JP2005027406A

JP2005027406A - 電気機器の接続装置

Info

Publication number: JP2005027406A
Application number: JP2003188879A
Authority: JP
Inventors: Susumu Kinoshita; 晋木下; Junichi Sato; 純一佐藤; Osamu Sakaguchi; 修阪口; Nobutaka Kubota; 信孝久保田; Masaru Miyagawa; 勝宮川; Masamichi Ono; 正道大野; Toshihisa Saito; 敏久齋藤; Satoru Shioiri; 哲塩入; Satoshi Makishima; 聡槙島; Toshio Shimizu; 敏夫清水
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2003-06-30
Filing date: 2003-06-30
Publication date: 2005-01-27

Abstract

【課題】界面接続部の縮小化をし得る電気機器の接続装置を提供する。
【解決手段】第１の中心導体３を固体絶縁物でモールドして絶縁層１１を形成した第１の電気機器１と、この第１の電気機器の主回路端に主回路端が接続される第２の中心導体５を固体絶縁物でモールドして絶縁層１２を形成した第２の電気機器２と、前記主回路端面間の絶縁層１１、１２間に形成される間隙部と、この間隙部に配置される可撓性絶縁体１３とを備え、前記第１の電気機器１と前記第２の電気機器の主回路端の接合面を中心導体の軸方向と直交する平滑面１１ａ、１２ａとしてなり、前記可撓性絶縁体１３の絶縁厚さを前記主回路端間に形成した間隙の深さよりも、絶縁厚さを厚くしたものを圧縮させて配置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、遮断器、断路器などの電気機器を固体絶縁物でモールドし、これらを接続して電源系統を構成するスイッチギヤにおける電気機器の接続装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のスイッチギヤにおいて、エポキシ樹脂のような固体絶縁物で夫々モールドされた遮断器、断路器などの電気機器を組合せて電源系統を構成し、全体形状の縮小化を図った固体絶縁方式のものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
この種のスイッチギヤにおける電気機器の相互接続においては、互いの主回路端が界面で接続されている（例えば、特許文献２参照。）。図４に示すように、第１の電気機器１の主回路端と第２の電気機器２の主回路端とは、互いに界面接続部を形成し、絶縁的に良好に接続されている。
【０００４】
第１の電気機器１の主回路端には、第１の中心導体３が接続され、その周囲にエポキシ樹脂でモールドされた絶縁層４が形成されている。そして、絶縁層４の端部は、界面の沿面距離を保つために凹状のテーパ部４ａに形成されており、その外周にはフランジ部４ｂを突出して形成している。また、第１の中心導体３の端面は、凹状の窪み３ａを形成している。
【０００５】
第２の電気機器２の主回路端には、第２の中心導体５が接続され、その周囲にエポキシ樹脂でモールドされた絶縁層６が形成されている。そして、絶縁層６の端部は、凹状のテーパ部４ａと同様に界面の沿面距離を保つため、凹状のテーパ部４ａと密着するような凸状のテーパ部６ａに形成されており、その外周にはフランジ部６ｂを突出して設けてある。また、第２の中心導体５の端部には、接触子７が設けられ、この接触子７が第１の中心導体３に設けた凹状の窪み３ａ内に着脱自在に挿入され、互いの中心導体３、５が接続される。
【０００６】
そして、凹状のテーパ部４ａおよび凸状のテーパ部６ａに形成された界面接続部には、互いのテーパ部４ａ、６ａに密着するようにテーパ状に形成されたゴムのような可撓性絶縁体８が挿入され密着している。このように接続された部分では、絶縁層４、６と可撓性絶縁体８との比誘電率が異なるので、絶縁層４、６と可撓性絶縁体８との境界部で等電位線９が屈折する。なお、互いのフランジ部４ｂ、６ｂ間は、ボルト１０で固定されている。
【０００７】
一方、可撓性絶縁体８を介さないで、絶縁層の端部間を直接接続するものが知られている（例えば、特許文献３参照。）。これは、中心導体の周りに形成される絶縁層自体を可撓性のあるＥＰゴムでモールドするものであり、これにより絶縁層の端部間を密着させている。この絶縁層端部においても、一方が凹状のテーパ部、他方が凸状のテーパ部に形成されており、前述のように界面の沿面距離が保たれている。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−２８６０１８号公報（第４頁、図３）
【０００９】
【特許文献２】
特開２００３−１６８８１号公報（第４頁、図１）
【００１０】
【特許文献３】
特開平１０−３２７５０５号公報（第３−４頁、図１）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来の電気機器の接続装置において、以下のような問題がある。
【００１２】
テーパ状の可撓性絶縁体８を介して接続をすると、界面の沿面距離が増加するものの等電位線９が屈折して不連続となるので電界強度が上昇し絶縁特性が低下する。このため、凹状のテーパ部６ａの場合では、更に沿面距離を増加させるために、第２の中心導体５とこの中心導体５と接するテーパ部６ａとの角度θを小さくしなくてはならなかった。従って、テーパ部６ａを形成させるために必要となる第２の中心導体５の軸方向の距離Ｌ１が大きくなる。
【００１３】
また、互いの絶縁層端部を直接接続するものにおいても、絶縁層端部間での等電位線の屈折は少ないものの、テーパ状となっているのでテーパ部を形成させるための距離Ｌ１が必要であった。
【００１４】
