JP4301626B2

JP4301626B2 - Insulated operation rod for gas circuit breaker

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Publication number: JP4301626B2
Application number: JP10619199A
Authority: JP
Inventors: 武敏長谷川; 治彦香山
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1999-04-14
Filing date: 1999-04-14
Publication date: 2009-07-22
Anticipated expiration: 2019-04-14
Also published as: JP2000299039A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高電力回路において電流を遮断する電力用ガス遮断器に用いられるガス遮断器用絶縁操作ロッドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電力用ガス遮断器は、図１２に示すように、密閉容器１２０内に可動アークコンタクト１０２と固定アークコンタクト１０３とを備え、可動アークコンタクト１０２を駆動部１１０により操作することにより、電流の遮断又は電気系統の制御をするものである。
一般に、電力用ガス遮断器は、駆動部１１０が接地され、高電圧となる可動アークコンタクト１０２と駆動部１１０を機械的に連結する操作棒として、ガラス繊維強化プラスチックやエポキシ樹脂等からなる絶縁操作ロッド１０１が用いられる。この絶縁操作ロッド１０１には高電圧における良好な絶縁特性が要求され、その要求を満足するため、端部に集中する電界を緩和する方法が、例えば、特開昭４９−３５８９６、特開平１−１５４４１９、特開平８−７７８５３等において各種提案されている。
【０００３】
図１０は特開平８−７７８５３公報に記載された、従来例の電力用ガス遮断器の絶縁操作ロッドの端部を示す断面図である。図１０において、２０1は絶縁操作ロッドで、機械的強度の高い中空円筒状のガラス繊維強化プラスチック等が用いられている。２０２は外部シールド、２０３は内部シールドで、絶縁操作ロッド２０１の端部の電界を緩和するためのものである。絶縁操作ロッド２０１と外部シールド２０２および内部シールド２０３との結合は十分な機械的強度が要求されるために絶縁操作ロッドのねじ結合部２０４によって連結されている。なお、図１０では絶縁操作ロッド２０１の内外周の吸湿および帯電を防止する耐候性および電気特性に優れた液状ゴム注型材料２０５で被覆することが提案されている。外部シールド２０２および内部シールド２０３の端縁部は十分な曲率をもたせて耐電圧性能が悪化しないように電界を緩和している。また、絶縁操作ロッド２０１と外部シールド２０２、内部シールド２０３および気体との境界部分は電界が高くなるので、図示したように絶縁操作ロッド２０１と外部シールド２０２および内部シールド２０３との間に隙間が設けられている。以上のような図１０の従来例では、回路電圧である交流電圧や回路に雷が侵入したときの雷インパルス電圧に対して絶縁操作ロッド２０１の端部電界を緩和することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１０に示された従来例の構造は、交流電圧、あるいは雷インパルス電圧に対しては効果的に絶縁操作ロッド２０１の端部の電界を緩和することができるが、直流高電圧に対しては、絶縁操作ロッド２０１の端部の電界を十分緩和することができないという問題点があった。すなわち、小電流遮断時の遮断器開極後には、絶縁操作ロッド２０１に回路交流電圧の２〜３倍にも及ぶ直流高電圧が長時間にわたって残留する場合があるが、このような場合に十分なシールド効果を発揮することができず、耐電圧性能を低下させる原因となっていた。
【０００５】
詳細に説明すると、従来例の絶縁操作ロッドでは、交流電圧を印加したときの絶縁操作ロッド２０１と外部シールド２０２の接合部の端（図１０において２２０の符号を付して示す部分（以下、端部２２０という。））における等電位線の分布は、図１１（ａ）に示すようになる。すなわち、図１１（ａ）は、従来例の構造の端部２２０における交流電圧あるいは雷インパルス電圧に対する等電位線図である。また、図１１(b)は従来例の構造の端部２２０における直流電圧に対する等電位線図を示したものである。尚、図１１（ａ）（ｂ）において、図１０と同様のものには同様の符号を付して示している。
【０００６】
図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に示すように、交流電圧を印加した場合及び直流電圧を印加した場合のいずれにおいても、等電位線は外部シールド２０２と絶縁操作ロッド２０１の間２３０に入り込んでいるが、図１１（ｂ）に示す直流電圧を印加した場合では、より多くの等電位線が間２３０に入り込み密であることがわかる。この違いにより、従来の絶縁操作ロッドでは、交流電圧を印加した場合に比較して直流電圧を印加した場合の方が、耐電圧特性が低くくなっていた。すなわち、外部及び内部シールドと絶縁操作ロッドとの接続は、機械的強度が必要であるため、通常ネジ結合が採用されるので、このネジ結合部には外部シールド２０２及び内部シールド２０３と絶縁操作ロッド２０１の間に微小な隙間（微小間隙）が形成される可能性がある。従って、直流電圧課電時において図１１(b)に示すように、間２３０に多くの等電位線が入り込むと、このネジ結合部、特にネジ結合部端２３１における局部電界が高くなり、部分放電の発生、ひいてはそれがトリガーとなってフラッシオーバに導くことがあり、これが高電圧直流残留電圧に対する耐電圧性能を低下させる原因となっていた。
【０００７】
尚、図１１（ａ）（ｂ）の等電位線図においては、シミュレーションを容易にするために、外部シールド２０２ａの形状を図１０の外部シールド２０２に比較して単純な形状として比較しているが、図１０の構造としても同様のことが言える。
【０００８】
本発明は、上記のような従来例の問題点を解決するためになされたもので、電力用ガス遮断器の絶縁操作ロッド1のシールド形状を交流電圧あるいは雷インパルス電圧における効果を損なわず、直流電圧においても効果的に作用する構造を提供し、絶縁操作ロッドの耐電圧性能向上を図ることを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
以上の目的を達成するために、本発明に係る第１のガス遮断器用絶縁操作ロッドは、ガスが封入された密閉容器内に固定アークコンタクトと可動アークコンタクトとを備えたガス遮断器において上記可動アークコンタクトを移動させるための、外部シールドと内部シールドを有する筒形状の絶縁操作ロッドであって、
上記絶縁操作ロッドは、一端面から所定の長さの第１の部分が他の部分である第２の部分より外径が大きくなるようにかつ内径が小さくなるように形成され、上記外部シールドは、上記第１の部分の外周と略等しい径の内周面を有し、該内周面で上記第１の部分の外周面に接しかつ上記第２の部分の外周から離れて上記第２の部分の一部を覆うように設けられ、
上記内部シールドは、上記第１の部分の内周と略等しい径の外周面を有し、該外周面で上記第１の部分の内周面に接しかつ上記第２の部分の内周から離れて上記第２の部分の孔に挿入されるように設けられていることを特徴とする。
以上のように構成された本発明に係る第１のガス遮断器用絶縁操作ロッドは、小電流遮断時に残留する直流高電圧が印加されたときの上記絶縁操作ロッドの第１の部分と上記外部シールド及び内部シールドの微小間隙における電界集中を緩和することができるので、耐電圧低下の原因となる部分放電の発生を抑制することができる。
【００１０】
また、本発明に係る第１のガス遮断器用絶縁操作ロッドでは、上記微小間隙における電界の集中をより効果的に緩和するために、上記絶縁操作ロッドの上記第２の部分と上記内部及び外部シールド電極との隙間をそれぞれ、上記絶縁操作ロッドの上記第１の部分の肉厚の１０％〜３０％になるように、上記絶縁操作ロッドの第１の部分の外径と内径及び第２の部分の外径と内径とを設定することが好ましい。
【００１１】
さらに、本発明に係る第１のガス遮断器用絶縁操作ロッドでは、上記外部シールドが上記第２の部分を覆う軸方向の長さと、上記内部シールドが上記第２の部分の孔に挿入される軸方向の長さとをそれぞれ、上記第１の部分の肉厚の１０倍以下に設定することが好ましい。
【００１２】
