JP2015107035A - ガス絶縁母線及びガス絶縁開閉装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ガス絶縁母線において、部品の設置スペースを有効に活用しつつ機械的強度及び電気絶縁性能を高める。
【解決手段】実施の形態のガス絶縁母線は、導体、接地容器及び支持部材を備えている。導体は、棒状に形成されており、通電用として適用される。接地容器は、導体を絶縁ガスと共に収容する。支持部材は、電気絶縁性を有しており、導体の径方向に延びる第１の支持部と導体の軸方向に延びる第２の支持部とを含む脚部を介して、導体の両端部の間を接地容器内で支持する。
【選択図】図３Ａ

Description

本発明の実施形態は、ガス絶縁母線及びガス絶縁開閉装置に関する。

ガス絶縁開閉装置の部品コストなどを低減させるために、ガス絶縁母線の長尺化は有効である。ただし、ガス絶縁母線の長尺化は、結果的に、ガス絶縁母線内部に収容される通電用導体も長尺化させることになる。このため、短絡事故の際に生じる電磁力、地震、輸送などの要因で、通電用導体を大きく変位させる振動について配慮する必要がある。

したがって、長尺化されたガス絶縁母線は、振動などに対する機械的強度を確保するために、電気絶縁性を有する支持部材を、通電用導体の両端部の間の中間部分に配置している場合がある。

国際公開第２０１１／００７４４６号 特開２００７−２６７５０６号公報 特開平７−１７０６３４号公報 特表２００１−５２６８８０号公報

ここで、ガス絶縁母線は、上記したように支持部材の設置によって機械的強度を向上させることに加え、さらに、通電用導体と共に支持部材を収容する例えば接地容器を大径化することなく、電気絶縁性能を高めることが期待される。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、部品の設置スペースを有効に活用しつつ機械的強度及び電気絶縁性能を高めることができるガス絶縁母線及びガス絶縁開閉装置を提供することである。

実施の形態のガス絶縁母線は、導体、接地容器及び支持部材を備えている。導体は、棒状に形成されており、通電用として適用される。接地容器は、導体を絶縁ガスと共に収容する。支持部材は、電気絶縁性を有しており、導体の径方向に延びる第１の支持部と導体の軸方向に延びる第２の支持部とを含む脚部を介して、導体の両端部の間を接地容器内で支持する。

第１の実施形態に係るガス絶縁開閉装置の構成を示す図。 図１のガス絶縁開閉装置が備えるガス絶縁母線を径方向からみた断面図。 図２に示すガス絶縁母線のＡ部詳細図。 図３Ａに示すガス絶縁母線を軸方向からみた断面図。 比較例１のガス絶縁母線を径方向からみた断面図。 図４Ａに示すガス絶縁母線を軸方向からみた断面図。 比較例２のガス絶縁母線を径方向からみた断面図。 図５Ａに示すガス絶縁母線を軸方向からみた断面図。 第２の実施形態に係るガス絶縁母線を径方向からみた断面図。 図６Ａに示すガス絶縁母線を軸方向からみた断面図。 図６Ａに示すガス絶縁母線の組立時の状況を説明するための図。 第３の実施形態に係るガス絶縁母線を径方向からみた断面図。 図７Ａに示すガス絶縁母線を軸方向からみた断面図。

以下、実施の形態を図面に基づき説明する。
＜第１の実施の形態＞
図１に示すように、本実施形態のガス絶縁開閉装置（GIS：Gas Insulated Switchgear）１０は、主母線１２、１４、断路器１５、１６、遮断器１７、変流器１８、ガス絶縁母線（GIB：Gas Insulated Busbar）２０及びブッシング２１を主に備えている。

例えば断路器１５、１６は、無負荷時の電圧を開閉するための開閉器である。遮断器１７は、電流を遮断する際には、断路器１５、１６のアーク放電している電極間に、高絶縁性を有する六フッ化硫黄（ＳＦ₆）ガスなどの絶縁ガス８を吹き付けることでアーク放電を消滅させる。変流器１８は、交流電流計の測定範囲拡大に用いる計器用変成器であって、主回路に流れる大電流を扱いやすい大きさに変換する。

