JP2021125886A - ガス絶縁開閉装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本願において、直交座標系のZ方向、X方向およびY方向が以下のように定義される。Z方向は鉛直方向であり、+Z方向は上方向である。X方向およびY方向は水平方向である。Y方向は主母線10の軸方向であり、X方向は線路側母線6の軸方向である。
図2および図3は、第1の実施形態のガス絶縁開閉装置の断面図である。図2は、図3のB−B線における側面断面図である。図3は、図2のA−A線における正面断面図である。ガス絶縁開閉装置1は、タンク12と、導体15と、絶縁ガス19と、スペーサ(仕切部材)17と、を有する。
導体15とタンク12との間の地絡や、三相の導体間の短絡が発生すると、ガス絶縁開閉装置1の内部でアーク放電が発生する。アーク放電により、導体15およびタンク12が絶縁ガス19と反応し、反応熱が発生する。アーク放電による反応熱や、アーク放電自体の熱により、絶縁ガス19の温度および圧力が上昇する。ガス絶縁開閉装置1には、アーク放電による絶縁ガス19の圧力上昇に対する強度が求められる。
内圧に対する容器の強度の計算式として、次の数式2が一般的に用いられる。
絶縁ガス19の圧力上昇に対するガス絶縁開閉装置1の強度を確保するため、数式2を満たすように、容器であるタンク12の最小板厚tが決定される。
アークとタンク12とが接触するアーク脚部では、アークの熱によりタンク12の金属材料が溶融する。アーク電流の大きさと通電時間によっては、タンク12に穴が開くバーンスルー現象が発生する。バーンスルー現象を防ぐために必要なタンク12の最小板厚を算出するため、種々の実験式が報告されているが、例えば、非特許文献1に記載された以下の数式3が使用される。
バーンスルーを防止するため、数式3を満たすように、容器であるタンク12の最小板厚hが決定される。数式2から求めたタンク12の最小板厚tおよび数式3から求めたタンク12の最小板厚hのうち、大きい方がタンク12の最小板厚に設定される。
タンク12の内部で発生したアークは、電磁力により軸方向に移動して、スペーサ17の近傍に滞留する。アークは、主にスペーサ17の近傍で導体15と長時間接触する。アークと導体15とが接触する部分では、アークの熱により導体15の金属材料が溶融する。溶融した金属材料は、タンク12の底部に落下する。短絡電流が大きい場合や事故電流の継続時間が長い場合には、落下する溶融金属の量が増加する。タンク12の底部に滞留した溶融金属により、タンク12の金属材料が溶融する。これにより、タンク12に穴が開くと考えられる。タンク12の厚さ全体の金属材料が溶融する途上、未溶解部の厚さが絶縁ガス19の圧力に耐えられなくなり、穴が開く場合もある。これらの現象を2次的バーンスルーと呼ぶことにする。
実施形態のガス絶縁開閉装置1により、2次的バーンスルーが抑制される。
前述されたように、アークの熱により、スペーサ17の近傍における導体15の金属材料が溶融する。溶融金属は、タンク12の下部領域20に落下する。第1の実施形態のガス絶縁開閉装置1では、下部領域20におけるタンク12の厚さが厚い。落下した溶融金属が下部領域20に滞留しても、タンク12に穴が開くこと(2次的バーンスルー)が抑制される。したがって、ガス絶縁開閉装置1は、アーク放電に対して高い信頼性を有する。
図5および図6は、第1の実施形態の第1変形例のガス絶縁開閉装置の断面図である。図5は、図6のB−B線における側面断面図である。図6は、図5のA−A線における正面断面図である。第1の実施形態と同様である点についての第1変形例の説明は省略される。
図7および図8は、第1の実施形態の第2変形例のガス絶縁開閉装置の断面図である。図7は、図8のB−B線における側面断面図である。図8は、図7のA−A線における正面断面図である。第1の実施形態と同様である点についての第2変形例の説明は省略される。
図9および図10は、第1の実施形態の第3変形例のガス絶縁開閉装置の断面図である。図9は、図10のB−B線における側面断面図である。図10は、図9のA−A線における正面断面図である。第1の実施形態と同様である点についての第3変形例の説明は省略される。
図11および図12は、第1の実施形態の第4変形例のガス絶縁開閉装置の断面図である。図11は、図12のB−B線における側面断面図である。図12は、図11のA−A線における正面断面図である。第1の実施形態と同様である点についての第4変形例の説明は省略される。
図13および図14は、第1の実施形態の第5変形例のガス絶縁開閉装置の断面図である。図13は、図14のB−B線における側面断面図である。図14は、図13のA−A線における正面断面図である。第1の実施形態と同様である点についての第5変形例の説明は省略される。
内周部材40の形成材料の融点が高いので、内周部材40の厚さを薄くしても、2次的バーンスルーが抑制される。内周部材40の厚さを薄くすることにより、内周部材40と導体15との間の絶縁距離が確保される。
