低減する必要があります。

概念は、滑らかな形状で応力を均一化することです。これはケーブル紙の「ステッピング」により実現され、紙絶縁を内側導体表面から外側絶縁表面まで、段差と踏み面を持つ複数のステップで除去することで達成されます。

このように処理された2つのケーブル端を接合し、手作業で含浸紙テープを巻き付けて接続部の誘電体を形成します。

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熱収縮ストレス制御チューブ法

もう一つの一般的な方法は、熱収縮ストレス制御チューブで、中圧プラスチック・紙絶縁ケーブルの接続と端末処理において、絶縁シールド端末処理点での高電気応力を制御するために使用されます（36 kVまで）。

これらは接続部のコネクタ上の高応力も制御します。

ストレス制御チューブは、熱安定化架橋高誘電率・高抵抗率ポリマー材料で作られています。

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その他の応力制御方法

その他の方法には以下があります：

• 高抵抗テープ/コーティング、非線形抵抗層を持つ材料：一定表面抵抗率の材料は微小電流を流し、その長さに沿って線形電圧勾配を形成します。非線形抵抗率材料を使用すると、層内の微小電流増加に伴い材料抵抗が低下し、印加長さに沿って滑らかな線形電圧勾配が得られ、より良い応力分布が実現されます。
• ケーブル誘電体より著しく高い相対誘電率を持つ材料：この方法は、異なる誘電率を持つ材料がその総厚みにわたって電位勾配を受けるとき、最も低い誘電率を持つ材料が最高の応力を受けるという原理に基づきます。概略図から、等電位線が誘電体から徐々に出てくるため、誘電体表面で滑らかな勾配が生成されることがわかります。

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著者：Manuel Bolotinha

- リスボン工科大学/リスボン大学 電気工学学士─エネルギー・電力システム専攻（1974年）
- ノバ大学リスボン科学技術学部 電気・コンピュータ工学修士（2017年）
- 変電所・電力システム上級コンサルタント；プロフェッショナルインストラクター