JP2007028699A

JP2007028699A - 固体絶縁スイッチギヤ

Info

Publication number: JP2007028699A
Application number: JP2005202841A
Authority: JP
Inventors: Satoru Shioiri; 哲塩入; Junichi Sato; 純一佐藤; Kunio Yokokura; 邦夫横倉; Satoshi Makishima; 聡槙島; Toru Kamikawaji; 徹上川路; Kosuke Sasage; 浩資捧; Osamu Sakaguchi; 修阪口; Masaru Miyagawa; 勝宮川
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2005-07-12
Filing date: 2005-07-12
Publication date: 2007-02-01
Anticipated expiration: 2025-07-12
Also published as: JP4660303B2

Abstract

【課題】モールドされた電気機器の部分放電特性を向上させる。
【解決手段】絶縁材料でモールドして主絶縁を形成した主回路電気機器２、６、５、１３、１５、２１を組合せ、電源系統を構成する固体絶縁スイッチギヤであって、前記主回路電気機器２、６、５、１３、１５、２１には、電界強度が上昇する電界強度上昇部位に、この電界強度上昇部位を囲むように無機絶縁材料からなる無機絶縁体８、１６が設けられていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、電源系統を構成する真空バルブや接続導体のような主回路電気機器を絶縁材料でモールドした固体絶縁スイッチギヤに係り、特に部分放電特性を向上し得る固体絶縁スイッチギヤに関する。

従来、スイッチギヤの主回路を構成する真空バルブや接続導体のような主回路電気機器においては、エポキシ樹脂のような絶縁材料によりモールドして絶縁外皮を形成した固体絶縁式のものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

しかしながら、真空バルブを構成する封着金具の端部などは鋭角形状をしているので、絶縁外皮に応力集中が起こり、亀裂が発生することがある。また、電界強度が高くなり、耐電圧特性が低下することがある。

これを解決するため、封着金具などの鋭角形状の部分を、丸みを持った金属製のシールドで覆う技術が知られている（例えば、特許文献２参照。）。これにより、絶縁外皮の応力集中が抑制され、また、電界緩和を図ることができる。
特開２００１−２８６０１８号公報（第４ページ、図４）特開平９−８２１８６号公報（第３ページ、図１）

上記の従来の固体絶縁スイッチギヤにおいては、次のような問題がある。
封着金具などを覆うシールドと絶縁外皮との界面では、互いの熱膨張係数が異なることから、モールド時や運転時などの温度変化によって、剥離を起こすことがある。また、金属材料と絶縁材料との異種材料間を接着させることから、その接着力を強固に保つことが困難であり、剥離することがある。剥離を起こすと、この部分の電界強度が上昇して部分放電が発生し、絶縁外皮にトラッキングやトリーなどが進展する。これは、絶縁劣化現象であり、ついには絶縁破壊に到るものである。

このため、たとえ部分放電が発生しても、絶縁劣化を起こさず、絶縁破壊に到らない絶縁構成が望まれていた。ここで、部分放電が発生しても絶縁劣化が起こらなければ、部分放電特性を向上させることになる。

本発明は上記問題を解決するためになされたもので、部分放電特性を向上し得る固体絶縁スイッチギヤを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の固体絶縁スイッチギヤは、絶縁材料でモールドして主絶縁を形成した主回路電気機器を組合せ、電源系統を構成する固体絶縁スイッチギヤであって、前記主回路電気機器には、電界強度が上昇する電界強度上昇部位に、この電界強度上昇部位を囲むように無機絶縁材料からなる無機絶縁体が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、主回路電気機器の電界強度が上昇する電界強度上昇部位に、この部位を囲むように無機絶縁体を設け、これらを絶縁材料で一体モールドして主絶縁となる絶縁層を形成しているので、部分放電の進展が無機絶縁体で阻止され、主絶縁の部分放電特性を向上させることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

先ず、本発明の実施例１に係る固体絶縁スイッチギヤを図１および図２を参照して説明する。図１は、本発明の実施例１に係る固体絶縁スイッチギヤの構成を一部断面して示す側面図、図２は、本発明の実施例１に係る固体絶縁スイッチギヤに用いられる遮断部の構成を示す断面図である。

図１に示すように、固体絶縁スイッチギヤは、背面側のケーブル部１ａ、中央部の開閉部１ｂ、正面側の母線部１ｃで主回路が構成されている。

ケーブル部１ａには、ケーブルヘッド２が設けられ、このケーブルヘッド２に変流器３を貫通した電力用ケーブル４が接続されている。

開閉部１ｂには、遮断部５が設けられ、この遮断部５の一方の主回路端がコ字状の接続導体６でケーブルヘッド２の主回路端に接続されている。接続導体６には、図示しない中心導体の周りにエポキシ樹脂のような有機絶縁材料がモールドされている。

