JPWO2012035596A1 - ガス絶縁電気機器 - Google Patents

Abstract

中心導体断面積を削減でき、絶縁体の耐熱温度を下げるガス絶縁電気機器を得る。中心導体１１の接地電位と対向する部分及びその上方と下方に亘って、中心導体１１と空隙１３を介し中心導体１１と同軸上に配設された絶縁筒体７と、絶縁筒体７の内周面に設け中心導体１１と電気的に接続された導電層１５と、絶縁筒体７の内部又は外表面に設け接地された導電層１８とを備え、中心導体１１と絶縁筒体７間の空隙１３により、中心導体１１が発生する熱を絶縁性ガスの対流で放熱させるようにした。

Description

この発明は、電力の送配電及び受配電設備などに用いられるガス絶縁電気機器に関し、特に、絶縁体の耐熱温度を下げ、導体断面積を削減するものに係わる。

従来のガス絶縁開閉装置は、乾燥空気などの絶縁性ガスを封入する圧力タンクと、高電圧が印加される導体との間を電気的に絶縁するため、０．４〜０．５ＭＰａ（Ｇ）[添え字（Ｇ）は大気圧基準を示す]程度の高いガス圧力で絶縁性ガスを封入すると共に、エポキシ樹脂などの絶縁物を導体に被覆することで絶縁を確保していた。（例えば特許文献１参照）。

また、圧力タンクに低いガス圧力の絶縁性ガスを封入した上で、碍管の中心導体と圧力タンクとの距離が短い箇所に、前記中心導体を覆うエポキシ樹脂絶縁体を配置することで絶縁を確保するものがある（例えば特許文献２参照）。

特開２００３−３１９５１５号公報（図１） 特開２００１−２６６６８１号公報（図１）

前述のような従来のガス絶縁開閉装置においては、圧力タンクに高いガス圧力が負荷されるため、圧力タンクの肉厚を厚くするなど強固な圧力タンクを設ける必要があり、装置の軽量化及び低コスト化が困難であるという問題があった。また、エポキシ樹脂絶縁体を設けた場合は、例えば２０００Ａといった比較的大きな電流を連続通電させるとき、エポキシ樹脂が中心導体と密着して覆っているために、導体からの放熱が十分なされない。そのため、導体温度の上昇を抑制するために、導体断面積を増やして自身の電気抵抗を低減させると共に、熱伝導性を向上させる必要がある。さらに、導体と密着するエポキシ樹脂は、通常使用される樹脂よりも高温に耐える樹脂を採用する必要が出てくる。これらは構成部品のコスト増を引き起こすことになる。
この発明は、前述のような問題点を解決するためになされたものであり、中心導体断面積を削減でき、絶縁体の耐熱温度を下げるガス絶縁電気機器を提供するものである。

この発明のガス絶縁電気機器は、電気的に接地され絶縁性ガスが封入される圧力タンクと、一端が前記圧力タンクの開口部に気密に固定され他端が端子導体により気密封止され絶縁性ガスが封入される碍管とを有し、前記碍管の中心導体が前記碍管から前記圧力タンクに挿通されるガス絶縁電気機器において、前記中心導体の接地電位と対向する部分及びその上方と下方に亘って、前記中心導体と空隙を介し前記中心導体と同軸上に配設された絶縁筒体と、前記絶縁筒体の内周面に設け前記中心導体と電気的に接続された導電層と、前記絶縁筒体の内部又は外周面に設け接地された導電層とを備え、前記中心導体と前記絶縁筒体間の空隙により、前記中心導体が発生する熱を絶縁性ガスの対流で放熱させるようにしたものである。

この発明に係るガス絶縁電気機器は、中心導体と絶縁筒体間の空隙により、中心導体が発生する熱を絶縁性ガスの対流で放熱させるようにしたので、中心導体の断面積が削減でき、導体を構成する材料を削減できる。また、絶縁筒体上下間における絶縁性ガスの対流量を増やすことができるため、全体的に温度上昇を抑制できる。さらに、絶縁筒体に使用する樹脂の耐熱性を低減させることができる。
この発明の上記以外の目的、特徴、観点及び効果は、図面を参照する以下のこの発明の詳細な説明から、さらに明らかになるであろう。

