JP2012044793A - 開閉器ユニット及びスイッチギヤ - Google Patents

Abstract

【課題】絶縁物の表面に電界集中部位が生じることを防止できる開閉器ユニット、または開閉器ユニットを搭載するスイッチギヤを提供することを目的とする。
【解決手段】固体絶縁物により形成されて、操作器側と接続される絶縁ロッド２０，２１と、絶縁ロッド２０，２１により駆動される接点部６Ａ，６Ｂ，１１，１３，１４，１６を有する開閉器部１，１０とを備える開閉器ユニットであって、開閉器部１，１０は固体絶縁物によって覆われており、固体絶縁物の表面に、固体絶縁物よりも摩擦係数が小さいコーティング材料５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃを備えていることを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は開閉器ユニット及び開閉器ユニットを搭載するスイッチギヤに関するものであり、特に絶縁物の表面を他の絶縁物によってコーティングするものに関する。

スイッチギヤは受配電系統に配置される機器であり、母線側から発電電力を受電し、負荷側へと発電電力を配電する役割を果たす。開閉器ユニットは、スイッチギヤの一部を構成する機器であり、電流の遮断，断路，接地等を行うスイッチ部分を指す。

スイッチギヤの各部には高電圧が印加されるため、耐電圧特性はスイッチギヤの製作において考慮すべき重要な要素となるが、スイッチギヤにおいて特に絶縁物の表面に異物が付着した場合には、異物の存在により電気力線が変歪し、絶縁物と異物と周囲の媒体との境界面等に電界が集中してしまい、耐電圧特性が低下してしまう。

これに対して、特許文献１には、絶縁層の沿面に第２の絶縁層として、絶縁層の比誘電率よりも小さいシリコン系材料を塗布したものが記載されている。

特開２００３−１１１２２５号公報

しかし、特許文献１では絶縁物の表面に金属や塵埃等の異物が付着した場合における電界集中の緩和自体は行えるものの、根本的に電界集中部位自体が生じることを防止することはできない。

そこで、本発明では絶縁物の表面に電界集中部位が生じることを防止できる開閉器ユニットまたは開閉器ユニットを搭載するスイッチギヤを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る開閉器ユニットは固体絶縁物により形成されて、操作器側と接続される絶縁ロッドと、該絶縁ロッドにより駆動される接点部を有する開閉器部とを備える開閉器ユニットであって、前記開閉器部は固体絶縁物によって覆われており、前記固体絶縁物の表面に、該固体絶縁物よりも摩擦係数が小さいコーティング材料を備えていることを特徴とする。

さらに、本発明に係るスイッチギヤは、上記開閉器ユニットに加え、更に該開閉器ユニットに電力を供給する母線と、前記開閉器ユニットからの電力を負荷側に配電するケーブルとを備えていることを特徴とする。

本発明によれば、絶縁物の表面に電界集中部位が生じることを防止できる開閉器ユニット、または開閉器ユニットを搭載するスイッチギヤを提供することが可能になる。

実施例のスイッチギヤに係る正断面図であり、電圧・電流の投入状態を示す図である。 図１の開閉器ユニットの正断面図であり、電圧・電流の投入状態を示す図である。 エポキシ樹脂に対するコーティング材料の表面張力を比較した図である。 フッ素樹脂コーティングをした場合において、水分子の吸着力が低下する様子を示す模式図である。 相対湿度を変化させた条件下におけるエポキシ樹脂に対してのコーティング材料の絶縁耐力の変化を示した図である。 異物付着時の樹脂の表面を示す模式図である。 コーティング材料の誘電率と異物付着時の絶縁耐力との関係を示す図である。 異物付着時に樹脂の表面から異物が落下する様子を示す模式図である。 摩擦係数と絶縁耐力との関係を示す図である。 開閉器ユニットの上下を反転させたものをスイッチギヤに適用した様子を示す図である。

本発明の実施に好適な実施例について以下図１ないし図１０を用いて説明する。

図１に示す様に、本実施例に係るスイッチギヤは、筺体１０１の内部に、開閉器ユニット１００と、開閉器ユニット１００に電力を供給する母線（図示なし）と、開閉器ユニット１００から負荷側に電力を配電するケーブルヘッド５６及びケーブル５７と、制御装置１０２と、操作器１０３と、操作機構１０４とから概略構成される。

そして、開閉器ユニットはさらに、接地されている金属容器３１の内部に、エポキシ等の固体絶縁物３０により一体注型された真空バルブ１と、接地断路部１０と、母線用ブッシング４０と、ケーブル用ブッシング４２とを設けることで構成されている。

