JP2000253548A - ガス絶縁母線とその試験方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】機器縮小化が可能な金属異物捕獲機能を持った
直流ガス絶縁母線を提供すること。 【解決手段】金属容器内に高電圧導体と絶縁ガスを封入
した直流ガス絶縁母線において、高電圧導体周上に、外
部より取り付け・取り外し可能なシールドを取り付けて
高電圧導体周上の一部に傾斜部を設けているので、金属
容器内に混入した金属異物は高電圧導体の高電界部であ
る傾斜部角部に集まる。これにより金属異物の動きを抑
制することができ、コンパクト化が可能なガス絶縁母線
を容易かつ安価に提供することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属容器内に存在
する金属異物を容易に捕捉できるようにしたガス絶縁母
線とその試験方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の直流ガス絶縁母線は、図６に示す
ように、接地された金属容器１内に高電圧導体２が絶縁
スペーサ３により支持配置された構成をしている。具体
的には、絶縁スペーサ３の高電圧端に取り付けられた高
電圧電極４が高電圧導体２内に挿入され、バネ機構５に
より圧縮されるように構成されている。また、この金属
容器１内には絶縁性能の優れたガス、たとえばＳＦ₆ ガ
スが圧縮充填されており、このガスシールのために絶縁
スペーサ３には、図示しないシール用のゴムリングが設
けられている。

【０００３】ところで、上記構成の直流ガス絶縁母線で
は、金属容器１内に万一金属異物が存在すると、運転中
に高電圧導体２に課電されている直流電圧による静電気
力で金属異物が動き回る現象が起こる。例えば、図９に
示すように、線状の金属異物８が金属容器１内面に存在
している状態で、高電圧導体２に負極性直流電圧が課電
されると、金属容器１内の金属異物８は、下記(1) 式で
示す静電浮上力ＦＬによって“Ａ”状態から起立する。 ＦＬ＝Ｑ・Ｅ［Ｎｅｗｔｏｎ］……(1)

【０００４】ここで、Ｑ＝２π・ε・ｒ・ｌ・Ｅ（クロ
ーン）であり、Ｑは金属異物８が受ける電荷量、Ｅは金
属異物８が存在する場所の電界強度（Ｖ／ｍ）、εは真
空中の誘電率（８．８５５Ｘ１０^-12 ）、ｒは金属異物
８の半径（ｍ）、ｌは金属異物８の長さ（ｍ）である。

【０００５】このように金属異物８が一旦起立すると、
金属異物８が受ける電荷量Ｑは、下記(2) 式に示すよう
に金属異物８の長さの２乗に比例するため、より大きく
なる。しかも、金属異物８が浮上すればするほど電界強
度Ｅが高くなるため、静電浮上力ＦＬは益々大きくな
る。交流電圧の場合は電界の方向が変動し、落下方向の
静電力も働くため金属異物８が浮上、落下の往復運動を
行うが、直流電圧の場合、金属異物８が一旦起立する
と、金属異物は“Ｂ”から“Ｃ”の状態となって必ず高
電圧導体２に到達してしまう。 Ｑ＝π・ε₀ ・ｌ² ・Ｅ／ｌｎ（２１／ａ）−１……(2)

【０００６】このようにして高電圧導体２に達した金属
異物８は、そのまま高電圧導体２の表面を周方向や軸方
向に動き廻り“Ｃ”の状態を保ち、高電圧導体２から離
れようとしない、いわゆる“Ｆｉｒｅ−ｆｌｙ”といわ
れる負極性直流電圧特有の現象を生じる。この“Ｆｉｒ
ｅ−ｆｌｙ”状態の金属異物８の挙動は電界強度の影響
が大きく、高電圧導体２の高電界部に金属異物８が引き
寄せられ、高電界部周辺で“Ｆｉｒｅ−ｆｌｙ”が生じ
やすい。このような状態の時に、高電圧のサージが高電
圧導体２に印加されると、ガス絶縁母線の絶縁特性を著
しく低下させる恐れがある。

