JP4580767B2 - 固体絶縁導体 - Google Patents

Description

本発明は、スイッチギヤのような電気機器の固体絶縁導体に係り、特に、温度上昇を抑制し得る固体絶縁導体に関する。

従来、スイッチギヤの主回路を構成する真空バルブや主回路導体などの電気機器においては、全体形状を縮小化するため、エポキシ樹脂のような絶縁材料をモールドして絶縁外皮を形成した固体絶縁式のものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

この固体絶縁式スイッチギヤは、図８に示すように、金属製の箱体１内が背面側の受電部１ａ、中間部の開閉部１ｂ、正面側の母線部１ｃに分かれて構成されている。

受電部１ａには、受電ケーブル２が接続されたケーブルヘッド３が設けられている。ケーブルヘッド３には、例えばエポキシ樹脂のような絶縁材料でモールドされた変流器４の一方の主回路端が接続されている。

開閉部１ｂには、例えばエポキシ樹脂のような絶縁材料でモールドされた一対の接点を有する第１の断路器５が設けられ、この第１の断路器５の一方の主回路端が変流器４の他方の主回路端と接続されている。第１の断路器５の他方の主回路端には、例えばエポキシ樹脂のような絶縁材料でモールドされた固体絶縁導体６を介して、同様の絶縁材料でモールドされた一対の接点を有する遮断器７の一方の主回路端が接続されている。

母線部１ｃには、例えばエポキシ樹脂のような絶縁材料でモールドされた一対の接点を有する第２の断路器８が設けられ、この一方の主回路端が遮断器７の他方の主回路端と接続されている。第２の断路器８の他方の主回路端には、隣接する盤との接続を行う同様の絶縁材料でモールドされた母線９が接続されている。

また、第１の断路器５、遮断器７および第２の断路器８には、一対の接点を開閉する操作機構１０がそれぞれ設けられている。

ここで、固体絶縁導体６には、図９、図１０に示すように、第１の断路器５および遮断器７の主回路と接続される垂直配置の丸棒形状の第１の中心導体１１および第２の中心導体１２が設けられている。また、これらの中心導体１１および１２間は、ボルト１３により固定された丸棒形状の連結導体１４で接続されている。

これらの第１の中心導体１１、第２の中心導体１２および連結導体１４は、連結導体１４を箱体１の天井側に配置した略コ字状の配置となっている。また、これらの第１の中心導体１１、第２の中心導体１２および連結導体１４は、同様の通電電流が流れるため、同様の断面積を有している。

そして、第１の中心導体１１、第２の中心導体１２および連結導体１４の外側には、第１の中心導体１１および第２の中心導体１２のそれぞれの端部を露出させて、絶縁層１５が形成されている。また、それぞれの中心導体１１および１２端部を露出させた絶縁層１５端部は、凸状のテーパー状に形成された界面接続部１５ａとなっており、図示しない可撓性材料を介して絶縁耐力を低下させることなく、第１の断路器５および遮断器７と接続されるようになっている。
特開２００２−１５２９３０号公報 （第９ページ、図１）

上記の従来の固体絶縁導体６においては、次のような問題がある。

第１の中心導体１１、第２の中心導体１２および連結導体１４は、断面積がそれぞれ同様であるが、通電時には、連結導体１４が天井側に配置されているので、温度上昇が大きくなる。即ち、第１の中心導体１１および第２の中心導体１２は、垂直配置されているので、通電時には天井側部分の温度上昇が大きくなる。そして、連結導体１４は、自身の温度上昇のほかに、第１の中心導体１１および第２の中心導体１２の温度上昇の影響を受けて、更に温度上昇することになる。

したがって、連結導体１４の温度上昇を抑えるため、通電電流が同様であるのにも係わらず、第１の中心導体１１および第２の中心導体１２よりも断面積を大きくしなくてはならなかった。これにより、連結導体１４とともに、絶縁外皮となる絶縁層１５の外形形状が大きくなり、固体絶縁導体６の全体形状が大型化とともに重量化していた。これは、最近の趨勢である縮小化に逆行するものである。

このため、連結導体１４の断面積を大きくすることなく、温度上昇を抑制し得る固体絶縁導体６を得ることが望まれていた。

本発明は上記問題を解決するためになされたもので、温度上昇を抑制し得る固体絶縁導体を得ることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の固体絶縁導体は、一方の電気機器に接続される第１の中心導体と、他方の電気機器に接続される第２の中心導体と、前記第１の中心導体と前記第２の中心導体間を接続固定する連結導体と、前記第１の中心導体、前記第２の中心導体および前記連結導体のそれぞれの外側にモールドされて形成された絶縁層とを備え、前記連結導体は、二枚からなり、前記第１の中心導体および前記第２の中心導体を挟持するように離間して配置され、前記絶縁層は、離間した前記連結導体間を貫通する空隙部が形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、一方の電気機器と接続される中心導体と他方の電気機器と接続される中心導体間を連結する連結導体を複数に分割し、これらを一体でモールドして絶縁層を形成しているので、通電時において連結導体の温度上昇を抑制することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

