JP5117987B2 - ガス絶縁開閉装置 - Google Patents

Description

本発明は絶縁ガスが封入されたガス絶縁開閉装置において、主回路導体に通流する電流を測定するために設けた変流器容器を有するガス絶縁開閉装置に関する。

一般に、ガス絶縁開閉装置は電力の送配電や受配電を行うために電力系統の開閉に多く採用されている。ガス絶縁開閉装置における主回路導体は相分離配置あるいは３相一括配置するようにしている。

相分離配置の主回路導体に通流する電流を測定するには、主回路導体が張設収納されている母線容器に隣接して変流器容器を配設している。変流器容器は内筒と外筒から構成され、内筒の外周面に変流器が設けられている。変流器はガス絶縁開閉装置の容量が大きくなるのに伴い多重化されている。

変流器は主回路導体を一次導体、内筒の外周面に設けた変流器の二次巻線を二次導体とする貫通型の計器用変流器を構成する。変流器の二次巻線には二次回路として電流計測回路が接続されており、変流器で検出された主回路導体の通流電流を測定する。このような変流器容器は、例えば下記の特許文献１に記載されている。

一方、主回路導体を収納する母線容器および変流器容器は安全性確保の観点から接地されている。このため、変流器を設けている内筒と外筒が閉ループを構成し、主回路導体により変流器容器（内筒と外筒）に誘導電流が流れ、変流器による電流測定を精度良く行えなくなる。これを防止するために、内筒の長手方向の一端と母線容器との間に絶縁空隙を形成している。

ところで、ガス絶縁開閉装置においては、遮断器、断路器、接地開閉器の開閉時に発生する大きな開閉サージが主回路導体を進行波となって移行し、主回路導体に対向する母線容器には、母線容器のインダクタンス、主回路導体と母線容器間の静電容量などに基づいて高周波のサージ電圧が誘起される。

母線容器を進行する誘起サージ電圧は変流器容器内筒と母線容器の間に形成した絶縁空隙で進行を妨げられ変流器容器外筒と主回路導体の間にサージ電圧が発生する。変流器は変流器容器外筒と主回路導体の間に発生したサージ電圧に晒され、浮遊静電容量で結合される。したがって、変流器にはサージ電圧が誘起され、二次回路に移行する。

変流器に誘起されるサージ電圧はガス絶縁開閉装置の定格電圧と変流器容器の径などにもよるが、ピーク値で数十ｋＶになり、周波数は数MHzから数十MHzになる。

従来は二次回路である電流計測回路にバリスタなどのサージアブソーバを設けてサージ電圧による電流計測回路を構成する電子部品を保護するようにしている。
特開２００３−１６４０２４号公報

従来技術は、二次回路である電流計測回路にサージアブソーバを設けてサージ電圧から保護するようにしている。しかし、二次回路に過大なサージ電圧を加えると電子部品に障害を与える機会が増加して二次回路の信頼性を著しく低下させるという問題点を有する。

本発明の目的は変流器二次回路の信頼性を向上させて電力系統の安定化を図ることができるガス絶縁開閉装置を提供することにある。

本発明の特徴とするところは、変流器容器の内筒と外筒の間に開閉サージにより発生する誘起サージ電圧が印加されると内筒と外筒の間を短絡するサージ電圧抑制手段を設けたことにある。

本発明のサージ電圧抑制手段として好ましい一例は、内筒と外筒の間に電気的に接続され、所定電圧以上の誘起サージ電圧が印加されると導通するバリスタなどの非線形抵抗体が用いられる。

また、サージ電圧抑制手段の他の例としては、商用周波数領域において高インピーダンスとなり、開閉サージの高周波数領域において低インピーダンスになる高誘電率材皮膜板を母線容器のフランジに固着配設し、高誘電率材被膜板を内筒の長手方向一端と電気的に接続して構成される。

本発明は変流器容器の内筒と外筒の間に開閉サージにより発生する誘起サージ電圧が印加されると内筒と外筒の間を短絡しているので変流器二次回路に加わるサージ電圧の大きさを抑制することができる。したがって、変流器二次回路の信頼性を向上させて電力系統の安定化を図ることができる。

以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明する。

図１に本発明に一実施例を示す。図1はガス絶縁開閉装置の一部破断した断面図で、相分離配置の一相分を示している。

図１において、円筒状の母線容器１は絶縁ガスを封入され、主回路導体２が張設収納されている。母線容器１にはフランジ３が設けられている。母線容器１に隣接して変流器容器４が配設されている。変流器容器４は内筒５と外筒６から構成され、本実施例では母線容器１に隣接する他の母線容器の一部を内筒５として用いている。

