JPH11252721A

JPH11252721A - ガス絶縁断路器

Info

Publication number: JPH11252721A
Application number: JP10055100A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Yoshida; 哲雄吉田; Osamu Sakaguchi; 修阪口
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-03-06
Filing date: 1998-03-06
Publication date: 1999-09-17

Abstract

(57)【要約】【課題】ガス絶縁スイッチギヤに使用されるガス絶縁断
路器の縮小化を図る。【解決手段】略四角体の絶縁筒１８の中段にリング状の
電極２２を埋め込み、さらにリング状電極に固定された
２枚の平板電極３４を平行にそれぞれ埋め込み、平板電
極が埋め込まれていない側の2 辺に開口部３３ａをそれ
ぞれ設けて、絶縁筒内部に主回路部品１７を設けて電界
緩和を図る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガス絶縁スイッチ
ギヤに用いられるガス絶縁断路器の縮小化に関する。

【０００２】

【従来の技術】代表的なガス絶縁スイッチギヤの構成例
を図７に示す。同図において、外周を軟鋼板で気密に囲
まれた密閉容器１の内部は、図示左方の前面寄りに縦に
設けられた隔壁２で、前方で前方の遮断器室１ａと後方
の母線室１ｂに仕切られ、各室１ａ，１ｂには六弗化イ
オウガス（ＳＦ₆ ガス）がほぼ０．２０ＭＰａａｔｍ
以下の低圧力で密封されている。

【０００３】このうち、遮断器室１ａの内部には真空イ
ンタラプタ３ａを装着した遮断器３が収納され、隔壁２
の図示しない貫通穴に取り付けられた２つの絶縁スペー
サ９に遮断器３が連結されている。この２つの絶縁スペ
ーサ９は、上下で同様な構造を有する。

【０００４】また、母線室１ｂの内部には断路器４Ａが
取り付けられ、一方の端子が接続導体８を介して上側の
絶縁スペーサ９に接続され、他方の端子が接続導体８を
介して後方の碍子６に固定された母線５に接続されてい
る。この母線５により、隣接盤との相互接続がされてい
る。

【０００５】一方、母線室１ｂの底部には、断路器４Ａ
と同型の断路器４Ｂが取り付けられ、一方の端子が接続
導体８を介して下側の絶縁スペーサ９に接続され、他方
の端子が接続導体８を介して、底部の後方に取り付けら
れたケーブルヘッド７の上部端子に接続されている。な
お、このケーブルヘッド７に接続されたケーブル７ａに
より受電されている。これらは、３相分がそれぞれ配置
され接続されている。

【０００６】ここで、同形状の断路器４Ａ，４Ｂの一方
を図８に示す。密閉容器１に取り付けられたベース板１
０には、可動側と固定側の支持碍子１１ａ，１１ｂが固
定され、この支持碍子１１ａ，１１ｂには各々図示しな
い電極が固定されている。図示しない電極は金属シール
ド１２ａ，１２ｂで覆われており、所定の耐電圧特性を
有するようになっている。

【０００７】ここで、長い方の金属シールド１２ａには
操作板１３が取り付けられ、可動接触導体１４の水平移
動により開閉が行われている。なお、接地板１５，１６
は、金属シールド１２ａ，１２ｂ内に設けられた接点と
で開閉を行う接地開閉器の電極である。これらの断路器
と接地開閉器の操作は、図示していない密閉容器１の外
部に設けた操作機構部で行われる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このような構成におい
て、断路器４Ａ、または４Ｂの電極などＳＦ₆ ガス中で
用いられるものは、例えば特開昭６０−１２８８０７に
開示されている通り、丸みを持たせた金属製の電界緩和
シールドで構成されている。これは、丸みを持たせるこ
とにより、電界強度が抑制されるようにしたものであ
る。つまり、電界緩和シールドの曲率半径が大きいほ
ど、電界強度が低下して耐電圧特性が向上する。特に、
ＳＦ₆ ガスの破壊電圧は、電界強度に依存するので、こ
の電界強度の抑制が耐電圧特性の向上につながる。

【０００９】しかし、電界緩和シールドの曲率半径を大
きくしていくと、それに伴って電界強度が低下するが、
シールド自体が大型化してしまう。従って、シールドと
対地間およびシールド相互間、すなわち相間のガスギャ
ップが狭くなる。このため、耐電圧特性が逆に低下する
ことになる。

