JP2016046843A - 電力用開閉器 - Google Patents

Abstract

【課題】小形・軽量かつ製作工程を削減した計器用変流器を有する提供する電力用開閉器を提供する。
【解決手段】電力系統の回路に流れる電流を計測する計器用変流器２１を備え、前記回路に流れる電流を開閉する電力用開閉器において、計器用変流器２１は、円環状の鉄心３１に巻線３２が巻装されて構成され、鉄心３１と巻線３２の間に高熱伝導部材４０を配置したことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、電力用開閉器に関し、特に高電圧の導体を流れる電流を計測する計器用変流器の構造に関するものである。

遮断器、断路器などの電力用開閉器は、変電所等において複数組み合わせて配備されている。そして、それら開閉器の高電圧の導体に流れる電流を計測するための計器用変流器も合わせて設置されている。

図３に、複数の電力用開閉器から構成されるガス絶縁開閉装置の例を示す。ガス絶縁開閉装置は、ＳＦ₆（六フッ化硫黄）や乾燥空気等の絶縁性ガスが封入されたタンク内に遮断器１０３、断路器１２２、接地開閉器１１６、１１２、および計器用変流器２１Ａ、２１Ｂ、等の各種の機器が収納されている。計器用変流器２１Ａ、２１Ｂは、遮断器１０３に接続された高電圧の導体１３Ａ、１３Ｂの周囲に装着され、この導体に流れる電流が計測される。

計器用変流器２１Ａ、２１Ｂは、環状の鉄心に絶縁被覆電線等を巻線として巻装した構造となっており、鉄心と巻線の間には巻線が傷つかないよう、絶縁テープなどが設置されている。巻線には、高電圧の導体に流れる電流からの誘導作用により、その電流に比例した電流が流れ、密封端子などを介して二次配線としてタンク外に引き出され、電流計測に使用される。

巻線からは、流れる電流に比例した熱が発生する。そして、この熱を冷却する計器用変流器の公知例として、特開２０００−１７３８４４号公報に開示されたものがある。この従来の計器用変流器においては、環状の鉄心及び該鉄心に巻かれた巻線を具備した環状コイルと、該環状コイルの内側を適宜の空間を隔てて貫通する円筒部及び該円筒部の一端に設けられ、前記環状コイルを支持するフランジを具備した支持具と、前記環状コイル及び前記フランジの間に介装され、両者間に冷却用通路を形成するスペーサとを備えている。これにより、計器用変流器の外部の空気が該冷却用通路を流れ、環状コイルと円筒部との間の空間を通り、この間に計器用変流器内部の熱を空気が奪い、計器用変流器の外部へ戻るという空気の循環が生じ、熱がこもり易い変流器内部の冷却を効果的に行う。

特開２０００−１７３８４４号公報

上記従来の計器用変流器においては、こもった熱を空気とともに外部に移動させ、温度上昇していない新たな空気で冷却し続けるため、定常運転時に流れる数千Ａ程度の電流による発熱に対しては、十分な効果が発揮される。しかし、電力系統で短絡事故が発生した時に流れる、数秒、数万Ａの短時間大電流による発熱に対しては十分な効果が得られない場合がある。これは、気体を介して冷却しているため冷却速度があまり速くなく、数秒の間に大量の熱が外部に移動しないためである。この場合、瞬間ではあるが100℃以上に温度上昇して絶縁被覆電線の絶縁被覆や絶縁テープなどが劣化する場合がある。一旦絶縁物が劣化すると、巻線の間隔が狭いために、定常運転時の電流により生じる数Ｖの電圧でも部分放電が発生するようになり、絶縁物の劣化が少しずつ進展して、最終的に隣り合う巻線の間で短絡することにより、計器用変流器で高電圧の導体の電流を測定できなくなる。

