(57)【要約】【課題】３相一括型のガス絶縁母線において、母線容器内に納められた導体と母線容器との間に発生する静電力に基づく母線容器の振動を抑制し、母線容器の振動を低減する。【解決手段】実施形態の３相一括型のガス絶縁母線１は、長軸に沿って延びる円筒状であって絶縁性ガスが封入された母線容器２と、母線容器２内に配置されて母線容器２の長軸方向両端部間を貫通して長軸に沿って延びる３本の導体３ａ、３ｂ、３ｃと、を有する。３本の導体３ａ、３ｂ、３ｃは、それぞれに一つの相の電流を流すためのものであり、３本の導体３ａ、３ｂ、３ｃが、長軸の周りを回る螺旋状に形成されている。３本の導体３ａ、３ｂ、３ｃは、互いに共通の方向に共通のピッチで回る螺旋状に形成され、長軸方向の同じ位置で周方向位置が互いに異なるように配置されている。【選択図】図１
2016063560.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長軸に沿って長軸方向に延びる円筒状であって絶縁性ガスが封入された母線容器と、
前記母線容器内に配置されて前記母線容器の前記長軸方向の両端部間を貫通して前記長軸に沿って延びる３本の導体であって、それぞれに一つの相の電流を流すための３本の導体と、
を有する３相一括型のガス絶縁母線であって、
前記３本の導体が、前記長軸の周りを回る螺旋状に形成されていること、
を特徴とするガス絶縁母線。
【請求項２】
前記３本の導体が、互いに共通の方向に共通のピッチで回る螺旋状に形成され、前記長軸方向の同じ位置で周方向位置が互いに異なるように配置されていること、
を特徴とする請求項１に記載のガス絶縁母線。
【請求項３】
前記３本の導体の各軸が、前記長軸の周りの共通の円筒面内を回るように形成されていること、
を特徴とする請求項２に記載のガス絶縁母線。
【請求項４】
前記３本の導体の前記母線容器の周方向の位置が、前記母線容器の前記長軸方向両端において、前記３本の導体それぞれについて互いに一致してい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母線。
【請求項５】
前記３本の導体が、前記母線容器の前記長軸方向両端の間の位置の間で前記長軸の周りを１回転するような螺旋状に形成されていること、
を特徴とする請求項４に記載のガス絶縁母線。
【請求項６】
前記３本の導体が、前記母線容器の前記長軸方向両端の間の位置で、前記長軸の周りを回る螺旋状の回る向きが逆になるように構成されていること、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母線。
【請求項７】
前記３本の導体が、前記母線容器の前記長軸方向両端の間の中央の位置で、前記長軸の周りを回る螺旋状の回る向きが逆になるように構成され、前記３本の導体が、前記母線容器の前記長軸方向両端の間の中央の位置に対して面対称に構成されていること、を特徴とする請求項６に記載のガス絶縁母線。
【請求項８】
前記母線容器は、前記長軸に沿って延びる円筒状の円筒管と、
前記円筒管の前記長軸方向両端に固定された２個のフランジと、
を備えていること、を特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載のガス絶縁母線。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、ガス絶縁母線に係り、特に複数個の母線容器が連続して接続されてなる長尺の３相一括型ガス絶縁母線に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電力設備間を接続する母線として、近年、ガス絶縁母線が多く用いられている。ガス絶縁母線は、絶縁媒体となるＳＦ６などのガスを封入した金属製の母線タンク内に導体を収納して構成される。このガス絶縁母線の長さは、電力設備の規模が大きくなるにつれて長尺となる。母線が長尺になると、母線を構成する母線容器長が長いほうが、コスト、作業効率の面で有利となり、必然的に長い母線容器の適用が多くなる。そのため、最近では母線容器長自体も従来よりも長尺化してきている。
【０００３】