【００１０】さらに、シールドが大型化されると、接続
される接続導体等の配置をシールドと接触させないよう
に、迂回させなくてはならない。これにより、各電気機
器の配置が制限され、全体形状が大型化する。これは、
最近の趨勢である縮小化に逆行するものである。本発明
の目的は、電極部に電界緩和シールドに代わる電界緩和
手段を設けて全体形状の縮小化を図ったガス絶縁断路器
を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のガス絶縁断路器（請求項１）は、対向する
２つの側面に、その一端より中段に至るＵ字状の開口部
をそれぞれ有する略四角体の絶縁筒と、前記Ｕ字状開口
部の底部に隣接する前記絶縁筒の中段に埋め込まれたリ
ング状の電極と、前記リング状の電極側面にその側面が
対向するように隣接し、前記Ｕ字状開口部が形成された
側面以外の前記絶縁筒の２つの側面に、略平行に一定の
間隔を保つようにそれぞれ埋め込まれた２枚の長方形の
平板電極と、前記埋め込まれた平板電極間に配置され、
前記リング状電極に固定された主回路部品とを具備する
ことを特徴とする。

【００１２】また、本発明のガス絶縁断路器（請求項
２）は、請求項１のガス絶縁断路器において、少なくと
も前記２枚の平板電極から前記リング状電極にかけての
領域で、前記略四角体の絶縁筒の内面が円弧状に形成さ
れ、前記Ｕ字状開口部の幅が前記２枚の平板電極間の距
離より小さいことを特徴とする。

【００１３】また、本発明のガス絶縁断路器（請求項
３）は、請求項１の構成に加え、前記Ｕ字状開口部の一
方に配置された固定電極と、前記Ｕ字状開口部の他方に
配置され、前記リング状の電極上の１点を支点として回
転し、前記固定電極とかん合可能とされた板状の可動電
極とをさらに具備し、これらが３相分横一列に配置され
たことを特徴とする。

【００１４】また、本発明のガス絶縁断路器（請求項
４）は、請求項１の構成に加え、板状の電極を複数枚重
ねあわせて角型に形成され、その板状の面が前記開口部
に露出する前記絶縁筒の側断面にほぼ平行に配置され、
前記２枚の平板電極間に配置される部分を有する接触子
をさらに具備することを特徴とする。

【００１５】また、本発明のガス絶縁断路器（請求項
５）は、略四角体の絶縁筒にＵ字状の開口部を設けた絶
縁筒において、前記開口部に板状の電極を複数枚重ね合
わせて角型に形成させた接触子を設け、この接触子に曲
率を持たせた金属シールドを外側に取り付けて、前記金
属シールドの曲率面が前記絶縁筒の前記開口部から突出
したことを特徴とする。

【００１６】このような構成において、請求項１乃至３
では、平板電極は絶縁筒を構成する絶縁層に埋め込まれ
ているので、電極各部の電界強度は抑制され、絶縁層の
外周も絶縁層により電界が抑制される。また、平板電極
間は充分に電界が抑制されているので、この内部には加
工をしたままの（丸みをつけていない）不平等電界を形
成する主回路部品を取りつけることができる。また、絶
縁層は、ＳＦ₆ ガスより比誘電率が大きいため、開口部
までを円弧状にすることにより、金属シールドに比べて
少ないものの電界緩和の効果が発揮できる。これによ
り、埋め込み電極を単純な形状の平板とすることがで
き、絶縁層の残留応力を低減させることができる。

【００１７】これらの絶縁筒を用いて３相分を横一列に
配置した断路器は、特に幅方向の縮小化を図ることがで
きる。また、請求項４においては、複数枚の板状電極を
重ね合わせたスペースの小さい角型の接触子を用いるこ
とができ、不平等電界中の特有な電界分布を見出すこと
により、耐電圧を向上させることができた。

【００１８】また、絶縁層の比誘電率と耐電圧の関係を
実験的に求め、縮小化できる比誘電率を見出した。ま
た、角型の接触子に一定の曲率を持たせたシールドを取
り付けることにより、絶縁層の開口部の全体を接続など
のスペースとして用いることができ、大容量化ができ
る。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明によるガス絶縁断路
器の一実施形態を図面を参照して説明する。断路器の外
形を示す図１において、電極などの主回路部品１７を収
納する絶縁筒１８は６本がそれぞれベース板１９に固定
され、３相分の電源側（例えば上列３個）と負荷側（例
えば下列３個）を構成している。

