JPH1023620A

JPH1023620A - 電界緩和装置

Info

Publication number: JPH1023620A
Application number: JP8170514A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Yoshida; 哲雄吉田; Masaru Miyagawa; 勝宮川; Osamu Sakaguchi; 修阪口; Nobuo Masaki; 信男正木
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1996-07-01
Filing date: 1996-07-01
Publication date: 1998-01-23

Abstract

(57)【要約】【課題】ガス絶縁電気機器の絶縁ガス中の電界緩和を
絶縁層との組合せによる複合絶縁構造として行い、耐電
圧特性を向上させて全体形状の縮小化を図る。【解決手段】導体端部の電極12には、外周に沿って軸
方向に形成された突出部12ａを設ける。絶縁層13は、電
極12の直線部12ｂとラップされ、突出部12ａを包含する
ような絶縁厚さが設けられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電界緩和装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】スイッチギヤの構成の一例として図５に
示すガス絶縁スイッチギヤにおいて、外周を軟鋼板で気
密に囲まれた箱体１の内部は、図示左方の前面寄りに縦
に設けられた隔壁２で前方の遮断器室１ａと後方の母線
室１ｂに仕切られ、各室１ａ，１ｂには六フッ化硫黄ガ
ス（以下、絶縁ガスと略す）がほぼ大気圧のガス圧力で
封入され密封されている。

【０００３】このうち、遮断器室１ａの内部には真空イ
ンタラプタ３ａを装着した遮断器３が収納され、隔壁２
の図示していない貫通穴に取り付けられた絶縁スペーサ
９に遮断器３が連結されている。この絶縁スペーサ９
は、上下で同様な構造である。

【０００４】また、母線室１ｂの天井部には断路器４Ａ
が取り付けられ、一方の端子が接続導体８を介して上側
の絶縁スペーサ９に接続され、他方の端子が接続導体８
を介してがいし６に固定された母線５に接続されてい
る。この母線５により、隣接盤との相互接続がされてい
る。

【０００５】一方、母線室１ｂの底部には断路器４Ａと
同形の断路器４Ｂが取り付けられ、一方の端子が接続導
体８を介して下側の絶縁スペーサ９に接続され、他方の
端子が接続導体８を介して、底板に取り付けられたケー
ブルヘッド７の上部端子に接続されている。なお、この
ケーブルヘッド７に接続されたケーブル７ａにより受電
されている。

【０００６】ここで、断路器４Ａ，４Ｂの操作板４ａに
連結された可動接触子４ｂの端部には、電界緩和のため
の金属シールド４ｃが設けられている。この部分の拡大
図を図６に示すが、可動接触子４ｂの端部の電極10に大
きな曲率半径を持った球状の金属製シールド11をシール
ド側に設けたボルト11ａを回転させて固定している。こ
れにより、端部の電界緩和が図れ、対地間や相間の絶縁
耐力が良好に保たれている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】これらの構成におい
て、絶縁ガス中で用いられる電界緩和装置は、例えば特
開昭128807号に開示されている通り、丸みを持たせる金
属製のシールドで構成されている。これは、丸みを持た
せることにより電界強度が抑制されるためである。つま
り、シールド11の曲率半径が大きい程、電界強度が低下
して耐電圧特性が向上する。特に、絶縁ガスの破壊電圧
は、電界強度に強く依存するので、この電界強度の抑制
が耐電圧特性の向上につながる。

【０００８】しかし、シールド11の曲率半径を大きくし
ていくと、それに伴って電界強度は低下するが、シール
ド11自体が大形化してしまう。従って、シールド11と対
地間および相間のガスギャップが狭くなり、耐電圧特性
が逆に低下することになる。

【０００９】更に、シールド11自体が大形化すると、接
続される接続導体などの配置をシールド11と接触させな
いよう迂回させなくてはならない。これにより、各電気
機器の配置が制限され、全体形状が大形化する。これ
は、最近の趨勢である縮小化に逆行するものである。

