JP2008193787A - ガス絶縁開閉装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
ガス絶縁開閉装置において、開閉操作時に残留する直流電荷の影響により、絶縁耐力が低下するため、絶縁距離を大きくとる必要が生じるなど小型化と信頼度維持に支障が生じる。
【解決手段】高電圧導体の上側表面または金属容器底面内側に、片端を固定して自由に可動できる微小金属片を固着する。直流電荷が残存した場合は金属片が起立し、部分放電が発生することにより直流残留電荷が減衰し、消滅する。交流電界に対しては、交番電界であるため金属片は起立せずに平伏したままとなり、絶縁信頼性は維持される。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガス絶縁開閉装置の絶縁性能向上に係り、特に残留した直流電圧を放電させる機能を有するガス絶縁開閉装置、および、その外部診断法に関する。

従来、ガス絶縁開閉装置は、交流電圧用においても 図４に示すように、断路器の開放操作によって最大±１．０ｐｕの直流電圧が高電圧導体に残留する可能性がある。この場合、直ちに接地装置により、高電圧導体が接地されれば問題無いが、接地装置が無い場合、あるいは、運用形態により接地装置を投入せずに 長時間、ガス絶縁開閉装置が直流電圧にさらされる可能性がある。

直流電圧下でのガス絶縁開閉装置では、金属容器１内に金属異物１１が万一存在すると、運転中に高電圧導体２に残留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。例えば、図５に示すように、高電圧導体２に正極性直流電圧が残留されて、線状の金属異物１１が金属容器１の内面に存在すると、金属容器１内の金属異物１１は、負極性の電荷を帯び（１）式で示す静電浮上力によって起立する。（“Ａ”の状態）。

ＦＬ＝Ｑ・Ｅ［Ｎｅｗｔｏｎ］………（１）
ここで、Ｑ＝２π・ε・a・ｌ・Ｅ（クーロン）であり、Ｑは金属異物１１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（８．８５５×１０^ー１２）、ａは金属異物１１の半径（ｍ）、ｌは金属異物１１の長さ（ｍ）である。

このように金属異物１１が一旦起立すると、金属異物１１が受ける電荷量は、
下記（２）式に示すように金属異物１１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１１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１１は 金属容器１の底面で平伏しているが、直流電圧の場合、金属異物１１が一旦起立すると、金属異物１１は必ず高電圧導体２に到達してしまう（“Ｂ”の状態）。

Ｑ＝π・εo・ｌ^２ ・Ｅ／ｌｎ（２ｌ／ａ）−１………（２）
高圧導体２に達した金属異物１１は、（“Ｃ”の状態）高電圧導体２との間で電荷のやり取りを行なう為、金属異物１１の極性が正極性に変わり、金属容器１に向けて落下する。電気的に負極性である金属容器１に落下した金属異物１１は、（“Ｄ”の状態）ここでも、電荷のやり取りが行われるため 極性が再び、負極性に変わり、先と同様に正極性の高電圧導体２に達する。このように、金属異物１１は金属容器１と高電圧導体２の間を激しく往復運動する挙動形態となり、その異物挙動過程の中で、金属容器１の内面に存在した金属異物１１が絶縁スペーサ３に付着し、（“Ｅ”の状態）絶縁性能が大きく低下することが想定される。

このため、残留する直流電荷を放電させる方法として、特許文献１では遮断器の極間を高抵抗で接続することにより電荷を放電する経路を確保する手法が、特許文献２では絶縁支持体の表面を低抵抗コーティング材でコーティングすることにより電荷を放電する手法が提案されている。
特開平８−１４９６２６号公報 特開２００３−２３７２５号公報

今まで述べたように、交流電圧下でのガス絶縁開閉装置での金属異物１１の挙動に対して、直流電圧下のガス絶縁開閉装置の異物挙動は絶縁的に過酷なものとなる。一般的に直流電圧専用のガス絶縁開閉装置は、交流用ガス絶縁開閉装置に対して、金属容器、高電圧導体、絶縁スペーサとも寸法サイズを大きくし、電界レベルを低減させることで、金属異物による絶縁低下分をカバーしているのが実状である。ところが、直流用に比べ、機器寸法的に小さい交流用ガス絶縁開閉装置においても、先に述べたように、断路器の開放操作により 最大±１．０ｐｕの直流電圧が高電圧導体に残留する可能性があり、そのような状態になった際の絶縁性能の低下が懸念されている。また特許文献１の方法では、遮断器開放後も高抵抗を介して微小電流が継続して流れるため抵抗の発熱等の問題がある。特許文献２の方法は、絶縁支持体の絶縁レベルが変わるため、沿面距離を大きくするなどの必要性があり、機器寸法が大きくなるという問題がある。

