JP7179989B2 - 中電圧または高電圧ガス絶縁開閉装置のための絶縁体 - Google Patents
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Description
開示の分野
本開示の実施形態は、一般に、ガス絶縁装置、特にガス絶縁開閉装置のための絶縁体に関する。特に、本開示の実施形態は、複合波構造を備えるウェブ部分を有する絶縁体に関する。より特定的には、本開示の実施形態は、上記の局面に係る絶縁体の製造方法、および中電圧または高電圧ガス絶縁開閉装置での上記の局面に係る絶縁体の使用に関する。
本開示の実施形態は、一般に、ガス絶縁装置、特にガス絶縁開閉装置のための絶縁体に関する。特に、本開示の実施形態は、複合波構造を備えるウェブ部分を有する絶縁体に関する。より特定的には、本開示の実施形態は、上記の局面に係る絶縁体の製造方法、および中電圧または高電圧ガス絶縁開閉装置での上記の局面に係る絶縁体の使用に関する。
技術背景：
ガス絶縁開閉装置（gas-insulated switchgear）またはＧＩＳは、中電圧または高電圧が印加されるリード導体などの中電圧または高電圧導体を収容する。導体を他の構成要素および開閉装置の外部から遮蔽して絶縁するために、このような装置は、絶縁ガス、一般にＳＦ６などの誘電ガスで充填された接地金属筐体を備えている。
ガス絶縁開閉装置（gas-insulated switchgear）またはＧＩＳは、中電圧または高電圧が印加されるリード導体などの中電圧または高電圧導体を収容する。導体を他の構成要素および開閉装置の外部から遮蔽して絶縁するために、このような装置は、絶縁ガス、一般にＳＦ６などの誘電ガスで充填された接地金属筐体を備えている。
絶縁破壊を回避するために接地筐体から十分に遠く離れた位置において、中電圧または高電圧導体を装置体積内にしっかりと保持するために、ＧＩＳ筐体内に絶縁体が設けられている。この絶縁体は、その外縁が筐体に固定されており、導体を収容するための中央開口を有している。絶縁体の主な部分は、絶縁体ディスクであり、その中央に中央開口が設けられている。絶縁体の中には、絶縁体ディスクの外周に取り付けられた金属アーマチュアリングを含む外側部分を有しているものもある。このアーマチュアリングは、絶縁体をＧＩＳ筐体にしっかりと取り付けることを可能にするねじ切り孔などの取付手段を有していてもよい。
歴史的に見て、ＧＩＳのための絶縁体の製造には、アルミナ充填エポキシが、優れた電気絶縁特性および機械的強度のために、基本材料として使用されてきた。ハイテクエンジニアリング熱可塑性物質は、優れた電気絶縁特性を示すが、絶縁体の製造に使用される射出成形プロセスにより、実現可能な壁厚みは、数ミリメートルの範囲内に限定される。したがって、電気絶縁要件はハイテクエンジニアリング熱可塑性物質によって達成されるが、高い破裂圧力に耐えるために障壁絶縁体が必要になるので、機械的特性の実現は難しくなる。
ＵＳ ２０１４／１７４７８７ Ａ１は、ＡＢＢリサーチ社の名義で出願され、２０１４年６月に公開されたが、これは、ＧＩＳ絶縁体のためのさまざまな設計を開示している。ここに開示されているいくつかの設計は、剛性および耐久性を向上させるためにリブまたは他の補強材などの構造的特徴を利用する。しかし、リブ特徴を組み込んだ設計の１つの欠点は、特に開閉装置の点検中に行われる重要なプロセスである絶縁体の洗浄に関係する。リブ特徴を有する絶縁体は、リブ同士の間の小さな隙間のために洗浄しづらいことが分かった。提案されている別の設計は、リブ特徴を持たない三角波状の断面を組み込んでいた。この設計は、開閉装置の組み立ておよび点検中に洗浄が容易であるという利点を提供する。
しかし、高電圧用途に必要な機械的性能を満たすために、設計者等は、絶縁体の壁厚みを大きくするか、または三角波状断面における繰り返しセクションの数を増やすかのいずれかを行う必要があった。射出成形プロセスでは実現可能な壁厚みが限定されるので、壁厚みを十分に大きくすることは不可能であることが分かった。さらに、三角波状断面に鋭い端縁が形成されるので、高い破裂圧力により、絶縁体は、高い応力集中の領域において、すなわち三角波状断面の山および谷において機能しなくなって、その結果、機械的性能が不十分になることが分かった。さらに、三角波状断面の鋭いまっすぐな端縁に沿ってより高い電界強度が示され、その結果、電気的性能が不十分になった。また、特に絶縁体の内側ビード付近では、リブ特徴を有する設計と同様に、近い間隔を有する波が多数であると洗浄しづらさが増すので、三角波状断面における波の数を増やすことも限定されることが分かった。
したがって、開閉装置の組み立ておよび点検の際に絶縁体の洗浄しやすさを促進しながら、高電圧用途のための絶縁体の十分な機械的性能を実現するという技術的課題を解決する必要がある。それに鑑みて、先行技術における課題のうちの少なくとも一部を克服することが求められている。
開示の概要
本開示の局面は、ガス絶縁装置のための絶縁体を提供する。上記絶縁体は、射出成形された絶縁体ディスクと、導体とを備え、上記絶縁体ディスクは、第１の周面と、上記第１の周面から径方向外向きに配置された第２の周面と、上記第１の周面および上記第２の周面を接続するウェブ部分とを備え、上記ウェブ部分は、波構造を備え、上記ウェブ部分は、上記第１の周面に内側波プロファイルを有し、上記第２の周面に外側波プロファイルを有し、上記内側波プロファイルおよび上記外側波プロファイルは、２ｍｍ以上１０，０００ｍｍ以下の曲率半径を有することを特徴とする。
