JP4934675B2 - ガス絶縁電気装置 - Google Patents

Description

この発明は、高電圧導体を接地タンク内に収納し、接地タンク内に絶縁ガスを充填することにより、高電圧導体と接地タンクを絶縁するようにしたガス絶縁電気装置に関するものである。

従来からあるガス絶縁電気装置においては、高電圧導体を接地金属タンク内に収納し、このタンク内に絶縁ガスを充填することによって絶縁できるようにしていた。この場合ガス絶縁電気装置を組み立てたりする際において、タンク内に金属異物が侵入することがあり、高電圧導体に通電する際に発生する強電界により、金属異物は浮上して高電圧導体に付着したり、あるいは接近することにより、装置の耐電圧性能が低下することがある。

そこで、従来のガス絶縁電気装置においては、タンクの軸方向に１本以上の金属棒を配置し、この金属棒の表面に絶縁被覆を施して、タンクと接触する部分の低電界部に粒子を捕獲する構成を有した粒子捕獲器を設けたものがあった（特許文献１参照）。

また、別の従来のガス絶縁電気装置においては、タンクの下部に導電性のパーティクルを捕獲するためのパーティクルトラップが設けられており、案内板を鋸歯状に折り曲げてその下向きの傾斜がパーティクルトラップに向かうように配置することにより、パーティクルがパーティクルトラップに捕獲されるようにしているものもあった（特許文献２参照）。

更に、別の従来のガス絶縁電気装置においては、容器内面になめらかな波状の凹凸を複数交互に連続的に配した金属板を設けるとともに、凹部には絶縁被覆を施して、凹部の低電界部において異物を捕獲するようにしているものもあった（特許文献３参照）。

実開昭５６−１４５３１３（３頁１４〜４頁４行、図５〜６） 実開昭５６−７３１２４（４頁１６〜５頁１２行、図３〜５） 実開昭６２−５７５１１（３頁１１〜１４行、４頁４〜８行、図１）

従来のガス絶縁電気装置は以上のように構成されているので、上記特許文献１に示されたガス絶縁電気装置においては、タンク底面の所定のエリアにおいて異物を捕獲しようとすれば、複数本の金属棒を配置する必要があり、配置する際の位置調節が困難であるとともに、固定するために溶接などが必要となるため、設置するためのコストが高くなるという問題点があった。

また、上記特許文献２に示されたガス絶縁電気装置においては、タンクの下部にトラップを設けるためにコストがかかるとともに、鋸歯状に折り曲げた案内板の凸部や案内板の端部で電界が集中するため、案内板における耐電圧性能が低下してしまうという問題点があった。

更に上記特許文献３に示されたガス絶縁電気装置においては、凸部に絶縁被覆が施されていないので、電界が強い凸部に異物が存在すると、この異物は高電圧導体に向かって浮上しやすくなってしまい、耐電圧性能が低下してしまうという問題点があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、装置内の異物を確実に捕獲することができるとともに、電界集中を抑制して耐電圧性能に優れ、更には接地タンクに容易に設置することのできる異物トラップを有したガス絶縁電気装置を提供することを目的とするものである。

この発明に係るガス絶縁電気装置は、絶縁ガスが充填された接地タンクと、この接地タンク内に絶縁スペーサを介して設置された高電圧導体からなるものであって、少なくとも凸部の面が滑らかな曲面になるように波状に曲げられた波板を、この波板における同一高さを有する部分を結ぶ線が接地タンクの中心軸と平行になるように接地タンク内に配置し、波板の波状端部には、少なくとも上面部が滑らかな曲面で構成され、かつ波板の端部における凸部よりも上面部が突き出た物体を取り付けるとともに、波板と物体とは電気的に接続されているものである。

この発明に係るガス絶縁電気装置によれば、絶縁ガスが充填された接地タンクと、この接地タンク内に絶縁スペーサを介して設置された高電圧導体からなるものであって、少なくとも凸部の面が滑らかな曲面になるように波状に曲げられた波板を、この波板における同一高さを有する部分を結ぶ線が接地タンクの中心軸と平行になるように接地タンク内に配置し、波板の波状端部には、少なくとも上面部が滑らかな曲面で構成され、かつ波板の端部における凸部よりも上面部が突き出た物体を取り付けるとともに、波板と物体とは電気的に接続されているので、波板を接地タンクの内面に沿って容易に曲げることができ、かつ接地タンクへの溶接等固定作業も最小限で済むため、容易に設置することができるようになるとともに、凸部における電界を効果的に緩和することが出来る。