図15および図16は、第2の実施形態のガス絶縁開閉装置の断面図である。図15は、図16のB−B線における側面断面図である。図16は、図15のA−A線における正面断面図である。第2の実施形態のガス絶縁開閉装置201は、袖部材50を有する点で、第1の実施形態とは異なる。第1の実施形態と同様である点についての第2の実施形態の説明は省略される。
図16に示されるように、袖部材50は、所定厚さの金属管であり、導体15の外周面に配置される。袖部材50は、金属材料のコーティング等により導体15の外周面に形成されてもよい。図15に示されるように、軸方向(Y方向)においてスペーサ17に隣接する第2範囲50yが定義される。軸方向の第2範囲50yは、導体15のスペーサ17側の端部から、タンク12の内側に導体15の外径15dの長さの範囲である。袖部材50は、少なくとも軸方向の第2範囲50yにおいて導体15の外周面を覆う。袖部材50は、軸方向の第2範囲50yより広い範囲で、導体15の外周面を覆ってもよい。
前述されたように、タンク12の内部で発生したアークは、電磁力により軸方向に移動して、スペーサ17の近傍に滞留する。アークは、スペーサ17に隣接して配置される袖部材50と接触する。袖部材50の形成材料は、絶縁ガス19との反応熱が小さい。熱による袖部材50の形成材料の溶融が抑制され、溶融金属の落下が抑制される。2次的バーンスルーによりタンク12に穴が開くことが抑制される。したがって、ガス絶縁開閉装置201は、アーク放電に対して高い信頼性を有する。
袖部材50の形成材料の溶融が抑制されるので、溶融金属の落下が抑制される。2次的バーンスルーによりタンク12に穴が開くことが抑制される。したがって、ガス絶縁開閉装置201は、アーク放電に対して高い信頼性を有する。
図17は、参考形態のガス絶縁開閉装置の側面断面図である。参考形態は、放圧装置60を有する点で、第1の実施形態と異なる。第1の実施形態と同様である点についての参考形態の説明は省略される。
Claims (11)
- 筒状に形成され、内部に絶縁ガスが封入されるタンクと、
前記タンクの内部に配置され、前記タンクの軸方向に伸びる導体と、
前記タンクの内部を前記軸方向に仕切るとともに、前記導体を支持する仕切部材と、を有し、
前記軸方向において前記仕切部材に隣接する前記軸方向の第1範囲において前記導体を前記導体の下方の前記タンクに投影した領域を前記タンクの下部領域とし、前記軸方向の第1範囲において前記導体を前記導体の上方の前記タンクに投影した領域を前記タンクの上部領域としたとき、前記下部領域における前記タンクの厚さは前記上部領域における前記タンクの厚さより厚い、
ガス絶縁開閉装置。 - 前記軸方向の第1範囲は、前記仕切部材と前記タンクとの当接位置から前記タンクの内側に前記タンクの内径の長さの範囲である、
請求項1に記載のガス絶縁開閉装置。 - 前記タンクは、前記下部領域に形成された前記タンクの支持部材を有する、
請求項1または2に記載のガス絶縁開閉装置。 - 前記タンクは、前記下部領域の外周面に配置された所定厚さの外周部材を有する、
請求項1または2に記載のガス絶縁開閉装置。 - 前記タンクは、前記下部領域に形成された凹部と、前記凹部の底部を閉塞する閉塞板と、を有し、
前記閉塞板は、前記タンクの形成材料より融点が高い材料で形成される、
請求項1または2に記載のガス絶縁開閉装置。 - 前記タンクは、前記下部領域の内周面に配置された所定厚さの内周部材を有する、
請求項1または2に記載のガス絶縁開閉装置。 - 前記内周部材は、前記タンクの形成材料より融点が高い材料で形成される、
請求項6に記載のガス絶縁開閉装置。 - 筒状に形成され、内部に絶縁ガスが封入されるタンクと、
前記タンクの内部に配置され、前記タンクの軸方向に伸びる導体と、
前記タンクの内部を前記軸方向に仕切るとともに、前記導体を支持する仕切部材と、を有し、
前記軸方向において前記仕切部材に隣接する前記軸方向の第2範囲において前記導体の外周面を覆う袖部材を有し、
前記袖部材は、前記導体の形成材料より、前記絶縁ガスとの反応熱が小さい材料で形成される、
ガス絶縁開閉装置。 - 筒状に形成され、内部に絶縁ガスが封入されるタンクと、
前記タンクの内部に配置され、前記タンクの軸方向に伸びる導体と、
前記タンクの内部を前記軸方向に仕切るとともに、前記導体を支持する仕切部材と、を有し、
前記軸方向において前記仕切部材に隣接する前記軸方向の第2範囲において前記導体の外周面を覆う袖部材を有し、
前記袖部材は、前記導体の形成材料より融点が高い材料で形成される、
ガス絶縁開閉装置。 - 前記軸方向の第2範囲は、前記導体の前記仕切部材側の端部から前記タンクの内側に前記導体の外径の長さの範囲である、
請求項8または9に記載のガス絶縁開閉装置。 - 前記絶縁ガスの圧力が所定圧力を超えたとき前記絶縁ガスを前記タンクの外部に放出する放圧装置を有する、
請求項1から10のいずれか1項に記載のガス絶縁開閉装置。
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