JP7237253B1 - ガス絶縁機器 - Google Patents

Abstract

真空遮断器は、絶縁ガスが封入される容器の一部分を構成する接地タンク（１）及び可動側支持板（８ａ）と、接地タンク（１）と可動側支持板（８ａ）との連結箇所に設けられたシーラント層（１０）とを備え、接地タンク（１）と可動側支持板（８ａ）とは、各々の接合面（１ｅ，８ｄ）が平面であり、互いの接合面（１ｅ，８ｄ）同士が突き合わされており、シーラント層（１０）は、分散媒である樹脂で形成された樹脂層（１０ａ）と、分散質であって樹脂層（１０ａ）に分散されたフィラー（１０ｂ）とを有し、フィラー（１０ｂ）は、樹脂層（１０ａ）を形成する樹脂よりもガス透過性が低い材料で形成されており、フィラー（１０ｂ）の粒径は、接地タンク（１）及び可動側支持板（８ａ）の各々の接合面（１ｅ，８ｄ）の凹凸よりも小さい。

Description

本開示は、絶縁ガスが封入された容器内に充電部を収容したガス絶縁機器に関するものである。

特別高圧と称される７０００Ｖを超える電圧の電流が流れる電気回路に用いられる真空遮断器、断路器及び開閉器などの機器は、六フッ化硫黄及び乾燥空気といった絶縁媒体である絶縁ガスが封入された容器に充電部が収容される。絶縁ガスが封入された容器に充電部が収容される機器は、ガス絶縁機器と称されている。

絶縁ガスが封入される容器は、複数のタンクを連結して構成されるが、絶縁性能を保つためには、タンク同士のつなぎ目部分からの絶縁ガスの漏れを防止する必要がある。

特許文献１には、絶縁ガスを封入する容器のフランジの接合面に溝を形成してＯリングと称される円断面状の弾性ゴム製のガスケットを取り付け、更にフランジの接合面にシーラントを塗布することで防水性とガスシール性とを付与することが開示されている。Ｏリングには、一般的にニトリルゴムが用いられ、シーラントには、一般的にシリコーン樹脂が用いられる。

特開昭５５－１０３００６号公報

しかし、弾性ゴム及びシリコーン樹脂といった可撓性材料はガス透過性があるため、容器内のガス圧力を長期的に維持することが困難である。特に、絶縁ガスの封入圧力を高めて機器の縮小を図ったり、乾燥空気などの分子量が小さい絶縁ガスを用いたりする場合には、Ｏリング及びシーラントを透過してリークする絶縁ガスの量が増大しやすい。特許文献１に開示される構造では、Ｏリングとシーラントとを併用することで絶縁ガスのリークを抑制できるが、フランジの接合面に対する溝加工及び溝へのＯリングの配置作業が必要であり、絶縁ガスが封入される容器の製造作業の工数及び組み立て作業の工数が増加してしまう。

本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、絶縁ガスが封入される容器の製造作業の工数及び組み立て作業の工数の増加を抑え、かつ容器内のガス圧力を長期的に維持できるガス絶縁機器を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示に係るガス絶縁機器は、絶縁ガスが封入される容器の少なくとも一部分を構成する第１の部材及び第２の部材と、第１の部材と第２の部材との連結箇所に設けられたシーラント層とを備える。第１の部材と第２の部材とは、各々の接合面が平面であり、互いの接合面同士が突き合わされている。シーラント層は、分散媒である樹脂で形成された樹脂層と、分散質であって樹脂層に分散されたフィラーとを有する。フィラーは、樹脂よりもガス透過性が低い材料で形成されている。フィラーの粒径は、第１の部材及び第２の部材の各々の接合面の凹凸よりも小さい。

本開示によれば、絶縁ガスが封入される容器の製造作業の工数及び組み立て作業の工数の増加を抑え、かつ容器内のガス圧力を長期的に維持できるガス絶縁機器を得られる、という効果を奏する。

実施の形態１に係る真空遮断器の断面図 実施の形態１に係る真空遮断器の接地タンクの端部の断面図 実施の形態１に係る真空遮断器のシーラント層の断面図 実施の形態２に係る真空遮断器のシーラント層の断面図

