JP2010153211A

JP2010153211A - 極低温ブッシング構造

Info

Publication number: JP2010153211A
Application number: JP2008330065A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Koyama; 博小山; Koichi Hoshina; 好一保科
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2008-12-25
Filing date: 2008-12-25
Publication date: 2010-07-08

Abstract

【課題】極低温液体に浸漬しても絶縁物に剥離やクラックが入りにくく、超電導機器から発生する気泡の影響を受けにくい高電圧印加用の極低温ブッシング構造を提供する。
【解決手段】高電圧導体２と、前記高電圧導体２を取り囲むように配置された固体絶縁体３と、前記固体絶縁体３中に配置された複数の同心状の中間電極１２と、前記固体絶縁体３の下部を収容する極低温容器１７と、を有する極低温ブッシング構造において、前記固体絶縁体３の下部に位置する前記複数の中間電極１２の間に、少なくとも一つの同心状の溝１３を形成したことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、超電導機器に用いられる極低温ブッシング構造に関する。

近年、大電流を流せる高温超電導体が線材として実用化されるようになってきているが、一方で、高温超電導体を限流器等の電力機器に適用することが検討され始めてきた。高温超電導体を用いた超電導機器を高電圧で使用するためには、既存の変電機器と接続する手段が必要である。気中絶縁を介して超電導機器を接続するには、極低温に耐えうるブッシング構造が不可欠である。

従来の液体窒素温度で使用できる高電圧印加用の極低温用ブッシングは、超電導ケーブルや超電導限流器用として定格電圧６６ｋＶクラスまでのものが研究・開発されている。現状では、この電圧クラス以下の超電導機器であれば、電力用の開閉機器等を既存の極低温用ブッシングを介して接続することが可能である。特許文献１乃至３には、このような極低温用のブッシングを用いた超電導ケーブル端末構造が開示されている。

この従来の極低温用ブッシングは、図４に示すように、固体絶縁体２２が高電圧導体２１を包み込むように、常温部２４と低温部２５とにまたがって配置されている。固体絶縁体２２の両端部には電界緩和用のシールド２３が設置されている。常温部２４の固体絶縁物２２は碍管２６とフランジ２７により密閉され、密閉空間２８は気体または液体の絶縁体で満たされている。また、固体絶縁体２２の内部には電位をコントロールするための中間電極２９が同心状に複数設けられている。固体絶縁体２２は、クラックや剥離が生じないようにできる限り薄くなるような構造に設計されている。
特開平８−１９６０３１号公報特開平９−１３０９５５号公報特開２００５−２３７０６２号公報

上述したように、従来の極低温ブッシング構造は、定格電圧６６ｋＶクラスまでの使用に耐えることができるが、近年、発電プラントが大型化されるにつれて定格電圧３００〜５００ｋＶクラスに対応できる極低温ブッシング構造の開発が望まれている。上述した従来の極低温ブッシング構造では、高電圧化するために固体絶縁体の絶縁厚さを厚くする必要があるが、極低温中に浸漬すると熱収縮が大きくなるため固体絶縁体の厚さが増すほど絶縁体に剥離やクラックが入る可能性が高くなるという問題、及び超電導機器から発生する気泡が絶縁体の外周沿面に付着し、ブッシングの絶縁性能を低下させるといった問題があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、極低温液体に浸漬しても絶縁物に剥離やクラックが入りにくく、超電導機器から発生する気泡の影響を受けにくい高電圧印加用の極低温ブッシング構造を提供することを目的とする。

本発明に係る極低温ブッシング構造は、高電圧導体と、前記高電圧導体を取り囲むように配置された固体絶縁体と、前記固体絶縁体中に配置された複数の同心状の中間電極と、前記固体絶縁体の下部を収容する極低温容器と、を有する極低温ブッシング構造において、前記固体絶縁体の下部に位置する前記複数の中間電極の間に、少なくとも一つの同心状の溝を形成したことを特徴とする。

