(57)【要約】【課題】絶縁ガス空間の電界の変歪を抑制し、また金属異物に起因した絶縁破壊を低減して、絶縁耐電圧が向上したガス絶縁開閉装置を得る。【解決手段】この発明に係るガス絶縁開閉装置は、絶縁ガスが充填された接地タンク１と、この接地タンク１に収納され、構成機器及びこの構成機器に電気的に接続された高電圧導体２と、接地タンク１の底面部に形成された窪み部５に収まり、熱により溶融し接地タンク１内の金属異物を捕獲する導電性金属材料６とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁ガスが充填された密閉容器と、
この密閉容器に収納され、構成機器及びこの構成機器に電気的に接続された高電圧導体と、
前記密閉容器の底面部に形成された窪み部に収まり、熱により溶融し前記密閉容器内の金属異物を捕獲する導電性金属材料と
を備えたことを特徴とするガス絶縁開閉装置。
【請求項２】
前記導電性金属材料の容積は、窪み部の容積と一致していることを特徴とする請求項１に記載のガス絶縁開閉装置。
【請求項３】
前記窪み部は、円筒形状の前記密閉容器の軸線方向に延びた前記高電圧導体を支持するスペーサ間に渡って形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のガス絶縁開閉装置。
【請求項４】
絶縁ガスが充填された密閉容器と、
この密閉容器に収納され、構成機器及びこの構成機器に電気的に接続された高電圧導体と、
前記密閉容器の底面部に円周方向に間隔をあけて配設された複数の金属棒と、
隣接した前記金属棒の間に配設され、熱により溶融し前記密閉容器内の金属異物を捕獲する導電性金属材料と
を備えたことを特徴とするガス絶縁開閉装置。
【請求項５】
前記金属異物と前記密閉容器との間で生じた部分放電を検出する部分放電センサと、前記導電性金属材料を加熱して溶融する加熱用ヒータと、前記部分放電センサからの部分放電信号を受信し、前記加熱用ヒータに通電するヒータ制御部とを備えたことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のガス絶縁開閉装置。
【請求項６】
前記導電性金属材料は、融点温度が４０-７０℃であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のガス絶縁開閉装置。
【請求項７】
前記導電性金属材料は、融点温度が７０℃以上であることを特徴とする請求項５に記載のガス絶縁開閉装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、密閉容器に、構成機器及びこの構成機器に電気的に接続された高電圧導体が収容され、密閉容器内に絶縁ガスを充填して、構成機器及び高電圧導体と、密閉容器とを絶縁するガス絶縁開閉装置ガス絶縁開閉装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガス絶縁開閉装置は、円筒形状の接地タンクの内部に同軸上に電流が流れる円筒形状の高電圧導体が配設され、主絶縁媒体として六フッ化硫黄ガスを使用するのが主流である。この六フッ化硫黄ガスは空気の約３倍の絶縁耐力があることから高圧部と接地電極間の距離を縮めることのできる機器を可能としている。
しかし、接地タンク内部に金属異物が混入すると、金属異物が帯電して接地タンク内の径方向に往復運動し、絶縁耐圧が下がるので、金属異物を除去し、または挙動を抑える必要がある。
【０００３】
従来、例えば金属異物の影響を除外する装置として、高電圧導体が収納された金属容器内の底面部に電気抵抗ヒータが埋め込まれた樹脂を設けた装置が知られている（例えば特許文献１参照）。
この装置では、ガス絶縁開閉装置の運転中は、電気抵抗ヒータに電流が流れるため、電気抵抗ヒータのジュール熱により、樹脂が溶融している。そして、金属異物は、電気力線方向である接地タンクの径方向を中心に高電圧導体と接地タンクとの間を往復運動し、接地タンクの底面部に液状となった樹脂の中に飛び込み、捕獲されることで、金属異物の影響は除外されている。
