(57)【要約】【課題】電気絶縁性能を向上させることによって絶縁寸法を縮小し、小形で信頼性の高いコンデンサブッシングを提供する。【解決手段】実施形態によれば、コンデンサブッシングは、軸方向に沿って多数の笠部が形成された碍管６と、碍管６内に設置された中心導体１と、中心導体１の外周に複数のイコライザ電極１４と絶縁樹脂層１５が同心状に配置されたコンデンサコア１６と、を備えている。コンデンサブッシングは、コンデンサコア１６内のイコライザ電極１４の端部が中心導体１に対して外部に湾曲する湾曲部１４ａにて形成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向に沿って多数の笠部が形成された碍管と、
前記碍管内に設置された中心導体と、
前記中心導体の外周に複数の電極と絶縁物が同心状に配置されたコンデンサコアと、を備えたコンデンサブッシングにおいて、
前記コンデンサコア内の前記電極の端部を、前記中心導体に対して外部に湾曲して形成したことを特徴するコンデンサブッシング。
【請求項２】
軸方向に沿って多数の笠部が形成された碍管と、
前記碍管内に設置された中心導体と、
前記中心導体の外周に複数の電極と絶縁物が同心状に配置されたコンデンサコアと、を備えたコンデンサブッシングにおいて、
前記コンデンサコア内の前記絶縁物を結晶構造体としたことを特徴とするコンデンサブッシング。
【請求項３】
軸方向に沿って多数の笠部が形成された碍管と、
前記碍管内に設置された中心導体と、
前記中心導体の外周に複数の電極と絶縁物が同心状に配置されたコンデンサコアと、を備えたコンデンサブッシングにおいて、
前記笠部の先端内部に中空部を形成したことを特徴とするコンデンサブッシング。
【請求項４】
前記コンデンサコア及び前記碍管の少なくとも一方を３次元プリンタで製作したことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載のコンデンサブッシング。
【請求項５】
前記笠部の先端の絶縁物の厚さを前記中空部の中空幅より薄くしたことを特徴とする請求項４に記載のコンデンサブッシング。
【請求項６】
軸方向に沿って多数の笠部が形成された碍管と、
前記碍管内に設置された中心導体と、
前記中心導体の外周に複数の電極と絶縁物が同心状に配置されたコンデンサコアと、を備えたコンデンサブッシングの製造方法において、
前記コンデンサコア及び前記碍管の少なくとも一方を、３次元プリンタを用いて製作したことを特徴とするコンデンサブッシングの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、電気機器の口出し端子として用いられるコンデンサブッシング及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力用の変圧器及びガス絶縁開閉装置（ＧＩＳ）等の高電圧電気機器の口出し端子には、中心導体の周囲にコンデンサコアを形成したコンデンサブッシングが用いられる場合がある。このコンデンサコアは、絶縁物と多数枚のイコライザ電極箔を中心導体の周囲に同心円状に配置することにより、中心導体とブッシング接地金具との間の電界分布を制御して絶縁性能を高めている。コンデンサブッシングは、上記のコンデンサコアを形成しない場合に比べて、一般的にブッシング径を細くすることができるという特徴がある。コンデンサコアの絶縁物には、油浸紙又はレジン含浸紙等が用いられている。
【０００３】
従来のコンデンサブッシングの具体的な構造を図８に示す。
【０００４】
図８に示すように、従来のコンデンサブッシングは、中心導体１の周囲に絶縁紙、化学繊維又はプラスチッックフィルム等のシート状の薄い絶縁物を巻回して絶縁層２を形成している。この絶縁層２内には、アルミニウム箔等の薄い複数の金属箔からなるイコライザ電極３が同時に同心円状に巻き込まれて多層化され、コンデンサコア４を構成する。
【０００５】
