(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定電極が収納され、軸方向及び対向面にそれぞれ開口部が設けられた一対の絶縁筒が略平行するように箱体の取付板に取り付けられ、前記絶縁筒の内面にはそれぞれ導電層を形成すると共に、前記一方の絶縁筒の固定電極に可動可能なように固定され、前記他方の絶縁筒の固定電極と対向面開口部を介して開閉する可動電極を設け、前記固定電極と可動電極が開極するときは前記一方の絶縁筒の軸方向開口部に前記可動電極を収納させるようにしたことを特徴とするガス絶縁断路器。
【請求項２】
前記絶縁筒端部の内面に湾曲部を形成させ、前記導電層をこの湾曲部の曲率が終わる領域までの内面に設けたことを特徴とする請求項１記載のガス絶縁断路器。
【請求項３】
前記絶縁筒の先端の曲率半径Ｒ２は、前記導電層端部の湾曲部の曲率半径Ｒ１より大きいことを特徴とする請求項２記載のガス絶縁断路器。
【請求項４】
前記曲率半径の比Ｒ２／Ｒ１を５以上としたことを特徴とする請求項３記載のガス絶縁断路器。
【請求項５】
固定電極が収納され、軸方向及び対向面にそれぞれ開口部が設けられた一対の絶縁筒が略平行するように箱体の取付板に取り付けられ、前記絶縁筒の内面にはそれぞれ抵抗層を形成すると共に、前記一方の絶縁筒の固定電極に可動可能なように固定され、前記他方の絶縁筒の固定電極と対向面開口部を介して開閉する可動電極を設け、前記固定電極と可動電極が開極するときは前記一方の絶縁筒の軸方向開口部に前記可動電極を収納させるようにしたことを特徴とするガス絶縁断路器。
【請求項６】
前記絶縁筒端部の内面に湾曲部を形成させ、前記抵抗層または半導電層のいずれか一方をこの湾曲部の曲率が終わる領域までの内面に設けたことを特徴とする請求項５記載のガス絶縁断路器。
【請求項７】
前記絶縁筒の先端の曲率半径Ｒ２は、前記抵抗層端部の湾曲部の曲率半径Ｒ１より大きいことを特徴とする請求項６記載のガス絶縁断路器。
【請求項８】
前記曲率半径の比Ｒ２／Ｒ１を５以上としたことを特徴とする請求項７記載のガス絶縁断路器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス絶縁断路器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
代表的なガス絶縁スイッチギヤの構成図を図６に示す。同図において、外周を軟鋼板で気密に囲まれた箱体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には六フッ化硫黄ガス（以下、絶縁ガスと略す）がほぼ大気圧のガス圧力で封入され密封されている。
【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絶縁スペーサ９に遮断器３が連結されている。この絶縁スペーサ９は、上下で同様な構造である。
【０００４】
また、母線室１ｂの天井部には断路器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を介して後方のがいし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と同形の断路器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、底板の後方に縦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。
【０００６】
ここで、同形状の断路器４Ａ、４ｂの一方を図５に示す。箱体１に取り付けられたベース板１０には可動側と固定側の支持がいし11ａ、11ｂが固定され、支持がいし11ａ、11ｂには各々次のような電極が固定されている。すなわち、電極には金属シールド12ａ、12ｂが取り付けられており、所定の耐電圧特性を有するようになっている。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を行ってる。なお、接触板１４、１５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。
これら断路器と接地開閉器の操作は、図示しない箱体１の外部に設けた操作機構部で行われている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
これらの構成において、断路器４Ａ（または、４Ｂ）の電極など絶縁ガス中で用いられるものは、例えば特開昭60-128807 に開示されているとおり、丸みを持たせた金属製の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ためである。つまり、電極の曲率半径が大きい程、電界強度が低下して耐電圧特性が向上する。特に、絶縁ガスの破壊電圧は、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。
