JPH0217809A - 高電圧機器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、ガス絶縁管路母線によって、変圧器と接続さ
れた高電圧機器に関するものである。

（従来の技術） 変電所に用いられる高電圧回路の開閉装置として、近年
、ガス絶縁開閉装置が広く用いられている。このガス絶
縁開閉装置は、母線、遮断器、断路器を始めとして、そ
の他の付属設備を接地金属容器の中に収納し、この接地
金属容器内に封入した安定度が高く、不活性、不燃性、
無臭、無害であり、且つ、空気の２〜３倍の絶縁耐力を
有するＳＦ６ガス等の絶縁性ガスで絶縁保持し、高圧回
路の開閉装置としたものである。

この様な機器は一般に同軸構造で、その内部に発生した
サージはほとんど減衰することなく伝搬する。断路器や
遮断器の操作により、ガス絶縁開閉装置内に急峻波サー
ジが発生することは良く知られた事実である。特に、断
路器の操作時に、波頭の立上がり部分が４〜５ｎｓの、
非常に急峻なサージが発生する。

ところで、上述した様なガス絶縁開閉装置は、従来、第
６図に示した様にして変圧器と接続されていた。即ち、
ガス絶縁開閉装置１と変圧器２とは、ブッシング３，３
−を介して架空線４で接続されていた。

この場合、ガス絶縁開閉装置１で発生する急峻波サージ
は、ブッシング３，３−の有する容量及び架空線４の有
するインダクタンスの影響で、その波頭がなまり、しか
も、この急峻波ナージは、架空線４の有する大きなサー
ジインピーダンスの影響で、変圧器本体２には侵入しに
くく、レベルそのものもガス絶縁開閉装置１内で発生す
る値よりかなり低かった。

しかし、近年、ガス絶縁開閉装置と変圧器とをガス絶縁
母線で接続することにより、変電所全体の縮小化が計ら
れている。待に、従来、変圧器の絶縁媒体として使用さ
れていた鉱物油に代って、不燃性という利点を生かして
、ＳＦ６ガス等の絶縁ガスを媒体としたガス絶縁変圧器
の採用が検討されている。この様な変圧器においては、
同じ絶縁媒体を有するガス絶縁開閉装置との接続は、ガ
ス絶Ｂ母線を用いることが非常に有効となる。

また、上述した様なガス絶縁開閉装置に接続される変圧
器としては、大容量のものまで製作可能な、シート巻線
を使用したセパレート式ガス絶縁変圧器が有望である。

さらに、近年の地価の高騰で、変圧器を地下に設置する
場合が多くなってきており、輸送制限や、現地での組立
等の観点から、主変圧器と負荷時電圧調整器は別に配設
されるものが有力で、これら主変圧器と負荷時電圧調整
器は絶縁管路で接続されている。

第７図に、上述した様な変圧器及びガス絶縁開閉装置の
配置例を示した。即ち、遮断器、断路器等を含むガス絶
縁開閉装置１が、管路母線５を介して主変圧器２と接続
されている。また、主変圧器２は管路母線６を介して負
荷時電圧調整器７に接続されている。さらに、主変圧器
２とガス絶縁開閉装置１との間には、避雷器８が配設さ
れている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上述した様な構成を有する従来の高電圧
機器においては、以下に）ボベる様な解決すべき課題が
あった。

即ち、カス絶縁開閉装置内に発生する急峻波サージは、
その急峻な立上がりを保ったまま、変圧器内部に侵入す
る。一般に、変圧器は架空線で接続されていた場合の侵
入サージの立上がり時間、数十ｎｓ程度以上のサージに
対しては、電位が適切に分布するように設計されている
が、第７図に示した様に、管路母線によって直接変圧器
に接続されている様な高電圧機器に生じる、立上がり時
間が５ｎｓの様な超急峻波に対しては、電位分布が適切
なものとならない。そのため、変圧器に種々のトラブル
を引きおこす原因となっていた。

また、複雑な変圧器の電位分布を、５ｎｓの様な超急峻
波にまで適切な値にすることは非常に困難であった。

ざらに、上述した様なシート巻線から成る主変圧器２に
おいては、巻線間の直列キャパシタンスが大きいため、
立上がりの早いサージ電圧に対しては、あたかも導体の
様にふるまい、主変圧器２と直列に接続された負荷時電
圧調整器７の分担電圧が大きくなる。

ところが、負荷時電圧調整器７は主変圧器２の低圧側（
中性点側）に接続されているため、絶縁レベルを低下さ
せた構成がとられており、上述した様な立上がりの早い
サージ電圧が侵入した場合、負荷時電圧調整器７に絶縁
破壊が生じる危険性があった。

