(57)【要約】【課題】金属異物の動きを抑制することにより絶縁信頼性の向上を図るとともに、組立が容易で安価な直流ガス絶縁母線を提供する。【解決手段】本発明の直流ガス絶縁母線は、円筒状の金属容器１の中央でその軸方向に沿って高電圧導体２が配置され、この高電圧導体２の円周下部には、高電圧導体２の半径よりも大きい曲率で半円形に曲げ加工された薄板シールド３が、同電位となるように取り付けられている。これにより、高電圧導体２の下部の半径は擬似的に大きくなり電界を下げることが可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属容器内に円筒形の高電圧導体が配置され、前記金属容器内に絶縁ガスを封入した直流ガス絶縁母線において、
高電圧導体半径よりも大きい曲率でほぼ半円形に曲げ加工された薄板シールドを、高電圧導体の円周下部に同電位となるように設けたことを特徴とする直流ガス絶縁母線。
【請求項２】
前記薄板シールドは複数分割して設けられ、
前記複数の薄板シールドを、高電圧導体の軸方向に間隔をあけて設け、高電圧導体の円周方向にスリットを形成したことを特徴とする請求項１記載の直流ガス絶縁母線。
【請求項３】
前記スリット直下に金属容器から突出し、金属異物を捕獲するマンホールを設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の直流ガス絶縁母線。
【請求項４】
前記薄板シールドに絶縁コーティングを施したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の直流ガス絶縁母線。
【請求項５】
前記高電圧導体を、アルミ材で形成し、
前記薄板シールドを、コーティングを施した鉄材で形成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の直流ガス絶縁母線。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、安価で、金属異物に対する捕捉機能を有する直流ガス絶縁母線に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、直流ガス絶縁母線は、図５に示すように、接地された金属容器１の中心に高電圧導体２が配置された構成をしている。さらに、この金属容器１内には絶縁性能の優れたガス、例えばＳＦ6 ガスが圧縮充填されている。
【０００３】
このような構成の直流ガス絶縁母線では、図６に示すように、金属容器１内に金属異物６が万一存在すると、運転中に高電圧導体２に課電されている直流電圧による静電気力で金属異物６が動き回る。例えば、高電圧導体２に負極性直流電圧が課電されて、線状の金属異物６が金属容器１内面に存在すると、図中Ａに示すように、金属容器１内の金属異物６は、数１で示す静電浮上力によって起立する。
［数１］
ＦＬ＝Ｑ・Ｅ［Ｎｅｗｔｏｎ］
【０００４】
ここで、Ｑ＝２π・ε・a・ｌ・Ｅ（クーロン）であり、Ｑは金属異物６が受ける電荷量、Ｅは金属異物６が存在する場所の電界強度（Ｖ／ｍ）、εは真空中の誘電率（８．８５５×１０-12 ）、ａは金属異物６の半径（ｍ）、ｌは金属異物６の長さ（ｍ）である。
【０００５】
このように金属異物６が一旦起立すると、金属異物６が受ける電荷量は、下記数２に示すように金属異物６の長さの２乗に比例するため、より大きくなる。しかも金属異物６が浮上すればするほど電界強度Ｅ高くなるため、静電浮上力ＦＬは益々大きくなる。交流電圧の場合は電界の方向が変動し、落下方向の静電力も働くため金属異物６は浮上、落下の往復運動を行うが、直流電圧の場合、図６のＢとして示す状態のように、金属異物６が一旦起立すると、金属異物６は必ず高電圧導体２に到達してしまう。
［数２］
Ｑ＝π・εo・ｌ2 ・Ｅ／ｌｎ（２ｌ／ａ）−１
【０００６】
このようにして高電圧導体２に達した金属異物６は、図６中Ｃとして示す状態のように、そのまま高電圧導体２の表面を動き廻り、高電圧導体２から離れようとしない、いわゆる「Ｆｉｒｅ−ｆｌｙ」といわれる負極性直流電圧特有の現象を生じる。このＦｉｒｅ−ｆｌｙ状態の異物の挙動は金属異物の自重、及び電界強度に影響されるため、高電圧導体の下部領域で、かつ、高電界部に金属異物が引き寄せられ、Ｆｉｒｅ−ｆｌｙが生じやすい。このような状態の時に、高電圧のサージが高電圧導体に印加されると、ガス絶縁母線の絶縁特性を著しく低下させる恐れがある。
【０００７】
これら金属異物対策として、仮にＦｉｒｅ−ｆｌｙ状態で高電圧のサージが印加されても、閃絡させないように高電圧導体の電界を十分に下げてやる必要がある。数３は、金属容器の同心円上に高電圧導体が配置された場合の高電圧導体の電界Ｅ’の算出式で、ｒは高電圧導体の半径、Ｒは金属容器の半径、Ｖは印加電圧、ｌｎは自然対数をあらわす。
【０００８】
