JP2022530848A - ポスト碍子及び直流送電装置 - Google Patents

ポスト碍子及び直流送電装置 Download PDF

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Abstract

ポスト碍子は、対向する第１の端部と第２の端部を有する絶縁ポストと、前記絶縁ポストの第１の端部に接続され、かつ前記絶縁ポストと絶縁される高圧側均圧環と、前記絶縁ポストの第２の端部に接続され、かつ前記接地側均圧環と絶縁される接地側均圧環と、前記絶縁ポストの外表面に設けられ、前記絶縁ポストと絶縁され、前記電荷制御リングが表面電荷を蓄積するように構成される電荷制御リングと有する。【選択図】図４

Description

関連出願との相互参照
本出願は、２０２０年０４月０２日に出願された、出願番号が２０２０１０２５６０７１．３である中国特許出願を基礎とする優先権を主張し、その内容の全てが参照によって本出願に組み込まれる。
本開示は、電力装置分野に関し、特にポスト碍子及び直流送電装置に関する。
通常、電気エネルギーの長距離、大容量伝送は、直流送電技術、特に超高圧直流送電技術によって実現されることが多い。従来、電気エネルギーの長距離伝送を実現するために、ガス絶縁金属閉鎖送電線（ＧＩＬ）などのような直流送電装置がよく使用される。
一態様において、本開示の実施例は、ポスト碍子を提供する。該ポスト碍子は、絶縁ポスト、高圧側均圧環、接地側均圧環及び電荷制御リングを有する。絶縁ポストは、対向する第１の端部と第２の端部を有する。高圧側均圧環は、前記絶縁ポストの第１の端部に接続され、かつ前記絶縁ポストと絶縁される。接地側均圧環は、前記絶縁ポストの第２の端部に接続され、かつ前記絶縁ポストと絶縁される。前記電荷制御リングは、前記絶縁ポストの外表面に設けられ、前記電荷制御リングは前記絶縁ポストと絶縁され、前記電荷制御リングは、表面電荷を蓄積するように構成される。
いくつかの実施形態では、前記電荷制御リングは、前記絶縁ポストより表面電荷蓄積能力が強くなるように構成される。
いくつかの実施形態では、前記絶縁ポストの軸方向に沿った、電荷制御リングと高圧側均圧環との間の距離は、電荷制御リングと接地側均圧環との間の距離よりも大きい。
いくつかの実施形態では、電荷制御リングの材料は、イオンドープにより改質された窒化ケイ素、イオンドープにより改質されたアルミナ、イオンドープにより改質されたジルコニア及び表面改質されたエポキシ樹脂のうちの少なくとも１つを含む。
いくつかの実施形態では、前記絶縁ポストの軸方向に沿った、電荷制御リングの寸法は約２０ｍｍ～約３０ｍｍである。
いくつかの実施形態では、前記絶縁ポストの軸方向に沿った、電荷制御リングの寸法は約５ｍｍ～約１０ｍｍである。
いくつかの実施形態では、電荷制御リングは、絶縁ポストと同軸の環状突起である。
いくつかの実施形態では、電荷制御リングの表面粗さは、絶縁ポストの表面粗さよりも小さい。
いくつかの実施形態では、高圧側均圧環の材料は、アルミニウム、銅、アルミニウム合金及び銅合金のうちの少なくとも１つを含み、及び／又は、接地側均圧環の材料は、アルミニウム、銅、アルミニウム合金及び銅合金のうちの少なくとも１つを含む。
いくつかの実施形態では、絶縁ポストの材料は、エポキシ樹脂及びセラミックのうちの少なくとも１つを含む。
別の態様において、本開示の実施例は、直流送電装置を提供する。該直流送電装置は、内部に密閉空間を有する金属ケースと、金属ケースの密閉空間内に設けられる高電圧電流伝導ロッド(ｈｉｇｈ－ｖｏｌｔａｇｅ ｃｕｒｒｅｎｔ－ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ ｒｏｄ)と、少なくとも１つの上述したポスト碍子であって、その高圧側均圧環が高電圧電流伝導ロッドに接続され、接地側均圧環が前記金属ケースに接続されるポスト碍子と、前記密閉空間内に充填された絶縁ガスと、を備える。
いくつかの実施形態では、前記絶縁ガスは、六フッ化硫黄ガス、又は六フッ化硫黄ガスと窒素ガスとの混合ガスを含む。
以下、本開示における技術案をより明確に説明するために、本開示のいくつかの実施形態において必要とされる図面を概略に紹介する。勿論、以下に説明される図面は、あくまで本開示の実施例の一部であり、当業者にとって、これらの図面に基づいて他の図面をさらに取得することができる。また、これらの図面は、概略図とみなされてもよく、本開示の実施形態に係る製品の実際の寸法、方法の実際のプロセス、信号の実際のタイミングなどを限定するものではない。
本開示のいくつか実施例に係わる超高圧直流送電装置の構成図である。 従来の技術の超高圧直流送電用のポスト碍子の構造図である。 本開示のいくつかの実施例に係わるポスト碍子の立体図である。 本開示のいくつかの実施例に係わる図３のポスト碍子のＡ－Ａ’方向に沿う断面図である。
以下、本開示の実施例における図面を参照しながら、本開示の実施例における技術案を、明確かつ完全に説明するが、勿論、ここに説明される実施例は、あくまで本開示の実施例の一部であり、本開示の全ての実施例ではない。本開示の実施例に基づいて、当業者が格別の創意がなく容易に想到できる他の全ての実施例は、本開示の権利範囲に属するものとする。
本明細書において、別途説明されていない限り、用語「有する／含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ／ｉｎｃｌｕｄｅ）」又はその任意の他の変形形態は、例えば、三人称単数「有する／含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ／ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」及び現在分詞「有する／含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ／ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、開放的、包含的な意味と解釈される、即ち、「～を含むが、これに限定されない」を意味している。また、用語「一実施形態（ｏｎｅ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」、「いくつかの実施形態（ｓｏｍｅ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔｓ）」、「例示的な実施形態（ｅｘｅｍｐｌａｒｙ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔｓ）」、「一例（ｅｘａｍｐｌｅ）」、「特定の一例（ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｅｘａｍｐｌｅ）」又は「いくつかの例（ｓｏｍｅ ｅｘａｍｐｌｅｓ）」などは、その実施形態又は実施例に関連する特定の特徴、構造、材料又は特性が本開示の少なくとも１つの実施形態又は一例に含まれることを意味している。上述の意図的な表示は、必ずしも同じ実施形態又は同じ例を示すものではない。また、上述の特定の特徴、構造、材料又は特点は、任意の適切な方法で、任意の１つ又は複数の実施形態又は例に含まれてもよい。