外筒６の長手方向一端は内筒５の間を円環板７で密閉され、他端に母線容器１のフランジ３と連結するフランジ８が設けられている。変流器容器４は外筒６のフランジ８を母線容器１のフランジ３と図示しないボルトで連結固定され、密閉容器を形成する。外筒６のフランジ８から円環板７までが変流器容器４となる。変流器容器４内にも絶縁ガスが封入されている。

内筒５の長手方向他端には母線容器１との間に絶縁空隙９が形成されている。絶縁空隙９は内筒５の全周に亘り形成される。内筒５の外周面に円筒状の絶縁緩衝材１０が設けられている。内筒５の外周面には絶縁緩衝材１０を介して３個の変流器１１が設けられている。変流器１１は３重系構成になっている。

変流器１１はモールド成形され、図示右側の変流器１１が円環板７の内面に密着するように配置されている。変流器１１の間には絶縁円環板１２が設けられている。図示左側の変流器１１の側面には円環状の押え板１３が配置されており、この押え板１３はボルト１４により円環板７に連結されている。

絶縁空隙９側の内筒５と外筒６の間には、印加される電圧の大きさによって抵抗値が変化するバリスタ（非線形抵抗体）１５が接続導体１６によって電気的に接続されている。バリスタ１５は所定値以上の誘起サージ電圧を印加されると導通する。バリスタ１５は、例えば、変流器容器４の周方向に１２０度ごとに３個程度設けられる。

変流器容器４には密封端子１７が設けられており、密封端子１７に二次回路引出し管１８が連設されている。３個の変流器１１は二次引出し線１９により密封端子１７に接続されている。３個の変流器１１で検出した主回路導体２の電流信号は密封端子１７から二次回路引出し管１８側の二次引出し線１９により図示しない電流計測回路に送られる。

この構成において、断路器などの開閉サージ電圧は主回路導体２の進行波となって図示右側から図示左側へ移行する。主回路導体２に対向する母線容器１には、母線容器１のインダクタンス、主回路導体２と母線容器１間の静電容量などに基づいて高周波のサージ電圧が誘起される。

母線容器１に誘起されたサージ電圧は母線容器１を進行する。母線容器１を進行するサージ電圧は内筒５と母線容器１の間に形成した絶縁空隙９で進行を妨げられ外筒６と主回路導体２の間にサージ電圧が誘起される。変流器容器４の内筒５と外筒６の間には、外筒６と主回路導体２間のサージ電圧と母線容器１と対地間のサージ電圧との差電圧であるサージ電圧が印加される。このサージ電圧は、５０万Vの電力系統では、例えばピーク値で数十KV程度になる。

変流器１１は外筒６と主回路導体２の間に発生した誘起サージ電圧に晒され、浮遊静電容量で結合される。したがって、従来は、変流器１１に数十KV程度のサージ電圧が誘起され、二次回路に移行することになる。

ここで本発明の効果の理解を容易にするために、開閉サージ電圧と変流器容器の内筒と外筒に印加されるサージ電圧について本発明者達がシミュレーションで求めた一例を説明する。シミュレーション結果は５０万Vの電力系統のものである。

図２はサージ電圧の経路図で、断路器の開閉サージ電圧Ｅは計算で求めるとピーク値で１２２５KVとなる。変流器容器外筒６と対地間の電圧をＶ１１、主回路導体２と変流器容器外筒６間の電圧をＶ１２、母線容器１と対地間の電圧をＶ２１、母線容器１と主回路導体２間の電圧をＶ２２とすると、開閉サージ電圧Ｅは次式のようになる。

Ｅ＝Ｖ１１＋Ｖ１２＝Ｖ２１＋Ｖ２２ …（式１）
開閉サージ電圧Ｅが１２２５KVとしてサージ電圧Ｖ２１、Ｖ２２を求めると、
Ｖ２１＝８７８ｋV、Ｖ２２＝３４７ｋV、
となる。

サージ電圧Ｖ１１、Ｖ１２は変流器容器４の径が異なるので母線容器１のサージインピーダンスが変わるが、同様にして求めると、
Ｖ１１＝８４２ｋV、Ｖ１２＝３８３ｋV、
となる。