図２を用いて、開閉器ユニットの各部について説明する。

真空バルブ１は、固定側セラミックス絶縁筒２Ａ，可動側セラミックス絶縁筒２Ｂ，固定側端板３Ａ及び可動側端板３Ｂとを接続して構成される真空容器内に、固定側電極６Ａ，可動側電極６Ｂ，固定側電極６Ａと接続される固定側ホルダ７Ａ，可動側電極６Ｂと接続される可動側ホルダ７Ｂ、及びセラミックス絶縁筒２Ａ，２Ｂを電極の開閉時のアークから保護するためのアークシールド５を配備している。そして、固定側ホルダ７Ａはケーブル用ブッシング中心導体４３と接続され、負荷側へ電力を配電できるようになっている。また、可動側には真空バルブ１内の真空状態を維持したまま、可動側ホルダ７Ｂの可動を実現するためのベローズ９を配置している。真空バルブ１は可動側端板３Ｂと可動側ホルダ７Ｂに接続されたベローズ９によって内部の真空を維持しながら可動側電極６Ｂ，可動側ホルダ７Ｂを軸方向に移動可能とすることによって投入・遮断状態を切換えている。
また、ベローズ９と可動側ホルダ７Ｂの接続部近傍には、開閉時のアーク等からベローズ９を保護するために、ベローズシールド８を設けており、併せてベローズ端部における電界の集中を緩和することもできる。可動側ホルダ７Ｂは、気中絶縁及び固体絶縁された真空バルブ用操作ロッド２０と接続されており、該真空バルブ用操作ロッド２０は、図示しない操作器に接続されている。固定側セラミックス絶縁筒２Ａの周囲には固定側端板３Ａとの接続部における電界集中を緩和するための固定側電界緩和シールド４Ａを配置し、可動側セラミックス絶縁筒２Ｂの周囲には可動側端板３Ｂとの接続部における電界集中を緩和するために可動側電界緩和シールド４Ｂをそれぞれ配置している。

接地断路部１０は、母線用ブッシング中心導体４１と接続されており、この中心導体を介して母線側に接続される接地断路部ブッシング側固定電極１１と、接地電位としている接地断路部接地側固定電極１４と、それらの軸方向中間に位置し、フレキシブル導体１５を介して真空バルブ側の可動側ホルダ７Ｂと電気的に接続される接地断路部中間固定電極１３を備えており、内部は気中絶縁されている。また、これら各固定電極は直線状に配置され、内径はいずれも等しくしている。これらの各固定電極に対して接地断路部可動導体１２が接地断路部１０内を直線状に移動することで、閉・断路・接地の３位置に切換えることが可能となる。接地断路部可動導体１２は、気中絶縁及び固体絶縁された接地断路部用操作ロッド２１と連結しており、図示していない操作機構により可動される。そして接地断路部可動導体１２のうち、前記の各固定接点と接触する部位をばね接点１６で構成することにより、接地断路部可動導体１２の可動を妨げず、かつ弾性力により確実に接触を実現できるようにしている。

母線用ブッシング４０は、母線用ブッシング中心導体４１の周囲を固体絶縁物３０で覆うことにより、また、ケーブル用ブッシング４２は、ケーブル用ブッシング中心導体４３の周囲を固体絶縁物３０で覆うことにより構成されている。

真空バルブ用操作ロッド２０，接地断路部用操作ロッド２１，固体絶縁物３０の材料としては、絶縁特性及び機械的強度を考慮し、かつ成形性も良いことからエポキシ樹脂を使用している。そして、このエポキシ樹脂の表面はフッ素樹脂５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃによりコーティングしている。真空バルブ用操作ロッド２０，接地断路部用操作ロッド２１，固体絶縁物３０は、それぞれ自身による固体絶縁とともに、周囲の気体による気体絶縁がなされている。

本実施例に係るスイッチギヤの性能について以下図３ないし図９を用いて説明する。

図３では、エポキシ樹脂に対してのコーティング材料であるシリコン樹脂とフッ素樹脂との表面張力の値を示している。いずれの樹脂も、エポキシ樹脂（２９ｍＮ／ｍ）と比較して表面張力は小さなものとなっている。ここで、表面張力は物質により定まる物性であり、表面張力の低い物性を有する物質により絶縁物表面をコーティングすることにより、図４に示す様に、水分子または凝縮相である水の液滴を引き付ける力は低下し、これにより水分子または液滴が絶縁物の表面に吸着するのを防止することができる。故に、図５に示す様に相対湿度が３０％の場合には、表面張力の差による絶縁耐力の差は生じないが、相対湿度が８０％に達すると、表面張力の差による絶縁耐力の差が生じる。この場合、エポキシ樹脂よりも表面張力が小さいシリコン樹脂でも、コーティングしない場合と比較して絶縁耐力は向上するが、フッ素樹脂でコーティングすると一層絶縁耐力を向上させることができる。