このコンデンサコア４の軸方向下部には、外周に張り出すフランジ５ａを備えた接地支持金具５が嵌め込まれている。この接地支持金具５の上方には、中心導体１及びコンデンサコア４を覆うように上部碍管６が固定されている。この上部碍管６の上端部には、蓋板７が固定されている。
【０００６】
同様に、接地支持金具５の下端部にも、中心導体１及びコンデンサコア４を覆うように下部碍管８が固定されている。下部碍管８の下端部には、下部クランプ９が取り付けられ、この下部クランプ９に中心導体１の一端が固定される。この中心導体１の他端は、ガスケット（図示せず）を介して蓋板７を貫通し大気側に引き出されている。これら接地支持金具５、上部碍管６、及び下部碍管８の各構成部品は、互いの間にガスケット（図示せず）を介して軸方向に接合することで、密閉容器１１を構成している。この密閉容器１１内には、絶縁油やＳＦ６ガス等の絶縁媒体１０が充填される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平７−２６２８４７号公報
【特許文献２】特開２０１３−２２９３１２公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来のコンデンサブッシングの絶縁構成には、以下に述べるような問題点がある。
【０００９】
コンデンサコア４内の絶縁層２の絶縁物は、シート状ものを中心導体１の周囲に巻き付けるため、その中に巻き込まれるイコライザ電極３は、中心導体１に対して平行に配置することしかできない。
【００１０】
この場合、コンデンサコア４の端部の等電位線の分布は図９及び図１０に示すようになる。図９に示すように、イコライザ電極３の中央部の絶縁層２内では、等電位線１２は均一に且つ平行に配置されている。しかし、イコライザ電極３の端部における等電位線１２は、図１０に示すように外部の大気１３側に向かって折れ曲がっている。
【００１１】
イコライザ電極３の厚さは、一般的に数μｍ〜数百μｍであり、その端部は鋭い角部を形成しており、その角部で等電位線１２の分布が乱れると、高い電界が発生し、絶縁上の弱点となる。
【００１２】
このイコライザ電極の端部において高電界の発生を抑制する技術には、例えば特許文献１に記載された技術がある。この技術は、各イコライザ電極の端部の軸方向電界が等しくなるように、そのイコライザ電極の長さを調整している。
【００１３】
しかしながら、この技術においてもイコライザ電極は、中心導体に対して平行にしか配置することができないため、イコライザ電極の端部に鋭い角部が存在し、等電位線分布に乱れが生じて、高電界が発生することは避けられないという問題があった。
【００１４】
一方、上部碍管６の外部形状は、風雨に晒されることを想定し、雨水が外表面に沿って流れることを防ぐため、笠形に形成されている。上部碍管６の外皮の材質には、磁器やシリコンゴム等の絶縁材料が用いられるが、これらの絶縁材料の比誘電率は空気の数倍以上である。このような絶縁材料を碍管の笠部に用いると、交流場の複合絶縁においては、比誘電率の小さい空気側に電位を分担し易くなるため、笠部先端表面の空気部の電界が高くなり、気中放電が発生し易くなる。
【００１５】
この笠部の先端表面の電界を低減する技術には、例えば特許文献２に記載された技術がある。この技術は、笠部の先端に膨張形状部を設けて先端部の曲率を大きくしている。この場合においても、笠部の絶縁材料は、従来と同じものであるため、笠部の先端表面の電界は、多少低減することができるものの、その効果は限定的であった。
【００１６】
本発明の実施形態が解決しようとする課題は、電気絶縁性能を向上させることによって絶縁寸法を縮小し、小形で信頼性の高いコンデンサブッシング及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成するために、本発明の実施形態に係るコンデンサブッシングは、軸方向に沿って多数の笠部が形成された碍管と、前記碍管内に設置された中心導体と、前記中心導体の外周に複数の電極と絶縁物が同心状に配置されたコンデンサコアと、を備えたコンデンサブッシングにおいて、前記コンデンサコア内の前記電極の端部を、前記中心導体に対して外部に湾曲して形成したことを特徴する。
