(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性ガスが充填された接地金属ケース内に開閉機器の主回路部が収納され、上記主回路部を構成する主回路導体間、又は、上記主回路導体と上記接地金属ケース間を絶縁するスイッチギヤの絶縁構造において、
接地部又は導電部に対し、少なくとも最短ギャップで対向する電極の対向端部、又は小曲率面で対向する電極の対向端部に、上記各対向端部以外の部位より断面を大きくした大断面部が形成され、上記大断面部の表面は絶縁層で被覆され、
上記電極と上記絶縁層と上記絶縁性ガスとが接するトリプルジャンクション部の上記絶縁層の終端部に窪み部が形成されていることを特徴とするスイッチギヤの絶縁構造。
【請求項２】
絶縁性ガスが充填された接地金属ケース内に開閉機器の主回路部が収納され、上記主回路部を構成する主回路導体間、又は、上記主回路導体と上記接地金属ケース間を絶縁するスイッチギヤの絶縁構造において、
接地部又は導電部に対し、少なくとも最短ギャップで対向する電極の対向端部の近傍、又は小曲率面で対向する電極の対向端部の近傍に、上記各対向端部を取巻くように凸部が形成され、上記凸部を含む上記対向端部の表面が絶縁層で被覆され、上記凸部の高さｃが上記凸部から上記絶縁層の終端面までの距離ｄ以上とし、
上記電極と上記絶縁層と上記絶縁性ガスとが接するトリプルジャンクション部の上記絶縁層の終端部に窪み部が形成されていることを特徴とするスイッチギヤの絶縁構造。
【請求項３】
絶縁性ガスが充填された接地金属ケース内に開閉機器の主回路部が収納され、上記主回路部を構成する主回路導体間、又は、上記主回路導体と上記接地金属ケース間を絶縁するスイッチギヤの絶縁構造において、
接地部又は導電部に対し、少なくとも最短ギャップで対向する電極の対向端部の近傍、又は小曲率面で対向する電極の対向端部の近傍に、上記各対向端部を取巻くように凹部が形成され、上記対向端部の先端から上記凹部の途中までの表面が絶縁層で被覆され、
上記電極と上記絶縁層と上記絶縁性ガスとが接するトリプルジャンクション部の上記絶縁層の終端部に窪み部が形成されていることを特徴とするスイッチギヤの絶縁構造。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のスイッチギヤの絶縁構造において、
上記電極と対向する上記接地部又は上記導電部の対向端部が絶縁層で被覆され、上記電極側の絶縁層と上記接地部又は上記導電部側の絶縁層との相互間が固体絶縁物によって接続され一体化されていることを特徴とするスイッチギヤの絶縁構造。
【請求項５】
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のスイッチギヤの絶縁構造において、
上記電極と、その電極に対向する上記接地部又は上記導電部との間に、対向方向に対し略直交する方向に絶縁バリヤが配置され、上記絶縁バリヤの表面部に、上記電極先端の絶縁層の外形より大きく、深さが３ｍｍ以上の皿状窪み部が形成されていることを特徴とするスイッチギヤの絶縁構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電力の送配電および受電設備などに用いられるスイッチギヤの絶縁構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のスイッチギヤの絶縁構造としては、例えば、密封された容器内に、遮断器や断路器等の各種の開閉機器を収納して電源系統を構成するスイッチギヤにおいて、三相分の主回路導体間、または主回路導体と容器との間における、少なくとも最短のギャップを構成する電極間で、電極の先端部のそれぞれの表面に絶縁層を設け、その電極間に絶縁バリヤを配置した絶縁構造が提示されている（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開特開２０００−３４１８１６号公報（第１頁、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
開閉機器を収納する金属製の容器又は高電圧導体と、それらに接して設けられた絶縁物と、気体である絶縁性ガスとの３種類の物質、すなわち、金属／絶縁層／絶縁媒体の３種類の異なる物質が接する部位は、トリプルジャンクションと呼ばれ、このような部位では、局部的な電界集中が起きて絶縁性能が低下し易くなることが知られている。