本開示の局面は、ガス絶縁装置のための絶縁体を提供する。上記絶縁体は、射出成形された絶縁体ディスクと、導体とを備え、上記絶縁体ディスクは、第１の周面と、上記第１の周面から径方向外向きに配置された第２の周面と、上記第１の周面および上記第２の周面を接続するウェブ部分とを備え、上記ウェブ部分は、波構造を備え、上記ウェブ部分は、上記第１の周面に内側波プロファイルを有し、上記第２の周面に外側波プロファイルを有し、上記内側波プロファイルおよび上記外側波プロファイルは、２ｍｍ以上１０，０００ｍｍ以下の曲率半径を有することを特徴とする。
本開示のさらなる局面は、中電圧または高電圧のために構成されたガス絶縁開閉装置であって、上記の局面に係る少なくとも１つの絶縁体を備える、ガス絶縁開閉装置を提供する。
本開示のさらに別の局面は、中電圧または高電圧開閉装置での上記の局面に係る絶縁体の使用を提供する。
本開示に記載されている実施形態は、絶縁体のウェブ部分の機械的性能の向上を可能にする。さらに、波構造を備える絶縁体のウェブ部分は、絶縁体の洗浄しやすさを促進する。
本明細書に記載されている実施形態と組み合わせることができるさらなる利点、特徴、局面および詳細は、従属請求項、請求項の組み合わせ、明細書および図面から明らかである。
詳細は、図面を参照して以下に記載されている。
図面および実施形態の詳細な説明：
ここで、さまざまな実施形態を詳細に参照するが、それらの１つまたは複数の例は、各図面に示されている。各々の例は、説明として提供されており、限定することを意図しているわけではない。たとえば、一実施形態の一部として示されるかまたは説明されている特徴は、その他の実施形態で、またはその他の実施形態とともに使用されて、さらに他の実施形態を構成してもよい。本開示は、このような変形例および変更例を含むことが意図されている。
ここで、さまざまな実施形態を詳細に参照するが、それらの１つまたは複数の例は、各図面に示されている。各々の例は、説明として提供されており、限定することを意図しているわけではない。たとえば、一実施形態の一部として示されるかまたは説明されている特徴は、その他の実施形態で、またはその他の実施形態とともに使用されて、さらに他の実施形態を構成してもよい。本開示は、このような変形例および変更例を含むことが意図されている。
以下の図面の説明では、同一の参照番号は同一または同様の構成要素を指す。概して、個々の実施形態についての相違点のみが説明される。別段の定めがない限り、一実施形態におけるある部分または局面の説明は、別の実施形態における対応する部分または局面にも適用することができる。
図１は、本開示の一実施形態に係るガス絶縁開閉装置１０の断面図を例示的に示す。ガス絶縁開閉装置１０は、本明細書に記載されている任意の実施形態に係る少なくとも１つの絶縁体１００を含む。ガス絶縁開閉装置１０は、中電圧または高電圧のために構成されてもよい。本開示の文脈において、「中電圧」という表現は、少なくとも１ｋＶであって５２ｋＶまでの電圧を指してもよい。さらに、本開示の文脈において、「高電圧」という表現は、少なくとも５２ｋＶの電圧を指してもよい。
ガス絶縁開閉装置１０は、筐体２０を含む。筐体２０は、たとえば、第１の領域３０と少なくとも第２の領域４０とを封入してもよい。第１の領域３０と第２の領域４０とは、絶縁体１００によって分離されてもよい。第１の領域３０および第２の領域４０のうちの少なくとも１つは、絶縁ガス、たとえばＳＦ６を含んでいてもよい。ガス絶縁開閉装置１０はさらに、第１の電極アセンブリ５０と、第２の電極アセンブリ６０とを含む。第１の電極アセンブリ５０は、第１の絶縁体１００の導体１０２に締結されてもよく、第２の電極アセンブリ６０は、第２の絶縁体１００の導体１０２に締結されてもよい。
ここで図２を参照して、本開示の一局面は、ガス絶縁装置１０のための絶縁体１００を提供する。絶縁体１００は、射出成形された絶縁体ディスク１０１と、導体１０２とを含む。絶縁体ディスク１０１は、内側部分と外側部分とを含んでいてもよく、それによって、内側部分は、中央開口を含み、外側部分は、ガス絶縁装置１０の筐体２０に対して封止するための境界面部分を含む。導体１０２は、導体１０２と筐体２０との間の絶縁破壊を回避するために導体１０２がガス絶縁装置１０の筐体２０に対して十分な距離で離間されるように、絶縁体ディスク１０２の中央開口に位置決めされている。
絶縁体ディスク１０１は、内側部分と、外側部分と、内側部分および外側部分を接続するウェブ部分とを含んでいてもよい。たとえば、絶縁体ディスク１０１は、円盤形状の構造を有していてもよい。絶縁体ディスク１０１の内側部分は、導体を支持するように構成されている一方、絶縁体ディスク１０１の外側部分は、ガス絶縁装置の筐体の内壁に対して封止するように構成されている。
絶縁体ディスク１０１は、第１の周面１０３と、第２の周面１０４とを含む。本開示の文脈において、「周面」という表現は、回転軸を中心としてプロファイルを回転させることによって構築された任意の面を含んでもよい。このプロファイルは、一般に３６０度回転で回転され得るが、「周面」という表現は、それに限定されるものではなく、部分回転も含んでもよい。「周面」は、円筒状または実質的に円筒状の面などの、実質的に径方向にある面法線方向を有してもよいが、「周面」という表現は、それに限定されるものではなく、実質的に軸方向における面法線方向を有する面、または円錐面などの、軸方向と径方向との間の傾斜した面を含んでもよい。
第２の周面１０４は、第１の周面１０３から径方向外向きに配置されている。特に、第１の周面１０３は、絶縁体ディスク１０１の径方向内側に配置されてもよく、第２の周面１０４は、絶縁体ディスク１０１の径方向外側に配置されてもよい。たとえば、第１の周面１０３および第２の周面１０４は、互いに同心であるように配置されてもよいが、本開示はそれに限定されるものではない。たとえば、第１の周面１０３および第２の周面１０４は、互いに偏心していてもよい。第１の周面１０３および第２の周面１０４は、第１の周面１０３と第２の周面１０４とを接続する線が径方向に位置合わせされ得るように、実質的に軸方向に互いに位置合わせされてもよい。代替的に、第１の周面１０３および第２の周面１０４は、第１の周面１０３と第２の周面１０４とを接続する線が径方向に対して傾斜するように、軸方向に互いからオフセットされてもよい。
