JPH05244709A

JPH05244709A - ガス絶縁開閉装置

Info

Publication number: JPH05244709A
Application number: JP4041820A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Yoshida; 哲雄吉田; Masazumi Shiraishi; 正純白石; Masaru Miyagawa; 勝宮川; Nobuo Masaki; 信男正木; Yasufumi Nagata; 恭文永田; Keiji Waku; 恵二和久
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1992-02-28
Filing date: 1992-02-28
Publication date: 1993-09-21

Abstract

(57)【要約】【目的】絶縁ガスの絶縁破壊強度を上げ、外形と設置床
面積を減らす。【構成】金属密封箱体１の各ガス区分室にヘリウムガス
を大気圧の圧力で封入する。主回路充電部相互間及び主
回路充電部と接地電位間のヘリウムガスの圧力（Ｐ）と
絶縁間隙（ｄ）の積の最大値を 0.3Torr・cmとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、受配電設備などに設置
されるガス絶縁開閉装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】受配電設備に設置された開閉装置では、
空気による気中絶縁や六フッ化硫黄ガスなどの絶縁ガス
を用いたガス絶縁が採用され、最近では外形の縮小化を
図るために、高い絶縁耐力を備えたガス絶縁開閉装置が
多用されるようになってきた。このガス絶縁開閉装置
は、例えば、特開平 3-93417号公報に示されているよう
に、各電気機器を収納した箱体に、絶縁性ガスとして六
フッ化硫黄ガスを封入して縮小化が図られている。

【０００３】このガス絶縁開閉装置の構成例を図４に示
す。図４において、接地された金属密封箱体９の内部に
は、遮断器２，断路器３，母線４やケーブルヘッド５が
それぞれ収納され、電気機器の事故の拡大を防ぐため
に、各電気機器は、接地金属仕切板１ａで区画された各
ガス室に収納されている。これらの電気機器は、接地金
属仕切板１ａの貫通穴に取り付けられた絶縁スペーサ６
と導体７で接続されている。また、接地金属仕切板１ａ
で区分された各室には、六フッ化硫黄ガス18が封入され
ており、そのため、金属密封箱体９と絶縁スペーサ６は
気密構造になっている。

【０００４】すなわち、金属密封箱体９の金属板の接合
部は連続気密溶接が施され、また、絶縁スペーサ６の取
付面には、図示していないＯリングが装着されている。
なお、絶縁ガスの封入圧力は、金属密封箱体９が箱形で
あるために、非圧力容器となる１ kgf／cm以下の周囲温
度の変化で負圧にならない程度に維持されている。

【０００５】このように構成されたガス絶縁開閉装置で
は、封入された絶縁ガスで空隙の破壊電圧が空気絶縁と
比べて３〜４倍高いので、外形の縮小化を図ることがで
る。しかし、六フッ化硫黄ガスのような電気的負性気体
では、破壊電圧が最大電界強度に強く依存し、不平等電
界中では極端に破壊電圧が低下する。このため、電極の
曲率半径を大きくして、最大電界強度を抑制している。
これらの曲率半径と破壊電界強度の関係は、『電気学会
技術報告』（Ｉ部）第１１８号「ＳＦ₆ガス中における
絶縁破壊」に記載されているように、下式で表わされ、
実験とよく一致することが知られている。Ｅ＝ 8.9・Ｐ（１＋0.175 ／Ｐ・Ｒ）［kV／mm］ここで、Ｅ；破壊電界強度、Ｐ；ガス圧力［ atm］、
Ｒ；互いに直交する２方向の曲率半径の平均である。な
お、電極の大きさは比較的小さいときである。

【０００６】このため、絶縁ガスの圧力を１気圧とする
と、破壊電界強度は約 8.9kV／mmとなる。したがって、
電極の最大電界強度が 8.9kV／mmに達すると空隙の絶縁
は破壊する。ここで、ガス絶縁開閉装置の外形を小形化
するためには、破壊電界強度を上げる方法と、最大電界
強度を抑える方法の二つの方法がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このうち前
者は、絶縁ガスの圧力を上げることで、破壊電界強度を
上げるが、金属密封箱体９を圧力容器として剛性を上げ
なくてはならないので、重量が増えるだけでなく、ガス
洩れの管理が困難になり、圧力変器として法的に規則を
受け、運搬条件が制約される。

