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技術 ガス絶縁開閉装置

出願人 三菱電機株式会社
発明者 佐藤伸治小山健一
出願日 2001年9月19日 (19年3ヶ月経過) 出願番号 2001-284258
公開日 2003年3月28日 (17年9ヶ月経過) 公開番号 2003-092813
状態 特許登録済
技術分野 ガス絶縁開閉装置 消弧付高圧スイッチの駆動機構及び操作回路 ブスバーの据付
主要キーワード ヘリウムガス濃度 真空引き作業 抑制ガス 接続ブッシング 空気絶縁 スイッチギア 充電部分 絶縁バリア
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この項目の情報は公開日時点(2003年3月28日)のものです。
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図面 (6)

課題

乾燥空気または窒素酸素の混合比が乾燥空気と同等となるほぼ8:2の絶縁ガス絶縁媒体とするガス絶縁開閉装置漏れ検査のために充填したヘリウムガス残留させたまま使用できるガス絶縁開閉装置を構成する。

解決手段

ガス絶縁開閉装置の構成は乾燥空気または窒素と酸素の混合比が乾燥空気と同等となるほぼ8:2の絶縁ガスを絶縁媒体とするガス絶縁開閉装置の開閉機器が収容された容器の漏れ検査のために充填したヘリウムガスを残留させ、乾燥空気または窒素と酸素の混合比が乾燥空気と同等のほぼ8:2の絶縁ガスを大気圧よりも高いガス圧力で充填した構成とした。

概要

背景

電気機器絶縁媒体として広く用いられているSFガスが、1997年の地球温暖化防止京都会議において、排出抑制ガスに指定され、今後はガス絶縁開閉装置にはSF6ガスの使用が制限され、SF6ガスを全く使用しないガス絶縁開閉装置が開発され実用化されてきている。例えば、24kV級のガス絶縁開閉装置としては、文献「SF6ガスフリー新型24kVスイッチギア」(電気評論2001年 3月号掲載)に示されたものがある。

そのガス絶縁開閉装置の全体構成を図3、遮断部の構成を図4に示す。図において、1a、1b、1cは真空スイッチ、2a、2b、2cは線路側断路器、3a、3b、3cは真空スイッチ1a、1b、1cを開閉する絶縁操作ロッド、4a、4b、4cは接続導体、5a、5b、5cは接続ブッシング、6は真空スイッチ1a、1b、1c、断路器2a、2b、2c、操作ロッド3a、3b、3cが収容された遮断部容器、7は真空スイッチ1a、1b、1cを開閉操作する遮断部操作機構、10は遮断部容器6に真空スイッチ1a、1b、1c、線路側断路器2a、2b、2c、操作ロッド3a、3b、3c等が収容された部分と、接続ブッシング5a、5b、5c、遮断部操作機構7、線路ブッシング8a、8b、8cとで構成された遮断部である。9a、9b、9cは線路側ブッシング8a、8b、8cと線路間を接続する絶縁導体である。

22a、22b、22cは母線側断路器、23a、23b、23cは母線と接続する母線側ブッシング、26は母線側断路器22a、22b、22cが収容された母線側断路器容器、27は母線側断路器22a、22b、22cを操作する母線側断路器操作機構である。20は母線側断路器容器26に収容された母線側断路器22a、22b、22cと母線側断路器操作機構27とで構成された母線側断路器部である。29は遮断部10、母線側断路器部20を収容した筐体である。30は筐体29に遮断部10及び母線側断路部20及びその他の機器が収容されたガス絶縁開閉装置である。

遮断部10の内部構造は、真空スイッチ1a、1b、1cの軸方向から見た構成図の図4に示すように、真空スイッチ1a、1cを両側に配置し、中央相の真空スイッチ1bは上方にずらせて配置し、各相の相間には絶縁バリア11a、11b、11cを配置した構成である。ガス絶縁開閉装置30は上記の図示された部分に隠れた位置に接地開閉器が配置されている。

