JP2013230062A - ガス絶縁電気機器 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、電界集中を緩和することができて機器の絶縁信頼性を向上させることができるガス絶縁電気機器を提供するものである。
【解決手段】内部に絶縁性ガスが封入され、金属製の両端にそれぞれ連結フランジを有し前記各連絡フランジを連結して構成される密閉容器と、前記密閉容器内に配設される高電圧導体と、一方側で前記高電圧導体を絶縁支持するとともに他方側が前記連結フランジ間に配設された絶縁スペーサと、前記連結フランジと相対する前記絶縁スペーサに形成された前記絶縁性ガスをシールするためのシール用溝と、前記シール用溝に装着されたＯリングと、前記シール用溝の内面に形成され、前記連結フランジと同電位となる導電性被覆体とを備えたものである。
【選択図】図１

Description

この発明は、例えば密閉容器に高電圧導体、開閉装置、変流器などの構成機器を収容して、密閉容器内に絶縁ガスを充填して、構成機器及び高電圧導体と密閉容器とを絶縁するガス絶縁電気機器に関するものである。

ガス絶縁電気機器は、円筒形状の接地タンクの内部に同軸上に電流が流れる円筒形状の高電圧導体が配設され、主絶縁媒体として六フッ化硫黄ガス、乾燥空気、窒素、炭酸ガス、あるいはそれらの混合ガス等に代表される絶縁性ガスを使用するのが主流である。絶縁媒体である六フッ化硫黄ガスは空気の約３倍の絶縁耐力があることから高圧部と接地電極間の距離を縮め、機器を縮小化することを可能としている。

ガス絶縁機器では絶縁性能、遮断性能を高めるため通常、絶縁媒体であるガスを加圧して使用している。そのためガスを密閉し、かつ絶縁距離を均等に保つために上記に記述した円筒形状のタンクと同軸上にある同じく円筒形状した高電圧導体とした構造を採用している。

また、高電圧導体を同軸上に保持するためには固体絶縁物による支持が必要である。高電圧導体を支持する固体絶縁物は機械的強度、絶縁強度の両面において要求される仕様を満たした設計をする必要があり、現状では実績のあるエポキシ樹脂が使われている。この場合、金属部と固体絶縁物が接触する部分の形成があり、高電圧導体と接地タンクにそれぞれ存在する。その部分はトリプルジャンクション部といわれ、ガス側近傍では楔状のギャップを形成して電界が極度に集中することが知られている。電界が集中すると起点した沿面放電が起こる恐れがあり、絶縁性能低下の原因となる。

さらに、ガス絶縁開閉装置では摺動部から小さい金属粉が発生することがあり、その場合は著しく絶縁性能を低下させる。沿面放電が発生すると、タンク内のガスを抜き取り、タンクの解体と絶縁スペーサの交換もしくは沿面痕跡の手直しが必要となり、運営に著しい損害を与える。

楔部の電界を低減させるには、一般的には楔部近傍に曲率半径をもった金属電極を配置して電位勾配を疎にするようにすることがある。具体的には、固体絶縁物である絶縁スペーサ中の楔部近傍に環状の電極を埋め込む構造（例えば特許文献１参照）、もしくは楔部よりも外周部にあるタンクと絶縁スペーサを密着させボルトとナットで締結する際にガスをシールする役目であるガスケットを導電性のものを使用する方法がある（例えば特許文献２参照）。

特開昭６３−３５１１２号公報 実開昭４９−６２１７６号公報

上述した従来の特許文献1に記載のガス絶縁電気機器における電界低減構造は、埋め込
み金属を一体注形で製作することとなり、金属と樹脂の異種材料の接合面において熱サイクルがある環境では材料による線膨張係数の違いで発生する応力によって、絶縁物と金属
の界面剥離やクラック割れが発生する場合がある。さらに、注形樹脂の中にある埋め込み金属は接地金属と同電位にさせるために、たとえば円周方向のどこか一箇所に接地用の金属を環状電極と同時に注形樹脂に埋め込む必要があり、これも界面剥離が発生する恐れがあるという問題点があった。

