JP6352782B2

JP6352782B2 - 絶縁スペーサ

Info

Publication number: JP6352782B2
Application number: JP2014239344A
Authority: JP
Inventors: 孝倫安岡; 英章熊井; 野嶋　健一; 健一野嶋; 栄仁松崎
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Energy Systems and Solutions Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Energy Systems and Solutions Corp
Priority date: 2014-11-26
Filing date: 2014-11-26
Publication date: 2018-07-04
Anticipated expiration: 2034-11-26
Also published as: JP2016101080A

Description

本発明の実施形態は、ガス絶縁開閉装置及びガス絶縁母線が備え、高電圧導体を接地タンクに支持する絶縁スペーサに関する。

現在、高発電所や変電所等の電圧大容量の電力系統においては、開閉装置が広く使用されている。図５に示すように、この開閉装置は、遮断器２１、母線２２、断路器２３、設置開閉器２４、電圧変成器２５、及びケーブルヘッド２６を有し、制御盤２７により制御されている。遮断器２１には、その一方の口出し部に母線２２が接続され、他方の口出し部には、断路器２３、接地開閉器２４、及び電圧変成器２５等を介してケーブル線路側のケーブルヘッド２６が接続されている。これら各機器は、高電圧導体によって互いに電気的に接続されている。

近年、この開閉装置には、都市部の地下変電所への適用や、経済性の向上が求められており、開閉装置のコンパクト化を図ることが急務となっている。特に、開閉装置の絶縁性能を向上させることは、開閉装置のコンパクト化を進展させる上で、極めて重要な役割を担っている。

そこで、近年では、絶縁性能を向上させたガス絶縁開閉装置（ＧＩＳ）が主流となっている。このガス絶縁開閉装置は、遮断器２１、母線２２、断路器２３、接地開閉器２４、電圧変成器２５、及びこれらを接続する高電圧導体を、絶縁や消弧のための絶縁ガスを充填した接地タンク内に電気的に絶縁されて収納している。絶縁ガスは、例えば、ＳＦ_６である。

母線２２を例に説明する。図６に示すように、母線２２では、通電用の高電圧導体１が接地タンク２に挿通している。高電圧導体１は、接地タンク２内において、絶縁物である絶縁スペーサ３によって支持されており、接地タンク２とは非接触となっている。絶縁スペーサ３付近には電界緩和シールド５が設けられている。この接地タンク２内に絶縁ガス４が封入されている。尚、高電圧導体１を収容し、各機器を接続する接続機器についても概略同一構成である。

この絶縁スペーサ３の表面に製造時に混入もしくは残留した金属異物が付着する場合がある。金属異物が絶縁スペーサ３に付着すると、絶縁性能が大幅に低下し、電力の安定供給に影響を及ぼす。そのため、絶縁性確保の観点から、絶縁スペーサ３は大型化し、形状も沿面距離を伸ばすためにコーン型の複雑な形状となっている。この絶縁スペーサ３の大型化や形状の複雑化が、ガス絶縁開閉装置や接続機器のコンパクト化やコスト低減の弊害となっている。

そのため、従来は、絶縁スペーサ３の表面に当該絶縁スペーサ３の誘電率よりも低い誘電率を有する材料のコーティングを施す方法が提案されていた。

特許第３１３８５６７号明細書

本発明の実施形態は、上記の課題を解消するために提案されたものであり、金属異物が付着しても電界強調を抑制することのできる絶縁スペーサを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、実施形態の絶縁スペーサは、高電圧導体を接地タンク内で支持する絶縁スペーサであって、外表面に電界が強くなるほど誘電率が上昇する非線形誘電率材料がコーティングされていること、を特徴とする。

前記非線形誘電率材料は、母材に充填材を充填して形成され、前記母材は、エポキシ樹脂であり、前記充填材は、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム及びチタン酸カルシウムの群から選ばれる少なくとも１種類であることが好適である。

