(57)【要約】【課題】部分放電の起こりにくい固体絶縁開閉装置を得る。【解決手段】真空スイッチ管１とそれを少なくとも部分的に収容する絶縁筒６を備える。また、絶縁筒６の外側に形成され内部の空間が絶縁筒６の内部に通じる空気溜め槽２２を備える。絶縁筒６と空気溜め槽２２とで容器を構成する。真空スイッチ管１は、真空容器１ａ、真空容器１ａ内に設けられた可動電極２ａと固定電極２ｂ、および可動電極２ａに固着され真空容器１ａの外方に突出して真空容器１ａに対して移動可能に設けられた可動導体２を有する。絶縁筒６の内部が密封状態で、絶縁油７により容器が部分的に満たされることにより、空気溜め槽２２の内部に空気溜まり室２０が形成されている。空気溜まり室２０は、容器の一部である空気溜め槽２２の壁面と、絶縁筒６を満たす絶縁油７の液面２４とにより形成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器、該真空容器内に設けられた可動電極と固定電極、および該可動電極に固着され前記真空容器の外方に突出して前記真空容器に対して移動可能に設けられた可動導体、を有する真空スイッチ管と、
前記真空スイッチ管を少なくとも部分的に収容する容器と、
前記可動導体に電気的に接続されるとともに、前記容器の内部に少なくとも部分的に収容されて該容器に固定された固定導体と、を備え、
前記容器の内部が密封状態で絶縁油により部分的に満たされることにより、前記容器の内部に空気溜まり室が形成され、
該空気溜まり室が、前記可動電極に電気的に接続する前記可動導体および前記固定導体から構成される充電部、または、前記容器のいずれか一方の壁面と、前記絶縁油の液面とにより形成されることを特徴とする固体絶縁開閉装置。
【請求項２】
前記容器は、前記真空スイッチ管および前記固定導体を少なくとも部分的に収容する本体、および該本体の外側に形成され内部の空間が前記本体の内部に通じる空気溜め槽を備え、
前記空気溜まり室は、前記空気溜め槽の内部に形成されることを特徴とする請求項１に記載の固体絶縁開閉装置。
【請求項３】
前記空気溜め槽は、その上部に前記絶縁油の液面に通じる開口を備えることを特徴とする請求項２に記載の固体絶縁開閉装置。
【請求項４】
前記空気溜まり室は、前記固定導体の壁面と前記絶縁油の液面とにより形成されることを特徴とする請求項１に記載の固体絶縁開閉装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、絶縁筒の内部に開閉器を収納した固体絶縁開閉装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
変電所などにおいて、固体絶縁開閉装置が配電に用いられている。固体絶縁開閉装置は、密閉構造とした絶縁筒の内部に真空スイッチ管等の開閉器を収納し、電流の導通および遮断を行う。真空スイッチ管は、真空容器内に固定電極と可動電極を備え、可動電極を外部の操作機構によって駆動し、電極を開閉する。可動電極に接続する可動導体は、金属ベローズによって真空容器に支持され、真空スイッチ管内の真空が保たれる。
【０００３】
例えば、特許文献１には、真空スイッチ管の可動導体と金属ベローズとの間に存在している絶縁油を、開極動作時にスムースに排出することにより、金属ベローズ近傍の過渡的圧力上昇を抑制し、金属ベローズの発生応力を軽減する固体絶縁開閉装置が記載されている。特許文献１の固体絶縁開閉装置は、真空スイッチ管の可動導体に中空部を形成すると共に、可動導体と金属ベローズが対向する位置、並びに真空容器の外部へ突出した可動導体の上端側の位置に、この可動導体の外表面と上記中空部とを連通する連通穴を穿設する。
【０００４】