また、上述した特許文献２に記載のガス絶縁電気機器における電界低減構造は、上述した特許文献1のように電界緩和用の導電性物質を注形樹脂に埋め込む必要が無いため、界
面剥離の恐れは無いが、タンク内にガスを封入して加圧するとガス圧力によりゴム製であるガスケット部は弾性変形を起こし、ガスケット溝の外周側に押し付けられる。そのような構造になると、電界集中部位から加圧する前よりも離れることに加え、最も電界緩和効果が見込まれるガスケット形状の加圧前構造である環状構造が圧力によって変形するため、効果的な電界緩和を望むことができなくなる。さらに、加圧するガス圧力によってその変形量が変わるため、最適な電界緩和を見込むためにはその部分を織り込んで絶縁設計する必要性がでてくるという問題点があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、電界集中を緩和することができて機器の絶縁信頼性を向上させることができるガス絶縁電気機器を提供するものである。

この発明に係わるガス絶縁電気機器は、内部に絶縁性ガスが封入され、金属製の両端にそれぞれ連結フランジを有し前記各連絡フランジを連結して構成される密閉容器と、前記密閉容器内に配設される高電圧導体と、一方側で前記高電圧導体を絶縁支持するとともに他方側が前記連結フランジ間に配設された絶縁スペーサと、前記連結フランジと相対する前記絶縁スペーサに形成された前記絶縁性ガスをシールするためのシール用溝と、前記シール用溝に装着されたＯリングと、前記シール用溝の内面に形成され、前記連結フランジと同電位となる導電性被覆体とを備えたものである。

この発明に係わるガス絶縁電気機器によれば、連結フランジと相対する絶縁スペーサにシール用溝を形成し、このシール用溝にＯリングを装着し、シール用溝の内面に連結フランジと同電位となる導電性被覆体を形成したことにより、電界集中を緩和することができて機器の絶縁信頼性を向上させることができるガス絶縁電気機器を得ることができる。

この発明の実施の形態１に係わるガス絶縁電気機器を示す断面図である。 この発明の実施の形態１に係わるガス絶縁電気機器における絶縁スペーサ連結部を示す断面図である。 この発明の実施の形態１に係わるガス絶縁電気機器における絶縁スペーサ連結部の要部を示す断面図である。 この発明の実施の形態１に係わるガス絶縁電気機器における絶縁スペーサ構造による電界分布を示す断面図である。 この発明の実施の形態1に係わるガス絶縁電気機器における絶縁スペーサ構造による電界分布を比較するために示す断面図である。 この発明の実施の形態２に係わるガス絶縁電気機器を示す断面図である。 この発明の実施の形態３に係わるガス絶縁電気機器を示す断面図である。 この発明の実施の形態４に係わるガス絶縁電気機器を示す断面図である。 この発明の実施の形態５に係わるガス絶縁電気機器における絶縁スペーサ連結部を示す断面図である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図１に基づいて説明するが、各図において、同一、または相当部材、部位については同一符号を付して説明する。図１はこの発明の実施の形態１に係わるガス絶縁電気機器を示す断面図である。図２はこの発明の実施の形態１に係わるガス絶縁電気機器における絶縁スペーサ連結部を示す断面図である。図３はこの発明の実施の形態１に係わるガス絶縁電気機器における絶縁スペーサ連結部の要部を示す断面図である。図４はこの発明の実施の形態１に係わるガス絶縁電気機器における絶縁スペーサ構造による電界分布を示す断面図である。図５はこの発明の実施の形態1に係わるガス絶
縁電気機器における絶縁スペーサ構造による電界分布を比較するために示す断面図である。

