JP2726537B2 - ガス絶縁スペーサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、ガス絶縁電気機器に装着され、各コンパー
トメントのガス区分ができるガス絶縁スペーサに関する
ものである。

（従来の技術） 第２図は、従来のガス絶縁スペーサを装着したガス絶
縁開閉装置の一例を示す。また、第３図および第４図
は、従来のガス絶縁スペーサの中心線に沿って一側を切
断した断面図を示す。

ガス絶縁開閉装置は、第２図に示すように接地金属容
器１の中に遮断器2,断路器3,母線4,ケーブルヘッド５が
収納され、事故拡大防止のため各々接地金属仕切板1aに
より収納場所が区分されている。

このため、これらの機器は、接地金属仕切板1aにガス
絶縁スペーサ（以下、スペーサという）６を取付け、こ
のスペーサ６を介して導体７で接続されている。

また、一般にガス絶縁開閉装置は、数面の列盤構成と
なるため、母線４により各盤を電気的に接続している。
ここでも前記同様、事故拡大防止のため各盤の母線室
は、接地金属仕切板1aで仕切られているので、スペーサ
６を取付け、これを介して各盤の母線４が接続されてい
る。

一方、接地金属仕切板1aで区分されている各部屋は、
SF₆ガスのような絶縁ガス８が封入されているので、ス
ペーサ６は各部屋の気密を保つように構成されている。

スペーサ６は、第３図に示すように中心導体９と、こ
の中心導体９と同軸にエポキシ樹脂材を注型した円盤状
の絶縁体10で構成されている。なお、中心導体９の両側
端部には、導体７を接続するためのネジ穴（図示しな
い）が設けられている。

スペーサ６の固定方法は、接地金属仕切板1aを取付ベ
ース11とし、これにネジ穴11aとその内側にＯリング溝1
1bを設け、取付ベース11と金属材から形成された固定フ
ランジ12の間に絶縁体10の外周端部を挟み込み、ボルト
13で固定する。なお、この時Ｏリング溝11bはＯリング1
4を挿入し、絶縁体10と取付ベース11の間のガスシール
を行っている。

ところで、同図に示すスペーサ６の特徴は、絶縁体1
0,取付ベース11および固定フランジ12とSF₆ガスの界面
に生じるトリプルジャンクションを防止するために、取
付ベース11と固定フランジ12に挟まれる部分の絶縁体10
の形状を凸形とすることにより、取付ベース11と固定フ
ランジ12との接触角を90°以上とし、かつ、取付ベース
11と固定フランジ12の中心導体９対向側端部（内周面）
に耐圧を満足できるだけの局率を持たせていることであ
る。

このような構成とすることにより、絶縁体10の部に電
界緩和用の埋込み電極を設けることなく接地側の電界を
緩和できるようになっている。また、短時間電流などに
によるスペーサ６の機械的強度を増大するため、中心導
体９接着部分近傍の絶縁体10の接着面積と厚さを大きく
している。

第４図に示すスペーサ６の構成は、接地側の電界緩和
方法が第３図に示すスペーサ６と異なるだけで、その他
は同じである。接地側電界緩和（トリプルジャンクショ
ンの回避を含む）方法としては、取付ベース11と固定フ
ランジ12に挟まれる絶縁体10に内部電極15を埋設するこ
とにより行っている。

（発明が解決しようとする課題） 従来のスペーサ６は、その絶縁性能が中心導体９の直
径、取付ベース11と固定フランジ12の中心導体９対向側
端部の曲率半径および中心導体９と取付ベース11または
固定フランジ12の距離によって決定されるものであり、
絶縁性能の向上を図るには、これらの寸法を大きくする
ことが有効であった。つまり、絶縁性能を維持したまま
スペーサの直径を小さくするには、中心導体９の直径を
大きくし、取付ベース11と固定フランジ12の中心導体９
対向側端部の曲率を大きくする必要があり、これらを大
きくすることはスペーサの直径を大きくすることであ
り、スペーサの直径を小さくするには限界があった。

また、取付ベース11と固定フランジ12の中心導体９対
向側端部に曲率を持たせるため、この部分を機械加工す
る必要がある。ところが、この部分は、半円状であるか
ら一方の面側からだけでは加工できず、中間で段取り変
えを行って他方の面側からも加工しなければならず、し
かも、３相回路では取付ベース11の加工が３回、固定フ
ランジ12の加工が３回で合計６回もあり、これらの加工
に多くの制作費が要求され、高価となっていた。

