(57)【要約】【課題】楔ギャップにおいて電界集中度を緩和して、小型化可能なガス絶縁変圧器を提供する。【解決手段】実施形態のガス絶縁変圧器は、絶縁性ガス９を封入する密閉可能な密閉容器２０を備えている。実施形態のガス絶縁変圧器は、密閉容器２０内に、巻線導体１および当該巻線導体１の外周を覆うために非線形抵抗材料８を塗布または含浸され、もしくは非線形抵抗材料８を含有するフィルムで囲われた巻線被覆２を有する第１の巻線７ａおよび第２の巻線７ｂと、非線形抵抗材料８を塗布または含浸され、もしくは非線形抵抗材料８を含有するフィルムで囲われ、第１の巻線７ａによる第１のセクションと第２の巻線７ｂによる第２のセクションとのセクション間に配置されたダクトピース４と、をさらに備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性ガスを封入する密閉容器と、
前記密閉容器に収容され、巻線導体および当該巻線導体の外周を覆う巻線被覆を有する巻線とを備え、
前記巻線被覆は、所定の電界値を超えると抵抗率が低下する非線形抵抗材料を塗布または含浸され、もしくは前記非線形抵抗材料を含有するフィルムで囲われた
ことを特徴とするガス絶縁変圧器。
【請求項２】
前記巻線は、円盤状に巻回された第１の巻線と当該第１の巻線と異なる円盤状に巻回された第２の巻線とを含み、
前記密閉容器に収容され、前記第１の巻線による第１のセクションと前記第２の巻線による第２のセクションとのセクション間に配置されたダクトピースをさらに備え、
前記ダクトピースの表面は、前記非線形抵抗材料を塗布または含浸され、もしくは前記非線形抵抗材料を含有するフィルムで囲われた
ことを特徴とする請求項１に記載のガス絶縁変圧器。
【請求項３】
前記密閉容器に収容され、高圧導体を前記巻線導体に導通可能とする前記巻線導体に接続されたリードと、
前記密閉容器に収容され、前記リードの絶縁を行うための前記リードを覆うリード被覆と、
前記密閉容器に収容され、前記リードの絶縁距離を確保するための絶縁物で形成されたリード支えと、をさらに備え、
前記リード被覆および前記リード支えの前記絶縁物は、前記非線形抵抗材料を塗布または含浸され、もしくは前記非線形抵抗材料を含有するフィルムで囲われた
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガス絶縁変圧器。
【請求項４】
前記非線形抵抗材料の動作電界Ｅｂとし、前記絶縁性ガスの臨界電界Ｅｃｒとした場合に、Ｅｂ≦Ｅｃｒ×１．５である
ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のガス絶縁変圧器。
【請求項５】
前記非線形抵抗材料は、少なくとも酸化チタンまたは酸化亜鉛またはチタン酸バリウムまたはチタン酸ストロンチウムのいずれかを含む
ことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のガス絶縁変圧器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本実施形態は、ガス絶縁変圧器に関する。
【背景技術】
【０００２】
容器内に絶縁性ガスを封入し、この絶縁性ガスにより変圧器を冷却するガス絶縁変圧器が一般的に知られている。ガス絶縁変圧器では、巻線とする銅線に絶縁物である被覆を施し、巻線と巻線の間（以下ターン間）を電気的に絶縁している。また、巻線の円盤の間（以下セクション間）の絶縁距離を確保するために、絶縁物であるダクトピースを配置している。さらに、高圧導体を巻線に引き込むリードの絶縁を行うため、リード被覆やリードの絶縁距離を確保するために絶縁物であるリード支えを配置している。このように、ガス絶縁変圧器においては、絶縁物を多数利用しているため、楔ギャップによる電界集中部が発生する。これら電界集中部により部分的に放電が起こる可能性があるため、この電界集中部の電界がガスの破壊電界よりも低くなるように、絶縁距離を十分長くとるように設計されている。