母線容器の一般的な構造を図５に示す。母線容器２は、一般に、金属製の円筒管５の両端にフランジ６を溶接等により固定して、一体化して形成されている。また、母線容器２は、製造上の問題などから一定長さ以下の長さで複数に分割されて構成されている。近年では、ガス絶縁母線の設置スペースを縮小するために、図６に示すように、３相の導体３ａ、３ｂ、３ｃを同一の母線容器２内に収容して構成した、３相一括型のガス絶縁母線が主流となっている。
【０００４】
一方、母線容器の長尺化に伴い、母線容器の固有振動数が低くなり、商用周波数の２倍に一致すると大きな振動を発生し、その結果として大きな騒音を発生するという問題が顕在化するようになってきている。一般に、電力設備の通電時に発生する騒音振動は、主として商用周波数（東日本の場合、５０Ｈｚ）の２倍の周波数、およびその倍調波が主成分である。そのため、母線容器の固有振動数が商用周波数の２倍の値に一致した場合は共振状態となり、振動および騒音が増大する。
【０００５】
このような問題を解決する手法として、母線容器の円筒管の周囲に金属製のリングを装着することで、母線容器の固有振動数を商用周波数の２倍の値からずらして、共振を避けるとともに、母線容器の剛性を高くすることにより、振動および騒音を低減する対策が講じられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−１９１５３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近年の製造技術や輸送技術等の向上、さらなるコストダウン要請等の理由から、母線容器単体の長さは、従来と比較してさらに長尺化し、母線容器単体毎の円筒管の径も３相一括化などのため、従来よりも大きくなっている。
【０００８】
ところで、母線容器に発生する振動の要因は、母線容器内に納められた導体間に生じる電磁機械力により導体振動が発生し、スペーサなど導体固定部を介して母線容器へ振動が伝達されることによるものと、導体と母線容器の間に発生する静電力が母線容器に直接作用して発生する静電振動によるものがある。
【０００９】
一般に３相一括母線の場合、励起されやすく振動・騒音への寄与の大きい振動モードとしては、静電振動の特性から、母線容器の周方向の１次振動モード（楕円モード）および２次振動モード（三角モード）、母線容器の軸方向の１次振動モードとなる。母線容器の軸方向両端は、フランジが形成されて剛性が高く変形しにくいので、母線容器の軸方向の１次振動モードでは、軸方向両端が節となり、軸方向の中央が腹になる。実際には、母線容器の周方向の振動モードと軸方向の振動モードとの組合せにより、種々の振動モードがありうる。
【００１０】
母線容器の振動騒音対策として、その固有振動数が商用周波数の２倍と一致しないように、例えば特許文献１に示されているように、母線容器の軸方向中央部に金属リングを装着して、母線容器の固有振動数を商用周波数の２倍の値からずらすような構造が提案されている。
【００１１】
一方で、長尺化、大径化された母線容器は、従来構成と比較して全体的に剛性が低下する傾向にあり、剛性低下の影響により、従来構成では問題がなかった程度の比較的小さな振動が加わった場合でも、発生する振動・騒音問題が顕著となることがある。
【００１２】
このため、これまでのような母線容器側の振動低減対策だけでは十分な振動・騒音抑制効果が得られないことも多く、導体に起因する振動低減対策が必要になってきている。
【００１３】
ここで、母線容器内に配設される導体に起因する振動発生の原因について簡単に説明する。
【００１４】
３相一括型のガス絶縁母線の母線容器内の３相の導体は、図６に示すように、母線容器２内の軸方向に沿って直線状に配置されている。このような導体配置の場合、母線容器２と導体３ａ、３ｂ、３ｃ間に生じる静電力は母線容器２の軸方向全体にわたり一様に作用する。また、３本のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の導体３ａ、３ｂ、３ｃに流れる電流は、それぞれ１２０度の位相差を持っているため、母線容器に対して周方向に回転するような母線容器の動的な振動モードが励起されやすくなる。
