JP2000069636A - ガス絶縁機器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 絶縁ガスの高圧化に伴う金属容器の機械的強
度向上を図ると共に経済的にも優れたガス絶縁機器を提
供する。 【解決手段】 金属容器が径の異なる３本の同軸状のタ
ンク１，２，３から構成されている。各タンク１，２，
３は小径のタンク１から大径のタンク３までほぼ同心円
上に配置されており、タンク１とタンク２とは絶縁物５
ａ，５ｂ，５ｃにより支持され、タンク２とタンク３と
は絶縁物６ａ，６ｂ，６ｃより支持されている。タンク
１とタンク２間には絶縁ガス７が封入され、タンク２と
タンク３間には絶縁ガス８が封入されている。このと
き、タンク１，２，３間のガス圧は外側から内側にいく
に従って高くなり、且つ各タンク１，２，３間に封入さ
れる絶縁ガス７，８の差圧はほぼ一定に設定されてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は変電所や受配電設備
などに設置されるガス絶縁機器に係り、特に、経済性を
重視しつつ機械的強度を高めるよう金属容器の構成に改
良を加えたガス絶縁機器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、絶縁媒体と
してＳＦ６ガス（六弗化硫黄ガス）を使用したガス絶縁
機器が広く実用化されている。ガス絶縁機器とは、密閉
した金属容器内にＳＦ６ガスを封入し、この中に遮断
器、断路器、接地装置、避雷器、各種計測用機器を組み
込んだものであり、コンパクト化に優れているため、高
い需要を得ている。

【０００３】ところで近年、地球規模で環境保護への意
識が高まっており、オゾン層破壊や地球温暖化といった
地球環境問題への対応として種々の化学物質の影響の有
無がチェックされるようになってきた。前記のＳＦ６ガ
スについては、化学的に極めて安定しており、かつ塩素
を含まないので、オゾン層破壊に寄与することはない。
しかしながら、温暖化への影響度合いを示す指数である
地球温暖化係数ＧＷＰ(Global Warming Potential)に関
しては二酸化炭素の２万倍以上と大きい。そのため、地
球温暖化への寄与が心配されている。

【０００４】そこで最近では、ＳＦ６ガス使用量の少な
くした機器、あるいはＳＦ６代替ガスを使用したガス絶
縁機器への関心が高まっている。具体的にはＳＦ６ガス
に窒素や空気、二酸化炭素、ＣＦ４などの希釈ガスを混
合させることにより、ＳＦ６ガスの使用量を低減した混
合ガス絶縁機器の研究が実施されている。また、高気圧
窒素や高気圧空気を使用してＳＦ６ガスを全く使わずに
絶縁耐力を高めようとする研究もなされている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これま
での研究成果によれば、現時点においてＳＦ６ガスの絶
縁性能を上回る絶縁媒体は見出されていない。そこで、
絶縁耐力の低い絶縁ガスを使用しても高い絶縁性能を得
るべく、絶縁ガスのガス圧を上げることが行われてい
る。ところが、絶縁ガスを高ガス圧化すると、金属容器
の機械的な強度を高めなくてはならない。この結果、生
産コストの増大を招くことになり、経済的に不利であっ
た。また、ＳＦ６ガス単独以外のガスをガス絶縁機器に
使用した場合、冷却性能についても低下することが判明
している。すなわち、現在使用されているＳＦ６ガスを
用いることなくガス絶縁機器を製作しようとすると、
高ガス圧化による金属容器の機械的強度の確保とそれに
伴うコストの増大、冷却性能の向上といった問題点が
生じていた。

【０００６】本発明は、これらの問題点を解決するため
になされたものであり、その主たる目的は、絶縁ガスの
高圧化に伴う金属容器の機械的強度向上を図ると共に経
済的にも優れたガス絶縁機器を提供することにある。ま
た、本発明の他の目的は、放熱対策を施すことにより冷
却性能を高めたガス絶縁機器を提供することにある。

