JPS5989505A - ガス絶縁装置 - 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】 〔発明の技術分熱〕 本発明は電気機器若しくは導体を収納する箱体に絶縁性
ガスとしての六弗化イオウガス（以下ＳＦａガスと略記
する）を封入するガス絶縁装置に関する。

〔発明の技術的背景およびその問題点〕一般に閉鎖配電
盤はしゃ断器、断路器等の主回に１６機器およびこれに
接続される母線、あるいは、監視制御装置等を金属製の
箱体に収納し、この箱体を接地する構成が採られる。

ここで、主回路が三相の場合、主口路機器の相聞には、
絶縁性の部材でなるバリア等を挿入して相間絶縁の補強
を行い、相聞距離を短縮させることによって全体の縮少
化を図っている。しかしながら、閉鎖配電盤内の絶縁の
基本は空気による気中絶縁が主体となっており、この気
中絶縁では不平等電界中の絶縁耐力が、一般に６　［Ｋ
Ｖ／ｂｘ　］と低いため、主に、定格電圧が３０　［Ｋ
Ｖ　］以下の閉鎖配電盤では気中絶縁のみのものが多い
。

かかる気中絶縁を用いて、定格電圧が６０［ＫＶ］級の
閉鎖配電盤を製作しようとすると、主回路機器の絶縁や
、相間の絶縁距離をさらに大きくしなければならず、配
電盤全体を大きくせざるを得なかった。

一方、最近では用地難や人口密度の増大に対処すべく、
絶縁強度に優れ、且つ、小型の閉鎖配電盤の出現が強く
望まれていた。

これを解決する一つの方法として、箱体内に絶縁媒体と
してのＳＦ・ガスを封入した電気機器が変電所等に多用
され、かかる電気機器は一般にガス絶縁装置またはガス
絶縁機器と称されている。

周知の如く、ＳＦ６ガスは無色無臭で、その絶縁耐力は
空気に比較して略２〜３倍も高く、このＳＦａガスを絶
縁媒体として用いることによって閉鎖配慮盤等の小型化
が可能になる。　　　　゛しかしながら、このＳＦ・ガ
スは電界依存性が強く、平等電界に比べると不平等電界
中の絶縁耐力が著しく低下するという性質がある。従っ
て、主回路導体等の曲率半径をできるだけ大きくして平
等電界に近付けるようにしなければならない。

このため、主回路導体等の裏作加工時に丸味を持たせる
手間がかかり、これが装置全体の価格を高騰させる一因
となっていた。

一方、純粋なＳＦ、ガスを箱体内に封入するには、箱体
の内部を一旦脱気して高真空状態にし、次いで、ＳＦ’
、ガスを封入して規定の圧力まで昇圧するという手法が
採られる。このため、箱体としては高真空に耐える強度
が要求され、箱体壁の厚さを大きくしなければならなか
った。

なお、一般的なガス絶縁装置のガス圧力は０．３〜０　
、６　［ＭＰａ］である場合が多く、圧力容器として法
的な厳しい規定があり、これを満たすべく箱体壁の厚さ
を十分に大きくする必要があった。

しかして、ガス絶縁装置の箱体は堅固にして且つＭ量も
増大することから、運搬手段が大がかりになると同時に
据付にも多くの困難を伴い、さらに、低価格化および工
期の短縮化を強く要請される最近の趨勢に逆行する面が
あった。

〔発明の目的〕

（３） 本発明は上記事情を考慮してなされたもので、ＳＦａガ
スの濃度およびガス圧力を適切に選定することによって
、絶縁耐力を大、幅に低下させることなく、箱体の軽量
化およびガス封入作業の単純化を因シ得、且つ、価格的
にも低ｌＩＬなガス絶縁装置の提供を目的とする。

