(57)【要約】【課題】ガス絶縁開閉装置に適用される断路器部、接地開閉器、あるいは導体接続部を小形化することにより、ガス絶縁開閉装置全体の縮小化による経済性の向上を図る。【解決手段】断路器部２の可動側電極部２ａ及び固定側電極部２ｂを覆うように開口部先端近傍の高電界部表面に誘電体被覆が施された金属・誘電体一体の複合絶縁シールド１７ａ，１７ｂを設けたガス絶縁開閉装置において、これらの複合絶縁シールド１７ａ，１７ｂとして、誘電体被覆前の不平等率が０．６を下回る金属シールドに、対向するシールドとの極間寸法の約３０％以内の厚さを有する誘電体被覆１８ａ，１８ｂを形成したものを用いていることにより、シールド先端部の電界値を低減させ、さらにシールド径１５及び極間寸法１８を小形化させることにより、ガス絶縁開閉装置全体の小形化を達成する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁ガスを封入した接地金属容器内に、断路器部、接地開閉器部及び導体接続部を収納し、上記断路器部、接地開閉器部及び導体接続部の電極部を覆うように開口部先端近傍の高電界部表面に誘電体被覆が施された金属・誘電体一体の複合絶縁シールドを設けたガス絶縁開閉装置において、上記断路器部、接地開閉器部及び導体接続部の少なくとも一つの複合絶縁シールドは、誘電体被覆前の不平等率が０．６を下回る金属シールドに、対向する電界緩和用シールドまたは充電部との極間寸法の約３０％以内の厚さを有する誘電体被覆を形成したものであることを特徴とするガス絶縁開閉装置。
【請求項２】
絶縁ガスを封入した接地金属容器内に、可動側電極部と固定側電極部を有する断路器部を収納し、上記可動側電極部を覆うように開口部先端近傍の高電界部表面に誘電体被覆が施された金属・誘電体一体の複合絶縁シールドを設けたガス絶縁開閉装置において、上記複合絶縁シールドは、誘電体被覆前の不平等率が０．６を下回る金属シールドに、上記固定側電極部の電界緩和用シールドとの極間寸法の約３０％以内の厚さを有する誘電体被覆を形成したものであることを特徴とするガス絶縁開閉装置。
【請求項３】
絶縁ガスを封入した接地金属容器内に、可動側電極部と固定側電極部を有する接地開閉器部を収納し、上記可動側電極部を覆うように開口部先端近傍の高電界部表面に誘電体被覆が施された金属・誘電体一体の複合絶縁シールドを設けたガス絶縁開閉装置において、上記複合絶縁シールドは、誘電体被覆前の不平等率が０．６を下回る金属シールドに、上記固定側電極部の電界緩和用シールドとの極間寸法の約３０％以内の厚さを有する誘電体被覆を形成したものであることを特徴とするガス絶縁開閉装置。
【請求項４】
上記固定側電極部の電界緩和用シールドは、誘電体被覆前の不平等率が０．６を下回る金属シールドに、上記可動側電極部の電界緩和用シールドとの極間寸法の約３０％以内の厚さを有する誘電体被覆を形成した金属・誘電体一体の複合絶縁シールドであることを特徴とする請求項２または３記載のガス絶縁開閉装置。
【請求項５】
上記固定側電極部の電界緩和用シールドの開口部先端近傍の高電界部表面を、金属地肌もしくは１ｍｍ以下の厚さの誘電体被覆で構成したことを特徴とする請求項２または３記載のガス絶縁開閉装置。
【請求項６】
絶縁ガスを封入した接地金属容器内に、主回路導体と接続される可動接触子を有する導体接続部を収納し、上記導体接続部の可動接触子側に開口部先端近傍の高電界部表面に誘電体被覆が施された金属・誘電体一体の複合絶縁シールドを設けたガス絶縁開閉装置において、上記複合絶縁シールドは、誘電体被覆前の不平等率が０．６を下回る金属シールドに、対向する充電部との極間寸法の約３０％以内の厚さを有する誘電体被覆を形成したものであることを特徴とするガス絶縁開閉装置。
【請求項７】
