JP2007274822A

JP2007274822A - ガス絶縁機器

Info

Publication number: JP2007274822A
Application number: JP2006098160A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Sato; 正幸佐藤; Koichi Hoshina; 好一保科
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2006-03-31
Filing date: 2006-03-31
Publication date: 2007-10-18
Anticipated expiration: 2026-03-31
Also published as: JP4564466B2

Abstract

【課題】ＳＦ_６ガスよりも絶縁性能が劣る代替ガスを使用した場合であっても、絶縁信頼性のある小型のＳＦ_６代替ガス絶縁機器を提供する。ガス絶縁機器自体の基本的構成を従来機器と同様として、部品の共通性、代替作業の容易性を確保する。
【解決手段】高電圧導体２と、高電圧導体２を密閉するための接地タンク１と、高電圧導体と接地タンクとの間を絶縁支持するための絶縁支持物３とを備える。高電圧導体２と接地タンク１との間に絶縁ガス５を封入する。高電圧導体１を、内面に導電性材料７を配設した絶縁筒６から構成する。絶縁筒６の端部に絶縁支持物３の中央部に設けられた埋め込み電極４を挿入し、埋め込み電極４と絶縁筒内面の導電性材料７を電気的に接続する。絶縁筒６の内側に金属導体８を挿入する。金属導体８の端部を絶縁支持物の埋め込み電極４と電気的にかつ構造的に接続する。
【選択図】図１

Description

本発明は、高電圧導体と、高電圧導体を密閉するための接地タンクと、高電圧導体と接地タンクとの間を絶縁支持するための絶縁支持物とを備え、さらに高電圧導体と接地タンクとの間に絶縁を保つための絶縁ガスを封入したガス絶縁機器に関するものである。

現在使用されている一般的なガス絶縁機器の構成例を図９に示す管路母線を用いて説明する。このガス絶縁機器は、据え付け面と平行に配置された円筒状の接地タンク１と、この接地タンク内部に挿入された通電用の高電圧導体２とを備えている。この高電圧導体２は、絶縁支持物３によって接地タンク１から絶縁支持されている。

この絶縁支持物３は絶縁スペーサとも呼ばれ、コーン型をしたその周縁部は、接地タンクのフランジ部分に挟持されて接地タンクと固定されている。一方、その中心部分には埋め込み電極４が設けられ、この埋め込み電極４と高電圧導体２の端部とを接続することにより、高電圧導体２と接地タンク１との同軸性が確保されている。

接地タンク１の内部には、高電圧導体２と接地タンク１との絶縁を保つための絶縁ガス５が封入されている。この絶縁ガス５としては現在、絶縁性能に優れたＳＦ_６が使用されている。

このようなガス絶縁機器が多数設置されている変電所は、社会の電気エネルギーの根幹をなすことから、高い絶縁信頼性が求められているとともに、日本国内では都市部の地下変電所への適用必要性から、小型化が要求され、さらなる技術革新が求められている。

すなわち、現在のガス絶縁機器の絶縁ガスとして使用されているＳＦ_６ガスは、地球温暖化防止京都会議(ＣＯＰ３)において地球温暖化ガスとして指定されたため、現在世界的な規模でＳＦ_６の排出量の削減が望まれている。従って、今後地球環境への影響を考慮し、機器をさらに小型化してＳＦ_６ガスの使用量を削減したガス絶縁機器の開発が重要視されている。

しかしながら、ＳＦ_６ガスを代替するガスとしては、現存し得るガスの中でＳＦ_６より優れた絶縁性能を有し、かつ有毒性、爆発性、液化温度などの要求項目をクリアし、ガス絶縁機器に適用できるような実用性のあるガスは存在しない。また、現在のように機器のさらなる小型化が要求されている中、絶縁性能の劣るＳＦ_６代替ガスを適用することで機器を大型化することは望ましくない。

