JP2642469B2 - 電気機器の絶縁構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、六フッ化イオウ（SF₆）ガスのような絶縁
ガスを封入してガス絶縁閉鎖配電盤などに収容される電
気機器の絶縁構造に関するものである。

（従来の技術） 第４図は、従来のガス絶縁閉鎖配電盤の一例を示す側
面図である。同図において、箱体１は、前面側に前面扉
1aが取付けられ、内部に六フッ化イオウガス（以下、絶
縁ガスという）が略大気圧で封入されている。この箱体
１は、気密構造でその前部には、高圧の真空遮断器２が
収納され、天井部と床面には、棒状の可動接触子3aを軸
方向に移動させて開閉する断路器３が取付けられ、この
前端は導体４で遮断器２に接続されている。又、箱体１
の後壁には、母線５ががいし６を介して取付けられ、こ
の母線５は、箱体１の左右の図示しない側面板を図示し
ない絶縁ブッシングで気密に貫通し、それぞれ導体４を
介して天井部の断路器３の後部端子に接続されている。
更に、箱体１の床面後部には、ケーブルヘッド７が取付
られ、床面に取付られた断路器３の後部端子に導体４を
介して接続されている。

ところで、このように電気機器を収納し、その間を導
体で接続したガス絶縁閉鎖配電盤では、電界集中による
放電を防ぐために、充電部の端部は大きな曲率にされて
いるが、例えば断路器３の可動接触子3aの後端のような
棒状の端部ではそれができないので、第５図に示すよう
に大きな球状のシールドリング８を取付けている（例え
ば特開昭60−128807号）。これは絶縁ガスが強い電気的
負性を示し、絶縁破壊が最大電界強度で決まるからであ
る。

（発明が解決しようとする課題） ところが、このシールドリング８は、製作に時間がか
かるだけでなく、大きな球状であるから隣接機器の配置
が物理的に制約される。例えば第４図において、断路器
３の可動接触子3aの後部に接続される操作アーム3bや導
体４は、シールドリング８を逃げなければならない。
又、断路器３の相間寸法が増大すると、外形が大きくな
るだけでなく、シールドリング８の重量増加で操作アー
ム3bの操作力も増大する。すると、箱体１も大きくな
り、ガス絶縁閉鎖配電盤の特徴が失われてしまう。

そこで、本発明の目的は、絶縁ガス中で使用される機
器の端部を大きくすることなく、適用機器の外形や設置
空間も増大させることのない電気機器の絶縁構造を提供
することにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は、圧力が略大気圧の絶縁ガス中で用いられ、
棒状充電部が外部に突出し接地電位部分とのギャップ長
が変化する電気機器の絶縁構造において、前記棒状充電
部は回路導体の一部をなすと共に、この棒状充電部の先
端部のみ絶縁層を厚くし、この棒状充電部の軸上では絶
縁層を薄くし、さらに前記先端部の絶縁層を略半球面に
形成し、この半球面と前記接地電位部分との最短のギャ
ップ長をl,絶縁厚さをｔとしたとき、t/lを略1/3とした
ことを特徴とするものである。

（作 用） 絶縁層を形成した棒状充電部は、従来の絶縁層のない
棒状充電部より、絶縁耐力が略1.5倍向上する。これ
は、絶縁ガスより誘電率の大きい絶縁物による最大電界
強度の抑制と、棒状充電部からの電子放出の抑制による
ものであり、これらは絶縁厚さにより異なる。この絶縁
厚さを、ギャップ長の略1/3にすると、効果が最大にな
る。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。
第１図は本発明を断路器の可動接触子に適用した例を示
す断面図である。

同図において、可動接触子3aは、銅棒材から製作さ
れ、後端部を可動接触子3aの軸部の半径と略同寸法の曲
率半径を持つ半球面3cに形成されている。この半球面3c
には、これを覆うように例えばエポキシ樹脂のような絶
縁材料を注型して絶縁層10を形成する。

この絶縁層10は、その厚さを半球面3cの先端から接地
電極Ｅまでの距離のほぼ1/3とする。ただし、半球面3c
以外の軸上3dでは薄くなっている。つまり、半球面3cの
周りが厚くなっており、先端は可動接触子3aの後端部と
同様に半球面10aに形成されている。なお、可動接触子3
aは、前述したように操作アーム3bにより軸方向に移動
し、断路器を開閉する。

次に、以上のように構成された絶縁層10の絶縁強度に
ついて説明する。第２図は、実験に用いた電極を示し、
棒状充電部をモデル化した半球棒電極11の先端に、エポ
キシ樹脂を注型して絶縁層12を形成したものであり、こ
の半球棒電極11の直径は38mm、絶縁層12の厚さ（ｔ）は
30mmとした。このように構成された半球棒電極11を、圧
力0.10MPa（20℃において）のSF₆ガス中に配置し、イン
パルス電圧を印加した。

