JPH0520969B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 本発明は、電力用管路母線に関するもので、特
に急峻波サージ電圧を減衰させる特性を備えた管
路母線に係る。

［発明の技術的背景及びその問題点］ 変電所で用いられる高電圧回路の開閉装置とし
て、近年、ガス絶縁開閉装置が良く用いられてい
る。これは、母線、しや断器を初めとして、その
他の付属設備を金属容器の中に収納し、その後、
この金属容器内に安定度が高く、不活性、不燃、
無臭、無害であり、且つ空気の２〜３倍の絶縁耐
力を有するSF₆ガスを封入して、高電圧回路の開
閉装置としたものである。

この様なガス絶縁開閉装置においては、しや断
器や断路器が作動し、回路が切離されたりつなが
れたりする際に、電極間に放電が生じる。この放
電により発生するサージ電圧は、時には定格の２
倍以上になることもあり、且つ第１波の波高値に
至る時間は100ns以下の高周波の振動波になり、
しかも管路母線に用いられている同軸上の構造は
周波数特性が極めて良く、1GHHzまでの周波数
の電圧をほとんど減衰させることなく伝搬させる
ため、サージは減衰せずにそのままガス絶縁開閉
装置に接続された他の機器、例えば変圧器、ブツ
シング等に達する。

次に、この様な高周波電圧が他の機器に及ぼす
影響を変圧器を例にして説明する。即ち、第６図
に示した様に、従来のGIS型変電所において、ガ
ス絶縁開閉装置に接続される変圧器は、変圧器の
鉄心１の回りに巻線２が巻回され、これらが絶縁
油を充填したタンク３内に収納されている。ま
た、タンク３には絶縁油を冷却するクーラー４及
び絶縁油の劣化を防止する為のコンサベータ５が
配設されている。さらに、前記巻線２がの一部か
ら引出された高圧リード線６は油ダクト７を介し
て油／ガスブツシング８に接続され、さらにSF₆
ガス管路母線ダクト９内に収納された高圧中心導
体１０によつて図示していないガス絶縁開閉装置
に接続されている。なお、油ダクト７には避雷器
１１が配設されている。

この様な構成を有するガス絶縁開閉装置に接続
される変圧器においては、ガス絶縁開閉装置が作
動し極めて立上がり峻度の高い高周波サージが発
生すると、前述した様にサージは管路母線を通つ
て変圧器に印加される。この様な波頭峻度の高い
高周波サージが印加された場合の変圧器の巻線の
応答について、優れた耐インパルス電圧特性を持
ち、しばしば高電圧巻線として用いられているハ
イセルキヤツプ円板巻線（高直列静電容量巻線）
を使用した場合について説明する。即ち、ハイセ
ルキヤツプ円板巻線に前述の様な高周波サージ電
圧が印加されると、ハイセルキヤツプ巻線は直列
静電容量が大きいにも拘らず、電位分布の改善は
行なわれない。つまり、第７図に示した様に、直
列静電容量は、電圧が第１段の第１のターンとそ
れに第２段の合計のターン（Ｎ＝16）の半分
（Ｎ／２＝８）を加えた次のターンに印加されて
始めて形成されるものであるが、急峻波サージ電
圧になると、第１のターンに入来した電圧波が
Ｎ／２加えた隣のターンに到達する前に第１のタ
ーンで波高値に達することになる。この様に、急
峻なサージ電圧に対しては、ハイセルキヤツプ円
板巻線のねらいである電位分布の改善は無意味に
なる。この無意味になる境界は巻線の電圧及び容
量によつて異なるが、第１波の負の波高値に至る
時間が0.5μS程度以下といわれている。

次に、高周波サージが印加された場合に、避雷
器１１が作動して変圧器を保護できるか否かを説
明する。即ち、ガス絶縁開閉装置が作動して高周
波サージが管路母線に入つた場合の各部の急峻波
電圧の波形図を第８図に示した。まずＥなる電圧
波高値を持つ急峻波電圧が油／ガスブツシング８
の対地キヤパシタンスC₀を充填し、避雷器１１
の端子へ達する。このときブツシングの対地キヤ
パシタンスC₀により急峻波電圧の波高値は若干
小さいE′となり波頭峻度も若干小さくなる。ま
た、避雷器１１においてはそのｖ−ｉ特性に応じ
て電流が流れるため、電圧は避雷器１１の制限電
圧以下に抑制され、その波高値はE″となる。し
かし避雷器では、波高値を下げるだけで波頭峻度
は何等変らないため、急峻波サージ電圧の巻線分
布の改善はできない。

［発明の目的］ 本発明は、上述したような従来の管路母線の欠
点を解消するために提案されたもので、その目的
は、GIS変電所において、ガス絶縁開閉装置を作
動させることによつて発生する高周波サージによ
つて変圧器や他の接続されている機器が絶縁破壊
を起こさない程度まで、高周波サージを減衰させ
ることのできる管路母線を提供することにある。

［発明の概要］ 本発明の管路母線は、ダクト内に配設された高
圧中心導体の回りに、印加されるサージが高周波
になるほど損失が大きくなる誘電体を配設するこ
とにより、印加される高周波サージを大幅に減衰
できる様にしたものである。

［発明の実施例］ 以下、本発明の一実施例を第１図及び第２図を
参照して具体的に説明する。なお、第６図の従来
の管路母線と同一の部材については、同一符号を
付し説明は省略する。

本実施例において、SF₆ガス管路母線ダクト９
の内部に配設されている高圧中心導体１０の回り
の一部に、印加されるサージが高周波になるほど
損失が大きくなる誘電体２０が高抵抗金属または
半導体２１を介して取付けられている。また、こ
の誘電体２０は、SF₆ガス管路母線ダクト９の接
地導体２２とも高抵抗金属または半導体２１を介
して接触している。なお、この高抵抗金属または
半導体２１の厚さは、その物質が持つ1MHzでの
表皮深さ程度（例えばタングステンであれば
180μｍ）のもので、めつきまたは蒸着等の方法
で取付けられている。