【０００８】また、後者は、電極部の曲率半径を大きく
することで、最大電界強度を抑制できるが、電極自体が
大形化し、その分だけ相間や対地間の間隔を増やして、
絶縁距離を所定の値に保たなければならなくなって、箱
体の外形が大きくなる。そこで、本発明の目的は、絶縁
破壊強度を上げ、外形を減らすことのできるガス絶縁開
閉装置を得ることである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、金属密封容器
の内部に電気機器が収納され絶縁ガスが封入されたガス
絶縁開閉装置において、絶縁ガスを大気圧のヘリウムガ
スとし、絶縁ガス中に露出した電気機器の充電部相互間
及び充電部と接地電位間の絶縁ガスの圧力と絶縁間隙の
積の最大値を、 0.3Torr・cmとしたことを特徴とする。

【００１０】

【作用】この結果、絶縁ガス中の充電部相互間と対接地
間の破壊電圧が上がり、密封容器内の電気機器の収納密
度を上げることができるので、外形が小形で設置床面積
が減少する。

【００１１】

【実施例】以下、本発明による一実施例を図面を用いて
説明する。図１に示すガス絶縁開閉装置を構成する金属
密封箱体１は、接地金属仕切板で区画され、各ガス室１
の背面上部には、ヘリウムガスボンベ10とバルブ11がパ
イプ12で接続されている。また、密封箱体１の内部の絶
縁ガスの圧力を保持するための真空度計13と真空ポンプ
14が下部後面に接続されている。

【００１２】この金属密封箱体１では、真空ポンプ14の
運転・停止などの制御と、これに連動するバルブ15によ
って、真空度計13により所定のガス圧力が保持されると
ともに、微小なガス洩れが発生した場合には、絶縁ガス
の補充が真空度計13と連動したパルプ11で行われる。な
お、金属密封箱体１の内部には、従来と同様の電気機器
が収納され、このガスボンベ10や真空ポンプ14などによ
るガス圧の制御は、ガス区分された各室毎に行う。

【００１３】このように構成されたガス絶縁開閉装置に
おいて、本発明では、金属密封箱体１の内部に封入する
ヘリウムガスの圧力（Ｐ）と絶縁距離（ｄ）の積Ｐ×ｄ
を 0.3Torr・cm以下の関係にする。ヘリウムガスのＰ×
ｄに対する最小破壊電圧は、図３に示すように 244Ｖで
あり、そのときＰ×ｄ＝３であるが、Ｐ×ｄが小さくな
ると破壊電圧が急激に上昇する。逆に、Ｐ×ｄが大きく
なれば、緩やかに上昇する特性を示す。また、破壊電圧
は、Ｐ×ｄの関数となり、この特性曲線は相似則が成り
立つ。本発明では、Ｐ×ｄの積が小さい領域を利用す
る。

【００１４】次に、ヘリウムガスが封入された内部充電
部相互間及び対接地電位間のガス圧力と絶縁間隙につい
て、図２の連絡母線室の例で説明する。図２において、
図１の図示しない隣接箱体間と連絡母線16で接続される
連絡母線室には、三相分の連絡母線16が等間隔で収納さ
れているが、外周の接地板17との絶縁距離ｄ２や母線間
の絶縁距離ｄ１は、上述したように封入されているヘリ
ウムガス８の圧力に対応して決める。例えば、ヘリウム
ガスの圧力を 0.1Torrとすれば、絶縁距離ｄ１，ｄ２を
３cmとすることにより、Ｐ×ｄを上述した 0.3Torr・cm
とする。このときには、図１に示す真空度計13は、ガス
室のヘリウムガスの圧力を 0.1Torr以下に保つように設
定する。なお、連絡母線16の固定部や接地金属板17の貫
通部は、従来と同様に図示しない支持がいしや絶縁スペ
ーサで行なわれるが、絶縁距離はガス空間と同様に保た
れている。また、絶縁距離３cm程度では、組立時の作業
性を損うことはない。

