JP2012256708A

JP2012256708A - コンデンサユニットおよびガス絶縁遮断器

Info

Publication number: JP2012256708A
Application number: JP2011128766A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Sato; 正幸佐藤; Koichi Hoshina; 好一保科; Hideaki Shirai; 英明白井
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2011-06-09
Filing date: 2011-06-09
Publication date: 2012-12-27

Abstract

【課題】トリプルジャンクションの高電界を緩和させることによって絶縁性能の低下を抑制することができるコンデンサユニットおよびそれを用いたガス絶縁遮断器を提供する。
【解決手段】コンデンサ素子１_１〜１_ｎを直列に接続してなるコンデンサ積層体１’を絶縁筒３に収納し、接続電極２を介してコンデンサ積層体１’の両端部を静電シールド電極４に接続したコンデンサユニットにおいて、絶縁筒３の両端の内部に同心円状にリング電極８を形成して接続金属９により静電シールド電極４と接続し、かつリング電極８の軸方向における配置位置を接続電極の先端（符号６の位置）よりも絶縁筒３の軸方向における中央部Ｃ側とする。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、変電所等で使用される遮断器の遮断接点に設けられるコンデンサユニットおよびそれを用いたガス絶縁遮断器に関する。

変電所や発電所などにおいては、既存の気中開閉設備をガス絶縁開閉装置（ＧＩＳ）に置換することで、変電所等の大幅な縮小化・省スペース化が期待できる。
ガス絶縁開閉装置（ＧＩＳ）の一つであるガス絶縁遮断器の遮断接点には、極間の電圧分担率の均等化の為、遮断接点と並列にコンデンサを設けることがある。

このコンデンサは、一般的に、以下のようにして形成される。

まず、図９に示すように、セラミックス等の高誘電率材で構成された誘電体１ａをエポキシ樹脂等の絶縁体１ｂでモールドし、電極１ｃ、１ｄを接合してコンデンサ素子１を形成する。

次に、図１０に示すように、これらのコンデンサ素子１_１、１_２、・・・１_ｎを所定個数積層してコンデンサ積層体１’を構成し、開口端部を有する絶縁筒３にこのコンデンサ積層体１’を収納する。さらに、コンデンサ積層体１’の両端には、接続電極２を介して静電シールド電極４を設けることでコンデンサユニット９０が形成される。

このようなコンデンサユニット９０を遮断接点と並列に接続して、ガス絶縁遮断器が提供される。

特開平０６−３３８４３６号公報特開平０７−１６１２６８号公報

上記のようなコンデンサユニット９０では、直列に接続するコンデンサ素子１_１、１_２、・・・１_ｎの個数を調整することによって、所望の静電容量および耐電圧性能が得られる。

また、コンデンサユニット９０では、コンデンサ積層体１’を構成する個々のコンデンサ素子１_１〜１_ｎの外径が、絶縁筒３の内径より１〜２ｍｍ程度小さくなるように形成される。したがって、コンデンサ積層体１’の両端に配置する接続電極２の外径も、絶縁筒３の内径より１〜２ｍｍ小さくなるよう形成されている。

上記のようにコンデンサユニット９０を製造・組立することによって、コンデンサ素子１_１〜１_ｎおよび接続電極２を絶縁筒３内部に挿入する際に、径方向へのズレを抑制することができる。

しかし、コンデンサユニット９０では、接続電極２の外面と絶縁筒３の内面との距離が１ｍｍ以下となった場合、微小なギャップを形成する可能性が高い。

図１０に示すように、金属と絶縁筒３の絶縁物との間隔が１ｍｍ以下となった場合の微小ギャップ６はトリプルジャンクションと呼ばれており、電界が局所的に集中して高電界を形成する部位として知られている。

したがって、上記のようなトリプルジャンクションにおける高電界が原因で絶縁破壊が発生する危険性がある。このため、コンデンサユニット９０のコンパクト化の阻害要因となると同時に、ガス絶縁遮断器全体でのコンパクト化の阻害要因にもなっている。

このようなトリプルジャンクションの高電界を低減させるため、図１０に示す外部シールド構造７が設けられることがある。

この場合、コンデンサユニット９０は、図１１に示すように、円周状に形成された外部シールド構造７の内周に、コンデンサ積層体１’を収納した絶縁筒３を複数個（図面では６個）円周方向に並べて構成される。

一般的に、高電圧が印加される最外殻の電極の内側に構成される電極については、その表面の電界は低減される。よって、外部シールド構造７は接続電極２と同電位であるため、図１１に示すように、外部シールド構造７より内側（中心側）に位置する仮想線Ａに沿った位置にあるトリプルジャンクションの電界は低減されることになる。

