JPH0118527B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 この発明は、少なくとも100kV、優先的には少
なくとも200kVの高電圧が加わる導体と中空円筒
形の巻付けられた絶縁体とを有する高電圧ブツシ
ングであつて、該絶縁体が誘電率ε_rが少なくとも
２で厚さが大きくとも100μｍのプラスチツク材
料のフイルムから成る層を有し、このフイルムが
その弾性範囲内の僅かな伸びの下に定められた巻
付け張力で巻付けられ、さらに該絶縁体が導電性
の電位調整中間層を備え、また該絶縁体が運転状
態においてガス状又は液状の絶縁媒体の中に置か
れるものにかかわる。

〔従来技術とその問題点〕

かかる高電圧ブツシングは西ドイツ国特許公開
公報第2843081号により公知である。高い運転電
圧たとえば100kV以上の電気装置の接続部では、
これら装置の高電圧を導く部分は大地電位にある
部分を貫いて両部分間のせん絡が確実に防止でき
るように絶縁して導かれなければならない。かか
る接続部はたとえば高電圧ケーブルの端末閉鎖部
又は高電圧変圧器の接続部を意味する。変成器又
は開閉設備においてもかかる絶縁ブツシングが必
要となることがある。

望ましくないせん絡を防止するために、高電位
にある通電部分は高電圧ブツシングの中で特別の
貫通絶縁体に囲まれ、この絶縁体の幾何学的寸法
は特に要求される電気的強度の値により決定され
る。

“第４回BEAMA国際電気絶縁会議”、プライ
トン（英国）、1982年５月10日〜13日の会報第139
ないし147頁から知られる高電圧ブツシング用貫
通絶縁体は、相対誘電率ε_rガスを超えるプラスチ
ツク材料からなる薄く可撓なフイルムを巻付けて
作られている。この貫通絶縁体の中にはさらにい
わゆる導電性の電位調整中間層が相互に同心にか
つ相互に絶縁して一緒に巻込まれている。この中
間層により貫通ブツシング全体にわたり静電的に
電位分布が調整でき、それにより耐部分放電強度
と耐サージ電圧強度の向上が達せられる（たとえ
ばP.ベーニング（Bo¨ning）著：電気的強度の小
教体、カールスルーエ1955年第140ないし142頁参
照）。

この高電圧ブツシングにおいて最大電界強さは
周知のようにこの静電的調整中間層の縁に生じ
る。そのために従来は上記の電圧範囲のブツシン
グにおいては、この縁は絶縁媒体たとえばSF₆ガ
スにより囲まれなければならないとされてきた
（前記会報の特に第141頁下部参照）。なぜならば
周知のように部分放電発生電界強さはSF₆の中で
は空気中にくらべて少なくとも２倍高いからであ
る。それゆえに巻付け部の内に存在する空気は真
空引きされSF₆ガスにより交換されなければなら
ない。これを可能にするために周知の絶縁体にお
いては節付きのプラスチツクフイルムが用いられ
る。そうするとこの節により巻付け部の中に存在
する空隙及び空洞は実際上相互に連結され、した
がつて容易に真空引きされて絶縁媒体を充填され
うる。したがつてこの周知の高電圧ブツシングに
対しては絶縁体の絶縁媒体注入は絶対に必要とさ
れる（“高電圧技術に関する第３回国際シンポジ
ユーム”、ミラノ（イタリヤ国）、1979年８月28−
31日、会報32、09も参照）。しかしながらそのよ
うに巻付け加工された絶縁体が正常に運転状態に
おいても容易に生じうるようなたとえば70℃を超
える温度にさらされると、その巻付けられた絶縁
体が緩んで十分な機械的強度がもはや保てなくな
るという危険が存在する。これは用いられたフイ
ルム材料の節が上記温度において収縮することに
帰因する。この収縮に際して巻付け部の直径は減
少するので、さらにその中に巻込まれた電位調整
中間層が座屈することがあり、そのためこの座屈
の角において電界強さが望ましくない程度に高め
られる。さらに周知の巻付けられた絶縁体に対し
て用いられる形押しされたフイルムは、たとえば
１ｍの比較的狭い幅しか持つていないので、この
幅より軸方向長さの大きいブツシング、たとえば
長さ約３ｍの420kV用ブツシングにおいては、こ
のフイルムは相互に位置をずらせた多数のパスで
巻付けられなければならない。そのためこれに対
応する巻付け工作は出費が大となる。

