JP4572088B2 - ガス絶縁開閉装置 - Google Patents

Description

この発明は、断路器などの開閉部をガス空間に配設したガス絶縁開閉装置に関するものである。

従来のガス絶縁開閉装置の一つとして、断路器のシールド部材の金属表面にアルマイト層を形成することにより、金属表面の突起の影響による放電を防ぎ絶縁耐力を向上させることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、シールド電極にエポキシ樹脂を被覆することにより、ガス空間の電界を下げて耐電圧を向上させることも提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特公平７−７５４４５号公報 特開平５６−１２００３９号公報

前記特許文献１に示されるようなガス絶縁開閉装置にあっては、金属表面に形成されるアルマイト層が最大でも数１０μｍの厚みしか形成できないため、ガス空間の電界を下げる効果は少なく、また断路器開閉時の開閉アークのような連続的な放電に対しアルマイト層が絶縁破壊を起し、その後の絶縁耐力が下がるという問題がある。そのために、アルマイト層の形成に工夫が必要である。
また、厚膜の被覆が可能であるため、ガス空間の電界は下げるが、上記アルマイトよりも連続的な放電に対し絶縁破壊を起しにくい前記特許文献２に示されるようなエポキシ樹脂の場合においては、アーク放電の影響を受けにくくさせるため低誘電率化に限界があり、ガス空間の電界を下げることに限界があるという問題がある。

この発明は、ガス空間の電界緩和を的確に行えるとともに、対アーク性能に優れたガス絶縁開閉装置を提供しようとするものである。

この発明に係るガス絶縁開閉装置では、ガス絶縁開閉装置におけるガス空間の電界調整を行うシールド部材を備え、前記シールド部材を覆う被覆部材を内層部材および外層部材からなる複合部材とするとともに、前記内層部材を前記外層部材よりも誘電率の低い部材で構成し、前記外層部材を前記内層部材よりも耐アーク性能の良い部材で構成するものである。

この発明によれば、ガス空間の電界緩和を的確に行えるとともに、対アーク性能に優れたガス絶縁開閉装置を提供することができる。

実施の形態１．
この発明による実施の形態を図１から図４までについて説明する。図１は、この発明による実施の形態におけるガス絶縁開閉機器での断路器部分の構成を示す縦断面図である。図２は、この発明による実施の形態におけるシールド部の構成を示す拡大断面図である。図３は、この発明による実施の形態における電界分布を示す特性線図である。図４は、この発明による実施の形態におけるフラッシオーバ特性を示す特性線図である。

図１において、ガス絶縁開閉装置におけるガス空間に配設される断路器を構成する金属電極１１，１２には、筒状の金属シールド１３，１４が形成されている。この金属シールド１３，１４は、２層の絶縁物被覆部材１６，１７で被覆されている。そして、可動接触子１５は金属電極１１，１２間における開閉部を構成している。

図２は、図１に示す金属電極１１に形成された金属シールド部１３の部分拡大図である。
図２において、周面の一部のみが示されている円筒状の金属シールド部１３は、２層の絶縁物被覆部材１６で被覆されている。この絶縁物被覆部材１６は内層部材１６ａおよび外層部材１６ｂで構成されている。
内層部材１６ａは、金属シールド部１３の金属表面に被覆した低誘電率材料の絶縁物、例えば、充填材無しのエポキシ樹脂、フッ素樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン等で構成される。
外層部材１６ｂは、アークによる劣化が抑えられる材料の絶縁物、たとえば、シリカないしアルミナを充填したエポキシ樹脂、またはブチルゴムなどである。
また、これらを構成している部分は密閉型の容器内に収められており、ＳＦ_６ガス等の絶縁ガスで充填されている。

