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公開番号2021027764
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210222
出願番号2019146125
出願日20190808
発明の名称絶縁スペーサと、絶縁開閉装置
出願人株式会社日立製作所
代理人ポレール特許業務法人
主分類H02B 13/045 20060101AFI20210125BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】簡易な構成で耐電圧性能が向上した絶縁スペーサと、この絶縁スペーサを備えた絶縁開閉装置を提供する。
【解決手段】本発明による絶縁スペーサ30は、第1の電極1と、第1の電極1を支持する絶縁物3と、絶縁物3に支持され、絶縁物3を挟んで第1の電極1と対向する第2の電極2とを備える。第1の電極1と第2の電極2の少なくとも一方は、対向する他の電極1、2に向かって突出する突起部1a、2aを備える。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項1】
第1の電極と、
前記第1の電極を支持する絶縁物と、
前記絶縁物に支持され、前記絶縁物を挟んで前記第1の電極と対向する第2の電極と、
を備え、
前記第1の電極と前記第2の電極の少なくとも一方は、対向する他の前記電極に向かって突出する突起部を備える、
ことを特徴とする絶縁スペーサ。
続きを表示(約 950 文字)【請求項2】
前記突起部は、前記絶縁物の沿面に対して斜めに突出する、
請求項1に記載の絶縁スペーサ。
【請求項3】
前記突起部と前記絶縁物との間に、絶縁材料で構成された絶縁バリアを備える、
請求項1に記載の絶縁スペーサ。
【請求項4】
前記絶縁バリアと前記絶縁物との間には、隙間がある、
請求項3に記載の絶縁スペーサ。
【請求項5】
前記第1の電極は、前記突起部を備え、
前記絶縁バリアは、前記第2の電極に向かって突出するように前記第1の電極に設置されている、
請求項3に記載の絶縁スペーサ。
【請求項6】
前記第2の電極は、前記突起部を備え、
前記絶縁バリアは、前記第1の電極に向かって突出するように前記第2の電極に設置されている、
請求項3に記載の絶縁スペーサ。
【請求項7】
前記絶縁バリアと前記絶縁物とを接続する絶縁部材を備える、
請求項3に記載の絶縁スペーサ。
【請求項8】
前記絶縁バリアは、前記絶縁物の沿面方向において、前記第2の電極に面する端部の位置が、前記突起部の前記第2の電極に面する端部の位置よりも、前記第2の電極に近い、
請求項5に記載の絶縁スペーサ。
【請求項9】
前記絶縁バリアは、前記絶縁物の沿面方向において、前記第1の電極に面する端部の位置が、前記突起部の前記第1の電極に面する端部の位置よりも、前記第1の電極に近い、
請求項6に記載の絶縁スペーサ。
【請求項10】
接地タンクと、
前記接地タンクの内部に設けられた高電圧導体と、
前記接地タンクの内部で前記高電圧導体を支持する絶縁スペーサを備え、
前記絶縁スペーサは、請求項1から9のいずれか1項に記載の絶縁スペーサであり、
前記絶縁スペーサの前記第1の電極は、前記高電圧導体または前記高電圧導体に接続された導体であり、
前記絶縁スペーサの前記第2の電極は、前記接地タンクに設置された電極または前記接地タンクの壁面である、
ことを特徴とする絶縁開閉装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、絶縁スペーサと、絶縁スペーサを備える絶縁開閉装置に関する。
続きを表示(約 5,100 文字)【背景技術】
【0002】
絶縁開閉装置、例えばガス絶縁開閉装置は、電力系統において、落雷時の短絡故障などからの系統保護や、系統運用のための切替え制御などの、重要な役割を担う装置である。ガス遮断器、断路器、接地開閉器、高速接地開閉器、主母線、計器用変流器、計器用変圧器、及びケーブル接続部などの機器により、1相分が構成される。3相分が並列に配置されて1回路分となり、1個のサイトにおいて10〜20Bayのガス絶縁開閉装置が奥行き方向に主母線により接続される。各機器の接地タンクの内部には、絶縁性能の優れたSF

ガスが封入されており、高電圧導体が絶縁スペーサや絶縁筒などで支持または固定されている。SF

ガスの絶縁性能は、大気圧(0.1MPa・abs)の場合に、空気の約3倍である。ガス絶縁開閉装置では、ガス圧を0.6〜0.7MPa・absまで高くしているので、電気絶縁に必要な絶縁距離が大気の10分の1以下であり、気中絶縁式の開閉設備と比較して大幅にコンパクト化されている。また、ガス絶縁開閉装置は、密封構造であり外部環境の影響を受けないため、信頼性の高い機器として広く適用されている。
【0003】
