ガス絶縁母線用導体

【課題】導体の構成及び形状によって、短絡電流の電磁力による変位量と地震振動による共振を抑制して機械的強度を上げると共に、良好な絶縁性能及び通電性能を発揮することができ、これによりガス絶縁母線の長尺化と小径化に寄与するガス絶縁母線用導体を提供する。
【解決手段】導体４１Ａは、中実形状の中央部材４１ａと、パイプ形状の両端部材４ｂ、４ｃからなり、中央部材４１ａを銅材から構成する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁ガスを封入した密閉金属容器内に設けられたガス絶縁母線用導体に係り、特に、長尺化及び小径化に適したガス絶縁母線用導体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電力設備間を接続する母線として、ガス絶縁母線が主流となっている。ガス絶縁母線は、絶縁ガスを封入した密閉金属容器内に通電用の導体を収納して構成されたものである。ガス絶縁母線の長さは電力設備の規模に比例し、電力設備の規模が大きくなれば、ガス絶縁母線も長尺化する。このとき、ガス絶縁母線の長尺化に伴って、金属容器は勿論のこと、そこに収納されるガス絶縁母線用導体も長くなる。
【０００３】
ただし、電力設備同士を接続するほどの長さにわたって、金属容器及び導体を単体で形成することが不可能である。そこで、金属容器及び導体は、複数個に分割し、それらを連続して接続することによって、構成している（例えば、特許文献１参照）。なお、ガス絶縁母線に使用される金属容器は、基本的に、円筒形状の本体部からなり、その両端部に、隣接機器との接続用フランジを溶接一体化して形成している。
【０００４】
また、導体は通常、中空のパイプ状部材からなり、支持絶縁物によってこれを金属容器内に支持している。さらに、ガス絶縁母線としては、従来、３相各相の単相型のガス絶縁母線が使用されていたが、最近では、ガス絶縁母線全体の設置スペースの縮小化を図るべく、３相の導体を同じ容器内に一括収納してなる３相一括型のガス絶縁母線が普及している。
【０００５】
ここで、電力系統における同軸円筒構造のガス絶縁母線の従来例について、図１５を参照して、具体的に説明する。すなわち、図１５に示すように、接地電位の密閉された同軸円筒形の金属容器１の内部には、絶縁性媒体として絶縁ガス６が高圧充填されている。金属容器１の両端には絶縁スペーサ２ａ、２ｂが設けられ、これら絶縁スペーサ２ａ、２ｂには通電用の接触子３ａ、３ｂが設けられている。
【０００６】
また、金属容器１内には通電用の導体４が配置されている。導体４はパイプ状部材から構成され、アルミニウムや銅など単一材料が用いられている。また、導体４の両端部にはスライドコンタクト５ａ、５ｂが設けられ、絶縁スペーサ２ａ、２ｂの接触子３ａ、３ｂと電気的に接続されている。なお、図中の符号Ｌは、導体４の支持スパンを示している。
【０００７】
ところで、ガス絶縁母線用導体には、機械的強度・絶縁性能・通電性能が必要である。このうち、機械的強度に関しては、短絡時の短絡電流によって他相の導体との間に電磁力が働く際、この電磁力による変位によって、導体が破壊されないだけの強さ、さらには地震振動により共振しない強さが求められている。
【０００８】
また、絶縁性能に関しては、導体表面が滑らかで高電圧の印加に耐えることは勿論のこと、電磁力などにより変位した状態でも絶縁性能を維持することが要求される。さらに、通電性能については、通電電流による発熱量及び温度上昇値が規定値以下であることが要請されている。
