JP3190183B2 - サイリスタバルブ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の技術分野】本発明は、複数のサイリスタモジ
ュールが懸架されたサイリスタバルブに関する。

【０００２】

【従来の技術】図４は、従来のサイリスタバルブを示す
平面図、図５（ａ）は、図４の前面図、図５（ｂ）は、
図５（ａ）の右側面図である。図４及び図５において、
サイリスタバルブが設置された建物の設置面に固定され
た床板11Ｄの上面には、図５（ａ）の前面図において６
本、図５（ｂ）の右側面図において４本、総計24本の支
柱15が立設されている。これらの支柱15の上端には、床
板11Ｄと比べて板厚の薄い床板11Ｃが載置され、各支柱
15の上端に接合されている。

【０００３】床板11Ｃの上面には、この床板11Ｃと同外
形の床板11Ｂが載置され、この床板11Ｂの上面には、各
支柱15と同一位置に、支柱15と比べて約４倍以上長い支
柱12が立設されている。これらの支柱12は、ガラス繊維
強化プラスチック（以下、ＧＦＲＰと記す）で円筒状に
形成されている。

【０００４】各支柱12の上端には、床板11Ｃが支柱15の
上端と同様に載置され、各支柱12に接合されている。床
板11Ｃの上面にも床板11Ｂが載置され、この床板11Ｂの
上面にも支柱12が立設され、これらの支柱12の上端に
は、床板11Ａが載置され各支柱12の上端に接合されてい
る。

【０００５】各支柱12の中間部には、詳細省略したステ
ージ12ａが上下に設けられ、図４に示すように、４本の
支柱12の間に設けられた各サイリスタモジュール13は、
各支柱12に設けられたステージ12ａに両側が固定されて
いる。したがって、図４及び図５においては、合計24個
のサイリスタモジュール13が取り付けられ、上下に位置
するサイリスタモジュール13は、図示しない導体で直列
に接続されている。

【０００６】図４において、前後に位置する一対の支柱
12の間には、リアクトル14が取り付けられ、各サイリス
タモジュール13の左右に位置するリアクトルは、各サイ
リスタモジュール13の両端と図示しない導体で直列に接
続されている。

【０００７】このように構成されたサイリスタバルブに
おいては、設置床から上方にサイリスタモジュール13が
４段に重ねられているが、例えば、ＤＣ250kV の直流送
電用のサイリスタバルブのなかには、図４及び図５の２
倍の８段、すなわち、支柱12と上下の床板11Ｃ，11Ｂで
構成するユニットが４段となるときもある。その結果こ
のサイリスタバルブでは、地上から最上部の床板11Ａま
での高さは、約12ｍに達する。なお、サイリスタモジュ
ール13の重量は、約200kg で、したがって、８段のサイ
リスタバルブでは、1.6tonとなる。一方、直流送電電圧
は、ＤＣ500kVの実用化が進められている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】この結果、サイリスタ
モジュールの直列接続個数が増えるので、サイリスタバ
ルブの高さも高くなる。すると、このサイリスタバルブ
が設置された建物の高さも高くしなければならないだけ
でなく、下段に位置する支柱にかかる荷重も増えるの
で、耐震性を考慮して支柱の直径も増やさなければなら
ない。

【０００９】そのため、支柱の中間部の外周にひだを突
設して上下のサイリスタモジュール間の耐電圧値を上
げ、支柱の高さを減らす方法も考えられるが、すると、
円筒状の支柱の内周において絶縁沿面距離が相対的に不
足して、支柱の内面で閃絡するおそれもある。そこで、
本発明の目的は、支柱の高さを増やすことなく、機械的
強度と耐電圧特性を上げることのできるサイリスタバル
ブを得ることである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、立設された複数の絶縁管の複数段のステージの間に
サイリスタモジュールが懸架されたサイリスタバルブに
おいて、前記絶縁管はねじ棒への樹脂含浸繊維の巻装に
よって形成されるひだを内周と外周に有し、前記絶縁管
の上下端とステージの内側に節板を螺合接合したことを
特徴とする。

【００１１】また、請求項２に記載の発明は、前記絶縁
管の内部の前記節板の上部に絶縁液体を封入したことを
特徴とする。また、請求項３に記載の発明は、前記節板
の上部に仕切板を設け、この仕切板の間に前記絶縁液体
を封入したことを特徴とする。