また、本発明に係る極低温ブッシング構造は、高電圧導体と、前記高電圧導体を取り囲むように配置された固体絶縁体と、前記固体絶縁体中に配置された複数の同心状の中間電極と、前記固体絶縁体の下部を収容する極低温容器と、を有する極低温ブッシング構造において、前記複数の中間電極の高電圧導体からの絶縁距離を、前記高電圧導体の下端に近づくにつれて大きくしたことを特徴とする。

本発明によれば、極低温液体に浸漬しても絶縁物に剥離やクラックが入りにくく、超電導機器から発生する気泡の影響を受けにくい高電圧印加用の極低温ブッシング構造を提供することができる。

以下、本発明に係る極低温ブッシング構造の実施形態を、図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る極低温ブッシング構造を、図１を参照して説明する。

図１において、極低温ブッシング１は内部に高電圧導体２が設置されており、高電圧導体２の周囲には固体絶縁体３が常温部４と低温部５にまたがって配置され、固体絶縁体３の両端部には電界緩和用のシールド６が設置されている。

常温部４の固体絶縁体３は、碍管７の内部に収納され、フランジ８とで密閉された密閉空間９は絶縁性ガスで満たされている。高電圧印加部には電界緩和用のシールド電極１０が取り付けられ、フランジ８近傍にも接地側の電界緩和用のシールド電極１１が設置されている。また、低温部５の固体絶縁体３は、液体窒素で満たされた極低温容器（ブッシングポケット）１７内に収容されている。

固体絶縁体３は、その内部に同心状の多層の中間電極１２が配置されているが、低温部５の固体絶縁体３には中間電極１２と中間電極１２との間に同心円状の溝１３が設けられており、また、溝１３の端部に、固体絶縁体３の外周に連通する連通孔１４が少なくとも１つ設けられている。

さらに、高電圧導体２の下部には気泡が固体絶縁体３に直接接触することを防止するために、上方に向けて広がる円錐形状の絶縁体１５が設置されている。

固体絶縁体の材料として、例えば、ＦＲＰ（ファイバー強化プラスチック）を用いられ、また、中間電極の材料としては、金属メッシュ、導電性プラスチック等を用いられる。

このように構成された極低温ブッシング１は、極低温液体に浸漬される低温部５の固体絶縁体３を円周状の溝１３で分割することにより、低温部５の個体絶縁体３は複数の薄い絶縁体から構成されることになり、熱収縮による応力が絶縁厚さが厚いものに比べて小さくなる。なお、図１では、中間電極１２は３つで同心状の溝１３は一つであるが、いずれもこれに限定されることはなく、中間電極の数に応じて同心状の溝を複数形成してもよい。

また、円周状の溝１３は、連通孔１４を通して外部に連通しているため、溝１３内の極低温液体の温度変化等により発生した気泡又は外部から混入した気泡は、連通孔１４を通して外部に排出することができるので、溝１３には気泡が溜まらない。これにより、定常的に溝１３内を極低温液体で満たすことができるので、高電圧導体の超電導性及び電界に悪影響を及ぼすことはない。

さらに、必要に応じて、溝１３が電界に悪影響を及ぼさないように、同心状の溝１３の内周側及び外周側の中間電極１２を電気的に接続することで、溝１３間に電位差が発生しないようにしてもよい。これにより、仮に溝１３に気泡などが滞留しても電気的な弱点部にならない。

また、高電圧導体２の下部に円錐形状絶縁体１５を設けることにより、下方からの気泡が直接低温部５の固体絶縁体３に接触しないので、気泡が低温部の固体絶縁体３に付着して絶縁性能が低下することもない。

本第１の実施形態の極低温ブッシング構造によれば、低温部の固体絶縁体の中間電極間に同心状の溝を設けることで、固体絶縁体を多層の薄い絶縁体から構成し、これにより高電圧下において剥離やクラック発生を抑制し、絶縁性能を高く維持することができる。

また、同心状の溝に連通孔を設けることにより、また、同心状の溝の内外周の中間電極を電気的に接続することにより、高電圧下においても安定した絶縁性能を保持することができる。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る極低温ブッシング構造を、図２を用いて説明する。なお実施例１と同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図２において、低温部５の固体絶縁体３内部に配置する複数の同心状の中間電極１６は、下端部にいくほど高電圧導体２からの絶縁距離が大きくなるように構成されている。

