JP2023124280A - ガス充填容器及びこれを備えたガス絶縁開閉装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ガスが充填される密閉室を有するガス充填容器の内部において、ケーブルが接続された電気機器を配置する場合に、大幅な設計変更を必要としないガス充填容器及びこれを備えたガス絶縁開閉装置を提供する。
【解決手段】ガス充填容器１０は、ガスが充填される密閉室２と、密閉室２内に通じるように接続されたガス配管４と、ガス配管４に接続されたバルブ５と、密閉室２内に配置された電気機器３と、ガス配管４においてバルブ５と密閉室２との間に接続された分岐配管６と、分岐配管６に取り付けられた端子台７と、を備える。電気機器３に接続されたケーブル３１が、ガス配管４内及び分岐配管６内を通って端子台７に接続されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、ガス充填容器及びこれを備えたガス絶縁開閉装置に関する。

特許文献１には、従来のガス充填容器（特許文献１では密閉容器）が開示されている。特許文献１に記載の密閉容器内には、絶縁ガスが封入されている。密閉容器内には、高電圧導体が収容されており、さらに、高電圧導体の部分放電を検出するための部分放電検出センサが配置されている。

密閉容器には、密閉容器を直径方向に貫通するように、ハンドホールが設けられている。ハンドホールの開口面は、蓋によって閉じられている。部分放電検出センサのケーブルは、ハンドホール内を通り、蓋を貫通した穴を通して、容器の外部に取り出される。これによって、部分放電検出センサは、密閉容器を気密状態に保ったまま、電気信号を信号送受信用ユニットに入力させることができる。

特開２０１６－１４２６４１号公報

特許文献１に記載されたように、この種の密閉容器には、電気機器（特許文献１では、部分放電検出センサ）のケーブルを密閉容器から取り出すために、ハンドホールが設けられる。しかしながら、例えば、既設の密閉容器やハンドホールが標準搭載されていない密閉容器、又はケーブルを容器外部に取り出す構造を持たないハンドホールを持つ密閉容器等の内部に対して、ケーブルを有する電気機器を配置する場合には、密閉容器に対してハンドホールを追加する設計や、ハンドホールへのケーブル取出し構造を追加する設計を行う必要がある。この場合、大幅な変更や改造（以下、設計変更という）を伴うために、工数が嵩むという問題がある。

本発明の目的は、ガスが充填される密閉室を有するガス充填容器の内部において、ケーブルが接続された電気機器を配置する場合でも、大幅な設計変更を必要としない、ガス充填容器及びこれを備えたガス絶縁開閉装置を提供することである。

本発明に係る一態様のガス充填容器は、ガスが充填される密閉室と、前記密閉室内に通じるように接続されたガス配管と、前記ガス配管に接続されたバルブと、前記密閉室内に配置された電気機器と、前記ガス配管において前記バルブと前記密閉室との間に接続された分岐配管と、前記分岐配管に取り付けられた端子台と、を備える。前記電気機器に接続されたケーブルが、前記ガス配管内及び分岐配管内を通って前記端子台に接続されている。

本発明に係る一態様のガス絶縁開閉装置は、上記態様のガス充填容器を備えるガス絶縁開閉装置である。

本発明に係る上記態様のガス充填容器及びこれを備えたガス絶縁開閉装置は、ガスが充填される密閉室を有するガス充填容器の内部において、ケーブルが接続された電気機器を配置する場合に、大幅な設計変更を必要としない、という利点がある。

実施形態に係るガス絶縁開閉装置の概略模式図である。 図１のＡ部分の拡大模式図である。

＜実施形態＞
以下、本実施形態に係るガス充填容器１０及びガス絶縁開閉装置１について、図面を参照して詳細に説明する。ただし、図面は、実施形態を模式的に示したものであるため、例えば、位置関係、各部品のサイズ等が正確ではない。

本実施形態に係るガス充填容器１０は、ガスが充填された密閉室２を有する容器である。本明細書でいう「容器」は、１つの密閉室２を有する部材又は部位を指す。本実施形態に係るガス充填容器１０は、電力設備１００に含まれている。