この発明の実施の形態１によるガス絶縁電気装置を示す斜視図である。 この発明の実施の形態１によるガス絶縁電気装置を示す側面断面図である。 接地タンク３の底部を示す拡大側面断面図である。 図３のＡ方向から見た正面断面図である。 接地タンク３の底部を示す拡大正面断面図である。 接地タンク３の底部を示す拡大側面断面図である。 図６のＢ方向から見た正面断面図である。 接地タンク３の底部を示す拡大側面断面図である。 この発明の実施の形態２によるガス絶縁電気装置を示す拡大断面正面図である。 この発明の実施の形態３によるガス絶縁電気装置を示す側面断面図である。 この発明の実施の形態４によるガス絶縁電気装置を示す斜視図である。 この発明の実施の形態５によるガス絶縁電気装置を示す斜視図である。 この発明の実施の形態６によるガス絶縁電気装置を示す側面断面図である。 この発明の実施の形態７によるガス絶縁電気装置を示す側面断面図である。 この発明の実施の形態７によるガス絶縁電気装置を示す正面断面図である。 この発明の実施の形態８によるガス絶縁電気装置を示す正面断面図である。 タンク底面電界と最大浮上高さとの関係を示す線図である。 異物の長さと浮上電界との関係を示す線図である。 波板の形状係数と波板の凹部底部の電界との関係を示す線図である。 波板の形状を示す断面図である。 波板の凹部形状とその電界分布、および異物が入った状態を示す断面図である。 この発明の実施の形態９によるガス絶縁電気装置を示す正面断面図である。 この発明の実施の形態１０によるガス絶縁電気装置を示す正面断面図である。

実施の形態１．
以下この発明の一実施形態を図に基づいて説明する。図１はこの発明の実施の形態１によるガス絶縁電気装置を示す斜視図であり、接地タンクの一部を断面で切り取った状態を示している。図２はこの発明の実施の形態１によるガス絶縁電気装置を示す側面断面図である。

図において、本発明によるガス絶縁電気装置１においては、筒状の接地タンク３の中に絶縁ガスが充填されており、接地タンク３の中心軸に沿って高電圧導体２が配置されている。この高電圧導体２は絶縁性の部材から構成される絶縁スペーサ４によって接地タンク３に支持されている。

接地タンク３内に充填される絶縁ガスとしては、ＳＦ６、乾燥空気、窒素、二酸化炭素等が使用されるが、絶縁ガスの絶縁性能を高めるとともに、ガス絶縁電気装置１全体をコンパクトに構成するため、一般に絶縁ガスの圧力を大気圧より高く設定して接地タンク３内に封止される。

接地タンク３の底面部には異物トラップ５が設置され、異物トラップ５は接地タンク３と溶接により固定されることにより、接地タンク３と電気的に接続されている。異物トラップ５は金属板に所定の曲げ加工を施すことにより、少なくとも凸部の面は滑らかな曲面になるように形成された波板６と、この波板６の波状端部に取り付けられるとともに、波板６と電気的に接続された金属丸棒７から構成されている。

また波板６における同一高さを有する部分を結ぶ線（図１における直線６ａ）が接地タンク３の中心軸と平行になるように配置されている。即ち波板６における波状端部が接地タンク３の円周に沿うように波板６は接地タンク３内に設置されている。そして波板６と金属丸棒７の表面は絶縁被覆が施されている。

図３は図２に示された接地タンク３の底部を示す拡大側面断面図、図４は図３のＡ方向から見た正面断面図である。波板６は例えば厚さｔ＝０．５〜５ｍｍ程度のアルミニウム、鉄またはステンレス等の金属板を曲げ加工することによって製作される。曲げ加工後の波板６の高さＨは金属板の厚さｔによって定められ、おおよそＨ＝１〜２０ｍｍ程度となる。

このような波板６を接地タンク３内部に設置すると、金属板の端部で電界が集中してしまい、波板６の絶縁性能が低下してしまう。波板６の端部における凸部６ｂ部分において特に電界は集中するため、この凸部６ｂ部分における電界を緩和する必要があり、そのため波板６の波状端部に金属丸棒７が取り付けられる。

ここで金属丸棒７の直径φと波板６の高さＨとの関係はφ≧Ｈとなっているため、金属丸棒７の上面が凸部６ｂと同じか、もしくは高い位置になっており、凸部６ｂにおける電界は効果的に緩和される。

金属丸棒７の直径φを大きくした場合、金属丸棒７の上面が高電圧導体２に近づくことになるが、この場合、金属丸棒７の上面における電界が高くなりすぎる恐れがなければ、φ≧２Ｈとすることができ、このように構成することにより、凸部６ｂにおける電界集中は十分に緩和されることとなる。

次に異物トラップ５による異物捕捉効果について説明する。高電圧導体２に電圧が印加されると、接地タンク３の内面における電界が高くなる。このとき金属異物が接地タンク３内に混入していると、金属異物が電界の作用により帯電し、接地タンク３の内面から浮上する方向に静電気力を受ける。

静電気力が金属異物の重量を超えると金属異物は浮上し、高電圧導体２に向かって移動を始める。一般に高電圧導体２における電界の方が、接地タンク３の底面における電界よりも高いため、金属異物が高電圧導体２に近づいたり接触したりすると、高電圧導体２の耐電圧性能が低下することになる。