【０００３】
なお、容器内に少なくとも１本の導体をそれの支持装置と共に収納するように構成してなる電気機器において、導体にハニカム構造の絶縁体を巻装すること等が知られている。
【０００４】
また、静止誘導電器において、シールドを最端部の円板コイルに被わせ、側面部と直線スペーサの間に空間部を形成し、側面部の突起部を直線スペーサに接触させ空間部の一部を塞ぎ、油間隙を形成し、この油間隙を電界集中の一番厳しい曲面部より離して、電界集中を緩和すること等が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２９４０２９号公報
【特許文献２】特開２００１−２４４１２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、ガス絶縁変圧器においては、絶縁物を多数利用しているため、楔ギャップによる電界集中部により、部分的に放電が起こる可能性がある。この電界集中部の電界が絶縁性ガスの絶縁破壊の電界よりも低くなるように、絶縁距離を十分長くとるように設計されている。このため、ガス絶縁変圧器のさらなる小型化をおこなうためには、楔ギャップの電界集中部の電界集中度を緩和する必要がある。しかし、ガス絶縁変圧器には楔ギャップが多数存在しているため、ガス絶縁変圧器のさらなる小型化が困難となっていた。
【０００７】
本発明の実施形態が解決しようとする課題は、楔ギャップにおいて電界集中度を緩和して、小型化可能なガス絶縁変圧器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、実施形態のガス絶縁変圧器は、絶縁性ガスを封入する密閉可能な密閉容器と、前記密閉容器に収容され、巻線導体および当該巻線導体の外周を覆う巻線被覆を有する巻線とを備え、前記巻線被覆は、所定の電界値を超えると抵抗率が低下する非線形抵抗材料を塗布または含浸され、もしくは前記非線形抵抗材料を含有するフィルムで囲われたことを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係るガス絶縁変圧器の第１の実施形態の横断面図。
【図２】図１の第１の実施形態と比較のために示すガス絶縁変圧器の横断面図。
【図３】図１のガス絶縁変圧器の部分拡大図。
【図４】図３の電界集中部の電界分布を示す図。
【図５】本発明に係るガス絶縁変圧器の第２の実施形態の横断面図。
【図６】本発明に係るガス絶縁変圧器の第３の実施形態の横断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明に係る実施形態のガス絶縁変圧器について、図面を参照して具体的に説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には共通の符号を付して、重複説明は省略する。ここで説明する下記の実施形態はいずれも、ガス絶縁変圧器の一例をとりあげて説明する。
【００１１】
［第１の実施形態］
以下、本発明に係るガス絶縁変圧器の第１の実施形態について、図１ないし図４を参照して説明する。ここで、図１は本発明に係るガス絶縁変圧器の第１の実施形態の横断面図である。また、図２は図１の第１の実施形態と比較のために示すガス絶縁変圧器の横断面図であり、図３は図１のガス絶縁変圧器の部分拡大図である。さらに、図４は図３の電界集中部の電界分布を示す図である。
【００１２】
第１の実施形態のガス絶縁変圧器は、図１に示すように、絶縁性ガス９を封入する密閉容器２０を備えている。本実施形態のガス絶縁変圧器は、その密閉容器２０内に、巻線導体１および巻線導体１を覆う巻線被覆２を有する巻線７と、その巻線被複２を囲むように覆う非線形抵抗材料８と、ダクトピース４とをさらに備えている。なお、本実施形態のガス絶縁変圧器に用いられる絶縁性ガス９は例えばＳＦ６ガスであるが、これ以外にもＣＯ２ガス、Ｎ２ガスまたはこれらの混合ガスなどであってもよい。
