JP5486641B2

JP5486641B2 - 電力用機器

Info

Publication number: JP5486641B2
Application number: JP2012132036A
Authority: JP
Inventors: 浩正佐藤; 健一勝見
Original assignee: 株式会社エクシム
Priority date: 2012-06-11
Filing date: 2012-06-11
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2032-06-11
Also published as: JP2013258811A

Description

本発明は、電気機器を接地容器内に収容した閉鎖型の電力用機器に関する。

一般に、受変電設備に用いられる閉鎖型の電力用機器として、絶縁ガスを封入した金属製の接地容器内に、遮断器、断路器、母線電線路、避雷器等の電気機器を収容したガス絶縁開閉装置（ＧＩＳ：Gas Insulated Switch）やキュービクル型ガス絶縁開閉装置（Ｃ−ＧＩＳ）、あるいはガス封入式変圧器が知られている。このような電力用機器においては、熱的安定性、電気的安定性、高絶縁耐圧性に優れた六フッ化硫黄（ＳＦ₆）が、絶縁ガスとして使用されている（例えば特許文献１〜３）。

特開平１０−２５７６２４号公報特開２０００−３５０３１７号公報特開２００１−２８６０１５号公報特開２００７−１４１６９２号公報特開２００２−９５７３１号公報

ところで、ＳＦ₆ガスは、地球温暖化係数が二酸化炭素の２３９００倍であり、京都議定書における排出量削減対象の温室効果ガスとして指定されており、電力用機器の分野でも使用削減が求められている。
そこで、ＳＦ₆ガスの代替ガスが模索されているが、環境適応性（地球温暖化係数が低いこと）や毒性の有無の観点から候補として挙がる代替ガス（乾燥空気や窒素ガス等）は、ＳＦ₆ガスに比較して絶縁耐力が低い。そのため、電力用機器においてＳＦ₆代替ガスを適用すると以下のような犠牲を伴う。

例えば、圧力を同一とした場合、窒素ガスの絶縁耐力は、ＳＦ₆ガスに比較して約１／３となる。このため、電力用機器において絶縁ガスとして窒素ガスを使用する場合、設置容器内の圧力を同一にするには約３倍の絶縁距離を確保した容積の接地容器が必要となる。一方、ガスの絶縁耐力比から、圧力を上昇させても接地容器の容積を同一とすることは難しい。しかし、既存の電力用機器において、接地容器の容積を変更することはできず、また、圧力を大幅に増大することは困難である。
その結果、使用電圧を低下させる等の対応が迫られ、電力用機器としての性能が低下する。また、圧力を高くする場合には、接地容器の耐圧性も必要となることから、機器コストの高騰を招き、安全性の面でも好ましくない。

本発明の目的は、従来の電力用機器と同等の大きさで、地球温暖化係数が高いＳＦ₆ガスを用いることなく高い絶縁性能を保持できる電力用機器を提供することである。

本発明に係る電力用機器は、絶縁ガス（ＳＦ _６ガスを除く）が封入される接地容器と、
前記接地容器内に収容され、高圧課電が行われる電気機器と、
前記電気機器に高圧課電を行うための電力供給部と、
前記絶縁ガスをイオン化して前記接地容器内にイオン化ガスを供給するイオン化ガス供給部と、を備え、
前記イオン化ガス供給部は、前記接地容器内の高電界部分がイオン化ガスで覆われるように前記イオン化ガスを供給することを特徴とする。

本発明によれば、接地容器内の高電界部分がイオン化ガスで覆われるので、高電界部分に帯びた電荷はイオン化ガスに含まれるプラスイオン又はマイナスイオンにより中和（除電）される。したがって、接地容器内で放電が生じるのを効果的に防止することができるので、ＳＦ₆ガスを用いることなく高い絶縁性能を保持できる。また、絶縁耐力を高めるために接地容器の容積を大きくする必要もない。

第１の実施の形態に係る電力用機器の概略構成を示す図である。第２の実施の形態に係る電力用機器の概略構成を示す図である。第１の実施の形態に係る電力用機器の変形例を示す図である。第１の実施の形態に係る電力用機器の他の変形例を示す図である。第１の実施の形態に係る電力用機器の他の変形例を示す図である。

［第１の実施の形態］
図１は第１の実施の形態に係る電力用機器の概略構成を示す図である。
図１に示すように、電力用機器１は、接地容器１０内に、遮断器４１、断路器４２、母線電線路４３等の充電部４０を収容したガス絶縁開閉装置である。電力用機器１は、充電部４０を収容する機器収容部１０Ａと、充電部４０に課電するための電力ケーブル（図示略）を引き込むブッシング２０が設けられるエレファント部１０Ｂに区画される。

接地容器１０は、接地された金属製の容器であり、接地容器１０内は密閉空間となっている。接地容器１０内には、絶縁ガスが封入される。絶縁ガスとしては、例えば水分を含まない乾燥空気（窒素：約８０％、酸素：約２０％）又は窒素等の絶縁ガス（ＳＦ₆ガスを除く）、イオン化の際に分解しないガスを適用できる。特に、乾燥空気は水分を含まず、大気中の空気よりも絶縁性が高く、ガス絶縁開閉装置（ＧＩＳ）等の高電圧電気機器にも適用されているので、絶縁ガスとして好適である。