【００２０】電源側と負荷側が対向する面の絶縁筒１８
には、Ｕ字状の開口部１８ａが設けられており、この開
口部１８ａにより一方の主回路部品１７に固定された接
触子２０が、この固定点を中心に回転運動できるように
なっている。この接触子２０は、絶縁操作棒２１で開閉
が行われる。

【００２１】絶縁筒１８の主回路は、固定電極側と可動
電極側とでこれらの電極部を除き基本的に同様であるの
で、固定電極側について説明する。絶縁筒１８の内部に
は、図２の縦断面図に示すように、絶縁筒１８の中段に
リング状の電極２２が埋め込まれ、埋め込み電極２２に
固定側電極２３がボルト２４で固定されている。固定側
電極２３には、角型のフィンガー２５が取り付けられ、
接続導体２６により図示していない電気機器との接続が
行われる。なお、固定側電極２３の平板状部２３ａに
は、図示していない可動接触子（図１の２０）が接触さ
れる。

【００２２】また、２７はフィンガー接触子であり、取
付け板２８の下方に設けた図示しない接地開閉器の接地
電極棒を接続するものであり、この接地開閉器の電流開
閉の性能を向上させるために、消弧性の優れた絶縁層２
９をフィンガー接触子２７の近傍に設けている。絶縁筒
１８の下方には、埋め金３０があり、ボルト３１により
取付け板２８に固定されたスペーサ３２に固定されてい
る。

【００２３】このような絶縁筒１８の横断面（図２のフ
ィンガー２５の上部での横断面）を図３に示す。断面が
略四角体の絶縁層３３（絶縁筒１８）は、平行に対向さ
せた一対の平板電極３４を収納する電極を覆うように埋
め込んでおり、平板電極３４の無い側の略四角体の辺に
は、開口部３３ａが形成されている。この平板電極間３
４−３４には、固定側電極３５（図２の２３）や角型の
フィンガー３６（図２の２５）がボルト３７で固定され
ている。この角型のフィンガー３６は、板状の電極をせ
ん断加工して複数枚を重ね合わせたものである。

【００２４】ここで、平板電極３４を絶縁層３３に埋め
込むことにより、絶縁層３３の比誘電率の効果で、平板
電極３４の端部の曲率半径を等価的に小さくできる。絶
縁層３３はエポキシ樹脂であり、比誘電率５．９のもの
を用いた。また、絶縁層３３に適切な曲率を持たせるこ
とにより、絶縁層３３表面の電界強度を抑制できるの
で、金属電極だけで電界緩和する構造より、大幅な形状
の縮小化を図ることができる。

【００２５】また、これらの電極３５，フィンガー３６
などは、平板電極間３４−３４に収納すれば電界緩和が
図れるので、不平等電界の形状のものを用いることがで
きる。つまり、フィンガー３６は角型でよく、また、接
続する接触子をフィンガー３６の形状に合わせて角型に
できる。従って、最小のスペースで接触面積を大きく取
れるので、大容量化を図ることができる。

【００２６】ここで、平板電極間３４−３４にフィンガ
ー３６を収めようとすると、平板電極３４の幅を大きく
しなければならず、結果的に絶縁筒１８自体が大型化す
る。このため、フィンガー３６が平板電極３４や絶縁層
３３からどの程度の寸法であれば、電界緩和の効果が生
じるかは、縮小化の重要な要点となる。これらのことか
ら、不平等電界中で絶縁物を介する複雑な形状における
電界緩和の効果を調査し、特異現象を見出した。

【００２７】平板電極３４の端部レベルからフィンガー
３６が突出する距離ａとフィンガー３６先端の電界強度
Ｅの関係を求めて図４に示す。横軸と平行に引いた一点
鎖線の特性曲線（ａ）は、図３の絶縁層３３で最大電界
が位置するＡ部の電界強度であり、また、特性曲線
（ｂ）は、フィンガー３６先端の電界強度である。図よ
り、フィンガー３６が突出する距離ａ＝１５ｍｍで両特
性曲線は交差しており、この点が最も電界強度が抑制さ
れ電界分布が最適値になっていることがわかる。