【００１０】本発明の目的は、絶縁ガス中の電界緩和を
比較的絶縁厚さを持った絶縁層との組合せによる複合絶
縁構造として行い、耐電圧特性を向上させて全体形状の
縮小化を図った電界緩和装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、導体端部電極の円周方向又は外周に沿って
軸方向に形成された突出部を、先端が所定の曲率を有す
る略半球状の絶縁層で包含されるようにしたことを要旨
とする。

【００１２】このような構成において、電極端部と絶縁
層表面の電界強度が抑制される。特に、絶縁層が絶縁ガ
スと接する表面は絶縁ガス側での最大電界強度が位置す
る部分であるが、形成させた絶縁層の影響（特に、絶縁
層の比誘電率の影響）により、電界強度の抑制が図れ
る。

【００１３】また、導体端部電極には、前記絶縁層が最
大電界強度となる部分と対向する位置に窪みを形成させ
てもよい。このような構成において、絶縁層の固有容量
が小さくなり、ガスギャップとの電位分担が改善されて
電界強度の抑制が図れる。つまり、絶縁層とガスギャッ
プで電位分担が行われるが、絶縁層の固有容量が小さく
なることによりガスギャップの電位分担が少なくなり、
これに伴って最大電界強度が抑制される。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を示す電
界緩和装置を図面を参照して説明する。図１は本発明の
一実施例を示す電界緩和装置の部分拡大図である。同図
において、電極12の端部には外周に沿った半円状の突出
部12ａを設ける。更に、電極12の軸方向の直線部12ｂと
数mmラップさせ、例えばエポキシ樹脂をモールドした絶
縁層13を設けている。なお、絶縁層13の先端には適切な
曲率半径を持たせており、接地金属板14と対向させてい
る。この接地金属板14は他相の導体などでも同様であ
り、電位差が生じる部分に対向させて絶縁層13を形成さ
せている。

【００１５】これらの構成において、絶縁厚さをｔ、電
極間距離をｌとした場合の電界強度特性を図２に示す。
ここで、絶縁層13の比誘電率は５とした。電界強度は、
ｔ／ｌの比によってＵ字特性となり、ｔ／ｌ＝約50％が
最低値になる。従って、電極間距離ｌに対して絶縁層の
厚さｔを約１／２に設定すれば電界強度が最も低くな
り、耐電圧特性が最も向上することになる。ここで、最
大電界強度は、絶縁層13が接地電極14と対向して曲率を
持つ部分であり、耐電圧特性が決定する所である。な
お、絶縁層13と電極12が接する部分は、電界特異性を持
つトリプルジャンクション部となるが、電極12の軸方向
の直線部12ｂと絶縁層13が数mmでラップしており、更に
突出部12ａが形成されているので、電界強度の上昇を抑
制することができる。

【００１６】また、断路器４などに用いる場合には、金
属間距離ｌが変化してｔ／ｌの比を固定できないが、図
２において許容電界強度を 100％とすると、ｔ／ｌ＝45
％から70％の範囲で許容電界強度を下回ることが、本発
明者等の研究により分かった。このうち、断路器４の可
動で電極間距離ｌが最も短くなる個所でのｔ／ｌの比を
50％から70％の範囲に設定しておけば、電極間距離ｌが
広くなった場合にガスギャップも広くなり、電界強度が
上昇しないことが判明した。つまり、ｔ／ｌの比は50％
を中心値にしてプラス側に許容されてもよいことが分か
る。

【００１７】また、ｔ／ｌの比を50％にしたときの電圧
特性の一例を図３に示す。ここで、絶縁層13の比誘電率
は５とし、ガス圧力を変化させたときのインパルス電圧
特性を求めた。特性（ａ）は絶縁層13を設けてガスキャ
ップとの電位分担を図った複合絶縁の電界緩和シールド
であり、特性（ｂ）は絶縁層13の形状と同一形状の金属
シールドを用いた場合である。同図によれば、電圧特性
は絶縁層13を設けた複合絶縁シールドが金属シールドよ
り高い特性にあり、約 1.5倍の向上がみられる。また、
図２の許容電界強度を 100％とした場合の耐電圧を特性
（ｃ）とすると、特性（ａ）はガス圧力0.10MPa でクリ
ヤーするが、特性（ｂ）はガス圧力0.14MPa までの圧力
を必要とすることになる。

