(57)【要約】  固体絶縁物でモールドされた電気機器同士の接続構造において、接続作業時に接続界面に混入した気泡や、可撓性絶縁物の長期劣化により界面に生じる気泡や剥離箇所では部分放電が発生し、絶縁性能を低下させるので、これを防ぐ。  中心導体３，７の周囲が固体絶縁物でモールドされた第１固体絶縁物（４）および第２固体絶縁物（９）が、可撓性絶縁物（１２）を介して接続される電気機器の接続装置において、中心導体（３，７）の外径より大きい外径である高電圧電極（１７）が第２固体絶縁物（９）内に配置され、第２固体絶縁物（９）の外部接地層（１０）の内径より小さくかつ高電圧電極（１７）の外径より大きい内径である接地電極（１６）が第１固体絶縁物（４）内に配置されている。第１固体絶縁物（４）と可撓性絶縁物（１２）との界面および第２固体絶縁物（９）と可撓性絶縁物（１２）との界面における電界方向はそれぞれの界面に沿う方向となっている。
2017163467.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心導体の周囲が固体絶縁物でモールドされ、外周に外部接地層が設けられた、凸型円錐状絶縁物および凹型円錐状絶縁物が、可撓性絶縁物を介して接続される電気機器の接続装置において、前記凸型円錐状絶縁物および前記凹型円錐状絶縁物に形成される界面における電界方向が前記界面に沿う方向であることを特徴とする電気機器の接続装置。
【請求項２】
前記界面のうち、電界の高さが、前記中心導体から前記外部接地層の間における最大電界の半分以上となる範囲において、電界方向が前記界面に沿う方向であることを特徴とする請求項１記載の電気機器の接続装置。
【請求項３】
前記中心導体の外径より大きい外径である高電圧電極が前記凹型円錐状絶縁物内に配置されるとともに、前記凹型円錐状絶縁物の外部接地層の内径より小さくかつ前記高電圧電極の外径より大きい内径である接地電極が前記凸型円錐状絶縁物内に配置されたことを特徴とする請求項２記載の電気機器の接続装置。
【請求項４】
前記中心導体の外径より大きい外径である高電圧電極が前記凹型円錐状絶縁物内に配置されるとともに、前記凹型円錐状絶縁物の外部接地層の内径より前記凸型円錐状絶縁物の外部接地層の内径が小さいことを特徴とする請求項２記載の電気機器の接続装置。
【請求項５】
前記凸型円錐状絶縁物の内周側が低誘電率絶縁物で外周側が高誘電率絶縁物で構成されるとともに、前記凹型円錐状絶縁物の内周側が高誘電率絶縁物で外周側が低誘電率絶縁物で構成されたことを特徴とする請求項２記載の電気機器の接続装置。
【請求項６】
第１の中心導体、第２の中心導体、前記第１の中心導体の外周に配置された凸型円錐状の第１固体絶縁物、前記第２の中心導体の外周に配置された凹型円錐状の第２固体絶縁物、前記第１固体絶縁物と前記第２固体絶縁物の外周にそれぞれ外部接地層、前記第１固体絶縁物と前記第２固体絶縁物との間に配置された可撓性絶縁物を備え、前記第１固体絶縁物と前記第２固体絶縁物とが締結されることにより前記第１の中心導体と前記第２の中心導体が接続される電気機器の接続装置において、前記第２固体絶縁物の中心導体より外周に高電圧電極が配置され、かつ前記第１固体絶縁物の外部接地層より内周かつ前記高電圧電極より外周に接地電極が配置されたことを特徴とする電気機器の接続装置。
【請求項７】
前記第２の中心導体の先端部が鍔状に形成され、前記第２固体絶縁物の中に配置されたことを特徴とする請求項６に記載の電気機器の接続装置。
【請求項８】
前記第１の中心導体と前記第２の中心導体とが接触子を介して接続されたことを特徴とする請求項６に記載の電気機器の接続装置。
【請求項９】
前記接触子の先端部が鍔状に形成され、前記第２固体絶縁物の中に配置されたことを特徴とする請求項８に記載の電気機器の接続装置。
【請求項１０】
前記接地電極は、電界を制御する接地電位円筒金属網と、前記接地電位円筒金属網の端部に生じる局所電界を緩和するための部材と、接地電位取り出し線により構成されることを特徴とする請求項６に記載の電気機器の接続装置。
【請求項１１】
前記高電圧電極は、高電圧機器の接続装置の内部における電界を制御する高電圧円筒金属網と、前記高電圧円筒金属網の端部に生じる局所電界を緩和するための部材と、前記高電圧円筒金属網の電位を高電圧とする高電圧取り出し線により構成されることを特徴とする請求項６に記載の電気機器の接続装置。
【請求項１２】
