JP5159954B2

JP5159954B2 - ガス絶縁母線

Info

Publication number: JP5159954B2
Application number: JP2011524575A
Authority: JP
Inventors: 真人川東; 芳則清水
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-07-29
Filing date: 2009-07-29
Publication date: 2013-03-13
Anticipated expiration: 2029-07-29
Also published as: JPWO2011013218A1; WO2011013218A1

Description

本発明は、絶縁ガスが封入された金属容器内で通電導体を絶縁支持物で支持したガス絶縁母線に関するものである。

発電所または変電所等において使用されるガス絶縁母線は、絶縁ガスを封入した金属容器内に通電用の導体を配置し、この導体を絶縁支持物により金属容器から絶縁支持している。

従来のガス絶縁母線では、例えばポスト形の絶縁支持物に通電用の導体を貫通させる形で導体が支持され、導体と絶縁支持物との間には導体を絶縁支持物に固定するための電極が設けられている。また、電極の両端部は絶縁支持物の外部に露出しており、この電極の両端部を覆うように電界緩和を目的とした電界緩和シールドが備え付けられている（例えば特許文献１参照）。

特開昭６２−１６３５０６号公報

しかしながら、従来のガス絶縁母線では、電極の軸方向の両端部に電界緩和シールドを設けていることから、構造が複雑になり部品点数も増大するという問題点があった。

また、従来のガス絶縁母線では、電界緩和シールドの表面と金属容器の内面との間の距離が電界緩和シールドの分だけ短くなるので、電界緩和シールド付近におけるガス中の電界が大きくなってしまうという問題点があった。そのため、高耐電圧化および機器の縮小化を図ることが困難になるという問題点があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、通電用の導体の支持構造を簡素化し、高耐電圧化および機器の縮小化を図ることが可能なガス絶縁母線を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るガス絶縁母線は、絶縁ガスを封入した金属容器内に絶縁支持物が配設され、この絶縁支持物を前記金属容器の軸線方向に貫通する通電用の導体がこの導体の周囲に配置された電極を介して前記絶縁支持物により絶縁支持されたガス絶縁母線において、前記電極の全体が前記絶縁支持物の内部に埋め込まれ、前記軸線を含む面による前記電極の断面形状が、樽形の断面をその中心軸に平行でかつ中心軸とは異なる直線で切断したときに当該直線により中心軸からみて外側に形成される形状であることを特徴とする。

本発明によれば、電極を絶縁支持物の内部に埋め込むようにしたので、従来のように絶縁支持物の外部に露出した電極の端部を覆う電界緩和シールドを設ける必要がなく、導体の支持構造が簡素化され、部品点数も削減されるという効果を奏する。

また、本発明によれば、電界緩和シールドを設けた場合に比べて、同一の内径の金属容器に対しては、導体から金属容器までの距離が電界緩和シールドのない分だけ長くなるので、絶縁ガス中の電界の大きさがより小さくなり、従来と比べて高耐電圧化を図ることが可能となる。さらにまた、本発明によれば、金属容器からの絶縁距離を同一にした場合、従来よりも金属容器の内径を縮小することができ、機器の縮小化を図ることが可能となる。

図１は、実施の形態１にかかるガス絶縁母線の縦断面構成を示す図である。図２は、図１と同様の構成図である。図３は、実施の形態１における導体の支持構造を拡大して示した図であり、特にタンクの上側半分を示す図である。図４は、実施の形態２における導体の支持構造を拡大して示した図であり、特にタンクの上側半分を示す図である。図５は、実施の形態３における導体の支持構造を拡大して示した図であり、特にタンクの上側半分を示す図である。図６は、実施の形態４にかかるガス絶縁母線の縦断面構成を示す図である。図７は、実施の形態４にかかるガス絶縁母線の縦断面構成を示す別の図である。図８は、実施の形態５にかかるガス絶縁母線の構成を示す縦断面図である。図９は、実施の形態５にかかるガス絶縁母線の構成を示す別の縦断面図である。図１０は、図９に対応する横断面図である。図１１は、従来のガス絶縁母線の縦断面構成を示す図である。

以下に、本発明に係るガス絶縁母線の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本実施の形態にかかるガス絶縁母線の縦断面構成を示す図である。図１に示すように、本実施の形態にかかるガス絶縁母線は、接地された筒状の金属容器であるタンク１と、このタンク１の軸線に沿って配置され高電圧が印加される通電用の導体２と、この導体２をタンク１から絶縁支持する絶縁支持物３と、この絶縁支持物３内で絶縁支持物３とタンク１との間に介在して導体２の周囲を囲うように配置された電極５と、を備えている。また、タンク１内には絶縁ガス４としての例えばＳＦ₆（六フッ化硫黄）ガスが封入されている。

