JP6754713B2

JP6754713B2 - 変圧器用ガスブッシング

Info

Publication number: JP6754713B2
Application number: JP2017057443A
Authority: JP
Inventors: 和宏辻; 田中　直樹; 直樹田中; 佐藤　健次; 健次佐藤
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2017-03-23
Filing date: 2017-03-23
Publication date: 2020-09-16
Anticipated expiration: 2037-03-23
Also published as: JP2018160576A

Description

本発明は、変圧器の内部に電力線を引き込むために変圧器ポケットに取り付けられる変圧器用ガスブッシングの改良に関するものである。

変圧器用ガスブッシングとしては、気中側がい管と油中側のがい管とをともに磁器製とし、内部に絶縁油に浸されたコンデンサを封入した構造のものが古くから用いられてきた。しかしこの構造は重量が大きくなり、地震発生時に油漏れしたり磁器破壊する可能性があり、変圧器の耐震強度向上にも寄与できるため軽量化が求められている。

そこで特許文献１に示されるように、気中部をポリマーがい管とし、油中部をエポキシ樹脂絶縁スペーサとし、内部に絶縁ガスを封入した変圧器用ガスブッシングが開発されている。この変圧器用ガスブッシングはポリマーがい管とエポキシ樹脂絶縁スペーサとの間に配置した支持金具を介して、変圧器ポケットに固定される。特許文献１に示される変圧器用ガスブッシングは軽量で耐震性に優れるが、次のような問題があった。

第１に、油中部に使用するエポキシ樹脂絶縁スペーサは金型を用いて注型して生産されるものであるが、樹脂内部にボイド欠陥や異物混入、クラック、電極や固定ネジ用ボスとの剥離などが発生しないように厳密な生産管理を行う必要がある。もしこのような内部欠陥があると部分放電が発生し、放電部の進展とともに地絡事故になるおそれがあるからである。このためＸ線検査、内圧検査、部分放電検査など多くの品質確認が必要となり、生産性が悪くなる。

第２に、エポキシ樹脂絶縁スペーサは２７５ｋＶで最大径が約４００ｍｍ、最大長さが約１０００ｍｍと大型であるうえ、成形後の寸法精度や表面粗さを確保するために、高精度に加工された分割が可能な高価な金型が必要となる。したがって金型の製造にも多くの材料費コスト、加工コストが必要となる。

第３に、上記第２の理由から金型投資を最小として第１の生産管理を考えると１本のエポキシ樹脂絶縁スペーサの完成までに１〜２週間を要し、３相交流用の変圧器１次、２次に必要な６本の需要に対応するために、多くの納期が必要となる。

第４に、油中部に有機絶縁材料であるエポキシ樹脂を使用しているため、万一油と樹脂沿面で放電が起きた場合に油中がい管が炭化し易く、トラッキング層が原因で永久地絡した状態となるため、停電回復にはブッシング全体を交換する必要がある。

上記の課題を解決するために、本発明者は変圧器用ガスブッシングの油中部を磁器がい管に置き換えることを検討した。しかしエポキシ樹脂絶縁スペーサとは異なり、磁器がい管はその上端部をフランジとセメントによって支持金具に固定しなければならず、フランジ部分が直径方向に大型化する。ところが変圧器ポケットの上部口径はＪＥＣ（電気学会電気規格調査会標準規格）等で規格化されているため、油中部が直径方向に大型化した変圧器用ガスブッシングは既設ブッシングとの互換性がなくなるという問題がある。

また、磁器がい管はその上端部をフランジによって支持金具に固定しなければならず、高電圧が印加される中心導体にフランジが接地電極として対向することとなる。このため、磁器がい管をフランジに固定しているセメント層の空隙に電界が集中し、コロナ放電の原因となる。したがってこれを防止するためにフランジの内側に接地シールドを配置する必要が生じる。この接地電極と中心導体との間にはガス種類、ガス圧力により決定される所定の絶縁距離が必要であるから、これによっても油中がい管およびそのフランジ部分が直径方向に大型化する。

参考のため、油中部を磁器がい管に単に置き換えた状態を図５に示す。１は変圧器ポケット、２は気中部のポリマーがい管を支持する支持金具、３は油中部の磁器がい管、４はその上端を支持するフランジ、５はセメント層、６は接地シールドである。上記したようにこのままではフランジ部分が直径方向に大型化し、具体的には２７５ｋＶではこの部分の直径が５００ｍｍを超えることとなる。しかし規格化されている変圧器ポケットの口径は２７５ｋＶの場合に４４０ｍｍであるから、既設ブッシングとの互換性がなくなる。

特許第５７６６３７２号公報

したがって本発明の目的は上記した従来の問題点を解決し、耐震性、生産性に優れ、油中部の沿面で放電が起きた場合にも油中がい管沿面が炭化するおそれがなく、しかも既設ブッシングとの互換性のある変圧器用ガスブッシングを提供することである。

