JPH11146543A - ガス絶縁装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大電流アークの停滞を防いで局部的な溶融に
よる穴あきを防止する。 【解決手段】 導体２とこれを囲む導電性容器４との間
に電圧が印加され、導体２を固体電気絶縁体３によって
導電性容器４に支持すると共に、導体２と導電性容器４
との間の空間５に電気絶縁性のガスを充満させたガス絶
縁装置であって、導電性容器４及び導体２の長手方向に
沿う磁界を発生させて導電性容器４と導体２の間に発生
するアーク６と前記磁界に垂直な電磁力を発生させるコ
イル７を備える構成である。アーク６の発生によりコイ
ル７に電流が流れて電磁力が発生し、アーク６を周方向
に駆動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は大容量ガス絶縁送電
線（ＧＩＬ）やガス絶縁変電所（ＧＩＳ）等のガス絶縁
装置に関する。より詳しくは、本発明は電力を輸送する
技術に係わり特に発電所構内や送電線路で高電圧大容量
電力を省スペースで輸送する際の通路に用いて好適なガ
ス絶縁装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】超高圧系統の管路気中送電ケーブルやガ
ス遮断器等におけるガス絶縁装置は、導体を固体絶縁体
で支持すると共にこれらを覆う金属シースとの間に六ふ
っ化硫黄（ＳＦ₆ ）ガスを充填して絶縁を行っている。
かかるガス絶縁装置では、落雷や異常電圧の発生等によ
り金属シースと導体との間にアーク放電が発生すること
があり、発生したアークは固体絶縁物の近傍で停滞する
ことが多い。アークが同一箇所に停滞すると、その熱で
導体や金属シースが局部的に溶融して穴があいてしまう
バーンスルーを起こしてしまう。このため、導体や金属
シースの肉厚を大きくすることで、アーク停滞による穴
あきを防止していた。即ち、アークの停滞によって局部
的に熱量密度が過大になるが、過大となった熱量密度を
低減することについては配慮せずに導体や金属シースの
肉厚を増すことで穴あきを防止していた。

【０００３】また、特開昭５７−２０２８１６号の大電
力送電用ケーブルのように、絶縁スぺーサと絶縁ガスと
を介して同心状に配置された導体と金属シースとの間で
発生する地絡アークで金属シースに穴が開いて絶縁ガス
が噴出するのを防ぐために、金属シースの内側に複数の
金属線を配置しそれを絶縁スペーサで支持するようにし
たものもある。このケーブルでは、１０本近くの１０ｍ
ｍφの金属線（銅線）を比較的密に例えば４５゜以下の
角度で配置して、金属シースと導体との間に発生するア
ークを金属線に移行させて金属シースに穴が開かないよ
うにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ガス絶縁装置では、導体や金属シースの肉厚を大きくし
ているので、ガス絶縁装置にかかるコストが大きくなっ
てしまう。また、穴あきの原因となる熱量密度自体を低
減するものでは無いので、積極的な解決策とはなってい
なかった。

【０００５】また、特開昭５７−２０２８１６号の技術
の場合には、金属シースに穴が開かないとしても導体側
に穴が開いたり損傷してしまう虞があり、上述のガス絶
縁装置同様根本的な解決策とはならない。しかも、多数
の金属線を金属シース・導電性容器内に配置しなければ
ならず、コスト高となると共に重量などが嵩張る問題を
有している。

【０００６】本発明は、導体と導電性容器・金属シース
の間に発生した大電流アークの停滞を防止して局部的な
熱量密度の増加を防いで穴あきを防止することができる
ガス絶縁装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに請求項１記載の発明は、導体とこれを囲み固体電気
絶縁体を介して支持する導電性容器及び導体と導電性容
器との間の空間に充填された電気絶縁性のガスとから成
るガス絶縁装置において、導電性容器と導体との間に発
生するアークを周方向に回転させたり、アークに外乱を
与える磁界を付与する手段を備えるようにしている。

【０００８】したがって、導体と導電性容器との間にア
ーク放電が生じると、このアークを通じて電流が流れ地
絡する。アーク放電は導体と導電性容器の表面に対して
垂直に発生することが多く、この場合には導体と導電性
容器の径方向に電流が流れる。このアークの方向に対し
て直角で導体や導電性容器の長手方向に、磁界付与手段
は磁界を発生させ、これら２方向に対して垂直な方向、
即ち導体と導電性容器の周方向に向けて電磁力を発生さ
せてアークを駆動したり外乱を与えたりする。このた
め、アークの停滞が防止され、アークの熱による影響が
広く分散される。

【０００９】導体と導電性容器との間に発生したアーク
は、導体と導電性容器の長手方向に移動して固体電気絶
縁体の近傍で停滞する傾向にある。したがって、請求項
２記載のガス絶縁装置のように磁界付与手段を固体電気
絶縁体の近傍に配置することで、アーク自らが磁力発生
手段の形成する磁界内に移動するようになり、効率良く
アークを駆動できる。