【００２８】次に、図５に絶縁層３３とフィンガー３６
とのギャップ長ｇとフィンガー３６先端の電界強度Ｅの
関係を求めた特性を示す。ギャップ長ｇによる特性曲線
はＶ字型を示し、ｇ＝２ｍｍで最低値となり、この点に
おいて最も電界強度が抑制されている。これは、ギャッ
プ長ｇが狭い領域では、絶縁層３３とフィンガー３６と
の微小ギャップの影響を受けて電界強度Ｅが上昇し、逆
にギャップ長ｇが広がると不平等電界のフィンガー３６
自体の影響を受けて電界強度Ｅが上昇するためと考えら
れる。このように、絶縁層３３を介した電界分布は、絶
縁層３３の絶縁厚さとガスギャップｇにより特異な現象
を起こすと言える。

【００２９】これらのことから、平板電極３４の幅を最
小にして電界緩和の効果を保ちながら、また、絶縁層３
３に埋め込まれた平板電極間３４−３４に接触面積が大
きく取れる不平等電界の電極を設けることができる。こ
のため、絶縁筒１８全体の縮小化とフィンガー３６の大
容量化を図ることができる。

【００３０】次に、絶縁層３３の比誘電率の影響を図６
に示す。図はモデル絶縁筒を製作して絶縁層３３の比誘
電率とインパルス耐電圧の関係を調べたものである。図
より、比誘電率が大きくなれば耐電圧が上昇することが
わかる。このため、比誘電率は大きいほど良いことにな
るが、図３から図６の特性が比誘電率５．９を用いたと
きのものであり、一概に比誘電率が大きければ良いとは
言えない。つまり、比誘電率と各部の寸法ａ，ｇには相
関関係があり、比誘電率が異なると寸法ａ，ｇも異なっ
てくる。これは、絶縁層３３とガスギャップとの電位分
担が比誘電率により異なってくるためである。

【００３１】しかしながら、比誘電率が大きいと不平等
電界中のコロナ安定化作用が大きく働き、耐電圧が向上
したものと考えられる。エポキシ樹脂には、機械的や熱
的な応力に耐える必要から充填材を混合するが、一般的
な特性を得るためには上記の比誘電率が上限に近い値と
考えられる。

【００３２】これらの結果を基にモデル断路器を製作し
て、断路器としての耐電圧の実験を行った。この結果、
良好な絶縁性能が得られることが分かり、絶縁層とガス
ギャップの特異現象を実験的にも裏付けることができ
た。また、接触子は板電極をせん断加工したシャープエ
ッジであり、解析に用いる形状の模擬には誤差を生じ易
いが、実使用状態に近い実験により不平等電界の適用が
確認できた。

【００３３】これにより、複雑な形状で不平等電界の電
極を収納する絶縁筒の縮小化を図ることができ、また、
接続導体などを合理的な配置にして全体形状の縮小化を
図ったガス絶縁断路器を提供することができる。

【００３４】なお、角型のフィンガー３６に曲率を持た
せた電界緩和シールドを取り付ければ、この金属シール
ドが開口部の絶縁層に接触したり、また絶縁層から突出
しても、耐電圧特性は低下せず良好であった。このた
め、電界緩和シールドを取り付ければ接触子を大きくで
きたり、絶縁筒を小さくできるので、断路器として大容
量化と縮小化の両方が達成できる。

【００３５】本実施形態では絶縁層に平板電極を埋め込
んでいるが、他の実施形態として、平板電極の代わりに
金網や導電性層を用いてもよく、これらにより電界緩和
の作用を働かせれば、電極間に不平等電界の電極を収納
でき、大容量で縮小化を図った絶縁筒を得ることができ
る。

【００３６】

【発明の効果】本発明によれば、ガス絶縁スイッチギヤ
に用いられる断路器の主回路電極を略四角体の絶縁筒に
収納し、この絶縁筒の中段にリング状の電極を埋め込む
とともに、リング状電極と同電位の平板電極を絶縁筒の
先端に対向させて２枚埋め込み、平板電極が埋め込まれ
ていない側の絶縁筒にＵ字状の開口部を設けることによ
り、平板電極間に角型で接触面積が大きい接触子を収納
することができる。また、この接触子と絶縁筒との位置
を決める寸法を限定することにより、電界緩和が図ら
れ、大容量化で縮小化を図ったガス絶縁断路器を得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るガス絶縁スイッチギ
ヤに用いるガス絶縁断路器の斜視図。

