JP6950471B2 - Insulation spacer - Google Patents
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Description
本発明は、ガス絶縁開閉装置用の絶縁スペーサに関する。 The present invention relates to an insulating spacer for a gas insulated switchgear.
ガス絶縁開閉装置は、高電圧大容量の電力系統等で広く使用されている。ガス絶縁開閉装置において、六フッ化硫黄（ＳＦ6）ガスや乾燥空気等の絶縁性ガスが絶縁媒体または消弧媒体として用いられる。また、ガス絶縁開閉装置において、金属容器の内部に高電圧導体を絶縁支持する絶縁スペーサが用いられる。 Gas-insulated switchgear is widely used in high-voltage, large-capacity power systems and the like. In a gas insulated switchgear, an insulating gas such as sulfur hexafluoride (SF 6 ) gas or dry air is used as an insulating medium or an arc extinguishing medium. Further, in a gas-insulated switchgear, an insulating spacer that insulates and supports a high-voltage conductor is used inside a metal container.
絶縁スペーサは、求められる耐熱性、強度、または誘電率傾斜等の特性に応じて、樹脂材料の開発や新規の構造の提案が多くなされている（例えば、特許文献１）。 As for the insulating spacer, many developments of resin materials and proposals of new structures have been made according to the required properties such as heat resistance, strength, and dielectric constant inclination (for example, Patent Document 1).
例えば、特許文献１に記載の絶縁スペーサでは、通電部から接地部に向けて一時的に空間を制御し、絶縁スペーサに誘電率の傾斜を設けている。このように、絶縁スペーサに誘電率の傾斜を設けることで、絶縁スペーサの表面の最大電界値が抑えられ、絶縁スペーサの絶縁性能が高められる。 For example, in the insulating spacer described in Patent Document 1, the space is temporarily controlled from the energized portion to the grounding portion, and the insulating spacer is provided with an inclination of the dielectric constant. By providing the insulating spacer with an inclination of the dielectric constant in this way, the maximum electric field value on the surface of the insulating spacer is suppressed, and the insulating performance of the insulating spacer is enhanced.
絶縁スペーサは、区分スペーサとしての役割も担っているので、区分時に生じるガス（または、絶縁油）の差圧等による負荷に耐えることが求められる。絶縁スペーサの厚みを増やすことで、絶縁スペーサの強度を向上させることができるが、絶縁スペーサの厚みを増やすと、絶縁スペーサの重量が増加することとなる。 Since the insulating spacer also plays a role as a sorting spacer, it is required to withstand the load due to the differential pressure of the gas (or insulating oil) generated at the time of sorting. The strength of the insulating spacer can be improved by increasing the thickness of the insulating spacer, but increasing the thickness of the insulating spacer increases the weight of the insulating spacer.
また、特許文献１に記載の発明では、三次元造形装置によってトラス構造を有する絶縁スペーサを製作しているが、絶縁スペーサにおける比誘電率を連続的に傾斜変化させるための構造（すなわち、電界緩和効果を向上させる構造）であり、絶縁スペーサの強度を向上させる構造ではない。 Further, in the invention described in Patent Document 1, an insulating spacer having a truss structure is manufactured by a three-dimensional modeling apparatus, but a structure for continuously inclining and changing the relative permittivity of the insulating spacer (that is, electric field relaxation). It is a structure that improves the effect), and is not a structure that improves the strength of the insulating spacer.
本発明は、上記事情に鑑みて成されたものであり、ガス絶縁開閉装置用の絶縁スペーサを軽量化し、絶縁スペーサの強度を向上させることを目的としている。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to reduce the weight of the insulating spacer for a gas-insulated switchgear and to improve the strength of the insulating spacer.
上記目的を達成する本発明の絶縁スペーサの一態様は、
接地された金属容器に備えられ、該金属容器に複数の通電部を絶縁支持するガス絶縁開閉装置用の絶縁スペーサであって、
絶縁性ガスが満たされる中空部と、
前記絶縁スペーサ内部であって、前記通電部から選択される一対の通電部の間に、それぞれ柱状の補強部材を備えた、ことを特徴としている。
One aspect of the insulating spacer of the present invention that achieves the above object is
An insulating spacer for a gas-insulated switchgear that is provided in a grounded metal container and that insulates and supports a plurality of current-carrying parts in the metal container.