【０００７】このような金属容器内の金属異物対策とし
て、種々の金属異物トラップ母線を設け、高電圧導体に
高電界部を設け強制的に金属異物を捕獲する方法や、金
属容器の内面に絶縁材料を塗布して絶縁被膜を形成し、
金属容器タンク底面に存在する金属異物の挙動を抑制す
る方法が知られている。図７は、金属容器１の内面に固
有抵抗の高い絶縁材料の絶縁被膜９を施した直流ガス絶
縁母線を示したものである。図８は高電圧導体２の円周
方向に溝部１０の金属異物トラップを設けた直流ガス絶
縁母線を示したものである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図７に
示すような直流ガス絶縁母線では、金属容器１の内面に
絶縁被膜９を形成することにより、金属異物の起立・浮
上開始電圧（電界強度）は高められるが、金属容器１に
機械的振動が加わると金属異物はその衝撃力で微妙な動
きをし、その反動で起立・浮上する恐れがある。このよ
うな状態になると、絶縁被膜９の金属異物に対する抑制
効果が全く損なわれ、直流ガス絶縁母線の絶縁耐力の低
下をきたすといった問題があった。

【０００９】また、図８に示すような直流ガス絶縁母線
では、金属異物が直流運転電圧の静電気力で起立・浮上
し、高電圧導体に達して動き廻っていく過程で電界強度
の高い溝部１０の角部近傍に集中し、溝部１０内に捕
獲、あるいは電圧の低下、停止の結果、静電気エネルギ
ーを失い自重で図示しないマンホールに落下、捕獲され
る。しかし、図８に示す直流ガス絶縁母線では、高電圧
導体に溝部１０を形成しているため、溝部１０の角部の
表面電界が、他の円筒部の高電圧導体に対して必然的に
高くなる。これは、絶縁的に裕度がある場合は良いが、
機器縮小化の為に金属容器径を小さくしようとした場
合、溝部１０の角部の電界が絶縁的に厳しくなり、構成
ができないという問題がある。また、長尺である高電圧
導体２に溝部１０を設けるための加工・溶接を行うこと
は困難であり、高いコストを要するという問題がある。

【００１０】また、一般的に交流ガス絶縁母線の場合、
金属容器内の金属異物の存在の有無を外部から診断する
場合、金属異物が挙動する際、金属異物と衝突する音を
金属容器に取り付けた高感度マイクから測定することに
より判別していたが、直流ガス絶縁母線構造では、金属
異物は直ちに高電圧導体に達するため、金属異物が金属
容器と衝突する音を測定することができず、この方式で
金属異物の有無を診断することは困難である。

【００１１】本発明（請求項１及び請求項２対応）は、
上記問題を解決するためになされたもので、その目的
は、機器縮小化が可能な金属異物捕獲機能を持った直流
ガス絶縁母線を提供することである。

【００１２】本発明（請求項３対応）の他の目的は、金
属容器内に混入された金属異物の有無を外部から診断で
きる直流ガス絶縁母線の試験方法を提供することにあ
る。本発明（請求項４対応）のさらに他の目的は、機器
縮小化が可能な金属異物捕獲機能を持った交流ガス絶縁
母線を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の請求項１は、金属容器内に高電圧導体を絶
縁スペーサにより支持するとともに前記金属容器内に絶
縁ガスを封入した直流ガス絶縁母線において、前記高電
圧導体周上に、外部より取り付け・取り外し可能なシー
ルドを取り付けて当該高電圧導体周上の一部に傾斜部を
設けたことを特徴とする。

【００１４】請求項１によれば、金属容器内に高電圧導
体を絶縁スペーサにより支持配置するとともに前記金属
容器内に絶縁ガスを封入したガス絶縁母線において、高
電圧導体周上に外部より取り付け、取り外しが可能なシ
ールドを取り付けることにより、高電圧導体の一部に容
易に傾斜部を設けることができる。金属容器内に混入し
た金属異物が静電気力で起立・浮上し、高電圧導体に達
して高電圧導体近傍を動き廻る“Ｆｉｒｅ−ｆｌｙ”状
態となった場合、金属異物は高電圧導体の高電界部であ
る傾斜部角部に集まり始める。これにより金属容器内に
散逸されてしまった金属異物を特定箇所に集めることが
可能になる。また、シールドは取り付け、取り外しが可
能であるため、高電圧導体の任意の場所に取り付け可能
である。