絶縁体ディスク１０１は、第１の周面１０３と第２の周面１０４とを接続するウェブ部分１０５をさらに含む。ウェブ部分１０５は、絶縁体１００の一方側の領域と絶縁体１００の他方側の領域との間に絶縁障壁を形成する。ウェブ部分１０５は、波構造を含み、第１の周面１０３に内側波プロファイル１０６を有し、第２の周面１０４に外側波プロファイル１０７を有する。本開示の文脈において、「波プロファイル」という表現は、第１の周面１０３および第２の周面１０４のうちのいずれか１つに位置するプロファイルを指し、このプロファイルは、ウェブ部分１０５と第１の周面１０３または第２の周面１０４のそれぞれとの間の接合部におけるウェブ部分１０５の形状を規定する。内側波プロファイル１０６と外側波プロファイル１０７とを接続する面は、複合波面を形成するように構築されてもよい。そして、複合波面は、波構造を有するウェブ部分１０５を形成するために厚くされてもよい。当然の結果として、ウェブ部分１０５が上面と下面とを有していてもよいということになる。本開示の文脈において、複合波面は、複合波面がウェブ部分１０５の上面とウェブ部分１０５の下面との間の途中の中立位置に位置するように、各々のそれぞれの側が等しい量だけ厚くされる。たとえば、複合波面は、一方側だけが厚くされてもよく、または一方側が他方側よりも厚くされてもよい。さらに、当然の結果として、ウェブ部分１０５の上面および下面が、互いに位置合わせされた波構造を有し、上面の山が下面のそれぞれの谷と位置合わせされることになる。
本開示の文脈において、「曲率半径」という表現は、滑らかな曲線の外部曲率の数学的概念を指す。滑らかな曲線の特定の地点における曲率半径は、その滑らかな曲線に沿ったその特定の地点における接触円の半径として定義される。当然の結果として、直線または直線分である曲線は、直線または直線分に沿った地点における接触円が無限の半径を有するので、無限の曲率半径を有することになる。逆に、ゼロに近い鋭い直角コーナの地点における接触円の半径を有する鋭い直角コーナを有する曲線は、ゼロに近い曲率半径を有するであろう。本開示では、曲率半径の単位は、ｍｍで記載される。
内側波プロファイル１０６および外側波プロファイル１０７は、１０，０００ｍｍ以下の曲率半径を有していてもよい。言い換えれば、内側波プロファイル１０６および外側波プロファイル１０７は、内側波プロファイル１０６および外側波プロファイル１０７のどの部分も直線セグメントを持たないように構築されてもよい。特に、内側波プロファイル１０６および外側波プロファイル１０７は、２，０００ｍｍ以下、より特定的には１，０００ｍｍ以下の曲率半径を有していてもよい。当然の結果として、内側波プロファイル１０６と外側波プロファイル１０７との間に構築された複合波面がウェブ部分１０５を形成するために厚くされた後、結果として生じるウェブ部分１０５は、その面が平坦または実質的に平面である部分を持たないということになる。分布表面圧力（たとえば、破裂圧力）がウェブ部分１０５の表面に印加された場合に、結果として生じる負荷が大きな表面積にわたって一方向にウェブ部分１０５に加えられることが回避される。さらに、分布表面圧力が印加された場合のウェブ部分１０５の機械的強度は、ウェブ部分１０５の曲率により増加する。
内側波プロファイル１０６および外側波プロファイル１０７は、２ｍｍ以上の曲率半径を有していてもよい。言い換えれば、内側波プロファイル１０６および外側波プロファイル１０７は、内側波プロファイル１０６および外側波プロファイル１０７のどの部分も２ｍｍ未満の曲率半径を有するセグメントを持たないように構築されてもよい。特に、内側波プロファイル１０６および外側波プロファイル１０７は、５ｍｍ以上、より特定的には１０ｍｍ以上の曲率半径を有していてもよい。特に、内側波プロファイル１０６と外側波プロファイル１０７との間に構築された複合波面がウェブ部分１０５を形成するために厚くされた後、結果として生じるウェブ部分１０５は、その面のうちの１つがゼロの半径を有する鋭い端縁を有する部分を持たない。言い換えれば、内側波プロファイル１０６および外側波プロファイル１０７は、連続的な滑らかな曲線であってもよい。より特定的には、複合波面がウェブ部分１０５を形成するためにその各々の側を等しく厚くされた場合、内側波プロファイル１０６および外側波プロファイル１０７は、ウェブ部分１０５の厚みの少なくとも半分の曲率半径を有してもよい。非常に小さな半径を有する鋭い端縁は、高い応力集中および高い電界強度の領域を形成する。当然の結果として、ウェブ部分１０５の面が鋭い端縁を持たない場合、高い応力集中の領域は回避され得て、それによって、分布圧力が印加された場合にウェブ部分１０５の機械的強度を増加させ、高い電界強度の領域は回避され得て、それによって、絶縁体の電気的性能を向上させることになる。
上記したように、内側波プロファイル１０６および外側波プロファイル１０７は、それぞれ第１の周面１０３および第２の周面１０４上に位置する波プロファイルである。したがって、内側波プロファイル１０６および外側波プロファイル１０７は、周方向波プロファイルであると考えられてもよい。したがって、内側波プロファイル１０６および外側波プロファイル１０７についての曲率半径へのいかなる言及も、周方向の曲線の曲率半径であると考えられるべきである。
本開示の文脈において、「曲率半径を有する」という表現は、曲率半径が、それぞれの波プロファイル上の単一の位置だけでなく、それぞれの波プロファイルに沿ったあらゆる位置において、上記の限度内であることを意味する。言い換えれば、それぞれの波プロファイルについて、波プロファイル全体に沿ったどの地点においても、それぞれの波プロファイルの曲率半径は、上記の下限を下回ることも上記の上限を上回ることもない。
