JP4177628B2 - 複合絶縁方式ガス絶縁開閉装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力機器に使用されるガス絶縁開閉装置に係り、特に、耐電圧値を高めるべく、高電圧導体及び金属容器間にバリア絶縁物を挿入配置した複合絶縁方式ガス絶縁開閉装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、電力系統においては金属容器に絶縁ガスを封入したガス絶縁開閉装置が広く用いられている。ここで一般的なガス絶縁開閉装置の構成例について、図１０を用いて具体的に説明する。図１０に示すように、金属容器２が設けられており、金属容器２内には絶縁ガス４が封入されると共に、通電用の高電圧導体１が挿通されている。この高電圧導体１には高電圧導体１を絶縁支持するための支持絶縁物３が取付けられている。
【０００３】
金属容器２に封入される絶縁ガス４としては、絶縁性能及び冷却性能に優れたＳＦ６ガスが使用されている。このようなガス絶縁開閉装置は高い需要を得ており、今や変電所及び発電所におけるガス絶縁開閉装置の主流を成している。さらに近年では、１１００ｋＶ級系統への適用も計画されており、より一層の高電圧化と大容量化が進められている。
【０００４】
ところで、ガス絶縁開閉装置を高電圧化する場合、図１０に示す高電圧導体１の電界強度が上昇するので、優れた絶縁性能を得るためには、機器を大型化して絶縁距離を保つか、あるいは封入する絶縁ガスの圧力を上昇させる必要がある。絶縁ガスの圧力を上昇させた場合、金属容器２はその圧力に耐えうる圧力容器としなくてはならない。しかし、現行の製造ラインではそのような金属容器２の製造は非常に困難である。したがって、ガス絶縁開閉装置の高電圧化に際して優れた絶縁性能を確保するには、機器を大型化することが余儀なくされていた。
【０００５】
これらの大型ガス絶縁開閉装置を用いた変電所は電力供給の根幹をなすが、最近では都市部の地下変電所への適用や経済性向上が強く望まれており、装置の縮小化を図ることが急務となっている。つまり、ガス絶縁開閉装置の絶縁構成としては、大型化及び封入ガスの圧力上昇を回避すると同時に、高電圧化に対応可能なものが求められている。
【０００６】
また、ガス絶縁開閉装置が抱える課題として、金属異物による絶縁性能の低下がある。ガス絶縁開閉装置では、絶縁性能が非常に優れたガスを加圧充填することにより、気中絶縁と比べて大幅に縮小でき、小型化が可能になった反面、金属容器２内に例えば数ｍｍ程度の金属異物が存在するだけで、高電圧導体１と金属容器２との間の絶縁性能が著しく低下する。金属異物は運転電圧の下で高電圧導体１と金属容器２との間を往復運動し、高電圧導体１に達すると、高電圧導体１と金属容器２との間の絶縁空間で絶縁破壊が発生するおそれがある。このような金属異物による絶縁性能の低下は装置の小型化が進むほど深刻化する傾向にある。
【０００７】
以上述べたガス絶縁開閉装置へのニーズをまとめると、１．封入ガスの圧力を高めることなく小型化・高電圧化を進める、２．金属異物による絶縁性能の低下を防止する、となる。このようなニーズに対応した装置として、複合絶縁方式のガス絶縁開閉装置が提案されている。具体的には高電圧導体１または金属容器２に絶縁被覆を施したもの（例えば、特許文献１参照）や、高電圧導体１と金属容器２の間にバリア絶縁物を挿入配置したものがある。このようなガスと絶縁被覆による複合絶縁方式では、絶縁耐力の低い窒素を絶縁ガスとした場合でも、現行のＳＦ６ガスを用いた機器と同等のサイズで絶縁構成が可能となる（例えば、非特許文献１参照）。
【０００８】
【特許文献１】
特許第３０２８９７５号
【非特許文献１】
平成１１年電気学会全国大会No．1542
【０００９】
また、バリア絶縁物を挿入配置した複合絶縁方式では、バリア絶縁物が絶縁ガス空間を仕切るので金属異物の往復運動を抑制することができる。また、金属異物から発生する放電や、高電圧導体１からの放電の伸展を制限することが可能である。そのため、絶縁空間を短絡する絶縁破壊の発生を防止して、高い絶縁性能を確保することができる。
【００１０】