図２、図３Ａ、図３Ｂに示すように、ガス絶縁母線２０は、金属圧力容器２、通電用導体３、一対の端部保持部材７、中間支持部材５、高電圧側内部電極３ａ、一対の低電圧側内部電極２ａを主に備えている。通電用導体３は、棒状（円柱状）に形成された高電圧導体である。金属圧力容器２は、円筒状（パイプ状）に形成された接地容器であり、両端部の周縁にフランジ部２ｂを有する。金属圧力容器２は、上述した絶縁ガス８と共に通電用導体３を収容している。具体的には、金属圧力容器２は、通電用導体３を当該金属圧力容器本体と同軸的な位置関係で収容している。

一対の端部保持部材７は、エポキシ樹脂などの絶縁材料を用いて注型（成形）されており、電気絶縁性を有している。また、一対の端部保持部材７は、図２に示すように、通電用導体３の各端部をそれぞれ保持すると共に、金属圧力容器２の両端部の開口（フランジ部２ｂの内径側の開口）を塞ぐことで金属圧力容器２内を密封する。

次に、中間支持部材５について詳述する。図３Ａ、図３Ｂに示すように、中間支持部材５は、端部保持部材７と同様に、エポキシ樹脂などの絶縁材料を用いて注型されており、電気絶縁性を有している。中間支持部材５は、脚部を少なくとも二つ備えている。本実施形態では、中間支持部材５は、脚部５ａと脚部５ｂとを備えている。この中間支持部材５は、脚部５ａ、５ｂを介して通電用導体３の両端部の間の中間部分を金属圧力容器２内で支持する。

ここで、図３Ａ、図３Ｂに示すように、脚部５ａ、５ｂそれぞれの高電圧側には、リング状の高電圧側内部電極３ａが設けられている。高電圧側内部電極３ａは、例えばアルミニウムなどの金属材料によって構成されている。また、高電圧側内部電極３ａは、図３Ｂに示すように、ピン、バネ、ボルトなどの固定部材９を用いて通電用導体３の外周面に固定されており、通電用導体３と同電位を保っている。

一方、図３Ｂに示すように、脚部５ａ、５ｂそれぞれの低電圧側には、バネ性を有する例えば銅製又は銀製のコンタクトピンなどで構成された低電圧側内部電極２ａがそれぞれ設けられている。低電圧側内部電極２ａは、接地側の金属圧力容器２の内壁面と接触することで、金属圧力容器２と同電位を保っている。つまり、通電用導体３は、高電圧側内部電極５ａ、脚部５ａ、５ｂ、低電圧側内部電極２ａを通じて金属圧力容器２の内壁面に対して支持されている。

上述した構成のガス絶縁母線２０によれば、中間支持部材５を高電圧側内部電極３ａ及び通電用導体３と固定した後に、金属圧力容器２内に挿入して組み付けることができるので、金属圧力容器２の内部での組付作業を回避することができる。さらに、ガス絶縁母線２０では、棒状の通電用導体３に対して高電圧側内部電極３ａをリング状に構成して脚部５ａ、５ｂと共に任意の位置に固定できるようにしたことで、通電用導体３の両端部の間の所望の位置を金属圧力容器２内で支持することが可能となる。

また、図３Ａ、図３Ｂに示すように、中間支持部材５は、金属圧力容器２内で一方の脚部５ａと他方の脚部５ｂとによって通電用導体３の中間部分を上下方向（鉛直方向の上下）から挟持する。このような構造の中間支持部材５は、輸送や短絡事故時に生じる電磁力などが要因となって通電用導体を径方向に大きく変位させる振動を、脚部が単一の支持構造などと比べて、効果的に抑制することが可能となる。

さらに、図３Ｂに示すように、脚部５ａ、５ｂは、それぞれ、全体としてほぼ湾曲した形状で形成されており、通電用導体３の径方向に延びる第１の支持部５ｃと通電用導体３の軸方向に延びる第２の支持部５ｄとを有している。したがって、第１及び第２の支持部５ｃ、５ｄを含む脚部５ａ、５ｂを備えた中間支持部材５は、通電用導体の径方向だけに延びる単純な支持構造などと比べて、高電圧側と低電圧側との絶縁についての沿面距離（creepage distance）を長くとることができる。これにより、ガス絶縁母線２０では、通電用導体３の外周面と金属圧力容器２の内壁面との径方向の離間距離の短縮化、つまり、金属圧力容器２の小径化を図ることが可能となる。