この発明の実施の形態１におけるガス絶縁電気機器を示す断面図である。 この発明の実施の形態１におけるガス絶縁電気機器の電力接続部を示す断面図である。 この発明の実施の形態２におけるガス絶縁電気機器の電力接続部を示す断面図である。 この発明の実施の形態３におけるガス絶縁電気機器の電力接続部を示す断面図である。 この発明の実施の形態４におけるガス絶縁電気機器の電力接続部を示す断面図である。 この発明の実施の形態５におけるガス絶縁電気機器の電力接続部を示す断面図である。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１におけるガス絶縁電気機器を示す断面図である。図１において、電気的に接地された圧力タンク１は、胴部３１を水平にして設置されている。圧力タンク１の上部には、電力接続部を設置するために、圧力タンク１の一部である連通孔３ａ，３ｂが一対設けられている。連通孔３ａ，３ｂの外部には電流を測定する変流器３２が設置されている。圧力タンク１内には、真空バルブ３３が胴部３１と空隙を介して設置されている。真空バルブ３３は、絶縁材料からなる筒状の真空容器３４と、この真空容器３４内に収容され、一端に設けられた固定導体３５と、他端に、固定導体３５と接離可能に設けられた可動導体３６とで構成されている。可動導体３６は真空容器３４の他端に装着されたベローズ３７を介して真空容器３４外に導出されている。

圧力タンク１の外部には、固定導体３５と可動導体３６を接離開閉する開閉手段３８が設けられている。開閉手段３８は、操作ロッド３９および絶縁ロッド４０を介して可動導体３６を水平方向に移動させることで、固定導体３５と可動導体３６を接離開閉する。真空バルブ３３の両端には、それぞれ固定側シールド４１および可動側シールド４２が設けられている。固定側シールド４１は、真空バルブ３３の固定側端部４３を覆うように配置されており、固定側の端板４４に接続されている。可動側シールド４２は、真空バルブ３３の可動側端部４５を覆うように配置されており、可動側の端板４６に接続されている。固定側シールド４１及び可動側シールド４２の上部には、電力接続部の中心導体１１ａ、１１ｂのそれぞれに接続される導体１２ａ、１２ｂが設けられている。電力接続部は図２で説明する。

図２は実施の形態１によるガス絶縁電気機器の電力接続部を示す断面図で、図１の電力接続部を拡大し、電力接続部の変流器３２を省略して示している。図１には電力接続部は一対設けられているが、両方とも同じものを使用できるため、一方の電力接続部について説明する。なお、図２〜図６において、符号３ａ，３ｂは３、符号１１ａ，１１ｂは１１、符号１２ａ，１２ｂは１２でそれぞれ表している。図２において、電気的に接地された圧力タンク１の連通孔３には、開口部２ａを有する金属製タンク側フランジ２が設けられている。碍管４には、一端に環状取付具５で金属製碍管側フランジ６が固定されている。碍管側フランジ６は絶縁筒体７（後述）の取付部８と共に、タンク側フランジ２に気密に固定されている。碍管４の他端は、環状取付具９で端子導体１０が気密に固定されている。碍管４には、碍管４と同軸上に中心導体１１が挿通され、中心導体１１の一端が圧力タンク１側の導体１２に接続され、中心導体１１の他端が端子導体１０に接続されている。

円筒状の絶縁筒体７は、エポキシ樹脂製絶縁体で、中心導体１１と同軸上に中心導体１１との間に円筒状空隙１３を介して配置されている。絶縁筒体７は、その両端につながる円錐台状の絶縁端部１４を有している。円錐台状の絶縁端部１４は電圧階級に応じて所定の距離にわたって両端に延在している。絶縁筒体７の長手方向（中心導体と並行方向）の長さは、中心導体１１の接地電位（圧力タンク１の連通孔３，タンク側フランジ２及び碍管側フランジ６）に対向する部分とそれらの上方及び下方に亘っている。絶縁筒体７の内周面には、金属又は導電性樹脂で形成されたパイプ導体１５（導電層）が中心導体１１と同軸上に設けられている。なお、絶縁筒体７の内周面の導体層１５を、導電性塗料を塗布して形成すれば、パイプ導体１５より薄く形成できるため、絶縁筒体７を縮小化できる。

中心導体１１とパイプ導体１５が同電位となるよう、接続素子１６が設けられている。図２では、ステンレスや銅合金といった金属製のコイルバネ１６ａが中心導体１１とパイプ導体１５と接するように配設されており、コイルバネ１６ａの落下及び位置ずれを防ぐため、リング状の溝１７が中心導体１１に設けられている。コイルバネ１６ａにより、空隙１３内の対流を阻害することなく中心導体１１とパイプ導体１５を同電位にすることができる。パイプ導体１５はパイプ形状の部品としたが、絶縁筒体７の中心が中空となっており、その内面に導電性塗料を塗布することでも同様の効果を得ることができる。

