JP2010206989A

JP2010206989A - ガス絶縁開閉装置

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Publication number: JP2010206989A
Application number: JP2009051155A
Authority: JP
Inventors: Masanori Osumi; 正則大隅; Shingo Hine; 進吾日根
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-03-04
Filing date: 2009-03-04
Publication date: 2010-09-16
Anticipated expiration: 2029-03-04
Also published as: JP5159672B2

Abstract

【課題】金属容器間の安価な絶縁構造によって誘導サージによる金属容器間の絶縁破壊を防ぐことが可能なガス絶縁開閉装置を提供すること。
【解決手段】フランジ６，７間にアダプタ４と絶縁スペーサ５を挟んで金属容器１５，１６間の絶縁接続部が構成されたガス絶縁開閉装置３０において、アダプタ４に設けられたザグリ穴２３の底面から、気中放電用突起付ボルト１のねじ部をアダプタ４、絶縁スペーサ５を挿通させてフランジ７に形成されたねじ穴２６に螺合させることで絶縁スペーサ５を介してフランジ７とアダプタ４とを締結する。さらに、気中放電用突起付ボルト１の突起部２２とフランジ６との間に気中ギャップ１４を設け、この気中ギャップ１４の長さを調節してその絶縁耐力が絶縁スペーサ５及び絶縁ワッシャ２の絶縁耐力よりも小さくなるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、絶縁性ガスが封入された金属容器内に通電部である導体などが収納されたガス絶縁開閉装置に関するものである。

ガス絶縁開閉装置では、複数の金属容器を連結して形成された内部空間に絶縁性ガスを密閉充填するとともに通電部である主回路導体を収納し、この主回路導体を絶縁スペーサにより金属容器から絶縁支持している。また、主回路導体に通流する電流を計測するために、計器用変流器を金属容器に外装設置する場合がある。この計器用変流器は、主回路導体を一次導体、計器用変流器の二次巻線を二次導体とした変流器であり、主回路導体に通流している電流を、二次巻線に流れる電流を介して計測している。

ところで、主回路導体が収納さている金属容器は全て接地されている。そのため、金属容器を介して電流路の閉ループが構成されると、主回路導体を通流する電流に起因して金属容器に誘導電流が流れ、計器用変流器による主回路導体の通流電流の正確な測定が困難となる場合がある。そのため、隣接する金属容器間の接続部を絶縁物を介在させて接続することにより、誘導電流が閉ループを構成して通流するのを防止している。

このように、金属容器間に主回路導体からの誘導電流が流れないように金属容器のフランジ等の接続部間に絶縁を施しているために、フランジ間に電位差が生じる。特に、ガス絶縁開閉装置においては、断路器等の開閉時に発生する開閉サージ等により、主回路導体と金属容器との間のキャパシタンスと金属容器のインダクタンスとに基づき、金属容器に高周波の誘導サージが発生する。そして、この誘導サージは、絶縁を施した金属容器のフランジ間で放電し、絶縁物の損傷とその機能を損なう虞れがあり、このため計器用変流器による主回路導体の電流計測が困難になるという問題があった。

特許文献１では、上記のような問題を解消するために、金属容器間に酸化亜鉛素子等の非線形抵抗体を設ける構成としている。これにより、開閉機器の開閉時に発生する開閉サージにより金属容器間の絶縁接続部に所定電圧以上の誘導サージが誘起された場合、この
誘導サージを非線形抵抗体からなる避雷器にて金属容器間に導通させることができる。したがって、金属容器間を絶縁する絶縁物が誘導サージの放電により損傷することを回避できる。

特開平０８−１１１９１７号公報

しかしながら、上記従来の技術には以下に示すような問題点があった。すなわち、ガス絶縁開閉装置の金属容器に計器用変流器を外装設置する場合、金属容器に主回路導体による誘導電流が流れないように金属容器間を絶縁接続構造とする必要があるが、従来の絶縁接続構造では、断路器等の開閉時に発生する高周波の誘導サージにより、絶縁接続部が絶縁破壊されるという問題があった。

また、特許文献１では、金属容器間に非線形抵抗体を設ける構造を採用することにより、絶縁接続部の絶縁破壊を回避しているが、非線形抵抗体を適用するため、高価であるという問題があった。

