JPH10304542A - ガス絶縁開閉装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】コンパクトで、しかもサージを有効に抑制する
サージ抑制手段を備えたガス絶縁開閉装置を提供する。 【解決手段】ガス絶縁開閉装置において、金属シース3
のフランジ5面に当接する電圧非直線部品14を、酸化亜
鉛を85%から98%を含んでいるセラミックスで形成し、中
心部に貫通孔が設けられている円盤状の形にし、貫通孔
のある面の両方に電極を形成し、かつ円盤状の外周側面
及び内周側面にガラス層を形成して、更に電極の少なく
とも片方に前記貫通孔と同等な貫通孔が設けられている
金属板を一体固定する。これにより、サージ抑制手段の
コンパクト化が図れ、商用周波の電圧に対しては絶縁で
き、かつ高周波サージを有効に抑制することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガス絶縁開閉装置
に係り、特に金属容器に発生するサージ電圧を抑制する
のに好適な金属容器間の絶縁構造を有するガス絶縁開閉
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】SF6ガスのような絶縁性ガスが封入され
た金属容器内に高圧導体を支持してなるガス絶縁開閉装
置においては、断路器・遮断器などの開閉時に接地系や
制御系に誘起される開閉サージのレベルを低減して、制
御装置や保護観察装置に悪影響を及ぼさないようにする
必要がある。

【０００３】このようなガス絶縁開閉装置の絶縁構造の
特徴は、常時は商用周波数の通電電流による数ボルト〜
数十ボルトの誘導電圧が誘起されるため、これによるボ
ルト部に電流が流れて発熱するのを防ぐため絶縁構造と
する必要がある。

【０００４】一方、断路器、遮断器等の開閉時には絶縁
部に数キロボルト〜数十キロボルトのサージ電圧が発生
するため、これに耐圧する必要があることである。これ
を満たすには絶縁部が大掛かりになるため、従来より以
下に述べる工夫がなされている。

【０００５】例えば、特開昭56−139013号公報に記載れ
ている構造がある。これは、図６に示すように、導体1
を絶縁性ガス2が密封された金属製の容器、例えば金属
シース3内に配設し、この金属シース3の接続部に絶縁挟
持されたスぺーサ4に導体1を支持させるようになってい
る。

【０００６】金属シース3とスぺーサ4との取り付け部に
は金属シース3と一体であるフランジ5があり、これら2
枚のフランジ5でスペーサ4を挟持し、ボルト、例えばス
タッドボルト6をスぺーサ4と2枚のフランジ5に貫通さ
せ、ナット7により締結している。

【０００７】そして、フランジ5の一方の貫通孔には絶
縁パイプ8が嵌合されスタッドボルト６とフランジ5とを
絶縁している。この絶縁パイプ8の外周でフランジ5の外
側には絶縁ワッシャ9が設けられており、さらにその外側
でナット7との間には金属ワッシャ10及びスプリングワ
ッシャ11が設けられている。

【０００８】絶縁パイプ8が嵌合された側と反対側のス
タッドボルト6にも同じように金属ワッシャ10及びスプ
リングワッシャ11が設けられており、金属シース3を保持
している。

【０００９】このように、金属シース3の接続部を絶縁
したうえで、さらにフランジ5と絶縁ワッシャ9及びワッ
シャ10とのそれぞれの間に接続バー12を挟持させて、こ
れらの接続バー12の先端間をコンデンサタイプのサージ
アブソーバ13によって接続させてインピーダンスを形成
しているものである。

