JP4781446B2 - 真空絶縁スイッチギヤ - Google Patents

Description

本発明は、小形軽量化され性能、信頼性が高い真空絶縁スイッチギヤに関するものである。

近年の受変電設備では、ユーザの要求が多様化している。例えば、その使用目的により、負荷の種類、運転条件が異なるので、要求される安全性、信頼性、運転保全及び将来の負荷の増加を考慮して配電系統を計画するが、この配電系統計画において、受変電設備を構成する遮断器、断路器、接地開閉器等の制御及び受変電設備の電圧、電流、電力等の監視計測に関しても、配慮しなければならない。

この場合、遮断器、断路器、接地開閉器等の機器と、その制御機器、及び監視計測機器の設置空間を如何に小さくして、その設置のための投資を抑えることができるかが、１つの課題となっている。この課題を解決するために、遮断断路機能を有する真空２点切り３位置型の開閉器を備えた真空絶縁スイッチギヤが提案されている。

この真空絶縁スイッチギヤにおいては、真空２点切り３位置型の開閉器、真空投入容器付きの接地開閉器を、それぞれセラミックス材や金属材で形成された真空容器に収納し、これら真空容器と導体等を、絶縁外皮となるエポキシ樹脂によって一体的にモールドすることにより、開閉器部のユニット化と小形軽量化とが図られている。

一方、このような開閉器部においては、エポキシ樹脂とセラミックス材との熱膨張係数に大きな相違があるため、温度変化により生じる熱応力によりエポキシ樹脂注型部の剥離やクラックの発生が想定される。エポキシ樹脂にクラックが発生すると、絶縁性能が低下し、コロナ放電が発生するなどの不具合が起こり、真空絶縁スイッチギヤの信頼性を著しく低下させてしまう。このため、熱応力によってクラックが発生し易い真空容器の所要部とエポキシ樹脂注型部との間隙に、熱応力の緩和を目的として、シリコンゴム等の可塑性樹脂を塗布して応力緩和層を設けることが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００２−３５８８６１号公報

上述のように熱応力によってエポキシ樹脂部のクラックが発生し易い箇所に応力緩和層を施す場合に、応力緩和層の最適な厚みの管理と、応力緩和層の内側に空隙をなくすことが重要である。応力緩和層の不適切な厚みは、エポキシ樹脂のクラック、界面剥離の発生の原因になり、内部空隙の存在は、コロナ放電の発生の原因になるからである。

上述した真空絶縁スイッチギヤにおける真空２点切り３位置型の開閉器、及び真空投入容器付きの接地開閉器は、各接点を真空容器の絶縁筒で覆う構成であるため、この絶縁筒の上端の角部がエッジ部となる。このエッジ部が、上述した熱応力を与える部位（真空容器の所要部）になるので、この部位に応力緩和層を設ける必要がある。

例えば、シリコンゴム等の可塑性樹脂を塗布して応力緩和層を設ける場合、エッジ部の上に適度な厚さとなるまで、コロナ放電の原因となる気泡を巻き込まないように細心の注意を払って重ね塗りをする必要がある。しかしながら、シリコンゴムは液状で粘性のあるゴムであることから、その塗布面厚みの管理が難しい。

一方、例えば自己融着性絶縁テープを巻回して応力緩和層を設ける場合、上述した塗布作業に比べて厚みの管理は可能になるが、エッジ部の角などを巻回す場合には、テープ接着面とエッジ部との間の空隙の発生が避けられないという問題があった。

本発明は、上述の事柄に基づいてなされたもので、最適に施工された応力緩和層を有する信頼性の高い真空絶縁スイッチギヤを提供することを目的とする。

（１）上記目的を達成するために、本発明は、可動接点と、固定接点と、前記可動接点と固定接点とを覆う絶縁筒と前記絶縁筒の下部を塞ぐ下蓋と前記絶縁筒の上部及び前記可動接点の操作ロッド側を塞ぐ上蓋とからなる真空容器とを備える真空２点切り３位置型の開閉器、真空投入容器付きの接地開閉器を、エポキシ樹脂によって一体的にモールドしてなる真空絶縁スイッチギヤにおいて、前記開閉器、及び接地開閉器の真空容器を構成する各絶縁筒の上端角部に塗布した第１のシリコンゴム層と、前記第１のシリコンゴム層の外面に巻き付けた自己融着性絶縁テープ層と、前記自己融着性絶縁テープ層、及び前記各絶縁筒の外周に塗布した第２のシリコンゴム層と、前記第１及び第２のシリコンゴム層への真空脱泡処理後の前記各絶縁筒の下端角部に対応する位置に設けた環状の緩和用のシールドと、前記第１のシリコンゴム層、前記自己融着性絶縁テープ層、第２のシリコンゴム層、及び前記環状の緩和用のシールドを覆うように前記各真空容器を一体的にモールドするエポキシ樹脂部とを備えたものとする。

