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JP3373048B2 - 絶縁導体 - Google Patents

絶縁導体

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Publication number
JP3373048B2
JP3373048B2 JP11575794A JP11575794A JP3373048B2 JP 3373048 B2 JP3373048 B2 JP 3373048B2 JP 11575794 A JP11575794 A JP 11575794A JP 11575794 A JP11575794 A JP 11575794A JP 3373048 B2 JP3373048 B2 JP 3373048B2
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JP
Japan
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electric field
conductor
flange
field relaxation
insulating layer
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JP11575794A
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哲雄 吉田
勝 宮川
信男 正木
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ガス絶縁スイッチギヤ
の絶縁ガス室の外壁などに貫設される絶縁導体に関す
る。
【0002】
【従来の技術】例えば、六フッ化硫黄ガスなどの絶縁ガ
スを箱体内に封入したスイッチギヤ等においては、絶縁
ガス室の外壁に設けられた主回路導体の導出部におい
て、外壁を貫通する絶縁導体が採用されている。
【0003】この絶縁導体は、図5の半断面図に示すよ
うに、中心導体21の周囲に、例えばエポキシ樹脂よりな
る絶縁層22を注形で同軸に形成し、中央部の左側に突設
された環状の取付部22aを箱体の外壁に設けられたフラ
ンジ3の外面に当接させボルト4で固定している。
【0004】この絶縁導体の取付部22aの左側は、絶縁
ガス室20の内部に突設されるために、絶縁層22の沿面距
離は短く、逆に、取付部22aの右側の絶縁層22の沿面距
離は、気中に突設されるために複数のひだを形成して長
くなっている。
【0005】さらに、接地部となる取付部22aの近傍の
絶縁層22の電界を緩和するために、絶縁層22の内部に
は、両端に曲面が形成された円筒形の埋込電極5があら
かじめ一体に注形され、この埋込電極5は、接地されて
いる。一方、フランジ3の外面側には、Oリング6が取
り付けられ、フランジ3に取り付けられた取付部2aの
左側面で押圧されて絶縁ガス室20と外部との気密が維持
されている。
【0006】このように構成された絶縁導体において
は、例えば、特公昭60−16689号公報にも開示さ
れているように、フランジ3を境にして左右に形成され
た絶縁層22の直後と、接地側に対する電界緩和構造とし
ての埋込電極の形状はほぼ同様となっている。
【0007】このように構成された従来の絶縁導体にお
いては、取付部の両側をほぼ対称の構造とすることによ
り、接地側の電界分布も左右でほぼ同様として、安定し
た特性の絶縁導体としている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ところが、このように
構成された絶縁導体においては、絶縁層22の取付部22a
の両側の直径がほぼ同一値となっているために、絶縁導
体の絶縁耐力の低い気中側で絶縁層22の外径が決まるの
で、絶縁耐力の高い絶縁ガス室側の絶縁層では、冗長度
が過分な製品となるおそれがある。
【0009】この絶縁耐力には、絶縁層の厚さの方向と
沿面の方向の二通りがあるが、沿面の電界強度は、埋込
電極5と絶縁層の外面までの絶縁の厚さによって、大き
く変化するので、一般的には数mmの絶縁厚さとし、気中
側で約3kV/mm以下の値となるように設計されている。
【0010】このため、絶縁ガス室側の沿面距離は短い
ものの、埋込電極5と沿面までの絶縁層の厚さがほぼ同
一となっているので、気中側と比べて電界強度が若干上
がるが、ほぼ同一値となる。すると、絶縁ガス室側の絶
縁ガス(例えば、六フッ化硫黄ガス)の絶縁耐力は気中
の約3倍となるので、裕度が過分となる。
【0011】また、他の電気機器へ接続するときには、
充電部が露出した中心導体の端部で行われるので、接続
部の外形が大きくなり、電界強度を緩和する、例えばシ
ールドリングなどの構造を採用しなければならなくな
