JP5584717B2

JP5584717B2 - ガス絶縁電気機器

Info

Publication number: JP5584717B2
Application number: JP2012035702A
Authority: JP
Inventors: 壮一朗海永; 学吉村; 尚使宮本; 崇夫釣本
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-02-22
Filing date: 2012-02-22
Publication date: 2014-09-03
Anticipated expiration: 2032-02-22
Also published as: JP2013172579A

Description

本発明は、高電圧導体を接地タンク内部に収容し、接地タンク内に充填した絶縁ガスで高電圧導体と接地タンクとを絶縁したガス絶縁電気機器に関するものである。

接地タンク内に高電圧導体を絶縁支持し、絶縁ガスを充填したガス絶縁電気機器は、製作時や現地での据付作業時に、例えば塵、繊維、導電性または半導電性の固体などの異物が接地タンク内に混入する可能性がある。混入した異物は機器の耐電圧性能を低下させる恐れがある。特に異物が金属製でかつ線状のときは異物先端の電界集中が大きいため、耐電圧性能に及ぼす影響が大きい。このような問題を解決する従来の技術として、接地タンクの底面に金属格子からなる異物トラップを設け、異物トラップの電位を接地タンクと一致させることで異物トラップと接地タンクの間に低電界領域を形成し、異物が浮上できなくなるようにしたものがある（例えば特許文献１参照）。
また、接地タンクの底面に複数のスリット部を有する第１異物トラップと、第１異物トラップの下部に複数の凸部と溝部を有する第２異物トラップを設け、第１異物トラップは接地タンクと同電位とし、第１異物トラップと接地タンクの間には低電界領域を形成することで、第１異物トラップを通過した異物は第２異物トラップの凸部を滑り落ち、第１異物トラップの板状部分と第２異物トラップの凸部と溝部とで構成される領域に捕捉されるようにしたものがある（例えば特許文献２参照）。

特公昭５０−４０７０２号公報（第２−４頁、図２）実開昭５５−４０６５１号公報（第１頁、図２）

上記特許文献１のような技術では異物トラップを金属格子で構成しているため、異物トラップの占める面積のうち異物が通過できる穴部の面積の割合が大きく、異物トラップの外部からやってきた異物が異物トラップを通過して低電界領域に到達する確率は高い。しかし、異物が低電界領域に捕捉されても、開閉装置の動作や地震等を原因とした機械的振動によって再浮上する可能性がある。このとき、異物が低電界領域から高電圧導体側に通過できる面積も大きいため、異物トラップの外部に出てしまう確率も大きくなる。
一方特許文献２のような技術では、第１異物トラップを通過した異物は第１異物トラップの板部と、第２異物トラップの凸部と溝部とで構成される領域に捕捉されるため、機械的振動で異物が再浮上しても、第１異物トラップの板部に衝突し、第１異物トラップの外側に出る確率は小さくなる。しかし、機械的振動で再浮上した異物が板部に衝突する確率を大きくするには、板部の幅を大きくする必要がある。また、板部の幅が大きくなると、第１異物トラップの外部からやってきた異物が第１異物トラップを通過できる確率は低下する。即ち、異物トラップの外部からくる異物を低電界領域側に通過させる性能と、捕捉された異物が機械的振動により浮上しても異物トラップの外部に通過させない性能とが両立できない問題点があった。

本発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、異物を異物トラップの外側から内側へ通過させる機能と、異物トラップに捕捉された異物に対して機械的振動で再浮上する力が働いても異物トラップの内側に留める機能の双方を高めたガス絶縁電気機器を提供することを目的としている。