さらに、バリア絶縁物によって絶縁性能が向上したため、金属容器２内に封入される絶縁ガス４としてＳＦ６ガス以外のガスも使用可能である。具体的には、窒素ガス、乾燥空気又は炭酸ガスのいずれかによる単体ガス、あるいはこれら単体ガス及びＳＦ６ガスのいずれかを含む混合ガス等を使用できる。これらのガスを使用すればＳＦ６ガス使用量は低減することになり、優れた環境調和性及び経済性が得られる。なお、バリア絶縁物には通常、機械強度に優れたガラス繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）やエポキシ含浸注形品、テフロン等が使用されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、バリア絶縁物を有する従来の複合絶縁方式ガス絶縁開閉装置には、次のような問題点があった。すなわち、金属容器が熱収縮した場合、収縮した金属容器からの力を受けてバリア絶縁物に切れ目が発生することがある。バリア絶縁物に切れ目が生じると、ここが電気絶縁的な弱点となって沿面放電がこの部分にまで伸展することになる。その結果、絶縁空間を短絡する絶縁破壊が起きるおそれがあった。
【００１２】
また、ガス絶縁開閉装置において小型化を果した場合、それに伴って高電圧導体１、金属容器２の放熱面積が減少するので、冷却性能が低下して運転温度が高くなり易い。特に複合絶縁方式ガス絶縁開閉装置は小型化の実現が容易であるため、安定した動作性を獲得するには、優れた冷却性能の確保が重要な課題となっている。
【００１３】
本発明は、上記問題点を解決するために提案されたものであり、その主たる目的は、金属異物の挙動及び沿面放電の伸展を抑制して絶縁性能を高めることにより信頼性の向上を図った複合絶縁方式ガス絶縁開閉装置を提供することにある。また、本発明の他の目的は、小型化しても優れた冷却性能を発揮して動作の安定性向上に寄与する複合絶縁方式ガス絶縁開閉装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明は、絶縁ガスが封入された金属容器を備え、この金属容器内に支持絶縁物によって絶縁支持された通電用の高電圧導体を挿通し、さらに前記高電圧導体と前記金属容器の間にバリア絶縁物を挿入配置した複合絶縁方式ガス絶縁開閉装置において、以下のような特徴を有している。
【００１５】
請求項１記載の発明は、向い合う２つの前記支持絶縁物に挟まれた絶縁ガス空間に前記バリア絶縁物を配置する時、前記バリア絶縁物は径の異なる２つ以上のバリア絶縁物からなり、各バリア絶縁物は入れ子状に重なって、且つ軸方向に変位可能な多重バリア構造となることを特徴としている。
【００１６】
以上のような構成を有する請求項１の発明によれば、金属容器が熱収縮した場合でも、バリア絶縁物に切れ目が生じることがなく、バリア絶縁物によって区分されるガス空間を封じきることができる。そのため、金属異物及び放電をバリア絶縁物の内側及び外側のガス空間に閉じ込めることができ、優れた絶縁性能を確保することが可能となる。
【００１７】
請求項３記載の発明は、前記バリア絶縁物における前記高電圧導体と向い合う表面に、等電位分布において前記高電圧導体に近い電位側に突出した突起部を形成し、前記突起部の前記高電圧導体と向かい合う表面に、少なくとも導電性材料層、半導電性材料層及び非線形抵抗材料層のいずれかの層をコーティングたことを特徴としている。
このような請求項３記載の発明によれば、バリア絶縁物の一部を高電圧導体側に突出させることで、電界分布により放電が伸展する方向と、バリア絶縁物表面の沿面方向をほぼ逆にすることができる。このため、放電伸展を抑えることが可能となり、確実に放電をバリア絶縁物内側のガス空間に閉じこめることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明によるガス絶縁開閉装置の実施の形態の一例について図面を参照して説明する。なお、図１０に示した従来のガス絶縁開閉装置と同一の部材については、同一の符号を付しその説明を省略する。
【００２１】
また、下記の実施の形態はいずれも、バリア絶縁物を挿入配置した複合絶縁方式のガス絶縁開閉装置である。バリア絶縁物の材料に関しては、すでに述べたように、機械強度に優れたガラス繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）やエポキシ含浸注形品、テフロン等が使用されている。さらに、バリア絶縁物による絶縁性能が向上したため、下記の実施の形態においては、金属容器２内に封入される絶縁ガス４としてＳＦ６ガス以外のガス、すなわち窒素ガス、乾燥空気又は炭酸ガスのいずれかによる単体ガスあるいはこれら単体ガス及びＳＦ６ガスのいずれかを含む混合ガスを、使用することが可能である。
【００２５】
［１．第１の実施の形態］
［１−１．構成］
図２は、本発明の第１の実施の形態による複合絶縁方式ガス絶縁開閉装置の構成を示す断面図である。第１の実施の形態は請求項１の発明に対応している。図２に示すように、金属容器２内において高電圧導体１と金属容器２との間に、それらと同軸円筒状で径の異なる２つのバリア絶縁物５１，５２が挿入されている。これらバリア絶縁物５１，５２は入れ子状に重なっており、且つ軸方向に変位可能な多重バリア構造となっている。