この場合の対策として、巻線の径を太くして巻線の抵抗値を少なくし、発熱量を低減することで温度上昇を抑制する方法がある。しかし、巻線を太くすると銅の使用量が増えて計器用変流器の重量および材料費が増加するうえ、巻線を曲げ難くなるため鉄心に巻きつける作業時間が長くなり、コストアップとなる。また、最近のガス絶縁開閉装置では、機器の小形化が進んで計器用変流器の径が細くなる傾向にあり、巻線が太くなると鉄心表面に巻線を配置するスペースが不足し、例えば図４に示したように、巻線を１段で巻き切れず、２段以上にすることになり、計器用変流器が大型化する。さらに、２段にすることにより、１段目で１回絶縁テープなどを巻いて巻き線を固定してから、２段目を巻かなければならないため、計器用変流器の製作工程が増え、コストアップとなる。

本発明の目的は、小形・軽量かつ製作工程を削減した計器用変流器を提供することである。

上記の課題を解決するために、本発明に係る電力用開閉器は、電力系統の回路に流れる電流を計測する計器用変流器を備え、前記回路に流れる電流を開閉する電力用開閉器において、前記計器用変流器は、円環状の鉄心に巻線が巻装されて構成され、前記鉄心と前記巻線の間に高熱伝導部材を配置したことを特徴とする。

上述したように、計器用変流器の巻線と鉄心の間に巻線固定時の圧力により変形する高熱伝導の部材を配置することにより、巻線と部材の間の接触面の面積を確保でき、巻線で発生した熱を高熱伝導部材に速やかに伝えることができる。そして、高熱伝導部材は鉄心の表面全体に接触しているため、その熱は速やかに鉄心に伝えられる。ここで、計器用変流器の鉄心の熱容量は十分大きいため、短時間の事故電流により計器用変流器巻線から発生する熱量全部が鉄心に伝われば、温度上昇は１℃以下に留まる。部材の厚さが数ｍｍ以下であれば、巻線から鉄心まで熱が伝わるのに要する時間は１秒以下であり、２〜３秒の大電流による温度上昇を抑制することができる。従って、巻線の抵抗値を大きくすることが可能となって、巻線の径を細くできるようになり、巻線を２段巻きにしなくてもよくなり、銅材を削減するとともに、作業時間を短縮することができる。

さらに、高電圧の導体の表面に絶縁材を配置することにより、高電圧の導体と接地円筒との間の絶縁距離を短くして、計器用変流器の径を短縮することにより、鉄心の重量を低減して、計器用変流器を小形軽量化することができる。

本発明の一実施例に係る計器用変流器の断面図である。 図１の実施例のII-II断面図である。 本発明が適用されたガス絶縁開閉装置の一例の全体構成図である。 巻線が太くなり、２段巻きとなった計器用変流器の従来例である。

本発明の電力用開閉器の実施例として、ガス絶縁開閉装置への適用例を取り上げ、図面を用いて説明する。下記はあくまでも実施の例であって、発明の内容を下記具体的態様に限定することを意図する趣旨ではない。発明自体は、特許請求の範囲の記載を満たす範囲内で種々の態様に変形することが可能である。

図１は、本発明の実施形態における計器用変流器の構造を説明するための断面図であり、図２は、図１のII-II断面図である。図２において、計器用変流器２１は、ＳＦ₆ガスが封入された計器用変流器ユニットケース１１の中で、円筒状電極１２の外周に配置されている。計器用変流器２１と円筒状電極１２の間には、位置調整用の部材１５、１６が配置されている。そして、円筒状電極１２の中心軸上に高電圧の導体１３が配置されている。

計器用変流器２１には、磁心の役目をする環状の鉄心３１に巻線３２を巻回しており、その上から絶縁テープ３５を巻き付けて巻線を固定している。鉄心３１としては、例えば、ケイ素鋼板のコイルを巻いてドーナツ状にしたものを用いることができ、巻線には、エナメル線などの絶縁被覆電線を用いることができる。また、絶縁テープ３５としては、例えばポリエステル樹脂からなるテープを用いることができる。