【特許文献１】特開平０６−２０３７０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に示されるように、固体絶縁開閉装置は真空スイッチ管と可動導体を浸すように、絶縁筒の内部に絶縁油が注入される。絶縁筒の上部、絶縁油の上には空気層が形成されている。絶縁筒の内部で、電圧がかかっている導体の一部は、この空気層にさらされている。
【０００６】
真空スイッチ管の開閉動作に従って金属ベローズは伸縮するが、それに伴って金属ベローズの内部の絶縁油が排出されたり、吸入されたりする。絶縁筒内の上部の空気層が圧縮・膨張することによって、金属ベローズ内から出入りする絶縁油の体積分の変化が吸収されている。
【０００７】
従来の固体絶縁開閉装置は以上のように構成されているので、絶縁筒内には必ず空気層を設ける必要がある。空気層を設けない場合、開極動作時に可動導体と金属ベローズの間の空間から排出されようとする絶縁油の行き場がなくなり、開極動作が不完全となる。
【０００８】
しかし、空気は絶縁油に比べて誘電率が低く、電圧がかかっている導体の空気層にさらされている部分と絶縁筒の間において、比較的低い電界値で部分放電を発生させる。部分放電が発生するとその部分の絶縁体が劣化し、継続して部分放電が起こるとついには絶縁破壊に至ることがある。この部分放電を抑制するため、空気層においては導体を覆うシールドを設ける必要があった。
【０００９】
本発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、部分放電の起こりにくい固体絶縁開閉装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の観点に係る固体絶縁開閉装置は、真空スイッチ管とそれを少なくとも部分的に収容する容器を備える。真空スイッチ管は、真空容器、その真空容器内に設けられた可動電極と固定電極、およびその可動電極に固着され真空容器の外方に突出して真空容器に対して移動可能に設けられた可動導体を有する。また、可動導体に電気的に接続されるとともに、容器の内部に少なくとも部分的に収容されて容器に固定された固定導体を備える。そして、容器の内部が密封状態で絶縁油により部分的に満たされることにより、前記容器の内部に空気溜まり室が形成される。その空気溜まり室は、可動電極に電気的に接続する可動導体および固定導体から構成される充電部、または、容器のいずれか一方の壁面と、容器を満たす絶縁油の液面とにより形成される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の固体絶縁開閉装置によれば、固体絶縁開閉装置の内部で部分放電が発生するのを抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
（実施の形態１）
図１は本発明に係る固体絶縁開閉装置の一部を示す断面図である。図１は、固体絶縁開閉装置が閉極された状態を示す。固体絶縁開閉装置は、真空スイッチ管１、中心導体１４、可動導体２、フィンガーコンタクト１３、絶縁操作ロッド１２、Ｌ形レバー１１、およびそれらを収容する絶縁筒６を備える。絶縁筒６はこの装置全体の外被となるものであり、電圧が印加される中心導体１４、可動導体２、フィンガーコンタクト１３、および真空スイッチ管１を、その内部に密封している。また、絶縁筒６の内部には絶縁油７が充填されている。
【００１３】
固体絶縁開閉装置は、絶縁筒６の外部に空気溜め槽２２を備える。空気溜め槽２２の内部と絶縁筒６の内部とは、連通孔２３によって絶縁油７が通過可能に連通している。絶縁油７は、連通する絶縁筒６と空気溜め槽２２の一部を満たしていて、絶縁筒６と空気溜め槽２２とで容器を構成している。
【００１４】