本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、その目的は、直流電圧が残留された状態でも、交流用のガス絶縁開閉装置の機器寸法を増大させることなく、金属異物による絶縁性能の低下を防止する機能を持ったガス絶縁開閉装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の請求項１では、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開閉装置において、高電圧導体表面の上側に端部を半固定し、その端部を支点として自由に可動する微小な金属片を具備したものである。

請求項２では、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開閉装置において、金属容器の内底面の一部に端部を半固定し、その端部を支点として自由に可動する微小な金属片を具備した構成である。

請求項３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開閉装置において、金属容器に設けられたマンホールのフタの内面に端部を半固定し、その端部を支点として自由に可動する微小な金属片を具備した構成である。

本発明によれば、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開閉装置において、高電圧導体表面の上側、または金属容器内底面、または金属容器内底面のマンホールのフタに、前記ガス絶縁開閉装置に要求される過電圧に対して耐電圧できる程度の 微小の金属片が配置されている。金属片の端部は半固定接続され、金属片の端部を支点として自由に可動する。高電圧導体に電圧が印加されていない状態での金属片は、金属片の持つ自重により高電圧導体に対して平行に平伏した状態になる。また、高電圧導体に運用時、常時かかる交流電圧が印加されると金属片には 高電圧導体と金属容器の間にかかる電界の作用を受ける。交流は交番電界であり、正負が常時変動するため、平伏状態の金属片は端部を支点として起こそうとする力と、逆に寝かそうとする力が均衡する。その結果、金属片は平伏状態を維持する。一方、高電圧導体に断路器の開放操作によって最大±１．０ｐｕの直流電圧が残留した場合、直流は電界方向が常時一定であるため、高電圧導体と金属容器間の直流電界の影響を受けて、金属片は端部を支点とし、取り付け面に対し直角の起立した状態になる。起立状態の金属片の先端は他と比べ高電界となるため、部分放電を生じ、残留された直流電圧が減衰する。その結果、直流電界レベルが低下するために、金属異物を挙動させようとする静電力も低下し、懸念された直流特有の、金属容器と高電圧導体間の往復運動が防止される。

以上、詳記したように、常時の交流運転時の耐電圧性能を損なうこと無しに、かつ交流ガス絶縁開閉装置の機器サイズを増大させることなく、残留直流電圧の異物挙動による絶縁性能の低下を抑制することが可能となり、信頼性を維持したガス絶縁開閉装置を提供できる。

以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。

図１はガス絶縁開閉装置の構成図である。円筒状の金属容器１の両端には各絶縁スペーサ３が配設されている。絶縁スペーサ３の内部にはリング状の埋め込み電極６が配置されており、かつ、外部への引き出し端子が設けられており、ここから埋め込み電極６の電位が容易に測定される。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いる。図１に示すように高電圧導体２の上部には微小な金属片７が設けられている。金属片７の端部は高電圧導体２の表面上側に半固定接続され、端部を支点として自由に可動する。高電圧導体２に電圧が印加されていない状態での金属片７は、金属片７の持つ自重により高電圧導体２に対して平行に平伏した状態になる。また、高電圧導体２に運用時、常時かかる交流電圧が印加されると金属片７には 高電圧導体２と金属容器１の間にかかる電界の作用を受ける。交流は交番電界であり、正負が常時変動するため、平伏状態の金属片７は端部を支点として起こそうとする力と、逆に寝かそうとする力が均衡する。その結果、金属片７は平伏状態を維持する。一方、高電圧導体２に断路器の開放操作によって最大±１．０ｐｕの直流電圧が残留した場合、直流は電界方向が常時一定であるため、金属容器１と逆極性の電荷を帯びた金属片７は金属容器１に引かれ、結果として 端部を支点とし、高電圧導体２に対し直角の起立した状態になる。起立状態の金属片７の先端は他と比べ高電界となるため、部分放電を生じ、残留された直流電圧が減衰する。その結果、直流電界レベルが低下するために、金属異物を挙動させようとする静電力も低下し、懸念された直流特有の、金属容器１と高電圧導体間２の金属異物の往復運動が防止される。