このような中、ＳＦ_６ガスに替わる代替ガス絶縁機器を開発するに当たって、絶縁性能がＳＦ_６よりも劣るものの、環境的あるいは化学的な性質が良好であるガスを適用するため、ガス自身の持つ絶縁性能に他の絶縁技術を併用する技術が検討されてきている。

以上のようにガス自身の持つ絶縁性能に他の絶縁技術を併用する技術として、特許文献１や特許文献２に記載されるように、高電圧導体と接地タンクとの間に固体円筒状の絶縁バリアを構成する発明が提案されている。これらの発明では、絶縁バリアを高電圧導体と接地タンクとの間に挿入することで、高電圧導体から接地タンクまでの絶縁ガス中放電路を遮断している。このため絶縁破壊を発生させるには絶縁バリアを貫通させる必要がある。このようなバリアを貫通させるには、ガス単体での絶縁破壊電圧より高い電圧の印加が必要であることから、機器としての絶縁性能は向上する。
特開２００１−０５７７２６号公報特開２００２−１５２９２７号公報

しかしながら、特許文献１や特許文献２のような構成の絶縁バリア挿入技術では、現行のガス絶縁機器の構成に対して絶縁バリアを挿入するための改良構成物が必要であるため、代替ガス絶縁機器を製造するための費用が比較的大きなものとなってくる。また、絶縁バリアと支持絶縁物との接続状態を最適化しなければ、その部分に絶縁弱点部が構成されることによって絶縁破壊を引起す危険性がある。

また、特許文献２では、高電圧導体表面に固体絶縁塗装を施す技術が検討されている。この技術は、高電圧導体表面に潜在する表面粗さを絶縁被覆でコーティングするため、表面の凹凸を起点とする電子なだれの発生を防ぎ、その結果絶縁耐力を向上することができる。

しかしながら、高電圧導体表面に絶縁塗装を施す際に、塗装内部に気泡を含有する可能性が十分にある。導体表面絶縁塗装の内部に小さな気泡が存在すると、気泡内部にて部分放電が発生し、これが起因として絶縁破壊に発展する危険性がある。したがってコーティング内部の気泡を管理するための技術を確立することが必要である。また絶縁被覆表面自体の表面粗さの存在によっても、表面粗さの粗い部分において放電の起因となる初期電子が供給されることがあり、これによっても絶縁破壊を起こす危険性がある。

本発明は、以上の問題点を解決するために提案されたものであり、ＳＦ_６ガスの代替ガスとしてＳＦ_６よりも絶縁性能の低いガスを利用した場合であっても十分な絶縁性能を確保でき、しかも従前のガス絶縁機器の基本的な構成である接地タンク、絶縁支持物埋め込み電極などの基本的な構成を大幅に変更することなく、また、絶縁バリアやその支持部材のような余分な部材を接地タンク内に配設する必要がないガス絶縁機器を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明は、高電圧導体と、高電圧導体を密閉するための接地タンクと、高電圧導体と接地タンクとの間を絶縁支持するための絶縁支持物とを備え、さらに高電圧導体と接地タンクとの間に絶縁を保つための絶縁ガスを封入したガス絶縁機器において、前記高電圧導体が、内面に導電性材料を配設した絶縁筒から構成され、この絶縁筒の端部に絶縁支持物の中央部に設けられた埋め込み電極が挿入され、この埋め込み電極と絶縁筒内面の導電性材料が電気的に接続されていることを特徴とする。

また、前記高電圧導体が、前記絶縁筒と、その絶縁筒の内側に挿入された金属導体とから構成され、前記金属導体の端部が絶縁支持物の埋め込み電極と電気的にかつ構造的に接続されていることも、本発明の一態様である。

更に、前記高電圧導体が、内面に抵抗性材料を配設した絶縁筒と、その絶縁筒の内側に挿入された金属導体とから構成され、前記絶縁筒の端部に絶縁支持物の中央部に設けられた埋め込み電極が挿入されると共に、前記金属導体の端部が絶縁支持物の埋め込み電極と電気的にかつ構造的に接続されていることも、本発明の一態様である。

