JP2013085417A

JP2013085417A - 絶縁物

Info

Publication number: JP2013085417A
Application number: JP2011224667A
Authority: JP
Inventors: Tadahiro Yoshida; 忠広吉田; Akira Yoshida; 暁吉田; Hideki Miyatake; 秀樹宮武
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-10-12
Filing date: 2011-10-12
Publication date: 2013-05-09

Abstract

【課題】金属導体、絶縁樹脂、絶縁気体が接するトリプルジャンクション周辺の電界を低減するために、金属導体の周囲に設ける電界緩和リングを容易に取り付けることができる絶縁物を提供する。
【解決手段】円柱状の金属導体１と、この金属導体のまわりを同心状に包囲する絶縁層２と、上記金属導体の外周部における上記絶縁層による包囲端部近傍の該絶縁層内に固定された電界緩和リング３とを用いて構成された絶縁物であって、上記電界緩和リングは上記金属導体の外周面に周方向に形成された溝１１に係止されてなることを特徴とするものである。
【選択図】図１

Description

この発明は、例えばスイッチギヤなどの電気機器に使用される金属導体のまわりを同心状に絶縁樹脂で包囲した絶縁物に関するものである。

従来、高電圧が印加される電気機器に使用される絶縁物では、金属導体、絶縁樹脂、絶縁気体が接するトリプルジャンクション周辺の電界を低減するために、金属導体より外径が大きいリング状の部品を樹脂内部に配設したものがある（例えば特許文献１参照）。

特開平９−１９０１４号公報（第１頁、図１）

上記のような従来技術では、絶縁物のトリプルジャンクション周辺の電界緩和を行うためのリング状の部品を金属導体に固定するためにろう付け加工が行なわれていた。しかし、ろう付け加工は、１）作業時間が長い、２）金属導体が変形する可能性がある、３）金属導体が変形した場合はろう付け後に機械加工などによって成形する必要がある、などの問題点があった。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、電界緩和リングの金属導体への取り付けにろう付けが不要で加工を容易にした絶縁物を提供することを目的としている。

この発明に係る絶縁物は、円柱状の金属導体と、この金属導体のまわりを同心状に包囲する絶縁層と、上記金属導体の外周部における上記絶縁層による包囲端部近傍の該絶縁層内に固定された電界緩和リングとを用いて構成された絶縁物であって、上記電界緩和リングは上記金属導体の外周面に周方向に形成された溝に係止されてなることを特徴とするものである。

この発明によれば、金属導体の外周面に周方向の溝を設け、電界緩和リングを該溝に装着するだけで固定されるようにしたので、ろう付け作業が不要となり加工が容易となる。

本発明の実施の形態１による絶縁物を示す断面図。図１に示す電界緩和リングの外形図。図１に示す金属導体に設けられた溝の形状とその近傍を示す要部断面図。本発明の実施の形態１による絶縁物の変形例を示す図であり、（ａ）は要部断面図、（ｂ）は電界緩和リングを係止する溝の近傍の詳細断面図。図１に示された絶縁物の使用状態を示す図。本発明の実施の形態２による絶縁物を構成する金属導体に設けられた溝の形状とその近傍を示す要部断面図。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１による絶縁物を示す断面図である。図において、絶縁物１００は、銅もしくはアルミ合金等の金属で出来ている円柱形状の金属導体１と、この金属導体１の所定部外周部を同心状に包囲するように設けられた絶縁層２と、金属導体１の外周部における絶縁層２による図における左右の包囲端部の内側近傍にそれぞれ固定され、絶縁層２内に埋設された電界緩和リング３を用いて構成されている。絶縁層２の所定部外周には取付フランジ２１が径方向に突出されている。取付フランジ２１は、絶縁層２の最外部にあって、フランジ面には取付フランジ２１から径方向に内外を気密保持するためのパッキングを収納するパッキン溝２１ａ、及び絶縁物１００を取り付けるための図の左右方向に貫通された取付穴（図示せず）を有している。

絶縁層２の内部には、銅もしくはステンレス製の網で形成された接地シールド４が、金属導体１と同心状に配設されており、絶縁層２の内部及び外表面の電界分布を制御している。絶縁物１１の長手方向端部においては、金属導体１、絶縁層２、及び周囲の絶縁ガスによるトリプルジャンクションＡが形成される。トリプルジャンクションＡ付近では電界集中が発生しやすいため、電界緩和を講じる必要がある。この対策の１つとして、トリプルジャンクションＡの露出を抑えるために、絶縁層２の長手方向端部からトリプルジャンクションＡ部分を５ｍｍ程度窪ませるように形成されている。上記電界緩和リング３は、トリプルジャンクションＡ付近の電位分担を小さくする対策の他の１つとして、絶縁層２の内部に設置されている。絶縁層２は、樹脂絶縁材料を用いて注型により形成される。

本発明の典型的な特徴部分の１つは該電界緩和リング３の固定構造にあり、この実施の形態１では、金属導体１の所定部に図３に示すように断面円弧状の溝１１を周方向に形成し、その溝１１に、コイルばねをリング状に成形した図２に示す如き電界緩和リング３を嵌め込んで係止するようにしたものである。なお、電界緩和リング３の成形方法としては、コイルばねの両端を溶接する方法、あるいは、ガータスプリング（図示省略）を構成する方法などを適宜用いることができる。コイルの巻きピッチＰが大きくなりすぎるとコイル端部の電界が高くなる可能性があるため、コイル線径Ｄに対してコイル巻きピッチＰが概ね３倍以内になるようコイル形状を決定することが望ましい。