る。
【0012】このように、従来の絶縁導体においては、
中央に突設された取付部の両側に形成された絶縁層の厚
さが等しく、電界緩和構造もほぼ等しい条件となってい
るので、部分的には裕度が過分の製品となり、外形が大
形となる。
【0013】そこで、本発明の目的は、設置部の絶縁媒
体の絶縁特性に応じて、取付部の両側の耐電圧裕度を平
準化し、外形の小形化を図ることのできる絶縁導体を得
ることである。
【0014】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、中心導体と、この中心導体の外周にこの中心導体と
同軸に形成され中間部に突設されたフランジ部の片側が
フランジ部の他側よりも絶縁耐力の高い媒体内に突設さ
れる絶縁層を備え、フランジの片側に形成された第1の
電界緩和溝と、フランジの他側に形成され絶縁層の厚み
が第1の電界緩和溝の絶縁層の厚みよりも大なる第2の
電界緩和溝を備えた絶縁導体である。
【0015】また、請求項2に記載の発明は、中心導体
と、この中心導体の外周にこの中心導体と同軸に形成さ
れ中間部に突設されたフランジ部の片側がフランジ部の
他側よりも絶縁耐力の高い媒体内に突設される絶縁層を
備え、フランジの片側に形成された第1の電界緩和溝
と、フランジの他側に形成され絶縁層の厚みが第1の電
界緩和溝の絶縁層の厚みよりも大なる第2の電界緩和溝
と、中心導体の他側に突設され絶縁層に埋設される断面
U字状の電界緩和部を備えた絶縁導体である。
【0016】さらに、請求項3に記載の発明は、請求項
2に記載の絶縁導体において、電界緩和部の底部からフ
ランジの他側の電界緩和溝までの長さと、この電界緩和
溝の直径との比を85%以上としたことを特徴とする。
【0017】
【作用】請求項1に記載の発明においては、絶縁耐力の
低い媒体側の第2の電界緩和溝の底部と中心導体との間
に印加される電圧による電界強度は、絶縁耐力の低い媒
体側の第2の電界緩和溝の底部から中心導体との間に形
成された厚みの大なる絶縁層によって緩和される。
【0018】また、請求項2に記載の発明においては、
絶縁耐力の低い媒体側の第2の電界緩和溝の底部と中心
導体との間に印加される電圧による電界強度は、絶縁耐
力の低い媒体側の第2の電界緩和溝の底部から中心導体
との間に形成された厚みの大なる絶縁層によって緩和さ
れ、絶縁耐力の低い媒内側の中心導体の端部と絶縁層の
外面との間の電界強度は、中心導体の端部に突設された
U字状の電界緩和部によって緩和される。
【0019】さらに、請求項3に記載の発明において
は、請求項2に記載の絶縁導体において、絶縁耐力の低
い媒内側の中心導体の端部と絶縁層の外面との間の電界
強度は、中心導体の端部に突設されたU字状の電界緩和
部によって緩和され、このU字状の電界緩和部の表面の
電界強度と、電界緩和溝の底部と対向する中心導体の表
面の電界強度は等しくなる。
【0020】
【実施例】以下、本発明の絶縁導体の一実施例を図面を
参照して説明する。図1(a)は、本発明の絶縁導体を
示す半断面図で、従来の技術で示した図5に対応する
図、図1(b)は、図1(a)の部分拡大図である。図
1(a)及び図1(b)において、中心導体1の周囲に
は、エポキシ樹脂よりなる絶縁層2が注形によって形成
されており、中央部の左側に突設された環状の取付部2
aの左側面をフランジ3にボルト4で固定している。
【0021】但し、取付部2aの左側は、絶縁ガス室に
突設されるために、沿面距離は短く、逆に、取付部2a
の右側は、気中側となるので、ひだを形成して沿面距離
を増やしている。また、フランジ3の外面側には、Oリ
ング6を挿入して、このOリング6を取付部2aの左側
面で押圧することで、左側のガス室7と右側の大気側と
の気密が維持されている。
【0022】絶縁層2の外周には、取付部2aの基端の
両側に、断面L字形の溝9A,9Bが、フランジ3とボ
ルト4との間の電界を緩和するために形成されている。
これらの溝9A,9Bには、破線で示すように、導電塗
料等を塗布した接地層10が形成されて、フランジ3と同
電位となっている。
【0023】このうち、絶縁ガス室側の電界緩和用の溝
9Aの底部の直径D2と、気中側の電界緩和用の溝9B
の底部の直径D1との関係は、D2<D1であり、絶縁
耐力の低い気中側の電界緩和用の溝9Bの中心導体1の
中心からの距離は、絶縁ガス室側の溝9Aの中心導体1
の中心からの距離のほぼ2倍となっている。
【0024】また、中心導体1の右端の接続部には、外
側に一対のコイルばねが巻装された複数列の接触子11を
外側から覆うように円筒状の電極部1aが形成され、中
心導体1の右端の接触部1bは、接触子11の右側に挿入
された接続導体8によって、外部の電気機器に接続され
る。
【0025】このように構成された絶縁導体において