絶縁ガスを封入した接地金属容器内に、可動側電極部及び固定側電極部が第１の絶縁支持筒によって支持された断路器部と、可動側電極部及び固定側電極部が第２の絶縁支持筒によって支持された接地開閉器部とを収納し、上記各絶縁支持筒内で上記各可動側電極部を覆うように開口部先端近傍の高電界部表面に誘電体被覆が施された金属・誘電体一体の複合絶縁シールドを設けたガス絶縁開閉装置において、上記複合絶縁シールドは、誘電体被覆前の不平等率が０．６を下回る金属シールドに、対向する固定側電極部の電界緩和用シールドとの極間寸法の約３０％以内の厚さを有する誘電体被覆を形成したものであることを特徴とするガス絶縁開閉装置。
【請求項８】
上記誘電体被覆はエポキシ樹脂により上記電界緩和用シールドと一体注型にて構成されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のガス絶縁開閉装置。
【請求項９】
上記絶縁ガスは単体のＳＦ６、乾燥空気、Ｎ２、ＣＯ２、Ｏ２、Ｃ−Ｃ４Ｆ８あるいは上記ガスの２つまたはそれ以上のガスの混合によることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のガス絶縁開閉装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電力系統の変電分野で使用されるガス絶縁開閉装置に関し、特に、断路器部や、接地開閉器部、導体接続部に設けられる電界緩和用シールドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図９は従来のガス絶縁開閉装置の構造図であり、図１０はその断面図である。同図において、断路器部２は絶縁消弧性ガスが封入された接地電位の金属容器１内に収納され、可動側電極部２ａ及び固定側電極部２ｂはそれぞれ絶縁物製のスペーサ３ａ，３ｂにより固定、支持されている。可動側電極部２ａ及び固定側電極部２ｂには、極間近傍の電界値を緩和するために、それぞれ金属製のシールド４ａ，４ｂが取り付けられ、これらの中心を断路器部２と軸心を同じくする可動コンタクト５が貫通している。この可動コンタクト５は可動側電極部２ａ及び固定側電極部２ｂと、それぞれ可動接触子６ａ，６ｂにより電気的に接続されている。
断路器部２の下部には接地開閉器部７が存在し上記断路器部２の可動側電極部２ａと接地開閉器部７の固定側電極部７ｂが一体となるように構成され、断路器部２と同様、接地開閉器部７の可動側電極部７ａ及び固定側電極７ｂにはそれぞれ電界緩和用の金属製シールド８ａ，８ｂが設けられている。これらの中心を、接地開閉器部７と軸心を同じくする可動コンタクト９が貫通している。
図１１は、図１０の主回路導体１０と絶縁物製スペーサ３ｂとの導体接続部１１の拡大図である。主回路導体１０は可動接触子１２と接触させられ、当該導体接続部１１は金属製シールド１３におおわれ、電界値の緩和が図られている。
【０００３】
図１２は、例えば特許文献１によるガス絶縁断路器部の構造図である。同図において、断路器部２の可動側電極部２ａ及び固定側電極部２ｂはそれぞれ絶縁物製のポスト２２ａ，２２ｂにより固定・支持されている。可動側電極部２ａ及び固定側電極部２ｂの極間方向先端には、絶縁物シールド２３ａ、２３ｂが形成されており、極間の電界を緩和している。これらの中心を断路器部可動側２ａ及び固定側２ｂと軸心を同じくする可動コンタクト５が貫通している。この可動コンタクト５は可動側電極部２ａ及び固定側電極部２ｂと、それぞれ可動接触子６ａ、６ｂにより電気的に接続されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平２−４６１１３号公報（第１図及び第２頁上右欄）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来のガス絶縁開閉装置においては、極間近傍の電界値を低くおさえるために金属製シールド４ａ，４ｂ，８ａ，８ｂ及び１３に大きな曲率を設ける必要があり、断路器部２、接地開閉器部７及び導体接続部１１の寸法が大形化され、従ってガス絶縁開閉装置全体の小形化が困難であるという問題点があった。
