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発明の名称 スイッチギヤの絶縁構造
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−89356(P2007−89356A)
公開日 平成19年4月5日(2007.4.5)
出願番号 特願2005−277828(P2005−277828)
出願日 平成17年9月26日(2005.9.26)
代理人 【識別番号】100073759
【弁理士】
【氏名又は名称】大岩 増雄
発明者 井上 直明 / 吉田 忠広 / 有岡 正博 / 佐藤 伸治
要約 課題
トリプルジャンクション部の電界を下げることが可能なスイッチギヤの絶縁構造を得る。

解決手段
絶縁性ガスが充填された接地金属ケース内に開閉機器の主回路部が収納され、上記主回路部を構成する主回路導体間、又は、上記主回路導体と上記接地金属ケース間を絶縁するスイッチギヤの絶縁構造において、接地部12に対し、少なくとも最短ギャップLで対向する電極11の対向端部、又は小曲率面で対向する電極11の対向端部に、対向端部以外の部位11bより断面を大きくした大断面部11aを形成し、大断面部11aの表面に絶縁層13を被覆して構成した。
特許請求の範囲
【請求項1】
絶縁性ガスが充填された接地金属ケース内に開閉機器の主回路部が収納され、上記主回路部を構成する主回路導体間、又は、上記主回路導体と上記接地金属ケース間を絶縁するスイッチギヤの絶縁構造において、
接地部又は導電部に対し、少なくとも最短ギャップで対向する電極の対向端部、又は小曲率面で対向する電極の対向端部に、上記各対向端部以外の部位より断面を大きくした大断面部が形成され、上記大断面部の表面は絶縁層で被覆されていることを特徴とするスイッチギヤの絶縁構造。
【請求項2】
絶縁性ガスが充填された接地金属ケース内に開閉機器の主回路部が収納され、上記主回路部を構成する主回路導体間、又は、上記主回路導体と上記接地金属ケース間を絶縁するスイッチギヤの絶縁構造において、
接地部又は導電部に対し、少なくとも最短ギャップで対向する電極の対向端部の近傍、又は小曲率面で対向する電極の対向端部の近傍に、上記各対向端部を取巻くように凸部が形成され、上記凸部を含む上記対向端部の表面が絶縁層で被覆され、上記凸部の高さcが上記凸部から上記絶縁層の終端面までの距離d以上あることを特徴とするスイッチギヤの絶縁構造。
【請求項3】
絶縁性ガスが充填された接地金属ケース内に開閉機器の主回路部が収納され、上記主回路部を構成する主回路導体間、又は、上記主回路導体と上記接地金属ケース間を絶縁するスイッチギヤの絶縁構造において、
接地部又は導電部に対し、少なくとも最短ギャップで対向する電極の対向端部の近傍、又は小曲率面で対向する電極の対向端部の近傍に、上記各対向端部を取巻くように凹部が形成され、上記対向端部の先端から上記凹部の途中までの表面が絶縁層で被覆されていることを特徴とするスイッチギヤの絶縁構造。
【請求項4】
請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のスイッチギヤの絶縁構造において、
上記電極と上記絶縁層と上記絶縁性ガスとが接するトリプルジャンクション部の上記絶縁層の終端部に窪み部が形成されていることを特徴とするスイッチギヤの絶縁構造。
【請求項5】
請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載のスイッチギヤの絶縁構造において、
上記電極と対向する上記接地部又は上記導電部の対向端部が絶縁層で被覆され、上記電極側の絶縁層と上記接地部又は上記導電部側の絶縁層との相互間が固体絶縁物によって接続され一体化されていることを特徴とするスイッチギヤの絶縁構造。
【請求項6】
請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載のスイッチギヤの絶縁構造において、
上記電極と、その電極に対向する上記接地部又は上記導電部との間に、対向方向に対し略直交する方向に絶縁バリヤが配置され、上記絶縁バリヤの表面部に、上記電極先端の絶縁層の外形より大きく、深さが3mm以上の皿状窪み部が形成されていることを特徴とするスイッチギヤの絶縁構造。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