金属製円筒状接地層１８は中心導体１１と同軸上で、絶縁筒体７に埋設されている。接地層（導電層）１８は、接続片１９で絶縁筒体７の取付部８に設けられた金属製埋金２０と接続され、金属製埋金２０からタンク側フランジ２に接続されて接地されている。接地層１８は、絶縁筒体７の中央部（絶縁端部を除く基部）の外周面に形成してもよい。圧力タンク１及び碍管４には、絶縁性ガスが封入されている。絶縁性ガスは、絶縁筒体７と中心導体１１間の円筒状空隙１３を通って、圧力タンク１と碍管４間内を流通できる。さらに、貫通孔２１が絶縁筒体７の取付部８に設けられており、碍管４と圧力タンク１間内を絶縁性ガスが流通できる。貫通孔２１によって、碍管４と圧力タンク１間内の絶縁性ガスの対流が空隙１３以外でもできるようになり、これによって、空隙１３のみ設ける場合よりも対流量を増やすことができる。その結果、空隙１３のみの構造と比較してより対流量が多いため、空隙１３を小さくできる。中心導体１１の断面積を小さくすることができ、絶縁筒体７を縮小することができる。

このように、電流を通電させる中心導体１１と絶縁筒体７との間に空隙１３を設けることで、中心導体１１から絶縁性ガスへ放熱することができる。そのため、比較的大きな電流が通電させた場合でも、導体断面積を増やす必要が少ない。同じ電流を流す場合は、中心導体１１が絶縁筒体７と密着する構造と比較して、空隙１３を設けることで中心導体１１の断面積をより小さくすることが可能となるため、材料コストを下げることができる。また、同じ電流を流す場合は、中心導体１１が絶縁筒体７と密着する構造と比較して、空隙１３を設けることで、放熱が促進され、中心導体１１の断面積を小さくしなければ、絶縁筒体に使用する樹脂の耐熱性を低減させることができ、コストを低減できる。絶縁筒体７に設けたパイプ導体１５と中心導体１１をコイルバネ１６ａによって同電位にすることで、中心導体１１表面の電界を低減し、絶縁筒体７周辺の電界分布を大きく変える必要がない。

なお、図２の構造において、パイプ導体１５が存在せず、単に空隙１３のみが存在する場合は、中心導体１１に高電圧が印加されたときに、空隙１３内に電界が集中するため、放電が発生し、絶縁性能が確保できない。

圧力タンク１及び碍管４内部には、絶縁性ガスとして水分含有量が１０００ｐｐｍ以下の乾燥空気が封入されている。実施の形態１においては、最高使用ガス圧力を０．２ＭＰａ（Ｇ）未満としているが、この値に限定されるものではない。圧力タンク１内の圧力を０．２ＭＰａ（Ｇ）未満とすることで、圧力タンク１の強度を下げることができ、圧力タンク１の薄肉化、圧力タンク１の補強部材の削減又は簡素化ができ、装置の軽量化及び低コスト化を図ることができる。また、第二種圧力容器の検定を受ける必要がなくなる。

なお、実施の形態１においては、絶縁性ガスとして乾燥空気を示したが、絶縁性ガスは乾燥空気に限定されるものではなく、窒素や二酸化炭素等を用いることもできる。また、絶縁性ガスとして絶縁性能の高いＳＦ_６ガスを用いることにより、圧力タンクのガス圧をさらに低減し、圧力タンクを縮小することができる。

実施の形態２．
図３は実施の形態２におけるガス絶縁電気機器の電力接続部を示す断面図である。各図中、同一符号は同一又は相当部分を示し、重複する説明を省略する。なお、図３〜図６は実施の形態１の電力接続部の他の例を示すものである。図３の電力接続部は、実施の形態１と同様に構成されるが、異なる点を説明する。中心導体１１とパイプ導体１５とを同電位にするため、中心導体１１に固定され、弾性を有する金属によって形成された板バネ１６ｂが、パイプ導体１５に接触している。これにより空隙１３内の絶縁性ガスの対流を阻害することなく、中心導体１１とパイプ導体１５を同電位にすることができる。

実施の形態３．
図４は実施の形態３におけるガス絶縁電気機器の電力接続部を示す断面図である。電力接続部は、実施の形態１と同様に構成されるが、異なる点を説明する。パイプ導体１５の両端またはいずれかの片端に、通気孔２２を有する略半球状のシールド２３ａが配設されている。シールド２３ａを配設することで、パイプ導体１５端部の電界を緩和することができる。さらに、通気孔２２を設けることで、空隙１３を通る対流を阻害することがない。シールド２３ａは、金属もしくは導電性樹脂によって構成される。シールド２３ａは、半分に割れた状態から取付できる構造を有していれば、絶縁筒体７と中心導体１１の組立手順の前後によらずに組み付けできる。実施の形態１と同様に、コイルバネ１６ａにより中心導体１１とパイプ導体１５は電気的に接続されている。実施の形態２のように、コイルバネ１６ａに代えて板バネ１６ｂを用いてもよい。