この式から、金属容器のサイズをそのままで、高電圧導体の電界を下げるためには、導体径を大きくしなければならない。実際に同電圧クラスの交流ガス絶縁母線と直流ガス絶縁母線の導体径を比較すると、直流の場合は交流の１．５倍程度必要になり、高電圧導体の電界は交流の約３分の１程度に抑えられている。
［数３］
Ｅ’＝Ｖ／（ｒ・ｌｎ（Ｒ／ｒ））
【特許文献１】特開２０００−２５３５４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、通電上の観点のみを考慮すると、交流のように表皮効果のない直流では、交流よりも小さな高電圧導体径で構成し得る。しかしながら、前述の金属異物に対する絶縁のために、逆に交流よりも約１．５倍程度の導体径が必要になってくる。このことは、直流ガス絶縁母線は交流と比較し、導体重量増加に伴うコスト増加と組立性能が困難になるという課題があった。
【００１０】
また、従来の直流ガス絶縁母線では、耐電圧性能の向上と金属異物発生を抑制するために、高電圧導体の表面にコーティングを施している。しかしながら、数ｍを超える長尺の高電圧導体は重量が非常に大きく、コーティングの作業性が非常に悪いという課題があった。
【００１１】
図７に示す直流ガス絶縁母線においては、金属異物６が直流運転電圧の静電気力で起立・浮上し、高電圧導体２に達して動き廻っていく過程で電界強度の高い溝部８の角部近傍に集中し、電圧の変動、停止の結果、静電的なエネルギーを失い自重でマンホール５に落下、捕獲される。しかしながら、このような直流ガス絶縁母線においては、長尺である高電圧導体２に溝部８を設けるための加工や溶接を行うことは困難であり、また高いコストを要する。
【００１２】
本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであり、その目的は、金属異物の動きを抑制することにより絶縁信頼性の向上を図るとともに、組立が容易で安価な直流ガス絶縁母線を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明は、金属容器内に円筒形の高電圧導体が配置され、前記金属容器内に絶縁ガスを封入した直流ガス絶縁母線において、高電圧導体半径よりも大きい曲率でほぼ半円形に曲げ加工された薄板シールドを、高電圧導体の円周下部に同電位となるように設けたことを特徴とする。
【００１４】
以上のような本発明によれば、金属容器内に円筒形の高電圧導体が配置され、前記金属容器内に絶縁ガスを封入したガス絶縁母線において、高電圧導体半径よりも大きい曲率で半円形に曲げ加工された薄板シールドを、高電圧導体の円周下部に同電位となるように取り付けることにより、高電圧導体下部の半径を擬似的に大きくすることができる。負極性の直流電界下における「Ｆｉｒｅ−ｆｌｙ」状態の金属異物の挙動は、前述のように金属異物の自重の影響で、高電圧導体の下部領域を動き回る。このため、高電圧導体で電界を低下させる必要があるのは導体の下部領域のみであり、上部領域までも電界を下げる必要は無い。請求項１の薄板シールドは擬似的に導体径が大きくなるため、電界が抑えられる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、金属異物の動きを抑制することにより絶縁信頼性の向上を図るとともに、組立が容易で安価な直流ガス絶縁母線を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明に係る代表的な実施形態について、図１〜図４を参照して具体的に説明する。
【００１７】
（１）第１の実施形態
以下、本発明の第１の実施形態について図面を参照して説明する。図１は本実施形態における直流ガス絶縁母線の構成図である。円筒状の金属容器１の中央でその軸方向に沿って高電圧導体２が配置されている。
【００１８】
高電圧導体２の円周下部には、高電圧導体２の半径よりも大きい曲率でほぼ半円形に曲げ加工された薄板シールド３が、同電位となるように取り付けられている。これにより、高電圧導体２の下部の半径は擬似的に大きくなり、前述の数３から明らかなように電界を下げることが可能となる。
【００１９】
ここで、負極性の直流電界下におけるＦｉｒｅ−ｆｌｙ状態の金属異物の挙動は、金属異物の自重の影響で、高電圧導体の下部領域を動き回るため、薄板シールド３を飛び越えて高電圧導体２に達することはできない。
【００２０】
このため、Ｆｉｒｅ−ｆｌｙ状態の金属異物の挙動を考慮して、高電圧導体２の電界を低下させる必要があるのは導体の下部領域のみであり、上部領域までも電界を下げる必要はない。
【００２１】
これにより、高電圧導体２は通電を考慮した導体径を選定すれば良く、従来よりも、大幅に導体サイズを縮小化することができ、コストダウンを図ることができるとともに、組立性向上につなげることが可能となる。
【００２２】