第１の中心導体、第２の中心導体、前記第１の中心導体の外周に配置された凸型円錐状の第１固体絶縁物、前記第２の中心導体の外周に配置された凹型円錐状の第２固体絶縁物、前記第１固体絶縁物と前記第２固体絶縁物の外周にそれぞれ外部接地層、前記第１固体絶縁物と前記第２固体絶縁物との間に配置された可撓性絶縁物を備え、前記第１固体絶縁物と前記第２固体絶縁物とが締結されることにより前記第１の中心導体と前記第２の中心導体とが接続される電気機器の接続装置において、前記第２の中心導体の外径より大きい外径である高電圧電極が前記第２固体絶縁物内に配置されるとともに、前記第２固体絶縁物の外部接地層の内径より前記第１固体絶縁物の外部接地層の内径が小さいことを特徴とする電気機器の接続装置。
【請求項１３】
第１の中心導体、第２の中心導体、前記第１の中心導体の外周に配置された凸型円錐状の第１固体絶縁物、前記第２の中心導体の外周に配置された凹型円錐状の第２固体絶縁物、前記第１固体絶縁物と前記第２固体絶縁物の外周にそれぞれ外部接地層、前記第１固体絶縁物と前記第２固体絶縁物との間に配置された可撓性絶縁物を備え、前記第１固体絶縁物と前記第２固体絶縁物とが締結されることにより前記第１の中心導体と前記第２の中心導体とが接続される電気機器の接続装置において、前記第１固体絶縁物の内周側が低誘電率絶縁物で外周側が高誘電率絶縁物で構成されるとともに、前記第２固体絶縁物の内周側が高誘電率絶縁物で外周側が低誘電率絶縁物で構成されたことを特徴とする電気機器の接続装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体絶縁物でモールドされた遮断器および断路器等の高電圧機器を相互に接続して、系統を構成するスイッチギヤ等の電気機器の接続装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エポキシ樹脂に代表される固体絶縁物でモールドされた遮断器、断路器および接地開閉器などの高電圧機器を相互に接続することで系統を構成する電気機器が一般に知られている。
相互に接続される高電圧機器における一方側の高電圧機器は、接合面が円錐状に突出した凸形状であり、中心部に導体が設けられており、導体の外周側が固体絶縁物でモールドされている。また、他方側の高電圧機器は、接合面が円錐状に窪んだ凹形状であり、やはり、中心部に導体が設けられており、導体の外周側が固体絶縁物でモールドされている。【０００３】
各高電圧機器の中心側にある導体には、通電時に高電圧が印加される。また、モールドを形成する固体絶縁物の外周面には、導電性塗料を塗布するなどの処理が施され、電気的に接地されることが多い。
すなわち、系統を構成する電気機器では、一方側の高電圧機器の固体絶縁物（一方側固体絶縁物と記す）と他方側の高電圧機器の固体絶縁物（他方側固体絶縁物と記す）との接触界面での絶縁性能が重要になっている。そこで、接触界面間にシリコーンゴムのような可撓性絶縁物を挿入して、固体絶縁物同士の密着性を向上させて、界面でのボイドや空隙をなくして、絶縁特性の向上を図っている。
しかし、単に可撓性絶縁物を配設しただけでは、可撓性絶縁物の半径方向で面圧が不均一になり、面圧の低い部分で部分放電が発生して、絶縁特性が低下するとの問題があった。【０００４】
このような問題を解決するものとして、他方側固体絶縁物の一方側固体絶縁物との接触面に段差部を設けて、この部分に段差部の深さより厚みが厚い可撓性絶縁物を配設することにより、可撓性絶縁物の面圧を一定にした電気機器がある（例えば、特許文献１参照）。
また、可撓性絶縁物に相当する柔軟性絶縁物の中心側の厚みを外径側の厚みより大きくして、一方側の高電圧機器と他方側の高電圧機器とを接続した時に、各固体絶縁物と柔軟性絶縁物との界面の中で、電界強度が高い中心側の面圧を大きくすることにより、耐電圧性能を向上させている電気機器がある（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１４２０８９号公報
【特許文献２】特開２００３−０１６８８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の電気機器は、一方側の高電圧機器と他方側の高電圧機器とが接続された後の可撓性絶縁物の面圧が、各部で一定になる構造である。この場合、一方側の高電圧機器と他方側の高電圧機器との接続作業時、可撓性絶縁物の内径側から外径側までを固体絶縁物に同時に接触させるので、接続界面から気泡を抜くことができずに気泡が残留する恐れがある。なお、一方側の高電圧機器と他方側の高電圧機器との接続直後は、界面に気泡が残留していても面圧が加わるので、残留気泡内部の内圧が上昇し部分放電特性の低下を小さくできる。
