JPH11252725A

JPH11252725A - ガス絶縁機器及びガス絶縁方法

Info

Publication number: JPH11252725A
Application number: JP10049156A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Aida; 剛合田; Kazuyuki Suzuki; 和之鈴木
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-03-02
Filing date: 1998-03-02
Publication date: 1999-09-17
Also published as: CN1190806C; CN1227986A

Abstract

(57)【要約】【課題】実際の適用が問題となるトリプルジャンクショ
ン形状での混合ガスの絶縁破壊パターンを究明し、これ
に基いて変圧器等のガス絶縁機器への混合ガスの実適用
化の途を更に拓くこと。【解決手段】トリプルジャンクションを有し、窒素、六
弗化硫黄の混合ガスを絶縁媒体として適用するガス絶縁
機器において、前記混合ガスは、六弗化硫黄ガスの混合
比が0.2 ％から50％であることを特徴とするガス絶縁機
器を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、六弗化硫黄ガスと
窒素ガスとの混合ガスを絶縁媒体として用いた絶縁機器
及び絶縁方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】変圧器その他の送変電機器においては、
絶縁媒体として六弗化硫黄ガス（以下「ＳＦ６ガス」と
する）を用いたものが多く適用される。このガスは、六
価の電子対を持つ硫黄イオンにハロゲン元素たる弗素の
イオンが過不足なく共有結合しているものであり、化学
的安定性が極めて高く、従って電離（イオン化）現象も
少ない、いわゆる電気絶縁特性に優れたガスである。こ
のような事情から、絶縁媒体として送変電機器を中心と
して広く適用されている人工ガスである。

【０００３】従来では、変圧器等の絶縁機器における絶
縁媒体として、ＳＦ６ガスのみの単独ガスを加圧充填し
たものを用いるものが一般的であった。しかしながら、
かかる状況下において、以下の諸問題が生じていた。

【０００４】まず、ＳＦ６ガスの凝縮点は比較的高いた
め、寒冷地で使用した場合、機器の内壁に液化したＳＦ
６が付着してしまい、内圧低下により絶縁特性が極端に
低下してしまう可能性があった。

【０００５】また、凝縮点が高いことから、高圧にする
と容易に液化してしまうため、特にガスボンベに大量に
充填することができず、運搬に際して不利不便をきたし
ていた。

【０００６】更に、上述したように、ＳＦ６ガスは化学
的安定性に極めて優れた人工ガスであるため、天然では
分解し難い。従って、このガスが環境へ放出されれば半
永久的に大気中に滞留することとなる。特に、地球温暖
化の原因となるガスであることも近年解明されている。
もっとも、炭酸ガス等に比し絶対量は少ないが、半永久
的な滞留により、その地球環境への影響は必ずしも無視
できない（温暖化係数が、炭酸ガスの２万倍以上あ
る）。かかる事情から、先の温暖化防止京都会議におい
ても、排出が規制される6 種類のガスの一つとしてＳＦ
６ガスが挙げられるに至った程である。

【０００７】これらの諸問題を解消するべく、窒素ガス
を混合したガス（以下「混合ガス」とする）を絶縁媒体
として適用するものが近年注目されている。以下、既に
電気学会にて報告された混合ガスについての絶縁特性を
示すデータについて説明する。ここで、図6 は、図7 に
示す平等電界における絶縁特性を示すデータであり、横
軸は混合ガス中のＳＦ６ガスが占める割合、縦軸は絶縁
が破壊される電圧をそれぞれ示す。また、図8 は、図9
に示す不平等電界における絶縁特性を示すデータであ
り、横軸、縦軸の関係は図6 と同様である。

【０００８】以上のデータから分かるように、図6 に示
す平等電界については、純粋な分圧比（図中点線）に比
し、いずれの領域においても混合ガスは良好な絶縁特性
を示すことが明らかとなった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、変圧器
をはじめとする送変電機器においては、実際に絶縁破壊
の起点として設計上問題となる部分として、平等電界あ
るいは不平等電界による部分もあるが、トリプルジャン
クション（くさび形状の間隙を有する部分）であること
も多く、多数の巻線部を有する変圧器等においては特に
この部分についての解析が急務となる。

【００１０】ここで、上述の既知のデータをもとに、ト
リプルジャンクションについてシュミレーション解析す
る手段が考えられる。しかし、放電現象は、電磁気学等
の理論によっては説明できない挙動を示す傾向が強く、
実際に実験してみなければトリプルジャンクションにつ
いての特性は解析できない。特に、図8 に示す不平等電
界では、混合比、総圧力によって全く不可思議な挙動を
示し、トリプルジャンクションのシュミレーション解析
には全く使い物にならないことが明瞭である。

