JP2014007887A - ガス絶縁開閉装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 使用する絶縁ガスの絶縁耐力に依らず、絶縁スペーサ等の絶縁構造部材の表面に付着した金属異物に起因する放電の影響による絶縁性能の低下を抑制する。
【解決手段】 接地タンク１と高電圧導体６との間に、絶縁構造部材３と一体に形成されたバリア構造部を有し、該バリア構造部は、高電圧導体６と盤状の絶縁構造部材３との接続部を囲むように高電圧導体６と同心状かつ切れ目無く形成される筒状バリア構造部３ａ、または、柱状の絶縁構造部材３と同心状かつ切れ目無く形成される円盤状バリア構造部３ｃであり、前記バリア構造部の沿面には、電界の上昇とともに表面抵抗が低下する非線形抵抗膜３ｂが形成されている。
【選択図】 図１

Description

この発明は、絶縁ガスが充填された接地タンク内に高電圧導体が絶縁支持されて配置されたガス絶縁開閉装置に関するものである。

ガス絶縁開閉装置では、非常に絶縁特性に優れた六フッ化硫黄ガス（ＳＦ６ガス）が絶縁媒体として使用されてきた。しかし、ＳＦ６ガスは、温暖化係数が二酸化炭素の約２４０００倍と高いため、地球温暖化問題の顕在化に伴いＳＦ６ガス使用量の削減の社会的要求が高まっている。ＳＦ６ガスの代替ガスとしては、窒素、二酸化炭素、乾燥空気などが使用されているが、これらのガスは、絶縁特性の点でＳＦ６ガスに劣る。

ガス絶縁開閉装置の内部に長さ数ｍｍの金属異物が存在すると、この金属異物が絶縁構造部材の表面に付着することがある。このような付着が生じると、たとえ非常に絶縁特性に優れたＳＦ６ガスを用いたとしても、ガス絶縁開閉装置の絶縁性能が大きく低下することが知られている。前記代替ガスを用いた場合は、その低下の度合いがより大きくなる。このような金属異物への対策として、金属異物を捕獲する装置を接地タンクの底部に設置する等が提案されているが、１００％の捕獲性能を得ることは困難である。そのため、ガス絶縁開閉装置は、絶縁構造部材に金属異物が付着した状態であっても、出荷試験時に印加される雷インパルス波形電圧に耐えるように設計されている。

従来のガス絶縁開閉装置では、ガス絶縁開閉装置の絶縁性能を高めるため、絶縁ガスが封入された金属容器の内部に、支持絶縁物によって絶縁支持された通電用の高電圧導体を挿通し、さらに前記高電圧導体と前記金属容器の間にバリア絶縁物を挿入配置し、このバリア絶縁物における前記高電圧導体と向い合う表面（高電圧導体側の面）に、等電位分布において前記高電圧導体に近い電位側に突出した突起部を形成し、前記突起部の前記高電圧導体側の面に、少なくとも導電性材料層、半導電性材料層及び非線形抵抗材料層のいずれかの層をコーティングしている。このように構成することで、前記突起部では、電界分布により放電が（沿面を）伸展する方向とバリア絶縁物表面の沿面方向とをほぼ逆にすることができるので、放電の伸展を抑えることが可能となる。さらに、高電圧導体を起点とした放電がバリア絶縁物の内表面まで伸展した場合、バリア絶縁物内表面のコーティングにて放電電荷をすみやかに拡散させて放電エネルギーを吸収し、それ以上の伸展を抑制することが可能となる。その結果、放電をバリア絶縁物内側のガス空間に閉じこめることができる（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４―１２９３４３号公報

従来のガス絶縁開閉装置は、放電が沿面を伸展する方向とバリア絶縁物表面の沿面方向とをほぼ逆にすることで、沿面での放電の進展を抑制するものであり、また、バリア絶縁物内表面の放電電荷をコーティングへ拡散させることで、放電先端の電界を低減させ、これにより沿面での放電の進展を抑制するものである。このように、主として沿面での放電の進展を抑制する構成を、高い絶縁耐力を有するＳＦ６ガスと組合せて使用することで、ガス絶縁開閉装置の絶縁性能を高める効果が得られる。

然しながら、絶縁特性がＳＦ６ガスに劣る、ＳＦ６と窒素との混合ガス、二酸化炭素、乾燥空気などを、絶縁ガスとして用いる場合は、従来のガス絶縁開閉装置の構成では十分な絶縁性能を高める効果は得られない。特に、バリア絶縁物に金属異物が付着した場合は、金属異物の先端から発生する部分放電の電荷によりバリア絶縁物の沿面が帯電するので、バリア絶縁物の表面が浮遊電極となり、バリア絶縁物のエッジから高電圧導体もしくは金属容器に向けて空間を放電が進展して破壊が発生することがある。