変流器容器４の内筒５と外筒６の間には次のようなサージ電圧が加えられる。

Ｖ２１−Ｖ１１＝Ｖ１２−Ｖ２２＝３６ｋV
したがって、従来は、変流器１１に３６KV程度のサージ電圧が誘起され、二次回路に移行することになる。

本発明は変流器容器４の内筒５と外筒６の間にバリスタ１５を電気的に接続している。バリスタ１５はサージ電圧が所定値のバリスタ電圧になると導通して内筒５と外筒６を電気的に接続する。バリスタ１５のバリスタ電圧は数千Ｖ（２千Ｖ〜３千Ｖ）程度であり、数千Ｖのサージ電圧が二次回路に加えられることになる。

したがって、変流器二次回路に加えられるサージ電圧は１/１０以下になり大幅に低減することができる。その結果として、変流器二次回路の信頼性を向上させて電力系統の安定化を図ることができる。

図３に本発明の他の実施例を示す。図３の実施例は母線容器と変流器容器内筒の間の絶縁空隙を静電容量で電気的に接続するようにしたものである。

図３において図１と同一符号のものは相当物を示し、変流器容器外筒６の他端が連結される母線容器１のフランジ３には、周方向に全周に亘り高誘電率材被膜板２０が固着配置されている。高誘電率材としては、例えば、エポキシプライマー、ポリテトラフルオロエチレン（登録商標：テフロン）などが用いられる。高誘電率材被膜板２０は大きな静電容量を構成し、商用周波数領域では高インピーダンスとなり、高周波サージ電圧の高周波数領域では低インピーダンスになる。

絶縁空隙９には導電性の金属ベローズ２１が配置されている。金属ベローズ２１は周方向に全周に亘り設けられている。金属ベローズ２１の一端は内筒５の長手方向他端に固着され、他端は高誘電率材被膜板２０に溶着されている。高誘電率材被膜板２０は金属ベローズ２１により内筒５の長手方向他端と電気的に接続されている。なお、金属ベローズ２１には絶縁ガスを通す複数の孔（図示せず）が穿設されている。

実施例２においては高周波サージ電圧が加えられると、高誘電率材被膜板２０が導通して内筒５と外筒６を電気的に接続する。高誘電率材被膜板２０の静電容量を無限大にはできないので、１千Ｖ程度のサージ電圧が二次回路に加えられることになるが大幅に低減することができる。

このように実施例２においても実施例１と同様に変流器二次回路に加えられるサージ電圧を大幅に低減することができ、変流器二次回路の信頼性を向上させて電力系統の安定化を図ることができる。

なお、実施例２は高誘電率材被膜板２０をフランジ３の周方向に全周に亘り設けているが、必要とする静電容量の大きさによっては周方向の一部領域に設けてもよいことは明らかなことである。

本発明の一実施例を示す一部破断した断面図である。 本発明を説明するためのサージ電圧経路図である。 本発明の他の実施例を示す一部破断した断面図である。

符号の説明

１…母線容器、２…主回路導体、３、８…フランジ、４…変流器容器、５…内筒、６…外筒、７…円環板、９…絶縁空隙、１０…絶縁緩衝材、１１…変流器、１２…絶縁円環板、１３…押え板、１４…ボルト、１５…バリスタ、１６…接続導体、１７…密封端子、１８…二次回路引出し管、２０…高誘電率材被膜板、２１…金属ベローズ。

Claims (3)

1. 主回路導体が張設収納されている母線容器と、前記母線容器に連設されている変流器容器とを備え、前記変流器容器は、内筒と外筒から構成され前記内筒の外周面に変流器が設けられており、前記外筒の長手方向一端は前記内筒の間を円環板で密閉され、前記内筒の長手方向他端は前記母線容器との間に空隙が形成されると共に前記外筒の長手方向他端は前記母線容器に連結固定されて密閉容器を形成しているガス絶縁開閉装置であって、前記内筒と前記外筒の間に開閉サージ電圧により発生する誘起サージ電圧が印加されると導通して前記内筒と前記外筒の間を電気的に接続するサージ電圧抑制手段を設けたことを特徴とするガス絶縁開閉装置。
2. 請求項１において、サージ電圧抑制手段は前記内筒と外筒の間に電気的に接続され、所定電圧以上の前記誘起サージ電圧が印加されると導通する非線形抵抗体であることを特徴とするガス絶縁開閉装置。
3. 請求項１において、サージ電圧抑制手段は、前記外筒の他端が連結される前記母線容器のフランジに固着配設された高誘電率材被膜板であって、前記高誘電率材被膜板を前記内筒の長手方向他端と電気的に接続していることを特徴とするガス絶縁開閉装置。

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