JPH0274108A - 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、変電所、開閉所などに使用されるガス絶縁開
閉装置などの高電圧機器に係り、特に高電圧機器内に発
生する断路器サージや、送電線から高電圧機器に侵入す
る雷サージなどの怠峻彼サージを抑制可能とした高電圧
機器に関する。

（従来の技術） 近年、変電所に用いられる高電圧回路の開閉装置として
、ガス絶縁開閉装置が広く使用されている。このガス絶
縁開閉装置は、母線、遮断器、断路器などの主要機器及
びその他の付属設（イΔを接地金属容器内に収納し、こ
の接地金属容器内に、Ｓ比ガスなどの、安定度が高く、
不活性、不燃性、無臭、烈吉であり、且つ空気の２〜３
倍の絶縁耐力を有ｆる絶縁性ガスを封入して機器を絶縁
保持し、１」Ｎ迂回路用の開閉装置としたものである。

このような機器は、一般に同軸構造で、その内部に発生
じた（〕“−ジはほと／Ｖど減衰することなく伝播づ−
る。断路器や遮断器の操作によりカス絶縁開閉装置内に
高周波サージが発生す？）ことはよく知られた事実であ
る。特に断路器の操作時に波頭の立ち上がり部分が３〜
５ｎｓで、それに続く数ＭＨ２の高周波撮動の最大ピー
ク値が常時運転電圧の波高値の２倍以上（２，Ｏｐｕ以
上）なるサージ電圧が発生し得る。このサージの急峻な
波頭部分が原因となって、オイルブッシングが絶縁破壊
事故を起こした例や、サージの波高値が原因となって断
路器極間アークから接地金属容器への地絡事故を起こし
た例が報告されている。また、これらのサージはガス絶
縁開閉装置の接地系に誘導され、様々な電波障害や、低
圧制御回路の破壊事故を引き起こす原因となる。従って
、ガス絶縁開閉装置内に発生する高周波サージをなんら
かの手段で押える必要がある。

断路器操作時に発生する高周波サージを押える一方法と
して、第４図に示す方法が、特開昭６１−２２７３２５
号公報にて示されている。

ここで、第４図はガス絶縁開閉装置の断路器７の断面図
である。図中１は接地金属容器、２はこの接地金属容器
１の取付けられた絶縁スペーサで。あり、接地金属容器
１内は密封され、絶縁ガス３が封入されている。接地金
属容器１内には一対の固定電極（第１、第２の固定電極
＞４ａ、４ｂが、その軸線が一致するように近接対向し
て配されると共にそれぞれ前記絶縁スペーサ２により支
持されている。第１、第２の固定電極４ａ、４ｂは中空
であり、内周面に接触子５ａ、５ｂが設けられている。

第２の固定電極４ｂ内には外周面を接触子５ｂに接し且
つ第２の固定電極４ｂの軸方向に摺動可能な可動電極６
が設けられており、この可動電極６の先端にはアークコ
ンタクト８が設けられている。また、接地金属容器１の
外部には操作機構１０が設けられ、この操作機構１０の
操作力は操作棒９を介して前記可動電極６に伝達され、
可動電極６を第１の固定電極４ａ方向に進退操作できる
ようになっていて、これにより、可動電極６と、第１の
固定電極４ａとを接離できるようになっている。なお、
図中１１は第１、第２の固定電極４ａ、４ｂに接続され
た高電圧導体、１２は接続電極である。そして、断路器
極間の両側には、第１、第２の固定電極４ａ、４ｂを包
囲するように、磁性材からなる円筒状の構造体（磁性材
リング）１３ａ、１３ｂが設置され、磁性材リング１３
ａ、１３ｂの有する大きなインダクタンス成分により、
サージを吸収し、断路器７の外側にサージが伝播するの
を防止するようになっている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、以上のような従来の断路器には、以下の
ような欠点が存在する。

即も、断路器は、ガス絶縁開閉装置内に多数設置されて
いるため、全ての断路器に磁性材リングを設置しようと
すると多数の磁性材リングが必要となり、ガス絶縁開閉
装置そのものが高価となる欠点がある。

また、複雑な機構を有する断路器に磁性材リングを設置
した場合、信頼性の低下を生じ易く、断路器が大型化す
る欠点もある。

ざらに、第４図に示すように、磁性材リング１３ａ、１
３ｂを断路器７の接点近傍に設置した場合、断路器７の
接点で発生したステップ状の進行波は、直線状に進行し
、磁性材リング１３ａ、１３ｂに侵入する。従って、磁
性材リング１３ａ。

