JP2772094B2

JP2772094B2 - 絶縁ガス中のバリア

Info

Publication number: JP2772094B2
Application number: JP2013626A
Authority: JP
Inventors: 勝宮川; 哲雄吉田; 信男正木
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-01-25
Filing date: 1990-01-25
Publication date: 1998-07-02
Anticipated expiration: 2013-07-02
Also published as: JPH03222611A

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、低圧力の絶縁ガスが封入された電気機器に
おいて、収納機器の絶縁耐力を向上させるバリアに関す
る。

（従来の技術）第６図は、従来のガス絶縁開閉装置の一例を示す側面
図である。このガス絶縁開閉装置は、密閉箱体１に、遮
断器2,断路器3,母線4,ケーブルヘッド5,スペーサ６とこ
れらを電気的に接続する主回路導体７を収納し、低圧力
の絶縁ガス８を封入し、絶縁している。

第７図は、上記した遮断器２の中心線に沿って一側を
切断した断面図である。同図に示す従来の遮断器２は、
真空バルブ９が用いられている。この真空バルブ９は、
構造上コバール材から製作された端蓋9aを絶縁円筒に固
着して設けているが、その端蓋9aの外周部がエッジにな
っている。

そこで、この端蓋9aを電界緩和するために、金属性シ
ールド10が真空バルブ９の上下に取付けられている。

遮断器２は、その責務を果たすために開閉する必要が
あり、これを可動電極軸11とこれに接続される絶縁ロッ
ド12、更にこの絶縁ロッド12に接続され図示しない操作
機構を介して動作させるようにしている。このため、下
側の金属性シールド10には、可動電極軸11を貫通させる
穴10aが必要である。また、遮断器２が閉状態では、絶
縁ロッド12が下側の金属性シールド10に接近するから、
トリプルジャンクションを回避するため、可動電極軸11
を貫通させる穴10aの直径を大きくする必要がある。

ところが、この穴10aの直径を大きくすると、その部
分の金属性シールド10の電界強度が大きくなり耐電圧が
低下する。そこで、これを防止するために下側の金属性
シールド10を大きくする必要があった。

一方、遮断器２を閉じる場合には、上方向へ約１トン
以上の荷重が加わる場合もあるので、第６図に示すよう
に絶縁支持物13で支える必要があり、この絶縁支持物13
を金属性シールド10の取付部のトリプルジャンクション
を防止するため、金属性シールド10を十分大きくしなけ
ればならなかった。

（発明が解決しようとする課題）ガス絶縁開閉装置の密閉装置の密閉箱体１は、三相回
路の場合、遮断器２の金属性シールド10により相間およ
び対地絶縁距離が決められているので、上記した理由に
より金属性シールド10が大きくなるとその幅も広くなら
ざるを得なかった。また、高さ方向についても同様のこ
とが言える。つまり、断路器3,ケーブルヘッド５、ス
ペーサ６等と絶縁的に相間、高さの大きさの協調がとれ
ていない遮断器２となっており、かつ、電気機器を大き
くしていた。さらに、遮断器２の支持方法として、上下
の金属性シールド10に絶縁支持物13を取付けるので、上
下方向の寸法がこれで決まり、スペーサ６との中心合わ
せに裕度がなく、密閉箱体１の加工や開閉装置としての
組立に時間を要し高価なものとなっていた。

一方、絶縁ガス中でバリアを使用する場合、バリアと
高圧電極が近接し過ぎると、耐電圧が向上する反面部分
放電開始電圧が低下し、長期に亘るバリアの絶縁劣化を
引き起こすことがある。