以下、用語「第１の」、「第２の」などのような関連用語は、説明するために使用されるものであり、相対的な重要性を明示か又は暗示するものとして、又は示される技術的特徴の数を示すものとして理解されるべきではない。したがって、「第１の」、「第２の」と限定された特徴は、１つ又は複数のその特徴を含むことを明示又は暗示し得る。本開示の実施例の説明において、別途説明されていない限り、「複数」は、２つ以上を意味する。
いくつかの実施例を説明する際に、「接続」とその派生表現は使用されることがある。例えば、いくつかの実施例を説明するとき、「接続」という用語は、２つ以上の構成要素が互いに直接物理的又は電気的に接触することを示すために使用される。勿論、これら２つ以上の構成要素は、他の要素を介して接続されてもよい。ここに開示される実施例は、必ずしも本明細書の内容に限定されるものではない。
本明細書において、「Ａ、Ｂ及びＣのうちの少なくとも１つ」は、「Ａ、Ｂ又はＣのうちの少なくとも１つ」と同じ意味を有し、それぞれ以下のＡ、Ｂ及びＣの組み合わせ：Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、ＡとＢの組み合わせ、ＡとＣの組み合わせ、ＢとＣの組み合わせ、並びにＡ、ＢとＣの組み合わせを含む。
「Ａ及び／又はＢ」は、Ａのみ、Ｂのみ、並びにＡとＢの組み合わせの３つの組み合わせを含む。
本明細書で使用されるように、「約」又は「近似」は、記載された値及び特定の値の許容可能な偏差範囲内の平均値を含み、前記許容可能な偏差範囲は、当業者によって検討される測定及び特定量の測定に関連する誤差（すなわち、測定システムの制限性）を考慮して決定される。
直流送電装置は、一般的に、金属ケースと、金属ケース内に密封される絶縁ガスと、絶縁支持体としてのポスト碍子と、を備える。絶縁支持体は、直流送電装置のコア構成要素の１つであり、その性能が直流送電装置の動作及び電気エネルギー伝送の確実性を決定する。
超高圧直流送電装置は、生産、輸送、据付、動作などの過程において、その内部には金属、不純物などの粒子状物質が存在する可能性がある。これらの粒子状物質の自由運動は、絶縁ガスの絶縁強度を急激に低下させ、ひいてはポスト碍子表面の電場歪を引き起こし、ポスト碍子表面の電荷の運動を加速させて、ポスト碍子表面の絶縁機能を破壊し、ポスト碍子全体の絶縁不良を招く恐れがある。
本開示のいくつかの実施例は、例えば超高圧直流送電装置などのような直流送電装置を提供する。例示的に、該超高圧直流送電装置は、壁通し碍管又はガス絶縁金属閉鎖送電線である。
図１に示すように、該直流送電装置は、高電圧電流伝導ロッド１０１と、金属ケース１０２と、絶縁ガス１０３と、少なくとも１つのポスト碍子１０４と、を備える。金属ケース１０２の内部は閉鎖空間であり、かつ金属ケース１０２は接地される。高電圧電流伝導ロッド１０１は、金属ケース１０２の閉鎖空間内に設けられ、かつ電流を伝送するように構成される。ポスト碍子１０４の一端は高電圧電流伝導ロッド１０１に接続され、他の一端は金属ケース１０２の内側表面に接続される。ポスト碍子１０４は、絶縁支持体として、高電圧電流伝導ロッド１０１を支え、かつ高電圧電流伝導ロッド１０１を金属ケース１０２と絶縁させるように構成される。絶縁ガス１０３は、金属ケース１０２の閉鎖空間内に充填される。該絶縁ガス１０３は、例えば、六フッ化硫黄（ＳＦ６）ガス、又は六フッ化硫黄ガスと窒素ガスとの混合ガスである。
図３と図４に示すように、いくつかの実施例では、該ポスト碍子１０４は、高圧側均圧環３０１と、絶縁ポスト３０２と、電荷制御リング３０３と、接地側均圧環３０４とを有する。
図４に示すように、高圧側均圧環３０１、電荷制御リング３０３及び接地側均圧環３０４は、いずれも絶縁ポスト３０２を囲むように構成されてもよい。
図３と図４に示すように、絶縁ポスト３０２は、対向する第１の端部と第２の端部を有する。高圧側均圧環３０１は、絶縁ポスト３０２の第１の端部に接続され、かつ絶縁ポスト３０２は、高圧側均圧環３０１と絶縁される。接地側均圧環３０４は、絶縁ポスト３０２の第２の端部に接続され、かつ絶縁ポスト３０２は、接地側均圧環３０４と絶縁される。
例示的に、高圧側均圧環３０１は、第１の均圧環及び第１の均圧環に固定し接続される第１の固定具を有し、該第１の固定具は、第１の均圧環の中心に絶縁ポスト３０２の第１の端部と嵌合する第１の凹溝を有し、高圧側均圧環３０１は、この第１の凹溝によって絶縁ポスト３０２の第１の端部に外嵌され、接地側均圧環３０４は、第２の均圧環及び第２の均圧環に固定し接続される第２の固定具を有し、該第２の固定具は、第２の均圧環の中心に絶縁ポスト３０２の第２の端部に嵌合する第２の凹溝を有し、接地側均圧環３０４は、この第２の凹溝によって絶縁ポスト３０２の第２の端部に外嵌される。また、例示的に、高圧側均圧環３０１と接地側均圧環３０４は、それぞれリブとボルトによって絶縁ポスト３０２の第１の端部と第２の端部に固定される。ここで、高圧側均圧環３０１と接地側均圧環３０４は絶縁ポスト３０２に外嵌され、ボルト固定によるボルト接続部の受力の不均一や電場の不均一を回避することができる。
高圧側均圧環３０１は、超高圧直流送電装置の高電圧電流伝導ロッド１０１と電気的に接続される。高圧側均圧環３０１は、高圧側均圧環３０１の所在する絶縁ポスト３０２の高圧側の電場を均一に分布するように構成される。接地側均圧環３０４は、超高圧直流送電装置の金属ケース１０２と電気的に接続される。接地側均圧環３０４は、接地側均圧環３０４の所在する絶縁ポスト３０２の接地側の電場を均一に分布するように構成される。高圧側均圧環３０１と接地側均圧環３０４は、電界分布の不均一による、絶縁ポスト３０２の一部放電を防止し、絶縁ポスト３０２を保護することができる。
いくつかの実施例では、高圧側均圧環３０１と接地側均圧環３０４は、両方とも金属材料を含む。例示的に、高圧側均圧環３０１の材料は、銅、アルミニウム、銅合金及びアルミニウム合金のうちの少なくとも１つを含む。接地側均圧環３０４の材料は、銅、アルミニウム、銅合金及びアルミニウム合金のうちの少なくとも１つを含む。
図３における高圧側均圧環３０１と接地側均圧環３０４の形状及び幾何学的寸法は、例示的なものであり、本開示の実施例を限定するものではない。高圧側均圧環３０１と接地側均圧環３０４が絶縁ポスト３０２と相互に嵌合し、高圧側と接地側の電界を均一に分布することができる限り、これに限定されない。
いくつかの実施形態では、絶縁ポスト３０２の材料は、エポキシ樹脂及びセラミックのうちの少なくとも１つを含む。例示的に、絶縁ポスト３０２の材料は、セラミック又はセラミック改質材料であり、又は絶縁ポスト３０２の材料はエポキシ樹脂をベースとする絶縁材料である。また、図３の絶縁ポスト３０２の形状と幾何学的寸法は、例示的なものであり、絶縁ポスト３０２を限定するものではない。