【特許文献１】特許第３５６４１８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、ガス絶縁母線の長尺化に応じて、従来のガス絶縁母線用導体を長尺化した場合、次のような問題点があった。すなわち、導体の長尺化によって、短絡時の短絡電流による電磁力が増えると、導体の機械的強度が足りずに破壊するおそれがある。さらに、導体長が長くなると、固有振動数が下がるので地震振動により共振し易くなるといった課題があった。
【００１０】
また、導体の破壊にまで至らなくとも、電磁力により変位量が増えることで、導体が金属容器の内周部に接近して絶縁距離が減少する。これにより、導体の絶縁性能が不足する心配がある。特に、電磁力による変位量の増大は、ガス絶縁母線（より詳しくは金属容器）を小径化した場合に、絶縁距離の減少度合いが大きくなるため、導体の絶縁性能の確保が問題となっている。
【００１１】
さらに、ガス絶縁母線の小径化を進めると、熱容量が小さくなるので、通電電流による発熱量が同じでも、温度上昇値は上がる。したがって、導体の通電性能が不足するという不具合があった。ガス絶縁母線の小径化は、電力設備のコンパクト化を実現する上で、重要な要素であるため、優れた絶縁性能及び通電性能を備えたガス絶縁母線用導体の開発が待たれていた。
【００１２】
一般的に、導体の機械的強度を強くする場合、単に材料自体の強度が高いものを用いるのではなく、所定の通電性能を確保しなくてはならない。このため、導電率が良好なアルミ材又は銅材を用いて、導体の機械的強度を上げることが考えられる。ただし、銅はアルミより導電率及び通電性能は良い分、重く、且つ高価なので、これらの材料を導体全体に使用するとなると、組立作業性・経済性が低下するという問題点があった。
【００１３】
本発明は、上記の問題点を解決するために提案されたものであり、導体の構成及び形状によって、短絡電流の電磁力による変位量と地震振動による共振を抑制して機械的強度を上げると共に、良好な絶縁性能及び通電性能を発揮することができ、これによりガス絶縁母線の長尺化と小径化に寄与するガス絶縁母線用導体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】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明は、絶縁性媒体として絶縁ガスを封入した密閉金属容器内に設けられたガス絶縁母線用導体において、一部分を中実部又は他の部分よりも肉厚の厚いパイプからなる高強度部とし、該他の部分をパイプとして、両者を接合したことを特徴としている。
【００１５】
以上のような本発明では、導体の一部分に、中実部又は肉厚の厚いパイプから構成した高強度部を設けることにより、地震発生時の共振を防ぐと同時に、導体を全てパイプで構成した場合よりも、短絡時の短絡電流による電磁力に対する導体の機械的強度を強くすることができる。また、電磁力による導体の変位量も減るので、絶縁距離の確保が容易であり、高い絶縁性能を得ることができる。さらに、導体の断面積が増えるため、通電電流による発熱量は減り、熱容量の増加と合わせて温度上昇が小さくなる。したがって、優れた通電性能を獲得することが可能である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のガス絶縁母線用導体によれば、導体の一部分に中実又は肉厚の厚いパイプからなる高強度部を設けることにより、短絡電流の電磁力による変位量と地震振動による共振を抑制して機械的強度を高めると共に、良好な絶縁性能及び通電性能を発揮することができ、ガス絶縁母線の長尺化と小径化に寄与することができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明に係るガス絶縁母線用導体の実施形態について、図１〜図１４を参照して具体的に説明する。なお、図１５に示した従来例と同一部材に関しては同一符号を付して説明は省略する。