以下に、実施の形態に係るガス絶縁機器を図面に基づいて詳細に説明する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る真空遮断器の断面図である。実施の形態１に係る真空遮断器５０は、絶縁ガスが封入された容器に充電部が収容されたガス絶縁機器である。実施の形態１に係る真空遮断器５０は、筒状の接地タンク１と、可動側接点２ａ及び固定側接点２ｂを備え、接地タンク１内に絶縁支持された真空バルブ２とを有する。なお、可動側接点２ａと固定側接点２ｂとの界面を境界とし、真空遮断器５０を構成する部材のうち可動側接点２ａを含む半分にあるものは「可動側」と称し、固定側接点２ｂを含む半分にあるものは「固定側」と称する。また、実施の形態１に係る真空遮断器５０は、接地タンク１の上方に伸びた１対の筒状のブッシング１３ａ，１３ｂと、ブッシング１３ａ内に配置された可動側ブッシング導体１２ａと、ブッシング１３ｂ内に配置された固定側ブッシング導体１２ｂとを有する。

ブッシング１３ａには、可動側ブッシング導体１２ａを流れる電流を検出する変流器１５ａが設置されている。ブッシング１３ｂには、固定側ブッシング導体１２ｂを流れる電流を検出する変流器１５ｂが設置されている。

真空バルブ２は、可動側接点２ａ及び固定側接点２ｂに加え、可動側接点２ａ及び固定側接点２ｂを収容する真空容器２ｃと、一端部７ａが可動側接点２ａに電気的に接続され、他端部７ｂが真空容器２ｃから突出した可動導体７とを有する。また、真空バルブ２は、固定側接点２ｂに電気的に接続された固定導体２１と、一端部３ａが可動導体７に固定され、他端部３ｂが真空容器２ｃに固定された蛇腹筒状のベローズ３とを有する。

また、真空遮断器５０は、接地タンク１の外部に設置され、操作ロッド３１を接地タンク１の軸方向に沿って抜き差しすることにより投入状態と遮断状態とを切り換える操作装置３０と、一端部３１ａが操作装置３０に接続され、他端部３１ｂが可動導体７の他端部７ｂに接続された操作ロッド３１と、可動側ブッシング導体１２ａの下端部１２１ａを可動導体７に電気的に接続する可動側フレーム５と、固定側ブッシング導体１２ｂの下端部１２１ｂを固定導体２１に電気的に接続する固定側フレーム１７とを有する。また、真空遮断器５０は、可動側フレーム５を接地タンク１に絶縁支持する可動側絶縁支持筒６と、固定側フレーム１７を接地タンク１に絶縁支持する固定側絶縁支持筒１８とを有する。真空容器２ｃは、可動側フレーム５及び固定側フレーム１７にそれぞれ不図示のボルトで固定されている。可動側フレーム５の操作ロッド３１が貫通する穴３４はパッキン３５によって気密状態で塞がれている。

接地タンク１のうち、操作ロッド３１が突出する方の端部の開口１ａは、操作ロッド３１が貫通する穴３２が形成された可動側支持板８ａで覆われている。可動側支持板８ａは、接地タンク１の端部の開口１ａを覆う端面板である。接地タンク１のうち固定側の端部の開口１ｂは、固定側支持板８ｂで覆われている。固定側支持板８ｂは、接地タンク１の端部の開口１ｂを覆う端面板である。接地タンク１、可動側支持板８ａ及び固定側支持板８ｂは、絶縁ガスが封入される容器を構成する。

可動側支持板８ａの穴３２には、パッキン３３が配置されている。可動側支持板８ａと操作ロッド３１との隙間は、パッキン３３によって水密状態で塞がれている。

可動側接点２ａは、操作ロッド３１及び可動導体７を介して操作装置３０の駆動力が伝達されるようになっている。可動側接点２ａは、操作装置３０の駆動力を受けて固定側接点２ｂと接触する投入状態と、固定側接点２ｂから離れた遮断状態とを取り得る。操作ロッド３１には、不図示の接触圧力用ばねが取り付けられており、投入状態に可動側接点２ａを固定側接点２ｂに押し付ける力が操作ロッド３１に加えられている。したがって、投入状態での可動側接点２ａと固定側接点２ｂとの間の通電性能は確保されている。