先ず、本発明の実施例１に係る固体絶縁導体を図１乃至図３を参照して説明する。図１は、本発明の実施例１に係る固体絶縁導体の構成を示す断面図、図２は、本発明の実施例１に係る固体絶縁導体の構成を示す側面図、図３は、本発明の実施例１に係る固体絶縁導体の温度上昇特性を説明する図である。なお、各図において、従来と同様の構成部分については、同一符号を付した。また、固体絶縁式スイッチギヤの構成は、従来と同様であるので、その説明を省略する。

図１、図２に示すように、固体絶縁導体６には、第１の断路器５および遮断器７の主回路と接続される垂直配置の丸棒形状の第１の中心導体１１および第２の中心導体１２が設けられている。また、これらの中心導体１１および１２間は、丸棒形状を軸方向に二分割した連結導体２０がボルト１３により接続固定されている。即ち、連結導体２０は、中心導体１１および１２側の第１の連結導体２０ａと、この第１の連結導体２０ａと重なり合った第２の連結導体２０ｂとに分かれて構成されている。

これらの第１の中心導体１１、第２の中心導体１２および連結導体２０は、連結導体２０を箱体１の天井側に配置した略コ字状となっている。また、これらの第１の中心導体１１、第２の中心導体１２および連結導体２０は、同様の通電電流が流れるため、同様の断面積を有している。例えば、通電電流１２００Ａであれば、それぞれの断面積は略１０００ｍｍ^２となっている。なお、連結導体２０の断面積は、第１の連結導体２０ａと第２の連結導体２０ｂとを加算したものである。

そして、これらの第１の中心導体１１、第２の中心導体１２および連結導体２０は、第１の中心導体１１および第２の中心導体１２のそれぞれの端部を露出させて、例えばエポキシ樹脂のような絶縁材料でモールドされた絶縁層１５で覆われている。

また、それぞれの中心導体１１および１２端部を露出させた絶縁層１５端部は、凸状のテーパー状に形成された界面接続部１５ａとなっており、図示しない可撓性材料を介して絶縁耐力を低下させることなく、第１の断路器５および遮断器７の主回路と接続されるようになっている。

このように二分割された連結導体２０においては、図３の温度上昇特性図に示すように、分割されないものよりも温度上昇が小さいものとなる。分割した導体の特性をＡ、分割しない導体の特性をＢで示すように、分割することにより、導体の表面積が分割しないものよりも増加して熱抵抗（℃／Ｗ）が小さくなり、通電時の温度上昇が抑制される。なお、数分割程度では、ボルト１３を強固に締付けることにより、接続固定部分の接触抵抗を無視できるものとなる。

更には、分割しない導体では、表皮効果により外周近傍の電流密度が大きくなり、表面部の温度上昇が大きくなるが、分割した導体では、通電電流が分割したそれぞれの導体にほぼ均等に分流するので表皮効果による表面部の温度上昇が抑制される。

即ち、分割した導体と分割しない導体との断面積を同様にし、同様の電流を通電すると、分割した導体では、分割されない導体よりも熱抵抗が小さく、また表皮効果が少なくなるので、温度上昇が抑制される。これは、絶縁層１５を形成させた場合にも同様であり、分割した導体では絶縁層１５の温度上昇も抑制することができる。

上記実施例１の固体絶縁導体６によれば、連結導体２０を第１の連結導体２０ａと第２の連結導体２０ｂとに分割しているので、連結導体２０と同様の断面積を有する分割しない導体よりも通電時の温度上昇を抑制することができる。

上記実施例１では、連結導体２０を二分割して説明したが、二分割以上の複数に分割してもよい。なお、連結導体２０を十数以上に分割すると、互いの導体間の接触抵抗を無視できなくなるので好ましくない。しかしながら、複数に分割した導体端をロー付けしてまとめたり、第１の中心導体１１および第２の中心導体１２との接続部をロー付けしたりすると接触抵抗が無視でき、好ましくなる。