この発明は、上述のような問題を解決するためになされたもので、使用する絶縁ガスの絶縁耐力に依らず、絶縁スペーサ等の絶縁構造部材の表面に付着した金属異物に起因する放電の影響による絶縁性能の低下を抑制できるガス絶縁開閉装置を得ることを目的とする。

この発明に係るガス絶縁開閉装置は、絶縁ガスを充填した接地タンク内にて、高電圧が印加される高電圧導体を、絶縁構造部材を用いて支持してなるガス絶縁開閉装置であって、前記接地タンクと前記高電圧導体との間に、前記絶縁構造部材と一体に形成されたバリア構造部を有し、該バリア構造部は、前記高電圧導体と盤状の前記絶縁構造部材との接続部を囲むように前記高電圧導体と同心状かつ切れ目無く形成される筒状バリア構造部、または、柱状の前記絶縁構造部材と同心状かつ切れ目無く形成される円盤状バリア構造部であり、前記バリア構造部の沿面には、電界の上昇とともに表面抵抗が低下する非線形抵抗膜が形成されているものである。

この発明は、使用する絶縁ガスの絶縁耐力に依らず、絶縁スペーサ等の絶縁構造部材の表面に付着した金属異物に起因する放電の影響による絶縁性能の低下を抑制できることができる。

この発明の実施の形態１に係るガス絶縁開閉装置の絶縁スペーサの周辺を示す断面図である。 図１の断面Ｃ１−Ｃ１を示す断面図である。 図１のバリア構造部の非線形抵抗膜と、絶縁スペーサの表面に付着した金属異物とを模式的に示す拡大断面図である。 図３の非線形抵抗膜の特性を表した図である。 この発明の実施の形態１に係る発明を、絶縁構造部材にて三相高電圧導体を一括して保持するガス絶縁開閉装置に、適用した変形例である。 図５の断面Ｃ２−Ｏ−Ｃ２を示す断面図である。 この発明の実施の形態２に係るガス絶縁開閉装置の絶縁スペーサの周辺を示す断面図である。 図７の断面Ｃ３−Ｃ３を示す断面図である。 この発明の実施の形態３に係るガス絶縁開閉装置の絶縁スペーサの周辺を示す断面図である。 この発明の実施の形態３に係るガス絶縁開閉装置の絶縁構造部材の表面の沿面方向の電界分布を示す図である。

図１は、この発明の実施の形態１に係るガス絶縁開閉装置の絶縁スペーサ２の周辺を示す断面図である。図２は、図１の断面Ｃ１−Ｃ１を示す断面図である。また、図３は、図１のバリア構造部としての筒状バリア構造部３ａの表面に設けた非線形抵抗膜３ｂと、絶縁スペーサ２の絶縁構造部材３に付着した金属異物とを模式的に示す拡大断面図である。なお、図１において、中心導体４、高電圧導体棒５、および電界緩和シールド７は、断面を取っていない。

図１〜３に示すように、この実施の形態のガス絶縁開閉装置においては、円筒状の金属容器により構成された接地タンク１は、所定の長さのものが、それぞれの端部のフランジ１ａにおいて図示しないボルト等によって接続されている。略円錐形（傘状）の絶縁スペーサ２は、フランジ１ａの接続面に挟まれて、フランジ１ａと共に固定されている。絶縁スペーサ２は、絶縁材料からなる円盤状の絶縁構造部材３と、中心部に設けられた中心導体４とを有しており、この中心導体４の両側端部に高電圧導体棒５が接続されて支持されている。つまり、高電圧導体６は、中心導体４と高電圧導体棒５とで構成されている。

絶縁構造部材３を構成する材料としては、例えば、エポキシ樹脂、エポキシ樹脂とアルミナの混合物、エポキシ樹脂とシリカの混合物、エポキシ樹脂とフッ化アルミナの混合物などが用いられる。また、エポキシ樹脂に混ぜる材料は１種類に限定する必要は無く、アルミナ、シリカ、フッ化アルミナの少なくとも１つをエポキシ樹脂に混ぜた混合物であればよい。これらの材料は、従来から一般的に広く用いられる絶縁材料であり、このような絶縁材料を用いることで、絶縁構造部材３および絶縁スペーサ２を低コストで製造することができる。