【００１５】
そのため、商用周波数（東日本の場合は５０Ｈｚ、西日本の場合は６０Ｈｚ）の２倍の周波数（１００Ｈｚ、または１２０Ｈｚ）と、軸方向１次の振動モードの固有振動数が近接した場合には、これらの振動モードが特に励起されやすくなる。この軸方向１次の振動モードが励起されると振動騒音が増大する。
【００１６】
そこで、本発明の実施形態は、３相一括型のガス絶縁母線において、母線容器内に納められる導体と母線容器との間に発生する静電力に基づく母線容器の振動を抑制することで、母線容器の振動低減を可能とするガス絶縁母線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】
【００１７】
本発明の実施形態のガス絶縁母線は、長軸に沿って長軸方向に延びる円筒状であって絶縁性ガスが封入された母線容器と、前記母線容器内に配置されて前記母線容器の前記長軸方向の両端部間を貫通して前記長軸に沿って延びる３本の導体であって、それぞれに一つの相の電流を流すための３本の導体と、を有する３相一括型のガス絶縁母線であって、前記３本の導体が、前記長軸の周りを回る螺旋状に形成されていること、を特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施形態のガス絶縁母線の母線容器内の導体配置を示す模式斜視図である。
【図２】図１における導体の軸方向位置Ａ、Ｂ、Ｃにおける配置を示す模式的横断面図であって、（ａ）は図１のＡ−Ａ線矢視図、（ｂ）は図１のＢ−Ｂ線矢視図、（ｃ）は図１のＣ−Ｃ線矢視図である。
【図３】本発明の第２の実施形態のガス絶縁母線の母線容器内の導体配置を示す模式斜視図である。
【図４】図３における導体の位置Ａ、Ｂ、Ｃにおける配置を示す模式的横断面図であって、（ａ）は図３のＡ−Ａ線矢視図、（ｂ）は図３のＢ−Ｂ線矢視図、（ｃ）は図３のＣ−Ｃ線矢視図である。
【図５】一般的なガス絶縁母線の母線容器を示す正面図である。
【図６】図５のガス絶縁母線の母線容器内の導体配置を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、図面を参照して本発明の実施形態に係るガス絶縁母線について説明する。ここで、上述の従来技術と共通の部分、または、互いに共通の部分には、共通の符号を付して、重複説明は省略する。
【００２０】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係るガス絶縁母線の構成を図１および図２を用いて説明する。
【００２１】
図１は、本発明の第１の実施形態のガス絶縁母線の母線容器内の導体配置を示す模式斜視図である。図２は、図１における導体の位置Ａ、Ｂ、Ｃにおける配置を示す模式的横断面図であって、（ａ）は図１のＡ−Ａ線矢視図、（ｂ）は図１のＢ−Ｂ線矢視図、（ｃ）は図１のＣ−Ｃ線矢視図である。
【００２２】
図１において、ガス絶縁母線１は、円筒状の母線容器２と、母線容器２内に収容された３本の導体３ａ、３ｂ、３ｃとによって構成されている。
【００２３】
母線容器２は、上記従来技術と同様であってよく、たとえば、図５に示すように、金属製の円筒管５の両端にフランジ６を溶接等により固定して、一体化して形成されている。母線容器２は、フランジ６によって、軸方向に隣接して配置された他の母線容器２と接続されて、全体として長軸方向にさらに延びている。母線容器２内には、絶縁性ガスが封入されている。
【００２４】
３本の導体３ａ、３ｂ、３ｃは、それぞれ、３相交流の各相に対応して接続され、Ｕ相導体３ａ、Ｖ相導体３ｂ、Ｗ相導体３ｃからなる。Ｕ相導体３ａ、Ｖ相導体３ｂ、Ｗ相導体３ｃは、図示しない電気絶縁支持部材によって、互いに接触しないように保持されるとともに、母線容器２に対して間隔を保持して支持されている。３本の導体３ａ、３ｂ、３ｃは、互いに同じ材質で同じ形状である。
【００２５】
これら３相（図では３本）の導体３ａ、３ｂ、３ｃは、図２に示すように、母線容器２の長軸と共通の長軸を持った導体外接円４を想定したときにその導体外接円４内に３相の導体３ａ、３ｂ、３ｃが螺旋状に周回する構造とする。すなわち、母線容器２の軸方向位置によって導体３ａ、３ｂ、３ｃの母線容器２の周方向の位置が異なるように、導体３ａ、３ｂ、３ｃの導体外接円４内をそれぞれが同じ向きに周回するような螺旋状に、母線容器２の軸方向に沿って母線容器２の一端（Ａ−Ａ線矢視部）から他端（Ｃ−Ｃ線矢視部）にわたり連続して配置されている。
