JP5253283B2

JP5253283B2 - ガス絶縁開閉装置

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Publication number: JP5253283B2
Application number: JP2009101933A
Authority: JP
Inventors: 学吉村; 崇夫釣本; 治木佐貫; 芳則清水
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-04-20
Filing date: 2009-04-20
Publication date: 2013-07-31
Anticipated expiration: 2029-04-20
Also published as: US20100265635A1; US7990687B2; CN101867161B; CN101867161A; JP2010252601A

Description

この発明は、密閉容器に高電圧導体、開閉装置、および変流器などの構成機器を収容し、密閉容器内に絶縁ガスを充填して、高電圧導体を含む構成機器と密閉容器とを絶縁するガス絶縁開閉装置に関するものである。

ガス絶縁開閉装置においては、円筒形状の接地タンクの内部に同軸上に円筒形状の高電圧導体が配設され、主絶縁媒体として六フッ化硫黄ガスを使用するのが主流である。絶縁媒体である六フッ化硫黄ガスは空気の約３倍の絶縁耐力があることから高電圧部と接地電極間の距離を縮め、機器を縮小化することを可能としている。

しかし、接地タンク内部に金属異物が混入すると、金属異物が帯電して接地タンク内の径方向に往復運動し、機器の絶縁耐圧を下げる可能性があるので、金属異物を除去し、またはその挙動を抑える必要がある。特に、変流器部位は開閉装置である遮断器、断路器の近傍にあることが多く、摺動部からの異物の発生の可能性がある。

変流器は、高電圧導体に流れる電流を同軸上に配置したコイルに誘起される電流を検知する機能を持つ。従来の変流器は（例えば特許文献１参照）、密閉容器の内部に金属製の管路部材を配設し、この管路部材に高電圧導体を挿通させ、管路部材の外周にコイルを巻装して構成されている。従って、絶縁距離は高電圧導体と管路部材間となり、必然的に密閉容器の寸法を半径方向に大きくする必要があった。タンクを小さくするためには絶縁距離を縮小する必要があるが、絶縁距離が短くなると内部が高電界化するため、高電圧導体部、および接地となる管路部材の絶縁強化が問題となる。

また、金属異物に対しては、管路部材以外の部分にあるタンク底面部は低電界部となるため、電界によって挙動する可能性は低いが、変流器は開閉装置の近傍にあることが多く、開閉時の振動により金属異物が移動して、タンク底面部よりも高電界部となる変流器の管路部材の中に侵入する可能性がある。そのため、管路部材内に侵入した金属異物により絶縁性能に影響を及ぼすという問題点がある。

特許文献１では、管路部材の端部の曲率を大きくとり、電界を緩和させて絶縁強化を図る方法が示されている。管路部材の両端部は電界が集中しやすい形状であるため、端部の曲率を大きくして、その部位からの放電の発生を抑えることを目的としている。

また、特許文献２では、タンク底面に波型の異物捕獲装置を設置して、低電界部となる凹部に金属異物を落として無害化する方法が示されている。

実公平３−４７３２３号公報実開昭６２−５７５１１号公報

しかしながら、上記特許文献１のような変流器にあっては、管路部材が全て接地電極となるため、低電界部が少なく、金属異物の挙動を抑えることが困難であり、金属異物を管路部材の中で挙動させ絶縁性能を低下させるおそれがある。

また、変流器部は母線部よりも平等電界に近いが、特許文献２のような構造物を変流器の管路部材内底面に設置すると、波型の凸部の電界が高くなり、その部位から放電が発生する可能性がある。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、金属異物の挙動を抑制して絶縁性能の低下を防止することができるガス絶縁開閉装置を得ることを目的としている。

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開閉装置は、絶縁ガスが密閉充填された容器内に収納された通電導体と、前記容器内に収納されるとともに、前記通電導体の周囲に配置されたコイルを具備する変流器と、前記コイルの内面側に配置された電界緩和用シールドと、この電界緩和用シールドの端部に配置された誘電体絶縁部材と、を備えることを特徴とする。