この発明は、電力の送配電および受電設備などに用いられるスイッチギヤの絶縁構造に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来のスイッチギヤの絶縁構造としては、例えば、密封された容器内に、遮断器や断路器等の各種の開閉機器を収納して電源系統を構成するスイッチギヤにおいて、三相分の主回路導体間、または主回路導体と容器との間における、少なくとも最短のギャップを構成する電極間で、電極の先端部のそれぞれの表面に絶縁層を設け、その電極間に絶縁バリヤを配置した絶縁構造が提示されている(特許文献1参照)。
【0003】
【特許文献1】特開特開2000−341816号公報(第1頁、図2)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
開閉機器を収納する金属製の容器又は高電圧導体と、それらに接して設けられた絶縁物と、気体である絶縁性ガスとの3種類の物質、すなわち、金属/絶縁層/絶縁媒体の3種類の異なる物質が接する部位は、トリプルジャンクションと呼ばれ、このような部位では、局部的な電界集中が起きて絶縁性能が低下し易くなることが知られている。
従来のスイッチギヤの絶縁構造では、トリプルジャンクション部の電界が高く、絶縁性能の弱点となり、耐電圧特性を十分に高くできないという問題点があった。
【0005】
また、絶縁破壊過程の初期において、ストリーマと呼ばれる先行放電が発生するが、電極部で発生したストリーマは絶縁バリヤ表面に至り、絶縁バリヤ表面を進展し絶縁破壊に至る。特に絶縁物表面はストリーマの進展速度が速いことは既に確認されている。特許文献1に示す従来の絶縁バリヤでは、ストリーマ対策が施されておらず、絶縁バリヤとしての機能が十分に発揮されてないという問題点があった。
【0006】
この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、トリプルジャンクション部の電界を下げることが可能なスイッチギヤの絶縁構造を得ることを目的とし、また、絶縁物表面でのストリーマ進展を抑制し、耐電圧性能を向上させることが可能なスイッチギヤの絶縁構造を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
この発明に係るスイッチギヤの絶縁構造は、絶縁性ガスが充填された接地金属ケース内に開閉機器の主回路部が収納され、主回路部を構成する主回路導体間、又は、主回路導体と接地金属ケース間を絶縁するスイッチギヤの絶縁構造において、接地部又は導電部に対し、少なくとも最短ギャップで対向する電極の対向端部、又は小曲率面で対向する電極の対向端部に、各対向端部以外の部位より断面を大きくした大断面部が形成され、大断面部の表面は絶縁層で被覆されているものである。
【0008】
また、接地部又は導電部に対し、少なくとも最短ギャップで対向する電極の対向端部の近傍、又は小曲率面で対向する電極の対向端部の近傍に、対向端部を取巻くように凸部が形成され、凸部を含む対向端部の表面が絶縁層で被覆され、凸部の高さcが凸部から絶縁層の終端面までの距離d以上となるようにしたものである。
【0009】
また、接地部又は導電部に対し、少なくとも最短ギャップで対向する電極の対向端部の近傍、又は小曲率面で対向する電極の対向端部の近傍に、対向端部を取巻くように凹部が形成され、対向端部の先端から凹部の途中までの表面が絶縁層で被覆されているものである。
【発明の効果】
【0010】
この発明のスイッチギヤの絶縁構造によれば、接地部又は導電部に対し、少なくとも最短ギャップで対向する電極の対向端部、又は小曲率面で対向する電極の対向端部に、対向端部以外の部位より断面を大きくした大断面部を形成し、大断面部の表面に絶縁層を被覆したので、電極先端部の絶縁性能は絶縁層によって強化されると共に、弱点となるトリプルジャンクション部の電界の強さは大断面部によって弱められるので、トリプルジャンクション部からの絶縁破壊が抑制され、電極部の耐電圧性能を向上させることができる。
【0011】
また、電極の対向端部の近傍に、対向端部を取巻くように凸部を形成し、凸部を含む対向端部を絶縁層で被覆し、凸部の高さcを凸部から絶縁層の終端面までの距離d以上としたので、トリプルジャンクション部の電界が緩和されるため、絶縁破壊が抑制され、電極部の耐電圧性能を向上させることができる。
【0012】
更に、電極の対向端部の近傍に、対向端部を取巻くように凹部を形成し、対向端部先端から凹部の途中までを絶縁層で被覆したので、上記同様に、電極部の耐電圧性能を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0013】
実施の形態1.