１３ｂに侵入するサージは、発生当初の波形をそのまま
保ら、非常に高い周波数成分を含んでいる。

この場合、磁性材リング１３ａ、１３ｂによる大きなイ
ンダクタンス成分により、高い周波数成分については、
この部分が開放端となり、進行波の２倍の電圧が発生す
る。この場合、磁性材リング１３ａ、１３ｂの断面の周
方向にも大きな１ターン電圧が発生する。この１ターン
電圧は、周波数が高ければ高い程大きくなる。特に、断
路器極間で発生したステップ状の進行波は、そのままの
急峻度を保って磁性材リング１３ａ、１３ｂに侵入する
ので、磁性材リング１３ａ、１３ｂには大きな１ターン
電圧が係り、また、周波数が高くなる程、磁性材１３ａ
、１３ｂに印加される電圧範囲が局在化し、小さな領域
に大きな電圧が印加されるようになり、絶縁設計が困難
となると同時に、信頼性が低下する。

ところで、以前から、磁性材は、変圧器などに使用され
てきたが、このような磁性材は、磁束密度−磁界（Ｂ−
Ｈ）ループが角形なものほど良質とされてきた。例えば
、高周波特性の良好なフェライトなども良好な角形ルー
プを有している。しかしながら、高電圧機器の急峻波サ
ージ抑制の目的で使用する磁性材としては、Ｂ−Ｈルー
プが角形であると、問題を発生することが確認されてい
る。即ち、第４図に示される磁性材リング１３ａ。

１３ｂは１ＭＨｚ程度以上の高周波に対して大きなイン
ダクタンスを有するように設計されるため、５０Ｈ２や
６０Ｈｚの交流電流に対しては必ず飽和状態となる。一
方、断路器を開極する前には、必ず遮断器を動作させ、
電流を遮断するため、磁性材リング１３ａ、１３ｂは、
飽和状態から磁界が零の状態へと移行する。ここで、も
し磁性材リング１３ａ、１３ｔ）のＢ−Ｈループが第７
図の２１の曲線に示されるような角形であると、飽和状
態から磁界Ｈが零となっても、磁束密度Ｂは大きな値を
保つことがわかる。この状態で、断路器を動作させた時
、断路器サージ電流が、磁性材リング１３ａ、１３ｂの
磁化方向と逆方向ならば、大きな抑制効果が１９られる
が、もし同方向のサージが発生した場合には、磁束密度
Ｂの変化はなく、磁性材リング１３ａ、１３ｂはインダ
クタンス成分を示さず、もはや、サージ抑制効果はなく
なる。

このような磁性材リング１３ａ、１３ｂの飽和は、交流
電流のみならず、急峻波サージによっても起こり得る。

というのは、磁性材を最も効率よく使用するためには、
その飽和状態近傍で使用するように設計するからである
。そして、磁性材リング１３ａ、１３ｂは、急峻波サー
ジによって飽和した場合にも、前記と同様の過程で、サ
ージ抑制効果を失ってしまう。

本発明は、上記のような従来技術の課題を解決するため
に提案されたものでおり、その目的は、高電圧機器内で
発生する急峻波サージや、高電圧機器に侵入する急峻波
サージを効果的且つ確実に抑制可能で、しかも信頼性が
高く、製造コストが低く、小型・簡略な構成の、優れた
高電圧機器を提供することである。

［発明の構成］ （ｉ、１１題を解決するための手段） まず、請求の範囲第１項記載の高電圧機器は、接離可能
な接点と電力ケーブルとを接続する高電圧導体の周囲に
磁性材リングを設置することを特徴としている。

次に、請求の範囲第２項記載の高電圧機器は、高電圧導
体を包囲するように磁性材リングを設置し、この磁性材
リングとして、前記高電圧導体に流れる電流によって形
成される磁界方向に直交する方向の磁界を加えて熱処理
された磁性材リングを使用することを特徴としている。

（作用） まず、第１項記載の高電圧機器の作用は以下の通りであ
る。

即ち、ガス絶縁開閉装置の断路器を動作させた際、サー
ジの大きざが運転電圧の波高値を越えるのは、ガス絶縁
開閉装置内でサージの負反射を与えるサージインピーダ
ンスが不連続的に存在するためであり、さらに、このよ
うな負反射を与える最も顕著な部分がガス絶縁開閉装置
と電力ケーブルを接続している点である。第１項記載の
高電圧機器は、この接続点である高電圧導体に磁性材リ
ングを設置しているため、磁性材の有するインダクタン
ス成分により、この接続点が開閉端に近くなり、負反射
は発生しなくなる。従って、ガス絶縁開閉装置のサージ
レベルを小さくすることができる。この場合、各断路器
に磁性材リングを設ける構成に比べ、磁性材リングの数
を低減でき、しかも、単純な構造の母線に磁性材、リン
グを設置することにより、信頼性を向上できる。また、
磁性材リングを、断路器接点から大きく離れた場所に設
置することにより、磁性体リングに侵入するまでに、サ
ージの波頭を大きく鈍らせ、磁性体リングが絶縁破壊を
起こす危険性をなくせるため、この点でも信頼性を向上
できる。