かかる高電圧ブツシングの巻付けられた絶縁体
に対して70℃を超える運転温度が生じた場合にも
十分な機械的強度を保ち特に緩みやこの高電圧ブ
ツシングが立てて配置された場合にもずれが生じ
ないようにするために、巻付け過程の前に熱的収
縮処理を施した形押し絶縁フイルムを用いること
ができる（西ドイツ国特許公開公報第3001779
号）。こうして巻付けられた絶縁体は熱的前処理
の際に選ばれた温度までの運転条件の下ではあま
り収縮せず、これに対応する高い機械的強度が得
られる。熱的前処理に際してはフイルムの当初の
形押しは大部分残存するので、このフイルムによ
り巻かれた絶縁体は比較的容易に真空引きされ絶
縁媒体たとえばSF₆に対し十分な浸透性がある。
しかしながら絶縁媒体を注入すべきかかる絶縁体
のこの製作法は形押しされたフイルムの特別の前
処理のために比較的高価である。

比較的大きい機械的強度を有する別の巻付けら
れた絶縁体が前記の西ドイツ国特許公開公報第
2843081号により知られている。この絶縁体の製
作に当つては、１パスの絶縁材料と共に薄いプラ
スチツクフイルムが弾性的な初期伸びを持たせた
張力の下に巻付けられる。その際プラスチツクフ
イルムはその下に置かれた絶縁材料のパスに対し
て固定用フイルムとしての役を果す。このように
一緒に巻付けることにより希望の強度が得られ
る。この公知の絶縁体は高電圧ブツシングに巻付
け後絶縁ガスの浸透を行なわなければならない。
この理由から比較的厚い絶縁材料は穴打抜きが施
されるか又は絶縁材料として織布又は編布又は不
織布が用いられる。電位調整中間層を粗面にする
か穴打抜きすることにより浸透はさらに容易とな
りうる。しかしながら、この公知の絶縁体の巻付
け工作は薄いプラスチツクフイルムと厚い絶縁材
料のパスとを同時に巻付けることによりそれ相応
に高価となる。

〔発明の目的〕

この発明は、要求される電気的強度の値と十分
な機械的強度とが70℃を超える運転温度において
も保証できることを条件として、容易かつ安価に
製作しうるように頭記の高電圧ブツシングを改良
することを目的とする。

〔発明の要旨〕

この目的は、電位調整中間層を除き平滑なプラ
スチツクフイルムのみからなる該絶縁体が実際的
にガス密となるような高い巻付け張力でもつて巻
かれることにより達成される。

従つてこの発明にもとづく高電圧ブツシングに
おいては、その絶縁体に特殊な絶縁媒体を巻付け
工程後に浸透することは放棄される。それにもか
かわらず、このガス密に巻かれた絶縁体の電気的
特性値たとえば部分放電発生電圧は、後に浸透し
た巻付け部に較べて実際上低下しないことが意外
にも判明している。それどころか、この発明にも
とづく絶縁体の耐サージ電圧強度は有利に高めら
れている。なぜならば電位調整中間層の縁がガス
密に閉鎖されそのため巻付け部の表面へのガス中
放電が防止されるからである。これに対して調整
中間層と外周の絶縁ガスとの間にかかるガス密の
分離は後に浸透する型のすべての巻付け部では不
可能である。さらに高い巻付け張力のために電位
調整中間層の端のガス空間が非常に小さく保たれ
る。このことは巻付け部の電気的特性値を改善す
る。さらに市販の平滑なプラスチツクフイルムを
使用することにより絶縁体の製法が極度に単純化
され安価となる。

この発明の一実施態様においては、プラスチツ
クフイルムの伸びは少なくとも0.5％であり、か
つ塑性範囲の耐力以下にあるときは、巻付けられ
た絶縁体のガス密性はすべての場合において保証
される。

