JP2008295190A - ガス絶縁開閉装置 - Google Patents

Abstract

【課題】絶縁耐力を向上させコンパクトな構成を有するガス絶縁開閉装置を提供する。
【解決手段】接点８を有し金属にて構成される固定側シールド部５ａと、接点８と離着する可動ロッド３を有し金属にて構成される可動側シールド部５ｂとを対向させ構成された開閉部６を絶縁ガスを密封した密閉容器１内に収容したガス絶縁開閉装置において、可動側シールド部５ｂと対向する固定側シールド部５ａの外周面上には固定側絶縁膜９が形成され、固定側シールド部５ａと対向する可動側シールド部５ｂの外周面上には固定側絶縁膜９の厚みより厚みの薄い可動側絶縁膜１０が形成されているものである。
【選択図】図１

Description

この発明は、高電圧導体を密封容器内に収納し、密封容器内に絶縁ガスを充填して高電圧導体と密封容器とを絶縁した絶縁構成をとるガス絶縁電気装置に係り、特に絶縁耐力を向上させコンパクトな構成を有するものである。

従来のガス絶縁開閉装置の開閉部である断路器部は、絶縁消弧性ガスが封入された金属容器に収納され、固定側電極及び可動側電極とこれらの中心に可動ロッドとそれを操作する絶縁支持棒で構成されている。可動側電極部及び固定側電極部には、極間近傍の電界値を緩和するために、それぞれ金属製の固定側および可動側シールドが取り付けられている。断路器部の極間方向の絶縁設計は可動ロッドが開極状態、つまり可動側シールドよりも内側に在る時の電界で決まる。そして、絶縁設計は金属製の固定側および可動側シールド上の最大電界値で決まり、固定側および可動側のシールドの最大電界を緩和することが極間距離を縮小することにつながるために、曲率半径の大きな電極を配置して平等電界を得ることにより周囲の電界を緩和する対策が行われている。また、他の従来のガス絶縁開閉装置では金属性のシールド上にアルマイト加工を施すことにより、金属面からの電子放出を抑え絶縁耐圧を向上させる対策が行われている（例えば、特許文献１参照）。

特公平７−７５７４５号公報

従来のガス絶縁開閉装置は、金属製のシールド表面上が最大電界部となり金属表面が絶縁消弧性ガスに晒されているため、電極面積効果のよって絶縁消弧性ガス本来の耐圧よりも下がり、極間方向の距離も規定される。また、このような問題は上記に示した他のガス絶縁開閉装置においては、金属表面を絶縁物であるアルマイト被覆で覆うことで、金属表面からの電子放出を抑え電極面積効果をある程度抑制できる。しかし、アルマイト被覆の厚みは数１０μｍよりも厚く被覆することは困難であるため、ガス絶縁開閉装置の責務である小電流開閉時においてアークにさらされた被覆に極間電圧がかかると生じる貫通破壊は避けられない。従って、貫通破壊により被覆効果が消失した後では破壊前の耐圧を維持することができないという問題点があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、絶縁耐力を向上させコンパクトな構成を有するガス絶縁開閉装置を提供することを目的とする。

この発明は、接点を有し金属にて構成される固定側シールド部と、接点と離着する可動ロッドを有し金属にて構成される可動側シールド部とを対向させ構成された開閉部を絶縁ガスを密封した密閉容器内に収容したガス絶縁開閉装置において、可動側シールド部と対向する固定側シールド部の外周面上には固定側絶縁膜が形成され、固定側シールド部と対向する可動側シールド部の外周面上には固定側絶縁膜の厚みより厚みの薄い可動側絶縁膜が形成されているものである。

この発明のガス絶縁開閉装置は、接点を有し金属にて構成される固定側シールド部と、接点と離着する可動ロッドを有し金属にて構成される可動側シールド部とを対向させ構成された開閉部を絶縁ガスを密封した密閉容器内に収容したガス絶縁開閉装置において、可動側シールド部と対向する固定側シールド部の外周面上には固定側絶縁膜が形成され、固定側シールド部と対向する可動側シールド部の外周面上には固定側絶縁膜の厚みより厚みの薄い可動側絶縁膜が形成されているので、絶縁耐力を向上させコンパクトな構成を有する。

実施の形態１．
以下、本願発明の実施の形態について説明する。図１はこの発明の実施の形態１によるガス絶縁開閉装置を示す断面図、図２は様々な種類および形状のガス絶縁開閉装置における繰り返し放電回数と絶縁物貫通破壊電界との関係を示す図、図３は図１に示したガス絶縁開閉装置および従来のガス絶縁開閉装置における電界の極間距離依存性を示す電界と極間距離と関係を示す図である。図において、ガス絶縁開閉装置の断路器にて成る開閉部６は、接点８を有し金属にて構成される固定側シールド部５ａと、絶縁支持棒４の操作により接点８と離着する可動ロッド３を有し金属にて構成される可動側シールド部５ｂとを対向させて構成され、絶縁ガスを密封した密閉容器１内に収容されている。そして、可動側シールド部５ｂと対向する固定側シールド部５ａの外周面上には固定側絶縁膜９が形成され、固定側シールド部５ａと対向する可動側シールド部５ｂの外周面上には固定側絶縁膜９の厚みより厚みの薄い可動側絶縁膜１０が形成されている。

