JP2004039507A

JP2004039507A - 複合絶縁体および複合絶縁体を用いた開閉器

Info

Publication number: JP2004039507A
Application number: JP2002196696A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Yoshida; 吉田　哲雄
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2002-07-05
Filing date: 2002-07-05
Publication date: 2004-02-05

Abstract

【課題】本発明は、優れた絶縁耐力と機械的強度を備えた複合絶縁体を提供する。
【解決手段】本発明の複合絶縁体は、互いに離間して対向配置された一対の電極２１、２２と、前記一対の電極２１、２２のそれぞれの少なくとも前記対向する表面に被覆された第１の絶縁層２５、２６と、前記第１の絶縁層２５、２６が被覆された前記一対の電極２１、２２を一体成形した第２の絶縁層２７とから成り、前記第１の絶縁層２５、２６は、前記第２の絶縁層２７より単位距離当たりの絶縁耐力を高くし、前記第２の絶縁層２７は、前記前記第１の絶縁層２５、２６より単位面積当たりの機械的強度を高くしたことを特徴とする。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば開閉器の可動部の主回路を絶縁支持する複合絶縁体、およびこの複合絶縁体を用いた開閉器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種、開閉器における主回路を絶縁支持する絶縁体は、優れた機械的特性と電気的特性が要求され、この要求を満たすため、熱硬化性から成る優れた絶縁材料で成形されている。
【０００３】
この絶縁体を、真空コンタクタのような開閉器に用いられている絶縁フランジを例にとり説明する。
【０００４】
図４に示すように、真空コンタクタは、３分割に仕切られた３相一体で成形された箱形の絶縁バリア１の正面側に、それぞれ３相分の真空バルブ２が配設されている。この真空バルブ２の固定側２ａは、前記絶縁バリア１に固定されている。また、前記真空バルブ２には、内部に図示しない接離自在の一対の電極が設けられ、この電極の可動側に固着されて前記真空バルブ２の容器外に導出された可動通電軸３に、それぞれ絶縁フランジ４が連結されている。この絶縁フランジ４には、電磁操作からなる操作機構５が連結され、前記一対の電極の開閉が行われている。
【０００５】
また、前記真空バルブ２の固定側と可動側には、それぞれ主回路導体６、７が接続され、前記絶縁バリア１の背面側に導出されている。なお、前記操作機構５には、開閉動作の制御を行う端子８、また、前記一対の電極の開閉信号を取出す補助接点９が設けられている。
【０００６】
前記絶縁フランジ４は、その詳細を図５に示すように、同軸上に互いに離間して配置された一対の電極１０、１１にそれぞれロッド１２、１３が固定され、これらの周囲には、一体成形で絶縁層１４が形成されている。なお、前記ロッド１２、１３は、前記可動通電軸３と前記操作機構５に連結される。
【０００７】
このような前記絶縁層１４は、可動部の絶縁体であり、また前記真空コンタクタが多頻度開閉の責務を有しているため、優れた機械的特性と電気的特性が必要となる。この機械的強度には、例えば引張り強度や繰返し疲労強度があり、例えばガラス繊維を充填させた熱硬化性の不飽和ポリエステルからなる絶縁材料で成形されている。そして、この成形は、例えば温度１５０℃の金型内に前記絶縁材料を充填し、加圧硬化させることにより行われている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明した従来の絶縁体において、前記電極１０、１１間の絶縁耐力は、成形時の製造条件に大きく左右されることになる。特に、金型内への絶縁材料の充填時には金型を開放するため、開放時間や周囲温度によって金型温度が大きく左右され、前記絶縁層１４内部の絶縁材料の流れや硬化状態を細かく制御することが困難であった。
【０００９】
このため、成形時の金型温度のバラツキから生じる絶縁耐力の低下を考慮せざるを得なかった。即ち、前記絶縁フランジ４は、絶縁耐力に裕度を持たせる絶縁設計とし、前記電極１０、１１間の絶縁厚さなどを厚くしていた。
【００１０】
なお、前記絶縁層１４の沿面絶縁耐力の向上には、特開平６−３５１１１７号公報に記載の技術がある。これは、沿面に異種絶縁層を設けるものであるが、対向する一対の電極間の絶縁耐力向上が図れるものではない。
【００１１】
従って、前記絶縁フランジ４が大型化し、また、これに伴って真空コンタクタの対地間距離などが広くなり、開閉器の全体形状が大型化し、これは、最近の趨勢である縮小化に逆行するものである。
【００１２】
従って、本発明の目的は、絶縁耐力を向上させ小型化を図りうる複合絶縁体、また、この複合絶縁体を用いて全体形状の小型化を図りうる複合絶縁体を用いた開閉器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、第１の発明の複合絶縁体は、互いに離間して対向配置された一対の電極と、前記一対の電極のそれぞれの少なくとも前記対向する表面に被覆された第１の絶縁層と、前記第１の絶縁層が被覆された前記一対の電極を一体成形した第２の絶縁層とから成り、前記第１の絶縁層は、前記第２の絶縁層より単位距離当たりの絶縁耐力を高くし、前記第２の絶縁層は、前記前記第１の絶縁層より単位面積当たりの機械的強度を高くしたことを特徴とする。
【００１４】
このような構成によれば、電極表面に高い絶縁耐力を有する第１の絶縁層を被覆し、これらを優れた機械的特性を有する第２の絶縁層で一体成形しているので、優れた絶縁耐力と機械的特性を備えた複合絶縁体が得られる。このため、開閉器の可動部を絶縁支持する絶縁体を小型化できる。
【００１５】
また、第２の発明の複合絶縁体を用いた開閉器は、接離自在の一対の第１の電極を有する真空バルブと、この真空バルブの可動軸に連結された絶縁体と、この絶縁体に連結され、前記真空バルブの一対の第１の電極を開閉する操作機構から成り、前記絶縁体が、互いに離間して対向配置された第２の電極のそれぞれの少なくとも対向する表面に被覆された高い絶縁耐力を有する第１の絶縁層と、前記第１の絶縁層が被覆された前記第２の電極を一体成形し、高い機械的強度を有する第２の絶縁層から成ることを特徴とする。