この発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、金属容器間の安価な絶縁構造によって誘導サージによる金属容器間の絶縁破壊を防ぐことが可能なガス絶縁開閉装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るガス絶縁開閉装置は、接続部相互にそれぞれ設けられたフランジを互いに対向させて配設され、前記フランジを介して接続された第１および第２の金属容器と、これら第１および第２の金属容器のフランジ間に配置された絶縁部材と、を備えたガス絶縁開閉装置において、一面側に形成された穴部の開口方向を一方のフランジと対向するようにして前記絶縁部材と重ね合わせて前記フランジ間に配置された金属製の接続部材と、前記穴部内に配置される頭部と、この頭部の径よりも小径のねじ部と、前記接続部材との間の絶縁を確保する絶縁ワッシャと、を有し、前記ねじ部を前記穴部の底面から前記接続部材および前記絶縁部材を挿通させて他方のフランジに形成された係合穴に螺合させることで前記絶縁部材を介して前記他方のフランジと前記接続部材とを締結する導電性の第１の締結部材と、前記一方のフランジと前記接続部材とを締結する第２の締結部材と、を備え、前記第１の締結部材の頭部と前記一方のフランジとの間に間隙を設け、この間隙の絶縁耐力が前記絶縁部材および前記絶縁ワッシャの絶縁耐力よりも小さくなるように前記間隙の長さが調節されていることを特徴とする。

この発明によれば、一方のフランジによって密閉された穴部内において第１の締結部材の頭部と一方のフランジとの間に間隙を設け、この間隙の長さを調節してその絶縁耐力を絶縁部材および絶縁ワッシャの絶縁耐力よりも小さくなるようにしたので、開閉器の開閉時に高周波の誘導サージが発生した場合でも、第１の締結部材の頭部と一方のフランジとの間で気中放電させることができ、金属容器間の絶縁部材の絶縁破壊を防ぎ、金属容器外部での放電を回避することができる。

また、従来のように非線形抵抗体を適用しないため、安価な絶縁構造を得ることができる。

以下に、本発明に係るガス絶縁開閉装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本実施の形態に係るガス絶縁開閉装置の部分構成を示す縦断面図である。図１において、ガス絶縁開閉装置３０は、主たる構成要素として、六フッ化硫黄ガス等の絶縁性ガス２１が密閉充填された金属容器１５，１６と、この金属容器１５，１６内に収納された通電部である導体１１と、この導体１１に接続された開閉部２０と、金属容器１６のフランジ６と金属容器１５のフランジ７との間に挟持された絶縁スペーサ５およびアダプタ４と、アダプタ４に設けられたザグリ穴２３の底面からアダプタ４および絶縁スペーサ５を順次貫通し、絶縁ワッシャ２、ワッシャ３、絶縁スペーサ５、およびＯリング９，１０を介してフランジ７とアダプタ４とを締結する気中放電用突起付ボルト１と、ワッシャ１３およびＯリング８を介してフランジ６とアダプタ４とを締結するボルト１２と、を備えている。なお、図１では、ガス絶縁開閉装置３０の構成のうち、金属容器１５と金属容器１６との間の絶縁取付構造を中心に示したものであり、他の金属容器間にも同様の絶縁取付構造を設けることができる。

金属容器１５，１６は円筒状をなし、その一端部にそれぞれフランジ７，６が形成されている。金属容器１５と金属容器１６は、各円筒の軸線を同軸上にしてフランジ７とフランジ６とを対向させ、アダプタ４および絶縁スペーサ５を間に介在させて連結されている。また、金属容器１５，１６はともに接地されている。

絶縁部材としての絶縁スペーサ５は、金属容器１５内の室と金属容器１６内の室とを気密に仕切るとともに、金属容器１５，１６から導体１１を絶縁支持している。

開閉部２０は導体１１に接続された例えば断路器の開閉部である。開閉部２０を開閉することにより、開路状態または閉路状態が実現される。

接続部材としての金属製のアダプタ４は、軸線に垂直な断面がフランジ６，７と同様に環状であり、さらに、図示例ではフランジ６側の一面に、ザグリ穴加工されたザグリ穴２３と、ねじ穴加工されたねじ穴２４とが、周縁部にて周方向に沿って略等角度で交互に配置されている。また、穴部としてのザグリ穴２３の底面にはアダプタ４を貫通する挿通穴２７が設けられている。図２は、アダプタ４の図１におけるＸ−Ｘ矢視図である。図２において、Ａ，Ｂは、それぞれ、図１における挿通穴２７の形成位置、ねじ穴２４の形成位置を示したものであり、例えば６個の挿通穴２７とこれと同数のねじ穴２４とが周方向に沿って交互に設けられている。なお、図１の縦断面図は、図２における一点鎖線で示された断面を示すものである。