また、極間の電界値を低くおさえるためにある程度の極間寸法を確保する必要があり、軸方向に対しても小形化が困難であるという問題点があった。
また、図１１のように絶縁物をシールドとして適用した場合、絶縁物表面が高電界の状態で保たれることになり、材料の劣化、破損が懸念される。
また、コンタクト開閉時にはアークが発生し、これによる劣化も懸念される。
また、金属部の形状を変えず、単に絶縁物をシールドとして適用した場合、絶縁物表面の電界はむしろ上がることになり、電界低減効果が得られない。よって、結局極間寸法を大きくとる、あるいは絶縁物をより厚肉化する必要があり、機器全体の小形化、縮小化の効果があまり期待できない。
この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、より小形のガス絶縁開閉装置を提供し、小形化による経済性の向上を目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明は、絶縁ガスを封入した接地金属容器内に、断路器部、接地開閉器部及び導体接続部を収納し、断路器部、接地開閉器部及び導体接続部の電極部を覆うように開口部先端近傍の高電界部表面に誘電体被覆が施された金属・誘電体一体の複合絶縁シールドを設けたガス絶縁開閉装置において、断路器部、接地開閉器部及び導体接続部の少なくとも一つの複合絶縁シールドは、誘電体被覆前の不平等率が０．６を下回る金属シールドに、対向する電界緩和用シールドまたは充電部との極間寸法の約３０％以内の厚さを有する誘電体被覆を形成したものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図面に基づいて説明する。図１は発明の実施の形態１におけるガス絶縁開閉装置の断路器部の断面図である。
図１において、絶縁消弧性ガスが封入された接地電位の金属容器１内に、断路器部２が収納されている。断路器部２は可動側電極部２ａ及び固定側電極部２ｂによって構成され、それぞれ絶縁物製のスペーサにより金属容器１に固定、支持されている。断路器部２の可動側電極部２ａ及び固定側電極部２ｂには、極間近傍の電界値を緩和するために、それぞれ電界緩和用シールド１７ａ，１７ｂが取り付けられている。シールド１７ａ，１７ｂは、金属製シールドの開口部先端近傍の高電界部表面に誘電体被覆１８ａ，１８ｂが施され、金属・誘電体一体の複合絶縁シールドとして構成されている。そしてこれらの中心を断路器部２と軸心を同じくする可動コンタクト５が貫通している。この可動コンタクト５は可動側電極部２ａ及び固定側電極部２ｂと、それぞれ可動接触子６ａ，６ｂにより電気的に接続されている。
【０００８】
図２は、誘電体被覆が施されたシールド極間の電界値を計算した例を示す説明図である。上図はシールド極間モデル、下図は電界値を示したグラフであり、縦軸が電界強度、横軸がシールド間直線上の可動側電極先端からの距離である。また、実線が誘電体被覆あり、破線が被覆なしのときの計算結果である。ここで、ガス空間の比誘電率を１．０、誘電体被覆の誘電率を４．６とした。誘電体被覆ありの場合は、被覆なしの場合と比較して、より一様な電界分布に近づいており、最大電界を低減できることが分かる。
【０００９】