電力設備１００は、電力を利用するために用いられる設備である。電力設備１００としては、例えば、ガス絶縁開閉装置（ＧＩＳ）、計器用変成器（変圧器、交流器）、ガス遮断器等が挙げられる。ここでは、電力設備１００の一例として、ガス絶縁開閉装置１を挙げて説明する。

ガス絶縁開閉装置１は、遮断器１１、断路器１２、接地装置及び計器用変圧器等の電力機器を含み、これら電力機器を複数の密閉室２に収容した装置である。電力設備は、１つ又は複数のガス絶縁開閉装置１によって構成される。

ガス絶縁開閉装置１は、図１に示すように、複数の密閉室２を備える。言い換えると、ガス絶縁開閉装置１は、複数のガス充填容器１０（これを、「ガス絶縁開閉装置用ガス充填容器１０」という場合がある）を備える。各密閉室２には、電力機器が収容されている。本実施形態に係るガス絶縁開閉装置１では、１つの密閉室２に対し、少なくとも１つの電力機器が収容されているが、電力機器を収容することなく高電圧導体のみを収容する密閉室２であってもよい。以下では、ガス充填容器１０の一例として、母線断路器１２を収容するガス充填容器１０を挙げて説明するが、他の密閉室２も同じ構造である。

（ガス充填容器１０）
ガス充填容器１０は、図２に示すように、ガスが充填される密閉室２と、電気機器３と、ガス配管４と、バルブ５と、分岐配管６と、端子台７と、を備える。ガスは、電気絶縁性を有する。本実施形態に係るガスは、不活性ガスである。不活性ガスとしては、例えば、ＳＦ_６ガス（六フッ化硫黄ガス）、ＣＦ_３Ｉ（ヨウ化トリフルオロメタン）とＮ_２（窒素）との混合ガス、ＣＯ_２アルゴンガス、ヘリウムガス等、あるいはこれらの混合ガスが挙げられる。

（密閉室２）
密閉室２は、気密性を有する室である。本実施形態に係る密閉室２は、図２に示すように、中心軸方向（以下、「軸方向」という場合がある）の両端に開口面を有する管２１と、管２１の開口面を閉じる一対の板体２４と、で区画された室である。
ここにおいて、本明細書でいう「気密性」「気密状態」とは、厳密な意味での「気密」を意味するのではなく、内部のガス圧を一定の範囲内に保つことができる状態を意味する。なお、密閉室２の圧力としては特に制限はないが、例示すると、常温時の圧力が、０．１ＭＰａ以上１．０ＭＰａ以下であり、より具体的には、０．３ＭＰａ以上０．６ＭＰａ以下が挙げられる。

管２１は、図２に示すように、軸方向の両端面に開口面を有する管本体２２と、管本体２２の端部に設けられた一対のフランジ２３と、を備える。管本体２２は、軸方向に延びており、中空である。管本体２２の断面は、本実施形態では、円形であるが、円形に限らず、例えば、三角形、四角形、五角形、六角形等の多角形であってもよい。管本体２２の材質としては、鉄、アルミニウム合金が一般的であるが、これ以外の金属、例えば、ステンレス、真ちゅう、スチール等であってもよい。

フランジ２３は、管２１を、隣接する管２１又は板体２４に接合するための部分である。フランジ２３は、管本体２２の開口面を囲むようにして、管本体２２の端部に設けられる。フランジ２３は、管本体２２の外周面から、管本体２２の径方向の外側に突き出ている。フランジ２３の一面（軸方向の外側の面）は、管本体２２の端面に面一となるように、管本体２２に対して溶接により一体に接合されている。

板体２４は、軸方向に離れて配置されており、管２１の内部を気密状態で区画する。板体２４は、本実施形態では、管２１の軸方向の両端の開口面を閉じる。板体２４は、フランジ２３に対して取り付けられる。板体２４とフランジ２３とは、直接接触してもよいが、例えば、シーリング材、パッキン、ガスケット等の気密材を介して接合されてもよい。