可動側ブッシング導体１２ａは、筒状であり、下端部１２１ａが可動側フレーム５の開口５ａに接続されている。

真空遮断器５０が遮断動作を行う際に、操作装置３０は、操作ロッド３１を接地タンク１から引き抜く方向に移動させる。したがって、操作ロッド３１に固定されている可動導体７は、可動側支持板８ａに近づく方向に移動する。可動導体７にはベローズ３の一端部３ａが固定されているため、可動導体７の移動にともなってベローズ３は縮む。

図２は、実施の形態１に係る真空遮断器の接地タンクの端部の断面図である。接地タンク１と可動側支持板８ａとは、絶縁ガスが封入される容器の一部分を構成している。すなわち、接地タンク１及び可動側支持板８ａの一方は、絶縁ガスが封入される容器の一部分を構成する第１の部材であり、接地タンク１及び可動側支持板８ａの他方は、絶縁ガスが封入される容器の一部分を構成する第２の部材である。なお、ここでは、接地タンク１と可動側支持板８ａとの連結箇所を例にしているが、接地タンク１と固定側支持板８ｂとの連結箇所についても同様である。すなわち、接地タンク１及び固定側支持板８ｂの一方が、絶縁ガスが封入される容器の一部分を構成する第１の部材であり、接地タンク１及び固定側支持板８ｂの他方が、絶縁ガスが封入される容器の一部分を構成する第２の部材であってもよい。

接地タンク１の端部にはフランジ１ｃが形成されている。フランジ１ｃには、貫通穴１ｄが形成されている。

可動側支持板８ａには、ねじ穴８ｃが形成されている。フランジ１ｃの貫通穴１ｄを貫通させたねじ９をねじ穴８ｃにねじ止めすることにより、可動側支持板８ａは、接地タンク１の端部に固定される。第１の部材である接地タンク１と第２の部材である可動側支持板８ａとの連結箇所には、シーラント層１０が設けられている。実施の形態１に係る真空遮断器５０において、シーラント層１０は、フランジ１ｃと可動側支持板８ａとの間に設けられている。接地タンク１のフランジ１ｃ及び可動側支持板８ａは、各々の接合面１ｅ，８ｄが平面であり、互いの接合面１ｅ，８ｄ同士が突き合わされている。なお、ここでは、絶縁ガスが封入される容器の一部を構成する部材の一つが板状の可動側支持板８ａであるが、互いにフランジが形成されたタンク同士を連結する構造であってもよい。

図３は、実施の形態１に係る真空遮断器のシーラント層の断面図である。接地タンク１のフランジ１ｃの接合面１ｅ及び可動側支持板８ａの接合面８ｄには、機械加工に起因する凹凸が形成されている。一般的には、接合面１ｅ，８ｄは、フライス加工によって形成されるが、他の加工方法によって形成されてもよい。シーラント層１０は、分散媒である樹脂で形成された樹脂層１０ａと、分散質であるフィラー１０ｂとを有する。樹脂層１０ａは、シリコーン樹脂を用いて形成される。フィラー１０ｂは、樹脂層１０ａを形成する樹脂よりもガス透過性が小さい材料で形成されている。例えば、フィラー１０ｂの材料には、シリカ又はアルミナを用いることができる。フィラー１０ｂの粒径は、フランジ１ｃ及び可動側支持板８ａの各々の凹凸よりも小さくなっている。このため、フィラー１０ｂは、フランジ１ｃ及び可動側支持板８ａの凹部に入り込んでいる。