気中放電用突起付ボルト１は、突起部２２が形成された頭部とこの頭部の径よりも小径のねじ部とからなる。気中放電用突起付ボルト１は、そのねじ部が、ワッシャ３、アダプタ４との間の絶縁を確保する絶縁ワッシャ２、挿通穴２７、絶縁スペーサ５に設けられた挿通穴２５を順次挿通し、フランジ７に設けられた係合穴としてのねじ穴２６に螺合することにより、アダプタ４とフランジ７とを絶縁スペーサ５を介してボルト締結する。

気中放電用突起付ボルト１の頭部の端面上に形成された突起部２２と、これに対向するフランジ６との間には、気中ギャップ１４が設けられている。この気中ギャップ１４の長さは、気中ギャップ１４の絶縁耐力がフランジ間の絶縁スペーサ５及び絶縁ワッシャ２の絶縁耐力よりも小さくなるように調節されている。ただし、気中ギャップ１４の長さをあまり小さくすると、突起部２２とフランジ６とが振動などにより短絡してしまうため、金属容器間に導体１１の通流電流による誘導電流が流れることとなり、外装された計器用変流器（図示せず）による導体１１の電流値の正確な計測ができなくなり、通常の運転状態であるにもかかわらず事故が発生したと誤認してしまうなどの問題が生ずる。気中ギャップ１４の長さは、導体１１に印加する電圧に依存し、公差などを考慮して決定される。導体１１に印加する電圧が５０万Ｖ程度であれば、気中ギャップ１４の長さは例えば数ｍｍ程度とすることができる。

ボルト１２は、ワッシャ１３、フランジ６に設けられた挿通穴２８を順次挿通し、アダプタ４に設けられたねじ穴２４に螺合することにより、フランジ６とアダプタ４とを締結する。本実施の形態では、気中放電用突起付ボルト１を含む第１の締結部材と、例えばボルト１２を含む第２の締結部材とを用いてフランジ間が接続されている。なお、第１および第２の締結部材の取り付け個数は本実施の形態の例に限定されず、それぞれ任意個数可能である。また、第１および第２の締結部材の配置も図２の例に限定されない。

Ｏリング１０は絶縁スペーサ５とフランジ７との間を気密にシールし、Ｏリング９は絶縁スペーサ５とアダプタ４との間を気密にシールし、さらにＯリング８はアダプタ４とフランジ６との間を気密にシールしている。

次に、本実施の形態の動作について説明する。開閉部２０の開閉動作に伴い発生する開閉サージに起因して、金属容器１５，１６に高周波の誘導サージが発生する。この誘導サージは、気中ギャップ１４間の絶縁耐力以上の電圧に達すると、気中放電用突起付ボルト１の突起部２２を介してザグリ穴２３内で気中放電される。このとき、ザグリ穴２３はフランジ６で蓋をされた状態なので、放電が外部に及ぶことはない。また、気中ギャップ１４の絶縁耐力は、絶縁スペーサ５及び絶縁ワッシャ２の絶縁耐力よりも小さいので、誘導サージによって絶縁スペーサ５及び絶縁ワッシャ２において放電が発生することはない。

本実施の形態によれば、フランジ６によって密閉されたザグリ穴２３内部において気中放電用突起付ボルト１の突起部２２とフランジ６との間に気中ギャップ１４を設け、この気中ギャップ１４の長さを調節してその絶縁耐力を絶縁スペーサ５及び絶縁ワッシャ２の絶縁耐力よりも小さくなるようにしたので、開閉部２０の開閉時に高周波の誘導サージが発生した場合でも、突起部２２とフランジ６との間で気中放電させることができ、金属容器間の絶縁スペーサ５及び絶縁ワッシャ２の絶縁破壊を防ぐことができる。したがって、誘導サージによって絶縁スペーサ５及び絶縁ワッシャ２の絶縁機能が損なわれ、金属容器１５，１６間に誘導電流が流れ、この誘導電流を外装された計器用変流器が検出して誤動作する事態を回避することができる。

また、金属容器１５，１６外部での放電が発生することがないため、放電により絶縁スペーサ５及び絶縁ワッシャ２が損傷を受けることがなく、その絶縁寿命を延ばすことができる。