本明細書に記載されている他の実施形態と組み合わせられてもよい一実施形態によれば、ウェブ部分１０５は、２ｍｍ以上１０，０００ｍｍ以下の周方向曲率半径を有していてもよい。特に、ウェブ部分１０５を形成するために厚くされた、内側波プロファイル１０６と外側波プロファイル１０７との間に形成された複合波面は、２ｍｍ以上１０，０００ｍｍ以下の周方向曲率半径を有していてもよい。より特定的には、複合波面がウェブ部分１０５を形成するためにその各々の側を等しく厚くされた場合、複合波面は、ウェブ部分１０５の厚みの少なくとも半分の周方向曲率半径を有していてもよい。さらにより特定的には、ウェブ部分１０５は、０ｍｍ以上であってせいぜい１０，０００ｍｍの周方向曲率半径をウェブ部分１０５の上面および／または下面上に有していてもよい。特に、ウェブ部分１０５は、せいぜい２，０００ｍｍ、より特定的にはせいぜい１，０００ｍｍの周方向曲率半径をウェブ部分１０５の上面および／または下面上に有していてもよい。三次元構造として、ウェブ部分１０５は、周方向および／または径方向における曲率半径を有していてもよい。ウェブ部分１０５の上面および／または下面がゼロの曲率半径を有する鋭い端縁を有する部分をウェブ部分１０５が持たないという点において、周方向において、ウェブ部分１０５は、内側波プロファイル１０６および外側波プロファイル１０７のものと同様に周方向における曲率半径を有していてもよい。
ウェブ部分１０５は、径方向における径方向曲率半径を有していてもよい。たとえば、ウェブ部分１０５は、ウェブ部分１０５が鉢状の波構造を形成することによって、第１の周面１０３と第２の周面１０４とを接続するいかなる放射状曲線も湾曲されるように、径方向曲率半径を有していてもよい。代替的に、ウェブ部分１０５は、ウェブ部分１０５が波構造を形成することによって、第１の周面１０３と第２の周面１０４とを接続するいかなる放射状曲線も直線であるように、無限の径方向曲率半径を有していてもよい。
ウェブ部分１０５は、ウェブ部分１０５の面に対して垂直な方向に厚みを有していてもよい。特に、本明細書に記載されている他の実施形態と組み合わせられてもよい一実施形態によれば、波部分１０５の厚みは、ウェブ部分１０５の面に対して垂直な方向において実質的に一定であってもよい。「実質的に一定」という表現は、ウェブ部分１０５の最も厚い部分とウェブ部分１０５の最も薄い部分との間の公差が±１０％以内にとどまる厚みを指してもよい。たとえば、ウェブ部分１０５は、４ｍｍ±０．４ｍｍの実質的に一定の厚みを有していてもよい。特に、「実質的に一定」という表現は、ウェブ部分１０５の最も厚い部分とウェブ部分１０５の最も薄い部分との間の公差が±５％以内にとどまる厚みを指してもよい。たとえば、ウェブ部分１０５は、４ｍｍ±０．２ｍｍの実質的に一定の厚みを有していてもよい。代替的に、ウェブ部分１０５の厚みは、ウェブ部分１０５にわたって変化してもよい。たとえば、ウェブ部分１０５は、第１の周面１０３付近の内側領域では厚みが小さく、第２の周面１０４付近の外側領域では厚みが大きくてもよい。たとえば、ウェブ部分１０５は、第１の周面１０３における内側厚みが３ｍｍであってもよく、第２の周面１０４における外側厚みが６ｍｍであってもよく、厚みは、径方向外向き方向に大きくなっていく。さらなる例として、ウェブ部分１０５は、第１の周面１０３付近の内側領域では厚みが大きく、第２の周面１０４付近の外側領域では厚みが小さくてもよい。たとえば、ウェブ部分１０５は、第１の周面１０３における内側厚みが６ｍｍであってもよく、第２の周面１０４における外側厚みが３ｍｍであってもよく、厚みは、径方向外向き方向に小さくなっていく。
ウェブ部分１０５の厚みは、絶縁体ディスク１０１を製造するための射出成形プロセスまたは絶縁体ディスク１０１を製造するために使用される材料のうちの１つによって限定されてもよい。特に、ウェブ部分１０５の厚みは、せいぜい２０ｍｍであってもよい。より特定的には、ウェブ部分１０５の厚みは、２ｍｍ～２０ｍｍの範囲内であってもよい。
波部分１０５と同一の厚みを有する単純なフラットディスク部分と比較して、波部分１０５は、より多くの量の材料を含むため、より高い機械的強度を示す。波部分１０５の波構造により、絶縁体１００は、たとえば破裂事象中に絶縁ガスによって及ぼされる相当高い圧力に耐えることができる。さらに、ウェブ部分１０５が、同一の厚みを有する単純なフラットディスクと比較してより高い強度および剛性性能を示すので、ウェブ部分１０５の厚みを増加させることなく絶縁体の機械的性能の向上を実現することができる。したがって、絶縁体ディスク１０１は、射出成形部分の厚みに基づく制限に直面することなく、ハイテク熱可塑性材料を使用して射出成形することができる。
さらに、リブ特徴（各々のリブ特徴の間に小さな隙間を有する）を有するディスク部分と比較して、波部分１０５は、絶縁体１００の洗浄しやすさを妨げるであろう小さな隙間を含んでいない。したがって、絶縁体１００の洗浄しやすさが向上する。
ここで図３を参照して、内側波プロファイル１０６および外側波プロファイル１０７は、絶縁体１００の軸方向に実質的に位置合わせされ、かつ、径方向に延在する振幅を有する繰り返し曲線によって表されてもよい。図３は、内側波プロファイル１０６および外側波プロファイル１０７の径方向位置θに対する振幅を示す。図３に例示的に示されるように、内側波プロファイル１０６および外側波プロファイル１０７は、絶縁体１００の１回りの３６０度回転を含む。内側波プロファイル１０６および外側波プロファイル１０７は、正弦波として表されているが、本開示はそれに限定されるものではない。内側波プロファイル１０６および／または外側波プロファイル１０７は、三角波、直交台形波、円弧セグメントを備える波、または正弦波を含む任意の繰り返し波状プロファイルを含んでいてもよい。