遮断部５には、接離自在の一対の接点を有する真空バルブ７が設けられている。また、真空バルブ７の絶縁容器両端を封着する封着金具７ａ、７ｂには、例えば、セラミック、マイカなどの無機絶縁材料からなる環状の無機絶縁体８が、この封着金具７ａ、７ｂを囲むように設けられている。そして、真空バルブ７と無機絶縁体８の周りには、エポキシ樹脂のような有機絶縁材料を一体モールドして形成した絶縁層９が設けられている。

遮断部５の他方の主回路端となる可動側には、軸方向に絶縁操作ロッド１０を介して、真空バルブ７内の一対の接点を開閉する操作機構１１が設けられている。また、軸方向と直交する方向には、真空バルブ７に連結された可動導体１２がモールドされた連絡導体１３の一方端と摺動接触されている。

母線部１ｃには、遮断部５と同様な真空バルブ１４を用いた断路部１５が設けられている。また、真空バルブ１４の両端には、遮断部５と同様に無機絶縁体１６が設けられている。そして、真空バルブ１４と無機絶縁体１６の周りには、エポキシ樹脂のような有機絶縁材料を一体モールドして形成した絶縁層１７が設けられている。

断路部１５の一方の主回路端となる可動側には、軸方向に絶縁操作ロッド１８を介して、真空バルブ１４内の一対の接点を開閉する操作機構１９が設けられている。また、軸方向と直交する方向には、真空バルブ１４に連結された可動導体２０が連絡導体１３の他方端と摺動接触されている。断路部１５の他方の主回路端には、隣接する盤との接続を行う有機絶縁材料でモールドされた母線２１が設けられている。

なお、遮断部５、断路部１５、接続導体６および母線２１などのモールドされた主回路電気機器の主回路端は、いずれもテーパ状に形成された界面接続部となっており、図示しない例えばシリコンゴムのような可撓性絶縁体を介して互いの主回路端が接続されている。２２は、遮断部５、断路部１５などを制御する制御室である。

これら主回路電気機器のうち遮断部５を例にとり、その詳細を図２を参照して説明する。

図２に示すように、封着金具７ａ、７ｂの周りに設けられた環状の無機絶縁体８は、内周面が湾状の湾曲部８ａとなっており、外周面が所定の曲率を持った曲率部８ｂとなっている。そして、湾曲部８ａに設けられた固定部８ｃによって、封着金具７ａ、７ｂに固定されている。湾曲部８ａと曲率部８ｂ間、即ち、無機絶縁体８の絶縁厚さｔは、自立のための機械的強度を有する数ｍｍ以上としている。また、絶縁層９の絶縁厚さｔ_０に対し、ｔ＝ｔ_０／２未満としている。

これにより、無機絶縁体８の絶縁厚さｔよりも、無機絶縁体８と対向する絶縁層９の絶縁厚さ（＝ｔ_０−ｔ）が大きくなるので、絶縁層９が遮断部５の主絶縁となる。これは、他の主回路電気機器も同様である。なお、有機絶縁材料からなる主絶縁の絶縁層９は、電気的、機械的強度が優れ、複雑な形状とすることができる。

また、絶縁層９の比誘電率εはエポキシ樹脂の一般的なε＝４に対し、無機絶縁体８の比誘電率はエポキシ樹脂以上の大きさとしている。即ち、例えば、セラミックの場合では一般的なε＝８のものを用い、また、マイカの場合では一般的なε＝７のものを用いている。なお、酸化チタンなどを混合して比誘電率を前述の値よりも大きくしてもよい。更に、無機絶縁体８は、真空バルブ７の絶縁容器にセラミックが用いられているので、同種材料のセラミックが好ましい。このような無機絶縁体８は、図示しない金型内で加圧、加熱成形し、必要に応じて機械加工をすれば形成することができる。

これにより、スイッチギヤの運転電圧下において、封着金具７ａ、７ｂの先端から部分放電が発生した場合、無機絶縁体８の湾曲部８ａに部分放電に伴う電子が到達し、トラップされる。そして、無機絶縁体８内でも部分放電が発生するが、無機絶縁材料の性能上、絶縁劣化が極めて起き難い。即ち、無機絶縁体８は、部分放電が発生してもその進展を阻止する。その結果、主絶縁となる絶縁層９は絶縁劣化を起こし難く、部分放電特性を向上させることができる。

ここで、真空バルブ７における封着金具７ａ、７ｂは、端部が比較的に鋭角となっており、他の部分と比較して電界強度が上昇する個所となる。このため、封着金具７ａ、７ｂのような電界強度が上昇する部位を電界強度上昇部位と定義する。