Hollow part filled with insulating gas and
It is characterized in that a columnar reinforcing member is provided between the pair of energizing portions selected from the energizing portions inside the insulating spacer.
また、上記目的を達成する本発明の絶縁スペーサの他の態様は、
接地された金属容器に備えられ、該金属容器に複数の通電部を絶縁支持するガス絶縁開閉装置用の絶縁スペーサであって、
絶縁性ガスが満たされる中空部と、
前記絶縁スペーサ内部であって、前記通電部から選択される一対の通電部の間に、それぞれ前記一対の通電部の中央部を中心に放射状に延びた骨格を有する補強部材を、備えた、ことを特徴としている。
In addition, another aspect of the insulating spacer of the present invention that achieves the above object is
An insulating spacer for a gas-insulated switchgear that is provided in a grounded metal container and that insulates and supports a plurality of current-carrying parts in the metal container.
Hollow part filled with insulating gas and
Inside the insulating spacer, between the pair of energizing portions selected from the energizing portions, a reinforcing member having a skeleton extending radially around the central portion of the pair of energizing portions is provided. It is characterized by.
また、上記目的を達成する本発明の絶縁スペーサの他の態様は、上記絶縁スペーサにおいて、
前記補強部材は、トラス構造またはハニカム構造の骨格を有し、
該トラス構造またはハニカム構造は、前記一対の通電部の中央部から外周部にいくにしたがって粗となる、ことを特徴としている。
In addition, another aspect of the insulating spacer of the present invention that achieves the above object is the insulating spacer.
The reinforcing member has a truss structure or a honeycomb structure skeleton.
The truss structure or the honeycomb structure is characterized in that it becomes coarser from the central portion to the outer peripheral portion of the pair of energized portions.
また、上記目的を達成する本発明の絶縁スペーサの他の態様は、上記絶縁スペーサにおいて、
前記絶縁スペーサは、三次元造形装置によって、絶縁材料から製造された、ことを特徴としている。
In addition, another aspect of the insulating spacer of the present invention that achieves the above object is the insulating spacer.
The insulating spacer is characterized in that it is manufactured from an insulating material by a three-dimensional modeling apparatus.
また、上記目的を達成する本発明の絶縁スペーサの他の態様は、上記絶縁スペーサにおいて、
前記絶縁スペーサは、三相の母線を絶縁支持する絶縁スペーサであり、前記金属容器内を、前記中空部に満たされる絶縁性ガスと同種または異なる絶縁性ガスで満たされた空間と、絶縁油で満たされた空間とに区分する、ことを特徴としている。
In addition, another aspect of the insulating spacer of the present invention that achieves the above object is the insulating spacer.
The insulating spacer is an insulating spacer that insulates and supports the three-phase bus, and the inside of the metal container is filled with a space filled with an insulating gas of the same type or different from the insulating gas filled in the hollow portion, and an insulating oil. It is characterized by dividing it into a filled space.
以上の発明によれば、ガス絶縁開閉装置用の絶縁スペーサを軽量化し、絶縁スペーサの強度を向上することができる。 According to the above invention, the weight of the insulating spacer for the gas-insulated switchgear can be reduced, and the strength of the insulating spacer can be improved.