【００１０】さらにまた、特開昭60−249808号公報で開
示された方法がある。これは、図７に示すように、フラ
ンジ5に設けられた穴部5aにサージアブソーバ13を埋め
込み、その一端はフランジ5に接している。突起5bは、
フランジ5に設けられ、スペーサ4のスペーサフランジ4a
に穿設された孔4bに貫入されて、サージアブソーバ13の
他端に接続されている。また、特開昭62-144511号公報記
載のように、絶縁ワッシャを非直線性の抵抗体で形成す
ることによってサージを抑制することが開示されてい
る。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、金属シ
ースに断路器開閉サージのような急峻波サージが誘導し
た場合、上記従来技術の内図６に示す構成では、外部ア
ブソーバ13を設けるため部品点数が増加し、しかも接続
バー12を有するため、結果的にこの外部アブソーバ13の
インピーダンスが大きくなり、そのため発熱の問題や、
サージ抑制の効果が不完全になるという問題がある。

【００１２】また、図７に示す構成では、フランジ5に
特殊な細工を施す必要があり、金属シース3の保持という
点で信頼性が確保できない、またフランジ5内部にサー
ジ抑制部品13が埋め込まれているため、本来の目的であ
るサージ抑制の効果は期待できないという問題がある。

【００１３】絶縁ワッシャを抵抗体で形成する方法で
は、具体的な構成が示されておらず、また、ボルト締め
する際の割れや、絶縁破壊に関する考慮もされておら
ず、さらに外気に晒されたときの信頼性に関しても考慮
されていない。

【００１４】すなわち、金属シース間の絶縁構造に必要
な条件は、商用周波の電圧に対しては絶縁。高周波サー
ジに対しては導通。コンパクトで信頼性の高い構成。の
３点であり、前記従来技術では十分な効果は期待できな
い。

【００１５】本発明の目的は、ガス絶縁開閉装置におい
て問題となるサージ抑制手段において、コンパクトで、
しかもサージを有効に抑制するサージ抑制手段を備えた
ガス絶縁開閉装置を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、ガス絶縁
開閉装置のサージ抑制手段について鋭意検討を進めた結
果、フランジ部に直接サージ抑制部品を接続すれば良い
こと、そしてこのサージ抑制部品が通常は絶縁性が高
く、一旦サージが誘起されたときには金属シースとほぼ
同じサージインピーダンスを持つようなセラミックスの
電圧非直線抵抗体が良いことを見い出した。

【００１７】さらに、セラミックスとしては、酸化亜鉛
を85%〜98%含有しているものが良いこと、同時にナット
などで締め付けたときにそのセラミックスが割れないよ
うに、端面には柔らかい金属板を一体接着したものが良
いことを見出した。

【００１８】本発明は、この事実を基に得られたもので
あり、その骨子は、絶縁ガスを封入した金属容器内に電
気導体を収納し、前記金属容器相互間または前記金属容
器と大地電位にある部材との間をスペーサを介してボル
トとスプリングワッシャと金属ワッシャと絶縁物とナッ
トとで接続してなるガス絶縁開閉装置において、前記金
属容器面に当接する前記絶縁物は、酸化亜鉛を85%から9
8%を含んでいる電圧非直線抵抗体で形成された電圧非直
線部品であり、該電圧非直線部品は、中心部に貫通孔が
設けられている円盤状で、前記貫通孔のある面の両方に
電極が形成され、かつ前記円盤状の外周側面及び内周側
面に高抵抗層が形成されており、更に前記電極の少なく
とも片方に前記貫通孔と同等な貫通孔が設けられている
補強板が一体固定されていることを特徴とする。

【００１９】また、本発明の他の特徴として、前記電圧
非直線部品は、商用周波交流電圧に対しては漏れ電流が
1mA以下となる絶縁性を示し、高周波サージ電圧に対し
ては動作電圧が前記大地電位にある部材との間の絶縁耐
圧レベルより低い電圧となる電圧非直線性を有すること
にある。

【００２０】また、本発明の他の特徴として、前記補強
板は、金属板であり、真鍮、銅、亜鉛、ニッケル、アル
ミニウム、インジウムのうちのどれか一つの材質で形成
されていることにある。