このように構成されたガス絶縁開閉装置30は、遮断部10が遮断器部容器6、母線側断路器部20が母線側断路器部容器26にそれぞれ収容されて、それぞれの容器6及び26に乾燥空気または窒素酸素の混合比が乾燥空気と同等のほぼ8:2の絶縁ガス大気圧よりも少し高い圧力で充填した構成であり、各相充電部分対地間及び相間に絶縁バリアを配置することにより、地球温暖化係数の大きなSF6ガスを使用しないで、SF6ガスを使用した場合と寸法的に遜色がないガス絶縁開閉装置として実現したものである。

このように構成されたガス絶縁開閉装置30は、真空スイッチ1a、1b、1c、線路側断路器2a、2b、2c等の開閉機器が遮断器部容器6に収容され、母線側も同様に母線側断路器22a、22b、22cが母線側断路器部容器26に収容されて絶縁ガスが充填された構成であり、それぞれの容器6または26に漏れがあると絶縁性能が維持できなくなるので、容器の製作過程においてはガス漏れが生じないように厳密な管理のもとに製作され、開閉機器が組み込まれた状態においては、内部に漏れ検査のためのヘリウムガスを充填し、容器の周囲を検査容器に入れて真空引き等によってヘリウムガスの充填圧力よりも低い状態を確保して所定の時間保持し、検査容器中のヘリウムガスの有無及び濃度をヘリウムガス検出器により検知して漏れ検査を行っている。

漏れ検査のために充填したヘリウムガスは、容器内に残留した場合の耐電圧性能への影響について把握できていないために、漏れ検査後に開閉機器が収容された容器6または26内を真空引きしてヘリウムガスを抜き取り、乾燥空気または窒素と酸素の混合比が乾燥空気と同等のほぼ8:2の絶縁ガスを所定の圧力で充填している。

概要

乾燥空気または窒素と酸素の混合比が乾燥空気と同等となるほぼ8:2の絶縁ガスを絶縁媒体とするガス絶縁開閉装置の漏れ検査のために充填したヘリウムガスを残留させたまま使用できるガス絶縁開閉装置を構成する。

ガス絶縁開閉装置の構成は乾燥空気または窒素と酸素の混合比が乾燥空気と同等となるほぼ8:2の絶縁ガスを絶縁媒体とするガス絶縁開閉装置の開閉機器が収容された容器の漏れ検査のために充填したヘリウムガスを残留させ、乾燥空気または窒素と酸素の混合比が乾燥空気と同等のほぼ8:2の絶縁ガスを大気圧よりも高いガス圧力で充填した構成とした。

目的

この発明は、開閉機器が収容された容器内の漏れ検査のために充填したヘリウムガスの耐電圧性能に対する影響を明確にし、充填したヘリウムガスは容器内に残留させた状態で、所定の圧力の乾燥空気または窒素と酸素の混合比が乾燥空気と同等のほぼ8:2の絶縁ガスを加えて所定の圧力に充填したガス絶縁開閉装置を提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
2件

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請求項1

容器開閉機器が収容され、上記容器内部に絶縁ガス充填されたガス絶縁開閉装置において、上記絶縁ガスは、上記容器の漏れ検査時に充填されたヘリウムガスに加えて、乾燥空気または窒素酸素の混合比が乾燥空気と同等のほぼ8:2の絶縁ガスが大気圧よりも高いガス圧力で充填されていることを特徴とするガス絶縁開閉装置。

請求項2

容器の漏れ検査時に充填するヘリウムガスは、乾燥空気または窒素と酸素の混合比が乾燥空気と同等のほぼ8:2の絶縁ガスが充填された状態における分圧比が3〜15%となる量が充填されていることを特徴とする請求項1記載のガス絶縁開閉装置。