【００１８】このため、複合絶縁のシールドは、小さい
電極形状で高い電圧特性が得られるので電界緩和装置自
体を小型にできると共に、機器を小型化させて合理的な
配置ができ、全体形状の縮小化が図れる。また、低いガ
ス圧力で高い電圧特性が得られるので、箱体１の鋼板厚
さを薄くでき軽量化が図れる。

【００１９】次に、最大電界強度を更に抑制する構成を
図４（ａ）に示す。最大電界強度は絶縁層15が他電極と
対向して曲率を持つ頂点15ａ部となるので、電極16の中
心部に窪み16ａを持たせ絶縁層15の絶縁厚さを大きくす
る構成である。これにより、絶縁層15の固有容量が小さ
くなり、ガスギャップとの電位分担が改善され、電界強
度の抑制が図れる。

【００２０】また、トリプルジャンクション部の電界抑
制を同図（ｂ）に示す。絶縁層17と電極18が接する部分
は電極側に円周状の窪み18ａを形成させ、窪み18ａの底
部付近で絶縁層17と接合させる構成である。これによ
り、トリプルジャンクションによる電界特異性を防ぐこ
とができる。これは、トリプルジャンクション部に対し
て電極の突出部18ｂ，18ｃにより電界緩和作用が働き、
電界強度を抑制するためである。

【００２１】また、トリプルジャンクションを考慮しな
くてもよい個所においては、同図（ｃ）に示すように、
電極19の端部に一定の曲率を持たせると共に軸方向の中
心を頂点部とさせ、絶縁層20を形成すればよい。

【００２２】次に、絶縁層がテフロン、ポリエチレン又
はシリコンゴムのような絶縁材料である程度可とう性が
あり、比誘電率が３以下のような低誘電率のものを用い
た構成を同図（ｄ）に示す。絶縁層21を予め製作してお
き、電極22と接する部分に導電性塗料を塗布した導電層
23を形成させている。電極22の端部は同軸方向に突出部
22ａを設けており、絶縁層21の端部21ａを電極の突出部
22ａに嵌合させて固定している。絶縁層端部21ａは、絶
縁厚さが薄く可とう性があるので、容易に突出部22ａと
嵌合させることができる。また電極22と導電層23はどこ
か一個所が接触していれば同電位となり、絶縁層21との
間でボイドなどの欠陥部を形成することがなく、良好な
絶縁特性を保つことができる。

【００２３】これにより、低誘電率の絶縁層21とガスギ
ャップの電位分担が改善され、最大電界強度が位置する
絶縁層21表面の電界強度が低下する。つまり、絶縁ガス
の比誘電率１に対して絶縁層21の比誘電率が低いと、ガ
スギャップの電位分担が低くなるためである。従って、
電圧特性が更に向上して、縮小化を図ることができる。
本発明者らが求めた結果によれば、比誘電率2.7 のテフ
ロンを用いた場合において、比誘電率５のエポキシ樹脂
の結果より約20％の向上がみられた。

【００２４】また、同図（ｅ）においては、低誘電率の
絶縁層24を電極25の中心部に設けたネジ部25ａで固定す
る方法である。これは、予め製作する絶縁層24に雄ネジ
を設けておき、電極25の雌ネジで固定させている。ま
た、絶縁層24が電極25と接する部分には導電層26を設け
て電極25と同電位にしている。なお、ネジ部25ａの導電
層26の有無はどちらでもよく、この部分は電極25が内側
に窪んでいる電界緩和がされている。