この様な構成を有する本実施例の管路母線にお
いては、同軸状の管路母線の特性サージインピー
ダンスは Z₀＝138／√・log₁₀（ｂ／ａ） で表される。ここでａは高圧中心導体１０の直
径、ｂは接地導体２２の直径、εrは高圧中心導体
１０と接地導体２２の間にある物質の比誘電率で
ある。例えば、誘電体２０としてBaTiO₃を用い
たとすると、εr≒3000となり、ガスはSF₆の１気
圧とすると、εr≒１になる。BaTiO₃がある所の
サージインピーダンスZ₁とSF₆があるところのサ
ージインピーダンスZ₂の比は、Z₂／Z₁＝55とな
る。即ちこの部分でインピーダンス不整合が起こ
り、SF₆のある管路を通つてきた高周波電圧V₀、
電流I₀はBaTiO₃がある所になると、高周波電圧
は１／28V₀、電流は55／28I₀になる。また、抵抗
損はRI²で与えられる為、BaTiO₃がある領域で
の抵抗損は約４倍に増える。且つ、このBaTiO₃
がある領域において高圧中心導体１０と接地導体
２２の部分を構成する金属表面に、抵抗率の高い
タングステン、ニクロム、モリブデン等を1MHz
における表皮深さ程度、蒸着またはめつきしてあ
る為、さらに損失は大きくなり、高周波サージの
減衰は非常に大きくなる。その上、BaTiO₃には
第２図の様に電界Ｅと電束Ｄにはヒステリシスが
ある。この曲線に囲まれた部分は損失になり、し
かも周波数によらず大きさは一定の為周波数に比
例して損失は増える。しかし、商用周波は周波数
が低い為、損失はほとんど無い。この様に強誘電
体を管路に入れることにより、管路表面での抵抗
損と強誘電体内部でのヒステリシス損により高周
波のみを減衰させることができる。その結果、変
圧器及びブツシングに危険なレベルの高周波サー
ジ電圧はかからなくなる。

なお、本発明は、上述の実施例に限定されるも
のでは無く、誘電体として紙などの高周波になる
ほど損失角（tanδ）が増加する高分子を用いる
と、誘電体として強誘電体を用いた場合と同様
に、導体での抵抗損が増加し、その上、高周波に
なるほどtanδが増加するため、損失が増加し高周
波の減衰が大きくなり、変圧器やブツシング等の
機器を高周波サージより保護することができる。

また、高圧中心導体１０の回りに配設される誘
電体３０の形状を、第３図に示したように中心導
体１０のみに接する様に構成しても良い。一般
に、SF₆ガスが充満している同軸状の管路に高周
波が伝搬するときの電界は、第４図に示した様な
形状をしているが、第３図の様に中心導体１０の
回りに比誘電率の高い物質を同軸上に配設する
と、電界は第５図に示した様に、高圧中心導体１
０から接地導体２２に行かずに誘電体３０の内部
のみを通つて伝搬していく。その結果、高周波
は、導体での抵抗損が増加し、且つ誘電体内のヒ
ステリシス損またはtanδによる損失が生じ、第１
図に示した実施例と同様に効果が得られる。

［発明の効果］ 以上の通り、本発明によれば、高圧中心導体の
回りに強誘電体又は紙等の様に高周波になるほど
tanδが増加する誘電体を配設することにより、高
周波の電気エネルギーを充分に減少させ、変圧器
やブツシング等の機器が高周波サージにより絶縁
破壊を起こさない程度にまで、高周波サージを減
衰することができる安価で信頼性の高い管路母線
を提供できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の管路母線の一実施例を示す要
部拡大断面図、第２図は強誘電体のヒステリシス
損を示す電界と電束の関係を表す図、第３図は本
発明の管路母線の他の実施例を示す要部拡大断面
図、第４図は従来の管路母線を伝搬する高周波の
電界の模式図、第５図は本発明の他の実施例にお
ける高周波の電界の模式図、第６図は従来のGIS
形変電所の代表的な構成図、第７図は変圧器のハ
イセルキヤツプ巻線の構成図、第８図は高周波サ
ージがGIS変電所を伝搬する時の模式図である。 １……変圧器の鉄心、２……巻線、３……タン
ク、４……クーラー、５……コンサベータ、６…
…高圧リード線、７……油ダクト、８……油／ガ
スブツシング、９……SF₆ガス管路母線ダクト、
１０……高圧中心導体、１１……避雷器、２０…
…誘電体、２１……高抵抗金属又は半導体、２２
……接地導体、３０……誘電体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ガス絶縁管路母線のダクト内に配設された高
   圧中心導体の回りに、印加されるサージが高周波
   になるほど損失が大きくなる誘電体を配設したこ
   とを特徴とする管路母線。 ２ 前記誘電体が、高圧中心導体と接地導体の両
   方に接する様に配設され、誘電体と中心導体の間
   及び誘電体と接地導体の間に、高抵抗金属又は半
   導体が配設されていることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の管路母線。 ３ 前記誘電体が、BaTiO₃やBaTiO₃に
   SrTiO₃、BaSnO₃又はCaTiO₃を少量添加したも
   の、或いは、NaNO₂、PbZrO₃又はSbSIである
   特許請求の範囲第１項及び第２項記載の管路母
   線。 ４ 前記誘電体が、紙又はセルロース等のコモノ
   マー又は側鎖を持つ高分子である特許請求の範囲
   第１項及び第２項記載の管路母線。