【００２６】
より詳しくは、バリア絶縁物５１，５２の端部が支持絶縁物３の突起部により絶縁支持されており、径の大きい方のバリア絶縁物５１は左側の支持絶縁物３に拘束され、径の小さい方のバリア絶縁物５２は右側の支持絶縁物３に拘束されている。つまり、バリア絶縁物５１は右側端部が、バリア絶縁物５２は左側端部が、それぞれ拘束されていない。さらに２つのバリア絶縁物５１，５２のクリアランスには軸方向に延びた伸縮吸収材８が挟み込まれている。
【００２７】
［１−２．作用効果］
以上のような構成を有する第１の実施の形態では、バリア絶縁物５１，５２の両端部が支持絶縁物３に拘束されているわけではないので、金属容器２等が熱収縮した場合でも収縮可能であり、特に軸方向には容易に変位可能である。しかも、バリア絶縁物５１，５２間には伸縮吸収材８を取付けてあるので、一方の変位をここで吸収することができ、他方に影響を及ぼすことがない。したがって、バリア絶縁物５１，５２に対して収縮力が働いたとしても、切れ目が生じるおそれがない。また、バリア絶縁物５１，５２は入れ子状に重なっているため、バリア絶縁物５１，５２によって区分したガス空間を封じきることができる。これにより、前記第１の実施の形態と同様、金属異物及び放電をバリア絶縁物５１外側と、バリア絶縁物５２内側に閉じこめることができ、絶縁信頼性を向上させることができる。
【００３０】
［２．第２の実施の形態］
［２−１．構成］
図４は、本発明の第２の実施の形態による複合絶縁方式ガス絶縁開閉装置の構成を示す断面図である。第４の実施の形態は請求項３の発明に対応している。図４に示すように本実施の形態では、バリア絶縁物５の両端部に高電圧導体側に折り返した突出部５ａが形成された点、及びバリア絶縁物５の内表面の一部に内面コーティング７が施された点に特徴がある。この内面コーティング７には、ＡｌＮ（窒化アルミ）、ＳｉＣ、ＺｎＯ、さらには金属粉等導電性材料を充填させた絶縁塗装材等、導電性材料、半導電性材料、電界または電流により抵抗が変化する非線形抵抗材料が使用されている。
【００３１】
［２−２．作用効果］
図５は本形態の等電位分布を示している。高電圧導体１からバリア絶縁物５の内面に到達した放電路９は等電位面とほぼ平行なバリア内面部分を伸展する。しかし高電圧導体１側に折り返したバリア絶縁物５の突出部５ａでは、電界分布により放電が伸展する方向と、バリア絶縁物内表面の沿面方向をほぼ逆となる。このため、それ以上の放電伸展を抑えることが可能となる。さらに、本実施の形態では、高電圧導体１を起点とした放電がバリア絶縁物５の内表面まで伸展した場合、バリア絶縁物５内表面の内面コーティング７にて放電電荷をすみやかに拡散させることができる。したがって、放電エネルギーを吸収し、それ以上の伸展を抑制することが可能となり、ガス絶縁開閉装置の信頼性を向上させることができる。また、バリア絶縁物５内に放電を封じ込めることができるため、バリア絶縁物５を取り付ける箇所は高電圧導体の電界強度が高い部分に限定でき、比較的低電界の直線導体部に関してはバリア絶縁物が不要となり、構成の簡略化を進めることが容易である。
【００３２】
［３．第３の実施の形態］
［３−１．構成］
図６は、本発明の第３の実施の形態による複合絶縁方式ガス絶縁開閉装置の構成を示す断面図である。第３の実施の形態は前記第２の実施の形態の変形例であり、請求項４の発明に対応している。図６に示すように、本実施の形態の特徴は、バリア絶縁物５における内面コーティング７と高電圧導体１とが接続部材６にて接続される点にある。接続部材６には、抵抗材料もしくはインダンクタンスを有する材料のいずれかの材料が使用されている。
【００３３】
［３−２．作用効果］
上記の構成を有する第３の実施の形態では、第２の実施の形態が持つ作用効果に加え、バリア絶縁物５における内面コーティング７と高電圧導体１を抵抗またはインダクタンスを持つ接続部材６にて接続することにより、次のような利点がある。すなわち、高電圧導体１側の急峻波のサージ電圧によってバリア絶縁物５内表面にもサージ電圧が誘起されるが、接続部材６によりバリア絶縁物５と高電圧導体１とを接続しているので、バリア絶縁物５内表面のサージ電圧を抑えることができる。したがって、バリア絶縁物５を起点とする放電を抑制でき、ガス絶縁開閉装置の信頼性が大きく向上する。
【００３６】
［４．その他の実施の形態］