従来の絶縁スペーサとガス絶縁開閉装置の例は、特許文献1に記載されている。特許文献1に記載のガス絶縁開閉装置は、絶縁ガスが充填された接地タンクと、接地タンクの内部に設けられた高電圧導体と、接地タンクの内部で高電圧導体を支持及び固定する絶縁スペーサを備える。絶縁スペーサは、高電圧導体に接続される導体と、導体を接地タンクの内部で支持及び固定する絶縁構造体と、絶縁構造体の沿面に設けられた非線形抵抗層を有する。非線形抵抗層は、絶縁構造体の沿面において高電界となる部分に設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
特開2018−196280号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献1に記載の絶縁スペーサは、絶縁構造体の沿面に設けられた非線形抵抗層によって、絶縁耐力を高くする。このような構成の絶縁スペーサでは、絶縁構造体の沿面に非線形抵抗層をコーティングする必要があるので、製造時の工数が増えるとともに、非線形抵抗層の厚さなどを管理する必要もある。このように、従来の絶縁スペーサでは、非線形抵抗層を備えて耐電圧性能を向上させると、製造時間と製造コストが増大するという課題があり、簡易な構成の絶縁スペーサが望まれている。
【0006】
本発明は、簡易な構成で耐電圧性能が向上した絶縁スペーサと、この絶縁スペーサを備えた絶縁開閉装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明による絶縁スペーサは、第1の電極と、前記第1の電極を支持する絶縁物と、前記絶縁物に支持され、前記絶縁物を挟んで前記第1の電極と対向する第2の電極とを備える。前記第1の電極と前記第2の電極の少なくとも一方は、対向する他の前記電極に向かって突出する突起部を備える。
【0008】
本発明による絶縁開閉装置は、接地タンクと、前記接地タンクの内部に設けられた高電圧導体と、前記接地タンクの内部で前記高電圧導体を支持する絶縁スペーサを備える。前記絶縁スペーサは、本発明による絶縁スペーサである。前記絶縁スペーサの前記第1の電極は、前記高電圧導体または前記高電圧導体に接続された導体である。前記絶縁スペーサの前記第2の電極は、前記接地タンクに設置された電極または前記接地タンクの壁面である。
【発明の効果】
【0009】
本発明によると、簡易な構成で耐電圧性能が向上した絶縁スペーサと、この絶縁スペーサを備えた絶縁開閉装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
本発明の実施例1による絶縁開閉装置を示す模式図である。
実施例1による絶縁スペーサの構成を示す図である。
実施例1による絶縁スペーサの構成を模式的に示す正面断面図である。
従来の絶縁スペーサの構成を模式的に示す正面断面図である。
絶縁物の表面の電界値を示す図である。
実施例1による絶縁スペーサの別の構成を示す正面断面図である。
本発明の実施例2による絶縁スペーサの構成を模式的に示す正面断面図である。
実施例2による絶縁スペーサの、別の構成を示す正面断面図である。
実施例2による絶縁スペーサの、さらに別の構成を示す正面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
本発明による絶縁スペーサは、絶縁物を挟んで互いに対向する高電圧部の電極と接地部の電極を備え、高電圧部の電極が接地部の電極に向かって突出する突起部を備える構成と、接地部の電極が高電圧部の電極に向かって突出する突起部を備える構成のうち、少なくとも一方の構成を備える。高電圧部の電極と接地部の電極の一方または両方が、対向する他の電極に向かって突出する突起部を備えることで、絶縁物の沿面の電界の、沿面に垂直な方向の成分を大きくして、電極間の放電をギャップ放電と沿面放電からなる放電とすることができる。ギャップ放電が起こると耐電圧性能が向上するので、本発明による絶縁スペーサでは、絶縁物が非線形抵抗層を備えなくても、簡易な構成で耐電圧性能が向上する。
【0012】
また、本発明による絶縁開閉装置は、簡易な構成で耐電圧性能が向上した絶縁スペーサを備えるので、高電圧部と接地部の距離を従来よりも短くでき、小型化できる。
【0013】
以下、本発明の実施例による絶縁スペーサと絶縁開閉装置について、図面を用いて説明する。なお、以下に示す実施例は、あくまでも本発明の実施形態の例に過ぎず、本発明の内容は、以下の態様に限定されるものではない。
【0014】
以下の実施例では、絶縁開閉装置の例として、ガス絶縁開閉装置について説明する。本発明による絶縁開閉装置の絶縁媒体は、絶縁ガスに限らず、例えば、真空、空気、乾燥空気、及び油を用いることができる。すなわち、本発明による絶縁開閉装置は、ガス絶縁開閉装置、真空絶縁開閉装置、空気絶縁開閉装置、及び油絶縁開閉装置などを含む。
【0015】
また、以下の実施例では絶縁開閉装置の絶縁スペーサについて説明するが、本実施例で説明する絶縁スペーサの構成は、絶縁スペーサに限らず、高電圧部と接地部を支持する絶縁物を備える部材の構成に適用することができる。すなわち、本発明による絶縁スペーサは、絶縁開閉装置だけでなく、変圧器、真空遮断器、スイッチギア、モータ、顕微鏡、及び医療機器などにも適用可能である。