この構成により、固体絶縁体の端部で絶縁距離を大きく取れるので中間電極１６のエッジ部の電界が緩和されるように作用する。

また、第１の実施形態のように、複数の中間電極の間に同心状の溝及び連通孔を設けることができることはもちろんである（図示せず）。

本第２の実施形態の極低温ブッシング構造によれば、中間電極の端部を広げることにより、電界緩和効果を高くし、その結果、中間電極数の枚数を少なくすることができる。

また、固体絶縁体の端部の絶縁距離が大きくなることで、中間電電極１６のエッジ部の曲率半径を大きく取ることができるので、さらにエッジ部の電界を小さくコントロールすることが可能になる。

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態に係る極低温ブッシング構造を、図３を用いて説明する。なお、第１及び第２の実施形態と同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図３において、極低温ブッシング１は極低温容器（ブッシングポケット）１７に収納され、極低温容器１８の側面に設置されている。極低温容器１８内部には極低温コイルなどの超電導機器１９が収納されており、液体窒素などの極低温液体２０で満たされている。極低温ブッシング１は超電導機器１９から離れた位置に配置されている。

この構成により、極低温ブッシング１と超電導機器１９とが、それぞれ別容器内に収納されていることから、超電導機器１９から気泡が発生した場合でも極低温ブッシングには気泡が到達しない。

本第３の実施形態の極低温ブッシング構造によれば、超電導機器１９から発生する気泡が極低温ブッシング１に到達しないため、気泡発生による絶縁低下の恐れが無くなり、絶縁性能を増すことができる。

本発明の第１の実施形態に係る極低温ブッシング構造。本発明の第２の実施形態に係る極低温ブッシング構造。本発明の第３の実施形態に係る極低温ブッシング構成。従来の極低温ブッシング構造。

符号の説明

１…極低温ブッシング、２…高電圧導体、３…固体絶縁体、４…常温部、５…低温部、６…シールド、７…碍管、８…フランジ、９…密閉空間、１０…シールド電極、１１…シールド電極、１２…中間電極、１３…溝、１４…連通孔、１５…円錐形状絶縁体、１６…中間電極、１７…極低温容器、１８…極低温容器、１９…超電導機器、２０…液体窒素、２１…高電圧導体、２２…固体絶縁体、２３…シールド、２４…常温、２５…低温部、２６…碍管、２７…フランジ、２８…密閉空間、２９…中間電極。

Claims

高電圧導体と、前記高電圧導体を取り囲むように配置された固体絶縁体と、前記固体絶縁体中に配置された複数の同心状の中間電極と、前記固体絶縁体の下部を収容する極低温容器と、を有する極低温ブッシング構造において、
前記固体絶縁体の下部に位置する前記複数の中間電極の間に、少なくとも一つの同心状の溝を形成したことを特徴とする極低温ブッシング構造。
前記固体絶縁体に、前記同心状の溝の上部から前記固体絶縁体の外周に連通する少なくとも一つの連通孔を設けたことを特徴とする請求項１記載の極低温ブッシング構造。
前記円周状の溝の内外周の中間電極を電気的に接続したことを特徴とする請求項１又は２記載の極低温ブッシング構造。
前記高電圧導体の下方に円錐形状絶縁体を設けたことを特徴とする請求項１乃至３いずれか１項に記載の極低温ブッシング構造。
前記複数の中間電極の高電圧導体からの絶縁距離を、前記高電圧導体の下端に近づくにつれて大きくしたことを特徴とする請求項１乃至４いずれか１項に記載の極低温ブッシング構造。
高電圧導体と、前記高電圧導体を取り囲むように配置された固体絶縁体と、前記固体絶縁体中に配置された複数の同心状の中間電極と、前記固体絶縁体の下部を収容する極低温容器と、を有する極低温ブッシング構造において、
前記複数の中間電極の高電圧導体からの絶縁距離を、前記高電圧導体の下端に近づくにつれて大きくしたことを特徴とする極低温ブッシング構造。
前記固体絶縁体の下部に位置する前記複数の中間電極の間に、少なくとも一つの同心状の溝を形成したことを特徴とする請求項６記載の極低温ブッシング構造。