また、図３はこの発明における複合絶縁シールドとして、誘電体被覆前の不平等率ｕ＝０．２の金属シールドに誘電体被覆を施したものを用いた場合と、従来の金属製シールドの形状を変えることなく、誘電体被覆前の不平等率ｕ＝０．６の金属シールドに誘電体被覆を施したものを用いた場合とにおける、破壊電圧値と誘電体膜厚の関係の試験結果を比較して示す特性図である。不平等率とは、極間電界分布の平均値を最大値で割った値である。これら２ケースにおける破壊電圧値と誘電体膜厚の関係を図３に示す。
この結果より、不平等率が小さいほど、誘電体被覆により破壊電圧値は大きくなることがわかる。つまり、金属シールド表面の電界強度を敢えて高くして不平等率を下げることにより、誘電体被覆による大幅な絶縁性能の向上が図れる。
また、不平等率を下げるということは、シールド先端の曲率を小さくするということであり、これは、シールド寸法、ひいては開閉装置部全体を小形化することにつながる。
また、図３の不平等率ｕ＝０．２の結果を見ると、誘電体の厚さがある程度以上になると、電界強度がある値に漸近することがわかる。シールドに被覆する誘電体の量をなるべく少なくし、部品のコストを低く抑えるという観点から、誘電体の厚さは、極間寸法に対し、約３０％以内が有効であるといえる。
【００１０】
図４は誘電体被覆ありの電極と、なしの電極に対し、実際の絶縁破壊電界値を求めた試験結果を示す特性図である。誘電体被覆なしの場合と比較し、ありの場合の破壊電界値がおよそ４５％程度上昇しており、絶縁耐力が向上していることが分かる。
【００１１】
以上の試験結果や知見に基づき、この発明の実施の形態１においては、絶縁ガスを封入した接地金属容器１内に、可動側電極部２ａと固定側電極部２ｂを有する断路器部２を収納し、可動側電極部２ａ及び固定側電極部２ｂを覆うように開口部先端近傍の高電界部表面に誘電体被覆が施された金属・誘電体一体の複合絶縁シールド１７ａ，１７ｂを設けたガス絶縁開閉装置において、これらの複合絶縁シールド１７ａ，１７ｂとして、誘電体被覆前の不平等率が０．６を下回る金属シールドに、対向するシールドとの極間寸法の約３０％以内の厚さを有する誘電体被覆１８ａ，１８ｂを形成したものを用いている。
このことにより、シールド径１５及び極間寸法１８が縮小され、また可動コンタクト５沿面の電界値上昇がおさえられ、断路器部ひいてはガス絶縁開閉装置全体の小形化が達成され、大幅なコスト低減が期待できる。
また、細い直径の金属製シールドに誘電体被覆を施した構造のため、誘電体のみを用いたシールドと比較して、誘電体表面、内部及び金属部表面においてより大きな電界低減効果が得られ、断路器軸方向はもちろん、径方向についても大幅な縮小化が図れる。
【００１２】
実施の形態２．
以下、この発明の実施の形態２を図面に基づいて説明する。図５は発明の実施の形態２におけるガス絶縁開閉装置の接地開閉器部の断面図である。
図５において、絶縁消弧性ガスが封入された接地電位の金属容器１内に、接地開閉器部７が収納されている。接地開閉器部７は可動側電極部７ａ及び固定側電極部７ｂによって構成され、それぞれ絶縁物製のスペーサにより金属容器１に固定、支持されている。接地開閉器部７の可動側電極部７ａ及び固定側電極部７ｂには、極間近傍の電界値を緩和するために、それぞれシールド１９ａ，１９ｂが取り付けられている。シールド１９ａ，１９ｂは、その開口部先端近傍の高電界部表面に誘電体被覆２０ａ，２０ｂが施され、金属・誘電体一体の複合絶縁シールドとして構成されている。これらの複合絶縁シールドは、誘電体被覆前の不平等率が０．６を下回る金属シールドに、対向するシールドとの極間寸法の約３０％以内の厚さを有する誘電体被覆２０ａ，２０ｂを形成して構成される。そしてこれらの中心を接地開閉器部７と軸心を同じくする可動コンタクト９が貫通している。この可動コンタクト９は可動側電極部７ａ及び固定側電極部７ｂと、それぞれ可動接触子により電気的に接続されている。
