JP2000224722A - ガス絶縁電気機器 - Google Patents
ガス絶縁電気機器Info
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- H01H33/56—Gas reservoirs
- H01H2033/566—Avoiding the use of SF6
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- Gas-Insulated Switchgears (AREA)
Abstract
絶縁性ガスとしてCF3Iを用いた時に、ガス絶縁開閉
装置の運転中に液化することはなく、絶縁耐力の低下を
防止することにある。 【解決手段】CF3Iを封入した密閉容器の一部に加熱
手段を備え、加熱手段でCF3Iが液化を生じない温度
にCF3Iを暖めて、CF3Iの絶縁耐力の低下を防止す
る。
Description
した電気機器を有するガス絶縁電気機器に関するもので
ある。
ブッシングは外側が密閉型金属容器から成り、容器内に
封入したSF6ガスで絶縁されたガス絶縁開閉装置で構
成されている。しかし、最近の研究によりSF6は地球
温暖化係数が極めて大きなガスであることが明らかにさ
れ、SF6の使用量の削減が世界的規模で必要とされて
いる。尚、電気絶縁性ガスを電気機器に使用した技術と
して特開昭60−13414号公報、特開昭60−20
405号公報、特開昭60−20406号公報、特開平
2−204907号公報を挙げることができる。
2より小さく、オゾン破壊係数が0であり、不燃性で、
かつ毒性が極めて弱いガスにCF3Iがある。しかし、
CF3IはSF6よりも飽和温度が高いため、ガス絶縁開
閉装置に用いると低温時に液化が生じる可能性がある。
ガス絶縁開閉装置内でCF3Iが液化すると、絶縁耐力
が急激に低下し、絶縁破壊に至る恐れがある。
暖化係数の小さい電気絶縁性ガスとしてCF3Iを使用
した時に、ガス絶縁開閉装置の運転中に液化することは
なく、絶縁耐力の低下を防止して、絶縁破壊に至ること
のない優れた電気絶縁性を確保でき、不燃性で、毒性が
ほとんど無く、なおかつオゾン破壊係数が0のガス絶縁
電気機器を提供することにある。
例としてAC破壊電圧を図2に示す。該図は横軸にガス
圧力(MPa)を示し、その時のAC破壊電圧(SF6
0.1MPa基準)を縦軸に示している。該図から明ら
かなごとく、CF3Iの電気絶縁性は、気体状態ではS
F6と同等以上である。また、化学的安定性について
は、光で分解しやすいが、ガス絶縁開閉装置の母線、避
雷器、ブッシングでは密閉容器内に封入して用いられる
ため、実用上は問題にならない。
運転条件の温度が60℃、圧力が0.568MPaの運
転線を横軸にガス温度t(℃)、縦軸にガス圧力P(M
Pa)をとって示す。CF3Iの飽和圧力と温度の関係
は図3の通りであり、CF3Iのガス圧力が蒸気圧曲線
以上になると液化する。ガス絶縁開閉装置の母線、避雷
器、ブッシングのように密閉された空間にCF3Iが閉
じこめられると、飽和温度以上の気体状態では温度が変
化しても密度(比重量)一定の状態を保つため、CF3
Iが液化することはない。
飽和温度)が−22.5℃であり、飽和温度がSF6に
比べて高いため、気温の低い寒冷地域や冬季に使用する
場合等、ガス絶縁開閉装置の母線、避雷器、ブッシング
の密閉容器内のガス温度が飽和温度と等しくなることが
考えられる。この場合、密閉容器内のガス温度が低下す
ると図3に示す蒸気圧曲線と交差して液化が始まり、密
度一定の状態から外れて蒸気圧曲線に沿った温度と圧力
になり、圧力が急激に低下する。気体の密度(比重量)
は温度が同じであれば圧力に比例するので、気体の密度
(比重量)も急激に低下する。
と気体の密度(比重量)γとの間には、おおよそVB.D.