しかしながら、トリプルジャンクションは、それぞれの絶縁筒３内において、接続電極２の先端部分で円周全周（図１１の絶縁筒３と接続電極２との隙間の円周全周）に亘って形成される可能性がある。このため、仮想線Ａに沿った位置以外の位置については外部シールド電極７によるトリプルジャンクションの高電界を低減する効果は得られない。

そこで、本発明の実施形態は、絶縁筒内で接続電極の先端部の全周に亘り、トリプルジャンクションの高電界を緩和させることによって絶縁性能の低下を抑制することができるコンデンサユニットおよびそれを用いたガス絶縁遮断器を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明の実施形態に係るコンデンサユニットは、誘電体の周囲を絶縁材で被覆したコンデンサ素子を複数個直列に接続してなるコンデンサ積層体を、開口端部を有する絶縁筒に収納し、接続電極を介して前記コンデンサ積層体の両端部を静電シールド電極に接続したコンデンサユニットにおいて、前記絶縁筒の両端の内部に同心円状にリング電極を形成して前記静電シールド電極に接続し、かつ前記リング電極の軸方向における配置位置を前記接続電極の先端よりも前記絶縁筒の軸方向における中央部側としたことを特徴とする。

また、本発明の実施形態に係るコンデンサユニットは、誘電体の周囲を絶縁材で被覆したコンデンサ素子を複数個直列に接続してなるコンデンサ積層体を、開口端部を有する絶縁筒に収納し、接続電極を介して前記コンデンサ積層体の両端部を静電シールド電極に接続したコンデンサユニットにおいて、前記絶縁筒の両端の外部に同心円状にリング電極を形成して前記静電シールド電極に接続し、かつ前記リング電極の軸方向における配置位置を前記接続電極の先端よりも前記絶縁筒の軸方向における中央部側としたことを特徴とする。

また、本発明の実施形態に係るコンデンサユニットは、誘電体の周囲を絶縁材で被覆したコンデンサ素子を複数個直列に接続してなるコンデンサ積層体を、開口端部を有する絶縁筒に収納し、接続電極を介して前記コンデンサ積層体の両端部を静電シールド電極に接続したコンデンサユニットにおいて、前記接続電極の外径を前記絶縁筒の内径より４ｍｍ以上細くし、前記接続電極と前記絶縁筒とのギャップに絶縁リングを配置して前記接続電極を前記絶縁筒内に固定したことを特徴とする。

また、本発明の実施形態に係るコンデンサユニットは、誘電体の周囲を絶縁材で被覆したコンデンサ素子を複数個直列に接続してなるコンデンサ積層体を、開口端部を有する絶縁筒に収納し、接続電極を介して前記コンデンサ積層体の両端部を静電シールド電極に接続したコンデンサユニットにおいて、前記接続電極の外径を前記絶縁筒の内径より４ｍｍ以上細くし、前記静電シールド電極に前記接続電極の挿入口を形成して、当該挿入口に前記接続電極を嵌合させたことを特徴とする。

また、上述の目的を達成するため、本発明の実施形態に係るガス絶縁遮断器は、前記コンデンサユニットを、主回路の遮断接点と並列に接続したことを特徴とする。

本発明に係るコンデンサユニットの第１の実施形態を示す縦断面図。本発明に係るガス絶縁遮断器の第１の実施形態を示す縦断面図。本発明に係るコンデンサユニットの第２の実施形態を示す縦断面図。本発明に係るガス絶縁遮断器の第２の実施形態を示す縦断面図。本発明に係るコンデンサユニットの第３の実施形態を示す縦断面図。本発明に係るガス絶縁遮断器の第３の実施形態を示す縦断面図。本発明に係るコンデンサユニットの第４の実施形態を示す縦断面図。本発明に係るガス絶縁遮断器の第４の実施形態を示す縦断面図。コンデンサユニットに用いられる個々のコンデンサ素子を示す概略図。従来のコンデンサユニットを示す縦断面図。図１０のＸＩ−ＸＩ線断面図。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。なお、従来例として図１０に示したコンデンサユニットと同一の部材に関しては同一符号を付し、説明は省略する。

［第１の実施の形態］
（全体構成）
図１は、本発明に係るコンデンサユニットの第１の実施形態を示す縦断面図である。ただし、中心線の右半分のみを図示する。

本実施の形態のコンデンサユニット１０では、開口端部を有する絶縁筒３の両端の内部に同心円状にリング電極８が形成されている。このリング電極８は接続金属９を介して静電シールド電極４と接続されている。