【００１５】このような条件下での絶縁破壊電圧とガス
圧力×絶縁距離との関係を図３のヘリウムガスの特性曲
線Ｈ₂に示したが、参考までに、空気と窒素の特性曲線
を併記した。図３で示すように、ヘリウムガスの最小破
壊電圧は、 244（Ｖ）で、Ｐ×ｄ＝３Torr・cmとなり、
Ｐ×ｄが小さくなると破壊電圧が急激に上昇し、Ｐ×ｄ
＝ 0.5Torr・cmで10⁴ （Ｖ）以上になる。このため、ヘ
リウムガスの圧力の管理を考慮してＰ×ｄ＝ 0.3Torr・
cm以下に保つことで、優れた絶縁耐力を保つことができ
る。この条件下での絶縁距離は、ガス圧力（Ｐ）を 0.1
Torrとすると、３cmとなるので、従来の六フッ化硫黄ガ
ス絶縁の破壊電圧と比べると金属密封容器の大幅な縮小
化が可能となる。

【００１６】上述したように、大気圧でのＳＦ₆ガス絶
縁では、完全な平等電界ができず、不平等電界となる部
分が多く、破壊電界強度の 8.9kV／mmを保証できず、不
平等電界中では極端に破壊電圧が低下し、絶縁距離３cm
では数10kV以下となるのに対し、ヘリウムガスでは、ガ
ス圧力と絶縁距離の積を上述したように 0.3Torr・cm以
下に保つことで、数10kV以上の絶縁耐力を期待できる。

【００１７】なお、気中絶縁では、破壊電界強度が六フ
ッ化硫黄ガス絶縁よりも更に下がるので、破壊電圧も低
下する。また、絶縁破壊電圧を上げるためには、六フッ
化硫黄ガスの圧力を極端に下げなければならなくなり、
真空ポンプ13などの容量の増加だけでなく、ガス洩れの
管理が更に困難になる。窒素ガスにおいても同様であ
る。

【００１８】このように、ヘリウムガスの圧力と、絶縁
空間の関係を設定することで、比較的管理が容易な 0.1
Torrの負圧で高い絶縁耐力を得ることができ、ガス絶縁
開閉装置の外形を減らすことができる。また、万一の事
故に対しても、容器内が負圧のため、周囲に飛散するこ
とがなく、事故の波及を防ぐことができるので、設置環
境の制約を減らすことができる。

【００１９】なお、組立上、絶縁距離を数mm程度まで減
らすことができれば、Ｐ×ｄ＝一定の条件から、ガス圧
力を高めに設定できるので、真空ポンプを小形化するこ
とができ、作業時間が短縮する。更に、窒素ガスの適用
も可能となる。

【００２０】

【発明の効果】以上、本発明によれば、本発明は、金属
密封容器の内部に電気機器が収納され絶縁ガスが封入さ
れたガス絶縁開閉装置において、絶縁ガスを大気圧のヘ
リウムガスとし、絶縁ガス中に露出した電気機器の充電
部相互間及び充電部と接地電位間の絶縁ガスの圧力と絶
縁間隙の積の最大値を、 0.3Torr・cmとすることで、絶
縁ガス中の充電部相互間と対接地電位間の破壊電圧を上
げたので、金属密封容器内の収納密度を上げることがで
き、外形を減らし設置床面積を減らすことのできるガス
絶縁装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のガス絶縁開閉装置の一実施例を示す右
側面図。

【図２】本発明のガス絶縁装置の一実施例を示す要部詳
細図。

【図３】本発明のガス絶縁開閉装置の作用を示すグラ
フ。

【図４】従来のガス絶縁開閉装置の一例を示す右側面
図。

【符号の説明】

１…金属密封箱体、２…遮断器、３…断路器、４…母
線、５…ケーブルヘッド、６…絶縁スペーサ、７…導
体、８…ヘリウムガス。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者正木信男東京都府中市東芝町１番地株式会社東芝府中工場内 (72)発明者永田恭文東京都港区芝浦一丁目１番１号株式会社東芝本社事務所内 (72)発明者和久恵二東京都港区芝浦一丁目１番１号株式会社東芝本社事務所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属密封容器の内部に電気機器が収納さ
れ絶縁ガスが封入されたガス絶縁開閉装置において、前
記絶縁ガスを大気圧のヘリウムガスとし、前記絶縁ガス
中に露出した前記電気機器の充電部相互間及び充電部と
接地電位間の前記絶縁ガスの圧力と絶縁間隙の積の最大
値を、 0.3Torr・cmとしたことを特徴とするガス絶縁開
閉装置。