(57)【要約】【課題】  本発明は、電界緩和用電極の曲率半径を大にせずに耐電圧を向上させ、もって、縮小化を図る。【解決手段】  絶縁ガスを封入し、絶縁容器と絶縁容器の両端にガスギャップＧだけ離して端部が配置された電界緩和用電極とを有する真空バルブを備えたガス絶縁真空遮断器において、電界緩和用電極１６ａの外周面の曲率半径ＲとガスギャップＧとに基づいて、次式のＵ＝Ｒ／｛０．９（Ｒ＋Ｇ）｝で得られる電界利用率ＵをＵ＝０．３５以上の準平等電界とし、電界緩和用電極１６ａには絶縁容器１３に対向する部分を除いて外周面の半分以上の領域に絶縁材料よりなる被膜２３ａを形成したガス絶縁真空遮断器。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁ガスを封入し、絶縁容器と前記絶縁容器の両端にガスギャップＧだけ離して端部が配置された電界緩和用電極とを有する真空バルブを備えたガス絶縁真空遮断器において、
前記真空バルブの可動電極に連結され、前記真空バルブの軸方向とは略直角方向に沿って進退可能に形成された絶縁操作捧と、
前記絶縁操作棒の軸方向に沿って対向配置され、前記絶縁操作捧との対向部分に略Ｕ字状の凹部を有し、前記真空バルブを固定する支持がいしと
を備えたことを特徴とするガス絶縁真空遮断器。
【請求項２】
請求項１に記載のガス絶縁真空遮断器において、
前記支持がいしは、
略楕円状の断面形状を有し、前記真空バルブの軸方向に平行に埋込まれた第１及び第２の埋込み電極と、
略楕円状の断面形状を有し、前記第１及び第２の埋込み電極を介して前記絶縁操作棒に対向するように埋込まれた第３の埋込み電極と
を備えたことを特徴とするガス絶縁真空遮断器。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のガス絶縁真空遮断器において、
前記電界緩和用電極の外径よりも大きい外径をもつ電極が埋込まれて前記真空バルブを固定する第２の支持がいしを備えたことを特徴とするガス絶縁真空遮断器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス絶縁スイッチギヤに用いられるガス絶縁真空遮断器に係り、特に、電界緩和作用並びに耐電圧を向上させ、絶縁縮小化を図るガス絶縁真空遮断器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ガス絶縁スイッチギア等の受配電機器では、絶縁ガスにより絶縁耐圧を向上させ、設置スペースの縮小化が図られている。
【０００３】
図６はこの種のガス絶縁スイッチギア及びその周辺構成を示す側面図である。このガス絶縁スイッチギヤは、外周を軟鋼板で気密に囲まれた箱体１の内部に、ＳＦ6 ガスなどの絶縁ガス２が密封されている。箱体１の上方の室１ａには断路器３Ａが収納されている。また、箱体１の下方の室１ｂには、ガス絶縁真空遮断器４と、上方の断路器３Ａと同形の断路器３Ｂが収納されている。また、絶縁ガス中の各収納機器は、がいし５に固定された主回路導体６により相互が接続されている。主回路導体６は、箱体１の側部に取付けられた受電用のケーブルヘッド７を介して外部の電力用ケーブル８に電気的に接続される。この電力用ケーブル８は、貫通形変流器９により、ガス絶縁スイッチギヤへの受電および通電電流が計測される。また、箱体１の上方の室１ａの主回路導体は、箱体１の天井部に設けられた気中−ガスブッシング１０により、図面上下に列盤されている隣接盤に電気的に接続されている。
【０００４】
このようなガス絶縁スイッチギヤでは、各収納機器は絶縁ガス２の破壊電圧が強い電界依存性を示すため、適切な電界緩和がなされ耐電圧が保たれている。
【０００５】
例えばガス絶縁真空遮断器４の電界緩和構造は、図７に示すように、真空バルブ１１の封じ切り電極１２の電界緩和のため、絶縁筒１３とラップする位置まで大きな曲率をもった電界緩和用電極１４がボルト１５により取付けられている。係る電界緩和の方式は、例えば実公平１−１５０７１号公報に開示され、真空バルブ１１の直径よりも大きい直径の電界緩和用電極１４が用いられる。電界緩和用電極１４では曲率半径をもつ外周面の始点が絶縁筒１３と接する面になる。この外周面は、極間方向１４Ａと相間方向１４Ｂとで互いに異なる曲率半径を有する曲面に分類され、各曲面が互いに連続的に形成されている。これにより電界緩和用電極１４は単体で電界緩和を図っている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら以上のようなガス絶縁真空遮断器では、電界緩和用電極１４の曲率半径を大にして電界緩和を図り、耐電圧を向上させる一方、電界緩和用電極１４を大形化させる問題がある。