しかし、特許文献１に記載されているようなこの種の電気機器は、数１０年に渡って稼動されるものであり、経年により可撓性絶縁物が劣化して界面面圧が低下し、その結果、予め界面に残留している気泡の内部圧力も低下して、部分放電特性が著しく悪化するとの問題があった。【０００７】
特許文献２に記載の電気機器は、一方側の高電圧機器と他方側の高電圧機器とが接続された後の柔軟性絶縁物の面圧を、中心側が外径側より高くなるように分布させて、電界の高い中心側の絶縁性能を確保する構造である。しかし、特許文献２に記載の電気機器も、数１０年に渡って稼動されるものであり、経年により柔軟性絶縁物が劣化して界面面圧が低下するという問題がある。すると、当初から面圧を相対的に低くしている外径側に外気が浸入して、界面に気泡が発生し、柔軟性絶縁物の外径側の固体絶縁物との界面に、サイズの大きな空隙が形成され、電界が相対的に低い外径側であっても絶縁性能が低下するとの問題があった。【０００８】
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、その目的は、固体絶縁物でモールドされた高電圧機器同士を、両固体絶縁物の間に可撓性絶縁物を介在させて接続した電気機器であって、固体絶縁物と可撓性絶縁物との界面に気泡が混入した際の気泡内で生じる部分放電を抑制できるとともに、長期劣化により界面面圧が低下し界面に気泡混入や剥離が生じた場合でも、気泡内や剥離箇所での部分放電を抑制し、絶縁性能の低下を防止できる電気機器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係わる電気機器の接続装置は、中心導体の周囲が固体絶縁物でモールドされ、外周に外部接地層が設けられた凸型円錐状絶縁物および凹型円錐状絶縁物が、可撓性絶縁物を介して接続される電気機器の接続装置において、凸型円錐状絶縁物および凹型円錐状絶縁物に形成される界面における電界方向が界面に沿う方向であるものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、凸型円錐状絶縁物および凹型円錐状絶縁物が形成する界面における電界方向を界面に沿う方向とすることにより、界面にある気泡内の電界を低減することができる。これにより気泡で生じる部分放電を抑制し、絶縁性能を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明における実施の形態１に係わる電気機器の接続装置を示す断面図である。
【図２】同実施の形態１に係わる電気機器の接続装置の高電圧電極の一例を示す断面図である。
【図３】同実施の形態に係わる電気機器の接続装置の高電圧電極の他の構成を示す断面図である。
【図４】同実施の形態１に係る接地電極を示す斜視図である。
【図５】同実施の形態１に係る接地電極の構成の一例を示す断面図である。
【図６】同実施の形態１に係る接地電極の他の構成を示す断面図である。
【図７】同実施の形態１に係る接地電極の他の構成を示す断面図である。
【図８】同実施の形態１に係る接地電極の他の構成を示す断面図である。
【図９】同実施の形態１に係る高電圧電極の構成の一例を示す断面図である。
【図１０】同実施の形態１に係る高電圧電極の他の構成を示す断面図である。
【図１１】同実施の形態１に係る高電圧電極の他の構成を示す断面図である。
【図１２】同実施の形態１に係る高電圧電極の他の構成を示す断面図である。
【図１３】本発明を未実施である電気機器の接続装置における等電位線と電界方向を示す図である。
【図１４】本発明の実施の形態１に係わる電気機器の接続装置における等電位線と電界方向を示す図である。
【図１５】扁平気泡における電界方向と背景電界に対する気泡内電界の増倍率との関係を示す図である。
【図１６】気泡厚さと気泡内で放電を生じる気泡内電界値を示すグラフである。
【図１７】扁平気泡の延伸方向と電界方向の成す角と気泡内で放電を生じる固体絶縁物中の背景電界との関係を示すグラフである。
【図１８】同軸円筒電極系における半径方向に対する電界の分布を示すグラフである。
【図１９】本発明の実施の形態２に係わる電気機器の接続装置を示す断面図である。
【図２０】本発明の実施の形態２に係わる電気機器の接続装置における等電位線と電界方向を示す図である。