∝γ0.9の関係があるため、AC破壊電圧VB.Dも急激
に低下する。従って、ガス絶縁開閉装置の使用範囲でC
F3Iに液化が生じれば、絶縁耐力が急激に低下し、絶
縁破壊に至る恐れがあり、この点を考慮する必要があ
る。
めに、CF3Iを絶縁冷却媒体として用いて運転する際
に、装置が運転状態にあるときは、CF3Iは常に気体
状態に保たれていることを特徴とする。
ガス絶縁開閉装置の運転を保証する最低気温tmin℃に
おけるCF3Iの飽和圧力がPminMPaであり、ガス絶
縁開閉装置内のCF3Iのガス温度t℃とガス圧力PM
Paの関係が P≧(Pmin/(tmin+273.1
5))・(t+273.15)の場合に、ガス温度をガ
ス絶縁開閉装置内のCF3Iの比重量(密度)γとガス定
数Rを使って表される。
の蒸気圧曲線の交点の温度以上にすることを特徴とす
る。
とするガス絶縁開閉装置の運転を保証する最低気温t
min℃におけるCF3Iの飽和圧力がPminMPaであ
り、ガス絶縁開閉装置内のCF3Iのガス温度t℃とガ
ス分圧PCF3IMPaの関係が PC F3I≧(Pmin/(t
min+273.15))・(t+273.15)の場合
に、ガス温度を、ガス絶縁開閉装置内のCF3Iの比重
量(密度)γとガス定数を使って表される。
F3Iの蒸気圧曲線の交点の温度以上にすることを特徴
とする。
用いる場合、CF3I以外の物質としては、電気絶縁性
に優れ、不燃性で、毒性が無く、地球温暖化係数、オゾ
ン破壊係数とも0であり、かつ、安価なN2が好ましく
用いることができるが、ヘリウム,ネオン,アルゴン,
キセノンのような希ガス、あるいは、CO2、その他の
汎用物質を用いることができる。また、SF6,C
2F6,C4F8等と混合して用いて、電気絶縁性に優れる
が、地球温暖化係数が大きいこれらの物質の使用量を低
減することができる。
方法では、ガス絶縁電気機器の最低使用気温において
も、ガス絶縁電気機器内のCF3Iのガス温度はガス絶
縁電気機器内のCF3Iのガス圧力、或いはガス分圧に
おける飽和温度以上に保たれているので、CF3Iが液
化することはない。このため、運転範囲のガス温度にお
けるCF3Iの密度(比重量)は一定になり、AC破壊電
圧で代表される絶縁耐力の低下が防止され、優れた電気
絶縁性を確保できる。
合物を絶縁性ガスとして用いることにより電気絶縁性に
優れ、不燃性で、毒性がほとんど無く、なおかつ地球温
暖化係数がCO2より小さく、オゾン破壊係数0のガス
絶縁電気機器として使用することが可能になる。
照して説明する。図4はガス絶縁開閉装置の絶縁性ガス
としてCF3Iを用いた場合のガス絶縁開閉装置の運転
方法の一実施例であり、開閉装置の運転を保証する最低
気温tmin℃におけるCF3Iの飽和圧力がPminMPa
であり、開閉装置内のCF3Iのガス温度t℃とガス圧
力PMPaの関係が P≧(Pmin/(tmin+273.