真空スイッチ管１は、内部が高真空に保持された真空容器１ａの内部に、可動電極２ａおよび固定電極２ｂを有する。可動電極２ａは可動導体２に固着されている。可動導体２は、一般的に中実の鋼棒から構成され、その下部は真空容器１ａ内にあり、上部は金属ベローズ３を介して真空容器１ａの外部へ出ている。可動導体２の上端には、シリンダ４が可動導体２と同軸配置になるように取り付けられている。可動導体２は、図１の上下方向に移動できるように、軸受５およびフィンガーコンタクト１３によって支持されている。
【００１５】
軸受５は、絶縁筒６に固定された絶縁物からなる支持台８に、ボルト（図示せず）によって取り付けられており、軸１０を支持している。軸１０はＬ形レバー１１を回動自在に支持しており、ピン１１ａと１１ｂによってそれぞれ絶縁操作ロッド１２および上記可動導体２と係合している。絶縁操作ロッド１２は、図１の左側の端部で図示しない駆動装置に接続されている。絶縁操作ロッド１２は、駆動装置によって図１の左右方向に移動する。絶縁操作ロッド１２が左右に移動するのに合わせて、Ｌ形レバー１１が軸１０の周りに回動し、可動導体２を図１の上下方向に移動させる。支持台８と軸受５には、それらを貫通して、絶縁油７が通過できるように数か所（図１には、１カ所で示す）の排油穴１９が配設されている。
【００１６】
フィンガーコンタクト１３は、可動導体２と中心導体（固定導体）１４との電気的接続を仲介するためのものであり、このフィンガーコンタクト１３の先端部１３ａにおいて可動導体２と摺動接触する。フィンガーコンタクト１３は、根元部１３ｂで中心導体１４に、ボルト（図示せず）によって取り付けられている。
【００１７】
可動導体２は、フィンガーコンタクト１３を介して、中心導体１４に電気的に接続する。固定電極２ｂ、可動電極２ａ、可動導体２、フィンガーコンタクト１３および中心導体１４は、真空スイッチ管が閉じたときに電流の経路を構成する。可動電極２ａに電気的に接続する可動導体２、フィンガーコンタクト１３および中心導体１４には、中心導体１４に接続される電力線からの電圧がかかっているので、それらを充電部という。充電部に電圧が印加されているときに、充電部に電気力線が出入りする面を、充電部の外面ということにする。絶縁筒６内は絶縁油７で満たされていて、充電部、すなわち、可動導体２、フィンガーコンタクト１３および中心導体１４の、絶縁筒６内の空隙９に接する外面は、絶縁油７で覆われている。
【００１８】
実施の形態１の固体絶縁開閉装置では、充電部の外面（電気力線が出入りする面）は全て、絶縁筒６を構成する絶縁体または絶縁油７で覆われている。絶縁筒６の外面には、導体から構成される接地層６ａが充電部を囲むように形成されている。接地層６ａは一端で接地され、充電部の電界を遮蔽する。
【００１９】
中心導体１４の下面中央にピストン１６が取り付けられている。ピストン１６は可動導体２の上端に取り付けられたシリンダ４に嵌合する。フィンガーコンタクト１３は、側面または底面にスリットが形成されており、流体がその内部と外部の間を通過できるようになっている。シリンダ４は、絶縁油７で満たされ、シリンダ４とピストン１６は絶縁油７の粘性を利用した油緩衝装置を構成する。
【００２０】
固体絶縁開閉装置は、絶縁筒６の外部、すなわち接地層６ａの外部の電界が遮蔽された位置、例えば図１における左もしくは右上部に空気溜め槽２２を備える。空気溜め槽２２の内部と絶縁筒６の内部とは、連通孔２３によって絶縁油７が通過可能に連通している。空気溜め槽２２への連通孔２３の開口１５を、充電部である絶縁筒６の中心導体１４からある程度の距離を置いた位置に設けることが望ましい。連通孔２３を中心導体１４から距離をおいて設けることによって、絶縁性能への影響を避けることができる。
【００２１】
絶縁筒６の内部の空隙９、すなわち、可動導体２に電気的に接続する充電部と絶縁筒６の間の空隙９には、真空容器１ａを除いて隙間なく絶縁油７が満たされている。空気溜め槽２２の内部には、絶縁油７の液面２４の上に、空気溜まり室（圧縮流体の層）２０が形成されている。空気溜まり室２０は、容器の一部である空気溜め槽２２の壁面と、絶縁油７の液面２４とによって形成される。空気溜め槽２２は、絶縁油７の劣化と不純物の混入を防止するために、密封されている。