このインパルス電圧の印加において、半球棒電極11の
先端から接地電位の金属板13間の距離ｌを変化させ、こ
のときのインパルスフラッシオーバ電圧を求め、第３図
に示す結果を得た。なお、同図には、正極性を折線15
（○印）、負極性を折線16（●印）、また、絶縁層12の
ない半球棒電極を曲線17で示す。

同図から明らかなように、絶縁層12を形成した電極
は、正極性より負極性の方が電圧特性が低いため、折線
16で絶縁耐力が決まることが分る。この折線16は、曲線
17と比べて、ギャップ長（ｌ）が50mm以下の領域では低
下するものの、ギャップ長ｌが50mm以上の領域では直線
的に上昇し、ギャップ長ｌが100mmのときには屈折し、
ギャップ長ｌが100mm以上の領域では飽和して曲線17と
ほぼ同様の上昇率を持つ電圧特性を示す。従って、ギャ
ップ長ｌが100mmの時が最も効果的に電圧を向上させる
ことができるといえる。

これは、絶縁層12の厚さｔによって変化するが、ギャ
ップ長ｌとの比をみると、t/l≒1/3となる。つまり、絶
縁層12の厚さｔとギャップ長ｌの比は、t/l＝30mm/50mm
≒1/2から電圧を向上させる効果が出はじめ、t/l≒1/3
で最大の効果となり、約1.5倍の電圧上昇がある。その
後、絶縁層12の厚さｔとの比が小さくなると、電圧上昇
の倍数は小さくなるといえる。

これらの現象は、絶縁ガスより誘電率の大きい（３〜
５）絶縁層12の影響によるものであり、最大電界強度を
抑制すると共に、半球棒電極11からの電子放出を抑制す
る作用が働くためである。ここで、ギャップ長ｌに対
し、絶縁層12の厚さｔが厚くなる（t/l＝1/2以上）と、
絶縁ガス側のギャップが短くなり、逆に電界強度を上昇
させるので、厚さｔはギャップ長ｌに対する比を考えな
ればならない。つまり、絶縁層12の厚さｔは、t/lが1/2
以下で電圧向上効果が出る。なお、充分にギャップ長ｌ
がとれる箇所においては、この比を小さく、即に、厚さ
ｔを薄くしてもよい。しかし、極端に薄くすると、絶縁
層12が貫通破壊するので、この厚さｔは、例えば定格電
圧の77kV,耐電圧400kV（雷インパルス電圧）では、厚さ
ｔ＝400kV/40kV/mm＝10mm程度が必要となる。

このように電圧向上効果があることは、前述したよう
に絶縁ガスの絶縁破壊が最大電界強度に依存するためで
ある。従って、絶縁ガス中で用いられる電気機器の端部
を従来のように大きくすることなく、収納機器の外形を
小さくし、小形化を図ったガス絶縁閉鎖配電盤の特徴を
充分に発揮し、接地スペースを縮小することができる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、絶縁ガス中に配
置された棒状充電部の端部を半球面とし、この半球面に
絶縁層を形成すると共に、この絶縁層の厚さを半球面か
ら接地電位部分まで絶縁距離に対してほぼ1/3以下と
し、最大電界強度を抑制して絶縁特性を向上させている
ので、電気機器や収納装置の外形を縮小することができ
る絶縁ガス中で用いる電気機器の絶縁構造を提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２図は本発
明の絶縁構造をモデル化した実験用電極とその配置を示
す説明図、第３図は実験結果を示す線図、第４図は従来
の電気機器の絶縁構造の適用例であるガス絶縁閉鎖配電
盤の側面図、第５図は第４図の要部拡大図である。 ３……断路器 3a……可動接触子 3c,10a……半球面 10……絶縁層 Ｅ……接地電極

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧力が略大気圧の絶縁ガス中で用いられ、
   棒状充電部が外部に突出し接地電位部分とのギャップ長
   が変化する電気機器の絶縁構造において、前記棒状充電
   部は回路導体の一部をなすと共に、この棒状充電部の先
   端部のみ絶縁層を厚くし、この棒状充電部の軸上では絶
   縁層を薄くし、さらに前記先端部の絶縁層を略半球面に
   形成し、この半球面と前記接地電位部分との最短のギャ
   ップ長をl,絶縁厚さをｔとしたとき、t/lを略1/3とした
   ことを特徴とする電気機器の絶縁構造。