【００２６】
この実施形態では、導体３ａ、３ｂ、３ｃの螺旋のピッチは互いに等しく、両端間で１周（３６０度回転）している。また、導体３ａ、３ｂ、３ｃの母線容器２の周方向の位置は、軸方向のどの位置でも、互いに１２０度離れている。
【００２７】
以上のように構成したガス絶縁母線の作用および効果について説明する。母線容器２の固有振動数は、母線容器２の材料特性（剛性、密度）、母線容器２の径、板厚、長さ、および母線容器２の支持条件により決定される。一般に、剛性が高くなると固有振動数は高くなり、質量（密度）や母線容器の長さ寸法が大きくなると、固有振動数は低下することが知られている。
【００２８】
母線容器２の振動モードには静的な複数の静的振動モードがあるが、これらの振動モードは通常の場合、同一の固有振動数で位相の異なる複素モードとなる。この場合、動的な振動モード（継続的な振動が加わった場合に生じる振動モード）は母線容器の周方向に回転するモードとなる。
【００２９】
本実施形態のガス絶縁母線では、３相の導体３ａ、３ｂ、３ｃが母線容器２の軸方向に沿って母線容器２の周方向位置が変化するように配置されていることから、母線容器２と３相の導体３ａ、３ｂ、３ｃ間に生じる静電力の分布が一様ではなくなり、軸方向１次の振動モードが励起されにくくなる。その結果、母線容器２の振動増大を抑制することができ、振動・騒音の小さいガス絶縁母線を実現することができる。
【００３０】
この実施形態では、母線容器２内の導体３ａ、３ｂ、３ｃの配置として、母線容器２の長軸と共通の長軸を持った導体外接円４を想定したときにその導体外接円４内に３相の導体３ａ、３ｂ、３ｃが螺旋状に周回する構造とする。導体３ａ、３ｂ、３ｃの母線容器周方向に対する回転角度は、母線容器２の長軸方向一端から他端に至る周回の過程で３６０度回転するものとした。このような構成とした場合には、母線容器２の両端において導体３ａ、３ｂ、３ｃの母線容器周方向の位置すなわち相が一致することから、複数の母線容器２を接続する際に、導体の相を考慮した配置を考える必要が無く、母線容器配置上の制約が少なくなることから、よりレイアウトが容易で扱い易いガス絶縁母線構成とすることが可能となる。
【００３１】
以上説明したように、この実施形態によれば、３相一括型のガス絶縁母線において、母線容器２内に配置された３相の導体３ａ、３ｂ、３ｃが、母線容器２の軸方向に沿ってそれぞれ母線容器２内を周回するように配設され、母線容器２の軸方向に沿って各導体３ａ、３ｂ、３ｃの母線容器２周方向の位置が変化するように構成した。これにより、導体３ａ、３ｂ、３ｃと母線容器２間に作用する静電力の分布が、母線容器２軸方向に対して一様ではなくなり、母線容器２軸方向の１次の振動モードが励起されにくくなる。それにより、母線容器２の振動を抑制して振動・騒音を低減できるガス絶縁母線を実現することが可能となる。
【００３２】
また、ガス絶縁母線における母線容器２内の３相の各導体３ａ、３ｂ、３ｃが、母線容器２の一端から他端に沿って、母線容器２の周方向に対して、それぞれ３６０度回転するように配置されていることにより、母線容器２軸方向の１次の振動モードが励起されにくくなるとともに、母線容器２両端における３相の導体３ａ、３ｂ、３ｃの周方向位置、すなわち、相が一致することから、複数の母線容器２を接続する上での制約が少なくなり、より扱い易いガス絶縁母線の構成とすることが可能となる。
【００３３】
また、各導体３ａ、３ｂ、３ｃの螺旋形状が、共通のピッチで同じ向きに回転していて、しかもこれらの導体３ａ、３ｂ、３ｃが母線容器２の周方向に異なる位置に配置されていることから、導体３ａ、３ｂ、３ｃ同士が交差することなく、軸方向のどの位置でも互いに母線容器２の周方向に一定の距離を保つことができる。しかも、各導体３ａ、３ｂ、３ｃは一連の螺旋形状であって単純な形状であるから製造も容易である。３本の導体３ａ、３ｂ、３ｃが同一形状であることも、容易に製造できることの要因となる。