請求項3

容器の漏れ検査時に充填するヘリウムガスは、乾燥空気または窒素と酸素の混合比が乾燥空気と同等のほぼ8:2の絶縁ガスが充填された状態における分圧比が3〜7%となる量が充填されていることを特徴とする請求項1記載のガス絶縁開閉装置。

技術分野

0001

この発明は、容器遮断器断路器接地開閉器等の開閉機器が収容され、内部に乾燥空気または窒素ガス等の絶縁ガス充填されたガス絶縁開閉装置に関するものである。

背景技術

0002

電気機器絶縁媒体として広く用いられているSFガスが、1997年の地球温暖化防止京都会議において、排出抑制ガスに指定され、今後はガス絶縁開閉装置にはSF6ガスの使用が制限され、SF6ガスを全く使用しないガス絶縁開閉装置が開発され実用化されてきている。例えば、24kV級のガス絶縁開閉装置としては、文献「SF6ガスフリー新型24kVスイッチギア」(電気評論2001年 3月号掲載)に示されたものがある。

0003

そのガス絶縁開閉装置の全体構成を図3遮断部の構成を図4に示す。図において、1a、1b、1cは真空スイッチ、2a、2b、2cは線路側断路器、3a、3b、3cは真空スイッチ1a、1b、1cを開閉する絶縁操作ロッド、4a、4b、4cは接続導体、5a、5b、5cは接続ブッシング、6は真空スイッチ1a、1b、1c、断路器2a、2b、2c、操作ロッド3a、3b、3cが収容された遮断部容器、7は真空スイッチ1a、1b、1cを開閉操作する遮断部操作機構、10は遮断部容器6に真空スイッチ1a、1b、1c、線路側断路器2a、2b、2c、操作ロッド3a、3b、3c等が収容された部分と、接続ブッシング5a、5b、5c、遮断部操作機構7、線路ブッシング8a、8b、8cとで構成された遮断部である。9a、9b、9cは線路側ブッシング8a、8b、8cと線路間を接続する絶縁導体である。

0004

22a、22b、22cは母線側断路器、23a、23b、23cは母線と接続する母線側ブッシング、26は母線側断路器22a、22b、22cが収容された母線側断路器容器、27は母線側断路器22a、22b、22cを操作する母線側断路器操作機構である。20は母線側断路器容器26に収容された母線側断路器22a、22b、22cと母線側断路器操作機構27とで構成された母線側断路器部である。29は遮断部10、母線側断路器部20を収容した筐体である。30は筐体29に遮断部10及び母線側断路部20及びその他の機器が収容されたガス絶縁開閉装置である。

0005

遮断部10の内部構造は、真空スイッチ1a、1b、1cの軸方向から見た構成図の図4に示すように、真空スイッチ1a、1cを両側に配置し、中央相の真空スイッチ1bは上方にずらせて配置し、各相の相間には絶縁バリア11a、11b、11cを配置した構成である。ガス絶縁開閉装置30は上記の図示された部分に隠れた位置に接地開閉器が配置されている。

0006

このように構成されたガス絶縁開閉装置30は、遮断部10が遮断器部容器6、母線側断路器部20が母線側断路器部容器26にそれぞれ収容されて、それぞれの容器6及び26に乾燥空気または窒素酸素の混合比が乾燥空気と同等のほぼ8:2の絶縁ガスを大気圧よりも少し高い圧力で充填した構成であり、各相充電部分対地間及び相間に絶縁バリアを配置することにより、地球温暖化係数の大きなSF6ガスを使用しないで、SF6ガスを使用した場合と寸法的に遜色がないガス絶縁開閉装置として実現したものである。