従来のスイッチギヤの絶縁構造では、トリプルジャンクション部の電界が高く、絶縁性能の弱点となり、耐電圧特性を十分に高くできないという問題点があった。
【０００５】
また、絶縁破壊過程の初期において、ストリーマと呼ばれる先行放電が発生するが、電極部で発生したストリーマは絶縁バリヤ表面に至り、絶縁バリヤ表面を進展し絶縁破壊に至る。特に絶縁物表面はストリーマの進展速度が速いことは既に確認されている。特許文献１に示す従来の絶縁バリヤでは、ストリーマ対策が施されておらず、絶縁バリヤとしての機能が十分に発揮されてないという問題点があった。
【０００６】
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、トリプルジャンクション部の電界を下げることが可能なスイッチギヤの絶縁構造を得ることを目的とし、また、絶縁物表面でのストリーマ進展を抑制し、耐電圧性能を向上させることが可能なスイッチギヤの絶縁構造を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係るスイッチギヤの絶縁構造は、絶縁性ガスが充填された接地金属ケース内に開閉機器の主回路部が収納され、主回路部を構成する主回路導体間、又は、主回路導体と接地金属ケース間を絶縁するスイッチギヤの絶縁構造において、接地部又は導電部に対し、少なくとも最短ギャップで対向する電極の対向端部、又は小曲率面で対向する電極の対向端部に、各対向端部以外の部位より断面を大きくした大断面部が形成され、大断面部の表面は絶縁層で被覆され、電極と絶縁層と絶縁性ガスとが接するトリプルジャンクション部の絶縁層の終端部に窪み部が形成されているものである。
【０００８】
また、接地部又は導電部に対し、少なくとも最短ギャップで対向する電極の対向端部の近傍、又は小曲率面で対向する電極の対向端部の近傍に、対向端部を取巻くように凸部が形成され、凸部を含む対向端部の表面が絶縁層で被覆され、凸部の高さｃが凸部から絶縁層の終端面までの距離ｄ以上とし、電極と絶縁層と絶縁性ガスとが接するトリプルジャンクション部の絶縁層の終端部に窪み部が形成されているものである。
【０００９】
また、接地部又は導電部に対し、少なくとも最短ギャップで対向する電極の対向端部の近傍、又は小曲率面で対向する電極の対向端部の近傍に、対向端部を取巻くように凹部が形成され、対向端部の先端から凹部の途中までの表面が絶縁層で被覆され、電極と絶縁層と絶縁性ガスとが接するトリプルジャンクション部の絶縁層の終端部に窪み部が形成されているものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明のスイッチギヤの絶縁構造によれば、接地部又は導電部に対し、少なくとも最短ギャップで対向する電極の対向端部、又は小曲率面で対向する電極の対向端部に、対向端部以外の部位より断面を大きくした大断面部を形成し、大断面部の表面に絶縁層を被覆し、電極と絶縁層と絶縁性ガスとが接するトリプルジャンクション部の絶縁層の終端部に窪み部を形成したので、電極先端部の絶縁性能は絶縁層によって強化されると共に、弱点となるトリプルジャンクション部の電界の強さは大断面部によって弱められ、更に、絶縁層の終端部の窪み部によって弱められるので、トリプルジャンクション部からの絶縁破壊が抑制され電極部の耐電圧性能を向上させることができる。
【００１１】
また、電極の対向端部の近傍に、対向端部を取巻くように凸部を形成し、凸部を含む対向端部を絶縁層で被覆し、凸部の高さｃを凸部から絶縁層の終端面までの距離ｄ以上とし、電極と絶縁層と絶縁性ガスとが接するトリプルジャンクション部の絶縁層の終端部に窪み部を形成したので、凸部と絶縁層の窪み部とによりトリプルジャンクション部の電界が緩和されるため、絶縁破壊が抑制され、電極部の耐電圧性能を向上させることができる。
【００１２】