【００２２】
固体絶縁開閉装置を設置するときには、絶縁筒６の内部を一旦真空にしてから、絶縁油７を注入する。それによって、連通孔２３の開口１５が絶縁筒６内の空間の上端より下に位置していても、内部に空気層を残さずに絶縁油７を注入することができる。絶縁油７を注入するためには、図１には示されていないが、例えば、空気溜め槽２２に密閉できる注油口を設けておくことができる。
【００２３】
以下に、固体絶縁開閉装置の動作について説明する。固体絶縁開閉装置が、真空スイッチ管１において可動電極２ａと固定電極２ｂとが接触した状態、すなわち電力の投入状態であったとする（図１）。この状態で制御装置から駆動装置（いずれも図示せず）に開極信号が与えられると、絶縁操作ロッド１２が図１の矢印Ｘの方向に駆動される。この動作に対応して、ピン１１ａの連結構成によってＬ形レバー１１が軸１０を中心に反時計方向に回転する。その結果、ピン１１ｂの連結構成によって、可動導体２は図１の矢印Ｙの方向へ駆動される。
【００２４】
このとき、可動導体２と金属ベローズ３との間の空間１７に存在する絶縁油７は、その空間１７から排出される。空間１７から絶縁油７が排出されることによって、支持台８の内部の絶縁油７の一部は、支持台８と軸受５を貫通するように配設された数か所の排油穴１９を経て押し出される（図１の矢印１８で示す）。また、可動導体２が真空容器１ａから引き出された体積だけ、絶縁油７が満たされた空隙９の容積が減少する。
【００２５】
図２は、実施の形態１に係る固体絶縁開閉装置の開極動作中の状態を示す断面図である。絶縁筒６の内部には圧縮可能な流体の層が形成されていないので、絶縁筒６内の絶縁油７の一部（空間１７の減少分と可動導体２の移動による空隙９の容積減少分）は連通孔２３を通って空気溜め槽２２に排出され、空気溜め槽２２の液面２４が上昇する。
【００２６】
空気溜め槽２２は密封されているので、絶縁油７の液面２４が上昇すると、空気溜まり室２０が圧縮される。ある程度の容量の密封された空気溜まり室２０を持つことで、空気溜まり室２０の圧力上昇により開極動作時の反力を吸収することができる。
【００２７】
連通孔２３の絶縁油７が流通する方向に垂直な断面の大きき（断面積）は、可動導体２と金属ベローズ３の間の空間１７の、可動導体２の移動方向に垂直な面での断面積よりも大きい。連通孔２３の断面は、さらに、空間１７の断面積に可動導体２の移動方向に垂直な断面の面積を加えた面積よりも大きくすることが望ましい。また、排油穴１９の断面積の合計も、可動導体２と金属ベローズ３の間の空間１７の、可動導体２の移動方向に垂直な面での断面積よりも大きい。これは、開極動作において、連通孔２３を通る絶縁油７が、流路抵抗を大きく受けないようにするためである。さらに、連通孔２３から空気溜め槽２２までの流路においても同様に、動作に対する反力を抑えるため、鋭角な曲げやくびれを避けたものとしている。
【００２８】
図３は、実施の形態１に係る固体絶縁開閉装置の開極した状態を示す断面図である。可動電極２ａは、固定電極２ｂと離間し、電流が遮断された状態である。空間１７から排出された絶縁油７の体積分は、空気溜め槽２２に流入し、空気溜め槽２２の液面２４が高さｄだけ上昇したことが示されている。
【００２９】
真空スイッチ管１を閉極するときは、上述の動作と逆に、可動導体２と金属ベローズ３の間の空間１７に絶縁油７が吸入される。そのとき、空気溜め槽２２の空気溜まり室２０が膨張して、空間１７に吸入される体積および可動導体２が真空容器１ａ内に挿入される分の絶縁油７が、空気溜め槽２２から絶縁筒６に供給される。
【００３０】
