ガス絶縁電力機器の導体接続装置
【課題】絶縁耐圧を大きくする。
【解決手段】絶縁ガス１が封入された接地容器２内に収容された導体３を接続するコネクタ導体４の外周面を覆う固体絶縁物本体５と、導体３の少なくとも端部３ａ外周面を被覆する固体絶縁物被覆６と、固体絶縁物本体５に設けられ、固体絶縁物被覆６を囲んで接地容器２と固体絶縁物被覆６の端面の接触界面６ａとの間の沿面長を延長させる筒状部７を備え、筒状部７と固体絶縁物被覆６との間には、接触界面を排除するギャップ８が設けられている。
【解決手段】絶縁ガス１が封入された接地容器２内に収容された導体３を接続するコネクタ導体４の外周面を覆う固体絶縁物本体５と、導体３の少なくとも端部３ａ外周面を被覆する固体絶縁物被覆６と、固体絶縁物本体５に設けられ、固体絶縁物被覆６を囲んで接地容器２と固体絶縁物被覆６の端面の接触界面６ａとの間の沿面長を延長させる筒状部７を備え、筒状部７と固体絶縁物被覆６との間には、接触界面を排除するギャップ８が設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接地容器内に絶縁ガスを封入すると共に導体を収容し、導体を接地容器から浮かせた状態で支持するガス絶縁電力機器の導体接続装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題に対する関心が高まっており、ガス絶縁開閉装置やガス絶縁送電線路等のガス絶縁電力機器の主絶縁媒体であるＳＦ６ガスが地球温暖化ガスとして注目されている。このため、ＳＦ６代替ガス絶縁の研究がなされている。ＳＦ６代替ガスはＳＦ６ガスに比べて絶縁性能に劣ることから、導体を固体絶縁物で被覆することが研究されている。
【０００３】
【非特許文献１】ハイブリッドガス絶縁方式の開発、［online］、［平成２０年３月１４日検索］、インターネット＜http://criepi.denken.or.jp/jp/electric/substance/08.pdf＞
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、導体を固体絶縁物で被覆する場合、導体の接続部分で被覆に接触界面が生じる。ここで、固体絶縁物の被覆に接触界面が発生しないように導体の接続部分も含めて全ての部分に連続して被覆を施すことも考えられる。しかしながら、導体の熱伸縮、被覆の長期信頼性、施工性、将来のタンク（接地容器）開放の可能性等を考慮すると、導体の接続にコネクタ導体を使用することが好ましい。そのため、固体絶縁物の被覆を全ての部分で連続したものにすることは困難あり、接触界面が生じてしまうことから絶縁耐圧を十分に大きくすることが困難である。
【０００５】
本発明は、絶縁耐圧を大きくすることができるガス絶縁電力機器の導体接続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】
【０００６】
かかる目的を達成するために、請求項１記載のガス絶縁電力機器の導体接続装置は、絶縁ガスが封入された接地容器内に収容された導体を接続するコネクタ導体の外周面を覆う固体絶縁物本体と、導体の少なくとも端部外周面を被覆する固体絶縁物被覆と、固体絶縁物本体に設けられ、固体絶縁物被覆を囲んで接地容器と固体絶縁物被覆の端面の接触界面との間の沿面長を延長させる筒状部を備え、筒状部と固体絶縁物被覆との間には、接触界面を排除するギャップが設けられているものである。
【０００７】
導体に固体絶縁物被覆を施すことで、仮に、接地容器と導体との間に絶縁破壊が生じるとしたら固体絶縁物被覆の端面の接触界面に沿って絶縁破壊が生じることになる。固体絶縁物本体に筒状部を設けることで、接地容器と固体絶縁物被覆の端面の接触界面との間の沿面長を延長することができる。また、筒状部を設けることで、接地容器と固体絶縁物被覆との間よりも接地容器と筒状部との間に絶縁破壊が生じやすくなるので、固体絶縁物被覆を設ける範囲が狭まる。