【図２１】本発明の実施の形態３に係わる電気機器の接続装置を示す断面図である。
【図２２】本発明の実施の形態３に係わる電気機器の接続装置における等電位線と電界方向を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係わる電気機器について図を用いて説明する。以下の実施の形態の説明では、各図における同一または相当部分には同一符号を付して、その説明を省略している。
実施の形態１．
本発明における実施の形態１を図１から図１７までを用いて説明する。図１は本発明における実施の形態１に係わる電気機器の接続装置を示す断面図である。固体絶縁物によってモールドされた電気機器同士の接続においては、第１高電圧機器１および第２高電圧機器２が電気機器の接続装置１００を形成する。
第１高電圧機器１は、高電圧が印加される第１中心導体３が設けられており、この第１中心導体３の周囲はエポキシ樹脂に代表される絶縁材料によりモールドされ、端部が円錐状の凸型となった第１固体絶縁物４が形成される。さらに第１固体絶縁物４の周囲には第１外部接地層５が設けられる。第１外部接地層５としては、カーボンブラックを樹脂に混合させた塗料を第１固体絶縁物４の周囲に塗布し形成する方法や、亜鉛溶射により形成する方法がある。
また、第１高電圧機器１は第２高電圧機器２との接続に用いる第１貫通孔６を有しており、第１貫通孔６の内部まで第１外部接地層５は形成される。第１高電圧機器１は円錐状に突出した凸型の接続界面を有しており、第１高電圧機器１における、接続界面と中心導体とが形成する界面角度θ１は９０°より小さい角度となっている。
【００１３】
一方、第２高電圧機器２は、第１高電圧機器１と同様、高電圧が印加される第２中心導体７が設けられており、第１中心導体３との接触部には接触子８を備える。第１中心導体３と第２中心導体７との間に接触子８を介することで接触抵抗を下げ発熱によるロスを低減する。なお、本発明に係る効果を得るのには接触子８は必ずしも必要としない。
第２中心導体７および接触子８の周囲はエポキシ樹脂に代表される絶縁材料によりモールドされ第２固体絶縁物９が形成される。この第２固体絶縁物９は、第１固体絶縁物４の円錐状に突出した凸型と合致するよう円錐状に窪んだ凹型となっている。さらに第２固体絶縁物９の周囲には第２外部接地層１０が設けられる。
また、第１高電圧機器１との接続に用いる第２貫通孔１１を有しており、第２貫通孔１１の内部まで第２外部接地層１０は形成される。第２高電圧機器２は円錐状に窪んだ凹型の界面形状を有しており、第２高電圧機器２における接続界面と中心導体とが形成する界面角度θ２は９０°より大きい角度となっている。
【００１４】
第１高電圧機器１と第２高電圧機器２との接続界面には、円錐形状の可撓性絶縁物１２が配置される。可撓性絶縁物１２の材料としては、安価であること、様々な形状に加工できること等の理由からＥＰゴムやシリコーンゴムが選定されることが多い。
また、接続作業前には前記円錐形状の可撓性絶縁物１２の表面にフッ素系グリスやシリコーングリス、シリコーンオイル等の潤滑材１３が塗布される。これは、第１高電圧機器１と第２高電圧機器２との接続作業を容易にするためである。
【００１５】
第１高電圧機器１と第２高電圧機器２との接続は、可撓性絶縁物１２と潤滑材１３とを介して両者を接合した後、第１高電圧機器の第１貫通孔６および第２高電圧機器２の第２貫通孔１１を貫通させたスルーボルト１４とナット１５を締結することでなされる。スルーボルト１４およびナット１５を用いて第１高電圧機器１および第２高電圧機器２を接続することで、第１固体絶縁物４と可撓性絶縁物１２との界面および第２固体絶縁物９と可撓性絶縁物１２との界面には指定の面圧が加えられる。第１高電圧機器１および第２高電圧機器２の接続が完了した後、第１中心導体３および第２中心導体７には高電圧が印加される。
【００１６】
一方、第１外部接地層５および第２外部接地層１０は接地される。従って、高電圧部と接地部との間を構成する第１固体絶縁物４、第２固体絶縁物９、可撓性絶縁物１２、第１固体絶縁物４と可撓性絶縁物１２との界面、第２固体絶縁物９と可撓性絶縁物１２との界面において絶縁がなされる。
これら絶縁構成において、絶縁上の最弱点部となるのが第１固体絶縁物４と可撓性絶縁物１２との界面および第２固体絶縁物９と可撓性絶縁物１２との界面の固体絶縁物同士の接触界面であり、さらに、それぞれの界面に気泡が残留し空隙が生じた場合には、空隙内で部分放電が発生し、絶縁性能を大きく低下させる要因となる。