【００１２】

【作用】請求項１に記載の発明においては、絶縁管は、
この絶縁管の内周と外周に形成された螺旋状のひだと内
周のひだに挿着された節板によって、機械的強度と耐電
圧特性が強化される。

【００１３】また、請求項２に記載の発明においては、
絶縁管は、この絶縁管の内部に挿着された節板によっ
て、機械的強度と耐電圧特性が強化されるとともに、節
板の上部に封入された絶縁液体によって耐震性が向上す
る。

【００１４】さらに、請求項３に記載の発明において
は、絶縁管は、この絶縁管の内部に挿着された節板によ
って、機械的強度と耐電圧特性が強化されるとともに、
節板の上部に封入された絶縁液体とこの絶縁液体の間に
設けられた仕切板によって、耐震性が向上する。

【００１５】

【実施例】以下、本発明のサイリスタバルブの一実施例
を図面を参照して説明する。図１（ａ）は、請求項１に
記載の発明のサイリスタバルブを構成する支柱部分を示
す平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）の縦断面図であ
る。

【００１６】図１（ａ），（ｂ）において、ＧＦＲＰ製
の支柱管１Ａの内周には、螺旋状のひだ１ａが形成され
ている。このひだ１ａは、フィラメントワインディング
又はシートワインディングと称する方法で支柱管１Ａを
製作することによって形成される。すなわち、外周に螺
旋状の溝が形成された丸棒に、樹脂を含浸したガラステ
ープやシートを巻き付け、硬化させた後に丸棒を引き抜
く。

【００１７】この製法で製作された支柱管１Ａは、ひだ
１ａの表面が樹脂で滑らかとなり、切削加工でひだ１ａ
が形成されたものに比べて湿潤するおそれがないだけで
なく、沿面距離を延ばすことができるので、沿面耐電圧
特性を上げることができる。

【００１８】このようにして内周に螺旋状のひだ１ａが
形成された支柱管１Ａの内部には、外周に螺旋状のひだ
が形成された円板２が挿入され、この円板２の外周にあ
らかじめ塗布されたエポキシ樹脂によって支柱管１Ａに
気密に接合されている。したがって、支柱管１Ａの内部
は、複数の気密室に区画されている。なお、この円板２
の接合位置は、図５（ａ），（ｂ）で示したステージ12
ａの固定部となる位置に設けられている。さらに、支柱
管１Ａの上下端にも円板２がエポキシ樹脂で気密に接合
されている。なお、円板２には、この円板２の支柱管１
Ａへの螺合を治具で挿入するための一対の座ぐり穴２ａ
が図１（ａ）に示すようにあらかじめ形成されている。
なお、図１（ｂ）の上下端部に示す補強筒３について
は、後述する他の実施例で説明する。

【００１９】発明者らは、このようにして製作した支柱
について機械的，電気的評価試験を実施した。機械的強
度評価としては、曲げ強度とねじり強度を評価した。供
試品の支柱は、全長３ｍ、外径20cm、内径17cmである。

【００２０】ここで、図５に示すサイリスタバルブにお
いて、地震による 0.3Ｇの正弦波の水平外力が作用した
とすると、構造計算より、サイリスタバルブの下段の支
柱には、10kNの水平力（Ｐ）が作用する。また、ねじり
モーメント（Ｔ）は20kJとなり、さらに、軸力（Ｗ）と
しては、サイリスタバルブの自重を支柱の本数で割ると
20kNとなる。このとき、相当曲げ及びねじりモーメンの
考えより、最大垂直応力σmax は 88MPa、最大せん断応
力τmax は 48MPaである。

【００２１】発明者らは、図５で示した従来の支柱の片
持ち梁の曲げ試験を実施したところ、端部負荷荷重
（Ｐ）が32kNで固定端にて破壊した。このときの曲げ破
壊応力は225MPaである。

【００２２】次に、支柱管の内面に円板２を挿入した支
柱の曲げ試験を実施した。支柱管の内面には、ピッチ
2.5mm、ねじ底での内径が 170mmのひだを螺旋状に形成
し、このひだに円板２（板圧25mm）を均等に２箇所螺合
挿入しエポキシ樹脂で固定した。そのため、支柱管は等
しい長さを有する三つの部屋に分割されている。この支
柱に対し片持ち梁の曲げ試験を実施したところ、端部負
荷荷重Ｐは51kNで固定端で破壊した。曲げ破壊応力は従
来の支柱に比べて約 1.6倍の410MPaであった。