このため、テーパ部を形成させるために必要となる距離Ｌ１により、結果的にスイッチギヤを大型化せざるを得なかった。更には、複数の電気機器を接続するスイッチギヤにおいては、この部分が複数個所となりスイッチギヤが更に大型化していた。
【００１５】
これは、最近の趨勢である縮小化に逆行するものである。
【００１６】
従って、本発明は、モールドされた電気機器相互間を接続する界面接続部を縮小し得る電気機器の接続装置を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の電気機器の接続装置は、第１の中心導体を固体絶縁物でモールドして絶縁層を形成した第１の電気機器と、この第１の電気機器の主回路端に主回路端が接続され、第２の中心導体を固体絶縁物でモールドして絶縁層を形成した前記第２の中心導体が前記第１の中心導体と接続される第２の電気機器と、前記主回路端面間の前記絶縁層部に形成された間隙部と、この間隙部に中心導体を取り囲むように配置されるリング板状の可撓性絶縁体とを備え、前記第１の電気機器と前記第２の電気機器との主回路端の接合面を中心導体の軸方向と直交する平滑面としてなり、前記可撓性絶縁体の絶縁厚さを、前記主回路端間に形成した間隙の深さよりも、絶縁厚さを厚くしたものを圧縮させて配置したことを特徴とする。
【００１８】
このような構成によれば、中心導体の軸方向と直交もしくは略直交した方向に可撓性絶縁体を挿入しているので、電界強度の上昇が抑えられ電気機器相互間を接続するための界面接続部を縮小化し得ることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、各図において、従来と同様の構成部分については、同一符号を付した。
【００２０】
（第１の実施の形態）
先ず、本発明の第１の実施の形態に係る電気機器の接続装置を図１および図２を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係る電気機器の接続装置の構成を示す断面図、図２は、本発明の第１の実施の形態に係る可撓性絶縁体を示す半断面図である。
【００２１】
図１に示すように、電気機器相互の接続においては、第１の電気機器１の主回路端と第２の電気機器２の主回路端とが界面接続部を形成し、絶縁的に良好に接続されている。
【００２２】
第１の電気機器１の主回路端には、第１の中心導体３が接続され、その端部が露出するようにエポキシ樹脂でモールドされた絶縁層１１が形成されている。そして、絶縁層１１の端部は、第１の中心導体３の軸方向と直交する平滑面１１ａに形成され、第１の中心導体３を中心に段差ｔを有して円形状に窪んでいる。ここで、第１の中心導体３の端部は、平滑面１１ａに対して窪んでおり、端面に所定の深さを持つ凹状の窪み３ａが形成されている。絶縁層１１の外周には、フランジ部１１ｂを突出して設けてある。
【００２３】
第２の電気機器２の主回路端には、第２の中心導体５が接続され、その端部が露出するようにエポキシ樹脂でモールドされた絶縁層１２が形成されている。そして、絶縁層１２の端部は、第２の中心導体５の軸方向に直交する平滑面１２ａに形成され、その外周にはフランジ部１２ｂを突出して設けてある。ここで、第２の中心導体５の端部は、平滑面１２ａに対して突出しており、その先端に接触子７が設けられている。接触子７は、第１の中心導体３の凹状の窪み３ａ内に着脱自在に挿入され、互いの中心導体３、５が接続される。
【００２４】
そして、段差ｔを有する平滑面１１ａと平滑面１２ａとで形成された界面接続部の間隙に、第２の中心導体５を取り囲むようにリング板状の可撓性絶縁体１３が配置されている。なお、第１の中心導体３端部が平滑面１１ａよりも突出し、第２の中心導体５端部が平滑面１２ａより窪んで形成された場合には、第１の中心導体３を取り囲んで可撓性絶縁体１３が挿入される。
【００２５】
可撓性絶縁体１３は、この可撓性絶縁体１３を挿入せずに形成される段差ｔからなる間隙よりも、挿入前の絶縁厚さを厚くしている。また、可撓性を有するゴム系材料、熱可塑性エラストマー、熱硬化性エラストマーなどからなっている。
【００２６】
このように可撓性絶縁体１３を介して接続された絶縁層１１、１２内の界面接続部では、可撓性絶縁体１３が第２の中心導体５の軸方向と直交して配置されているので絶縁層１１、１２との比誘電率が異なっていても等電位線１４が第２の中心導体５の軸方向とほぼ平行に分布するようになる。即ち、可撓性絶縁体１３と平滑面１１ａまたは１２ａとの境界部での電界強度の上昇が抑えられる。なお、互いのフランジ部１１ｂ、１２ｂ間は、ボルト１０で固定されている。
【００２７】
ここで、可撓性絶縁体１３は、ＪＩＳＫ６２５３に準じて測定した硬度を４０〜８０としている。硬度４０以下では、柔らかく過ぎて平滑面１１ａ、１２ａに面圧がかからず、また、硬度８０以上では、硬くて可撓性絶縁体１３を押しつぶすことが困難となる。
【００２８】
そして、可撓性絶縁体１３の形状による密着性を調べるため、硬度６０のシリコーンゴムを用い、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すような形状でのＡＣ破壊電圧（絶縁特性）を求めた。形状（ａ）では、中心導体５側から絶縁層１２外周側までの内外周側で均一に面圧がかかるように、絶縁厚さが均一の断面長方形であり、形状（ｂ）では、外周側に面圧がかかり易いように、一側面が平滑面で他側面が外周側から内周側に向かって絶縁厚さが連続して薄くなる傾斜面を有する断面形状であり、形状（ｃ）では、内周側に面圧がかかり易いように、一側面が平滑面で他側面が外周側から内周側に向かって絶縁厚さが連続して厚くなる傾斜面を有する断面形状としている。
【００２９】
なお、調査には、電極形状として中心導体φ２０ｍｍ、絶縁層外径φ５０ｍｍ、段差ｔ３ｍｍを用い、可撓性絶縁体（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を挿入後、絶縁層外周を接地し、中心導体に電圧を印加した。結果を表１に示す。
【００３０】
【表１】

