JPH038221A - 高圧絶縁体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は屋外用高圧絶縁体に関し、詳しくは６０ＫＶあ
るいはそれ以上の連続動作電圧に耐えるよう設計された
単一ディスク型の高圧懸架絶縁体及びステーンヨンポス
ト型絶縁体に関する。

（従来技術） 屋外用高圧絶縁体の耐圧は絶縁体の設計と虜境条件に左
右される。特に空気中の汚染物、凝縮、雨あるいは雪に
よる濡れによる絶縁体表面の汚れが屋外用絶縁体の耐圧
に悪影響を及ぼす。屋外用絶縁体の耐圧は、濡れて汚れ
た表面のリーク抵抗と、乾燥帯を横切って延びる比較的
低抵抗のアークの関数であると従来信しられていた。こ
のことによって、リーク距離を延ばす複雑な形状の絶縁
体か設計されていた。この種の設計は、例えば、米国特
許部１，９３９，７６０号、第２，１３５，３５９号及
び第４４７４，４６４号に説明されている。過去の設計
のうちあるものは特定の条件で耐圧を改善しているか、
すべての設計かあらゆる環境条件で有効であるというわ
けではない、湿気の凝縮プロセスの重要性と空気中の汚
染物の付着を防止する機械的バリアの非有効性を認識し
ていないことか過去の設計の失敗の原因であった。

（発明の背景） 電力システムでの屋外絶縁に対する要求事項は、以下の
三種類の電圧ストレスによって示される。

（１）規定動作及び−時的の電力周波数過電圧（２）ス
イッチングサージ電圧 （３）雷によるサージ電圧 規定動作電力周波数電圧ストレスは比較的小さいが連続
的である。−時的な電力周波数過電圧は纒故や共振等の
異常動作条件で発生し、その大きさと期間は高電圧及び
超高電圧システムでは代表的には各々２νと０．５秒未
満である。スイッチングサージ電圧はスイッチング動作
によって起こり、その大きさと期間は代表的には各々３
ｖと数百マイクロ秒未満である。雷によるサージ電圧は
非常に高＜　１００ＯＫνをはるかに超えるが期間は非
常に短く、これらはシステムの動作電圧に無関係である
。雷によるサージ電圧はある場合には非常に高いので、
低いサージ耐圧で設計されたシステム装置は通常サージ
アレスタ（ｓｕｒｇｅ　ａｒｒｅｓｔｅｒｓ）によって
保護されている。空中の高圧線を保護するのにｖｃＪｌ
ｔ！シールドワイヤや空中線が通常用いられ落雷を防い
でいる。しかし、この方法は完全な保護を与えるもので
はなく、落雷電流の大きさと周波数ならびにラインの絶
縁レベルに応じて絶縁体にフラッシュオーバー（ｆｌａ
ｓｈｏｖｅｒｓ）かなお発生する。

絶縁体の汚染度が低い、例えば塩付着等価密度ＥＳＤＤ
＜　０．０１ｍｇ／ｃ＋ｓ２の比較的清浄な環境では、
高圧ラインに使用される絶縁レベルはスイッチングのサ
ージ電圧及びまたは雷のサージ電圧ですべて決定できる
。しかし、絶縁体の汚染が問題となるＥＳＤＤ＞　０．
０１ｍ）Ｈ／ｃｍ”の地域では、絶縁体の長さすなわち
絶縁体列はある天候条件で規定電力周波数動作電圧によ
って示される。経験上、従来の絶縁体は、その軸方向長
さに対して７５ＫＶｂ■ｓ）／ｍｅｔｅｒ未満に電力周
波数電圧ストレスを制限することによって、大概の環境
条件で満足した性衡が得られる。

１９６０年代の初期に４００ＫＶを超える超高圧が電力
ユーティリティに使用されると、この電圧ストレスは経
済的理由て当初的８７にＶ／■に上げられ後に約９５に
ν／謙に上げられた。そのような高圧を用いた初期の年
代てはステーション及びラインでの動作の経験とは満足
のいくものと思われた。しかし、時間か経過すると、絶
縁体の表面、特に雨や雪によって洗われることのない下
表面が汚れるとラインとステーションの両者で、絶縁体
はある気象条件ｆでフラッシュオーバーに見舞われるこ
ととなった。