図３と図４に示すように、電荷制御リング３０３は、絶縁ポスト３０２の外表面に設けられ、かつ電荷制御リング３０３は絶縁ポスト３０２と絶縁される。例示的に、電荷制御リング３０３は、絶縁ポスト３０２と同軸の環状部品、例えば環状凸部であり、絶縁ポスト３０２の外表面に外嵌される。電荷制御リング３０３は、表面電荷を蓄積するように構成される。
なお、絶縁ポスト３０２は、中実体であってもよく、中空体であってもよく、本開示はこれに限定されない。ここで、電荷制御リング３０３は、絶縁ポスト３０２の外表面に外嵌される。
電荷制御リング３０３の機能は、運行条件の直流電界では、その表面には粒子状物質（例えば、金属又は不純物）を引き付ける表面電荷が蓄積され、かつ表面電荷が電荷制御リング３０３の表面に電界を形成し、粒子状物質が電荷制御リング３０３に近づくとき、電界が放電して、より高いエネルギーを生成し、粒子状物質を相変化（例えば、液化又は昇華など）又は化学変化させ、それによって、粒子状物質を除去する。
いくつかの実施例では、電荷制御リング３０３の表面電荷蓄積能力は、絶縁ポスト３０２の表面電荷蓄積能力よりも強い。ここで、電荷制御リング３０３の表面電荷蓄積能力が絶縁ポスト３０２の表面電荷蓄積能力よりも強いことは、同じ条件下で、電荷制御リング３０３は、絶縁性支柱３０２よりも表面に電荷を蓄積し易いことを意味する。例えば、電荷制御リング３０３は、表面電荷を蓄積し易い材料で作られる。
電荷制御リング３０３の表面に蓄積される表面電荷は、高電圧側の電荷と異極性又は同極性の表面電荷を含む。電荷制御リング３０３の表面電荷蓄積能力が絶縁ポスト３０２の表面電荷蓄積能力よりも強いため、運行条件の直流電界では、電荷制御リング３０３が蓄積する表面電荷の数は、絶縁ポスト３０２が蓄積する表面電荷より多くなる。電荷制御リング３０３が蓄積する表面電荷は、電界を形成し、この電界は、超高圧直流送電装置内の粒子状物質を引き付けることができ、かつ電荷制御リング３０３の表面に蓄積する表面電荷の量が多ければ多いほど、形成される電界の電界強度が大きくなる。電荷制御リング３０３の表面電界の電界強度が電荷制御リング３０３の表面の絶縁強度を超えると、電荷制御リング３０３は、沿面放電及び／又は対地放電を起こされる。こうすると、沿面放電及び／又は対地放電は、より高いエネルギーを生成することができ、該エネルギーが粒子状物質を相変化（例えば液化又は昇華など）させ、それゆえに金属、不純物などの粒子状物質を除去することができる。
いくつかの実施例では、電荷制御リング３０３の表面電荷によって形成される電場は、電荷制御リング３０３と接地側均圧環３０４との間で放電し、粒子状物質を相変化させる。
いくつかの実施例では、電荷制御リング３０３の表面電荷によって形成される電場は、電荷制御リング３０３と金属ケース１０２との間で放電し、粒子状物質を相変化させる。
図２に示すように、従来の技術では、ポスト碍子１０４は、高圧側均圧環２０１と、絶縁ポスト２０２と、接地側均圧環２０３とを有する。絶縁ポスト２０２の両端は、それぞれ高圧側均圧環２０１と接地側均圧環２０３に接続され、かつ絶縁ポスト２０２は、高圧側均圧環２０１と接地側均圧環２０３と絶縁される。従来の技術では、ポスト碍子１０４は、電荷制御リングを備えなく、直流送電装置に適用される場合、直流送電装置内のポスト碍子に近い位置に粒子トラップを設けて粒子状物質を収集する必要がある。一方、金属や不純物などの粒子状物質は、捕まえる前にポスト碍子１０４の絶縁性能に不可逆的な破壊をもたらした可能性がある。もう一方、粒子トラップが金属、不純物などの粒子状物質を大量に閉じ込めた場合にも、粒子状物質がぶつかりあい、微粒子が粒子トラップから逃げ出す恐れがある。また、超高圧直流送電装置において、高電圧電流伝導ロッド１０１は、直流超高圧電気エネルギーのキャリアとして、使用中に熱が発生し、この熱により高電圧電流伝導ロッド１０１、金属ケース１０２、及び外部環境の温度勾配が生じ、超高圧直流送電装置内に循環気流が形成され、この気流が金属、不純物などの粒子状物質を粒子トラップから吹き飛ばす可能性がある。したがって、従来の技術における粒子トラップの使用方法は、粒子状物質を収集するものだけであり、粒子状物質を完全かつ効果的に拘束し除去し、また支柱絶縁子に対する粒子状物質の潜在的なリスクを排除することができない。
本開示のいくつかの実施例によって提供されるポスト碍子１０４は、絶縁ポスト３０２の表面に電荷制御リング３０３が設けられ、一方、電荷制御リング３０３は、運行条件の直流電場で、その表面に大量の表面電荷を蓄積して電界を形成し得る。したがって、直流送電装置内に金属や不純物などの粒子状物質がある場合、これらの粒子状物質は、静電誘導により電荷制御リング３０３に近寄るように引き付けられる。一方、電荷制御リング３０３の表面電荷蓄積能力が絶縁性支柱３０２の表面電荷蓄積能力より強く、電荷制御リング３０３は、絶縁性支柱３０２よりも表面に多くの表面電荷を蓄積することができるので、絶縁性支柱３０３の表面と絶縁性支柱３０２の表面の両方に表面電荷が蓄積されるとき、電荷制御リング３０３表面の法線電界成分が大きく、粒子状物質を引き付けしやすくなる。また、電荷制御リング３０３の表面に蓄積された大量の表面電荷により、強い電界が生成され、この電界の電界強度が電荷制御リング３０３の表面の絶縁強度を超えると、沿面放電及び／又は対地放電が発生する可能性があるが、電荷制御リング３０３と高圧側均圧環３０１との間の絶縁が依然として維持される。沿面放電及び／又は対地放電によるエネルギーにより、金属や不純物等の粒状物が液化、昇華等の相変化を起こし、さらに金属や不純物等の粒状物が周囲の絶縁ガス（例えばＳＦ６）と反応して、最終的には、金属や不純物等の粒状物が複合体を形成し、高圧側均圧環３０１、接地側均圧環３０４、又は金属ケース１０２等の、絶縁性能に影響を与えない位置に堆積することになる。したがって、粒子状物質によるポスト碍子への潜在的なリスクを排除することができる。
このように、本発明のいくつかの実施例によって提供されるポスト碍子１０４は、電荷制御リング３０３を用いて金属や不純物等の粒子状物質を除去し、該ポスト碍子１０４が直流送電装置に適用される場合、粒子状物質を捕集するための粒子トラップを設ける必要がなくなり、従来の粒子トラップを設けることによって発生しうる不都合を回避することができる。
いくつかの実施例では、図３と図４（図３のポスト碍子１０４のＡ－Ａ‘方向に沿った断面図）に示すように、絶縁ポスト３０２の軸方向に沿った、電荷制御リング３０３と高圧側均圧環３０１との間の距離は、電荷制御リング３０３と接地側均圧環３０４との間の距離よりも大きい。ここで、電荷制御リング３０３と高圧側均圧環３０１との間の距離とは、絶縁ポスト３０２の軸方向に沿った、電荷制御リング３０３において最も高圧側均圧環３０１に近い位置と、高圧側均圧環３０１において最も電荷制御リング３０３に近い位置との間の距離を指す。電荷制御リング３０３と接地側均圧環３０４との間の距離とは、絶縁ポスト３０２の軸方向に沿った、電荷制御リング３０３において最も接地側均圧環３０４に近い位置と、接地側均圧環３０４において最も電荷制御リング３０３に近い位置との間の距離を指す。