本発明の実施形態に係る絶縁スペーサについて、図面に基づいて詳細に説明する。 The insulating spacer according to the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図１に示すように、本発明の第１実施形態に係る絶縁スペーサ１は、ディスク状であり、外周部が接地された金属容器２の内壁面に固定される。絶縁スペーサ１には、例えば、高電圧導体である通電部３が挿通して設けられ、絶縁スペーサ１により金属容器２内に通電部３が絶縁支持される。なお、通電部３は、金属容器２を挿通した状態で金属容器２内に絶縁支持されるが、説明の便宜上、図１では絶縁スペーサ１部分以外の通電部３は図示省略している（図２−５も同様である）。金属容器２は、絶縁スペーサ１により、絶縁油が充填された区画２ａと、絶縁性ガス（例えば、ＳＦ6、乾燥空気、二酸化炭素、窒素、または、それらの混合ガス等、以下同じ）が充填された区画２ｂとに区分される。
As shown in FIG. 1, the insulating spacer 1 according to the first embodiment of the present invention has a disk shape and is fixed to the inner wall surface of the
図２に示すように、絶縁スペーサ１は、絶縁性ガスが充填される中空部４と補強部材５を備え、三相の通電部３が挿通して設けられる。三相の通電部３は、同一円周上に等間隔で配置される。図示省略しているが、通電部３の周囲は異種接合界面となるため、厚さを増すなどの構造がとられている。また、図２（ａ）では、説明の便宜上補強部材５を記載しているが、補強部材５は、絶縁スペーサ１の外側を覆う絶縁材料により外部から見えない位置に配置される（後に詳細に説明する図３（ａ）も同様である）。
As shown in FIG. 2, the insulating spacer 1 includes a
絶縁スペーサ１を構成する絶縁材料は、例えば、エポキシ樹脂にフィラーとしてシリカ（酸化ケイ素）を充填した材料が用いられる。フィラーを充填する樹脂としては、エポキシ樹脂の他に、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、ケイ素樹脂、ポリウレタン樹脂、ジシクロペンタジエン樹脂のいずれか、またはそれらの組み合わせたもの等が用いられる。また、フィラーとしては、シリカの他に、アルミナ（酸化アルミニウム）、酸化チタン、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム等が用いられる。絶縁スペーサ１を構成する絶縁材料の種類やその配合比、フィラーの種類やフィラーの密度等は適宜変更可能である。また、絶縁スペーサ１の外周を形成する絶縁材料と、補強部材５を構成する絶縁材料は、同じであっても、異なるものであってもよい。絶縁スペーサ１の外周を形成する絶縁材料と補強部材５を構成する絶縁材料が同種の場合、絶縁スペーサ１と補強部材５は一体に形成される。
As the insulating material constituting the insulating spacer 1, for example, a material in which silica (silicon oxide) is filled as a filler in an epoxy resin is used. As the resin to be filled with the filler, in addition to the epoxy resin, any one of phenol resin, urea resin, melamine resin, silicon resin, polyurethane resin, dicyclopentadiene resin, or a combination thereof and the like are used. As the filler, in addition to silica, alumina (aluminum oxide), titanium oxide, barium titanate, strontium titanate and the like are used. The type of the insulating material constituting the insulating spacer 1, the compounding ratio thereof, the type of the filler, the density of the filler, and the like can be appropriately changed. Further, the insulating material forming the outer circumference of the insulating spacer 1 and the insulating material constituting the reinforcing