また、このリング電極８の軸方向における配置位置は、接続電極２の先端部（符号６の位置）よりやや中央部Ｃ側とすることが好ましく、隣接するコンデンサ素子１（１_１又は１_ｎ）の中間位置まで配置することができる。

また、図２に示すように、コンデンサユニット１０を主回路の遮断接点５と並列に接続してガス絶縁遮断器２０を構成することもできる。

（作用・効果）
本実施の形態のコンデンサユニット１０では、たとえ接続電極２の外面と絶縁筒３の内面との距離が１ｍｍ以下となり、微小ギャップ６でトリプルジャンクションによる高電界を形成したとしても、リング電極８により接続電極２の先端の全周に亘って電界シールドの作用を得ることができる。この電界シールド作用では、高電圧が印加される最外殻の電極の内側に形成される電極について、その表面の電界が低減される。このため、リング電極８により接続電極２の先端の全周に亘ってトリプルジャンクションの高電界を緩和させ、絶縁性能の低下を抑制することができる。

さらに、コンデンサユニット１０を主回路の遮断接点５と並列に接続して、図２に示すように、ガス絶縁遮断器２０を形成することにより、機器をコンパクト化した場合であっても、トリプルジャンクション部位での絶縁破壊を発生させることがなく、絶縁信頼性のあるコンパクトなガス絶縁遮断器を提供することができる。

［第２の実施の形態］
（全体構成）
図３は、本発明に係るコンデンサユニットの第２の実施形態を示す縦断面図である。ただし、中心線の右半分のみを図示する。

本実施の形態のコンデンサユニット３０では、開口端部を有する絶縁筒３の両端の外部に同心円状にリング電極１８が形成されている。このリング電極１８は接続金属１９を介して静電シールド電極４と接続されている。

また、このリング電極１８の軸方向における配置位置は、接続電極２の先端部（符号６の位置）よりやや中央部Ｃ側とすることが好ましく、隣接するコンデンサ素子１（１_１又は１_ｎ）の中間位置まで配置することができる。

また、図４に示すように、コンデンサユニット３０を主回路の遮断接点５と並列に接続してガス絶縁遮断器４０を構成することもできる。

（作用・効果）
本実施の形態のコンデンサユニット３０では、たとえ接続電極２の外面と絶縁筒３の内面との距離が１ｍｍ以下となり、微小ギャップ６でトリプルジャンクションによる高電界を形成したとしても、リング電極１８により接続電極２の先端の全周に亘って電界シールドの作用を得ることができる。このため、リング電極１８により接続電極２の先端の全周に亘ってトリプルジャンクションの高電界を緩和させ、絶縁性能の低下を抑制することができる。

さらに、コンデンサユニット３０を主回路の遮断接点５と並列に接続して、図４に示すように、ガス絶縁遮断器４０を形成することにより、機器をコンパクト化した場合であっても、トリプルジャンクション部位での絶縁破壊を発生させることがなく、絶縁信頼性のあるコンパクトなガス絶縁遮断器を提供することができる。

［第３の実施の形態］
（全体構成）
図５は、本発明に係るコンデンサユニットの第３の実施形態を示す縦断面図である。ただし、中心線の右半分のみを図示する。

本実施の形態のコンデンサユニット５０では、接続電極２２の外径を絶縁筒３の内径より４ｍｍ以上細くし、接続電極２２と絶縁筒３とのギャップ２３に絶縁リング２１を配置して接続電極２２を絶縁筒３内に固定している。

また、図６に示すように、コンデンサユニット５０を主回路の遮断接点５と並列に接続してガス絶縁遮断器６０を構成することもできる。

（作用・効果）
本実施の形態のコンデンサユニット５０では、接続電極２２の外径と絶縁筒３の内径との差を４ｍｍ以上としているので、接続電極２２と絶縁筒３との間に２ｍｍ以上のギャップ２３が形成される。このため、接続電極２２の先端における微小ギャップは２ｍｍ以上に改善され、従来のコンデンサユニットにおいて問題とされたトリプルジャンクションを形成しない。その結果、接続電極２２の先端の電界は上昇せず、絶縁性能の良好なコンデンサユニット５０を提供することができる。

さらに、コンデンサユニット５０を主回路の遮断接点５と並列に接続して、図６に示すように、ガス絶縁遮断器６０を形成することにより、機器をコンパクト化した場合であっても、トリプルジャンクション部位での絶縁破壊を発生させることがなく、絶縁信頼性のあるコンパクトなガス絶縁遮断器を提供することができる。

［第４の実施の形態］
（全体構成）
図７は、本発明に係るコンデンサユニットの第４の実施形態を示す縦断面図である。ただし、中心線の右半分のみを図示する。

本実施の形態のコンデンサユニット７０では、接続電極３２の外径を絶縁筒３の内径より４ｍｍ以上細くし、静電シールド電極４に接続電極３２の挿入口３１を形成して、この挿入口３１に接続電極３２を嵌合させている。