【００１３】
本実施形態のガス絶縁変圧器では、例えば巻線被覆２により第１の巻線７ａの円盤状の間（以下ターン間）を電気的に絶縁している。また、第１の巻線７ａのターンによる円盤状列（第１のセクションとする）と第２の巻線７ｂのターンによる円盤状列（第２のセクションとする）との間（以下セクション間）の絶縁距離を確保するため、図１に示すように、絶縁物であるダクトピース４をセクション間に挟むように配置している。
【００１４】
さらに、本実施形態のガス絶縁変圧器では、巻線被覆２の表面に非線形抵抗材料８を塗布または含浸させている。また、ダクトピース４の表面にも、非線形抵抗材料８を、塗布または含浸させている。
【００１５】
ここで用いられる非線形抵抗材料８として、例えば酸化チタンまたは酸化亜鉛またはチタン酸バリウムまたはチタン酸ストロンチウムの粒子、もしくはこれらの組み合わせなどを母材に混ぜたものなどである。また、非線形抵抗材料８に含まれる、これらの粒子の含有量（混合比）を調整することで、非線形抵抗材料８の特性を調整することができる。また、母材としては、例えばエポキシ樹脂などである。
【００１６】
なお、前述したような巻線被複２に非線形抵抗材料８を塗布または含浸させる代わりに、巻線被複２の表面の周り（外周）を、非線形抵抗材料８を含有するフィルムで囲ってもよい。具体的には、巻線被複２の囲み方として、非線形抵抗材料８を含有するフィルムを巻線被複２の外側から巻たり、当該フィルムを巻線被複２の外側に貼り付けたりする等である。
【００１７】
本実施形態のガス絶縁変圧器と比較のために示す、図２のガス絶縁変圧器では、絶縁性ガス９を封入する密閉容器２００内において、巻線導体１が絶縁物である巻線被覆２で覆われ、例えば巻線被覆２により第１の巻線７ａの円盤状の間を電気的に絶縁している。また、その密閉容器２００内に、第１の巻線７ａのターンによる円盤状列と第２の巻線７ｂのターンによる円盤状列との間の絶縁距離を確保するため、図２に示すように、絶縁物であるダクトピース４０をセクション間に挟むように配置している。
【００１８】
図２に示すガス絶縁変圧器は、非線形抵抗材料８を用いていないガス絶縁変圧器の構成例であり、巻線被覆２とダクトピース４０の間に楔ギャップによる電界集中部３０が存在する。
【００１９】
図１に示すガス絶縁変圧器の電界集中部３ａでは、非線形抵抗材料８を用いることにより、所定の電界値を超えると、この非線形抵抗材料８は、抵抗率が下がるため、図２に示すガス絶縁変圧器の電界集中部３０よりも、電界集中度が緩和される。
【００２０】
ここで、図１に示す第１の実施形態の電界集中部３ａについて、図３に図１の部分拡大図を示す。図４は楔ギャップの電界値を示す分布図であり、図１に示す電界集中部３ａおよび図２に示す電界集中部３０についての電界分布を比較して示す。
【００２１】
図４において、図４の横軸には図３に示す楔ギャップのギャップ距離Ｌｇを示し、同じく縦軸にはそのギャップ距離Ｌｇに対応する電界値Ｅを示す。また、図４において、図２に示す電解集中部３０の特性Ｒとして、放電起点となるギャップ距離Ｌａ、放電開始電圧Ｅａ、放電起点となるギャップ距離Ｌａとする。なお、図３に示す位置Ｘｏを基準として、図４の電界分布を示すものとする。
【００２２】
図２に示す電解集中部３０の特性Ｒは、放電起点となるギャップ距離Ｌａよりも楔ギャップのギャップ距離Ｌｇが小さい場合、図４に示すように、楔ギャップの電界値Ｅは放電開始電圧Ｅａを超えることを示している。
【００２３】
一方、図１に示す電解集中部３ａの特性Ｑは、放電起点となるギャップ距離Ｌａよりも楔ギャップのギャップ距離Ｌｇが小さい場合、図４に示すように、楔ギャップの電界値Ｅは放電開始電圧Ｅａを超えないことを示している。