〔発明の実施例〕

つぎにこの発明にもとづく高電圧ブツシングの
実施例を示す図面によりこの発明を詳細に説明す
る。

第１図に軸方向断面を示す高電圧ブツシング
は、前記の“高電圧技術に関する第３回国際シン
ポジユーム”の会報に記載のように、たとえば高
電圧ケーブルの端末閉鎖部に取付けられる。ブツ
シングは銅又はアルミニウム又は鋼の管からなる
中心導体２を備え、この導体２は少なくとも
100kV、優先的には200kV、50Hzの高電位に置か
れる。中心導体の回りには同心に中空円筒形の絶
縁体３が配置され、この絶縁体は二つの傾斜した
円錐面状の側面４，５とこれら側面間の円筒状表
面６とを備えている。この絶縁体はこの発明にも
とづき、相対誘電率ε_rが少なくとも２であり厚さ
が大きくとも100μｍであるプラスチツク材料か
らなる平滑な絶縁フイルムを所定の巻付け張力で
ガス密に巻付けて作られている。絶縁体３の中に
は、さらに相互に同心にかつ相互に絶縁されて配
置された電位調整中間層７ないし１０が一緒に巻
込まれており、この層は図中には軸に平行な線で
示されている。電位調整中間層はたとえばアルミ
ニウムなどの金属からなる箔とすることができ、
その厚さは大きくとも隣接するプラスチツクフイ
ルムの厚さと同じとするのが良い。また適切な金
属を表裏に張つた塩化ビニール（PVC）、ポリエ
チレン（PE）、ポリプロピレン（PP）又はポリ
カーボネート（PC）のようなプラスチツクのフ
イルムも電位調整中間層として適している。さら
にプラスチツクフイルムのあらかじめ定められた
範囲に薄い金属層を蒸着しておくことにより、電
位調整中間層を形成しかく積層したフイルムで絶
縁体を巻くこともできる。電位調整中間層は、絶
縁体３の傾斜した側面４，５に沿つて内から外に
向かつてほぼ直線的な電位降下を形成するよう、
相互に段階付けて配置するのが良い。その際側面
４及び５におけるかかる電位特性は、周知のよう
に個々の電位調整中間層の半径方向間隔並びにそ
の軸方向長さの適切な選択によつて得られる（た
とえば米国特許第3462545号参照）。そこで、符号
８及び９で示した内部の導体近傍の電位調整中間
層はほぼ上記の高電圧の電位にあるが、円筒表面
６に近い最外側の電位調整中間層１０は接続線１
１を介し大地電位にある。

この発明にもとづく高電圧ブツシングの運転状
態においては、そのガス密に巻かれた絶縁体３は
耐電圧強度を高めるために大気圧以上に加圧され
た絶縁媒体の中に置かれている。適した媒体はた
とえば特殊な油又はSF₆かN₂のようなガスであ
る。この場合は絶縁媒体の絶縁体への浸透は実際
には起きない。図に示した実施例では絶縁体３の
周囲はSF₆ふん囲気としてある。

極低温にある装置、たとえば超電導ケーブルの
端末閉鎖部のために高電圧ブツシングが設けられ
るときには、絶縁体はたとえばガス状又は液状の
ヘリウムのような冷媒に囲まれることもありう
る。

この発明にもとづき巻付けられた絶縁体の形状
は、第１図の符号１３で示した絶縁体部分の拡大
断面図である第２図に詳細に示されている。ここ
で第１図と同一の部分は同一の符号が付けられて
いる。

この発明にもとづく高電圧ブツシングの絶縁体
３は第２図に軸方向断面を示した部分１３により
平滑なプラスチツクフイルムからなる巻付けられ
た多数の層を有し、その内２，３の層が図中で符
号１４が付けられている。かかるフイルムは絶縁
体の軸方向長さに等しい幅を有しているので、一
つの層の中で高電圧ブツシングの電気的特性値を
低下させる突合せや重なりやガス空隙を避けるた
めに、これらの層はフイルムのただ１条のパスで
巻付けられるのが良い。たとえば３ｍの幅のフイ
ルムがあれば525kVの電圧水準までに間に合う。
６ｍ幅のフイルムではさらに高い電圧にまで達し
うる。さらに、フイルムがただ１条のパスで巻付
けられると加工機が比較的簡単になるという長所
が生じる。