上記の目的を達成するため、本発明に係るガス絶縁電気機器は、絶縁ガスが充填された導電性容器と、この導電性容器の内部に絶縁支持され高電圧が印加される導電体と、上記導電性容器の内側下部に設置され該導電性容器の内周面に対して間隙部を有し該導電性容器と電気的に接続された異物トラップ部材及び上記間隙部に設置され該間隙部に入り込んだ異物が浮上方向には移動し難く重力方向には移動し易くした浮上抑制部材からなる異物トラップ装置と、を備えたガス絶縁電気機器であって、上記浮上抑制部材は、上記導電体側の面の中央部に頂部を有しその両側部に上記異物を滑り落とすための傾斜面を有する凸部が形成されてなり、上記導電性容器の内周面下部に対して隙間を介して設置されており、上記異物トラップ部材は格子状に形成され、上記浮上抑制部材の上記頂部は、上記異物トラップ部材の格子を形成している骨部に対応した位置に配設され、上記浮上抑制部材の上記傾斜面は、上記異物トラップ部材の格子の空隙部に対応した位置に配設されていることを特徴とするものである。

本発明に係るガス絶縁電気機器によれば、格子状に形成された異物トラップ部材と導電性容器の内周面の間隙部に、中央部に頂部を有しその両側部に異物を滑り落とすための傾斜面を有する凸部が形成され、頂部は異物トラップ部材の格子を形成している骨部に対応した位置に配設され、傾斜面は異物トラップ部材の格子の空隙部に対応した位置に配設される浮上抑制部材を設けたため、異物トラップ部材の格子の空隙部を通過した異物を浮上抑制部材の傾斜面により滑り落とすことができるとともに、浮上抑制部材における導電性容器の内周面に対向する面は異物の移動を効果的に抑制する形状に形成できて、上記間隙部に入り込んだ異物が浮上方向には移動し難く重力方向には移動し易くすることができ、一度捕捉された異物に機械的振動等によって再浮上する力が働いた場合でも、異物が異物トラップ部材を通過し難いため、外部に出ることを防止できる。また、それに伴い異物トラップ部材における異物が通過できる面積を増やせるため、異物の捕捉性能と捕捉異物の再浮上防止の両方に優れたガス絶縁電気機器が得られる。

本発明の実施の形態１によるガス絶縁電気機器としてのガス絶縁開閉装置の要部断面を概念的に示す斜視図。図１に示された異物トラップ装置の要部構成を概念的に示す正面断面図。図２に示された異物トラップ装置の変形例を概念的に示す正面断面図。図２に示された異物トラップ装置の他の変形例を概念的に示す正面断面図。本発明の実施の形態２によるガス絶縁電気機器としてのガス絶縁開閉装置の要部構成を概念的に示す正面断面図。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１によるガス絶縁電気機器としてのガス絶縁開閉装置の要部断面を概念的に示す斜視図、図２は図１に示された異物トラップ装置の要部構成を概念的に示す正面断面図である。図において、ガス絶縁電気機器は、金属容器からなる導電性容器である円筒状の接地タンク１と、高電圧が印加される導体からなる導電体２を備え、導電体２は固体絶縁物からなる絶縁スペーサ（図示せず）で接地タンク１と同軸中心の位置に固定されている。接地タンク１と導電体２との間には、両者を絶縁するための絶縁ガス（図示せず）が充填されている。好ましく用いられる絶縁ガスとしては、例えばＳＦ_６、乾燥空気、Ｎ_２、ＣＯ_２、Ｏ_２、Ｃ−Ｃ_４Ｆ_８、ＣＦ_３Ｉ等の単体ガスが挙げられる。また、上記絶縁ガスを２種類もしくはそれ以上の種類で混合させたものであってもよい。

上記接地タンク１内の下部には、金属格子により構成された異物トラップ部材３が内周面下部１ａとの間に所定の間隙部Ａを有するように設置される。異物トラップ部材３は接地タンク１と溶接やボルト締めなど適宜の固定手段（図示省略）により固定され、接地タンク１と電気的に接続されている。このような異物トラップ部材３を接地タンク１内部に設置すると、異物トラップ部材３の格子を形成している骨部３１で電界集中が起こり、ガス絶縁電気機器の絶縁性能が低下する恐れがある。そこで、この実施の形態１では異物トラップ部材３の骨部３１に例えばコーティング等で絶縁被覆３２が施され、骨部３１の電界を緩和するように構成されている。なお、絶縁被覆３２は骨部３１の少なくとも導電体２側の面に施される。前後・左右に隣り合う骨部３１相互の間には異物５が通過し得る穴部３３が形成されている。

