JP2012151915A - 密閉型開閉装置 - Google Patents

Abstract

【課題】密閉型開閉装置の高電圧導体の表面に存在する微細な金属粉の滞留を抑制する。
【解決手段】密閉型開閉装置の高電圧導体１の表面は、圧電特性を有する圧電性コーティング１０が設けられている。圧電特性とは、印加する電界の方向に応じて伸縮する特性である。圧電性コーティング１０への印加電界１１が生じると圧電性コーティング１０に延伸１２が生じる。この印加電界１１が生じるたびに、この延伸１２が生じることになり、コーティング表面１３は振動する。この延伸１２による振動は、コーティング表面１３に付着している付着金属粉６に伝達する。付着金属粉６は、この伝達した振動でコーティング表面１３から取り除かれる。この振動により、微細金属粉５は、圧電性コーティング１０の表面に集塵されなくなる。
【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、絶縁性ガスを封入した容器内部に高電圧導体が密閉された密閉型開閉装置に関する。

従来から、絶縁性ガスを封入した容器内部に高電圧導体を密閉した密閉型開閉装置においては、コスト低減、絶縁設計合理化、三相一括化などのために装置の縮小化が図られている。この縮小化された密閉型開閉装置では、高電圧導体の電界が上昇し封入ガス圧が上昇する傾向にある。

この封入ガス圧の上昇を伴う開閉装置においては、高電圧導体上の微細な突起や高電圧導体に付着した微細な金属粉末が、この密封型開閉装置の耐電圧性能に影響を与える。また、密閉型開閉装置の容器の大きさは、基本的に絶縁設計や熱的設計などで決まるが、なかでも絶縁設計を検討する上でのポイントになるのが、容器内に金属粉が存在した場合の絶縁性能への影響度である。

この影響について、図８に示す一般的な密閉型開閉装置を用いて説明する。図８（Ａ）に示すように、この密閉型開閉装置は、高電圧が印加される高電圧導体１と、内部に耐電圧性能が良好な六フッ化硫黄などの絶縁ガス３を封入し高電圧導体１を密閉している容器４と、高電圧導体１と容器４との間を支持する絶縁物２とを有している。この密閉型開閉装置において、容器４の内部に微細金属粉５が存在すると、絶縁ガス３の封入時にこの微細金属粉５が浮遊する。この浮遊したこの微細金属粉５は、高電圧導体１に付着し、付着金属粉６となる。

この密閉型開閉装置の運転時においては、装置が縮小化されることにより、高電圧導体１の表面電界７が高くなっている。このような状態で、図８（Ｂ）に示すように、高電圧導体１に付着したこの微細金属粉５は、高電圧導体１の表面に局所電界集中８を生じさせ、装置の絶縁性能に影響を及ぼすことになる。すなわち、局所的に電界集中の大きい場所が存在する状態で、雷インパルス電圧のような高い電圧がこの密閉型開閉装置に印加されると、局所電界集中８の電界が絶縁ガス３の破壊電界を越えて絶縁破壊を生じさせることになる。

このような絶縁性能への影響を抑えるために、通常は、容器４の内部に微細金属粉５が存在しないように、密閉型開閉装置の製造段階で管理している。しかし、この管理を行っても微細金属粉５を完全に除去することは困難であり僅かな量とはいえ微細金属粉５が容器４の内部に残り、高電圧導体１に付着して付着金属粉６になってしまう。

この対策として、高電圧導体１に微細金属粉５が付着しても絶縁性能に影響させないために、高電圧導体１の表面電界強度を低く抑える方法がある。しかし、この方法は、高電圧導体１の表面電界強度は高電圧導体１と容器４の内面との距離に依存するため、容器４を大きくする必要があり、密閉型開閉装置の縮小化の制約要因となる。

また、金属粉による絶縁性能の影響を抑える他の手段をして、放電を開始するのに必要な高電圧導体表面からの初期電子供給を抑制する技術が考えられてきた。例えば、高電圧導体１の表面に絶縁性の高いエポキシ等からなる絶縁コーティングを施し、高電圧導体１から絶縁ガス３への放電に必要な初期電子供給を抑制して絶縁破壊を生じ難くする。この技術によれば、初期電子が供給され難くなる結果、高電圧導体１の表面電界７を高くすることができ、密閉容器をコンパクトにすることができる。