絶縁体３はたとえば空気中でも巻かれうる。し
かしながら巻付け工程は保護ガスふん囲気中で行
なわれるのが特に良く、その際保護ガスとして後
に完成した巻付け部を囲むべき絶縁ガスたとえば
SF₆を用いるのが合理的である。巻付け過程にお
いて隣接する層１４が相互にガス密に接触するよ
うな巻付け張力がこの発明にもとづき用いられ
る。ガス密の接触は、この巻付け張力にもとづき
少なくとも0.5％のプラスチツクフイルムの伸び
が生じるときには、あらゆる場合に保証できる。
しかしながら巻付け張力はこの伸びが常に塑性域
の耐力以下にあるように制限されなければならな
い。このように強く巻付けられると、図中で二つ
の中間層７と１０とについてだけ示した電位調整
中間層の端の三角形隙間に形成されたガス空間１
５は非常に小さくなる。このために絶縁体の、し
たがつてブツシングの電気的特性値が改善され
る。電位調整中間層としてプラスチツクフイルム
上に蒸着された金属層が用いられるときは、この
層の端には実際的にガス空間は生じない。

非常に薄い調整中間層は、この層の範囲で直径
が増大しないのでさらに巻付けを容易にする。そ
のときは部分放電発生電圧値を低下させるおそれ
のあるフイラの巻込みは不要である。もしフイラ
フイルムを用いるならば、それは一般に巻付けフ
イルムより薄くてよい。

図示のこの発明にもとづく高電圧ブツシングの
実施例では、高電位にある導体が中心に配置され
て絶縁体により囲まれている。しかしながらこの
発明にもとづく高電圧ブツシングは、最外側の電
圧調整中間層が高電位にあり内部の心棒が大地電
位にある電気装置たとえば頂部変流器にも好適で
ある。

具体的な実施例として、直径70mmの高電圧を導
く鋼製の内部導体を囲む図相当の形状のこの発明
にもとづく145kV用ブツシングの絶縁体が作られ
た。その際内部導体の回りに両軸方向に伸長され
たポリプロピレンからなる1.3ｍの幅で40μｍの厚
さのフイルムが１パスで多層に空気中で巻付けら
れた。そのとき20μｍの厚さのアルミニユーム箔
からなる電位調整中間層が18層一緒に巻込まれ
た。巻付け張力としてフイルムパスの１ｍ幅当り
200Nと300Nとの間の値が設定され、そのときポ
リプロピレンフイルムは数パーセント伸び、また
その厚さは約１ないし2μｍ減つた。巻付けられ
た絶縁体の最大直径は134mmであつた。完成され
たブツシングの運転状態において、その絶縁体は
3.5barのSF₆ガス雰囲気中に置かれた。かかる絶
縁体は高い機械的強度を有しているので、120℃
の温度と100ｇを超える加速度の下でさえずれが
生じない。

〔発明の効果〕

高電圧の加わる中心導体とその回りに巻付けら
れた中空円筒形の絶縁体とを有する高電圧ブツシ
ングであつて、この絶縁体がプラスチツク材料の
フイルムを弾性範囲内の僅かな伸びを生じるよう
な張力を掛けながら巻付けられ、さらに導電性の
電位調整中間層を備えまた運転状態においてガス
状又は液状の絶縁媒体の中に置かれるものにおい
て、この発明によれば該絶縁体が電位調整中間層
を除き平滑なプラスチツクフイルムのみからな
り、このフイルムが実際的にフイルム間がガス密
となるような高い巻付け張力でもつて巻かれる。