さらに、トリプルジャンクションの回避方法は、第３
図に示すスペーサ６では、絶縁体10の接地側端部を凸形
とし、かつ取付ベース11と固定フランジ12に前述した曲
率を持たせる加工が必要であり、接地側の取付寸法が大
きくなっており、第４図に示すスペーサ６では、絶縁体
10の接地側端部に内部電極15を埋込む必要があり、絶縁
体10と内部電極15が剥離し、部分放電やクラックが生じ
たり、注型時に内部電極15の位置がずれて正常の機能を
果たせなくなったりすることがあり、特に、クラックが
生じた場合には、電気機器として致命的事故に至ること
が予想される。このように、注型技術的にも困難を伴う
ものがあり、これらの解決が望まれていた。

そこで、本発明の目的は、 （１）絶縁性能を維持したまま、縮小化し安価とするこ
と。

（２）取付ベースおよび固定フランジの曲率を形成する
ための機械加工をなくし安価とすること。

（３）トリプルジャンクションを回避する場合、接地側
取付部を大きくせず、絶縁体に内部電極を埋込むことな
く、注型技術上の困難をなくし、信頼性，生産性を向上
すること。

を満足したガス絶縁スペーサを提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明は、中心導体と、この中心導体と同軸にエポキ
シ樹脂を注型した絶縁体から構成され、ガス絶縁電気機
器に接着して各コンパートメントのガス区分を可能とし
たガス絶縁スペーサにおいて、中心導体の縦断面形状を
Ｈ字状に形成し、絶縁体の外周側端部に段差をもって薄
くしたフランジ部を形成すると共に、この段差部に、固
定部を構成する接地金属部材の厚さ以上とした幅を有
し、かつ中心導体と同軸で対向してリング状とした第１
の溝と、この第１の溝と絶縁体の沿面の境界近傍の第１
の溝側に中心導体の軸方向に円弧を持ち、かつ中心導体
と同軸でリング状とした第２の溝とを設け、さらに、こ
の第２の溝までの第１の溝とフランジ部には固定部と同
電位になる接地層を設けたものである。

（作用） フランジ部とこれを固定するための固定部とが同電位
であり、絶縁体の沿面を挟んで鋭角部を形成することが
ないので、トリプルジャンクションが防止できる。ま
た、絶縁体の沿面とＵ字溝の境界に半円溝を設けた接地
層としているので、接地層と絶縁体の沿面の境界付近の
等電位線が持ち上げられ、この近傍のトリプルジャンク
ションも防止できる。そして、高圧側はＨシールドされ
た中心導体であるので、絶縁体，中心導体および絶縁ガ
スの境界が凹部になっていて、トリプルジャンクション
を防止することができる。

さらに、絶縁性能は、中心導体の直径,Hシールドの曲
率半径,Hシールド上部の絶縁体の肉厚，接地層と中心導
体との距離，接地層の曲率半径等に影響されるが、これ
らの寸法を固定した場合には、絶縁体の沿面形状に左右
される。そして、Ｈシールドの電界強度が強くなるの
で、Ｈシールド上部の絶縁体の肉厚を厚くし、接地側の
第１の溝の幅を所定に選択することにより、絶縁体の沿
面の電界強度の抑制が図れる。また、従来のガス絶縁ス
ペーサのように接地側が、露出して絶縁ガス空間に存在
することなく絶縁体で囲まれているので、絶縁ガスとエ
ポキシ樹脂の誘電率の比1:5と形状による係数αを乗じ
た値α/5だけ接地側の電界強度を低下させることがで
き、全体の電界強度も抑制する効果もある。ただし、１
α５である。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。
第１図は、本発明の一実施例を中心線に沿って一側を切
断した断面図である。

同図において、スペーサ20は、中心導体21と、この中
心導体21と同軸にエポキシ樹脂材を注型した円盤状の絶
縁体22で構成されている。

この構成において、中心導体21は、縦断面形状がＨ字
状をなし、円盤状部21aと、この円盤状部21aの外周側に
形成されて先端を半円状とした環状の外周突出部21bか
ら構成され、円盤状部21aの両側面には、導体７を接続
するためのネジ穴（図示しない）が設けられている。

また、絶縁体22は、中心導体21側の主体部23と、外周
端部側で主体部23より厚さが薄いフランジ部24と、この
フランジ部24の上下で固定フランジ12と取付ベース11の
各々の厚さと同等以上の幅（Ｔで示す）を有するＵ字溝
25で構成されている。