特開２００４−０４０９７０

従来の絶縁コーティングでは、その表面が帯電した場合、コーティングの素材が絶縁性であるため、帯電電荷が金属へ漏洩して消失するのに非常に長い時間を要する。そして、この帯電電荷は直流電界を生じるため集塵しやすく、周辺の微細な金属粉を高電圧導体上のコーティング表面に集積させてしまうという問題があった。

本発明は、前記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたもので、高電圧導体の表面における微細な金属粉の滞留を抑制すると共に、絶縁破壊の発生に必要な高電圧導体の表面からの初期電子の電界放射も抑制して、絶縁信頼性の高いコンパクトな密閉型開閉装置の提供を目的とする。

実施形態によれば、密閉型開閉装置は以下のような特徴を有する。
（１）高電圧導体と、前記高電圧導体を密封する容器と、前記高電圧導体と前記容器の間を支持する絶縁物とを有し、前記容器の内部に絶縁性ガスを封入している。
（２）前記高電圧導体の表面は、圧電特性を有する絶縁材料からなる圧電性コーティングが設けられている。

第１実施形態の密閉型開閉装置の構成を示す側面図である。 第１実施形態の圧電性コーティングを示す側面図である。 第２実施形態の密閉型開閉装置の構成を示す側面図である。 第２実施形態の圧電性コーティングを示す側面図である。 第２実施形態の他の圧電性コーティングを示す側面図である。 第３実施形態の圧電性コーティングを示す側面図である。 他の実施形態の圧電性コーティングを示す側面図である。 一般的な密閉型開閉装置の構成を示す側面図である。

以下、本発明の各実施形態について説明する。なお、図８で示した構成と同一のものについては、説明を省略する。

（第１実施形態）
図１、図２を用いて第１実施形態について説明する。

（構成）
図１に示すように、第１実施形態の密閉型開閉装置は、一般的な密閉型開閉装置と同じ構成である高電圧導体１と絶縁物２と絶縁ガス３と容器４とを有し、本実施形態の特徴である高電圧導体１の表面に取り付けられた圧電性コーティング１０とを有する。

圧電性コーティング１０について説明する。圧電性コーティング１０は、例えば、絶縁性の樹脂フィルムであるポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）で形成されている。このポリフッ化ビニリデンは、延伸および分極処理によって延伸軸方向や厚さ方向に大きな圧電特性を有している。この圧電特性とは、印加する電界の方向に応じて伸縮する特性を言い、同じ印加電界に対して一方は延びる方向、他方は縮む方向となる。

圧電性コーティング１０は、例えば、このフィルムの方向を調整して組み合わせることにより、電界印加時の変異を大きくすることができ、大きな振動を生じさせる。また、ポリフッ化ビニリデンで形成されたこのフィルムは、絶縁性が高く耐熱性も優れた特性も有している。

（作用）
このような圧電性コーティング１０を有する本実施形態の密閉型開閉装置の作用を、図２を用いて説明する。図２（Ａ）に示すように、高電圧導体１に電流が流れることにより、圧電性コーティング１０への印加電界１１が生じると圧電性コーティング１０に延伸１２が生じる。この印加電界１１が生じるたびに、この延伸１２が生じることになり、コーティング表面１３には振動１２ａが生じる。

この延伸１２による振動１２ａは、コーティング表面１３に付着している付着金属粉６に伝達する。付着金属粉６は、この伝達した振動１２ａでコーティング表面１３から取り除かれる。また、この振動１２ａにより、微細金属粉５は、圧電性コーティング１０の表面に集塵されなくなる。

図２（Ｂ）に示すように、高電圧導体１の表面には形状であるミクロンオーダの尖った先端を有する表面凹凸１４がある。圧電性コーティング１０は、この表面凹凸１４をコーティングしている。このようなコーティングにより、高電圧導体１の表面からの電界放射による初期電子供給を抑制するという作用を有している。