板体２４は、電気絶縁性を有している。本実施形態に係る板体２４は、隣り合う管２１の間に配置される板状の絶縁スペーサである。絶縁スペーサとしては、例えば、エポキシ樹脂に対し、酸化チタン、結晶質シリカ、溶融シリカ、ガラス短繊維、ガラスバルーン等のうちの１種以上のフィラーからなる充填材を混合することで形成される。ただし、本発明では、板体２４の材料としては、この構成に限らず、ゴム、ベークライト、合成樹脂、ガラス等で構成されてもよい。

板体２４は、本実施形態では、円盤状の平板である。板体２４は、密閉室２内に収容される電力機器（ここでは、母線断路器１２を保持する）又は高電圧導体を、密閉室２内に保持する。本実施形態に係る板体２４は平板であるが、これに制限されず、例えば、テーパ状に形成されてもよい。

（電気機器３）
電気機器３は、密閉室２内に配置されている。電気機器３は、密閉室２内に配置されていればよく、例えば、密閉室２内の内側面に対して固定されてもよいし、密閉室２内に固定されることなく載せられるだけでもよいし、密閉室２内の電力機器に対して固定されてもよい。

電気機器３は、ケーブル３１を介して電気信号を送信又は受信する。電気機器３としては、例えば、センサ、カメラ、マイク等が挙げられるが、本実施形態では、密閉室２内の状態を検出するセンサであることが好ましい。管２１が導体で構成されているため、管２１の外側からでは、密閉室２内の状態を検出しにくいからである。センサとしては、例えば、温度センサ、水分センサ、放電センサ、振動センサ等が挙げられる。温度センサは、密閉室２の温度を検出する。水分センサは、密閉室２内の湿度又は水分量を検出する。なお、密閉室２内に生じる水分は、例えば、電弧を消弧した際、絶縁ガスが分解されたときに生成される場合がある。放電センサは、密閉室２内で生じる部分放電を検出するセンサであり、例えば、超音波センサ、アンテナセンサ等が挙げられる。振動センサは、密閉室２内の電力機器の振動を検出する。本実施形態に係るガス充填容器１０では、電気機器３として、温度センサが用いられている。

電気機器３には、ケーブル３１が接続されている。ケーブル３１の直径は、例えば、１ｍｍ以上５ｍｍ以下であり、好ましくは、２ｍｍ以上４ｍｍ以下であり、具体例は３ｍｍである。ケーブル３１は、可撓性を有している。電気機器３として、センサが用いられる場合、検出に応じた電気信号がセンサから出力され、ケーブル３１及び端子台７を介して、測定器８に入力される。

本実施形態に係るケーブル３１は、データ送受信用のケーブルであるが、電気機器３に給電するための給電用のケーブルであってもよい。また、電気機器３は、データ送受信用のケーブル３１と給電用のケーブル３１との両方を有してもよい。

（ガス配管４）
ガス配管４は、密閉室２内に通じるように接続され、密閉室２内にガスを給排気（すなわち、供給又は排気）するための配管である。通常、密閉室２には、１つ又は複数のガス配管４が接続されている。ガス配管４の端部には、必要に応じて、ガス供給源が接続される。

ガス配管４は、管本体２２を貫通した穴に対し、ガス配管４の内部が通じるようにして、管本体２２に接合されている。ガス配管４と管本体２２との接合は、例えば、溶接、継手による接合等により実現される。ガス配管４の材質としては、例えば、ステンレス、真ちゅう、スチール、鉄、アルミニウム合金等の金属が挙げられるが、管本体２２と同じ材質であることが好ましい。ただし、本発明ではガス配管４の材質と管２１の材質は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。

ガス配管４の内径は、管２１の内径よりも小さい。より具体的に、ガス配管４の内径は、例えば、１２ｍｍ以上が好ましく、より好ましくは１４ｍｍ以上である。内径の上限としては、特に制限はないが、一例を挙げると３０ｍｍ以下である。また、ガス配管４の端部（密閉室２とは反対側の端部）には、圧力センサ、圧力メーター又は連成計が取り付けられることが好ましい。これによって、密閉室２内の圧力を計測することができる。