表から、ＡＣ破壊電圧は、破壊電圧が高い方から形状（ｃ）、次いで形状（ｂ）、最後に形状（ａ）の順序であり、いずれも優れた絶縁特性を有している。形状（ｃ）、（ｂ）においては、内周側または外周側の一方向から可撓性絶縁体が順次押しつぶされるので、界面の密着性が向上し、格段に優れた絶縁特性が得られている。
【００３１】
なお、従来のようなテーパ状界面においては、中心導体φ２０ｍｍ、絶縁層外径φ８０ｍｍ、凸状絶縁層側で中心導体とテーパ部との角度θ＝３０度の場合、ＡＣ破壊電圧が１２０ｋＶであった。この形状では、中心導体と絶縁層外径（接地）間の半径方向の直線距離が本発明の２倍を有している。このため、中心導体径および絶縁層外径を上記調査した形状と同様にして、且つ角度をθ＝３０度のテーパ部としてＡＣ破壊電圧を推定してみると、約半分の６０ｋＶとなる。
【００３２】
従って、第２の中心導体５と直交する方向に可撓性絶縁体１３を挿入した界面は、テーパ部を有して界面の沿面距離を伸ばしたものと同等以上の絶縁特性を有することになる。これにより、電気機器相互を接続するために必要となる図１に示す第２の中心導体５の軸方向の距離Ｌ２を縮小することができる。
【００３３】
上記第１の実施の形態の電気機器の接続装置によれば、第２の中心導体５の軸方向と直交した方向に可撓性絶縁体１３を挿入しているので、絶縁層１１、１２と可撓性絶縁体１３との境界部で電界強度の上昇が抑制され、界面接続部を縮小化することができる。また、可撓性絶縁体１３を内外周側で異なる厚さにすることにより、界面全域に亘り密着性が向上し優れた絶縁特性を得ることができる。
【００３４】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態に係る電気機器の接続装置を図３を参照して説明する。図３は、本発明の第２の実施の形態に係る可撓性絶縁体を示す半断面図である。この第２の実施の形態が第１の実施の形態と異なる点は、可撓性絶縁体の形状である。
【００３５】
図３に示すように、可撓性絶縁体１５は、半径方向の一側面が平滑面であり、他側面が連続した曲率を有する円弧状面のリング板状である。そして、形状（ｄ）では、内周側の絶縁厚さが薄く、外周側の絶縁厚さが厚くなっている。形状（ｅ）では、逆に、内周側の絶縁厚さが厚く、外周側の絶縁厚さが薄くなっている。
【００３６】
上記第２の実施の形態の電気機器の接続装置によれば、第１の実施の形態の効果と同様に、可撓性絶縁体１５が内周側または外周側から順次押しつぶされるので、界面全域に亘り密着性を向上させることができる。
【００３７】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。上記実施の形態では、可撓性絶縁体の一側面が平滑面、他側面が傾斜面または円弧状面について説明したが、両側面を傾斜面または円弧状面にしても、界面全域の密着性が向上して優れた絶縁特性を得ることができる。
【００３８】
また、可撓性絶縁体を内外周側で均一な絶縁厚さの断面長方形状として、絶縁層端部の平滑面の少なくとも一方の面を、中心導体側または絶縁層外周側から可撓性絶縁体を押しつぶす程度の傾斜面、または円弧状面としても、中心導体側または絶縁層外周側から順次押しつぶすことができるので、界面全域の密着性が向上して優れた絶縁特性を得ることができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、固体絶縁物でモールドされた電気機器の界面接続部において、中心導体の軸方向と直交する方向に可撓性絶縁体を挿入しているので、電界強度の上昇が抑えられ優れた絶縁特性が得られ、界面接続部を縮小化し得ることができる。
【００４０】
また、本発明によれば、可撓性絶縁体を内周側または外周側から順次押しつぶしているので、界面全域に亘り密着性が向上して更に優れた絶縁特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る電気機器の接続装置の構成を示す断面図。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る可撓性絶縁体を示す半断面図。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る可撓性絶縁体を示す半断面図。
【図４】従来の電気機器の接続装置の構成を示す断面図。
【符号の説明】
１第１の電気機器
２第２の電気機器
３第１の中心導体
３ａ窪み
４、６、１１、１２絶縁層
４ａ、６ａテーパ部
４ｂ、６ｂ、１１ｂ、１２ｂフランジ部
５第２の中心導体
７接触子
８、１３、１５可撓性絶縁体
９、１４等電位線
１０ボルト
１１ａ、１２ａ平滑面