電界の有限要素計算解析によると、電荷制御リング３０３と絶縁ポスト３０２の接地側均圧環３０４との距離が比較的近い（すなわち、電荷制御リング３０３と接地側均圧環３０４との距離が電荷制御リング３０３と高圧側均圧環３０１との距離よりも小さい）場合、電荷制御リング３０３が表面電荷を蓄積すると、その表面電荷が高圧側の電界分布に与える影響は、接地側の電界分布に与える影響よりも小さくなり、電荷制御リング３０３の表面に蓄積された表面電荷による電界が絶縁ポスト３０２表面の絶縁特性に影響を及ぼすことを回避できる。また、電荷制御リング３０３と絶縁ポスト３０２の接地側均圧環３０４との距離が比較的近い（すなわち、電荷制御リング３０３と接地側均圧環３０４との距離が電荷制御リング３０３と高圧側均圧環３０１との距離よりも小さい）場合、電荷制御リング３０３の表面電荷が電界を形成する際に、その電界が接地側均圧環３０４に近いため、電界放電時に、金属や異物等の粒状物を接地側均圧環３０４又は金属ケース１０２に直接堆積させ、高圧側均圧環３０１に影響を及ぼすことなく、電荷制御リング３０３と高圧側均圧環３０１との間の絶縁を依然として維持することができる。
いくつかの実施例では、電荷制御リング３０３の材料は、イオンドープにより改質された窒化ケイ素、イオンドープにより改質されたアルミナ、イオンドープにより改質されたジルコニア及び表面改質されたエポキシ樹脂のうちの少なくとも１つを含む。例示的に、本発明の実施例における電荷制御リング３０３の材料として、イオンドープにより改質された窒化ケイ素又はその複合材料、イオンドープにより改質されたアルミナ又はその複合材料、イオンドープにより改質されたジルコニア又はその複合材料、イオンドープにより改質されたアルミナセラミック、及び表面改質されたエポキシ樹脂等のうちの少なくとも１つを用いてもよい。
なお、イオンドープにより改質された窒化ケイ素又はその複合材料、イオンドープにより改質されたアルミナ又はその複合材料、イオンドープにより改質されたジルコニア又はその複合材料、イオンドープにより改質されたアルミナセラミック、及び表面改質されたエポキシ樹脂等は、いずれも表面電荷を蓄積しやすく、表面放電に耐える材料である。したがって、電荷制御リング３０３は、表面電荷を蓄積しやすいため、電界を形成し、粒子状物質を除去することができる。また、これらの材料は表面放電に耐えることができるので、粒子状物質を除去すると同時に、表面放電が電荷制御リング３０３の絶縁特性に影響を及ばない。
いくつかの実施例では、絶縁ポスト３０２の軸方向に沿った、電荷制御リング３０３の寸法は約２０ｍｍ～約３０ｍｍ、例えば、２０ｍｍ、２２ｍｍ又は２４ｍｍ、２６ｍｍ、２８ｍｍ又は３０ｍｍである。ここで、絶縁ポスト３０２の軸方向に沿った、電荷制御リング３０３の寸法とは、絶縁ポスト３０２の軸方向に沿って電荷制御リング３０３において互いに最も離れた２つの位置の間の距離を指す。例示的に、図３と図４に示すように、電荷制御リング３０３は環状であり、その外表面は連続的な円弧面であり、電荷制御リング３０３の縦断面（絶縁ポスト３０２の軸方向に平行な断面）は円弧状（図４のＢが示す位置）であると、電荷制御リング３０３は絶縁ポスト３０２の軸方向に沿った寸法とは、円弧状の２つの端点（図４のＣ及びＤが示す位置）が絶縁ポスト３０２の軸方向に沿う距離を指す。
いくつかの実施例では、絶縁ポスト３０２の径方向に沿った、電荷制御リング３０３の寸法は約５ｍｍ～約１０ｍｍ、例えば、５ｍｍ、７ｍｍ又は９ｍｍである。ここで、絶縁ポスト３０２の径方向に沿った、電荷制御リング３０３の寸法とは、絶縁ポスト３０２の径方向に沿って、電荷制御リング３０３の外表面において、絶縁ポスト３０２の表面から距離が最も遠い位置と絶縁ポスト３０２の表面との間の距離を指す。例示的に、図３と図４に示すように、電荷制御リング３０３は環状であり、その外表面は連続的な円弧面であり、電荷制御リング３０３の縦断面（絶縁ポスト３０２の軸方向に平行な断面）は円弧状（図４のＢが示す位置）であると、電荷制御リング３０３は絶縁ポスト３０２の径方向に沿った寸法とは、絶縁ポスト３０２の径方向に沿った、円弧状において絶縁ポスト３０２の表面から最も遠い位置と絶縁ポスト３０２の表面との間の距離を指す。
電荷制御リング３０３の絶縁ポスト３０２の軸方向又は径方向に沿う寸法が大きすぎると、絶縁ポスト３０２の表面の絶縁特性に影響を与える可能性があるので、電荷制御リング３０３の寸法は上述範囲に控えることが好ましい。
いくつかの実施例では、電荷制御リング３０３の表面粗さは、第１の閾値より小さい。物体の表面粗さが大きいほど表面電荷が蓄積されにくくなるため、電荷制御リング３０３の表面粗さは第１の閾値よりも小さくされる必要がある。ここで、第１の閾値の値は、管理者が電荷制御リング３０３の材料及び自身の経験に応じて取る値であり得る。表面粗さとは、表面加工によって電荷制御リング３０３の外表面に形成された、間隔が小さい山と谷の微視的な幾何学的特徴を指す。
いくつかの実施形態では、電荷制御リング３０３の表面粗さは、絶縁ポスト３０２よりも小さい。それゆえに電荷制御リング３０３の表面に蓄積される表面電荷の数は、絶縁ポスト３０２の表面に蓄積される表面電荷より多くてもよい。電荷制御リング３０３上の表面電荷は、電荷制御リング３０３の表面に電界を形成し、この電界が粒子状物質に放電して粒子状物質を除去することで、絶縁ポスト３０２に影響を与えることを回避することができる。
上述は、本開示の具体的な実施形態であり、本開示の保護範囲はこれに限定されず、当業者が、本発明に開示された技術的範囲内で容易に想到できる変形又は置換は、本開示の保護範囲に含まれるべきである。したがって、本開示の保護範囲は、特許請求の範囲の記載に準拠するものとする。
関連出願との相互参照
本出願は、２０２０年０４月０２日に出願された、出願番号が２０２０１０２５６０７１．３である中国特許出願を基礎とする優先権を主張し、その内容の全てが参照によって本出願に組み込まれる。
本開示は、電力装置分野に関し、特にポスト碍子及び直流送電装置に関する。
通常、電気エネルギーの長距離、大容量伝送は、直流送電技術、特に超高圧直流送電技術によって実現されることが多い。従来、電気エネルギーの長距離伝送を実現するために、ガス絶縁金属閉鎖送電線（ＧＩＬ）などのような直流送電装置がよく使用される。
一態様において、本開示の実施例は、ポスト碍子を提供する。該ポスト碍子は、絶縁ポスト、高圧側均圧環、接地側均圧環及び電荷制御リングを有する。絶縁ポストは、対向する第１の端部と第２の端部を有する。高圧側均圧環は、前記絶縁ポストの第１の端部に接続され、かつ前記絶縁ポストと絶縁される。接地側均圧環は、前記絶縁ポストの第２の端部に接続され、かつ前記絶縁ポストと絶縁される。前記電荷制御リングは、前記絶縁ポストの外表面に設けられ、前記電荷制御リングは前記絶縁ポストと絶縁され、前記電荷制御リングは、表面電荷を蓄積するように構成される。