（２）上記（１）において、好ましくは、前記第１のシリコンゴム層は、真空脱泡処理後に熱硬化処理されるものとする。

（３）上記（１）において、好ましくは、前記第２のシリコンゴム層は、真空脱泡処理後に熱硬化処理されるものとする。

（４）上記（１）において、好ましくは、前記絶縁筒の中間部に設けられる電極シールド部に、前記第１のシリコンゴム層と前記自己融着性絶縁テープ層とを更に設けたものとする。

本発明によれば、モールド部を構成するエポキシ樹脂への熱応力の緩和が図れるので、モールド一体形の真空容器の耐クラック性能と耐電圧性能を向上させることができる。この結果、真空絶縁スイッチギヤの信頼性が向上するとともに、長期使用にも耐え得る真空絶縁スイッチギヤを提供することができる。

本発明の真空絶縁スイッチギヤをフィーダ盤として適用した一実施の形態を一部断面にて示す側面図である。 図１に示す本発明の真空絶縁スイッチギヤをフィーダ盤として適用した一実施の形態を一部断面にて示す斜視図である。 図１に示す本発明の真空絶縁スイッチギヤをフィーダ盤として適用した一実施の形態の電気回路図である。 図１に示す本発明の真空絶縁スイッチギヤを構成する開閉器部分の縦断面図である。 本発明の真空絶縁スイッチギヤを構成する開閉器部１００の内部構成を示す正面図である。 図５に示す開閉器部１００を構成する真空容器の正面図であって、（ａ）は開閉器用真空容器の平面図、（ｂ）は接地装開閉器用真空容器の平面図である。 図６に示す開閉器部１００を構成する真空容器のＣ部を拡大して示す縦断面図である。 図７に示す開閉器部１００を構成する真空容器のＤ部を拡大して示す縦断面図である。

以下、本発明の真空絶縁スイッチギヤの一実施の形態を図面を用いて説明する。
図１は、本発明の真空絶縁スイッチギヤをフィーダ盤として適用した一実施の形態を示す側面図、図２は、図１に示す本発明の真空絶縁スイッチギヤをフィーダ盤として適用した一実施の形態を一部断面にて示す斜視図、図３は、図１に示す本発明の真空絶縁スイッチギヤをフィーダ盤として適用した一実施の形態の電気回路図、図４は、図１に示す本発明の真空絶縁スイッチギヤを構成する開閉器部分の縦断面図である。図１及び図２において、真空絶縁スイッチギヤの筐体１は、その内部を上からそれぞれ区画された制御区画部２、高圧スイッチ区画部３及び母線／ケーブル区画部４を備えている。

母線／ケーブル区画部４内には、母線５、ライン側ケーブルが接続されるケーブルヘッド６、ブッシングＣＴ７等が配置されている。また、高圧スイッチ区画部３内には、真空２点切り３位置型の開閉器（真空２点切り３位置型遮断断路器ＢＤＳ）８、真空投入容器付きの接地開閉器（ＥＳ）９、電圧検出器（ＶＤ）１０及び操作装置１１が配置されている。

母線５は、ガスレス化された固体絶縁母線であって、その取り扱い性と安全性とを確保している。また、電圧検出器１０は、真空容器内の真空度劣化で発生するコロナも検出し、保守点検性を向上させるものである。

本発明の真空絶縁スイッチギヤをフィーダ盤として適用した一実施の形態の電気回路を図３に示す。

次に、上述した高圧スイッチ区画部３内に配置された真空２点切り３位置型の開閉器（ＢＤＳ）８、真空投入容器付きの接地開閉器（ＥＳ）９、電圧検出器(ＶＤ)１０は、図１に示すようにエポキシ樹脂によって一体的にモールドされている。これにより、開閉器部がユニット化され小形軽量化が図られている。このユニット化された開閉器部１００は、相分離構造であり、更にその相間に遮蔽層を配置して、相間の短絡事故の発生が抑えられている。またモールドの外表面は、塗布された導電塗料によって接地され、接触の安全性を確保されている。