【００１７】
第１固体絶縁物４と可撓性絶縁物１２との界面および第２固体絶縁物９と可撓性絶縁物１２との界面に塗布された潤滑材１３は、可撓性絶縁物１２と第１固体絶縁物４との間あるいは第２固体絶縁物９との間に形成され得る微小な空隙を満たすことができる。第１固体絶縁物４と可撓性絶縁物１２との界面および第２固体絶縁物９と可撓性絶縁物１２との界面に残留する気泡や空隙は部分放電が発生する要因となるが、潤滑材１３を塗布することで作業性だけでなく絶縁性能を向上させる効果も得ることができる。
また、接続時のスルーボルト１４とナット１５との締結により第１固体絶縁物４と可撓性絶縁物１２との界面および第２固体絶縁物９と可撓性絶縁物１２との界面に面圧が加えられるが、この面圧によりそれぞれの界面に残留した気泡の脱離や気泡の圧縮を図ることが出来る。さらに、気泡内圧が上がることで気泡内の放電電圧が上昇することで部分放電発生が抑制される。そのため、面圧荷重は接続界面の絶縁性能において重要なパラメータとなる。一般に、界面面圧は界面に均等にかける、もしくは、高電界箇所ほど高い面圧となるよう工夫が施されている。
【００１８】
第１高電圧機器１は第１中心導体３から第１外部接地層５までの間に接地電極１６を有し、また、第２高電圧機器２は第２中心導体７から第２外部接地層１０までの間に第２中心導体７と同電位とした高電圧電極１７を有する。接地電極１６の内径は第２外部接地層１０の内径より小さい。高電圧電極１７の外径は第２中心導体７の外径より大きくかつ接地電極１６の内径より小さい。
【００１９】
本実施の形態において、例えば第２高電圧機器２を図２または図３に示す構成としてもよい。図２に示す構造では第２中心導体７の形状を工夫し、第２固体絶縁物９の中に第２中心導体７の先端に形成した鍔状部７ａが入り込む形にすることで、高電圧電極１７の代替の役割を持たせている。こうすることで、高電圧電極１７を削減している。
【００２０】
図３に示す構造では接触子８の形状を工夫し、接触子８の外周に鍔状部８ａを形成して、この鍔状部８ａが第２固体絶縁物９の中に入り込む形にすることで、高電圧電極１７の代替の役割を持たせている。こうすることで、高電圧電極１７を削減している。
【００２１】
また、接地電極１６は図４乃至図８に示す構成とされる。一般に、接地電極１６は図４に示すように接地電位円筒金属網１８ａと接地電位バネ状螺旋導体１９と接地電位取り出し線２０とにより構成される。図４の断面図が図５である。接地電位円筒金属網１８ａは電気機器の接続装置１００の内部における電界を制御する役割を果たしており、接地電位バネ状螺旋導体１９は接地電位円筒金属網１８ａの端部に生じる局所電界を緩和するために設けられる。
接地電位取り出し線２０は、接地電位円筒金属網１８ａと接地電位バネ状螺旋導体１９との電位を接地電位とするため１箇所以上設けられ、第２外部接地層１０と電気的に接続される。
【００２２】
図６〜図８は、接地電極１６の変形例を示している。図６に示す構成では、接地電位円筒金属網１８ｂの端部を折り返すことで、端部に生じる局所電界を緩和し、接地電位バネ状螺旋導体１９を削減している。図７に示す構成では金属を削りだして製作した接地電位金属電極２１を用いており、端部は局所電界が高くならないよう曲率Ｒをとるのが一般的である。図８に示す構成では接地電極内部絶縁樹脂２２の表面に接地電位導電層２３を設けたものとしている。ここで、接地電極内部絶縁樹脂２２は第１固体絶縁物４と同じ材料を用いるのが一般的である。図８の構成において電気的効果は図５乃至図７の構成と等価である。
【００２３】
ここで、第１高電圧機器１を注型時の高温硬化からの冷却や使用中の周囲温度変化で生じる熱応力により、第１固体絶縁物４と接地電極１６との界面で剥離の発生の問題や、接地電極１６表面の第１固体絶縁物４においてクラックが生じる問題がある。この問題を解決するため、図５の構成のように接地電極１６を金属網や螺旋導体で構成し、これら金属導体と絶縁樹脂との間に生じる熱応力の緩和が行われる。
また、図８の構成では接地電極内部絶縁樹脂２２と第１固体絶縁物４とを同じ材料とすることで、線膨張係数が等しくなり、上述した金属導体と絶縁樹脂との間の熱応力は大幅に低減できる。なお、同じ材料でなくとも、接地電極内部絶縁樹脂２２は第１固体絶縁物４と同等の線膨張係数を有する材料であればよい。
【００２４】