【０００８】
しかし、電極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、電極自体が大形化してしまう。従って、電極と対地間および電極相互間、即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。
【０００９】
更に、電極が大形化になると、接続される接続導体などの配置を電極と接触させないよう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、全体形状が大形化する。これは、最近の趨勢である縮小化に逆行するものである。
【００１０】
本発明の目的は、電極部に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。
また、電極が移動するための空間を最小限として全体形状の縮小化を図ったガス絶縁断路器及びガス絶縁断路器の接地装置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は、固定電極が収納され、軸方向及び対向面にそれぞれ開口部が設けられた一対の絶縁筒が略平行するように箱体の取付板に取り付けられ、絶縁筒の内面にはそれぞれ導電層を形成すると共に、一方の絶縁筒の固定電極に可動可能なように固定され、他方の絶縁筒の固定電極と対向面開口部を介して開閉する可動電極を設け、固定電極と可動電極が開極するときは一方の絶縁筒の軸方向開口部に可動電極を収納させるようにしたことを要旨とする。
【００１２】
このような構成において、対向する一対の絶縁層の導電層を設けて両者を同電位とすることにより、電極部の電界緩和が図れる。また、絶縁層が絶縁ガスと接する外側は、ガス側での最大電界強度を持つ部分であるが、絶縁層の誘電率の影響により電界強度が抑制され、更に電極と同電位である導電層からの電子放出が抑制され、同形状の金属シールドに比べて破壊電圧が向上する。
【００１３】
ここで、導電層の端部となる絶縁層は、内側に向かうような湾曲部を設けて導電層を形成させるようにすれば、導電層端部の電界緩和を図れ、絶縁層の曲率半径を湾曲部の曲率半径より大きくなるようにすれば、更なる電界緩和を図れるので、破壊電圧が向上する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施例を示すガス絶縁スイッチギヤの断路器の断面図である。同図において、固定電極側では、接地側が略円筒状の中空であって、主回路側に開口部を持った絶縁筒16に固定され、接地側にはスペーサ17ａに固定され、接触子17ｂを貫通した接地用電極18が設けられている。また、主回路側には、接地用電極18が接触する接触子17ｃ、外部導体19ａを接続する接触子20ａ、接触子20を固定する電極21ａ、更に電極21ａと一体になった固定側電極21ｂが取り付けられている。なお、固定側電極21ｂなどは、絶縁筒16のほぼ中間部に埋め込まれた埋め込み電極22ａにボルト23ａで固定されている。
【００１８】
また、接地側は、取り付け板24に固定されたスペーサ25を介して絶縁筒16に埋め込まれた埋め込み電極22ｂにボルト23ｂで固定されている。26は操作機構部であり、27は気密を保つガスシール部である。なお、絶縁筒16の接地側には、開口部16ａが設けられている。
【００１９】
また、絶縁筒16の主回路側は、固定側電極21ｂや接触子20ａの部分が開口されている。つまり、２枚に絶縁層が略平行して構成されている形状である。
可動側電極は、固定側電極と同様の構成であるが、可動電極28を固定電極21ｂにボルト23ｃで可動できる状態で固定している。可動電極28のほぼ中間部には、絶縁棒29が操作棒30に連結されており、操作機構部26とでは接地用電極18と同様なガスシール部27を設けている。
【００２０】
また、固定電極21ｃには、接触子20ａと対向するように同様の接触子20ｂが取り付けられ、外部導体19ｂが接地されている。これらの固定側電極と可動側電極は離隔され、略平行に配置されている。
【００２１】
このような構成において、接地用電極18の水平移動により主回路の接地ができる。また、同様に操作棒30の水平移動により可動電極28が円運動して、断路器の開閉動作が行われる。つまり、接地用電極18と操作棒30の運動は、いずれも同一方向である。
【００２２】
ここで、絶縁筒16端部の要部拡大図を図２に示す。絶縁層31の端部の外側は曲率半径Ｒ2 とし、内側は曲率半径Ｒ1 として、内面には例えば導電塗料を塗布した導電層32を湾曲部33まで形成させている。ここで、これらの曲率半径は、Ｒ1 ＜Ｒ2 としている。つまり、絶縁層31の方の曲率半径を大きくしている。これらの構成は、可動側電極と固定側電極で同様である。
【００２３】