【００２４】
非線形抵抗材料８の抵抗値が変化する電界（動作電界値Ｅｂとする）を、例えば経験的に求めた絶縁性ガス９の臨界電界Ｅｃｒの１．５倍以下程度に調整することで、図４の特性を得ることができる。なお、非線形抵抗材料８の動作電界値Ｅｂ≦Ｅｃｒ×１．５に抑えるように、非線形抵抗材料８を選択する。
【００２５】
具体的には、前述したように、非線形抵抗材料８として、例えば酸化チタンまたは酸化亜鉛またはチタン酸バリウムまたはチタン酸ストロンチウムの粒子、もしくはこれらの組み合わせなどを母材に混ぜたもの粒子の含有量（混合比）を調整する。
【００２６】
例えば、絶縁性ガス９がＳＦ６ガスの場合にＥｃｒ＝８６［ｋＶ/ｍｍ］とすると、この非線形抵抗材料８の動作電界値Ｅｂを１２９［ｋＶ/ｍｍ］以下となるように非線形抵抗材料８を選択する。また、使用する絶縁性ガス９の臨界電界Ｅｃｒは、そのガスでの絶縁破壊の電界にほぼ等しい。
【００２７】
図１に示す電解集中部３ａの特性Ｑは、非線形抵抗材料８の動作電界値Ｅｂを超えた電界Ｅとなった場合に、非線形抵抗材料８の抵抗率が下がる。これにより、図４に示すように、ギャップ距離Ｌａ以下において、電解集中部３ａの特性Ｑは、電解集中部３０の特性Ｒと比べて、電界値Ｅが低減されている。
【００２８】
すなわち、図１に示すガス絶縁変圧器では、非線形抵抗材料８を巻線被覆２およびダクトピース４の表面に塗布または含浸することにより、非線形抵抗材料８を用いない場合に比べて、楔ギャップによる電界集中部３ａの電界集中度が図４に示すように緩和される。
【００２９】
以上説明したように、第１の実施形態によれば、楔ギャップの電界集中度が緩和されるため、楔ギャップにおいて絶縁破壊を起こし難く、ガス絶縁変圧器を小型化することができる。また、信頼性の高い機器を提供することができる。
【００３０】
［第２の実施形態］
図５は本発明に係るガス絶縁変圧器の第２の実施形態の横断面図である。
【００３１】
第２の実施形態のガス絶縁変圧器は、図５に示すように、絶縁性ガス９を封入する密閉可能な密閉容器２０と、その密閉容器２０内に巻線導体１および非線形抵抗材料８を表面に塗布または含浸させた巻線被覆２からなる巻線７とを備えている。そして、図５に示すような構造において、その各々の巻線７間に楔ギャップによる電界集中部３ｂが存在する。
【００３２】
非線形抵抗材料８を巻線被覆２の表面に塗布または含浸させたことにより、巻線被覆２同士の間にできる楔ギャップによる電界集中部３ｂの電界集中度が、前述したように、非線形抵抗材料８を用いない場合に比べて大きく緩和される。
【００３３】
第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、非線形抵抗材料８の動作電界Ｅｂを、経験的に求めた絶縁性ガス９の臨界電界Ｅｃｒの１．５倍以下程度に調整することで、前述したような図４の特性Ｑに相当する特性を得ることができる。
【００３４】
非線形抵抗材料８として、第１の実施形態と同様に、例えば酸化チタンまたは酸化亜鉛またはチタン酸バリウムまたはチタン酸ストロンチウムの粒子を母材に混ぜたものである。また、これらの粒子の含有量を調整することで、非線形抵抗材料８の特性（動作電界Ｅｂ）を調整することができる。なお、母材として、たとえばエポキシ樹脂などが考えられる
また、このような方法の他、前述したように、巻線７を覆う巻線被覆２を、非線形抵抗材料８を含有するフィルムで囲ってもよい。
【００３５】
以上説明したように、第２の実施形態によれば、楔ギャップの電界集中度が緩和されるため、楔ギャップにおいて絶縁破壊を起こし難く、ガス絶縁変圧器を小型化することができる。また、信頼性の高い機器を提供することができる。
【００３６】
［第３の実施形態］