【００１８】
本発明の実施形態に係るコンデンサブッシングは、軸方向に沿って多数の笠部が形成された碍管と、前記碍管内に設置された中心導体と、前記中心導体の外周に複数の電極と絶縁物が同心状に配置されたコンデンサコアと、を備えたコンデンサブッシングにおいて、前記コンデンサコア内の前記絶縁物を結晶構造体としたことを特徴とする。
【００１９】
本発明の実施形態に係るコンデンサブッシングは、軸方向に沿って多数の笠部が形成された碍管と、前記碍管内に設置された中心導体と、前記中心導体の外周に複数の電極と絶縁物が同心状に配置されたコンデンサコアと、を備えたコンデンサブッシングにおいて、前記笠部の先端内部に中空部を形成したことを特徴とする。
【００２０】
本発明の実施形態に係るコンデンサブッシングの製造方法は、軸方向に沿って多数の笠部が形成された碍管と、前記碍管内に設置された中心導体と、前記中心導体の外周に複数の電極と絶縁物が同心状に配置されたコンデンサコアと、を備えたコンデンサブッシングの製造方法において、前記コンデンサコア及び前記碍管の少なくとも一方を、３次元プリンタを用いて製作したことを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係るコンデンサブッシングの第１実施形態のコンデンサコアを示す右半立断面図である。
【図２】本発明に係るコンデンサブッシングの第１実施形態におけるコンデンサコアの端部の等電位線を示す右半分布図である。
【図３】図２のＡ部拡大図である。
【図４】本発明に係るコンデンサブッシングの第２実施形態における絶縁樹脂層を構成する結晶構成を示す模式図である。
【図５】本発明に係るコンデンサブッシングの第２実施形態における絶縁樹脂層を構成する基本結晶構成を示す模式図である。
【図６】本発明に係るコンデンサブッシングの第２実施形態における絶縁樹脂層を構成する他の基本結晶構成を示す模式図である。
【図７】本発明に係るコンデンサブッシングの第３実施形態の上部碍管の笠部を示す断面図である。
【図８】従来のコンデンサブッシングを示す部分断面立面図である。
【図９】従来のコンデンサコアの端部の等電位線を示す右半分布図である。
【図１０】図９のＢ部拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に、本発明に係るコンデンサブッシング及びその製造方法の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００２３】
（第１実施形態）
図１は本発明に係るコンデンサブッシングの第１実施形態のコンデンサコアを示す右半立断面図である。図２は本発明に係るコンデンサブッシングの第１実施形態におけるコンデンサコアの端部の等電位線を示す右半分布図である。図３は図２のＡ部拡大図である。
【００２４】
なお、本実施形態のコンデンサブッシングの全体構成は、図８に示すコンデンサブッシングと同様であるため、図示及び説明を省略する。また、本実施形態では、図１及び図２において、図８と同一の部分には同一の符号を付して説明する。
【００２５】
図１に示すように、中心導体１の外周には、コンデンサコア１６が設けられている。これら中心導体１及びコンデンサコア１６は、図２に示す上部碍管６内に設置されている。上部碍管６には、軸方向に沿って図示しない多数の笠部が形成されている。
【００２６】
本実施形態では、従来構成におけるコンデンサコア４に代えて、図１に示すようにコンデンサコア１６のイコライザ電極１４の上下両端部を外周側に湾曲させた湾曲部１４ａが形成されている。コンデンサコア１６の絶縁樹脂層１５は、絶縁樹脂で形成されている。イコライザ電極１４及び絶縁樹脂層１５は、中心導体１の外周に３次元プリンタを用いて同心円状に配置されている。
【００２７】
次に、本実施形態の作用を説明する。
【００２８】