【００１８】
（１）第１の実施形態
[構成]
図１に示すように、導体４１Ａは、中実形状の中央部材４１ａと、パイプ形状の両端部材４ｂ、４ｃからなり、中央部材４１ａを銅材から構成した点に構成上の特徴がある。なお、中心部材４１ａと両端部材４ｂ、４ｃは接合されている。
【００１９】
[第１の実施形態の変形例の構成]
なお、第１の実施形態の変形例としては、中実部材を導体の中央部ではなく、両端部に設けることも可能である。すなわち、図２に示すように、導体４１Ｂは、中実形状の両端部材４１ｂ、４１ｃと、パイプ形状の中央部材４ａからなり、両端部材４１ｂ、４１ｃを銅材から構成した点に構成上の特徴がある。なお、中心部材４ａと両端部材４１ｂ、４１ｃは接合されている。
【００２０】
[作用効果]
このように構成された第１の実施形態によれば、通電用の導体４１Ａ（又は導体４１Ｂ）は、中央部材４１ａ（又は両端部材４１ｂ、４１ｃ）を中実構成としたことで、固有振動数の低下を抑えることができ、地震時の共振を防ぐことができる。また、導体４１Ａ（又は導体４１Ｂ）は、中実形状の中央部材４１ａ（又は両端部材４１ｂ、４１ｃ）を有するので、導体４１Ａ（又は導体４１Ｂ）を全てパイプで構成した場合に比べて、導体４１Ａ（又は導体４１Ｂ）の機械的強度を強くすることができ、短絡時の短絡電流による電磁力による変位量を抑えることが可能である。
【００２１】
また、機械的強度の上昇に伴い、電磁力による変位量が減ったことで、絶縁距離の確保が容易となり、たとえ金属容器１が小径化した場合でも、導体４１Ａ（又は導体４１Ｂ）は優れた絶縁性能を維持することができる。さらに、中央部材４１ａ（又は両端部材４１ｂ、４１ｃ）を中実とした分、導体４１Ａ（又は導体４１Ｂ）の断面積は増えるので、通電電流による発熱量は減り、熱容量の増加と合わせて温度上昇が小さくなる。すなわち、導体４１Ａ（又は導体４１Ｂ）は良好な通電性能を容易に得ることが可能となる。しかも、中央部材４１ａ（又は両端部材４１ｂ、４１ｃ）だけを銅から構成したので、導体全体を銅から構成した場合に比べて経済的であると同時に、銅が良好な導電性を持つので、発熱・温度上昇を効率よく抑制することができる。
【００２２】
このような第１の実施形態によれば、中実で銅製の中央部材４１ａ（又は両端部材４１ｂ、４１ｃ）を備えたことで、機械的強度・絶縁性能・通電性能に優れた導体４１Ａ（又は導体４１Ｂ）を得ることができ、導体４１Ａ（又は導体４１Ｂ）の支持スパンＬ（図１に図示）を延ばすことができる。その結果、ガス絶縁母線の長尺化及び小径化に関して、確実に対応可能である。
【００２３】
（２）第２の実施形態
[構成]
図３に示すように、導体４２Ａは、肉厚が厚いパイプ形状で、且つ銅材からなる中央部材４２ａと、パイプ形状の両端部材４ｂ、４ｃとから構成され、中心部材４ａと両端部材４ｂ、４ｃは接合されている。
【００２４】
[第２の実施形態の変形例の構成]
第２の実施形態の変形例として、肉厚のパイプ形状部材を導体の中央部ではなく、両端部に設けることも可能である。すなわち、図４に示すように、導体４２Ａ（又は導体４２Ｂ）は、肉厚が厚いパイプ形状で、且つ銅材からなる中央部材４２ｂ、４２ｃと、パイプ形状の中央部材４ａからなり、両端部材４２ｂ、４２ｃを銅材から構成した点に構成上の特徴がある。なお、中心部材４ａと両端部材４２ｂ、４２ｃは接合されている。
【００２５】
[作用効果]
このように構成された第２の実施形態によれば、通電用の導体４２Ａ（又は導体４２Ｂ）は、中央部材４２ａ（又は両端部材４２ｂ、４２ｃ）のみを肉厚のパイプで構成することにより、固有振動数の低下を抑えることができ、地震時に共振する固有振動数にならず、高い機械的強度を確保することができる。と同時に、中央部材４２ａ（又は両端部材４２ｂ、４２ｃ）よりも肉厚の薄いパイプで導体４全体を構成した場合に比べて、短絡時の短絡電流による電磁力に対する導体４２Ａ（又は導体４２Ｂ）の機械的強度は強くなる。