中空部４は、絶縁スペーサ１の内部であって、応力集中の小さい箇所に形成される。つまり、絶縁スペーサ１は、中空部４に絶縁性ガスが満たされ、密閉された構造を備えている。中空部４に絶縁性ガスを満たすことで局所的な部分放電が抑制される。なお、絶縁スペーサ１の中心から外周部にかけて中空部４の分布に疎密を付けることで、絶縁スペーサ１の誘電率に傾斜（例えば、高電圧となる通電部３側の誘電率が絶縁スペーサ１の外周部と比較して高くなるような傾斜）を付けることもできる。
The
補強部材５は、通電部３と通電部３の間に設けられる。補強部材５は、対となる通電部３と通電部３の間にそれぞれ設けられる。補強部材５は、例えば、通電部３の挿通方向と平行な軸を有する柱状の構造を有するものが好ましい。例えば、補強部材５は、円柱状や双曲面構造（例えば、中央部がくびれた円柱状）を有する柱状の構造を有する。補強部材５を双曲面構造とすることで、絶縁スペーサ１の外周側の強度が向上し、中空部４の割合が増加することで絶縁スペーサ１をより軽量化できる。また、補強部材５は、対となる通電部３と通電部３の中間点から放射状にトラス構造またはハニカム構造をとるもの等でも良い。この場合、補強部材５は、例えば、複数の三角筒や六角筒等の角筒が、通電部の挿通方向と平行方向を軸として隙間なく並べられた構造となる。角筒の孔を小さくすれば強度が増すので、通電部３と通電部３の中間点から遠くに配置される角筒の孔（単位面積）を広くすることで、応力が集中する箇所の強度を向上し、絶縁スペーサ１の軽量化を図ることができる。また、通電部３の挿通方向に３次元のトラス構造を備えた構造とすることもできる。
The reinforcing
絶縁スペーサ１（補強部材５を含む）は、例えば、三次元造形装置を用いて作製される。絶縁スペーサ１を作製する際、三次元造形装置内の雰囲気を所定の絶縁性ガスとすることで、絶縁スペーサ１の中空部４に所定の絶縁性ガスが満たされる。三次元造形装置とは、３Ｄプリンタ等とも呼ばれる装置であり、３Ｄデータに基づいて、断面形状を積層していくことで立体物を造形する装置である。三次元造形装置の造形方法は、樹脂材料をノズルから射出して積み重ねて造形する熱溶解積層方式、液体樹脂を紫外線で固める光造形方式等いずれの方式であってもよい。
The insulating spacer 1 (including the reinforcing member 5) is manufactured by using, for example, a three-dimensional modeling apparatus. When the insulating spacer 1 is manufactured, the atmosphere inside the three-dimensional modeling apparatus is set to a predetermined insulating gas, so that the
図３は、本発明の第２実施形態に係る絶縁スペーサ６である。第１実施形態に係る絶縁スペーサ１と同様に、絶縁スペーサ６は、金属容器２（図３では図示せず）に三相の通電部３を絶縁支持する。通電部３と通電部３の間には、それぞれ補強部材５が設けられる。
FIG. 3 is an insulating
第２実施形態に係る絶縁スペーサ６は、三相の通電部３が同一直線上に配置されていることが、第１実施形態に係る絶縁スペーサ１と異なるものである。その他の構成は、第１実施形態に係る絶縁スペーサ１と同様であるので、第１実施形態に係る絶縁スペーサ１と同様の構成については同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。
The insulating
図４は、本発明の第３実施形態に係る絶縁スペーサ７である。第１実施形態に係る絶縁スペーサ１と同様に、絶縁スペーサ７は、金属容器２（図４では図示せず）に三相の通電部３を絶縁支持する。絶縁スペーサ７の内部であって、通電部３と通電部３の間には、それぞれ補強部材８が設けられる。
FIG. 4 is an insulating spacer 7 according to a third embodiment of the present invention. Similar to the insulating spacer 1 according to the first embodiment, the insulating spacer 7 insulates and supports the three-
第３実施形態に係る絶縁スペーサ７は、補強部材８の形状が、第１実施形態に係る絶縁スペーサ１と異なるものである。その他の構成は、第１実施形態に係る絶縁スペーサ１と同様であるので、第１実施形態に係る絶縁スペーサ１と同様の構成については同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。なお、補強部材８を第２実施形態に係る絶縁スペーサ６に適用することもできる。
The shape of the reinforcing