開閉器部１００の詳細な構成を図１及び図４を用いて更に説明すると、真空２点切り３位置型の開閉器（ＢＤＳ）８は、可動接点８２と固定接点８１とを覆う２個の絶縁筒８Ａと、これらの絶縁筒の下部を塞ぐ下蓋８Ｂと、２個の絶縁筒の上部及び可動接点８２の操作ロッド側を塞ぐステンレス製の上蓋８Ｃとからなる真空容器８０とを備えている。絶縁筒８Ａ，８Ａ内にそれぞれ収納された２つの固定接点８１と、それらの可動接点８２により、２点切りを構成している。また、絶縁筒８Ａ，８Ａ内にはそれぞれの可動接点８２、固定接点８１を覆うように筒型の電極シールド８３がそれぞれ設けられている。

図１の左側における一方の固定接点８１は、導体１０１を介して母線５に接続している。また、図１の右側における一方の固定接点８１は、導体１０２を介してケーブルヘッド６に接続している。

一方の可動接点８２と他方の可動接点８２は、ステンレスなどの高温で焼鈍されていない金属で補強された可動導体８５で連結されている。この可動導体８５には、真空絶縁操作ロッド８６が連結されている。この真空絶縁操作ロッド８６は、金属ベローズ８７を介して、真空容器８０外に導出され、気中絶縁操作ロッド８８に連結されている。この気中絶縁操作ロッド８８は、操作装置１１によって操作される操作ロッド１１１に連結している。

一方の可動接点８２と他方の可動接点８２は、操作ロッド１１１によって図４に示すように通電するための閉位置Ｙ１、電流を遮断するための開位置Ｙ２、および雷などのサージ電圧に対して点検作業者の安全を確保するための断路位置Ｙ３の３位置に停止する。

上述した２つの可動接点８２は、図４に示すように、それぞれ開位置Ｙ２で遮断ギャップｇ２を、また、断路位置Ｙ３で断路ギャップｇ３を確保している。この断路ギャップｇ３は、遮断ギャップｇ２の略倍に当たる極間距離を持つように設定している。このように、断路時における断路ギャップｇ３を、遮断ギャップｇ２の略２倍に設定し、複数個（この例では２個）持つことにより、多段形式の絶縁を可能としている。

次に、真空投入容器付きの接地開閉器（ＥＳ）９は、図１に示すように、可動接点９２と導体１０２に接続した固定接点９１とを覆う絶縁筒９Ａと、この絶縁筒９Ａの下部を塞ぐ下蓋９Ｂと、絶縁筒の上部及び可動接点９２の操作ロッド側を塞ぐステンレス製の上蓋９Ｃとからなる真空容器９０とを備えている。可動接点９２には、真空絶縁操作ロッド９４が連結されている。この真空絶縁操作ロッド９４は、金属ベローズ９５を介して、真空容器９０外に導出され、接地開閉器用の絶縁操作ロッド１１２に連結されている。

次に、本発明の真空絶縁スイッチギヤを構成するユニット化された開閉器部１００のモールド化の手順を図５乃至図８を用いて説明する。図５は、本発明の真空絶縁スイッチギヤを構成する開閉器部１００の内部構成を示す正面図、図６は、図５の開閉器部１００を構成する真空容器の正面図であって、（ａ）は開閉器用真空容器の平面図、（ｂ）は接地開閉器用真空容器の平面図、図７は、図６に示す開閉器部１００を構成する真空容器のＣ部を拡大して示す縦断面図、図８は、図７に示す開閉器部１００を構成する真空容器のＤ部を拡大して示す縦断面図である。図５乃至図８において、図１乃至図４に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。

図５において、破線部は、開閉器部１００の内部における各構成部品の外形を示している。実線部は、開閉器部１００の外形を示し、各構成品の外周の大略をエポキシ樹脂部Ｅで覆っている。なお、１２は、不平等電界を緩和するアルミ製リング体の電界緩和シールドを示し、それぞれのリング体中心を各絶縁筒８Ａ，９Ａの下端が挿通するようにエポキシ樹脂部Ｅ内に配設されている。