ここで、図４Ａ、図４Ｂ、図５Ａ、図５Ｂに基づき、比較例１、２のガス絶縁母線７０、８０について簡単に説明する。まず、ガス絶縁母線７０は、図４Ａ、図４Ｂに示すように、金属圧力容器７２に形成された開口部７２ｃの周辺に溶接座７９がボルト７９ａを通じて固定されている。ガス絶縁母線７０における通電用導体３の中間部分３ｂは、この溶接座７９上に固定された中間支持部材７５を介して支持されている。

つまり、比較例１のガス絶縁母線７０は、金属圧力容器７２の内部にて、中間支持部材７５及び溶接座７９を含む支持構造を組み立てる必要がある。このため、金属圧力容器７２の内径は、支持構造を組み立てるための作業空間を十分に確保できるサイズとする必要があり、金属圧力容器７２の大径化が懸念される。これに対して、本実施形態のガス絶縁母線２０は、上述したように、中間支持部材５を高電圧側内部電極３ａ及び通電用導体３と固定した後に金属圧力容器２内に挿入して組み付けることが可能なので、金属圧力容器２の大径化を回避できる。

一方、図５Ａ、図５Ｂに示すように、比較例２のガス絶縁母線８０は、直線的に延びる柱状の中間支持部材８５を二つ適用し、これら二つの中間支持部材８５で通電用導体３の底部側を、傾いた方向からそれぞれ支持するようにしたものである。この支持構造は、通電用導体３の自重が加わる方向の振動を抑制するには十分である。

しかしながら、比較例２のこの支持構造は、短絡事故時の電磁力発生時や地震発生時において、複数方向から通電用導体３を大きく変位させる振動を抑制するためには、必ずしも十分であるとはいえず、このような状況では、中間支持部材８５の大径化や中間支持部材８５の支持本数の増加を図る必要がある。また、比較例２の支持構造は、中間支持部材８５の形状が、直線的に延びる柱形状なので、高電圧側と低電圧側との沿面距離を確保するために、金属圧力容器２の大径化などを検討する必要がある。

これに対して、本実施形態のガス絶縁母線２０は、図３Ｂに示すように、脚部５ａ、５ｂそれぞれが、通電用導体３の径方向に延びる第１の支持部５ｃと通電用導体３の軸方向に延びる第２の支持部５ｄとを有しているので、沿面距離を長くとることができる。また、本実施形態のガス絶縁母線２０は、図３Ａ、図３Ｂに示すように、中間支持部材５の脚部５ａと脚部５ｂとによって通電用導体３の中間部分を、金属圧力容器２内で上下方向から挟持するので、通電用導体３を径方向に大きく変位させる振動などを確実に抑えることできる。

既述したように、本実施形態のガス絶縁母線２０によれば、部品の設置スペースを有効に活用しつつ機械的強度及び電気絶縁性能を高めることができる。

＜第２の実施の形態＞
次に、第２の実施形態を図６Ａ〜図６Ｃに基づき説明する。なお、図６Ａ〜図６Ｃにおいて、図２、図３Ａ、図３Ｂに示した第１の実施形態中の構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付与し重複する説明を省略する。

図６Ａ〜図６Ｃに示すように、本実施形態のガス絶縁母線３０は、脚部３５ａと脚部３５ｂとを有する中間支持部材３５を備えている。脚部３５ａ及び脚部３５ｂは、通電用導体３の径方向に延びる第１の支持部３５ｃと通電用導体３の軸方向に延びる第２の支持部３５ｄとをそれぞれ有している。

ここで、二つの脚部３５ａ、３５ｂを備える中間支持部材３５は、図６Ａに示すように、二回対称の回転対称性を有している。言い換えれば、中間支持部材３５の脚部３５ａと脚部３５ｂとは、図６Ａに示すように、ガス絶縁母線３０を水平方向からみて、脚部３５ａ、３５ｂそれぞれの第１の支持部３５ｃの軸心線と通電用導体３の軸心線とが交差する中心位置Ｇを基準に点対称に配置されている。