次に、本発明の実施例２に係る固体絶縁導体を図４および図５を参照して説明する。図４は、本発明の実施例２に係る固体絶縁導体の構成を示す断面図、図５は、本発明の実施例２に係る固体絶縁導体の構成を示す側面図である。なお、この実施例２が実施例１と異なる点は、連結導体の形状である。図４、図５において、実施例１と同様の構成部分においては、同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。

図４、図５に示すように、第１の中心導体１１と第２の中心導体１２間を接続固定する連結導体２２は、複数枚の平板形状の導体を重ね合わせたものである。また、この導体は端部が丸縁であり、また接続固定するボルト１３の頭は丸形状として電界緩和を図り、これらの外周には絶縁層１５が形成されている。

そして、三枚の平板形状のものと、これと同様の断面積を有する丸棒形状のもの（従来の連結導体）とを用いて温度上昇試験を行った。その結果、それぞれ断面積略２０００ｍｍ^２を有する平板形状のものは、丸棒形状よりも約２０％温度上昇値が低かった。これは、丸棒形状よりも複数枚の平板形状の方が、熱抵抗が小さく、また、表皮効果が少ないためである。

また、平板形状を用いたものでは、通電電流の増減に対して、固体絶縁導体６の外形形状を変えることなく、その枚数を選定できるので、固体絶縁導体６の外形形状を標準化することができる。更には、丸棒形状と比べて、導体の機械加工が容易であり、安価となる。

上記実施例２の固体絶縁導体６によれば、実施例１による効果のほかに、安価とすることができる。

次に、本発明の実施例３に係る固体絶縁導体を図６および図７を参照して説明する。図６は、本発明の実施例３に係る固体絶縁導体の構成を示す断面図、図７は、本発明の実施例３に係る固体絶縁導体の構成を示す上面図である。なお、この実施例３が実施例２と異なる点は、連結導体の配置である。図６、図７において、実施例２と同様の構成部分においては、同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。

図６、図７に示すように、第１の中心導体１１と第２の中心導体１２間は、それぞれの中心導体１１および１２を狭持するように二枚の平板形状の連結導体２４が配置され、ボルト１３で接続固定されている。また、絶縁層１５には、離間された連結導体２４間を貫通する空隙部１５ｂが設けられている。

これにより、絶縁層１５が外気に触れる表面積が増加するので、絶縁層１５での放熱が加速され、連結導体２４の温度上昇を抑制することができる。

上記実施例３の固体絶縁導体６によれば、実施例１による効果がより一層現れ、温度上昇を抑制することができる。

なお、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。上記実施例では、導体の外周に絶縁層１５を形成させた固体絶縁導体６について説明したが、汚損湿潤の対策として、絶縁層１５の表面に接地層を形成させたものについても、通電時の温度上昇を抑制する効果を得ることができる。

本発明の実施例１に係る固体絶縁導体の構成を示す断面図。 本発明の実施例１に係る固体絶縁導体の構成を示す側面図。 本発明の実施例１に係る固体絶縁導体の温度上昇特性を説明する図。 本発明の実施例２に係る固体絶縁導体の構成を示す断面図。 本発明の実施例２に係る固体絶縁導体の構成を示す側面図。 本発明の実施例３に係る固体絶縁導体の構成を示す断面図。 本発明の実施例３に係る固体絶縁導体の構成を示す上面図。 固体絶縁式スイッチギヤの構成を示す側面図。 従来の固体絶縁導体の構成を示す断面図。 従来の固体絶縁導体の構成を示す側面図。

符号の説明

１ 箱体
１ａ 受電部
１ｂ 開閉部
１ｃ 母線部
２ 受電ケーブル
３ ケーブルヘッド
４ 変流器
５ 第１の断路器
６ 固体絶縁導体
７ 遮断器
８ 第２の断路器
９ 母線
１０ 操作機構
１１ 第１の中心導体
１２ 第２の中心導体
１３ ボルト
１４、２０、２２、２４ 連結導体
１５ 絶縁層
１５ａ 界面接続部
１５ｂ 空隙部
２０ａ 第１の連結導体
２０ｂ 第２の連結導体

Claims (1)

1. 一方の電気機器に接続される第１の中心導体と、
   他方の電気機器に接続される第２の中心導体と、
   前記第１の中心導体と前記第２の中心導体間を接続固定する連結導体と、
   前記第１の中心導体、前記第２の中心導体および前記連結導体のそれぞれの外側にモールドされて形成された絶縁層とを備え、
   前記連結導体は、二枚からなり、前記第１の中心導体および前記第２の中心導体を挟持するように離間して配置され、
   前記絶縁層は、離間した前記連結導体間を貫通する空隙部が形成されていることを特徴とする固体絶縁導体。

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