【０００８】
ここで、請求項２記載のガス絶縁電力機器の導体接続装置のように、固体絶縁物本体が、導体の接続部分を支持する絶縁スペーサ、又は導体を接続する絶縁コネクタであることが好ましい。
【０００９】
また、請求項３記載のガス絶縁電力機器の導体接続装置のように、筒状部は 固体絶縁体によって成形されたシースでも良く、請求項４記載のガス絶縁電力機器の導体接続装置のように、筒状部にシールド電極が埋め込まれていても良い。
【００１０】
さらに、請求項５記載のガス絶縁電力機器の導体接続装置は、筒状部の内周面と、固体絶縁物被覆の外周面の筒状部に臨む部分とのうち、少なくともいずれか一方に周方向に環状の突部が設けられている。したがって、接地容器と固体絶縁物被覆の端面の接触界面との間の沿面長がより一層長くなる。また、仮に接地容器と固体絶縁物被覆の端面の接触界面との間に絶縁破壊が生じるとすると、その放電が突部を乗り越えることが逆電界となる。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１記載のガス絶縁電力機器の導体接続装置では、筒状部によって接地容器と固体絶縁物被覆の端面の接触界面との間の沿面長を延長することができるので、その分だけ絶縁耐圧を大きくすることができる。また、筒状部と固体絶縁物被覆との間にギャップを設けているので、筒状部と固体絶縁物被覆との間に接触界面が存在することがなく、接触界面のボイド等に起因した電界集中を防止することができ、絶縁耐圧の低下を防止することができる。したがって、ガス絶縁電力機器の大型化を招かずにＳＦ６よりも絶縁性能に劣る絶縁ガスの使用が可能になる。また、絶縁ガスとしてＳＦ６を使用する場合には、ガス絶縁電力機器を小型化することができる。さらに、筒状部によって沿面長を増加させているので、筒状部の長さを変えることで沿面長の増加を調節することができ、その調節が容易である。
【００１２】
また、請求項２記載のガス絶縁電力機器の導体接続装置では、導体の接続部分を支持する絶縁スペーサ又は導体を接続する絶縁コネクタを利用して絶縁耐圧を増加させることができる。
【００１３】
また、請求項３記載のガス絶縁電力機器の導体接続装置のように、筒状部は 固体絶縁体によって成形されたシースでも良く、請求項４記載のガス絶縁電力機器の導体接続装置のように、筒状部にシールド電極が埋め込まれていても良い。
【００１４】
さらに、請求項５記載のガス絶縁電力機器の導体接続装置では、突部によって接地容器と固体絶縁物被覆の端面の接触界面との間の沿面長をより一層長くできると共に、仮に絶縁破壊が生じるとすると逆電界となる部分を作ることができるので、絶縁破壊をより一層生じ難くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の構成を図面に示す最良の形態に基づいて詳細に説明する。
【００１６】
図１に本発明のガス絶縁電力機器の導体接続装置の実施形態の一例を示す。ガス絶縁電力機器の導体接続装置（以下、単に導体接続装置という）は、絶縁ガス１が封入された接地容器２内に収容された導体３を接続するコネクタ導体４の外周面を覆う固体絶縁物本体５と、導体３の少なくとも端部３ａ外周面を被覆する固体絶縁物被覆６と、固体絶縁物本体５に設けられ、固体絶縁物被覆６を囲んで接地容器２と固体絶縁物被覆６の端面の接触界面６ａとの間の沿面長を延長させる筒状部７を備え、筒状部７と固体絶縁物被覆６との間には、接触界面を排除するギャップ８が設けられている。
【００１７】
本実施形態の導体接続装置は、導体３の端面同士を接続する絶縁コネクタ９である。ただし、絶縁コネクタ９に限るものではなく、導体３を接続するものであれば例えば絶縁スペーサ１０等にも適用可能である。
【００１８】
ガス絶縁電力機器は、例えばガス絶縁開閉装置（ＧＩＳ：Gas-Insulated Switchgear）、ガス絶縁送電線路（ＧＩＬ：Gas-Insulated Line）等のガス絶縁電力機器である。ただし、これらに限るものではない。本実施形態では、ＧＩＳを例に説明する。