【００２３】次に、曲げとねじりの混合試験を実施し
た。支柱の先端に１ｍ長さの鋼棒を支柱と直交方向に固
定し、その鋼棒の先端に負荷を加えて徐々に増したとこ
ろ、従来の支柱では14kNで破壊した。これは、最大せん
断応力τmax が 60MPaに相当する。一方、図１（ａ）で
示した支柱では、19kNで破壊したので、この供試品の支
柱では約36％の強化となった。

【００２４】次に、耐電圧特性試験を実施した。直流に
対する耐電圧試験を高湿度状態で実施した。供試品の支
柱は、全長66cm、外径8.2cm 、内径７cmである。また、
支柱の内面のひだは、ピッチ1.5mm で、円板の厚さ15mm
で、支柱管の両端にそれぞれ気密に接合されている。相
対湿度は92％で、支柱管の外周には、シリコーンゴムの
ひだを形成することによって充分な沿面絶縁距離を確保
した。

【００２５】従来の支柱では、 160kVで内部において沿
面絶縁破壊したが、本発明の支柱では、 330kVで外部で
先に沿面絶縁破壊した。これは、円板で支柱管の内部を
気密に区画した効果である。この実験により、サイリス
タバルブの支柱として、円板を内部に気密に設けること
で、機器的強度と耐電圧値が向上することが明らかとな
った。

【００２６】なお、上記評価試験は、図１（ａ）におい
て示した補強筒３のないときであるが、図５で示した床
板11Ａ，11Ｂ，11Ｃ，11Ｄとの接合部となる上下端に、
ＧＦＲＰ材で製作した補強筒３をエポキシ樹脂で接合す
ることによって機械的強度を更に上げることもできる。

【００２７】次に、図１（ｃ），（ｄ）は、請求項１の
発明のサイリスタバルブを構成する支柱を示す図で、図
１（ａ），（ｂ）に対応する図である。図１（ｃ），
（ｄ）において、図１（ａ），（ｂ）と異なるところ
は、中間部に設けられた一対の円板４には、上方に突き
出た凸部４ａが形成され、この凸部４ａの軸心には貫通
穴４ｂが形成されている。

【００２８】この場合には、円板４が設けられた支柱管
の外周に取り付けられた図示しないステージを介して伝
達されるサイリスタモジュールの熱の上下方向への放散
が容易となるので、サイリスタモジュールの冷却効果を
上げることができる利点がある。なお、凸部４ａは複数
設けることで、支柱管の内部の対流を促進するとともに
治具による挿入を容易にしてもよい。また、図１
（ｃ），（ｄ）においても、図１（ａ），（ｂ）に示し
た補強筒３を追加してもよい。

【００２９】さらに、上記実施例では、支柱管１Ａの内
周には、螺旋状のひだ１ａを形成した例で説明したが、
図２（ｂ）で示すように、支柱管１Ｂの内周に長手方向
に角部が面取りされた溝１ｂを成形時に形成し、図２
（ａ）に示すような凸部２ｂが形成された円板２Ｂをエ
ポキシ樹脂で気密に挿着してもよい。また、溝１ｂと凸
部２ｂの形状は、台形にしてもよく、弧状にしてもよ
い。この場合、溝１ｂは反対側にも対称的に設け、凸部
２ｂも対称的に形成してもよい。また、支柱管の内周を
テーパ状にして、芯金の引き抜きを容易にするととも
に、大径側から円板を挿着してもよい。なお、凸部２ｂ
は、円板２Ｂが挿着される位置によって対応する寸法に
製作される。

【００３０】次に、図２（ｃ），（ｄ）は、請求項２及
び請求項３に記載の発明のサイリスタバルブを構成する
支柱を示す図で、それぞれ図１（ａ），（ｂ）に対応す
る図である。

【００３１】図２（ｃ），（ｄ）においては、上側の円
板２の上面に仕切板５を等間隔に平面図において放射状
に固定し、上端の円板２とこの円板２の下側の円板２の
間にフロリナート６を約80％程度注入する。なお、仕切
板５には、複数の貫通穴が蜂の巣状に形成されている。
また、仕切板５の上端は、フロリナート６の液面から約
２cm下方の位置となっている。

【００３２】このように構成された支柱においては、地
震によって支柱に対して加わる横方向の振動に対し、流
体であるフロリナート６のスロッシング効果によって振
動を減衰させることができるので、耐震強度を上げるこ
とができる。なお、フロリナート６の代りに、絶縁油や
超純水を注入してもよい。