本発明は以上の欠点を解消するために提案されたもので
、その目的は、ガス絶縁変電所において、高電圧機器の
動作によって発生する高周波サージによって、変圧器等
の構成機器が絶縁破壊を起こさないようにした高電圧機
器を提供することにおる。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明の高電圧機器の第１実施例は、高電圧変圧器と他
の高電圧機器を接続する管路母線において、その内部に
配設された高電圧導体を包囲するように、磁性材を設け
たものである。

また、本発明の第２実施例は、高電圧機器に接続された
変圧器と、負荷時電圧調整器とが管路母線によって接続
され、その内部に配設された高電圧導体を包囲するよう
に、磁性（Ａを設けたものである。

（作用） 本発明の高電圧機器によれば、高電圧は器と変圧器の間
、または、変圧器と負荷時電圧調整器との間に磁性材を
配設スることにより、高周波サージのステップ波の波頭
をなまらせることができる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を第１図乃至第５図に基づいて
具体的に説明する。なお、第６図及び第７図に示した従
来型と同一の部材には同一の符号を付し、説明は省略す
る。

■第１実施例 本実施例においては、第１図に示した様に、ガス絶縁開
閉装置１と変圧器２とが管路母線５を介して接続されて
いる。この管路母線５の接地金属容器１０の内部に配設
された高電圧導体１１の変圧器２の近傍周囲に、略円筒
状の磁性材１２が配設されている。

まｌ乙前記磁性月１２とガス絶縁開閉装＠１の間には、
非線型抵抗器１３が配設されている。

この様な構成を有する本実施例の高電圧機器においては
、以下に述べるようにして高周波サージか抑制される。

即ち、接地金属容器１０の内部に配設される磁性材１２
は、一般に大きな比透磁率を有する。例えば、鉄を主成
分とするアモルファス合金は、１００ｋＨｚにおいては
、ｕ　＝＝　２００００でおり、真空中の２００００倍
の磁束か発生することになる。従って、この様な磁性体
１２を接地金属容器１０の内部に設置しておけば、この
部分のインダクタンスがかなり大きくなる。例えば、外
径５０ｃｍ、厚さ４ｃｍ、長さ１ｍのアモルファス合金
が持つインダクタンスは、 Ｌ−μθμ／２π・０−　ｎ　（ｄｏ　／ｄｉ　　）−
７００（μＩ−１〉　　　・・・（１）ただし、μ０：
真空中の透磁率、 μｍ２００００゜ ｄｏ　：＠仕材１２の外径、 ｄ　：磁性材１２の内径、 愛ｎ（）：自然対数 となる。この大きなインダクタンスは、断路器の再点弧
時に光生する波頭長が４ｎｓ〜５ｎｓのステップ波の波
頭をなまらせる作用を有する。

この点を第２図に示す等価回路によって説明する。即ら
、図中１５は、（１）式で与えられる磁性材１２の等価
インダクタンス、１６は変圧器の入力インピーダンスで
、この等価的な抵抗に流れる電流が、変圧器内に侵入す
るサージを表している。また、１７は断路器極間の再点
弧によるステップ波電圧を示している。

この様な等価回路において、１＝０でステップ波が発生
したとして、次の回路方程式（２）を解けば、抵抗１６
に流れる電流１が求められる。

Ｌ　・（ｄｉ　／ｄｔ　）　十Ｒｉ　＝Ｖ　　　−（２
＞ｔ＝Ｑでｉ＝Ｑなる初期条件を満足する（２）式％式
％ このｉの変化を第３図に示した。ここでＬの値を（１）
式で与えられる７００μＨとすれば、股的なカス絶縁変
圧器の高周波に対する入力インピーダンスは７０Ω程度
であるので、ｉの波頭部分の立上がり時間は、７００／
７０＝１０　（μ秒）となり、インダクタンスのない場
合に比へて２０００倍になっている。

この様に、変圧器に入力される急峻波サージの波頭の部
分の立上がり時間を、大幅に遅くすることができるので
、変圧器の電位分布を適切なものとすることができる。

また、略円筒状の磁性材１２を、非線型抵抗器１３より
変圧器２側に設置することには、以下に述べる２つの重
要な意味がある。

即ち、第１点は、サージの大きざを非線型抵抗器１３で
制限してから、磁性材１２でざらに波形をなまらせる方
が、より大きな効果が得られることである。また、磁性
材１２によって高周波成分が反則されるので、磁性材１
２の入口部近傍は、侵人波と反射波とが重畳して電圧が
２倍となる。

この反射サージは非線型抵抗器１３に吸収されるので、
サージを効果的に減衰することができる。

それと同時に、磁性材１２によって反射された高周波サ
ージが、ガス絶縁開閉装置１に再侵入することも防止で
きる。

＊他の実施例＊ なあ、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
く、第４図に示した様に、三相−括形管路母線にも適用
できる。即ち、接地金属容器２０ａ内に三相の高電圧導
体２１ａ、２１ｂが配設され、その導体周囲に磁性材２
２が設けられている。