また、接地タンク１の内周面下部１ａと異物トラップ部材３の間の間隙部Ａには浮上抑制部材４が設けられる。浮上抑制部材４は接地タンク１や異物トラップ部材３と電気的に接続されていても良いが、そうでなくても良い。浮上抑制部材４は異物トラップ部材３による電界低減効果が十分に発揮され、静電気力により異物が浮上しない間隙部Ａに設置される。浮上抑制部材４は、例えば各種の格子状や複数のスリットが平行に並んだ縞状に形成される。また、シートに複数の穴を開けた形状であってもよい。本書ではこれらを包括して格子状と呼ぶ。

この例では、浮上抑制部材４は、図１に示すように複数の骨材４１を相互に離間させて縦方向に並べたものと、同様に横方向に並べたものを重ね合わせた格子状に形成されている。そして、金網形の格子状に形成された異物トラップ部材３の骨部３１の背面側に上記浮上抑制部材４の骨材４１が位置するように配設され、浮上抑制部材４と内周面下部１ａとの間には隙間Ａ１が形成されている。そして、上記異物トラップ部材３と浮上抑制部材４によって異物トラップ装置５が構成されている。

浮上抑制部材４を構成する骨材４１は、間隙部Ａ（隙間Ａ１部分を含む。以下同様）に入り込んだ異物６が、浮上方向には移動し難く、内周面下部１ａの方向には移動し易い断面形状に構成される。この実施の形態１では、図２に示すように、骨材４１は導電体２側の面の中央部に頂部を有し、その両側部に異物を重力方向に滑り落とすための傾斜面を有する断面三角形に形成されている。なお、該断面形状は三角形に限定されるものではなく、例えば、図３の変形例に示すように台形とし、あるいは図４の他の変形例のように半楕円形としても良い。

何れの場合も、異物トラップ部材３を下方向に通過した異物６が浮上抑制部材４の表面を滑り落ちやすいよう導電体２側が凸の傾斜が設けられており、内周面下部１ａに対向する面は、逆に浮上抑制部材４の下側から異物トラップ部材３の方向に移動しようとする異物６に対しては効果的に移動を抑制できるように、例えば図のように平面状に形成し、あるいは凹形状（図示せず）に形成されていれば良い。

次に、上記のように構成された実施の形態１の動作について説明する。まず、導電体２に電圧が印加されると、接地タンク１内面の電界が大きくなる。接地タンク１内に混入し異物トラップ装置５の外にある異物（図示せず）は、電界の作用で帯電し、接地タンク１の内面から浮上する方向に静電気力を受ける。静電気力が重力より大きくなると異物は浮上し、導電体２に向かって移動を始める。異物の周囲の電界は強められるため、異物が導電体２に接近したり付着したりすると局所的に高電界領域が形成され、機器の耐電圧性能が低下する。

ここで、接地タンク１の内周面下部１ａに接地タンク１と同電位の異物トラップ部材３が設置されていると、異物トラップ部材３と接地タンク１の間の間隙部Ａは、低電界領域となる。静電気力は電界強度に比例するため、低電界領域となっている間隙部Ａ内では異物６に働く静電気力が弱まり、浮上できずに捕捉される。異物トラップ部材３全体の面積のうち異物トラップ部材３の穴部３３が占める面積の割合が大きければ大きいほど異物は高い確率で低電界領域に到達し、結果として異物６の捕捉確率も増大する。

低電界領域となっている間隙部Ａ内で異物６が捕捉されるには、異物６が落ち込んだ地点において異物６に加わる電界が浮上開始電界より小さい必要がある。浮上開始電界は異物６の材質、形状、大きさに依存する。例えば金属表面に直立した状態の線状金属異物の浮上開始電界Ｅは、異物の形状を回転楕円体と想定すると以下の式から理論的に求めることができる。