また、本発明に係る第２のガス遮断器用絶縁操作ロッドは、ガスが封入された密閉容器内に固定アークコンタクトと可動アークコンタクトとを備えたガス遮断器において上記可動アークコンタクトを移動させるための、外部シールドと内部シールドを有する筒形状の絶縁操作ロッドであって、
上記外部シールドは、上記絶縁操作ロッドの一端面から所定の長さの第１の部分の外周面と接しかつ上記絶縁操作ロッドの上記第１の部分を除く第２の部分の外周面とは接しないように離れて該第２の部分の一部を覆うように設けられ、
上記内部シールドは、上記絶縁操作ロッドの上記第１の部分の内周面に接しかつ上記第２の部分の内周面から離れて上記第２の部分の孔の途中まで挿入されるように設けられ、
上記絶縁操作ロッドの上記外部シールドと対向していない外周面及び上記内部シールドと対向していない内周面とに、上記第１の部分と上記第２の部分の境界近傍における電界の集中を緩和するように凹部と凸部とを交互に形成した凹凸部が形成されていることを特徴とする。
以上のように構成された本発明に係る第２のガス遮断器用絶縁操作ロッドは、上記外部シールド及び内部シールドと対向する上記絶縁操作ロッド表面の電位分担を少なくして、小電流遮断時に残留する直流高電圧が印加されたときの上記絶縁操作ロッドの第１の部分と上記外部シールド及び内部シールドの微小間隙における電界集中を緩和することができるので、耐電圧低下の原因となる部分放電の発生を抑制することができる。
【００１３】
また、本発明に係る第２のガス遮断器用絶縁操作ロッドでは、上記凹部及び凸部の断面形状を半円形とすることが好ましい。
【００１４】
また、本発明に係る第３のガス遮断器用絶縁操作ロッドは、ガスが封入された密閉容器内に固定アークコンタクトと可動アークコンタクトとを備えたガス遮断器において上記可動アークコンタクトを移動させるための、外部シールドと内部シールドを有する筒形状の絶縁操作ロッドであって、
上記外部シールドは、上記絶縁操作ロッドの一端面から所定の長さの第１の部分の外周面と接しかつ上記絶縁操作ロッドの上記第１の部分を除く第２の部分の外周面とは接しないように離れて該第２の部分の一部を覆うように設けられ、
上記内部シールドは、上記絶縁操作ロッドの上記第１の部分の内周面に接しかつ上記第２の部分の内周面から離れて上記第２の部分の孔の途中まで挿入されるように設けられ、
上記絶縁操作ロッドの上記第２の部分において、上記外部シールドと対向する面と、上記内部シールドと対向する面とに、他の部分に比較して絶縁物の表面抵抗が低くなるように絶縁物による低抵抗層が形成されていることを特徴とする。
以上のように構成された本発明に係る第３のガス遮断器用絶縁操作ロッドは、小電流遮断時に残留する直流高電圧が印加されたときの上記絶縁操作ロッドの第１の部分と上記外部シールド及び内部シールドの微小間隙における電界集中を緩和することができるので、耐電圧低下の原因となる部分放電の発生を抑制することができる。
【００１５】
また、本発明に係る第３のガス遮断器用絶縁操作ロッドにおいて、上記絶縁物による低抵抗層は、ＳｉＣ層で形成することができる。
【００１６】
また、本発明に係る第３のガス遮断器用絶縁操作ロッドにおいて、上記絶縁物による低抵抗層は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）粉末を含む樹脂を塗布することにより形成することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施の形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明に係る実施の形態１の絶縁操作ロッドの特徴的な構成を模式的に示す部分断面図であって、主として絶縁操作ロッド１と外部シールド２および内部シールド３との接続部を示している。本絶縁操作ロッド１は、ガスが封入された密閉容器内に固定アークコンタクトと可動アークコンタクトとを備えたガス遮断器において、上記可動アークコンタクトに接続されて可動アークコンタクトを移動させる筒形状の絶縁操作ロッドであって、詳細後述する構成により、高電圧直流残留電圧に対する耐電圧性能を、交流電圧を印加した場合と同様にできるという優れた特徴を有する。
【００１８】
詳細に説明すると、本実施の形態１において、絶縁操作ロッド１は、例えば、ガラス繊維束を織布にしたガラスクロスを所定の厚みに巻回後、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂で含浸硬化させた中空状のFRP (Fiber Reinforced Plastics:繊維強化プラスチック)からなり、外部シールド２及び内部シールド３が接続される一端面から所定の長さの第１の部分１ａが他の部分である第２の部分１ｂより外径が（２×ｄ）だけ大きくなるようにかつ内径が（２×ｄ）だけ小さくなるように形成されている。
【００１９】
そして、外部シールド２は、絶縁操作ロッド１の第１の部分１ａの外径と略等しい径の内周面を有する筒状に形成され、該内周面の一部で第１の部分１ａの外周面に接するように、例えばネジ結合を用いて十分な機械的強度を保つように締結されている（この部分は、図面ではネジ結合部４として示している。）。また、外部シールド２は、第２の部分１ｂのうちの、第１の部分１ｂとの境界から長さＬの部分を覆うように延在させて設けている。すなわち、外部シールド２は、第２の部分１ｂの外周面から距離ｄだけ離れて第２の部分１ｂの一部を覆うように設けられている。
【００２０】
また、内部シールド３は、第１の部分１ａの内径と略等しい径の外周面を有し、その外周面で第１の部分１ａの内周面に接するように、絶縁操作ロッド１の中心孔に挿入されている。尚、内部シールド３は、外部シールド２と同様にして、例えば、ネジ結合を用いて十分な機械的強度を保つように第１の部分１ａの内周面に締結されている。さらに、内部シールド３は、第２の部分１ｂの孔のうちの、第１の部分１ｂとの境界から長さＬの深さまで挿入されるように延在させて設けている。さらに、内部シールド３は、第２の部分１ｂの内周面から距離ｄ以上離れて第２の部分１ｂの孔に挿入されている。
【００２１】
以上のように、本実施の形態１では、ネジ結合部４を有する絶縁操作ロッド１の第１の部分１ａの厚さＤに対し、第２の部分１ｂの厚さを薄くすることにより、第２の部分の外周面と外部シールド２との間、および第２の部分の内周面と内部シールド３との間に距離ｄの間隔を設けている。
ここで、距離ｄはネジ結合部４の端部の電界を効果的に下げるために、絶縁操作ロッド１の第１の部分の厚さＤに対して１０％以上にすることが望ましい。また、外部シールド２あるいは内部シールド３の第１の部分１ａからの突出長である長さＬは、長いほど第１の部分１ａの端部の電界は緩和されるが、外部シールド２および内部シールド３と第２の部分１ｂとの隙間における電界が高くなるので、距離ｄの１０倍以下にすることが望ましい。
【００２２】
以下、図１の本発明に係る絶縁操作ロッド１における電界分布をシミュレーションによる計算結果を基に従来例と比較しながら説明する。
【００２３】
図２は図１０に示す従来例の絶縁操作ロッド２０１において、直流電圧を印加した場合の電界分布を計算した結果である（外部及び内部シールドの周りのみ表示）。ネジ結合部２０４の下端部には微小間隙が生じやすく、この隙間によりネジ結合部２０４の下端部に電界が集中する。このような状態をモデル的に評価するために本シミュレーションでは絶縁操作ロッド２０１と外部シールド２０２および内部シールド２０３とのネジ結合部２０４の端部に、くさび状の微小間隙２０８を設けて計算した。
【００２４】
また、図３は図１に示す実施の形態１の絶縁操作ロッド１において、直流電圧を印加した場合の電界分布を計算した結果である（外部及び内部シールドの周りのみ表示）。第１の部分１ａと第２の部分１ｂとの境界付近、すなわちネジ結合部４の端部において、図２と同様、くさび状の微小間隙８を設けて計算した。
尚、図２及び図３において電界強度は矢印の長さに対応させて示している。
本実施の形態及び従来例のいずれもくさび状の隙間の端で電界強度が最大となるが、図２と図３とを比較することにより明かなように、実施の形態１の絶縁ロッド１の第１の部分１ａと第２の部分１ｂとの境界付近における隙間に集中する電界の強度を示す矢印の長さは、従来例に比較して短くなっている。すなわち、本実施の形態１では、絶縁操作ロッド１の第１の部分１ａと第２の部分１ｂとの境界付近における電界の集中を緩和することができることを示している。
【００２５】
また、図４は直流電圧を印加した場合の従来例の構造と実施の形態１の構造において、ネジ結合部の端部の微小間隙に発生する最大電界を、絶縁操作ロッドとシールド間の隙間ｄを絶縁操作ロッドの厚みＤで除したｄ／Ｄを変数として計算した結果を示すグラフである。この計算結果から、従来構造では隙間dを大きくしても最大電界はほとんど変化がない。一方、実施の形態１の構造における最大電界は隙間dを大きくするとともに低くなり、直流電圧におけるネジ結合部４の端部に生じる微小間隙に集中する電界を緩和することができることが分かる。