更に、電極の対向端部の近傍に、対向端部を取巻くように凹部を形成し、対向端部先端から凹部の途中までを絶縁層で被覆し、電極と絶縁層と絶縁性ガスとが接するトリプルジャンクション部の絶縁層の終端部に窪み部を形成したので、上記同様に、電極部の耐電圧性能を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１によるスイッチギヤの絶縁構造を図に基づいて説明する。先ず、スイッチギヤの全体構成について説明する。図１はスイッチギヤの構成例を示す断面図である。図に示すように、全体を覆う金属外被１の中に、モジュール化した開閉機器の主回路部を収納するために密閉された接地金属ケース２ａ〜２ｃが配置されており、それらの接地金属ケース２ａ〜２ｃ内は、ＳＦ６ガス，ドライエア，窒素ガス又は空気などの絶縁性ガスが充填されて絶縁ガス雰囲気となっている。図のスイッチギヤは受電ユニットの例であり、金属外被１の下段に配置した接地金属ケース２ａには、側壁にケーブルヘッド３が取付けられ、内部には真空遮断器４と接地開閉器５ａが収納されている。その上段に配置した接地金属ケース２ｂには、接地開閉器５ｂと断路器６、及びそれに繋がる三相の母線７が収納され、また、接地金属ケース２ｂに隣接して配置した接地金属ケース２ｃ内には３相の母線８が収納されている。そして、金属ケース２ａ，２ｂ間は絶縁スペーサ９によってガス区画されて接続されている。
また、金属外被１の前面側（図の左側）には接地金属ケース２ａ，２ｂ内に収納した開閉機器の操作機構部１０ａ〜１０ｃと、図示しない制御盤部が配置されている。
【００１４】
この発明は、上記のようなスイッチギヤ（但し、図の構成例に限定しない）において、三相分の主回路導体間、又は、主回路導体と接地金属ケース２ａ〜２ｃとの間における絶縁構造に関するものであり、具体的部分では、例えば図１（ａ）中に一点鎖線で囲った部分、すなわち断路器ケースの導体貫通部であるア部や、遮断器の絶縁操作ロッド部であるイ部等であり、これらの拡大図を図１（ｂ）に示している。但し、この部分に限定するものではなく、上記のように主回路導体間、または、主回路導体と接地金属ケースとの間の絶縁構造が対象となるので、以下の各実施の形態の説明では、絶縁構造を中心に、導電部と接地金属ケースの関係を電極と接地間の構造として一般的に図示している。（特に説明しないが、図２以下において、電極が対向する接地部は導電部であっても良い。）
【００１５】
図２は実施の形態１によるスイッチギヤの絶縁構造を示す電極部の部分断面図である。主回路導体等を構成する電極１１が、接地金属ケース２ａ〜２ｃ等の接地部１２に対向して配置されている状態を示している。少なくとも最短ギャップＬで対向する電極１１の対向端部、又は小曲率面で対向する電極１１の対向端部に、対向端部以外の部位より断面を大きくした大断面部１１ａが形成され、大断面部１１ａの表面に絶縁層１３が被覆されている。絶縁層１３の厚さは電極１１の形状や定格電圧等によって適宜決定される。
電極１１は棒状又は板状の場合もあり、棒状であれば先端部の直径を大ききくし、板状の場合は先端部の幅又は厚さを大きくする。説明の便宜上、断面を大きくした部分を大断面部１１ａ、それ以外を小断面部１ｂと呼ぶことにする。
【００１６】
次に、このように構成した絶縁構造の作用について説明する。
絶縁層１３は電極１１の対向端部と接地部１２との間の絶縁性能を向上させるものである。このように電極１１に絶縁層１３を設けた場合、先に説明したように電極１１と絶縁層１３と封入されている絶縁性ガスとの３種類の異なる物質が接するトリプルジャンクション部（図中※印部）が形成され、この部分は高電界となる。ところが、対向端部に大断面部１１ａを設けているので、小断面部１１ｂから大断面部１１ａに移行する部分では等電位線がなめらかに外側に広げられ、このためトリプルジャンクション部の電界は弱められ低電界となる。
【００１７】
以上のように、本実施の形態の発明によれば、接地部又は導電部に対し、少なくとも最短ギャップで対向する電極の対向端部、又は小曲率面で対向する電極の対向端部に、対向端部以外の部位より断面を大きくした大断面部を形成し、大断面部の表面に絶縁層を被覆したので、電極先端部の絶縁性能は絶縁層によって強化されると共に、弱点となるトリプルジャンクション部の電界の強さは、電極先端の大断面部によって弱められるため、トリプルジャンクション部からの絶縁破壊が抑制され、電極部の耐電圧性能を向上させることができる。
【００１８】
実施の形態２．
