JP5089787B2 - 電気機器の絶縁構造及びその絶縁構造を適用したスイッチギヤ - Google Patents
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Description
また、図11(b)に示すように、低圧力の絶縁ガス中で、不平等電界を形成する電極構成の、電界強度が大きい側の電極43近傍に、その電極43より十分大きい曲率を持つ椀状の絶縁性バリヤ44を、凹部を電極43に対向させて挿入した電界緩和装置が開示されている(特許文献2参照)。
また、この絶縁構造を適用したスイッチギヤでは、絶縁層表面の破壊電界値が上昇し、絶縁層を被覆した導体部の絶縁耐力が向上するので、耐電圧性能が向上したスイッチギヤを提供することができる。
以下、この発明の実施の形態1による電気機器の絶縁構造を図に基づいて説明する。先ず、本発明の絶縁構造が用いられる電気機器の例として、電力の送配電および受電設備などに用いられるスイッチギヤを例にあげ、その全体構成から説明する。
高圧導体に絶縁層が被覆されている場合、絶縁層表面の最大電界発生部の電界がある値に達すると、その表面からストリーマと呼ばれる先行放電が発生し、絶縁層のない高圧導体露出部に向かって進展を始める。その露出部までストリーマが伸びると、ストリーマは非常に細い導電路であるため、見かけ上、絶縁物表面の最大電界発生部に先端を持つ非常に細い高圧導体が現れたことになる。この結果、絶縁物表面の最大電界発生部で非常に強い電界が形成され、この電界によりガス空間部分を進展する放電が始まる。ガス空間部分の放電が完成すると、ギャップ全体が短絡された状態になる。このようなメカニズムで高圧導体に絶縁層が被覆されているギャップの絶縁破壊は生じる。
なお、以下の説明で、有効面積を一般的に述べるときは、単に有効面積と表記する。
図中に破線で示した等電位面のように、図のような形状の導体では、導体の中心軸の先端部の絶縁層表面が最大電界部となる。上述の有効面積S90は、その点を中心に円形状に存在する。
絶縁層の外形形状を、例えば従来技術で説明した特許文献1の図11(a)ような、等電位線に沿う形状とした場合と、本実施の形態のように、絶縁層の対向面側の表面形状を略平面とした場合とを比較すると、本実施の形態では、図2のように、表面部では等電位の部分が少なくなり、有効面積は小さくなっている。
図4は、従来のような等電位線に沿う形状の絶縁構造と、この発明の絶縁構造の形状とで有効面積特性を比較した図である。有効面積S90に対する絶縁物表面電界(相対値)の関係を表している。図の曲線が示すように、本発明の構造の方がより低い位置にあり、このことはより高い電圧印加に対しても絶縁を維持できるように改善されたことを示している。
図5は先に説明した図1のスイッチギヤの中に一点鎖線で示したV部の部分断面図であり、接地開閉器5の局所的高電界となる電極部分である。高圧側の電極14は、先端部に所定の曲率を有する棒状導体の中心に貫通孔が設けられ、その内周面に通電接触子15が設けられている。対向する低圧側(接地側)の電極16もほぼ同形状で、中心の貫通孔には、可動棒電極17が軸方向に往復動できるようになっている。そして、両電極14,16の対向部の表面部にはそれぞれ絶縁層18,19が被覆されており、対向電極に面する側の絶縁層18,19の表面形状は略平面に形成されている。
なお、接地側の電極16にも絶縁層19が設けられているのは、電極16にも高電圧が印加され局所的高電界となる場合があるからである。
すなわち、本実施の形態のように、絶縁層18,19の対向電極に面する側の表面形状を概略平面にすれば、有効面積S90は従来のような形状の絶縁層に比べて小さくなり、その分、破壊電界値が上昇することになる。