また、図８に示すように、コンデンサユニット７０を主回路の遮断接点５と並列に接続してガス絶縁遮断器８０を構成することもできる。

（作用・効果）
本実施の形態のコンデンサユニット７０では、接続電極３２の外径と絶縁筒３の内径との差を４ｍｍ以上としているので、接続電極３２と絶縁筒３との間に２ｍｍ以上のギャップ３３が形成される。このため、接続電極３２の先端における微小ギャップは２ｍｍ以上に改善され、従来のコンデンサユニットにおいて問題とされたトリプルジャンクションを形成しない。その結果、接続電極３２の先端の電界は上昇せず、絶縁性能の良好なコンデンサユニット７０を提供することができる。

さらに、コンデンサユニット７０を主回路の遮断接点５と並列に接続して、図８に示すように、ガス絶縁遮断器８０を形成することにより、機器をコンパクト化した場合であっても、トリプルジャンクション部位での絶縁破壊を発生させることがなく、絶縁信頼性のあるコンパクトなガス絶縁遮断器を提供することができる。

なお、以上説明した実施形態のコンデンサユニット１０、３０、５０、７０では、全て外部シールド構造７を形成した例を示したが、外部シールド構造７を省略することもできる。

また、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。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施され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。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、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ものである。

１ａ…誘電体
１ｂ…絶縁体
１ｃ、１ｄ…電極
１…コンデンサ素子
１’ …コンデンサ積層体
２…接続電極
３…絶縁筒
４…静電シールド電極
５…遮断接点
６…微小ギャップ
７…外部シールド構造
８…リング電極
９…接続金属
１０…コンデンサユニット
１８…リング電極
１９…接続金属
２０…ガス絶縁遮断器
２１…絶縁リング
２２…接続電極
２３…ギャップ
３０…コンデンサユニット
３１…挿入口
３２…接続電極
３３…ギャップ
４０…ガス絶縁遮断器
５０…コンデンサユニット
６０…ガス絶縁遮断器
７０…コンデンサユニット
８０…ガス絶縁遮断器
９０…コンデンサユニット

Claims

誘電体の周囲を絶縁材で被覆したコンデンサ素子を複数個直列に接続してなるコンデンサ積層体を、開口端部を有する絶縁筒に収納し、接続電極を介して前記コンデンサ積層体の両端部を静電シールド電極に接続したコンデンサユニットにおいて、
前記絶縁筒の両端の内部に同心円状にリング電極を形成して前記静電シールド電極に接続し、かつ前記リング電極の軸方向における配置位置を前記接続電極の先端よりも前記絶縁筒の軸方向における中央部側としたことを特徴とするコンデンサユニット。
誘電体の周囲を絶縁材で被覆したコンデンサ素子を複数個直列に接続してなるコンデンサ積層体を、開口端部を有する絶縁筒に収納し、接続電極を介して前記コンデンサ積層体の両端部を静電シールド電極に接続したコンデンサユニットにおいて、
前記絶縁筒の両端の外部に同心円状にリング電極を形成して前記静電シールド電極に接続し、かつ前記リング電極の軸方向における配置位置を前記接続電極の先端よりも前記絶縁筒の軸方向における中央部側としたことを特徴とするコンデンサユニット。
誘電体の周囲を絶縁材で被覆したコンデンサ素子を複数個直列に接続してなるコンデンサ積層体を、開口端部を有する絶縁筒に収納し、接続電極を介して前記コンデンサ積層体の両端部を静電シールド電極に接続したコンデンサユニットにおいて、
前記接続電極の外径を前記絶縁筒の内径より４ｍｍ以上細くし、前記接続電極と前記絶縁筒とのギャップに絶縁リングを配置して前記接続電極を前記絶縁筒内に固定したことを特徴とするコンデンサユニット。
誘電体の周囲を絶縁材で被覆したコンデンサ素子を複数個直列に接続してなるコンデンサ積層体を、開口端部を有する絶縁筒に収納し、接続電極を介して前記コンデンサ積層体の両端部を静電シールド電極に接続したコンデンサユニットにおいて、
前記接続電極の外径を前記絶縁筒の内径より４ｍｍ以上細くし、前記静電シールド電極に前記接続電極の挿入口を形成して、当該挿入口に前記接続電極を嵌合させたことを特徴とするコンデンサユニット。
請求項１ないし請求項４のいずれか１項記載のコンデンサユニットを、主回路の遮断接点と並列に接続したことを特徴とするガス絶縁遮断器。