円筒状の金属シールド部１３は、可動接触子１５により構成される金属電極１１，１２間における開閉部を囲んで配設され（図１参照）、下端開口部１３Ｐをガス空間に開口している。
絶縁物被覆部材１６の最下端部は、金属シールド部１３の下端開口部１３Ｐにおける開口周縁部１３Ｓを挟むように金属電極１１，１２間における開閉部に向かって内側に折り返されている。円筒状の金属シールド部１３における最下端部には、内層部材１６ａおよび外層部材１６ｂからなる絶縁物被覆部材１６による所定半径の湾曲部を持つ折り返し端縁部１６Ｒが形成され、この折り返し端縁部１６Ｒの表面被覆として耐アーク性能の良い外層部材１６ｂが配置されることになる。
金属シールド部１４も同様の構成であり、金属シールド部１４の上端開口部１４Ｐにおける開口周縁部１４Ｓに設けられた内層部材１７ａおよび外層部材１７ｂからなる絶縁物被覆部材１７の折り返し端縁部１７Ｒを有している。

図１に示す断路器において、開閉部を構成する可動接触子１５は図示上下方向に移動可能である。可動接触子１５が固定接触子としての金属電極１１に接触している２点鎖線状態にある時は通電状態にある。
電路を切るために断路器を開放する動作は、可動接触子１５が金属電極１１と電気的に接触している２点鎖線の位置から直線的に下方向の実線部分の位置へと移動することにより通電が切れる。

断路器の絶縁設計として、可動接触子１５が図示実線にある位置で、規格電圧が印加されたときに固定側金属電極１１と可動側金属電極との間の絶縁が破壊されないようにしなければならない。金属電極１１，１２間の絶縁でＳＦ_６ガス空間が固体部よりも絶縁が弱いため、ガス空間の最も高い電界で絶縁が決まる。最も電界が高い部分は絶縁物被覆１６，１７近傍である。

図３に固体導電体である金属シールド１１と絶縁物被覆部材１６近傍の電界分布を示す。絶縁物被覆部材１６に低誘電率を使用した場合と，通常材料を使用した場合を比較する。図のようにガス空間は低誘電率材料を使用したほうが、電界を低く抑えられ絶縁耐力の向上に繋がる。
また、絶縁物被覆部材１６中の電界は低誘電率材料のほうが高いが、固体の絶縁耐力がガスに比べ高いため、ガス空間よりも電界を抑えれば固体内部が絶縁破壊することを避けることはできる。

上記可動接触子１５が金属電極１１から離れると可動接触子１５と金属電極１１間にアークが発生する。可動接触子１５と金属電極１１間の距離が短い間は金属電極１１と可動接触子１５との間で放電アークが発生するが、距離がある程度離れると可動接触子１５とシールド電極側の金属シールド１３や絶縁物被覆部材１６との間で放電アークが起るようになる。発生した放電は絶縁物表面を伝わって金属電極１１へと進展する。この放電アークは断路動作中に数百回にわたり放電が繰り返されるため放電が絶縁物表面を何度も伝わることになり、絶縁物表面を劣化させる原因となる。上記に挙げた低誘電率材料は放電による表面劣化を起す。
例えば、図４中にある低誘電率材である無充填のエポキシ樹脂のように回数とともにフラッシオーバ電圧が下がる原因となり、放電アークが切れにくくなり断路能力が下がる。しかし、図４にあるように充填材を混入したエポキシ樹脂では誘電率は高くなるが放電による絶縁物表面劣化を抑えることができる。
従って、低誘電率材の絶縁物被覆部材１６の内層部材１６ａ，１７ａ表面に放電による絶縁物劣化を防げる絶縁被覆外層部材１６ｂ，１７ｂを被覆することで断路動作中のフラッシオーバ電圧の低下を防ぐことができ、かつ機器の絶縁耐力向上させることが可能となる。
ただし、絶縁被覆内層部材１６ａ，１７ａ表面に被覆する絶縁被覆外層部材１６ｂ，１７ｂの厚みが大きい場合は、誘電率材使用によるガス空間の電界を下げる効果の妨げるになるため、絶縁被覆外層部材１６ｂ，１７ｂの厚みを絶縁被覆内層部材１６ａ，１７ａの厚みよりも薄くする必要がある。