Claims

第１の中心導体を固体絶縁物でモールドして絶縁層を形成した第１の電気機器と、
この第１の電気機器の主回路端に主回路端が接続され、第２の中心導体を固体絶縁物でモールドして絶縁層を形成した前記第２の中心導体が前記第１の中心導体と接続される第２の電気機器と、
前記主回路端面間の前記絶縁層部に形成された間隙部と、
この間隙部に中心導体を取り囲むように配置されるリング板状の可撓性絶縁体とを備え、
前記第１の電気機器と前記第２の電気機器との主回路端の接合面を中心導体の軸方向と直交する平滑面としてなり、
前記可撓性絶縁体の絶縁厚さを、前記主回路端間に形成した間隙の深さよりも、絶縁厚さを厚くしたものを圧縮させて配置したことを特徴とする電気機器の接続装置。
前記リング板状の可撓性絶縁体は、内周側から外周側までの絶縁厚さが均一な断面長方形状であることを特徴とする請求項１記載の電気機器の接続装置。
前記リング板状の可撓性絶縁体は、少なくとも一方の側面が内周側から外周側に向かって絶縁厚さが減少する断面形状であることを特徴とする請求項１記載の電気機器の接続装置。
前記リング板状の可撓性絶縁体は、少なくとも一方の側面が内周側から外周側に向かって絶縁厚さが増加する断面形状であることを特徴とする請求項１記載の電気機器の接続装置。
前記可撓性絶縁体は、硬度が４０〜８０であることを特徴とする請求項１乃至請求項４いずれか１項に記載の電気機器の接続装置。