図６（ａ）に示すように真空容器８０を構成する絶縁筒８Ａの上端角部Ａ部は、セラミックス部材によるエッジ部が形成されている。上述したように、このエッジ部が、エポキシ樹脂部に熱応力を与える部位になるので、この部位に応力緩和層を設ける必要がある。図６（ｂ）に示すように真空容器９０を構成する絶縁筒９Ａの上端角部Ｂ部にも同様に応力緩和層を設ける必要がある。

図７は、図６に示す絶縁筒８ＡのＣ部を拡大した縦断面図であって、１３は絶縁筒８Ａのセラミックス材部、１４は絶縁筒８Ａと上蓋８Ｃとを接合する銅製のフランジ部を示す。セラミックス製の絶縁筒８Ａの上部とステンレス製の上蓋８Ｃとの接続は、絶縁筒のセラミックス材部１３に一端をろう付けされた環状の銅製のフランジ部１４の他端を上蓋８Ｃにろう付け接続する構成であるため、絶縁筒のセラミックス材部１３上端外側部にエッジ部が形成されてしまう。このエッジ部には応力緩和層Ｐが設けられている。

図８は、図７に示す外筒の角のエッジ部のＤ部を拡大した一部縦断面図であって、応力緩和層Ｐは、外筒の角のエッジ部に塗布された第１のシリコンゴム層１６ａとしてのシリコンゴムの層の上に、自己融着性絶縁テープ１５の巻回しによる自己融着性絶縁テープ層が形成され、さらにその上に第２のシリコンゴム層１６ｂとしてのシリコンゴムを塗布することで形成されている。

次に、具体的な手順を説明する。
（１）真空容器８０，９０の絶縁筒８Ａ，９Ａの上端部（図６のＡ部，Ｂ部）に第１のシリコンゴム層１６ａとしてシリコンゴムを塗布する。具体的には、図８に示すように、例えば、シリコンゴム粒子を含有する可塑性樹脂１６を大略０．１ｍｍの厚さになるようにハケ等で塗布する。この際、気泡等が含まれないように注意して行う。

（２）図６のＡ部，Ｂ部の角部に自己融着性絶縁テープ１５を２〜３周巻回し、自己融着性絶縁テープ層とする。具体的には、図８に示すように、例えば、自己融着性絶縁部材であるブチルゴムを主成分としたテープ１５を使用し、上記（１）のシリコンゴムの塗布層の上に引張り力を加えながら、２〜３周巻き回す。この結果、シリコンゴムの塗布層が、自己融着性絶縁テープ１５と絶縁筒の角の間隙に生じる空隙を埋めることになると共に、自己融着性絶縁テープ１５が、シリコンゴムの塗布層を絶縁筒の外表面に向けて押し詰める。したがって、例えばシリコンゴムの塗布層に気泡が生じていたとしても、この工程で塗布層の外側へ押し出すことができる。この自己融着性絶縁テープ１５の巻き回しにより形成される層の厚さは、大略０．３ｍｍに管理することができる。

（３）真空容器８０，９０全体に第２のシリコンゴム層１６ｂとしてシリコンゴムを塗布し、その後、真空脱泡を行う。具体的には、真空容器８０，９０全体にシリコンゴムを塗布する。この際、（２）で形成した層以外の部分の厚さは大略０．１ｍｍになるように塗布する。この工程におけるシリコンゴム塗布の目的は、エポキシ樹脂と真空容器８０，９０との接着性をよくするためである。この後、シリコンゴムが塗布された真空容器８０，９０を真空ポンプが接続された真空タンクに収納し、大略１０分以上真空状態に置くことにより、シリコンゴムの塗布層の脱泡を行う。

（４）シリコンゴムを熱硬化させる。具体的には、例えば、上記（３）の工程が完了した真空容器８０，９０を恒温槽に収納し、約４時間１６０℃の熱を加える。このことにより、シリコンゴムの塗布層を硬化させる。加熱後の真空容器８０，９０は自然冷却させる。

（５）真空容器８０，９０やその他構成物を金型枠に配置し、エポキシ樹脂を注型する。具体的には、例えば、上記の処理を行った真空容器８０，９０の絶縁筒８Ａ，９Ａ下端がリング状の電界緩和シールド１２を挿通し、また、真空容器８０，９０の各部が各導体１０１，１０２と所定の接続状態になるように各構成部品を金型枠内に配置する。その後、この金型枠内にエポキシ樹脂を注型する。この後、規定の条件で硬化を行って開閉器部１００が形成される。