図7は実施の形態2による電気機器の絶縁構造を示す部分断面図であり、例えば、電気機器の主回路導体と接地金属ケースのように、高圧導体と、これに対向する接地導体とをモデル化したもので、その間の絶縁構造を示す部分断面図である。実施の形態1との相違点は導体に絶縁層を被覆したのではなく、導体から隙間を空けて絶縁バリヤを設けた点である。
なお、最大電界が発生する部位は、図のように必ず外側角部に発生するとは限らず、導体22先端の形状や絶縁バリヤ24の大きさ、又は、近傍に存在する導体等によって、発生部は変る。
但し、通常は、導体22の先端部の形状は、ある曲率を持って丸め処理をされているので、絶縁バリヤ24を周辺部ほど厚くし、かつ、対向面を平面にすることは、空間スペースを有効利用することになり、絶縁バリヤと接地導体との距離を大きく取ることが可能となる利点がある。
図8は、実施の形態1で説明した図1のスイッチギヤの中に一点鎖線示したV部の部分断面図であり、接地開閉器5の局所的高電界となる電極部分である。高圧側の電極25は、先端部に所定の曲率を有する棒状導体の中心に貫通孔が設けられ、内周面には通電接触子(図示せず)が設けられている。対向する低圧側(接地側)の電極26もほぼ同形状で、中心の貫通孔には可動棒電極(図示せず)が軸方向に往復動できるようになっている。そして、両電極25,26の対向部側で両電極25,26の近傍に、それぞれ絶縁バリヤ27,28が設けられ、絶縁バリヤ27,28の厚さは、両電極25,26の最短部に位置する部分よりもその周辺の方が厚くなるように形成されている。また、各絶縁バリヤ27,28の対向電極に面する側は、表面が概略平面となるように形成されている。
3 ケーブルヘッド 4 真空遮断器
5 接地開閉器 6 3位置断路器
6a 接地開閉器部 6b 断路器部
7,8 母線 9 絶縁スペーサ
10a〜10c 操作機構部 11,22 導体
11a,22a 先端部 12,23 接地導体
13 絶縁層 13a 対向面
14,16,25,26 電極 15 通電接触子
17 可動棒電極 18,19,20,21 絶縁層
24、27,28,29a,29b,31a,31b 絶縁バリヤ
30a,30b 電極部。
Claims (2)
- 接地金属ケースに開閉機器及びその主回路導体が収納され、対向する導体間を絶縁する電気機器の絶縁構造において、
前記導体のうち局所的高電界を形成する導体の表面に絶縁物で被覆された絶縁層が設けられ、
対向導体に面する側の前記絶縁層の表面形状が、前記対向導体からみた前記局所的高電界を形成する導体の投影断面積以上の広がりの平面部を有する概略平面に形成され、
前記概略平面内において、前記絶縁層の厚さは、前記対向導体との距離が最短部に位置する部位から、前記局所的高電界を形成する導体と前記対向導体とが対向した対抗方向(対向軸)に対して直交する方向でかつ前記対向軸から遠ざかる方向に離れるに従い、前記対抗方向(対向軸)に沿って前記概略平面の平面部から遠ざかる方向に厚くなるように形成されていることを特徴とする電気機器の絶縁構造。 - 接地金属ケースに開閉機器及びその主回路導体が収納されたスイッチギヤにおいて、
前記開閉機器の電極間、前記主回路導体の相間、又は前記主回路導体と前記接地金属ケース間の対向する導体間で、局所的高電界を形成する導体の表面に絶縁層が形成され、
対向導体に面する側の前記絶縁層の表面形状が、前記対向導体からみた前記局所的高電界を形成する導体の投影断面積以上の広がりの平面部を有する概略平面に形成され、
前記概略平面内において、前記絶縁層の厚さは、前記対向導体との距離が最短部に位置する部位から、前記局所的高電界を形成する導体と前記対向導体とが対向した対抗方向(対向軸)に対して直交する方向でかつ前記対向軸から遠ざかる方向に離れるに従い、前記対抗方向(対向軸)に沿って前記概略平面の平面部から遠ざかる方向に厚くなるように形成されていることを特徴とするスイッチギヤ。
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