【００２５】これにより、低誘電率の絶縁層24とガスギ
ャップの電位分担が改善され最大電界強度が抑制され
る。また、同図（ｆ）においては、絶縁層27，28を多段
モールドで形成させている。すなわち、電極29側に近い
絶縁層27は、例えばエポキシ樹脂に石英などの充填材を
多量に混合させて比誘電率を高くした高誘電率層とす
る。また、最大電界強度が位置するガスギャップ側で
は、充填材を微細化し且つ少量にして低誘電率層として
いる。これにより、電極29の端部で曲率半径が小さく突
出部29ａとなっている部分では、高い比誘電率の絶縁層
27により電界抑制が行われる。このため、絶縁層27と接
する電極29付近の電界強度の抑制ができる。ガスギャッ
プ側では、比誘電率の低い絶縁層28との電位分担の改善
により最大電界強度を抑制することができる。

【００２６】これにより、電極29端部の電界緩和が図ら
れて耐電圧特性が向上する。他の実施例として、導体端
部に限定しないで、導体接続部の突出部や電気機器の導
体の電界緩和シールド部分に、絶縁層を付加したシール
ドを設けることにより、電界緩和部分の縮小化を図るこ
とができる。

【００２７】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、導体端部
電極に設けられ、該電極の外周に沿って軸方向に形成さ
れた突出部と、先端が所定の曲率を有する略半球状であ
って、突出部を包含するような絶縁厚さを有する絶縁層
とを備えたので、導体端部電極部と絶縁層表面の電界強
度が抑制され、耐電圧特性を向上させて全体形状の縮小
化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す電界緩和装置の要部断
面図。

【図２】本発明に係る電界緩和装置における絶縁層の絶
縁厚さｔと他の電極との電極間距離ｌとの比ｔ／l と電
界強度との関係を示す図。

【図３】本発明に係る電界緩和装置と、絶縁層と同一形
状の金属電極とのインパルスフラッシオーバー電圧特性
を比較した図。

【図４】本発明の他の実施例を示す電界緩和装置の要部
断面図。

【図５】代表的なガス絶縁スイッチギヤの構成図。

【図６】従来の電界緩和装置の要部断面図。

【符号の説明】

12，16，18，19，22，25，29…電極、13，15，17，20，
21，24，27，28…絶縁層、23，26…導電層。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者正木信男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】導体端部電極に設けられ、該電極の外周
に沿って軸方向に形成された突出部と、先端が所定の曲
率を有する略半球状であって、前記突出部を包含するよ
うな絶縁厚さを有する絶縁層とを備えたことを特徴とす
る電界緩和装置。
【請求項２】導体端部電極に設けられ、該電極の外周
に沿って軸方向に形成された突出部と、先端が所定の曲
率を有する略半球状であって、前記突出部を包含するよ
うな絶縁厚さを有する絶縁層とを有し、前記導体端部電
極には、前記絶縁層が最大電界強度となる部分と対向す
る位置に窪みを形成されたことを特徴とする電界緩和装
置。
【請求項３】導体端部電極に設けられ、該電極の円周
方向に形成された窪み部と、先端が所定の曲率を有する
略半球状であって、前記窪み部の底部で電極と接合さ
れ、前記導体端部電極を包含するような絶縁厚さを有す
る絶縁層とを備えたことを特徴とする電界緩和装置。
【請求項４】導体端部電極に設けられ、該電極の円周
方向又は外周に沿って軸方向に形成された突出部と、先
端が所定の曲率を有する略半球状であって、内面に導電
層を形成させ、前記突出部を包含するような絶縁厚さを
有する絶縁層とを備えたことを特徴とする電界緩和装
置。
【請求項５】導体端部電極に設けられ、該電極の円周
方向又は外周に沿って軸方向に形成された突出部と、先
端が所定の曲率を有する略半球状であって、複数の絶縁
層を多段にすると共に各々の絶縁厚さの合計が前記突出
部を包含するような大きさとした多段絶縁層とを有し、
前記多段絶縁層の各々の比誘電率を前記導体端部電極に
近いものほど大きくしたことを特徴とする電界緩和装
置。
【請求項６】前記絶縁層は、比誘電率が３以下と可と
う性材料から成ることを特徴とする請求項４又は請求項
５記載の電界緩和装置。
【請求項７】前記絶縁層の絶縁厚さは、該絶縁層を設
けた電極と他の電極との電極間距離の50％〜70％の大き
さにしたことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれ
かに記載の電界緩和装置。