研究所や現場での詳しい研究によれば、規定電力周波数
動作電圧での絶縁体のフラッシュオーバーは２個の基本
的なパラメータ、即ち絶縁体表面汚染とある天候条件で
の濡れ具合に起因することを示している。この場合重要
な汚染物の化学組成は水が存在するとイオンを形成する
すべての混合物である。ある種の不活性粒子は湿気の凝
縮とトラッピングの場所を繁えてフラッシュオーバーの
プロセスに二次的な役割を果し、またイオンの表面汚染
物の蓄積に二次的な役割を果す。絶縁体表面に堆積する
イオンの成分は地域によって各々異なった多くのものか
あるので、絶縁体表面積１ｃｍ２ＭたりのＮａＣＬｉ　
％　Ｂ（ｍｇ／ｃｍ２）単位の塩（ＮａＣＩ）堆積等価
密度（ＥＳＤＤ）で汚染量あるいは汚染度を表現するこ
とか２５年程前に決定した。このことは、基準となるの
が表面抵抗率であって実際の汚染物の化学組成ではない
ことを意味する。

絶縁体及び絶縁体シェルの露出したＬ表面が濡れるのは
、雨、雪、氷雨及び海岸での霧やしぶきの中の小さな空
気中の水滴の衝突によって起こるものである。このよう
な種々のものは風が存在すると垂直からある角度（θ）
で堆積される。研究によればこの角度は水滴の場合は風
の速度と水滴の大きさによって４５′″にまでなり、雪
片の場合には更に大きく７０°となる。このことより以
下のことか明らかである。すなわち、従来の比較的開放
的である懸架型あるいはステーションポスト型絶縁体の
上表面は完全に濡れるか雪あるいは氷で覆われて絶縁体
の耐圧になんら貢献しない、従って実際上はこのような
条件での従来の絶縁体の耐圧はすべて保護された下表面
に存在する。

研究所及び現場での研究によれば絶縁体の保護された下
表面は、ひとつの例外を除けば、特定のひとつのプロセ
ス、即ち湿気の凝縮によってのみ濡れることが示されて
いる。強風下での海岸では細かい水のしぶきもある場合
には絶縁体の下表面を濡らす。しかし、大抵の場合には
、表面の濡れの主たるメカニズムが凝縮である天候条件
で絶縁体のフラッシュオーバーが発生している。

空気中の水蒸気が絶縁体表面に凝縮するがあるいは目視
できる雲あるいは霧になるためには、絶縁体の表面温度
（Ｔｓ）と周囲温度（Ｔａ）とが露点温度（Ｔｄ）より
も小さいことが各々必然的に要求される（Ｔｓ　＜　Ｔ
ｄ、　Ｔａ　＜　Ｔｄ）、これら温度が等しいとき、空
気は水蒸気に飽和して相対湿度（ＲＨ）は１００％に等
しい、水蒸気が表面に！［する速度は温度差Ｔｄ　−Ｔ
ｓに比例する。自然環境で絶縁体表面に凝縮が発生する
ためには、比較的高い相対湿度の暖気質敬が冷気質量と
混合して飽和条件Ｔａ　＝　Ｔｄを満たし次に冷気領域
に移動することが必要である。絶縁体はその熱質量と時
定数によって常に周囲温度より遅れているので、条件Ｔ
ｓ＜　（Ｔａ＝Ｔｄ）となる、もし混合領域の移動が逆
方向、すなわちＴｓ＞　（Ｔａ−Ｔｄ）であると絶縁体
表面で凝縮は起こらない、ただし両者とも霧は発生する
。このことは霧の中や早期の露、及び氷雨とＴａ＝Ｏ℃
近くの湿った雪の後のある特定の条件での絶縁体のフラ
ッシュオーバー及び観察と一致している。

上述の条件Ｔｓ＜　（Ｔａ＝Ｔｄ）が氷雨あるいは湿っ
た雪（Ｔａ　＜　０℃）の後で起こると、絶縁体温度は
雪あるいは氷が融けるまでＴｓｍＯｏＣに滞まるので凝
縮プロセスが促進される。もし、Ｔａ又はＴｄがＴｓ＝
Ｏ℃より数度上昇すると、凝縮か急速になり絶縁体の表
面のすべてがひどく濡れ、その結果この特殊な条件が規
定周波数動作電圧での絶縁体の設計と性能に対する最つ
ども厳しい要求となる。

汚れて濡れた絶縁体のフラッシュオーバーのメカニズム
と絶縁体の性能と設計でのこのメカニズムの重要性とは
、印加電圧Ｖ、リーク抵抗Ｒ（Ｘ）、アーク電圧及びそ
のリーク電流■の関係によって最つどもよく記述できる
。