上記図１、図２の計器用変流器２１において、本発明では、鉄心３１と巻線３５の間に高熱伝導部材４０を配置している。高熱伝導部材４０としては、粘弾性体、弾性体、又は粘性物質を用いるのが好ましく、例えば、高熱伝導シリコーンゴムや高熱伝導グリスを用いることができる。特に、高熱伝導シリコーンゴムは、高い絶縁性と難燃性を兼ね備えたものもあるので好適である。

高熱伝導部材４０の厚さは数ｍｍ以下とするのが好ましい。製作工程においては、まず、鉄心３１に高熱伝導部材４０を塗布または巻回して配置し、その後、巻線３２を巻回して、その上から絶縁テープ３５を巻いて巻線を押しつけて固定する。これにより、巻線３２は、図１に示すように、高熱伝導部材４０に巻線径の半分程度またはそれ以下が入り込むようにする。これは、半分以上入り込んでも接触面積はほとんど増えず、むしろ高熱伝導部材４０を厚くしなければならないため、熱が伝わる時間が長くなるおそれがあるからである。

従来は、鉄心３１の周囲にポリエステルテープを巻回して、巻線の鉄心角部での応力集中を緩和していたが、ポリエステルの変形が小さく、巻線とポリエステルの接触面積が小さく、また、ポリエステルの熱伝導率が低いため、熱が伝わる時間が長くなっていた。この場合、発熱を抑えるため、通常は１〜２ｍｍの巻線径を１．２倍から１．５倍程度に太くする必要が生ずる。この結果、巻線３２の重さが増えるだけでなく、鉄心３１に巻装するためのスペースが不足し、例えば図４に示すように巻線３２を２段に巻装することが必要となり、計器用変流器２１の径が大きくなる。さらに、巻線３２を２段にするためには、１段目で１回絶縁テープなどを巻いて巻き線を固定してから、２段目を巻かなければならないため、工程数が増え、コストアップとなる。

これに対し、本発明では、巻線３２と高熱伝導部材４０の接触面積が大きいことから、熱が伝わる時間を１秒以下に短縮できる。そして、２〜３秒の短時間の事故電流により巻線３２から発生する熱量を鉄心３１に伝えて、巻線の温度上昇を数℃程度に抑えることができる。従って、巻線３２の抵抗値を大きくすることが可能となって、巻線３２の径を細くできるようになる。これにより、巻線を図４のように２段巻きにしなくてもよくなるので、銅材を削減するとともに、作業時間を短縮することができる。

図１、図２においては、さらに、高電圧導体１３の表面に絶縁材１４を被覆配置している。これにより、高電圧導体１３と、接地された円筒状電極１２との間の絶縁距離を短くして、計器用変流器２１の径を短くでき、結果的に、鉄心３１、巻線３２の重量を低減して、計器用変流器を小形軽量化することができる。

図１、図２において、さらに、位置調整用部材１５、１６を高熱伝導部材とすることにより、巻線で発生する熱を円筒状電極１２と計器用変流器ユニットケース１１に伝えて温度上昇を抑え、巻線３２の径をさらに小さくすることができる。

図３は、上記図１、図２の計器用変流器を適用したガス絶縁開閉装置の一実施例であり、該図の如く、ガス絶縁開閉装置は、第１の母線導体である主母線２０１、第２の母線導体である主母線２０２、接地開閉器１１２、固定側集電子１１４、１１６、主母線２０１、２０２を相毎に「入」「切」し、相毎に接地されたタンクに収められたガス遮断器１０３、断路器１２２、計器用変圧器１０５、ケーブルヘッド１０７またはブッシング、計器用変流器２１等から概略構成される。

電力系統に落雷などによる短絡事故が発生した場合、短絡により流れている大電流を計器用変流器２１で速やかに検出し、遮断器１０３に検出信号を送って動作させ、大電流を遮断して事故の影響拡大を防止する。従って、遮断器、計器用変流器ともに、電力系統保護上の重要な機器である。但し、高電圧機器設計技術・製造技術の進歩に伴って、同じ定格の製品が、より小形軽量化し、低価格化する傾向にある。