【００２６】
また、機械的強度が上がったことで電磁力による変位量も減るため、導体４２Ａ（又は導体４２Ｂ）の絶縁性能が向上する。さらには、中央部材４２ａ（又は両端部材４２ｂ、４２ｃ）が肉厚なので、導体４２Ａ（又は導体４２Ｂ）の断面積が増えることになる。したがって、通電電流による発熱量が減って熱容量の増加と合わせて温度上昇は小さくなり、所望の通電性能を獲得できる。しかも、中央部材４２ａ（又は両端部材４２ｂ、４２ｃ）だけを銅から構成したので、優れた経済性を確保しつつ、発熱・温度上昇を効率よく抑制することができる。
【００２７】
このような第２の実施形態では、肉厚で銅製の中央部材４２ａ（又は両端部材４２ｂ、４２ｃ）を備えたことにより、上記第１の実施形態と同じく、機械的強度・絶縁性能・通電性能に優れた長尺の導体４２Ａ（又は導体４２Ｂ）を容易に得ることができ、長尺化及び小径化の進んだガス絶縁母線を獲得することが可能となる。
【００２８】
（３）第３の実施形態
[構成]
図５に示すように、導体４３Ａは、中央部材４３ａと、パイプ形状の両端部材４ｂ、４ｃから構成されており、中央部材４３ａの内部にステンレス材又は鉄材からなる中実の内蔵部材７が固定された点に特徴がある。なお、中心部材４３ａと両端部材４ｂ、４ｃは接合されている。
【００２９】
[第３の実施形態の変形例の構成]
第３の実施形態の変形例としては、内蔵部材７を導体の中央部に入れるのではなく、両端部に入れるようにしてもよい。すなわち、図６に示すように、導体４３Ｂは、両端部材４３ｂ、４３ｃ側に前記内蔵部材７を入れて固定した点に特徴がある。なお、中心部材４ａと両端部材４３ｂ、４３ｃは接合されている。
【００３０】
[作用効果]
以上のような第３の実施形態によれば、通電用の導体４３Ａ（又は導体４３Ｂ）は、その中央部（又は両端部）の内部に、ステンレス材又は鉄材からなる中実の内蔵部材７を入れて固定するので、地震時に共振する固有振動数にならず、しかも、導体４３Ａ（又は導体４３Ｂ）を全てパイプで構成した場合よりも、短絡電流の電磁力による変位量は少なくなり、機械的強度に優れた導体４３Ａ（又は導体４３Ｂ）とすることができる。
【００３１】
電磁力による変位量が少ないので、導体４３Ａ（又は導体４３Ｂ）は、高い絶縁性能を得ることができる。さらには、内蔵部材７を備えた分だけ、導体４３Ａ（又は導体４３Ｂ）の断面積が増えており、通電電流による発熱量が減って、熱容量の増加と合わせて温度上昇が小さくなるといった利点がある。
【００３２】
このような第３の実施形態によれば、内蔵部材７が固定された中央部材４３ａ（又は両端部材４３ｂ、４３ｃ）を備えたことで、上記第１及び第２の実施形態と同じく、機械的強度・絶縁性能・通電性能に優れた長尺の導体４３Ａ（又は導体４３Ｂ）を容易に実現することができ、ガス絶縁母線の長尺化及び小径化に貢献することができる。また、内蔵部材７をステンレス材又は鉄材から構成しているため、銅材に比べて、軽量、安価で済み、組立作業性・経済性が格段に向上する。
【００３３】
（４）第４の実施形態
[構成]
図７に示すように、導体４４は、外径が大きく且つ銅製であるパイプ形状の中央部材４４ａと、パイプ形状の両端部材４ｂ、４ｃから構成され、中心部材４４ａと両端部材４ｂ、４ｃは接合されている。
【００３４】
[作用効果]
このように構成された第４の実施形態によれば、通電用の導体４４は、外径の大きいパイプ形状である中央部材４４ａを備えるといった極めて簡単な構成によって、上記第１〜第３の実施形態と同様の作用効果を獲得することができるので、経済的にも極めて有利である。
【００３５】