したがつてこの発明にもとづく高電圧ブツシン
グにおいては、絶縁体を巻付けた後にこれに絶縁
媒体を浸透することは不要となる。このためフイ
ルムに特殊な加工たとえば節や形押しによる凹凸
を付けることが不要となり、また巻付け後の真空
引き絶縁媒体注入の工程が省略されうる。また平
滑なフイルムを高い巻付け張力で巻付けるので、
フイルムの加熱前処理を行なわなくても、70℃を
超える高い運転温度で絶縁体が緩んで機械的強度
が低下したり電位調整中間層が座屈して電気的強
度が低下する心配がない。絶縁媒体を注入してい
ないにもかかわらず、このガス密に巻かれた絶縁
体の電気的特性値たとえば部分放電発生電圧は、
後に浸透した巻付け部に較べて実際上低下しない
ことが意外にも判明している。それどころかこの
発明にもとづく絶縁体の耐サージ電圧強度は有利
に高められている。なぜならば、電位調整中間層
の縁がガス密に閉鎖され、そのため巻付け部の表
面へのガス中放電が防止されるからである。これ
に対して、調整中間層と外周の絶縁ガスとの間の
かかるガス密の分離は、後に浸透する型のすべて
の巻付け部では不可能である。さらには、高い巻
付け張力のために、電位調整中間層の端のガス空
間が非常に小さく保たれる。このことは巻付け部
の電気的特性値を改善する。さらに、市販の平滑
なプラスチツクフイルムを使用することにより、
絶縁体の製法が極度に単純化され安価となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明にもとづく高電圧ブツシング
の軸方向断面略図、第２図は第１図に示す高電圧
ブツシングの部分１３の拡大詳細図、である。 図面において、２は導体、３は絶縁体全体、
７，１０は電位調整中間層、１２は絶縁媒体、１
４はプラスチツクフイルム、である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 少なくとも100kV、優先的には少なくとも
   200kVの高電圧が加わる導体と中空円筒形の巻付
   けられた絶縁体とを有する高電圧ブツシングであ
   つて、該絶縁体が誘電率が少なくとも２で厚さが
   大きくとも100μｍのプラスチツク材料のフイル
   ムからなる層を有し、このフイルムがその弾性範
   囲内の僅かな伸びの下に定められた巻付け張力で
   巻付けられ、さらに該絶縁体が導電性の電位調整
   中間層を備え、また該絶縁体が運転状態において
   ガス状又は液状の絶縁媒体の中に置かれるものに
   おいて、電位調整中間層を除き平滑なプラスチツ
   クフイルムのみからなる該絶縁体が実際的にガス
   密となるような高い巻付け張力でもつて巻かれる
   ことを特徴とする高電圧ブツシング。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載のブツシングに
   おいて、前記プラスチツクフイルムの伸びが少な
   くとも0.5％であり、かつ塑性範囲の耐力以下に
   あることを特徴とする高電圧ブツシング。 ３ 特許請求の範囲第１項又は第２項に記載のブ
   ツシングにおいて、前記絶縁体が大気圧以上の絶
   縁媒体中に置かれることを特徴とする高電圧ブツ
   シング。 ４ 特許請求の範囲第１項から第３項までのいず
   れかに記載のブツシングにおいて、前記絶縁体が
   その最小幅がこの絶縁体の軸方向長さに等しいプ
   ラスチツクフイルムのただ１条のパスにより巻か
   れることを特徴とする高電圧ブツシング。 ５ 特許請求の範囲第１項から第４項までのいず
   れかに記載のブツシングにおいて、電圧調整中間
   層の厚さが大きくともプラスチツクフイルムの厚
   さに等しいことを特徴とする高電圧ブツシング。 ６ 特許請求の範囲第１項から第５項までのいず
   れかに記載のブツシングにおいて、電圧調整中間
   層としてプラスチツクフイルムのあらかじめ定め
   られた範囲に蒸着した薄い金属層が設けられるこ
   とを特徴とする高電圧ブツシング。 ７ 特許請求の範囲第１項から第６項までのいず
   れかに記載のブツシングにおいて、前記絶縁体が
   絶縁ガス又は保護ガス中で巻付けられたことを特
   徴とする高電圧ブツシング。