以上説明したように、本実施の形態１に係る固体絶縁開閉装置によれば、空気溜まり室２０は、容器の一部である空気溜め槽２２の壁面と絶縁油７の液面２４によって形成される。可動電極２ａに電気的に接続する充電部は、絶縁筒６内の空隙９に接する外面全体が絶縁油７で覆われていて、空気層に触れる部分がない。その結果、絶縁筒６の内部で部分放電が発生するのを抑制できる。そして、真空スイッチ管１を収容する絶縁筒６の内部に、充電部を覆うシールド層を設ける必要がない。
【００３１】
（実施の形態２）
図４は、実施の形態２に係る固体絶縁開閉装置の一部を示す断面図である。実施の形態２の固体絶縁開閉装置は、空気溜め槽２２の上部に蓋２５を備える。その他の構成は、実施の形態１と同様である。蓋２５で閉鎖される開口２８は、絶縁油７の液面２４に通じている。蓋２５を開けると、空気溜め槽２２の上部に形成された開口２８から空気溜め槽２２の内部を視認できる。蓋２５は、空気溜め槽２２を密封できる構造である。
【００３２】
蓋２５を開放して、空気溜め槽２２から絶縁油７を注入することができる。絶縁油７の液面２４を開口２８から視認できるので、油量を確認することができる。空気溜め槽２２の内面に油量を確認するための目盛りを設けて、絶縁油７の許容量を表示してもよい。
【００３３】
蓋２５は、絶縁油７の劣化を防ぐため密封性の高いものである必要がある。また、空気溜め槽２２の蓋２５は、開極動作時の液面２４の上昇に伴い空気溜まり室２０の圧力が上昇するため、ネジなどによって締め付け固定する。
【００３４】
外部から油量を目視確認できない場合には、絶縁筒内に絶縁油を入れる際、注油する前に油量を測定する必要があった。本実施の形態２の固体絶縁開閉装置によれば、実施の形態１の効果に加えて、絶縁油７の液面２４を目視して油量を確認できるので、事前に油量を測定する手間を省くことができる。
【００３５】
（実施の形態３）
図５は、本発明の実施の形態３に係る固体絶縁開閉装置の一部の断面図である。実施の形態３では、図５に示すように、空気溜め槽２６を中心導体１４の内部に形成する。中心導体１４の下面に、空気溜め槽２６と絶縁筒６の内部をつなぐ連通孔２３が形成されている。図５では、連通孔２３を複数個形成して、連通孔２３の間の部分でピストン１６を支える構造になっている。
【００３６】
図示しないが、中心導体１４または絶縁筒６のどこかに空気溜め槽２６に通じる注油口を設ける。注油口は密封できる構造とする。実施の形態１と同様に、可動電極２ａに電気的に接続する充電部と絶縁筒６の間の空隙９は、絶縁油７で満たされ、空隙９に圧縮流体の層は形成されない。空気溜まり室２０は、充電部の一部である中心導体１４の内部（空気溜め槽２６）の壁面と、絶縁油７の液面２４によって形成される。
【００３７】
ここでも、充電部に電圧が印加されているときに、充電部に電気力線が出入りする面を、充電部の外面という。実施の形態１と同様に、充電部は、絶縁筒６内の空隙９に接する外面全体が絶縁油７で覆われていて、空気層に触れる部分がない。空気溜め槽２６は、中心導体１４の内部に形成されているので、充電部に電圧がかかっても、空気溜め槽２６の内面、少なくとも空気溜まり室２０の壁面から電気力線は出入りすることはない。したがって、空気溜まり室２０では部分放電は発生しない。
【００３８】
真空スイッチ管１を開極するときは、可動導体２と金属ベローズ３の間の空間１７から排出される体積、および可動導体２が真空容器１ａから引き出される体積分の絶縁油７は、フィンガーコンタクト１３に形成されたスリット（図示せず）と、中心導体１４の下部に形成された連通孔２３を通って、中心導体１４の内部に形成された空気溜め槽２６に排出される。また、閉極動作のときは、中心導体１４の内部に形成された空気溜め槽２６の空気溜まり室２０が膨張して、空間１７に吸入される体積および可動導体２が真空容器１ａ内に挿入される分の絶縁油７が、空気溜め槽２６から絶縁筒６内に供給される。