次に本発明の第二の実施例について図面を参照して説明する。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２はガス絶縁開閉装置の構成図である。図２に示すように金属容器１の底面には微小な金属片８が設けられている。金属片８の端部は金属容器１の内底面に半固定接続され、端部を支点として自由に可動する。高電圧導体２に電圧が印加されていない状態での金属片８は、金属片８の持つ自重により金属容器１に対して平行に平伏した状態になる。また、高電圧導体２に交流電圧が印加されると、金属片８には、高電圧導体２と金属容器１の間にかかる電界の作用を受ける。交流は交番電界であり正負が常時変動するため、平伏状態の金属片８は端部を支点として起こそうとする力と、逆に寝かそうとする力が均衡する。その結果、金属片８は平伏状態を維持する。一方、高電圧導体２に断路器の開放操作によって最大±１．０ｐｕの直流電圧が残留した場合、直流は電界方向が常時一定であるため、高電圧導体２と逆極性の電荷を帯びた金属片８は高電圧導体２に引かれ、結果として 端部を支点とし、金属容器１に対し直角の起立した状態になる。起立状態の金属片８の先端は他と比べ高電界となるため部分放電を生じ、残留された直流電圧が減衰する。その結果、直流電界レベルが低下するために、金属異物を挙動させようとする静電力も低下し、懸念された直流特有の、金属容器１と高電圧導体２間の金属異物の往復運動が防止される。

次に本発明の第三の実施例について図面を参照して説明する。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３はガス絶縁開閉装置の構成図である。金属容器１にはマンホールフタ９が配置されている。図３に示すようにマンホールフタ９の内面には微小な金属片１０が設けられている。金属片１０の端部はマンホールフタ９の内面に半固定接続され、金属片の端部を支点として自由に可動する。前記と同様に高電圧導体２に電圧が印加されていない状態、または高電圧導体２に交流電圧が印加された状態での金属片１０はマンホールフタ９の内面に平伏状態を維持する。一方、直流電圧が高電圧導体２に印加されると、前記同様、金属片１０は端部を支点とし、マンホールフタ９内面に対し直角の起立した状態になる。そして、起立した金属片１０の先端からの部分放電により、残留された直流電圧が減衰し、金属異物の挙動が抑制される。第三の実施例では、第二の実施例のように金属容器１に金属片７を半固定接続させる細工が無くても、例えば、従来のガス絶縁開閉装置で金属容器にマンホールが配置さえしてあれば、 金属片１０を有するマンホールフタ９に付け替えることにより 容易に前記の機能を付加することが可能になる。

高電圧導体２の上部に有する金属片７、金属容器１の底面に有する金属片８、および マンホールフタ９の内面に有する金属片１０は、いずれも、片方の端部がちょうつがいのごとく接続され、端部を支点として自由に動くことが可能な構造となっている。また、これら金属片が直流電界によって起き上がり、起立状態になった他とき、金属片先端の電界が高くなるが、その時の電界はガス絶縁開閉装置に要求される雷インパルス電圧等の過電圧に対して閃絡させないような電界設計となっている。そのため要求される過電圧に耐電圧できる程度の電界を実現するには、微小な金属片であることが条件となる。さらに、直流電圧が減衰すると、高電圧導体２と金属容器１の間の直流電界も低下するため、起立状態であった金属片７，８，１０は平伏状態になる。これにより、直流電圧が印加されるときのみ金属片が起立し、一方、常時、交流が印加されるときには金属片が平伏することになり、金属片部の電界が抑えられ、常時の交流運転時の耐電圧性能を損なうことを防止できる。

また、絶縁スペーサ３の内部に配置された埋め込み電極６から外部に引き出された端子により、微小放電の電気信号を容易に、かつ感度よく、測定できる。このことは、断路器を開放した際、微小放電の電気信号が観測されたならば、高電圧導体２に高い直流電圧が残留して、かつ、それが放電されている状態を示し、かつ、部分放電が終了した電位を測定することにより直流電圧が減衰低下したことを容易に確認できる。

本発明のガス絶縁開閉装置の一実施例を示す断面図 本発明のガス絶縁開閉装置の一実施例を示す断面図 本発明のガス絶縁開閉装置の一実施例を示す断面図 断路器の開放操作により高電圧導体に直流が残留することを説明する図 直流電圧下のガス絶縁開閉装置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・・・バネ機構
５・・・絶縁性ガス
６・・・埋め込み電極
７、８、１０・・・金属片
９・・・マンホールフタ
１１・・・金属異物

Claims (4)

1. 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開閉装置において、前記高電圧導体表面の上側に端部を半固定し、その端部を支点として自由に可動する微小な金属片を具備したことを特徴とするガス絶縁開閉装置。
2. 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開閉装置において、金属容器の内底面の一部に端部を半固定し、その端部を支点として自由に可動する微小な金属片を具備したことを特徴とするガス絶縁開閉装置。
3. 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開閉装置において、金属容器底面に設けられたマンホールのフタの内面に端部を半固定し、その端部を支点として自由に可動する微小な金属片を具備したことを特徴とするガス絶縁開閉装置。
4. 請求項１、請求項２ 及び請求項３記載のガス絶縁開閉装置において 高圧導体表面、金属容器の内底面、あるいはマンホールのフタの内面に有する微小の金属片からの部分放電の電気信号を 観測するための電極を、絶縁スペーサ内部に配置したことを特徴とするガス絶縁開閉装置。

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