また、この耐電圧性能に最も大きな影響を及ぼす金属異物の形状に関しては、金属異物の形状が線状のときであるが、仮にこのような線状の金属異物が高電圧導体２に向かって浮上するほど十分大きな静電気力が発生していなくても、たとえば機械的振動等をきっかけに線状の金属異物が起立すると、静電気力により起立状態が継続することがあり、そのとき金属異物先端の電界が局部的に大きくなって、耐電圧性能が低下してしまうというような事態も発生する。

これに対して、本発明による異物トラップ５においては、波板６の凹部６ｃが低電界部となっており、金属異物は凹部６ｃに入ると、浮上や起立が起こるほどの静電気力は受けない。凹部６ｃの電界は、凹部６ｃの幅や深さを調節することにより、異物トラップ５が存在しない場合における接地タンク３の底面の電界の数分の１〜１０数分の１、またはそれ以下にすることが可能である。

一方、図５に示すように、波板６の凸部６ｂ部分に存在する金属異物８ａ、及び異物トラップ５が設置されていない接地タンク３の側面部に存在する金属異物８ｂは、高電圧導体２への電圧印加により静電気力を受けて動き出し、重力により下方に移動することにより、最終的に異物トラップ５の低電界部に入り込んでそれ以上は動かなくなる。

以上のような動作を最大限に効果あらしめるためには、ガス絶縁電気装置１の運転前に高電圧導体２への印加電圧を徐々に上昇させるいわゆるプレ印加を実施すればよい。このようにすることにより、金属異物は接地タンク３の下方に設置された異物トラップ５が作り出す低電界部へ徐々に導かれるようになる。その他にも機械的振動を与えることにより、金属異物そのものの重力によって金属異物を下方に移動させることが可能となる。

以上に述べたように、金属異物が浮上するのは電界により金属異物が帯電して静電気力を受けるためであり、金属異物が帯電することを抑制することができれば浮上を効果的に抑制することができるようになる。

そこで、異物トラップ５の表面に絶縁物をコーティング等することにより絶縁被覆すれば金属異物への電荷の供給を抑制して、帯電を抑制することができ、金属異物を効果的に捕捉することができるようになる。

本発明による波板６を利用した異物トラップ５においては、凸部６ｂにおいて電界が高くなるため、凹凸の両方の部分、即ち異物トラップ５の表面全体を絶縁被覆することにより、凸部６ｂに存在する金属異物が浮上することを抑制して、金属異物を凹部６ｃで効果的に捕捉することが可能となる。更には異物トラップ５の製造行程においては、例えば異物トラップ５全体に絶縁物を吹きつけ塗装等すれば良く、低コストで絶縁被覆が可能となる。

以上のような異物トラップ５においては、波板６の端部における凸部６ｂの電界集中を緩和する方法として、直径φの金属丸棒７を設置する例について述べたが、そのほかにも高さがφとなるように巻回されたスプリングを波板６の端部に設けるようにしてもよく、更には直径φの中空状の金属パイプを設置しても波板６の端部での電界集中を抑制することができる。

また、図６、図７に示すように、φ＜Ｈであるような直径φの金属丸棒１１を使用しても、この金属丸棒１１を波板６の端部における凸部６ｂにのみ接触して接続するように配置すれば、上記の場合と同様に、波板６の端部での電界集中を抑制することができ、耐電圧性能の優れた異物トラップ５を提供することができる。尚図６は接地タンク３の底部を示す拡大側面断面図、図７は図６のＢ方向から見た正面断面図である。

即ち、波板６の波状端部に取り付けられる物体としては、少なくとも上面部がなめらかな曲面で構成され、更には波板６の端部における凸部６ｂよりも上面部が突き出た構成であれば十分であり、断面が丸い形状である必要がないのは明らかである。

また、波板６の波状端部に沿って絶縁物を被覆させるようにしても、波板６の端部での電界集中を抑制することができる。更に、図８に示すように、波板６の端部における凸部６ｂを接地タンク３の底面に向かって折り曲げるように構成して曲面を形成することによっても、波板６の端部での電界集中を抑制することができるようになる。

異物トラップ５の波板６と金属丸棒７は接地タンク３と電気的に接続されているので、波板６と金属丸棒７は接地電位となり、接地タンク３との間で部分放電が発生することを抑制することができ、絶縁性能は向上することとなるが、波板６と金属丸棒７が接地タンク３と電気的に接続されていない場合でも、異物トラップ５が接地タンク３のごく近傍にある場合には、接地電位に近い状態となり、実用上問題とならないこともある。

ただし、設計上接地タンク３の底面の電界が高くなる場合や、高電圧導体２が異物トラップ５の近くにある場合などは、異物トラップ５の電位が高くなり、接地タンク３との間の電位差により部分放電が発生することがあるので、その場合は異物トラップ５を接地タンク３に電気的に接続する必要がある。