尚、エポキシ樹脂製の真空バルブ用操作ロッド２０，接地断路部用操作ロッド２１の表面をエポキシ樹脂よりも表面張力が低い樹脂でコーティングし、かつ可動側を鉛直方向下方側に配置することにより、仮に結露が生じた場合であっても機械的振動により、液滴が落下するので、フェールセーフ思想の下、絶縁耐力低下の防止を図ることができる。

次に、図６，図７を用いて異物が付着した場合の誘電率が絶縁耐力に与える影響について説明する。図７では異物が付着した場合における絶縁耐力を、エポキシ樹脂及びコーティング部材の誘電率に対して表示している。尚、この時エポキシ樹脂の絶縁耐力を１.０と定め、それに対する各コーティング材料の絶縁耐力を表示している。そして、図６に示す様に、異物が表面に付着した場合、異物と絶縁物表面、及び周囲の媒体との境界部に電界が集中する。この様に異物が表面に付着した場合であっても、エポキシ樹脂よりも誘電率が小さいコーティング材料を表面に設けることで、電気力線の変歪を小さくできるため、絶縁耐力を向上させることができる。

図８，図９を用いて絶縁耐力に対する摩擦係数の影響について説明する。図８では、異物が表面に付着した場合でも、異物が落下する様子を模式的に示している。そして、図９によれば、エポキシ樹脂に対して、シリコン樹脂は摩擦係数が大きく、フッ素樹脂は摩擦係数が小さい。そして、摩擦係数が大きくなるほど絶縁耐力は低下し、小さくなるほど絶縁耐力は向上する。尚、図９において、摩擦係数はエポキシ樹脂の場合の摩擦係数を１.０と定めた時の相対摩擦係数を示しており、また絶縁耐力についてはエポキシの場合の絶縁耐力を１.０と定めた時の相対絶縁耐力を示している。

摩擦係数と絶縁耐力との間に関係性が生じる理由について説明する。まず、前提として付着する異物のサイズが大きい程、電気力線の変歪は大きくなり、異物と樹脂表面と周囲の媒体との境界における電界集中の程度は大きくなり、絶縁耐力が低下することが挙げられる。次に、摩擦係数と付着する異物の保持力を検討した時、異物のサイズが大きくなる程、保持するには大きな摩擦力が必要となり、従って、大きな摩擦係数を有する樹脂の表面でなければ、サイズの大きな異物を保持することはできない。故に、摩擦係数の小さな樹脂の表面にはサイズが大きな異物は留まらないことになる。これらを総合すると、摩擦係数の大きな樹脂の表面にはサイズの大きな異物が保持され、結果として絶縁耐力の低下の度合いも大きくなるが、一方で摩擦係数の小さな樹脂の表面ではサイズの小さな異物までしか保持されず、従って絶縁耐力の低下の度合いも小さくて済む。よって、摩擦係数が小さいフッ素樹脂においては電界集中部位自体が生じにくくなっており、相対的に絶縁耐力が高いものとなる。更に、摩擦係数が絶縁耐力に与える影響は塵埃等が多い場所に行くほど一層顕著になる。

また、この場合にもエポキシ樹脂製の真空バルブ用操作ロッド２０、接地断路部用操作ロッド２１の表面をエポキシ樹脂よりも摩擦係数が低いフッ素樹脂でコーティングし、かつ可動側を鉛直方向下方側に配置することにより、仮に異物が付着した場合であっても機械的振動により、異物が落下するので、やはりフェールセーフ思想の下、絶縁耐力低下の防止を図ることができる。

また本実施例では、真空バルブ用操作ロッド２０，接地断路部用操作ロッド２１，固体絶縁物３０は、さらに気中絶縁されており、即ち真空中やＳＦ₆といった絶縁性ガス中等でなく、開放された空間内で通常の気体中に配置されている。従って、この場合には周囲の塵埃等が付着する機会が多くなることから、異物の付着が防止できる上記発明は特に効果的なものとなる。一方で、密閉された空間内であっても、操作時に機械的摩擦等により発生する異物の存在も考えられるため、適用しても一定の効果は期待できる。