いくつかの実施形態では、前記電荷制御リングは、前記絶縁ポストより表面電荷蓄積能力が強くなるように構成される。
いくつかの実施形態では、前記絶縁ポストの軸方向に沿った、電荷制御リングと高圧側均圧環との間の距離は、電荷制御リングと接地側均圧環との間の距離よりも大きい。
いくつかの実施形態では、電荷制御リングの材料は、イオンドープにより改質された窒化ケイ素、イオンドープにより改質されたアルミナ、イオンドープにより改質されたジルコニア及び表面改質されたエポキシ樹脂のうちの少なくとも１つを含む。
いくつかの実施形態では、前記絶縁ポストの軸方向に沿った、電荷制御リングの寸法は約２０ｍｍ～約３０ｍｍである。
いくつかの実施形態では、前記絶縁ポストの軸方向に沿った、電荷制御リングの寸法は約５ｍｍ～約１０ｍｍである。
いくつかの実施形態では、電荷制御リングは、絶縁ポストと同軸の環状突起である。
いくつかの実施形態では、電荷制御リングの表面粗さは、絶縁ポストの表面粗さよりも小さい。
いくつかの実施形態では、高圧側均圧環の材料は、アルミニウム、銅、アルミニウム合金及び銅合金のうちの少なくとも１つを含み、及び／又は、接地側均圧環の材料は、アルミニウム、銅、アルミニウム合金及び銅合金のうちの少なくとも１つを含む。
いくつかの実施形態では、絶縁ポストの材料は、エポキシ樹脂及びセラミックのうちの少なくとも１つを含む。
別の態様において、本開示の実施例は、直流送電装置を提供する。該直流送電装置は、内部に密閉空間を有する金属ケースと、金属ケースの密閉空間内に設けられる高電圧電流伝導ロッド(ｈｉｇｈ－ｖｏｌｔａｇｅ ｃｕｒｒｅｎｔ－ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ ｒｏｄ)と、少なくとも１つの上述したポスト碍子であって、その高圧側均圧環が高電圧電流伝導ロッドに接続され、接地側均圧環が前記金属ケースに接続されるポスト碍子と、前記密閉空間内に充填された絶縁ガスと、を備える。
いくつかの実施形態では、前記絶縁ガスは、六フッ化硫黄ガス、又は六フッ化硫黄ガスと窒素ガスとの混合ガスを含む。
以下、本開示における技術案をより明確に説明するために、本開示のいくつかの実施形態において必要とされる図面を概略に紹介する。勿論、以下に説明される図面は、あくまで本開示の実施例の一部であり、当業者にとって、これらの図面に基づいて他の図面をさらに取得することができる。また、これらの図面は、概略図とみなされてもよく、本開示の実施形態に係る製品の実際の寸法、方法の実際のプロセス、信号の実際のタイミングなどを限定するものではない。
本開示のいくつか実施例に係わる超高圧直流送電装置の構成図である。 従来の技術の超高圧直流送電用のポスト碍子の構造図である。 本開示のいくつかの実施例に係わるポスト碍子の立体図である。 本開示のいくつかの実施例に係わる図３のポスト碍子のＡ－Ａ’方向に沿う断面図である。
以下、本開示の実施例における図面を参照しながら、本開示の実施例における技術案を、明確かつ完全に説明するが、勿論、ここに説明される実施例は、あくまで本開示の実施例の一部であり、本開示の全ての実施例ではない。本開示の実施例に基づいて、当業者が格別の創意がなく容易に想到できる他の全ての実施例は、本開示の権利範囲に属するものとする。
本明細書において、別途説明されていない限り、用語「有する／含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ／ｉｎｃｌｕｄｅ）」又はその任意の他の変形形態は、例えば、三人称単数「有する／含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ／ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」及び現在分詞「有する／含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ／ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、開放的、包含的な意味と解釈される、即ち、「～を含むが、これに限定されない」を意味している。また、用語「一実施形態（ｏｎｅ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」、「いくつかの実施形態（ｓｏｍｅ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔｓ）」、「例示的な実施形態（ｅｘｅｍｐｌａｒｙ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔｓ）」、「一例（ｅｘａｍｐｌｅ）」、「特定の一例（ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｅｘａｍｐｌｅ）」又は「いくつかの例（ｓｏｍｅ ｅｘａｍｐｌｅｓ）」などは、その実施形態又は実施例に関連する特定の特徴、構造、材料又は特性が本開示の少なくとも１つの実施形態又は一例に含まれることを意味している。上述の意図的な表示は、必ずしも同じ実施形態又は同じ例を示すものではない。また、上述の特定の特徴、構造、材料又は特点は、任意の適切な方法で、任意の１つ又は複数の実施形態又は例に含まれてもよい。
以下、用語「第１の」、「第２の」などのような関連用語は、説明するために使用されるものであり、相対的な重要性を明示か又は暗示するものとして、又は示される技術的特徴の数を示すものとして理解されるべきではない。したがって、「第１の」、「第２の」と限定された特徴は、１つ又は複数のその特徴を含むことを明示又は暗示し得る。本開示の実施例の説明において、別途説明されていない限り、「複数」は、２つ以上を意味する。
いくつかの実施例を説明する際に、「接続」とその派生表現は使用されることがある。例えば、いくつかの実施例を説明するとき、「接続」という用語は、２つ以上の構成要素が互いに直接物理的又は電気的に接触することを示すために使用される。勿論、これら２つ以上の構成要素は、他の要素を介して接続されてもよい。ここに開示される実施例は、必ずしも本明細書の内容に限定されるものではない。
本明細書において、「Ａ、Ｂ及びＣのうちの少なくとも１つ」は、「Ａ、Ｂ又はＣのうちの少なくとも１つ」と同じ意味を有し、それぞれ以下のＡ、Ｂ及びＣの組み合わせ：Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、ＡとＢの組み合わせ、ＡとＣの組み合わせ、ＢとＣの組み合わせ、並びにＡ、ＢとＣの組み合わせを含む。
「Ａ及び／又はＢ」は、Ａのみ、Ｂのみ、並びにＡとＢの組み合わせの３つの組み合わせを含む。
本明細書で使用されるように、「約」又は「近似」は、記載された値及び特定の値の許容可能な偏差範囲内の平均値を含み、前記許容可能な偏差範囲は、当業者によって検討される測定及び特定量の測定に関連する誤差（すなわち、測定システムの制限性）を考慮して決定される。