以上のように構成することにより、少なくとも凸部の面は滑らかな曲面になるように波状に曲げられた波板６における同一高さを有する部分を結ぶ線（図１における直線６ａ）が接地タンク３の中心軸と平行になるように配置されており、即ち波板６における波状端部が接地タンク３の円周に沿うように波板６は接地タンク３内に設置されているので、波板６は接地タンク３の底面形状に沿って曲がりやすくなり、容易に設置することができようになる。更には波板６の接地タンク３への溶接等による固定作業も最小限ですむため、容易に設置することができるようになる。

また、波板６の波状端部に直径が少なくとも波板６の厚さ以上ある金属丸棒７、金属パイプ、又はスプリングが取り付けられているので、波板６の凸部端部において電界が集中するのを緩和することができ、耐電圧性能の優れた異物トラップ５を提供することができる。

更には直径が波板６の厚さより小さい金属丸棒１１であっても、波板６の端部に位置する凸部６ｂを結んで設置し、もしくは絶縁物により、波状端部を被覆し、更には波板６の端部における凸部６ｂを接地タンク３に向かって曲げるように構成してもよく、このように構成することにより、波板６の端部において電界が集中することを緩和することができ、耐電圧性能が優れ、かつ異物を捕獲することのできる異物トラップを提供することができるようになる。

また、異物トラップ５の表面全体が絶縁被覆されているので、金属異物が帯電することを抑制することができ、異物トラップ５の凸部での金属異物の不要な浮上を抑制し、凹部に入った異物を固定して無害化できる。また、異物トラップ５は接地タンク３と電気的に接続されているため、異物トラップ５と接地タンク３との間での部分放電発生を防止でき、絶縁性能の優れたガス絶縁電気装置１を実現できる。

実施の形態２．
図９はこの発明の実施の形態２によるガス絶縁電気装置を示す拡大断面正面図である。本実施形態においては、波板２１の凸部２１ｂ（いわゆる上に凸の部分）の幅をｄｔ、凹部２１ｃ（いわゆる下に凸の部分）の幅をｄｏとすると、ｄｏ≦ｄｔとなるように波板２１は曲げ加工されているものである。

以上のように構成することにより、波板２１の凸部２１ｂにおいて、電界が上昇するのを抑制することがで、更には凹部２１ｃにおける電界を低くすることができるため、金属異物を効果的に捕捉することができるようになる。

即ち、ｄｏとｄｔの関係を上述とは逆にｄｔ≦ｄｏとなるようにすると、波板２１の凸部２１ｂの形状がｄｏ≦ｄｔとした場合に比べて先が尖った形状となるため、凸部２１ｂ部分に電界がより集中してしまい、電界の上昇が顕著なものとなってしまう。これに対して、ｄｏ≦ｄｔとなるように構成すれば、凸部２１ｂの形状はなだらかなものとなり、電界の集中は緩和されることとなるのである。

実施の形態３．
図１０はこの発明の実施の形態３によるガス絶縁電気装置を示す側面断面図である。ガス絶縁電気装置１の接地タンク３内において、絶縁スペーサ４ａ、４ｂ間に複数の異物トラップ５ａ、５ｂが設置されているものである。尚図１０においては、２つの異物トラップ５ａ、５ｂが設けられている場合を示しているが、３つ以上の異物トラップを設けるようにしても良い。

複数の異物トラップ５を並べて設置することが可能となる。このとき、異物トラップ５間の隙間は、隙間部分の電界を緩和するために、波板６の高さＨ程度か、あるいはそれ以下に設定することが効果的である。

以上のように構成することにより、接地タンク３のサイズが大きく、絶縁スペーサ４間の距離が大きなものであっても、取り扱い性の優れた大きさの異物トラップ５を絶縁スペーサ４間に複数設置することで目的を達成することができるため、容易にガス絶縁電気装置１を設置することができるようになる。

実施の形態４．
図１１はこの発明の実施の形態４によるガス絶縁電気装置を示す斜視図であり、接地タンクの一部を断面で切り取った状態を示している。図において、異物トラップ５における波板３１の凸部３１ｂを曲面状に形成するとともに、凹部３１ｃは平面状に形成されているものである。

このように、凸部３１ｂは電界の上昇を抑えるためになめらかな曲面状に形成することが望ましいが、凹部３１ｃは平面状に形成しても低電界を確保することができるため、凹部３１ｃで異物を捕捉することのできる異物トラップ５を得ることができる。

実施の形態５．
図１２はこの発明の実施の形態５によるガス絶縁電気装置を示す斜視図であり、接地タンクの一部を断面で切り取った状態を示している。異物トラップ５における波板４１には複数の貫通穴４１ａが設けられている。

貫通穴４１ａとしては、直径が０．５〜５ｍｍの円形穴とすると、容易に穴あけ工作を行うことができるようになるが、必ずしも円形である必要はない。貫通穴４１ａの中は波板４１と接地タンク３との間に位置しており、極めて電界の低い部分となっている。