この発明によれば、電界緩和シールドの端部に誘電体絶縁部材を配置することで、開閉装置などの機械的振動により飛び上がった金属異物を電界緩和用シールドよりも低電界部となる誘電体絶縁部材上に落とすことでき、これにより、金属異物の挙動を抑制することが可能となり、金属異物による絶縁性能低下を防ぐことができる。

図１は、実施の形態１に係るガス絶縁開閉装置の構成を示す縦断面図である。図２は、一般的な変流器部における金属異物の挙動を示す図である。図３は、実施の形態１の変流器部における金属異物の挙動を示す図である。図４は、一般的な変流器部における電界分布を示した図である。図５は、実施の形態１の変流器部における電界分布を示した図である。図６は、実施の形態２に係るガス絶縁開閉装置の構成を示す縦断面図である。図７は、実施の形態３における絶縁カバーの構造図である。図８は、実施の形態４に係るガス絶縁開閉装置の構成を示す縦断面図である。

以下に、本発明にかかるガス絶縁開閉装置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、本実施の形態に係るガス絶縁開閉装置の構成を示す縦断面図であり、特に、変流器の構成を示す図である。

図１に示すように、本実施の形態のガス絶縁開閉装置は、絶縁性ガスを封入した圧力容器である円筒形状の接地タンク１と、この接地タンク１の中心軸線上に延設され、遮断器（図示せず）、断路器（図示せず）等の構成機器と電気的に接続された通電導体である高電圧導体２と、接地タンク１内に設置された変流器１２と、高電圧導体２を支持するとともに接地タンク１をガス区分するスペーサ３とを備えている。

接地タンク１内には、絶縁ガスである例えば六フッ化硫黄ガス４が充填されており、接地タンク１と、遮断器、断路器等の構成機器および高電圧導体２との間では絶縁が確保されている。

変流器１２は、２次コイル（電流検出用コイル）である環状のコイル５を備えて構成されている。また、このコイル５の内面側には、コイル５の形状による電界の乱れを緩和するための金属製の電界緩和用シールド６が配置されている。電界緩和用シールド６は、コイル５の内周面に沿って設けられた例えば円筒形状のシールドである。そして、この電界緩和用シールド６の一端部は接地タンク１に固定された支持台７に支えられ、これにより電界緩和用シールド６の円筒部分が保持されている。また、コイル５は、電界緩和用シールド６の他端部に取り付けられたコイル留め治具８と支持台７との間に挟みこむ構成としている。

さらに、本実施の形態では、電界緩和用シールド６の両端に例えば円筒形状部を有する誘電体絶縁部材としての絶縁カバー９ａ，９ｂを配置している。この絶縁カバー９ａ，９ｂは、例えば、エポキシ樹脂、ポリアセタール、ナイロン等のプラスチック樹脂、フッ素樹脂、または絶縁ゴム等の絶縁材料から形成される。絶縁カバー９ａ，９ｂの円筒形状部の内径は電界緩和用シールド６の内径と略等しく、両者は軸線を一致させて接続され配置されている。

次に、図２〜図５を参照して接地タンク１内に金属異物１０が存在する場合のその挙動を説明する。図２は、一般的な変流器部における金属異物１０の挙動を示す図であり、図３は、本実施の形態の変流器部における金属異物１０の挙動を示す図である。また、図４は、図２に対応して一般的な変流器部における電位分布を示した図であり、主として電界緩和用シールド６の端部周辺における等電位線の分布を示している。また、図５は、本実施の形態の変流器部における電位分布を示した図である。図２，４は、本実施の形態と対比すべき比較例であり、図２では、図１の絶縁カバー９ａ，９ｂを設置していない場合に相当する。