【０００７】

【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、請求項１の発明は、密閉された金属容器内に絶縁
ガスを封入したガス絶縁機器において、前記金属容器を
少なくとも３本以上の径の異なる同軸状のタンクから構
成し、各タンクをほぼ同心円上に配置すると共に、タン
ク間を絶縁物により支持したことを特徴とする。

【０００８】このような請求項１の発明によれば、各タ
ンク間は絶縁物により支持されるので、電圧の異なる高
電圧を各タンク毎に分担させることが可能となる。その
ため、絶縁耐力の低いガスを使用する場合でも、各タン
ク間ごとに絶縁設計を行うことができる。したがって、
絶縁ガスのガス圧を高めるに際して絶縁ガスの絶縁性能
に見合った最適なタンク強度を獲得することができ、経
済的である。

【０００９】請求項２の発明は、請求項１記載のガス絶
縁機器においてタンクのガス圧を外側から内側にいくに
従って高く設定したことを特徴としており、金属容器は
両側のタンクの差圧分の圧力設計となり、コストの低減
が可能となる。

【００１０】請求項３の発明は、請求項１または２記載
のガス絶縁機器において前記各タンクに封入される絶縁
ガスの差圧がほぼ一定に設定されたことを特徴としてお
り、ほぼ同一定格のガス圧力設計とすることができるた
め、経済的に優れている。

【００１１】請求項４の発明は、請求項１、２または１
３記載のガス絶縁機器において絶縁ガスがＳＦ６ガスに
他の気体、例えば窒素や空気、二酸化炭素、ＣＦ４など
２種類以上のガスを混合した混合ガスであることを特徴
とし、ＳＦ６ガスの使用量を低減させた環境対応型のガ
ス絶縁機器を構成することができる。

【００１２】請求項５の発明は、請求項１、２、３また
は４記載のガス絶縁機器においてタンク内に冷媒を循環
させる冷媒循環手段を設けたことを特徴とするもので、
絶縁ガス自体の冷却性能が低い場合でも、優れた冷却性
能を確保することができる。

【００１３】請求項６の発明は、請求項１、２、３、４
または５記載のガス絶縁機器においてタンクに冷却フィ
ンを取付けたことを特徴としており、冷却性能を高める
ことが可能である。

【００１４】請求項７の発明は、請求項１、２、３、
４、５または６記載のガス絶縁機器においてタンクを四
層構造としたことを特徴としており、それぞれのタンク
を導体として使用することにより三相機器を構成するこ
とができる。

【００１５】請求項８の発明は、請求項１、２、３、
４、５、６または７記載のガス絶縁機器において絶縁物
がガス区分用の絶縁スペーサからなる点を特徴としてお
り、これによりタンク相互間のガス区分を行うことがで
きる。

【００１６】請求項９の発明は、請求項１、２、３、
４、５、６、７または８記載のガス絶縁機器において絶
縁物の端部にブッシングを取付けたことを特徴とし、ブ
ッシングを介して外部の機器との電気的接続を可能とす
るものである。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の一例
について、図面を参照して具体的に説明する。なお、各
実施の形態において、共通の部材に関しては同一の符号
を付す。

【００１８】（１）第１の実施の形態 ［構成］第１の実施の形態は請求項１、２、３及び４に
含むもので、図１は第１の実施の形態の側面断面図、図
２は同じく正面断面図である。第１の実施の形態では金
属容器が径の異なる３本の同軸状のタンク１，２，３か
ら構成されている。各タンク１，２，３は小径のタンク
１から大径のタンク３までほぼ同心円上に配置されてお
り、タンク１とタンク２とは絶縁物５ａ，５ｂ，５ｃに
より支持され、タンク２とタンク３とは絶縁物６ａ，６
ｂ，６ｃより支持されている。

【００１９】さらに、タンク１とタンク２間には絶縁ガ
ス７が封入され、タンク２とタンク３間には絶縁ガス８
が封入されている。このとき、タンク１，２，３間のガ
ス圧は外側から内側にいくに従って高くなり、且つ各タ
ンク１，２，３間に封入される絶縁ガス７，８の差圧は
ほぼ一定に設定されている。なお、絶縁ガス７，８はＳ
Ｆ６ガスを含む２種類以上のガスを混合した混合ガスか
ら構成されている。