次に、第２項記載の高電圧機器の作用は以下の通りでお
る。

即ち、電流によって形成される磁界方向に直交する方向
の磁界を加えて磁性材リングを熱処理することにより、
Ｂ−Ｈループが角形ではなくなり、磁界が零となれば磁
束密度も零近傍となるような特性が得られる。従って、
どのような極性の急峻波サージに対しても、サージ抑制
効果を得ることができるようになる。

（実施例） 以下に、本発明による高電圧機器の実施例を図面を参照
して具体的に説明する。

（Ｄ第１項記載の発明による実施例 第１図の実施例においては、ガス絶縁開閉装置２０の２
本の主母線１７ａ、１７ｂに第１、第２の断路器７ａ、
７ｂが接続されており、両断路器７ａ、７ｂには、遮断
器１６が接続され、ざらに、高電圧導体１１を介して接
続点１５にで電力ケーブル１４が接続されている。電力
ケーブル１４の先には、変圧器（図示せず）が接続され
るのが一般的でおる。そして、遮断器１６と電力ケーブ
ル１４とを接続している高電圧導体１１の外周に、磁性
材リング１３が設置されている。なお、図中１８は、接
地金属容器１を支持する架構１８である。

以上のような構成を有する本実施例の作用を、第２図及
び第３図を参照して説明する。なお、第２図（Ａ）及び
第３図（Ａ）においては、説明を簡単にするためにガス
絶縁開閉装置を直線の線路として示している。第２図（
Ａ＞において、ＤＳは断路器、Ａ点は負荷側母線の開放
端、コンデンサＣは電力ケーブルの容量を表している。

第２図（Ｂ）は、負荷側母線に一１ｐｕ（１ｐｕは運転
交流電圧の波高値）が残留し、電源側母線に＋１ｐｕが
印加された時点で断路器ＤＳを閉じた場合のＡ点のサー
ジ波形を示す図である。この図から、最大３ｐｕの電圧
が発生することがわかる。このように大きな電圧が発生
する理由は、コンデンサＣによりサージの負反射が発生
し、サージの極性が反転するためである。見方を変えれ
ば、コンデンサＣにチャージした電荷が、母線に流れ込
むためであるとも言える。

この場合、本実施例では、電源側母線のＢ点に磁性材リ
ングを設置していることにより、高周波に対してはＢ点
が開放端となるため、第３図（Ａ）゛に示すような等価
回路となる。この場合、前記と同様に、断路器ＤＳの閉
極によるＡ点のサージ波形を求めると、第３図（Ｂ）の
ようになり、波高値が＋１ｐｕを越えないことがわかる
。

以上のように、本実施例においては、断路器サージを効
果的に抑制できる。また、１箇所の磁性材リング１３に
よって多数の断路器に対して有効であるため、各断路器
毎に磁性材リングを設ける場合に比べ、磁性材リングの
数を少なくできるため、構成の簡略化、コストの低減に
貢献できる。

また、構造の単純な母線に磁性材リング１３を設置して
いるので、構造の複雑な断路器に設けた場合に比べて信
頼性を向上できる。ざらに、磁性材リング１３の設置位
置が、断路器接点から大きく離れているため、磁性体リ
ング１３に侵入するまでに、サージの波頭が大きく鈍り
、磁性体リングが絶縁破壊を起こす危険性がなくなって
いる。

なお、前記実施例においては、単相の／Ｈ線に磁性材リ
ングを設置する構成としたが、３相−括母線において、
３相の高電圧導体を一括して包囲するように磁性材リン
グを設置する構成も同様に可能である。この場合には、
磁性材リングを貫通する交流電流の総和が零となるため
、交流電流による磁性材リングの飽和の問題がなくなり
、常に確実な動作を得られる。

■第２項記載の発明による実施例 第５図に示すように、アモルファス合金のフィルムを絶
縁フィルムと共に円筒状に多数回巻回し、その中心軸方
向に磁界を印加して熱処理（焼鈍）を施し、磁性材リン
グ２３を製造する。