【００３３】発明者らは、このようにして製作した支柱
管について、機械的及び電気的評価試験を実施した。ス
ロッシング効果の液体としてはフロリナート６の代りに
絶縁油を入れ、図４，図５に示すように床板や、サイリ
スタモジュールを組み込んで加振試験を実施した。この
結果、共振時での加速度応答倍率は、振幅が小さいとき
でも10前後と小さく、スロッシング機能を持たせてない
従来の支柱管で構成したサイリスタバルブの応答倍率の
24よりかなり小さくなっている。なお、供試品として用
いた支柱管の諸元は、全長３ｍ、外径20cm、内径17cmで
ある。

【００３４】図３（ａ），（ｂ）は、請求項２及び請求
項３に記載の発明のサイリスタバルブを構成する支柱の
他の実施例を示す図である。図３（ａ），（ｂ）におい
ては、図２（ｃ），（ｄ）で示した仕切板５の代りに、
筒部７ａとこの筒部７ａの内部に水平に設けられた円板
部７ｂ１，７ｂ２でなる仕切り７が上側の円板２に載置
され、この仕切り７が収納された内部にも、図２
（ｃ），（ｄ）と同様に絶縁液体を80％程度注入してい
る。

【００３５】図３（ｃ），（ｄ）は、請求項２及び請求
項３に記載の発明のサイリスタバルブを構成する支柱の
異なる他の実施例を示す図である。図３（ｃ），（ｄ）
においては、図３（ａ），（ｂ）で示した仕切り７の代
りに、両側から櫛形に縦設された複数の仕切板８ａでな
る仕切り８が上側の円板２に載置され、この仕切り８が
収納された内部にも、図３（ａ），（ｂ）と同様に絶縁
液体を80％程度注入している。

【００３６】

【発明の効果】以上、本発明によれば、絶縁管の高さを
増やすことなく、機械的強度と耐電圧特性を上げること
のできるサイリスタバルブを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）及び（ｂ）は、請求項１に記載の発明の
サイリスタバルブの一実施例を示す図で、（ａ）は平面
図、（ｂ）は縦断面図。（ｃ）及び（ｄ）は、請求項１
及び請求項２に記載の発明のサイリスタバルブの他の実
施例を示す図で、（ｃ）は平面図、（ｄ）は縦断面図。

【図２】（ａ）及び（ｂ）は、請求項１に記載の発明の
サイリスタバルブの異なる実施例を示す図で、（ａ）は
平面図、（ｂ）は縦断面図。（ｃ）及び（ｄ）は、請求
項２及び請求項３に記載の発明のサイリスタバルブの一
実施例を示す図で、（ｃ）は平面図、（ｄ）は縦断面
図。

【図３】（ａ）及び（ｂ）は、請求項２及び請求項３に
記載の発明のサイリスタバルブの他の実施例を示す図
で、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断面図。（ｃ）及び
（ｄ）は、請求項２及び請求項３に記載の発明のサイリ
スタバルブの異なる他の実施例を示す図で、（ｃ）は横
平面図、（ｄ）は縦断面図。

【図４】従来のサイリスタバルブの一例を示す平面図。

【図５】（ａ）は、従来のサイリスタバルブの一例を示
す前面図、（ｂ）は、（ａ）の右側面図。

【符号の説明】

１Ａ，１Ｂ…支柱管、１ａ…ひだ、２，４…円板、３…
補強筒、５…仕切板、６…フロリナート、７，８…仕切
り。

フロントページの続き (72)発明者 松本 寿彰 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東 芝 府中工場内 (56)参考文献 特開 昭60−174066（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02M 7/04

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 立設された複数の絶縁管の複数段のステ
   ージの間にサイリスタモジュールが懸架されたサイリス
   タバルブにおいて、前記絶縁管はねじ棒への樹脂含浸繊
   維の巻装によって形成されるひだを内周と外周に有し、
   前記絶縁管の上下端とステージの内側に節板を螺合接合
   したことを特徴とするサイリスタバルブ。
2. 【請求項２】 前記絶縁管の内部の前記節板の上部に絶
   縁液体を封入したことを特徴とする請求項１記載のサイ
   リスタバルブ。
3. 【請求項３】 前記節板の上部に仕切板を設け、この仕
   切板の間に前記絶縁液体を封入したことを特徴とする請
   求項２記載のサイリスタバルブ。