【０００７】
すなわち、電界緩和の観点から電界緩和用電極１４の曲率半径を大にしてガスギャップを短縮しても、電界緩和用電極１４自体を大形化させることから、３相分を配置させると結果的に大形化となる問題がある。すなわち、このような曲率半径を大とした電界緩和に基づく縮小化には限界がある。また、最近の趨勢である縮小化に逆行してしまう。
【０００８】
本発明は上記実情を考慮してなされたもので、電界緩和用電極の曲率半径を大にせずに耐電圧を向上させ、もって、縮小化を図り得るガス絶縁真空遮断器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に対応する発明は、絶縁ガスを封入し、絶縁容器と前記絶縁容器の両端にガスギャップＧだけ離して端部が配置された電界緩和用電極とを有する真空バルブを備えたガス絶縁真空遮断器において、前記真空バルブの可動電極に連結され、前記真空バルブの軸方向とは略直角方向に沿って進退可能に形成された絶縁操作捧と、前記絶縁操作棒の軸方向に沿って対向配置され、前記絶縁操作捧との対向部分に略Ｕ字状の凹部を有し、前記真空バルブを固定する支持がいしとを備えたガス絶縁真空遮断器である。
【００１０】
さらに、請求項２に対応する発明は、請求項１に対応するガス絶縁真空遮断器において、前記支持がいしとしては、略楕円状の断面形状を有し、前記真空バルブの軸方向に平行に埋込まれた第１及び第２の埋込み電極と、略楕円状の断面形状を有し、前記第１及び第２の埋込み電極を介して前記絶縁操作棒に対向するように埋込まれた第３の埋込み電極とを備えたガス絶縁真空遮断器である。
【００１１】
また、請求項３に対応する発明は、請求項１又は請求項２に対応するガス絶縁真空遮断器において、前記電界緩和用電極の外径よりも大きい外径をもつ電極が埋込まれて前記真空バルブを固定する第２の支持がいしを備えたガス絶縁真空遮断器である。
【００１２】
（作用）
従って、請求項１に対応する発明は、真空バルブを固定する支持がいしをＵ字状とし、このＵ字状の開口部に真空バルブを開閉する絶縁操作捧を設けることにより、Ｕ字状の開口部に同一の絶縁材料よりなる絶縁物を位置させて電界の乱れを減少させ、耐電圧の向上を図ることができる。更に、支持がいしと絶縁操作捧のスペースを縮小でき、全体形状を小型化することができる。
【００１３】
さらに、請求項２に対応する発明は、埋込み電極を複数に分割したことにより、埋込む金属の体積を小さくしてモールド時に金型の温度に早急に上昇でき、絶縁樹脂との接着性を良くしてボイドや剥離などの欠陥を生成し難くして良好な絶縁特性を実現できる。また、分割された個々の埋込み電極は、見かけ上、大きな電極にできるので、支持がいしに固定される真空バルブなどの被支持物の電界緩和を図ることができる。
【００１４】
また、請求項３に対応する発明は、支持がいしが電界緩和用電極の外径よりも大きい外径をもつ電極を有するので、電界緩和用電極の近傍の等電位線を広げて電界緩和できるため、電界緩和用電極の曲率半径を小さくでき、電界緩和用電極の形状を縮小することができる。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように本発明によれば、電界緩和用電極の曲率半径を大にせずに耐電圧を向上させ、もって、縮小化を図ることができるガス絶縁真空遮断器を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１７】
図１は本発明の一実施形態に係るガス絶縁真空遮断器の内部構成を示す側面図であり、図７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し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００１８】