フランジ１ａと絶縁スペーサ２との接続部は、気密を保って接続されており、接地タンク１の内部には、絶縁ガスが充填されている。また、高電圧導体棒５と中心導体４との接続部には、電界緩和シールド７が設けられている。高電圧導体棒５には、図示しない系統遮断器、断路器、接地器などが電気的に接続されており、これらの機器を含んだ装置で、ガス絶縁開閉装置が構成されている。

円盤状の絶縁構造部材３は、この絶縁構造部材３と高電圧導体６との接続部、つまり絶縁構造部材３とこの絶縁構造部材３の中心部に固定された中心導体４との接続部をその近傍で囲むように、高電圧導体６と同心状かつ切れ目無く、絶縁構造部材３と一体に同じ材料で形成された筒状バリア構造部３ａを有している。このように、筒状バリア構造部３ａを絶縁構造部材３と一体に同じ材料にて形成することで、従来のガス絶縁開閉装置のように、絶縁スペーサとは別にバリア絶縁物を製作して接続する必要がなくなり、施工時間の大幅な短縮、製作コストの大幅な削減が実現できる。また、同じ材料での一体化により、絶縁の弱点となる異種材料の接続部が生じないので、絶縁の信頼性が向上する。

ところで、通常、高電圧導体６と筒状バリア構造部３ａとは、同心円状に形成される。特に、この実施の形態のように、接地タンク１と単相の高電圧導体６とが同心円状に配置される場合は、全体的な電界分布も同心円状となるので、高電圧導体６と筒状バリア構造部３ａとを同心円状にした方が好ましい。

筒状バリア構造部３ａは、絶縁構造部材３と中心導体４との接続部のみならず、中心導体４とこの中心導体４に電気的に接続されて支持される高電圧導体棒５との導体接続部をも囲む長さを有している。また、筒状バリア構造部３ａと前記導体接続部との間には、前記導体接続部を囲むように電界緩和シールド７が配設され、筒状バリア構造部３ａの端部の内周面は、電界緩和シールド７に近接している。

図３に示すように、筒状バリア構造部３ａの表面には、酸化亜鉛（ＺｎＯ）または炭化珪素（ＳｉＣ）の非線形抵抗膜３ｂが形成されている。この非線形抵抗膜３ｂは、筒状バリア構造部３ａの高電圧導体６側および接地タンク１側の両面に形成されている。同図には、絶縁構造部材３表面の筒状バリア構造部３ｂの付近に、長さが約３ｍｍ以下で径方向の太さが約０．２ｍｍ以下の細長い金属異物１０が付着した場合を、模式的に示している。この実施の形態の構成においては、たとえ、このように金属異物１０が付着した状態で、出荷試験時に雷インパルス波形電圧を印加、または開閉装置が働いた時に発生するサージを想定した開閉サージなどの電圧を印加しても、絶縁破壊事故が起こりにくく、信頼性の高いガス絶縁開閉装置を提供することができる。

以下、その作用効果について説明する。上述のように、ガス絶縁開閉装置は、系統遮断器、断路器、接地器などを含んだ装置であり、絶縁スペーサ２に支えられた高電圧導体６が、円筒状の接地タンク１内に納められた同軸円筒状の構造である。高電圧導体６と接地タンク１の間は、絶縁ガスが充填されている。このようなガス絶縁開閉装置を構成する部品の殆どのは、工場内のクリーンルームで組み立てられて現地へ輸送されるが、輸送可能な重量または寸法の限界等により一部は現地で組み立てられる。このため、現地組立時にガス絶縁開閉装置の中に金属異物が紛れ込む可能性がある。

この金属異物としては、例えば、接地タンク１同士を接続する際にボルトの通し穴に残っていたバリなどの金属片、導体等の金属同士が開閉部分などで摺動する際に発生する金属片などがある。これら金属異物の大部分は検査工程で取り除かれるが、長さが約３ｍｍ以下で太さが約０．２ｍｍ以下の金属異物は発見が困難であり、検査で見落とされる可能性がある。

金属異物は、ガス絶縁開閉装置の運転が開始されるまでは、接地タンク１内部の底面に横たわっている。運転開始前の試験などで定格電圧よりも高い電圧を印加した場合に動き出し、接地タンク１の中心に絶縁スペーサ２で支持された高電圧導体棒５と接地タンク１との間で往復運動を繰り返し、その勢いで高電圧導体棒５の軸方向に動きまわる。この時に、金属異物が絶縁構造部材３に付着することがある。絶縁構造部材３に金属異物が付着すると、絶縁材料で形成された絶縁構造部材３と付着した金属異物１０と絶縁ガスとでトリプルジャンクションが形成される。なお、トリプルジャンクションは、誘電率の関係により周囲と比較して高い電界が形成される部位である。