以下、この発明の実施の形態1によるスイッチギヤの絶縁構造を図に基づいて説明する。先ず、スイッチギヤの全体構成について説明する。図1はスイッチギヤの構成例を示す断面図である。図に示すように、全体を覆う金属外被1の中に、モジュール化した開閉機器の主回路部を収納するために密閉された接地金属ケース2a〜2cが配置されており、それらの接地金属ケース2a〜2c内は、SF6ガス,ドライエア,窒素ガス又は空気などの絶縁性ガスが充填されて絶縁ガス雰囲気となっている。図のスイッチギヤは受電ユニットの例であり、金属外被1の下段に配置した接地金属ケース2aには、側壁にケーブルヘッド3が取付けられ、内部には真空遮断器4と接地開閉器5aが収納されている。その上段に配置した接地金属ケース2bには、接地開閉器5bと断路器6、及びそれに繋がる三相の母線7が収納され、また、接地金属ケース2bに隣接して配置した接地金属ケース2c内には3相の母線8が収納されている。そして、金属ケース2a,2b間は絶縁スペーサ9によってガス区画されて接続されている。
また、金属外被1の前面側(図の左側)には接地金属ケース2a,2b内に収納した開閉機器の操作機構部10a〜10cと、図示しない制御盤部が配置されている。
【0014】
この発明は、上記のようなスイッチギヤ(但し、図の構成例に限定しない)において、三相分の主回路導体間、又は、主回路導体と接地金属ケース2a〜2cとの間における絶縁構造に関するものであり、具体的部分では、例えば図1(a)中に一点鎖線で囲った部分、すなわち断路器ケースの導体貫通部であるア部や、遮断器の絶縁操作ロッド部であるイ部等であり、これらの拡大図を図1(b)に示している。但し、この部分に限定するものではなく、上記のように主回路導体間、または、主回路導体と接地金属ケースとの間の絶縁構造が対象となるので、以下の各実施の形態の説明では、絶縁構造を中心に、導電部と接地金属ケースの関係を電極と接地間の構造として一般的に図示している。(特に説明しないが、図2以下において、電極が対向する接地部は導電部であっても良い。)
【0015】
図2は実施の形態1によるスイッチギヤの絶縁構造を示す電極部の部分断面図である。主回路導体等を構成する電極11が、接地金属ケース2a〜2c等の接地部12に対向して配置されている状態を示している。少なくとも最短ギャップLで対向する電極11の対向端部、又は小曲率面で対向する電極11の対向端部に、対向端部以外の部位より断面を大きくした大断面部11aが形成され、大断面部11aの表面に絶縁層13が被覆されている。絶縁層13の厚さは電極11の形状や定格電圧等によって適宜決定される。
電極11は棒状又は板状の場合もあり、棒状であれば先端部の直径を大ききくし、板状の場合は先端部の幅又は厚さを大きくする。説明の便宜上、断面を大きくした部分を大断面部11a、それ以外を小断面部1bと呼ぶことにする。
【0016】
次に、このように構成した絶縁構造の作用について説明する。
絶縁層13は電極11の対向端部と接地部12との間の絶縁性能を向上させるものである。このように電極11に絶縁層13を設けた場合、先に説明したように電極11と絶縁層13と封入されている絶縁性ガスとの3種類の異なる物質が接するトリプルジャンクション部(図中※印部)が形成され、この部分は高電界となる。ところが、対向端部に大断面部11aを設けているので、小断面部11bから大断面部11aに移行する部分では等電位線がなめらかに外側に広げられ、このためトリプルジャンクション部の電界は弱められ低電界となる。
【0017】
以上のように、本実施の形態の発明によれば、接地部又は導電部に対し、少なくとも最短ギャップで対向する電極の対向端部、又は小曲率面で対向する電極の対向端部に、対向端部以外の部位より断面を大きくした大断面部を形成し、大断面部の表面に絶縁層を被覆したので、電極先端部の絶縁性能は絶縁層によって強化されると共に、弱点となるトリプルジャンクション部の電界の強さは、電極先端の大断面部によって弱められるため、トリプルジャンクション部からの絶縁破壊が抑制され、電極部の耐電圧性能を向上させることができる。
【0018】
実施の形態2.