【００２１】また、本発明の他の特徴は、前記金属容器
面の前記電圧非直線部品が当接する部分を凹部に形成す
ることにある。

【００２２】また、本発明の他の特徴は、前記ボルトと
前記スプリングワッシャと前記金属ワッシャと前記電圧
非直線部品と前記ナットのうち少なくとも前記電圧非直
線部品を樹脂モールドし、前記電圧非直線部品が直接外
気と触れないないように構成されていることにある。

【００２３】本発明によれば、金属容器面に当接する電
圧非直線部品は、酸化亜鉛を85%から98%を含んでいる電
圧非直線抵抗体で形成されており、中心部に貫通孔が設
けられている円盤状の形をしており、貫通孔のある面の
両方に電極が形成され、かつ円盤状の外周側面及び内周
側面に高抵抗層が形成されており、更に電極の少なくと
も片方に前記貫通孔と同等な貫通孔が設けられている補
強板が一体固定されている。

【００２４】また、電圧非直線部品は、商用周波交流電
圧に対しては漏れ電流が1mA以下となる絶縁性を示し、
高周波サージ電圧に対しては動作電圧が大地電位にある
部材との間の絶縁耐圧レベルより低い電圧となる電圧非
直線性を有する。

【００２５】また、補強板は、金属板であり、真鍮、
銅、亜鉛、ニッケル、アルミニウム、インジウムのうち
のどれか一つの材質で形成されている。

【００２６】また、金属容器面の電圧非直線部品が当接
する部分を凹部に形成する。

【００２７】また、ボルトとスプリングワッシャと金属
ワッシャと電圧非直線部品とナットのうち少なくとも電
圧非直線部品を樹脂モールドし、電圧非直線部品が直接
外気と触れないないように構成する。

【００２８】このような電圧非直線部品を、ボルトとス
プリングワッシャと金属ワッシャとナットと組み合わせ
て、金属容器相互間または金属容器と大地電位にある部
材との間を接続することにより、サージ抑制手段のコン
パクト化が図れ、商用周波の電圧に対しては絶縁でき、
かつ高周波サージを有効に抑制することができる。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例に係るガ
ス絶縁開閉装置を、図を用いて説明する。

【００３０】図１は、本発明の一実施例に係るガス絶縁
開閉装置の金属容器部の絶縁構造を示す。

【００３１】図１に示すように、導体1を、絶縁性ガス2
が密封された金属製の容器、例えば金属シース3内に配
設し、金属シース3の接続部に絶縁挟持されたスぺーサ4
に前記導体1を支持させるようになっている。

【００３２】金属シース3とスぺーサ4との取り付け部に
は金属シース3と一体であるフランジ5があり、これら2
枚のフランジ5でスペーサ4を挟持し、ボルト、例えばス
タッドボルト6をスぺーサ4と2枚のフランジ5に貫通さ
せ、ナット7により締結している。そして、フランジ5の
一方の貫通孔には絶縁パイプ8が嵌合されていてスタッ
ドボルト６とフランジ5とを絶縁している。

【００３３】この絶縁パイプ8の外周でフランジ5の外側
には、酸化亜鉛を主成分とする非直線抵抗体からなる電
圧非直線部品14が設けられており、さらにその外側でナ
ット7との間には金属ワッシャ10及びスプリングワッシ
ャ１１が設けられている。

【００３４】このように、従来の絶縁ワッシャ9のかわ
りに直接サージ抑制部品を付ける構成にすることで、従
来例のような、外部に別なサージアブソーバを設ける必
要がなくなる。

【００３５】絶縁パイプ8が嵌合された側と反対側のス
タッドボルト6には金属ワッシャ10及びスプリングワッ
シャ11が設けられており、金属シース3を保持している。

【００３６】図２で、電圧非直線部品14を、さらに詳し
く説明する。図２に示すように、電圧非直線部品14は、
中心に貫通孔17がある円板状のセラミックス16がベース
であり、貫通孔17のある両面には電極18が形成されてい
る。さらに電極18の上には中心に貫通孔17がある金属板
15が設けられており、セラミックス16と一体構成、例え
ばセラミックス16に接着固定されている。