補強部材８は、通電部３の挿通方向と平行に設けられる芯部８ａと、芯部８ａから放射状に延びる補強部８ｂを備える。補強部材８は、例えば、補強部材５と同様の絶縁材料を用いて三次元造形装置により作製される。補強部材８と絶縁スペーサ７の外周を覆う壁面との接触部における補強部８ｂの断面は、トラス構造やハニカム構造とすることができる。また、補強部８ｂの断面を芯部８ａを中心とした同心円状とすることもできる。補強部材８と絶縁スペーサ７の外周を覆う壁面との接触部において、補強部８ｂにより形成される空間部の面積を芯部８ａから遠くにいくにしたがって広くすることで、絶縁スペーサ８の軽量化と、芯部８ａ近傍（すなわち、応力が集中する箇所）の強度を向上させることができる。
The reinforcing
以上のような本発明の実施形態に係る絶縁スペーサ１、６、７によれば、通電部３と通電部３の間を補強する補強部材５（または、補強部材８）を備えることで、絶縁スペーサ１、６、７の強度を向上することができる。
According to the insulating
また、絶縁スペーサ１、６、７に中空部４を形成することにより、絶縁スペーサ１、６、７を軽量化することができる。
Further, by forming the
図５に示すように、従来の絶縁スペーサ９は、樹脂注型等により作製され、内部に空間はないものであった。これに対して、本発明の実施形態に係る絶縁スペーサ１、６、７は、最も応力の集中する箇所を構造上強化し、さらに応力集中の小さい箇所では内部を中空構造とすることで、絶縁スペーサ１、６、７の高強度化と軽量化を達成している。つまり、機械強度的な弱点を内部構造により強化し、内部を中空構造とすることで絶縁スペーサ１、６、７の軽量化が実現される。特に、絶縁スペーサ１、６、７の内部において、通電部３と通電部３の中間点から放射状に延びた柱状、トラス構造またはハニカム構造を有する補強部材５、８を備えることにより、絶縁スペーサ１、６、７の強度向上と重量低減を実現する。
As shown in FIG. 5, the conventional insulating
つまり、本発明の実施形態に係る絶縁スペーサ１、６、７は、絶縁スペーサ１、６、７の破壊の起点となる箇所を特定し、破壊の起点となる箇所を中心に応力を分散する構造を備える。例えば、三相の通電部３を絶縁支持する絶縁スペーサ１、６、７であれば、破壊の起点となる箇所は通電部３周辺と考えられる。しかし、絶縁スペーサ１、６、７の通電部３の周囲は異種接合界面となるため、厚さを増すなどの構造がとられている。したがって、何らかの外力により破壊に至るとして、通電部３とモールド材（絶縁スペーサ１、６、７の絶縁部）の界面が破壊の起点となることはなく、破壊の起点となり得るのは通電部３と通電部３の中間点と考えられる。そこで、本発明の実施形態に係る絶縁スペーサ１、６、７は、該当箇所（通電部３と通電部３の各中間点（通電部３を除く））を中心に応力を分散する補強構造を備えることで、絶縁スペーサ１、６、７の強度を向上させることができる。例えば、補強部材５のように、絶縁スペーサ１、６の外周を覆う壁面と補強部材５の接触部の断面形状が、通電部３と通電部３の中央部を中心に放射状に延びた骨格を備える構造とすることで絶縁スペーサ１、６の強度を向上させることができる。また、補強部材８のように、絶縁スペーサ７の外周を覆う壁面と補強部材８の接触部の断面形状だけでなく、通電部３と通電部３の中央部を中心に三次元的に放射状に延びた骨格を備える構造とすることで、絶縁スペーサ７の強度を向上させることができる。
That is, the insulating
また、三次元造形装置を用いて絶縁スペーサ１、６、７を作製することで、複雑な内部構造を有する絶縁スペーサ１、６、７を容易且つ効率よく作製することができる。従来、中空充填剤を添加して、意図的に絶縁スペーサ内部に空隙を作製し、絶縁スペーサの軽量化や低誘電率化とする手法も提案されているが、空隙の制御ができず欠陥として破壊の起点となるおそれがある。そこで、三次元造形装置を用いて絶縁スペーサ１、６、７を作製することで、空隙や補強部材の構造を細かく制御し、絶縁スペーサ１、６、７の高強度化と軽量化が達成される。
Further, by manufacturing the insulating
本発明の実施形態に係る絶縁スペーサ１、６、７は、三相の母線を絶縁支持する絶縁スペーサ等、高温且つ高負荷に耐えることが要求される区分スペーサに好適に用いることができる。
The insulating
以上、具体的な実施形態を示して本発明の絶縁スペーサについて説明したが、本発明の絶縁スペーサは、実施形態に限定されるものではなく、その特徴を損なわない範囲で適宜設計変更が可能であり、設計変更されたものも、本発明の技術的範囲に属する。 Although the insulating spacer of the present invention has been described above by showing a specific embodiment, the insulating spacer of the present invention is not limited to the embodiment, and the design can be appropriately changed as long as its characteristics are not impaired. Yes, the redesigned ones also belong to the technical scope of the present invention.
