CN103229374A

CN103229374A - 电力用气体绝缘设备

Info

Publication number: CN103229374A
Application number: CN2012800014075A
Authority: CN
Inventors: 内井敏之; 岛村旭; 真岛周也
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2011-11-22
Filing date: 2012-09-06
Publication date: 2013-07-31
Anticipated expiration: 2032-09-06
Also published as: CN103229374B; KR20130070603A; EP2784886A1; EP2784886A4; JP2013110883A; BR112014012260A2; US20140247538A1; KR101413344B1; US9258917B2; EP2784886B1; WO2013076892A1; JP5872260B2

Abstract

本发明的电力用气体绝缘设备具备：被供电的高电压导体（3）；填充绝缘气体（15）的密闭容器（12）；绝缘隔离片（11），用于划分为气体分区，并支撑高电压导体（3）；以及放压装置（2），设有向密闭容器（12）的内侧和外侧连通的流路口，对密闭容器（12）进行放压。在流路口处的最小流路截面积SD和放压装置（2）的工作压力Pop的条件下，放压装置（2）在满足SD＞VT／｛Kgb×log（（Kc×Ta－Pop）／（Kc×Ta－PD））｝的条件式的范围内。当对象气体分区（111）的压力未超过工作压力的正常时，密封保持密闭容器（12），当对象气体分区（111）的压力超过工作压力的异常时，对密闭容器（12）进行放压。

Description

电力用气体绝缘设备

技术领域

本发明的实施方式涉及一种电力用气体绝缘设备。

背景技术

在电力的供配电/变电系统中使用各种设备，例如作为高电压绝缘介质使用了六氟化硫气体（以下称为SF₆气体）的气体绝缘开关装置、气体断路器、气体隔离器、气体绝缘变压器、气体绝缘供电管等（以下称为电力用气体绝缘设备）。在这些设备中，SF₆气体不仅作为高电压绝缘介质来使用，而且还作为通过对流来冷却通电时的发热的冷却介质来使用，另外，在伴随气体断路器、气体隔离器等电流开关的设备中，作为消除开关动作时产生的电弧放电的灭弧介质来使用。

SF₆气体是非常稳定的惰性气体，无毒、不燃，并且是电气绝缘性能、消除放電的性能（以下称为灭弧性能）极其优异的气体，对供配电/变电设备中使用的电力用气体绝缘设备的高性能化、小型化具有很大的贡献。

虽说SF₆气体是非常适用于电力用气体绝缘设备的气体，但是众所周知该气体具有高的地球温暖化作用，因此近几年要求降低其使用量。地球温暖化作用的大小一般用地球温暖化系数、即将CO₂气体作为1时的相对值来表示，已知SF₆气体的地球温暖化系数达到23,900。因此，提出替代地球温暖化系数非常大的人工气体SF₆，使用其他气体作为电力用气体绝缘设备的绝缘气体的方案。

具体地，正在研究使用N₂气体或CO₂气体以及将这些作为主成分的混合气体。N₂气体和CO₂气体是天然存在的气体且对环境无害，并且其地球温暖化作用与SF₆气体相比极其小，在SF₆气体的23,900分之1以下。通过用N₂气体或CO₂气体来替代SF₆气体用于电力用气体绝缘设备，能够大幅抑制对地球温暖化的影响。N₂气体和CO₂气体的绝缘性能以及灭弧性能虽不及SF₆气体，但通过提高充气压力，或对设备等的构造进行各种研究，能够提高性能。即，通过使用N₂气体、CO₂气体等来代替SF₆气体，能够提供具有大体良好的性能且抑制了对地球温暖化的影响的、对环境无害的电力用气体绝缘设备。

当运用电力用气体绝缘设备时，因某些状态的不佳等，可能在密闭罐内产生电弧（以下称为内部电弧）。当产生内部电弧时，会流过过大的短路电流，从而由其产生的高温导致密闭罐内的该气体分区（gas compartment）的压力急剧上升。

若密闭罐因该压力破裂，则会给周围带来极大的危险。因此，有时设有放压装置，当密闭罐内的压力异常上升时，该放压装置进行放压动作。但是，对目前大量使用的SF₆气体而言，如果像上述那样向大气放出，则对环境产生恶劣影响，并且若被电弧的高温分解，则产生有毒的分解生成物。因此，大多以如下方式设置：使密闭罐和绝缘隔离片具有其应有的机械强度，以便即使在密闭罐内产生内部电弧，也能够使产生该内部电弧的气体分区保持压力，避免气体向密闭罐外部放出，另外在环境层面上也要求如此。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2007－258137号公报

专利文献2：日本特开2003－142318号公报

非专利文献

非专利文献1：“SF₆的地球环境负荷与SF₆混合/代替气体绝缘”，电气学会技术报告841号，2001年（「SF₆の地球環境負荷とSF₆混合·代替ガス絶縁」、電気学会技術報告841号、2001年）

发明内容

发明要解决的课题

但是，在电力用气体绝缘设备中，考虑环境而使用N₂气体或CO₂气体等来代替SF₆气体作为绝缘气体时，由于这些气体与SF₆气体相比每单位体积的热容量小，因此产生内部电弧时，与SF₆气体相比，由内部电弧引起的相对于相同发热量所上升的温度变大。由此可知，密闭罐内的产生内部电弧的气体分区的内部压力大幅上升。例如，在密闭罐内，以相同容积和气体压力的气体分区产生相同电流和时间的内部电弧时，比较SF₆气体和CO₂气体及N₂气体的压力上升，发现与SF₆气体相比，CO₂气体的压力上升为SF₆气体的3.3倍，N₂气体的压力上升为SF₆气体的4.7倍。