従来のガス絶縁開閉装置において、金属異物が付着したままで、出荷試験時に雷インパルス波形電圧を印加、または開閉装置が働いた時に発生するサージを想定した開閉サージ電圧を印加すると、特に電界が高くなる金属異物の先端部近傍のトリプルジャンクションの電界が放電電界を越えて、放電が発生する。この時、絶縁スペーサの絶縁構造部材の表面の沿面方向の電界も高くなっているため、放電は絶縁構造部材の沿面を進展する。この放電の進展が、接地タンクと高電圧導体とを橋絡すれば、絶縁破壊事故が発生する。

一方、この発明に係る本実施の形態でも、高電圧導体棒５と接地タンク１との間で上下運動をする金属異物が接地タンク１の軸方向にも運動するため、絶縁スペーサ２の表面に付着する可能性があるが、この実施の形態では、筒状バリア構造部３ａを設けることで、絶縁構造部材３の沿面の高電界部分に金属異物が付着することを抑制している。

一般的に、ＧＩＳなどのガス絶縁開閉装置は、高電圧導体に近いほど電界が高く、絶縁構造部材の表面も同様に高電圧導体に近いほど電界が高くなる。また、高電圧導体に接続される電界緩和シールドの近傍は、高電圧導体と同様に高い電界となるので、絶縁構造部材の電界緩和シールドと近接する表面部位の電界も高くなる。

そこで、この実施の形態では、上下運動しながら近づいてくる金属異物が、絶縁構造部材３の高電圧導体６または電界緩和シールド７に近い部分（高い電界の部分）に付着することを抑制するために、高電圧導体６と接地タンク１の間に、絶縁構造部材３と一体で切れ目がない筒状バリア構造部３ａを形成している。さらに、筒状バリア構造部３ａの端部の内周面を電界緩和シールド７に近接させることで、金属異物がそれ以上、中心導体４側に入り込まないようにしている。なお、筒状バリア構造部３ａの端部の内周面と電界緩和シールド７との隙間は、近づいてくる金属異物が中心導体４側に直接飛び込まないように、金属異物が中心導体４側に直接飛び込むときの軌跡を、筒状バリア構造部３ａによって遮ることができる程度に小さければよく、筒状バリア構造部３ａの前記内周面の軸方向長さとの関係で適宜決定することができる。

実用化された絶縁ガスで最も耐電圧が高いＳＦ６ガスを使用する場合、金属異物が絶縁スペーサ表面に付着しても、金属異物を基点とした部分放電の進展は、一般的なバリア構造部（例えば、絶縁物で形成された単なるひだ）によって堰き止められる。その際、堰き止められた電荷が蓄積して前記バリア構造部の表面に高い電界が発生したとしても、ＳＦ６ガスの絶縁耐力が高いので絶縁ガス中の空間を通って橋落することは無く、絶縁耐力がより低い前記バリア構造部の沿面に沿って放電が進展する。従って、この実施の形態のように、切れ目が無く、十分な長さを有する筒状バリア構造部３ａを設けることで、その沿面距離が伸びた分、絶縁構造部材３の沿面の耐電圧性能が向上し、その分、ガス絶縁開閉装置の耐電圧性能が向上する。

一方、ＳＦ６ガスに窒素を混ぜた混合ガス、二酸化炭素、または、乾燥空気などを絶縁ガスとして使用する場合、これら絶縁ガスの絶縁耐力が小さいため、前記一般的なバリア構造部では、前記バリア構造部の表面の電界が上昇すると、放電が前記バリア構造部の沿面を進展するのではなく、前記バリア構造部の端部から絶縁ガス中の空間を通って橋落が生じることがある。このような橋落を防止するには、前記端部の電界が所定の閾値以上に上昇が生じない（設計電界以上に上昇させない）構成とすることが必要である。この端部の電界上昇の要因は、金属異物から発生する部分放電の電荷が蓄積することであるが、電荷が蓄積する絶縁物の表面抵抗を下げて電荷を逃がしてやることで、電荷の蓄積の低減が可能である。

この実施の形態では、絶縁構造部材３と一体に形成された筒状バリア構造部３ａの表面に、定常運転時に印加される電圧領域では表面抵抗が高いが、異常時の電界の上昇と共に表面抵抗が低下する特性の非線形抵抗膜３ｂを形成することで、付着した金属異物１０に起因した部分放電による電荷が、筒状バリア構造部３ａに蓄積する量を低減できる。これにより、筒状バリア構造部３ａを起点とした絶縁ガス中空間を通った橋落の発生を抑制することができる。