変流器１２部分は、母線タンクよりもタンク径が大きいため、タンク底面の電界は低く、金属異物１０が接地タンク１底面に存在したとしても、タンク径方向の電界によって挙動する可能性は極めて低い。しかし、変流器１２は遮断器、断路器などの開閉装置部の近傍に配置されることが多いため、開閉装置動作時の機械的振動が大きく、図２のように、金属異物１０が電界緩和用シールド６の上に飛び移る可能性がある。特に、図４のように、電界緩和用シールド６の端部の等電位線が密となり電界が高くなる部分では、金属異物１０が電界緩和用シールド６に飛び移るとすぐにタンク径方向に挙動を始め、絶縁破壊を引き起こす原因となる。なお、図４では、構成要素として電界緩和用シールド６の一部のみを示し、電界緩和用シールド６内およびその端部における電位分布を示している。

一方、図１の本構成のように、電界緩和用シールド６の両端部に絶縁カバー９ａ，９ｂを配置させると、図３のように、たとえ金属異物１０が機械的振動を受けて飛び移ったとしても絶縁カバー９ａ，９ｂ上に落ちる可能性が高い。しかし、図５に示すように、絶縁カバー部の周辺における等電位線は誘電効果により図４に比べて疎となり電界が低くなるため、金属異物１０の挙動を抑えることができる。なお、図５では、構成要素として電界緩和用シールド６および絶縁カバー９ａの各一部のみを示している。

本実施の形態によれば、開閉装置などの機械的振動等によって浮かび上がった金属異物１０を電界の低い絶縁カバー９ａ，９ｂ上に落とすことにより、金属異物１０の挙動を抑制することが可能となり、絶縁耐力の低下を防ぐことができる。従って、本実施の形態によれば、絶縁信頼性の高いガス絶縁開閉装置を提供することができる。

また、特許文献２では、変流器の管路部材内の底面に金属異物捕獲用の構造物を設置しているが、本実施の形態では、電界緩和用シールド６の内側に構造物等を設置しまたは加工を施すことはないので、電界緩和用シールド６上で電界を集中させることがなく、放電の発生を防止することもできる。

実施の形態２．
図６は、本実施の形態に係るガス絶縁開閉装置の構成を示す縦断面図であり、特に、変流器の構成を示す図である。

図６に示すように、本実施の形態では、絶縁カバー９ｃ，９ｄはそれぞれ円錐台筒状部を備えている。また、各円錐台筒の最小内径は電界緩和用シールド６の内径に略等しい。さらに、絶縁カバー９ｃ，９ｄは、各円錐台筒の最小内径側の端部を電界緩和用シールド６の一端部に一致させ、かつ双方の軸線を一致させて配置されている。すなわち、絶縁カバー９ｃ，９ｄの内径は、ともに電界緩和用シールド６から離れるにつれて増加する。絶縁カバー９ｃ，９ｄのこのような形状により、絶縁カバー９ｃ，９ｄ上の電界は実施の形態１と比較して、さらに下がることになる。なお、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。そのため、図６では、図１と同一の構成要素には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。

本実施の形態によれば、絶縁カバー９ｃ，９ｄ上の電界は実施の形態１と比較してさらに下がることになり、機械的振動により浮かび上がった金属異物１０をこの絶縁カバー９ｃ，９ｄ上に落とすことにより、より確実に金属異物１０の挙動を抑えることが可能となる。また、絶縁カバー９ｃ，９ｄに傾斜が施されているので、絶縁カバー９ｃ，９ｄ上に落ちた金属異物１０がこれらの表面上に沿って、低電界部である接地タンク１の底面部に落ち、より確実に金属異物１０の挙動を抑えることが可能となる。従って、金属異物１０が起因となる絶縁破壊を防止し、絶縁耐圧の向上をはかることが可能となる。

実施の形態３．
図７は、本実施の形態における絶縁カバーの構造図である。図７は、実施の形態２の構成（図６）に加えて、絶縁カバー９ｅの内表面は鏡面仕上げとなっており、摩擦抵抗が少なくなっている。ここで、絶縁カバー９ｅは、図６の絶縁カバー９ｃに相当するものである。また、絶縁カバー９ｅは、タンク底面部に対する角度を４５度以上の傾斜角に構成している。絶縁カバー９ｅ上に金属異物１０が落ちた場合、その表面が鏡面状態に形成されていること、および急峻な傾斜角度が施されていることから、金属異物１０は表面に沿って落ち、接地タンク１の底面部に達する。なお、図示はしていないが、電界緩和用シールド６の他端部にも鏡面仕上げの施された同様の絶縁カバーを配置している。