本発明によれば、これまで提案されたものよりはるかに実用性のあるＳＦ_６代替ガス絶縁機器を得ることができる。特に、ＳＦ_６ガスよりも絶縁性能が劣る代替ガスを絶縁ガスとして使用した機器に本発明を適用した場合であっても、絶縁信頼性のある小型のＳＦ_６代替ガス絶縁機器を市場に投入することができる。また、ガス絶縁機器自体の基本的構成を従来の機器と同様なものとしたので、部品の共通性、代替作業の容易性も確保できる。

(１）第１実施形態
以下、本発明の第１実施形態を図１に従って具体的に説明する。なお、図９に示した従来例と同一の部材に関しては同一符号を付し、説明は省略する。

第１実施形態の構成上の特徴は、接地タンク１内に挿入する高電圧導体として、内面に導電性材料７を配設した絶縁筒６を設けたものである。この絶縁筒６の端部には絶縁支持物３の中央部に設けられた埋め込み電極４が挿入され、この埋め込み電極４と絶縁筒３内面の導電性材料７が電気的に接続されている。また、この絶縁筒６の内側に、となり合う絶縁支持物３の埋め込み電極４どうしを結合する金属導体８が挿入されている。

ここで、前記絶縁筒６としては、図９に示す従来技術において使用されていた高電圧導体２とその外径寸法がほぼ同一であって、従来の高電圧導体を支持している絶縁支持物３の中心部に設けられた高電圧導体挿入用の開口部にそのままはめ込むことができる寸法のものを使用することが望ましい。また、その内径も、従来の高電圧導体２の端部に挿入されていた埋め込み電極４がそのままはまり込むような寸法を持つものを使用することが望ましい。

また、絶縁筒６の材質は、例えば、ガラス繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）を使用することができるが、その他アクリル樹脂なども使用できる。絶縁筒６の内面に配設される導電性材料７としては、例えば、加熱硬化型導電性シリコーン樹脂のような耐熱性に優れた導電性材料が使用できる。また、柔軟性のある導電性シリコーンゴムや金属粉やカーボンなどを含んだエポキシ樹脂などの樹脂、あるいは金属膜を塗布・注形・蒸着・溶射することで形成することも可能である。

この導電性材料７の厚みは、金属導体８の太さに応じて増減することができるが、例えば、通電容量の小さな産業用のガス絶縁機器の場合は１００μｍ以上とすることが望ましく、電力用のガス絶縁機器のように高電圧・大電流が流れる場合や金属導体８が小径の場合には、数ｃｍ単位の厚さとすることもできる。

接地タンク１内には、絶縁ガス５として、ＳＦ_６、Ｎ_２、Ｏ_２、乾燥空気、ＣＯ_２、ＣＦ_４、ｃ-Ｃ_４Ｆ_８、ＣＣｌ_２、Ｃ_２Ｆ_６、Ｃ_３Ｆ_８またはＣＦ_３Ｉのうち何れか１つの単体ガス、またはこれらのガスのうち任意の２つ以上のガスを混合させた混合ガスが封入されている。

以上のような構成を有する第１実施形態の発明では、機器運転により高電圧が課電される導電性材料７の外郭には絶縁筒６が存在するため、絶縁ガス５として現行機器に使用されているＳＦ_６ガス以外の、絶縁性能の低く環境低負荷な絶縁ガスを使用したとしても、絶縁筒６の高い絶縁性能により絶縁破壊現象を抑制することができる。

また、機器の運転による通電電流の大きさは、絶縁筒６内面の導電性材料７に流すだけでは大電流を流すことができないが、絶縁筒６のさらに内側に挿入した金属導体８にも通電電流を流すことができるため、これまでの機器と同程度の大電流を流すことができ、電力用のガス絶縁機器にも十分適用できる。