高電圧電極１７は図９乃至図１２に示す構成とされる。一般に高電圧電極は図９に示すように、高電圧円筒金属網２４ａと高電圧バネ状螺旋導体２５と高電圧取り出し線２６とにより構成される。高電圧円筒金属網２４ａは電気機器の接続装置１００の内部における電界を制御する役割を果たしており、高電圧バネ状螺旋導体２５は高電圧円筒金属網２４ａの端部に生じる局所電界を緩和するために設けられる。高電圧取り出し線２６は高電圧円筒金属網２４ａと高電圧電位バネ状螺旋導体２５との電位を高電圧とするため１箇所以上設けられ、第２中心導体７や接触子８と電気的に接続される。
【００２５】
図１０〜図１２は、高電圧電極１７の変形例を示している。図１０に示す構成では、高電圧円筒金属網２４ｂの端部を折り返すことで、端部に生じる局所電界を緩和し、高電圧バネ状螺旋導体２５を削減している。図１１に示す構成では金属を削りだして製作した高電圧金属電極２７を用いており、端部は局所電界が高くならないよう曲率Ｒをとるのが一般的である。図１２に示す構成では高電圧電極内部絶縁樹脂２８の表面に高電圧導電層２９を設けたものとしている。ここで、高電圧電極内部絶縁樹脂２８は第２固体絶縁物９と同じ材料を用いるのが一般的である。図１２の構成において電気的効果は図９乃至図１１の構成と等価である。
【００２６】
ここで、第２高電圧機器２を注型時の高温硬化からの冷却や使用中の周囲温度変化で生じる熱応力により、第２固体絶縁物９と高電圧電極１７との界面で剥離の発生の問題や、高電圧電極１７表面の第２固体絶縁物９においてクラックが生じる問題がある。この問題を解決するため、図９の構成のように高電圧電極１７を金属網や螺旋導体で構成し、これら金属導体と絶縁樹脂との間に生じる熱応力の緩和が行われる。また、図１２の構成では高電圧電極内部絶縁樹脂２８と第２固体絶縁物９とを同じ材料とすることで、線膨張係数が等しくなり、上述した金属導体と絶縁樹脂との間の熱応力は大幅に低減できる。なお、同じ材料でなくとも、高電圧電極内部絶縁樹脂２８は第２固体絶縁物９と同等の線膨張係数を有する材料であればよい。
【００２７】
接地電極１６および高電圧電極１７により、第１固体絶縁物４と可撓性絶縁物１２との界面および第２固体絶縁物９と可撓性絶縁物１２との界面における電界の方向をそれぞれの界面に平行になるように制御することが出来る。この効果の詳細は後述するが、それぞれの界面に残留した気泡や剥離箇所で生じる部分放電を抑制することが出来る。また、第１固体絶縁物４と可撓性絶縁物１２との界面および第２固体絶縁物９と可撓性絶縁物１２との界面の端部には気泡の残留や構成要素の寸法誤差による空間が生じやすいが、この気泡や空間における電界を低減することができ、それぞれの界面の端部における部分放電の抑制も図ることが出来る。さらに、第１固体絶縁物４と可撓性絶縁物１２との界面および第２固体絶縁物９と可撓性絶縁物１２との界面の中心側端部に生じる第１固体絶縁物４もしくは第２固体絶縁物９と、可撓性絶縁物１２と、第１中心導体３もしくは第２中心導体７との、３つの異種材料の接点であり局所的に電界が増倍する箇所に対し、第２高電圧機器２の高電圧電極１７によりこの局所的な高電界を緩和できる。
【００２８】
図１３は第１高電圧機器１の接地電極１６および第２高電圧機器２の高電圧電極１７を設置しない場合の電界解析結果であり、等電位線と電界方向を示している。また、図１４は第１高電圧機器１の接地電極１６および第２高電圧機器２の高電圧電極１７を設置した場合の電界解析結果であり、等電位線と電界方向を示している。
図１３、図１４より、接地電極１６および高電圧電極１７により第１固体絶縁物４と可撓性絶縁物１２との界面および第２固体絶縁物９と可撓性絶縁物１２との界面における電界方向がそれぞれの界面に沿う方向に制御されることが分かる。
【００２９】
図１５は扁平気泡における電界方向と背景電界に対する気泡内電界の増倍率との関係を示す。第１固体絶縁物４と可撓性絶縁物１２との界面および第２固体絶縁物９と可撓性絶縁物１２との界面に残留する気泡は、接続時に荷重される界面面圧によりそれぞれの界面に沿う方向に延伸し扁平形状となる。扁平気泡では、延伸方向に直交するよう電界が加わると、気泡内の電界は周囲絶縁物における背景電界に比べて周囲絶縁物の比誘電率と同じだけ増倍される。例えば周囲絶縁物がエポキシ樹脂である場合は比誘電率が約４であり、扁平気泡内の電界は約４倍だけ高くなる。これより、気泡内では電界が背景電界より増倍され、また、周囲絶縁物に比べ放電電圧の低い気体であることから部分放電が生じることとなる。