【００１１】そこで、本発明では実際の適用が問題とな
るトリプルジャンクション形状での混合ガスの絶縁破壊
パターンを究明し、これに基いて変圧器等のガス絶縁機
器への混合ガスの実適用化の途を更に拓くことを目的と
する。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明では、以上の目的
を達成するために、請求項１の発明として、相互に電位
差を有する２つの電気導体にそれぞれ固体絶縁物を巻回
しこれらが隣接配置することによって形成される溝形状
のトリプルジャンクションを有し、窒素、六弗化硫黄の
混合ガスを絶縁媒体として適用するガス絶縁機器におい
て、前記混合ガスは、六弗化硫黄ガスの混合比が0.2 ％
から50％であることを特徴とするガス絶縁機器を提供す
る。かかる構成においては、分圧比に比し最低でも６％
以上優れた絶縁特性を呈することが可能となる。

【００１３】また、本発明においては、請求項２の発明
として、相互に電位差を有する２つの電気導体にそれぞ
れ固体絶縁物を巻回しこれらが隣接配置することによっ
て形成される溝形状のトリプルジャンクションを有し、
窒素、六弗化硫黄の混合ガスを絶縁媒体として適用する
ガス絶縁機器において、前記混合ガスは、六弗化硫黄ガ
スの混合比が0.5 ％から35％であり、かつ合計圧力が0.
2 ［MPa ］以上であることを特徴とするガス絶縁機器を
提供する。かかる構成においては、分圧比に比し最低で
も１８％以上優れた絶縁特性を呈することが可能とな
る。

【００１４】また、本発明においては、請求項３の発明
として、相互に電位差を有する２つの電気導体にそれぞ
れ固体絶縁物を巻回しこれらが隣接配置することによっ
て形成される溝形状のトリプルジャンクションを有し、
窒素、六弗化硫黄の混合ガスを絶縁媒体として適用する
ガス絶縁機器において、前記混合ガスは、六弗化硫黄ガ
スの混合比が1.0 ％から25％であり、かつ合計圧力が0.
2 ［MPa ］以上であることを特徴とするガス絶縁機器を
提供する。かかる構成においては、分圧比に比し最低で
も２３％以上優れた絶縁特性を呈することが可能とな
る。

【００１５】また、本発明においては、請求項４の発明
として、電気導体に固体絶縁物を巻回したものと、前記
電気導体との間に電位差を有し平面形状に形成されてな
る電気導体と、この電気導体と前記固体絶縁物との間に
介在し少なくとも前記固体絶縁物に接する部分が平面形
状の固体絶縁物である絶縁体とを有し、窒素、六弗化硫
黄の混合ガスを絶縁媒体として適用するガス絶縁機器に
おいて、前記混合ガスは、六弗化硫黄ガスの混合比が0.
2 ％から75％であることを特徴とするガス絶縁機器を提
供する。かかる構成においては、分圧比に比し最低でも
１２％以上優れた絶縁特性を呈することが可能となる。

【００１６】また、本発明においては、請求項５の発明
として、電気導体に固体絶縁物を巻回したものと、前記
電気導体との間に電位差を有し平面形状に形成されてな
る電気導体と、この電気導体と前記固体絶縁物との間に
介在し少なくとも前記固体絶縁物に接する部分が平面形
状の固体絶縁物である絶縁体とを有し、窒素、六弗化硫
黄の混合ガスを絶縁媒体として適用するガス絶縁機器に
おいて、前記混合ガスは、六弗化硫黄ガスの混合比が0.
5 ％から40％であり、かつ合計圧力が0.2 ［MPa ］以上
であることを特徴とするガス絶縁機器を提供する。かか
る構成においては、分圧比に比し最低でも２０％以上優
れた絶縁特性を呈することが可能となる。