また、絶縁筒６と埋め込み電極４との接続部９を、図１に示すように従来のガス絶縁機器における高電圧導体との接続構造と同一のものとしたので、従来のガス絶縁機器の転用、置換が容易となり、開発・研究費用の削減につながる。したがって、本実施形態によれば、環境低負荷ガスを使用した場合であっても絶縁信頼性が高く、開発費用を削減したガス絶縁機器を提供することができる。

(２）第２実施形態
図２は、第２実施形態に係るガス絶縁機器の構成を示す断面図である。第２実施形態の構成上の特徴は、前記第１実施形態において絶縁筒６の内側に挿入する金属導体８を、軸方向に伸縮可能な金属伸縮体１０としたことにある。この図２の例では、金属伸縮体１０の例として金属バネを挿入しているが、弾力性を有する導電性樹脂によって構成することも可能である。

以上のような構成を有する第２実施形態では、絶縁筒６の内側に挿入する金属伸縮体１０の例として、金属バネを挿入しているため、埋め込み電極４に形成されている接続部９として、特別な接続方法、または現行機器に使用されている接続構造を必要とせず、バネの押出し力による面接触のみで構成することができる。したがって、接続構造に係る費用を削減することができ、その結果安価であり、環境低負荷ガスを使用し絶縁信頼性の良好なガス絶縁機器を提供することができる。

（３）第３実施形態
図３は第３実施形態に係るガス絶縁機器の構成を示す断面図である。第３実施形態の構成上の特徴は、絶縁筒６の内側に金属導体８を挿入しないことにある。この場合、絶縁筒６の内面に形成する導電性部材７としては、電力用の場合には数ｃｍ単位の厚いものを使用する。また、産業用の通電容量の小さなガス絶縁機器においては、その通電容量に合わせて導電性部材７の厚さを設定するが、通常は、１００μｍ以上の厚さが望ましい。

以上のような構成を有する第３実施形態では、絶縁筒６の内側に金属導体を挿入しないため、大きな電流を必要としない産業用のガス絶縁機器として従来より安価に機器を製造することができ、環境低負荷ガスを使用した絶縁信頼性の良好なガス絶縁機器を提供することができる。

（４）第４実施形態
図４は第４実施形態に係るガス絶縁機器の構成を示す断面図である。第４実施形態の構成上の特徴は、絶縁筒６の内外のガス区分を共通化する通気路１１を、絶縁支持物３に構成したことにある。この通気路１１は、本実施形態では、埋め込み電極４の中心部に絶縁筒６の軸方向と同軸に通気孔を穿ち、その通気孔の端部を埋め込み電極４の外周に延長し、更に絶縁支持物３の肉厚内をＬ字形に屈曲して貫通し、接地タンク１と絶縁筒６との空間に連通している。

以上のような構成を有する第４実施形態では、絶縁筒６内外の絶縁ガス区分を同一のガス区分とすることができ、ガス絶縁機器に絶縁ガス５を封入する直前の真空引きの際に、絶縁筒６の内側に存在した空気も同時に効率よく排出される。したがって、絶縁ガス５封入前の真空引きの際に、真空時間が不足したことによる空気の残留が無くなり、絶縁ガス５に空気が混合することはなくなる。以上より空気が混在したことによる絶縁性能の不足を抑制することができ、絶縁信頼性の良好なガス絶縁機器を提供することができる。

（５）第５実施形態
図５は第５実施形態に係るガス絶縁機器の構成を示す断面図である。第５実施形態の構成上の特徴は、絶縁筒６と絶縁支持物３との接続部９に、絶縁筒６と絶縁支持物３との間を密封して、絶縁筒６内外のガス区分を区別させるための弾性材料からなるシール材１２を配設したことにある。

以上のような構成を有する第５実施形態は、絶縁筒６内外のガス区分がシール材１２により密封分離されているため、機器組立後の真空引きおよび絶縁ガス封入作業において、絶縁筒内部の空気ガスが絶縁筒６外の絶縁ガス５に流出することはない。したがって、絶縁性能の低下の要因である絶縁筒６外部の絶縁ガス５に空気が混入する現象はなくなり、絶縁信頼性の良好なガス絶縁機器を提供することができる。