〔発明の概要〕

この目的を達成するために本発明は、箱体番こ電気機器
若しくは導体を収納するととも番こ、絶縁性のガスを封
入し、この箱体の内部の電界利用率が略０．４以下であ
るガス絶縁装置に、おいて、前記絶縁性ガスは六弗化イ
オウガスおよび空気の混合ガスでなり、且つ、この混合
ガスの六弗化イオウガス濃度を略６０［１３以上とする
ととも番こ、この混合ガスの圧力が略０．１０〜０．．
２　（ＭＰａ）　　になるように前記箱体に収納するこ
とを特徴とするものである。

〔発明の実施例〕

以下、添付図面を参照して本、発明の一実施例について
説明する。

（４） 第１図は本発明に係るガス絶縁装置としてのガス絶縁キ
ユービクルの構成を示す断面図で、金拠製の容器ｌは縦
に゛配置された仕切板２および横に配置された仕切板３
，４ζこよって４個の室Ａ、Ｂ、ｃｔ　、Ｃ！　（以下
、Ａ室、Ｂ室、Ｃ１室、Ｃ２室と言う）に区分されてお
り、図示しない送電線を接続するためのケーブルへラド
１１がＢ室の壁部全貫通して、容器１の据付面に対して
略垂直に取付けられている。このケ゛−プルヘッド１１
は同１；Ｂ室に配設された変成器１２、断路器１３およ
び貫通形質流器１４を介して、Ａ室に設けられたしゃ断
５１５に接続されている。なお、断路器１３およびしゃ
断器１５は、仕切板２に支持された絶縁スペーサ１８を
貫通し、且つ、水平に配置された電源側主回路母線１６
によって接続されている。

また、しゃ断器１５の負荷側には２回線用の負荷側主回
路母線１７が、仕切板２に支持されたもう一つの絶縁ス
ペーサ１８を貫通し、且つ、水平にしてＣＩ室に導かれ
ており、これがＣ８室の断路器１３に接続される一方、
仕切板４に支持されたもう−つ他の絶縁スペーサ１８を
貫通してＣ１室の断路器１３にも接続されている。

ここで、断路器１３は詳細部分を示してはいないが、固
定電極と、この固定′ｄ極に対向して配置され、水平方
間に移動可能な可動電極と全具えるものであり、可動電
極内の可動集４子が水平移動して主回路を開閉する。こ
れらの固定電極および可動−極はそれぞれ、容器１また
は仕切板３，４に対して、所定の絶縁耐力を有する絶縁
物を介して保持されており、容器１自体は接地されてい
る。

また、Ｂ室の土壁部に接地装置１９が設けられている。

第１図に示された絶縁キユービクルは、容器１ζこ収納
される機器および主回路母線等に対して、必ずしも大き
な曲率半径よりなる丸味をつけたものではなく、特に、
主回路母線の端部やその接続部分の曲率半径は小さいま
まであり、したがって不平等電界が形成され易い構成に
なっている。

また、容器１の内部には、ＳＦ６ガスおよび空気の混合
ガスですり、混合比が略９：１、ガス圧が略０．１２（
ＩＶｉＰａＪを最良の状態として、これに近づくように
した絶縁性ガスが封入されている。

なお、絶縁性ガスを封入する方法はＳＦ、ガスと空気と
の比１差を利用した置換法で行なわれる。

すなわち、ＳＦ６ガスの比重は５．１０（眠気工学ハン
ドブック、眠気学会編）であるため、ＳＦ。

ガスを容器１の底部より徐々に流し込み、容器１の土壁
部に設けた図示しないバルブを開放することによって空
気を押し出すとともに、空気が殆んしかして、容器１に
ＳＦ、ガスを封入するに際し従来装置にあっては一旦、
真空状態にする必要性があったのに対して、この手法で
は真空にする必要はなく、しかも、ガス圧も０　、１２
　［：ＩＶｉＰａＪを最良の状態としてこれに近づける
ようにして封入されるので、容器壁も薄い板材でもよい
ことになる。

