JP6519167B2 - 真空インタラプタの電界緩和装置 - Google Patents

Description

本発明は、真空インタラプタの電界緩和装置に係わり、特に電源側通電部と中間シールド間の電位差を小さくした電界緩和装置に関するものである。

遮断部に真空インタラプタ（以下ＶＩという）を用いた真空遮断器（以下ＶＣＢという）は、小形，高性能，保守点検の容易性などの特徴を有することから遮断器に広く採用され、近年、ますます高電圧・大容量のＶＣＢが要望されている。高電圧・大容量に対応するものとして、例えばＶＩの周囲が接地金属で囲われたタンク形ＶＣＢがある。

図５はタンク形ＶＣＢに使用されるＶＩの部分図を示したもので、１は電源側通電部、２は接地側通電部で、図示省略された操作機構を介して接地側通電部２を動作して電源側通電部１に接触又は開放制御される。３，４は絶縁物で、所定の真空度を維持しながら両絶縁物間に中間シールド５を介在させてロー付け等により接合される。１０は絶縁ガスの封入された金属製のタンクである。

図６は、図５の構造を有するＶＩの静電容量と対地電圧の分布状態を示したものである。ここで、Ｃ0は電源側通電部１と接地側通電部２間の静電容量、Ｃ1は電源側通電部１と中間シールド５間の静電容量、Ｃ2は絶縁物３の静電容量、Ｃ3は電源側通電部１と中間シールド５間の静電容量、Ｃ4は絶縁物４の静電容量、Ｃ5は周囲の接地層（タンク）による対地静電容量、Ｕ0は電源電圧、Ｕ1は中間シールド５の対地電圧である。

図５で示すＶＩの電源側通電部１と中間シールド５の電位差は、
Ｕ0−Ｕ1[%]
となり、その値はＶＩ周囲の接地層（タンク１０など）による対地静電容量Ｃ5の大きさに依存する。一般に、対地静電容量Ｃ5が大きくなるとＵ0−Ｕ1[%]が大きくなり、電源側通電部１と中間シールド５におけるストレスＥ1は、
Ｅ1＝（Ｕ0−Ｕ1）／ｄ1[%／mm]
（ただし、ｄ1は中間シールドと電源側及び接地側通電部間の距離）
が上昇し、上昇点での絶縁破壊確率が増加する。この現象を解決するために電圧分担コンデンサの配設、又はセラミックとシールドを多段構造化することで中間シールド５の対地電圧Ｕ1を大きくし、電位差Ｕ0−Ｕ1を小さくすることで絶縁破壊確率の低下を図っている。

なお、ＶＩの内部に複数の中間シールドを設けるものとしては、特許文献１が公知となっている。この特許文献１は、接点と中間電位シールドとの間にシールドを取り付けることにより、中間電位シールドへの直接的なフラッシュオーバーを防止したものである。

特許第５０９５６１４ 特開平１０−２２４９２３

前述したＶＣＢのようにＶＩの周囲に接地層がある場合、中間シールド５の電位が、対地静電容量の影響を受けることによって電圧分担が接地側に偏り、ＶＩの電源側電界が高くなる。この問題を解決するために、特許文献２で示すようにＶＩと並列に電圧分担コンデンサを配設することや、セラミックとシールドを多段式にすることで電位の均一化を図っている。しかし、電圧分担コンデンサを配設する場合、ＶＩの電源側の電界を緩和することを目的としていることから、その配置はＶＩと並列に接続するためＶＣＢのタンク径が大きくなり、特に、高電圧・大容量のＶＣＢの設置面積が大きくなるという問題を有している。

また、セラミックとシールドを多段式構造としたＶＩでは、複数のセラミック筒の連設構造となり、高電圧・大容量のものとしては、例えば４個のセラミック筒による多段構成となっている。このため、ＶＩ製造時にはセラミック筒間の中心軸がずれるリスクが生じている。また、多段式構造の場合、隣接するセラミック筒間は金属からなるシールドによって接合されることから、セラミックとシールドの接合点が増えると外部閃絡がしやすくなり、ＶＩの長さも長くなる問題を有している。

本発明が目的とするところは、電源側通電部と中間シールド間の電位差を小さくした電界緩和装置を提供することにある。

本発明は、電源側通電部と接地側通電部を、中間シールドを介在接合した絶縁物で囲繞構成した真空インタラプタであって、周囲を接地層で囲まれる真空インタラプタにおいて、
前記電源側通電部および接地側通電部と中間シールドの間に第２の中間シールドを配設し、第２の中間シールドと前記中間シールドの間に中間絶縁物を介在させて対地電圧の発生部分を形成することを特徴としたものである。

本発明の前記第1の中間シールドは、支持体を介して中間絶縁物を固定し、中間絶縁物は支持体を介して第２の中間シールドを固定して構成することを特徴としたものである。

また、本発明の、前記真空インタラプタを囲む接地層は、絶縁ガスの封入された金属製タンク内に真空インタラプタを収納する真空遮断器、若しくはガス絶縁開閉装置の何れかであることを特徴としたものである。