すなわち、本実施形態は、電界緩和用電極の曲率半径を大にせずに電界緩和の実現を図るものであり、具体的には以下に述べる構造となっている。
【００１９】
図１において、真空バルブ１１の上下には電界緩和と通電を兼ねた電界緩和用電極１６ａ，１６ｂが設けられる。電界緩和用電極１６ａ，１６ｂは、互いに真空バルブの軸方向に平行な絶縁支え板１７を介して固定されると共に、真空バルブの軸方向に垂直な各支持がいし１８ａ，１８ｂを介してフランジ１９に支持固定されている。
【００２０】
また、下部の電界緩和用電極１６ｂ内部には、真空バルブ１１内の可動電極  （図示せず）を開閉するラッセル機構部２０があり、このラッセル機構部２０に連結された絶縁操作捧２１が下部の支持がいし１８ｂと平行して配置されている。絶縁操作捧２１は、気中側の操作機構部２２に連結されている。
【００２１】
一方、上部の電界緩和用電極１６ａは、真空バルブ１１との対向面側を除いた上部側の表面に例えばテフロン樹脂またはエポキシ樹脂などの絶縁材料から成る被膜２３ａが形成されている。被膜の絶縁厚さは数１０μｍであり、ここでは略２５μｍとしている。同様に、下部の電界緩和用電極１６ｂは、真空バルブ１１との対向面側を除いた下部側に被膜２３ｂが形成されている。すなわち、被膜２３ａ、２３ｂの形成された電界緩和用電極は、図２に拡大して示すように、ガスギャップＧを介して絶縁筒に対向しており、曲率半径が大であり、電界利用率の大きい準平等電界を実現可能となっている。被膜の絶縁材料の比誘電率は、支持がいしの比誘電率よりも小さい値となっている。
【００２２】
具体的には、電界緩和用電極１６ａは、ボルト１５により固定され、下部表面が被膜などが形成されず素地である。電界緩和用電極１６ａの端部は、真空バルブ１１の封じ切り電極１２と絶縁筒１３とを結合する電極部２４付近までとし、絶縁筒１３端部からギャップ長Ｇが数ｍｍを保たれる上方に位置している。よって、電界緩和用電極１６ａ下部単体（又は絶縁筒との対向側）においては、端部が鋭角となる不平等電界となる。
【００２３】
また、支持がいし１８ｂは、図３に示すように、絶縁操作捧２１に対向して同軸状にＵ字状の開口部１８ｃが設けられている。すなわち、この開口部１８ｃに沿って絶縁操作捧２１が平行に配置される。この絶縁操作捧２１と開口部１８ｃとのギャップは１０数ｍｍとし、部分放電が発生しない適切な値としている。また支持がいし中には、各埋込み金具２５ａ，２５ｂ，２５ｃが開口部１８ｃを除いた各辺に夫々設けられている。
【００２４】
上部の支持がいし１８ａは、図４に示すように、電界緩和用電極１６ａの端部に接続された電極２７が埋込まれ、この電極２７により電界緩和用電極を１６ａを固定的に支持している。ここで、支持がいし１８ａ中の電極２７の径φ１と、電界緩和用電極１６ａの径φ２とは、φ１＞φ２の関係にあることが等電位線２８の拡張による電界緩和の観点から好ましい。
【００２５】
次に、以上のように構成されたガス絶縁真空遮断器の作用について述べる。なお、各構造は夫々独立して電界緩和を実現するため、構造毎に分けて作用を説明する。
【００２６】
（被膜による電界緩和）
図５は破壊（インパルスフラッシオーバ）電圧と被膜の有無との関係を曲率半径を変えて調査した結果を示す電圧特性図である。黒印の特性は、曲率半径Ｒ＝４０ｍｍを有してガスギャップ１０ｍｍに配置された電界緩和用電極１６ａ，１４における破壊電圧を被膜２３ａの有無について比較している。白印の特性は、黒印の特性における電界緩和用電極１６ａ，１４を曲率半径Ｒ＝３ｍｍとしている。ここで、前者のＲ＝４０ｍｍの場合は電界利用率Ｕ＝０．８８で準平等電界であり、後者のＲ＝３ｍｍの場合は電界利用率Ｕ＝０．２６で不平等電界である。なお電界利用率Ｕは、次式で近似値が得られる。
【００２７】
電界利用率Ｕ＝Ｒ／｛０．９（Ｒ＋Ｇ）｝
但し、Ｒ；電極の曲率半径、Ｇ；ガスギャップ長。
【００２８】