【００２６】
また、ガス遮断器は通常高気圧（０．５ＭＰａ程度）ＳＦ₆ガスが用いられている。これは、遮断性能と絶縁性能を兼ね備えた媒体で、絶縁操作ロッドの絶縁設計においても設計電界値を越えないように各部の電界値を把握して設計している。図４には設計許容電界値を併記している。直流高電圧が印加された場合、従来例の構造では、絶縁操作ロッド２０１とネジ結合部２０４の端部に形成される微小間隙２０８の最大電界は許容電界を越えているので、この隙間で部分放電が発生し、それがトリガーとなって絶縁破壊する可能性がある。一方、実施の形態１の構造における微小間隙８の最大電界は、ｄ／Ｄが１０％を越えると許容電界値以下にでき、隙間８での部分放電の発生を防止でき、絶縁信頼性が十分確保できる。尚、実施の形態１の構造においてはｄ／Ｄを大きくするほど隙間８での最大電界を低下させることができるが、絶縁操作ロッドの機械的強度等の実用面を考慮すると、ｄ／Ｄを３０％以下にすることが合理的である。
【００２７】
次に、外部シールド２および内部シールド３の突出長Ｌについて説明する。実施の形態１において直流電圧を印加すると、外部シールド２と絶縁操作ロッド１の間で等電位線が非常に密になることが、図１１(b)に示す従来の例から推定される。この外部シールド２と絶縁操作ロッド１の間の電界の集中は、隙間ｄと突出長Ｌに関係している。図５は実施の形態１の構造（図１）において、図３の形状で外部シールド２あるいは内部シールド３と絶縁操作ロッド１の間の最大電界をＬ／ｄを変数として計算した結果を示すグラフである。図５に併記した設計許容電界を基準に考えると、突出長Ｌは隙間ｄの約１０倍以下に設定すれば、十分に許容電界値以内にできることが分かる。
【００２８】
以上のように、本発明に係る実施の形態１の絶縁操作ロッドは、ネジ結合部４を有する絶縁操作ロッド１の第１の部分１ａの厚さＤに対し、第２の部分１ｂの厚さを薄くすることにより、第２の部分の外周面と外部シールド２との間、および第２の部分の内周面と内部シールド３との間に距離ｄの間隔を設けている。これによって、外部シールド２０２及び内部シールド２０３に段差を設けて、絶縁操作ロッドのネジ結合部の下に間隔を設けた従来例に比較して、直流高電圧が印加された場合において、ネジ結合部の下端近傍に生じる微小間隙への電界の集中を緩和することができ、直流高電圧印加時の耐絶縁性を良好にできる。
【００２９】
実施の形態２．
本発明に係る実施の形態２の絶縁操作ロッド１１を図６を参照して説明する。尚、図６において、図１と同一のものには同一の符号を付して示している。本実施の形態２の絶縁操作ロッド１１は、その内周面と外周面のうちの、外部シールドと対向する部分および内部シールド３と対向する部分を除く表面に、凸凹６を形成したことを特徴としている。このようにすると、直流電圧を印加したときに、ネジ結合部４の端部に集中する電界を緩和することができる。すなわち、電界は、絶縁操作ロッドの表面電位分布に関係し、外部シールド２および内部シールド３と対向する絶縁操作ロッド１１の表面電位分担が小さくなり緩和される。
また、本実施の形態２では、凸凹６は図６に示すように滑らかな半円形を組み合わせた波形にすることによって、絶縁操作ロッド１１の表面電界の変歪を少なくでき、より効果的に電界集中を緩和することができる。
【００３０】
以下、実施の形態２の構成に基づいて行ったシミュレーションの結果について説明する。
まず、図７(a)は従来例において直流電圧を印加した場合の外部シールド２０２近傍の電界分布を計算した結果を示している。ここで、電界値の大きさは矢印の長さに対応させて表示している。尚、ネジ結合部４の端部における微小間隙８１は、絶縁操作ロッド２０１と外部シールド２０２と接する端部部分に１／４円形形状のくさび型のギャップを設けて計算している。図７（ａ）では、この結果で得られた、隙間８における最大電界を１００％で表示している。一方、図７(b)は図６の実施の形態２の構造を評価したものであり、絶縁操作ロッド１の表面に外部シールド２および内部シールド３と対向する面を除いて凸凹（半円の組合わせ）６を形成した場合の電界計算結果を示すものである。ここで、隙間８１等は、図７（ａ）と同様にして計算した。
【００３１】
図７（ｂ）に示すように、実施の形態２の構造において、隙間８における最大電界は、従来例の構造に比べ７４％程度に低下している。これは、直流電圧を印加した場合は、絶縁操作ロッド１１の表面絶縁抵抗により電位が分担されたことによる。すなわち、外部シールド２および内部シールド３と対向する面以外の絶縁操作ロッド１１の表面に凸凹６を形成することにより、外部シールド２と対向している絶縁操作ロッド１１に分担される表面電位が低下したために、隙間８の電界が低下したものである。
なお、図７(b)に示すような半円を組み合わした凸凹６は絶縁操作ロッド１１の表面電界分布の変歪が少ないので、隙間８の電界を効果的に低下させることができる。
【００３２】
以上の実施の形態２の絶縁操作ロッド１１では、ネジ結合部４の下に位置する、外部シールド２と絶縁操作ロッド１１の間及び内部シールド３と絶縁操作ロッド１１との間に所定の間隔を設けることができればよく、絶縁操作ロッド１１において実施の形態１の第１の部分と第２の部分のように厚い部分と薄い部分を設けることは必ずしも必要ではない。すなわち、図６に示すように、絶縁操作ロッド１１において厚い部分と薄い部分を設けても良いし、図７（ｂ）のシミュレーションに用いた構造のように、絶縁操作ロッド１１は軸方向に一定の肉厚とし、外部シールド２０２の内周面に段差を形成するようにしてもよい。
【００３３】
実施の形態３．
本発明の実施の形態３を図８について説明する。図８において、図１および図６と同様のものには同一符号を付して示している。本実施の形態３の絶縁操作ロッド２１は、その内周面と外周面のうちの、外部シールドと対向する部分および内部シールド３と対向する部分に、電界に対して非線形抵抗性（電界が高くなると抵抗率が低下する性質）を示す炭化ケイ素（SiC）粉末を含む樹脂を塗布して低抵抗層を形成したことにより、直流電圧を印加したときのネジ結合部４の端部に集中する電界を緩和することを特徴とする。
【００３４】
このように、絶縁操作ロッド２１の外部シールド２および内部シールド３に対向した部分の表面絶縁抵抗を低くすることにより、外部シールド２および内部シールド３に対向した部分の絶縁操作ロッド２１の表面電位分担を下げ、ネジ結合部４の端部の直流電圧印加時の電界を緩和することができる。
【００３５】
以下、実施の形態３の構成に基づいて行ったシミュレーションの結果について説明する。
図９（ａ）は、実施の形態２で説明した図８（ａ）と同様、従来例の構造における電界計算結果で、隙間８の最大電界を１００％として表示している。図９（ｂ）は外部シールド２の内周面と対向する絶縁操作ロッド２1の表面に低抵抗層７を設けた場合の電界の計算結果を示すものである。ここで、低抵抗層７の抵抗率は絶縁層ロッド２１の絶縁抵抗率の１／１０として計算した。隙間８１の最大電界は従来例の構造の最大電界に対して５０％以下に低下させることができる。
【００３６】
尚、低抵抗層７として炭化ケイ素（SiC）の粉末を含有するエポキシ樹脂、アクリル樹脂、テフロン樹脂のいずれかの熱硬化性樹脂を塗布して形成することにより、隙間８の電界緩和効果を向上させることができる。また、ＳｉＣ粉末を充填したアクリル樹脂の抵抗率の電界依存性は、低電界では絶縁性であるが高電界で抵抗率が低下する非線形抵抗性を低抵抗層７に付与することができるので電界の集中する隙間８の抵抗をより低下させることができる。これによって、効果的に電界を緩和することができるので、直流高電圧下における部分放電の発生を効果的に抑制することができ、耐電圧の高い絶縁操作ロッドが得られる。
【００３７】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係る第１のガス遮断器用絶縁操作ロッドは、一端面から所定の長さの第１の部分が他の部分である第２の部分より外径が大きくなるようにかつ内径が小さくなるように形成され、上記外部シールドが該内周面で上記第１の部分の外周面に接しかつ上記第２の部分の外周から離れて上記第２の部分の一部を覆うように設けられ、上記内部シールドが該外周面で上記第１の部分の内周面に接しかつ上記第２の部分の内周から離れて上記第２の部分の孔に挿入されるように設けられている。
これによって、本発明に係る第１のガス遮断器用絶縁操作ロッドでは、小電流遮断時に残留する直流高電圧が印加されたときの上記絶縁操作ロッドの第１の部分と上記外部シールド及び内部シールドの微小間隙における電界集中を緩和することができるので、耐電圧低下の原因となる部分放電の発生を抑制することができ、直流電圧に対する耐電圧性能を向上させることができる。