そして、固定側絶縁膜９の厚みは開閉部６の開閉時におけるアークによる貫通破壊に耐えうる厚みにて形成されている。固定側シールド部５ａは密閉容器１中の同軸中心位置に固定側電極とこの電極を緩和するためのシールド電極とにて構成されている。また、可動側シールド部５ｂは密閉容器１中の同軸中心位置に可動側電極とこの電極を緩和するためのシールド電極とにて構成されている。また、固定側シールド部５ａ、および、可動側シールド部５ｂの固定側絶縁膜９および可動側絶縁膜１０の被覆前の外形形状は、固定側シールド部５ａ、および、可動側シールド部５ｂ間の電界不平等率が平等電界に近似するように、曲率半径が大きい曲面にて形成されている。

上記のように構成された実施の形態１におけるガス絶縁開閉装置において、開閉部６の極間方向の絶縁設計は開極状態時の固定側シールド部５ａ、および、可動側シールド部５ｂ上の最大電界値で決まる。固定側シールド部５ａ、および、可動側シールド部５ｂの表面が金属の状態のままならば電極表面の微小突起の影響で電極面積効果による耐圧低下が現れ、極間距離を広げなければ絶縁が保てない。しかし、本願発明のように固定側シールド部５ａ、および、可動側シールド部５ｂ上を固定側絶縁膜９、および、可動側絶縁膜１０にてそれぞれ被覆することにより、固定側シールド部５ａ、および、可動側シールド部５ｂにおける電極面積効果を低減でき、極間方向の距離を縮めるコンパクトな設計が可能となる。尚、上記に示した極間方向および極間距離の、極間とは、固定側電極と可働側電極との間を示すものである。

さらに、開閉部６における責務は電路を断路することにあり、絶縁支持棒４および可動ロッド３を固定側シールド部５ａから可動側シールド部５ｂへ移動させることにより電路を開放する。小電流開極時（高圧時）は極間では最大で運転電圧の２倍の電圧が印加されるため、このことを考慮する必要がある。可動ロッド３が固定側シールド部５ａからの離隔を始めると極間で放電が形成される。この放電は電界が高い部分を結ぶので、離隔初期は可動ロッド３と接点８との間で、固定側シールド部５ａの先端の位置ぐらいに可動ロッド３が移動すると、可動ロッド３と固定側シールド部５ａとの間で放電が形成される。離隔距離がひらいて可動ロッド３と固定側ロッド部５ａとの間で放電ができないぐらいまで最大電界が下がったら、電路が切り離され、開極状態となる。最後に可動ロッド３が可動側シールド５ｂ内に収まると動作が完了する。

開極作業中の放電は、接点８と可動ロッド３との間で放電している間は金属同士なので繰り返し放電が起こったとしても絶縁性能上の問題はない。しかしながら、固定側絶縁膜９と可動ロッド３との間での放電は、固定側絶縁膜９と可動ロッド３とのガスギャップ間で起こり、次に、固定側絶縁膜９の沿面を伝って固体側ロッド部５ａの金属部に到達する経路をとる。従って放電中は極間電圧の全電圧が固定側絶縁膜９に印加される状態となり、固定側絶縁膜９内部は非常に高電界となる。固定側絶縁膜９中の電界が高いと固定側絶縁膜９は貫通破壊を起こし、破壊する以前の極間絶縁性能を維持できなくなる。

図２は様々な種類および形状のガス絶縁開閉装置における繰り返し放電回数と絶縁物貫通破壊電界との関係を示したものである。尚、破壊電界とは絶縁物中の最大電界値を示している。図２に示すように、絶縁物貫通破壊電界は繰り返し沿面放電の回数に対して、いずれの種類および形状のガス絶縁開閉装置においても右下がりの傾向を有する。よって、絶縁膜の膜厚はある程度以上の厚みを有する必要があり、アルマイト被覆のような数１０μｍの厚みでは貫通破壊が発生する。しかしながら、本発明の構成のように開閉部の開閉動作中の放電アークによって固定側絶縁膜９が破壊されないように図２の特性の電界以下とする固定側絶縁膜９の厚み（尚、この際に決定される固定側絶縁膜９の厚みは、固定側シールド部５ａの外形形状に依存することは言うまでもない。）とすることにより、固定側シールド部５ａおよび可動側シールド部５ｂに絶縁被覆が形成されている場合でも放電アークに耐用できる固定側シールド部５ａおよび可動側シールド部５ｂを構成することが可能となる。