なお、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、具体的な各部材の形状、あるいは取付位置及び取付方法についてはは適宜変更可能である。例えば、バリア絶縁物５の形状も図示したものに限らず、放電伸展を抑制し得る形状であれば他の形状でもよい。また、絶縁ガスを循環させる通気穴に関しても、支持絶縁物ではなく、高電圧導体側に設けても良い。さらに、他の実施の形態として、通気穴を通して絶縁ガスを強制的に循環させるガス循環手段を具備したものも包含する。このような実施の形態によれば、ガス循環手段にて絶縁ガスを強制的に循環させるので、いっそう優れた冷却性能を確保することができる。
【００３７】
図８及び図９は、本発明の他の実施の形態によるガス絶縁断路器の構成を示す断面図である。図８では、金属容器２内において可動接触部１１と固定接触部１０間に発生するアーク１３と金属容器２との間に、バリア絶縁物５３が挿入されたものである。このバリア絶縁物５３は、金属容器２の内壁に取付けられた支持絶縁物３により絶縁支持されている。なお、バリア絶縁物５１はその両端部に高電圧導体１側に突出した突出部５ａが形成されている。また、バリア絶縁物５３の内表面の一部には内面コーティング７が施されている。
【００３８】
以上の実施の形態では、アーク１３と金属容器２との間にバリア絶縁物５３挿入しているため、アーク１３表面の電界が高くなっても、そこから金属容器２に向けて発生する放電の進展を制限することができる。したがって、絶縁空間を短絡する絶縁破壊の発生を防止することができ、高い信頼性を確保することができる。
【００３９】
図９に示す実施の形態では、金属容器２内において可動接触部１１および固定接触部１０と金属容器２との間にバリア絶縁物５４が挿入されている。なお、バリア絶縁物５４に関しても、その両端部に高電圧導体１側に突出した突出部５ａが形成されており、バリア絶縁物５２の内表面の一部には内面コーティング７が施されている。
【００４０】
以上のような実施の形態においては、アーク１３による熱ガス１２等の存在で電極表面からの絶縁性能が低下したとしても、高電圧部である固定接触部１０及び可動接触部１１と、金属容器２との間にバリア絶縁物５４を挿入しているため、そこから金属容器２に向けて発生する放電の進展を制限できる。これにより、図８に示した実施の形態と同様、絶縁空間を短絡する絶縁破壊の発生を防止でき、信頼性の向上に寄与することができる。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、支持絶縁物とバリア絶縁物と間に軸方向及び半径方向の変位を吸収可能な伸縮吸収材を挟み込むといった極めて簡単な構成によって、金属異物の挙動及び沿面放電の伸展を抑制して絶縁性能を高めることができ、これにより信頼性の向上を図った複合絶縁方式ガス絶縁開閉装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態によるガス絶縁開閉装置の構成を示す断面図。
【図２】本発明の第２の実施の形態によるガス絶縁開閉装置の構成を示す断面図。
【図３】本発明の第３の実施の形態によるガス絶縁開閉装置の構成を示す断面図。
【図４】本発明の第４の実施の形態によるガス絶縁開閉装置の構成を示す断面図。
【図５】同実施の形態における等電位分布を示す図。
【図６】本発明の第５の実施の形態によるガス絶縁開閉装置の構成を示す断面図。
【図７】本発明の第６の実施の形態によるガス絶縁開閉装置の構成を示す断面図。
【図８】本発明の他の実施の形態によるガス絶縁開閉装置の構成を示す断面図。
【図９】本発明の他の実施の形態によるガス絶縁開閉装置の構成を示す断面図。
【図１０】従来のガス絶縁開閉装置の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１…高電圧導体
２…金属容器
３…支持絶縁物
３ａ…通気穴
４…絶縁ガス
５，５１，５２，５３，５４…バリア絶縁物
５ａ…突出部
５ｂ…導電性材料
６…接続部材
７…内面コーティング
８…伸縮吸収材
９…放電路
１０…固定接触部
１１…可動接触部
１２…熱ガス
１３…アーク
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力機器に使用されるガス絶縁開閉装置に係り、特に、耐電圧値を高めるべく、高電圧導体及び金属容器間にバリア絶縁物を挿入配置した複合絶縁方式ガス絶縁開閉装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、電力系統においては金属容器に絶縁ガスを封入したガス絶縁開閉装置が広く用いられている。ここで一般的なガス絶縁開閉装置の構成例について、図１０を用いて具体的に説明する。図１０に示すように、金属容器２が設けられており、金属容器２内には絶縁ガス４が封入されると共に、通電用の高電圧導体１が挿通されている。この高電圧導体１には高電圧導体１を絶縁支持するための支持絶縁物３が取付けられている。