【００１５】また、直流ガス絶縁母線の運転前に、シー
ルドを高電圧導体に取り付け、直流電圧を印加して金属
容器内の異物を集め、捕獲した後に、このシールドを取
り外せば、運転中の高電圧導体の表面電界は、シールド
が無い時と同じになり、電界が抑えられる。これは、直
流ガス絶縁母線の機器サイズを縮小しようとする際、高
電圧導体の表面電界が高くなり、常時、高電圧導体に傾
斜部や角部の高電界部を設けることが不可能な場合に非
常に有効である。

【００１６】本発明の請求項２は、請求項１記載の直流
ガス絶縁母線において、前記シールドの取り付け・取り
外しおよび金属異物を捕獲するためのマンホールを金属
容器に設けたことを特徴とする。

【００１７】請求項２によれば、直流ガス絶縁母線の金
属容器内に設けるシールドの取り付け・取り外しおよび
金属異物を捕獲するためのマンホールを設けることによ
り、金属容器外部からシールドの取り付け・取り外しが
可能となる。また、金属異物が高電界部であるシールド
の傾斜角部近辺に集まった時に、高電圧導体に印加され
る直流電圧を低下、もしくは停止させると、静電的なエ
ネルギーを失い、自重により金属異物はシールド下に配
置されたマンホールに落下、捕獲される。マンホール部
の電界強度は微弱であるため捕獲された金属異物はマン
ホール外に移動する力を失い、絶縁的に無害化される。

【００１８】本発明の請求項３は、金属容器内に高電圧
導体を絶縁スペーサにより支持するとともに前記金属容
器内に絶縁ガスを封入したガス絶縁母線の試験方法にお
いて、前記ガス絶縁母線内部に存在する金属異物が前記
高電圧導体との間で微少放電を起こした時の電気信号
を、前記絶縁スペーサ内部に設けられた電極を通して検
出することで、金属異物の有無を判別することを特徴と
する。

【００１９】請求項３によれば、ガス絶縁母線内部に混
入された金属異物が高電圧導体との間で微少放電を起こ
した時の電気信号を絶縁スペーサ内部に配置された電極
から観測することにより金属異物の有無を容易に判別す
ることができる。

【００２０】本発明の請求項４は、金属容器内に高電圧
導体を絶縁スペーサにより支持するとともに前記金属容
器内に絶縁ガスを封入した交流ガス絶縁母線において、
前記金属容器内に混入した金属異物を検出・除去するた
めに直流電圧を印加し、かつ前記高電圧導体周上に、外
部より取り付け・取り外しが可能なシールドおよび前記
シールドの取り付け・取り外しおよび金属異物を捕獲す
るためのマンホールを前記金属容器に設けたことを特徴
とする。

【００２１】請求項４によれば、交流ガス絶縁母線にお
いて、金属容器内に混入した金属異物を検出、除去する
ために直流電圧を印加し、かつシールドおよびマンホー
ルを配置することにより、交流ガス絶縁母線においても
容易に、かつ効果的に金属容器内に混入した金属異物を
捕獲し、無害化することができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図を
参照して説明する。図１は本発明の第１実施例（請求項
１対応）の直流ガス絶縁母線の断面図である。

【００２３】図に示すように、本実施例では、金属容器
１の両端に絶縁スペーサ３が配設されている。この絶縁
スペーサ３の高電圧端に取り付けられた高電圧電極４が
高電圧導体２内に挿入され、バネ機構５により圧縮され
るように構成されている。これら絶縁スペーサ３は、高
電圧導体２を金属容器１の中央でその軸方向に沿って支
持配置しており、この高電圧導体２には傾斜面を持った
シールド２０ａ，２０ｂが取り付けられている。

【００２４】また、金属容器１内には絶縁性能の優れた
ガス、例えばＳＦ₆ ガスが圧縮充填されており、このガ
スシールのために絶縁スペーサ３には、図示しないシー
ル用のゴムリングが設けられている。