図４は、この実施の形態による筒状バリア構造部３ａの表面に形成された非線形抵抗膜３ｂの特性を示したグラフである。同図に示すように、非線形抵抗膜３ｂは、非線形の表面抵抗特性を持つ電界領域を有している。この電界領域では、非線形抵抗膜３ｂの表面の電界の上昇とともに表面抵抗が低下する特性を有している。従って、この電界領域と、付着した金属異物１０の部分放電による空間電荷の蓄積に伴って上昇する表面の電界領域とを、一致させて設計することで、筒状バリア構造部３ａの表面の電界を、筒状バリア構造部３ａを起点とした放電が発生しない大きさに抑制できる。これにより、絶縁耐力がＳＦ６ガスより小さい絶縁ガスを使用する場合であっても、絶縁スペーサ２等の絶縁構造部材３の表面に付着した金属異物に起因する部分放電の影響による絶縁性能の低下を抑制でき、絶縁信頼性を高めたガス絶縁開閉装置を得ることができる。

なお、この実施の形態では、図３に示すように、筒状バリア構造部３ａの高電圧導体６側および接地タンク１側の両面に形成しているが、これは、非線形抵抗膜３ｂを通って移動した電荷が、筒状バリア構造部３ａの特定の箇所、特に筒状バリア構造部３ａの端部に集中して、耐電圧性能が低下することを防止するためである。

従来のガス絶縁開閉装置と同様に、仮に、筒状バリア構造部３ａの高電圧導体６側の面のみに非線形抵抗膜３ｂを形成した場合、筒状バリア構造部３ａの接地タンク１側の面に付着した金属異物から部分放電が発生して、筒状バリア構造部３ａ表面に電荷が蓄積して電界集中が起こり、絶縁破壊を起こす可能性がある。この筒状バリア構造部３ａの接地タンク１側の面は、高電圧導体６側の面より金属異物が付着し易い。

一方、筒状バリア構造部３ａの接地タンク１側の面のみに、前記膜を形成した場合、筒状バリア構造部３ａを設けることで、構造上金属異物が中心導体４側に入り込み難いので、ある程度、金属異物に起因した部分放電の影響による絶縁性能の低下を抑制できる。然しながら、非線形抵抗膜３ｂによって逃げる電荷の量に対して前記部分放電が発生する電荷の量の比率が大きな場合は、その効果は低下する。

つまり、この実施の形態では、筒状バリア構造部３ａの高電圧導体６側および接地タンク１側の両面に非線形抵抗膜３ｂを形成することで、より広い条件（金属異物の付着位置、金属異物で発生する部分放電の相対的な電荷量など）で、耐電圧性能の低下することを防止できる。なお、前記両面にそれぞれ形成された非線形抵抗膜３ｂは、少なくとも一部が連続することで、それぞれの面の間で素早く電荷を逃がすことが可能となるので、より顕著な効果が得られる。

以上より、この発明の本実施の形態によれば、絶縁ガスを充填した接地タンク１内にて、高電圧が印加される高電圧導体６を、絶縁構造部材３を用いて支持してなるガス絶縁開閉装置において、接地タンク１と高電圧導体６との間に、絶縁構造部材３と一体に形成されたバリア構造部を有し、このバリア構造部は、高電圧導体６と盤状の絶縁構造部材３との接続部を囲むように高電圧導体６と同心状かつ切れ目無く形成される筒状バリア構造部３ａであり、前記バリア構造部の沿面には、電界の上昇とともに表面抵抗が低下する非線形抵抗膜３ｂが形成されているので、使用する絶縁ガスの絶縁耐力に依らず、絶縁スペーサなどの絶縁構造部材の表面に付着した金属異物に起因する放電の影響による絶縁性能の低下を抑制できる信頼性が向上したガス絶縁開閉装置を得ることができる。

なお、図１および２では、接地タンク１の内部に単相の高電圧導体６を、絶縁構造部材３を用いて支持する場合を例に示したが、図５および６に示すように、接地タンク１の内部に三相の高電圧導体６を一括して円盤状の絶縁構造部材３を用いて支持するようにしてもよい。この場合、各相の高電圧導体６毎に、筒状バリア構造部３ａおよび電界緩和シールド７が設けられる。なお、図６は、図５における断面Ｃ２−Ｏ−Ｃ２を示す断面図であり、上述の接地タンク１の内部に単相の高電圧導体６を設けた場合の図１に相当する図である。同様に、図５は、図２に相当する図である。

