JP4632959B2

JP4632959B2 - スイッチギヤ

Info

Publication number: JP4632959B2
Application number: JP2006017703A
Authority: JP
Inventors: 忠広吉田; 正博有岡; 暁吉田; 伸治佐藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-01-26
Filing date: 2006-01-26
Publication date: 2011-02-16
Anticipated expiration: 2026-01-26
Also published as: JP2007202297A

Description

この発明は、電力の送配電及び受電設備などに用いられるスイッチギヤ、特にその内部に配設される主回路導体及びその電界緩和手段に関するものである。

従来のスイッチギヤにおける主回路導体及びその電界緩和手段である絶縁層は図１０に示す構成とされていた。この図は、三相分の主回路導体のうち二相分の主回路導体２５を示すもので、紙面と直角方向に主回路導体２５が延びている状態を示している。

各主回路導体２５は所定の間隔を保って配設されると共に、各主回路導体２５の先端部は曲面とされ、それぞれの曲面部には絶縁層２６が設けられている。また、主回路導体２５の中間位置には絶縁バリヤ２７が設置され、接地金属容器１０に固定されている。

このような構成とすることにより、主回路導体２５間の絶縁特性が向上し、絶縁バリヤなしの場合にはSF6ガスを封入していたスイッチギヤと同程度のスイッチギヤを乾燥空気封入で構成することが可能となっていた。（例えば特許文献１参照）。

特開２０００−３４１８１６号公報

従来のスイッチギヤは上記のように構成され、主回路導体２５の先端の曲面部に絶縁層２６を主回路導体２５に密着するように形成していたため、絶縁層２６の形成に注型等の加工が必要であり、絶縁層２６を形成するためのコストが高くなるという問題点があった。

また、主回路導体２５間に設置した絶縁バリヤ２７の端部がエッジ形状とされていることから、主回路導体２５の外径に対して絶縁バリヤの端部までの距離ｈがあまり大きくない場合には、絶縁バリヤ２７の端部におけるエッジ部周辺が高電界となる結果、耐電圧性能を低下させないようにするためには絶縁バリヤ２７を大きくしてｈを大きくする必要があるためスイッチギヤの小型化が困難になるという問題点もあった。

この発明は上記のような問題点に対処するためになされたもので、主回路導体の絶縁層の形成に注型等の加工を必要とせず、また、主回路導体の耐電圧性能を向上することができるスイッチギヤを提供することを目的とする。

この発明に係るスイッチギヤは、接地金属容器内に封入された絶縁性ガス中に配設され、先端部に曲面が形成された主回路導体と、この主回路導体との間に空隙を形成して上記曲面全体を覆う絶縁バリヤとを備え、上記絶縁バリヤの端部に上記主回路導体側または上記主回路導体と対向する側の反対側に突出する突出部を形成すると共に、上記突出部を含む絶縁バリヤの端部に絶縁バリヤの厚みの１／２以上の曲率を有する曲面を形成したものである。

この発明に係るスイッチギヤは上記のように構成され、主回路導体の先端部に曲面を形成して主回路導体表面における電界を低減すると共に、上記曲面に沿って曲面全体を覆う絶縁バリヤを設けることにより、主回路導体表面から他への閃絡を抑制し、また、絶縁バリヤの端部に絶縁バリヤの厚みの１／２以下の曲率を有する曲面を形成することにより、絶縁バリヤ端部における電界を低減し、耐電圧性能を向上することができる。

更に、絶縁バリヤで覆われていない部位の主回路導体の外径を、絶縁バリヤで覆われた部位の主回路導体の外径より小さくしているため、絶縁バリヤ端部における電界を低減し、耐電圧性能を向上することができる。

更にまた、絶縁バリヤの内側面または外側面を主回路導体の直径方向に延びる第１の平面と、主回路導体の延長方向に延びる第２の平面とから構成し、第１の平面と第２の平面とを主回路導体の曲面の曲率より小さな曲率の曲面で結合するようにしているため、耐電圧性能の向上を図ることが可能となる。

また、絶縁バリヤをテフロン（登録商標）やポリカーボネイトなどの比誘電率が３以下の絶縁材料で構成しているため、絶縁バリヤの表面空間の電界を低減することができ、耐電圧性能を向上することができる。

また、絶縁バリヤには主回路導体にねじ込み可能な雄ねじ等を形成したため、主回路導体と絶縁バリヤとを確実に強固に結合することができ、かつ、結合部における高電界を抑制することができるため、耐電圧性能の向上を図ることができる。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図にもとづいて説明する。図１は、実施の形態１によるスイッチギヤの主要部を構成する主回路導体等の構成を示すもので、（ａ）は主回路導体及び絶縁バリヤの構成を示す概略図、（ｂ）は（ａ）の構成における電位分布を示す図である。