また、気中放電用突起付ボルト１には突起部２２が設けられているので、この突起部２２を介して放電し易くなっている。なお、６個の気中放電用突起付ボルト１のうちの一部を突起付ではないボルトに置き換えても同様の効果を得ることができる。すなわち、少なくとも１つの気中放電用突起付ボルト１が取り付けられていればよい。また、６個の気中放電用突起付ボルト１のうちの全部を突起付ではないボルトに置き換えても同様の効果を得ることは可能であるが、この場合、放電し易いように気中ギャップ１４の長さをより短くする必要がある。しかしながら、この場合、振動などにより気中放電用突起付ボルト１の頭部がフランジ６と接触することがないように公差も含めて設定する必要がある。したがって、第１の締結部材に少なくとも１つの気中放電用突起付ボルト１が含まれることが好ましい。

さらに、従来のように非線形抵抗体を適用しないため、安価であるという利点がある。図４は、特許文献１に記載の従来のガス絶縁開閉装置における絶縁接続部の構成を示す部分断面図である。図４では、金属容器１４１，１４２内に配置された導体１０３より上側の絶縁接続部の構成を示している。具体的には、フランジ２１１とフランジ２２１との間に絶縁物１０２を配置し、ボルト１０７、絶縁リング１２２、絶縁ワッシャ１２１、およびナット１７１を用いてフランジ２１１とフランジ２２１とを締結している。さらに、フランジ２２１，２１１にそれぞれ接続された接続導体１１２，１１１間に非線形抵抗体２００を設けている。非線形抵抗体２００は絶縁筒１００に収納され、その絶縁筒１００の両端と接続導体１１１，１１２とがボルト１０１で締結されている。この従来のガス絶縁開閉装置では、金属容器１４１，１４２間の絶縁接続部に所定電圧以上の誘導サージが誘起された場合、この誘導サージを非線形抵抗体２００からなる避雷器を介して金属容器１４１，１４２間に導通させる。しかしながら、この構成では非線形抵抗体２００を用いているため、高価であるという問題があった。

本実施の形態では、フランジ６とフランジ７との間に絶縁部材として絶縁スペーサ５を配置しているが、これとは異なる絶縁部材を配置することもできる。絶縁部材として絶縁スペーサ５を用いることで、導体１１を絶縁支持し、金属容器１５，１６内の空間をガス区分するとともに、金属容器間を絶縁することができる。

なお、本実施の形態では、誘導サージを絶縁接続部内部で気中放電させる構造としているが、放電発生中は金属容器間が導通状態となり、前記した計器用変流器による導体１１の電流計測が正しく測定できなくなるのではないかという懸念がある。しかしながら、放電のパルス波はｎｓｅｃ〜μｓｅｃのパルス幅であるのに対して、計器用変流器はｍｓｅｃ単位のサンプリングで計測を行っているため、サージ的な信号に対してはほとんど反応せず、したがって、本実施の形態によって計器用変流器が誤動作することはない。

実施の形態２．
図３は、本実施の形態に係るガス絶縁開閉装置３１の部分構成を示す縦断面図である。図３では、金属容器１６の外周面上に計器用変流器２９が外装されており、この計器用変流器２９は変流器組立部１９内に設置されている。また、フランジ７には例えば金属からなる保護カバー１７がボルト１８によって締結されている。保護カバー１７は、絶縁接続部の外周面、すなわち、フランジ６，７、アダプタ４、および絶縁スペーサ５の各外周面の少なくとも一部、ならびに変流器組立部１８を完全に覆うような大きさとする。図示例では、保護カバー１７は、変流器組立部１８を完全に覆う範囲で、絶縁接続部の外周面のすべてを覆うようにしている。なお、本実施の形態のその他の構成は実施の形態１の構成と同様である。そのため、同一の構成要素には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。

実施の形態１の構成では、アダプタ４とフランジ７とが、導電性部材により橋絡した場合には、フランジ６，７間に導通ができ、金属容器１５，１６間に誘導電流が流れるため、計器用変流器２９が誤動作する可能性がある。本実施の形態では、これを防ぐために、フランジ７にネジ穴加工を施し、保護カバー１７を設けている。

本実施の形態によれば、保護カバー１７を設けることにより、少なくとも保護カバー１７で覆われた箇所についてはアダプタ４とフランジ７とが橋絡することを防ぐことができる。保護カバー１７を設けない構成では、例えば、工作用工具等が落下するなどして金属容器１５，１６間の上部に導電性のブリッジが形成され、絶縁接続構造が機能しなくなる場合があるが、図３のように、保護カバー１７により少なくとも絶縁接続部の外周面の上側を覆うようにすることで、アダプタ４とフランジ７とが橋絡することを防いでいる。したがって、アダプタ４とフランジ７との橋絡により、変流器組立部１９と導体１１との間の金属容器１６部分に誘導電流が流れることがなく、計器用変流器２９の誤動作を防ぐことができる。また、保護カバー１７により、絶縁接続部を外部から物理的に保護することができる。