【実施例】
【0016】
図1は、本発明の実施例1による絶縁開閉装置100を示す模式図である。本実施例による絶縁開閉装置100は、一例としてガス絶縁開閉装置であり、絶縁ガス(SF

ガスなど)が充填された接地タンク12と、接地タンク12の内部に設けられた高電圧導体11と、接地タンク12の内部で高電圧導体11を支持及び固定する絶縁スペーサ30を備える。絶縁開閉装置100は、その他の構成機器として、遮断器20、断路器21、接地開閉器22、変流器23、変圧器24、及び母線25、26などを備える。
【0017】
高電圧導体11は、円筒形状の金属(例えば、アルミニウムや銅など)の導体である。接地タンク12は、円筒形状の金属容器である。高電圧導体11は、接地タンク12の内部で絶縁スペーサ30によって支持及び固定され、接地タンク12と絶縁されている。絶縁スペーサ30は、接地タンク12の中心軸に直交する向きで、接地タンク12内に取り付けられている。
【0018】
なお、図1には、一例として、コーン型の絶縁スペーサ30を示している。以下の図では、より見やすくするために、ディスク状の絶縁スペーサ30を示す。
【0019】
図2は、本発明の実施例1による絶縁スペーサ30の構成を示す図である。絶縁スペーサ30は、高電圧導体11に接続された導体(埋込導体)14と、接地電極2と、導体14を支持して接地電極2に固定する絶縁物3を備える。接地電極2は、接地タンク12に設置された電極である。接地タンク12の壁面を接地電極2にしてもよい。
【0020】
図2において、絶縁物3の表面に垂直な方向(垂直方向)をx方向とし、絶縁物3の表面に沿う方向(沿面方向)をy方向とする。
【0021】
以下では、高電圧導体11と導体14を総称して、高電圧電極1と呼ぶ。
【0022】
後述するように、高電圧電極1は、突起部1aを備え、接地電極2は、突起部2aを備える。
【0023】
図3は、本実施例による絶縁スペーサ30の構成を模式的に示す正面断面図である。図3は、図2の向きを90度回転させて、絶縁スペーサ30の一部を模式的に示している。
【0024】
絶縁スペーサ30は、高電圧電極1と接地電極2と絶縁物3を備える。高電圧電極1と接地電極2は、絶縁物3を挟んで互いに対向する。高電圧電極1は、接地電極2に向かって突出する部分である突起部1aを備える。接地電極2は、高電圧電極1に向かって突出する部分である突起部2aを備える。絶縁スペーサ30は、高電圧電極1の突起部1aと接地電極2の突起部2aのうち、少なくとも一方を備える。図3には、一例として、絶縁スペーサ30が高電圧電極1の突起部1aと接地電極2の突起部2aの両方を備える構成を示す。突起部1aと突起部2aは、絶縁物3に接触しない。
【0025】
図3において、図2と同様に、絶縁物3の表面に垂直な方向(垂直方向)をx方向とし、絶縁物3の表面に沿う方向(沿面方向)をy方向とする。
【0026】
図3には、高電圧電極1から接地電極2への放電4を示している。放電4は、高電圧電極1と絶縁物3との隙間の放電と絶縁物3と接地電極2との隙間の放電であるギャップ放電4aと、絶縁物3の表面に沿う放電である沿面放電4bからなる。一般に、ギャップ放電4aは、絶縁物3の表面に沿わない。
【0027】
本実施例のように、絶縁スペーサ30が高電圧電極1の突起部1aと接地電極2の突起部2aを備えると、放電4は、高電圧電極1の突起部1aから絶縁物3へのギャップ放電4aと、絶縁物3の表面に沿う沿面放電4bと、絶縁物3から接地電極2の突起部2aへのギャップ放電4aからなる。ギャップ放電4aが起こることにより、絶縁スペーサ30は、耐電圧性能が向上する。
【0028】
図4は、従来の絶縁スペーサ40の構成を模式的に示す正面断面図である。従来の絶縁スペーサ40は、高電圧電極1が突起部1aを備えず、接地電極2が突起部2aを備えない。図4には、高電圧電極1から接地電極2への放電4も示している。従来の絶縁スペーサ40では、突起部1a、2aが存在しないので、放電4は、絶縁物3の表面に沿う沿面放電4bのみである。従って、従来の絶縁スペーサ40は、本実施例の絶縁スペーサ30と比べて、耐電圧性能が低い。
【0029】
図3に示した本実施例のように、絶縁スペーサ30が、高電圧電極1の突起部1aと接地電極2の突起部2aを備えることにより、高電圧電極1から接地電極2への放電4は、ギャップ放電4aと沿面放電4bからなる放電4になる。
【0030】
図5は、絶縁物3の表面の電界値を示す図であり、実験結果を基に作成した図である。図5の横軸は、絶縁物3の沿面方向(y方向)の位置を示し、縦軸は、電界値を示す。絶縁物3の表面の電界値の、垂直方向成分(x方向成分)をExと表し、沿面方向成分(y方向成分)をEyと表す。
(【0031】以降は省略されています)

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