JP2011171560A

JP2011171560A - 負荷時タップ切換器

Info

Publication number: JP2011171560A
Application number: JP2010034730A
Authority: JP
Inventors: Tamotsu Inoue; 保井上; Koichi Hoshina; 好一保科; Tsuneo Kobayashi; 恒夫小林; Naoki Eguchi; 直紀江口; Shin Yamada; 慎山田
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Substation Equipment Technology Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Substation Equipment Technology Corp
Priority date: 2010-02-19
Filing date: 2010-02-19
Publication date: 2011-09-01

Abstract

【課題】切換開閉器部の絶縁駆動軸部分の絶縁耐圧の向上を図り、さらに絶縁信頼性のある環境適合型の負荷時タップ切換器を得る。
【解決手段】負荷時タップ切換器２０は、上蓋２１と、上蓋２１から吊下して取り付けられる支持金具２３と、支持金具２３に支持される上下一対の内部電極３０，３１を樹脂絶縁体３２でモールド形成した電極モールド体２４と、支持金具２３の下端部に支持される切換開閉器２５と、電極モールド体２４の周囲に配置される円筒状の支持絶縁体２６と、支持絶縁体２６および切換開閉器２５の周囲に外部と電気絶縁状態に配置される絶縁円筒容器２２と、絶縁円筒容器２２の内部に充填される絶縁ガスＧ１と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は負荷時タップ切換を行うガス絶縁変圧器用として好適なタップ切換器に係り、特に、ガス系統内のトラブルによる切換開閉器のガス圧低下を抑制可能な負荷時タップ切換器に関する。

最近の用地の入手困難などにより変電所などはよりコンパクト化され地下型に移行しつつある。そのような変電所においては変圧器，開閉装置ともガス絶縁化した全ガス絶縁変電所になることが多い。この様な全ガス絶縁変電所にすることにより、防災面からもメリットが生じ最近特に注目されている。これに伴って、今次のガス絶縁変圧器に用いられる負荷時タップ切換器もガス絶縁方式が採用されるようになってきている。

従来のガス絶縁方式を採用した負荷時タップ切換器は、絶縁円筒容器内に切換開閉器部を設け、この絶縁円筒容器の下部にタップ選択器部を連結し、その切換開閉器部およびタップ選択器部を絶縁円筒容器の中心軸方向に貫挿された絶縁棒の駆動軸によって切換操作されるように構成されている。そして、負荷時タップ切換器全体は絶縁円筒容器の上部開口部を閉蓋する上蓋を利用して吊り上げられる。このようにして構成された負荷時タップ切換器が、ガス絶縁変圧器のタンク内に収納されるとともに負荷時タップ切換器の上蓋を利用して変圧器タンク内に装架されている。

このようなガス絶縁変圧器および負荷時タップ切換器においては充填される絶縁媒体として一般的にＳＦ_６ガスが用いられている。このＳＦ_６ガスは、空気と比較して約１００倍の消弧性能と約３倍の絶縁性能を持つことが知られている。ＳＦ_６ガスの使用は、環境面から地球温暖化の指標の一つとして地球温暖化係数ＧＷＰ（Global Warming Potential）があり、一定量放出したときの温暖化への寄与度は現状では比較的小さい。

すなわち、ＳＦ_６ガスは化学的に極めて安定で、大気中寿命が３２００年と長く、赤外線吸収量も大きいため、ＳＦ_６ガスのＧＷＰは空気と比較して２３９００倍と極めて大きい。また、一方で地球温暖化への寄与の大きさはＧＷＰと大気中濃度の積で与えられ、現時点ではＳＦ_６ガスの大気中濃度が極めて低いため、ＳＦ_６ガスの影響力はＣＯ_２に比べると極めて小さい。しかしながら、ＧＷＰが大きいということは温暖化への潜在的影響力が大きいということであり、今後ＳＦ_６ガスの排出量が増え、大気中での濃度が増加すると、その影響力はＣＯ_２と比較してかなり大きくなる可能性もある。

このような観点から、１９９７年１２月に京都で開催された第３回気候変動に関する国際連合枠組み条約締約国会議（ＣＯＰ３）において、ＳＦ_６も削減対象ガスとして加えられ、排出の抑制と削減についての対応が要求されている。このように環境面からも、ＳＦ_６ガスの使用削減が望まれている。

