(57)【要約】【課題】ガス中の電界を緩和し、絶縁性能を確保することのできるガス絶縁変圧器を提供する。【解決手段】導体１と、導体１に巻かれる絶縁フィルム２と、を備え、絶縁フィルム２は、内部に複数の空洞２１を設ける。空洞２１内には、自然由来ガスが充填されており、空洞２１の径は、自然由来ガスの絶縁破壊が生じる距離よりも小さい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導体と、
前記導体を被覆する絶縁フィルムと、
を備え、
前記絶縁フィルムは、内部に複数の空洞が設けられていること、
を特徴とするガス絶縁変圧器。
【請求項２】
前記空洞内には、自然由来ガスが充填され、
前記空洞の径は、前記自然由来ガスの絶縁破壊が生じる距離よりも小さいこと、
を特徴とする請求項１記載のガス絶縁変圧器。
【請求項３】
内部に自然由来ガスが充填され、前記絶縁フィルムが被覆された前記導体を収容する密閉容器を更に備え、
前記空洞内に充填された前記自然由来ガスは、前記密閉容器内の自然由来ガスと同種のガスであること、
を特徴とする請求項２記載のガス絶縁変圧器。
【請求項４】
前記絶縁フィルムは、前記空洞同士が連通し、かつ、前記空洞内と外部とが連通していること、
を特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のガス絶縁変圧器。
【請求項５】
前記空洞内には、前記密閉容器内に充填される自然由来ガスと同種のガスが予め充填されていること、
を特徴とする請求項４記載のガス絶縁変圧器。
【請求項６】
前記導体には、前記空洞を有する前記絶縁フィルムと、前記空洞を有しない絶縁フィルムとが交互に被覆されていること、
を特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のガス絶縁変圧器。
【請求項７】
前記絶縁フィルムは、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、又はポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）からなること、
を特徴とする請求項１〜６の何れかに記載のガス絶縁変圧器。
【請求項８】
前記自然由来ガスは、酸素、窒素、二酸化炭素又はこれら一種以上を含むガスであること、
を特徴とする請求項１〜８の何れかに記載のガス絶縁変圧器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、絶縁ガスを用いるガス絶縁変圧器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガス絶縁変圧器は、変圧器内に絶縁ガスを充填し、絶縁を確保している。絶縁ガスとしては、従来からＳＦ６ガスが使用されている。ＳＦ６ガスは絶縁性能が非常に高いというメリットがある一方で、温暖化係数がＣＯ２の２３９００倍と大きいため、取扱いが煩雑になってしまうデメリットがある。例えば、機器内部の点検の際には、ＳＦ６ガスを回収する必要があるため、回収装置等の付帯設備の設置が必要となっており、コスト及び管理面で不利になっている。
【０００３】
そこで、絶縁ガスとして、温暖化係数が１以下になるＮ２やＯ２などの自然由来ガスを利用することが検討されているが、ＳＦ６ガスと比べて絶縁性能が約１／３と低くなってしまい実現が難しかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平４−３０６８１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ガス絶縁変圧器では、絶縁ガスが充填された密閉容器内の導体に絶縁フィルムを巻回し、絶縁性能を向上させることが一般的である。しかし、絶縁フィルムは、比誘電率が高く、ガス中の電界を緩和させて絶縁性を向上させるには、絶縁フィルムから構成される絶縁層の厚さを厚くする必要があった。
【０００６】
絶縁ガスにＳＦ６ガスを用いる場合、ＳＦ６ガスは、電界が集中する箇所において、他の箇所と比べて特に絶縁性能が低下しやすい性質がある。そのため、電界が集中する箇所においては、絶縁層の厚さを厚くする必要があり、機器サイズの増大を招く。