0007

このように構成されたガス絶縁開閉装置30は、真空スイッチ1a、1b、1c、線路側断路器2a、2b、2c等の開閉機器が遮断器部容器6に収容され、母線側も同様に母線側断路器22a、22b、22cが母線側断路器部容器26に収容されて絶縁ガスが充填された構成であり、それぞれの容器6または26に漏れがあると絶縁性能が維持できなくなるので、容器の製作過程においてはガス漏れが生じないように厳密な管理のもとに製作され、開閉機器が組み込まれた状態においては、内部に漏れ検査のためのヘリウムガスを充填し、容器の周囲を検査容器に入れて真空引き等によってヘリウムガスの充填圧力よりも低い状態を確保して所定の時間保持し、検査容器中のヘリウムガスの有無及び濃度をヘリウムガス検出器により検知して漏れ検査を行っている。

0008

漏れ検査のために充填したヘリウムガスは、容器内に残留した場合の耐電圧性能への影響について把握できていないために、漏れ検査後に開閉機器が収容された容器6または26内を真空引きしてヘリウムガスを抜き取り、乾燥空気または窒素と酸素の混合比が乾燥空気と同等のほぼ8:2の絶縁ガスを所定の圧力で充填している。

発明が解決しようとする課題

0009

上記従来の空気絶縁式のガス絶縁開閉装置では、開閉機器が収容された容器内にヘリウムガスを充填し、開閉機器が収容された容器6または26の周囲を減圧状態として漏れ検査を行い、漏れ検査後にヘリウムガスが充填された容器内を真空引きしてヘリウムガスを抜き取り、乾燥空気または窒素と酸素の混合比が乾燥空気と同等のほぼ8:2の絶縁ガスを所定の圧力に充填した構成であり、漏れ検査後に容器6または26の真空引き作業、絶縁ガスの充填作業があり、組立作業時間が長く、製作コストが高くなるという問題点があった。

0010

この発明は、開閉機器が収容された容器内の漏れ検査のために充填したヘリウムガスの耐電圧性能に対する影響を明確にし、充填したヘリウムガスは容器内に残留させた状態で、所定の圧力の乾燥空気または窒素と酸素の混合比が乾燥空気と同等のほぼ8:2の絶縁ガスを加えて所定の圧力に充填したガス絶縁開閉装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0011

この発明の請求項1に係るガス絶縁開閉装置は、容器に開閉機器が収容され、上記容器内部に絶縁ガスが充填されて使用されるガス絶縁開閉装置の絶縁ガスは、容器の漏れ検査時に充填されたヘリウムガスに加えて、乾燥空気または窒素と酸素の混合比が乾燥空気と同等のほぼ8:2の絶縁ガスを大気圧よりも高いガス圧力で充填したものである。

0012

この発明の請求項2に係るガス絶縁開閉装置は、請求項1の構成の容器の漏れ検査時に充填するヘリウムガスを、乾燥空気または窒素と酸素の混合比が乾燥空気と同等のほぼ8:2の絶縁ガスが充填された状態における分圧比が3〜15%となる量を充填したものである。

0013

この発明の請求項3に係るガス絶縁開閉装置は、請求項1の構成の容器の漏れ検査時に充填するヘリウムガスを、乾燥空気または窒素と酸素の混合比が乾燥空気と同等のほぼ8:2の絶縁ガスが充填された状態における分圧比が3〜7%となる量を充填したものである。

発明を実施するための最良の形態

0014

実施の形態1.実施の形態1は、使用制限されている地球温暖化ガスのSF6ガスを使用しないガス絶縁開閉装置の構成を変えることなく、漏れ検査に必要な量のヘリウムガスを残留させて、乾燥空気または窒素と酸素の混合比が乾燥空気と同等のほぼ8:2の絶縁ガスを充填した状態で使用できるようにしたものである。