即ち、乾燥帯が形成されるまではＶ　＝　ＩＲ（Ｘ）で
ある。

代表的な屯−ディスク型絶縁体では、キャップとビンと
の間の汚れて濡れた表面のリーク抵抗は、非常に小さな
汚染度ＥＳＤＤ：ｌ：０．０］、ｓｇ／ｃｍ”でもＲ（
×）〜４０，０００Ωである０代表的な印加電圧１０に
Ｖではリーク電流はＩ＝２６０ミリアンペアであり、１
２Ｒ（Ｘ）損失は２６００ワウトである９表面の形状に
よってこの損失の大部分は電ｆＩｔ密度が最高であるピ
ンの領域に集中する。損失による熱量によってピン領域
の湿気は急速に蒸発して乾燥帯が形成される。もしこの
乾燥帯が充分に広いと、リーク電流はなくなり、表面は
冷たくなり、凝縮が再度発生し、これらプロセスが何度
も繰返される。もし乾燥帯の輻Ｘが印加電圧を支持する
のに不充分であると、印加電圧はアークしこのアーク電
圧を上式に含める必要がある。

印加交流電圧に対してアークか＃Ｉ続するためには連続
した各半サイクルでのアークの再起動にはが必要である
。

以、Ｅの式より以下のことか予想される。すなわち、乾
燥帯の幅が広がるとＲ（Ｘ）か減少し電ｙｔＩが増加し
、そして乾燥帯の輻Ｘか臨界長に達するとフラッシュオ
ーバーか起こる。印加電圧、表面抵抗及びアーク電圧に
対する電流の実験データは今までこの簡単な予想を支持
することはなかった。

観察によるといったん乾燥帯とアークか形成させるとリ
ーク電流は数百ミリアンペア（１Ａ）の初期値からｌＯ
層Ａ未満に減少する。このことは上述の式によって説明
されない高抵抗の存在を示している。

この高抵抗の原因と結果はすべての屋外用高圧絶縁体の
設計と性能にとって非常に重要なことである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、軸方向に配列されたペチコート（１０、１０′）の
   垂直列より構成され、少なくとも６０ＫＶの連続動作電
   圧に耐える単一ディスク型のガラスあるいは磁器の屋外
   用高圧懸架絶縁体であって、各ペチコートは環状リム（
   １１、１１′）と、このリムに向けて下方及び外方に滑
   めらかに傾斜した非導電性の上表面と下表面とを有し、 前記ペチコート（１０、１０′）の形状と間隔は、隣接
   する上下一対のペチコートのうち上方のペチコート（１
   ０）が上方のペチコートのリム、（１１）と交差する円
   錐角２θ（９０゜≦２θ＜１４０°）の逆円錐（ＡＯ′
   Ｂ）内に横たわる下方のペチコート（１０′）の所定表
   面領域を覆い、各ペチコートのリムと次段のペチコート
   の覆われていない領域との最小空隙が少なくとも１００
   ｍｍであることを特徴とする高圧懸架絶縁体。 ２、前記ペチコートの形状と間隔は、各隣接する対のう
   ち上方のペチコート（１０）が上方のペチコートのリム
   と交差する直角逆円錐（ＡＯＢ）内に横たわる下方のペ
   チコート（１０′）の所定表面領域を覆うことを特徴と
   する請求項１記載の高圧懸架絶縁体。 ３、前記ペチコート（１０、１０′）はベルの形状をし
   ていることを特徴とする請求項１記載の高圧懸架絶縁体
   。 ４、前記ペチコート（１０、１０′）は円錐形であるこ
   とを特徴とする請求項１記載の高圧懸架絶縁体。 ５、垂直方向に相互に結合して配列された絶縁体ユニッ
   ト（２０）のアセンブリより構成され、少なくとも６０
   ＫＶの連続動作電圧に耐えるステーションポスト型のガ
   ラスあるいは磁器の屋外用高圧絶縁体であって、各ユニ
   ットは軸方向に離れた複数の環状スカート（２２）を有
   し全体のユニットが繰返しパターンを形成し、各ユニッ
   トは最上部のスカート（２２ａ）とこれに対して軸方向
   に配置された複数の下方ス カート（２２ｂ、２２ｃ）より成り、そして各スカート
   は環状リム（２３ａ、２３ｂ、２３ｃ）と、このリムに
   向けて下方及び外方に滑めらかに傾斜した非導電性の上
   表面と下表面とを有し、 前記スカートの形状と間隔は、隣接する一対のスカート
   のうち上方のスカートが上方のスカートのリムと交差す
   る円錐角２θ（９０°≦２θ≦１４０°）の逆円錐内に
   横たわる隣接する下方のスカートの所定表面領域を覆い
   、前記最上部のスカートのリムと次段の覆われていない
   領域との最小空隙が少なくとも１００ｍｍであることを
   特徴とする高圧絶縁体。 ６、前記スカート（２２）の形状と間隔は、各隣接する
   対のうち上方のスカートが上方のスカートのリムと交差
   する直角逆円錐内に横たわる下方のスカートの所定表面
   領域を覆うことを特徴とする請求項５記載の高圧絶縁体
   。