図１（ａ）において、主回路導体１はスイッチギヤを構成する遮断器、断路器、接地開閉器あるいは断路器に接地開閉機能を付加した３位置断路器などの主回路を構成する導体で、スイッチギヤの箱体を構成する接地金属容器１０内に封入されたSF6ガス、乾燥空気、窒素、二酸化炭素などの絶縁性ガス雰囲気中に配設されている。

主回路導体１の、同相の対向電極あるいは他相の電極や接地金属容器と対向する先端部には曲面１ａが形成されると共に、この曲面１ａに沿って曲面全体を覆う絶縁バリヤ２が曲面１ａと僅かの間隔を介して設けられている。また、絶縁バリヤ２の端部には、絶縁バリヤの厚みｔの１／２以下の曲率を有する曲面２ａが形成されている。

このような構成とすることにより、絶縁バリヤの端部の曲面２ａにおける電位分布が図１（ｂ）に示すように、粗になっており、この部分における電界が低くなっていることが認識できる。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２を図にもとづいて説明する。図２は、実施の形態２における主回路導体等の構成を示すもので、（ａ）は主回路導体及び絶縁バリヤの構成を示す概略図、（ｂ）は（ａ）の構成における電位分布を示す図である。

これらの図において、図１と同一または相当部分には同一符号を付して説明を省略する。図１と異なる点は、図２（ａ）に示すように、絶縁バリヤ２の端部に、主回路導体１側に突出する突出部２ｂを形成し、この突出部２ｂを含む絶縁バリヤの端部に、絶縁バリヤの厚みｔの１／２以上の曲率を有する曲面２ｃを形成した点である。

このような構成とすることにより、絶縁バリヤの端部の曲面２ｃにおける電位分布が図２（ｂ）に示すように、図１（ｂ）より更に粗になっており、この部分における電界が一層低くなっていることが認識できる。

実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３を図にもとづいて説明する。図３は、実施の形態３における主回路導体等の構成を示すもので、（ａ）は主回路導体及び絶縁バリヤの構成を示す概略図、（ｂ）は（ａ）の構成における電位分布を示す図である。

これらの図において、図１と同一または相当部分には同一符号を付して説明を省略する。図１と異なる点は、図３（ａ）に示すように、絶縁バリヤ２の端部に、主回路導体と対向する側の反対側に突出する突出部２ｄを形成し、この突出部２ｄを含む絶縁バリヤの端部に、絶縁バリヤの厚みｔの１／２以上の曲率を有する曲面２ｅを形成した点である。

このような構成とすることにより、絶縁バリヤの端部の曲面２ｅにおける電位分布が図３（ｂ）に示すように、図１（ｂ）より更に粗になっており、この部分における電界が一層低くなっていることが認識できる。

実施の形態４．
次に、この発明の実施の形態４を図にもとづいて説明する。図４は、実施の形態４における主回路導体等の構成を示すもので、（ａ）は主回路導体及び絶縁バリヤの構成を示す概略図、（ｂ）は（ａ）の構成における電位分布を示す図である。

これらの図において、図１と同一または相当部分には同一符号を付して説明を省略する。これらの図に示すように、絶縁バリヤ２の構成は図１（ａ）と同じであるが、主回路導体１の絶縁バリヤ２に覆われていない部位の導体１ｂの外径が絶縁バリヤ２に覆われた部位の導体１ｃの外径より小さくされている点が図１（ａ）とは異なる。

このような構成とすることにより、絶縁バリヤの端部の曲面２ａにおける電位分布が図４（ｂ）に示すように、図１（ｂ）より更に粗になっており、この部分における電界が一層低くなっていることが認識できる。

実施の形態５．
次に、この発明の実施の形態５を図にもとづいて説明する。図５は、実施の形態５における主回路導体等の構成を示すもので、（ａ）は主回路導体及び絶縁バリヤの構成を示す概略図、（ｂ）は（ａ）の構成における電位分布を示す図である。

これらの図において、図４と同一または相当部分には同一符号を付して説明を省略する。図４と異なる点は、絶縁バリヤ２の内側面を、主回路導体１の直径方向に延びる第１の内側平面２ｆと、主回路導体１の延長方向に延びる第２の内側平面２ｇとから構成し、第１の内側平面２ｆと第２の内側平面２ｇとを主回路導体１の先端部の曲面１ａの曲率より小さな曲率の曲面２ｈで結合するようにした点である。

このような構成とすることにより、絶縁バリヤの端部の曲面２ａにおける電位分布が図５（ｂ）に示すように、図１（ｂ）より更に粗になっているのに加え、絶縁バリヤ２から接地金属容器１０までの電位差が小さく（等電位線の本数が少なく）なり、絶縁バリヤ２の表面における電界が図１（ｂ）に比して低くなっていることが認識できる。