なお、無機絶縁体８と絶縁層９との界面では、互いの絶縁抵抗などの相違により電位差を生じる。しかしながら、曲率部８ｂの曲率を所定の大きさにすることにより、この界面での電界緩和を図ることができる。また、絶縁層９よりも無機絶縁体８の比誘電率が大きいので、無機絶縁体８の電位分担が小さくなり、封着金具７ａ、７ｂ端部の電界強度を抑制することができる。

更に、絶縁層９と無機絶縁体８とは、互いが絶縁材料であり、従来のような絶縁材料と金属材料との接着よりも強固な接着力を得ることができる。無機絶縁体８の表面を脱脂したり、凸凹に荒らしたりすると、接着力を更に増すことができる。

上記実施例１の固体絶縁スイッチギヤによれば、電界強度が高くなる真空バルブ７の封着金具７ａ、７ｂの周りに無機絶縁材料からなる無機絶縁体８を設けているので、部分放電の進展が無機絶縁体８で阻止され、有機絶縁材料からなる絶縁層９の部分放電特性を向上させることができる。

次に、本発明の実施例２に係る固体絶縁スイッチギヤを図３を参照して説明する。図３は、本発明の実施例２に係る固体絶縁スイッチギヤに用いられる遮断部の構成を示す断面図である。なお、この実施例２が実施例１と異なる点は、無機絶縁体の構成である。図３において、実施例１と同様の構成部分においては、同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。

図３に示すように、無機絶縁体８の湾曲部８ａの内面には、例えば、導電性塗料を塗布した導電層２３を設け、この導電層２３に金属製の固定板２４の一方を固定し、他方を封着金具７ａ、７ｂにそれぞれ固定している。

これにより、導電層２３と封着金具７ａ、７ｂとが同電位となる。そして、スイッチギヤの運転電圧下においては、無機絶縁体８に直接電位が加わり部分放電が発生し易くなるが、無機絶縁体８は絶縁劣化を起こし難く、その結果、絶縁層９の部分放電特性を向上させることができる。なお、封着金具７ａ、７ｂからの部分放電の発生は抑制される。

上記実施例２の固体絶縁スイッチギヤによれば、実施例１と同様の効果のほかに、封着金具７ａ、７ｂからの部分放電の発生を抑制することができる。

なお、本発明は、上記実施例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。上記実施例では、真空バルブ７、１４の絶縁容器両端に無機絶縁体８、１６を設けて説明したが、他の主回路電気機器である接続導体６などにおいても、コ字状のコーナー部分などの電界強度が上昇する部分（電界強度上昇部位）に、無機絶縁材料からなる無機絶縁体を設けることにより、部分放電特性を向上させることができる。

本発明の実施例１に係る固体絶縁スイッチギヤの構成を一部断面して示す側面図。本発明の実施例１に係る固体絶縁スイッチギヤに用いられる遮断部の構成を示す断面図。本発明の実施例２に係る固体絶縁スイッチギヤに用いられる遮断部の構成を示す断面図。

符号の説明

１ａケーブル部
１ｂ開閉部
１ｃ母線部
２ケーブルヘッド
３変流器
４電力用ケーブル
５遮断部
６接続導体
７、１４真空バルブ
７ａ、７ｂ封着金具
８、１６無機絶縁体
８ａ湾曲部
８ｂ曲率部
８ｃ固定部
９、１７絶縁層
１０、１８絶縁操作ロッド
１１、１９操作機構
１２、２０可動導体
１３連絡導体
１５断路部
２１母線
２２制御室
２３導電層
２４固定板

Claims

絶縁材料でモールドして主絶縁を形成した主回路電気機器を組合せ、電源系統を構成する固体絶縁スイッチギヤであって、
前記主回路電気機器には、電界強度が上昇する電界強度上昇部位に、この電界強度上昇部位を囲むように無機絶縁材料からなる無機絶縁体が設けられていることを特徴とする固体絶縁スイッチギヤ。
前記無機絶縁体の内周面に、湾曲部を設けたことを特徴とする請求項１に記載の固体絶縁スイッチギヤ。
前記無機絶縁体の湾曲部に導電層を設け、前記電界強度上昇部位と同電位にしたことを特徴とする請求項２に記載の固体絶縁スイッチギヤ。
前記主回路電気機器は、接離自在の一対の接点を有する真空バルブであって、
前記電界強度上昇部位が封着金具であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の固体絶縁スイッチギヤ。
前記無機絶縁体は、セラミックからなることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の固体絶縁スイッチギヤ。
前記無機絶縁体は、前記主絶縁よりも比誘電率が大きいことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の固体絶縁スイッチギヤ。