また本実施例の様に、絶縁ロッドの表面にコーティング材料を設けることによって、注型した固体絶縁物にしかコーティング材料を設けない場合と比較して、異物が付着する可能性を低減できるとともに、水分子や水の液滴の吸着や異物付着時の電界集中の緩和を図ることができるため、一層絶縁耐力を向上させることができる。

また、本実施例では固体絶縁物としてエポキシ樹脂について説明しているが、これに限るものでなく、他の絶縁物であっても適用は可能である。

また、本実施例ではコーティング材料としてフッ素樹脂について説明しているが、一例であることは言うまでもなく、摩擦係数が固体絶縁物よりも小さなものであれば代用可能である。フッ素樹脂を用いた場合、摩擦係数に加えて、表面張力や誘電率も固体絶縁物として用いたエポキシ樹脂と比較して小さいため、より一層効果がある。

また、開閉器ユニット１００については、図１０に示す様に上下反転させることも可能である。

尚、本実施例中で述べた点については、あくまでも一例にすぎず、本発明の内容が上記の点に限られるものではないことは言うまでもない。

１ 真空バルブ
２Ａ 固定側セラミックス絶縁筒
２Ｂ 可動側セラミックス絶縁筒
３Ａ 固定側端板
３Ｂ 可動側端板
４Ａ 固定側電界緩和シールド
４Ｂ 可動側電界緩和シールド
５ アークシールド
６Ａ 固定側電極
６Ｂ 可動側電極
７Ａ 固定側ホルダ
７Ｂ 可動側ホルダ
８ ベローズシールド
９ ベローズ
１０ 接地断路部
１１ 接地断路部ブッシング側固定電極
１２ 接地断路部可動導体
１３ 接地断路部中間固定電極
１４ 接地断路部接地側固定電極
１５ フレキシブル導体
１６ ばね接点
１７ 接続導体
２０ 真空バルブ用操作ロッド
２１ 接地断路部用操作ロッド
３０ 固体絶縁物
３１ 金属容器
４０ 母線用ブッシング
４１ 母線用ブッシング中心導体
４２ ケーブル用ブッシング
４３ ケーブル用ブッシング中心導体
５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ フッ素樹脂
５１，５１Ａ 水または水分子
５２，５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃ 固体絶縁物（エポキシ樹脂）
５３，５３Ａ，５３Ｂ フッ素樹脂
５４Ａ エポキシ樹脂の表面張力
５４Ｂ フッ素樹脂の表面張力
５５，５５Ａ 異物
５６ ケーブルヘッド
５７ ケーブル
１００ 開閉器ユニット
１０１ 筺体
１０２ 制御装置
１０３ 操作器
１０４ 操作機構

Claims (8)

1. 固体絶縁物により形成されて、操作器側と接続される絶縁ロッドと、
   該絶縁ロッドにより駆動される接点部を有する開閉器部とを備える開閉器ユニットであって、
   前記開閉器部は固体絶縁物によって覆われており、
   前記固体絶縁物の表面に、該固体絶縁物よりも摩擦係数が小さいコーティング材料を備えていることを特徴とする開閉器ユニット。
2. 固体絶縁物により形成されて、操作器側と接続される絶縁ロッドと、
   該絶縁ロッドにより駆動される接点部とを備える開閉器ユニットであって、
   前記絶縁ロッドの表面に、前記固体絶縁物よりも表面張力、若しくは誘電率または摩擦係数のうち、少なくともいずれかが小さいコーティング材料を備えていることを特徴とする開閉器ユニット。
3. 請求項１または請求項２に記載の開閉器ユニットであって、
   前記固体絶縁物は更に気中絶縁されていることを特徴とする開閉器ユニット。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか一つに記載の開閉器ユニットであって、前記絶縁ロッドは前記接点に対して下方側にあることを特徴とする開閉器ユニット。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか一つに記載の開閉器ユニットであって、前記固体絶縁物はエポキシ樹脂であり、前記コーティング材料はフッ素樹脂であることを特徴とする開閉器ユニット。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか一つに記載の開閉器ユニットであって、前記固体絶縁物は開放された空間内に配置されていることを特徴とする開閉器ユニット。
7. 請求項１ないし請求項５のいずれか一つに記載の開閉器ユニットであって、前記固体絶縁物は密閉された空間内に配置されていることを特徴とする開閉器ユニット。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれか一つに記載の開閉器ユニットと、該開閉器ユニットに電力を供給する母線と、前記開閉器ユニットからの電力を負荷側に配電するケーブルとを備えていることを特徴とするスイッチギヤ。

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