15))・(t+273.15)(これは、絶対温度:
Tmin、T(K)とすれば、P≧(Pmin/Tmin)・T
と表される。華氏温度:tFmin、tF(1゜R)とすれ
ば、P≧(Pmin/( tFmi n+459.67))・(
tF+459.67)と表される。)の場合である。
開閉装置内のCF3Iのガス温度が低い時にはCF3Iが
液化する。それを防ぐためのガス絶縁開閉装置の構成を
図6に示す。
を遮断する遮断器1、高電圧の加わっている高電圧導体
2a〜2cを電気的に切り離す断路器3a〜3c、送電
線からの高電圧を導入するガスで絶縁されたブッシング
4、サージ電圧を抑制するための避雷器5、及びこれら
を連結する母線6a〜6gで構成される。それぞれの部
分は絶縁物で出来たスペーサ7a〜7lで区切られてい
る。ガス絶縁開閉装置はダクト8a,8bによりガス絶
縁変圧器12に接続されている。
器5、ブッシング4はダクト8c〜8Lで連結されてい
る。遮断器1、断路器3、母線6、避雷器5、ブッシン
グ4、ガス絶縁変圧器12を連結するダクト8にはバル
ブ13a〜13Lが設けられている。遮断器1、断路器
3、ブッシング4、避雷器5、母線6の密閉容器内及び
ガス絶縁変圧器12内には、絶縁性ガスであるCF3I
が充填されている。ダクト8aの途中には送風機11が
設けられている。
12内、遮断器1、断路器3、母線6、避雷器5、ブッ
シング4の密閉容器内に充填してある絶縁性ガスである
CF3Iを送風機11を用いて循環させることができ
る。このため、遮断器1、断路器3、母線6、避雷器
5、ブッシング4の各密閉容器内には変圧器12で飽和
温度以上に加熱されたCF3Iが常に流れることにな
る。
件のCF3Iのガス温度をtf℃、ガス圧力をPfMP
a、また比重量(密度)をγkg/m3、ガス定数をRと
すると、気体の状態のCF3Iは P=(Pf/(tf+
273.15))・(t+273.15)=γR(t+
273.15)(これは絶対温度:Tf、T(K)とす
れば、P=(Pf/Tf)・T=γRTと表される。華氏
温度:tF,f,tF(oR)とすれば、P=(Pf/( t
F,f+459.67))・(tF+459.67)=γ
R(tF+459.67)と表される。)で表されるガ
ス温度t℃とガス圧力PMPaの運転線上の状態を保つ
ことになる。
温度以上になるようにCF3Iのガス温度は維持される
ので、気温が低くて起動時等のように開閉装置が暖まっ
ていないときでもCF3Iの液化が生じないので、絶縁
耐力の低下を防止することができる。
してCF3Iを含む混合物を用いた場合のガス絶縁開閉
装置の運転方法の一実施例であり、ガス絶縁開閉装置の
運転を保証する最低気温tmin℃におけるCF3Iの飽和
圧力がPminMPaであり、開閉装置内のCF3Iのガス
温度t℃とガス分圧PCF3IMPaの関係が PCF3I
≧(Pmin/(tmin+273.15))・(t+2
73.15)(これは、絶対温度:Tmin、T(K)と
すれば、PCF3I≧(Pmin/Tmin)・Tと表される。華
氏温度:tFmin、tF(oR)とすれば、PCF3I≧(P
min/( tFmin+459.67))・( tF+45
9.67)と表される。)の場合である。
Iの液化はCF3Iの分圧で評価すればよく、開閉装置
の定格負荷条件のCF3Iのガス温度tf℃、ガス分圧を
Pf,CF3IMPa、また、比重量(密度)をγkg/m3、
ガス定数をRとすると、 PCF3I=(Pf,CF3I/(tf
+273.15))・(t+273.15)=γR(t
+273.15)(これは絶対温度:Tf、T(K)と
すれば、PCF3I=(Pf,CF3I/Tf)・T=γRTと表
される。華氏温度:tF,f,tF(oR)とすれば、P
CF3I=(Pf,CF3I/(tF,f+459.67))・(t
F+459.67)=γR(tF+459.67)と表さ
れる。)とCF3Iの蒸気圧曲線の交点の温度以上にな
るようにガス温度を上げて、CF3Iを含む混合物のガ
ス温度を飽和温度以上に保てば、起動時等のように開閉
装置の温度が低いときにもCF3Iを含む混合物が液化