假设如上所述的电力用气体绝缘设备的内部电弧事故，将采用CO₂气体或N₂气体等的密闭罐和绝缘隔离片等以能够经受住这样高的压力上升的方式设计时，若增大制造这些密闭罐和绝缘隔离片等所需的原材料和密闭罐的容积，则导致设置空间等的成本增加。因此产生有损设备经济性的问题。

另外，即使使用N₂气体或CO₂气体等的电力用气体绝缘设备具有实施了与采用SF₆气体时相同设计的放压装置，并且压力异常时（内部电弧引起压力上升时）将绝缘气体向大气放出，由于如上所述当绝缘气体种类变化时压力上升特性也大幅不同，因此也未必确保安全性。另外，还考虑通过相对增大密闭罐的容积来抑制压力上升本身，但牵连到设备的大形化，因此无论哪个都在经济性和环境负荷等方面上产生问题。

因此，本发明的实施方式所要解决的课题是提供一种环境性、安全性、经济性优异的电力用气体绝缘设备。

解决课题的方案

为解决上述课题，实施方式的电力用气体绝缘设备具备：被供电的高电压导体；填充绝缘气体的密闭容器；绝缘隔离片，将所述密闭容器划分为多个气体分区，并且保持所述高电压导体与所述密闭容器之间的绝缘且支撑所述高电压导体；以及放压装置，设有向所述密闭容器的内侧和外侧连通的流路口，通过关闭该流路口来密封所述密闭容器，通过打开该流路口来对所述密闭容器进行放压，所述电力用气体绝缘设备的特征在于，将所述流路口处的与所述绝缘气体的流出方向垂直的截面上的最小流路截面积设为SD，将所述放压装置开始放压的工作压力设为Pop，对于在所述密闭容器的内侧产生的电弧，将作为估计值的电弧电流的平均有效值设为Ia、将作为估计值的电弧的起弧时间设为Ta、将作为所述电弧的产生对象的气体分区的容积设为VT、将所述绝缘隔离片的耐压力设为PD、将表示所述电弧的能量贡献于压力上升的效率的常数设为α、将规定所述绝缘气体的压力上升特性的第一常数设为Kga、将规定所述绝缘气体的放压特性的第二常数设为Kgb，而且设成Kc＝Kga×Ia^α／VT时，在满足SD＞VT／｛Kgb×log（（Kc×Ta－Pop）／（Kc×Ta－PD））｝的条件式的范围内，在处于作为所述电弧的产生对象的气体分区的压力没有超过所述工作压力的正常时，所述放压装置密封保持所述密闭容器，在处于作为所述电弧的产生对象的气体分区的压力超过所述工作压力的异常时，所述放压装置对所述密闭容器进行放压。

另外，实施方式的电力用气体绝缘设备，具备：被供电的高电压导体；填充绝缘气体的密闭容器；绝缘隔离片，将所述密闭容器划分为多个气体分区，并且保持所述高电压导体与所述密闭容器之间的绝缘且支撑所述高电压导体；以及放压装置，设有向所述密闭容器的内侧和外侧连通的流路口，通过关闭该流路口来密封所述密闭容器，通过打开该流路口来对所述密闭容器进行放压，所述电力用气体绝缘设备的特征在于，在用于划分为所述多个气体分区的绝缘隔离片中，至少在所述密闭容器的内侧作为电弧的产生对象的气体分区所配置的绝缘隔离片的耐压力比所述密闭容器的耐压力弱，而且将所述流路口处的与所述绝缘气体的流出方向垂直的截面上的最小流路截面积设为SD，将所述放压装置开始放压的工作压力设为Pop，对于在所述密闭容器的内侧产生的电弧，将作为估计值的电弧电流的平均有效值设为Ia、将作为估计值的电弧的起弧时间设为Ta、将作为所述电弧的产生对象的气体分区的容积设为VT、将与作为所述电弧的产生对象的气体分区相邻的气体分区的体积设为Vn、将在作为所述电弧的产生对象的气体分区所配置的绝缘隔离片以外的绝缘隔离片的耐压力设为PD、将表示所述电弧的能量贡献于压力上升的效率的常数设为α、将规定所述绝缘气体的压力上升特性的第一常数设为Kga、将规定所述绝缘气体的放压特性的第二常数设为Kgb，而且设成Kc＝Kga×Ia^α／（VT＋Vn）时，在满足SD＞（VT＋Vn）／｛Kgb×log（（Kc×Ta－Pop）／（Kc×Ta－PD））｝的条件式的范围内，在处于作为所述电弧的产生对象的气体分区的压力没有超过所述工作压力的正常时，不发生破裂，在处于作为所述电弧的产生对象的气体分区的压力超过所述工作压力的异常时，发生破裂。