図３は実施の形態２によるスイッチギヤの絶縁構造を示す電極部の部分断面図である。スイッチギヤの全体構成は、実施の形態１の図１と同等なので説明は省略する。図３に示すように、接地部１２に対し、少なくとも最短ギャップで対向する電極１４の対向端部の近傍、又は小曲率面で対向する電極１４の対向端部の近傍に、対向端部を取巻くように凸部１４ａが形成され、凸部１４ａを含む対向端部が絶縁層１５で被覆されている。ここで、凸部１４ａの高さをｃ、凸部１４ａから絶縁層１５の（トリプルジャンクション部を形成する側の）終端面までの距離をｄとすると、ｃはｄ以上、つまりｃ≧ｄとしている。
【００１９】
このように構成した絶縁構造の作用について説明する。絶縁層１５のない部分から凸部１４ａを通り先端部に続く等電位線は、凸部１４ａによって外側になめらかに広げられ、このためトリプルジャンクション部の電界は弱められて低電界となる。このとき、ｃ≧ｄとしているので、トリプルジャンクション部の電界が弱められる効果がより強くなる。
【００２０】
以上のように、本実施の形態の発明によれば、接地部又は導電部に対し、少なくとも最短ギャップで対向する電極の対向端部の近傍、又は小曲率面で対向する電極の対向端部の近傍に、対向端部を取巻くように凸部が形成され、凸部を含む対向端部が絶縁層で被覆され、かつ、凸部の高さを凸部から絶縁層の終端面までの距離以上としたので、電極先端部の絶縁性能は絶縁層によって強化されると共に、弱点となるトリプルジャンクション部の電界の強さは、電極に設けた凸部によって弱められるのでトリプルジャンクション部からの絶縁破壊も抑制され、電極部の耐電圧性能を向上させることができる。
【００２１】
実施の形態３．
図４は実施の形態３によるスイッチギヤの絶縁構造を示す電極部の部分断面図である。図のように、本実施の形態の電極１６は、接地部１２に対し、少なくとも最短ギャップで対向する電極１６の対向端部の近傍、又は小曲率面で対向する電極１６の対向端部の近傍に、対向端部を取巻くように凹部１６ａが形成され、対向端部の先端から凹部１６ａの途中までを絶縁層１７で被覆している。電極１６が棒状の場合は、凹部１６ａは径方向の周囲に環状に設けられ、電極１６が板状の場合は、凹部１６ａは板幅方向に伸びる溝で構成される。
【００２２】
このように構成した絶縁構造では、電極１６表面において、凹部１６上を横切る等電位線は、トリプルジャンクション部から遠ざかることになり、従ってトリプルジャンクション部の電界が弱められる。
【００２３】
以上のように、本実施の形態の発明によれば、電極の対向端部の近傍に、対向端部を取巻くように凹部を形成し、対向端部の先端から凹部の途中までを絶縁層で被覆したので、電極先端部の絶縁性能は絶縁層によって強化されると共に、弱点となるトリプルジャンクション部の電界の強さは、電極の凹部の段差によって弱められるため、トリプルジャンクション部からの絶縁破壊も抑制され、電極部の耐電圧性能を向上させることができる。
【００２４】
実施の形態４．
図５は実施の形態４によるスイッチギヤの絶縁構造を示す電極部の断面図である。図のように、本実施の形態の絶縁構造は、電極１１の表面に被覆した絶縁層１８の、トリプルジャンクション部を形成する終端部に、先端側へ窪ませた窪み部１８ａを設けたものである。
電極は、実施の形態１の図２と同等のものを図示しているが、これに限定するものではなく、実施の形態２及び３で説明した図３や図４のような形状でも良い。
トリプルジャンクション部の絶縁層１８の終端部を図のように形成することにより、トリプルジャンクション部は等電位線から更に遠ざかることになる。
【００２５】
以上のように、本実施の形態の発明によれば、トリプルジャンクション部の絶縁層の終端部に窪み部を設けたので、実施の形態１〜３に比べ、より一層トリプルジャンクション部の電界の強さを弱められるため、トリプルジャンクション部からの絶縁破壊が更に抑制され、電極部の耐電圧性能を向上させることができる。
【００２６】
実施の形態５．
図６は実施の形態５によるスイッチギヤの絶縁構造を示す電極部の断面図である。図に示すように、同形状をした電極１１同士が対向して配置されている場合であって、対向する電極の先端側にも絶縁層を形成し、それぞれの絶縁層の相互間を固体絶縁物１９によって一体に形成したものである。
【００２７】