【特許文献１】米国特許第４４８０１４７号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記構成のガス絶縁開閉装置では、接地タンクの底面部に六フッ化硫黄ガスよりも誘電率の高い樹脂が設けられているので、ガス空間の電界が変歪して絶縁耐電圧を低下するという問題点があった。
【０００５】
この発明は、上記のような問題点を解決することを課題とするものであって、導電性金属材料を用いることで絶縁ガス空間の電界の変歪を抑制し、また金属異物を溶融した導電性金属材料によって捕獲して金属異物に起因した絶縁破壊を低減して絶縁耐電圧が向上したガス絶縁開閉装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係るガス絶縁開閉装置は、絶縁ガスが充填された密閉容器と、この密閉容器に収納され、構成機器及びこの構成機器に電気的に接続された高電圧導体と、前記密閉容器の底面部に形成された窪み部に収まり、熱により溶融し前記密閉容器内の金属異物を捕獲する導電性金属材料とを備えている。
【０００７】
また、この発明に係るガス絶縁開閉装置は、絶縁ガスが充填された密閉容器と、この密閉容器に収納され、構成機器及びこの構成機器に電気的に接続された高電圧導体と、前記密閉容器の底面部に円周方向に間隔をあけて配設された複数の金属棒と、隣接した前記金属棒の間に配設され、熱により溶融し前記密閉容器内の金属異物を捕獲する導電性金属材料とを備えている。
【発明の効果】
【０００８】
この発明に係るガス絶縁開閉装置によれば、導電性金属材料を用いることでガス空間の電界の変歪を抑制し、また金属異物を溶融した導電性金属材料によって捕獲して金属異物に起因した絶縁破壊を低減して、絶縁耐電圧が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、この発明の各実施の形態について図に基づいて説明するが、各図において同一、または相当部材、部位については、同一符号を付して説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１のガス絶縁開閉装置を示す要部断面図である。
このガス絶縁開閉装置は、密閉容器である円筒形状の接地タンク１と、この接地タンク１の中心軸線上に配置され、遮断器（図示せず）、断路器（図示せず）等の構成機器と電気的に接続された高電圧導体２と、この高電圧導体２を支持したスペーサ３とを備えている。この接地タンク１内には、絶縁ガスである六フッ化硫黄ガス４が充填されており、接地タンク１と、遮断器、断路器等の構成機器、高電圧導体２との間では絶縁が確保されている。
【００１０】
接地タンク１の底面部のスペーサ３の近傍には、底の浅い窪み部５が形成されている。この窪み部５内には、導電性金属材料６が収まっている。
この導電性金属材料６は、融点温度が４０-７０℃になるものが望ましく、代表的な材料として、金属単体ならばガリウム、合金ならばウッドメタル合金に代表されるＢｉ−Ｐｂ−Ｓｎ−Ｃｄの合金、またはＢｉ−Ｓｎ−Ｉｎの合金が用いられる。
【００１１】
このガス絶縁開閉装置では、運転中では、高電圧導体２を通じて、遮断器、断路器等には通常電流が流れる。その電流によって発生した熱により、接地タンク１の底面部は、高電圧導体２と比較して温度は低いものの、常温よりも３０度から４０度、温度が高い。従って、窪み部５内の導電性金属材料６は、融点以上の温度の環境下にあり、溶融して液状化している。
【００１２】
図２は構成機器の課電により、金属異物７が運動している様子を示す図である。
接地タンク１内には、電界が発生しており、接地タンク１内の金属異物７は、課電の影響により静電誘導、部分放電現象が発生して帯電することがある。金属異物７は、帯電するとクーロン力が働き、交流印加電圧の位相に連動して主に電気力線方向に沿った運動を行う。
接地タンク１は、円筒形状であり、接地タンク１の径方向が電気力線方向であるので、接地タンク１の周方向に関しては同条件だが、金属異物７の運動の支配力は、クーロン力の他に重力があるため、主な金属異物７の運動は、接地タンク１の底面部付近となる場合が多い。