附图说明

图1是本发明的第一实施方式的电力用气体绝缘设备的纵剖视图。

图2是第一实施方式的放压装置的放大纵剖视图，表示处于正常时的状态。

图3是第一实施方式的放压装置的放大纵剖视图，表示处于异常时的状态。

图4是表示产生内部电弧时密闭罐内的压力变化的状态的图。

图5是表示最小流路截面积与对象气体分区的最大压力之间的关系的一例的图。

图6是第二实施方式的放压装置的放大纵剖视图，表示处于正常时的状态。

图7是第二实施方式的放压装置的放大纵剖视图，表示处于异常时的状态。

图8是第三实施方式的电力用气体绝缘设备的纵剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明实施方式的电力用气体绝缘设备进行具体说明。此处，对彼此相同或类似的部分采用相同的附图标记，省略重复说明。此处说明的下述所有实施方式中作为电力用气体绝缘设备的一例主要列举气体断路器来进行说明。

［第一实施方式］

图1是表示本发明电力用气体绝缘设备的第一实施方式的纵剖视图。

如图1所示，电力用气体绝缘设备例如具备气体断路器1、放压装置2、高电压导体3、密闭罐12、绝缘隔离片11。此外，在图1中示出密闭罐12内产生电弧14的状态。

气体断路器1为以绝缘气体15为介质的断路器。高电压导体3是被供电的导体，例如为主通电部导体、连接各设备间的导体等。

密闭罐12填充有绝缘气体15。密闭罐12例如为对轧制的金属板材进行焊接而形成的罐。在电力用气体绝缘设备中，高电压导体3与密闭罐12之间或高电压导体3之间的产生电位差部分的绝缘是通过填充的绝缘气体15来进行的。

绝缘隔离片11以能够将密闭罐12划分成多个气体分区的方式配置，并且保持高电压导体3和密闭罐12之间的绝缘的同时支撑高电压导体3。

在图1中，将成为电弧14的产生对象的气体分区作为对象气体分区111，与对象气体分区111相邻的气体分区作为相邻气体分区112。对象气体分区111与相邻气体分区112之间配置有绝缘隔离片11。例如在密闭罐12、气体断路器1等之间产生电弧14。

放压装置2设有将密闭罐12的内侧（对象气体分区111）与外侧（大气17）连通的流路口21（图2所示），通过关闭该流路口21来密封密闭罐12，并通过打开该流路口21使密闭罐12放压。此外，关于流路口21在后文中详述。

图2和图3是放压装置2（2a）的放大纵剖视图。特别地，图2是成为异常时前的正常时的放压装置2a的放大纵剖视图，相同地，图3是处于异常时的放压装置2a的放大纵剖视图。

图2和图3中所示的放压装置2a具有保护盖20、流路口21、破裂板22、固定件23。如图2和图3所示，放压装置2a安装在密闭罐12上。

流路口21以连通密闭罐12的内侧与外侧（大气17）的方式形成。当利用放压装置2（2a）进行放压动作时，流路口21成为向大气17放出绝缘气体15的放出口。

破裂板22以能够关闭将密闭罐12的内侧与外侧相连通的流路口21的方式覆盖。破裂板22被固定件23固定、安装在密闭罐12上。破裂板22与配置在电弧14的对象气体分区111的绝缘隔离片11相比耐压力（容许压力）弱，而且是处于异常时破裂的强度。

此处，所谓正常时是指，成为电弧14的产生对象的对象气体分区111的压力处在小于放压装置2的工作压力的状态的时段。所谓异常时是指，对象气体分区111的压力超过放压装置2的工作压力的状态的时段。另外，所谓图2所示的放压装置2a的工作压力是指，超过破裂板22的耐压力的压力。

正常时，破裂板22将密闭罐12保持密封。若从正常时的状态变成异常时的状态，则破裂板22破裂。由此，绝缘气体15从密闭罐12的内侧经由流路口21向外侧（大气17）放出，密闭罐12的内侧放压至大气压附近。

在上述异常时，如图3所示，放压装置2a的破裂板22破裂，在流路口21产生最小流路截面积SD的流路。绝缘气体15通过该流路，从密闭罐12的内侧向外侧的箭头方向191喷出。向箭头方向191喷出的绝缘气体15通过保护盖20将流动方向变为保护盖20的开放侧即箭头方向192。此外，破裂板22可进行更换，当破裂板22破裂时，在固定件23安装新的破裂板22进行更换。另外，期望的箭头方向192根据设备的设置环境、维修环境等条件决定，在放压装置2中根据这些条件还可以变更保护盖20的安装位置和方向等。

根据第一实施方式，在考虑经济性、安全性的同时，用以下所示（式1）规定的范围来构成放压装置2的工作压力Pop和最小流路截面积SD，由此即使产生内部电弧，也能够将密闭罐12的对象气体分区111的压力抑制在耐压力PD以下。

若将放压装置2的流路口21的最小流路截面积设为SD，则SD就成为由以下所示（式1）范围设置的值。此处，当放压装置2的破裂板22从封闭流路口21的状态成为破裂的状态时，如图3所示，流路口21处的垂直于绝缘气体15流出方向的截面上的最小截面积就是最小流路截面积SD。