（５）第５の実施形態
[構成]
図８に示すように、導体４５は、中央部の外周に長尺パイプ８が設けられている点に特徴がある。長尺パイプ８の材料としては、ステンレス材、鉄材あるいはＦＲＰ材でもよく、また、不織布を含浸した構成であっても良い。
【００３６】
[作用効果]
長尺パイプ８は、ステンレス材、鉄材あるいはＦＲＰ材、または、不織布を含浸したことで良好な機械的強度及び絶縁性能を有している。したがって、第５の実施形態では、導体４５の中央部外周に、このように機械的強度及び絶縁性能に優れた長尺パイプ８を設けたことにより、短絡時の短絡電流による電磁力に対する導体の機械的強度は強くなり、導体の変位量も減るので絶縁性能も上がる。
【００３７】
（６）第６の実施形態
[構成]
図９に示すように、導体４６Ａは、内径寸法が異なる複数の肉厚が厚いパイプからなる中央部材４６０ａと、パイプ形状の両端部材４ｂ、４ｃから構成されており、中心部材４６０ａと両端部材４ｂ、４ｃは接合されている。
【００３８】
[第６の実施形態の変形例の構成]
第６の実施形態の変形例としては、肉厚のパイプは内径寸法が異なるのではなく、外径寸法が異なるように構成することも可能である。すなわち、図１０に示すように、導体４６Ｂは、外径寸法が異なる複数の肉厚が厚いパイプからなる中央部材４６１ａと、パイプ形状の両端部材４ｂ、４ｃから構成されている。なお、中央部材４６０ａ、４６１ａは、肉厚のパイプ形状ではなく、中実形状としても良い。
【００３９】
[作用効果]
このように構成された第６の実施形態によれば、上述した、機械的強度・絶縁性能・通電性能の向上といった作用効果に加えて、次のような独自の作用効果がある。すなわち、導体４６Ａ（又は４６Ｂ）の中央部に、内径（又は外径）寸法が異なる複数の肉厚が厚いパイプを設けたことで、固有振動数にばらつきを持たせて、地震振動による共振をアンバランスにすることができる。これにより、共振しづらくなり、機械的強度がいっそう向上するといった作用効果を発揮することができる。
【００４０】
（７）他の実施形態
本発明は、前期実施形態に限定されるものではなく、各部材の構成や形状、材質、配置箇所や配置数などは適宜変更可能であり、次のような実施形態も包含する。すなわち、図１１に示すように外周部に数箇所（図１１では４箇所）の凸部４７ａを設けた導体４７や、図１２に示すように内周部に数箇所（図１２では８箇所）のリブ４８ａを有した導体４８であってもよい。
【００４１】
さらには、対向側と繋がったリブ４９ａを内周側に設けた導体４９であってもよい（図１３参照）。これらの実施形態によれば、凸部４７ａやリブ４８ａ、４９ａを設けたことにより、地震時に共振する固有振動数になり難くなり、機械的強度は強くなって、変位量も減るので絶縁性能も上がり、断面積が増えるため、温度上昇を抑えて通電性能も良好となる。
【００４２】
また、図１４に示した導体４０は，内側に芯材４０ａを設け、この芯材４０ａの外側に芯材４０ａよりも導電率の高い被覆材４０ｂを被覆している。このように構成された実施形態によれば、芯材４０ａの外側に導電率の高い被覆材４０ｂを設けたことで、導体を全て単一のパイプ形状部材で構成した場合よりも、通電電流による発熱量が減り、温度上昇が小さくなって、優れた通電性能を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す断面図。
【図２】本発明の第１の実施形態の変形例の断面図。
【図３】本発明の第２の実施形態を示す断面図。
【図４】本発明の第２の実施形態の変形例を示す断面図。
【図５】本発明の第３の実施形態を示す断面図。
【図６】本発明の第３の実施形態の変形例を示す断面図。
【図７】本発明の第４の実施形態を示す断面図。
【図８】本発明の第５の実施形態を示す断面図。