また、この実施の形態では、絶縁構造部材３を円盤状としたが、これに限るものでなく、盤状の絶縁構造部材３の盤面を高電圧導体６が貫通して、絶縁構造部材３にて高電圧導体６を支持するものであれば、同様な効果を奏することはいうまでもない。

実施の形態２．
図７は、この発明の実施の形態２に係るガス絶縁開閉装置の絶縁スペーサ２の周辺を示す断面図である。図８は、図７の断面Ｃ３−Ｃ３を示す断面図である。実施の形態１では、略円錐形（傘状）の絶縁スペーサ２を用いたが、この実施の形態の絶縁スペーサ２は、柱状の絶縁構造部材３と、電界緩和シールドと中心導体を兼ねた導体支持部８と、固定部９とで構成される。高電圧導体６は、高電圧導体棒５と導電体の導体支持部８とで構成され、高電圧導体棒５は、固定部９が接地タンク１の側壁に固定されることで、接地タンク１に絶縁スペーサ２にて支持されている。なお、図７では、高電圧導体棒５および導体支持部８は、断面を取っていない。

絶縁構造部材３を構成する材料としては、実施の形態１と同様な材料が用いることができ、絶縁構造部材３および絶縁スペーサ２を低コストで製造することができる。また、高電圧導体棒５には、図示しない系統遮断器、断路器、接地器などが電気的に接続されており、これらの機器を含んだ装置で、ガス絶縁開閉装置が構成されている。

柱状の絶縁構造部材３は、この柱状の絶縁構造部材３と同心状かつ切れ目無く、絶縁構造部材３と一体に同じ材料で形成された円盤状バリア構造部３ｃを有している。このように、円盤状バリア構造部３ｃを絶縁構造部材３と一体に同じ材料にて形成ことで、従来のガス絶縁開閉装置のように、絶縁スペーサとは別にバリア絶縁物を製作して接続する必要がなくなり、施工時間の大幅な短縮、製作コストの大幅な削減が実現できる。また、同じ材料での一体化により、絶縁の弱点となる異種材料の接続部が生じないので、絶縁の信頼性が向上する。

円盤状バリア構造部３ｃには、図３に示した実施の形態１の筒状バリア構造部３ａと同様に、その表面には、酸化亜鉛（ＺｎＯ）または炭化珪素（ＳｉＣ）の非線形抵抗膜３ｂが形成されている。この非線形抵抗膜３ｂは、円盤状バリア構造部３ｃの高電圧導体６側および接地タンク１側の両面に形成されている。このように非線形抵抗膜３ｂを設けることで、たとえ、絶縁構造部材３に金属異物１０が付着した状態で、出荷試験時に雷インパルス波形電圧を印加、または開閉装置が働いた時に発生するサージを想定した開閉サージ電圧を印加しても、絶縁破壊事故が起こりにくく、信頼性の高いガス絶縁開閉装置を提供できる。

以下、その作用効果について説明する。接地タンク１内に残存する金属異物は、ガス絶縁開閉装置の運転が開始されるまでは、接地タンク１内部の底面に横たわっている。運転開始前の試験などで定格電圧よりも高い電圧を印加した場合に動き出し、接地タンク１の中心に絶縁スペーサ２で支持された高電圧導体棒５と接地タンク１との間で往復運動を繰り返し、その勢いで高電圧導体棒５の軸方向に動きまわる。その時、高電圧導体棒５を支えている絶縁スペーサ２の絶縁構造部材３に付着することがある。金属異物が絶縁構造部材３に付着すると、絶縁材料で形成された絶縁構造部材３と付着した金属異物１０（図示せず）と絶縁ガスとでトリプルジャンクションが形成される。なお、トリプルジャンクションは、誘電率の関係により周囲と比較して高い電界が形成される部位である。

従来のガス絶縁開閉装置において、金属異物が付着したままで、出荷試験時に雷インパルス波形電圧を印加、または開閉装置が働いた時に発生するサージを想定した開閉サージ電圧を印加すると、特に電界が高くなる金属異物の先端部近傍のトリプルジャンクションの電界が放電電界を容易に越えてしまい、放電が発生する。この時、絶縁スペーサの絶縁構造部材の表面の沿面方向の電界も高くなっているため、放電は絶縁構造部材の沿面を進展する。この放電の進展が、接地タンクと高電圧導体とを橋絡すれば、絶縁破壊事故が発生する。