（６）第６実施形態
図６は第６実施形態に係るガス絶縁機器の構成を示す断面図である。第６実施形態の構成上の特徴は、絶縁筒６および導電性材料７の内部に導電性液体または導電性ゲル体１３を注入したことにある。この導電性液体としては、一例として「水」を使用することができる。また、電気を通すイオン化水溶液、例えば塩酸や食塩の希釈水溶液が使用できる。更に、導電性のシリコーンゴムやそのモノマーなど柔軟性あるいは流動性を持つ樹脂も使用できる。

以上のような構成を有する第６実施形態では、導電性液体または導電性ゲル体１３を絶縁筒６の内部に注入することで、第１実施形態における金属導体８と同等の通電効果を期待することができる。即ち、機器運転時の電流は絶縁筒６の内面の絶縁性塗布物１３と導電性液体または導電性ゲル体１３とに流れることになる。したがって、通電時における絶縁筒内面の導電性材料７の温度上昇を抑制することができ、温度上昇による絶縁筒６の劣化を抑えることができる。これにより信頼性の良好なガス絶縁機器を提供することができる。

（７）第７実施形態
図７は第７実施形態に係るガス絶縁機器の構成を示す断面図である。第７実施形態の構成上の特徴は、絶縁筒６の内面に抵抗性材料１４を配設すると共に、絶縁筒６の内部には金属導体８もしくは金属伸縮体１０を配設したことにある。この場合、抵抗性材料１４としては、加熱硬化型絶縁性シリコーン樹脂や柔軟性のある絶縁性シリコーンゴムなどの樹脂、その他絶縁皮膜として使用されている各種の樹脂が使用できる。また、この抵抗性材料１４の配置方法は、樹脂などを塗布しても良いし、シート状あるいは絶縁筒６の内面形状に成型した部材を接着その他の手段で絶縁筒内面に固定しても良い。

以上のような構成を有する第７実施形態は、絶縁筒６の内面に配設する塗布物を導電性材料ではなく抵抗性材料１４としたので、運転時の通電電流を絶縁筒６内面の抵抗性材料１４ではなく主に金属導体８に流すことができる。したがって、通電時における絶縁筒内面の抵抗性材料１４の温度上昇を抑制することが可能となるので、温度上昇による絶縁筒６の劣化を抑えることができ、これにより信頼性の良好なガス絶縁機器を提供することができる。

（８）第８実施形態
図８は第８実施形態に係るガス絶縁機器の構成を示す断面図である。第８実施形態の構成上の特徴は、絶縁筒６の内側のガス区分から接地タンク１の外に通ずる配管１５を絶縁支持物３に構成したことを特徴とする。この配管１５は、本実施形態では、埋め込み電極４の中心部に絶縁筒６の軸方向と同軸に通気孔を穿ち、その通気孔の端部を埋め込み電極４の外周に延長し、更に絶縁支持物３の肉厚内及び接地タンク１のフランジ部分を貫通して、接地タンク１外部に連通している。

なお、この第８実施形態では、絶縁筒６の内部に、導電性液体または導電性ゲル体１３を注入しているが、この絶縁筒６内部に絶縁ガス５を封入することも可能である。また、絶縁筒６の内面には、抵抗性材料１４を配設しているが、導電性材料７を配設することも可能である。

以上のような構成を有する第８実施形態では、絶縁筒６の内部のガス区分に対し、機器組立後に真空引きを行うことが可能であり、また絶縁ガス５の封入も可能となる。また、例えば絶縁筒６の内部に導電性液体または導電性ゲル体１３を注入することを特徴とする図８のようなガス絶縁機器においては、配管１５を通して導電性液体または導電性ゲル体１３を注入することが容易にできるため、導電性液体または導電性ゲル体１３の注入作業が容易に可能となる。