【００２０】［作用効果］このような構成を有する第１
の実施の形態では、例えばタンク１に交流の高電圧を印
加し、タンク３を接地することにより、送電線路として
使用することができる。すなわち、タンク１，２，３間
は絶縁物５ａ，５ｂ，５ｃ及び６ａ，６ｂ，６ｃにより
支持されるので、電圧の異なる高電圧をタンクごとに分
担させることができる。そのため、絶縁耐力の低いガス
を絶縁ガスに用いる場合でも、各タンク１，２，３間ご
とに精密に絶縁設計を行うことができる。

【００２１】したがって、絶縁ガス７，８の絶縁耐力を
高めるためにこれらのガス圧を高める場合でも、むやみ
にタンク１，２，３の強度を増大させるといったことが
なく、絶縁ガス７，８の絶縁性能に見合った最適なタン
ク強度を獲得することができる。これにより、経済的に
ガス絶縁機器を実現することができる。

【００２２】また、第１の実施の形態においては、タン
ク１，２，３のガス圧を外側から内側にいくに従って高
く設定したため、絶縁ガス８の圧力が絶縁ガス７のガス
圧よりも高くなる。したがって、絶縁ガス７の絶縁耐力
を高めることが可能であり、特に、電界が高くなるタン
ク１の表面からの放電を防止でき、ガス絶縁機器を小形
化することが可能となる。また、タンク１の圧力設計に
おいては、タンク２とタンク１との差圧分のみを考慮す
ればよく、経済的なタンク設計が可能となる。さらに、
絶縁ガス７と絶縁ガス８の差圧がほぼ一定であるため、
同一定格の圧力設計基準でガス絶縁機器を設計すること
が可能である。また、ほぼ同一強度の材料を使用するこ
とができるため、製作費用の低減でき、経済的に有利で
ある。

【００２３】（２）第２の実施の形態 ［構成］第２の実施の形態は請求項５に対応するもの
で、図３は第２の実施の形態の構成図を示している。第
２の実施の形態では冷媒配管３３及びポンプ３１が設置
されており、ガス絶縁機器の金属容器３０内に冷媒を循
環させるようになっている。冷媒としてはパーフルオロ
カーボン(perfluorocarbon C8F16O)) または代替フロン
が採用されている。また、冷媒配管３３には異物あるい
は分解生成物を除去するフィルタ３２が挿入されてい
る。

【００２４】［作用効果］このような構成を有する第２
の実施の形態によれば、ポンプ３１により冷媒配管３３
を通してパーフルオロカーボン(perfluorocarbon C8F16
O)) または代替フロンを金属容器３０内に流すことによ
り、冷却性能及び絶縁性能を向上させることができる。
したがって、混合ガスの採用などにより絶縁ガス自体の
冷却性能及び絶縁性能が低下する場合でも、これを補う
ことができる。また、フィルタ３２により冷媒中に含ま
れる異物あるいは分解生成物を除去するので、ガス絶縁
機器の絶縁信頼性をいっそう向上させることができる。
なお、冷媒を循環させる場合には、ガス絶縁機器におい
て用いられる縦形配置あるいは傾斜のある場合、冷却媒
体を位置の高い方から低い方に流すことにより効率よく
ガス絶縁機器を冷却できる。

【００２５】（３）第３の実施の形態 ［構成］第３の実施の形態は請求項６に対応するもので
あり、図４の第３の実施の形態の斜視図、図５は図４中
のＢ部詳細図である。第２の実施の形態は金属容器４０
の周囲に半割フィン４１が着脱自在に取付けらたことを
構成上の特徴とする。