【０００３】
金属容器２に封入される絶縁ガス４としては、絶縁性能及び冷却性能に優れたＳＦ６ガスが使用されている。このようなガス絶縁開閉装置は高い需要を得ており、今や変電所及び発電所におけるガス絶縁開閉装置の主流を成している。さらに近年では、１１００ｋＶ級系統への適用も計画されており、より一層の高電圧化と大容量化が進められている。
【０００４】
ところで、ガス絶縁開閉装置を高電圧化する場合、図１０に示す高電圧導体１の電界強度が上昇するので、優れた絶縁性能を得るためには、機器を大型化して絶縁距離を保つか、あるいは封入する絶縁ガスの圧力を上昇させる必要がある。絶縁ガスの圧力を上昇させた場合、金属容器２はその圧力に耐えうる圧力容器としなくてはならない。しかし、現行の製造ラインではそのような金属容器２の製造は非常に困難である。したがって、ガス絶縁開閉装置の高電圧化に際して優れた絶縁性能を確保するには、機器を大型化することが余儀なくされていた。
【０００５】
これらの大型ガス絶縁開閉装置を用いた変電所は電力供給の根幹をなすが、最近では都市部の地下変電所への適用や経済性向上が強く望まれており、装置の縮小化を図ることが急務となっている。つまり、ガス絶縁開閉装置の絶縁構成としては、大型化及び封入ガスの圧力上昇を回避すると同時に、高電圧化に対応可能なものが求められている。
【０００６】
また、ガス絶縁開閉装置が抱える課題として、金属異物による絶縁性能の低下がある。ガス絶縁開閉装置では、絶縁性能が非常に優れたガスを加圧充填することにより、気中絶縁と比べて大幅に縮小でき、小型化が可能になった反面、金属容器２内に例えば数ｍｍ程度の金属異物が存在するだけで、高電圧導体１と金属容器２との間の絶縁性能が著しく低下する。金属異物は運転電圧の下で高電圧導体１と金属容器２との間を往復運動し、高電圧導体１に達すると、高電圧導体１と金属容器２との間の絶縁空間で絶縁破壊が発生するおそれがある。このような金属異物による絶縁性能の低下は装置の小型化が進むほど深刻化する傾向にある。
【０００７】
以上述べたガス絶縁開閉装置へのニーズをまとめると、１．封入ガスの圧力を高めることなく小型化・高電圧化を進める、２．金属異物による絶縁性能の低下を防止する、となる。このようなニーズに対応した装置として、複合絶縁方式のガス絶縁開閉装置が提案されている。具体的には高電圧導体１または金属容器２に絶縁被覆を施したもの（例えば、特許文献１参照）や、高電圧導体１と金属容器２の間にバリア絶縁物を挿入配置したものがある。このようなガスと絶縁被覆による複合絶縁方式では、絶縁耐力の低い窒素を絶縁ガスとした場合でも、現行のＳＦ６ガスを用いた機器と同等のサイズで絶縁構成が可能となる（例えば、非特許文献１参照）。
【０００８】
【特許文献１】
特許第３０２８９７５号
【非特許文献１】
平成１１年電気学会全国大会No．1542
【０００９】
また、バリア絶縁物を挿入配置した複合絶縁方式では、バリア絶縁物が絶縁ガス空間を仕切るので金属異物の往復運動を抑制することができる。また、金属異物から発生する放電や、高電圧導体１からの放電の伸展を制限することが可能である。そのため、絶縁空間を短絡する絶縁破壊の発生を防止して、高い絶縁性能を確保することができる。
【００１０】
さらに、バリア絶縁物によって絶縁性能が向上したため、金属容器２内に封入される絶縁ガス４としてＳＦ６ガス以外のガスも使用可能である。具体的には、窒素ガス、乾燥空気又は炭酸ガスのいずれかによる単体ガス、あるいはこれら単体ガス及びＳＦ６ガスのいずれかを含む混合ガス等を使用できる。これらのガスを使用すればＳＦ６ガス使用量は低減することになり、優れた環境調和性及び経済性が得られる。なお、バリア絶縁物には通常、機械強度に優れたガラス繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）やエポキシ含浸注形品、テフロン等が使用されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、バリア絶縁物を有する従来の複合絶縁方式ガス絶縁開閉装置には、次のような問題点があった。すなわち、金属容器が熱収縮した場合、収縮した金属容器からの力を受けてバリア絶縁物に切れ目が発生することがある。バリア絶縁物に切れ目が生じると、ここが電気絶縁的な弱点となって沿面放電がこの部分にまで伸展することになる。その結果、絶縁空間を短絡する絶縁破壊が起きるおそれがあった。
【００１２】
また、ガス絶縁開閉装置において小型化を果した場合、それに伴って高電圧導体１、金属容器２の放熱面積が減少するので、冷却性能が低下して運転温度が高くなり易い。特に複合絶縁方式ガス絶縁開閉装置は小型化の実現が容易であるため、安定した動作性を獲得するには、優れた冷却性能の確保が重要な課題となっている。