絶縁支持物３は例えばポスト形状である。また、この絶縁支持物３を軸線方向に貫通する形で導体２が絶縁支持物３により支持されている。

電極５は、主に導体２を絶縁支持物３に取り付けるために用いられ、例えばアルミニウム等の金属材からなる。また、本実施の形態では、電極５は絶縁支持物３の内部に配置されている。すなわち、電極５はその大半が絶縁支持物３の内部に埋め込まれた構造であり（以下、「電極埋め込み構造」という。）、特に電極５の軸線方向の端部が絶縁支持物３の外部に露出しない構造である。図示例では、電極５の断面形状（正確には、上下にある断面のいずれか一方の形状）は、例えば樽形の断面をその中心軸に平行でかつ中心軸とは異なる直線で切断したときに当該直線により中心軸からみて外側に形成される形状に概略等しい。

ここで、本実施の形態との比較のために、従来のガス絶縁母線の構成について説明する。図１１は、従来のガス絶縁母線の縦断面構成を示す図である。なお、図１１では、図１と同一の構成要素には同一の符号を付している。図１１に示すように、従来のガス絶縁母線では、電極５５の両端部は絶縁支持物５３の外部に露出している。そして、電極５５の両端部はそれぞれ電界緩和シールド６により覆われている。

一方、本実施の形態では、図２に明示的に示すように、点線で囲まれた領域内に電界緩和シールド６に相当するものが存在しない構成である。すなわち、絶縁支持物３の軸線方向の両側には電界緩和シールドが設けられていない。なお、図２は、図１と同一の構成を示す図であるが、従来のガス絶縁母線との対比のために、点線で囲まれた領域内に電界緩和シールドが存在しないことを明示的に示したものである。

次に、タンク１内の絶縁ガス４中における電界（以下、「ガス中電界」という。）の大きさについて説明する。導体２に高電圧が印加され電流が流れると、これに伴い電界が生成される。ガス中電界の大きさをＥ₁とし、導体２に印加される電圧をＶとすると、両者の関係は導体２表面からタンク１の内面までの径方向の長さｄに対して反比例の関係にある。また、図１では、φＡを導体２の外径（直径）、φＤをタンク１の内径（直径）とし、図１１では、φＢを電界緩和シールド６まで含めた導体２の外径（直径）とし、φＣをタンク５１の内径（直径）とする。

ここで、図１に示すタンク１の内径と図１１に示すタンク５１の内径とが等しい場合、すなわち、φＣ＝φＤの場合を考える。この場合、図１１の電界緩和シールド６の付近では、電界緩和シールド６の径方向の厚さ分だけ導体２からタンク５１までの距離が短くなっていることから、図１１でのガス中電界Ｅ₁は図１の場合よりも大きくなる。具体的には、図１１では、ｄ＝（φＣ−φＢ）／２であるのに対し、図１では、ｄ＝（φＤ−φＡ）／２＝（φＣ−φＢ＋φＢ−φＡ）／２となる。したがって、図１１では、（φＢ−φＡ）／２の分だけｄの長さが短いので、ガス中電界Ｅ₁はより大きくなる。

図２では、ガス中電界Ｅ₁の大きさを、従来のガス絶縁母線でのガス中電界Ｅ₁の大きさを１００％として、数値計算を行った結果を示している。図２に示すように、ガス中電界Ｅ₁は従来比で８５％になることがわかった。このように、電界埋め込み構造を採用することにより、ガス中電界Ｅ₁が従来に比べて緩和されることがわかる。したがって、高耐電圧化を図ることができる。

また、図１と図１１との対比において、ガス中電界Ｅ₁を双方に対して同じ大きさとする場合は、ｄ＝（φＣ−φＢ）／２＝（φＤ−φＡ）／２となる。したがって、φＤ＝φＣ−（φＢ−φＡ）となり、（φＢ−φＡ）＞０であることから、φＣ＞φＤとなる。つまり、従来のガス絶縁母線のタンク５１の内径が本実施の形態にかかるガス絶縁母線のタンク１の内径よりも大きくなる。このように、電界埋め込み構造を採用することにより、タンク径の縮小化につながり、機器の縮小化を図ることができる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、電極埋め込み構造を採用することにより、従来のように電界緩和シールド６を設ける必要がなく、導体２の支持構造が簡素化され、部品点数も削減されるという効果を奏する。