ガス絶縁開閉装置又はガス絶縁母線の高電圧導体部分を示す断面図である。非線形誘電率材料の電界−誘電率特性を示すグラフである。絶縁スペーサに金属異物が付着した状態を示す断面図である。金属異物近傍における絶縁スペーサ表面の沿面方向電界を各種条件で比較したグラフである。ガス絶縁開閉装置の構成を示す断面図である。従来の高電圧導体部分の構成を示す断面図である。

以下、ガス絶縁開閉装置及びガス絶縁母線が備える絶縁スペーサの実施形態について、図面を参照して具体的に説明する。図１は、ガス絶縁開閉装置が有する母線２２又は高電圧導体１を収容する接続機器を示す。母線２２又は接続機器の高電圧導体１は、絶縁スペーサ３に支持されて接地タンク２内の軸線上に挿通されている。高電圧導体１と絶縁スペーサ３との間には、電界緩和シールド５が介在している。

接地タンク２は金属製の容器である。接地タンク２には絶縁ガス４が封入されている。絶縁ガス４としては、ＳＦ_６ガスが挙げられる。近年、ＳＦ_６ガスは地球温暖化係数の高いガスであるため、排出規制対象に指定されている。そのため、環境低負荷化の観点から、封入する絶縁ガス４として、自然由来ガスである空気、二酸化炭素、酸素、窒素、またはそれらの混合ガスを用いるようにしてもよい。

絶縁スペーサ３は、絶縁物であり、端部が接地タンク２間の継ぎ目に挟み込まれることで、接地タンク２を其の軸線と直交するように横断した状態で接地タンク２内に取り付けられている。この絶縁スペーサ３は、接地タンク２の軸線との交点部分に貫通孔が設けられている。絶縁スペーサ３の貫通孔には接触子７が挿入されている。接触子７は、絶縁スペーサ３の厚みよりも長い円柱体であり、絶縁スペーサ３の両面から突出している。

高電圧導体１は、例えば、アルミニウムや銅など単一材料で形成された円柱体である。この高電圧導体１は、絶縁スペーサ３の両面にそれぞれ対向配置されており、接地タンク２の軸線と概略一致する。高電圧導体１の少なくとも両端は、中空部となっている。高電圧導体１は、絶縁スペーサ３を貫通した接触子７が中空部に挿入されることにより、接触子７を介して絶縁スペーサ３に支持される。

また、高電圧導体１の両端内部には、導電性のコンタクト８が設けられている。コンタクト８は、接触子７の先端周囲と高電圧導体１の内面とに接触している。すなわち、高電圧導体１は、接触子７とコンタクト８とを介して隣の高電圧導体１と電気的に接続されている。母線２２又は接続機器の中端部分においては、この電気的接続態様により、複数の高電圧導体１が継ぎ合わせられて、全体として一本の電路を形成する。

電界緩和シールド５は、金属製のコップ形状を有する電極であり、高電圧導体１の端部を覆うように絶縁スペーサ３の両面にそれぞれ設置され、高電圧導体１の端部に生じる高電界部をシールドする役割を担っている。

更に絶縁スペーサ３の外表面には、図２の電界−誘電率特性に示すように電界の上昇に伴って誘電率が高くなる非線形誘電率材料９がコーティングされている。この非線形誘電率材料９に特に限定はないが、代表的には、エポキシ樹脂を母材とし、充填材としてチタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、チタン酸カルシウム等の１又は複数が充填された複合材料である。非線形誘電率材料９は、その膜厚が５０μｍ以上であることが好適であり、充填材の非線形誘電率材料９に占める体積分率が５〜４０％であることが好適であり、また充填材の平均粒径が１０μｍ以下であることが好適である。但し、電界の上昇に伴って誘電率が高くなる材料であれば何れでもよい。