【００１３】
本発明は、上記問題点を解決するために提案されたものであり、その主たる目的は、金属異物の挙動及び沿面放電の伸展を抑制して絶縁性能を高めることにより信頼性の向上を図った複合絶縁方式ガス絶縁開閉装置を提供することにある。また、本発明の他の目的は、小型化しても優れた冷却性能を発揮して動作の安定性向上に寄与する複合絶縁方式ガス絶縁開閉装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明は、絶縁ガスが封入された金属容器を備え、この金属容器内に支持絶縁物によって絶縁支持された通電用の高電圧導体を挿通し、さらに前記高電圧導体と前記金属容器の間にバリア絶縁物を挿入配置した複合絶縁方式ガス絶縁開閉装置において、以下のような特徴を有している。
【００１５】
請求項１記載の発明は、向い合う２つの前記支持絶縁物に挟まれた絶縁ガス空間に前記バリア絶縁物を配置する時、前記バリア絶縁物は径の異なる２つ以上のバリア絶縁物からなり、各バリア絶縁物は入れ子状に重なって、且つ軸方向に変位可能な多重バリア構造となることを特徴としている。
【００１６】
以上のような構成を有する請求項１の発明によれば、金属容器が熱収縮した場合でも、バリア絶縁物に切れ目が生じることがなく、バリア絶縁物によって区分されるガス空間を封じきることができる。そのため、金属異物及び放電をバリア絶縁物の内側及び外側のガス空間に閉じ込めることができ、優れた絶縁性能を確保することが可能となる。
【００１７】
請求項３記載の発明は、前記バリア絶縁物における前記高電圧導体と向い合う表面に、等電位分布において前記高電圧導体に近い電位側に突出した突起部を形成し、前記突起部の前記高電圧導体と向かい合う表面に、少なくとも導電性材料層、半導電性材料層及び非線形抵抗材料層のいずれかの層をコーティングたことを特徴としている。
このような請求項３記載の発明によれば、バリア絶縁物の一部を高電圧導体側に突出させることで、電界分布により放電が伸展する方向と、バリア絶縁物表面の沿面方向をほぼ逆にすることができる。このため、放電伸展を抑えることが可能となり、確実に放電をバリア絶縁物内側のガス空間に閉じこめることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明によるガス絶縁開閉装置の実施の形態の一例について図面を参照して説明する。なお、図１０に示した従来のガス絶縁開閉装置と同一の部材については、同一の符号を付しその説明を省略する。
【００２１】
また、下記の実施の形態はいずれも、バリア絶縁物を挿入配置した複合絶縁方式のガス絶縁開閉装置である。バリア絶縁物の材料に関しては、すでに述べたように、機械強度に優れたガラス繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）やエポキシ含浸注形品、テフロン等が使用されている。さらに、バリア絶縁物による絶縁性能が向上したため、下記の実施の形態においては、金属容器２内に封入される絶縁ガス４としてＳＦ６ガス以外のガス、すなわち窒素ガス、乾燥空気又は炭酸ガスのいずれかによる単体ガスあるいはこれら単体ガス及びＳＦ６ガスのいずれかを含む混合ガスを、使用することが可能である。
【００２５】
［１．第１の実施の形態］
［１−１．構成］
図２は、本発明の第１の実施の形態による複合絶縁方式ガス絶縁開閉装置の構成を示す断面図である。第１の実施の形態は請求項１の発明に対応している。図２に示すように、金属容器２内において高電圧導体１と金属容器２との間に、それらと同軸円筒状で径の異なる２つのバリア絶縁物５１，５２が挿入されている。これらバリア絶縁物５１，５２は入れ子状に重なっており、且つ軸方向に変位可能な多重バリア構造となっている。
【００２６】
より詳しくは、バリア絶縁物５１，５２の端部が支持絶縁物３の突起部により絶縁支持されており、径の大きい方のバリア絶縁物５１は左側の支持絶縁物３に拘束され、径の小さい方のバリア絶縁物５２は右側の支持絶縁物３に拘束されている。つまり、バリア絶縁物５１は右側端部が、バリア絶縁物５２は左側端部が、それぞれ拘束されていない。さらに２つのバリア絶縁物５１，５２のクリアランスには軸方向に延びた伸縮吸収材８が挟み込まれている。
【００２７】
［１−２．作用効果］