そのため、貫通穴４１ａの中に入った異物は静電気力により再浮上することはなく、確実に異物トラップ５中に捕捉される。なお、貫通穴４１ａが設けられた波板４１の代わりに金属網を使用することによっても、上記と同様の効果を得ることができる。

実施の形態６．
図１３はこの発明の実施の形態６によるガス絶縁電気装置を示す側面断面図である。図において、高電圧導体２の表面は絶縁被覆４５によって覆われている。更に異物トラップ５が接地タンク３の底面に設置されている。

ガス絶縁電気装置１全体の耐電圧性能は、高電圧導体２における電界に対する影響と、接地タンク３における電界の影響を受けた異物により決定されることがある。このようなガス絶縁電気装置１については、高電圧導体２の表面を絶縁被覆４５によって覆うことにより、高電圧導体２の耐電圧性能を向上させるとともに、異物トラップ５を設置することにより、異物の浮上を抑制することができるようになる。

上記のように構成することにより、高電圧導体２と接地タンク３の間の絶縁距離が小さくても、異物の浮上を抑制し、耐電圧性能を維持及び向上することが可能となり、更にはガス絶縁電気装置１全体のサイズを小型化することができるようになる。

実施の形態７．
図１４はこの発明の実施の形態７によるガス絶縁電気装置を示す側面断面図、図１５は同じく正面一部断面図である。接地タンク３の底面部には異物トラップ５１が設置され、接地タンク３とは溶接により固定されることにより、電気的に接続されている。

異物トラップ５１は、金属板に所定の曲げ加工を施すことによって形成された波板５２と、波板５２の波状端部に取り付けられるとともに、直径が波板５２の高さ以上であり、更に波板５２とは電気的に接続された金属丸棒５３とから構成されており、波板５２における同一高さを有する部分を結ぶ線が接地タンク３の中心軸に対して直角になるように配置されている。即ち波板５２における波状端部が接地タンク３の側面に沿うように波板５２は接地タンク３内に設置されている。又波板５２の表面は絶縁被覆されている。

波板５２における同一高さを有する部分を結ぶ線が接地タンク３の中心軸に対して直角になるように配置されているため、図１５に示すように、異物トラップ５１は接地タンク３の曲面には沿わず、中央部が浮いた状態となっている。

これにより異物トラップ５１は、実施の形態１の場合に比べて高電圧導体２に近づくことになるが、異物トラップ５１により異物を捕捉することができるため、高い電界が発生するような環境下でも作動させることができるようになる。よって接地タンク３と高電圧導体２との間の絶縁距離を小さくすることができ、ガス絶縁電気装置１全体をコンパクトに設計することができる。

この場合実施の形態１の場合に比べると、製造にかかる工数は増加するが、接地タンク３の内面に沿うように予め波板５２を加工しておくことにより、波板５２の中央部の凸部５２ａにおいて電界が上昇することを抑制することができるようになり、耐電圧性能のすぐれた異物トラップ５１とすることができる。

以上のように、波板５２の波状端部に金属丸棒５３を設置することにより電界を緩和することのできる異物トラップ５１を、波板５２における同一高さを有する部分を結ぶ線が接地タンク３の中心軸に対して直角になるように接地タンク３内に配置することにより、異物トラップ５１において電界が上昇することを抑制することができ、耐電圧性能の優れた異物トラップ５１を提供することができるようになる。

尚詳述はしていないが、本実施形態においても、実施の形態１で示した様々な構造を採用することができ、即ち金属丸棒の代わりに金属パイプやスプリングを設置してもよく、直径が波板の厚さより小さい金属丸棒を凸部に接触させて設置しても良い。

又波状端部に絶縁物を被覆したり、端部における凸部を接地タンク３に向かって曲げるように構成しても良い。更には異物トラップ５１の表面全体を絶縁被覆するように構成してもよく、又実施の形態２〜６に示した構成を本実施形態に採用することもできる。

実施の形態８．
図１６はこの発明の実施の形態８によるガス絶縁電気装置を示す正面一部断面図である。異物トラップにおける波板５４において凸部頂部から凹部底部までの深さをｈ（＝Ｈ−ｔ）（ｍｍ）、凹部の幅をｄ（ｍｍ）とする。また、図示していない捕捉するための最大異物の長さはＬ（ｍｍ）とする。

波板５４において、凹部の形状を規定する尺度のひとつとして形状係数α＝（ｈ−Ｌ）／ｄを定義したとき、本実施形態においては、波板５４の形状係数αがα≧０．８〜１．０となるように波板５４を形成するものである。

以下、形状係数αがα≧０．８〜１．０となるように設定する理由について説明する。通常、タンク底面の電界は、ガス絶縁電気装置の運転中に異物が静電気力で浮上しないように、もしくは浮上したとしても高電圧導体２まで到達しないような電界になるように設計される。