【００３７】金属板15は、図２では片面にしか設けられ
ていないが、両面にあっても良い。金属板15は、真鍮，
銅，亜鉛，ニッケル，アルミニウム，インジウムのよう
な導通がよく、しかも柔らかい材質が良い。

【００３８】金属板15により、ナット締めをしたときの
セラミックス16に掛かる応力を緩和することができ、構
造部材としての信頼性を確保できる。また、本実施例で
は、金属板に限定しているが、例えば十分に高い導電性
を有する材質であれば可撓性のある樹脂でも構わない。

【００３９】また、セラミックス16の外側周面と貫通孔
17周面には、高抵抗なガラス層19が形成されており、サ
ージが側面を走る沿面尖洛を防止している。

【００４０】セラミックス16の材質としては、サージ吸
収能を有する酸化亜鉛やチタン酸ストロンチウムセラミ
ックス（一般にバリスタという）がある。常時のもれ電
流が小さくしかもサージ吸収時の保護特性の優れている
ことが必要なことから、酸化亜鉛を85%〜98%含むもの
で、ビスマスやプラセオジウム、マンガン、コバルト、
アンチモン、ニッケル、クロム、珪素の酸化物などを微
量添加した組成のセラミックス（酸化亜鉛バリスタ）が
良い。このようなセラミックス16では、商用周波交流電
圧に対しては漏れ電流が1mA以下とほとんど絶縁性を示
し、一方、高周波サージ電圧に対しては動作電圧が前記
大地電位にある部材との間の絶縁耐圧レベルより低い電
圧となり、十分なサージ吸収能を示す。

【００４１】図３は電圧非直線部品が取り付けられるフ
ランジ部を示し、図４は、図３のＡ−Ａ部の断面を示
す。図３、図４に示すように、スタッドボルト6、ナッ
ト7、金属ワッシャ10、スプリングワッシャ11及び電圧
非直線部品14の組み合わせで、フランジ5を締結してお
り、フランジ5の電圧非直線部品14が当接する部分には
溝20が設けてある。

【００４２】また、図５に示すように、スペーサ4を挟
むフランジ5の電圧非直線部品14が当接する部分に座ぐ
り穴21を設けても良い。

【００４３】このような構造を有することによって、電
圧非直線部品14の厚みを大きくすることができ、ボルト
締め付け時の電圧非直線部品14の割れを低減できる。

【００４４】このような溝20あるいは座ぐり穴21を設け
ずに、電圧非直線部品14を厚くする方法もあるが、電圧
非直線部品14を厚くすると、それに伴いスタッドボルト
６も長くなってしまい、強度的な信頼性が減少する。

【００４５】本実施例のようなガス絶縁開閉装置は、一
般に屋外に設置されることが多い。そのため、セラミッ
クス16から成る電圧非直線部品14を外部雰囲気に直接さ
らした場合、湿度変化や雨・雪などの影響によって、サ
ージ抑制能力が低下する可能性がある。

【００４６】そこで、少なくとも酸化亜鉛を主成分とす
る電圧非直線部品14部全体を樹脂でモールドし、外気の
影響を受けないようにする構造が良い。この際、スプリ
ングワッシャやボルト・ナットを含む全体を樹脂モール
ドする構成であっても良く、本発明の効果には変わりが
ない。

【００４７】また、モールドの材質としては、耐侯性が
良くて、かつ電気的には絶縁性ものであれば良く、例え
ば、無機質の接着剤であっても本発明の効果に変化はな
い。

【００４８】なお、酸化亜鉛を主成分とする電圧非直線
抵抗体からなる電圧非直線部品14は、各ボルト締めに1
個使用で良いが、対抗するフランジ側に必要であればも
う1個入れても良く、本発明の効果には変わりはない。
以下、本発明の詳細を具体的実施例により説明する。