また、ＳＦ、ガスの純度を１００係とするものではなく
、９０９ｂを最良の状態とすることから、その取扱いも
容易になると言える。

（７） 次に、容器１に収納される電気機器および導体に対して
平等電界に近づけるための積極的な対策な施こさなかっ
たこと、絶縁性のガスとしてＳＦ６ガスおよび空気を略
９：１に混合させたこと、および、ガス圧を０．１２［
■−〕に近づけることの理由全発明者らが行った実験例
に基いて説明する。

実施例 先ず、＄２図（−に示すように、銅合金でなる球電極２
１と、平板電極２２とを対向させて、電極間隔ｔ（以下
ギャップとも言う）を可変する状態で高気圧タンク内に
配置して、この高気圧タンク内にＳＦ６ガスと空気とを
９：１の割合で混合したガスを封入する一方、第２図（
ｂ）に示すように、銅合金でなる１対の球電極２１をギ
ャップｔを可変する状態で上述したと同様の雰囲気の高
圧ガスタンク内に配置した。

ここで、球電極２１の曲率半径ｒとギャップｔとの関係
によって電界の不平等係数ｆは自ずと決まってくる。す
なわち、不平等係数をｆ１最大厄界強Ｋ　ヲＥＩＪａｚ
　、平均電界強度’ｆｒＥａｗｅとすると、（８） の関係があるので、ｒ＞＞ｔでは平等電界に近く、不平
等係数ｆはｆ＃１となる。逆にｒ　（（Ｌでは不平等電
界となり、不平等係数ｆは１以上の値となる。

この不平等係数ｆの求め方は最近発表された電界計算法
（−気学会技術報告Ｒ部第９８号最近の電界計算法）に
よって精度よく求めることができ、一般番こは第２図３
　（ａ）にあっては次式％式％（２） が用いられ、第２図（ｂ）にあっては次式が用いられる
。

ここで、不平等係数ｆの代わりに、電界利用率Ｕが用い
られることがあり、この電界利用率、Ｕと不平等係数ｆ
との間には次式の関係がある。

Ｕ＝□　　　　　　　　・・・・・・・・（４）第３図
は電界利用率Ｕをパラメータとして、ガス圧力と電極間
のフラッシュオーバ′岨圧との関係を、実験値に従って
画いた線図で、特にフラッシュオーバ電圧を百分率表示
したものである。

同図において、電界利用率Ｈの値が大きくなる程フラッ
シュオーバ電圧が高くなると同時にガス圧力に比例して
上昇するが、電界利用率が０．０１〜０．４０　（７）
範囲では、フラッシュオーバ電圧がガ゛ス圧力０．１２
［ＭＰａ）の点でピークを示し、その後０．３〔■ｔ〕
に近づくに従って徐々に降下し、この０．３ＣＭＰａ）
　’ｅ超えると再び緩やかに上昇する。

つまり、不平等電界中で、その電界利用率の小さい領域
ではガス圧力０．１２（ＭＰａＪでフラッシュオーバ電
圧は最大となり、優れた絶縁耐力を有することを意味す
る０ なお、ガス圧力をさらに増加させた場合でも、０．１２
　［ＭＰａｌと同等の絶縁耐力を有する領域は０．５（
ＭＰａ）を超えることから、実用的にはガス圧力を０．
１２［ＭＰａｌとすることが絶縁耐力からみて最も有効
であることがわかる。

実施例 第４図は、上述したと同様な電極２ｉ　、　２２を高気
圧タンク内に配置し、ギャップｔおよび曲率半径ｒを変
えるとともに、ＳＦ６ガスのＤＩＫを変化させたときの
、′電界利用率ＵをパラメータとしてＳＦ、ガス＠度と
フラッシュオーバ電圧との関係を実験値に従って画いた
１鋏図である。なお、この場合ガス圧力を０　、１２［
ＭＰａＪに保持している。

同図において、′へ界利用率Ｕが０．４０以下の領域で
は８Ｆ、ガス濃度を９０％としたときフラッシュオーバ
電圧が最大値を持つ放物曲線となり、電界利用率Ｕが０
．４１以上の領域では、ＳＦ、ガス鏡度の低下に比例し
てフラッシュオーバ電圧も低下する特性曲線となること
が判る。