タンク底面の電界と異物の浮上との関係、及び高電圧導体２への到達との関係については、例えば図１７に示されるような関係となる。図１７は金属異物の長さが３ｍｍ、径が０．２ｍｍのアルミ線の場合のタンク底面電界（ｋＶｒｍｓ／ｍｍ）と最大浮上高さ（ｍｍ）との関係を示すものであり、実線はタンク内壁が金属のみで構成されている場合を示すとともに、点線はタンク内壁にフタル酸系樹脂をコーティングした場合を示している。

図において、タンク内壁が金属のみで形成されている場合は、タンク底面電界が０．４ｋＶｒｍｓ／ｍｍで異物は既に浮上しており、１．０ｋＶｒｍｓ／ｍｍで高電圧導体２に到達する。一方、タンク内壁をフタル酸系樹脂でコーティングした場合は０．７ｋＶｒｍｓ／ｍｍで異物は浮上しており、１．３ｋＶｒｍｓ／ｍｍで高電圧導体２に到達する。

このように、長さ３ｍｍのアルミ線異物を想定した場合、タンク内壁が金属のみの場合、またはフタル酸系樹脂でコーティングされた場合のタンク設計電界の上限はおおよそ１ｋＶｒｍｓ／ｍｍであり、これを超えるとアルミ線異物は高電圧導体２に到達して絶縁破壊が生じるおそが生じる。

また、３ｍｍより長いアルミ線異物が混入していた場合は、１ｋＶｒｍｓ／ｍｍ以下の電界でも異物が高電圧導体２に到達して絶縁破壊が生じるおそれがある。仮にタンク中に混入する可能性のある異物のサイズとして最大３ｍｍを想定すると、タンク設計電界の上限はおおよそ１ｋＶｒｍｓ／ｍｍである。

一方、金属表面に直立した状態の線状異物が浮上するための電界Ｅは、金属線の形状を半回転楕円体に見立てることにより、以下の式で理論的に計算することが出来る。
浮上電界E = {ln(2L/r)-1}[2ρr²g/(3ε₀L{ln(L/r)-0.5})]^0.5 ・・・・(1)
ここで、ｒ，Ｌ，ρはそれぞれ異物の半径、長さ、密度、ｇは重力加速度、ε_０は真空の誘電率である。

図１８は式（１）を基に半径ｒが０．２ｍｍのアルミの線状異物について、異物の長さＬと浮上電界Ｅとの関係を示す図である。長さＬが３ｍｍの異物の理論的な浮上電界Ｅは約０．１ｋＶｒｍｓ／ｍｍ、長さ６ｍｍの場合は約０．０８ｋＶｒｍｓ／ｍｍであり、異物長さが長くなるに従い浮上電界Ｅは低下する。

そのためトラップで確実に異物を捕獲するためには、タンク内に存在する異物の最大長さが例えば３ｍｍの場合は０．１ｋＶｒｍｓ／ｍｍ以下、６ｍｍの場合は０．０８ｋＶｒｍｓ／ｍｍ以下の領域に異物が入るような波板の形状及び寸法が必要となる。

次に波板５４の凹部における電界分布について説明する。図１９の曲線（ａ）はタンク底面の電界が１ｋＶｒｍｓ／ｍｍの底面に異物トラップを設置した場合、波板５４の形状係数βとして、β＝ｈ／ｄを定義したときの、βと波板５４の凹部底部の電界との関係を電界解析により求めた結果を示す線図である。

また図１９の曲線（ｂ）は、図２０に示すような形状係数β＝３の波板を電界１ｋＶｒｍｓ／ｍｍのタンク底面に設置した場合、波板の凸部頂部からの波板凹部の深さをｈｉとしたとき、γ＝ｈｉ／ｄと深さｈｉにおける電界との関係を示した線図である。

図１９に示すように、電界が０．１ｋＶｒｍｓ／ｍｍ以下の領域、すなわち形状係数β≧０．８の領域では曲線（ａ）と曲線（ｂ）はほぼ重なる。つまり、電界が０．１ｋＶｒｍｓ／ｍｍ以下の領域では、図２０に示されるような波板凹部の任意の深さｈｉにおける電界は、幅がｄであり、深さｈがｈｉであるように形成された波板の凹部の底部における電界とほぼ同じであることがわかる。

このような波板凹部の電界分布の特徴をもとに、波板凹部が備えるべき形状について説明する。例えば、最大異物の長さが３ｍｍの場合、図１８に示すように、波板凹部の底面の電界は０．１ｋＶｒｍｓ／ｍｍ以下にする必要があるが、ここで仮に凹部の深さをｈ１、幅をｄ、凹部の底面電界を０．１ｋＶｒｍｓ／ｍｍの波板を考えると、その形状係数β１は図１９で明らかになったように、β１＝ｈ１／ｄ＝０．８となるように決定される。

