JP2009534787A - 細長部材及びその使用 - Google Patents

Abstract

細長部材が、外部のスリーブ状剛性絶縁材の殻体（１）であって、この殻体の長手方向に延びる高電圧の導体（５）を囲周する外部のスリーブ状剛性絶縁材の殻体（１）と、上記殻体の内部で上記殻体の内部壁に隣接して上記導体を少なくとも部分的に囲周し、電気絶縁特性を備える材料の媒体（１１）を充填された間隙（１０）とを有する。上記媒体が、少なくとも部分的にガスを充填された中空空間を包含する電気絶縁材料によって形成され、そしてこの電気絶縁材料が、上記中空空間を可逆的に圧縮して上記中空空間の容積を減少させることによって、この電気絶縁材料の温度上昇の際に膨張する。

Description

本発明は、次のような細長部材に関する。すなわち、外部のスリーブ状剛性絶縁材の殻体（シェル）であって、この殻体の長手方向に延びる高電圧の導体を囲周する、外部のスリーブ状剛性絶縁材の殻体と、そして上記殻体の内部で上記殻体の内部壁に隣接して上記導体を少なくとも部分的に囲周する間隙であって、電気絶縁特性を備える材料の媒体を充填された間隙とを有する細長部材（以下、部材とも称する）に関する。

本発明は、通常接地されている設備、ケーシング、又は他の物体にフラッシュオーバ（閃絡：絶縁体の表面の放電）が生じるのを防止するために、高電圧が環境に対して遮蔽されるべきである、このような部材を対象とするものである。

このような部材の一例は、変圧器を高電圧ネットワークに接続する套管（ブッシング）であって、この套管では、変圧器から例えば４ｍのようなかなりの距離の場所へこの高電圧ネットワークに接続される導体の高電圧を遮蔽することが必須である。

ケーブル終端部及び高電圧装置は、このような部材の別の例である。

この種類の部材は、時間に対する大きな温度変化に耐える必要がある。これらの温度変化は、年間の時期によるが温度が−４０℃から＋４０℃の間で変化する屋外に全体的に又は少なくとも部分的に位置するという事実に起因する。更に、この高電圧の導体の負荷が変化し、すなわちこの高電圧の導体を通って流れる電流が大いに変化し、それによりこの高電圧の導体の温度、したがって上記殻体内部の細長部材の構成部分の温度がかなり変化することになる。実際には、殻体の温度は主としてこの部材の環境の温度によって定められ、他方、前記媒体等の部材の内部部分の温度もまた高電圧の導体を通って流れる電流の強度に依存することになる。上記空隙に充填されるべき、或る電気絶縁特性を有する材料の媒体は温度と共に体積が変化しやすくなり、このことは、もし媒体が殻体の内部に完全に封入される場合には、温度上昇時に殻体の内部に圧力が蓄積されることを意味する。この圧力が外部の絶縁材の殻体を損傷させる。

この問題には２つの知られた解決法がある。第１の解決法は、蓄積された圧力（蓄積圧力）に耐えることができるような外部の絶縁材の殻体を有する部材を構築することであり、これは困難且つ取得にコストがかかる。他方の解決法は、蓄積圧力に対して、例えば流体を充填した前記空隙を膨張容器に接続することによって対処できるように部材を構築することであり、これは複雑であると共に高価である。更に、これは前記媒体の漏洩の危険を伴い、出火の危険がある。

本発明の目的は、前記部材及びその部分の温度変化による問題に別の解決法を提案する、上記の導入記述部分で定義された種類の部材（細長部材）を提供することである。

この目的は、本発明により、上記媒体が、少なくとも部分的にガスを充填された中空空間を包含する電気絶縁材料によって形成され、上記電気絶縁材料が、上記中空空間を可逆的に圧縮して上記中空空間の容積を減少させることによって上記電気絶縁材料の温度上昇の際に膨張する、上記部材を提供することによって得られる。

このことは、上記媒体の温度上昇時に、高い圧力蓄積の代わりに上記中空空間を圧縮することによって上記材料がそれ自体で膨張することができ、その結果として圧力が減少することを意味する。こうして、絶縁材の殻体はその寸法を過大にすることなしに損害に対して保護され、圧力蓄積に対処するために複雑且つコストのかかる構成を採用する必要がない。