（バルブ５）
バルブ５は、ガス配管４に接続されている。バルブ５は、ガス配管４の流路を開放する位置（以下「開放位置」という場合がある）と、ガス配管４の流路を閉じる位置（以下、「閉塞位置」という場合がある）とで切り替えることができる。バルブ５は、開放位置と閉塞位置との間を、無段階で切替え可能に構成されてもよいし、開放位置と閉塞位置との２つの位置のみで切替え可能に構成されてもよい。バルブ５としては、例えば、ボールバルブ、グローブバルブ、ゲートバルブ、バタフライバルブ、ニードルバルブ、ダイヤフラムバルブ等の手動で操作可能なバルブや、電磁弁、電動弁等の電気的に制御可能なバルブ等が挙げられる。バルブ５は、ガス配管４の軸方向のいずれの位置に設けられてもよい。ただし、前述の圧力センサ、圧力メーター又は連成計は、バルブ５の密閉室２側に取り付けられる。

（分岐配管６）
分岐配管６は、ガス配管４を分岐する配管である。分岐配管６は、ガス配管４において、ガス配管４の軸方向のバルブ５と密閉室２との間に接続されている。分岐配管６は、ガス配管４に対して、溶接によって接続されてもよいし、継手によって接続されてもよい。継手としては、例えば、Ｔ型のチーズ継手（異形チーズ継手も含む）、十字型のクロス継手、Ｙ型継手等が挙げられる。分岐配管６の材質としては、例えば、ステンレス、真ちゅう等の金属、樹脂等が挙げられる。分岐配管６の材質は、ガス配管４の材質と同じであってもよいし、異なっていてもよい。

分岐配管６は、図２に示すように、ガス配管４に直接接続された第１配管６１と、第１配管６１に接続された第２配管６２と、を備える。第１配管６１は、ガス配管４の軸方向に交差する（ここでは、直交している）。第１配管６１の軸方向は、本実施形態では、管２１の軸方向に略平行である。第１配管６１の中心軸と管２１との間の距離Ｌ１は、周囲の構造又は物体に応じて適宜設定されるため、特に制限はない。ここでいう「第１配管６１の中心軸と管２１との間の距離Ｌ１」は、管２１の直径方向における第１配管６１と管２１との間の距離のうちの最小値を意味する。また、第１配管６１の軸方向の長さＬ２についても、特に制限はない。

第１配管６１の内径は、１つのケーブルが通される場合、ケーブルの外径の３．５倍以上であることが好ましく、より好ましくは、４倍以上である。第１配管６１の内径としては、例えば、１２ｍｍ以上が好ましく、より好ましくは、１４ｍｍ以上である。第１配管６１の内径の上限としては、特に制限はないが、ガス配管４の内径以下であることが好ましく、一例を挙げると、３０ｍｍ以下である。

第２配管６２の軸方向は、第１配管６１に対して交差している（ここでは、直交している）。第２配管６２の軸方向は、ガス配管４の軸方向に略平行である。第２配管６２の軸方向の長さＬ３は、周囲の構造又は物体に応じて適宜設定されるため、特に制限はない。

第２配管６２の内径は、１つのケーブルが通される場合、第１配管６１と同様、ケーブルの外径の３．５倍以上であることが好ましく、より好ましくは、４倍以上である。第２配管６２の内径は、第１配管６１の内径以上に形成されることが好ましい。具体的に、第２配管６２の内径としては、例えば、１２ｍｍ以上が好ましく、より好ましくは、１４ｍｍ以上である。第１配管６１の内径の上限としては、特に制限はないが、ガス配管４の内径と同等かそれ以下であることが好ましく、一例を挙げると、３０ｍｍ以下である。ただし、第１配管６１の内径と第２配管６２の内径は、あくまで例示に過ぎず、施工の容易性の観点から、第１配管６１と第２配管６２とは同じ内径であることが好ましい。

第１配管６１と第２配管６２とは、Ｌ型継手（エルボ）によって互いに接続されている。ただし、継手を用いることなく、例えば、１つのパイプを曲げることで、第１配管６１と、第２配管６２とを形成してもよい。第２配管６２における第１配管６１とは反対側の端部には、フランジ６３が設けられている。