実施の形態１に係る真空遮断器５０は、分散媒である樹脂で形成された樹脂層１０ａよりもガス透過性が小さいフィラー１０ｂが樹脂層１０ａ中に分散しているため、樹脂層１０ａ中を移動する絶縁ガスの分子は、フィラー１０ｂを迂回しながら移動する。したがって、実施の形態１に係る真空遮断器５０は、フィラーを分散させていない樹脂層をシーラント層に用いる構造及びＯリングを用いる構造と比較すると、絶縁ガスのリークパスが長くなる。このため、実施の形態１に係る真空遮断器５０は、フィラーを分散させていない樹脂層をシーラントに用いる構造及びＯリングを用いる構造と比較すると、絶縁ガスがリークしにくい。

なお、フィラー１０ｂの粒径が小さすぎると、絶縁ガスの分子にフィラー１０ｂを迂回させにくくなり、絶縁ガスのリークパスを長くする効果が小さくなる。また、フィラー１０ｂの粒径が小さすぎると、フィラー１０ｂが均一に分散せずに凝集しやすくなる。接合面１ｅ，８ｄがフライス加工によって形成される場合、凹凸は１μｍから１０μｍ程度である。このため、フィラー１０ｂの粒径を１μｍから１０μｍとすることで、フィラー１０ｂの凝集を抑えつつ、絶縁ガスの分子のリークパスを長くすることができる。

また、シーラント層１０のうち、フィラー１０ｂが占める割合が大きくなりすぎると、シーラント層１０の柔軟性が損なわれ、フランジ１ｃ又は可動側支持板８ａとの密着性が低下しやすくなる。このため、シーラント層１０のうちフィラー１０ｂが占める割合は、５０％以下とすることが好ましい。

実施の形態１に係る真空遮断器５０は、接地タンク１のフランジ１ｃと可動側支持板８ａとは、互いに平面である接合面１ｅ，８ｄ同士を突き合わせて連結されているため、フランジ１ｃ及び可動側支持板８ａにＯリングを配置するための溝を形成する必要がない。また、したがって、真空遮断器５０は、絶縁ガスが封入される容器である接地タンク１の製造作業の工数及び組み立て作業の工数の増加を抑えることができる。

また、真空バルブ２のベローズ３は、接地タンク１内の封入ガスによって高圧力にさらされないよう、筒内を一定のガス圧力に維持する必要がある。このために、可動側フレーム５及び真空バルブ２のベローズ３は、絶縁ガスが封入される容器を構成しており、可動側フレーム５及びベローズ３の筒内の空間のガス圧力は、接地タンク１の内部かつ可動側フレーム５の筒外の空間のガス圧力よりも低圧にされる。したがって、真空遮断器５０の性能を維持するためには、接地タンク１の内外の気圧差だけでなく、接地タンク１内の異なるガス圧力区分間におけるガスシール性を考慮する必要がある。このため、例えば、可動側フレーム５と真空バルブ２との接続箇所及び可動側フレーム５と可動側絶縁支持筒６との接続箇所においても、樹脂層１０ａ及びフィラー１０ｂで形成されるシーラント層１０を設けることにより、接地タンク１の内部の圧力区分の異なる空間における絶縁ガスのリークを抑制することができる。

特に、実施の形態１に係る真空遮断器５０は、絶縁ガスの封入圧力を高めてガス絶縁機器の縮小を図ったり、乾燥空気などの分子量が小さい絶縁ガスを用いたりする場合には、接地タンク１内のガス圧力を長期的に維持する効果が顕著に得られる。

実施の形態２．
図４は、実施の形態２に係る真空遮断器のシーラント層の断面図である。実施の形態２に係る真空遮断器５０は、シーラント層１０がエポキシ樹脂で形成されている。また、実施の形態２に係る真空遮断器５０は、フィラー１０ｂはエポキシ樹脂に分散されておらず、樹脂層１０ａだけでシーラント層１０が形成されている。

エポキシ樹脂は、例えば、硬化時間を制御可能な二液硬化型のものを用いることで、フランジ１ｃに可動側支持板８ａを固定する作業中にエポキシ樹脂が硬化してしまうことを抑制できる。

実施の形態２に係る真空遮断器５０は、シリコーン樹脂よりもガス透過性が低いエポキシ樹脂の樹脂層１０ａによってシーラント層１０が形成されているため、接地タンク１から絶縁ガスがリークしにくく、接地タンク１内のガス圧力を長期的に維持することができる。