0015

漏れ検査後に、漏れ検査のために充填したヘリウムガスを抜き取ることなく所定の圧力の乾燥空気または窒素と酸素の混合ガスを追加する状態で充填することができれば組立時間が短縮できることに着目して次の実験を実施した。窒素と酸素の混合比が乾燥空気と同等のほぼ8:2の絶縁ガスに、漏れ検査に必要なヘリウムガスの混合比を変えて破壊電圧を求めた結果を図1図2に示す。図1先端曲率半径25mmの棒電極平板電極電極間距離を30mm、ガス圧力を0.25MPaとし、ヘリウムガスの混合比が0のときのインパルスの破壊電圧を1.0としてヘリウムガスの混合比と破壊電圧の関係を示すものである。図2は先端曲率半径10mmの棒電極対平板電極の電極間距離を60mmとし、電極の中間に厚さ10mmの絶縁バリアを棒電極から15mm、平板電極から35mmの間隔に配置し、ガス圧力を0.20MPaとし、ヘリウムガスの混合比が0のときの雷インパルスの破壊電圧を1.0としてヘリウムガスの混合比と破壊電圧を関係を示すものである。

0016

この結果、図1ではヘリウムガス分圧比が45%まではヘリウムガスを含まない場合よりも破壊電圧が高く、分圧比5%において最大値を示し、1.15倍となっている。図2では、分圧比が15%以下ではヘリウムガスを含まない場合よりも破壊電圧が高くなっており、分圧比3〜7%の範囲では、ヘリウムガスを含まない場合の1.05倍となっている。

0017

上記の結果から漏れ検査のために充填するヘリウムガスをガス絶縁開閉装置の絶縁ガスに対する分圧比が15%以下となる量のヘリウムガスを充填して漏れ検査を実施し、漏れ検査後に所定の圧力まで乾燥空気または窒素と酸素の混合比が乾燥空気と同等のほぼ8:2の絶縁ガスを充填することにより、ヘリウムガスを含まない場合と同等の絶縁耐力が確保されたガス絶縁開閉装置となる。

0018

また、漏れ検査のために充填するヘリウムガスをガス絶縁開閉装置の絶縁ガスに対して分圧比が3〜7%の範囲の量を充填して漏れ検査を実施し、同様に漏れ検査後に所定の圧力まで乾燥空気または窒素と酸素の混合比が乾燥空気と同等のほぼ8:2の絶縁ガスを充填することにより、ヘリウムガスをを含まない場合よりも絶縁耐力が1.05倍と高くなり、絶縁信頼性の高いガス絶縁開閉装置となる。

0019

ガス絶縁開閉装置の容器6または26に開閉機器を組み込んだ後に実施する漏れ検査は、開閉機器が収容された容器内に漏れ検査のために必要な量のヘリウムガスを充填し、容器の周囲がヘリウムガスの充填圧力よりも低い圧力となるように真空容器に入れて真空引きし、所定の時間真空状態を保持し、真空容器内のヘリウムガスの有無及びヘリウムガス濃度を検知する方法にて漏れ検査を行う。漏れ検査後に開閉機器が収容された容器6または26の内部にヘリウムガスを残留させたまま乾燥空気または窒素と酸素の混合比が乾燥空気と同等のほぼ8:2の絶縁ガスを所定の圧力で充填して組み立てられる。

0020

漏れ検査は、例えば図3に示すガス充填検査装置を準備し、この装置によって行うことで漏れ検査、絶縁ガスの充填作業を効率的に行うことができる。図3において、31は真空容器、32はヘリウムガス検出装置、33はガス絶縁開閉装置10または20に設けられたバルブ、34は真空容器31壁を貫通する配管に設けられたバルブ、35は真空容器31に設けられたバルブ、36は真空ポンプに接続された配管に設けられたバルブ、37はヘリウムガスボンベに接続されたバルブ、38は乾燥空気タンクまたは窒素、酸素の混合比が乾燥空気と同等のほぼ8:2に混合された絶縁ガスのタンクに接続されたバルブ、39は真空容器31に設けられた真空容器31内を大気圧に戻すためのバルブである。