直流送電装置は、一般的に、金属ケースと、金属ケース内に密封される絶縁ガスと、絶縁支持体としてのポスト碍子と、を備える。絶縁支持体は、直流送電装置のコア構成要素の１つであり、その性能が直流送電装置の動作及び電気エネルギー伝送の確実性を決定する。
超高圧直流送電装置は、生産、輸送、据付、動作などの過程において、その内部には金属、不純物などの粒子状物質が存在する可能性がある。これらの粒子状物質の自由運動は、絶縁ガスの絶縁強度を急激に低下させ、ひいてはポスト碍子表面の電場歪を引き起こし、ポスト碍子表面の電荷の運動を加速させて、ポスト碍子表面の絶縁機能を破壊し、ポスト碍子全体の絶縁不良を招く恐れがある。
本開示のいくつかの実施例は、例えば超高圧直流送電装置などのような直流送電装置を提供する。例示的に、該超高圧直流送電装置は、壁通し碍管又はガス絶縁金属閉鎖送電線である。
図１に示すように、該直流送電装置は、高電圧電流伝導ロッド１０１と、金属ケース１０２と、絶縁ガス１０３と、少なくとも１つのポスト碍子１０４と、を備える。金属ケース１０２の内部は閉鎖空間であり、かつ金属ケース１０２は接地される。高電圧電流伝導ロッド１０１は、金属ケース１０２の閉鎖空間内に設けられ、かつ電流を伝送するように構成される。ポスト碍子１０４の一端は高電圧電流伝導ロッド１０１に接続され、他の一端は金属ケース１０２の内側表面に接続される。ポスト碍子１０４は、絶縁支持体として、高電圧電流伝導ロッド１０１を支え、かつ高電圧電流伝導ロッド１０１を金属ケース１０２と絶縁させるように構成される。絶縁ガス１０３は、金属ケース１０２の閉鎖空間内に充填される。該絶縁ガス１０３は、例えば、六フッ化硫黄（ＳＦ６）ガス、又は六フッ化硫黄ガスと窒素ガスとの混合ガスである。
図３と図４に示すように、いくつかの実施例では、該ポスト碍子１０４は、高圧側均圧環３０１と、絶縁ポスト３０２と、電荷制御リング３０３と、接地側均圧環３０４とを有する。
図４に示すように、高圧側均圧環３０１、電荷制御リング３０３及び接地側均圧環３０４は、いずれも絶縁ポスト３０２を囲むように構成されてもよい。
図３と図４に示すように、絶縁ポスト３０２は、対向する第１の端部と第２の端部を有する。高圧側均圧環３０１は、絶縁ポスト３０２の第１の端部に接続され、かつ絶縁ポスト３０２は、高圧側均圧環３０１と絶縁される。接地側均圧環３０４は、絶縁ポスト３０２の第２の端部に接続され、かつ絶縁ポスト３０２は、接地側均圧環３０４と絶縁される。
例示的に、高圧側均圧環３０１は、第１の均圧環及び第１の均圧環に固定し接続される第１の固定具を有し、該第１の固定具は、第１の均圧環の中心に絶縁ポスト３０２の第１の端部と嵌合する第１の凹溝を有し、高圧側均圧環３０１は、この第１の凹溝によって絶縁ポスト３０２の第１の端部に外嵌され、接地側均圧環３０４は、第２の均圧環及び第２の均圧環に固定し接続される第２の固定具を有し、該第２の固定具は、第２の均圧環の中心に絶縁ポスト３０２の第２の端部に嵌合する第２の凹溝を有し、接地側均圧環３０４は、この第２の凹溝によって絶縁ポスト３０２の第２の端部に外嵌される。また、例示的に、高圧側均圧環３０１と接地側均圧環３０４は、それぞれリブとボルトによって絶縁ポスト３０２の第１の端部と第２の端部に固定される。ここで、高圧側均圧環３０１と接地側均圧環３０４は絶縁ポスト３０２に外嵌され、受力の不均一や電場の不均一を回避することができる。
高圧側均圧環３０１は、超高圧直流送電装置の高電圧電流伝導ロッド１０１と電気的に接続される。高圧側均圧環３０１は、高圧側均圧環３０１の所在する絶縁ポスト３０２の高圧側の電場を均一に分布するように構成される。接地側均圧環３０４は、超高圧直流送電装置の金属ケース１０２と電気的に接続される。接地側均圧環３０４は、接地側均圧環３０４の所在する絶縁ポスト３０２の接地側の電場を均一に分布するように構成される。高圧側均圧環３０１と接地側均圧環３０４は、電界分布の不均一による、絶縁ポスト３０２の一部放電を防止し、絶縁ポスト３０２を保護することができる。
いくつかの実施例では、高圧側均圧環３０１と接地側均圧環３０４は、両方とも金属材料を含む。例示的に、高圧側均圧環３０１の材料は、銅、アルミニウム、銅合金及びアルミニウム合金のうちの少なくとも１つを含む。接地側均圧環３０４の材料は、銅、アルミニウム、銅合金及びアルミニウム合金のうちの少なくとも１つを含む。
図３における高圧側均圧環３０１と接地側均圧環３０４の形状及び幾何学的寸法は、例示的なものであり、本開示の実施例を限定するものではない。高圧側均圧環３０１と接地側均圧環３０４が絶縁ポスト３０２と相互に嵌合し、高圧側と接地側の電界を均一に分布することができる限り、これに限定されない。
いくつかの実施形態では、絶縁ポスト３０２の材料は、エポキシ樹脂及びセラミックのうちの少なくとも１つを含む。例示的に、絶縁ポスト３０２の材料は、セラミック又はセラミック改質材料であり、又は絶縁ポスト３０２の材料はエポキシ樹脂をベースとする絶縁材料である。また、図３の絶縁ポスト３０２の形状と幾何学的寸法は、例示的なものであり、絶縁ポスト３０２を限定するものではない。
図３と図４に示すように、電荷制御リング３０３は、絶縁ポスト３０２の外表面に設けられ、かつ電荷制御リング３０３は絶縁ポスト３０２と絶縁される。例示的に、電荷制御リング３０３は、絶縁ポスト３０２と同軸の環状部品、例えば環状凸部であり、絶縁ポスト３０２の外表面に外嵌される。電荷制御リング３０３は、表面電荷を蓄積するように構成される。
なお、絶縁ポスト３０２は、中実体であってもよく、中空体であってもよく、本開示はこれに限定されない。ここで、電荷制御リング３０３は、絶縁ポスト３０２の外表面に外嵌される。
電荷制御リング３０３の機能は、運行条件の直流電界では、その表面には粒子状物質（例えば、金属又は不純物）を引き付ける表面電荷が蓄積され、かつ表面電荷が電荷制御リング３０３の表面に電界を形成し、粒子状物質が電荷制御リング３０３に近づくとき、電界が放電して、より高いエネルギーを生成し、粒子状物質を相変化（例えば、液化又は昇華など）又は化学変化させ、それによって、粒子状物質を除去する。
いくつかの実施例では、電荷制御リング３０３の表面電荷蓄積能力は、絶縁ポスト３０２の表面電荷蓄積能力よりも強い。ここで、電荷制御リング３０３の表面電荷蓄積能力が絶縁ポスト３０２の表面電荷蓄積能力よりも強いことは、同じ条件下で、電荷制御リング３０３は、絶縁性支柱３０２よりも表面に電荷を蓄積し易いことを意味する。例えば、電荷制御リング３０３は、表面電荷を蓄積し易い材料で作られる。