【０００７】
また、絶縁ガスに自然由来ガスを用いる場合、これらのガスは、ＳＦ６ガスと比べて絶縁性能が低いことから、絶縁フィルムによりガス中の電界を緩和させて絶縁を確保するには、絶縁ガスをＳＦ６とする場合より、絶縁層の厚さを何倍も厚くする必要があり、機器サイズが大きくなりすぎ、機器として成立しない可能性が高い。
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、ガス中の電界を緩和し、絶縁性能を確保することのできるガス絶縁変圧器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本実施形態のガス絶縁変圧器は、導体と、前記導体を被覆する絶縁フィルムと、を備え、前記絶縁フィルムは、内部に複数の空洞が設けられていること、を特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態に係るガス絶縁変圧器の導体の絶縁構造を示す図である。
【図２】（ａ）は、導体の周囲に絶縁フィルムを巻回した第１の実施形態に係るガス絶縁変圧器の等電位線図である。（ｂ）は、導体の周囲に空洞を有しない絶縁フィルムを巻回してなる従来のガス絶縁変圧器の等電位線図である。
【図３】第２の実施形態に係るガス絶縁変圧器の導体の絶縁構造を示す図である。
【図４】第２の実施形態に係るガス絶縁変圧器の導体の絶縁構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［１．第１の実施形態］
［１−１．構成］
本実施形態に係るガス絶縁変圧器は、内部に絶縁ガスが充填された変圧器である。本実施形態のガス絶縁変圧器は、変圧器が通常備える構成を備える。例えば、鉄心及び当該鉄心に装着された巻線などが挙げられるが、公知の構成を採用することができ、詳細な説明は省略する。
【００１２】
図１は、導体１の絶縁構造を示す図であり、導体１の断面を含む図である。図１に示すように、本実施形態に係るガス絶縁変圧器は、具体的には、不図示の密閉容器と、密閉容器内に収容された導体１と、導体１に巻かれた絶縁フィルム２とを備える。
【００１３】
密閉容器内には、絶縁ガスが充填されている。絶縁ガスとしては、ＳＦ６ガス、自然由来ガスを用いることができる。ここでは、絶縁ガスは、自然由来ガスである。自然由来ガスとは、ＳＦ６ガスよりも絶縁性能の低いガスであり、窒素（Ｎ２）、酸素（Ｏ２）、二酸化炭素（ＣＯ２）、空気又はこれら一種以上の混合ガスをいう。
【００１４】
導体１は、変圧器を構成する導電性部材であり、例えば、巻線から引き出されたリード線、静電シールド表面などが挙げられる。但し、導体１は、導電性を有する部材であれば、これらに限定されない。本実施形態の導体１の断面は、円形である。
【００１５】
絶縁フィルム２は、導体１に巻回されることで、導体１の周囲に被覆される部材である。絶縁フィルム２は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、又はポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）で構成されるプラスチック製のフィルムである。
【００１６】
絶縁フィルム２には、内部に複数の空洞２１が設けられている。空洞２１は、絶縁フィルム２の材料が存在しない箇所である。空洞２１内には、絶縁ガスと同種のガスが充填されていても良いし、絶縁ガスと異種のガスが充填されていても良い。本実施形態では、空洞２１内に充填されたガスは、絶縁ガスとして密閉容器内に充填される自然由来ガスと同種のガスが充填されている。
【００１７】
空洞２１の形状は特に限定されてないが、例えば球形である。空洞２１の径は、空洞２１に充填された自然由来ガスの絶縁破壊が生じる距離よりも小さい。空洞２１の径は、当該自然由来ガスの絶縁破壊が生じる距離の１／１００程度であることが好ましく、例えば２００μｍ以下とすることができる。換言すれば、絶縁フィルム２は、内部に微細な空洞２１が複数設けられてなる。さらに、絶縁フィルム２の全ての空洞２１のうち、最も小さい空洞２１の径が、空洞２１に充填された自然由来ガスの絶縁破壊が生じる距離よりも小さいことが好ましい。また、空洞２１は、絶縁フィルム２に均一に分布していることが好ましい。絶縁フィルム２としては、例えば、発泡ＰＥＴフィルムを用いることができる。