このような環境上の観点から近年においては、ＳＦ_６ガスを用いない、あるいは使用量の削減を目的とした種々の絶縁ガスを使用した絶縁機器の開発が進められている。

一方では、それらの絶縁ガスの絶縁強度は一般的にＳＦ_６ガスに比べて低く、例えばＳＦ_６ガスの代替ガスとして注目されている窒素ガスの絶縁強度は、ＳＦ_６ガスのそれの約３０％程度となっている。

このようなことから、従来のこの種ガス絶縁変圧器用負荷時タップ切換器として、種々の絶縁ガスの絶縁強度に頼ることなく、耐電圧的に優れた負荷時タップ切換器の開発が進められている。

従来のこの種ガス絶縁変圧器用負荷時タップ切換器として、例えば［特許文献１］に示されるようなものがある。

すなわち、［特許文献１］について、図４を参照して説明する。

図４に示すガス絶縁変圧器用負荷時タップ切換器１は、上蓋２を有する絶縁円筒容器３内に切換開閉器部４を設け、図示しないタップ選択器は絶縁円筒容器３の下部に連結して組み合わされている。

絶縁円筒容器３は、上蓋２の下面の金属製取付座５にボルトによって取り付けられている。切換開閉器部４は、図示のように支持絶縁円筒６を介して上蓋２の下面に垂下されている。支持絶縁円筒６の上端は、上蓋２の金属製取付座７に固定され、その下端は切換開閉器部４の金属製取付座８に固定されている。

上蓋２を貫通する絶縁駆動軸９の上端は、図示しない駆動機構に連結され、その下端は切換開閉器部４の内部開閉機構に連結されている。切換開閉器部４は、絶縁駆動軸９の回転によってタップ切換器の主回路の切換動作も行なうよう構成されている。

これにより、負荷時タップ切換器１は、全体をガス絶縁変圧器のタンク内に挿入され、上蓋２の部分を介して変圧器タンク側に固定される。

従って、ガス絶縁変圧器と絶縁協調をとるため、絶縁円筒容器３および支持絶縁円筒６の内部もガスが充填される。また、電界の集中する可能性のある金属製取付座７および８、支持絶縁円筒６内上部に設けた低圧側のリング状シールド１０，支持絶縁円筒６内の底部に設けた高圧側のリング状シールド１１および支持絶縁円筒６の外側に配置した高圧側のリング状シールド１２で電界的に覆った構成により、電界の集中は有効に緩和され、かつ低圧側と高圧側との絶縁距離を大きくとることができる。高圧側のリング状シールド１１と１２および絶縁円筒容器３の外側周囲に設けたリング状シールド１３とリング状シールド１２の相互の位置関係を設定したことにより、各リング状シールド１１，１２および１３がそれぞれ略等しい電界集中となって絶縁耐力的にも秀れた切換装置を得ることができるようになっている。

しかしながら、このようなガス絶縁変圧器用負荷時タップ切換器１によれば、それら取付座５への電界集中を緩和させるために、高圧側リング状シールド１１、低圧側リング状シールド１０が取り付けられているが、相互間の絶縁距離が十分なものではなく、その絶縁強度の確保が極めて困難となっている。

また、［特許文献１］の技術によれば、切換開閉器部の支持絶縁円筒６の取付座７への電界が集中しないように、リング状のシールド１０を設け、電界の均一化がなされているが、リング状のシールド１０や１１が切換開閉器の上下に取り付けてあり、そのためにリング状のシールド間の絶縁距離ｌ（図４参照）が十分とはいえず、絶縁強度の低い環境適合ガスを絶縁ガスとして用いると、上下リングシールド間の絶縁強度の確保が困難となる。特に、絶縁駆動軸９や支持絶縁円筒６に対してリング状のシールドが存在しているため、等価的な絶縁距離が短くなっており、絶縁強度の確保が困難となっている。そのため、切換開閉器部４の絶縁強度を確保するためには、更なる改善を必要としている。その対策として、ガスの高圧化策もそのひとつであるが、ガス圧力上昇に伴う機密性や耐圧構成上の課題がある。

特公平５−４６６９０号公報

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、ＳＦ_６ガスの使用を抑制しつつ、切換開閉器部の絶縁駆動軸部分の絶縁耐圧の向上を図ることにより、地球環境に考慮した環境適合型のガス絶縁変圧器用に好適する負荷時タップ切換器を提供することを目的とする。