【００２６】［作用効果］このような第３の実施の形態
によれば、半割フィン４１を取付けたことによりら金属
容器４０の表面積を増加させることができる。そのた
め、金属容器４０の放熱効果が高まり、金属容器４０を
冷却することが可能である。したがって、混合ガスの採
用などにより絶縁ガス自体の冷却性能が低下しても、こ
れを補うことが可能である。しかも、第３の実施の形態
では、元々あるガス絶縁機器を改造することなく、単に
半割フィン４１を取付けることだけでこのような効果を
得ることができる。

【００２７】（４）第４の実施の形態 ［構成］第４の実施の形態も請求項６に対応しており、
上記第３の実施の形態が金属容器の外側にフィンを取付
けたのに対して、第４の実施の形態では金属容器の内側
にフィンを取付けたことを特徴としている。すなわち、
図６及び図７に示すように、金属容器５０内には内部タ
ンク５２が収納されており、内部タンク５２内面には冷
却フィン５１が取付けられている。また、内部タンク５
２にはスリット５３が設けられている。

【００２８】［作用効果］このような構成を有する第４
の実施の形態においては、冷却フィン５１により内部タ
ンク５２の表面積を増加すると共に、スリット５３を形
成したのでガスの循環を良くすることができ、金属容器
５０の温度を低減できる。そのため、上記第７の実施の
形態と同様、混合ガスの採用などにより絶縁ガス自体の
冷却性能が低下しても、これを補うことが可能である。

【００２９】（５）他の実施の形態 なお、本発明は以上の実施の形態に限定されるものでは
なく、金属容器を構成するタンク数は適宜選択可能であ
り、例えば、図８に示す実施の形態は、径の異なる４本
の同軸状のタンク２０，２１，２２，２３から構成され
ている。このような４層構造となるタンク２０，２１，
２２，２３の相互間には絶縁物２４，２５，２６に配置
され、これにより支持固定され絶縁がなされている。ま
た、タンク２０とタンク２１の間には絶縁ガス２７が、
タンク２１とタンク２２の間には絶縁ガス２８が、そし
てタンク２２とタンク２３の間には絶縁ガス２９が封入
されている。

【００３０】この実施の形態は請求項７に対応するもの
で、タンク２０，２１，２２，２３を導体として各タン
クに三相交流を印加し、最外部のタンク２３を接地する
ことにより三相機器を構成することができる。また、こ
の実施の形態において、絶縁ガス２７，２８，２９のガ
ス圧を請求項３あるいは請求項４に述べてきたようにガ
ス圧を変化させることにより、タンク２０，２１，２
２，２３の機械的強度をむやみに上げることなく、必要
な絶縁性能を確保しつつ、経済的なガス圧力設計が可能
である。

【００３１】絶縁物の形状や配置も適宜変更可能であ
り、具体的にはタンク１，２及びタンク３間に配置され
るコーン形状の絶縁スペーサ９，１０（図９参照）や三
脚スペーサ１５，１６（図１０参照）でも良い。これら
の実施の形態は請求項８に対応しており、タンク１，
２，３内をガス区分することが可能となる。しかも、図
９の実施の形態では、三脚スペーサ１５，１６の働きに
より、通電に伴って発生する機械的応力を三方向に分散
するので機械的強度が向上するといった作用効果があ
る。さらに、絶縁物の形状としては絶縁材料の削減を図
るべく円柱状として良く、その配置に関しても円柱状絶
縁物の中心軸を互いにずらして螺旋上の位置に配置すれ
ばコンパクト化に有効であると同時に、機械的応力を軸
方向ならびに周方向に緩和することが可能となる。

【００３２】また、請求項９に対応する実施の形態とし
て、図１１に示すようにタンク１とタンク２の終端部が
絶縁筒１１により絶縁支持され、タンク２とタンク３の
終端部が絶縁筒１２により絶縁支持されると共に、絶縁
筒１１，１２内にブッシング１３が取付けられたものが
ある。この実施の形態では、絶縁筒１１ならびに絶縁筒
１２の内部を貫通する高圧導体１４からブッシング１３
を介してタンク１の電位を外部に引出すことができる。
なお、タンク２端部には電界緩和用のシールド電極１８
を取付けることにより、タンク２の角部分や絶縁筒１２
とタンク２との接続面の電界を緩和して、絶縁破壊特性
の改善を図ることができる。