【００１８】
［１−２．作用］
図２（ａ）は、導体１の周囲に絶縁フィルム２を巻回した本実施形態のガス絶縁変圧器の等電位線図であり、図２（ｂ）は、導体の周囲に空洞を有しない絶縁フィルム１０２を巻回してなる従来のガス絶縁変圧器の等電位線図である。
【００１９】
図２（ａ）に示すように、導体１が接地面と近接する高電界部分において、従来の図２（ｂ）よりも、絶縁フィルム２の内部に等電位線が多く存在しており、本実施形態の絶縁フィルム２を用いる方が、電界を緩和することができていることが分かる。
【００２０】
すなわち、絶縁フィルム２に複数の空洞２１が設けられていることにより、当該空洞２１部分には絶縁フィルム２の構成材料である比誘電率の高い物質が存在しないので、同じ物質で構成される絶縁フィルムと比べて、絶縁フィルム２全体としては比誘電率が等価的に低くなる。その結果、フィルム内部の電子が移動しやすくなり、等電位線を従来と比べて内部に引き込むことができる。つまり、従来は、導体周囲のガス中に密集していた等電位線の一部が、絶縁フィルム２内を通ることになるので、導体１の周囲のガス中の電界を緩和することができる。図２（ａ）、（ｂ）の点線の丸で示した箇所の電界は、図２（ｂ）に示す従来の場合、５．２２ｋＶ／ｍｍであったのに対し、本実施形態では４．３７ｋＶ／ｍｍとなり、１６％も電界値を低減させることができる。従って、絶縁ガスに絶縁性の低い自然由来ガスを用いた場合でも、絶縁性能を確保することができる。
【００２１】
［１−３．効果］
（１）本実施形態に係るガス絶縁変圧器は、導体１と、導体１に巻かれる絶縁フィルム２と、を備え、絶縁フィルム２は、内部に複数の空洞２１を設けるようにした。これにより、絶縁フィルム２の比誘電率を等価的に低くすることができるので、フィルム内部に等電位線を引き込むことができ、ガス中の電界を緩和できる。その結果、絶縁性能を確保することができる。
【００２２】
（２）空洞２１内には、自然由来ガスが充填され、空洞２１の径は、自然由来ガスの絶縁破壊が生じる距離よりも小さくした。これにより、絶縁フィルム２内で絶縁破壊が生じるのを防止することができる。
【００２３】
（３）内部に自然由来ガスが充填され、絶縁フィルム２が被覆された導体１を収容する密閉容器を更に備え、空洞２１内に充填された自然由来ガスは、密閉容器内の自然由来ガスと同種のガスとした。これにより、密閉容器内と絶縁フィルム２内のガスが同種となるので、密閉容器内と絶縁フィルム２内とでガスの種類が異なることによる耐圧の違いを管理する必要がなくなり、変圧器の設計を容易にすることができる。例えば、真空引きによる密閉容器内へのガスの充填の際に絶縁フィルム２の表層付近で穴が空いて、空洞２１のガスが置換されたり、長期的な運用により少しずつ絶縁フィルム２内のガスが置換されたりといった製作、運用上の問題が解消し、耐圧の違いの管理を不要にすることができる。
【００２４】
［２．第２の実施形態］
第２の実施形態を、図３を用いて説明する。第２の実施形態は、第１の実施形態の基本構成と同じである。以下では、第１の実施形態と異なる点のみを説明し、第１の実施形態と同じ部分については同じ符号を付して詳細な説明は省略する。
【００２５】
図３は、導体１の絶縁構造を示す図である。図３に示すように、第２の実施形態に係る絶縁フィルム２は、気体透過性を有する。すなわち、絶縁フィルム２は、空洞２１同士が連通し、かつ、空洞２１内部とフィルム外部とが連通している。
【００２６】
そのため、空洞２１内に密閉容器に充填される絶縁ガスと異なるガスが充填されていても、空洞２１内のガスを、密閉容器内に充填された絶縁ガスに置換することができる。また、変圧器の耐圧を上げるために、密閉容器内の圧力を高めた場合でも、絶縁フィルム２内は外部の密閉容器の内部空間と連通しているので、圧力差が生じず、圧力で空洞２１が潰れることがない。そのため、絶縁フィルム２の絶縁性能及び機械的強度を維持することができる。例えば、絶縁フィルム２の厚みを一定に保つことができるので、絶縁性能を維持することができる。
【００２７】