【００２５】さらに、絶縁スペーサ３の内部にはリング
状の埋め込み電極７が埋設され、かつ、外部への引き出
し端子７ａが設けられている。この引き出し端子７ａを
用いることにより埋め込み電極７の電位が容易に測定さ
れる。

【００２６】図２は図１の高電圧導体２に取付けられた
シールド部分の詳細図であり、同図（ａ）は断面図、同
図（ｂ）は平面図、同図（ｃ）は側面図である。図に示
すように、本実施例のシールドでは、高電圧導体２を挟
み込むように傾斜面を持った２分割のシールド２０ａ，
２０ｂがボルト２０ｃによって高電圧導体２に取り付け
られている。このようなシールド２０ａ，２０ｂを取り
付けることにより、高電圧導体２は、擬似的に傾斜部を
有することができ、この傾斜部の角部（頂点）が高電界
部となる。

【００２７】図３は本発明の第２実施例（請求項２対
応）の断面図である。なお、図１と同一部分には同一符
号を付してその詳しい説明は省略する。図に示すよう
に、本実施例では、金属容器１の底部でかつ、高電圧導
体２に取り付けられたシールド２０ａ，２０ｂの下にマ
ンホール１１が形成されている。マンホール１１を設け
ることにより、金属容器１の外部からシールド２０ａ，
２０ｂの取り付け、取り外しが容易となる。

【００２８】本実施例の直流ガス絶縁母線においては以
下のような作用を有する。直流ガス絶縁母線の運転前
に、シールド２０ａ，２０ｂをマンホール１１から、高
電圧導体２に取り付け、金属容器１内に混入された金属
異物８を捕獲、無害化するために直流電圧（負極性）を
印加する。この場合の金属異物８の挙動は図４に示すよ
うに、“Ａ”、“Ｂ”の状態での静電浮上力ＦＬは、既
に説明した図９の場合と同じで(1) 、(2) 式で表され
る。そして、浮上した金属異物８は、高電圧導体２の表
面を動き廻る。（“Ｃ”の状態）。この金属異物８は、
電界の作用を非常に受けるため、高電圧導体２の高電界
部、すなわち、シールド２０ａ，２０ｂによって作られ
る、傾斜角部に集まってくる。（“Ｄ”の状態）。

【００２９】この時に、高電圧導体２に印加される直流
電圧を低下、もしくは停止させると、静電的なエネルギ
ーを失い、自重により金属異物８はシールド２ａ，２ｂ
下に配置されたマンホール１１に落下、捕獲される。マ
ンホール１１の電界強度は微弱であるため捕獲された金
属異物８はマンホール外に移動する力を失い、絶縁的に
無害化される。

【００３０】この後、シールド２０ａ，２０ｂを取り外
せば、運転中の高電圧導体２の表面電界は、シールド２
０ａ，２０ｂが無い時と同じになるため電界が抑えら
れ、直流ガス絶縁母線の機器サイズを縮小しようとする
際に有効である。

【００３１】図５は本発明の第３実施例（請求項３対
応）の構成図である。なお、図１及び図３と同一部分に
は同一符号を付してその詳しい説明は省略する。図に示
すように、本実施例では、ガス絶縁母線内部に混入され
た金属異物８が図９に示すように起立、浮上し、高電圧
導体２に達し、“Ｆｉｒｅ−ｆｌｙ”状態になり、シー
ルド２０ａ，２０ｂで作られる角部に集まった場合、金
属異物８とシールド２０ａ，２０ｂの間で激しい微小放
電が発生する。ここで、絶縁スペーサ３の内部に配置さ
れた埋め込み電極７から外部に引き出された端子７ａに
より微小放電の電気信号を容易に、かつ感度よく測定で
きる。この事は、微小放電の電気信号が観測されたなら
ば、金属異物８が存在しているということを推測するこ
とができる。ここで、高電圧導体２に印加されている電
圧を低下、もしくは停止した時、微小放電の電気信号が
消えた場合、金属異物８はマンホール１１に落下、捕獲
されたことが推測できる。このように、絶縁スペーサ３
内部に配置された埋め込み電極７から引き出された引き
出し端子７ａにより金属異物８の挙動を診断することが
できる。