このように絶縁ガスを封入した接地金属容器１内に、可動側電極部７ａと固定側電極部７ｂを有する接地開閉器部７を収納し、可動側電極部７ａ及び固定側電極部７ｂを可動側電極部７ａ及び固定側電極部７ｂを覆うように開口部先端近傍の高電界部表面に誘電体被覆が施された金属・誘電体一体の複合絶縁シールド１９ａ，１９ｂを設けたガス絶縁開閉装置において、これらの複合絶縁シールド１９ａ，１９ｂとして、誘電体被覆前の不平等率が０．６を下回る金属シールドに、対向するシールドとの極間寸法の約３０％以内の厚さを有する誘電体被覆２０ａ，２０ｂを形成したものを用いることにより、実施の形態１における断路器部と同様に、シールド径及び極間寸法が縮小され、また可動コンタクト９沿面の電界値上昇がおさえられ、接地開閉器部全体の小形化を図ることができる。
【００１３】
実施の形態３．
以下、この発明の実施の形態３を図面に基づいて説明する。図６は発明の実施の形態３におけるガス絶縁開閉装置の断路器部の断面図である。
図６において、可動側電極部２ａのシールド１７ａには上記実施の形態１と同様に誘電体被覆１８ａが施されており、シールド１７ａの先端及び側面の高電界を抑制しているが、固定側電極部２ｂのシールド２１の表面は金属地肌もしくは１ｍｍ以下の厚さの誘電体被覆で構成されている。
これにより、例えばアーク等が発生するような過酷な使用条件下においては、損傷しやすい誘電体を使用することなく、実施の形態１あるいは２と同様の機器の小形化・縮小化というメリットが得られる。
なお、上記の構成は、断路器部に限らず、接地開閉器部のシールドに対して適用してもよい。
【００１４】
実施の形態４．
以下、この発明の実施の形態４を図面に基づいて説明する。図７は実施の形態４によるガス絶縁開閉装置の導体接続部の断面図である。
図７において、絶縁消弧性ガスが封入された接地電位の金属容器１内に、導体接続部１１が収納されている。導体接続部１１において主回路導体１０は可動接触子１２により電気的に接続され、当該導体接続部１１の可動接触子側は電界緩和用シールド１３によっておおわれ、低電界値におさえられている。また、シールド１３は、その開口部先端近傍の高電界部表面に誘電体被覆１４が施され、金属・誘電体一体の複合絶縁シールドとして構成されている。この複合絶縁シールドは、誘電体被覆前の不平等率が０．６を下回る金属シールドに、対向するシールドとの極間寸法の約３０％以内の厚さを有する誘電体被覆１４を形成して構成される。
【００１５】
このように、実施の形態４においては、絶縁ガスを封入した接地金属容器１に、主回路導体１０と接続される可動接触子１２を有する導体接続部１１を収納し、上記導体接続部１１の可動接触子１２側に開口部先端近傍の高電界部表面に誘電体被覆が施された金属・誘電体一体の複合絶縁シールドを設けたガス絶縁開閉装置において、複合絶縁シールドとして、誘電体被覆前の不平等率が０．６を下回る金属シールドに、対向する充電部との極間寸法の約３０％以内の厚さを有する誘電体被覆１４を形成したものを用いることにより、シールド先端の電界値がより低減され、従ってシールド径１５及び圧力容器径１６をさらに小形化することができ、ひいてはガス絶縁開閉装置全体の小形化が達成され、大幅なコスト低減が期待できる。
【００１６】
実施の形態５．
図８は、発明の実施の形態５におけるガス絶縁開閉装置の断路器部の断面図で、接地金属容器１内にこの発明による複合絶縁シールドを用いた断路器部２と接地開閉器部７をそれぞれ第１及び第２の絶縁支持筒２４，２５によって包囲するように支持したものである。