本発明の実施形態によれば、上記中空空間は、温度低下の結果、変形後に上記電気絶縁材料からの外部圧縮力が減少すると、その形状を回復する変形可能球体によって形成されている。これは、温度変化に対して上記媒体の可撓性の性質を与える上記中空空間を得る有利な方法を構成する。温度が室温よりも低下すると、室温におけるその状態に対して、上記中空空間が膨張し容積が増加することもあり得る。

本発明の別の実施形態によれば、上記電気絶縁材料は微小球（ミクロスフェア）を組み込んだ架橋ゲルである。このようなゲルの微小球との組合せで、上記部材の意図された使用に対して適切な、上記空隙の総容積に対する上記中空空間の総容積の関係を便利に選択することが可能性になる。

本発明の別の実施形態によれば、上記微小球は、非変形時に１０μｍ〜１００μｍの直径を有する。これらが、目標とされる上記媒体の優秀な電気絶縁特性の維持を確実にするために、適切な上記中空空間の寸法であることが判明している。

本発明の別の実施形態によれば、上記微小球は膨張した微小球である。

本発明の別の実施形態によれば、上記微小球は、液体とガスとの混合体を充填され、その場合にガス含量が上記電気絶縁材料の温度、したがって上記微小球の温度と共に増加する。温度上昇に伴うガス含量の増加のおかげで、上記微小球の容積の減少が温度の増加と共に促進される。本発明の別の実施形態によれば、上記微小球にはガスだけが充填される。

本発明の別の実施形態によれば、上記中空空間の総容積は室温において上記媒体の総容積、したがって上記間隙の総容積の１０〜５０％、好ましくは２０〜４０％である。これは、上記電気絶縁材料が、上記空隙を画定する上記部材の部分への圧力が実質的に増加することなしに、上記中空空間の容積を減少させながら相当に膨張することができるということを意味する。

本発明の別の実施形態によれば、上記媒体が上記空隙内へ充填されて、上記空隙内での、すなわち上記殻体の上記内部壁にかかる、室温で０＜Ｐ＜２バールの圧力Ｐの過圧力を有するようになる。室温におけるこの過圧力は、上記部材の温度が低いときにも、確実に上記空隙全体が上記媒体で完全に充填されるのに十分であることが判明している。

本発明の別の実施形態によれば、上記導体は、上記殻体のほぼ全体を通って延びる導体チューブである。

本発明の更なる実施形態によれば、上記間隙は、上記導体を備える上記部材の活性核（アクティブコア）部から上記殻体の内部壁を隔離する。したがって上記間隙は、上記導体と外部の殻体との間の容積全体を充填する必要がない。そして本発明の実施形態によれば、上記部材は、壁を通して高電圧の導体を導くように設計された套管であり、上記活性核部は上記導体を囲周する電界分散型コンデンサを含むため、電界は上記導体からそして外側へ上記絶縁殻部に向けてほぼ一定となる。「壁」はここでは広い意味を与えられ、建物の壁と同様に、変圧器ケーシング（囲周枠体）のようなケーシングの壁である。

本発明の別の実施形態によれば、上記殻体は、好ましくは外部突出フランジ部付きの、セラミックのスリーブである。このセラミックのスリーブはその両端部で金属製（例えば、アルミニウム）のフランジに固定される。

本発明の別の実施形態によれば、上記部材は、上記導体に１２ｋＶ〜８００ｋＶ、特に５０ｋＶ〜８００ｋＶのような少なくとも１２ｋＶのシステム電圧がかかるように設計される。これらは、本発明が対象とする部材中の導体の電圧の、考えられる範囲である。

本発明の別の実施形態によれば、上記部材は、上記部材の上記導体を通って１Ａ〜１００ｋＡ、特に５００Ａ〜２５ｋＡのような少なくとも１Ａの電流が流れるように設計される。これらの電流強度は一般に、この種の部材が有用であるような用途で発生し、そしてこれらの電流の変化は上記空隙内の上記媒体にかなりの温度変化を生じさせる。