また、本実施の形態によれば、ガス中電界Ｅ₁を従来に比べて緩和できることから、高耐電圧化および機器の縮小化を図ることができるという効果を奏する。

実施の形態２．
実施の形態１では、ガス中電界Ｅ₁の大きさが、従来のガス絶縁母線と比べて、より小さくなるという効果が得られた。図３は、実施の形態１における導体２の支持構造を拡大して示した図であり、特にタンク１の上側半分を示す図である。なお、図３において、電極５ａは図１の電極５と同じものである。また、絶縁支持物３と導体２との間に僅かな隙間が形成されているが、これは公差などから双方の接続面間に不可避的に形成された隙間を表している。

同図中、鉛直上方を向いた矢印は絶縁物内部電界Ｅ₂を示しており、この電界は絶縁支持物３の内部電界を示すものである。また、水平方向を向いた矢印はＴｊ部電界Ｅ₃を示しており、この電界は異なる誘電体と金属との三重接合界面であるＴｊ（triple junction）部の電界を示すものである。ここで、三重接合界面は、絶縁ガス４と絶縁支持物３と電極５ａとにより形成される。

ところで、絶縁物内部電界Ｅ₂およびＴｊ部電界Ｅ₃の数値計算を行い、その結果を、図１１に示す従来のガス絶縁母線の計算結果と比較したところ、絶縁物内部電界Ｅ₂の大きさは従来比で１００％、Ｔｊ部電界Ｅ₃の大きさは従来比で１２６％となった。すなわち、実施の形態１の構成では、ガス中電界Ｅ₁の大きさは従来の値よりも低減されるものの、Ｔｊ部電界Ｅ₃の大きさは従来よりも大きくなっている。なお、従来のガス絶縁母線におけるＴｊ部は、図１１に示すように、絶縁支持物５３と電界緩和シールド６との間に形成される。そこで、本実施の形態では、電極５ａの形状と異なる形状のものを採用して、Ｔｊ部電界Ｅ₃の大きさの低減を図る。

図４は、本実施の形態における導体２の支持構造を拡大して示した図であり、特にタンク１の上側半分を示す図である。図４に示すように、本実施の形態における電極５ｂの形状は、茸形状である。すなわち、タンク１の軸線を含む面による電極５ｂの断面形状は、導体２から外径方向に伸びる軸部１７とこの軸部１７に接続され軸部１７よりも軸線方向に長尺の頭部７とからなる茸形状である。図示例では、頭部７の形状は例えば概略長円であり、その長径が軸方向と平行になっている。なお、茸形状としては、図４に示した例に限定されない。図４に示すように、Ｔｊ部は電極５の軸部１７にて形成されている。本実施の形態のその他の構成は、実施の形態１と同様である。

電極５ｂを茸形状とすることで、高電界の部分がＴｊ部から頭部７の方へ移動するため、Ｔｊ部電界Ｅ₃の値は図３と比較して低減される。本実施の形態について、絶縁物内部電界Ｅ₂およびＴｊ部電界Ｅ₃の数値計算を行ったところ、絶縁物内部電界Ｅ₂の大きさは従来比で９８％、Ｔｊ部電界Ｅ₃の大きさは従来比で６６％となり、いずれの場合も、従来に比べて電界が緩和されることがわかった。特にＴｊ部電界Ｅ₃の電界抑制効果が高いことがわかる。

本実施の形態によれば、電極５ｂの形状を茸形状とすることにより、絶縁物内部電界Ｅ₂およびＴｊ部電界Ｅ₃を緩和することができ、タンク１、導体２、および絶縁支持物３等の各部品の基本寸法を変更することなく、高耐電圧化を図ることができる。

実施の形態３．
図５は、本実施の形態における導体の支持構造を拡大して示した図であり、特にタンクの上側半分を示す図である。図５に示すように、本実施の形態の電極５ｃは、実施の形態２と同様に茸形状であるが、電極５ｃの導体２との接合面に導体２の周方向に沿った環状の溝１９が形成されており、この溝１９内に導通部品８が配置されている。

導通部品８は、導体２と電極５ｃとを確実に接触させて導通を図るものであり、電極５ｃを導体２と同電位にすることで絶縁性能の維持に寄与する。導通部品８としては、例えば板ばねを用いることができる。なお、本実施の形態のその他の構成は、実施の形態２と同様である。また、実施の形態１においても同様にして導通部品８を設けることができる。