そこで、本発明の目的は、遮断器の金属性シールドを
小さくし、かつ、上部絶縁支持物をなくすことにより、
遮断器の外部絶縁寸法を縮小化し、断路器，ケーブルヘ
ッド，スペーサ等と相間、対地絶縁寸法を合わせ、開閉
装置の縮小化を図り、さらに、遮断器の上部絶縁支持物
をなくし、スペーサとの中心合わせに裕度を持たせ、密
閉箱体の加工や開閉装置の組立を容易にして安価にする
ことを可能とし、耐電圧を低下させずに部分放電開始電
圧を向上させた絶縁ガス中のバリア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、低圧力絶縁ガスが封入された電気機器に装
着する絶縁ガス中のバリアにおいて、不平等電界を形成
する電極が存在するとき、電界強度の大きい高圧側電極
の三次元的周囲を、この電極より十分大きい曲率を持
ち、所定の耐電圧で貫通破壊しない厚さを有し、高圧電
極と対向する凹部表面に導電体層を設けた絶縁バリアで
覆うようにしたものである。

すなわち、基本構成を示す第１図において、絶縁筒14
は、遮断器の遮断部を構成する真空バルブ９が内部に収
納され、端蓋9aを囲むように絶縁筒14の内面側の形状が
Ｕ字状をなし、このＵ字状の開いた方が中心を向いた同
軸形になっており、かつ、絶縁筒14の内面に導電体層14
aを設けたものとなっている。また、真空バルブ９の可
動電極軸11や他の機器と電気的に接続する主回路導体の
貫通する穴が絶縁筒14の上下に設けられている。

（作用）第２図乃至第４図を参照して作用を説明する。

第２図は、半球棒15対平板16ギャップ中に、半球棒先
端との距離をＧとした碗状バリア17の凹部を半球棒15に
向けて挿入し、この凹部表面に銅メッキ，銀ペイントま
たは導電塗料による導電体層17aを設けたものである。
ここで、碗状バリア17の外側曲率半径A/2は、半球棒15
の先端曲率半径B/2より十分大きく、かつ、半球棒15対
平板16ギャップ長Ｌで耐電圧を満足できるだけの球対平
板ギャップにおける球の曲率半径と同等以上とする。ギ
ャップＧは、所定の電圧において部分放電が発生しない
だけの間隔を開ける。半球棒15の先端からの碗状バリア
17の突出距離ｌは、半球棒15先端の最大電界強度をE₁と
すれば、半球棒15表面上の任意の場所における電界強度
をE₂としたときE₂＝E₁/2となる位置まで突出させる。碗
状バリア17の厚さｔは、所定の耐電圧が全て碗状バリア
の貫通方向に加わっても貫通しない厚さとし、例えば、
公称電圧33kVでは、雷インパルス耐電圧200kV/エポキシ
樹脂の破壊電界強度40kV/mm＝５（mm）以上、また、公
称電圧77kVでは同様に考えて400kV/40kV/mm＝10（mm）
以上とする。

以上のように、凹部に導電体層17aを有する碗状バリ
ア17の凹部で半球棒15を囲むことにより、E₁を小さくで
き、耐電圧と部分放電開始電圧の向上を図ることができ
る。