本実施の形態によれば、機械的振動によって浮かび上がった金属異物１０が電界の低い絶縁カバー９ｅ上に落ち、さらに金属異物１０がこの絶縁カバー９ｅの表面に沿って低電界部である接地タンク１の底面部に落ちることとなる。これにより、金属異物１０が起因となる絶縁破壊を防止し、絶縁耐圧の向上をはかることが可能となる。

実施の形態４．
図８は、本実施の形態に係るガス絶縁開閉装置の構成を示す縦断面図であり、特に、変流器の構成を示す図である。

図８に示すように、本実施の形態では、絶縁カバー９ｆ，９ｇはそれぞれ円錐台筒状部を備えている。また、各円錐台筒の最大内径は電界緩和用シールド６の内径に略等しい。そして、絶縁カバー９ｆ，９ｇは、各円錐台筒の最大内径側の端部を電界緩和用シールド６の一端部に一致させ、かつ双方の軸線を一致させて配置されている。すなわち、絶縁カバー９ｆ，９ｇの内径は、ともに電界緩和用シールド６から離れるにつれて減少する。

本実施の形態では、実施の形態１と比較すると、絶縁カバー９ｆ，９ｇ上の電界は高くなる構造となる。しかし、開口部の直径が小さくなっているため、機械的振動を受け浮かび上がった金属異物１０が絶縁カバー９ｆ，９ｇに飛び移る可能性は、実施の形態１と比較して低くなる。従って、金属異物１０が高電界部となる電界緩和用シールド６に入る可能性は少ない。本実施の形態によれば、金属異物１０が起因となる絶縁破壊を防止し、絶縁耐圧の向上をはかることが可能となる。

以上のように、本発明に係るガス絶縁開閉装置は、変流器の端部の電界を低くし、金属異物の影響を排除して、絶縁信頼性を向上させるのに有用である。

１接地タンク
２高電圧導体
３スペーサ
４六フッ化硫黄ガス
５コイル
６電界緩和用シールド
７支持台
８コイル留め治具
９ａ〜９ｇ絶縁カバー
１０金属異物
１２変流器

Claims

絶縁ガスが密閉充填された容器内に収納された通電導体と、
前記容器内に収納されるとともに、前記通電導体の周囲に配置されたコイルを具備する変流器と、
前記コイルの内面側に配置された電界緩和用シールドと、
この電界緩和用シールドの端部に配置された誘電体絶縁部材と、
を備えることを特徴とするガス絶縁開閉装置。
前記電界緩和用シールドは円筒状であり、
前記誘電体絶縁部材は、前記電界緩和用シールドと同一内径の円筒形状部を有し、
前記誘電体絶縁部材は、前記電界緩和用シールドと軸線を一致させて配置されていることを特徴とする請求項１に記載のガス絶縁開閉装置。
前記電界緩和用シールドは円筒状であり、
前記誘電体絶縁部材は円錐台筒状部を有するとともに、前記円錐台筒状部の最小内径は前記電界緩和用シールドの内径に等しく、
前記誘電体絶縁部材は、前記電界緩和用シールドと軸線を一致させ、かつ、前記円錐台筒状部の最小内径側の端部を前記電界緩和用シールドの端部に接続するようにして配置されていることを特徴とする請求項１に記載のガス絶縁開閉装置。
前記誘電体絶縁部材の内表面を鏡面状態にしたことを特徴とする請求項３に記載のガス絶縁開閉装置。
前記電界緩和用シールドは円筒状であり、
前記誘電体絶縁部材は円錐台筒状部を有するとともに、前記円錐台の最大内径は前記電界緩和用シールドの内径に等しく、
前記誘電体絶縁部材は、前記電界緩和用シールドと軸線を一致させ、かつ、前記円錐台筒状部の最大内径側の端部を前記電界緩和用シールドの端部に接続するようにして配置されていることを特徴とする請求項１に記載のガス絶縁開閉装置。