本発明の別の実施形態によれば、上記部材は、電流弁室と外部との壁又は１つのこのような室から別のこのような室への壁を通して高電圧の導体を導くように高電圧変換設備に配置されるべき套管である。上記部材はまた、高電圧接続解除装置に接続される套管等の、高電圧装置の外部ケーシングに接続される套管であり、導体が通過する必要のある接地された平面に関して導体を絶縁する必要がある。

本発明の別の実施形態によれば、上記部材は、変圧器套管又は発電機套管でもよく、又は壁套管でもよい。

本発明の別の実施形態によれば、上記部材は、套管からの電圧の分岐用に壁を通して高電圧の導体を導くために、この套管の周囲に配置されるように設計される。上記中空空間の容積を減少させることによって上記材料が膨張することができない場合には、このような部材の上記電気絶縁材の媒体の温度変化により、圧力蓄積に関しても重大な問題が引き起こされる。

本発明の別の実施形態によれば、上記部材は、その一端に接続される高電圧ケーブルを有するケーブル終端部として設計される。このようなケーブル終端部は、つぎのような電気ケーブルに接続するために使用される。すなわち、上記部材がケーブル端部において接地する、高電圧のネットワーク、変圧器、又はガス絶縁開閉装置の動力ラインへのＰＥＸケーブル等の電気ケーブルである。

本発明はまた、本発明による部材の、壁套管、変圧器套管、発電機套管、ケーブル終端部、又は高電圧装置としての使用に関する。

本発明の更なる利点、並びに有利な機能が、本発明の実施形態についての以下の説明で現出することとなろう。

添付図面を参照して、例示としての本発明の実施形態の具体的な説明を下に述べる。

発明の実施例の詳細な説明
図１は、外部突出フランジ部２付きの、外部のスリーブ状剛性セラミック又はポリマ絶縁材の殻体（シェル）１を有する変圧器套管（ブッシング）の形状をなす、本発明の一実施形態による細長部材を示し、この殻体１は、１デシメータ〜１０ｍの規模の長さを有し、アルミニウム等の金属フランジ３、４の端部に固定される。アルミニウム又は銅のチューブ等のチューブの形状をなす高電圧の導体５が、一端において変圧器にそして他端（接触ピン６を参照）において高電圧ネットワークの高圧の導体に接続するために殻体１の全体を通して延びている。導体５は、例えば紙及び金属を交互に巻いた幾つかの層の形状をなす電界分散型コンデンサ９によって囲周される。これらの層の数、したがってコンデンサの数は、変圧器ケーシング８への套管の接続部から遠端側の端部７においてそしてまた変圧器ケーシングの内部のオイルバス２５内に沈浸された端部において減少する。これは、電界が導体５からそして外側へ殻部１に向けて徐々にほぼ一定に推移することを意味する。更に、コンデンサ層９の円錐状の形状から、套管の内部で軸方向に円滑な電界が得られる。半径方向においては、コンデンサ層９が厚い箇所では電界全体が套管によって取られ、大地電位から遠隔の端部７においては電界の一部分が套管によってそして電界の一部分が空気によって取られ、そして他端においては電界の一部分がコンデンサ層によってそして電界の一部分がオイルバスによって取られることになる。

更に、空隙１０が、殻体１の内部壁に隣接する殻体１の内部に形成され、この空隙に電気絶縁特性を有する材料の媒体１１が充填される。この材料は、シリコーンゲル又は他の種類のゲル内に混合されたガス又は液体／ガスの混合体を充填された膨張状態の中空微小球（ミクロスフェア）を包含する。この混合後に、シリコーンゲルが交差結合して可圧縮ゲルが得られる。その機能について図２を参照して下に述べる。微小球の中空空間の総容積は室温において上記媒体のしたがって上記空隙の総容積の１０〜５０％である。

微小球を包含したシリコーンゲルが空隙内に充填されて、空隙内での、すなわち前記殻体の内部壁１２にかかる、室温で０＜Ｐ＜２バールの圧力Ｐの過圧力を有するようになる。これは、図１のように垂直に向けられた変圧器套管の場合に、過圧力が頂端部７においては重力の影響に起因して下端部における過圧力よりも低いことを意味する。