なお、計器用変流器ユニットケース１１内に封入される絶縁性ガスとしては、ＳＦ₆ または他の絶縁性ガス、例えば、Ｎ₂、ＣＯ₂、ＣＦ₄、Ｏ₂、乾燥空気等の内で一種または二種以上とＳＦ₆とを混合させたガスを用いることができる。

１０Ａ、１０Ｂ 計器用変流器ユニット
１１、１１Ａ、１１Ｂ 計器用変流器ユニットケース
１２ 円筒状電極
１３ 高電圧導体
２１、２１Ａ、２１Ｂ 計器用変流器
３１ 鉄心
３２ 巻線
３５ 絶縁テープ
４０ 高熱伝導部材
１０３ ガス遮断器
１０５ 計器用変圧器
１０７ ケーブルヘッド
１０８ 変流器
１０９ タンク
１１２、１１４、１１６ 接地開閉器
１２０ ３位置式接地断路器
１２２ 断路器
１３０ 可動接触導体
１３２ 接触部材
１５０ 操作器
２０１、２０２ 主母線

Claims (13)

1. 電力系統の回路に流れる電流を計測する計器用変流器を備え、前記回路に流れる電流を開閉する電力用開閉器において、
   前記計器用変流器は、円環状の鉄心に巻線が巻装されて構成され、前記鉄心と前記巻線の間に高熱伝導部材を配置したことを特徴とする電力用開閉器。
2. 請求項１において、
   前記高熱伝導部材を、粘弾性体または弾性体としたことを特徴とする電力用開閉器。
3. 請求項１において、
   前記高熱伝導部材を、粘性物質としたことを特徴とする電力用開閉器。
4. 請求項１において、
   前記計器用変流器は、前記回路に接続される導体を囲んで配置され、前記導体の表面は絶縁材で被覆されたことを特徴とする電力用開閉器。
5. 請求項２において、
   前記計器用変流器は、前記回路に接続される導体を囲んで配置され、前記導体の表面は絶縁材で被覆されたことを特徴とする電力用開閉器。
6. 請求項３において、
   前記計器用変流器は、前記回路に接続される導体を囲んで配置され、前記導体の表面は絶縁材で被覆されたことを特徴とする電力用開閉器。
7. 請求項１において、
   前記計器用変流器の内側に、接地された円筒状電極を有し、
   前記計器用変流器と前記円筒状電極との間に高熱伝導率の位置調整部材を有することを特徴とする電力用開閉器。
8. 請求項２において、
   前記計器用変流器の内側に、接地された円筒状電極を有し、
   前記計器用変流器と前記円筒状電極との間に高熱伝導率の位置調整部材を有することを特徴とする電力用開閉器。
9. 請求項３において、
   前記計器用変流器の内側に、接地された円筒状電極を有し、
   前記計器用変流器と前記円筒状電極との間に高熱伝導率の位置調整部材を有することを特徴とする電力用開閉器。
10. 請求項４において、
    前記計器用変流器の内側に、接地された円筒状電極を有し、
    前記計器用変流器と前記円筒状電極との間に高熱伝導率の位置調整部材を有することを特徴とする電力用開閉器。
11. 請求項５において、
    前記計器用変流器の内側に、接地された円筒状電極を有し、
    前記計器用変流器と前記円筒状電極との間に高熱伝導率の位置調整部材を有することを特徴とする電力用開閉器。
12. 請求項６において、
    前記計器用変流器の内側に、接地された円筒状電極を有し、
    前記計器用変流器と前記円筒状電極との間に高熱伝導率の位置調整部材を有することを特徴とする電力用開閉器。
13. 請求項２において、前記弾性体をシリコーンゴムとしたことを特徴とする電力用開閉器。