另外，将放压装置2开始放压的工作压力设为Pop（Pa）。在第一实施方式中，对密闭罐12（密闭容器）中产生的电弧14（内部电弧），将作为估计值的电弧电流的平均有效值设为Ia（kA）、将作为估计值的电弧的起弧时间设为Ta（ms）、将对象气体分区111的容积设为VT（m³）。另外，将绝缘隔离片11的耐压力设为PD（Pa）、将表示电弧能量贡献于内部压力上升的效率的常数设为α、将规定绝缘气体15的压力上升特性的第一常数设为Kga、将规定绝缘气体15的放压特性的第二常数设为Kgb，并且设成Kc＝Kga×Ia^α／VT。此时，

SD＞VT／Kgb／log（（Kc×Ta－Pop）／（Kc×Ta－PD））…（式1）

在满足（式1）条件式的范围内，确定放压装置2的最小流路截面积SD和工作压力Pop。

此处，对基于（式1）设计的第一实施方式电力用气体绝缘设备的例子进行说明。

图4是表示内部电弧产生时的密闭罐12内的压力变化状态的图。特别地，在图4所示的上段图表中，赋予横轴为时间、纵轴为压力，从而按照绝缘气体15的不同种类表示内部电弧的对象气体分区111的压力特性。另外，在图4所示的下段图表中，赋予横轴为时间、纵轴为电流，表示与上段图表的同一时间相对应的内部电弧的电流特性。以下，使用图4说明当密闭罐12内产生内部电弧时密闭罐12内的压力变化。

例如，在图1所示的第一实施方式电力用气体绝缘设备中，假设绝缘气体15为CO₂气体、N₂气体等，并已产生内部电弧（图1所示的电弧14）。产生内部电弧后，密闭罐12内的压力上升。此时的压力特性为图4所示的波形A，内部电弧的电流特性为波形D。

另外，图4所示的波形B是为了与波形A相比较而表示的，而且是当在图1所示的相同体积的密闭罐12中产生相同能量的内部电弧，并且绝缘气体15为SF₆气体，且不具备放压装置2时的压力特性的一例。

相同地，图4所示的波形C也是为了与波形A相比较而表示的图，而且是当在图1所示的相同体积的密闭罐12中产生相同能量的内部电弧，并且绝缘气体15为CO₂气体、N₂气体等，且不具备放压装置2时的压力特性的一例。这些内部电弧如波形D所示，将电弧持续时间Ta设置相同。此外，设置图4所示的PD表示绝缘隔离片的耐压力、同样使Pop表示放压装置2的工作压力、Ps表示密闭罐12的额定压力（相当于正常时的密封压力）、Pk表示大气压。

在上述的不具备放压装置2的电力用气体绝缘设备中，当绝缘气体15设为SF₆气体时，内部电弧产生后的压力上升特性如图4的波形B所示，上升至不超过耐压力PD的最大压力PmaxB，之后缓慢下降。

在上述的不具备放压装置2的电力用气体绝缘设备中，当绝缘气体15设为CO₂气体、N₂气体等时，如图4的波形C所示，与SF₆气体相比压力上升。即，这些气体与SF₆气体相比，密闭罐12内的压力更加急剧上升至高的压力（最大压力PmaxC）。因此，在上述课题的电力用气体绝缘设备中，产生密闭罐12内的最大压力超过耐压力PD的危险性，有损于设备的环境性、安全性、经济性，如破坏密闭罐12等。

如上所述，压力的上升特性和放压特性根据绝缘气体的种类、设备的结构以及内部电弧的情况大有不同。因此，如果对使用SF₆气体的电力用气体绝缘设备单纯地使用CO₂气体、N₂气体等，产生如上所述的问题。

另一方面，在第一实施方式的电力用气体绝缘设备中，以满足上述（式1）条件的方式适当选定工作压力Pop和最小流路截面积SD的范围，并且能够以不超过耐压力PD的方式抑制密闭罐12异常时的压力上升。即，如图4所示的波形A那样，内部电弧产生后，即使压力从额定压力Ps急剧上升，最大压力PmaxA也不会超过绝缘隔离片的耐压力PD。

由此，在第一实施方式中，即使在绝缘气体15设成N₂、CO₂等的情况下，虽然密闭罐12的对象气体分区111的压力与内部电弧的产生一同急剧上升，但是当超过工作压力Pop时放压装置2开始工作，迅速降低对象气体分区111的压力，并且能够抑制在不超过耐压力PD的最大压力PmaxA。

具体地，在图2和图3所示的放压装置2a中，在对象气体分区111的压力超过工作压力Pop的异常时，破裂板22破裂。由此，密闭罐12的对象气体分区111经由流路口21的最小流路截面积SD与大气17连通。因此，在放压装置2a的放压工作后，虽然如图4的波形D所示那样，对象气体分区111的内部电弧持续时间Ta，但如图4的波形A所示那样对象气体分区111的压力上升的速度被缓和。经过时间Ta后，消除内部电弧，对象气体分区111的压力与时间一同降至大气压Pk附近。这样，即使使用N₂、CO₂等作为绝缘气体15，在第一实施方式的电力用气体绝缘设备中，也能够避免异常时密闭罐12的对象气体分区111的压力超过耐压力PD，确保其安全性。

此处，对于（式1）的依据进行如下说明。关于密闭罐12中产生内部电弧时的压力上升特性、放压装置2的放压特性，只要能够正确地得到所有物理常数和边界条件，就可以在理论上算出，然而实际上要正确掌握所有这些条件是困难的。另外，即使导出理论公式也是非常复杂的函数，因此很难在工程上利用。因此，为求出内部电弧经起弧时间Ta后的、密闭罐12内的对象气体分区111的最大压力Pmax，在理论公式的基础上，建立了含有下述经验系数的经验公式。