【図９】本発明の第５の実施形態の変形例を示す断面図。
【図１０】本発明の第６の実施形態を示す断面図。
【図１１】本発明の他の実施形態を示す正面断面図。
【図１２】本発明の他の実施形態を示す正面断面図。
【図１３】本発明の他の実施形態を示す正面断面図。
【図１４】本発明の他の実施形態を示す正面断面図。
【図１５】従来のガス絶縁母線の一例を示す断面図。
【符号の説明】
【００４４】
１…金属容器
２ａ、２ｂ…絶縁スペーサ
３ａ、３ｂ…接触子
４、４０、４１Ａ、４１Ｂ、４２Ａ、４２Ｂ、４３Ａ、４３Ｂ、４４、４５、４６Ａ、４６Ｂ、４７、４８、４９…導体
４ａ、４１ａ、４２ａ、４３ａ、４３ａ、４４ａ、４６０ａ、４６１ａ…中央部材
４ｂ、４ｃ、４１ｂ、４１ｃ、４２ｂ、４２ｃ、４３ｂ、４３ｃ、４１ｂ、４１ｃ…両端部材
４０ａ…芯材
４０ｂ…被覆材
４７ａ…凸部
４８ａ、４９ａ…リブ
５ａ、５ｂ…スライドコンタクト
６…絶縁ガス
７…内蔵部材
８…長尺パイプ

【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性媒体として絶縁ガスを封入した密閉金属容器内に設けられたガス絶縁母線用導体において、
一部分を中実部又は他の部分よりも肉厚の厚いパイプからなる高強度部とし、該他の部分をパイプとして、両者を接合したことを特徴とするガス絶縁母線用導体。
【請求項２】
前記高強度部を銅材から構成したことを特徴とする請求項１に記載のガス絶縁母線用導体。
【請求項３】
前記高強度部にステンレス材又は鉄材からなる中実材料を入れて固定したことを特徴とする請求項１又は２に記載のガス絶縁母線用導体。
【請求項４】
前記高強度部の外径を他の部分よりも大径としたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のガス絶縁母線用導体。
【請求項５】
前記高強度部を、中央部に設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のガス絶縁母線用導体。
【請求項６】
前記高強度部を、両端部に設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のガス絶縁母線用導体。
【請求項７】
絶縁性媒体として絶縁ガスを封入した密閉金属容器内に設けられたガス絶縁母線用導体において、
中央部外周に、ステンレス材、鉄材及びＦＲＰ材の少なくとも１つからなる長尺パイプを設けたことを特徴とするガス絶縁母線用導体。
【請求項８】
絶縁性媒体として絶縁ガスを封入した密閉金属容器内に設けられたガス絶縁母線用導体において、
中央部外周に、不織布を含浸する長尺パイプを設けたことを特徴とするガス絶縁母線用導体。
【請求項９】
絶縁性媒体として絶縁ガスを封入した密閉金属容器内に設けられたガス絶縁母線用導体において、
中央部に、内径寸法又は外径寸法が異なる複数の肉厚パイプ又は中実部を設けたことを特徴とするガス絶縁母線用導体。
【請求項１０】
外周部に凸部を設けたことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のガス絶縁母線用導体。
【請求項１１】
内周部にリブを設けたことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のガス絶縁母線用導体。
【請求項１２】
前記リブは対向した同士が繋がっていることを特徴とする請求項１１に記載のガス絶縁母線用導体。
【請求項１３】
内側に芯材を設け、該芯材の外側に該芯材より導電率の高い被覆材を被覆したことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載のガス絶縁母線用導体。

【図１】