【００３４】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係るガス絶縁母線について、図３、図４を用いて説明する。
【００３５】
図３は、本発明の第２の実施形態のガス絶縁母線の母線容器内の導体配置を示す模式斜視図である。図４は、図３における導体の位置Ａ、Ｂ、Ｃにおける配置を示す模式的横断面図であって、（ａ）は図３のＡ−Ａ線矢視図、（ｂ）は図３のＢ−Ｂ線矢視図、（ｃ）は図３のＣ−Ｃ線矢視図である。
【００３６】
この実施形態は、第１の実施形態の変形であって、３本の導体３ａ、３ｂ、３ｃの形状およびそれらの配置のみが第１の実施形態と異なる。この実施形態では、３本の導体３ａ、３ｂ、３ｃが、母線容器２の軸方向中央部、すなわち、Ｂ−Ｂ矢視で示す横断面の位置に対して面対称である。すなわち、３本の導体３ａ、３ｂ、３ｃはそれぞれ、螺旋状ではあるが、軸方向中央位置を境にして回転の向きが逆になっている。
【００３７】
このような構成とすることにより、第１の実施形態に比べて、軸方向３次の振動モードなど、母線容器２の軸方向中央部がモードの腹となる軸方向の振動モード（軸方向奇数モード）に対して、制振効果が大きくなる。また、第１の実施形態と同様に軸方向１次の振動モードも励起されにくいことから、より振動・騒音の小さいガス絶縁母線を実現することが可能となる。
【００３８】
（他の実施形態）
他の実施形態として、上記した実施形態のガス絶縁母線において、母線容器２を構成する金属円筒管の外周に図示しない制振用のリングを設置するようにしても良い。
【００３９】
例えば、図１に示した導体配置では、静電力の位相分布が母線容器の軸方向に対して３等分になるため、軸方向の両端の間を３等分する位置、すなわち、一端から１／３の位置と２／３の位置の２箇所に振動の節が生じるような軸方向３次の振動モードが励起される可能性が生じるが、このような高次の振動モードに対しても回避することが可能となる。
【００４０】
また、母線容器の剛性が低い場合には、母線容器端部から振動が固体伝播し、母線容器の振動が大きくなることがある。このような状況に対して、母線容器の外周に制振リングを設置することで、母線容器の剛性が向上するとともに、リング設置位置が母線容器の振動モードの節となるため、母線容器の振動のモードを変化させることが可能となる。これにより、母線容器の振動の励起を防止することができ、発生騒音が抑制される。したがって、より効果的で振動・騒音の小さいガス絶縁母線を実現することが可能となる。
【００４１】
なお、設置する制振リングの位置および個数は、設置される母線容器の振動特性により適宜決めれば良いので、母線容器の軸方向中央部に１個設置しても、また、軸方向１／３、２／３の位置２箇所に配置しても良く、振動抑制に効果的な配置とすれば良い。
【００４２】
また、制振リングの構成については、母線容器の振動モードを抑制および変化させることができる強度および寸法のものであれば、一枚板構成でも良いし、複数の部材を組み合わせた構成としても構わない。
【００４３】
以上、本発明のいくつかの実施形態について説明したが、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。これら実施形態は、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、組合せを行うことができる。これら実施形態やその変形は、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】
【００４４】
１…ガス絶縁母線、２…母線容器、３ａ…導体（Ｕ相導体）、３ｂ…導体（Ｖ相導体）、３ｃ…導体（Ｗ相導体）、４…導体外接円（円筒面）、５…円筒管、６…フランジ
【図１】
2016063560.tif 000003
【図２】
2016063560.tif 000004
【図３】
2016063560.tif 000005
【図４】
2016063560.tif 000006
【図５】
2016063560.tif 000007
【図６】
2016063560.tif 000008