【００１７】また、本発明においては、請求項６の発明
として、電気導体に固体絶縁物を巻回したものと、前記
電気導体との間に電位差を有し平面形状に形成されてな
る電気導体と、この電気導体と前記固体絶縁物との間に
介在し少なくとも前記固体絶縁物に接する部分が平面形
状の固体絶縁物である絶縁体とを有し、窒素、六弗化硫
黄の混合ガスを絶縁媒体として適用するガス絶縁機器に
おいて、前記混合ガスは、六弗化硫黄ガスの混合比が1
％から30％であり、かつ合計圧力が0.2 ［MPa］以上で
あることを特徴とするガス絶縁機器を提供する。かかる
構成においては、分圧比に比し最低でも３１％以上優れ
た絶縁特性を呈することが可能となる。また、本発明に
おいては、請求項７の発明として、窒素、六弗化硫黄の
混合ガスを絶縁媒体として適用する、相互に電位差を有
する２つの電気導体にそれぞれ固体絶縁物を巻回しこれ
らが隣接配置した部分によって形成される溝形状のトリ
プルジャンクションの絶縁方法において、前記混合ガス
は、六弗化硫黄ガスの混合比が0.2 ％から50％であるこ
とを特徴とするガス絶縁方法を提供する。かかる絶縁方
法においては、分圧比に比し最低でも６％以上優れた絶
縁特性を呈することが可能となる。

【００１８】また、本発明においては、請求項８の発明
として、電気導体に固体絶縁物を巻回したものと、前記
電気導体との間に電位差を有し平面形状に形成されてな
る電気導体と、この電気導体と前記固体絶縁物との間に
介在し少なくとも前記固体絶縁物に接する部分が平面形
状の固体絶縁物である絶縁体と、を相互に隣接配置する
ことによって形成されるとともに、窒素、六弗化硫黄の
混合ガスを絶縁媒体として適用してなる溝形状のトリプ
ルジャンクションの絶縁方法において、前記混合ガス
は、六弗化硫黄ガスの混合比が0.2 ％から75％であるこ
とを特徴とするガス絶縁方法を提供する。かかる絶縁方
法においては、分圧比に比し最低でも１２％以上優れた
絶縁特性を呈することが可能となる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１の実施の形態
を図１及び図２を参照して説明する。ここで、図１は、
図２に示すトリプルジャンクション形状における絶縁特
性を示すデータであり、横軸は混合ガス中のＳＦ６ガス
が占める割合であり、縦軸は被覆間のガスギャップが破
壊される電圧、即ち部分放電開始電圧を示す。なお、こ
こで図２に示すサンプルとしては、曲率0.６［mm］の２
つの導体１に、固体絶縁物としてそれぞれ厚さ0.5 ［m
m］のＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）被覆２を
付し（合計曲率1.1 ［mm］）、これらを左右対称に接触
配置したもの用いた。

【００２０】また、図１のデータ中の4 本の曲線は、下
から順に、合計圧力をそれぞれ0.1、0.2 、0.35、0.5
［MPa ］としたものを示す。図1 のデータを分析する
と、合計圧力が0.1 ［MPa ］（約1 気圧）の場合、いず
れの混合率においても分圧比に較べ多少の絶縁特性の向
上が図れるが、0.2 ［MPa ］以上から、少しずつ混合ガ
スに顕著な絶縁特性がみられることがわかる。また、混
合率から分析すると、5 ％をピークに顕著な特性向上が
現れ、0.2 ％から50％位までにかけて分圧比よりも優れ
た絶縁特性が図れることがわかる。より具体的に、望ま
しい数値を抽出すると、混合比が0.2 ％から50％のとき
に、分圧比より最低でも６％以上優れた絶縁特性を示す
ため、容器全体におけるＳＦ６ガスの使用量を本来の分
圧分のＳＦ６の83％以下に削減することができる（直線
距離で約0.94％以下に削減できるため、絶縁機器の内容
積にあわせこれを３乗することにより求める。以下同様
にして算出する）。また、混合比が0.5 ％から35％かつ
合計圧力が0.2[Mpa]以上のときに、分圧比より最低でも
18％以上優れた絶縁特性を示すため、容器全体における
ＳＦ６ガスの使用量を本来の分圧比分のＳＦ６の61％以
下に削減することができる。更に、混合比が1 ％から25
％かつ合計圧力が0.2[Mpa]以上のときに、分圧比より最
低でも23％以上優れた絶縁特性を示すため、容器全体に
おけるＳＦ６ガスの使用量を本来の分圧比分のＳＦ６の
53％以下に削減することができる。