当设成Kc＝Kga×Ia^α／VT时，

Pmax＝Pop（Kc×Ta－Pop）×｛1－e^{-(VT/Kgb/SD）}｝ …（式2）

此外，（式2）式中的各变量和单位与（式1）中的相同。以下表示作为（式2）经验公式的有效性。

图5表示放压装置2的最小流路截面积SD与对象气体分区111的最大压力之间的关系的一例。具体地，图5中，纵轴为最大压力Pmax（MPa）、横轴为最小流路截面积SD（m²），并且表示在内部电弧的电流有效值I_a＝50kA的条件下按填充气体种类用（式2）求得Pmax与SD之间的关系的近似值和实测值的一例。此外，图5中，还一并表示了按SF₆气体、CO₂气体、N₂气体的填充气体种类用（式2）求得的曲线和实测值。

（式2）中，关于填充气体种类的不同用Kga和Kgb这两个常数来规定。例如，以N₂气体为主成分时，Kga和Kgb分别为14.2和600。以CO₂气体为主成分时，分别为7.70和400。如图5所示，可知用（式2）求得的值与实测值近似。即，通过（式2）所示的简便公式，即使填充气体的种类不同，也能够容易掌握最大压力Pmax。

根据第一实施方式的电力用气体绝缘设备，在密闭罐12内的最大压力Pmax不超过耐压力PD的范围内，能够适当设定最小流路截面积SD。例如，在图5所示的例中，设填充气体为CO₂气体，并设置成耐压力PD为1.5（MPa）的设计E。如图5所示，在设计E中，需要将最小流路截面积SD大致设在0.0022（m²）以上，若低于该值就成为是安全性不足的设计。

另一方面，对于最小流路截面积SD，如果设成大大超过0.0022（m²）的过剩设计，则会花费与此相伴的用于保持容器密封性的结构上的成本，因此在考虑到安全性和经济性将设成最小流路截面积SD的值就可以。此时，确定用于确保安全性的最小流路截面积SD范围的是（式1），该（式1）是通过在（式2）中使用PD＞Pmax的条件来导出的。

这样，作为填充气体使用CO₂、N₂，或以这些为主成分的绝缘气体15等时，能够使用（式1）适当设定最小流路截面积SD的值，因此即使填充气体的种类不同，也能够如图4所示波形A那样，使最大压力PmaxA不超过耐压力PD。由此，能够容易实现电力用气体绝缘设备的安全性和经济性。

如上所述，能够基于最小流路截面积SD确定放压装置2开始放压的工作压力Pop。或者，能够基于工作压力Pop确定最小流路截面积SD，或者能够调整确定这两个值。由此，当成为电弧产生对象的气体分区（对象气体分区111）的压力超过工作压力Pop时，放压装置2对密闭罐12进行放压。另一方面，当对象气体分区111的压力不超过工作压力Pop时，密封保持密闭罐12。

根据第一实施方式，经由保护盖20，气体向安全的方向喷出，因此能够避免高温、高压的喷出气体对其周围带来危险。另外，还能考虑到对放压时的破裂板22散乱等的安全性。由此，产生内部电弧后，即使在压力上升的异常时，放压装置2也能够安全地将绝缘气体15向大气17放出。

根据第一实施方式，作为绝缘气体15，能够不使用SF₆气体，而是考虑到安全设计使用N₂气体或CO₂气体单体、或者以N₂气体或CO₂气体为主成分的（例如以压力比含有50％以上）气体等。另外，填充在密闭罐12的绝缘气体15可以利用某些处理回收的CO₂气体。此时，在环境保护方面优异。通过使用这些气体，能够提供环境性能优异的电力用气体断路器。

另外，根据第一实施方式的电力用气体绝缘设备，由于采用了N₂气体、CO₂气体等绝缘气体15，因此即使产生内部电弧，也与SF₆气体的情况不同，不产生危险的分解生成物。另外，已考虑到对放压时的喷出气体、破裂板22的散乱等的安全性，因此即使在压力上升的异常时，放压装置2也能够安全地将绝缘气体15向大气17放出。

优选地，密闭罐12为对轧制板材进行焊接加工而成的罐，而不是通过铸造而制得。由此，在密闭罐12中，即使在产生因内部电弧引起的局部加热、密闭罐12内的气压过度上升导致的异常压力的情况下，也能够使罐整体爆炸飞散的风险变低，进一步使安全性提高。

如上说明，根据第一实施方式，能够提供环境性、安全性、经济性优异的电力用气体绝缘设备。

［第二实施方式］

图6和图7是第二实施方式的放压装置2b的放大纵剖视图。特别地，图6是正常时的放压装置2b的放大纵剖视图，相同地，图7是异常时的放大纵剖视图。第二实施方式在以下方面与第一实施方式不同。

在第二实施方式中，未图示的电力用气体绝缘设备的基本结构除了第一实施方式的放压装置2a以外与第一实施方式相同。放压装置2b具有保护盖20、流路口21、阀体24、弹簧25。如图6和图7所示，在放压装置2b中，弹簧25呈对阀体24施力的结构。