また、実施の形態１に係る真空遮断器５０と同様に、実施の形態２に係る真空遮断器５０は、フランジ１ｃ及び可動側支持板８ａにＯリングを配置するための溝を形成する必要がない。したがって、真空遮断器５０は、絶縁ガスが封入される容器である接地タンク１の製造作業の工数及び組み立て作業の工数の増加を抑えることができる。

実施の形態３．
実施の形態３に係る真空遮断器５０のシーラント層１０は、実施の形態１に係る真空遮断器５０と同様に、フィラー１０ｂを有する。ただし、分散媒である樹脂によって形成された樹脂層１０ａには、エポキシ樹脂が用いられている。

実施の形態３に係る真空遮断器５０は、シリコーン樹脂よりもガス透過性が低いエポキシ樹脂を分散媒に用いて樹脂層１０ａが形成されているため、実施の形態１に係る真空遮断器５０と比較すると、絶縁ガスのリークを少なくすることができる。また、実施の形態１に係る真空遮断器５０と同様に、分散質であるフィラー１０ｂがシーラント層１０に含まれるため、絶縁ガスの分子のリークパスが長くなる。したがって、実施の形態３に係る真空遮断器５０は、実施の形態２に係る真空遮断器５０と比較すると、絶縁ガスのリークを少なくすることができる。このように実施の形態３に係る真空遮断器５０は、接地タンク１内のガス圧力を長期的に維持することができる。

なお、上記の説明においては、ガス絶縁機器が真空遮断器５０である場合を例としたが、断路器又は開閉器といった遮断器以外のガス絶縁機器に対しても同様の実施が可能である。

以上の実施の形態に示した構成は、内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ 接地タンク、１ａ，１ｂ，５ａ 開口、１ｃ フランジ、１ｄ 貫通穴、１ｅ，８ｄ 接合面、２ 真空バルブ、２ａ 可動側接点、２ｂ 固定側接点、２ｃ 真空容器、３ ベローズ、３ａ，７ａ，３１ａ 一端部、３ｂ，７ｂ，３１ｂ 他端部、５ 可動側フレーム、６ 可動側絶縁支持筒、７ 可動導体、８ａ 可動側支持板、８ｂ 固定側支持板、８ｃ ねじ穴、９ ねじ、１０ シーラント層、１０ａ 樹脂層、１０ｂ フィラー、１２ａ 可動側ブッシング導体、１２ｂ 固定側ブッシング導体、１３ａ，１３ｂ ブッシング、１５ａ，１５ｂ 変流器、１７ 固定側フレーム、１８ 固定側絶縁支持筒、２１ 固定導体、３０ 操作装置、３１ 操作ロッド、３２，３４ 穴、３３，３５ パッキン、５０ 真空遮断器、１２１ａ，１２１ｂ 下端部。

Claims (4)

1. 絶縁ガスが封入される容器の少なくとも一部分を構成する第１の部材及び第２の部材と、
   前記第１の部材と前記第２の部材との連結箇所に設けられたシーラント層とを備え、
   前記第１の部材と前記第２の部材とは、各々の接合面が平面であり、互いの前記接合面同士が突き合わされており、
   前記シーラント層は、分散媒である樹脂で形成された樹脂層と、分散質であって前記樹脂層に分散されたフィラーとを有し、
   前記フィラーは、前記樹脂よりもガス透過性が低い材料で形成されており、
   前記フィラーの粒径は、前記第１の部材及び前記第２の部材の各々の接合面の凹凸よりも小さいことを特徴とするガス絶縁機器。
2. 前記樹脂は、エポキシ樹脂であることを特徴とする請求項１に記載のガス絶縁機器。
3. 前記第１の部材は筒状の接地タンクであり、前記第２の部材は、前記接地タンクの端面の開口を覆う端面板であることを特徴とする請求項１又は２に記載のガス絶縁機器。
4. 前記接地タンクの内部に収容された真空バルブを備えることを特徴とする請求項３に記載のガス絶縁機器。

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