【図２】本発明の一実施形態に係るガス絶縁断路器の固
定電極側の縦断面図。

【図３】本発明の一実施形態に係るガス絶縁断路器の固
定電極側の横断面図。

【図４】本発明の一実施形態に係るガス絶縁断路器の固
定電極側のフィンガー突出距離ａと電界強度Ｅの関係を
示す特性図。

【図５】本発明の一実施形態に係るガス絶縁断路器の固
定電極側のギャップｇと電界強度Ｅの関係を示した特性
図。

【図６】モデル絶縁筒を用いて、絶縁体の比誘電率とイ
ンパルス耐電圧の関係を求めた特性図。

【図７】一般的なガス絶縁スイッチギヤの側面図。

【図８】従来のガス絶縁断路器の側面図。

【符号の説明】

１…密閉容器２…隔壁３…遮断器４…断路器５…母線６…碍子７…ケーブルヘッド８、２６…接続導体９…絶縁スペーサ１０…ベース板１１…支持碍子１２…金属シールド１３…操作板１４…可動接触導体１５、１６…接地板１７…主回路部品１８…絶縁筒１９…ベース板２０、２７…接触子２１…絶縁操作棒２２…電極２３、３５…固定側電極２４、３１、３７…ボルト２５、３６…フィンガー２８…取り付け板２９、３３…絶縁層３０…埋め金３２…スペーサ３４…平板電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対向する２つの側面に、その一端より中
段に至るＵ字状の開口部をそれぞれ有する略四角体の絶
縁筒と、前記Ｕ字状開口部の底部に隣接する前記絶縁筒の中段に
埋め込まれたリング状の電極と、前記リング状の電極側面にその側面が対向するように隣
接し、前記Ｕ字状開口部が形成された側面以外の前記絶
縁筒の２つの側面に、略平行に一定の間隔を保つように
それぞれ埋め込まれた２枚の長方形の平板電極と、前記埋め込まれた平板電極間に配置され、前記リング状
電極に固定された主回路部品と、を具備することを特徴
とするガス絶縁断路器。
【請求項２】少なくとも前記２枚の平板電極から前記
リング状電極にかけての領域で、前記略四角体の絶縁筒
の内面が円弧状に形成され、前記Ｕ字状開口部の幅が前
記２枚の平板電極間の距離より小さいことを特徴とする
請求項１に記載のガス絶縁断路器。
【請求項３】対向する２つの側面に、その一端より中
段に至るＵ字状の開口部をそれぞれ有する略四角体の絶
縁筒と、前記Ｕ字状開口部の底部に隣接する前記絶縁筒の中段に
埋め込まれたリング状の電極と、前記リング状の電極側面にその側面が対向するように隣
接し、前記Ｕ字状開口部が形成された側面以外の前記絶
縁筒の２つの側面に、略平行に一定の間隔を保つように
それぞれ埋め込まれた２枚の長方形の平板電極と、前記埋め込まれた平板電極間に配置され、前記リング状
電極に固定された主回路部品と、前記Ｕ字状開口部の一方に配置された固定電極と、前記Ｕ字状開口部の他方に配置され、前記リング状の電
極上の１点を支点として回転し、前記固定電極とかん合
可能とされた板状の可動電極と、を具備し、これらが３相分横一列に配置されたことを特
徴とするガス絶縁断路器。
【請求項４】対向する２つの側面に、その一端より中
段に至るＵ字状の開口部をそれぞれ有する略四角体の絶
縁筒と、前記Ｕ字状開口部の底部に隣接する前記絶縁筒の中段に
埋め込まれたリング状の電極と、前記リング状の電極側面にその側面が対向するように隣
接し、前記Ｕ字状開口部が形成された側面以外の前記絶
縁筒の２つの側面に、略平行に一定の間隔を保つように
それぞれ埋め込まれた２枚の長方形の平板電極と、前記埋め込まれた平板電極間に配置され、前記リング状
電極に固定された主回路部品と、板状の電極を複数枚重ねあわせて角型に形成され、その
板状の面が前記開口部に露出する前記絶縁筒の側断面に
ほぼ平行に配置され、前記２枚の平板電極間に配置され
る部分を有する接触子と、を具備することを特徴とする
ガス絶縁断路器。
【請求項５】略四角体の絶縁筒にＵ字状の開口部を設
けた絶縁筒において、前記開口部に板状の電極を複数枚
重ね合わせて角型に形成させた接触子を設け、この接触
子に曲率を持たせた金属シールドを外側に取り付けて、
前記金属シールドの曲率面が前記絶縁筒の前記開口部か
ら突出したことを特徴とするガス絶縁断路器。