(57)【要約】【課題】タンク内に断路器などを収納した開閉装置の導体部と、その導体部と対向するタンクとの間にバリアを挿入した時、最大電界強度の90％以上100％以下の電界強度となる導体部の面積を減らすとともに、バリア上の沿面破壊経路を延長させ、絶縁性能の向上を図ることができる電気機器の絶縁構造を提供する。【課題を解決するための手段】高電圧が印加されている導体部曲面１aを有する端部と、導体部１に対向したタンク３との間に、導体部１に対向する表面形状は導体部１の中心軸の位置に凹凸どちらかの頂点を有し、中心軸から放射状に凹凸を繰り返し、凸部の高さは一定か、あるいは中心軸から離れるほど高くなり、凸部は導体部１に触れず、タンク３に対向する表面形状は平滑で、端部は曲面を有する円形状の絶縁材料を円形凹凸バリア２として挿入する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
曲面を有する導体部端部と、前記導体部に対向したタンク内側の平面との間に、前記導体部と対向する面に凹凸があり、前記導体部の中心軸の位置に凹凸どちらかの頂点を有し、前記中心軸から放射状に凹凸を繰り返し、前記タンクと対向する面が平滑である、円形状のバリアを挿入したことを特徴とする電気機器の絶縁構造。
【請求項２】
前記バリアの凸部の高さは一定であるか、あるいは、前記中心軸から離れるにつれて高くなるが、前記導体部に触れないことを特徴とする、請求項１に記載の電気機器の絶縁構造。
【請求項３】
前記バリアの凸部の頂点から隣り合う頂点までの接地面と平行方向をなす距離が前記導体部の半径程度であり、表面の凹凸は2回以上繰返し、前記バリアの半径は導体部の半径の1.1倍以上2倍未満程度であることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の電気機器の絶縁構造。
【請求項４】
前記バリアの比誘電率が2から6の範囲程度であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の電気機器の絶縁構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気機器の絶縁構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガス絶縁開閉装置の内部構造の一例を説明する。図５に示すガス絶縁開閉装置は、電力系統とケーブルヘッド１２を介して接続され、タンク３内には断路器８、遮断器９、接地開閉器１０、避雷器１１などが配置・収納されている。タンク３内の絶縁媒体として、主に不活性気体であるSF6ガスが使用されている。
【０００３】
しかし、SF6ガスは、地球温暖化係数がCO2に対して約23900倍高い。その為、開閉装置の絶縁媒体は、乾燥空気といった環境負荷の少ない絶縁性気体に代替されつつある。
【０００４】
大気圧力下において、乾燥空気を絶縁媒体とする開閉装置は、SF6ガスを絶縁媒体とする開閉装置よりも、乾燥空気がSF6ガスの約1/3の絶縁性能である為、断路器８や遮断器９といった導体部とタンク３間の絶縁距離を大きくする必要がある。その結果、ガス絶縁開閉装置のタンク３の体積が大きくなってしまう。
【０００５】
ガス絶縁開閉装置の体積が大きくなると、コストや土地が余計に必要となる。そこで、ガス絶縁開閉装置の体積が大きくなることを抑制する為に、タンク３内に封入する乾燥空気などの絶縁性気体の圧力を高くすることや、特許文献１にある様に導体部とタンクとの間に、導体部を覆うような絶縁性のあるバリアを挿入することといった手法によって、絶縁距離を小さくする工夫をしているが、加工面、コスト面から実現は容易ではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４６３２９５９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
タンク内に配置・収納された断路器や遮断器などの導体部には、高電圧が印加されている。高電圧が印加されている導体部の先端部が曲面で、それと対向する接地側であるタンクが平坦の場合、球状同士で対向した場合よりも不平等電界となっていることが多い。
【０００８】
一般的に絶縁破壊が発生する弱点部となる最大電界強度の90％以上100％以下の電界強度となる導体部表面の面積（S90）（報告例として電力中央研究所報告T99047（平成12年5月）など）は、導体部表面の近傍空間が不平等電界となるほど広い。
【０００９】
また、絶縁性のあるバリアを導体とタンク間に挿入する場合、バリアの形状によっては、バリア上の沿面破壊や、タンクや他の導体などのバリア以外の部分への電界の集中により絶縁性能の低下を招く場合もある。
【００１０】
そこで、バリア挿入時に、最大電界強度の90％以上100％以下の電界強度となる導体部の面積を減らすとともに、加えて、バリア上の沿面破壊経路を延長させ、絶縁性能の向上を図ることができる電気機器の絶縁構造を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
高電圧が印加されている断路器などの導体部の曲面を有する端部と、導体部に対向した接地側となるタンク内側の平面との間に、導体部と対向する面に凹凸のある円形状の絶縁材料をバリアとして挿入する。
【００１２】
このバリアの導体部に対向する表面形状は、導体部の中心軸の位置に凹凸どちらかの頂点を有し、中心軸から放射状に凹凸を繰り返す。バリアの端部は曲面を有する。凸部の高さは一定か、あるいは中心軸から離れるほど高くする。ただし、バリアの凸部は、導体部に触れない。このバリアのタンクに対向する表面は、平滑とする。
【００１３】
バリア凸部の頂点から隣り合う頂点までのタンク内側接地面と平行方向の距離は、導体部の半径程度とする。バリア表面の凹凸は2回以上繰返し、バリアの半径は導体部の半径の1.1倍以上2倍未満程度とする。以下、この形状のバリアを円形凹凸バリアと称する。この円形凹凸バリアの比誘電率は、2から6の範囲程度である。