阀体24具有用于使流路口21封闭和开口的阀结构，并且可从密闭罐12的内侧或外侧移动。阀体24以关闭流路口21开口的形状形成。此外，在图6和图7中，示出阀体24可从密闭罐12的外侧使流路口21封闭和开口的结构的一例，但是阀体24从密闭罐12的内侧使流路口21封闭和开口的结构也可。

弹簧25为了对阀体24施力，其一端安装在阀体24，另一端固定在支撑构件。例如，如图6和图7所示，将保护盖20兼用为支撑构件也可，也可以是与保护盖20相独立的支撑构件。

详细地，如下文所述，与弹簧25一体构成的阀体24在处于正常时封闭流路口21使密闭罐12密封，在处于异常时使流路口21开口从而对密闭罐12进行放压。

如图6所示，在密闭罐12的对象气体分区111的压力未超过工作压力Pop的正常时，通过对阀体24向关闭流路口21的一侧施力的弹簧25的回弹力，阀体24关闭流路口21。

如图7所示，在密闭罐12的对象气体分区111的压力超过工作压力Pop的异常时，对阀体24施力的弹簧25向打开流路口21的一侧位移，从而在弹簧25的回弹力与该压力平衡的状态下，阀体24打开流路口21。由此，在流路口21的外侧、阀体24与流路口21之间产生空隙211。通过该空隙211，密闭罐12的内侧和外侧连通，绝缘气体15向大气17放出。即，通过放压装置2b对密闭罐12进行放压。

在图7所示的例子中，将流路口21的空隙211的最小流路截面积设为SV（m²）。此外，该最小流路截面积SV设为将上述（式1）的SD置换为SV的公式所规定的值。此处，空隙211的最小流路截面积SV为流路口21的垂直于绝缘气体15的流出方向（图7中箭头方向）的截面的最小截面。绝缘气体15经由该空隙211从密闭罐12的内侧向外侧放出。

为了避免喷出气体向流路口21外侧的特定方向飞散，保护盖20安装在密闭罐12。通过该保护盖20，一部分喷出方向的喷出气体改变其喷出方向。通过在密闭罐12安装保护盖20，来防止喷出气体等向安全上存在问题的位置喷出。

第二实施方式与第一实施方式的放压装置2a的破裂板22相比，可以根据放压装置2b的弹簧25的弹性系数调节工作压力Pop。

另外，采用第一实施方式时，放压动作后密闭罐12内的压力会降低至大气压，但采用第二实施方式时，密闭罐12内的压力保持在与初始填充压力相当的压力。因此，即使在放压动作后也容易确保电气绝缘性。

另一方面，在采用图7所示的第二实施方式的放压装置2b的情况下，进行放压动作时产生的空隙211的最小流路截面积SV，与图3所示的第一实施方式的放压装置2a的最小流路截面积SD相比，难以确保大面积。因此，第二实施方式适合用于电弧电流的平均有效值Ia、电弧的起弧时间Ta、产生电弧的气体分区的罐容积VT等比较小的用途。

根据第二实施方式，当因内部电弧引起的绝缘气体15异常时的压力上升时，若密闭罐12的对象气体分区111的压力超过工作压力Pop，则放压装置2b过渡到放压动作。即，放压装置2b从封闭流路口21的状态过渡到开口的状态。另外，当密闭罐12的对象气体分区111的压力超过工作压力Pop之后低于该压力值时，阀体24从图7所示打开流路口21的状态过渡到图6所示的封闭流路口21的状态。即，放压装置2b能够根据密闭罐12的对象气体分区111的压力，切换使流路口21开口的状态和封闭的状态。

根据第二实施方式，作为绝缘气体15使用CO₂、N₂气体、以这些为主成分的混合气体等时，针对密闭罐12的因内部电弧引起的异常时的压力上升，能够安全地进行放压动作。由此，能够避免以所需程度以上过大的容积设置密闭罐12以及采用过度坚固的结构，因此能够减轻设置空间、制造成本等负担。另外，在第二实施方式中，由于在放压装置2b使用了阀体和弹簧，因此产生异常后无需更换部件，所以能够缩减维修成本等。

如上所述，根据第二实施方式的电力用气体绝缘设备，能够提供环境性、安全性、经济性优异的电力用气体绝缘设备。

［第三实施方式］

图8是第三实施方式的电力用气体绝缘设备的纵剖视图。图8所示的第三实施方式的电力用气体绝缘设备的基本结构与第一和第二实施方式的电力用气体绝缘设备相同，但在以下方面有所不同。

在图8所示的例子中，与对象气体分区111相邻的气体分区为相邻气体分区112，绝缘隔离片11a配置在对象气体分区111与相邻气体分区112之间，其耐压力是弱于密闭罐12的强度，而且是超过放压装置2的工作压力Pop时产生破裂的强度。