上述した本発明の真空絶縁スイッチギヤの一実施の形態によれば、モールド部を構成するエポキシ樹脂への熱応力の緩和が図れるので、開閉器部１００の耐クラック性能と耐電圧性能を向上させることができる。この結果、真空絶縁スイッチギヤの信頼性が向上するとともに、長期使用にも耐え得る真空絶縁スイッチギヤを提供することができる。

また、自己融着性絶縁テープ１５の下地としてシリコンゴムを塗布して、シリコンゴムの上を巻き回したので、圧力緩和層の厚みを精度良く管理することができると共に、テープ界面の剥離や気泡の発生を防止することができる。この結果、開閉器部１００の耐クラック性能と耐電圧性能を向上させることができる。

さらに、真空脱泡を行うことで、シリコンゴム硬化時の気泡の発生を防止することができる。この結果、コロナ放電等の部分放電の発生を防止することができ、耐電圧性能を向上させることができる。

なお、本発明の形態においては、第１のシリコンゴム層１６ａと自己融着性絶縁テープ層を絶縁筒８Ａの上端角部に施したが、例えば、絶縁筒８Ａの中間部に設けられる電極シールド部８３に施してもよく、この場合、開閉器の絶縁性能の更なる向上が図れる。

なお、本発明の実施の形態においては、開閉器部１００を構成する開閉器として、真空２点切り３位置型の開閉器（ＢＤＳ）８と真空投入容器付きの接地開閉器（ＥＳ）９、を配置したが、この態様に限られるものではない。真空容器を備える開閉器であれば、本発明を適用することができる。

１ 筺体
８ 真空２点切り３位置型の開閉器
９ 接地開閉器
１２ 電界緩和シールド
１３ セラミックス材部
１４ 銅製フランジ
１５ 自己融着性絶縁テープ
１６ａ 第１のシリコンゴム層
１６ｂ 第２のシリコンゴム層
８０ 真空容器
８１ 固定接点
８２ 可動接点
８３ 電極シールド
８６ 真空絶縁操作ロッド
８Ａ 絶縁筒
８Ｂ 下蓋
８Ｃ 上蓋
９０ 真空容器
９１ 固定接点
９２ 可動接点
９４ 真空絶縁操作ロッド
９Ａ 絶縁筒
９Ｂ 下蓋
９Ｃ 上蓋
１００ 開閉器部
Ｐ 応力緩和層
Ｅ エポキシ樹脂部

Claims (4)

1. 可動接点と、固定接点と、前記可動接点と固定接点とを覆う絶縁筒と前記絶縁筒の下部を塞ぐ下蓋と前記絶縁筒の上部及び前記可動接点の操作ロッド側を塞ぐ上蓋とからなる真空容器とを備える真空２点切り３位置型の開閉器、真空投入容器付きの接地開閉器を、エポキシ樹脂によって一体的にモールドしてなる真空絶縁スイッチギヤにおいて
   前記開閉器、及び接地開閉器の真空容器を構成する各絶縁筒の上端角部に塗布した第１のシリコンゴム層と、
   前記第１のシリコンゴム層の外面に巻き付けた自己融着性絶縁テープ層と、
   前記自己融着性絶縁テープ層、及び前記各絶縁筒の外周に塗布した第２のシリコンゴム層と、
   前記第１及び第２のシリコンゴム層への真空脱泡処理後の前記各絶縁筒の下端角部に対応する位置に設けた環状の緩和用のシールドと、
   前記第１のシリコンゴム層、前記自己融着性絶縁テープ層、第２のシリコンゴム層、及び前記環状の緩和用のシールドを覆うように前記各真空容器を一体的にモールドするエポキシ樹脂部とを備えた
   ことを特徴とする真空絶縁スイッチギヤ。
2. 請求項１に記載の真空絶縁スイッチギヤにおいて、
   前記第１のシリコンゴム層は、真空脱泡処理後に熱硬化処理される
   ことを特徴とする真空絶縁スイッチギヤ。
3. 請求項１に記載の真空絶縁スイッチギヤにおいて、
   前記第２のシリコンゴム層は、真空脱泡処理後に熱硬化処理される
   ことを特徴とする真空絶縁スイッチギヤ。
4. 請求項１に記載の真空絶縁スイッチギヤにおいて、
   前記絶縁筒の中間部に設けられる電極シールド部に、前記第１のシリコンゴム層と前記自己融着性絶縁テープ層とを更に設けた
   ことを特徴とする真空絶縁スイッチギヤ。

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