（２）第２の実施形態
次に本発明の第２の実施形態について図面を参照して説明する。なお、図１と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。
【００２３】
図２は本実施形態の直流ガス絶縁母線の構成図である。高電圧導体２の軸方向に複数の薄板シールド３が間隔をあけて設けられている。これら複数の薄板シールド３の間隔により、高電圧導体の円周方向におけるスリット４を構成している。
【００２４】
また、このスリット４の直下には、図２の模式図及び図３の断面図に示すように、金属容器１から下方に突出して設けられた円筒形のマンホール５が取り付けられている。
【００２５】
このような構成からなる直流ガス絶縁母線において、本実施形態では、次のような制御を行う。すなわち、まず、直流ガス絶縁母線の運転前に、金属容器１内に混入された金属異物６を捕獲及び無害化するために、金属容器１内に直流電圧（負極性）を印加する。
【００２６】
この場合の金属異物６の挙動は図３に示すように、図中Ａの状態からＢの状態での静電浮上力ＦＬは、図６の場合と同様であり、上述の数１及び数２で表される。そして、浮上した金属異物６は、図中Ｃに示す状態となって高電圧導体２の表面を動き廻る。この金属異物６は、電界の作用を非常に受けるため、図中Ｄに示す状態となって、高電圧導体２の高電界部であるスリット４周辺部に集まってくる。すなわち、このスリット４付近は、他の領域と比較し電界が高いため、Ｆｉｒｅ−ｆｌｙ状態の金属異物はこのスリット部に引き寄せられるような挙動を示す。これによって金属異物をある特定の領域に集中させることが可能となる。
【００２７】
このとき、高電圧導体２に印加される直流電圧を低下、もしくは停止させると、静電的なエネルギーを失い、自重により金属異物６はスリット４直下に配置されたマンホール５上に落下する。
【００２８】
マンホール部の電界強度は微弱であるため捕獲された金属異物６はマンホール外に移動する力を失い、絶縁的に無害化される。以上のような制御により、直流ガス絶縁母線の運転前に異物を無害化することで運転時の絶縁信頼性を向上させることができる。
【００２９】
（３）第３の実施形態
次に本発明の第３の実施形態について図面を参照して説明する。なお、図１と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。図４は直流ガス絶縁母線の断面図である。本実施形態において、薄板シールド３はアルミ材で表面にアルマイトコーティング７が施されている。
【００３０】
このように、薄板シールドをアルマイトコーティングすることによってＦｉｒｅ−ｆｌｙ状態の金属異物に対する耐電圧性能を向上させることができ、さらに金属異物の発生を抑制することができる。また、従来の径の大きい高電圧導体をコーティングするのに比べて、本発明では、軽い板であるためコーティングの作業性が非常に改善される。また、薄板シールド３の材質はコーティングを施した鉄材でも可能である。
【００３１】
（４）他の実施形態
本発明は、上記のような実施形態に表された態様に限られず、例えば以下のような実施態様も包含するものである。例えば、直流ガス絶縁母線の高電圧導体をアルミ材で製作し、薄板シールドについては絶縁コーティングを施した鉄材で製作することも可能である。
【００３２】
これにより、高電圧導体の耐圧性能を向上させるとともに、金属異物の発生抑制が期待できる。また、通電に関してはアルミ材の高電圧導体で対応し、通電には関係ない薄板シールドは安価な鉄材を使用することができ、薄板シールドについて通電を考慮した材料選定をする必要がない。これにより、より安価な直流ガス絶縁母線を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第１の実施形態における直流ガス絶縁母線を示す模式図。
【図２】本発明の第２の実施形態における直流ガス絶縁母線を示す模式図。
【図３】本発明の第２の実施形態における直流ガス絶縁母線内での金属異物の動きを示す図。
【図４】本発明の第３の実施形態における直流ガス絶縁母線を示す断面図。
【図５】従来の直流ガス絶縁母線の一例を示す断面図。
【図６】直流ガス絶縁母線内での金属異物の動きを説明する図。
【図７】従来の直流ガス絶縁母線の一例を示す断面図。
【符号の説明】
【００３４】
１…金属容器
２…高電圧導体
３…薄板シールド
４…スリット
５…マンホール
６…金属異物
７…アルマイトコーティング
８…溝部
【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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【図７】
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