本実施形態のコンデンサコア１６をコンデンサブッシングに適用した場合において、コンデンサコア１６の端部の等電位線の分布を図２及び図３に示す。図２及び図３に示すように、等電位線１２は、イコライザ電極１４の湾曲部１４ａの丸みに沿って外部に湾曲してから外部に広がっている。これにより、イコライザ電極１４の両端部は、等電位線１２の変歪部（急に曲がる部分）と接しないため、従来に比べてイコライザ電極１４の端部の電界を半分以下に低減させ、電気絶縁性能を向上させることできる。
【００２９】
従来のシート状の絶縁物の中にイコライザ電極を巻き込んだ製造方法では、イコライザ電極の端部を湾曲させることはできなかったが、本実施形態では３次元プリンタを用いてイコライザ電極１４及び絶縁樹脂層１５を同時に積層成形させることにより製作することができる。
【００３０】
このように本実施形態によれば、イコライザ電極１４の上下両端部を外周側に湾曲させた湾曲部１４ａが形成されたことにより、コンデンサコア１６の電気絶縁性能を向上させることができる。その結果、絶縁寸法を縮小し、小形で信頼性の高いコンデンサブッシングを提供することが可能となる。
【００３１】
なお、本実施形態において、イコライザ電極１４及び絶縁樹脂層１５は、中心導体１の外周に３次元プリンタを用いて同心円状に配置するようにしたが、これに限らず、上下両端部が外周側に湾曲して形成されたイコライザ電極１４を溶融した絶縁樹脂層１５内に挿入して固化させて形成するようにしてもよい。
【００３２】
また、本実施形態では、イコライザ電極１４の上下両端部を外周側に湾曲させた例について説明したが、これに限らずイコライザ電極１４の上下両端部の一方に湾曲部１４ａを形成するようにしてもよい。
【００３３】
（第２実施形態）
図４は本発明に係るコンデンサブッシングの第２実施形態における絶縁樹脂層を構成する結晶構成を示す模式図である。図５は本発明に係るコンデンサブッシングの第２実施形態における絶縁樹脂層を構成する基本結晶構成を示す模式図である。図６は本発明に係るコンデンサブッシングの第２実施形態における絶縁樹脂層を構成する他の基本結晶構成を示す模式図である。なお、前記第１実施形態と同一又は対応する部分には、同一の符号を用いて説明する。
【００３４】
本実施形態の絶縁樹脂層（絶縁物）１５は、３次元プリンタを用いることにより、図４に示すような結晶構造を用いることができる。図４に示す結晶構造例は、立体トラス構造である。この立体トラス構造は、図５に示すように基準となる正方形が１面と、この正方形の各１辺と辺を共有する４個の三角形の４面とで構成する５面体が互いに面を共有するように構成されている。この結晶構造体２０は、橋等の構造に用いられるように力を均等に分散して高い機械的耐力を有する。
【００３５】
結晶構造体２０において、５面体の各頂点の格子部には、球状接点部１７が配置されている。この球状接点部１７は、その半径よりも小さい半径の円柱の接続部１８により接合されている。その結果、１つの面は３角形又は４角形であるが、隣接する５面体と共有する面の開口部１９を通して絶縁油やＳＦ６ガス等の絶縁媒体が自由に移動することができる。
【００３６】
また、結晶構造体２０の形状は、コンデンサコア１６内に隙間なく、かつイコライザ電極１４の両端部のような湾面部１４ａに沿って形成させることも可能である。このような結晶構造体２０は、上記立体トラス構造やオクテットトラス構造体に限らず、図６に示すようなダイヤモンド構造体等の結晶構造を有するものでも適用可能である。
【００３７】
次に、本実施形態の作用を説明する。
【００３８】
絶縁樹脂層１５を図４に示す結晶構造体２０で構成した場合、絶縁樹脂層１５の空隙率が大きくなり、コンデンサコア１６の機械的強度を維持しつつ、コンデンサブッシングの軽量化が可能となる。また、絶縁樹脂層１５内は、ＳＦ６ガスや絶縁油等の絶縁媒体で充填することができるので、絶縁樹脂層１５自体の絶縁耐力が低下することはない。さらに、これらの絶縁媒体は、絶縁樹脂層１５内を自由に移動することができるので、中心導体１や電気機器側から発生する熱を絶縁媒体の対流によって放熱することが可能であり、耐熱性能も優れたコンデンサブッシングとすることができる。