【００１０】また、請求項３記載のガス絶縁装置は、磁
界付与手段が導電性容器を囲むコイルである。したがっ
て、コイルに電流を流すことで当該コイル内を通過する
磁界、即ち導体と導電性容器の長手方向に沿う磁界が発
生し、アークが磁界内に移動すると当該アークを周方向
に駆動する電磁力が発生する。

【００１１】また、請求項４記載のガス絶縁装置は、コ
イルの一端が導電性容器に接続されており、導体と導電
性容器との間に発生したアークを通じて流れた電流がコ
イルに流れて磁界を発生させるように構成されている。
したがって、導体と導電性容器との間にアーク放電が生
じると、導体を流れる電流は導体→アーク放電路→導電
性容器→コイルへと流れ、導体と導電性容器の長手方向
に沿う磁界が発生する。即ち、アークの発生によってコ
イルに電流が流れてアークを駆動する電磁力が発生す
る。

【００１２】また、請求項５記載のガス絶縁装置は、磁
界付与手段が永久磁石である。即ち、導体と導電性容器
の長手方向をＮ極Ｓ極とする永久磁石を配置すること
で、電流を流さなくても常に磁界が発生し、アークの磁
界内への移動によって当該アークを駆動する電磁力が発
生する。

【００１３】この場合、請求項６記載のガス絶縁装置の
ように、導体を管状とし当該管状の導体内に永久磁石を
設置しても良く、あるいは請求項７記載のガス絶縁装置
のように、永久磁石を環状に成形して導電性容器の外側
に設置しても良く、あるいは請求項８記載のガス絶縁装
置のように、請求項６記載の永久磁石と請求項７記載の
永久磁石を備えるようにしても良い。即ち、装置の設計
や仕様等に応じて永久磁石を設置すれば良い。

【００１４】さらに、請求項９記載のガス絶縁装置は、
永久磁石の両端面を、導体と導電性容器との間の空間に
臨むように傾斜させているものである。したがって、永
久磁石の磁界が導体と導電性容器の間の空間に集中し、
アークを駆動する電磁力がより強くなる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の構成を図面に示す
最良の形態に基づいて詳細に説明する。

【００１６】図１及び図２に、本発明を適用したガス絶
縁装置の実施形態の一例を示す。ガス絶縁装置は、導体
２とこれを囲む例えば金属シースなどの導電性容器４と
の間に例えば５００ｋｖ／√３の電圧が交流電源１によ
って常時印加され、導体２を固体電気絶縁体３によって
導電性容器４に支持すると共に、導体２と導電性容器４
との間の空間５に電気絶縁性のガスを充満させ、さら
に、導電性容器４及び導体２の長手方向に沿う磁界を発
生させる磁界付与手段を備えている。

【００１７】導体２及び導電性容器４は、ともに例えば
円筒又はこれに類似する筒状に形成されており、同心円
状に配置されている。また、電気絶縁性のガスとしては
例えば六ふっ化硫黄（ＳＦ₆ ）ガスが使用され、空間５
に例えば５ｋｇ／ｍ² の圧力で充填されている。なお、
導電性容器４の材料としては一般には金属が用いられる
が、必ずしも金属に限るものではなく、例えば導電性セ
ラミック等の導電性材料であっても良い。また、導電性
容器４の外周面を更に絶縁物で被覆しても良い。

【００１８】磁界付与手段は、導体２と導電性容器４と
の間に発生するアーク６と磁界付与手段の磁界に垂直な
電磁力を発生させるもので、例えば固体電気絶縁体３の
近傍に配置されている。この磁界付与手段は、例えば導
電性容器４を囲むコイル７である。このコイル７の一端
は導電性容器４に接続されており、導体２と導電性容器
４との間に発生したアーク６を通じて流れた電流が当該
コイル７を流れてアースされる。即ち、導電性容器４の
接地線を当該導電性容器４のまわりに一周させて接地端
子８に接続することで、磁界付与手段としてのコイル７
が形成されている。

【００１９】いま、導体２と導電性容器４との間にアー
ク６が発生した場合を考える。導体２の点Ｐと導電性容
器４の点Ｑでフラッシオーバが生じ、点ＰＱ間に大電流
アーク６が生じると、アーク６は導体２と導電性容器４
に流れる電流との作用で、図１中右向きの力を受け、固
体電気絶縁体３の近傍Ｐ’Ｑ’に向けて移動する。