空洞２１同士が連通し、かつ、空洞２１内部とフィルム外部とが連通するのは、絶縁フィルム２内に少なくとも一部で実現されていれば良い。例えば、図３に示すように、絶縁フィルム２の中でも表面に現れていない空洞２１同士が符号２１ａに示す部分で連通し、かつ、当該空洞２１がフィルム外部である密閉容器の内部空間と符号２１ｂに示す部分で連通する。また、このような構成を有していても、導体１が密閉容器の内部空間に露出することはない。例えば、図３に示すように、導体１の表面は絶縁フィルム２を構成する絶縁材料の部分２１ｃで覆われる。
【００２８】
空洞２１同士の連通及び空洞２１と密閉容器の内部空間との連通の程度は、単位体積当たりの空洞２１の数や大きさにより調整可能である。
【００２９】
（変形例）
また、第２の実施形態の変形例として、空洞２１に予め絶縁ガスとして用いるガスが充填された絶縁フィルム２を導体１に巻回するようにしても良い。これにより、密閉容器内への絶縁ガスの封入の際、絶縁フィルム２の空洞２１内のガスの置換に要する時間を短縮することができる。このような絶縁フィルム２の製造方法としては、例えば、絶縁ガスに用いるガスでＰＥＴフィルムなどのフィルムを発泡させることで絶縁フィルム２内に空洞２１を形成することができる。
【００３０】
［３．第３の実施形態］
第３の実施形態を図４を用いて説明する。第３の実施形態は、第１の実施形態の基本構成と同じである。以下では、第１の実施形態と異なる点のみを説明し、第１の実施形態と同じ部分については同じ符号を付して詳細な説明は省略する。
【００３１】
図４は、導体１の絶縁構造を示す図である。図４に示すように、導体１の周囲には、空洞２１を複数有する絶縁フィルム２と、空洞２１を有しない絶縁フィルム３とが交互に被覆されて構成される。絶縁フィルム３は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、又はポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）で構成されるプラスチック製のフィルムである。絶縁フィルム２と絶縁フィルム３の構成材料は、必ずしも同一にしなくても良い。例えば、絶縁フィルム２は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）で構成し、絶縁フィルム３は、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）で構成するようにしても良い。
【００３２】
このように、導体１には、空洞２１を有する絶縁フィルム２と、空洞２１を有しない絶縁フィルム３とが交互に被覆されていることにより、空洞２１を有する絶縁フィルム２において当該空洞２１中で放電が生じた場合でも、空洞２１を有しない絶縁フィルム３により電気的に断絶され、生じた放電が空洞２１を伝って進展することによる絶縁破壊を防止することができる。
【００３３】
（変形例）
上記のように、導体１の周囲の絶縁層は、絶縁フィルム２、３が交互に積層される態様であれば良いが、電界を緩和する観点からは、絶縁フィルム２の厚みを絶縁フィルム３の厚みよりも厚くすると良い。
【００３４】
［４．その他の実施形態］
本明細書においては、本発明に係る複数の実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図していない。以上のような実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【００３５】
例えば、絶縁フィルム２は、密閉容器内に絶縁ガスを充填して絶縁する機器であれば適用可能である。絶縁フィルム２は、例えば、ガス絶縁リアクトルなどのガス絶縁静止誘導電器、ガス絶縁開閉装置などにも適用可能である。
【符号の説明】
【００３６】
１…導体
２…絶縁フィルム
２１…空洞
２１ａ…空洞同士が連通する部分
２１ｂ…空洞と密閉容器の内部空間とが連通する部分
２１ｃ…絶縁フィルムを構成する絶縁材料からなる部分
３…絶縁フィルム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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