【００３８】
また、本発明に係る第１のガス遮断器用絶縁操作ロッドでは、上記絶縁操作ロッドの上記第２の部分と上記内部及び外部シールド電極との隙間をそれぞれ、上記絶縁操作ロッドの上記第１の部分の肉厚の１０％〜３０％になるように、上記絶縁操作ロッドの第１の部分の外径と内径及び第２の部分の外径と内径とを設定することにより、上記微小間隙における電界の集中をより効果的に緩和することができ、耐電圧低下の原因となる部分放電の発生をより効果的に抑制することができ、直流電圧に対する耐電圧性能をさらに向上させることができる。
【００３９】
さらに、本発明に係る第１のガス遮断器用絶縁操作ロッドでは、上記外部シールドが上記第２の部分を覆う軸方向の長さと、上記内部シールドが上記第２の部分の孔に挿入される軸方向の長さとをそれぞれ、上記第１の部分の肉厚の１０倍以下に設定することにより、上記微小間隙における電界の集中をより効果的に緩和することができ、耐電圧低下の原因となる部分放電の発生をより効果的に抑制することができ、直流電圧に対する耐電圧性能をさらに向上させることができる。
【００４０】
また、本発明に係る第２のガス遮断器用絶縁操作ロッドは、上記外部シールドが、上記第１の部分の外周面と接しかつ上記第２の部分の外周面とは接しないように離れて該第２の部分の一部を覆うように設けられ、上記内部シールドが、上記第１の部分の内周面に接しかつ上記第２の部分の内周面から離れて上記第２の部分の孔の途中まで挿入されるように設けられ、上記絶縁操作ロッドの上記外部シールドと対向していない外周面及び上記内部シールドと対向していない内周面とに、上記第１の部分と上記第２の部分の境界近傍における電界の集中を緩和するように凹部と凸部とを交互に形成した凹凸部が形成されている。
以上のように構成することにより本発明に係る第２のガス遮断器用絶縁操作ロッドは、上記外部シールド及び内部シールドと対向する上記絶縁操作ロッド表面の電位分担を少なくして、上記絶縁操作ロッドの第１の部分と上記外部シールド及び内部シールドの微小間隙における電界集中を緩和することができ、部分放電の発生を抑制することができるので、直流電圧に対する耐電圧性能を向上させることができる。
【００４１】
また、本発明に係る第２のガス遮断器用絶縁操作ロッドでは、上記凹部及び凸部の断面形状を表面が滑らかな半円形とすると上記絶縁操作ロッドの第１の部分と上記外部シールド及び内部シールドの微小間隙における電界集中をより緩和することができ、部分放電の発生を抑制することができるので、直流電圧に対する耐電圧性能をさらに向上させることができる。
【００４２】
また、本発明に係る第３のガス遮断器用絶縁操作ロッドは、上記外部シールドが上記第１の部分の外周面と接しかつ上記第２の部分の外周面とは接しないように離れて設けられ、上記内部シールドが上記第１の部分の内周面に接しかつ上記第２の部分の内周面から離れて設けられ、上記絶縁操作ロッドの上記第２の部分において、上記外部シールドと対向する面と、上記内部シールドと対向する面とに、他の部分に比較して絶縁物の表面抵抗が低くなるように絶縁物による低抵抗層が形成されている。
以上のように構成された本発明に係る第３のガス遮断器用絶縁操作ロッドでは、直流高電圧が印加されたときの上記絶縁操作ロッドの第１の部分と上記外部シールド及び内部シールドの微小間隙における電界集中を緩和することができ、耐電圧低下の原因となる部分放電の発生を抑制することができるので、直流電圧に対する耐電圧性能を向上させることができる。
【００４３】
また、本発明に係る第３のガス遮断器用絶縁操作ロッドにおいて、上記絶縁物による低抵抗層を、ＳｉＣ層で形成することにより、より効果的に耐電圧低下の原因となる部分放電の発生を抑制することができるので、直流電圧に対する耐電圧性能をさらに向上させることができる。
【００４４】
また、本発明に係る第３のガス遮断器用絶縁操作ロッドにおいて、上記絶縁物による低抵抗層は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）粉末を含む樹脂を塗布することにより容易に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１の絶縁操作ロッドにおける外部シールドおよび内部シールド構造を模式的に示す部分断面図である。
【図２】実施の形態１の絶縁操作ロッドと比較するために行った従来例の構造における直流電圧印加時の電界計算結果を示す図である。
【図３】実施の形態１の絶縁操作ロッドにおける直流電圧印加時の電界計算結果を示す図である。
【図４】実施の形態１において、微小間隙に発生する最大電界を絶縁操作ロッドとシールド間の隙間ｄと絶縁操作ロッドの厚みＤとの比を変数として計算した結果を示すグラフである。
【図５】実施の形態１において、外部シールド２あるいは内部シールド３と絶縁操作ロッド１の間の最大電界をＬ／ｄを変数として計算した結果を示すグラフである。
【図６】本発明に係る実施形態２の絶縁操作ロッドにおける外部シールドおよび内部シールド構造を模式的に示す部分断面図である。
【図７】（ａ）は、実施の形態２の絶縁操作ロッドと比較するために行った従来例の構造における直流電圧印加時の電界計算結果を示す図であり、（ｂ）は実施の形態２の絶縁操作ロッドにおける直流電圧印加時の電界計算結果を示す図である。
【図８】本発明に係る実施形態３の絶縁操作ロッドにおける外部シールドおよび内部シールド構造を模式的に示す部分断面図である。
【図９】（ａ）は、実施の形態３の絶縁操作ロッドと比較するために行った従来例の構造における直流電圧印加時の電界計算結果を示す図であり、（ｂ）は実施の形態３の絶縁操作ロッドにおける直流電圧印加時の電界計算結果を示す図である。
【図１０】従来例の絶縁操作ロッドの構造を示す図である。
【図１１】従来例の絶縁操作ロッドの構造における交流電圧での電界計算結果(a)と直流電圧における電界計算結果(b)を示す図である。
【図１２】高電力回路において電流を遮断する一般的な電力用ガス遮断器の概要を示す図である。
【符号の説明】
１絶縁操作ロッド、２外部シールド、３内部シールド、４ネジ結合部、６凹凸部、７低抵抗層、８，８１微小間隙、１０２可動アークコンタクト、１０３固定アークコンタクト、１１０駆動部、１２０密閉容器。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an insulating operation rod for a gas circuit breaker used for a power gas circuit breaker that interrupts current in a high power circuit.
[0002]
[Prior art]
As shown in FIG. 12, the power gas circuit breaker includes a movable arc contact 102 and a fixed arc contact 103 in an airtight container 120. It controls the electric system.
In general, the power gas circuit breaker is an insulating operation made of glass fiber reinforced plastic, epoxy resin, or the like as an operation rod for mechanically connecting the movable arc contact 102 and the drive unit 110, which have a high voltage when the drive unit 110 is grounded. A rod 101 is used. The insulating operating rod 101 is required to have good insulation characteristics at high voltage. In order to satisfy the requirement, methods for relaxing the electric field concentrated on the end are disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open Nos. 49-35896 and 1-95. No. 154419, Japanese Patent Laid-Open No. 8-77853, etc.