しないので、絶縁耐力の低下を防ぐことができる。
が流れている電路を遮断する機器は遮断器1であるが、
この時に遮断器1の密閉容器内ではアークが発生する。
アークによる光や高い温度で密閉容器内の絶縁性ガスで
あるCF3Iが分解すると、十分な絶縁耐力と遮断性能
が確保できない恐れがある。この場合、図7の実施例の
ように遮断器1にはアーク発生時にも分解しにくく絶縁
耐力と遮断性能に優れたSF6等を封入し、それ以外の
断路器3、母線6等の密閉容器内に絶縁性ガスであるC
F3Iを封入すればよい。
器3においては小電流しか流れないが、アークの発生に
より断路器3の密閉容器内のCF3Iの絶縁耐力や遮断
性能が低下する場合には、図1のように遮断器1や断路
器3のような電路を機械的に入り切りする開閉器以外の
母線6、避雷器5、ブッシング4の密閉容器内にのみ絶
縁ガスとしてCF3Iを使用し、遮断器1や断路器3に
はSF6を使用すればよい。
た油をダクト8に通すか、油で暖められたタンクにダク
ト8を接触させ、そのダクト8を母線6、避雷器5、ブ
ッシング4等の各密閉容器に接続し、ダクト8の途中に
送風機11を設置する構成とすれば、ダクト8で接続さ
れている母線6、避雷器5、ブッシング4等の各密閉容
器内のCF3I、或いはCF3Iを含む混合物を送風機1
1により循環させることによって、油入り変圧器のタン
ク内で暖められた油の熱を利用し、CF3Iを暖めるこ
とができる。
において、リードダクト14内にはガス絶縁変圧器12
a〜12cとタップ切換器15を接続するタップリード
線16、中性点リード線17、二次リード線18が引き
回されている。ガス絶縁変圧器12とリードダクト14
の接続部は絶縁物で出来たスペーサ7a〜7fで気密に
仕切られている。ガス絶縁変圧器12とリードダクト1
4はダクト8a〜8Lにより連通されており、途中にバ
ルブ13a〜13fと送風機11a〜11fが設置され
ている。リードダクト14内にはCF3I、或いはCF3
Iを含む混合物が封入されている。
12内で使用している絶縁冷却媒体であるCF3I、或
いはCF3Iを含む混合物をダクト8を通して送風機1
1により、リードダクト14内に循環させることができ
る。リードダクト14内のCF3I、或いはCF3Iを含
む混合物はガス絶縁変圧器12内で飽和温度以上になっ
たガスが供給されることになるので、ガス温度を飽和温
度以上に維持することが可能となる。
ードダクト内のCF3I、或いはCF3Iを含む混合物の
ガス温度を飽和温度以上に保てば、起動時等のようにリ
ードダクトの温度が低いときにもCF3I、或いはCF3
Iを含む混合物が液化しないので、絶縁耐力の低下を防
ぐことができる。
該図ではガス絶縁開閉装置は電流を遮断する遮断器1、
高電圧の加わっている高電圧導体2a〜2cを電気的に
切り離す断路器3a〜3c、送電線からの高電圧を導入
するガスで絶縁されたブッシング4、サージ電圧を抑制
するための避雷器5、及びこれらを連結する母線6a〜
6fで構成される。それぞれの部分は絶縁物でできたス
ペーサ7a〜7Lで気密に仕切られている。更に、母線
6、避雷器5、ブッシング4の密閉容器内にガス温度が
低い場合の加熱手段として電気ヒータ9a〜9iを取り
付けてある。
5、ブッシング4の密閉容器内にCF3I、或いはCF3
Iを含む混合物が飽和温度以上になるまで、電気ヒータ
9a〜iを運転してガスを暖め、飽和温度以上になった
時点で開閉装置本体を運転することが可能となる。
CF3I、或いはCF3Iを含む混合物を加熱手段によっ
て加熱して、ガス温度を飽和温度以上に保てば、起動時
等のように開閉装置の温度が低いときにも、CF3I或
いはCF3Iを含む混合物が液化しないので、絶縁耐力
の低下を防ぐことができる。
要はなく、ガス絶縁開閉装置の母線6、避雷器5、ブッ
シング4に接して設けられた配管に水蒸気のような高温
の流体を流してもよいし、油入り変圧器のタンク内で暖
められた油を配管に流して、この配管の熱を利用し、各
密閉容器内のCF3I、或いはCF3Iを含む混合物を暖
めてもよい。