このような熱処理を施した磁性材リング２３の８−Ｈル
ープは、第７図２１に示すようになる。

同図から、磁界が零となれば、磁束密度もほぼ零に近く
なり、また、磁界Ｈの強度に伴う透磁率μ＝Ｂ／Ｈの変
化も少ないことがわかる。

従って、第５図の磁性材リング２３を第４図に示すよう
な断路器７の両側の磁性材リング１３ａ。

１３ｂに適用した場合、どのような極性の急峻波サージ
に対しても、磁性材リング２３は確実にインダクタンス
を示し、急峻波サージを、確実且つ効果的に抑制する。

なあ、本発明は、前記実施例の磁性材リング２３に限定
されるものではなく、例えば、第６図に示すように、円
環形状の薄い板を多数重ね、直径方向に磁界を印加して
熱処理する構成の磁性材リング２４を使用することも可
能である。

また、以上のような磁性材リング２３．２４は、高電圧
機器の高周波サージを抑制する目的として使用する場合
、断路器の接点部に限らず、どのような高電圧導体の周
囲に設置しても同様の効果を得られる。例えば、第８図
に示すように、架空送電線２５からガス絶縁開閉装置２
０１．：急峻な雷インパルスが侵入するのを防止するた
め、磁性材リング１３を設置する方法が、特開昭６２−
６０４０７号公報にて示されている。この場合、磁性材
リング１３は、３相の高電圧導体を一括して包囲してい
るので、交流電圧により飽和することはない。しかしな
がら、この構成において、磁性材リング１３のＢ−Ｈル
ープが角形であると、最初に浸入した雷サージの波尾に
より飽和し、２回目に侵入する雷サージが１回目のサー
ジと同極性である場合に、サージ抑制効果を得られない
。これに対し、本発明の磁性材リング２３．２４を使用
した場合には、どのような極性の雷サージが侵入しよう
と、常にサージ抑制効果を得られる。なお、第８図中２
６はブッシング、２７は非直線抵抗器でおる。

また、第９図に示すように、ガス絶縁開閉装置２０と変
圧器２８とを接続する高電圧導体１１に磁性材リング２
３　（２４＞を設置する構成も可能でおり、同様に変圧
器２８を保護できる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、磁性材リングの
配置箇所を工夫し、また、磁性材リング自身の構造を改
良することにより、高電圧機器内に発生する急峻波サー
ジや、高電圧機器に侵入する急峻波サージを効果的且つ
確実に抑制可能で、しかも信頼性が高く、製造コストが
低く、小型・簡略な構成の、優れた高電圧機器を提供で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例によるガス絶縁開閉装置を示
す一部断面正面図、第２図及び第３図は本発明の作用を
示す図であり、第２図（Ａ＞及び第３図（Ａ＞は回路図
、第２図（Ｂ）及び第３図（Ｂ）は波形図、第４図は本
発明を適用可能な従来の断路器を示す断面図、第５図及
び第６図は本発明に′使用する磁性材リングを示す断面
図、第７図は磁性材リングのＢ−Ｈループを示す特性図
、第８図は本発明を適用可能な従来のガス絶縁開閉装置
を示す一部断面正面図、第９図はガス絶縁開閉装置と変
圧器との接続部に本発明を適用した一実施例を示す一部
断面正面図である。 １・・・接地金属容器、２・・・絶縁スペーサ、３・・
・絶縁ガス、４ａ、４ｂ・・・固定電極、５ａ、５ｂ・
・・接触子、６・・・可動電極、７，７ａ、７ｂ・・・
断路器、８・・・アークコンタクト、９・・・操作棒、
１０・・・操作機構、１１・・・高電圧導体、１２・・
・接続電極、１３゜１３ａ、１３ｂ、２３．２４・・・
磁性材リング、１４・・・電力ケーブル、１５・・・接
続点、１６・・・遮断器、１７ａ、１７ｂ・・・主母線
、１８・・・架構、２０・・・ガス絶縁開閉装置、２１
・・・角形のＢ−Ｈループ、２２・・・本発明の磁性材
リングの角形でない８−Ｈループ、２５・・・架空送電
線、２６・・・ブッシング、２７・・・非直線抵抗器、
２８・・・変圧器。 第 図 第 閃 第７図 簗５図 Ｈ 第６図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）絶縁性ガスを封入した接地金属容器内に高電圧導
   体を配置した高電圧機器において、 前記高電圧機器が、少なくとも一対の接離可能な接点と
   、この接点と電力ケーブルとを接続する高電圧導体とを
   有し、この高電圧導体を包囲するように磁性材リングを
   設置したことを特徴とする高電圧機器。
2. （２）絶縁性ガスを封入した接地金属容器内に高電圧導
   体を配置した高電圧機器において、 前記高電圧導体を包囲するように磁性材リングを設置し
   、この磁性材リングとして、前記高電圧導体に流れる電
   流によって形成される磁界方向に直交する方向の磁界を
   加えて熱処理された磁性材リングを使用することを特徴
   とする高電圧機器。