また、電気力線と垂直な図１の左右方向（高電圧導体２の軸線方向）の金属異物７の運動は、金属異物７が接地タンク１の底面部に落ちる角度による跳ね返り条件の影響を受けるため確率的な挙動になる。
【００１３】
運動している金属異物７は、ある確率をもって、接地タンク１の底面部付近を領域として運動しており、いずれは窪み部５の内部に落ち込み、捕獲される。
窪み部５内に液状化した導電性金属材料６が無い場合には、窪み部５の深さが浅いと、金属異物７が跳ね返って窪み部５の外に出てしまう危険性がある。
しかしながら、この実施の形態では、金属異物７は、液状化した導電性金属材料６により跳ね返ることも無いため、窪み部５の外に出ることも無く、また窪み部５内に落ち込めば、溶融した導電性金属材料６が充填された窪み部５内では電界が弱く、クーロン力も弱くなり、金属異物７は捕獲され、無害化される。
また、導電性金属材料６は、融点温度が４０-７０℃であるので、導電性金属材料は運転時に構成機器内に発生する熱だけで溶融させることができる。
【００１４】
なお、窪み部５は、接地タンク１の底面部において隣り合うスペーサ３間の軸線方向に渡って形成するようにしてもよい。このようにすることで、金属異物７は、窪み部５内に迅速に落ち込むことになり、六フッ化硫黄ガス４中の金属異物７は迅速に捕獲される。
【００１５】
また、窪み部５内の導電性金属材料６の容積は、窪み部５内の容積と同じにしてもよい。
以下、その効果について説明する。
図３は導電性金属材料６が無い場合の電界分布図であり、図中の矢印は電界ベクトルを示している。同軸円筒形状の場合は電界ベクトルは径方向に向く。
電界強度は、接地タンク１の底面部においてほぼ同等であるが、窪み部５のコーナ部Ａで径方向へ約２倍の電界強度が発生する。接地タンク１の底面部の電界は金属異物７の浮上条件に大きな影響を与え、電界強度が高くなることは好ましくない。
また、接地タンク１内の空間の電界が高くなることは六フッ化硫黄ガスの絶縁耐電圧を低下させる点でも好ましくない。
この実施の形態に示す窪み部５を形成することで、電界強度が高くなる部位が発生するが、通常はコーナ部エッジを曲面にしたり、図３では垂直になっている窪み部５の内周壁面に傾斜をつけ側面をテーパ状にしたりして、電界緩和を行うことができる。
また、窪み部５内の導電性金属材料６の容積を、窪み部５内の容積と同じにした場合には、導電性金属材料６の上面と接地タンク１の底面部の位置がほぼ同じ位置で、アース面が接地タンク１の底面部と同じ位置になるため、図３に示すような電界強度が高くなる部位がなくなる。そのため、金属異物７が浮上し難くなったり、電界が高い部分がなくなるためガス絶縁開閉装置の耐電圧性能がより向上する。
【００１６】
実施の形態２．
図４はこの発明の実施の形態２によるガス絶縁開閉装置の示す構成図で、接地タンク１の軸線方向に対して垂直方向に切断したときの断面図である。
この実施の形態では、接地タンク１の底面部には、円周方向に間隔をあけて複数の金属棒２０が溶接により接合されている。また、隣接した金属棒２０間の間には、熱により溶融するシート状の導電性金属材料６が配置されている。
なお、金属棒２０は断面が円形であるが、勿論この形状に限定されるものではなく、例えば断面が蒲鉾形状であってもよい。
また、金属棒２０は、隣合うスペーサ３の間に部分的に設けたものでもよいし、スペーサ３間に渡って設けてもよい。ただし部分的に設けたものは軸方向の端部に溶けた金属が流れないようにするために、棒同士を渡すような部材が必要である。
この他の構成は、実施の形態１と同じである。
【００１７】
この実施の形態では、実施の形態１と同様に、金属異物７は、液状化した導電性金属材料６により捕獲され跳ね返ることが無い。
また、金属異物７は、低電界領域である複数本の金属棒２０のうち隣接した金属棒２０間に形成される間隔領域内に落ち込めば、間隔領域内では電界が弱く、クーロン力も弱くなり、金属異物７の浮上が困難となり、確実に捕獲され、無害化される。
【００１８】