ブッシング２０は、絶縁筒２１及び引出導体２２等を備える。
絶縁筒２１は、例えばエポキシ樹脂等の硬質の絶縁体で構成された中空状の成形体である。絶縁筒２１は、接地容器１０の内部に挿入され、接地容器１０に複数のボルトで締め付けることにより接地容器１０に気密に固定される。すなわち、接地容器１０に封入される絶縁ガスが、ブッシング２０を取り付けるために接地容器１０に形成された開口から外部に漏れ出さない構造となっている。

引出導体２２は、銅、銅合金、アルミニウム、又はアルミニウム合金等の通電に適した金属製の部材である。引出導体２２は、モールド成形により絶縁筒２１と一体的に形成される。引出導体２２は、一端が充電部４０に接続されている接続導体５０の他端に接続される。

イオン化ガス供給部３０は、接地容器１０内に封入された絶縁ガスをイオン化して、イオン排出口３３から接地容器１０内に所定の流量でイオン化ガスを供給する。イオン化ガス供給部３０は、例えば放電により絶縁ガスを電離させて、プラスイオン又はマイナスイオンを含むイオン化ガスを生成する。イオン化ガス供給部３０としては、公知のイオン発生装置を適用できる（例えば特許文献４、５）。

イオン化ガス供給部３０は、接地容器１０内の高電界部分に、イオン化した状態のままイオン化ガスが供給されるように配置される。これにより、電力用機器１の絶縁性能が向上する。高電界部分とは、接地容器１０内に露出する導体の先端部分、ブッシングの遮蔽層端部２３、対地間絶縁を確保しつつ導体を支持する支持碍子又は絶縁スペーサー等である。

具体的には、イオン化ガス供給部３０のイオン排出口３３と高電界部分は、できるだけ近接させて配置される。イオン化ガスが接地容器１０内に導入された後、経時的に再結合して絶縁ガスに戻ってしまうと、放電の発生を抑制する効果が低下するためである。
図１では、イオン化ガス供給部３０がブッシング２０の近傍に配置され、引出導体２２と接続導体５０との接続部に効率よくイオン化ガスが供給されるようになっている。また、イオン化ガス供給部３０を接地容器１０内に配置することにより、電力用機器周りの簡素化を図ることができる。

また、接地容器１０内の湿度が高いと放電が発生しやすくなるため、接地容器１０内には湿度管理されたイオン化ガスが充填されるのが好ましい。

電力用機器１の運転時には、ブッシング２０に、対応する終端処理が施された電力ケーブル端末が現地組み立て式又はプラグイン式で接続される。充電部４０には、電力ケーブル（図示略）、ブッシング２０、接続導体５０を介して、高圧課電が行われることになる。

このように、電力用機器１は、絶縁ガスが封入される接地容器１０と、接地容器１０内に収容され、高圧課電が行われる充電部４０（電気機器）と、充電部４０に高圧課電を行うためのブッシング２０（電力供給部）と、絶縁ガスをイオン化して接地容器１０内にイオン化ガスを供給するイオン化ガス供給部３０と、を備える。

電力用機器１においては、接地容器１０内の高電界部分（例えば接続導体５０と引出導体２２の接続部）がイオン化ガスで覆われるので、高電界部分に帯びた電荷はイオン化ガスに含まれるプラスイオン又はマイナスイオンにより中和（除電）される。したがって、接地容器１０内で放電が生じるのを効果的に防止することができるので、ＳＦ₆ガスを用いることなく高い絶縁性能を保持できる。また、絶縁耐力を高めるために接地容器１０の容積を大きくする必要もない。

［第２の実施の形態］
図２は、第２の実施の形態に係る電力用機器２の概略構成を示す図である。図２において、第１の実施の形態と同一又は対応する構成要素については、同一の符号を付して示し、詳細な説明については省略する。

図２に示すように、電力用機器２においては、イオン化ガス供給部３０が接地容器１０の外部に設置されている。イオン化ガス供給部３０で生成されたイオン化ガスは、非金属配管３１を介して接地容器１０内に導入される。また、接地容器１０内で再結合により生成された絶縁ガスは、配管３２を介して循環的にイオン化ガス供給部３０に供給される。非金属配管３１を金属材料で構成するとイオンが消滅してしまうため、非金属配管３１は非金属の材料で構成される。なお、配管３２は、金属材料、非金属材料いずれで構成してもよい。
イオン化ガス供給部３０が接地容器１０の外部に設置されることにより、イオン化ガス供給部３０のメンテナンス作業が容易化される。

また、第１の実施の形態と同様に、電力用機器２によれば、接地容器１０内で放電が生じるのを効果的に防止することができるので、ＳＦ₆ガスを用いることなく高い絶縁性能を保持できる。また、絶縁耐力を高めるために接地容器１０の容積を大きくする必要もない。
なお、イオン化ガス供給部３０を接地容器１０の天面に設置するようにすれば、イオン化ガス供給部３０のために設置スペースを拡大する必要もない。