前記空隙１０における媒体１１の機能は、次のとおりである。この媒体１１の温度は殻体１が屋外に位置するときに屋外温度の変化の結果として変化し、そして導体５を通って流れる電流の変化の結果として変化する。図２に、媒体１１の温度の増加の結果として前記媒体の状態がＡからＢに変化するときに何が生じるかを示す。すなわち、ゲル１３が膨張することになり他方、微小球１４を圧縮しそれにより微小球の容積を減少させ、殻体１の内部の圧力蓄積を受容可能な低レベルに保つ。微小球は、このようにして可逆的に圧縮され、これは媒体の温度が再び下がるときに微小球が膨張して容積が増加することを意味する。

図３は、套管からの電圧の分岐用にこの套管の周囲に配置されるように設計される、本発明の別の実施形態による部材１５を示す。この部材は図１にも存在する。これは、コンデンサの層９内へ延び、金属フランジ１７に接して位置する最外部のコンデンサ層の電位となる、大地とかなり異なる電位上のコンデンサに接続するワイヤ１６によって得られる。したがって、このワイヤ１６は金属フランジ１７に対して電気絶縁される必要があり、そしてこのワイヤ１６を囲周する空隙１０が、上に述べた種類の媒体１１を充填される。こうしてこの媒体１１がその温度が変化しているときに上記のように作用して、ワイヤを囲周する絶縁材本体１８を、この媒体を充填された空隙１０の内部の圧力蓄積の結果による損害から保護する。

図４は、ケーブル終端部の形状をなす、本発明の第３の実施形態による部材（細長部材）を示す。図１の套管の部分に対応する套管の部分には同じ参照番号を付けた。このケーブル終端部は、その一端にケーブルクランプ２０を有し、これにはＰＥＸケーブルのような高電圧ケーブル２１が接続される。このケーブルクランプ２０は導体チューブ５に接続され、この導体チューブ５は、高電圧ネットワークの頭上ライン２２に接続するために、セラミックの殻体１の内部でその他端に延びる。ケーブル終端部の下端部は好ましくは、アルミニウムのフランジ２４によって接地板２３に固定される。導体５と殻体１との間の空隙１０が、図１及び図２に関連して上に述べた種類の媒体１１を充填され、結果として上に述べたのと同じ挙動及び利点が得られる。

本発明は当然ながら、上に述べた本発明の実施形態に決して限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲に定義されるような本発明の基本的な考え方から離脱することなしに、これら実施形態の改変を行う多くの可能性があることは、当業者には明らかであろう。

上記の中空空間は球以外の形状を有するようにしてもよく、そしてこれらは上記媒体の残部を形成する材料によって形成され範囲を定められる複数の密閉されたセル（微小室）でもよい。

本発明の第１の実施形態による変圧器套管（ブッシング）を示す部分長手断面図である。 図１による套管の殻体の一部分及びこの一部分についての内部部分の拡大図、並びにこの套管内の電気絶縁材料の媒体の構造をこの媒体が２つの温度にある場合について示す拡大図である。 上記套管からの電圧の分岐用に壁を通して高電圧の導体を導くために、上記の套管の周囲に配置されている、本発明の第２の実施形態による部材を示す部分断面図である。 ケーブル終端部の形状の、本発明の第３の実施形態による部材の部分断面図である。

Claims (29)