このＵ字溝25は、取付ベース11に対向する部分25a
と、固定フランジ12に対向する部分25bから成り、固定
フランジ12を用いて取付ベース11に固定する場合、取付
ベース11の表側、裏側の何れからでも取付可能（つま
り、固定時の方向性を無くす）とするため、取付ベース
11と固定フランジ12の頭部の何れか厚い方を基準とした
幅とする。また、中心導体21と対向する方向の距離をｌ
（mm）とし、定格電圧を印加した際ここに加わる電圧を
Ｖ（kv）としたとき、ｌ≧Ｖの関係を保ち、中心導体21
と同軸のリング状に設ける。

さらに、絶縁体沿面22aとＵ字溝25の境界付近のＵ字
溝25側に、半円溝26を主体部22の全周に亘り設ける。こ
こで、半円溝26は、その半径（γで示す）を絶縁体沿面
21aの接地側電界強度の大きさと分布状態に関連させ
る。また、半円溝26の始点と絶縁体沿面22aまでの距離
（ｔで示す）は、絶縁体沿面22aの接地側電界強度の大
きさに関連させる。

一方、絶縁体沿面22aとＵ字溝25との境界から距離ｔ
だけ入った位置、すなわち半円溝26の始点からＵ字溝25
の最深部およびフランジ部24には、銅メッキまたは導電
塗料の塗布により、接地層27を形成する。

次に高圧側は、中心導体21の外周側突部21bの外側
を、角部を円弧状として絶縁体22で覆うようにモールド
（Ｈシールド）する。

以上のように構成されたスペーサ20は、前述した従来
のスペーサ６と同様に取付ベース11に設けたＯリング溝
11bにＯリング14を挿入し、フランジ部24を取付ベース1
1の上に乗せ、固定フランジ12をフランジ部24にかぶ
せ、ボルト13を取付ベース11のネジ穴11aにねじ込むこ
とにより固定する。なお、この固定方法の場合、取付ベ
ース11と固定フランジ12の中心導体21対向側端部は、Ｕ
字溝25内に突設させない。また、取付ベース11と固定フ
ランジ12の中心導体21対向側端部には、従来のような曲
率を設けない。

次に、以上の構成によるスペーサ20の作用を説明す
る。スペーサ20を取付ベース11に固定したとき、フラン
ジ部24が接地電位となり取付ベース11と固定フランジ12
と同電位であり、かつ、Ｕ字溝25より取付ベース11と固
定フランジ12が突出することはなく、その上、接地層27
が形成されているので、スペーサ20の沿面と取付ベース
11および固定フランジ12とSF₆ガスの界面に生じるトリ
プルジャンクションを防止することができる。

また、絶縁体沿面22aとＵ字溝25の境界に半径溝26を
設け接地電位としていることから、絶縁体沿面22aと接
地層27の境界付近の等電位線が持ち上げられるまで、こ
の部分に生じるトリプルジャンクションを防止すること
ができる。しかし、この半円溝26による等電位線の上昇
により、半円溝26近傍の絶縁体沿面22a上に等電位線が
密になる所が現われ、局部的な電界集中を生じる。そこ
で、これを防止するために、半円溝26の始点を絶縁体沿
面22aとＵ字溝25との境界から距離ｔけ入った位置とし
ている。

また、接地側の電界緩和は、Ｕ字溝25の接地層27によ
り行われていて、取付ベース11と固定フランジ12が中心
導体21から見て接地層27に完全に隠されているので、取
付ベース11と固定フランジ12の中心導体21対向側端部の
形状は、鋭角部を有していても絶縁上問題とならない。

一方、スペーサ20のフランジ部24は、第３図に示す従
来のスペーサ６の絶縁体10のように厚さは厚くなくてよ
い。Ｕ字溝25を設けたので、これより中心導体21に近い
側の絶縁体22は厚く、沿面の中間に段差を設けたりする
ことなく、中心導体21との接合面積を大きくとれる。

また、スペーサ20の絶縁性能は、中心導体21の直径,H
シールドの曲率半径,Hシールド上部の絶縁体21の肉厚L,
接地層27と中心導体21との距離l,U字溝25の曲率半径等
に影響されるが、特に、Ｕ字溝25の形状に大きく影響さ
れる。従来のように接地側が露出して絶縁ガス空間に依
存するものではなく、絶縁体22で囲まれたＵ字溝25がこ
れに相当するため、絶縁ガスとエポキシ樹脂の誘電率比
1:5と電極形状による係数αを乗じた値α/5（１α
５）だけ絶縁体22に囲まれている接地側の電界強度を下
げることができ、かつ、絶縁体沿面21a全体の電界強度
も抑制している。