なお、隣接した金属棒２０間に導電性金属材料６を配置しなければ、接地タンク１の底面部の電界が変歪して、金属棒２０の上面部Ｂに電界が集中する。この場合、金属棒２０が無いときの接地タンク１の底面部に比べても電界は高くなる。
従って、金属棒２０を配置しない従来のものよりも金属異物７の浮上条件に対して悪化するため絶縁信頼性は低下する。
しかしながら、この実施の形態のように金属棒２０間に導電性金属材料６を配置することで、接地タンク１の底面部の電界変歪は小さくなり、金属棒２０の上面部Ｂの電界集中も抑制され、ガス絶縁開閉装置の耐電圧性能が向上する。
【００１９】
実施の形態３．
図５はこの発明の実施の形態３によるガス絶縁開閉装置の要部断面図である。
このガス絶縁開閉装置は、接地タンク１内に設けられ金属異物７と接地タンク１との間で生じた部分放電を検出する部分放電センサ９と、窪み部５内の導電性金属材料６を加熱して溶融する加熱用ヒータ８と、部分放電センサ９からの部分放電信号を信号検出器１０から受信し、加熱用ヒータ８に通電するヒータ制御部１１とを備えている。
この導電性金属材料６の融点は、実施の形態１，２のものと異なり、ガス絶縁開閉装置内で発生する熱の温度よりも高い、７０℃以上である。
代表的な導電性金属材料６として、はんだ材料としても使用されている共晶はんだ材料のＳｎＰｂ合金やマロット合金、ローズ合金、ニュートン合金に代表されるＳｎＢｉＰｂ系合金や、他にＳｎＡｇＣｕ系合金、ＳｎＣｕ系合金、ＳｎＺｎＡｌ系合金が用いられる。
なお、部分放電センサ９は、接地タンク１の外部に配置してもよい。
他の構成は、実施の形態１と同じである。
【００２０】
この実施の形態では、接地タンク１内の金属異物７が挙動を始めると、金属異物７は帯電しているため、主に金属異物７が接地タンク１の底面部に着地するときに電荷の放出が生じるため、部分放電が発生する。
部分放電センサ９は、その部分放電を検出し、その放電信号は信号検出器１０を介してヒータ制御部１１に送られる。ヒータ制御部１１からは、加熱用ヒータ８の電源をＯＮとする信号が送られ、加熱用ヒータ８が発熱する。この発熱により、導電性金属材料６は、ある時間が経過後には液状化される。
その後は、実施の形態１と同様の作用により、金属異物７の挙動は止められ、無害化が可能となる。
【００２１】
金属異物７の挙動が止まると、部分放電も止まるため、ヒータ制御部１１からの指令により加熱用ヒータ８の電源をＯＦＦとなり、加熱用ヒータ８の発熱は停止する。
この結果、溶融した導電性金属材料６は再び固化されるので、導電性金属材料６の内部に金属異物７は閉じ込められ、金属異物７の無害化がより可能となる。
【００２２】
この実施の形態によるガス絶縁開閉装置によれば、実施の形態１と同様の効果を得ることができるとともに、絶縁破壊の危険性が高い金属異物７が挙動している状態に対応して導電性金属材料６を溶融するため、効率よく金属異物７の挙動を止め、無害化を可能にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】この発明の実施の形態１によるガス絶縁開閉装置の要部を示す断面図である。
【図２】図１の接地タンク内の金属異物の挙動を示す図である。
【図３】図１の接地タンク内の電界分布を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態２によるガス絶縁開閉装置の要部を示す断面図である。
【図５】この発明の実施の形態３によるガス絶縁開閉装置の要部を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２４】
１  接地タンク（密閉容器）、２  高電圧導体、３  スペーサ、４  六フッ化硫黄ガス（絶縁ガス）、５  窪み部、６  導電性金属材料、７  金属異物、８  加熱用ヒータ、９  部分放電センサ、１０  信号検出器、１１  ヒータ制御部、２０  金属棒、Ａ  コーナ部、Ｂ  上面部。
【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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