分岐配管６には、図２に示すように、電気機器３に接続されたケーブル３１が通される。ケーブル３１は、ガス配管４、第１配管６１及び第２配管６２を通って端子台７に通される。

（端子台７）
端子台７は、分岐配管６に取り付けられている。端子台７は、基台７２と、基台７２に設けられた端子７１と、を備える。基台７２は、第２配管６２のフランジ６３に取り付けられる。基台７２は、板状に形成されている。基台７２は、第２配管６２の端部に対して、分岐配管６を密閉した状態で取り付けることができる。基台７２とフランジ２３とは、直接接触してもよいが、例えば、シーリング材、パッキン、ガスケット等の気密材を介して接合されてもよい。これによって、密閉室２、ガス配管４、分岐配管６、バルブ５及び基台７２でなす空間を気密状に保つことができる。

端子７１には、ケーブル３１が接続されている。端子７１は、端子台７から露出しており、他の機器（外部機器）に接続されたケーブル３１が接続可能に構成されている。端子７１としては、特に制限はなく、例えば、ねじ式、セルフアップ式、ねじアップ式、プッシュイン式、押し締め式、タブ式、瞬結式、コネクタ等が挙げられる。

電気機器３から出力された電気信号は、ケーブル３１及び端子７１を通して、他の機器（例えば、測定器８）に入力される。これによって、電気機器３から出力された電気信号（例えば、センサ信号）は、測定器８に入力される。

（効果）
以上説明したように、第１の態様に係るガス充填容器１０は、ガスが充填される密閉室２と、密閉室２内に通じるように接続されたガス配管４と、ガス配管４に接続されたバルブ５と、密閉室２内に配置された電気機器３と、ガス配管４においてバルブ５と密閉室２との間に接続された分岐配管６と、分岐配管６に取り付けられた端子台７と、を備える。電気機器３に接続されたケーブル３１が、ガス配管４内及び分岐配管６内を通って端子台７に接続されている。

この態様によれば、密閉室２内へガスを供給するためのガス配管４を利用して、端子台７を設けることができるため、密閉室２をなす容器に対して特別な加工（いわゆる、ブロックハンドホール構造の施工や、既設ブロックハンドホールに対するケーブル取出し用の構造の追加施工等）を施すことなく、電気機器３のケーブル３１の配線施工を行うことができる。これにより、密閉室２の気密性を保ったまま、電気機器３に対して電気信号の送信又は受信を行うことができる。この結果、密閉室２に電気機器３を配置する場合でも、容器に対する大幅な設計変更が不要となる。

第２の態様に係るガス充填容器１０では、第１の態様において、端子台７は、分岐配管６の開口端部を密閉する基台７２と、基台７２に取り付けられケーブル３１に接続され、分岐配管６から露出する端子７１と、を有する。

この態様によれば、分岐配管６に対して基台７２を取り付けるだけで、端子台７を設けることができ、省施工を実現することができる。

第３の態様に係るガス充填容器１０では、第１又は第２の態様において、電気機器３は、密閉室２内における温度、水分、放電及び振動の少なくとも１つを検出するセンサを含む。

この態様によれば、密閉室２内の状態をセンサによって検出することができる。

第４の態様に係るガス充填容器１０では、第１～３のいずれか１つの態様において、密閉室２は、管２１と、管２１の中心軸方向に離れて配置され、管２１の内部を気密状態で区画する一対の板体２４と、で区画された室である。

この態様によれば、管２１と板体２４とで形成された気密室に対して、好適にケーブル３１の配線を行うことができる。

第５の態様に係るガス絶縁開閉装置１では、第１～４のいずれか１つの態様に係るガス充填容器１０を備える。

この態様によれば、ガス絶縁開閉装置１において、ブロックハンドホール構造の施工を行うことなく、ガス配管４を利用して、省施工で電気機器３のケーブル３１の配線を行うことができる。従来では、例えば、容器表面の温度と通電電流値とから密閉室２内のガス温度を演算していたが、本実施形態に係るガス絶縁開閉装置１によれば、大幅な設計変更を行うことなく、密閉室２内に温度センサを配置することができる。このため、簡単な施工で、密閉室２内のガスの温度を検出することができるという利点がある。