さらに、高圧側は、縦断面形状をＨ字状とした中心導
体21をＨシールドしているので、絶縁体22と絶縁ガスお
よび中心導体21の境界が凹部になっていてトリプルジャ
ンクションを防止しているが、Ｈシールド先端の電界強
度が高くなり、絶縁体沿面22a上に局部的電界集中部が
生じるので、これを防止するためにＨシールド上部の絶
縁体22の肉厚Ｌを所定寸法としている。

なお、実験結果によれば、大気圧近傍のSF₆ガス中で
定格電圧が20KVから140KVでは、半円溝26の半径γをＵ
字溝の幅Ｔに対してT/20γT/2、絶縁体沿面22aとＵ
字溝25の境界から半径溝26の始点までの距離ｔ（mm）を
３ｔ10、Ｈシールドの肉厚Ｌ（mm）をＬ＝10〜30、
中心導体21の高さ（外周突出部21bの軸方向長さ）に対
して、フランジ部24の幅と上下のＵ字溝25の幅（２×
Ｔ）を加えたものを約70％とすることにより、所期の効
果を得られることが分った。

したがって、以上の構成による実施例は、接地側の電
界緩和やトリプルトジャンクションの回避が容易であ
り、従来のように取付ベース11や固定フランジ12の機械
加工（曲率を形成するための）が不要であり、また、絶
縁体の接地側部分内部に埋込電極が不要であるため、注
型が容易となり、生産性や信頼性の向上が図れる。

さらに、各部の電界強度が抑制できるので、絶縁性能
を維持したまま縮小化が図れる。

なお、以上の説明は、スペーサ20を絶縁ガス（SF₆ガ
ス）中で使用する場合について行ったが、気中にも適用
できることは明白である。ただし、気中においてはトリ
プルジャンクションが存在しないのでその効果だけはな
い。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、従来ガス絶縁開
閉装置にスペーサと断路部を収納する場合、これらの相
間ピッチが相違していたため、接続導体の曲げ加工や組
立時の３次元の寸法出しによる作業時間の長大化などが
あったが、本発明のスペーサは、各部の電界強度が抑制
できることから、絶縁性能を維持したままスペーサの直
径を縮小化でき、他の機器との相間ピッチを同一化で
き、作業性や導体加工性が向上する。

また、取付ベースと固定フランジの中心導体側対向端
部は、曲率を設けないのでこのための機械加工が３相回
路で６回も不要になり、取付ベースと固定フランジの加
工性が大幅に改善される。

さらに、トリプルジャンクションの回避と接地側の電
界緩和が容易にでき、絶縁体内に埋込電極等が不要とな
り、注型も容易となってクラックや部分放電の恐れがな
くなり、信頼性，作業性，歩留りの向上が図れる。

その他、本発明のスペーサを用いることにより、スペ
ーサの縮小化が図れるばかりでなく、ガス絶縁電気機器
全体の縮小化と加工性，組立作業性，歩留り，信頼性を
向上できると共に全体として安価なものとすることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を中心線に沿って一側を切断
して示す断面図、第２図は本発明に関連するガス絶縁開
閉装置の側面図、第３図は従来のガス絶縁スペーサを中
心線に沿って一側を切断して示す断面図、第４図は第３
図と異なる従来のガス絶縁スペーサを中心線に沿って一
側を切断して示す断面図である。 11……取付ベース、12……固定フランジ 21……中心導体、22……絶縁体 23……主体部、24……フランジ部 25……Ｕ字溝、26……半円溝 27……接地層

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】中心導体と、この中心胴体と同軸にエポキ
   シ樹脂を注型した絶縁体から構成され、ガス絶縁電気機
   器に装着して各コンパートメントのガス区分を可能とし
   たガス絶縁スペーサにおいて、前記中心導体の縦断面形
   状をＨ字状に形成し、前記絶縁体の外周側端部に段差を
   もって薄くしたフランジ部を形成すると共にこの段差部
   に、固定部を構成する接地金属部材の厚さ以上とした幅
   を有し、かつ前記中心導体と同軸で対向してリング状と
   した第１の溝と、この第１の溝と前記絶縁体の沿面の境
   界近傍の前記第１の溝側に前記中心導体の軸方向に円弧
   を持ち、かつ前記中心導体と同軸でリング状とした第２
   の溝とを設け、さらに、この第２の溝までの前記第１の
   溝と前記フランジ部には前記固定部と同電位になる接地
   層を設けたことを特徴とするガス絶縁スペーサ。