【００３３】さらに、絶縁ガスとしては窒素や空気、二
酸化炭素、ＣＦ４など２種類以上のガスを混合した混合
ガスを適宜選択して使用することができる。

【００３４】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、絶
縁性能を向上させるためにガス圧を上げる場合であって
も、径の異なる複数本の同軸状のタンクから金属容器を
構成することにより、各タンク間ごとに絶縁設計を行っ
てむやみにタンクの強度を向上させることなく、経済的
なガス絶縁機器を提供できる。また、冷媒の使用あるい
は冷却フィンの適用により冷却性能を改善したガス絶縁
機器を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の側面断面図

【図２】第１の実施の形態の正面断面図

【図３】本発明の第２の実施の形態の構成図

【図４】本発明の第３の実施の形態の斜視図

【図５】図４中のＢ部詳細図

【図６】本発明の第４の実施の形態の斜視図

【図７】図７中のＡ部詳細図

【図８】本発明の他の実施の形態の正面断面図

【図９】本発明の他の実施の形態の側面断面図

【図１０】本発明の他の実施の形態の正面断面図

【図１１】本発明の他の実施の形態の端部側面図

【符号の説明】

１，２，３，２０，２１，２２，２３…タンク ５ａ，５ｂ，５ｃ，６ａ，６ｂ，６ｃ，２４，２５，２
６…絶縁物 ７，８，２７，２８，２９…絶縁ガス ９，１０…絶縁スペーサ １１，１２…絶縁筒 １５，１６…三脚スペーサ １８…シールド電極 ３０，４０，５０…金属容器 ３１…ポンプ ３２…フィルタ ３３…冷媒配管 ４１…半割フィン ５１…冷却フィン ５２…内部タンク ５３…スリット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金子 英治 神奈川県川崎市川崎区浮島町２番１号 株 式会社東芝浜川崎工場内 Ｆターム(参考） 5G017 BB10 BB20 DD01 HH01 HH05

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 密閉された金属容器内に絶縁ガスが封入
   されたガス絶縁機器において、 前記金属容器が少なくとも３本以上の径の異なる同軸状
   のタンクから構成され、 各タンクはほぼ同心円上に配置され、 これら相互のタンク間を支持するための絶縁物が配置さ
   れたことを特徴とするガス絶縁機器。
2. 【請求項２】 前記タンクのガス圧が外側から内側にい
   くに従って高く設定されたことを特徴とする請求項１記
   載のガス絶縁機器。
3. 【請求項３】 前記各タンクに封入される絶縁ガスの差
   圧がほぼ一定に設定されたことを特徴とする請求項１ま
   たは２記載のガス絶縁機器。
4. 【請求項４】 前記絶縁ガスがＳＦ６ガスを含む２種類
   以上のガスを混合した混合ガスから構成されたことを特
   徴とする請求項１、２または３記載のガス絶縁機器。
5. 【請求項５】 前記金属容器内に冷媒を循環させる冷媒
   循環手段が設けられたことを特徴とする請求項１、２、
   ３または４記載のガス絶縁機器。
6. 【請求項６】 前記タンクに冷却フィンが取付けられた
   ことを特徴とする請求項１、２、３、４または５記載の
   ガス絶縁機器。
7. 【請求項７】 前記金属容器が径の異なる４本の同軸状
   のタンクから構成されたことを特徴とする請求項１、
   ２、３、４、５または６記載のガス絶縁機器。
8. 【請求項８】 前記絶縁物がガス区分用の絶縁スペーサ
   から構成されたことを特徴とする請求項１、２、３、
   ４、５または６記載のガス絶縁機器。
9. 【請求項９】 前記絶縁物の端部にブッシングが取付け
   られたことを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６
   または７記載のガス絶縁機器。