図より、準平等電界では、被膜２３ａ有の電極のとき、破壊電圧が裸電極に比べて約２５％上昇している。一方、不平等電界では、被膜２３ａ有の電極の破壊電圧がほとんど上昇していない。なお、図２に示す電界緩和用電極１６ａにおいては、曲率半径Ｒ＝３０ｍｍでガスギャップＧ＝６５ｍｍとして電界利用率Ｕ＝０．３５となるとき、破壊電圧を約１０％上昇できた。すなわち、電界利用率Ｕに比例して（又は平等電界になるに従い）、被膜２３ａの効果が現れるため、被膜２３ａを用いて破壊電圧を上昇できるといえる。具体的には、被膜２３ａは、電極表面の凸凹を滑らかにして電界強度を抑制すると共に電極からの電子放出を抑制する作用があると推測される。このため、電界緩和用電極１６の曲率半径Ｒを小さくでき、相間や対地間のガスギャップＧを短縮できるので、電界緩和用電極１６ａの単体形状の縮小化およびガス絶縁真空遮断器の全体形状の縮小化を図ることができる。なお、被膜２３の形成工程上、電界緩和用電極１６の約半分に形成することが困難な場合、電界緩和用電極１６の全面に被膜２３を設けてもよい。
【００２９】
ここで、電界緩和用電極１６ａの端部は、単体では不平等電界を形成するが、真空バルブ１１との組合せにより、絶縁筒１３に結合させる電極２４との相乗効果により、全体形状として電界緩和を図ることができる。この電界緩和は、絶縁筒１３と電界緩和用電極１６ａ端部とのガスギャップ長Ｇに大きく影響され、実験によると２ｍｍ程度のガスギャップＧのとき、ガスギャップ部分からの破壊はなかった。ガスギャップＧを形成できずに絶縁筒１３とラップさせる場合が最も破壊電圧の低下をもたらす。なお、上部の電界緩和用電極１６ａの構成を例に挙げて説明したが、下部の電界緩和用電極１６ｂにおいても同様の構成でよい。
【００３０】
（埋込み金具等による電界緩和）
支持がいし中の各埋込み金具２５ａ〜２５ｃは開口部１８ｃを除いた各辺に設けられるので、絶縁操作捧２１と支持がいしの開口部１８ｃは、適切なギャップ長により電界を乱すことなく耐電圧の向上を図ることができる。特に、絶縁操作捧２１においては支持がいし１８ｂより電極間距離が短いので電界集中を起こし易いが、絶縁ガスに比べて比誘電率の低い支持がいし１８ｂの絶縁層が近接しているので、電界強度を抑制することができる。
【００３１】
また、Ｕ字状の開口部１８ｃに沿って絶縁操作捧２１を配置するため、一般の回転対称形の支持がいしと絶縁操作捧２１とを夫々単独で配置する構造に比べ、スペースを小さくできる。
【００３２】
また、個々の埋込み金具２５ａ、２５ｂ，２５ｃは分割されているので、支持がいし１８ｂの絶縁層に埋込む金属の体積を縮小できる。このため、モールド時に金型の温度に早急に上昇でき、絶縁樹脂との接着性を向上させ、ボイドや剥離などの欠陥ができ難く、良好な絶縁特性を得ることができる。
【００３３】
更に、各埋込み金具２５は同電位であるので、個々には小さい埋込み金具（電極）であっても、見かけ上、大きな埋込み金具（電極）となる。よって、支持がいし１８ｂに固定される下部の電界緩和用電極１６ｂ及び真空バルブ１１等の被支持物の電界緩和を図ることができる。すなわち、被支持物としての電界緩和用電極１６や真空バルブに対し、埋込み金具２５を見かけ上、大きくすることにより、絶縁ガス側の電極に影響を与え、電界強度の抑制を図ることができる。
【００３４】
（大径の埋込み電極による電界緩和）
図４は支持がいしによる固定構造と電界緩和との関係を説明するための模式図である。図示するように、上部の支持がいし１８ａにおいて、絶縁層２６に埋込まれた電極２７の径をφ１とし、電界緩和用電極１６ａの径をφ２としたとき、両者をφ１＞φ２の関係とすることにより電界緩和を図ることができる。すなわち、電界緩和用電極１６ａ近傍の等電位線２８が支持がいし１８ａにより広げられ、電界緩和がされている。よって、電界緩和用電極１６ａの曲率半径を小さくできるので、電界緩和用電極１６ａ自体の形状の縮小化を図ることができる。
【００３５】
（低い比誘電率の被膜による電界緩和）
電界緩和用電極１６ａ，１６ｂの被膜２３ａ，２３ｂの比誘電率に比べ、電界緩和用電極１６ａ，１６ｂを支持固定する支持がいし１８ａ，１８ｂの比誘電率の方を高くすれば、被膜２３ａ，２３ｂによる電界緩和の効果を大きく現すことができる。これは、高い比誘電率の絶縁材料で支持がいし１８ａ，１８ｂを構成することにより、沿面の等電位線が広がるためである。また、被膜した電界緩和用電極１６ａ，１６ｂでは、ガスギャップＧとの間で電位分担が決まるため、低い比誘電率をもつ被膜２３ａ，２３ｂの方がガスギャップＧの電位分担を低減できる。これらのことより、被膜した電界緩和用電極とそれを固定する支持がいしとの縮小化を図ることができる。