ガス絶縁電気装置は圧力容器である絶縁性ガスを封入した密閉容器である円筒形状の金属性の接地タンク２と、この接地タンク２の中心軸線上に配置され、遮断器（図示せず）、断路器（図示せず）等の構成機器と電気的に接続された高電圧導体１と、この高電圧導体１を支持する固体絶縁物である絶縁スペーサ５とを備えている。固体絶縁物である絶縁スペーサ５は熱硬化樹脂であるエポキシ樹脂を主体とした材料で製作されている。

この接地タンク２内には、絶縁性ガスである例えば六フッ化硫黄ガス３が封入されて充填されており、接地タンク２と、遮断器、断路器等の構成機器、高電圧導体１との間では絶縁が確保されている。なお、高電圧導体１は通電部材４により電気的に一体に接続されている。

高電圧導体１もしくは接地タンク２とは、絶縁スペーサ５との接合部（図示せず）が存在する。高電圧導体１との接合はあらかじめ絶縁スペーサ５に埋め込んだ電極に高電圧導体1を差し込む方式をとることが多く接合部の形状は不平等電界を形成するため、接合部
よりも大きな径の電界緩和シールド６を配置させることにより電界を緩和している。

接地タンク２と絶縁スペーサ５の接合部は六フッ化硫黄ガス３を封止するために、接地タンク２の両端にそれぞれ接地タンク２の径よりも大きな径を有する連結フランジ７を設け、絶縁スペーサ５の一方側５ａで通電部材４を介して高電圧導体１を絶縁支持するとともに絶縁スペーサ５の他方側５ｂが各連結フランジ７間に配設される。

各連結フランジ７と絶縁スペーサ５の円周方向にいくつか穴を開けてボルト８、ナット９によって締結することで形成される。連結フランジ７と絶縁スペーサ５を接合するには接地タンク２外にガスを漏らさないように絶縁スペーサ５のボルト８の位置よりも内周側にシール用溝１０を形成して、そのシール用溝１０内に溝深さよりも大きな径のＯリング１１を装着する。

Ｏリング１１は一般的にゴムで作られていることが多く、ニトリル、バイトン、シリコン、フッ素ゴム、エチレンプロピレン、アクリルゴム等の材質で使われる。ボルト８で締結するトルクにより、ゴムであるＯリング１１が弾性変形を起こして連絡フランジ７と絶縁スペーサ５の間の隙間を密閉してガスを封止できる仕組みとなる。

３種の異なる材質の接合部近傍の楔型ギャップでは電界が集中するため、絶縁性能が低下する恐れがある。ガス絶縁電気機器の場合、上記に記述したような高電圧導体１と絶縁スペーサ５、連結フランジ７と絶縁スペーサ５の接合部近傍がその部位に該当する。

この場合の３種類の材質はガス、固体絶縁物である絶縁スペーサ５、金属となる。高電圧導体１側は電界緩和シールド６の作用でその部位の電界は緩和される。接地タンク２側
に対しては別の方法が必要となる。

図２に示すように、絶縁スペーサ５に形成されたシール用溝１０の内表面に導電性被覆体１２を形成している。シール用溝１０は直接連結フランジ７とは直接接触しないため、導電性被覆体１２をさらに連結フランジ７と同電位である接地電位となるようにシール用溝１０の外周方向にある連結フランジ７相対する絶縁スペーサ５の表面方向に延長して導電性被覆体１３を形成して、連結フランジ７と導電性被覆体１２，１３が物理的に接触するようにする。

なお、導電性被覆体１２，１３の形成方法は、導電性のシートもしくはテープを貼る、導電性塗料を塗布もしくは溶射する、などがある。また、導電性被覆体１２，１３は必ずしも完全導体である必要はなく、低抵抗な材質でも電界緩和効果は期待できる。

図４にこの発明の特徴である導電性被覆体１２を形成した場合の等電位分布を示す。比較のために導電性被覆体１２がない場合の構造の等電位分布を図５に示す。図４は図５に比べ等電位線が絶縁スペーサ５の外周部に入りこみが少なくなり、点線Ａで囲った電界が集中する部分の電位勾配が図５に比べ緩やかになり、電界が低減されることが伺える。