以上のとおり、本発明によれば、周囲を接地層で囲まれたＶＩに、第2の対地電圧であるＵ2の発生部材を設けたことにより、電源側通電部と中間シールド間の電位差を小さくでき、電界緩和を図ることが可能となってＶＣＢの小型化ができるものである。

本発明の実施形態を示すＶＩの構成図。 本発明のＶＩにおける静電容量と対地電圧の分布図。 ＶＣＢタンク径対タンク接地電位特性図。 中間絶縁物の比誘電率対第２中間シールド特性図。 従来のＶＩの構成図。 従来のＶＩにおける静電容量と対地電圧の分布図。

図１は本発明によるＶＩの部分構成図で、図５で示す従来のＶＩと同一若しくは相当する部分に同一符号を付してその説明を省略する。本発明は、中間シールド（第1の中間シールド）５と対向して第２の中間シールド６を設け、その第1の中間シールド５と第２の中間シールド６との間に、セラミック等からなるリング状の中間絶縁物７を配設したものである。第２の中間シールド６は、電源側通電部１と接地側通電部２に面して距離ｄ2を有して配設される。また、中間絶縁物７は、電源側通電部１と接地側通電部２の接点位置近辺に対向した位置に配設される。
すなわち、本発明のＶＩは、ＶＩの外面である第1の中間シールド５の内周側に、支持体を介して中間絶縁物７を固定し、更にこの中間絶縁物７の内周側に支持体を介して第２の中間シールド６を固定配置して構成したものである。

図２は、図１で示すＶＩの静電容量と対地電圧の分布状態図を示したもので、Ｃ6は中間絶縁物７の静電容量、Ｕ2は第２の中間シールド６の対地電圧である。
第1，第２の中間シールド５，６間に中間絶縁物７を介在させたことによって電位差（Ｕ2−Ｕ1）が発生し、電源側通電部１と第２の中間シールド６との電位差は、Ｕ0−（Ｕ2−Ｕ1）[%]となり、相対的に、電源側通電部１と第２の中間シールド６との電位差は小さくなる。この時、電源側通電部１と第２の中間シールド６との距離ｄ2を、ｄ2＝ｄ1とすれば、その間の電界Ｅ2は
Ｅ2＝Ｕ0−（Ｕ2−Ｕ1）／ｄ2[%／mm]＜Ｅ1[%]
（ただし、Ｅ1は従来の電源側通電部１と中間シールド５における電界）
となり、電源側通電部１と第２の中間シールド６における電界が低下して絶縁破壊確率も低下する。したがって、同一のＶＣＢにおいては、従来のように電圧分担コンデンサを用いたり、セラミックとシールドで多段構成とすることなくＶＩの絶縁破壊確率の低下を図ることができる。これによって、ＶＣＢの小型化が図れるものである。

図３は、ＶＣＢのタンク径−中間シールド対地電圧（Ｕ１）関係の試験結果を示したものである。従来のＶＩでは、電源側通電部１と中間シールド５におけるＥ1の電界はＵ１とｄ１によって決まるため、対地電圧Ｕ１を２５％から２９％にするにはＶＣＢのタンク１０の径をΦ５００→Φ６５０へと約１５０ｍｍ拡大しなければならない。

図４は本発明における中間絶縁物７の比誘電率−第２中間シールド６の対地電圧（Ｕ２）関係の試験結果を示したものでうる。本発明では、Φ５００を有するタンク１０の外形を変えずとも、誘電率１０の中間絶縁物７を配設したことで対地電圧Ｕ２が２５→２９％に改善され、電界Ｅ２がＥ１より低くなる。

以上本発明によれば、周囲を接地層で囲まれたＶＩに、第2の対地電圧であるＵ2の発生部材を設けたことにより、電源側通電部と中間シールド間の電位差を小さくでき、電界緩和を図ることが可能となってＶＣＢの小型化ができるものである。
なお、上記ではＶＣＢについて説明してきたが、ＶＩが用いられているガス絶縁開閉装置ＧＩＳについても同様の効果を有するものである。

１… 電源側通電部
２… 接地側通電部
３，４… 絶縁物
５… 中間シールド（第1の中間シールド）
６… 第２の中間シールド
７… 中間絶縁物
１０… タンク

Claims (2)

1. 電源側通電部と接地側通電部を、中間シールド（第１の中間シールド）を介在接合した絶縁物で囲繞構成した真空インタラプタであって、周囲を接地層で囲まれる真空インタラプタにおいて、
   前記電源側通電部および接地側通電部と前記第１の中間シールドの間に第２の中間シールドを配設し、第２の中間シールドと前記第１の中間シールドの間に中間絶縁物を介在させて対地電圧の発生部分を構成し、
   前記第１の中間シールドは支持体を介して中間絶縁物を固定し、中間絶縁物は支持体を介して第２の中間シールドを固定したことを特徴とした真空インタラプタの電界緩和装置。
2. 前記真空インタラプタを囲む接地層は、絶縁ガスの封入された金属製タンク内に真空インタラプタを収納する真空遮断器、若しくはガス絶縁開閉装置の何れかであることを特徴とした請求項１記載の真空インタラプタの電界緩和装置。

Images