そして、金属シールド１３，１４の開口部１３Ｐ，１４Ｐにおける端縁部１３Ｓ，１４Ｓに設けられた被覆部材１６，１７の折り返し端縁部１６Ｒ，１７Ｒは、耐アーク性能の良い外層部材１６ｂ，１７ｂが表面被覆となる所定半径の湾曲部を形成しているので、ガス空間の電界緩和を的確に行えるとともに、耐アーク性能を更に向上することができるものである。

以上に述べた実施の形態では、ガス絶縁開閉装置における断路器開閉部に設けるシールド部材について説明したが、ガス絶縁開閉装置における機器相互間の接続部等に設けられるシールド部材についても適用することができる。

この発明による実施の形態によれば、ガス絶縁開閉機器におけるガス空間の電界調整を行う金属シールド１３，１４からなるシールド部材を備え、前記金属シールド１３，１４からなるシールド部材を覆う被覆部材１６，１７を内層部材１６ａ，１７ａおよび外層部材１６ｂ，１７ｂからなる複合部材とするとともに、前記内層部材１６ａ，１７ａを前記外層部材１６ｂ，１７ｂよりも誘電率の低い部材で構成し、前記外層部材１６ｂ，１７ｂを前記内層部材１６ａ，１７ａよりも耐アーク性能の良い部材で構成するようにしたので、ガス空間の電界緩和を的確に行えるとともに、耐アーク性能に優れたガス絶縁開閉機器を提供することができる。

また、この発明による実施の形態によれば、前項の構成おにいて、ガス絶縁開閉機器におけるガス空間に配設される金属電極１１，１２および可動接触子１５からなる開閉部、前記金属電極１１，１２および可動接触子１５からなる開閉部を囲んで配設され前記ガス空間の電界調整を行う一端面に開口部１３Ｐ，１４Ｐを有する筒状の金属シールド１３，１４からなるシールド部材、前記金属シールド１３，１４からなるシールド部材を覆う内層部材１６ａ，１７ａおよび外層部材１６ｂ，１７ｂからなる複合部材で構成された被覆部材１６，１７を備え、前記被覆部材１６，１７を前記筒状の金属シールド１３，１４からなるシールド部材の前記開口部１３Ｐ，１４Ｐにおける端縁部１３Ｓ，１４Ｓで内側に折り返して前記外層部材１６ｂ，１７ｂが表面被覆となる折り返し端縁部１６Ｒ，１７Ｒを形成したので、シールド部材の開口部端縁に設けられた被覆部材の折り返し端縁部により、ガス空間の電界緩和を的確に行えるとともに、耐アーク性能の更に優れたガス絶縁開閉機器を提供することができる。

この発明による実施の形態におけるガス絶縁開閉機器での断路器部分の構成を示す縦断面図である。 この発明による実施の形態におけるシールド部分の構成を示す拡大断面図である。 この発明による実施の形態における電界分布を示す特性線図である。 この発明による実施の形態におけるフラッシオーバ特性を示す特性線図である。

符号の説明

１１，１２ 金属電極、１３，１４ 金属シールド部、１５ 可動接触子、１６，１７ ２層の絶縁物被覆部材、１６ａ，１７ａ 内層部材、１６ｂ，１７ｂ 外層部材。

Claims (2)

1. ガス絶縁開閉装置におけるガス空間の電界調整を行うシールド部材を備え、前記シールド部材を覆う被覆部材を内層部材および外層部材からなる複合部材とするとともに、前記内層部材を前記外層部材よりも誘電率の低い部材で構成し、前記外層部材を前記内層部材よりも耐アーク性能の良い部材で構成することを特徴とするガス絶縁開閉装置。
2. 前記ガス絶縁開閉装置における前記ガス空間に配設される開閉部、前記開閉部を囲んで配設され前記ガス空間の電界調整を行う一端面に開口部を有する筒状の前記シールド部材、前記シールド部材を覆う前記内層部材および前記外層部材からなる前記複合部材で構成された被覆部材を備え、前記被覆部材を前記筒状のシールド部材の前記開口部端縁で内側に折り返して前記外層部材が表面被覆となる折り返し端縁部を形成したことを特徴とする請求項１に記載のガス絶縁開閉装置。

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