実用化された絶縁ガスで最も耐電圧が高いＳＦ６ガスを使用する場合、金属異物が絶縁スペーサ表面に付着しても、金属異物を基点とした部分放電の進展は、一般的なバリア構造部（例えば、絶縁物で形成された単なるひだ）によって堰き止められる。その際、堰き止められた電荷が蓄積して前記バリア構造部の表面に高い電界が発生したとしても、ＳＦ６ガスの絶縁耐力が高いので絶縁ガス中空間を通って橋落することは無く、絶縁耐力がより低い前記バリア構造部の沿面に沿って放電が進展する。従って、この実施の形態のように、切れ目が無く、十分な長さを有する円盤状バリア構造部３ｃを設けることで、その沿面距離が伸びた分、絶縁構造部材３の沿面の耐電圧性能が向上し、その分、ガス絶縁開閉装置の耐電圧性能が向上する。

一方、ＳＦ６ガスに窒素を混ぜた混合ガス、二酸化炭素、または、乾燥空気などを絶縁ガスとして使用する場合、これら絶縁ガスの絶縁耐力が小さいため、前記一般的なバリア構造部では、前記バリア構造部の表面に電界が上昇すると、放電が前記バリア構造部の沿面を進展するのではなく、前記バリア構造部の端部から絶縁ガス中空間を通って橋落することがある。このような橋落を防止するには、前記端部の電界が所定の閾値以上に上昇が生じない（設計電界以上に上昇させない）構成とすることが必要である。この端部の電界上昇の要因は、金属異物から発生する部分放電の電荷が蓄積することであるが、電荷が蓄積する絶縁物の表面抵抗を下げて電荷を逃がしてやることで、電荷の蓄積の低減が可能である。

この実施の形態では、絶縁構造部材３と一体に形成された円盤状バリア構造部３ｃの表面に、定常運転時に印加される電圧領域では表面抵抗が高いが、異常時の電界の上昇と共に表面抵抗が低下する非線形表面抵抗の特性の非線形抵抗膜３ｂを形成することで、付着した金属異物１０に起因した部分放電の電荷が、円盤状バリア構造部３ｃに蓄積する量を低減できる。これにより、円盤状バリア構造部３ｃを起点とした絶縁ガス中を通った橋落の発生を抑制することができる。

また、この実施の形態では、円盤状バリア構造部３ｃの高電圧導体６側および接地タンク１側の両面に形成しているが、これは、非線形抵抗膜３ｂを通って移動した電荷が、円盤状バリア構造部３ｃの特定の箇所、特に円盤状バリア構造部３ｃの端部に集中して、耐電圧性能が低下することを防止するためである。

以上より、この発明の本実施の形態によれば、絶縁ガスを充填した接地タンク１内にて、高電圧が印加される高電圧導体６を絶縁構造部材３にて支持してなるガス絶縁開閉装置において、接地タンク１と高電圧導体６との間に、絶縁構造部材３と一体に形成されたバリア構造部を有し、このバリア構造部は、柱状の絶縁構造部材３と同心状かつ切れ目無く形成された円盤状バリア構造部３ｃであり、前記バリア構造部の沿面には、電界の上昇とともに表面抵抗が低下する非線形抵抗膜３ｂが形成されているので、使用する絶縁ガスの絶縁耐力に依らず、絶縁スペーサ２などの絶縁構造部材３の表面に付着した金属異物１０に起因する放電の影響による絶縁性能の低下を抑制できる信頼性が向上したガス絶縁開閉装置を得ることができる。

なお、図７および８では、１つの接地タンク１内で単相の高電圧導体６を絶縁構造部材３用いて支持する場合を例に示したが、接地タンク１の内部に、三相の高電圧導体６をそれぞれ柱状の絶縁構造部材３を用いて支持するようにしてもよい。この場合、各相の高電圧導体６毎に、円盤状バリア構造部３ｃが一体形成された絶縁構造部材３、導体支持部８および固定部９が設けられる。

実施の形態３．
図９は、この実施の形態３のガス絶縁開閉装置における、図２に相当する断面図である。この実施の形態の構成と、図１〜３に示した実施の形態１の構成とは、電界の上昇とともに表面抵抗が低下する非線形抵抗膜３ｂが設けられた範囲が異なること以外は、同様である。

実施の形態１では、絶縁構造部材３の沿面に形成された筒状バリア構造部３ａの表面に、電界の上昇とともに表面抵抗が低下する非線形抵抗膜３ｂを設けた。一方、この実施の形態では、絶縁構造部材３の沿面（絶縁ガスと接する面）の内、高電圧導体６と絶縁構造部材３との接続部から接地タンク１側に向かって、絶縁構造部材３の表面位置の半分まで（図９中、Ｌ２の範囲に）形成されている。つまり、絶縁構造部材３は、高電圧導体６側から接地タンク１側にかけて、高電圧導体側から約５０％（図９中、Ｌ２／Ｌ１≒０．５）の範囲までを非線形抵抗膜３ｂにて被覆されている。なお、筒状バリア構造部３ａは前記被覆の範囲に配置される。