内側波プロファイル１０６および外側波プロファイル１０７の各々は、振幅を有する。本開示の文脈において、波プロファイルの「振幅」とは、波プロファイルの山と波プロファイルの谷との間の波プロファイルの軸方向の高さを指す。図３に例示的に示されるように、内側波プロファイル１０６は、第１の振幅Ａｉを有し、外側波プロファイル１０７は、第２の振幅Ａｏを有する。第１の振幅Ａｉおよび第２の振幅Ａｏは、等しくなくてもよい。
本明細書に記載されている他の実施形態と組み合わせられてもよい一実施形態によれば、外側波プロファイル１０７は、内側波プロファイル１０６の第１の振幅Ａｉよりも小さい第２の振幅Ａｏを有する。この場合、大きな第１の振幅Ａｉを有することによって、波部分１０５は、第１の繰り返し数ｎｉが制限される第１の周面１０３付近の内側部分において十分な機械的強度および剛性を備え得る。同時に、波部分１０５は、その代わりに、第２の周面１０４付近の外側部分と同様のレベルの機械的強度および剛性を実現するために、より小さい第２の振幅Ａｏでより大きな第２の繰り返し数ｎｏを備え得る。
内側波プロファイル１０６および外側波プロファイル１０７の各々は、いくつかの中点を有する。本開示の文脈において、波プロファイルの「中点」とは、波プロファイルが波プロファイルの中立面を横切る地点を指す。たとえば、「中点」は、正弦波の屈曲点を指してもよい。
内側波プロファイル１０６および外側波プロファイル１０７の各々は、繰り返し数ｎｉ，ｎｏを含む。内側波プロファイル１０６は、第１の繰り返し数ｎｉを有する。それぞれ、外側波プロファイル１０７は、第２の繰り返し数ｎｏを有する。本開示の文脈において、「繰り返し数」とは、波プロファイルの１回りの３６０度回転における波プロファイルの繰り返し単位の数を指す。したがって、繰り返し数ｎｉ，ｎｏは、それぞれの波プロファイルの山の数またはそれぞれの波プロファイルの谷の数に対応する。図３に例示的に示されるように、内側波プロファイル１０６は、第１の繰り返し数ｎｉ＝４を有し、外側波プロファイル１０７は、第２の繰り返し数ｎｏ＝１２を有する。当然の結果として、内側波プロファイル１０６は、４つの山と４つの谷とを含み、外側波プロファイルは、１２個の山と１２個の谷とを含むことになる。第１の繰り返し数ｎｉおよび第２の繰り返し数ｎｏは、異なっていてもよい。すなわち、内側波プロファイル１０６は、外側波プロファイル１０７のものとは異なる繰り返し数を有していてもよい。
繰り返し数ｎｉ，ｎｏは、絶縁体１００の機械的強度および剛性を決定する要因である。繰り返し数ｎｉ，ｎｏが大きくなると、ウェブ部分１０５における材料が増加し、したがって強度および剛性が増加する。しかし、繰り返し数ｎｉ，ｎｏは、絶縁体１００の洗浄しやすさによっても制限される。繰り返し数ｎｉ，ｎｏが大きくなると、隣接する波同士の間の間隔が近くなり、隣接する波同士の間に狭い隙間を形成し、これらの狭い隙間が洗浄しやすさを妨げ得る。第２の周面１０４と比較して第１の周面１０３における直径が小さいために、繰り返し数ｎｉ，ｎｏは、外側波プロファイル１０７よりも内側波プロファイル１０６でより制限される。たとえば、内側波プロファイル１０６は、４≦ｎｉ≦１０の第１の繰り返し数を有していてもよい一方、外側波プロファイル１０７は、４≦ｎｏ≦４０の第２の繰り返し数を有していてもよい。
本明細書に記載されている他の実施形態と組み合わせられてもよい一実施形態によれば、第１の繰り返し数ｎｉは、第２の繰り返し数ｎｏよりも小さくてもよい。この場合、波部分１０５の外側部分における材料の量を増加させることによって波部分１０５の強度および剛性を増加させることができるように、外側波プロファイル１０７は、より大きな繰り返し数を有していてもよい。同時に、絶縁体１００の洗浄しやすさを促進するために波部分１０５の山部分がそれらの間に十分な距離をもって離間されるように、内側波プロファイル１０６は、より小さな繰り返し数を有していてもよい。
図４Ａ～図４Ｃは、本明細書に記載されている実施形態に係る絶縁体の３つのさまざまな設計を例示的に示す。明確にするために、絶縁体１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃの外側部分は隠れている。これら３つの例示的な絶縁体１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃは全て、同一の第１のサイクル数ｎｉ＝４を有する。すなわち、ウェブ部分１０５Ａ，１０５Ｂ，１０５Ｃは、それぞれ４つの山と４つの谷とを有する同一の第１の波プロファイルを有する。さらに、これら３つの例示的な絶縁体１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃは全て、同一の第１の振幅Ａｉおよび同一の第２の振幅Ａｏを有する。
しかし、図４Ａ～図４Ｃの３つの設計の各々は、異なる第２の繰り返し数ｎｏを有する。図４Ａに例示的に示されるように、絶縁体１００Ａのウェブ部分１０５Ａは、第２の繰り返し数ｎｏ＝４を有し、絶縁体１００Ｂのウェブ部分１０５Ｂは、第２の繰り返し数ｎｏ＝１２を有し、絶縁体１００Ｃのウェブ部分１０５Ｃは、第２の繰り返し数ｎｏ＝２０を有する。それぞれ第２の繰り返し数ｎｏ＝１２およびｎｏ＝２０を有するウェブ部分１０５Ｂ，１０５Ｃにおける材料の量は、第２の繰り返し数ｎｏ＝４を有するウェブ部分１０５Ａにおける材料の量よりも多いことが分かる。第１の繰り返し数ｎｉよりも大きな第２の繰り返し数ｎｏを有することによって、絶縁体１００Ｂ，１００Ｃのウェブ部分１０５Ｂ，１０５Ｃの機械的強度および剛性は、絶縁体１００Ａのウェブ部分１０５Ａと比較して向上する。