この実験結果を、第３図および第４図に示す。

第３図は、直径φ12.5（mm）で先端曲率半径R6.25（m
m）の半球棒対平板ギャップ長50（mm）と、このギャッ
プ中に半球棒先端と距離10（mm）を隔てて挿入した外側
曲率半径R25（mm）で厚さ５（mm）としかつ凹部表面に
導電体層を設けた碗状バリアと導電体層を設けていない
碗状バリアを挿入したものと、この碗状バリア（導電体
層を設けたものと設けないもの）の替りに直径φ50（m
m）で厚さ５（mm）の円盤状バリアを挿入したものと、
碗状バリアの外側曲率半径と同じ曲率半径R25（mm）の
球対平板ギャップ長50（mm）の６種類の電極構成につい
て、ガス圧力が0.10（MPa）でSF₆ガス濃度95％以上の空
気との混合ガス中における、部分放電開始電圧、ACフラ
ッシオーバー電圧および雷インパルス50％フラッシオー
バー電圧を示したものである。同図において、半球棒対
平板電極を基準として、これにバリアを挿入したものと
の電気的特性を比較してみると、雷インパルス50％フラ
ッシオーバ電圧の場合には、円盤状バリアの挿入するこ
とにより、ネガティブなバリア効果を示し、碗状バリア
を挿入することによりポジイティブなバリア効果を示
し、かつ、碗状バリアの導電体層を設けないものは球対
平板のものと同一であり、導電体層を設けたものは球対
平板のものの90％である、次に、ACフラッシオーバ電圧
の場合には、やはり円盤状バリアを挿入することにより
ネガティブなバリア効果を示し、碗状バリアを挿入する
ことによりポジイティブなバリア効果を示し、かつ、球
対平板のそれ以上であり、導電体層を設けたものの方が
設けないものの方より高くなっている。最後に、部分放
電開始電圧の場合には、導電体層を設けない円盤状バリ
アと碗状バリアを挿入することにより半球棒対平板の約
90％値まで低下し、導電体層を設けた円盤状バリアを挿
入することにより半球棒対平板のものと同等になり、導
電体層を設けた碗状バリアを挿入することにより半球棒
対平板の約140％値、球対平板の約70％値まで上昇して
いる。このことから、半球棒対平板のような不平等電界
を形成する電極系の電気的特性を改善するには、碗状バ
リアを挿入すると有効であることが分る。また、碗状バ
リアは、その凹部表面の導電体層の有無によって電気的
特性が多少異なり、雷インパルス50％フラッシオーバ電
圧については導電体層を設けないものの方が設けたもの
の方より高い特性を示し、ACフラッシオーバ電圧と部分
放電開始電圧については、導電体層を設けたものの方が
設けないものの方より高い特性を示す。しかし、これら
の電気的特性は単独で評価したものであるため、導電体
層有無の優劣が明確に分からない。

そこで、これらを結合的に評価するため、半球棒対平
板電極間に導電体層を設けたものの碗状バリアを挿入
し、半球棒先端とバリアの距離を０〜30（mm）と変える
ことにより部分放電開始電圧を変え、これをパラメータ
として雷インパルス50％フラッシオーバ電圧とACフラッ
シオーバ電圧を求めたものを第４図に示す。同図を見る
と、同一の部分放電開始電圧における雷インパルス50％
フラッシオーバ電圧とACフラッシオーバ電圧は共に、導
電体層を設けたものの方が高くなっているのが分る。こ
のことから、低圧力SF₆ガス中の不平等電界を形成する
電極系にバリアを挿入して電気的特性を向上させるに
は、凹部表面に導電体層を設けた碗状バリアを用いるの
が最も良いと言える。

したがって、真空バルブ９の端蓋9aを、内面に導電体
層14aを設けた絶縁筒14で囲むことにより、端蓋9aの電
界強度を小さくでき、部分放電開始電圧と耐電圧を向上
することができる。また、絶縁筒14は、一体注型品であ
り、遮断器を投入するときに約１トンにも達する大きな
力にも十分耐えられるものとなっている。

（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。
この実施例は、前述した第１図の基本構成を具体化した
もので、真空バルブ９を絶縁筒14に組込む場合、絶縁筒
14の上部に開口部を設けると共に、この開口部にシール
ドを設けたもので、第５図にこの構成を示す。