さらにまた、保護カバー１７が変流器組立部１９を覆うようにしているので、万一保護カバー１７と金属容器１６とが橋絡した場合でも、変流器組立部１９と導体１１との間の金属容器１６部分に誘導電流が流れないため、計器用変流器２９の誤動作を防ぐことができる。

実施の形態３．
本実施の形態では、実施の形態２の保護カバー１７の表面に絶縁皮膜を塗布する。本実施の形態のその他の構成は、実施の形態２と同様である。

実施の形態２の構成では、金属ワイヤーなどの非常に長い導電性部材が保護カバー１７と金属容器１６とを橋絡した場合には、金属容器１５，１６間に誘導電流が流れ、計器用変流器２９の誤動作を引き起こす可能性がある。一方、本実施の形態によれば、保護カバー１７に絶縁皮膜を塗布することにより、保護カバー１７と金属容器１６とが橋絡した場合でも、誘導電流が流れることはないため、さらに信頼性が向上する。

なお、本実施の形態のように金属製の保護カバー１７の表面に絶縁塗装を塗布したものを用いる代わりに、絶縁材料からなる保護カバーを用いることもできる。

本発明は、金属容器間の絶縁物を誘導サージから保護し、外装形の計器用変流器の誘導電流による誤動作を防止することができるガス絶縁開閉装置として有用である。

図１は、実施の形態１に係るガス絶縁開閉装置の部分構成を示す縦断面図である。図２は、アダプタ４の図１におけるＸ−Ｘ矢視図である。図３は、実施の形態２に係るガス絶縁開閉装置の部分構成を示す縦断面図である。図４は、特許文献１に記載の従来のガス絶縁開閉装置における絶縁接続部の構成を示す部分断面図である。

１気中放電用突起付ボルト
２絶縁ワッシャ
３，１３ワッシャ
４アダプタ
５絶縁スペーサ
６，７フランジ
８，９，１０Ｏリング
１１導体
１２，１８ボルト
１４気中ギャップ
１５，１６金属容器
１７保護カバー
１９変流器組立部
２０開閉部
２１絶縁性ガス
２２突起部
２３ザグリ穴
２４，２６ねじ穴
２５，２７，２８挿通穴
２９計器用変流器
３０，３１ガス絶縁開閉装置

Claims

接続部相互にそれぞれ設けられたフランジを互いに対向させて配設され、前記フランジを介して接続された第１および第２の金属容器と、
これら第１および第２の金属容器のフランジ間に配置された絶縁部材と、
を備えたガス絶縁開閉装置において、
一面側に形成された穴部の開口方向を一方のフランジと対向するようにして前記絶縁部材と重ね合わせて前記フランジ間に配置された金属製の接続部材と、
前記穴部内に配置される頭部と、この頭部の径よりも小径のねじ部と、前記接続部材との間の絶縁を確保する絶縁ワッシャと、を有し、前記ねじ部を前記穴部の底面から前記接続部材および前記絶縁部材を挿通させて他方のフランジに形成された係合穴に螺合させることで前記絶縁部材を介して前記他方のフランジと前記接続部材とを締結する導電性の第１の締結部材と、
前記一方のフランジと前記接続部材とを締結する第２の締結部材と、
を備え、
前記第１の締結部材の頭部と前記一方のフランジとの間に間隙を設け、この間隙の絶縁耐力が前記絶縁部材および前記絶縁ワッシャの絶縁耐力よりも小さくなるように前記間隙の長さが調節されていることを特徴とするガス絶縁開閉装置。
前記絶縁部材は、絶縁スペーサであ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。
複数の前記第１の締結部材と、複数の前記第２の締結部材とが、前記接続部材の周縁部にて周方向に沿って取り付けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のガス絶縁開閉装置。
複数の前記第１の締結部材を備え、これらのうち少なくとも１つの前記第１の締結部材は前記頭部の端面上に突起部を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のガス絶縁開閉装置。
前記第１または第２の金属容器の外周面上に設置された計器用変流器と、
前記フランジ、前記絶縁部材、および前記接続部材の各外周面の少なくとも一部、ならびに前記計器用変流器を覆う保護カバーと、
を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のガス絶縁開閉装置。
前記保護カバーに絶縁皮膜を塗布したことを特徴とする請求項５に記載のガス絶縁開閉装置。