以上のような構成を有する第１の実施の形態では、バリア絶縁物５１，５２の両端部が支持絶縁物３に拘束されているわけではないので、金属容器２等が熱収縮した場合でも収縮可能であり、特に軸方向には容易に変位可能である。しかも、バリア絶縁物５１，５２間には伸縮吸収材８を取付けてあるので、一方の変位をここで吸収することができ、他方に影響を及ぼすことがない。したがって、バリア絶縁物５１，５２に対して収縮力が働いたとしても、切れ目が生じるおそれがない。また、バリア絶縁物５１，５２は入れ子状に重なっているため、バリア絶縁物５１，５２によって区分したガス空間を封じきることができる。これにより、前記第１の実施の形態と同様、金属異物及び放電をバリア絶縁物５１外側と、バリア絶縁物５２内側に閉じこめることができ、絶縁信頼性を向上させることができる。
【００３０】
［２．第２の実施の形態］
［２−１．構成］
図４は、本発明の第２の実施の形態による複合絶縁方式ガス絶縁開閉装置の構成を示す断面図である。第４の実施の形態は請求項３の発明に対応している。図４に示すように本実施の形態では、バリア絶縁物５の両端部に高電圧導体側に折り返した突出部５ａが形成された点、及びバリア絶縁物５の内表面の一部に内面コーティング７が施された点に特徴がある。この内面コーティング７には、ＡｌＮ（窒化アルミ）、ＳｉＣ、ＺｎＯ、さらには金属粉等導電性材料を充填させた絶縁塗装材等、導電性材料、半導電性材料、電界または電流により抵抗が変化する非線形抵抗材料が使用されている。
【００３１】
［２−２．作用効果］
図５は本形態の等電位分布を示している。高電圧導体１からバリア絶縁物５の内面に到達した放電路９は等電位面とほぼ平行なバリア内面部分を伸展する。しかし高電圧導体１側に折り返したバリア絶縁物５の突出部５ａでは、電界分布により放電が伸展する方向と、バリア絶縁物内表面の沿面方向をほぼ逆となる。このため、それ以上の放電伸展を抑えることが可能となる。さらに、本実施の形態では、高電圧導体１を起点とした放電がバリア絶縁物５の内表面まで伸展した場合、バリア絶縁物５内表面の内面コーティング７にて放電電荷をすみやかに拡散させることができる。したがって、放電エネルギーを吸収し、それ以上の伸展を抑制することが可能となり、ガス絶縁開閉装置の信頼性を向上させることができる。また、バリア絶縁物５内に放電を封じ込めることができるため、バリア絶縁物５を取り付ける箇所は高電圧導体の電界強度が高い部分に限定でき、比較的低電界の直線導体部に関してはバリア絶縁物が不要となり、構成の簡略化を進めることが容易である。
【００３２】
［３．第３の実施の形態］
［３−１．構成］
図６は、本発明の第３の実施の形態による複合絶縁方式ガス絶縁開閉装置の構成を示す断面図である。第３の実施の形態は前記第２の実施の形態の変形例であり、請求項４の発明に対応している。図６に示すように、本実施の形態の特徴は、バリア絶縁物５における内面コーティング７と高電圧導体１とが接続部材６にて接続される点にある。接続部材６には、抵抗材料もしくはインダンクタンスを有する材料のいずれかの材料が使用されている。
【００３３】
［３−２．作用効果］
上記の構成を有する第３の実施の形態では、第２の実施の形態が持つ作用効果に加え、バリア絶縁物５における内面コーティング７と高電圧導体１を抵抗またはインダクタンスを持つ接続部材６にて接続することにより、次のような利点がある。すなわち、高電圧導体１側の急峻波のサージ電圧によってバリア絶縁物５内表面にもサージ電圧が誘起されるが、接続部材６によりバリア絶縁物５と高電圧導体１とを接続しているので、バリア絶縁物５内表面のサージ電圧を抑えることができる。したがって、バリア絶縁物５を起点とする放電を抑制でき、ガス絶縁開閉装置の信頼性が大きく向上する。
【００３６】
［４．その他の実施の形態］
なお、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、具体的な各部材の形状、あるいは取付位置及び取付方法についてはは適宜変更可能である。例えば、バリア絶縁物５の形状も図示したものに限らず、放電伸展を抑制し得る形状であれば他の形状でもよい。また、絶縁ガスを循環させる通気穴に関しても、支持絶縁物ではなく、高電圧導体側に設けても良い。さらに、他の実施の形態として、通気穴を通して絶縁ガスを強制的に循環させるガス循環手段を具備したものも包含する。このような実施の形態によれば、ガス循環手段にて絶縁ガスを強制的に循環させるので、いっそう優れた冷却性能を確保することができる。
【００３７】
図８及び図９は、本発明の他の実施の形態によるガス絶縁断路器の構成を示す断面図である。図８では、金属容器２内において可動接触部１１と固定接触部１０間に発生するアーク１３と金属容器２との間に、バリア絶縁物５３が挿入されたものである。このバリア絶縁物５３は、金属容器２の内壁に取付けられた支持絶縁物３により絶縁支持されている。なお、バリア絶縁物５１はその両端部に高電圧導体１側に突出した突出部５ａが形成されている。また、バリア絶縁物５３の内表面の一部には内面コーティング７が施されている。