す。同図に示す管路気中送電線はシース10内に高電圧
の加わっている高電圧導体2、ガス区画を形成するため
のスペーサ7が設置され、ガス区画間はダクト8で連結
されている。端のガス区画はダクト8でガス絶縁変圧器
12と繋がっており、ダクト8の途中には送風機11が
設けられている。シース10内には絶縁性ガスとしてC
F3I、或いはCF3Iを含む混合物が封入してあり、送
風機11により絶縁性ガスを循環させるように構成して
ある。
I、或いはCF3Iを含む混合物をガス絶縁変圧器12
からダクト8を通してシース10内に送風機11により
送り込むことができる。シース10内は変圧器12内で
飽和温度以上になったCF3I、或いはCF3Iを含む混
合物が流れることになるので、ガス温度を飽和温度以上
に維持することが可能となる。
路気中送電線内のCF3I、或いはCF3Iを含む混合物
のガス温度を飽和温度以上に保てば、起動時等のように
管路気中送電線の温度が低いときにも、CF3I或いは
CF3Iを含む混合物が液化しないので、シース内の絶
縁性ガスであるCF3Iが液化し絶縁耐力の低下するこ
とはない。
続し、密閉容器内の温度を温度検出器100Xで検出し
た検出結果により、制御部100で電気ヒータ9aに流
す電流値を制御して、CF3Iが液化し絶縁耐力の低下
しない温度に制御している。
液化し絶縁耐力の低下しない温度に相当する電流値を基
準電流値として制御部100に記憶して置き、送風機1
1を回転させるモータ100yに流れる電流値を基準電
流値に成るように常に制御部100で制御し、送風機1
1から送風量を制御する場合には、必ずしも温度検出器
100Xは必要ない。
Iを含む混合物を絶縁性ガスとして用いるガス絶縁電気
機器において、CF3Iの液化が生じなくなり、絶縁耐
力の低下が防止できる結果、地球温暖化係数がCO2よ
り小さく、電気絶縁性に優れ、不燃性で、毒性がほとん
ど無く、尚且つオゾン破壊を少なくして自然環境を良好
に出来る。
F3Iが液化しない温度にしているから、CF3Iの絶縁
耐力の低下を防止することが出来る。
面図である。
す特性図である。
置における運転範囲を示す特性図である。
置の実施例における運転範囲を示す特性図である。
却媒体とするガス絶縁開閉装置の実施例における運転範
囲を示す特性図である。
断面図である。
断面図である。
されるリードダクトの断面図である。
絶縁開閉装置の断面図である。
面図である。
グ、5…避雷器、6…母線、7…スペーサ、8…ダク
ト、9…電気ヒータ、10…シース、11…送風機、1
2…ガス絶縁変圧器、13…バルブ、14…リードダク
ト、15…タップ切換器、16…タップリード線、17
…中性点リード線、18…二次リード線。
Claims (5)
- 【請求項1】 電気導体又は電気導体に接続した電気機
器を密閉容器に収納し、密閉容器内に電気絶縁性ガスを
封入したガス絶縁電気機器において、上記電気絶縁性ガ
スにCF3Iを使用することを特徴とするガス絶縁電気
機器。 - 【請求項2】 電気導体又は電気導体に接続した電気機
器を密閉容器に収納し、密閉容器内に電気絶縁性ガスを
封入したガス絶縁電気機器において、上記電気絶縁性ガ
スにCF3Iを使用すると共に、CF3Iが液化しない温
度にCF3Iを温める加熱手段を密閉容器に設けること
を特徴とするガス絶縁電気機器。 - 【請求項3】 加熱手段して密閉容器の一部に電気ヒー
タを設けることを特徴とする請求項2記載のガス絶縁電
気機器。 - 【請求項4】 加熱手段して変圧器と密閉容器との間を
循環するダクトを設け、ダクトに設けた送風機により、
変圧器により暖められたCF3Iを変圧器と密閉容器と
の間で循環させることを特徴とする請求項2記載のガス
絶縁電気機器。 - 【請求項5】 上記密閉容器内の温度を検出する温度検
出手段の検出値により、電気ヒータ又は送風機に流す電
流をCF3Iが液化しない温度にする電流値に制御する
制御部を設けることを特徴とする請求項2記載のガス絶
縁電気機器。
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