図３では接地タンク２内に詰めたガスの圧力作用によってＯリング１１が弾性変形を起こす様を示している。このように加圧ガスを封入しているために、Ｏリング１１は断面部の構造が円構造ではなく、図３に示すように、シール用溝１０の外周側に押されてつぶれた形になっている。しかし、この発明のような形態になるとガス圧力での変形もなく、さらにＯリング１１の形状如何にかかわらず、電界が集中する楔形ギャップの電界緩和をすることが可能となるので、ガス絶縁電気機器の絶縁性能が向上する。

また、導電性被覆体１２をさらに連結フランジ７と同電位である接地電位となるようにシール用溝１０の外周方向にある連結フランジ７相対する絶縁スペーサ５の表面方向に延長して導電性被覆体１３を形成したことにより、電界が集中する楔形ギャップの電界緩和をすることが可能となるとともに、そこで発生する放電を抑制できるので絶縁耐圧が向上する絶縁信頼性の高いガス絶縁電気機器を得ることができる。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２を図６に基づいて説明する。図６はこの発明の実施の形態２に係わるガス絶縁電気機器を示す断面図である。

この図６ではＯリングとして導電性Ｏリング１４を用いている。導電性Ｏリング１４は絶縁ゴムのＯリング表面に導電性被覆を形成する方法、導電性材料を絶縁ゴムの中に混合して形成する方法等、がある。導電性Ｏリング１４を適用すると、シール用溝１０の内面の導電性被覆体１２は導電性Ｏリング１４を介して連結フランジ７と接触する構造となる。従って、導電性被覆体１２は接地電位となり、楔部ギャップの電界を緩和する作用が働き、ガス絶縁電気機器の絶縁信頼性が向上する。また、そこで発生する放電を抑制できるので絶縁耐圧が向上する絶縁信頼性の高いガス絶縁電気機器を得ることができる。

なお、上述した実施の形態１で示したように、導電性被覆のシール用溝１０よりも外周の絶縁スペーサ５面へ延長する導電性被覆体１３はあっても無くてもよい。

実施の形態３．
この発明の実施の形態３を図７に基づいて説明する。図７はこの発明の実施の形態３に係わるガス絶縁電気機器を示す断面図である。

図７ではＯリングとして金属製Ｏリング１５を用いている。金属性Ｏリング１５は管を環状にした形状である。材料は腐食に強い金属、アルミ、銅、ステンレス、等を使用することが好ましい。この場合も上述した実施の形態２と同様、シール用溝１０内面の導電性被覆体１２は、金属製Ｏリング１５を介して連結フランジ７と接触するため接地電位となり、楔部ギャップの電界を緩和する作用が働き、ガス絶縁電気機器の絶縁信頼性が向上する。また、そこで発生する放電を抑制できるので絶縁耐圧が向上する絶縁信頼性の高いガス絶縁電気機器を得ることができる。

さらに、ゴム製のＯリングは数１０年レベルの長期間使用すると、主に熱による劣化が起こり、シールとしての機能も低下して、ガス漏れの原因となる。しかし、金属製Ｏリング１５は熱による劣化はほとんどなく、長期間シールする機能はゴムよりも優れているため、金属製Ｏリング１５を使用することで、ガス絶縁電気機器の長期信頼性は向上する。

実施の形態４．
この発明の実施の形態４を図８に基づいて説明する。図８はこの発明の実施の形態４に係わるガス絶縁電気機器を示す断面図である。

図８では絶縁スペーサ５の片側面にのみシール用溝１０を設けており、このシール用溝１０内面に導電性被覆体１２を設け、シール用溝１０に例えばＯリング１１が装着されている。そして、シール用溝１０の反対側の絶縁スペーサ５の面と相対する連結フランジ７にシール用溝１６を形成し、このシール用溝１６に例えばＯリング１７が装着されている。