[0003]
FIG. 10 is a sectional view showing an end portion of an insulating operation rod of a conventional power gas circuit breaker described in JP-A-8-77853. In FIG. 10, reference numeral 201 denotes an insulating operation rod, which uses a hollow cylindrical glass fiber reinforced plastic having a high mechanical strength. Reference numeral 202 denotes an outer shield, and 203 denotes an inner shield for relaxing the electric field at the end of the insulating operation rod 201. The insulation operating rod 201 and the outer shield 202 and the inner shield 203 are coupled to each other by a screw coupling portion 204 of the insulation operation rod because sufficient mechanical strength is required. In FIG. 10, it has been proposed to coat the inner and outer circumferences of the insulating operation rod 201 with a liquid rubber casting material 205 excellent in weather resistance and electrical characteristics for preventing moisture absorption and charging. The edge portions of the outer shield 202 and the inner shield 203 have a sufficient curvature so that the electric field is relaxed so that the withstand voltage performance is not deteriorated. In addition, since the electric field is high at the boundary between the insulating operation rod 201 and the outer shield 202, the inner shield 203, and the gas, a gap is provided between the insulating operation rod 201, the outer shield 202, and the inner shield 203 as illustrated. It has been. In the conventional example of FIG. 10 as described above, the electric field at the end of the insulating operation rod 201 can be relaxed with respect to the AC voltage, which is a circuit voltage, and the lightning impulse voltage when lightning enters the circuit.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the structure of the conventional example shown in FIG. 10 can effectively relieve the electric field at the end of the insulation operating rod 201 against AC voltage or lightning impulse voltage, but against DC high voltage. As a result, there is a problem that the electric field at the end of the insulating operation rod 201 cannot be sufficiently relaxed. That is, after the circuit breaker is opened when a small current is interrupted, a DC high voltage as much as 2 to 3 times the circuit AC voltage may remain in the insulating operation rod 201 for a long time. The shield effect could not be exhibited, causing the breakdown voltage performance to deteriorate.
[0005]
More specifically, in the conventional insulation operation rod, the end of the joint between the insulation operation rod 201 and the outer shield 202 when an AC voltage is applied (the portion indicated by the reference numeral 220 in FIG. 10 (hereinafter referred to as the end). The distribution of equipotential lines in the portion 220))) is as shown in FIG. That is, FIG. 11A is an equipotential diagram with respect to an AC voltage or a lightning impulse voltage at the end 220 of the conventional structure. FIG. 11B shows an equipotential diagram with respect to the DC voltage at the end 220 of the structure of the conventional example. In FIGS. 11A and 11B, the same components as those in FIG. 10 are denoted by the same reference numerals.
[0006]
As shown in FIG. 11A and FIG. 11B, the equipotential line is placed between the outer shield 202 and the insulating operation rod 201 in both cases where an AC voltage is applied and a DC voltage is applied. However, when the DC voltage shown in FIG. 11B is applied, it can be seen that more equipotential lines enter the gap 230 and are dense. Due to this difference, the conventional insulation operating rod has a lower withstand voltage characteristic when a DC voltage is applied than when an AC voltage is applied. That is, since the mechanical strength is required for the connection between the outer and inner shields and the insulating operation rod, screw connection is usually employed. Therefore, the outer shield 202 and the inner shield 203 are connected to the insulating operation rod. There is a possibility that minute gaps (minute gaps) may be formed between 201. Therefore, when a DC voltage is applied, as shown in FIG. 11B, if many equipotential lines enter the gap 230, the local electric field at the screw coupling portion, particularly the screw coupling portion end 231 increases, and the partial discharge Occurrence of this phenomenon and, in turn, it can lead to flashover, which has been a cause of lowering the withstand voltage performance against high-voltage DC residual voltage.
[0007]
In the equipotential diagrams of FIGS. 11A and 11B, the shape of the external shield 202a is compared with a simple shape compared to the external shield 202 of FIG. 10 in order to facilitate the simulation. However, the same can be said for the structure of FIG.
[0008]
The present invention was made in order to solve the above-described problems of the conventional example, and the shield shape of the insulating operation rod 1 of the power gas circuit breaker is not affected by the direct current without impairing the effect on the alternating current voltage or the lightning impulse voltage. An object of the present invention is to provide a structure that works effectively even in voltage, and to improve the withstand voltage performance of the insulating operation rod.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above-described object, a first insulating breaker rod for a gas circuit breaker according to the present invention includes a movable arc contact having a fixed arc contact and a movable arc contact in a sealed container in which a gas is sealed. A cylindrical insulating operation rod having an outer shield and an inner shield for moving the arc contact,
The insulating operation rod is formed such that a first portion having a predetermined length from one end surface has a larger outer diameter and a smaller inner diameter than a second portion which is another portion, and the outer shield is And an inner peripheral surface having a diameter substantially equal to the outer periphery of the first portion, the inner peripheral surface being in contact with the outer peripheral surface of the first portion and being separated from the outer periphery of the second portion. Provided to cover part of the part,
The inner shield has an outer circumferential surface having a diameter substantially equal to the inner circumference of the first portion, and is in contact with the inner circumferential surface of the first portion at the outer circumferential surface and away from the inner circumference of the second portion. It is provided so that it may be inserted in the hole of the said 2nd part.
The first insulating breaker rod for a gas circuit breaker according to the present invention configured as described above includes the first portion of the insulating rod and the external shield when a high direct current voltage remaining when a small current is interrupted is applied. In addition, since the electric field concentration in the minute gap of the inner shield can be relaxed, it is possible to suppress the occurrence of partial discharge that causes a reduction in withstand voltage.
[0010]
Further, in the first insulating operation rod for a gas circuit breaker according to the present invention, the second portion of the insulating operating rod and the inner and outer shields are more effectively relieved in order to more effectively alleviate the concentration of the electric field in the minute gap. The outer diameter and inner diameter of the first part of the insulating operation rod and the second part so that the gap with the electrode is 10% to 30% of the thickness of the first part of the insulating operation rod, respectively. It is preferable to set the outer diameter and the inner diameter.
[0011]
Furthermore, in the 1st insulation operating rod for gas circuit breakers which concerns on this invention, the said axial length which the said external shield covers the said 2nd part, and the axis | shaft by which the said internal shield is inserted in the hole of the said 2nd part It is preferable to set the length in the direction to 10 times or less the thickness of the first portion.
[0012]
In addition, a second insulating operation rod for a gas circuit breaker according to the present invention is for moving the movable arc contact in a gas circuit breaker having a fixed arc contact and a movable arc contact in a sealed container in which gas is sealed. A cylindrical insulating operating rod having an outer shield and an inner shield,
The outer shield is in contact with the outer peripheral surface of the first portion having a predetermined length from one end surface of the insulating operation rod, and is in contact with the outer peripheral surface of the second portion excluding the first portion of the insulating operation rod. Provided to cover part of the second part apart so as not to
The inner shield is provided so as to be in contact with the inner peripheral surface of the first portion of the insulating operation rod and to be inserted halfway through the hole of the second portion away from the inner peripheral surface of the second portion. And
Reducing the concentration of electric field in the vicinity of the boundary between the first part and the second part on the outer peripheral surface of the insulating operation rod not facing the outer shield and the inner peripheral surface not facing the inner shield As described above, it is characterized in that a concavo-convex portion in which concave portions and convex portions are alternately formed is formed.
The insulation rod for a second gas circuit breaker according to the present invention configured as described above reduces the potential sharing on the surface of the insulation operation rod facing the external shield and the internal shield, and remains when a small current is interrupted. Since the electric field concentration in the minute gap between the first portion of the insulating operating rod and the outer shield and the inner shield when a DC high voltage is applied can be relaxed, the occurrence of partial discharge that causes a reduction in withstand voltage Can be suppressed.
[0013]
In the second insulating operation rod for a gas circuit breaker according to the present invention, it is preferable that the cross-sectional shape of the concave portion and the convex portion is a semicircular shape.
[0014]
In addition, a third insulating operation rod for a gas circuit breaker according to the present invention is provided for moving the movable arc contact in a gas circuit breaker having a fixed arc contact and a movable arc contact in a sealed container filled with gas. A cylindrical insulating operating rod having an outer shield and an inner shield,
The outer shield is in contact with the outer peripheral surface of the first portion having a predetermined length from one end surface of the insulating operation rod, and is in contact with the outer peripheral surface of the second portion excluding the first portion of the insulating operation rod. Provided to cover part of the second part apart so as not to
The inner shield is provided so as to be in contact with the inner peripheral surface of the first portion of the insulating operation rod and to be inserted halfway through the hole of the second portion away from the inner peripheral surface of the second portion. And
In the second portion of the insulating operation rod, the surface facing the outer shield and the surface facing the inner shield are compared to other portions. Insulating So that the surface resistance is low By insulation A low resistance layer is formed.