【００３０】
一般に気泡厚さと気泡内での放電電界との関係はパッシェン則を用いて明らかにされており、気泡内圧が大気圧である場合は図１６に示す関係となる。気泡厚さが大きくになるにつれ放電電界は低下する。次に、扁平気泡の延伸方向と電界方向のなす角度が変化した際の気泡内の放電電界の変動を図１７に示す。ここの電界は気泡内の電界ではなくその周囲における背景電界に換算している。扁平気泡の延伸方向と電界方向のなす角度が直交すなわち９０度から平行方向すなわち０度へと変わることで、気泡内電界が低減するため、気泡内で放電を生じる背景電界は上昇する。一方、扁平気泡の延伸方向と電界方向のなす角度が小さくなるにつれ、電気力線が通る気泡内の距離が大きくなり、見かけ上気泡厚さが大きくなることで、放電電界は若干低下する。
よって、図１７においては７〜８度においてピーク値を有し、最適角度となる。このとき、放電電界は９０度に比べ３倍程度に向上する。ただし、この最適角度や放電電界の向上は接続面圧や周囲の絶縁樹脂の誘電率により前後する。そのため、本発明の効果を得ることが出来る角度は平行すなわち０度に限らず０〜３０度までの範囲に与えられ、放電電界の向上は２倍程度である。
【００３１】
ここで、第１高電圧機器１および第２高電圧機器２のような同軸円筒電極系における電界の分布について説明する。図１８は、同軸円筒電極系における半径方向に対する電界の分布を示す。図１８において、横軸は中心導体半径を１としたときの半径方向の距離の相対値を表し、縦軸は最大電界、すなわち中心導体外径における電界で規格化された電界の高さを表している。また、図１８では、例として外部接地電極の内径を５としている。図１８に示すように、電界は中心導体に近いほど高くなり、外部接地電極に向かうにつれ低下する。段落００２７から段落００３０で前述した電界方向制御による放電電界向上は高電界となる中心導体近傍ほど必要であり、この電界方向制御による第１固体絶縁物４と可撓性絶縁物１２との界面および第２固体絶縁物９と可撓性絶縁物１２との界面における放電電界の向上効果が前述のように概ね２倍程度であることを踏まえると、少なくとも電界が最大電界の半分以上となる範囲において前述の電界方向制御が必要となる。このため、図１８の例の場合、回転軸からの半径方向の距離が中心導体の外径までの距離の２倍までの範囲において前述の電界方向制御が必要である。
【００３２】
以上より、第１高電圧機器１の接地電極１６および第２高電圧機器２の高電圧電極１７を設置し、第１固体絶縁物４と可撓性絶縁物１２との界面および第２固体絶縁物９と可撓性絶縁物１２との界面における電界方向をそれぞれの界面に沿う方向に制御することで、それぞれの界面に残留した扁平気泡や剥離箇所での部分放電の抑制し、絶縁性能を向上できる。
【００３３】
実施の形態２．
本発明における実施の形態２を図１９および図２０を用いて説明する。図１９は本発明における実施の形態２に係わる電気機器の接続装置を示す断面図である。本実施の形態においては、第２高電圧機器３２の中心導体の外径より大きい外径である高電圧電極１７を第２固体絶縁物９内に配置する構造と、第１高電圧機器３１の第１外部接地層５の内径を第２高電圧機器３２の第２外部接地層１０の内径より小さくする構造としたことが特徴である。
第１高電圧機器３１の第１外部接地層５および第２高電圧機器３２の高電圧電極１７の設置により第１固体絶縁物４と可撓性絶縁物１２との界面および第２固体絶縁物９と可撓性絶縁物１２との界面における電界の方向をそれぞれの界面に平行になるよう制御することが出来る。
【００３４】
図２０は本実施の形態における電界解析結果であり、等電位線と電界方向を示している。第１固体絶縁物４と可撓性絶縁物１２との界面および第２固体絶縁物９と可撓性絶縁物１２との界面における電界方向がそれぞれの界面に沿う方向に制御されることが示されている。前述のように、第１高電圧機器３１と第２高電圧機器３２とを可撓性絶縁物１２を介して接続する場合、第１固体絶縁物４と可撓性絶縁物１２との界面および第２固体絶縁物９と可撓性絶縁物１２との界面に残留した扁平気泡や剥離箇所における電界を低減し、部分放電抑制を図ることが出来る。また、それぞれの界面の端部には気泡の残留や空間が生じやすいが、ここにおける電界を低減することができ、同様に部分放電の抑制を図ることが出来る。