本明細書に記載されている他の実施形態と組み合わせられてもよい一実施形態によれば、第２の繰り返し数ｎｏは、第１の繰り返し数ｎｉの整数の倍数であってもよい。たとえば、第１の繰り返し数ｎｉ＝４であれば、第２の繰り返し数ｎｏは、たとえば８、１２または２０に等しくてもよい。この構成は、ウェブ部分１０５の周囲の機械的特性が回転対称であるようにウェブ部分１０５が繰り返し可能な回転対称の形状を有するという利点を有する。たとえば、ウェブ部分１０５が回転対称を示さない場合、ウェブ部分１０５の面全体にわたる分布圧力は、ウェブ部分１０５に非対称の応力を生じさせるであろう。第２の繰り返し数ｎｏが第１の繰り返し数ｎｉの整数の倍数であってもよいように設定することによって、このような非対称の応力分布が回避される。
本明細書に記載されている他の実施形態と組み合わせられてもよい一実施形態によれば、内側波プロファイルの各山は、外側波プロファイルのそれぞれの山または外側波プロファイルのそれぞれの谷と径方向に位置合わせされてもよい。図５Ａおよび図５Ｂは、絶縁体２００Ａ，２００Ｂの２つのさまざまな設計の斜視図を示し、図６Ａおよび図６Ｂは、絶縁体２００Ａ，２００Ｂのための対応する内側波プロファイル２０６Ａ，２０６Ｂおよび外側波プロファイル２０７Ａ，２０７Ｂの図を示す。絶縁体２００Ａも２００Ｂも、第１の繰り返し数ｎｉ＝４および第２の繰り返し数ｎｏ＝１２を有する。しかし、絶縁体２００Ａ，２００Ｂは、絶縁体２００Ａでは内側波プロファイル２０６Ａの各山が外側波プロファイル２０７Ａのそれぞれの山と径方向に位置合わせされているのに対して、絶縁体２００Ｂでは内側波プロファイル２０６Ｂの各山が外側波プロファイル２０７Ｂのそれぞれの谷と径方向に位置合わせされているという点において、異なっている。
再び図１を参照して、絶縁体ディスク１０１は、導体１０２が配置される中央開口を含む。絶縁体ディスク１０１は、導体１０２上に射出成形される。本明細書に記載されている他の実施形態と組み合わせられてもよい一実施形態によれば、絶縁体ディスク１０１は、導体１０２の外面上に直接的に射出成形される。代替的にまたは加えて、導体１０２と絶縁体ディスク１０１との間に中間層が配置されてもよい。たとえば、中間層は、プライマであってもよい。導体１０２は、形状嵌合のために絶縁体ディスクと直接的または間接的に係合される歯を含んでいてもよい。間接接続の一例は、たとえばフィールド電極で既にコーティングされている導体を型の空洞に挿入する前の上記コーティングされた導体であろう。「歯」という表現は、誘電性の理由から鋭い端縁が回避されるべきであるので、狭い意味でぎざぎざの構造として理解されるべきではない。「歯」という表現は、むしろ、広い意味で、絶縁体１００の中心軸に対する直径の変化によって形状嵌合を確立するための任意の好適なロッキング手段を代表する表現として理解されるべきである。この係合手段は、絶縁体ディスク１０１が軸方向に、すなわち絶縁体１００の中心軸の方向に導体１０２から容易に剥がれることを阻止する。上記のロッキング手段は、導体の外殻面上に周方向および径方向に延在する膨出部によって確立される単一の丸みを帯びた歯を含んでいてもよい。絶縁体ディスク１０１の射出成形後、上記絶縁体ディスク１０１は、導体１０２と絶縁体ディスク１０１との間の優れた形状嵌合を実現できるように、その中央開口の形状が上記膨出部に対して凹であることを特徴とする。さらに、ロッキング手段は、導体１０２と絶縁体ディスク１０１との間の接触面全体を増加させる役割を果たす。
中央開口の内面は、少なくとも一部が、間隙によって導体１０２から隔てられることができる。絶縁体ディスク１０１と導体１０２とを相互接続する遷移手段が間隙に配置されてもよい。絶縁体ディスク１０１に対して導体１０２を位置決めする保持手段が間隙内に配置されてもよい。この保持手段は、少なくとも１つの周方向保持リブおよび／または軸方向に配置された少なくとも１つの保持リブ（軸方向保持リブ）であってもよい。この保持手段は、絶縁体ディスク１０１に一体に接続されてもよい。導体１０２内に配置された少なくとも１つの第１の分配導管によって第１の材料が注入されてもよい。「第１の材料」という表現は、たとえばＰＥＴなどの単一の材料で構成されるように理解されるべきではなく、材料組成物であってもよいように理解されるべきである。
射出成形プロセスの性質により、射出成形された絶縁体ディスク１０１は、いくつかの溶接面を有していてもよい。材料が複数の入口点から型に注入されると、２つまたはそれ以上の材料流が溶接面に沿って合流して溶解する。これらの溶接面は、周囲の材料よりも弱いであろう面を材料流の間に構成してもよい。射出成形プロセスは、これらの溶接線の位置を最適化するように構成されてもよい。たとえば、溶接面は、負荷が加えられた状態で、より低い応力に対応する位置に位置決めされて位置合わせされ得る。代替的に、形成される溶接面の数がより少なくなるように射出点の数を減少させてもよいが、射出点を減少させることは、絶縁体ディスク１０１の射出成形にとって現実的ではないであろう。
本明細書に記載されている他の実施形態と組み合わせられてもよい一実施形態によれば、絶縁体ディスク１０１は、補強材をさらに含んでいてもよい。本開示の文脈において、「補強材」という表現は、補強材が形成される補強材プロファイルに沿って厚くされ得るウェブ部分１０５の一部を指す。たとえば、補強材プロファイルが第１の周面１０３から第２の周面１０４まで径方向に延在するように径方向補強材がウェブ部分１０５に形成されてもよく、ウェブ部分１０５は、この径方向補強材プロファイルに沿って厚くされる。
ウェブ部分１０５に補強材を形成する１つの利点は、補強材プロファイルが１つまたは複数の溶接面をなぞるように補強材が形成され得るというものである。溶接面は、ウェブ部分１０５の機械的強度および剛性を減少させる脆弱部を発生させ得るので、これらの溶接面に沿って形成された補強材は、脆弱な溶接面に沿って機械的強度を局所的に増加させるであろう。さらに、より多くの溶接面を生成することを犠牲にして材料の分布を向上させるように射出点の数を増加させることができるが、溶接面に位置する補強材は、溶接面に沿ってウェブ部分１０５を補強することができる。