The third insulating circuit rod for gas circuit breaker according to the present invention configured as described above includes the first portion of the insulating operating rod and the external shield when a high direct current voltage remaining when a small current is interrupted is applied. In addition, since the electric field concentration in the minute gap of the inner shield can be relaxed, it is possible to suppress the occurrence of partial discharge that causes a reduction in withstand voltage.
[0015]
Moreover, in the 3rd insulation operation rod for gas circuit breakers which concerns on this invention, By insulation The low resistance layer can be formed of a SiC layer.
[0016]
Moreover, in the 3rd insulation operation rod for gas circuit breakers which concerns on this invention, By insulation The low resistance layer can be formed by applying a resin containing silicon carbide (SiC) powder.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings.
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a partial cross-sectional view schematically showing a characteristic configuration of the insulating operation rod according to the first embodiment of the present invention, and mainly a connection portion between the insulating operation rod 1, the outer shield 2, and the inner shield 3. Is shown. This insulation operating rod 1 is a cylindrical insulation that moves to a movable arc contact connected to the movable arc contact in a gas circuit breaker having a fixed arc contact and a movable arc contact in a hermetically sealed container filled with gas. The operation rod has an excellent feature that the withstand voltage performance with respect to the high-voltage DC residual voltage can be made the same as that when an AC voltage is applied by the configuration described in detail later.
[0018]
More specifically, in the first embodiment, the insulating operation rod 1 is impregnated and cured with a thermosetting resin such as an epoxy resin after winding a glass cloth made of a glass fiber bundle into a predetermined thickness, for example. The second portion is made of a hollow FRP (Fiber Reinforced Plastics), and the first portion 1a having a predetermined length from the one end face to which the outer shield 2 and the inner shield 3 are connected is the other portion. The outer diameter of the portion 1b is increased by (2 × d) and the inner diameter is decreased by (2 × d).
[0019]
The outer shield 2 is connected to the outside of the first portion 1a of the insulating operation rod 1. Diameter For example, a screw connection is used to maintain sufficient mechanical strength so that a part of the inner peripheral surface is in contact with the outer peripheral surface of the first portion 1a. (This portion is shown as a screw coupling portion 4 in the drawing). Further, the outer shield 2 is provided so as to extend from the boundary with the first portion 1b in the second portion 1b so as to cover the portion of the length L. That is, the outer shield 2 has an outer periphery of the second portion 1b. surface It is provided so as to cover a part of the second portion 1b at a distance d from the distance.
[0020]
Further, the inner shield 3 is provided in the first portion 1a. Diameter Is inserted into the central hole of the insulating operation rod 1 so that the outer peripheral surface is in contact with the inner peripheral surface of the first portion 1a. The inner shield 3 is fastened to the inner peripheral surface of the first portion 1a in the same manner as the outer shield 2 so as to maintain sufficient mechanical strength using, for example, screw connection. Further, the inner shield 3 is provided so as to extend from the boundary with the first portion 1b to the depth L in the hole of the second portion 1b. Furthermore, the inner shield 3 is connected to the inner periphery of the second portion 1b. surface Is inserted into the hole of the second portion 1b at a distance d or more from the second portion 1b.
[0021]
As described above, in the first embodiment, the thickness of the second portion 1b is made thinner than the thickness D of the first portion 1a of the insulating operating rod 1 having the screw coupling portion 4. A distance d is provided between the outer peripheral surface of the second portion and the outer shield 2 and between the inner peripheral surface of the second portion and the inner shield 3.
Here, the distance d is desirably 10% or more with respect to the thickness D of the first portion of the insulating operating rod 1 in order to effectively lower the electric field at the end of the screw coupling portion 4. The longer the length L of the outer shield 2 or the inner shield 3 protruding from the first portion 1a, the more the electric field at the end of the first portion 1a is reduced. Since the electric field in the gap between 3 and the second portion 1b becomes high, it is desirable that the distance d is 10 times or less.
[0022]
Hereinafter, the electric field distribution in the insulating operation rod 1 according to the present invention shown in FIG.
[0023]
FIG. 2 shows the calculation result of the electric field distribution when a DC voltage is applied to the conventional insulating operation rod 201 shown in FIG. 10 (displayed only around the outer and inner shields). A minute gap is likely to be generated at the lower end portion of the screw coupling portion 204, and the electric field concentrates on the lower end portion of the screw coupling portion 204 due to this gap. In order to evaluate such a state as a model, in this simulation, a wedge-shaped minute gap 208 is provided at the end of the screw coupling portion 204 between the insulating operation rod 201 and the outer shield 202 and the inner shield 203.
[0024]
FIG. 3 shows the result of calculating the electric field distribution when a DC voltage is applied in the insulating operation rod 1 of the first embodiment shown in FIG. 1 (displayed only around the outer and inner shields). In the vicinity of the boundary between the first portion 1a and the second portion 1b, that is, at the end of the screw coupling portion 4, a wedge-shaped minute gap 8 was provided as in FIG.
In FIGS. 2 and 3, the electric field strength is shown corresponding to the length of the arrow.
In both of the present embodiment and the conventional example, the electric field strength is maximized at the end of the wedge-shaped gap, but as is clear by comparing FIG. 2 and FIG. 3, the insulating rod 1 of the first embodiment The length of the arrow indicating the strength of the electric field concentrated in the gap near the boundary between the first portion 1a and the second portion 1b is shorter than that of the conventional example. That is, the first embodiment shows that the concentration of the electric field in the vicinity of the boundary between the first portion 1a and the second portion 1b of the insulating operation rod 1 can be reduced.
[0025]
FIG. 4 shows the maximum electric field generated in the minute gap at the end of the screw coupling portion between the insulating operation rod and the shield in the structure of the conventional example when a DC voltage is applied and the structure of the first embodiment. It is a graph which shows the result of having calculated d / D which divided | divided by the thickness D of the insulation operation rod as a variable. From this calculation result, in the conventional structure, even if the gap d is increased, the maximum electric field hardly changes. On the other hand, the maximum electric field in the structure of the first embodiment becomes lower as the gap d becomes larger, and it can be seen that the electric field concentrated in the minute gap generated at the end of the screw coupling portion 4 at the DC voltage can be relaxed.
[0026]
The gas circuit breaker is usually high atmospheric pressure (about 0.5 MPa) SF. ₆ Gas is used. This is a medium that has both interruption performance and insulation performance, and is designed by grasping the electric field value of each part so as not to exceed the design electric field value even in the insulation design of the insulation operation rod. FIG. 4 also shows design allowable electric field values. When a direct current high voltage is applied, in the structure of the conventional example, the maximum electric field of the minute gap 208 formed at the ends of the insulating operation rod 201 and the screw coupling portion 204 exceeds the allowable electric field. There is a possibility that a discharge will occur, which will trigger a dielectric breakdown. On the other hand, when the d / D exceeds 10%, the maximum electric field of the minute gap 8 in the structure of the first embodiment can be made less than the allowable electric field value, can prevent partial discharge in the gap 8, and has sufficient insulation reliability. It can be secured. In the structure of the first embodiment, the larger the d / D, the lower the maximum electric field in the gap 8. However, in consideration of practical aspects such as the mechanical strength of the insulating operation rod, d / D can be reduced. It is reasonable to make it 30% or less.
[0027]
Next, the protruding length L of the outer shield 2 and the inner shield 3 will be described. It is presumed from the conventional example shown in FIG. 11B that the equipotential lines become very dense between the outer shield 2 and the insulating operation rod 1 when a DC voltage is applied in the first embodiment. The concentration of the electric field between the outer shield 2 and the insulating operation rod 1 is related to the gap d and the protrusion length L. FIG. 5 is a graph showing the result of calculating the maximum electric field between the outer shield 2 or the inner shield 3 and the insulating operation rod 1 in the structure of FIG. 3 with L / d as a variable in the structure of the first embodiment (FIG. 1). It is. Considering the design allowable electric field shown in FIG. 5 as a reference, it can be seen that if the protrusion length L is set to about 10 times or less of the gap d, it can be sufficiently within the allowable electric field value.