【００１４】
円形凹凸バリアの取り付け方法は、導体部と対向するタンクの中心軸にネジ穴加工を施し、バリアの平滑な表面の中心から伸びた絶縁性のスタッドを用いてタンクに固定する。円形凹凸バリアの挿入位置により、スタッドの長さを変える。スタッドは円形凹凸バリアから取り外すことも可能なように、円形凹凸バリアの厚みに対して貫通しない程度のネジ穴加工を施す。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、導体部の端部と導体部に対向した接地側となるタンク内側の平面との間に円形凹凸バリアを取り付けることにより、弱点部となる導体部表面の最大電界の90％以上100％以下の電界強度となる表面積が、バリアがない状態の導体部表面よりも削減できる。
【００１６】
加えて、円形凹凸バリアの表面は凹凸のある表面形状であるため、沿面破壊距離が伸びる効果も期待できる。
【００１７】
したがって、導電部とタンク間の絶縁性能を向上させ、導電部とタンク間の絶縁のための距離を短縮化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態における断路器などの導体部のバリア取り付け側面断面構造図である。
【図２】本発明の実施形態におけるバリアの説明図である。
【図３】本発明の実施形態におけるバリア取り付け方法の説明図である。
【図４】本発明の実施形態における電界分布の説明図である。
【図５】従来のガス絶縁装置のタンク内構造図である。
【図６】従来の実施形態における電界分布の説明図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図５に示すように事故電流などを遮断するガス絶縁開閉装置は、断路器８、遮断器９、接地開閉器１０、避雷器１１、ケーブルヘッド１２などが配置・収納されて、乾燥空気などの絶縁性気体が封入されている。
【００２０】
ガス絶縁開閉装置のタンク３内に配置・収納された導体部１には高電圧が印加されており、高電圧の印加された導体部１と接地されたタンク３間は、ある間隔の絶縁距離によって隔たれ、その間を絶縁するための乾燥空気などの絶縁性気体がタンク３内に充填されている。
【００２１】
図１に示す高電圧が印加された断路器などの導体部１の端部となる導体部曲面１a近傍は高電界になっているので、導体部曲面１a先端と接地側となるタンク３の間で絶縁破壊しないようにしなければならない。
【００２２】
そのため、導体部１とタンク３の間に、円形凹凸バリア２を取り付ける。円形凹凸バリア２の導体部に対向する表面形状は、図１の２aの様に導体部１の中心軸の位置に凹部の頂点を有し、あるいは、凸部の頂点を有し、中心軸から放射状に凹凸を繰り返す。円形凹凸バリア２の端部は曲面を有する。凸部の高さは一定か、あるいは中心軸から離れるほど高くする。ただし、円形凹凸バリア２の凸部は、導体部１に触れない。円形凹凸バリア２のタンク３に対向する表面形状は、平滑とする。
【００２３】
図２に示すように円形凹凸バリア２凸部の頂点から隣り合う頂点までの接地面と平行方向の距離xは、導体部１の半径程度とする。円形凹凸バリア２表面の凹凸は2回以上繰返し、円形凹凸バリア２の半径φAは導体部１の半径の1.1倍以上2倍未満程度とする。この円形凹凸バリアの比誘電率は、2から6の範囲程度である。
【００２４】
円形凹凸バリア２の取り付け方法を以下に説明する。図３に示すように導体部１の中心軸と対向するタンク３にネジ穴加工を施しメネジ５を設ける。円形凹凸バリア２の平滑な表面２bの中心にネジ穴加工を施しメネジ５を設ける。絶縁性のスタッド６を用いて円形凹凸バリア２とタンク３を固定する。円形凹凸バリア２の挿入位置により、スタッド６の長さを変える。円形凹凸バリア２の挿入位置は、導体部１とタンク３の中間にあることが望ましいが、中間以外でも良い。円形凹凸バリア２の厚みに対して貫通しない程度のネジ穴加工を施す。
【００２５】
従来のように、導体部１とタンク３の間に絶縁性気体のみが存在する場合、導体部１に電圧が印加されると、導体部１とタンク３間は図６に示すような電界分布となる。図６は軸対称である。
【００２６】
一方、導体部１とタンク３の間に円形凹凸バリア２を挿入する場合、導体部１に電圧が印加されると、導体部１とタンク３間は図４に示すような電界分布となる。図４は軸対称である。
【００２７】
実施例として、図４と図６の解析結果を示す。1000kVが印加されている断路器などの導体部１の端部と、導体部１に対向した接地側となるタンク３内側の平面との中間に、中心軸に凹部を有し凹凸の繰り返し数が2.5回であり、比誘電率が2の円形凹凸バリア２を挿入した条件でシミュレーションを行った。この結果、最大電界強度１３は28.8kV/mmから31.4kV/mmへ9％程度高くなるが、弱点部となる導体部１表面の最大電界の90％以上100％以下の電界強度となる表面積４が、バリアがない状態の導体部１表面よりも34％程度削減できた。
【００２８】
加えて、円形凹凸バリア２を凹凸のある表面形状とすることで、沿面破壊距離が凹凸の分伸び、絶縁性能が向上する効果もある。
【符号の説明】
【００２９】
１  導体部
１a 導体部曲面
２  円形凹凸バリア
２a 放射状に凹凸を繰り返す表面
２b 平滑な表面
３  タンク
４  最大電界の90％以上100％以下の電界強度となる表面積
５  メネジ
６  スタッド
７  電界強度
８  断路器
９  遮断器
１０  接地開閉器
１１  避雷器
１２  ケーブルヘッド
１３  最大電界強度の発生部
【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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