【００２１】次に、本発明の第２の実施の形態を図３、
図４及び図5 を参照して説明する。ここで、図３は、図
４に示すトリプルジャンクション形状における絶縁特性
を示すデータであり、横軸は混合ガス中のＳＦ６ガスが
占める割合であり、縦軸は被覆間のガスギャップが破壊
される電圧、即ち部分放電開始電圧を示す。なお、ここ
で図４に示すサンプルとしては、曲率7.5 ［mm］の導体
11に厚さ2.0 ［mm］のＰＥＴ被覆１２を付したもの（合
計曲率9.5 ［mm］）と、平面状電極（曲率無限大）２１
に厚さ1.0[mm] のＰＥＴ被覆２２を平面形状に付したも
の（合計曲率も無限大）を接触配置したもの用いた。ま
た、図5 は、本実施形態におけるトリプルジャンクショ
ンの実適用例（例えば混合ガスが充填された変圧器内部
のリード線支え部分が該当する）を示しており、リード
被覆３２を巻回した中心導体３１が、緊縛材３をもって
固体絶縁物からなる支え４に固定されている状態を示し
ている。なお、平面状電極に該当するものとしては、変
圧器の接地金属容器等がある（図示せず）。

【００２２】また、図３のデータ中の4 本の曲線は、下
から順に、合計圧力をそれぞれ0.1、0.2 、0.35、0.5
［MPa ］としたものを示す。図3 のデータを分析する
と、図１のデータと同様に、合計圧力が0.1 ［MPa ］の
場合、いずれの混合率においても分圧比に較べ多少の絶
縁特性の向上が図れるが、0.2 ［MPa ］以上から、少し
ずつ混合ガスに顕著な絶縁特性がみられることがわか
る。また、混合率から分析すると、5 ％をピークに顕著
な特性向上が現れる点では図１のデータと同様だが、0.
2 ％から75％位までにかけた広範な範囲で混合ガスに顕
著な絶縁特性が図れる点では図1 のデータと相違するこ
とがわかる。より具体的に、望ましい数値を抽出する
と、混合比が0.2 ％から75％のときに、分圧比より最低
でも12％以上優れた絶縁特性を示すため、容器全体にお
けるＳＦ６ガスの使用量を本来の分圧分のＳＦ６の71％
以下に削減することができる。また、混合比が0.5 ％か
ら40％かつ合計圧力が0.2[Mpa]以上のときに、分圧比よ
り最低でも20％以上優れた絶縁特性を示すため、容器全
体におけるＳＦ６ガスの使用量を本来の分圧比分のＳＦ
６の57％以下に削減することができる。更に、混合比が
1 ％から30％かつ合計圧力が0.2[Mpa]以上のときに、分
圧比より最低でも31％以上優れた絶縁特性を示すため、
容器全体におけるＳＦ６ガスの使用量を本来の分圧比分
のＳＦ６の44％以下に削減することができる。

【００２３】従って、上記数値範囲における混合ガスを
絶縁媒体として用いれば、ＳＦ６ガスの使用量を削減し
ながらも、本来の分圧比分の使用量よりも優れた絶縁特
性を得ることができ、混合ガスを用いたトリプルジャン
クションを有する絶縁機器の絶縁信頼性等を図ることが
可能となる。なお、かかる混合ガスの実適用面において
は、高圧電気機器はもとより、中圧・低圧電気機器にお
いて特に顕著なニーズが見込まれることは言うまでもな
い。

【００２４】

【発明の効果】以上本発明においては、トリプルジャン
クション形状を有する絶縁機器における、混合ガスの分
圧比の最適化を図ることにより、地球温暖化ガスである
ＳＦ６ガスの使用量を削減しながらも本来の分圧比分の
使用量よりも優れた絶縁特性を得ることができ、当該機
器の絶縁信頼性を一層向上することが可能となる。更
に、凝縮点の低い窒素ガスとの混合化を図ることによ
り、寒冷地での内圧低下を緩和することができ、かかる
地域での絶縁信頼性を一層向上することも可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】２つの導体を接触配置することにより形成され
るトリプルジャンクション形状における絶縁特性を示す
図。