[0028]
As described above, the insulating operating rod according to the first embodiment of the present invention has the thickness of the second portion 1b with respect to the thickness D of the first portion 1a of the insulating operating rod 1 having the screw coupling portion 4. The distance d is provided between the outer peripheral surface of the second portion and the outer shield 2 and between the inner peripheral surface of the second portion and the inner shield 3. Thus, in the case where a high DC voltage is applied, the screw coupling portion is provided with a step in the outer shield 202 and the inner shield 203 and a space is provided below the screw coupling portion of the insulating operation rod. It is possible to alleviate the concentration of the electric field in the minute gap generated in the vicinity of the lower end of the electrode and to improve the insulation resistance when a high DC voltage is applied.
[0029]
Embodiment 2. FIG.
The insulating operation rod 11 according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 6, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. Insulating operation rod 11 according to the second embodiment is characterized in that unevenness 6 is formed on the surface of the inner and outer peripheral surfaces excluding the portion facing the outer shield and the portion facing the inner shield 3. It is said. If it does in this way, when a DC voltage is applied, the electric field concentrated on the edge part of the screw coupling part 4 can be relieved. That is, the electric field is related to the surface potential distribution of the insulating operation rod, and the surface potential sharing of the insulating operation rod 11 facing the outer shield 2 and the inner shield 3 is reduced and relaxed.
Further, in the second embodiment, the unevenness 6 has a waveform that combines smooth semicircles as shown in FIG. 6, so that the distortion of the surface electric field of the insulating operation rod 11 can be reduced, and the electric field can be more effectively applied. Concentration can be eased.
[0030]
Hereinafter, the result of the simulation performed based on the configuration of the second embodiment will be described.
First, FIG. 7A shows the result of calculating the electric field distribution near the outer shield 202 when a DC voltage is applied in the conventional example. Here, the magnitude of the electric field value is displayed in correspondence with the length of the arrow. The minute gap 81 at the end of the screw coupling portion 4 is calculated by providing a wedge-shaped gap having a 1/4 circular shape at the end portion in contact with the insulating operation rod 201 and the outer shield 202. In FIG. 7A, the maximum electric field in the gap 8 obtained by this result is displayed as 100%. On the other hand, FIG. 7 (b) is an evaluation of the structure of the second embodiment shown in FIG. 6, and the surface of the insulating operation rod 1 is uneven (except for the surface facing the outer shield 2 and the inner shield 3). (Combination) 6 shows the electric field calculation result when 6 is formed. Here, the gap 81 and the like were calculated in the same manner as in FIG.
[0031]
As shown in FIG. 7B, in the structure of the second embodiment, the maximum electric field in the gap 8 is reduced to about 74% compared to the structure of the conventional example. This is because, when a DC voltage is applied, the potential is shared by the surface insulation resistance of the insulating operation rod 11. That is, by forming the irregularities 6 on the surface of the insulating operation rod 11 other than the surface facing the outer shield 2 and the inner shield 3, the surface potential shared by the insulating operation rod 11 facing the outer shield 2 is reduced. Therefore, the electric field in the gap 8 is reduced.
In addition, since the unevenness 6 combined with semicircles as shown in FIG. 7B has little distortion of the surface electric field distribution of the insulating operation rod 11, the electric field in the gap 8 can be effectively reduced.
[0032]
In the insulating operation rod 11 of the second embodiment described above, a predetermined interval is provided between the outer shield 2 and the insulating operation rod 11 and between the inner shield 3 and the insulating operation rod 11, which are located below the screw coupling portion 4. It is only necessary that the insulating operation rod 11 can be provided, and it is not always necessary to provide the thick portion and the thin portion in the insulating operation rod 11 like the first portion and the second portion of the first embodiment. That is, as shown in FIG. 6, the insulating operating rod 11 may be provided with a thick portion and a thin portion, and the insulating operating rod 11 is fixed in the axial direction as in the structure used in the simulation of FIG. And a step may be formed on the inner peripheral surface of the outer shield 202.
[0033]
Embodiment 3 FIG.
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 8, the same components as those in FIGS. 1 and 6 are denoted by the same reference numerals. Insulating operation rod 21 of the third embodiment has a non-linear resistance (high electric field) with respect to the electric field in the inner peripheral surface and the outer peripheral surface of the portion facing the outer shield and the portion facing the inner shield 3. By applying a resin containing silicon carbide (SiC) powder exhibiting a lowering of the resistivity) to form a low resistance layer, an electric field concentrated on the end of the screw coupling portion 4 when a DC voltage is applied. It is characterized by relaxing.
[0034]
Thus, by reducing the surface insulation resistance of the portion of the insulating operation rod 21 facing the outer shield 2 and the inner shield 3, the surface potential sharing of the insulating operation rod 21 of the portion facing the outer shield 2 and the inner shield 3 is reduced. And the electric field at the time of applying the DC voltage at the end of the screw coupling portion 4 can be relaxed.
[0035]
Hereinafter, the result of the simulation performed based on the configuration of the third embodiment will be described.
FIG. 9A shows the electric field calculation result in the structure of the conventional example, as in FIG. 8A described in the second embodiment, and displays the maximum electric field of the gap 8 as 100%. FIG. 9B shows the calculation result of the electric field when the low resistance layer 7 is provided on the surface of the insulating operation rod 21 facing the inner peripheral surface of the outer shield 2. Here, the resistivity of the low resistance layer 7 was calculated as 1/10 of the insulation resistivity of the insulating layer rod 21. The maximum electric field of the gap 81 can be reduced to 50% or less with respect to the maximum electric field of the conventional structure.
[0036]
In addition, the low-resistance layer 7 is formed by applying a thermosetting resin of epoxy resin, acrylic resin, or Teflon resin containing silicon carbide (SiC) powder, thereby improving the electric field relaxation effect of the gap 8. Can be made. Further, the electric field dependency of the resistivity of the acrylic resin filled with SiC powder can provide the low resistance layer 7 with nonlinear resistance that is insulating at a low electric field but decreases at a high electric field. It is possible to further reduce the resistance of the gap 8 where the concentration is concentrated. As a result, the electric field can be effectively relaxed, so that the occurrence of partial discharge under a DC high voltage can be effectively suppressed, and an insulating operation rod having a high withstand voltage can be obtained.
[0037]
【The invention's effect】
As described above in detail, the first gas circuit breaker insulation operating rod according to the present invention has a larger outer diameter than the second portion in which the first portion having a predetermined length from the one end surface is the other portion. The outer shield is in contact with the outer peripheral surface of the first portion at the inner peripheral surface and away from the outer periphery of the second portion. The inner shield is in contact with the inner peripheral surface of the first part at the outer peripheral surface and is inserted into the hole of the second part away from the inner periphery of the second part. It is provided as follows.
As a result, in the first insulating operation rod for a gas circuit breaker according to the present invention, the first portion of the insulating operation rod, the outer shield and the inner shield when the DC high voltage remaining at the time of cutting off a small current is applied. Since the electric field concentration in the minute gap can be relaxed, it is possible to suppress the occurrence of partial discharge that causes a decrease in the withstand voltage, and to improve the withstand voltage performance with respect to the DC voltage.
[0038]
Moreover, in the 1st insulation operating rod for gas circuit breakers which concerns on this invention, the clearance gap between the said 2nd part of the said insulation operating rod and the said internal and external shield electrode is respectively said 1st part of the said insulation operating rod. By setting the outer diameter and inner diameter of the first portion and the outer diameter and inner diameter of the second portion of the insulating operation rod so as to be 10% to 30% of the thickness of the electric field, Concentration can be more effectively mitigated, the occurrence of partial discharge that causes a reduction in withstand voltage can be more effectively suppressed, and the withstand voltage performance with respect to a DC voltage can be further improved.
[0039]
Furthermore, in the 1st insulation operating rod for gas circuit breakers which concerns on this invention, the said axial length which the said external shield covers the said 2nd part, and the axis | shaft by which the said internal shield is inserted in the hole of the said 2nd part By setting the length of each direction to 10 times or less the thickness of the first portion, the concentration of the electric field in the minute gap can be more effectively mitigated, causing a reduction in withstand voltage. Generation of partial discharge can be more effectively suppressed, and the withstand voltage performance with respect to the DC voltage can be further improved.
[0040]
Further, the second insulating rod for gas circuit breaker according to the present invention is such that the outer shield is separated from the outer peripheral surface of the first portion and is not in contact with the outer peripheral surface of the second portion. The inner shield is provided so as to cover a part of the second portion, and the inner shield is in contact with the inner peripheral surface of the first portion and is spaced apart from the inner peripheral surface of the second portion. The first portion and the second portion are provided on an outer peripheral surface of the insulating operation rod that is not inserted to face the outer shield and an inner peripheral surface that is not opposed to the inner shield. Concave and convex portions are formed in which concave portions and convex portions are alternately formed so as to alleviate the concentration of the electric field in the vicinity of the boundary of this portion.