例えば、絶縁スペーサを絶縁性ガスが充填された区画間を隔てる金属壁に備え、絶縁スペーサで、金属壁を挿通して設けられる通電部を絶縁支持することもできる。 For example, an insulating spacer may be provided on a metal wall that separates compartments filled with an insulating gas, and an insulating spacer may be used to insulate and support an energized portion provided by inserting the metal wall.
また、実施形態の説明では、三次元造形装置で絶縁スペーサを製作する例を示したが、従来の方法により絶縁スペーサを製作してもよい。ただし、遠心法や多段充填法のような製作方法は、３つの同軸放射形状等複雑な傾斜制御には向かない。また、モールド成形では、成形体輪郭の設計は可能であるが、内部の構造を複雑に制御することは非常に困難である。 Further, in the description of the embodiment, an example in which the insulating spacer is manufactured by the three-dimensional modeling apparatus is shown, but the insulating spacer may be manufactured by a conventional method. However, manufacturing methods such as the centrifugal method and the multi-stage filling method are not suitable for complicated tilt control such as three coaxial radial shapes. Further, in molding, although it is possible to design the contour of the molded body, it is very difficult to control the internal structure in a complicated manner.
また、絶縁スペーサに満たされる絶縁性ガスは、ガス絶縁開閉装置に満たされた絶縁性ガスと同種の絶縁性ガスでも異なる種類の絶縁性ガスでもよい。 Further, the insulating gas filled in the insulating spacer may be an insulating gas of the same type as the insulating gas filled in the gas-insulated switchgear or an insulating gas of a different type.
また、絶縁スペーサに形成される中空部は、トラス構造またはハニカム構造により形成される空間部分だけであってもよい。 Further, the hollow portion formed in the insulating spacer may be only the space portion formed by the truss structure or the honeycomb structure.
１、６、７…絶縁スペーサ
２…金属容器
３…通電部
４…中空部
５、８…補強部材
８ａ…芯部、８ｂ…補強部
1, 6, 7 ... Insulating
Claims (5)
絶縁性ガスが満たされる中空部と、
前記絶縁スペーサ内部であって、前記通電部から選択される一対の通電部の間に、それぞれ柱状の補強部材を備えた、ことを特徴とする絶縁スペーサ。 An insulating spacer for a gas-insulated switchgear that is provided in a grounded metal container and that insulates and supports a plurality of current-carrying parts in the metal container.
Hollow part filled with insulating gas and
An insulating spacer inside the insulating spacer, each of which is provided with a columnar reinforcing member between a pair of energizing portions selected from the energizing portions.
絶縁性ガスが満たされる中空部と、
前記絶縁スペーサ内部であって、前記通電部から選択される一対の通電部の間に、それぞれ前記一対の通電部の中央部を中心に放射状に延びた骨格を有する補強部材を、備えた、ことを特徴とする絶縁スペーサ。 An insulating spacer for a gas-insulated switchgear that is provided in a grounded metal container and that insulates and supports a plurality of current-carrying parts in the metal container.
Hollow part filled with insulating gas and
Inside the insulating spacer, between the pair of energizing portions selected from the energizing portions, a reinforcing member having a skeleton extending radially around the central portion of the pair of energizing portions is provided. Insulation spacer featuring.
該トラス構造またはハニカム構造は、前記一対の通電部の中央部から外周部にいくにしたがって粗となる、ことを特徴とする請求項２に記載の絶縁スペーサ。 The reinforcing member has a truss structure or a honeycomb structure skeleton.
The insulating spacer according to claim 2, wherein the truss structure or the honeycomb structure becomes coarser from the central portion to the outer peripheral portion of the pair of energizing portions.
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