上記のような固定側シールド部５ａの固定側絶縁膜９の膜厚は、例えば数１０ｍｍレベルの厚みを有することとなる。この程度の膜厚を確保できる材質としては、例えば、エポキシ樹脂、アクリル系樹脂、フッ素系樹脂、ゴム系樹脂、ポリエチレンポリプロピレンなどにて形成することが考えられる。また、可動側絶縁膜１０も固定側絶縁膜９と同様の材質にて形成することが考えられ、膜厚としては、数百μ〜数ｍｍ程度にて構成できることが考えられる。また、絶縁の固体（固定側絶縁膜９および可動側絶縁膜１０）とガス（密封容器１内の絶縁ガス）とが複合させる場合は、誘電率の高い固体側に分担電圧が低く、ガス側に高くなる。上記にも示したが開閉部６の極間方向の絶縁設計は開極状態時の電極表面できまる。ただし、ガスのほうが固体よりも耐圧が低いため、固体が電極面（固定側シールド部５ａおよび可動側シールド部５ｂ）にある場合は、固体（固定側絶縁膜９および可動側絶縁膜１０）の表面の電界で決まる。

固体を構成する前の電極配置が不平等電界ならば、ガス中の最大電界となる樹脂先端部の電界は固体を構成することで下げることができる。しかし、本発明のように平等電界に近い電極配置ならば、図３に示すように絶縁膜を形成することによりシールド部の先端の電界を逆に上げることになる。従って、膜厚は薄い方がガス側の電界緩和には有効的だが、固定側シールド部５ａは小電流時の責務を負うため、薄くするには限度がある。しかし本発明のように可動側シールド部５ｂはその制限がないため、固定側シールド部５ａの固定側絶縁膜９よりも可動側絶縁膜１０の厚みを薄くすることによってガス中の電界を緩和することが可能となり、極間寸法を縮小できる設計が可能となる。

上記のように構成された実施の形態１のガス絶縁開閉装置は、固定側シールド部においては小電流開閉時におけるアークの点弧時においても固定側絶縁膜が貫通破壊せず、かつ、可動側シールド部においては固定側シールド部の固定側絶縁膜の厚みよりも厚みを薄くした可動側絶縁膜を形成しているため、固定側シールド部および可動側シールド部の絶縁物内部電界が一定の基準値以下となり開閉前後でも同じ耐圧を維持し、かつ、アークにさらされないため固定側シールド部のような責務を必要としない可動側シールド部の可動側絶縁膜の膜厚を薄くすることで絶縁ガス中の電界を緩和させることが可能になるため、耐電圧の低下を防止することができる。

また、固定側シールド部および可動側シールド部の固定側絶縁膜および可動側絶縁膜形成前の外形形状は、固定側シールド部および可動側シールド部間の電界不平等率が平等電界に近似した形状にて構成しているため、平等電界下での固定側絶縁膜および可動側絶縁膜の被覆は絶縁ガス中の電界を上昇させるが、可動側絶縁膜が薄く形成されているため、ガス中の電界を緩和させることが可能になるため、耐電圧の低下を防止することができ、絶縁耐力を向上させコンパクトな構成が可能となる。尚、固定側シールド部と可動側シールド部との間の距離をｄとし、固定側シールド部と可動側シールド部との間の電位差をＶとし、固定側シールド部または可動側シールド部における最大電界値Ｅｍａｘとすると、電界不平等率は、Ｅｍａｘ／（Ｖ／ｄ）で表すことができる。また、平等電界は、電界が均等に変化している状態で、値としては「１」となる。つまり、電界不平等率が平等電界に近似した状態とは、以下の式（１）を満たす状態である。
Ｅｍａｘ／（Ｖ／ｄ）≒１ ・・・（１）

本発明の実施の形態１によるガス絶縁断路装置の構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態１による繰り返し放電と絶縁物貫通破壊電界との関係である。 本発明の実施の形態１による電界の極間距離依存性を示す図である。

符号の説明

１ 密閉容器、３ 可動ロッド、５ａ 固定側シールド部、５ｂ 可動側シールド部、８ 接点、９ 固定側絶縁膜、１０ 可動側絶縁膜。

Claims (2)

1. 接点を有し金属にて構成される固定側シールド部と、上記接点と離着する可動ロッドを有し金属にて構成される可動側シールド部とを対向させ構成された開閉部を絶縁ガスを密封した密閉容器内に収容したガス絶縁開閉装置において、上記可動側シールド部と対向する上記固定側シールド部の外周面上には固定側絶縁膜が形成され、上記固定側シールド部と対向する上記可動側シールド部の外周面上には上記固定側絶縁膜の厚みより厚みの薄い可動側絶縁膜が形成されていることを特徴とするガス絶縁開閉装置。
2. 上記固定側シールド部および上記可動側シールド部の上記固定側絶縁膜および上記可動側絶縁膜形成前の外形形状は、上記固定側シールド部および上記可動側シールド部間の電界不平等率が平等電界に近似した形状にて構成されていることを特徴とする請求項１に記載のガス絶縁開閉装置。

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