【００４９】

【実施例】

実施例１ 出発原料粉として純度99.9%以上の酸化亜鉛：97.4mol
%、酸化ビスマス：0.6mol%、三酸化二アンチモン：0.45
mol%、酸化マンガン：0.5mol%、酸化コバルト：0.5mol
%、酸化ニッケル：0.4mol%、二酸化珪素：0.1mol%、酸
化アルミニウム：0.05mol%になるように各粉末を所定量
秤量し、樹脂ボール（φ15）を媒体としたボールミル混
合（粉末は総量1kg、溶媒としてイオン交換水を使用）
を20時間行った。この粉末混合物を、大型乾燥炉中にて
120℃で乾燥し、その後大気中800℃、4時間保持の条件
で仮焼きして酸化亜鉛を主成分とする電圧非直線抵抗体
の原料粉末とした。

【００５０】この原料粉末に適当量の5%ポリビニルアル
コール(ＰＶＡ)水溶液を加え、スプレードライ法によっ
て造粒粉を作製した。得られた造粒粉末を金型に入れ、
一軸プレスにより、ドーナツ状の成形体（外径φ50、内
径φ25、厚み4mm）を作製した。

【００５１】次に、この成形体を大気中1145℃、3時間
保持の条件で本焼結し、側面には高抵抗ガラス層を焼き
付け、試料とした。得られた試料の両面を簡単に研磨し
て平行性を出した後、アルミニウムを溶射して電気的特
性測定用の電極を設けた。片側の電極面にあらかじめ用
意したインジウム製の金属板をはんだで一体接着して、
電圧非直線部品を作製した。

【００５２】サイズは、外径φ45、内径φ22、厚み3.5m
mであった。このようにして作製した電圧非直線部品の
電圧電流特性を調べたところ、サージ吸収を始める動作
電圧は、およそ200V/mmであり、この電圧以下では電流
は1mA以下であった。

【００５３】この電圧非直線部品を用いて、スタッドボ
ルト、ナット、金属ワッシャと組み合わせてフランジを
ボルト締めした。締め付け強度は、1000kgf/cm2にし
た。この試料間にインパルス電流(8×20μsec、電流値3
0kA)を1回印加し、放電試験を行った。その結果、セラ
ミックワッシャ部には火花放電は観察されず、電圧非直
線部品自体の発熱や割れなどは観測されなかった。

【００５４】実施例２ 図５に示すように、フランジのボルト締め部に、直径45
8mm、深さ2mmの座ぐり穴をあけた。この座ぐり穴に、実
施例１と同じ方法で作製した外径φ45、内径φ22、厚み
5mmの電圧非直線部品を挿入し、ボルト締めをした。こ
の際、ボルト締め強度は1500kgf/cm2と大きくした。こ
れに実施例１と同様なインパルス試験を1回行った。た
だしインパルス電流値は40kAとした。

【００５５】インパルス試験によっても、座ぐり穴部近
傍には火花放電は観察されず、またセラミックワッシャ
も発熱などの異常はみられなかった。

【００５６】実施例３ 実施例１に示す構造にフランジ部を形成した後、目視で
きる電圧非直線部品の周りをエポキシ樹脂でコーティン
グして樹脂モールドとし固めた。この状態で実施例１と
同じ条件のインパルス試験を行った。ただし試験時の相
対湿度は80%と高い状態にした。

【００５７】インパルス試験の結果、火花放電はみられ
ず、樹脂モールドによってもサージ抑制効果は保障され
ることを確認した。

【００５８】

【発明の効果】本発明によれば、酸化亜鉛を主成分とす
る電圧非直線抵抗体からなる電圧非直線部品を使用する
ことにより、構造がコンパクトで、しかも常時商用周波
電圧に対してはもれ電流が小さく、サージ電圧に対して
はその抑制能力がきわめて高く、かつ信頼性に優れたサ
ージ抑制手段を備えたガス絶縁開閉装置を提供すること
ができ、送変電システム業界に与える効果は大なるもの
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るガス絶縁開閉装置の金
属容器部の絶縁構造図である。