４つまり、不平等゛戒界中ではＳＦ、ガス濃度を９０チ
とすることζこよって絶縁耐力を最高にすることができ
る。

上述した２つの実験例から明らかなように、ＳＦｓガス
と空気との混合ガスが絶縁耐力の向上に最も大きく寄与
する条件は、電界利用率Ｕが（１１） ０．４０以下であること、ガス圧力が０．１２［ＭＰａ
ｌであること、およびＳＦ・ガス濃度が９０％であるこ
とである。

かかる条件のもとて絶縁耐力が最大になる原因としては
、１つに電極金鵬面からの電子放出５等のいわゆる二次
電離作用が上記の条件下で抑制され、これが放電耐電圧
を上昇させるものと考えられる。

しかして、電界利用率Ｕが０．４以下の機器ｌこあって
は、上述した条件を最良の状態とするものの、ガス圧力
を０．１〜０．２〔ＭＰａＪ、ＳＦ、ガス濃度を６０〜
１００ｔｓの範囲に保持した場合でもフラッシュオーバ
電圧の大幅な低下がないので、実用的には殆んど問題は
なく、上述したガス封入方法ではＳＦａガス練度を厳密
に定め難い点を考慮すれば、絶縁耐力を最大にする条件
を想定して、上記範囲内に収めることが最適と思われる
０なお、上記実施例ではガス絶縁キユービクルについて
説明したが、これ以外の例えば、絶縁容器内に真空パル
プを収納したガス絶縁真空しゃ断器（１２） や閉鎖母線等、電界利用率ｄが０．４０以下の不平等電
界を持つガス絶縁機器にも適用し得ることはもちろんで
ある。

〔発明の効果〕

以上の説明によって明らかな如く、本発明のガス絶縁装
置によれば　Ｓ　Ｆ＋６ガス良度を必ずしも１００％と
する必要がなく、シかも、ガス圧力も低いことから、ガ
ス封入作業を著しく単純化し得、これに伴って箱体を構
成する板も薄いものでよく装置全体のｉ旬を著しく軽減
し得るという優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るガス絶縁装置の一実施例を示す断
面図、第２図（ａ）　ｅ　（ｂ）は同実施例の絶縁ガス
濃度を定めるために行った実験装置の主要な要素の形状
を示す側面図、第３図および第４図はこの実験装置によ
る実験結果を示す特性図である。 １・・・容器、２，３．４・・・仕切板、１１・・・ケ
ーブルヘッド、１２・・・変成器、１３・・・断路器、
１４・・・貫通形変流器、１５・・・しゃ断器、１６　
、１７・・・主回路母線、１８・・・絶縁スペーサ、１
９・・・接地装置、２１・・・球電極、２２・・・平板
市極。 出願人代理人　　猪　股　　　　清 （１５） ｂ　ｌ　図 懸　２　図 （Ｇ）（ｂ） （％）”Ｒ，ｍき〆」り？／・ζ乙 （％）１さ、＼ｔ　ｊ”−４Ｚ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、箱体に電気機器若しくは導体を収納するとともに、
   絶縁性のガスを封入し、この箱体の内部の電界利用率が
   略Ｏ０４以下であるガス絶縁装置において、前記絶縁性
   のガスは六弗化イオウガスおよび空気の混合ガスでな９
   、且つ、この混合ガスの六弗化イオウガス濃度を略６０
   ［％］以上とするとともに、この混合ガスの圧力が略０
   ゜ｌＯ〜０゜２　［ＭＰａ　］になるように前記箱体に
   封入したことを特徴とするガス絶縁装置。 ２、前記混合ガスの六弗化イオウガス濃度を９０〔チ〕
   とし、この混合ガスの圧力を０．１２（ＭＰａ）とした
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のガス絶縁
   装置。