绝缘隔离片11b配置在相邻气体分区112和与其相邻的其他气体分区之间，其耐压力是弱于密闭罐12的强度，而且是比绝缘隔离片11a的耐压力强的强度。

进一步，将流路口21的垂直于绝缘气体15的流出方向的截面的最小流路截面积设为SD，将放压装置2开始放压的工作压力设为Pop，对密闭罐12内侧中产生的电弧14，将作为估计值的电弧电流的平均有效值设为Ia、将作为估计值的电弧的起弧时间设为Ta、将对象气体分区111的容积设为VT、将与对象气体分区111相邻的相邻气体分区112的体积设为Vn、将除了配置在对象气体分区111的绝缘隔离片11a以外的绝缘隔离片11b的耐压力设为PD、将表示电弧的能量贡献于压力上升的效率的常数设为α、将规定绝缘气体的压力上升特性的第一常数设为Kga、将规定绝缘气体的放压特性的第二常数设为Kgb，并且设成Kc＝Kga×Ia^α／（VT＋Vn）。

此时，放压装置2的SD和Pop在满足

SD＞（VT＋Vn）／｛Kgb×log（（Kc×Ta－Pop）／（Kc×Ta－PD））｝（式3）的条件式的范围。

由此，配置在密闭罐12的对象气体分区111的绝缘隔离片11a，当对象气体分区111的压力未超过工作压力Pop的正常时不发生破裂，当对象气体分区111的压力超过工作压力Pop的异常时发生破裂。另一方面，绝缘隔离片11b的耐压力为比密闭罐12弱的强度，而且是比绝缘隔离片11a的耐压力强的强度，因此只要不是远远超过工作压力Pop的压力值，即使处于异常时绝缘隔离片11b也不会破裂。

从而，在第三实施方式的电力用气体绝缘设备中，若产生内部电弧，该对象气体分区111的压力成为超过绝缘隔离片11a的耐压力（容许压力）的压力，则该绝缘隔离片11a就会破损。破损后，叠加了该对象气体分区111和相邻气体分区112的气体分区成为新的同一对象气体分区。

在第三实施方式的例子中，例如当产生电弧14的最初的对象气体分区111的容积VT小，难以在（式1）规定的范围内构成时，代替允许绝缘隔离片11a破损，能够有效地增大容积VT至容积（VT＋Vn），来抑制异常时的压力上升。进一步，放压装置2能够进行放压动作，以使压力上升值不超过耐压力PD。由此，虽然向大气放出高温、高压的气体，但由于成为有效的密闭罐12的电弧产生对象的气体分区的容积（VT＋VN）增大，异常时的压力上升被缓和，从而能够降低如破坏密闭罐12那样对周围带来的危险性。

另外，在相邻气体分区112和与其相邻的其他相邻气体分区之间，也可以进一步配置绝缘隔离片11a来代替绝缘隔离片11b。当配置在该区间的绝缘隔离片11a也破损时，对象气体分区111的容积VT和相邻气体分区112的容积VN相加，叠加该相邻的其他气体分区的容积的相加值相当于上述（式1）等的VT。

这样，通过在两个以上的气体分区配置绝缘隔离片11a，能够进一步有效增大相当于上述（式1）的VT的容积。

如上所述，在第三实施方式中，其特征在于，按多个气体分区分别配置绝缘隔离片11a或绝缘隔离片11b，从而设置多个相邻气体分区。由此，即使在无法增大密闭罐12的电弧产生对象的气体分区（最初的对象气体分区111）容积的情况和在结构上无法提高耐压力强度等情况下，也能够有效地增大电弧产生对象的气体分区的容积，因此能够抑制异常时的内部压力的上升。另外，能够尽量抑制绝缘气体15向大气17放出。

如上所述，根据第三实施方式的电力用气体绝缘设备，能够提供环境性、安全性、经济性优异的电力用气体绝缘设备。

此外，在图8中，相邻气体分区112不仅可以是单纯的单相母线，也可以是断路器等气体绝缘开关装置的某些设备。

［其他实施方式］

作为第三实施方式的变形实施方式，如果是即使（式1）的放压装置的最小流路截面积SD在0以下也能够构成的设计，则可以不具备放压装置2。例如，当有不允许向大气放出绝缘气体的制约、限制等时，电力用气体绝缘设备不能具备放压装置2。此时，作为第三实施方式的变形实施方式，可以如第三实施方式所述那样确定绝缘隔离片11a的耐压力并且不具备放压装置2。由此，如上所述，内部电弧产生时能够确保有效的气体分区的容积。

以上，虽然对本发明的几个实施方式进行了说明，但这些实施方式只是作为例子而提出，并不限定发明的范围。例如，除了电力用气体绝缘设备以外，也可适用于使用绝缘气体的相同装置。另外，也可组合各实施方式的特征。进一步，这些实施方式能够以其他各种形式来实施，在不脱离发明主旨的范围内，能够进行各种省略、替换、变更。这些实施方式和其变形所包含的与发明的范围和主旨所包含的相同，是权利要求书中记载的发明和其等同的范围所包含的。

附图标记说明

1…气体断路器，2、2a、2b…放压装置，3…高电压导体，11、11a、11b…绝缘隔离片，12…密闭罐，14…电弧，15…绝缘气体，17…大气，20…保护盖，21…流路口，22…破裂板，23…固定件，24…阀体，25…弹簧，111…对象气体分区，112…相邻气体分区，191、192…箭头方向，211…空隙