したがって、図８のように絶縁筒内面に抵抗性材料１４を配置した場合には、簡易な作業で通電時における抵抗性材料１４の温度上昇を抑制することができ、したがって温度上昇による絶縁筒６の劣化も抑えることができる。これにより信頼性の良好なガス絶縁機器を提供することができる。

本発明の第１実施形態の構成を示す断面図。本発明の第２実施形態の構成を示す断面図。本発明の第３実施形態の構成を示す断面図。本発明の第４実施形態の構成を示す断面図。本発明の第５実施形態の構成を示す断面図。本発明の第６実施形態の構成を示す断面図。本発明の第７実施形態の構成を示す断面図。本発明の第８実施形態の構成を示す断面図。従来のガス絶縁機器の構成を示す断面図。

符号の説明

１…接地タンク
２…高電圧導体
３…支持絶縁物
４…埋め込み電極
５…絶縁ガス
６…絶縁筒
７…導電性材料
８…金属導体
９…接続部
１０…金属伸縮体
１１…通気路
１２…シール材
１３…導電性液体または導電性ゲル体
１４…抵抗性材料
１５…配管

Claims

高電圧導体と、高電圧導体を密閉するための接地タンクと、高電圧導体と接地タンクとの間を絶縁支持するための絶縁支持物とを備え、さらに高電圧導体と接地タンクとの間に絶縁を保つための絶縁ガスを封入したガス絶縁機器において、
前記高電圧導体が、内面に導電性材料を配設した絶縁筒から構成され、この絶縁筒の端部に絶縁支持物の中央部に設けられた埋め込み電極が挿入され、この埋め込み電極と絶縁筒内面の導電性材料が電気的に接続されていることを特徴とするガス絶縁機器。
前記高電圧導体が、前記絶縁筒と、その絶縁筒の内側に挿入された金属導体とから構成され、前記金属導体の端部が絶縁支持物の埋め込み電極と電気的にかつ構造的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載のガス絶縁機器。
高電圧導体と、高電圧導体を密閉するための接地タンクと、高電圧導体と接地タンクとの間を絶縁支持するための絶縁支持物とを備え、さらに高電圧導体と接地タンクとの間に絶縁を保つための絶縁ガスを封入したガス絶縁機器において、
前記高電圧導体が、内面に抵抗性材料を配設した絶縁筒と、その絶縁筒の内側に挿入された金属導体とから構成され、
前記絶縁筒の端部に絶縁支持物の中央部に設けられた埋め込み電極が挿入されると共に、前記金属導体の端部が絶縁支持物の埋め込み電極と電気的にかつ構造的に接続されていることを特徴とするガス絶縁機器。
前記金属導体が、軸方向に伸縮可能な金属伸縮体としたことを特徴とする請求項２または請求項３に記載のガス絶縁機器。
前記絶縁支持物に、絶縁筒の内外のガス区分を共通化する通気路を形成したことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のガス絶縁機器。
前記絶縁筒と埋め込み電極との接続部にガス区分用のシール材を構成させたことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のガス絶縁機器。
前記絶縁筒の内側に導電性液体または導電性ゲル体を注入したことを特徴とする請求項６に記載のガス絶縁機器。
前記絶縁筒内側のガス区分から接地タンクの外に通ずる配管を絶縁支持物に構成したことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のガス絶縁機器。
前記絶縁ガスとしてＳＦ_６、Ｎ_２、Ｏ_２、乾燥空気、ＣＯ_２、ＣＦ_４、ｃ-Ｃ_４Ｆ_８、ＣＣｌ_２、Ｃ_２Ｆ_６、Ｃ_３Ｆ_８またはＣＦ_３Ｉのうち何れか１つの単体ガス、またはこれらのガスのうち任意の２つ以上のガスを混合させた混合ガスが封入されたことを特徴とするガス絶縁機器。