By configuring as described above, the second insulating operation rod for a gas circuit breaker according to the present invention reduces the potential sharing of the surface of the insulating operating rod facing the outer shield and the inner shield, and The electric field concentration in the minute gap between the first portion and the outer shield and the inner shield can be alleviated, and the occurrence of partial discharge can be suppressed, so that the withstand voltage performance against DC voltage can be improved.
[0041]
Further, in the second insulating operation rod for a gas circuit breaker according to the present invention, the first portion of the insulating operating rod, the outer shield, and the inner shield are formed when the concave and convex sections have a semicircular cross section. Since the electric field concentration in the minute gap can be further reduced and the occurrence of partial discharge can be suppressed, the withstand voltage performance with respect to the DC voltage can be further improved.
[0042]
The third gas circuit breaker insulation operating rod according to the present invention is provided so that the outer shield is in contact with the outer peripheral surface of the first portion and not in contact with the outer peripheral surface of the second portion. The inner shield is provided in contact with the inner peripheral surface of the first portion and apart from the inner peripheral surface of the second portion, and faces the outer shield in the second portion of the insulating operation rod. Compared to other parts, the surface and the surface facing the inner shield Insulating A low-resistance layer made of an insulator is formed so that the surface resistance is low.
In the third insulation breaker rod for a gas circuit breaker according to the present invention configured as described above, a minute gap between the first portion of the insulation rod and the outer shield and the inner shield when a DC high voltage is applied. The electric field concentration can be relaxed and the occurrence of partial discharge that causes a decrease in the withstand voltage can be suppressed, so that the withstand voltage performance with respect to the DC voltage can be improved.
[0043]
Moreover, in the 3rd insulation operation rod for gas circuit breakers which concerns on this invention, By insulation By forming the low-resistance layer with a SiC layer, it is possible to more effectively suppress the occurrence of partial discharge that causes a decrease in withstand voltage, and therefore the withstand voltage performance with respect to DC voltage can be further improved.
[0044]
Moreover, in the 3rd insulation operation rod for gas circuit breakers which concerns on this invention, By insulation The low resistance layer can be easily formed by applying a resin containing silicon carbide (SiC) powder.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partial cross-sectional view schematically showing an outer shield and an inner shield structure in an insulating operation rod according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an electric field calculation result when a DC voltage is applied in a structure of a conventional example performed for comparison with the insulating operation rod of the first embodiment.
FIG. 3 is a diagram showing an electric field calculation result when a DC voltage is applied to the insulating operation rod according to the first embodiment.
FIG. 4 is a graph showing the result of calculating the maximum electric field generated in the minute gap with the ratio of the gap d between the insulation operation rod and the shield and the thickness D of the insulation operation rod as a variable in the first embodiment.
FIG. 5 is a graph showing the result of calculating the maximum electric field between the outer shield 2 or the inner shield 3 and the insulating operation rod 1 with L / d as a variable in the first embodiment.
FIG. 6 is a partial cross-sectional view schematically showing an outer shield and an inner shield structure in an insulating operation rod according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 7A is a diagram showing a calculation result of an electric field when a DC voltage is applied in a structure of a conventional example performed for comparison with the insulating operation rod of the second embodiment, and FIG. It is a figure which shows the electric field calculation result at the time of the DC voltage application in 2 insulation operation rods.
FIG. 8 is a partial sectional view schematically showing an outer shield and an inner shield structure in an insulating operation rod according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 9A is a diagram showing a calculation result of an electric field when a DC voltage is applied in the structure of the conventional example performed for comparison with the insulating operation rod according to the third embodiment, and FIG. It is a figure which shows the electric field calculation result at the time of the DC voltage application in 3 insulation operation rods.
FIG. 10 is a view showing a structure of an insulating operation rod of a conventional example.
FIG. 11 is a diagram showing an electric field calculation result (a) at an AC voltage and an electric field calculation result (b) at a DC voltage in the structure of an insulating operation rod of a conventional example.
FIG. 12 is a diagram showing an outline of a general power gas circuit breaker that cuts off a current in a high power circuit.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Insulation operation rod, 2 External shield, 3 Internal shield, 4 Screw coupling part, 6 Uneven part, 7 Low resistance layer, 8,81 Micro gap, 102 Movable arc contact, 103 Fixed arc contact, 110 Drive part, 120 Airtight container .

Claims

A cylindrical insulating operation rod having an outer shield and an inner shield for moving the movable arc contact in a gas circuit breaker having a fixed arc contact and a movable arc contact in a sealed container filled with gas. ,
The insulating operation rod is formed such that a first portion having a predetermined length from one end surface has a larger outer diameter and a smaller inner diameter than a second portion which is another portion, and the outer shield is The inner peripheral surface having a diameter substantially equal to the outer diameter of the first portion, the inner peripheral surface being in contact with the outer peripheral surface of the first portion and being separated from the outer peripheral surface of the second portion. 2 is provided so as to cover a part of the part,
The internal shield has an outer peripheral surface of substantially the same diameter as the inner diameter of the first portion, from the inner circumferential surface of the contact and the second part outer peripheral surface to the inner peripheral surface of the first portion An insulating operation rod for a gas circuit breaker, which is provided so as to be inserted into the hole of the second portion apart.

The insulation operation is performed such that the gap between the second portion of the insulation operation rod and the inner and outer shield electrodes is 10% to 30% of the thickness of the first portion of the insulation operation rod. The insulated operating rod for a gas circuit breaker according to claim 1, wherein an outer diameter and an inner diameter of the first portion of the rod and an outer diameter and an inner diameter of the second portion are set.

The axial length at which the outer shield covers the second portion and the axial length at which the inner shield is inserted into the hole of the second portion are each 10 times the thickness of the first portion. The insulating operating rod for a gas circuit breaker according to claim 1 or 2, which is set to be twice or less.

A cylindrical insulating operation rod having an outer shield and an inner shield for moving the movable arc contact in a gas circuit breaker having a fixed arc contact and a movable arc contact in a sealed container filled with gas. ,
The outer shield is in contact with the outer peripheral surface of the first portion having a predetermined length from one end surface of the insulating operation rod, and is in contact with the outer peripheral surface of the second portion excluding the first portion of the insulating operation rod. Provided to cover part of the second part so as not to be separated,
The inner shield is provided so as to be in contact with the inner peripheral surface of the first portion of the insulating operation rod and to be inserted halfway through the hole of the second portion away from the inner peripheral surface of the second portion. And
Reducing the concentration of electric field in the vicinity of the boundary between the first part and the second part on the outer peripheral surface of the insulating operation rod not facing the outer shield and the inner peripheral surface not facing the inner shield An insulating operating rod for a gas circuit breaker is provided with uneven portions in which concave portions and convex portions are alternately formed as described above.

The insulated operation rod for a gas circuit breaker according to claim 4, wherein the cross-sectional shapes of the concave portion and the convex portion are each semicircular.

A cylindrical insulating operation rod having an outer shield and an inner shield for moving the movable arc contact in a gas circuit breaker having a fixed arc contact and a movable arc contact in a sealed container filled with gas. ,
The outer shield is in contact with the outer peripheral surface of the first portion having a predetermined length from one end surface of the insulating operation rod, and is in contact with the outer peripheral surface of the second portion excluding the first portion of the insulating operation rod. Provided to cover part of the second part apart so as not to
The inner shield is provided so as to be in contact with the inner peripheral surface of the first portion of the insulating operation rod and to be inserted halfway through the hole of the second portion away from the inner peripheral surface of the second portion. And
In the second part of the insulating operation rod, the insulator is such that the surface resistance of the insulator is lower than the other part on the surface facing the outer shield and the surface facing the inner shield . An insulating operation rod for a gas circuit breaker, characterized in that a low-resistance layer is formed.

The insulating operation rod for a gas circuit breaker according to claim 6, wherein the low-resistance layer made of an insulator is a SiC layer.

The insulating operation rod for a gas circuit breaker according to claim 6, wherein the low-resistance layer made of an insulator is formed by applying a resin containing silicon carbide (SiC) powder.