(効果)
以上説明した本実施形態によれば、次のような効果を有する。
（１）圧電性コーティング１０は、印加電界１１によって振動を生じることのできる圧電特性を有しており、この密閉型開閉装置組立後の過電圧ＡＣ試験時において、強い振動を生じさせることができる。この振動によって集塵されていた付着金属粉６をコーティング表面１３から取り除くことができる。そして、高電圧導体上に微細金属粉５を滞留し難くすることができる。
（２）雷インパルス電圧試験前に、試験電圧よりも低い雷インパルス電圧を印加することによっても同様の効果を奏する。
（３）高電圧導体１の表面電界７を高くすることができ、コンパクトで絶縁信頼性の高い密閉型開閉装置を提供することができる。
（４）高電圧導体１の表面が、圧電性コーティング１０でコーティングされていることより、電界放射による初期電子供給を抑制することができ放電を防ぐことができる。

（第２実施形態）
図３〜図５を用いて第２実施形態について説明する。

（構成）
第２実施形態の密閉型開閉装置は、第１実施形態の高電圧導体１の表面に取り付けられた圧電性コーティング１０が、圧電フィルム１５とこの圧電フィルム１５を一体化した樹脂１６とから構成されている。すなわち、図３（Ａ）に示すように、高電圧導体１の表面に、圧電特性を有する圧電フィルム１５と一体化された樹脂１６を張付けることより本実施形態の圧電性コーディング１０が形成される。

図３（Ｂ）は、高電圧導体１とそれに張付けられている圧電フィルム１５の断面を示している。この図に示すように、圧電フィルム１５は樹脂１６の中に含浸されている。この場合、圧電フィルム１５の周囲の樹脂１６がフィルム１５の間に含浸されやすくなるようにフィルム１５に細孔１７を設けても良い。また、圧電フィルム１５と樹脂１６とを一体化する手段としては、含浸以外に圧電フィルム１５にフィルム状の樹脂１６を接着（溶着）することもできる。

本実施形態の変形例として、図４（Ａ）に示すように、樹脂１６と一体化する圧電フィルム１５は、同じ印加電界１１に対して、伸縮の方向が逆となるように、方向を調整した印加電圧に対して延びる圧電フィルム１５ａと印加電圧に対して縮む圧電フィルム１５ｂの２枚を組み合わせても良い。この組み合わせは、２枚に限らず複数のフィルム１５の組み合わせたものでも良い。この組み合わせに用いるフィルム１５の形状は、平板状でも良い。

また、この組み合わせは、図５に示す他の変形例のように、多数の凹凸を持たせて沿面長を長くした形状でも良い。すなわち、印加電圧に対して延びる圧電フィルム１５ａと印加電圧に対して縮む圧電フィルム１５ｂの２枚を同じ凹凸を持たせて組み合わせている。

（作用）
このような圧電性コーティング１０を有する本実施形態の密閉型開閉装置の作用は、第１実施形態の作用と基本的には同じである。すなわち、図２（Ａ）に示すように、高電圧導体１に電流が流れることにより、圧電フィルム１５への印加電界１１に応じて圧電フィルム１５に延伸１２が発生する。圧電フィルム１５の表面はこの延伸１２により振動して振動１２ａとなる。

本実施形態の変形例においては、図４（Ａ）に示すように、外側の圧電フィルム１５ａは、印加電界１１に対して延びる特性を有している。一方、内側の圧電フィルム１５ｂは、印加電界１１に対して、縮む特性を有している。図４（Ｂ）に示すように、これらフィルム１５は、印加電界１１により伸縮が逆であることより振動する。

図５に示す他の変形例においては、内外の圧電フィルム１５ａ，１５ｂの延伸特性が逆になっているので、同じ印加電界１１に対して、圧電フィルム１５ａが伸びて，圧電フィルム１５ｂが縮む。すなわち、この作用により圧電フィルム１５ａ，１５ｂの凹凸が大きくなり、この印加電圧１１が停止されれば、この凹凸は小さくなる。この繰り返しにより、圧電性コーティング１０はこの凹凸方向の振動１２ａとなる。