【００３８】
以上の実施の形態では、アーク１３と金属容器２との間にバリア絶縁物５３挿入しているため、アーク１３表面の電界が高くなっても、そこから金属容器２に向けて発生する放電の進展を制限することができる。したがって、絶縁空間を短絡する絶縁破壊の発生を防止することができ、高い信頼性を確保することができる。
【００３９】
図９に示す実施の形態では、金属容器２内において可動接触部１１および固定接触部１０と金属容器２との間にバリア絶縁物５４が挿入されている。なお、バリア絶縁物５４に関しても、その両端部に高電圧導体１側に突出した突出部５ａが形成されており、バリア絶縁物５２の内表面の一部には内面コーティング７が施されている。
【００４０】
以上のような実施の形態においては、アーク１３による熱ガス１２等の存在で電極表面からの絶縁性能が低下したとしても、高電圧部である固定接触部１０及び可動接触部１１と、金属容器２との間にバリア絶縁物５４を挿入しているため、そこから金属容器２に向けて発生する放電の進展を制限できる。これにより、図８に示した実施の形態と同様、絶縁空間を短絡する絶縁破壊の発生を防止でき、信頼性の向上に寄与することができる。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、支持絶縁物とバリア絶縁物と間に軸方向及び半径方向の変位を吸収可能な伸縮吸収材を挟み込むといった極めて簡単な構成によって、金属異物の挙動及び沿面放電の伸展を抑制して絶縁性能を高めることができ、これにより信頼性の向上を図った複合絶縁方式ガス絶縁開閉装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態によるガス絶縁開閉装置の構成を示す断面図。
【図２】本発明の第２の実施の形態によるガス絶縁開閉装置の構成を示す断面図。
【図３】本発明の第３の実施の形態によるガス絶縁開閉装置の構成を示す断面図。
【図４】本発明の第４の実施の形態によるガス絶縁開閉装置の構成を示す断面図。
【図５】同実施の形態における等電位分布を示す図。
【図６】本発明の第５の実施の形態によるガス絶縁開閉装置の構成を示す断面図。
【図７】本発明の第６の実施の形態によるガス絶縁開閉装置の構成を示す断面図。
【図８】本発明の他の実施の形態によるガス絶縁開閉装置の構成を示す断面図。
【図９】本発明の他の実施の形態によるガス絶縁開閉装置の構成を示す断面図。
【図１０】従来のガス絶縁開閉装置の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１…高電圧導体
２…金属容器
３…支持絶縁物
３ａ…通気穴
４…絶縁ガス
５，５１，５２，５３，５４…バリア絶縁物
５ａ…突出部
５ｂ…導電性材料
６…接続部材
７…内面コーティング
８…伸縮吸収材
９…放電路
１０…固定接触部
１１…可動接触部
１２…熱ガス
１３…アーク
Claims (4)
- 絶縁ガスが封入された金属容器を備え、この金属容器内に支持絶縁物によって絶縁支持された通電用の高電圧導体を挿通し、さらに前記高電圧導体と前記金属容器の間にバリア絶縁物を挿入配置した複合絶縁方式ガス絶縁開閉装置において、
向い合う２つの前記支持絶縁物に挟まれた絶縁ガス空間に前記バリア絶縁物を配置する時、前記バリア絶縁物は径の異なる２つ以上のバリア絶縁物からなり、各バリア絶縁物は入れ子状に重なって、且つ軸方向に変位可能な多重バリア構造となることを特徴とする複合絶縁方式ガス絶縁開閉装置。 - 前記バリア絶縁物における前記高電圧導体と向い合う表面に、少なくとも導電性材料層、半導電性材料層及び非線形抵抗材料層のいずれかの層をコーティングしたことを特徴とする請求項１に記載の複合絶縁方式ガス絶縁開閉装置。
- 絶縁ガスが封入された金属容器を備え、この金属容器内に支持絶縁物によって絶縁支持された通電用の高電圧導体を挿通し、さらに前記高電圧導体と前記金属容器の間にバリア絶縁物を挿入配置した複合絶縁方式ガス絶縁開閉装置において、
前記バリア絶縁物における前記高電圧導体と向い合う表面に、等電位分布において前記高電圧導体に近い電位側に突出した突起部を形成し、
前記突起部の前記高電圧導体と向かい合う表面に、少なくとも導電性材料層、半導電性材料層及び非線形抵抗材料層のいずれかの層をコーティングしたことを特徴とする複合絶縁方式ガス絶縁開閉装置。 - 前記バリア絶縁物と前記高電圧導体とを、抵抗材料もしくはインダンクタンスを有する材料にて接続したことを特徴とする請求項３記載の複合絶縁方式ガス絶縁開閉装置。
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