1. 細長部材であって、
   該殻体の長手方向に延びる高電圧の導体（５、１６）を囲周する外部のスリーブ状剛性絶縁材の殻体（１）と、該殻体の内部で該殻体の内部壁に隣接して該導体（５、１６）を少なくとも部分的に囲周する間隙（１０）であって、電気絶縁特性を備える材料の媒体（１１）を充填された間隙（１０）とを有し、
   該媒体が、少なくとも部分的にガスを充填された中空空間（１４）を包含する電気絶縁材料（１３）によって形成されること、及び該電気絶縁材料（１３）が、該中空空間（１４）を可逆的に圧縮して該中空空間の容積を減少させることによって、該電気絶縁材料（１３）の温度上昇の際に膨張することを特徴とする、細長部材。
2. 該中空空間が変形可能球体（１４）によって形成されており、変形後、温度低下の結果として該電気絶縁材料（１３）からの外部圧縮力が減少するときに、形状を回復することを特徴とする、請求項１に記載の部材。
3. 該電気絶縁材料が、微小球（１４）を内蔵する架橋ゲル（１３）であることを特徴とする、請求項２に記載の部材。
4. 該微小球（１４）が、非変形時に１０μｍ〜１００μｍの直径を有することを特徴とする、請求項３に記載の部材。
5. 該ゲル（１３）がシリコーンゲルであることを特徴とする、請求項３又は４に記載の部材。
6. 該微小球（１４）が膨張した微小球であることを特徴とする、請求項３〜５のいずれか１項に記載の部材。
7. 該微小球（１４）が液体とガスとの混合体を充填され、その場合にガス含量が該電気絶縁材料の温度、したがって該微小球の温度と共に増加することを特徴とする、請求項３〜６のいずれか１項に記載の部材。
8. 該微小球（１４）にガスだけが充填されることを特徴とする、請求項３〜６のいずれか１項に記載の部材。
9. 該中空空間（１４）の総容積が室温において該媒体（１１）のしたがって該間隙（１０）の総容積の１０〜５０％、好ましくは２０〜４０％であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の部材。
10. 該媒体が、該空隙内へ充填されて、該空隙内での、すなわち該殻体の該内部壁にかかる、室温で０＜Ｐ＜２バールの圧力Ｐの過圧力を有するようになることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載の部材。
11. 該導体が、該殻体（１）のほぼ全体を通って延びる導体チューブ（５）であることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の部材。
12. 該間隙（１０）が、該導体（５）を含む該部材の活性核部から該殻体（１）の内部壁を隔離することを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の部材。
13. 該殻体（１）が、好ましくは外部突出フランジ部（２）付きのセラミック又はポリマのスリーブであることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の部材。
14. 該セラミック又はポリマのスリーブ（１）が、その両端部で金属フランジ（３、４）に固定されることを特徴とする、請求項１３に記載の部材。
15. 該部材が、該導体に１２ｋＶ〜８００ｋＶ、特に５０ｋＶ〜８００ｋＶのような少なくとも１２ｋＶのシステム電圧がかかるように設計されることを特徴とする、請求項の１〜１４のいずれか１項に記載の部材。
16. 該部材が、該部材の該導体を通って１Ａ〜１００ｋＡ、特に５００Ａ〜２５ｋＡのような少なくとも１Ａの電流が流れるように設計されることを特徴とする、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の部材。
17. 該部材が、壁を通して高電圧の導体を導くように設計された套管であることを特徴とする、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の部材。
18. 該活性核部が、該導体（５）を囲周する電界分散型コンデンサ（９）を含むことを特徴とする、請求項１２又は１７に記載の部材。
19. 該部材が、電流弁室と外部との壁又は１つのこのような室から別のこのような室への壁を通して高電圧の導体を導くように、高電圧変換設備に配置されるべき套管であることを特徴とする、請求項１７に記載の部材。
20. 該部材が、高電圧装置の外部ケーシングに接続される套管であることを特徴とする、請求項１７に記載の部材。
21. 該部材が、高電圧接続解除装置に接続される套管であることを特徴とする、請求項２０に記載の部材。
22. 該部材が、変圧器套管又は発電機套管であることを特徴とする、請求項１７に記載の部材。
23. 該部材が、壁套管であることを特徴とする、請求項１７に記載の部材。
24. 該部材が、套管からの電圧の分岐用に壁を通して高電圧の導体を導くために、この套管の周囲に配置されるように設計されることを特徴とする、請求項１〜２３のいずれか１項に記載の部材。
25. 該部材が、その一端部に接続される高電圧ケーブルを有するケーブル終端部として設計されることを特徴とする、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の部材。
26. 請求項１〜１５のいずれか１項に記載の部材の、壁套管としての使用。
27. 請求項１〜１５のいずれか１項に記載の部材の、変圧器套管又は発電機套管としての使用。
28. 請求項１〜１５のいずれか１項に記載の部材の、ケーブル終端部としての使用。
29. 請求項１〜１５のいずれか１項に記載の部材の、高電圧装置としての使用。

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