【図２】２つの導体を接触配置することにより形成され
るトリプルジャンクション形状を示す図。

【図３】導体と水平電極とを固体絶縁物を介して接触配
置することにより形成されるトリプルジャンクション形
状における絶縁特性を示す図。

【図４】導体と水平電極とを固体絶縁物を介して接触配
置することにより形成されるトリプルジャンクション形
状を示す図。

【図５】第二実施形態におけるトリプルジャンクション
形状の実適用例を示す図。

【図６】平等電界形状での絶縁特性を示す図。

【図７】従来の実験データによる平等電界形状を示す
図。

【図８】不平等電界形状での絶縁特性を示す図。

【図９】従来の実験データによる不平等電界形状を示す
図。

【符号の説明】

１、１１…導体、２１…平面状電極、２、１２、２２…
固体絶縁物。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】相互に電位差を有する２つの電気導体にそ
れぞれ固体絶縁物を巻回しこれらが隣接配置することに
よって形成される溝形状のトリプルジャンクションを有
し、窒素、六弗化硫黄の混合ガスを絶縁媒体として適用
するガス絶縁機器において、前記混合ガスは、六弗化硫
黄ガスの混合比が0.2 ％から50％であることを特徴とす
るガス絶縁機器。
【請求項２】相互に電位差を有する２つの電気導体にそ
れぞれ固体絶縁物を巻回しこれらが隣接配置することに
よって形成される溝形状のトリプルジャンクションを有
し、窒素、六弗化硫黄の混合ガスを絶縁媒体として適用
するガス絶縁機器において、前記混合ガスは、六弗化硫
黄ガスの混合比が0.5 ％から35％であり、かつ合計圧力
が0.2 ［MPa ］以上であることを特徴とするガス絶縁機
器。
【請求項３】相互に電位差を有する２つの電気導体にそ
れぞれ固体絶縁物を巻回しこれらが隣接配置することに
よって形成される溝形状のトリプルジャンクションを有
し、窒素、六弗化硫黄の混合ガスを絶縁媒体として適用
するガス絶縁機器において、前記混合ガスは、六弗化硫
黄ガスの混合比が1.0 ％から25％であり、かつ合計圧力
が0.2 ［MPa ］以上であることを特徴とするガス絶縁機
器。
【請求項４】電気導体に固体絶縁物を巻回したものと、
前記電気導体との間に電位差を有し平面形状に形成され
てなる電気導体と、この電気導体と前記固体絶縁物との
間に介在し少なくとも前記固体絶縁物に接する部分が平
面形状の固体絶縁物である絶縁体とを有し、窒素、六弗
化硫黄の混合ガスを絶縁媒体として適用するガス絶縁機
器において、前記混合ガスは、六弗化硫黄ガスの混合比
が0.2 ％から75％であることを特徴とするガス絶縁機
器。
【請求項５】電気導体に固体絶縁物を巻回したものと、
前記電気導体との間に電位差を有し平面形状に形成され
てなる電気導体と、この電気導体と前記固体絶縁物との
間に介在し少なくとも前記固体絶縁物に接する部分が平
面形状の固体絶縁物である絶縁体とを有し、窒素、六弗
化硫黄の混合ガスを絶縁媒体として適用するガス絶縁機
器において、前記混合ガスは、六弗化硫黄ガスの混合比
が0.5 ％から40％であり、かつ合計圧力が0.2 ［MPa ］
以上であることを特徴とするガス絶縁機器。
【請求項６】電気導体に固体絶縁物を巻回したものと、
前記電気導体との間に電位差を有し平面形状に形成され
てなる電気導体と、この電気導体と前記固体絶縁物との
間に介在し少なくとも前記固体絶縁物に接する部分が平
面形状の固体絶縁物である絶縁体とを有し、窒素、六弗
化硫黄の混合ガスを絶縁媒体として適用するガス絶縁機
器において、前記混合ガスは、六弗化硫黄ガスの混合比
が1 ％から30％であり、かつ合計圧力が0.2 ［MPa ］以
上であることを特徴とするガス絶縁機器。
【請求項７】窒素、六弗化硫黄の混合ガスを絶縁媒体と
して適用する、相互に電位差を有する２つの電気導体に
それぞれ固体絶縁物を巻回しこれらが隣接配置した部分
によって形成される溝形状のトリプルジャンクションの
絶縁方法において、前記混合ガスは、六弗化硫黄ガスの
混合比が0.2 ％から50％であることを特徴とするガス絶
縁方法。
【請求項８】電気導体に固体絶縁物を巻回したものと、
前記電気導体との間に電位差を有し平面形状に形成され
てなる電気導体と、この電気導体と前記固体絶縁物との
間に介在し少なくとも前記固体絶縁物に接する部分が平
面形状の固体絶縁物である絶縁体と、を相互に隣接配置
することによって形成されるとともに、窒素、六弗化硫
黄の混合ガスを絶縁媒体として適用してなる溝形状のト
リプルジャンクションの絶縁方法において、前記混合ガ
スは、六弗化硫黄ガスの混合比が0.2 ％から75％である
ことを特徴とするガス絶縁方法。