固体絶縁物である絶縁スペーサ５は熱硬化樹脂であるエポキシ樹脂を主体とした材料で製作されている。熱硬化樹脂は硬化時の収縮作用がおこるため、内部応力によるクラック割れが起こる可能性がある。絶縁スペーサ５形状の場合、径方向中心に向かっての収縮がおこるため、絶縁スペーサ５のシール用溝１０には応力が発生する。

また、上述している楔部ギャップの電界集中は図４からシール用溝１０がない部分がシール用溝１０側に比べ大きいため、シール用溝１０がない部分の電界集中を避けることが重要である。そのために、この発明のように絶縁スペーサ５の片側面にのみシール用溝１０を形成して、シール用溝１０の内面に導電性被覆体１２を形成すれば、応力発生の危険性を低下させ、効果的な電界緩和効果を得られるため、ガス絶縁電気機器の絶縁信頼性は向上する。

なお、シール用溝１０に装着されるＯリングとしては、Ｏリング１１に限定されるものではなく、導電性Ｏリング１４、金属製Ｏリング１５であっても同様の効果を奏する。

実施の形態５．
この発明の実施の形態５を図９に基づいて説明する。図９はこの発明の実施の形態５に係わるガス絶縁電気機器における絶縁スペーサ連結部を示す断面図である。

上述した各実施の形態においては、シール用溝１０の底面隅部が直角状の角部として形成されている場合について述べたが、この実施の形態５においては、図９に示すように、シール用溝１０の底面隅部はＲ部１５に形成した構造としたものである。このような構造にすることにより、硬化収縮時の内部発生応力を小さくすることが可能で、クラック割れの危険性を小さくすることができる。さらに、シール用溝１０の底面隅部で集中していた絶縁スペーサ５の内部電界の低減が可能となる。

従って、この発明のようにシール用溝１０の底面隅部をＲ部１５に形成すれば、応力発
生の危険性を低下させ、かつ電界緩和効果を得られるため、ガス絶縁電気機器の絶縁信頼性は向上する。

なお、この発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

この発明は、電界集中を緩和することができて機器の絶縁信頼性を向上させることができるガス絶縁電気機器の実現に好適である。

１ 高電圧導体
２ 接地タンク
３ 六フッ化硫黄ガス
５ 絶縁スペース
５ａ 一方側
５ｂ 他方側
７ 連結フランジ
１０ シール用溝
１１ Ｏリング
１２ 導電性被覆体
１３ 導電性被覆体
１４ 導電性Ｏリング
１５ 金属製Ｏリング
１８ Ｒ部

Claims (6)

1. 内部に絶縁性ガスが封入され、金属製の両端にそれぞれ連結フランジを有し前記各連絡フランジを連結して構成される密閉容器と、前記密閉容器内に配設される高電圧導体と、一方側で前記高電圧導体を絶縁支持するとともに他方側が前記連結フランジ間に配設された絶縁スペーサと、前記連結フランジと相対する前記絶縁スペーサに形成された前記絶縁性ガスをシールするためのシール用溝と、前記シール用溝に装着されたＯリングと、前記シール用溝の内面に形成され、前記連結フランジと同電位となる導電性被覆体とを備えたことを特徴とするガス絶縁電気機器。
2. 前記シール用溝の内面に形成された前記導電性被覆体は、前記連結フランジと相対する前記絶縁スペーサに前記連結フランジ面と接触するように導電性被覆層体を形成したことを特徴とする請求項1に記載のガス絶縁電気機器。
3. 前記Ｏリングは、導電性ゴム製で構成されたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガス絶縁電気機器。
4. 前記Ｏリングは、金属製で構成されたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガス絶縁電気機器。
5. 前記絶縁スペーサの片側面のみに前記シール用溝を設けて前記シール用溝にＯリングを装着し、前記シール用溝の内面に形成され、前記連結フランジと同電位となる導電性被覆体を備えたことを特徴とする請求項１に記載のガス絶縁電気機器。
6. 前記シール用溝の底面角部にＲ部を形成したことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のガス絶縁電気機器。

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