一般的に、絶縁スペーサにおいては、高電圧導体に取り付けられる電界緩和シールドに近接する絶縁構造部材表面の部位の電界が特に高くなり、このような高電界の部位に金属異物が付着した場合に沿面放電が特に発生しやすい。

図１０は、図１に示すような略円錐形の絶縁スペーサ２を用いた場合の、傘状の絶縁構造部材３表面の沿面方向の電界分布示す図である。同図において、破線で示すのは、前記円錐形の軸方向に凹側の沿面の電界分布であり、実線は、同凸側の沿面の電界分布である。図１０から、絶縁構造部材３の両面の電界分布は、高電圧導体６側からの距離が、ともに５０％以下の部位に最大電界を持っていることが分かる。

この実施の形態では、絶縁構造部材３の沿面において最大電界が発生する部位をもれなく被覆しているので、効率よく金属異物に起因する放電を防止でき、絶縁耐力を向上させることができる。更に、絶縁構造部材３全体を被覆する場合に比べて、加工の作業時間が短縮されて製作の効率化が図れる。

なお、絶縁構造部材３の形状が、図６に示すように柱状であっても、同様に、高電圧導体６の支持側から接地タンク１の固定側にかけて、高電圧導体６に近い側から約５０％の範囲までを被覆すれば、同様な効果が得られる。

以上より、この発明の本実施の形態によれば、電界の上昇とともに表面抵抗が低下する非線形抵抗膜３ｂを、高電圧導体６と絶縁構造部材３との接続部から、筒状バリア構造部３ａまたは円盤状バリア構造部３ｃを含んで、絶縁構造部材３の表面位置の半分まで形成したので、絶縁構造部材３沿面の最も電界が高くなる位置に金属異物が付着しても、絶縁性能を低下させることないガス絶縁開閉装置を得ることができる。

１ 接地タンク、１ａ フランジ、２ 絶縁スペーサ、３ 絶縁構造部材、３ａ 筒状バリア構造部、３ｂ 非線形抵抗膜、３ｃ 円盤状バリア構造部、４ 中心導体、５ 高電圧導体棒、６ で高電圧導体、７ 電界緩和シールド、８ 導体支持部、９ 固定部、１０ 金属異物。

Claims (7)

1. 絶縁ガスを充填した接地タンク内にて、高電圧が印加される高電圧導体を、絶縁構造部材を用いて支持してなるガス絶縁開閉装置において、
   前記接地タンクと前記高電圧導体との間に、前記絶縁構造部材と一体に形成されたバリア構造部を有し、
   該バリア構造部は、
   前記高電圧導体と盤状の前記絶縁構造部材との接続部を囲むように前記高電圧導体と同心状かつ切れ目無く形成される筒状バリア構造部、または、柱状の前記絶縁構造部材と同心状かつ切れ目無く形成される円盤状バリア構造部であり、
   前記バリア構造部の沿面には、電界の上昇とともに表面抵抗が低下する非線形抵抗膜が形成されていることを特徴とするガス絶縁開閉装置。
2. 非線形抵抗膜は、バリア構造部の高電圧導体側および接地タンク側の両面に形成されていることを特徴とする請求項１記載のガス絶縁開閉装置。
3. 非線形抵抗膜は、高電圧導体と絶縁構造部材との接続部から、バリア構造部を含んで、前記絶縁構造部材の表面位置の半分まで形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のガス絶縁開閉装置。
4. 非線形抵抗膜は、酸化亜鉛および炭化珪素の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項1〜３のいずれかに記載のガス絶縁開閉装置。
5. バリア構造部は、筒状バリア構造部であり、
   該筒状バリア構造部の端部の内周面は、円盤状の絶縁構造部材の中心部に固定された中心導体と該中心導体に電気的に接続されて支持される高電圧導体棒との導体接続部を囲む電界緩和シールドに、近接することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のガス絶縁開閉器。
6. バリア構造部は、エポキシ樹脂、または、アルミナ、シリカ、フッ化アルミナの少なくとも１つをエポキシ樹脂に混ぜた混合物からなることを特徴とする請求項1〜５のいずれかに記載のガス絶縁開閉装置。
7. 絶縁ガスは、六フッ化硫黄と窒素との混合ガス、二酸化炭素、または、乾燥空気のいずれかであることを特徴とする請求項1〜６のいずれかに記載のガス絶縁開閉装置。

Images