【００３２】次に、本実施例の変形例（請求項４対応）
として、交流ガス絶縁母線においても図３の第２実施例
と同様に、シールド２０ａ，２０ｂおよびマンホール１
１を設けた上で、直流電圧印加すれば、異物を効果的
に、捕獲、無害化することが可能である。また、図５の
第３実施例の異物の外部診断も行うことが可能である。

【００３３】上述したように、異物捕獲機能を持ったガ
ス絶縁母線、および試験方法によって、万一、金属容器
内に金属異物が存在していても、絶縁上無害化され、清
浄したことと同様な状態が保持される。これにより、運
転中の直流ガス絶縁母線において、高電圧導体に高電圧
のサージが印加されても、金属異物による耐電圧性能の
低下をきたすことなく、信頼性が維持できる。また、ガ
ス絶縁母線の縮小化に非常に有効であり、安価で信頼性
の高い、直流ガス絶縁母線を提供することができる。

【００３４】

【発明の効果】説明したように、本発明（請求項１乃至
請求項４対応）によれば、金属異物の動きを抑制するこ
とにより絶縁信頼性の向上を図り、かつコンパクト化が
実現可能なガス絶縁母線を、容易かつ安価に提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の直流ガス絶縁母線の第１実施例の断面
図。

【図２】図１の傾斜部高電圧導体の断面図。

【図３】本発明の直流ガス絶縁母線の第２実施例の断面
図。

【図４】図３の金属異物の動きを説明する図。

【図５】本発明の直流ガス絶縁母線の第３実施例の断面
図。

【図６】従来の直流ガス絶縁母線の断面図。

【図７】従来の他の直流ガス絶縁母線の断面図。

【図８】従来のさらに他の直流ガス絶縁母線の断面図。

【図９】従来の直流ガス絶縁母線内での金属異物の動き
を説明する図。

【符号の説明】

１…金属容器、２…高電圧導体、３…絶縁スペーサ、４
…高電圧電極、５…バネ機構、６…ＳＦ₆ ガス、７…埋
め込み電極、７ａ…引き出し端子、８…金属異物、９…
絶縁被膜、１０…溝部、１１…マンホール、２０ａ，２
０ｂ…シールド、２０ｃ…ボルト。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属容器内に高電圧導体を絶縁スペーサ
   により支持するとともに前記金属容器内に絶縁ガスを封
   入した直流ガス絶縁母線において、前記高電圧導体周上
   に、外部より取り付け・取り外し可能なシールドを取り
   付けて当該高電圧導体周上の一部に傾斜部を設けたこと
   を特徴とする直流ガス絶縁母線。
2. 【請求項２】 請求項１記載の直流ガス絶縁母線におい
   て、前記シールドの取り付け・取り外しおよび金属異物
   を捕獲するためのマンホールを金属容器に設けたことを
   特徴とする直流ガス絶縁母線。
3. 【請求項３】 金属容器内に高電圧導体を絶縁スペーサ
   により支持するとともに前記金属容器内に絶縁ガスを封
   入したガス絶縁母線の試験方法において、前記ガス絶縁
   母線内部に存在する金属異物が前記高電圧導体との間で
   微少放電を起こした時の電気信号を、前記絶縁スペーサ
   内部に設けられた電極を通して検出することで、金属異
   物の有無を判別することを特徴とするガス絶縁母線の試
   験方法。
4. 【請求項４】 金属容器内に高電圧導体を絶縁スペーサ
   により支持するとともに前記金属容器内に絶縁ガスを封
   入した交流ガス絶縁母線において、前記金属容器内に混
   入した金属異物を検出・除去するために直流電圧を印加
   し、かつ前記高電圧導体周上に、外部より取り付け・取
   り外しが可能なシールドおよび前記シールドの取り付け
   ・取り外しおよび金属異物を捕獲するためのマンホール
   を前記金属容器に設けたことを特徴とする交流ガス絶縁
   母線。