Ｅ＝｛ｌｎ(２Ｌ/ｒ)−１｝［２ρｒ²ｇ/３ε_０Ｌ｛ｌｎ(Ｌ/ｒ)−０．５｝］^0.5
ここで、ｒ、Ｌ、ρは、それぞれ金属異物の半径、長さ、密度であり、ｇは重力加速度、ε_０は真空の誘電率である。具体的な例として、半径ｒが０．１ｍｍ、長さＬが３ｍｍのアルミ製金属異物を想定すると、浮上開始電界は約０．１ｋＶｒｍｓ／ｍｍとなる。異物トラップ部材３の穴部３３の大きさや異物トラップ部材３と接地タンク１との間の距離を調整し、異物６が落ち込んだ地点における電界強度を異物６の浮上開始電界以下にする。

次に、異物トラップ部材３に施された絶縁被覆３２の作用について説明する。上記に従って異物トラップ部材３の形状や設置高さを決めることにより、異物トラップ部材３の穴部３３を通過して低電界領域である間隙部Ａに到達させることで異物６は捕捉される。しかし、異物トラップ部材３の骨部３１には電界が集中するため、骨部３１に異物６が接近すると異物６は大きな速度で浮上し、絶縁破壊が起きやすくなる恐れがある。然るに、実施の形態１においては異物トラップ部材３の骨部３１に絶縁被覆３２が施されていることにより、骨部３１の電界が緩和され、また絶縁被覆３２が施されていることで、異物トラップ部材３の骨部３１に異物６が接触している場合に異物６が帯電するのを抑制でき、異物６の浮上抑制につなげることができる。

次に。浮上抑制部材４の作用について説明する。浮上抑制部材４は低電界領域となる間隙部Ａに設置され、静電気力による浮上が起きないよう異物トラップ部材３と浮上抑制部材４の距離Ｌ１を調整する。異物トラップ部材３を通過した異物６は浮上抑制部材４の上に落ちる。前述したように、浮上抑制部材４の異物トラップ部材３側の面は下方向に傾斜された凸面であるため、浮上抑制部材４の上に落ちた異物６は自身に働く重力により浮上抑制部材４の下部に滑り落ちる。浮上抑制部材４の下側の隙間Ａ１も低電界領域であるため、静電気力により異物６が浮上することはない。また、図示していない開閉装置の開閉動作や地震等により装置が振動した場合でも、浮上抑制部材４の内周面下部１ａに対向した面は凹もしくは平らであるため、異物６が浮上抑制部材４を通り抜ける確率は小さい。

上記のように、実施の形態１のガス絶縁電気機器によれば、異物トラップ部材３と、間隙部Ａに入り込んだ異物６が浮上方向には移動し難く内周面下部１ａ方向には移動し易くした浮上抑制部材４からなるトラップ装置５を導電性容器１内の下部に設けるようにしたので、一度捕捉された異物が機械的振動により再浮上する力が働いても、異物が異物トラップ部材３の外部に出ることを防止できる一方、異物トラップ部材３の面積のうち異物６が通過できる穴部３３の面積の割合を増やすことができる。

従って、異物６の捕捉性能と捕捉した異物の離散防止性能の両方に優れたガス絶縁電気機器を得ることができる。また、異物トラップ部材３を構成する骨部３１の少なくとも導電体２側の面に絶縁被覆３２を施すようにしたので、骨部３１における電界集中を抑制でき、異物トラップ部材３の設置に伴うガス絶縁電気機器の絶縁性能低下を抑制することができる。これにより、機器の信頼性が向上する他、機器を小型化したり、環境負荷の低減に結び付けることも可能となる。