上記の課題を解決するためになされた本発明の変圧器用ガスブッシングは、気中側のがい管と油中側のがい管とを支持金具により接続し、内部に中心導体を貫通させるとともに絶縁ガスを封入した変圧器用ガスブッシングであって、気中側のがい管をポリマーがい管とし、油中側のがい管を磁器がい管とするとともに、この磁器がい管の上端を、変圧器ポケットの上側に位置するフランジにより固定したことを特徴とするものである。

なお、磁器がい管の上部の内側に、フランジの上端から所定長さにわたり、フランジと同電位の接地シールドを設けた構造とすることができる。また、磁器がい管の上部の内面に、フランジの上端から所定長さにわたり、フランジと同電位の導電層を形成した構造とすることができる。この導電層は、導電釉または金属の蒸着膜、導電性塗料とすることができる。

本発明の変圧器用ガスブッシングは、気中側のがい管をポリマーがい管とし、油中側のがい管を磁器がい管としたものである。磁器がい管は既存の製造技術によって容易かつ安価に生産でき、油中部の沿面で放電が起きた場合にも炭化するおそれがない。しかも磁器がい管の上端を、変圧器ポケットの上側に位置するフランジにより固定する新規な構造を採用したことによって、フランジ部分の外径が大きくなっても、既設の変圧器ポケットに取り付けることができる。

本発明の変圧器用ガスブッシングの全体を示す断面図である。第１の実施形態の要部拡大断面図である。第２の実施形態の要部拡大断面図である。第２の実施形態の変形例を示す要部拡大断面図である。油中部を単に磁器がい管に置き換えた状態を示す要部の拡大断面図である。

以下に本発明の実施形態を示す。
図１は第１の実施形態の変圧器用ガスブッシングの全体を示す断面図であり、図２はその要部の拡大断面図である。

これらの図において、１０はブッシングを取付ける変圧器ポケットであり、その内部は絶縁油で満たされている。１１は気中側のがい管であるポリマーがい管、１２は油中側のがい管である磁器がい管である。磁器がい管１２は変圧器用ガスブッシング用のがい管として永年に長年にわたる使用実績があり、製造技術が確立されているから安価に量産することができる。

ポリマーがい管１１の下端部は円筒状の支持金具１３の上部フランジ１４に固定されている。ポリマーがい管１１の下端部の内周には、気中沿面の電界を緩和するための気中側接地電極１５が設けられている。ポリマーがい管１１の上端部は金属製の上部蓋１６により封止されており、上部蓋１６の上側には気中端子１７が溶接などによって堅牢に固定されている。上部蓋１６の下面には、中心導体１８の上端が固定されている。なお１９は気中シールドリングである。

図２に示されるように、磁器がい管１２の上端部はセメント層２０によってフランジ２１の内面に固定されている。従来は図５に示すように、磁器がい管を支持するフランジ４は変圧器ポケット１の内部に設けられていたが、本発明においては、フランジ２１は変圧器ポケット１０の上側に位置している。

本実施形態においては、磁器がい管１２の上部の内側に、フランジ２１の上端から所定長さにわたり、フランジ２１と同電位の接地シールド２２が設けられている。このように磁器がい管１２の上部の内側に接地シールド２２を設けても、フランジ２１を変圧器ポケット１０の上側に位置させたので、変圧器ポケット１０への取付部の外径を大きくする必要がなく、既設の変圧器ポケット１０に取り付けることができる。

なお、接地シールド２２のフランジの上端からの好ましい長さは電圧階級によって異なり、例えば３４．５〜１１５ｋVであれば３２０ｍｍ、１６１ｋV〜２８７．５ｋＶであれば４２０ｍｍ、５５０ｋＶであれば７００ｍｍである。磁器がい管１２は上端から中央部まで同一のがい管径とし、その部分に接地シールド２２が伸びていることが望まれる。

このフランジ２１の上面には上記した支持金具１３の下部フランジ２３が、絶縁性フランジ２４を介してボルト２５により固定されている。このように、支持金具１３とフランジ２１とによって、ポリマーがい管１１と磁器がい管１２とは一体化され、その内部に絶縁ガスが充填されている。なお、フランジ２１の下面は変圧器ポケット１０にボルト固定されている。図１に示すように、中心導体１８の下端は磁器がい管１２の下端の最下部金具２６に接続され、さらに変圧器から延伸する図示しないリード線と接続されている。

このように構成された変圧器用ガスブッシングは、気中側のがい管を軽量なポリマーがい管１１としたので耐震性に優れる。また油中側のがい管を磁器がい管１２としたので、容易かつ安価に生産でき、油中部の沿面で放電が起きた場合にも油中がい管沿面が炭化するおそれがない。さらに、磁器がい管１２の上端を変圧器ポケット１０の上方まで延ばして変圧器ポケット１０の上側のフランジ２１に支持させたので、フランジ２１の外径が大きくなっても、既設の変圧器ポケット１０に取り付けることができる。