【００３９】
実施の形態３においても、実施の形態１と同様に、連通孔２３の絶縁油７が流通する方向に垂直な断面の大きき（断面積の合計）は、可動導体２と金属ベローズ３の間の空間１７の、可動導体２の移動方向に垂直な面での断面積よりも大きい。
【００４０】
実施の形態３では、中心導体１４の内部に空気溜め槽２６を設けることで、空気溜まり室２０が充電部に完全に囲まれる構造としている。すなわち、中心導体１４がシールドの役割を伴う構造としている。空気溜まり室２０は、充電部の壁面と絶縁油７の液面２４によって形成される。そして充電部は、絶縁筒６内の空隙９に接する外面全体が絶縁油７で覆われていて、空気層に触れる部分がない。その結果、絶縁筒６の内部で部分放電が発生するのを抑制できる。そして、真空スイッチ管１を収容する絶縁筒６の内部に、充電部を覆うシールド層を設ける必要がない。絶縁筒６の外側に空気溜め槽がないので、既存の固体絶縁開閉装置と同じ外観であり、そのまま置き換えることが可能である。
【００４１】
また、空気溜め槽２６と絶縁筒６の内部を繋ぐ連通孔２３の開口１５は、固体絶縁開閉装置を設置した状態で、絶縁筒６の内部の空間の最上部に形成されているので、空気溜め槽２６側から絶縁油７を注油するときに、絶縁筒６の内部に空気層が残らない。
【００４２】
上記実施の形態では、絶縁筒６の上方外部または中心導体１４の内部に、空気溜まり室２０を形成する例を示した。空気溜まり室２０を、容器または充電部のいずれかの壁面と絶縁油７によって形成し、充電部の電気力線が出入りする外面の全体を、絶縁体または絶縁油７で覆って、部分放電を防止できるなら、任意の位置に空気溜まり室２０を形成しても、同様の効果が得られる。例えば、可動導体２またはフィンガーコンタクト１３の内部に空気溜まり室２０を形成してもよい。
【００４３】
その他、固体絶縁開閉装置の構成は任意に変更することができる。例えば、真空スイッチ管１の形状や取付位置は任意に変更できる。可動導体２を駆動する構成は任意に変更できる。また、絶縁筒６の内部の構造は任意に変更できる。例えば、真空スイッチ管１が絶縁筒６に固定できて可動導体２を動作可能に支持できれば、支持台８または軸受５がない構成も可能である。なお、中心導体１４または固定電極２ｂに接続する給電部は任意に構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施の形態１に係る固体絶縁開閉装置の一部を示す断面図である。
【図２】実施の形態１に係る固体絶縁開閉装置の開極動作中の状態を示す断面図である。
【図３】実施の形態１に係る固体絶縁開閉装置の開極した状態を示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係る固体絶縁開閉装置の一部を示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態３に係る固体絶縁開閉装置の一部を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１    真空スイッチ管
１ａ  真空容器
２ａ  可動電極
２ｂ  固定電極
２    可動導体
６    絶縁筒
６ｂ  延長部
７    絶縁油
１３    フィンガーコンタクト
１４    中心導体
２０    空気溜まり室
２２    空気溜め槽
２３    連通孔
２４    液面
２５    蓋
２６    空気溜め槽
２８    開口
【図１】
2010129423.tif 000003
【図２】
2010129423.tif 000004
【図３】
2010129423.tif 000005
【図４】
2010129423.tif 000006
【図５】
2010129423.tif 000007