すなわち、同図において、絶縁筒20は、所定の耐電圧
で貫通破壊しない肉厚を有し、上部に真空バルブ９を挿
入することができる開口部20aを設け、中間部の内部に
は開口部20aから挿入した真空バルブ９を固定する仕切
壁20bを設け、中間部から下方には円周方向に沿って等
配した複数の支持脚部20cが設けられ、更に、仕切壁20b
より上部の絶縁筒20の内面に導電体層20eが設けられて
いる。ここで、開口部20aの縁面には、上部シールド21
を固定するボルト（図示しない）をねじ込むネジ穴付ボ
ス（図示しない）が円周方向に沿って複数個モールドさ
れている。また、上部シールド21は、絶縁筒20側の面に
導電体層21aを設けており、絶縁筒20の開口部20aを覆
い、図示しないボルトを介して絶縁筒20に固定され、真
空バルブ９の固定電極軸22を図示しないボルトにより固
定している。この上部シールド21の上面には、主回路導
体７がカップリング7aを介して固定されており、このカ
ップリング7aは、固定電極軸22に接続されている。一
方、仕切壁20bには、真空バルブ９を固定するボルト
（図示しない）をねじ込むネジ穴または貫通穴と、下部
シールド23を固定するボルト（図示しない）をねじ込む
ねじ穴が設けられ、中心に真空バルブ９の可動電極軸11
を軸方向に移動自在とする穴20dが設けられている。こ
の仕切壁20bの下面には、穴20dを覆うように下部シール
ド23が図示しないボルトを介して固定されている。な
お、下部シールド23には、真空バルプ９の可動電極軸11
が貫通する穴23aが設けられている。

以上のように構成することにより、真空バルブ９の端
蓋9aの電界強度を低下でき、部分放電開始電圧と耐電圧
の向上を図ることができる。また、絶縁筒20の肉厚は、
所定の耐電圧で貫通破壊しないような厚さになっている
ので、フラッシオーバ電圧は、上部シールド21または下
部シールド23の曲率半径や対地，相間距離により決ま
る。一般に、対地，相間共下部シールド23の方が距離が
大きいので、上部シールド21により耐圧が決まる。ま
た、上部シールド21は、絶縁筒20の開口部20aに固定さ
れ、遮断器閉時に上部方向へ作用する大きな力を絶縁筒
20全体で吸収することができる。

したがって、以上のように構成された実施例は、従来
の金属シールドと同等の絶縁性能を維持しながら小形化
でき、絶縁筒内部に半導体層を設けているので部分放電
開始電圧が向上し、長期に亘って信頼性が向上し、遮断
器の相間ピッチを他の収納機器に合わせることができ
る。また、遮断器投入時に作用する大きな機械力に対し
ても一体注型品の絶縁筒に収納することによってこれを
吸収し、上部絶縁支持物を不要として遮断器の上下方向
の寸法を小さくできるので、開閉装置への組込みおよび
密閉箱体の加工をも容易とし、開閉装置の縮小化と共に
大幅なコストダウンを実現することができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、低圧力絶縁ガス
が封入された電気機器中に存在する不平等電界を導電体
層を有する絶縁バリアで囲むことにより、従来バリアを
ギャップに挿入すると低下していた部分放電開始電圧を
向上すると共に、長期信頼性の向上を図ることができ、
また、電界緩和による縮小化が可能となり、これに付随
して電気機器のコストダウンを図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の絶縁ガス中のバリヤを中心線に沿って
一側を切断した断面図、第２図は本発明の作用を示す説
明図、第３図は第２図と異なる本発明の作用を示す説明
図、第４図は第２図および第３図とさらに異なる本発明
の作用を示す説明図、第５図は本発明の一実施例を中心
線に沿って一側を切断した断面図、第６図は従来の遮断
器を収納した開閉装置の側面図、第７図は従来の遮断器
外部絶縁を中心線に沿って一側を切断した断面図であ
る。９……真空バルブ、10……金属シールド 14……絶縁筒、14a……導電体層 17……碗状バリア

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭59−191415（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−226707（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−226706（ＪＰ，Ａ) 実開昭63−63009（ＪＰ，Ｕ) 実開昭59−78811（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H02B 13/00 - 13/06

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】低圧力絶縁ガスが封入された電気機器に装
着する絶縁ガス中のバリアにおいて、不平等電界を形成
する電極系が存在するとき、電界強度の大きい高圧側電
極の三次元的周囲を、この電極より十分大きい曲率を持
ち、所定の耐電圧値で貫通破壊しない厚さを有する絶縁
バリアで覆い、この絶縁バリアの高圧電極と対向する凹
部表面に、導電体層を設けたことを特徴とする絶縁ガス
中のバリア。