電荷制御リング３０３の表面に蓄積される表面電荷は、高電圧側の電荷と異極性又は同極性の表面電荷を含む。電荷制御リング３０３の表面電荷蓄積能力が絶縁ポスト３０２の表面電荷蓄積能力よりも強いため、運行条件の直流電界では、電荷制御リング３０３が蓄積する表面電荷の数は、絶縁ポスト３０２が蓄積する表面電荷より多くなる。電荷制御リング３０３が蓄積する表面電荷は、電界を形成し、この電界は、超高圧直流送電装置内の粒子状物質を引き付けることができ、かつ電荷制御リング３０３の表面に蓄積する表面電荷の量が多ければ多いほど、形成される電界の電界強度が大きくなる。電荷制御リング３０３の表面電界の電界強度が電荷制御リング３０３の表面の絶縁強度を超えると、電荷制御リング３０３は、沿面放電及び／又は対地放電を起こされる。こうすると、沿面放電及び／又は対地放電は、より高いエネルギーを生成することができ、該エネルギーが粒子状物質を相変化（例えば液化又は昇華など）させ、それゆえに金属、不純物などの粒子状物質を除去することができる。
いくつかの実施例では、電荷制御リング３０３の表面電荷によって形成される電場は、電荷制御リング３０３と接地側均圧環３０４との間で放電し、粒子状物質を相変化させる。
いくつかの実施例では、電荷制御リング３０３の表面電荷によって形成される電場は、電荷制御リング３０３と金属ケース１０２との間で放電し、粒子状物質を相変化させる。
図２に示すように、従来の技術では、ポスト碍子４０１は、高圧側均圧環２０１と、絶縁ポスト２０２と、接地側均圧環２０３とを有する。絶縁ポスト２０２の両端は、それぞれ高圧側均圧環２０１と接地側均圧環２０３に接続され、かつ絶縁ポスト２０２は、高圧側均圧環２０１と接地側均圧環２０３と絶縁される。従来の技術では、ポスト碍子４０１は、電荷制御リングを備えなく、直流送電装置に適用される場合、直流送電装置内のポスト碍子に近い位置に粒子トラップを設けて粒子状物質を収集する必要がある。一方、金属や不純物などの粒子状物質は、捕まえる前にポスト碍子４０１の絶縁性能に不可逆的な破壊をもたらした可能性がある。もう一方、粒子トラップが金属、不純物などの粒子状物質を大量に閉じ込めた場合にも、粒子状物質がぶつかりあい、微粒子が粒子トラップから逃げ出す恐れがある。また、超高圧直流送電装置において、高電圧電流伝導ロッド１０１は、直流超高圧電気エネルギーのキャリアとして、使用中に熱が発生し、この熱により高電圧電流伝導ロッド１０１、金属ケース１０２、及び外部環境の温度勾配が生じ、超高圧直流送電装置内に循環気流が形成され、この気流が金属、不純物などの粒子状物質を粒子トラップから吹き飛ばす可能性がある。したがって、従来の技術における粒子トラップの使用方法は、粒子状物質を収集するものだけであり、粒子状物質を完全かつ効果的に拘束し除去し、また支柱絶縁子に対する粒子状物質の潜在的なリスクを排除することができない。
本開示のいくつかの実施例によって提供されるポスト碍子１０４は、絶縁ポスト３０２の表面に電荷制御リング３０３が設けられ、一方、電荷制御リング３０３は、運行条件の直流電場で、その表面に大量の表面電荷を蓄積して電界を形成し得る。したがって、直流送電装置内に金属や不純物などの粒子状物質がある場合、これらの粒子状物質は、静電誘導により電荷制御リング３０３に近寄るように引き付けられる。一方、電荷制御リング３０３の表面電荷蓄積能力が絶縁性支柱３０２の表面電荷蓄積能力より強く、電荷制御リング３０３は、絶縁性支柱３０２よりも表面に多くの表面電荷を蓄積することができるので、絶縁性支柱３０３の表面と絶縁性支柱３０２の表面の両方に表面電荷が蓄積されるとき、電荷制御リング３０３表面の法線電界成分が大きく、粒子状物質を引き付けしやすくなる。また、電荷制御リング３０３の表面に蓄積された大量の表面電荷により、強い電界が生成され、この電界の電界強度が電荷制御リング３０３の表面の絶縁強度を超えると、沿面放電及び／又は対地放電が発生する可能性があるが、電荷制御リング３０３と高圧側均圧環３０１との間の絶縁が依然として維持される。沿面放電及び／又は対地放電によるエネルギーにより、金属や不純物等の粒状物が液化、昇華等の相変化を起こし、さらに金属や不純物等の粒状物が周囲の絶縁ガス（例えばＳＦ６）と反応して、最終的には、金属や不純物等の粒状物が複合体を形成し、高圧側均圧環３０１、接地側均圧環３０４、又は金属ケース１０２等の、絶縁性能に影響を与えない位置に堆積することになる。したがって、粒子状物質によるポスト碍子への潜在的なリスクを排除することができる。
このように、本発明のいくつかの実施例によって提供されるポスト碍子１０４は、電荷制御リング３０３を用いて金属や不純物等の粒子状物質を除去し、該ポスト碍子１０４が直流送電装置に適用される場合、粒子状物質を捕集するための粒子トラップを設ける必要がなくなり、従来の粒子トラップを設けることによって発生しうる不都合を回避することができる。
いくつかの実施例では、図３と図４（図３のポスト碍子１０４のＡ－Ａ’方向に沿った断面図）に示すように、絶縁ポスト３０２の軸方向に沿った、電荷制御リング３０３と高圧側均圧環３０１との間の距離は、電荷制御リング３０３と接地側均圧環３０４との間の距離よりも大きい。ここで、電荷制御リング３０３と高圧側均圧環３０１との間の距離とは、絶縁ポスト３０２の軸方向に沿った、電荷制御リング３０３において最も高圧側均圧環３０１に近い位置と、高圧側均圧環３０１において最も電荷制御リング３０３に近い位置との間の距離を指す。電荷制御リング３０３と接地側均圧環３０４との間の距離とは、絶縁ポスト３０２の軸方向に沿った、電荷制御リング３０３において最も接地側均圧環３０４に近い位置と、接地側均圧環３０４において最も電荷制御リング３０３に近い位置との間の距離を指す。
電界の有限要素計算解析によると、電荷制御リング３０３と絶縁ポスト３０２の接地側均圧環３０４との距離が比較的近い（すなわち、電荷制御リング３０３と接地側均圧環３０４との距離が電荷制御リング３０３と高圧側均圧環３０１との距離よりも小さい）場合、電荷制御リング３０３が表面電荷を蓄積すると、その表面電荷が高圧側の電界分布に与える影響は、接地側の電界分布に与える影響よりも小さくなり、電荷制御リング３０３の表面に蓄積された表面電荷による電界が絶縁ポスト３０２表面の絶縁特性に影響を及ぼすことを回避できる。また、電荷制御リング３０３と絶縁ポスト３０２の接地側均圧環３０４との距離が比較的近い（すなわち、電荷制御リング３０３と接地側均圧環３０４との距離が電荷制御リング３０３と高圧側均圧環３０１との距離よりも小さい）場合、電荷制御リング３０３の表面電荷が電界を形成する際に、その電界が接地側均圧環３０４に近いため、電界放電時に、金属や異物等の粒状物を接地側均圧環３０４又は金属ケース１０２に直接堆積させ、高圧側均圧環３０１に影響を及ぼすことなく、電荷制御リング３０３と高圧側均圧環３０１との間の絶縁を依然として維持することができる。
いくつかの実施例では、電荷制御リング３０３の材料は、イオンドープにより改質された窒化ケイ素、イオンドープにより改質されたアルミナ、イオンドープにより改質されたジルコニア及び表面改質されたエポキシ樹脂のうちの少なくとも１つを含む。例示的に、本発明の実施例における電荷制御リング３０３の材料として、イオンドープにより改質された窒化ケイ素又はその複合材料、イオンドープにより改質されたアルミナ又はその複合材料、イオンドープにより改質されたジルコニア又はその複合材料、イオンドープにより改質されたアルミナセラミック、及び表面改質されたエポキシ樹脂等のうちの少なくとも１つを用いてもよい。