また、断路器が開極したときの断面図を図３に示す。操作棒30が紙面右方向に移動して、絶縁棒29に接結された可動電極28が可動電極側の絶縁筒16に収納される。この状態は断路器の開極であり、接地電位である操作棒30が断路器の極間に位置する。この場合、可動電極28は、絶縁筒16と絶縁筒16の内面に設けられた導電層32で電界緩和が行われている。
【００２４】
このような構成において、内面に導電層32を設けた絶縁筒16と、絶縁筒16と同形状の金属電極を用いて、本発明者らが求めたインパルスフラッシオーバ電圧特性を図４に示す。ここで、絶縁筒16の曲率半径Ｒ2 は15mm、湾曲部の曲率半径Ｒ1 は４mmとし、Ｒ2 とＲ1 の比をほぼ４倍にしている。この比は大きくなるほど絶縁層31先端の電界強度が低下する。
【００２５】
図４より、絶縁筒16の特性（イ）は、同形状の金属電極の特性（ロ）と比べて約50％向上することが分かる。これは、電界解析による計算値と実測値で同様の傾向である。
【００２６】
このように、フラッシオーバ電圧が上昇する要因として、絶縁層31の比誘電率が絶縁ガスの比誘電率約１と比べて大きいため、電界強度が抑制されたことが挙げられる。なお、絶縁層31の比誘電率は約５としている。また、絶縁層31により電極からの電子放出が抑制され、絶縁破壊のための初期電子の形成が遅れたことなどがある。
【００２７】
これらのことから、絶縁層31と湾曲部33の曲率半径の比Ｒ2 ／Ｒ1 を大きくすると、電界強度が更に低下するのでフラッシオーバ電圧の向上が望める。つまり、絶縁層31の周囲のスペースに余裕がある場合には、Ｒ2 を大きくして絶縁層31自体を大きくすれば大幅な電界強度の抑制が図れる。ここでは、Ｒ2 ／Ｒ1 は５以上が好ましいと考えられる。
【００２８】
以上のことから、絶縁層31の大きさを適切に選び、電界強度の抑制を行うことにより、断路器の小形化が図れる。更に、断路器が小形化すれば、導体配置などに自由度が増して全体形状の小形化が図れる。
【００２９】
また、接地用電極18と操作棒30の運動が同一方向の直線運動であるので、両者の配置関係を最小にすることができ、断路器の小形化が図れる。
また、絶縁筒16の接地側に筒状の開口部を設け、接地のための電極18を貫通させているので、接地装置としての小形化が図れる。つまり、接地用電極18は絶縁筒16の中を直線的に移動するので、接地用電極18が移動するための空間が最小範囲となる。従って、ガス絶縁断路器の接地装置として、絶縁ガス中での全体形状の小形化を図ることができる。
【００３０】
一方、断路器の開極した場合、絶縁棒29に連結された接地電位の操作棒30が極間のほぼ中央に位置するようにしたことから、万が一予期せぬ過電圧が侵入して絶縁破壊が生じたときには極間で破壊せず、操作棒30の対地間の破壊となる。つまり、極間の破壊では負荷回路への過電圧の侵入となるが、対地間では過電圧が抑制されることになる。更に、極間＞対地間の絶縁耐力比となるので、絶縁協調を図ることができる。
【００３１】
なお、他の実施例として、絶縁層31の内側に塗布する導電層32の代わりに、例えばカーボンが混入された抵抗塗料の抵抗層やアンチモンなどを混入させた半導電層を形成させれば、絶縁層の表面抵抗率より小さい抵抗となり電界緩和の効果がある。また、断路器の開極時に発生するアークが抵抗層などに拡散した場合には、アーク電流が絞られるので絶縁層の損傷を抑えることができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、固定電極が収納され、軸方向及び対向面にそれぞれ開口部が設けられた一対の絶縁筒が略平行するように箱体の取付板に取り付けられ、絶縁筒の内面にはそれぞれ導電層を形成すると共に、一方の絶縁筒の固定電極に可動可能なように固定され、他方の絶縁筒の固定電極と対向面開口部を介して開閉する可動電極を設け、固定電極と可動電極が開極するときは一方の絶縁筒の軸方向開口部に可動電極を収納させるようにしたので、電極部の電界緩和が図れ、全体形状の縮小化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示すガス絶縁断路器の全体構成を示す断面図。
【図２】［図１］の絶縁筒16の要部拡大断面図。
【図３】［図１］のガス絶縁断路器の開極状態を示す断面図。
【図４】ガス圧力とインパルスフラッシオーバ電圧の関係を示す特性図。
【図５】従来のガス絶縁断路器の側面図。
【図６】代表的なガス絶縁スイッチギヤの構成図。
【符号の説明】
16…絶縁筒、17、20…接触子、18…接地用電極、21…固定側電極、28…可動電極、29…絶縁棒、30…操作棒、31…絶縁層、32…導電層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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