なお、図６の電極１１は、実施の形態１の図２と同等のものを代表して示しているが、実施の形態２，３の図３や図４と同等の形状でも良い。
また、トリプルジャンクション部を形成する固体絶縁物１９の端部は窪み部１９ａを形成した場合を示したが、この部分も図１や図２のように窪み部のない形状でも良い。
更に、電極同士が対向する場合を示したが、一方は接地部であっても良い。
【００２８】
以上のように、本実施の形態の発明によれば、電極と対向する接地部、又は導電部の対向端部にも絶縁層を形成し、両絶縁層の相互間を固体絶縁物によって一体に形成したので、実施の形態１〜実施の形態３の場合と同様の効果が得られ、加えて、電極先端部分の耐電圧性能を更に向上させることができる。
【００２９】
実施の形態６．
図７は実施の形態６によるスイッチギヤの絶縁構造を示す電極部の断面図である。図に示すように、電極１１同士が対向して配置され、対向する電極１１間に、対向方向に対し略直交する方向に絶縁バリヤ２０を配置し、絶縁バリヤ２０の表面部に電極１１先端の絶縁層の外形より大きく、深さが３ｍｍ以上の皿状窪み部２０ａを形成している。深さが３ｍｍ以上あれば、以下に示す効果を発揮できることを、発明者らは試験により検証した。また、皿状窪み部２０ａの周囲の段差部の形状は、直角又は図のように底面が広くなるような鋭角にすればより効果的であることも検証した。
【００３０】
なお、電極および絶縁層の形状は図に限定するものではなく、図２〜図５と同等の形状でも良い。
また、図では電極同士を対向させた場合について説明したが、一方の電極に替えて、接地部であっても良い。この場合は、絶縁バリヤの接地側の面部には皿状窪み部を設けなくても良い。
【００３１】
以上のように、本実施の形態の発明によれば、電極と、その電極に対向する接地部又は導電部との間に、対向方向に対し略直交する方向に絶縁バリヤを配置し、絶縁バリヤの表面部に電極先端の絶縁層の外形より大きく深さが３ｍｍ以上の皿状窪み部を形成したので、電極部の先端およびトリプルジャンクション部から進展したストリーマは、絶縁バリヤ表面の窪み部を伝って進展するが、窪み部の段差を越えることができず、絶縁バリヤ表面の窪み内に停滞し絶縁破壊に至らず、耐電圧性能を更に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】この発明の実施の形態１におけるスイッチギヤの構成例を示す断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１におけるスイッチギヤの絶縁構造を示す部分断面図である。
【図３】この発明の実施の形態２におけるスイッチギヤの絶縁構造を示す部分断面図である。
【図４】この発明の実施の形態３におけるスイッチギヤの絶縁構造を示す部分断面図である。
【図５】この発明の実施の形態４におけるスイッチギヤの絶縁構造を示す部分断面図である。
【図６】この発明の実施の形態５におけるスイッチギヤの絶縁構造を示す部分断面図である。
【図７】この発明の実施の形態６におけるスイッチギヤの絶縁構造を示す部分断面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  金属外被                        ２ａ〜２ｃ  接地金属ケース
３  ケーブルヘッド                  ４  真空遮断器
５ａ，５ｂ  接地開閉器              ６  断路器
７，８  母線                        ９  絶縁スペーサ
１０ａ〜１０ｃ  操作機構部          １１，１４，１６  電極
１１ａ  大断面部                    １１ｂ  小断面部
１２  接地部                        １３，１５，１７，１８  絶縁層
１４ａ  凸部                        １６ａ  凹部
１８ａ，１９ａ  窪み部              １９  固体絶縁物
２０  絶縁バリヤ                    ２０ａ  皿状窪み部。
【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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