【００３６】
上述したように本実施形態によれば、電界利用率の大きい準平等電界においては、電極表面に絶縁材料よりなる被膜２３ａの形成により、電界緩和用電極１６ａ，１６ｂの曲率半径を大にせずに耐電圧特性を向上できるので、曲率半径を小にして電界緩和用電極１６ａ，１６ｂを小さくできると共に、真空遮断器の相間や対地間の絶縁距離を短くでき、もって、小型化及び縮小化を図ることができる。
【００３７】
また、被膜２３ａ，２３ｂが略２５μｍの厚さを有してテフロン樹脂又はエポキシ樹脂から形成されるので、被膜２３ａ，２３ｂによる電界緩和を容易かつ確実に奏することができる。
【００３８】
さらに、電界利用率の小さい不平等電界においては、電界緩和用電極の端部を真空バルブ１１の絶縁筒１３から数ｍｍ離すことにより、絶縁筒１３に設けられた電極２４との相乗効果による電界緩和作用を働かせ、耐電圧の向上を図ることができる。
【００３９】
また、真空バルブ１１を固定する支持がいし１８ｂをＵ字状とし、このＵ字状の開口部１８ｃに真空バルブ１１を開閉する絶縁操作捧２１を設けることにより、Ｕ字状の開口部１８ｃに同一の絶縁材料よりなる絶縁物を位置させて電界の乱れを減少させ、耐電圧の向上を図ることができる。更に、支持がいし１８ｂと絶縁操作捧２１のスペースを縮小でき、全体形状を小型化することができる。
【００４０】
さらに、埋込み電極２５ａ〜２５ｃを複数に分割したことにより、埋込む金属の体積を小さくしてモールド時に金型の温度に早急に上昇でき、絶縁樹脂との接着性を良くしてボイドや剥離などの欠陥を生成し難くして良好な絶縁特性を実現できる。また、分割された個々の埋込み電極は、見かけ上、大きな電極にできるので、支持がいし１８ａ，１８ｂに固定される真空バルブ１１などの被支持物の電界緩和を図ることができる。
【００４１】
また、支持がいし１８ａが電界緩和用電極１６ａの外径よりも大きい外径をもつ電極２７を有するので、電界緩和用電極１６ａの近傍の等電位線２８を広げて電界緩和できるため、電界緩和用電極１６ａの曲率半径を小さくでき、電界緩和用電極１６ａの形状を縮小することができる。
【００４２】
さらに、支持がいし１８ａ，１８ｂが被膜２３ａ，２３ｂの絶縁材料の比誘電率よりも高い比誘電率を有するので、支持がいし１８ａ，１８ｂに沿った領域の等電位線２８を広げて電界緩和できるため、電界緩和用電極１６ａ，１６ｂの曲率半径を小さくでき、電界緩和用電極１６ａ，１６ｂの形状を縮小することができる。
【００４３】
（他の実施形態）
なお、他の実施形態として、主回路導体を固定する支持がいしや計器用変成器などの口出し部において、絶縁ガスと対向する部分の電極を準平等電界として絶縁材料を被膜し、また支持がいし等との固定側を単独では不平等電界とし、この固定側と支持がいしとの組合せの相乗効果による電界緩和を実現し、全体形状の縮小化を図ってもよい。
【００４４】
その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の一実施形態に係るガス絶縁真空遮断器の内部構成を示す側面図
【図２】同実施の形態における電界緩和用電極の一部を拡大して示す模式図
【図３】同実施の形態における下部の支持がいしの構成を示す斜視図
【図４】同実施の形態における支持がいしによる固定構造と電界緩和との関係を説明するための模式図
【図５】同実施の形態における破壊電圧と被膜の有無との関係を曲率半径を変えて調査した結果を示す特性図
【図６】一般的なガス絶縁スイッチギア及びその周辺構成を示す側面図
【図７】ガス絶縁真空遮断器の電界緩和構造を示す模式図
【符号の説明】
【００４６】
１１…真空バルブ、１２…封じきり電極、１３…絶縁筒、１６ａ，１６ｂ…電界緩和用電極、１５…ボルト、１７…絶縁支え板、１８ａ，１８ｂ…支持がいし、１８ｃ…開口部、１９…フランジ、２０…ラッセル機構部、２１…絶縁操作捧、２２…操作機構部、２３ａ，２３ｂ…被膜、２４，２７…電極、２５ａ〜２５ｃ…埋込み金具、２６…絶縁層、２８…等電位線。
【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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