【００１６】
このような構成によれば、開閉器の可動部の絶縁支持に、複合絶縁体を用いることにより小型化できるので、それに伴って対地間距離の縮小化が図れ、開閉器の全体形状を小型化できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係る複合絶縁体を図１乃至図３を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る絶縁フランジを示す縦断面図、図２は、本発明の実施の形態に係る複合絶縁体の等価回路を説明する説明図、図３は、本発明の実施の形態に係る複合絶縁体の絶縁耐力を説明する説明図である。
【００１８】
なお、複合絶縁体は、従来と同様に真空コンタクタのような開閉器に用いられている絶縁フランジを例にとり説明する。そして、真空コンタクタは、従来と同様の構成であるので、その説明を省略する。
【００１９】
図１に示すように、真空コンタクタの絶縁フランジ２０は、次のように構成されている。即ち、互いに離間して対向配置された一対の電極２１、２２の反対向側にそれぞれロッド２３、２４を固定し、前記電極２１、２２のそれぞれの少なくとも前記対向する表面に、例えばエポキシのフローコート被覆による第１の絶縁層２５、２６を設けている。この第１の絶縁層２５、２６は、前述のように少なくとも前記電極２１、２２が対向する平滑面と、この平滑面に連接されている曲率面に被覆している。
【００２０】
そして、これらの周りに、例えばガラス繊維を充填させた不飽和ポリエステルからなる絶縁材料を一体成形して、主絶縁となる第２の絶縁層２７を形成している。即ち、前記電極２１、２２間は、第１の絶縁層２５（２６）と第２の絶縁層２７の２層からなる複合絶縁体の構成としている。
【００２１】
ここで、前記第１の絶縁層２５、２６のエポキシは、例えば比誘電率が約４で、また、絶縁耐力が約２５ｋＶ／ｍｍであり、絶縁厚さを約１ｍｍとしている。また、前記第２の絶縁層２７は、例えば比誘電率が約５で、絶縁耐力が約１０ｋＶ／ｍｍであり、絶縁厚さを約１２ｍｍとしている。
【００２２】
このように構成された前記絶縁フランジ２０を用いて絶縁耐力を求めたところ、従来に比べてＡＣ破壊電圧が約２０％向上した。また、標準偏差が、従来の１６％から１２％と小さくなった。試料数は１２個であり、破壊電圧、標準偏差共、平均値である。
【００２３】
この破壊電圧の向上と、標準偏差が小さくなった理由を以下に説明する。
【００２４】
前記電極２１、２２間は、図２に示すように、分担電圧が前記第１の絶縁層２５、２６のＥ１と、前記第２の絶縁層２７のＥ２となる。
【００２５】
また、図３に示すように、分担電圧Ｅ１、Ｅ２に伴うそれぞれの絶縁耐力Ｖ１、Ｖ２が得られる。そして、前記電極２１、２２間の絶縁耐力Ｖ０は、単純加算ではないがＶ０＝Ｖ１＋Ｖ２となる。
【００２６】
ここで、前記第１の絶縁層２５、２６は、絶縁厚さが薄いのにも関らず、単位距離当りの絶縁耐力が高いので、高い絶縁耐力のＶ１となる。また、前記第２の絶縁層２７は、比誘電率が大きく、分担電圧が小さくなるので、前記電極２１、２２間の絶縁耐力Ｖ０に占める割合が低減される。
【００２７】
このため、前記電極２１、２２間の絶縁耐力を考えるとき、この電極２１、２２の平滑面とこの平滑面に連接された電極２１、２２が対向する曲率面の近傍に最大電界が位置するが、この高電界部分が単位距離当りの絶縁耐力の高い前記第１の絶縁層２５、２６に覆われているので、電子放出が抑制される。また、前記第２の絶縁層２７は、分担電圧が小さいので、全体に占めるバラツキの割合が小さくなる。従って、これらが相乗されて、前記電極２１、２２間の絶縁耐力が向上し、且つバラツキが抑えられるものである。
【００２８】
なお、前記第２の絶縁層２７は、従来と同様の絶縁材料を用いているが、優れた引張り強度や繰返し疲労特性が得られる。即ち、単位面積当りの機械的強度が前記第１の絶縁層２５、２６より高く、多頻度開閉を伴うような可動部の絶縁支持を行うのに適している。
【００２９】
本発明によれば、前記電極２１、２２のそれぞれに高い絶縁耐力を有する前記第１の絶縁層２５、２６を被覆し、これらを優れた機械的特性を有する前記第２の絶縁層２７で一体成形して主絶縁としているため、優れた絶縁耐力と機械的強度を備えた複合絶縁体を得ることができる。
【００３０】
従って、可動部を絶縁支持する前記絶縁フランジ２０は、絶縁厚さに裕度を持たせる必要がなく、最適な厚さとすることができ、小型化することができる。また、前記絶縁フランジ２０を用いた前記真空コンタクタでは、対地間距離の縮小化が図れ、全体形状を小型化することができる。
【００３１】
なお、上記実施の形態では、開閉器として真空コンタクタを用いて説明したが、多頻度開閉を責務とした真空遮断器などの可動部の絶縁支持部に複合絶縁体を用いれば、絶縁耐力を大きく向上させることができる。また、優れた機械的特性を得ることができる。これに伴って、前記可動部の絶縁支持部を小型化でき、開閉器の全体形状を小型化することができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の複合絶縁体によれば、互いに離間して対向する一対の電極表面に高い絶縁耐力の第１の絶縁層を被覆し、これらを機械的特性の優れた第２の絶縁層で一体成形して主絶縁とすることにより、優れた絶縁耐力と機械的特性を備えた開閉器の可動部を絶縁支持する複合絶縁体を得ることができる。
【００３３】
また、この複合絶縁体を前記可動部の絶縁支持とすることにより、開閉器の全体形状を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る絶縁フランジを示す縦断面図。
【図２】本発明の実施の形態に係る複合絶縁体の等価回路を説明する説明図。
【図３】本発明の実施の形態に係る複合絶縁体の絶縁耐力を説明する説明図。
【図４】真空コンタクタを示す正面図。
【図５】従来の絶縁フランジを示す縦断面図。
【符号の説明】
１　絶縁バリア
２　真空バルブ
２ａ　固定側
３　可動通電軸
４、２０　絶縁フランジ
５　操作機構
６、７　主回路導体
８　端子
９　補助接点
１０、１１、２１、２２　電極
１２、１３、２３、２４　ロッド
１４　絶縁層
２５、２６　第１の絶縁層
２７　第２の絶縁層