更に本発明の他の目的は、軽量にして小型化を図ることができる一方、製作性にも優れたガス絶縁変圧器用に好適する負荷時タップ切換器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明によれば、上蓋と、当該上蓋から吊下して取り付けられる棒状の支持金具と、当該支持金具に支持される上下一対の内部電極を樹脂絶縁体でモールドして形成した電極モールド体と、当該電極モールド体の下方に懸吊して支持される切換開閉器と、電極モールド体の周囲に所要の間隔を存して配置される円筒状の支持絶縁体と、当該支持絶縁体および切換開閉器の周囲に所要の間隔を存して外部と電気絶縁状態に配置される絶縁円筒容器と、当該絶縁円筒容器の内部に充填される絶縁ガスと、を具備したことを特徴とする負荷時タップ切換器を提供する。

また、上記目的を達成するために、上蓋と、当該上蓋から吊下して取り付けられる棒状の支持金具と、当該支持金具に支持される上下一対の内部電極を樹脂絶縁体でモールドして形成した電極モールド体と、当該電極モールド体の下方に懸吊して支持される切換開閉器と、電極モールド体の周囲に所要の間隔を存して配置される円筒状の支持絶縁体と、当該支持絶縁体および切換開閉器の周囲に所要の間隔を存して外部と電気絶縁状態に配置される絶縁円筒容器と、当該絶縁円筒容器の内部に充填される絶縁ガスと、を具備し、電極モールド体には、その平面部から突出させて支持金具を保持する支持金具保持部と、保持された支持金具と導電的に接続するように、内部電極に形成した導電端部を備えたことを特徴とする負荷時タップ切換器を提供する。

切換開閉器部の絶縁駆動軸部分の絶縁耐圧の向上を図り、さらに絶縁信頼性のある環境適合型であって、地球環境に考慮した、信頼性の高い、電気的・機械的強度に対しても優れ、且つ軽量にして小形化したガス絶縁変圧器用として好適する負荷時タップ切換器が提供できる。

本発明の負荷時タップ切換器における切換開閉器部の一実施例を示す要部断面図。図１のＡ−Ａ線に沿う断面図。図１のモールド電極部の拡大断面図。従来の負荷時タップ切換器における切換開閉器部を示す要部断面図。

以下、本発明の負荷時タップ切換器の実施形態について、図１乃至図３を参照して説明する。

負荷時タップ切換器２０の外郭は、図１および図２に示すように、上蓋２１と、周壁部の絶縁円筒容器２２とから構成される。

外郭内には、上蓋２１から吊下して取り付けられる棒状の絶縁駆動軸である支持金具２３の中間部に支持される電気絶縁性の電極モールド体２４と、下端部に支持される切換開閉器２５が設けられる。

電極モールド体２４の周囲に所要の間隔を存して取り囲むように円筒状の支持絶縁体２６が配置される。この支持絶縁体２６は、上蓋２１と切換開閉器２５間を連結している。また、絶縁円筒容器２２の外側には、負荷時タップ切換器２０を内部設置する図示しないトランス内のガス圧に十分に耐えられるように絶縁円筒容器２２の外側面に取付けた板状の補強材２７である。この絶縁円筒容器２２は、図示しないトランス内のガスとは、気密的に取付けられる。

電極モールド体２４は、図３に示すように、上下一対の平板状の内部電極３０，３１と、当該内部電極３０，３１全体を外側から覆うように一体モ−ルド成型した樹脂絶縁体３２とから構成される。この内部電極３０，３１は、電気伝導性のよいアルミニウム材が用いられた円板状の電極であって、その平面部３０ａ，３１ａが相互に所要の間隔Ｌを存して平行に対向配置される。

また、内部電極３０，３１の平面部３０ａ，３１ａから支持金具２３の方向に突出して電極端部３０ｂ，３１ｂが設けられ、支持金具２３側に一体的に設けた支持金具係合部３４ａ，３４ｂ側に導電的に接続される。

樹脂絶縁体３２は、絶縁性の優れたエポキシ樹脂層から一体モールド形成されたものであって、切換開閉器２５を支持する上蓋２１側の取付座２８ａの近傍に設けられ、当該取付座２８ａや絶縁円筒容器２２側の取付座２９の電界集中を緩和する働きを有する。

支持金具係合部３４ａ，３４ｂを保持するために、樹脂絶縁体３２側に支持金具保持部３５ａ，３５ｂが設けられる。

このような構成の電極モールド体２４は、この電極モールド体２４自体の製作にあたって、例えば一体モールド製作工法を採用した場合には、製造工程を短縮することができる。

具体的には、図３に示すように、内部電極３０，３１の電極端部３０ｂ，３１ｂを支持金具保持部３５ａ，３５ｂ側に露出させた状態で一体モールド製作することができる。このような成型方法の採用が可能であるので、電極モールド体２４自体を半製品として製作準備することができる。