［実施例］
実施例では、第１の実施の形態に係る電力用機器１のエレファント部１０Ｂを模擬した試験容器（図示略）において、課電電圧を１００ｋＶとして運転を行った。絶縁ガスとしては、大気中の空気、乾燥空気を用いた。空気をイオン化して接地容器１０内に供給した場合を実施例１、乾燥空気をイオン化して接地容器１０内に供給した場合を実施例２とする。ブッシングは同じ形態のブッシングを用いた。
その結果、実施例１、２のいずれの場合も、１００ｋＶの課電電圧下において、放電が生じることなく良好に運転することができた。

［比較例］
比較例では、実施例と同じ大きさの試験容器（図示略）においてイオン化ガスの供給なしで、課電電圧を１００ｋＶとして運転を行った。絶縁ガスとしては、乾燥空気、ＳＦ₆ガスを用いた。接地容器内に乾燥空気を充填した場合を比較例１、試験容器内にＳＦ₆ガスを充填した場合を比較例２とする。ブッシングは実施例と同じ形態のブッシングを用いた。

その結果、比較例１では６１ｋＶでコロナ放電が発生して課電継続が不能となった。比較例２では、１００ｋＶの課電電圧下において、放電が生じることなく良好に課電することができた。

このように、第１の実施の形態に係る模擬電気試験では、ＳＦ₆ガスを充填する従来と同等の絶縁性能を確保することが確認できた。また、乾燥空気をイオン化した実施例１の方が、空気をイオン化した実施例２に比較して絶縁性が向上するので、絶縁ガスとしては乾燥空気を用いるのが好ましいといえる。
また、説明を省略するが、第２の実施の形態に係る電力用機器２のエレファント部１０Ｂを模擬した試験容器（図示略）でも実施例１、２と同様の結果が得られている。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
例えば、図３、図４に示すように、イオン化ガス供給部３０で発生したイオン化ガスのイオン排出口３３を、接地容器１０内の高電界部分と対向する位置に配設するのが好ましい。
イオン化ガス供給部３０のイオン排出口３３を高電界部分に対向する位置に設けた場合（例えば図３を参照）は、電気試験において高電界部分の放電を抑えることが確認されているので、安定した電気特性の電力用機器を得るのにより好ましい。この場合、イオン化ガス供給部３０は接地容器１０の内側でも外側でもどちらに配置してもよい。
また、図４に示すように、非金属製のノズル３４を介してイオン化ガスを噴出させる構成とした場合、高電界部分にイオン化ガスを容易に供給することができる上、イオン化ガス供給部３０の設置箇所の自由度も高まる。

また、イオン化ガス供給部３０を複数設置することにより、イオン化ガスを接地容器１０内の高電界部分に効率良く供給することができる。
また、イオン化ガスが高電界部分に効率よく供給されるように、接地容器１０内に送風機を配置したり、接地容器１０内の構造を工夫したりしてもよい。また、実施の形態では、高電界部分となるブッシング２０近傍にイオン化ガス供給部３０を設けた場合について説明しているが、これに限定されず、機器収容部１０Ａ内の高電界部分の近傍にイオン化ガス供給部３０を設けてもよい。

本発明の電力用機器は、実施の形態で示したＧＩＳの他、ガス封入式のトランス等、ガス絶縁高電圧機器全般に適用することができる。また、前述の実施の形態では電力供給部として、電力ケーブルを接続することにより電力用機器への電力供給を行うブッシング２０を適用しているが、図５に示すように、電力ケーブルを接続しない所謂気中ブッシング２０Ａを適用し、充電部４０（電気機器）への電力供給を行っても良い。この場合は、気中ブッシング２０Ａの気中側（電力用機器１Ａの外側）の先端には架空線からの引込線などが接続される。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１、２電力用機器
１０接地容器
２０、２０Ａブッシング（電力供給部）
２１絶縁筒
２２引出導体
２３遮蔽層端部
３０イオン化ガス供給部
３１非金属配管
３２配管
４０充電部
４１遮断器
４２断路器
４３母線電線路
５０接続導体

Claims

絶縁ガス（ＳＦ _６ガスを除く）が封入される接地容器と、
前記接地容器内に収容され、高圧課電が行われる電気機器と、
前記電気機器に高圧課電を行うための電力供給部と、
前記絶縁ガスをイオン化して前記接地容器内にイオン化ガスを供給するイオン化ガス供給部と、を備え、
前記イオン化ガス供給部は、前記接地容器内の高電界部分がイオン化ガスで覆われるように前記イオン化ガスを供給することを特徴とする電力用機器。
前記絶縁ガスが乾燥空気であることを特徴とする請求項１に記載の電力用機器。
前記イオン化ガス供給部で発生した前記イオン化ガスの排出口が、前記接地容器内の高電界部分と対向する位置に配設されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電力用機器。
前記イオン化ガス供給部が、前記接地容器内に配置されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の電力用機器。
前記イオン化ガス供給部が、前記接地容器外に配置され、非金属配管を介して前記接地容器内に前記イオン化ガスを供給することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の電力用機器。