膜厚が５０μｍ未満であると、膜厚が比較的薄いため、コーティング膜厚の管理が困難となる。充填率が５体積％未満であると、誘電率の電界非線形性が充分に発現せず、後述の沿面電界抑制効果が得られない。一方、充填率が４０体積％超となると、非線形誘電率材料９の粘度が上昇し、絶縁スペーサ３の表面に塗布することが困難となる。また充填材の平均粒径が１０μｍ以下であると、ガス絶縁開閉装置内で生じる金属異物の径０．２０〜０．２５ｍｍに対して充填材が十分に小さいため、後述の沿面電界抑制効果が期待できる。一方１０μｍ超となると、充填材がエポキシ樹脂内で沈降し、充填材の分散性が不均一なコーティングとなってしまう。

（作用・効果）
このようなガス絶縁開閉装置が有する母線２２又は高電圧導体１を収容する接続機器の作用効果について説明する。図３に示すように、絶縁スペーサ３に金属異物３０が付着した場合、非線形誘電率材料９のコーティングの有無によって絶縁スペーサ３の沿面方向の電界が相違する。

すなわち、図４に示すように、アルミナ充填エポキシで形成されて無コーティングの絶縁スペーサ３、シリカ充填エポキシで形成されて無コーティングの絶縁スペーサ３、及びシリカ充填エポキシで形成されて非線形誘電率材料９でコーティングされた絶縁スペーサ３の金属異物３０近傍における沿面方向の電界の解析結果を比較すると、非線形誘電率材料９でコーティングされた絶縁スペーサ３の沿面電界が最も低くなり、アルミナ充填エポキシで形成されて無コーティングの絶縁スペーサ３と比べて８０％に低減されていることがわかる。換言すると、非線形誘電率材料９をコーティングすることにより、金属異物３０による電界強調が抑制され、絶縁性能が向上していることがわかる。

そのため、図１に示すように、非線形誘電率材料９のコーティングによる絶縁性能の向上を見込んで、絶縁スペーサ３を平らな円盤形状とすることができ、従来のように絶縁スペーサ３を大型化したり、コーン形状にして沿面距離を伸ばしたりする必要はなくなる。そのため、絶縁スペーサ３の大きさ及び形状を簡素化することができ、コンパクトなガス絶縁開閉装置や接続機器を達成し、また製作コストの低減も達成できる。一方、従来のように絶縁スペーサ３をコーン形状にして沿面距離を伸ばすことで更なる絶縁性能の向上を達成することもできる。

（他の実施形態）
以上、本明細書においては、本発明に係る複数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って、発明の範囲を限定することを意図していない。各実施形態の全て又はいずれかを組み合わせたものも発明の範囲に包含される。また、各実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことができる。これらの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。

１高電圧導体
２接地タンク
３絶縁スペーサ
４絶縁ガス
５電解緩和シールド
７接触子
８コンタクト
９非線形誘電率材料
３０金属異物
２１遮断器
２２母線
２３断路器
２４接地開閉器
２５電圧変成器

Claims

高電圧導体を接地タンク内で支持する絶縁スペーサであって、
外表面に電界が強くなるほど誘電率が上昇する非線形誘電率材料がコーティングされていること、
を特徴とする絶縁スペーサ。
前記非線形誘電率材料は、母材に充填材を充填して形成され、
前記母材は、エポキシ樹脂であり、
前記充填材は、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム及びチタン酸カルシウムの群から選ばれる少なくとも１種類であること、
を特徴とする請求項１記載の絶縁スペーサ。
前記充填材は、前記非線形誘電率材料に対する体積分率が５〜４０％であること、
を特徴とする請求項２記載の絶縁スペーサ。
前記充填材は、平均粒径が１０μｍ以下であること、
を特徴とする請求項２記載の絶縁スペーサ。
前記非線形誘電率材料は、コーティングの膜厚が５０μｍ以上であること、
を特徴とする請求項１記載の絶縁スペーサ。
前記絶縁スペーサは概略平らな円盤形状を有すること、
を特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の絶縁スペーサ。