そして、この電極モールド体２４の支持金具保持部３５ａ，３５ｂに支持金具２３の支持金具係合部３４ａ，３４ｂを嵌合することにより、この支持金具係合部３４ａ，３４ｂと内部電極３０，３１とを導電的に接合することができる。

電極モールド体２４の樹脂絶縁体３２は、支持絶縁体２６の長さである上蓋２１と切換開閉器２５間の距離に対して沿面距離が大きく取れるようにしている。

すなわち、樹脂絶縁体３２の中央部が支持金具２３の方向と直交する方向に突出して表面が滑らかな曲面状に形成される。

なお、樹脂絶縁体３２は、一体モールドにより形成したが、樹脂絶縁体３２は、図３に示す中心線Ｘ−Ｘを基準にして、上下部分が対象構造になっているので、上下部分の何れか一つを二つ組み合わせて接合し、一つの電極モールド体２４を構成するようにしてもよい。

更には、上下部分が相互に必ずしも対称構造である必要はなく、基本構成に変化がない範囲で適宜寸法や形状の変化を取り入れても差し支えない。

支持絶縁体２６および絶縁円筒容器２２内には、図１および図２に示すように、電気絶縁特性の良好な絶縁ガスＧ１が充填され、外部に対して密閉状態に設けられる。

また、この絶縁ガスＧ１は、例えば窒素ガス，乾燥空気または炭酸ガスのいずれかによる単体ガスあるいはこれら単体ガスおよびＳＦ_６ガスのいずれかを含む混合ガスが用いられ、例えばガス圧が０．２メガパスカル（ＭＰａ）程度に設定される。

この絶縁ガスＧ１は、絶縁円筒容器の外側、すなわち図示しないトランス本体内に封入される絶縁ガスＧ２の方が高いガス圧である、例えば０．７メガパスカル（ＭＰａ）程度が設定される。

次に、負荷時タップ切換器２０の作用を、図１乃至図３を参照して説明する。

負荷時タップ切換器２０が作動中において、支持金具２３を操作してタップ切換えが行なわれると、支持絶縁体２５側の取付座２８ａに相当量の電界が発生するが、取付座２８ａの近傍に位置する電極モールド体２４の樹脂絶縁体３２により当該樹脂絶縁体３２の沿面絶縁距離が、図３のｙで示すように相当長くなることからこの距離に相応した絶縁効果が得られる。

この沿面絶縁距離は、電界集中の程度に応じて任意長にすることができるので電界集中の弊害を除去することができる。すなわち、電界集中が起生することにより絶縁劣化症状を抑制する作用を得ることができる。

なお、取付座２８ａの近傍に起生する電界は、電極モールド体２４の樹脂絶縁体３２によって緩和することができ、従来用いられていたような低圧側のリング状シールドが不要となる。

また、樹脂絶縁体３２の中央部を支持金具２３の方向と直交する方向に突出して表面が滑らかな曲面状に形成するようにしたので、支持絶縁体２６の長さを短くすることができる。従って、負荷時タップ切換器２０全体として、小形・軽量化を図ることができる。

なお、電極モールド体２４の平板状の内部電極３０，３１は、例えばエポキシ樹脂を用いた絶縁材により、充填モールドされているため、図２に示すように短い絶縁距離Ｌでも絶縁強度はガスに比べて高くなり、なんら絶縁強度上問題になることはない。

また、電極モールド体２４の平板状の内部電極３０，３１によって、等電位分布が制御できるので、高耐圧化した負荷時タップ切換器の切換開閉器が得られる。

更に、内部電極３０，３１と樹脂絶縁体３２の接触面積が大きく、且つモールドにより一体的に形成されるので、機械的にも信頼性のある負荷時タップ切換器の切換開閉器が得られる。

一方、絶縁円筒容器２２は、外部からガス圧力を受けているので、外側からの圧力により、絶縁円筒容器２２には座屈力が働くようになるが、絶縁円筒容器２２の外側に取り付けている補強材２７により強度を保つことができる。特に、絶縁円筒容器２２の外側壁面２２ａに補強材２７を一体的に接合して取り付けているため、安定した強度を保つことができる。