実施の形態４．
図５は実施の形態４におけるガス絶縁電気機器の電力接続部を示す断面図である。電力接続部は実施の形態１と同様に構成されるが、異なる点を説明する。パイプ導体１５の両端またはいずれかの片端付近の中心導体１１に、角部を丸く成形した略円板状のシールド２３ｂが配設されている。シールド２３ｂを配設することで、パイプ導体１５端部の電界を緩和することができる。さらに、実施の形態３のシールド２３ａで必要であった通気孔２２は、実施の形態４の場合、パイプ導体１５とシールド２３ｂ間との空間で対流を阻害しなければ、特に設ける必要はない。なお、略円板状の前記シールド２３ｂは、中心導体１１でなく、中心導体１１との間に空隙を介してパイプ導体１５の両端またはいずれかの片端に保持されていてもよい。シールド２３ｂは、金属もしくは導電性樹脂によって構成される。また、絶縁筒体７と中心導体１１の組立手順の前後によらず組み付けできるよう、半分に割れた状態から取付できる構成となっている。実施の形態１，２と同様に、コイルバネ１６ａ，板バネ１６ｂにより中心導体１１とパイプ導体１５は電気的に接続されていてもよい。

実施の形態５．
図６は実施の形態５におけるガス絶縁電気機器を示す断面図である。中心導体１１を円筒形状即ちパイプ状に形成し、中間導体１１から発生する熱を、中間導体１１と絶縁筒体７間の空隙１３のみならず、中間導体１１の内部空間２５へも放熱させるようにしたものである。中心導体１１の両端近傍に通気孔２４が設けられている。このように構成することにより、中心導体１１の金属の断面積すなわち使用材料をさらに削減することができる。なお、実施の形態５の円筒形状の中心導体１１は、実施の形態１〜４にも適用できる。
この発明の各種の変形または変更は、関連する熟練技術者が、この発明の範囲と精神を逸脱しない中で実現可能であり、この明細書に記載された各実施の形態には制限されないことと理解されるべきである。

Claims (9)

1. 電気的に接地され絶縁性ガスが封入される圧力タンクと、一端が前記圧力タンクの開口部に気密に固定され他端が端子導体により気密封止され絶縁性ガスが封入される碍管とを有し、前記碍管の中心導体が前記碍管から前記圧力タンクに挿通されるガス絶縁電気機器において、
   前記中心導体の接地電位と対向する部分及びその上方と下方に亘って、前記中心導体と空隙を介し前記中心導体と同軸上に配設された絶縁筒体と、
   前記絶縁筒体の内周面に設けられ前記中心導体と電気的に接続された導電層と、
   前記絶縁筒体の内部又は外周面に設けられ接地された導電層とを備え、
   前記中心導体と前記絶縁筒体間の空隙により、前記中心導体が発生する熱を絶縁性ガスの対流で放熱させるようにしたことを特徴とするガス絶縁電気機器。
2. 前記絶縁筒体の内周面の前記導体層は、導電性塗料を塗布して形成されていることを特徴とする請求項１記載のガス絶縁電気機器。
3. 前記絶縁筒体は、前記中心導体と円筒状空隙を介し前記中心導体と同軸上に配設され、前記絶縁筒体の内周面に設けた導電層は、パイプ状導体であることを特徴とする請求項１記載のガス絶縁電気機器。
4. 前記絶縁筒体の前記圧力タンクへの取付部に前記碍管の絶縁性ガスと前記圧力タンクの絶縁性ガスを連通させる貫通孔を設けたことを特徴とする請求項１記載のガス絶縁電気機器。
5. 前記中心導体は円筒形状であることを特徴とする請求項４記載のガス絶縁電気機器。
6. 前記絶縁筒体の内周面の前記導電層と前記中心導体間の空隙に金属製コイルバネを介在させて、前記絶縁筒体の内周面の前記導電層と前記中心導体とを電気的に接続したことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のガス絶縁電気機器。
7. 前記絶縁筒体の内周面の前記導電層と前記中心導体間の空隙に金属製板バネを介在させて、前記絶縁筒体の内周面の前記導電層と前記中心導体とを電気的に接続したことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のガス絶縁電気機器。
8. 前記絶縁筒体の内周面の前記導電層の端部に、通気孔を有する略半球状のシールドを配設したことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載のガス絶縁電気機器。
9. 前記絶縁筒体の内周面の前記導電層の端部又はその近傍に、角部が丸みを持った略円板状のシールドを配設したことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載のガス絶縁電気機器。

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