【図２】図１の電圧非直線部品の構成を示す断面図であ
る。

【図３】電圧非直線部品が取り付けられるフランジ部を
示す図である。

【図４】図３のＡ−Ａ部の断面図である。

【図５】図１の電圧非直線部品が取り付けられるフラン
ジ部に座ぐり穴を設けた構造を有する金属容器部の絶縁
構造図である。

【図６】従来のガス絶縁開閉装置の絶縁区分を示す断面
図である。

【図７】従来のガス絶縁開閉装置の絶縁区分を示す断面
図である。

【符号の説明】

1…導体、2…絶縁性ガス、3…金属シース、4…スペー
サ、4a…スペーサフランジ、4b…孔、5…フランジ、5a
…フランジ穴部、5b…突起部、6…ボルト、7…ナット、
8…絶縁パイプ、9…絶縁ワッシャ、10…金属ワッシャ、
11…スプリングワッシャ、12…接続バー、13…サージア
ブソーバ、14…電圧非直線部品、15…金属板、16…セラ
ミックス、17…貫通孔、18…電極、19…ガラス層、20…
溝、21…座ぐり穴。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 研 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 大石 一哉 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株 式会社日立製作所電力・電機開発本部内 (72)発明者 小沢 淳 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株 式会社日立製作所電力・電機開発本部内 (72)発明者 ▲高▼本 学 茨城県日立市国分町一丁目１番１号 株式 会社日立製作所国分工場内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】絶縁ガスを封入した金属容器内に電気導体
   を収納し、前記金属容器相互間または前記金属容器と大
   地電位にある部材との間をスペーサを介してボルトとス
   プリングワッシャと金属ワッシャと絶縁物とナットとで
   接続してなるガス絶縁開閉装置において、 前記金属容器面に当接する前記絶縁物は、酸化亜鉛を85
   %から98%を含んでいる電圧非直線抵抗体で形成された電
   圧非直線部品であり、該電圧非直線部品は、中心部に貫
   通孔が設けられている円盤状で、前記貫通孔のある面の
   両方に電極が形成され、かつ前記円盤状の外周側面及び
   内周側面に高抵抗層が形成されており、更に前記電極の
   少なくとも片方に前記貫通孔と同等な貫通孔が設けられ
   ている補強板が一体固定されていることを特徴とするガ
   ス絶縁開閉装置。
2. 【請求項２】請求項１において、前記電圧非直線部品
   は、商用周波交流電圧に対しては漏れ電流が1mA以下と
   なる絶縁性を示し、高周波サージ電圧に対しては動作電
   圧が前記大地電位にある部材との間の絶縁耐圧レベルよ
   り低い電圧となる電圧非直線性を有することを特徴とす
   るガス絶縁開閉装置。
3. 【請求項３】請求項１において、前記補強板は、金属板
   であり、真鍮、銅、亜鉛、ニッケル、アルミニウム、イ
   ンジウムのうちのどれか一つの材質で形成されているこ
   とを特徴とするガス絶縁開閉装置。
4. 【請求項４】請求項１において、前記金属容器面の前記
   電圧非直線部品が当接する部分を凹部に形成することを
   特徴とするガス絶縁開閉装置。
5. 【請求項５】請求項１において、前記ボルトと前記スプ
   リングワッシャと前記金属ワッシャと前記電圧非直線部
   品と前記ナットのうち少なくとも前記電圧非直線部品を
   樹脂モールドし、前記電圧非直線部品が直接外気と触れ
   ないないように構成されていること特徴とするガス絶縁
   開閉装置。