ところが、異物の全体が０．１ｋＶｒｍｓ／ｍｍ以下の領域に入る必要があるので、実際は波板の深さｈとして、異物の長さ３ｍｍを考慮してｈ≧ｈ１＋３（ｍｍ）が必要となる。つまりｈ１≦ｈ−３なので、この式にｈ１／ｄ＝０．８を変形したｈ１＝０．８ｄを代入して整理し、あらためて形状係数αとして定義すると、α＝（ｈ−３）／ｄ≧０．８と表される。

この条件を満たす波板の凹部形状とその電界分布、および異物Ｘが入った状態を図２１に示す。同様に最大異物の長さが６ｍｍの場合は、異物全体にわたって０．０８ｋＶｒｍｓ／ｍｍ以下にする必要があるので、図１９に示すように、０．０８ｋＶｒｍｓ／ｍｍ以下にするためには、トラップ形状の形状係数βを１．０以上にする必要があり、３ｍｍの場合と同様に計算して、形状係数α＝（ｈ−６）／ｄ≧１．０とする必要がある。

あとは、凹部の深さｈか幅ｄのいずれかを決めると必要な他方の寸法が自動的に決定する。なお異物の最大の長さが上記以外であっても同様の方法によって必要な形状係数が求められる。実用上は、タンクに混入する異物の大きさの最大値はここで述べた３〜６ｍｍであり、これ以上の大きな異物は製造工程で除去されるため、形状係数αは、α＝（ｈ−Ｌ）／ｄ≧０．８〜１．０になるように製作すれば充分である。

以上のように波板凹部の形状係数をタンク内に混入する異物の大きさに従って定義することにより、狙った大きさの異物は確実に捕獲できる異物トラップ有するガス絶縁電気装置を構成することができる。

実施の形態９．
図２２はこの発明の実施の形態９によるガス絶縁電気装置を示す正面一部断面図である。本実施形態による異物トラップにおける波板５５は複数の凸部５５ｂ〜５５ｅと凹部が交互に並んだ形状をしており、これら凸部のうち波板５５の両端部に位置する凸部５５ｂ、５５ｅの頂部から波板端部へと向かう部分５５ａ，５５ｆの曲率が、これらの部分以外の凸部５５ｂ，５５ｃ，５５ｄ，５５ｅの曲率よりも大きくなるように形成したものである。

これにより、凸部が隣接しない部分である両端部に位置する凸部５５ｂ、５５ｅの頂部から波板端部へと向かう部分５５ａ、５５ｆの電界が高くなることを抑制できるため、波板５５が原因となる絶縁破壊を抑制し、信頼性の高いガス絶縁電気装置を構成することが出来る。

実施の形態１０．
図２３はこの発明の実施の形態１０によるガス絶縁電気装置を示す正面一部断面図である。本実施形態による異物トラップにおける波板５６は複数の凸部と凹部が交互に並んだ形状をしており、このうち凹部には粘着層５７ａ、５７ｂ、５７ｃが設けられるものである。

以上のように凹部に粘着層５７ａ、５７ｂ、５７ｃを設けたことにより、異物トラップに入った異物は機械的に跳ね返るなどして再浮上することはなく、確実に異物トラップ内に捕獲することができる。また、工場でガス絶縁電気装置を組み立てた後に電圧を一旦印加し、異物を異物トラップに捕獲しておくと、その異物はガス絶縁電気装置の輸送中でも確実に異物トラップ内に捕獲されたままであり、現地据え付け後において、異物を異物トラップ内に移動させるために徐々に電圧を上昇させるような作業は不要となり、直ちに運転電圧を印可することができる。

また粘着層５７ａ、５７ｂ、５７ｃの粘着力が運転中に経年変化により、または何らかの要因で低下し失われた場合でも、異物は低電界部に捕獲されているため、再浮上して絶縁性能を劣化させるようなことはない。

異物トラップを設けることなく、タンク内面に粘着層を設けただけでは、上記のように、粘着力が低下したような場合、異物が再浮上して絶縁性能が低下するのみならず、線状異物が直立したまま粘着層による粘着力によって固定されてしまい、異物の先端で電界集中が生じることにより、絶縁性能が低下するような恐れもある。

これに対して本実施形態のように、異物トラップの凹部に粘着層を設けると、仮に線状異物が直立したまま固定されても、異物トラップの凹部は低電界であるために、電界が集中することを抑制でき、絶縁性能が低下することを防ぐことができる。

Claims (14)