実施の形態６．
次に、この発明の実施の形態６を図にもとづいて説明する。図６は、実施の形態６における主回路導体等の構成を示すもので、（ａ）は主回路導体及び絶縁バリヤの構成を示す概略図、（ｂ）は（ａ）の構成における電位分布を示す図である。

これらの図において、図４と同一または相当部分には同一符号を付して説明を省略する。図４と異なる点は、絶縁バリヤ２の外側面を、主回路導体１の直径方向に延びる第１の外側平面２ｊと、主回路導体１の延長方向に延びる第２の外側平面２ｋとから構成し、第１の外側平面２ｊと第２の外側平面２ｋとを主回路導体１の先端部の曲面１ａの曲率より小さな曲率の曲面２ｌで結合するようにした点である。

このような構成とすることにより、絶縁バリヤの端部の曲面２ａにおける電位分布が図６（ｂ）に示すように、図１（ｂ）より更に粗になっているのに加え、絶縁バリヤ２の厚さをこのように変化させると、絶縁物表面上の最大電界発生部から絶縁バリヤ端部までの絶縁物表面上の電位において、極値（極小値または極大値であるが印加電圧の極性によって変わるのでここでは極値とする）が発生する。

そして絶縁物表面上の最大電界発生部から絶縁バリヤ端部の間では全路破壊に先立って、絶縁バリヤ表面の最大電界発生部から絶縁バリヤの端部に向かってストリーマと呼ばれる先行放電が発生する場合がある。

ストリーマの先端は正または負の極性を持っており、高電圧を印加した主回路導体の極性が正の場合には先端が負極性のストリーマが、また、主回路導体の極性が負の場合には先端が正極性のストリーマが現れる。

正ストリーマは電位の高い部位から低い部位へ、負ストリーマは電位の低い部位から高い部位へ進展しやすい性質がある。逆に、正ストリーマは電位の低い部位から高い部位へ、負ストリーマは電位の高い部位から低い部位へは進展しにくい性質がある。

従って、絶縁物表面の電位変化に上述の極値が発生すると、最大電界発生部から極値を持つ部位に達するまでの区間では、正負どちらの場合でもストリーマが進展しにくくなる電位の変化が現れる。その結果、この区間ではストリーマの進展が遅れ、その分だけ絶縁破壊電圧が上昇することになる。

実施の形態７．
次に、この発明の実施の形態７について説明する。この実施の形態では、上述した各実施の形態において、絶縁バリヤ２をテフロン（登録商標）（比誘電率：2.1）、ポリカーボネイト（比誘電率：2.9）などの比誘電率が３以下の絶縁材料で構成するものである。

絶縁バリヤ２をこの種の絶縁材料で構成すると、絶縁バリヤ２の端部の曲面２ａにおける電位分布が図７に示すように、図１（ｂ）に比して更に粗となり、この部分における電界が一層低くなることが認識できる。

実施の形態８．
次に、この発明の実施の形態８を図にもとづいて説明する。図８は、実施の形態８における主回路導体等の構成を示す概略図である。この図において、図１（ａ）と同一または相当部分には同一符号を付して説明を省略する。

図１（ａ）と異なる点は、主回路導体１の先端部中央に第１の凹所１ｄを形成してその周面と曲面１ａとを連結し、第１の凹所１ｄの底面部に第１の凹所より小径の第２の凹所１ｆを形成し、この第２の凹所１ｆの周面に雌ねじを形成して結合部を構成すると共に、絶縁バリヤ２の内面中央部に雄ねじ２ｍを形成し、第２の凹所１ｆの雌ねじにねじ込む形で主回路導体１と絶縁バリヤ２とを結合するようにした点である。

このような構成とすることにより、絶縁バリヤ２を主回路導体１に強固に固定すると共に、絶縁バリヤ２の端部の曲面２ａにおける電界を上述した各実施の形態と同様に緩和することができる。

実施の形態９．
次に、この発明の実施の形態９を図にもとづいて説明する。図９は、実施の形態９における主回路導体等の構成を示す概略図である。この図において、図８と同一または相当部分には同一符号を付して説明を省略する。

図８と異なる点は、第２の凹所１ｆの底面部に第２の凹所１ｆより小径の孔１ｇを形成すると共に、絶縁バリヤ２の中央部に絶縁バリヤの内面側に突出する雄ねじ２ｎを設け、更に、雄ねじ２ｎの中央部に孔１ｇより大径の孔２ｐを形成して、この孔２ｐと絶縁バリヤ２の外面との間に曲面２ｑを形成した点である。