また、絶縁円筒容器２２内の絶縁ガスの温暖化係数がＳＦ_６ガスより小さいガスとしており、絶縁ガスを、例えばＮ_２ガスまたはＣＯ_２ガスとすることにより、地球環境に配慮した負荷時タップ切換器の切換開閉器が得られる。特に、地球環境に配慮した絶縁ガスの絶縁強度がＳＦ_６ガスに比べて絶縁強度が低い場合にでも、樹脂絶縁体３２による沿面絶縁距離を相当程度長く取れることで小型で製作性のよい、高耐圧化した負荷時タップ切換器の切換開閉器が得られる。

なお、上述した実施形態において、絶縁円筒容器２２の外側に充填する絶縁ガスの種類には特に触れなかったが、絶縁円筒容器２２の内側の絶縁がスの種類に関係なく、絶縁円筒容器２２内部の絶縁ガスが環境を考慮した絶縁ガスであればよい。

本発明による上述した実施形態の負荷時タップ切換器２０によれば、電極モールド体２４の内部電極３０，３１の中心端部には、電極モールド体２４の支持金具保持部３５ａ，３５ｂが設けられる一方、樹脂絶縁体３２の上下部のそれぞれ表面から突出させた電極端部３０ｂ，３１ｂが設けられ、支持金具２３側に一体的に設けた支持金具係合部３４ａ，３４ｂを差し込むことにより導電的に接続される構成としたことにより、負荷時タップ切換器２０の製作性を良好にすることができる。

更にまた、電極モールド体２４の製作方法として、内部電極３０，３１の電極端部３０ｂ，３１ｂを支持金具保持部３５ａ，３５ｂ側に露出させる一方、この保持部３５ａ，３５ｂに支持金具２３を保持させる工程で、電極端部３０ｂ，３１ｂを支持金具保持部３５ａ，３５ｂに自動的に導電接続することが可能な構成とすることができる。

また、モールド体２４は、一体的あるいは分割体の組合せにより構成することを可能にしたものであるから、その製作性においても向上ならしめる。

２０負荷時タップ切換器
２１上蓋
２２絶縁円筒容器
２２ａ外側壁面
２３支持金具（絶縁駆動軸）
２４電極モールド体
２５切換開閉器
２６支持絶縁体
２７補強材
２８ａ，２８ｂ，２９取付座
３０，３１内部電極
３０ａ，３１ａ平面部
３０ｂ，３１ｂ電極端部
３２樹脂絶縁体
３４ａ，３４ｂ支持金具係合部
３５ａ，３５ｂ支持金具保持部
Ｇ１，Ｇ２絶縁ガス

Claims

上蓋と、
当該上蓋から吊下して取り付けられる支持金具と、
当該支持金具に支持される上下一対の内部電極を樹脂絶縁体でモールドして形成した電極モールド体と、
前記支持金具の下端部に支持される切換開閉器と、
前記電極モールド体の周囲に所要の間隔を存して取り囲むように配置される円筒状の支持絶縁体と、
当該支持絶縁体および切換開閉器の周囲に所要の間隔を存して外部と電気絶縁状態に配置される絶縁円筒容器と、
当該絶縁円筒容器の内部に充填される絶縁ガスと、を具備したことを特徴とする負荷時タップ切換器。
前記上下一対の内部電極は、平面部が所要の間隔を存し、且つ相対向して設けた平板状のものであることを特徴とする請求項１記載の負荷時タップ切換器。
前記上下一対の内部電極は、アルミニウム材製であることを特徴とする請求項１または２記載の負荷時タップ切換器。
前記樹脂絶縁体は、中央部が支持金具２３の方向と直交する方向に突出して表面が滑らかな曲面状に形成されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項記載の負荷時タップ切換器。
前記樹脂絶縁体は、エポキシ樹脂層から構成したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項記載の負荷時タップ切換器。
前記絶縁ガスは、ＳＦ_６ガスより地球温暖化係数の小さい絶縁ガスであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項記載の負荷時タップ切換器。
前記絶縁ガスは、窒素ガス，乾燥空気または炭酸ガスのいずれかによる単体ガスあるいはこれら単体ガスおよびＳＦ_６ガスのいずれかを含む混合ガスであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項記載の負荷時タップ切換器。
前記絶縁円筒容器の絶縁ガスは、前記絶縁円筒容器の外側の絶縁ガスの封入圧力より低い圧力で封入したことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項記載の負荷時タップ切換器。
前記絶縁円筒容器は、その外側面に補強材を取付けたことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項記載の負荷時タップ切換器。
前記電極モールド体には、その平面部から突出させて支持金具を保持する支持金具保持部と、前記保持された支持金具と導電的に接続するように、内部電極に形成した導電端部を備えたことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項記載の負荷時タップ切換器。