すなわち、絶縁ガスを封入した接地金属容器１内に、可動側電極部及び固定側電極部が第１及び第２の絶縁支持筒２４，２５によって支持された断路器部２及び接地開閉器部７を収納し、各絶縁支持筒２４，２５内で各可動側電極部を覆うように開口部先端近傍の高電界部表面に誘電体被覆が施された金属・誘電体一体の複合絶縁シールドを設けたガス絶縁開閉装置において、複合絶縁シールドとして、誘電体被覆前の不平等率が０．６を下回る金属シールドに、対向する固定側電極部の電界緩和用シールドとの極間寸法の約３０％以内の厚さを有する誘電体被覆を形成したものを用いることにより、絶縁支持筒２４，２５によって一体的に構成された断路器部２と接地開閉器部７をより小形化できると共に、ガス絶縁開閉装置全体の小型化を図ることができる。
【００１７】
なお、上記実施の形態１〜５にて説明した誘電体被覆は、例えばエポキシ樹脂であり、上記金属製のシールドと一体注型にて構成されていてもよい。
また、上記絶縁ガスは、単体のＳＦ６、乾燥空気、Ｎ２、ＣＯ２、Ｏ２、Ｃ−Ｃ４Ｆ８あるいは上記ガスの２つまたはそれ以上のガスの混合であってもよい。
また、実施の形態１〜５にて説明した断路器部２、接地開閉器部７及び導体接続部１１は接地金属容器１内に一相分の機器のみで構成される単相構造でもよく、あるいは接地金属容器１内に三相分の機器にて構成される三相一括構造でもよい。
【００１８】
【発明の効果】
この発明は、絶縁ガスを封入した接地金属容器内に、断路器部、接地開閉器部及び導体接続部を収納し、断路器部、接地開閉器部及び導体接続部の電極部を覆うように開口部先端近傍の高電界部表面に誘電体被覆が施された金属・誘電体一体の複合絶縁シールドを設けたガス絶縁開閉装置において、断路器部、接地開閉器部及び導体接続部の少なくとも一つの複合絶縁シールドとして、誘電体被覆前の不平等率が０．６を下回る金属シールドに、対向する電界緩和用シールドまたは充電部との極間寸法の約３０％以内の厚さを有する誘電体被覆を形成したものを用いることことにより、断路器部や接地開閉器、導体接続部における極間近傍の電界値を効果的に低減でき、ガス絶縁開閉装置全体の小形化と、小形化による経済性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】発明の実施の形態１におけるガス絶縁開閉装置の断路器部の断面図である。
【図２】誘電体被覆が施されたシールド間の電界値を計算した例を示す説明図である。
【図３】不平等率が異なる場合のシールドの誘電体膜厚と破壊電圧との関係についての試験結果を示す特性図である。
【図４】シールドの誘電体被覆の有無による、それぞれの絶縁破壊電界値の試験結果を示す特性図である。
【図５】発明の実施の形態２におけるガス絶縁開閉装置の接地開閉器部の断面図である。
【図６】発明の実施の形態３におけるガス絶縁開閉装置の断路器部の断面図である。
【図７】発明の実施の形態４によるガス絶縁開閉装置の導体接続部の断面図である。
【図８】発明の実施の形態５におけるガス絶縁開閉装置の断路器部の概略断面図である。
【図９】従来のガス絶縁開閉装置の構造図である。
【図１０】従来のガス絶縁開閉装置の断面図である。
【図１１】図１０の要部拡大図である。
【図１２】従来のガス絶縁開閉装置の要部構造図である。
【符号の説明】
１  接地金属容器、  ２  断路器部、  ２ａ  可動側電極部、  ２ｂ  固定側電極部、  ５  可動コンタクト、６ａ，６ｂ  可動接触子、  ７  接地開閉器部、
７ａ  可動側電極部、  ７ｂ  固定側電極部、  ９  可動コンタクト、  １０  主回路導体、  １１  導体接続部、  １３  シールド、  １４  誘電体被覆、
１７ａ，１７ｂ  シールド、  １８ａ，１８ｂ  誘電体被覆、  １９ａ，１９ｂシールド、  ２０ａ，２０ｂ  誘電体被覆、  ２３，２４  絶縁支持筒
【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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