Claims

互いに離間して対向配置された一対の電極と、
前記一対の電極のそれぞれの少なくとも前記対向する表面に被覆された第１の絶縁層と、
前記第１の絶縁層が被覆された前記一対の電極を一体成形した第２の絶縁層とから成り、
前記第１の絶縁層は、前記第２の絶縁層より単位距離当たりの絶縁耐力を高くし、
前記第２の絶縁層は、前記前記第１の絶縁層より単位面積当たりの機械的強度を高くしたことを特徴とする複合絶縁体。
前記第１の絶縁層より前記第２の絶縁層の比誘電率を大きくしたことを特徴とする請求項１記載の複合絶縁体。
前記第１の絶縁層を、最大電界が位置する前記一対の電極表面にそれぞれ被覆したことを特徴とする請求項１記載の複合絶縁体。
前記第１の絶縁層がエポキシのフローコートの被覆から成り、
前記第２の絶縁層がガラス繊維を充填した不飽和ポリエステルで成形されたことを特徴とする請求項１記載の複合絶縁体。
接離自在の一対の第１の電極を有する真空バルブと、
この真空バルブの可動軸に連結された絶縁体と、
この絶縁体に連結され、前記真空バルブの一対の第１の電極を開閉する操作機構から成り、
前記絶縁体が、互いに離間して対向配置された第２の電極のそれぞれの少なくとも対向する表面に被覆された高い絶縁耐力を有する第１の絶縁層と、
前記第１の絶縁層が被覆された前記第２の電極を一体成形し、高い機械的強度を有する第２の絶縁層から成ることを特徴とする複合絶縁体を用いた開閉器。