ウェブ部分１０５に形成された補強材は、第１の端部と第２の端部とを有する補強材プロファイルを有していてもよい。第１の端部は、第１の周面１０３上に位置する内側端部に対応し得る。第２の端部は、第２の周面１０４上に位置する外側端部に対応し得る。したがって、内側端部と外側端部とを有する補強材プロファイルに沿って形成された補強材は、第１の周面１０３と第２の周面１０４とを接続するであろう。内側端部は、内側波プロファイル１０６の中点に位置してもよく、外側端部は、外側波プロファイル１０７の中点に位置してもよい。ウェブ部分１０５に形成された補強材の数は、第１の繰り返し数ｎｉに対応してもよく、または第１の繰り返し数ｎｉの２倍に対応してもよい。
本明細書に記載されている他の実施形態と組み合わせられてもよい一実施形態によれば、絶縁体ディスク１０１は、熱可塑性物質を含む。好ましくは、絶縁体ディスク１０１は、熱可塑性ウレタン（ＴＰＵ）、熱可塑性エラストマ（ＴＰＥ）、エポキシまたはポリウレタン（ＰＵＲ）を含む群のうちの１つを含む。しかし、本開示は、この材料の群だけに限定されるものではなく、すなわち、絶縁体ディスク１０１は、ポリエステル（たとえば、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリスルホン（たとえば、ＰＥＳ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）またはポリプロピレン（ＰＰ）を含む群のうちのいずれか１つを含んでいてもよい。
絶縁体ディスク１０１は、少なくとも１つの充填材材料をさらに含んでいてもよい。充填材材料は、ポリアミド、ポリイミド、ポリエステル、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニリデン、ポリアクリロニトリル、ポリウレタン、ポリアルキレンパラオキシベンゾエート、フェノール型、ウール、シルク、コットン、レーヨン、酢酸セルロース、亜麻、苧麻、黄麻、アラミド繊維、ガラス、海泡石、チタン酸カリウム、セラミック、アルミナ、ケイ酸カルシウムおよびロックウールを含む群のうちの１つであってもよい。
絶縁体ディスク１０１は、表面コーティングをさらに備えていてもよい。この表面コーティングは、熱可塑性エラストマ（ＴＰＥ）、熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）、ポリウレタン（ＰＵＲもしくはＰＵ）またはシリコーンを含む群のうちの１つであってもよい。
本明細書に記載されている他の実施形態と組み合わせられてもよい一実施形態によれば、絶縁体ディスク１０１は、ウェブ部分１０５と第１の周面１０３との間および／またはウェブ部分１０５と第２の周面１０４との間に少なくとも１つの丸みを付けた端縁をさらに含んでいてもよい。ウェブ部分１０５が第１の周面１０３または第２の周面１０４のいずれかに合流する接合端縁は、鋭角で形成されてもよく、この端縁は、この接合端縁において応力集中部を発生させる。これらの接合端縁のうちの少なくとも１つは、応力集中部を軽減させるような半径を備えていてもよく、それによって絶縁体１００の機械的強度および剛性を向上させる。このような丸みを付けた端縁は、絶縁体１００の洗浄しやすさを向上させるというさらなる技術的効果を有する。
図７は、本開示の局面に係る絶縁体の製造方法７００のフローチャートを示す。方法７００は、ブロック７０１において開始し、ブロック７０２において絶縁体ディスクの射出成形のための型を設けるステップを備え、絶縁体ディスクは、中央開口を有する内側部分を備え、ブロック７０３において型の空洞に導体を配置するステップと、ブロック７０４において導体が中央開口内に位置決めされて、内側部分と導体とが直接的または間接的に締結されるように、型に材料を注入して絶縁体ディスクを形成するステップと、ブロック７０５において型から絶縁体を取り外すステップとを備える。方法７００は、ブロック７０６において終了する。
ブロック７０２において、絶縁体ディスクの射出成形のための型を設ける。この型は、上型と下型とを備えていてもよく、これらの上型および下型は、合わせられると、絶縁体の凹の形状の空洞を形成する。
ブロック７０３において、型の空洞に導体を配置する。型、または上型および下型のうちの１つは、導体が外部から直接配置され得るように設計されてもよく、すなわち、型は、開口を備え、この開口を介して外部から空洞にアクセス可能であることにより、開口を閉じる前に導体を型の内部に配置することができる。型は、射出成形プロセス中に導体を受けて一時的に保持するためのアダプタを備えていてもよい。このアダプタは、さまざまな導体を同一の型で処理できるように交換可能に設計されてもよい。しかるべき場合には、アダプタは、型の空洞の一部であってもよく、それによって、少なくとも一部が、射出成形された材料と接触する。導体は、第１の材料の注入前に規定の温度に予め加熱されてもよい。
ブロック７０４において、型に材料を注入する。この材料は、絶縁体ディスクと導体とが直接的に締結されるように、少なくとも１つの導管を介して注入されて導体の周囲に絶縁体ディスクを形成してもよい。代替的に、この材料は、１つまたは複数の別々のステップで注入された２つ以上の材料を含んでいてもよい。たとえば、第１の材料は、少なくとも１つの導管を介して注入されて、導体と絶縁体ディスクとの間に境界面要素を形成してもよい一方、第２の材料は、少なくとも１つの他の導管を介して注入されて、絶縁体ディスク自体を形成してもよく、それによって、導体と絶縁体ディスクとは間接的に締結される。１つまたは複数の材料は、導体内に配置された少なくとも１つの導管を介して注入されてもよい。
ブロック７０５において、射出成形が完了した後、完成した絶縁体を型から取り外す。