なお、イオンドープにより改質された窒化ケイ素又はその複合材料、イオンドープにより改質されたアルミナ又はその複合材料、イオンドープにより改質されたジルコニア又はその複合材料、イオンドープにより改質されたアルミナセラミック、及び表面改質されたエポキシ樹脂等は、いずれも表面電荷を蓄積しやすく、表面放電に耐える材料である。したがって、電荷制御リング３０３は、表面電荷を蓄積しやすいため、電界を形成し、粒子状物質を除去することができる。また、これらの材料は表面放電に耐えることができるので、粒子状物質を除去すると同時に、表面放電が電荷制御リング３０３の絶縁特性に影響を及ばない。
いくつかの実施例では、絶縁ポスト３０２の軸方向に沿った、電荷制御リング３０３の寸法は約２０ｍｍ～約３０ｍｍ、例えば、２０ｍｍ、２２ｍｍ又は２４ｍｍ、２６ｍｍ、２８ｍｍ又は３０ｍｍである。ここで、絶縁ポスト３０２の軸方向に沿った、電荷制御リング３０３の寸法とは、絶縁ポスト３０２の軸方向に沿って電荷制御リング３０３において互いに最も離れた２つの位置の間の距離を指す。例示的に、図３と図４に示すように、電荷制御リング３０３は環状であり、その外表面は連続的な円弧面であり、電荷制御リング３０３の縦断面（絶縁ポスト３０２の軸方向に平行な断面）は円弧状（図４のＢが示す位置）であると、電荷制御リング３０３は絶縁ポスト３０２の軸方向に沿った寸法とは、円弧状の２つの端点（図４のＣ及びＤが示す位置）が絶縁ポスト３０２の軸方向に沿う距離を指す。
いくつかの実施例では、絶縁ポスト３０２の径方向に沿った、電荷制御リング３０３の寸法は約５ｍｍ～約１０ｍｍ、例えば、５ｍｍ、７ｍｍ又は９ｍｍである。ここで、絶縁ポスト３０２の径方向に沿った、電荷制御リング３０３の寸法とは、絶縁ポスト３０２の径方向に沿って、電荷制御リング３０３の外表面において、絶縁ポスト３０２の表面から距離が最も遠い位置と絶縁ポスト３０２の表面との間の距離を指す。例示的に、図３と図４に示すように、電荷制御リング３０３は環状であり、その外表面は連続的な円弧面であり、電荷制御リング３０３の縦断面（絶縁ポスト３０２の軸方向に平行な断面）は円弧状（図４のＢが示す位置）であると、電荷制御リング３０３は絶縁ポスト３０２の径方向に沿った寸法とは、絶縁ポスト３０２の径方向に沿った、円弧状において絶縁ポスト３０２の表面から最も遠い位置と絶縁ポスト３０２の表面との間の距離を指す。
電荷制御リング３０３の絶縁ポスト３０２の軸方向又は径方向に沿う寸法が大きすぎると、絶縁ポスト３０２の表面の絶縁特性に影響を与える可能性があるので、電荷制御リング３０３の寸法は上述範囲に控えることが好ましい。
いくつかの実施例では、電荷制御リング３０３の表面粗さは、第１の閾値より小さい。物体の表面粗さが大きいほど表面電荷が蓄積されにくくなるため、電荷制御リング３０３の表面粗さは第１の閾値よりも小さくされる必要がある。ここで、第１の閾値の値は、管理者が電荷制御リング３０３の材料及び自身の経験に応じて取る値であり得る。表面粗さとは、表面加工によって電荷制御リング３０３の外表面に形成された、間隔が小さい山と谷の微視的な幾何学的特徴を指す。
いくつかの実施形態では、電荷制御リング３０３の表面粗さは、絶縁ポスト３０２よりも小さい。それゆえに電荷制御リング３０３の表面に蓄積される表面電荷の数は、絶縁ポスト３０２の表面に蓄積される表面電荷より多くてもよい。電荷制御リング３０３上の表面電荷は、電荷制御リング３０３の表面に電界を形成し、この電界が粒子状物質に放電して粒子状物質を除去することで、絶縁ポスト３０２に影響を与えることを回避することができる。
上述は、本開示の具体的な実施形態であり、本開示の保護範囲はこれに限定されず、当業者が、本発明に開示された技術的範囲内で容易に想到できる変形又は置換は、本開示の保護範囲に含まれるべきである。したがって、本開示の保護範囲は、特許請求の範囲の記載に準拠するものとする。

Claims (12)

  1. 対向する第１の端部と第２の端部を有する絶縁ポストと、
    前記絶縁ポストの第１の端部に接続され、かつ前記絶縁ポストと絶縁される高圧側均圧環と、
    前記絶縁ポストの第２の端部に接続され、かつ前記絶縁ポストと絶縁される接地側均圧環と、
    前記絶縁ポストの外表面に設けられ、前記絶縁ポストと絶縁され、表面電荷を蓄積するように構成される電荷制御リングと、を有するポスト碍子。
  2. 前記電荷制御リングは、その表面電荷蓄積能力が前記絶縁ポストの表面電荷蓄積能力より強くなるように構成される、請求項１に記載のポスト碍子。
  3. 前記絶縁ポストの軸方向に沿った、前記電荷制御リングと前記高圧側均圧環との間の距離は、前記電荷制御リングと前記接地側均圧環との間の距離よりも大きい、請求項１～２のいずれか１項に記載のポスト碍子。
  4. 前記電荷制御リングの材料は、イオンドープにより改質された窒化ケイ素、イオンドープにより改質されたアルミナ、イオンドープにより改質されたジルコニア及び表面改質されたエポキシ樹脂のうちの少なくとも１つを含む、請求項１～３のいずれか１項に記載のポスト碍子。
  5. 前記絶縁ポストの軸方向に沿った、前記電荷制御リングの寸法は約２０ｍｍ～３０ｍｍである、請求項１～４のいずれか１項に記載のポスト碍子。
  6. 前記絶縁ポストの径方向に沿った、前記電荷制御リングの寸法は約５ｍｍ～１０ｍｍである、請求項１～５のいずれか１項に記載のポスト碍子。
  7. 前記電荷制御リングは、前記絶縁ポストと同軸の環状突起である、請求項１～６のいずれか１項に記載のポスト碍子。
  8. 前記電荷制御リングの表面粗さは、前記絶縁ポストの表面粗さよりも小さい、請求項１～７のいずれか１項に記載のポスト碍子。
  9. 前記高圧側均圧環の材料は、銅、アルミニウム、銅合金及びアルミニウム合金のうちの少なくとも１つを含み、及び／又は、
    前記接地側均圧環の材料は、銅、アルミニウム、銅合金及びアルミニウム合金のうちの少なくとも１つを含む、請求項１～８のいずれか１項に記載のポスト碍子。
  10. 前記絶縁ポストの材料は、エポキシ樹脂及びセラミックのうちの少なくとも１つを含む、請求項１～９のいずれか１項に記載のポスト碍子。
  11. 内部に閉鎖空間を有する金属ケースと、
    金属ケースの閉鎖空間内に設けられる高電圧電流伝導ロッドと、
    少なくとも１つの、請求項１～１０のいずれ１項に記載のポスト碍子であって、高圧側均圧環が前記高電圧電流伝導ロッドに接続され、接地側均圧環が前記金属ケースに接続されるポスト碍子と、
    閉鎖空間内に充填された絶縁ガスと、を備える直流送電装置。
  12. 前記絶縁ガスは、六フッ化硫黄ガス、又は六フッ化硫黄ガスと窒素ガスとの混合ガスを含む、請求項１１に記載の直流送電装置。
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