本実施の形態によれば、導通部品８を電極３内に配置することにより、絶縁支持部の構造を簡素化できるという効果がある。

実施の形態４．
図６は、本実施の形態にかかるガス絶縁母線の縦断面構成を示す図、図７は、本実施の形態にかかるガス絶縁母線の縦断面構成を示す別の図である。

図６では、実施の形態１で説明した電極埋め込み構造の絶縁支持物３を例えば三個配設しており、絶縁支持物３間の間隔は例えば相互に異なるＸ₁およびＸ₂である。また、図７では、図６と同様の電極埋め込み構造の絶縁支持物３を例えば二個配設しており、絶縁支持物３間の間隔は前記Ｘ₁およびＸ₂とは異なるＹとなっている。図６、図７では、それぞれ仕様により導体２の支持間隔を変更した場合に相当する。なお、図６、図７において、図１と同一の構成要素には同一の符号を付している。

このように、本実施の形態では、電極５が内部に埋め込まれた絶縁支持物３を、仕様に応じて軸線方向に距離を隔てて複数個配置している。また、電極埋め込み構造の絶縁支持物３としては、実施の形態２，３で説明したものを用いてもよい。

本実施の形態によれば、電極埋め込み構造の絶縁支持物３を用いることで、仕様による設計変更箇所が絶縁支持物３の配置間隔のみとなるので、配置設計が容易であり標準化が図れる。

実施の形態５．
本実施の形態では、絶縁支持物として絶縁スペーサまたは三脚スペーサを用いる。

図８は、本実施の形態にかかるガス絶縁母線の構成を示す縦断面図である。また、図９は、本実施の形態にかかるガス絶縁母線の構成を示す別の縦断面図、図１０は、図９に対応する横断面図である。詳細には、図１０におけるＸ−Ｘ矢視図が図９に相当する。

図８では、絶縁支持物として絶縁スペーサ１０を用いている。すなわち、タンク１に形成されたフランジ部９間にタンク１内の空間を区分する絶縁スペーサ１０が挟持されており、この絶縁スペーサ１０の内部には実施の形態３で説明した電極５ｃが埋め込まれている。また、電極５ｃに形成された溝には、電極５ｃと導体２との導通を図る導通部品８も設けられている。

また、図９および図１０では、絶縁支持物として三脚スペーサ１１を用いている。すなわち、タンク１の内面に三脚スペーサ１１が取り付けられ、この三脚スペーサ１１を貫通して導体２が絶縁支持されている。また、三脚スペーサ１１の内部には実施の形態３で説明した電極５ｃが埋め込まれている。また、電極５ｃに形成された溝には、電極５ｃと導体２との導通を図る導通部品８も設けられている。

本実施の形態は、絶縁支持物として例えば絶縁スペーサまたは三脚スペーサを示したものであり、実施の形態１〜４と同様の効果を奏する。

以上のように、本発明に係るガス絶縁母線は、変電所または発電所等において好適に使用することができる。

１タンク
２導体
３絶縁支持物
４絶縁ガス
５，５ａ，５ｂ，５ｃ電極
６電界緩和シールド
７頭部
８導通部品
９フランジ部
１０絶縁スペーサ
１１三脚スペーサ
１７軸部
１９溝
５１タンク
５３絶縁支持物
５５電極

Claims

絶縁ガスを封入した金属容器内に絶縁支持物が配設され、この絶縁支持物を前記金属容器の軸線方向に貫通する通電用の導体がこの導体の周囲に配置された電極を介して前記絶縁支持物により絶縁支持されたガス絶縁母線において、
前記電極の全体が前記絶縁支持物の内部に埋め込まれ、
前記軸線を含む面による前記電極の断面形状が、樽形の断面をその中心軸に平行でかつ中心軸とは異なる直線で切断したときに当該直線により中心軸からみて外側に形成される形状であることを特徴とするガス絶縁母線。
前記電極の前記導体との接合面に前記導体の周方向に沿った環状の溝が形成され、この溝に前記導体と前記電極とを導通させる導通部品が配置されていることを特徴とする請求項１に記載のガス絶縁母線。
前記絶縁支持物の前記軸線方向の両側には電界緩和シールドが設けられていないことを特徴とする請求項１または２に記載のガス絶縁母線。
前記絶縁支持物が、前記軸線方向に沿って複数個配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のガス絶縁母線。
前記絶縁支持物は、ポスト形であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のガス絶縁母線。
前記絶縁支持物は、絶縁スペーサまたは三脚スペーサであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のガス絶縁母線。