【００３９】
このように本実施形態によれば、コンデンサコア１６の絶縁樹脂層１５を結晶構造体２０としたことにより、コンデンサコア１６の電気絶縁性能を向上させることができる。その結果、絶縁寸法を縮小し、小形で信頼性が高く、一段と耐熱性能も優れたコンデンサブッシングを提供することが可能となる。
【００４０】
（第３実施形態）
図７は本発明に係るコンデンサブッシングの第３実施形態の上部碍管の笠部を示す断面図である。
【００４１】
本実施形態は、従来構成における上部碍管６に代え、図７に示すように笠部２３の先端部２３ａ内に中空部２１が形成された上部碍管２２としたものである。
【００４２】
具体的には、上部碍管２２は、その軸方向に沿って多数の笠部２３が形成されている。これらの笠部２３は、その先端部２３ａの絶縁層厚さｔが中空部２１の幅よりも小さく形成されている。本実施形態の中空部２１は、３次元プリンタを用いて形成されている。
【００４３】
次に、本実施形態の作用を説明する。
【００４４】
本実施形態では、笠部２３の先端部２３ａの内外が上部碍管２２を形成する絶縁物と空気との複合絶縁となる。笠部２３に中空部２１が存在すると、外側だけでなく中空部２１の空気層にも電位を分担し易くなる。この場合、笠部２３の先端部２３ａは、中空部２１と絶縁物を一体として考えると、等価的にその領域は、中空部２１が形成されていない場合に比べて比誘電率が低下した絶縁物として見なすことができる。そのため、笠部２３の先端部２３ａ表面の電界を低減させることができ、笠部２３の先端部２３ａでの気中放電を発生させ難くすることが可能になる。
【００４５】
なお、笠部２３は、従来は磁器又はシリコンゴムの注型により成形されていたため、絶縁物内部に中空構造を形成することは困難であったが、本実施形態のように３次元プリンタを用いれば成形が可能であり、その材質としてはエポキシ系樹脂やシリコンゴム系等、多様な絶縁物を適用することが可能である。
【００４６】
このように本実施形態によれば、笠部２３の先端部２３ａの内部に中空部２１を形成したことにより、上部碍管２２の気中絶縁性能を向上させることができる。その結果、絶縁寸法を縮小し、小形で信頼性の高いコンデンサブッシングを提供することが可能となる。
【００４７】
なお、本実施形態では、上部碍管２２の笠部２３の先端部２３ａの内部に中空部２１を形成した例について説明したが、これに限らず下部碍管８の笠部の先端部の内部に中空部を形成するようにしてもよい。
【００４８】
（その他の実施形態）
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。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、組み合わ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。
【００４９】
なお、前記第１実施形態から第３実施形態をそれぞれ互いに組み合わせるように構成してもよい。
【符号の説明】
【００５０】
１…中心導体、２…絶縁層、３…イコライザ電極、４…コンデンサコア、５…接地支持金具、５ａ…フランジ、６…上部碍管、７…蓋板、８…下部碍管、９…下部クランプ、１０…絶縁媒体、１１…密閉容器、１２…等電位線、１３…大気、１４…イコライザ電極、１４ａ…湾曲部、１５…絶縁樹脂層（絶縁物）、１６…コンデンサコア、１７…球状接点部、１８…接続部、１９…開口部、２０…結晶構造体、２１…中空部、２２…上部碍管、２３…笠部、２３ａ…先端部
【図１】
2016033861.tif 000003
【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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