【００２０】一方、アーク６の発生により、電流が導体
２→アーク６→導電性容器４→コイル７へと流れる。コ
イル７は導電性容器４の周に沿って１ターンしているた
め、磁界を導電性容器４及び導体２の長手方向に沿わせ
る磁界が固体電気絶縁体３の近傍に発生する。即ち、固
体電気絶縁体３の近傍の磁界内では、電気の流れである
アーク６の方向に対して直交する磁界が発生する。した
がって、固体電気絶縁体３の近傍の点Ｐ’Ｑ’にまで移
動したアーク６には導電性容器４及び導体２の周方向に
向かう電磁力が作用し、アーク６は停滞することなく導
電性容器４と導体２の間を回転する。

【００２１】このため、アーク６の熱が同一箇所を集中
的に溶融させることなく分散され、アーク６が停滞する
場合に比べて導電性容器４及び導体２のアーク６から熱
的影響を受ける面積が数倍以上広がり熱量密度を数分の
一以下にすることが出来る。即ち、導電性容器４と導体
２の溶融は表面に止まり、穴があく程度には至らない。
このため、導電性容器４及び導体２の薄肉化が可能にな
る。

【００２２】なお、導体２に流れる電流は交流でありコ
イル７を流れる電流の向きは一定周期で変化するので、
アーク６に作用する磁界の向きも一定周期で変化する。
しかしながら、アーク６を流れる電流の方向も同一周期
で変化するので、アーク６の回転方向は変化せず同一方
向に回転し続ける。このため、アーク６の熱的影響を導
体２と導電性容器４の全周にわたって広く分散させるこ
とができる。

【００２３】なお、上述の形態は本発明の好適な形態の
一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の
要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能であ
る。例えば、上述の説明では、導電性容器４の接地線で
コイル７を形成してアーク６を通じて流れる電流によっ
て磁界を発生させていたが、独立した交流又は直流電源
を有するコイル７を導電性容器４の外側又は導体２の内
側に配置して磁界を発生させるようにしても良い。ま
た、コイル７を螺旋状にし、導体２と導電性容器４の長
手方向のある程度の範囲にわたって当該コイル７を配置
するようにしても良い。

【００２４】また、上述の説明では、コイル７によって
磁界付与手段を構成していたが、必ずしもこれに限るも
のではなく、例えば永久磁石９によって磁界付与手段を
構成しても良い。

【００２５】即ち、図３に示すガス絶縁装置では、磁界
付与手段を永久磁石９で構成している。永久磁石９は例
えば環状、より具体的には円筒形状を成し、導体２内に
同心円状に設置されている。永久磁石９の両端はＮ極と
Ｓ極になっており、磁界の方向が導体２及び導電性容器
４の長手方向に沿う磁界を固体電気絶縁体３の近傍に発
生させる。永久磁石９の両端面は固体電気絶縁体３側の
縁、即ち外周縁が落ち込む方向に傾斜しており、両端面
を空間５に臨ませている。これにより、この空間５に永
久磁石９の磁界を集中させることができ、固体電気絶縁
体３の近傍に移動してきたアーク６をより強い電磁力で
回転させることができる。磁界付与手段を永久磁石９で
構成した場合には磁界の方向は変化しないので、交流電
流の周期に応じてアーク６の回転方向は変化する。この
ため、交流電流の周波数によってはアーク６が一定の範
囲を往復移動することになってアーク６の熱的影響を分
散させる面積が減少することも考えられるが、磁界付与
手段の構造が簡単になってメンテナンスの労力を低減で
きると共に耐久性が向上し、また、装置の小型化も可能
になる。なお、図中符号１０は導電性容器４の接地線で
ある。

【００２６】ただし、必ずしも永久磁石９を環状にする
必要はなく、円柱形状や棒形状に成形しても良い。ま
た、半割れ形状の永久磁石９を組み合わせて環状の永久
磁石９にするようにしても良い。

【００２７】また、必ずしも導体２の内側に永久磁石９
を設置する必要はなく、導電性容器４の外側に永久磁石
９を設置しても良い。そして導電性容器４の外側に永久
磁石９を設置した場合には、永久磁石９の両端面を、固
体電気絶縁体３側の縁即ち内側縁が落ち込む方向に傾斜
させて当該両端面が空間５に臨むようにすることが好ま
しい。かかる傾斜をつけることで、空間５に磁界を集中
させることができる。また、導体２の内側と導電性容器
４の外側の両方に永久磁石９をそれぞれ設置しても良
い。

【００２８】さらに、磁界付与手段を固体電気絶縁体３
の近傍以外の場所に設置しても良い。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載のガ
ス絶縁装置では、導電性容器と導体との間に発生するア
ークを周方向に回転させたり、アークに外乱を与える磁
界、即ち導電性容器及び導体の長手方向に沿う磁界を発
生させて導電性容器と導体の間に発生するアークと磁界
に垂直な電磁力を発生させる磁界付与手段を備えている
ので、アークの停滞を防止して導体及び導電性容器への
熱的影響を広く分散させることができる。このため、ア
ークから導体及び導電性容器への熱量密度が減少し、導
体及び導電性容器の溶融深さを浅くできるので、導体や
導電性容器の穴あきを防止することができると共に、導
体や導電性容器の薄肉化が可能になって装置のコンパク
ト化、低コスト化が可能になる。