1. 絶縁ガスが充填された接地タンクと、この接地タンク内に絶縁スペーサを介して設置された高電圧導体からなるガス絶縁電気装置において、少なくとも凸部の面が滑らかな曲面になるように波状に曲げられた波板を、この波板における同一高さを有する部分を結ぶ線が上記接地タンクの中心軸と平行になるように上記接地タンク内に配置し、上記波板の波状端部には、少なくとも上面部が滑らかな曲面で構成され、かつ上記波板の端部における凸部よりも上記上面部が突き出た物体を取り付けるとともに、上記波板と上記物体とは電気的に接続されていることを特徴とするガス絶縁電気装置。
2. 絶縁ガスが充填された接地タンクと、この接地タンク内に絶縁スペーサを介して設置された高電圧導体からなるガス絶縁電気装置において、少なくとも凸部の面が滑らかな曲面になるように波状に曲げられた波板を、この波板における同一高さを有する部分を結ぶ線が上記接地タンクの中心軸と平行になるように上記接地タンク内に配置し、上記波板の軸方向端部における凸部を上記接地タンクの底面に向かって折り曲げたことを特徴とするガス絶縁電気装置。
3. 絶縁ガスが充填された接地タンクと、この接地タンク内に絶縁スペーサを介して設置された高電圧導体からなるガス絶縁電気装置において、少なくとも凸部の面が滑らかな曲面になるように波状に曲げられた波板を、この波板における同一高さを有する部分を結ぶ線が上記接地タンクの中心軸と平行になるように上記接地タンク内に配置し、上記波板の凸部の幅が凹部の幅よりも大きくなるように構成したことを特徴とするガス絶縁電気装置。
4. 絶縁ガスが充填された接地タンクと、この接地タンク内に絶縁スペーサを介して設置された高電圧導体からなるガス絶縁電気装置において、少なくとも凸部の面が滑らかな曲面になるように波状に曲げられた波板を、この波板における同一高さを有する部分を結ぶ線が上記接地タンクの中心軸と平行になるように上記接地タンク内に配置し、上記波板の凸部頂部から凹部底部までの深さをｈ、凹部の幅をｄ、金属異物の長さをＬ、α＝（ｈ−Ｌ）／ｄとしたとき、αが０．８以上となるように上記波板を構成したことを特徴とするガス絶縁電気装置。
5. （ｈ−３）／ｄ≧０．８となるように上記波板を構成したことを特徴とする請求項４記載のガス絶縁電気装置。
6. （ｈ−６）／ｄ≧１．０となるように上記波板を構成したことを特徴とする請求項４記載のガス絶縁電気装置。
7. 絶縁ガスが充填された接地タンクと、この接地タンク内に絶縁スペーサを介して設置された高電圧導体からなるガス絶縁電気装置において、少なくとも凸部の面が滑らかな曲面になるように波状に曲げられた波板を、この波板における同一高さを有する部分を結ぶ線が上記接地タンクの中心軸と平行になるように上記接地タンク内に配置し、上記波板の両端部に位置する凸部の頂部から波板端部へと向かう部分の曲率が、これらの部分以外の凸部の曲率よりも大きくなるよう構成したことを特徴とするガス絶縁電気装置。
8. 絶縁ガスが充填された接地タンクと、この接地タンク内に絶縁スペーサを介して設置された高電圧導体からなるガス絶縁電気装置において、少なくとも凸部の面が滑らかな曲面になるように波状に曲げられた波板を、この波板における同一高さを有する部分を結ぶ線が上記接地タンクの中心軸と平行になるように上記接地タンク内に配置し、上記波板の凹部にのみ粘着層を設けたことを特徴とするガス絶縁電気装置。
9. 絶縁ガスが充填された接地タンクと、この接地タンク内に絶縁スペーサを介して設置された高電圧導体からなるガス絶縁電気装置において、少なくとも凸部の面が滑らかな曲面になるように波状に曲げられた波板を、この波板における同一高さを有する部分を結ぶ線が上記接地タンクの中心軸に対して直角になるように上記接地タンク内に配置し、上記波板の波状端部には、少なくとも上面部が滑らかな曲面で構成され、かつ上記波板の端部における凸部よりも上記上面部が突き出た物体を取り付けるとともに、上記波板と上記物体とは電気的に接続され、更に上記波板の表面は絶縁被覆されていることを特徴とするガス絶縁電気装置。
10. 上記波板の凸部頂部から凹部底部までの深さをｈ、凹部の幅をｄ、金属異物の長さをＬ、α＝（ｈ−Ｌ）／ｄとしたとき、αが０．８以上となるように上記波板を構成したことを特徴とする請求項９記載のガス絶縁電気装置。
11. （ｈ−３）／ｄ≧０．８となるように上記波板を構成したことを特徴とする請求項１０記載のガス絶縁電気装置。
12. （ｈ−６）／ｄ≧１．０となるように上記波板を構成したことを特徴とする請求項１０に記載のガス絶縁電気装置。
13. 上記波板の両端部に位置する凸部の頂部から波板端部へと向かう部分の曲率が、これらの部分以外の凸部の曲率よりも大きくなるよう構成したことを特徴とする請求項９記載のガス絶縁電気装置。
14. 上記波板の凹部にのみ粘着層を設けたことを特徴とする請求項９記載のガス絶縁電気装置。

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