上記は、本開示の局面および実施形態に向けられているが、本開示の他のおよびさらなる実施形態がその基本的範囲から逸脱することなく考案されてもよく、その範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。
上記は、本開示の局面および実施形態に向けられているが、本開示の他のおよびさらなる実施形態がその基本的範囲から逸脱することなく考案されてもよく、その範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。
Claims (14)
- ガス絶縁装置（１０）のための絶縁体（１００，１００Ａ～１００Ｃ，２００Ａ～２００Ｃ）であって、前記絶縁体（１００，１００Ａ～１００Ｃ，２００Ａ～２００Ｃ）は、射出成形された絶縁体ディスク（１０１）と、導体（１０２）とを備え、
前記絶縁体ディスク（１０１）は、第１の周面（１０３）と、前記第１の周面（１０３）から径方向外向きに配置された第２の周面（１０４）と、前記第１の周面（１０３）および前記第２の周面（１０４）を接続するウェブ部分（１０５，１０５Ａ～１０５Ｃ）とを備え、
前記ウェブ部分（１０５，１０５Ａ～１０５Ｃ）は、波構造を備え、前記ウェブ部分（１０５，１０５Ａ～１０５Ｃ）は、前記第１の周面（１０３）に内側波プロファイル（１０６，２０６Ａ～２０６Ｃ）を有し、前記第２の周面（１０４）に外側波プロファイル（１０７，２０７Ａ～２０７Ｃ）を有し、前記内側波プロファイル（１０６，２０６Ａ～２０６Ｃ）および前記外側波プロファイル（１０７，２０７Ａ～２０７Ｃ）は、２ｍｍ以上１０，０００ｍｍ以下の曲率半径を有し、
前記内側波プロファイル（１０６，２０６Ａ～２０６Ｃ）は、第１の繰り返し数（ｎ ｉ ）を有し、前記外側波プロファイル（１０７，２０７Ａ～２０７Ｃ）は、前記第１の繰り返し数（ｎ ｉ ）よりも大きな第２の繰り返し数（ｎ ｏ ）を有することを特徴とする、絶縁体（１００，１００Ａ～１００Ｃ，２００Ａ～２００Ｃ）。 - 前記ウェブ部分（１０５，１０５Ａ～１０５Ｃ）は、２ｍｍ以上１０，０００ｍｍ以下の周方向曲率半径を有する、請求項１に記載の絶縁体（１００，１００Ａ～１００Ｃ，２００Ａ～２００Ｃ）。
- 前記ウェブ部分（１０５，１０５Ａ～１０５Ｃ）は、前記ウェブ部分（１０５，１０５Ａ～１０５Ｃ）の上面および／または下面に対して垂直な方向に実質的に一定の厚みを有する、請求項１および２のいずれか１項に記載の絶縁体（１００，１００Ａ～１００Ｃ，２００Ａ～２００Ｃ）。
- 前記内側波プロファイル（１０６，２０６Ａ～２０６Ｃ）は、第１の振幅（Ａｉ）を有し、前記外側波プロファイル（１０７，２０７Ａ～２０７Ｃ）は、前記第１の振幅（Ａｉ）よりも小さな第２の振幅（Ａｏ）を有する、請求項１～３のいずれか１項に記載の絶縁体（１００，１００Ａ～１００Ｃ，２００Ａ～２００Ｃ）。
- 前記第２の繰り返し数（ｎｏ）は、前記第１の繰り返し数（ｎｉ）の整数の倍数である、請求項１から４のいずれか１項に記載の絶縁体（１００，１００Ａ～１００Ｃ，２００Ａ～２００Ｃ）。
- 前記内側波プロファイル（１０６，２０６Ａ～２０６Ｃ）の各々の山は、前記外側波プロファイル（１０７，２０７Ａ～２０７Ｃ）のそれぞれの山または前記外側波プロファイル（１０７，２０７Ａ～２０７Ｃ）のそれぞれの谷と径方向に位置合わせされる、請求項５に記載の絶縁体（１００，１００Ａ～１００Ｃ，２００Ａ～２００Ｃ）。
- 前記絶縁体ディスク（１０１）は、前記導体（１０２）の外面上に直接的に射出成形される、請求項１～６のいずれか１項に記載の絶縁体（１００，１００Ａ～１００Ｃ，２００Ａ～２００Ｃ）。
- 前記ウェブ部分（１０５，１０５Ａ～１０５Ｃ）は、前記第１の周面（１０３）を前記第２の周面（１０４）に接続する補強材をさらに備える、請求項１～７のいずれか１項に記載の絶縁体（１００，１００Ａ～１００Ｃ，２００Ａ～２００Ｃ）。
- 前記補強材の数は、前記第１の繰り返し数（ｎｉ）の２倍に等しい、請求項８に記載の絶縁体（１００，１００Ａ～１００Ｃ，２００Ａ～２００Ｃ）。
- 前記絶縁体ディスク（１０１）は、熱可塑性物質を含む、請求項１～９のいずれか１項に記載の絶縁体（１００，１００Ａ～１００Ｃ，２００Ａ～２００Ｃ）。
- 前記絶縁体ディスク（１０１）は、前記ウェブ部分（１０５，１０５Ａ～１０５Ｃ）と前記第１の周面（１０３）との間および／または前記ウェブ部分（１０５，１０５Ａ～１０５Ｃ）と前記第２の周面（１０４）との間に少なくとも１つの丸みを付けた端縁を有する、請求項１～１０のいずれか１項に記載の絶縁体（１００，１００Ａ～１００Ｃ，２００Ａ～２００Ｃ）。
- 中電圧または高電圧のために構成されたガス絶縁開閉装置（１０）であって、請求項１～１１のいずれか１項に記載の少なくとも１つの絶縁体（１００，１００Ａ～１００Ｃ，２００Ａ～２００Ｃ）を備える、ガス絶縁開閉装置（１０）。
- 請求項１～１１のいずれか１項に記載の絶縁体（１００，１００Ａ～１００Ｃ，２００Ａ～２００Ｃ）の製造方法であって、
絶縁体ディスク（１０１）の射出成形のための型を設けるステップを備え、前記絶縁体ディスク（１０１）は、中央開口を有する内側部分を備え、前記方法はさらに、
前記型の空洞に導体（１０２）を配置するステップと、
前記導体（１０２）が前記中央開口内に位置決めされて、前記内側部分と前記導体（１０２）とが直接的または間接的に締結されるように、材料を前記型に注入して前記絶縁体ディスク（１０１）を形成するステップと、
前記型から前記絶縁体（１００，１００Ａ～１００Ｃ，２００Ａ～２００Ｃ）を取り外すステップとを備える、方法。 - 中電圧または高電圧を切り替えるための請求項１２に記載のガス絶縁開閉装置（１０）の使用。
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