このような構成とすることにより、絶縁バリヤ２を主回路導体１に強固に固定すると共に、ねじ固定部における高電界の発生を抑制し、耐電圧性能を向上することができる。

この発明の実施の形態１によるスイッチギヤの主要部を構成する主回路導体等の構成を示すもので、（ａ）は主回路導体及び絶縁バリヤの構成を示す概略図、（ｂ）は（ａ）の構成における電位分布を示す図である。この発明の実施の形態２によるスイッチギヤの主要部を構成する主回路導体等の構成を示すもので、（ａ）は主回路導体及び絶縁バリヤの構成を示す概略図、（ｂ）は（ａ）の構成における電位分布を示す図である。この発明の実施の形態３によるスイッチギヤの主要部を構成する主回路導体等の構成を示すもので、（ａ）は主回路導体及び絶縁バリヤの構成を示す概略図、（ｂ）は（ａ）の構成における電位分布を示す図である。この発明の実施の形態４によるスイッチギヤの主要部を構成する主回路導体等の構成を示すもので、（ａ）は主回路導体及び絶縁バリヤの構成を示す概略図、（ｂ）は（ａ）の構成における電位分布を示す図である。この発明の実施の形態５によるスイッチギヤの主要部を構成する主回路導体等の構成を示すもので、（ａ）は主回路導体及び絶縁バリヤの構成を示す概略図、（ｂ）は（ａ）の構成における電位分布を示す図である。この発明の実施の形態６によるスイッチギヤの主要部を構成する主回路導体等の構成を示すもので、（ａ）は主回路導体及び絶縁バリヤの構成を示す概略図、（ｂ）は（ａ）の構成における電位分布を示す図である。実施の形態７における電位分布を示す図である。実施の形態８における主回路導体等の構成を示す概略図である。実施の形態９における主回路導体等の構成を示す概略図である。従来のスイッチギヤにおける主回路導体等の構成を示す概略図である。

符号の説明

１主回路導体、１ａ曲面、１ｄ第１の凹所、１ｆ第２の凹所、
１ｇ孔、２絶縁バリヤ、２ａ、２ｃ、２ｅ曲面、
２ｂ、２ｄ突出部、２ｆ第１の内側平面、２ｇ第２の内側平面、
２ｈ、２ｌ曲面、２ｊ第１の外側平面、２ｋ第２の外側平面、
２ｍ、２ｎ雄ねじ、２ｐ孔、２ｑ曲面、１０接地金属容器。

Claims

接地金属容器内に封入された絶縁性ガス中に配設され、先端部に曲面が形成された主回路導体と、この主回路導体との間に空隙を形成して上記曲面全体を覆う絶縁バリヤとを備え、上記絶縁バリヤの端部に上記主回路導体側または上記主回路導体と対向する側の反対側に突出する突出部を形成すると共に、上記突出部を含む絶縁バリヤの端部に絶縁バリヤの厚みの１／２以上の曲率を有する曲面を形成したことを特徴とするスイッチギヤ。
上記主回路導体は、上記絶縁バリヤに覆われていない部位の導体の外径を、上記絶縁バリヤに覆われた部位の導体の外径より小さくしたことを特徴とする請求項１に記載のスイッチギヤ。
上記絶縁バリアは、上記主回路導体の直径方向に延びる第１の内側平面と、上記主回路導体の延長方向に延びる第２の内側平面とを有し、上記絶縁バリヤの第１の内側平面と第２の内側平面とを上記主回路導体の曲面の曲率より小さな曲率の曲面で結合したことを特徴とする請求項１または２に記載のスイッチギヤ。
上記絶縁バリアは、上記主回路導体の直径方向に延びる第１の外側平面と、上記主回路導体の延長方向に延びる第２の外側平面とを有し、上記絶縁バリヤの第１の外側平面と第２の外側平面とを上記主回路導体の曲面の曲率より小さな曲率の曲面で結合したことを特徴とする請求項１または２に記載のスイッチギヤ。
上記絶縁バリヤは、比誘電率が３以下の絶縁材料で構成されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のスイッチギヤ。
比誘電率が３以下の絶縁材料は、テフロン（登録商標）あるいはポリカーボネイトであることを特徴とする請求項５に記載のスイッチギヤ。
上記主回路導体は、先端部の中心部に結合部を設け、上記結合部に連なる外面を曲面にすると共に、上記絶縁バリヤを上記結合部に結合して上記主回路導体に固定したことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のスイッチギヤ。
上記主回路導体の先端部には、上記曲面に連なる第１の凹所と、上記第１の凹所の底面部に形成され、上記第１の凹所より小さな径を有し内周面に雌ねじが形成された第２の凹所と、上記第２の凹所の底面部に形成され、上記第２の凹所より小さな径で上記主回路導体の延長方向に形成された孔部とを設け、上記絶縁バリヤには上記第２の凹所の内周面の雌ねじと螺合する雄ねじを設け、この雄ねじを上記雌ねじと螺合させて上記主回路導体と絶縁バリヤとを結合するようにしたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のスイッチギヤ。