図６は本発明に係るガス絶縁変圧器の第３の実施形態の横断面図である。
【００３７】
第３の実施形態のガス絶縁変圧器は、図６に示すように、絶縁性ガス９を封入する密閉可能な密閉容器２０を備えている。本実施形態のガス絶縁変圧器は、その密閉容器２０内に、第１の実施形態の構成と同様に、図示しない巻線導体および巻線導体を覆う巻線被覆からなる巻線と、その巻線被複を囲むように覆う非線形抵抗材料と、ダクトピースとをさらに備えている。
【００３８】
第３の実施形態のガス絶縁変圧器は、図６に示すように、図示しない高圧導体を巻線導体に導通可能とするように巻線導体に接続されているリード５と、リード５の絶縁を行うためのリード被覆１０と、リード５の絶縁距離を確保するために配置される絶縁物で形成されたリード支え１１と、をさらに備えている。
【００３９】
本実施形態のガス絶縁変圧器では、図６に示すように、リード被覆１０とリード支え１１の間に楔ギャップによる電界集中部３ｃが存在する。この電界集中部３ｃの電界集中度を緩和させるために、非線形抵抗材料を塗布または含浸させたリード被覆１０でリード５を覆い、また、非線形抵抗材料を表面に塗布または含浸させたリード支え１１を配置している。
【００４０】
これにより、非線形抵抗材料を塗布または含浸させたリード被覆１０、非線形抵抗材料を表面に塗布または含浸したリード支え１１の間にできる楔ギャップによる電界集中部３ｃの電界集中度が、非線形抵抗材料を用いない場合に比べて緩和される。
【００４１】
なお、前述した実施形態の他、リード被覆１０に非線形抵抗材料を塗布または含浸させる代わりに、リード被覆１０に非線形抵抗材料を含有するフィルムで囲ってもよい。具体的には、リード被覆１０の囲み方として、非線形抵抗材料を含有するフィルムをリード被覆１０の外側から巻いたり、当該フィルムをリード被覆１０の外側に貼り付けたりする等である。
【００４２】
以上説明したように、第３の実施形態のガス絶縁変圧器は、リード被覆１０とリード支え１１の間にある電界集中部３ｃの楔ギャップにおいて絶縁耐力を向上させ、絶縁距離を小さくすることができる。
【００４３】
第３の実施形態によれば、楔ギャップの電界集中度が緩和されるため、楔ギャップにおいて絶縁破壊を起こし難く、さらにガス絶縁変圧器を小型化することができる。また、信頼性の高い機器を提供することができる。
【００４４】
［他の実施形態］
ガス絶縁変圧器では、ターン間、セクション間ダクトピース部などに楔ギャップが多数存在する。前述した実施形態のガス絶縁変圧器は、これらの楔ギャップにおいて、絶縁耐力を向上させて、ガス絶縁変圧器を小型化することができる。
【００４５】
以上、本発明のいくつか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り、発明の範囲を限定することは意図していない。例えば、ガス絶縁変圧器以外でも、その他の電力絶縁機器・装置において絶縁耐力を向上させるために適用してもよい。また、各実施形態の特徴を組み合わせてもよい。さらに、これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形には、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。
【符号の説明】
【００４６】
１…巻線導体、２…巻線被覆、３ａ、３ｂ、３ｃ、３０…電界集中部、４、４０…ダクトピース、５…リード、７…巻線、７ａ…第１の巻線、７ｂ…第２の巻線、８…非線形抵抗材料、９…絶縁性ガス、１０…リード被覆、１１…リード支え、２０、２００…密閉容器
【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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