したがって、本実施形態のガス絶縁母線３０によれば、通電用導体３に中間支持部材３５を固定した後、図６Ｃに示すように、互いに固定された中間支持部材３５と通電用導体３とを、金属圧力容器２内に傾けて挿入することで、組立作業性を向上させることができる。

＜第３の実施の形態＞
次に、第３の実施形態を図７Ａ、図７Ｂに基づき説明する。なお、図７Ａ、図７Ｂにおいて、図２、図３Ａ、図３Ｂに示した第１の実施形態中の構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付与し重複する説明を省略する。

図７Ａ、図７Ｂに示すように、本実施形態のガス絶縁母線５０は、脚部５５ａと脚部５５ｂとを有する中間支持部材５５を備えている。脚部５５ａ及び脚部５５ｂは、通電用導体３の径方向に延びる第１の支持部５５ｃと通電用導体３の軸方向に延びる第２の支持部５５ｄとをそれぞれ有している。

ここで、二つの脚部５５ａ、５５ｂを備える中間支持部材５５は、図７Ａに示すように、金属圧力容器２内で脚部５５ａ、５５ｂを弾性変形させつつ、通電用導体３の両端部の間の中間部分を支持している。具体的には、中間支持部材５５は、中間支持部材５５における脚部５５ａ、５５ｂ先端の低電圧側内部電極２ａどうしの離間距離を、金属圧力容器２の内径よりもわずかに大きくし、金属圧力容器２の内部への組み込み後、金属圧力容器２の内径まで脚部５５ａ、５５ｂが弾性変形するように構成されている。

すなわち、本実施形態のガス絶縁母線５０は、中間支持部材５５を弾性変形可能な範囲でたわませて、中間支持部材５５を金属圧力容器２内へ挿入後、変形を開放させることによって、金属圧力容器２と中間支持部材５５との間に保持力が作用することになる。したがって、ガス絶縁母線５０によれば、脚部５５ａ、５５ｂ先端に低電圧側内部電極２ａを有する中間支持部材５５が、金属圧力容器２の内壁に押圧された状態で固定されるので、電気的な接続信頼性を高めることができる。

なお、このような中間支持部材５５は、第２の実施形態と同様に二回対称の回転対称性を有するように、弾性変形させる対象の脚部５５ａ、５５ｂを、それぞれ配置することも可能である。この場合のガス絶縁母線では、電気的な接続信頼性の向上に加え、組立作業性をも高めることができる。

以上、本発明のいくつか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り、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施することが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、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例は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、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。

２…金属圧力容器、３…通電用導体、５，３５，５５…中間支持部材、５ａ，５ｂ，３５ａ，３５ｂ，５５ａ，５５ｂ…脚部、５ｃ，３５ｃ，５５ｃ…第１の支持部、５ｄ，３５ｄ，５５ｄ…第２の支持部、７…端部保持部材、８…絶縁ガス、１０…ガス絶縁開閉装置、２０，３０，５０…ガス絶縁母線。

Claims (6)

1. 棒状に形成された通電用の導体と、
   前記導体を絶縁ガスと共に収容する接地容器と、
   前記導体の径方向に延びる第１の支持部と前記導体の軸方向に延びる第２の支持部とを含む脚部を介して、前記導体の両端部の間を前記接地容器内で支持する電気絶縁性を持つ支持部材と、
   を備えるガス絶縁母線。
2. 前記支持部材は、前記脚部を少なくとも二つ備えている、請求項１記載のガス絶縁母線。
3. 前記支持部材は、前記脚部を二つ備え、さらに、前記接地容器内で一方の前記脚部と他方の前記脚部とによって前記導体の両端部の間を上下方向から挟持する、請求項１又は２記載のガス絶縁母線。
4. 前記支持部材は、前記脚部を二つ備え、二つの前記脚部を備える当該支持部材は、二回対称の回転対称性を有する、請求項１ないし３のいずれか１項に記載のガス絶縁母線。
5. 前記支持部材は、前記接地容器内で前記脚部を弾性変形させつつ前記導体の両端部の間を支持する、請求項１ないし４のいずれか１項に記載のガス絶縁母線。
6. 請求項１ないし５のいずれか１項に記載のガス絶縁母線を備えたガス絶縁開閉装置。

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