（効果）
以上説明した本実施形態によれば、次のような効果を有する。
（１）圧電フィルム１５が樹脂１６を含浸していることにより、強固な構成とすることができ、絶縁性の向上を図ることができる。
（２）図４に示す変形例においては、伸縮特性の異なる圧電フィルム１５ａ，１５ｂを組み合わせることにより、より大きな振動とすることができる。
（３）図５に示す他の変形例においては、伸縮特性の異なる圧電フィルム１５ａ，１５ｂを凹凸となるように組み合わせることより、この凹凸の変化による大きな振動１２ａとすることができる。

（第３実施形態）
図６を用いて第３実施形態について説明する。

（構成）
第３実施形態の密閉型開閉装置は、第１実施形態の高電圧導体１の表面に設けそれに圧電性コーティング１０が、図６に示すように、樹脂１６に圧電特性を有する圧電フィルム小片１８を混入させたものとなっている。この圧電フィルム小片１８は、前記第２実施形態の圧電フィルム１５を小片化したものであって、それぞれ同じ印加電界に対して伸縮の方向が逆となる様に方向を調整して樹脂１６内に埋設されている。

(作用)
このような圧電性コーティング１０を有する本実施形態の密閉型開閉装置の作用は、第１実施形態の作用と基本的には同じである。すなわち、高電圧導体１に電流が流れることにより、圧電フィルム小片１８への印加電界１１が加わると圧電フィルム小片１８に延伸１２が生じる。この印加電界１１が加わるたびに、この延伸１２が生じることになり、圧電フィルム小片１８の延伸１２の影響で樹脂１６の表面は振動１２ａとなる。

（効果）
以上説明した本実施形態によれば、前記第１の実施形態の効果に加え、次のような効果を有する。
（１）樹脂１６の中に圧電フィルム小片１８を混入させており、強固な構成とすることができ、絶縁性の向上を図ることができる。
（２）圧電フィルム小片１８が、同じ印加電界に対して延伸１２の方向が逆となる様に方向を調整した複数の組み合わせであることより、印加電界１１が生じるたびに、これらの圧電フィルム小片１８には、伸びるものと縮むものにより大きな振動１２ａとなる。

(他の実施形態)
本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、以下のような他の実施形態も含有する。

第１〜第３実施形態においては、圧電性コーティング１０は、絶縁物２，２の間に支持された高電圧導体１の表面に設けられている構成である。しかし、図７に示すように、高電圧導体１の端部において特に高電界が発生する部分である高電界部１９の表面に、この圧電性コーティング１０を設けても良い。

この高電界部１９は、図に示すように、高電圧導体１において段差が生じている部分であり、このような高電圧が発生する部分においても前記第１〜第３実施形態と同じ作用効果を発揮する。

なお、上記の実施形態は、本明細書において一例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図するものではない。すなわち、その他の様々な形態で実施されるこが可能であり、発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことが可能である。これらの実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…高電圧導体
２…絶縁物
３…絶縁ガス
４…容器
５…微細金属粉
６…付着金属粉
７…表面電界
８…局所電界集中
１０…圧電性コーティング
１１…印加電界
１２…延伸
１２ａ…振動
１３…コーティング表面
１４…表面凹凸
１５，１５ａ，１５ｂ…圧電フィルム
１６…樹脂
１７…細孔
１８…圧電フィルム小片
１９…高電界部

Claims (4)

1. 高電圧導体と、前記高電圧導体を密封する容器と、前記高電圧導体と前記容器の間を支持する絶縁物とを有し、前記容器の内部に絶縁性ガスを封入している密閉型開閉装置であって、
   前記高電圧導体の表面は、圧電特性を有する圧電性コーティングが設けられていることを特徴とする密閉型開閉装置。
2. 前記圧電性コーティングは、圧電フィルムと樹脂を一体化したものであることを特徴とする請求項１に記載の密閉型開閉装置。
3. 前記圧電性コーティングは、圧電フィルム小片を混入させた樹脂のものであることを特徴とする請求項１に記載の密閉型開閉装置。
4. 前記圧電性コーティングが、前記高電圧導体の高電界部に設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の密閉型開閉装置。
   

Images