Claims

1.一种电力用气体绝缘设备，具备：

被供电的高电压导体；

填充绝缘气体的密闭容器；

绝缘隔离片，将所述密闭容器划分为多个气体分区，并且保持所述高电压导体与所述密闭容器之间的绝缘且支撑所述高电压导体；以及

放压装置，设有向所述密闭容器的内侧和外侧连通的流路口，通过关闭该流路口来密封所述密闭容器，通过打开该流路口来对所述密闭容器进行放压，

所述电力用气体绝缘设备的特征在于，

将所述流路口处的与所述绝缘气体的流出方向垂直的截面上的最小流路截面积设为SD，将所述放压装置开始放压的工作压力设为Pop，对于在所述密闭容器的内侧产生的电弧，将作为估计值的电弧电流的平均有效值设为Ia、将作为估计值的电弧的起弧时间设为Ta、将作为所述电弧的产生对象的气体分区的容积设为VT、将所述绝缘隔离片的耐压力设为PD、将表示所述电弧的能量贡献于压力上升的效率的常数设为α、将规定所述绝缘气体的压力上升特性的第一常数设为Kga、将规定所述绝缘气体的放压特性的第二常数设为Kgb，而且设成Kc＝Kga×Ia^α／VT时，在满足

SD＞VT／｛Kgb×log（（Kc×Ta－Pop）／（Kc×Ta－PD））｝

的条件式的范围内，

在处于作为所述电弧的产生对象的气体分区的压力没有超过所述工作压力的正常时，所述放压装置密封保持所述密闭容器，在处于作为所述电弧的产生对象的气体分区的压力超过所述工作压力的异常时，所述放压装置对所述密闭容器进行放压。

2.根据权利要求1所述的电力用气体绝缘设备，其特征在于，

所述放压装置具有以关闭所述密闭容器的所述流路口的方式覆盖所述流路口的破裂板，

所述破裂板是比在作为所述电弧的产生对象的气体分区所配置的所述绝缘隔离片的耐压力弱且在所述异常时破裂的强度。

3.根据权利要求1所述的电力用气体绝缘设备，其特征在于，

所述放压装置具有关闭所述流路口的阀体、以及向关闭所述流路口的一侧对所述阀体施力的弹性体，

在所述正常时，通过所述弹性体的作用力，所述阀体封闭所述流路口，在所述异常时，所述弹性体收缩，所述阀体移动至打开所述流路口的位置。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的电力用气体绝缘设备，其特征在于，

所述放压装置具有设置在所述密闭容器的外侧的保护盖，用于改变所述密闭容器放压时的所述绝缘气体的喷出方向。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的电力用气体绝缘设备，其特征在于，

在用于划分为所述多个气体分区的绝缘隔离片中，至少在所述密闭容器的内侧作为电弧的产生对象的气体分区所配置的绝缘隔离片的耐压力比所述密闭容器的耐压力弱，而且将在所述密闭容器的内侧作为电弧的产生对象的气体分区所配置的绝缘隔离片的与所述绝缘气体的流出方向垂直的截面上的最小流路截面积设为SDb，将在作为所述电弧的产生对象的气体分区所配置的绝缘隔离片以外的绝缘隔离片的耐压力设为PDb，将与作为所述电弧的产生对象的气体分区相邻的气体分区的体积设为Vn，而且设成Kcb＝Kga×Ia^α／（VT＋Vn）时，在满足

SDb＞（VT＋Vn）／｛Kgb×log（（Kcb×Ta－Pop）／（Kcb×Ta－PDb））｝

的条件式的范围内，

在处于作为所述电弧的产生对象的气体分区的压力没有超过所述工作压力的正常时，绝缘隔离片不发生破裂，在处于作为所述电弧的产生对象的气体分区的压力超过所述工作压力的异常时，绝缘隔离片发生破裂。

6.一种电力用气体绝缘设备，具备：

被供电的高电压导体；

填充绝缘气体的密闭容器；

所述电力用气体绝缘设备的特征在于，

在用于划分为所述多个气体分区的绝缘隔离片中，至少在所述密闭容器的内侧作为电弧的产生对象的气体分区所配置的绝缘隔离片的耐压力比所述密闭容器的耐压力弱，而且将所述流路口处的与所述绝缘气体的流出方向垂直的截面上的最小流路截面积设为SD，将所述放压装置开始放压的工作压力设为Pop，对于在所述密闭容器的内侧产生的电弧，将作为估计值的电弧电流的平均有效值设为Ia、将作为估计值的电弧的起弧时间设为Ta、将作为所述电弧的产生对象的气体分区的容积设为VT、将与作为所述电弧的产生对象的气体分区相邻的气体分区的体积设为Vn、将在作为所述电弧的产生对象的气体分区所配置的绝缘隔离片以外的绝缘隔离片的耐压力设为PD、将表示所述电弧的能量贡献于压力上升的效率的常数设为α、将规定所述绝缘气体的压力上升特性的第一常数设为Kga、将规定所述绝缘气体的放压特性的第二常数设为Kgb，而且设成Kc＝Kga×Ia^α／（VT＋Vn）时，在满足

SD＞（VT＋Vn）／｛Kgb×log（（Kc×Ta－Pop）／（Kc×Ta－PD））｝

的条件式的范围内，

7.根据权利要求1至6中任一项所述的电力用气体绝缘设备，其特征在于，

所述绝缘气体为N₂气体、CO₂气体、含有N₂气体作为主成分的混合气体、含有CO₂气体作为主成分的混合气体中的任意气体。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的电力用气体绝缘设备，其特征在于，

所述密闭容器是对轧制而成的板材进行焊接而形成的罐。