図3は実施の形態2によるスイッチギヤの絶縁構造を示す電極部の部分断面図である。スイッチギヤの全体構成は、実施の形態1の図1と同等なので説明は省略する。図3に示すように、接地部12に対し、少なくとも最短ギャップで対向する電極14の対向端部の近傍、又は小曲率面で対向する電極14の対向端部の近傍に、対向端部を取巻くように凸部14aが形成され、凸部14aを含む対向端部が絶縁層15で被覆されている。ここで、凸部14aの高さをc、凸部14aから絶縁層15の(トリプルジャンクション部を形成する側の)終端面までの距離をdとすると、cはd以上、つまりc≧dとしている。
【0019】
このように構成した絶縁構造の作用について説明する。絶縁層15のない部分から凸部14aを通り先端部に続く等電位線は、凸部14aによって外側になめらかに広げられ、このためトリプルジャンクション部の電界は弱められて低電界となる。このとき、c≧dとしているので、トリプルジャンクション部の電界が弱められる効果がより強くなる。
【0020】
以上のように、本実施の形態の発明によれば、接地部又は導電部に対し、少なくとも最短ギャップで対向する電極の対向端部の近傍、又は小曲率面で対向する電極の対向端部の近傍に、対向端部を取巻くように凸部が形成され、凸部を含む対向端部が絶縁層で被覆され、かつ、凸部の高さを凸部から絶縁層の終端面までの距離以上としたので、電極先端部の絶縁性能は絶縁層によって強化されると共に、弱点となるトリプルジャンクション部の電界の強さは、電極に設けた凸部によって弱められるのでトリプルジャンクション部からの絶縁破壊も抑制され、電極部の耐電圧性能を向上させることができる。
【0021】
実施の形態3.
図4は実施の形態3によるスイッチギヤの絶縁構造を示す電極部の部分断面図である。図のように、本実施の形態の電極16は、接地部12に対し、少なくとも最短ギャップで対向する電極16の対向端部の近傍、又は小曲率面で対向する電極16の対向端部の近傍に、対向端部を取巻くように凹部16aが形成され、対向端部の先端から凹部16aの途中までを絶縁層17で被覆している。電極16が棒状の場合は、凹部16aは径方向の周囲に環状に設けられ、電極16が板状の場合は、凹部16aは板幅方向に伸びる溝で構成される。
【0022】
このように構成した絶縁構造では、電極16表面において、凹部16上を横切る等電位線は、トリプルジャンクション部から遠ざかることになり、従ってトリプルジャンクション部の電界が弱められる。
【0023】
以上のように、本実施の形態の発明によれば、電極の対向端部の近傍に、対向端部を取巻くように凹部を形成し、対向端部の先端から凹部の途中までを絶縁層で被覆したので、電極先端部の絶縁性能は絶縁層によって強化されると共に、弱点となるトリプルジャンクション部の電界の強さは、電極の凹部の段差によって弱められるため、トリプルジャンクション部からの絶縁破壊も抑制され、電極部の耐電圧性能を向上させることができる。
【0024】
実施の形態4.
図5は実施の形態4によるスイッチギヤの絶縁構造を示す電極部の断面図である。図のように、本実施の形態の絶縁構造は、電極11の表面に被覆した絶縁層18の、トリプルジャンクション部を形成する終端部に、先端側へ窪ませた窪み部18aを設けたものである。
電極は、実施の形態1の図2と同等のものを図示しているが、これに限定するものではなく、実施の形態2及び3で説明した図3や図4のような形状でも良い。
トリプルジャンクション部の絶縁層18の終端部を図のように形成することにより、トリプルジャンクション部は等電位線から更に遠ざかることになる。
【0025】
以上のように、本実施の形態の発明によれば、トリプルジャンクション部の絶縁層の終端部に窪み部を設けたので、実施の形態1〜3に比べ、より一層トリプルジャンクション部の電界の強さを弱められるため、トリプルジャンクション部からの絶縁破壊が更に抑制され、電極部の耐電圧性能を向上させることができる。
【0026】
実施の形態5.