以上より、第１高電圧機器３１の第１外部接地層５および第２高電圧機器３２の高電圧電極１７を設置し、第１固体絶縁物４と可撓性絶縁物１２との界面および第２固体絶縁物９と可撓性絶縁物１２との界面における電界方向をそれぞれの界面に沿う方向に制御することで、それぞれの界面に残留した扁平気泡や剥離箇所での部分放電の抑制し、絶縁性能を向上できる。
【００３５】
実施の形態３．
本発明における実施の形態３を図２１および図２２を用いて説明する。図２１は本発明における実施の形態３に係る電気機器の接続装置を示す断面図である。本実施の形態においては、第１固体絶縁物４が第１高誘電率絶縁物４ａおよび第１低誘電率絶縁物４ｂから構成され、第２固体絶縁物９が第２高誘電率絶縁物９ａおよび第２低誘電率絶縁物９ｂから構成されており、第１高電圧機器４１の外周側が第１高誘電率絶縁物４ａで内周側が第１低誘電率絶縁物４ｂを配置する構造と、第２高電圧機器４２の内周側が第２高誘電率絶縁物９ａで外周側が第２低誘電率絶縁物９ｂを配置する構造を特徴とする。
第１高電圧機器４１および第２高電圧機器４２において内周と外周とで絶縁物の誘電率の変化により界面における電界の方向を界面に平行になるよう制御することが出来る。図２２は本実施の形態における電界解析結果であり、等電位線と電界方向を示している。
【００３６】
高電圧部と接地電位部との間の絶縁物の誘電率が数種にわたる場合、誘電率の低い箇所に電界は集中し、誘電率の高い箇所の電界は低下する。そのため、第１高電圧機器４１においては第１低誘電率絶縁物４ｂである内周側に電界が集中し、第２高電圧機器４２においては第２低誘電率絶縁物９ｂである外周側に電界が集中することで、第１固体絶縁物４と可撓性絶縁物１２との界面および第２固体絶縁物９と可撓性絶縁物１２との界面における電界方向はそれぞれの界面に沿う方向に制御できる。
【００３７】
前述のように、第１高電圧機器４１と第２高電圧機器４２とを可撓性絶縁物１２を介して接続する場合、第１固体絶縁物４と可撓性絶縁物１２との界面および第２固体絶縁物９と可撓性絶縁物１２との界面に残留した扁平気泡や剥離箇所における電界を低減し、部分放電抑制を図ることが出来る。また、それぞれの界面の端部には気泡の残留や空間が生じやすいが、ここにおける電界を低減することができ、同様に部分放電の抑制を図ることが出来る。
以上より、第１高電圧機器４１の外周側が第１高誘電率絶縁物４ａで内周側が第１低誘電率絶縁物４ｂを配置する構造と、第２高電圧機器４２の内周側が第２高誘電率絶縁物９ａで外周側が第２低誘電率絶縁物９ｂを配置する構造とで、第１固体絶縁物４と可撓性絶縁物１２との界面および第２固体絶縁物９と可撓性絶縁物１２との界面における電界方向をそれぞれの界面に沿う方向に制御することで、それぞれの界面に残留した扁平気泡や剥離箇所での部分放電の抑制し、絶縁性能を向上できる。
【００３８】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態の一部または全部を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【００３９】
１：第１高電圧機器、２：第２高電圧機器、３：第１中心導体、４：第１固体絶縁物、４ａ：第１高誘電率絶縁物、４ｂ：第１低誘電率絶縁物、５：第１外部接地層、６：第１貫通孔、７：第２中心導体、７ａ：第２中心導体の鍔状部、８：接触子、８ａ：接触子の鍔状部、９：第２固体絶縁物、９ａ：第２高誘電率絶縁物、９ｂ：第２低誘電率絶縁物、１０：第２外部接地層、１１：第２貫通孔、１２：可撓性絶縁物、１３：潤滑材、１４：スルーボルト、１５：ナット、１６：接地電極、１７：高電圧電極、１８ａ：接地電位円筒金属網（端部処理なし）、１８ｂ：接地電位円筒金属網（端部折り曲げ）、１９：接地電位バネ状螺旋導体、２０：接地電位取り出し線、２１：接地電位金属電極、２２：接地電極内部絶縁樹脂、２３：接地電位導電層、２４ａ：高電圧円筒金属網（端部処理なし）、２４ｂ：高電圧円筒金属網（端部折り曲げ）、２５：高電圧バネ状螺旋導体、２６：高電圧取り出し線、２７：高電圧金属電極、２８：高電圧電極内部絶縁樹脂、２９：高電圧導電層、３１：第１高電圧機器、３２：第２高電圧機器、４１：第１高電圧機器、４２：第２高電圧機器、１００：電気機器の接続装置。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【国際調査報告】
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