＜変形例＞
上記実施形態は、本発明の様々な実施形態の一つに過ぎない。実施形態は、本発明の目的を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。以下、実施形態の変形例を列挙する。以下に説明する変形例は、適宜組み合わせて適用可能である。

上記実施形態に係る管２１は、金属で構成されたが、充填されるガスが高圧条件でない場合には、金属に限らず、例えば、合成樹脂、カーボン、ガラス、ＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics）、パルプ等で構成されてもよい。また、管２１が金属以外で構成される場合、板体２４は、絶縁スペーサに限らず、管２１と同じ材料で構成されてもよい。

上記実施形態に係るガス充填容器１０には、１つの密閉室２に対して１つの電気機器３が配置されたが、本発明では、１つの密閉室２に対して２つ以上の電気機器３が配置されてもよい。

上記実施形態に係るガス充填容器１０では、１つのガス配管４に対して、１つの分岐配管６が設けられたが、本発明では、１つのガス配管４に対して複数の分岐配管６が設けられてもよい。

上記実施形態に係るガス充填容器１０では、分岐配管６が第１配管６１と第２配管６２を有したが、例えば、第１配管６１のみであってもよいし、第３配管、第４配管、…を適宜接続してもよい。

上記実施形態に係る密閉室２は、管２１の両端を板体２４で塞ぐことで形成されたが、例えば、有底円筒状の管２１や、直方体状の筐体によって形成された密閉室２であってもよい。

上記実施形態に係る測定器８は、端子台７の端子７１に対して、有線により接続されたが、例えば、端子台７に電波発信器を接続し、端子台７と無線により接続されてもよい。

本明細書にて、「略平行」、又は「略直交」のように「略」を伴った表現が、用いられる場合がある。例えば、「略平行」とは、実質的に「平行」であることを意味し、厳密に「平行」な状態だけでなく、数度程度の誤差を含む意味である。他の「略」を伴った表現についても同様である。

また、本明細書において「端部」及び「端」などのように、「…部」の有無で区別した表現が用いられている。例えば、「端」は物体の末の部分を意味するが、「端部」は「端」を含む一定の範囲を持つ域を意味する。端を含む一定の範囲内にある点であれば、いずれも、「端部」であるとする。他の「…部」を伴った表現についても同様である。

１ ガス絶縁開閉装置
１０ ガス充填容器
２ 密閉室
２１ 管
２４ 板体
３ 電気機器
３１ ケーブル
４ ガス配管
５ バルブ
６ 分岐配管
７ 端子台
７１ 端子
７２ 基台

Claims (5)

1. ガスが充填される密閉室と、
   前記密閉室内に通じるように接続されたガス配管と、
   前記ガス配管に接続されたバルブと、
   前記密閉室内に配置された電気機器と、
   前記ガス配管において前記バルブと前記密閉室との間に接続された分岐配管と、
   前記分岐配管に取り付けられた端子台と、
   を備え、
   前記電気機器に接続されたケーブルが、前記ガス配管内及び分岐配管内を通って前記端子台に接続されている、
   ガス充填容器。
2. 前記端子台は、
   前記分岐配管の開口端部を密閉する基台と、
   前記基台に取り付けられ前記ケーブルに接続され、前記分岐配管から露出する端子と、
   を有する、
   請求項１に記載のガス充填容器。
3. 前記電気機器は、前記密閉室内における温度、水分、放電及び振動の少なくとも１つを検出するセンサを含む、
   請求項１又は請求項２に記載のガス充填容器。
4. 前記密閉室は、
   管と、
   前記管の中心軸方向に離れて配置され、前記管の内部を気密状態で区画する一対の板体と、
   で区画された室である、
   請求項１～３のいずれか一項に記載のガス充填容器。
5. 請求項１～４のいずれか一項に記載のガス充填容器を備えるガス絶縁開閉装置。