また、電界緩和リング３は、金属導体１の溝１１に装着した後、容易に動かないように、金属導体１へ装着した状態で概ね１０ｋｇｆ程度の径方向の圧縮荷重を有するようにコイル線の材質、コイル線径Ｄや巻き数が決定される。電界緩和リング３は金属導体１に取り付ける際、一度内径を広げて挿入し、金属導体１の端部から溝１１の方向に摺動させる必要がある。そのため、溝１１から金属導体１の端部までの金属導体１の直径は、電界緩和リング３を最小限に広げるだけで済むように規定される。例えば、図４の変形例に示すように金属導体１の延在方向（長手方向）における溝１１の位置に対して、絶縁層２による包囲部分の中心部側の外径φ１よりも外側部方向における外径φ２を、φ１＞φ２と、小さくすることは好ましい。これにより、摺動する際に発生する摩擦荷重をさらに抑制でき、摺動による金属導体１の表面の傷を抑制することが出来る。

また、溝１１の最小内径は、電界緩和リング３が上述の圧縮荷重を発生できるような寸法に規定される。また、溝１１の長手方向の位置は、トリプルジャンクションＡから１０ｍｍ〜２０ｍｍ程度離れた位置であることが望ましい。また、溝１１を形成している円弧の半径は、電界緩和リング３のコイル半径より大きくなるよう規定することで、電界緩和リング３と溝１１の端部が干渉せず、確実に溝１１の底と電界緩和リング３が接するように構成される。また、電界緩和リング３を金属導体１の外表面を摺動させながら溝１１内に取り付ける際に、金属導体１の外表面に傷がつかないよう、溝１１と金属導体１の外周との境界部１１ａは面取り加工もしくは丸取り加工がされている。なお、溝１１と電界緩和リング３は絶縁物１００の図の左右両サイドに設置されており、左右とも同様に構成されている。

図５は絶縁物の使用状態の例を示す図であり、電気機器に絶縁物１００が取り付けられている構造のうち、絶縁物１００周辺のみを示した図である。図５に示すように、絶縁物１００は、電気機器５の例えば区画壁などの貫通穴の絶縁物取付部５ａに取り付けられる。絶縁物１００の両端には隣接する機器もしくは母線などと接続するための接続導体６が取り付けられる。ここで、トリプルジャンクションＡにおける電界は、金属導体１、絶縁層２の端部形状、電界緩和リング３、接続導体６の端部形状によって決定されるが、主に電解緩和リング３及び接続導体６端部の曲面形状によって、トリプルジャンクションＡ周辺の電界は、接続導体６表面よりも十分小さな電界となっている。

上記のように構成された実施の形態１においては、金属導体１の外周面に周方向の溝１１を設け、圧縮荷重を有するコイルばねからなる電界緩和リング３をその溝１１内に嵌めるだけで、溝１１内から外れたり、外力がかかった時に溝１１からはみ出たりすることがなく、確実に固定できる。このため、ろう付け等による固定作業を不要に出来、安価に製造出来る。これによって、取付箇所を調整する必要がなくなり、従って加工が容易で、取付作業時間も短縮することが出来る。また、ろう付け加工を不要にできることで、エネルギーの消費も削減され、環境負荷の低減にもつながる。

また、金属導体１は、延在方向における溝１１の位置に対して、絶縁層２による包囲部分の中心部側よりも外側部方向において外径を小さくしたことにより、電界緩和リング３を挿入する際の摺動荷重が低減され、金属導体１への傷つきも抑制できる。また、溝１１の断面形状を円弧状としたので、溝の加工が容易である。また、溝１１と金属導体１の外周との境界部１１ａは面取り加工もしくは丸取り加工をすることで、電界緩和リング３の挿入時に装着し易く、金属導体１に傷がつき難いという特長がある。

実施の形態２．
図６は本発明の実施の形態２による絶縁物１００の金属導体１に設けられた溝１１Ａの近傍を拡大して示す要部断面図である。図６において、溝１１Ａは、断面略Ｖ字状に形成されている。その他の構成は上記実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。

上記のように構成された実施の形態２においては、例えば、絶縁物１００を注型金型を用いて製造する際に、絶縁層２を形成するために樹脂を金型に流入する場合に、電界緩和リング３に対して流入された樹脂による流動方向の力が金属導体１の長手方向に働くが、この実施の形態２では、溝１１Ａが断面Ｖ字状に形成されていることで、三角形の２点で電界緩和リング３が支持されているため、位置ずれが起きにくいという、更なる効果が得られる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することができる。

１金属導体、１１、１１Ａ溝、２絶縁層、２１取付フランジ、２１ａパッキン溝、３電界緩和リング、４接地シールド、５電気機器、５ａ絶縁物取付部、６接続導体、１００絶縁物、Ａトリプルジャンクション。

Claims

円柱状の金属導体と、この金属導体のまわりを同心状に包囲する絶縁層と、上記金属導体の外周部における上記絶縁層による包囲端部近傍の該絶縁層内に固定された電界緩和リングとを用いて構成された絶縁物であって、上記電界緩和リングは上記金属導体の外周面に周方向に形成された溝に係止されてなることを特徴とする絶縁物。
上記溝は、断面円弧状であることを特徴とする請求項１に記載の絶縁物。
上記溝は、断面略Ｖ字状であることを特徴とする請求項１に記載の絶縁物。
上記金属導体は、延在方向における上記溝の位置に対して、上記絶縁層による包囲部分の中心部側よりも外側部方向において外径を小さくしてなることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の絶縁物。