【００３０】また、請求項２記載のガス絶縁装置のよう
に磁界付与手段を固体電気絶縁体の近傍に配置する場合
には、アークを、導体と導電性容器の長手方向に移動し
て固体電気絶縁体の近傍で停滞する傾向にあるという性
質を利用して磁界付与手段が形成する磁界内に移動させ
ることができる。このため、磁界付与手段をコンパクト
にしてもアークを磁界付与手段の磁界内に移動させるこ
とが可能になり、装置の一層のコンパクト化、低コスト
化が可能になる。

【００３１】また、請求項３記載のガス絶縁装置は、磁
界付与手段が導電性容器を囲むコイルであるので、当該
コイルに電流を流すことでアークを周方向に駆動する電
磁力を発生させることができる。

【００３２】また、請求項４記載のガス絶縁装置は、コ
イルの一端が導電性容器に接続されており、導体と導電
性容器との間に発生したアークを通じて流れた電流がコ
イルに流れて磁界を発生させるようにしているので、ア
ークを通じて流れる電流によって当該アークを移動させ
る電磁力を発生させることができる。

【００３３】また、請求項５記載のガス絶縁装置は磁界
付与手段が永久磁石であるので、電流を流さなくてもア
ークを駆動する電磁力を発生させる磁界を常に形成して
おくことができる。

【００３４】この場合、請求項６記載のガス絶縁装置の
ように、導体を管状にし当該管状の導体内に永久磁石を
設置しても良く、あるいは請求項７記載のガス絶縁装置
のように、永久磁石を環状に成形して導電性容器の外側
に設置しても良く、あるいは請求項８記載のガス絶縁装
置のように、請求項６記載の永久磁石と請求項７記載の
永久磁石を備えるようにしても良い。即ち、装置の設計
や仕様等に応じた永久磁石の設置が可能である。

【００３５】さらに、請求項９記載のガス絶縁装置は、
永久磁石の両端面を、導体と導電性容器との間の空間に
臨んで傾斜させているので、永久磁石の磁界を導体と導
電性容器の間の空間に集中させることができ、アークを
駆動する電磁力をより強く発生させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るガス絶縁装置の実施形態の一例を
概略的に示す縦断面図である。

【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う横断面図である。

【図３】本発明に係るガス絶縁装置の他の実施形態を概
略的に示す縦断面図である。

【符号の説明】

２ 導体 ３ 固体電気絶縁体 ４ 導電性容器（金属シース） ５ 空間 ６ アーク ７ コイル（磁界付与手段） ８ 接地端子 ９ 永久磁石（磁界付与手段）

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 導体とこれを囲み固体電気絶縁体を介し
   て支持する導電性容器及び前記導体と前記導電性容器と
   の間の空間に充填された電気絶縁性のガスとから成るガ
   ス絶縁装置において、前記導電性容器と前記導体との間
   に発生するアークを周方向に回転させたり、前記アーク
   に外乱を与える磁界を付与する手段を備えることを特徴
   とするガス絶縁装置。
2. 【請求項２】 前記磁界付与手段を前記固体電気絶縁体
   の近傍に配置したことを特徴とする請求項１記載のガス
   絶縁装置。
3. 【請求項３】 前記磁界付与手段は前記導電性容器を囲
   むコイルであることを特徴とする請求項１又は２記載の
   ガス絶縁装置。
4. 【請求項４】 前記コイルの一端が前記導電性容器に接
   続されており、前記導体と導電性容器との間に発生した
   アークを通じて流れた電流が前記コイルに流れて前記磁
   界を発生させることを特徴とする請求項３記載のガス絶
   縁装置。
5. 【請求項５】 前記磁界付与手段は永久磁石であること
   を特徴とする請求項１又２記載のガス絶縁装置。
6. 【請求項６】 前記導体は管状を成し、当該管状の導体
   内に前記永久磁石が設置されていることを特徴とする請
   求項５記載のガス絶縁装置。
7. 【請求項７】 前記永久磁石は環状を成し前記導電性容
   器の外側に設置されていることを特徴とする請求項５記
   載のガス絶縁装置。
8. 【請求項８】 請求項６記載の永久磁石と請求項７記載
   の永久磁石を備えることを特徴とする請求項５記載のガ
   ス絶縁装置。
9. 【請求項９】 前記永久磁石の両端面は、前記導体と導
   電性容器との間の空間に臨むように傾斜していることを
   特徴とする請求項５から８のいずれか記載のガス絶縁装
   置。