さらに、磁器がい管１２をフランジ２１に固定するセメント層２０は、高電圧が印加される中心導体１８との間に配置された接地シールド２２により保護されているので、中心導体８に高圧が印加されてもセメント層２０に電界が集中することがない。

次に本発明の第２の実施形態を示す。上記した第１の実施形態ではセメント層２０の電界集中を接地シールド２２により保護したが、第２の実施形態では図３に示すように、磁器がい管１２の上端部に、フランジ２１と同電位、すなわちアース電位の導電層３０を形成した。この導電層３０は導電釉によって形成することができる。図３では導電層３０は磁器がい管１２の外周面に形成されているが、上端面を跨いで内周面にも形成してもよい。

この導電層３０も、磁器がい管１２の上部の内面に、フランジの２１上端から所定長さにわたり、形成されている。その好ましい長さは、前記と同様に、３４．５〜１１５ｋVであれば３２０ｍｍ、１６１ｋV〜２８７．５ｋＶであれば４２０ｍｍ、５５０ｋＶであれば７００ｍｍである。

この導電層３０にはフランジ２１の下端部に設けられたばね接地金具３１が接圧し、導電層３０をフランジ２１と同電位、すなわちアース電位としている。このため第１の実施形態のような接地シールド２２を省略しても、セメント層２０を保護することができる。

なお図３に示すように、磁器がい管１２の外周面の導電層３０はその下端が磁器がい管２の第１リブ２７に達し、放電が起きにくいように先端が中心導体１８から遠ざかるＲ形状となっている。また図４に示すように、コイルスプリングからなるシールドリング２８を磁器がい管２の第１リブ２７に設けておけば、より確実に放電を防止することができる。

導電釉は周知のように釉薬中に半導電性を付与する金属酸化物を分散させたものである。しかし導電層３０としては導電釉のほか、アルミニウムなどの金属蒸着層、導電性塗料を用いることもできる。

このように構成された第２の実施形態の変圧器用ガスブッシングも、気中側のがい管を軽量なポリマーがい管１１としたので耐震性に優れる。また油中側のがい管を磁器がい管１２としたので、容易かつ安価に生産でき、油中部の沿面で放電が起きた場合にも油中がい管沿面が炭化するおそれがない。さらに、磁器がい管１２をフランジ２１に接続するセメント層２０と中心導体１８との間には、フランジ２１と同電位とされた導電層３０が形成されているので、中心導体１８に高圧が印加されてもセメント層２０に電界が集中することがない。

しかもこの導電層３０は磁器がい管１２の表面に形成されているため、接地シールド２２を設けた第１の実施形態よりも、磁器がい管１２の圧器ポケット１０への取付部の外径を小さくすることができる。従って、既設の変圧器ポケットに取り付けることができる互換性のある変圧器用ガスブッシングとすることができる。

なお、いずれの実施形態においても、ポリマーがい管１１の下端部の支持金具１３とフランジ２１との間には、絶縁性フランジ２４が介在させてある。支持金具１３とフランジ２１との間は導電板２９により接続されており、常時は支持金具１３もアース電位となっている。しかし導電板２９を取り外すと支持金具１３と接地シールドははアースから切り離されるので、ブッシング、変圧器内の部分放電を測定して機器の健全性をを確認することができる。

以上に説明したように、本発明の変圧器用ガスブッシングは、耐震性、生産性に優れ、油中部の沿面で放電が起きた場合にも炭化するおそれのないうえ、セメント層に電界が集中することがなく、しかも既設の変圧器ポケットに取り付けることができ、互換性に優れる利点がある。

１変圧器ポケット
２ポリマーがい管
３磁器がい管
４フランジ
５セメント層
６接地シールド
１０変圧器ポケット
１１ポリマーがい管
１２磁器がい管
１３支持金具
１４上部フランジ
１５気中側接地電極
１６上部蓋
１７気中端子
１８中心導体
１９シールドリング
２０セメント層
２１フランジ
２２接地シールド
２３下部フランジ
２４絶縁性パッキン
２５ボルト
２６最下部金具
２７第１リブ
２８シールドリング
２９導電板
３０導電層
３１ばね接地金具

Claims

気中側のがい管と油中側のがい管とを支持金具により接続し、内部に中心導体を貫通させるとともに絶縁ガスを封入した変圧器用ガスブッシングであって、
気中側のがい管をポリマーがい管とし、油中側のがい管を磁器がい管とするとともに、
この磁器がい管の上端を、変圧器ポケットの上側に位置するフランジにより固定したことを特徴とする変圧器用ガスブッシング。
磁器がい管の上部の内側に、フランジの上端から所定長さにわたり、フランジと同電位の接地シールドを設けたことを特徴とする請求項１記載の変圧器用ガスブッシング。
磁器がい管の上部の内面に、フランジの上端から所定長さにわたり、フランジと同電位の導電層を形成したことを特徴とする請求項１記載の変圧器用ガスブッシング。
前記導電層が、導電釉または金属の蒸着膜、導電性塗料であることを特徴とする請求項３記載の変圧器用ガスブッシング。