この場合には、磁性材２２内部を流れる交流電流の総和
がゼロとなるので、磁性体の発熱等を考慮する必要がな
い。

また、磁性材２２は通常の交流電流で飽和状態となるこ
とはなく、送電線からの雷パルスのような単極性のサー
ジが侵入しても、効果的にサージを無力化することがで
きる。

■第２実施例 本実施例においては、第５図に示した様に、主変圧器２
に負荷時電圧調整器７が接続され、両者間に配設される
管路母線６の接地金属容器３０内の内部に配設された高
電圧導体３１の周囲に、略円筒状の磁性材３２が配設さ
れている。

また、ガス絶縁開閉装置１と主変圧器２との間には、非
線型抵抗器１３が配設されている。

この様な構成を有する本実施例の高電圧機器においては
、以下に述べるようにして高周波サージが抑制される。

即ち、接地金属容器３０の内部に配設される磁性材３２
は、一般に大きな比透磁率を有する。例えば、鉄を主成
分とするアモルファス合金は、１００　ｋ　Ｈｚにおい
ては、μｍ２００００であり、真空中の２００００倍の
磁束が発生することになる。従って、この様な磁性材３
２を接地金属容器３０の内部に設置しておけば、この部
分のインダクタンスがかなり大きくなる。例えば、外径
５０ｃｍ、厚さ４ｃｍ、長さ１ｍのアモルファス合金が
持つインダクタンスは、 Ｌ−μ０μ／２ｙｒ　−（Ａｎ　（ｄｏ　／ｄｉ　　）
＝７００　（μＨ）　　・・・（１） ただし、μ０：真空中の透磁率、 μｍ２００００゜ ｄｏ：強磁性材３２の外径、 ｄｉ　：強磁性材３２の内径、 吏ｎ（）：自然対数 となる。この大きなインダクタンスは、第１実施例に示
したと同様に、断路器の再点弧時に発生する波頭長が４
ｎｓ〜５ｎｓのステップ波の波頭をなまらせる作用を有
する。

その結果、本実施例においても、第１実施例と同様に、
負荷時電圧調整器７に入力される急峻波サージの波頭の
部分の立上がり時間を、大幅に遅くすることができるの
で、負荷時電圧調整器の電位分布を適切なものとするこ
とができる。

また、一般に、上述した様なアモルファス合金を磁性材
として用いる場合、その厚さが極めて薄いため、積層し
て用いなければならず、端部に角部が形成される。この
様な角部には電界の集中が起こりやすく、絶縁破壊を生
じる。そのため、この様な角部には、通常、電界緩和用
のシールドを配設する必要がある。

しかし、本実施例においては、負荷時電圧調整器７は、
主変圧器２の低圧側に設置されるため、第５図に示した
管路母線３０内の高電圧導体３１の対地電位は、ライン
電圧に比べて低くなっているため、電界緩和用のシール
ドを配設する必要もない。

＊他の実施例＊ なお、本発明は上）ホした実施例に限定されるものでは
なく、主変圧器はシート巻線を用いたものでなくても良
い。

［発明の効果］ 以上述べた様に、本発明によれば、高電圧機器と変圧器
の間、または、変圧器と負荷時電圧調整器との間に磁性
材を配設するという簡単な手段によって、高電圧機器の
動作によって発生する高周波サージによって、変圧器等
の構成機器が絶縁破壊を起こさないようにした高電圧機
器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の高電圧機器の第１実施例を示す側面図
、第２図は本発明の作用を示す等価回路、第３図は本発
明の効果を示すためのステップ波応答波形、第４図は本
発明の他の実施例を示ず断面図、第５図は本発明の高電
圧機器の第２実施例を示す側面図、第６図及び第７図は
従来の高電圧機器の溝成を示す側面図である。 １・・・ガス絶縁開閉装置、２・・・変圧器、３，３−
・・・ブッシング、４・・・架空線、５，６・・・管路
母線、７・・・負荷時電圧調整器、８・・・避雷器、１
０・・・接地金属容器、１１・・・高電圧導体、１２・
・・磁性材、１３・・・非線型抵抗器、１５・・・磁性
材の等価インダクタンス、１６・・・変圧器の入力イン
ピーダンス、１７・・・ステップ波電圧、２０・・・接
地金属容器、２１・・・高電圧導体、２２・・・磁性材
、３０・・・接地金属容器、３１・・・高電圧導体、３
２・・・磁性材。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）高電圧変圧器と他の高電圧機器を接続する管路母
   線において、その内部に配設された高電圧導体を包囲す
   るように、磁性材が設けられていることを特徴とする高
   電圧機器。
2. （２）高電圧機器に接続された変圧器と、負荷時電圧調
   整器とが管路母線によって接続され、その内部に配設さ
   れた高電圧導体を包囲するように、磁性材が設けられて
   いることを特徴とする高電圧機器。