図6は実施の形態5によるスイッチギヤの絶縁構造を示す電極部の断面図である。図に示すように、同形状をした電極11同士が対向して配置されている場合であって、対向する電極の先端側にも絶縁層を形成し、それぞれの絶縁層の相互間を固体絶縁物19によって一体に形成したものである。
【0027】
なお、図6の電極11は、実施の形態1の図2と同等のものを代表して示しているが、実施の形態2,3の図3や図4と同等の形状でも良い。
また、トリプルジャンクション部を形成する固体絶縁物19の端部は窪み部19aを形成した場合を示したが、この部分も図1や図2のように窪み部のない形状でも良い。
更に、電極同士が対向する場合を示したが、一方は接地部であっても良い。
【0028】
以上のように、本実施の形態の発明によれば、電極と対向する接地部、又は導電部の対向端部にも絶縁層を形成し、両絶縁層の相互間を固体絶縁物によって一体に形成したので、実施の形態1〜実施の形態3の場合と同様の効果が得られ、加えて、電極先端部分の耐電圧性能を更に向上させることができる。
【0029】
実施の形態6.
図7は実施の形態6によるスイッチギヤの絶縁構造を示す電極部の断面図である。図に示すように、電極11同士が対向して配置され、対向する電極11間に、対向方向に対し略直交する方向に絶縁バリヤ20を配置し、絶縁バリヤ20の表面部に電極11先端の絶縁層の外形より大きく、深さが3mm以上の皿状窪み部20aを形成している。深さが3mm以上あれば、以下に示す効果を発揮できることを、発明者らは試験により検証した。また、皿状窪み部20aの周囲の段差部の形状は、直角又は図のように底面が広くなるような鋭角にすればより効果的であることも検証した。
【0030】
なお、電極および絶縁層の形状は図に限定するものではなく、図2〜図5と同等の形状でも良い。
また、図では電極同士を対向させた場合について説明したが、一方の電極に替えて、接地部であっても良い。この場合は、絶縁バリヤの接地側の面部には皿状窪み部を設けなくても良い。
【0031】
以上のように、本実施の形態の発明によれば、電極と、その電極に対向する接地部又は導電部との間に、対向方向に対し略直交する方向に絶縁バリヤを配置し、絶縁バリヤの表面部に電極先端の絶縁層の外形より大きく深さが3mm以上の皿状窪み部を形成したので、電極部の先端およびトリプルジャンクション部から進展したストリーマは、絶縁バリヤ表面の窪み部を伝って進展するが、窪み部の段差を越えることができず、絶縁バリヤ表面の窪み内に停滞し絶縁破壊に至らず、耐電圧性能を更に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0032】
【図1】この発明の実施の形態1におけるスイッチギヤの構成例を示す断面図である。
【図2】この発明の実施の形態1におけるスイッチギヤの絶縁構造を示す部分断面図である。
【図3】この発明の実施の形態2におけるスイッチギヤの絶縁構造を示す部分断面図である。
【図4】この発明の実施の形態3におけるスイッチギヤの絶縁構造を示す部分断面図である。
【図5】この発明の実施の形態4におけるスイッチギヤの絶縁構造を示す部分断面図である。
【図6】この発明の実施の形態5におけるスイッチギヤの絶縁構造を示す部分断面図である。
【図7】この発明の実施の形態6におけるスイッチギヤの絶縁構造を示す部分断面図である。
【符号の説明】
【0033】
1 金属外被 2a〜2c 接地金属ケース
3 ケーブルヘッド 4 真空遮断器
5a,5b 接地開閉器 6 断路器
7,8 母線 9 絶縁スペーサ
10a〜10c 操作機構部 11,14,16 電極
11a 大断面部 11b 小断面部
12 接地部 13,15,17,18 絶縁層
14a 凸部 16a 凹部
18a,19a 窪み部 19 固体絶縁物
20 絶縁バリヤ 20a 皿状窪み部。




 

 


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