0021

図3に示すガス充填検査装置による漏れ検査およびガス充填作業は次の手順で行う。
(a)組み立てられたガス絶縁開閉装置10または20を真空容器31内に収容し、バルブ33とバルブ34を接続し、バルブ33を開状態として真空容器31の蓋を取り付けて封止する。
(b)バルブ34、35を開状態とし、バルブ37、38を閉状態とし、真空ポンプを運転してバルブ36を開状態にして、ガス絶縁開閉装置10または20の内部および真空容器31の内部を真空引きする。
(c)所定の真空度に到達後に、バルブ34、35、36を閉状態とし、バルブ38の閉状態を維持して、バルブ37を開状態とし、バルブ34を開状態にしてヘリウムガスを所定の圧力に充填した後にバルブ34、37を閉状態にする。(所定の圧力=ガス絶縁開閉装置の全圧力の3〜7%または3〜15%)
(d)ヘリウムガスが充填された状態を所定の時間維持して、ヘリウムガス検査装置32により、真空容器31内のヘリウムガスの有無およびヘリウムガス濃度を検知する。
(e)(d)においてヘリウムガス検出値限界値以下のときに「漏れなし」と判定し、以下の作業を行う。
(f)バルブ33、34は開状態、バルブ35、36、37は閉状態とし、バルブ39を開状態にして真空容器31内の真空状態を大気圧状態にする。
(g)バルブ35の閉状態を確認し、バルブ38を開状態にし、バルブ34を開状態にして乾燥空気または窒素、酸素の混合比が乾燥空気と同等となるほぼ8:2の絶縁ガスを所定の圧力に充填し、バルブ34を閉状態にする。
(h)真空容器31の蓋を取り外し、バルブ33を閉状態にして、ガス絶縁開閉装置を取り出すことにより、漏れ検査およびガス充填作業が完了する。

0022

以上のように漏れ検査のために充填したヘリウムガスは容器内に残留させて乾燥空気または窒素と酸素の混合比が乾燥空気と同等となるほぼ8:2の絶縁ガスを所定の圧力に充填したことにより、従来のように漏れ検査後の真空引き、絶縁ガスの充填作業を行うことがなくなり、組立作業時間が短縮できる。

発明の効果

0023

この発明の請求項1に係るガス絶縁開閉装置は、容器の漏れ検査時に充填されたヘリウムガスに、乾燥空気または窒素と酸素の混合比が乾燥空気と同等のほぼ8:2の絶縁ガスを大気圧よりも高いガス圧力で充填したので、漏れ検査後の真空引き作業、絶縁ガスの充填作業がなくなり、組立作業時間が短縮できる。

0024

この発明の請求項2に係るガス絶縁開閉装置は、請求項1の構成の容器の漏れ検査時に充填するヘリウムガスを、乾燥空気または窒素と酸素の混合比が乾燥空気と同等のほぼ8:2の絶縁ガスが充填された状態における分圧比が3〜15%となる量としたので、漏れ検査後の真空引き作業、絶縁ガスの充填作業がなくなり、耐電圧性能の確保された構成となる。

0025

この発明の請求項3に係るガス絶縁開閉装置は、請求項1の構成の容器の漏れ検査時に充填するヘリウムガスを、乾燥空気または窒素と酸素の混合比が乾燥空気と同等のほぼ8:2の絶縁ガスが充填された状態における分圧比が3〜7%となる量としたので、ヘリウムガスを含まない場合よりも耐電圧特性が向上した構成となる。

図面の簡単な説明

0026

図1窒素と酸素を混合した絶縁ガスにヘリウムガスを加えた絶縁ガスの破壊電圧特性図である。
図2窒素と酸素を混合した絶縁ガスにヘリウムガスを加えた絶縁ガスの電極間に絶縁バリアを配置した場合の破壊電圧特性図である。
図3ガス充填漏れ検査装置概念図である。
図4従来の乾燥空気を絶縁媒体とした24kV級ガス絶縁開閉装置の構成図である。
図5図4の遮断部の詳細構成図である。

--

0027

31真空容器、32ヘリウムガス検出装置、33〜39バルブ。

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