実施の形態２．
図５は本発明の実施の形態２によるガス絶縁電気機器としてのガス絶縁開閉装置の要部構成を概念的に示す正面断面図である。なお、この実施の形態２は異物トラップ部材と浮上抑制部材の両方の機能を一つにまとめ、一体部材として構成したものである。図において、異物トラップ部材３Ａと浮上抑制部材４Ａが一体化された格子状の異物トラップ装置５Ａは、接地タンク１に対して溶接やボルト締め等の固定手段（図示省略）により固定されることで接地タンク１と電気的に接続されている。

異物トラップ装置５Ａのうち、異物トラップ部材３Ａは、実施の形態１における異物トラップ部材３の骨部３１に相当する異物トラップ部３１Ａによって、接地タンク１との間の空隙部Ａに低電界領域を形成する機能を有する。一方、浮上抑制部材４Ａは実施の形態１における浮上抑制部材４と同様に傾斜面を有する凸部を有し、略同様の機能を有する。異物トラップ部材３Ａと浮上抑制部材４Ａとの距離Ｌ２は浮上抑制部材４Ａにおいて異物６にかかる電界が浮上抑制電界を下回るよう決められる。なお、異物トラップ部材３Ａと浮上抑制部材４Ａとは接続部５１によって接続される形で全体が一体化されている。その他の構成は実施の形態１と同様である。

上記のように構成された実施の形態２によれば、一度異物トラップ装置５Ａに捕捉された異物（図示省略）に対して機械的振動により再浮上する力が作用しても、その異物が異物トラップ装置５Ａの外部に出ることを実施の形態１と同様に防止できる。また、同時に異物トラップ部材３Ａの面積のうち、異物が通過できる穴部３３の面積の割合を同様に増やすことができる。従って、異物の捕捉性能と捕捉異物の離散防止性能の両方に優れたガス絶縁電気機器を得ることができる。また、金属格子からなる異物トラップ部材３Ａと浮上抑制部材４Ａを一体としたことで、設置の手間を軽減できるという効果が得られる。

なお、上記実施の形態１、２において、導電性容器１内に導電体２を収納したガス絶縁電気機器として説明したガス絶縁開閉装置の具体例としては、遮断機、断路器、接地開閉器、あるいは避雷器等を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。また、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態の一部または全部を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。例えば、接地タンク１の形状、導電体２の形状や種類など適宜変更することができる。

１接地タンク（導電性容器）、１ａ内周面下部、２導電体、３、３Ａ異物トラップ部材、３１骨部、３１Ａ異物トラップ部、３２絶縁被覆、３３穴部、４、４Ａ浮上抑制部材、５、５Ａ異物トラップ装置、５１接続部、６異物、Ａ間隙部、Ａ１隙間。

Claims

絶縁ガスが充填された導電性容器と、この導電性容器の内部に絶縁支持され高電圧が印加される導電体と、上記導電性容器の内側下部に設置され該導電性容器の内周面に対して間隙部を有し該導電性容器と電気的に接続された異物トラップ部材及び上記間隙部に設置され該間隙部に入り込んだ異物が浮上方向には移動し難く重力方向には移動し易くした浮上抑制部材からなる異物トラップ装置と、を備えたガス絶縁電気機器であって、上記浮上抑制部材は、上記導電体側の面の中央部に頂部を有しその両側部に上記異物を滑り落とすための傾斜面を有する凸部が形成されてなり、上記導電性容器の内周面下部に対して隙間を介して設置されており、上記異物トラップ部材は格子状に形成され、上記浮上抑制部材の上記頂部は、上記異物トラップ部材の格子を形成している骨部に対応した位置に配設され、上記浮上抑制部材の上記傾斜面は、上記異物トラップ部材の格子の空隙部に対応した位置に配設されていることを特徴とするガス絶縁電気機器。
上記異物トラップ部材は、少なくとも上記導電体側の面に絶縁被覆が施されていることを特徴とする請求項１記載のガス絶縁電気機器。
上記異物トラップ部材と上記浮上抑制部材とが一体的に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載のガス絶縁電気機器。