は、溝9Bの底部の直径D2に対して、気中側の絶縁層の
溝9Aの底部の直径D1を大とし、絶縁層2の厚さを厚く
することで、等電位線の間隔が異なってくる。
【0026】即ち、気中側は、絶縁ガス室側よりも約2
倍の絶縁厚さがあるので、等電位線の間隔も約2倍とな
る。このため、各絶縁層2の沿面の電界強度は、絶縁ガ
ス室側の絶縁層の電界強度に比べて気中側の方が約2分
の1となる。
【0027】絶縁媒体の絶縁耐力は、絶縁ガス室側に封
入された六フッ化硫黄ガスに対して気中側が約1/3と
低いので、気中側の電界強度を抑制することができ、絶
縁耐力を上げることができる。なお、絶縁層2の内部の
絶縁耐力は、周囲の絶縁媒体より1桁近く高いため、絶
縁ガス室側の絶縁層の厚みを減らしても良好な特性を維
持することができる。
【0028】次に、中心導体1の軸心から溝9Aの底部の
直径D1と接続導体8の接続部までの距離Lは、L/D
1が86%以上となるように設定している。このL/D1
の関係について、発明者らが検証した特性結果を図2の
グラフに示す。
【0029】中心導体接続部の電極部1aの電界強度を
E1 、中心導体1が溝9Bの接地層10と対向する位置の電
界強度をE2 、接地層10の溝9B部の電界強度をE3 と
して、L/D1を変えたときの電界強度分布の特性であ
る。
【0030】この特性より、L/D1が小さく溝9Bと
電極部1aが近い場合には、電界強度E1 が非常に高く
なる。しかし、L/D1が大きくなり、L/D1=86
(%)の点になると、E1 =E2 となり、中心導体1と
電極部の電界強度が等しくなる。
【0031】ここで、沿面に与える電界強度を考えれ
ば、気中側に開口部を形成する電極部1a側の電界強度
を抑制しなければならない。したがって、L/D1は86
(%)以上に設定することで、沿面の電界強度を抑制す
ることができるので、耐電圧が向上し、絶縁導体の外形
を小形化することができる。なお、電界強度E3 は、気
中側に接しているため、充分に低い値に抑えられるよう
に、溝9Bの曲率半径を大きくしている。
【0032】また、接地層10の近傍の沿面と電極部1a
の近傍の沿面の電界強度は、絶縁層2の絶縁厚さtによ
って大きく変化する。この特性を発明者らが検証した結
果を図3に示すが、絶縁厚さtが増えると、電界強度は
低下する。
【0033】例えば、絶縁導体の定格電圧が52kV(注;
IEC規格)のときには、インパルス耐電圧は250 kVが
荷電されるので、この電圧に対して、気中の破壊電界強
度3kV/mmを下廻る絶縁層の厚さtを求めると、t=40
mm以上である。
【0034】このため、接地側と高電圧側の電界緩和電
極に対して、沿面の電界強度が許容値を下廻る絶縁厚さ
tは、250 kV/40mm=6.2 kV/mm以下となるように設定
する必要がある。
【0035】このように設定された絶縁厚さを有する絶
縁導体では、耐電圧印加時に、気中で部分破壊が発生せ
ず、良好な絶縁耐力を有するので、全体の外形を小形化
することができる。
【0036】このような絶縁導体から他の電気機器へ接
続するときには、図4に示すように、接続導体8を中心
導体1の凸部1bに接触子11を接続させる。この場合、
接続導体8の電界強度を抑制するために、周囲に絶縁層
13を設けている。この絶縁層13は、絶縁導体の絶縁層2
が接続部から一定の絶縁厚さtを備えて広径になる位置
A点から電気機器14までの間に設けられている。
【0037】即ち、接続部近傍では、電極部1aの電界
緩和によって、充分に電界強度が抑制されているが、広
径となる部分での電界緩和と絶縁補強により、接続導体
8の絶縁耐力を上げることができる。
【0038】この絶縁層13は、数mmの絶縁厚さがあれば
充分に接続導体8の電界強度を抑制することができ、ま
た、誘電率が小さい方がその効果が大きい。例えば、絶
縁層8と同一のエポキシ樹脂でもよいが、誘電率の小さ
いポリエチレン樹脂では、更に効果がある。
【0039】なお、上記実施例では、フランジに対して
気中側に接続部を設けた例で説明したが、絶縁ガス室側
に同様の構成を用いても同様の効果が得られる。なお、
フランジに対し、両側に接続部を設けてもよい。但し、
沿面においては、絶縁ガスの許容電界強度が気中の約3
倍であるので、許容値を上げることができ、それに伴っ
て絶縁厚さを減らすことができる。
【0040】さらに、絶縁ガスが封入された密封室相互
間においても、絶縁ガスの種別や圧力によって、耐電圧
特性が異なるときには、適用することができ、真空中と
大気中の間に設けられた隔壁を貫通する絶縁導体にも適
用することができる。
【0041】
【発明の効果】以上、請求項1に記載の発明によれば、
中心導体と、この中心導体の外周にこの中心導体と同軸
に形成され中間部に突設されたフランジ部の片側がフラ
ンジ部の他側よりも絶縁耐力の高い媒体内に突設される
絶縁層を備え、フランジの片側に形成された第1の電界
緩和溝と、フランジの他側に形成され絶縁層の厚みが第
1の電界緩和層の絶縁層の厚みよりも大なる第2の電界
緩和層を備えることで、絶縁耐力の低い媒体側の第2の
電界緩和溝の底部と中心導体との間に印加される電圧に
よる電界強度は、絶縁耐力の低い媒体側の第2の電界緩
和溝の底部から中心導体との間に形成された厚みの大な
る絶縁層によって緩和したので、絶縁媒体の絶縁特性に
対応し、取付部の両側の耐電圧裕度を平準化し、外形の
小形化を図ることのできる絶縁導体を得ることができ
る。
【0042】また、請求項2に記載の発明によれば、中
心導体と、この中心導体の外周にこの中心導体と同軸に
形成され中間部に突設されたフランジ部の片側がフラン
ジ部の他側よりも絶縁耐力の高い媒体内に突設される絶
縁層を備え、フランジの片側に形成された第1の電界緩
和層と、フランジの他側に形成され絶縁層の厚みが第1
の電界緩和層の厚みよりも大なる第2の電界緩和層を備
えることで、絶縁耐力の低い第2の媒体側の電界緩和溝
の底部と中心導体との間に印加される電圧による電界強
度は、絶縁耐力の低い媒体側の第2の電界緩和溝の底部
から中心導体との間に形成された厚みの大なる絶縁層に
よって緩和し、絶縁耐力の低い媒内側の中心導体の端部
と絶縁層の外面との間の電界強度は、中心導体の端部に
突設されたU字状の電界緩和部によって緩和したので、
絶縁媒体の絶縁特性に対応し、取付部の両側の耐電圧裕
度を平準化し、外形の小形化を図ることのできる絶縁導
体を得ることができる。
【0043】さらに、請求項3に記載の発明によれば、
請求項2に記載の絶縁導体において、電界緩和部の底部
からフランジの他側の電界緩和溝までの長さと、この電
界緩和溝の直径との比を85%以上とすることで、絶縁耐
力の低い媒体側の電界緩和溝の底部と中心導体との間に
印加される電圧による電界強度は、絶縁耐力の低い媒体
側の電界緩和溝の底部から中心導体との間に形成された
厚みの大なる絶縁層によって緩和し、絶縁耐力の低い媒
内側の中心導体の端部と絶縁層の外面との間の電界強度
は、中心導体の端部に突設されたU字状の電界緩和部に
よって緩和し、このU字状の電界緩和部の表面の電界強
度と、電界緩和溝の底部と対向する中心導体の表面の電
界強度を等しくしたので、絶縁媒体の絶縁特性に対応
し、取付部の両側の耐電圧裕度を平準化し、外形の小形
化を図ることのできる絶縁導体を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は、本発明の絶縁導体の一実施例を示す
半断面図、(b)は(a)の要部を示す拡大図。
【図2】本発明の絶縁導体の作用を示すグラフ。
【図3】本発明の絶縁導体の図2と異なる作用を示すグ
ラフ。
【図4】本発明の絶縁導体の他の実施例を示す半断面
図。
【図5】従来の絶縁導体の一例を示す半断面図。
【符号の説明】
1…中心導体、1a…電極部、2…絶縁層、2a…取付
部、3…フランジ、4…ボルト、5…埋込電極、6…O
リング、7…絶縁ガス室、8…接続導体、9A,9B…
溝、10…接地層、11…接触子。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01B 17/00 - 17/54 H01H 33/53

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 中心導体と、この中心導体の外周にこの
    中心導体と同軸に形成され中間部に突設されたフランジ
    部の片側が前記フランジ部の他側よりも絶縁耐力の高い
    媒体内に突設される絶縁層を備え、前記フランジの片側
    に形成された第1の電界緩和溝と、前記フランジの他側
    に形成され絶縁層の厚みが前記第1の電界緩和溝の絶縁
    層の厚みよりも大なる第2の電界緩和溝を備えた絶縁導
    体。
  2. 【請求項2】 中心導体と、この中心導体の外周にこの
    中心導体と同軸に形成され中間部に突設されたフランジ
    部の片側が前記フランジ部の他側よりも絶縁耐力の高い
    媒体内に突設される絶縁層を備え、前記フランジの片側
    に形成された第1の電界緩和溝と、前記フランジの他側
    に形成され絶縁層の厚みが前記第1の電界緩和溝の絶縁
    層の厚みよりも大なる第2の電界緩和溝と、前記中心導
    体のフランジ部の他側に突設され前記絶縁層に埋設され
    る断面U字状の電界緩和部を備えた絶縁導体。
  3. 【請求項3】 電界緩和部のU字の底部からフランジの
    他側の電界緩和溝までの長さと、この電界緩和溝の直径
    との比を86%以上としたことを特徴とする請求項2に記
    載の絶縁導体。
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