【００１９】
接地容器２は例えばＧＩＳの接地タンクであり、その内部には絶縁ガス１が封入されている。絶縁ガス１としては、例えばＮ２ガス、ＣＯ２ガス等の使用が可能である。ただし、絶縁ガス１としてはＮ２ガス、ＣＯ２ガスに限るものではなく、例えばＳＦ６ガス、その他の絶縁ガスの使用が可能である。導体３はコネクタ導体４によって接続され、図示しない絶縁スペーサによって接地容器２から浮かせた状態で支持されている。コネクタ導体４としては、例えば金属接触子を用いた差し込み方式のものの使用が可能である。ただし、他の方式でも良い。
【００２０】
固体絶縁物本体５は、例えばエポキシ樹脂、ポリエチレン等の固体絶縁材料から成る筒体であり、コネクタ導体４の外周面を覆っている。
【００２１】
固体絶縁物被覆６は、例えばエポキシ樹脂、ポリエチレン等の固体絶縁材料から成る被覆である。本実施形態では、導体３の外周面を全長にわたり被覆している。ただし、導体３の外周面を全長にわたり被覆する必要はなく、少なくとも端部３ａ、即ち接地容器２と導体３との間に絶縁破壊が生じる場合において、固体絶縁物被覆６の端面の接触界面６ａと筒状部７の先端との間の沿面長をＬ１、固体絶縁物被覆６の接触界面６ａとは反対側の端と筒状部７の先端との間の沿面長をＬ２とした場合、Ｌ１≦Ｌ２となる範囲、又はＬ１＞Ｌ２であってもＬ１とＬ２との差が僅かになるような範囲に固体絶縁物被覆６を設ければ足りる。即ち、導体３の全長に固体絶縁物被覆６を設けることで接地容器２と導体３との間の絶縁耐圧を導体３の全長にわたって増加させることができるが、絶縁コネクタ９を設けた場合、この部分が絶縁耐圧の小さな部位となるので、この部分の絶縁耐圧を大きくする必要がある。導体３の少なくとも端部３ａに固体絶縁物被覆６を施すことで、少なくとも絶縁耐圧を大きくすべき部位について絶縁耐圧を大きくすることができる。本実施形態では、導体３の外径とコネクタ導体４の外径は同一であり、固体絶縁物被覆６の端面の接触界面６ａは固体絶縁物本体５との間に形成される。
【００２２】
筒状部７は固体絶縁体によって成形されたシースであり、固体絶縁物本体５と一体成形されている。即ち、固体絶縁物本体５と同じ固体絶縁材料によって成形されている。筒状部７の横断面形状は、導体３の横断面形状と相似形になっている。本実施形態の導体３の横断面形状は円形であるので、筒状部７の横断面形状も円形になっている。筒状部７は導体３と同心円状に配置されている。筒状部７は固体絶縁物本体５の両面に形成され、接続する２本の導体３の軸線方向に形成されている。
【００２３】
ギャップ８は、固体絶縁物被覆６と筒状部７の間に全周にわたって設けられている。ギャップ８の距離（ギャップ長）は、固体絶縁物被覆６と筒状部７との間に電界集中が起こらない程度の距離となっている。即ち、ギャップ長が短いと、固体絶縁物被覆６と筒状部７との間に電界の集中を引き起こすので、この電界集中を実質的に影響のない程度まで抑えることができる距離Ｌ３のギャップ８が設けられている。なお、ギャップ長は距離Ｌ３以上であれば良いが、ギャップ長を増加させると、筒状部７と接地容器２との距離が短くなることから絶縁耐圧が減少する。このため、接地容器２との距離を考慮してギャップ長を決定することが好ましい。なお、適切なギャップ長は、筒状部７の長さ、電圧、絶縁ガス１の種類・濃度・圧力等によって変化するので、例えば実験や計算等を行って適宜決定することが好ましい。ギャップ長の一例としては、例えば５ｍｍである。ただし、５ｍｍに限るものではない。
【００２４】
次に、導体接続装置の作用について説明する。
【００２５】
導体３に固体絶縁物被覆６を施すことで、接地容器２と導体３との間の絶縁耐圧を増加させることができる。この場合、固体絶縁物被覆６の端面の接触界面６ａが発生しないように導体３の接続部分も含めて全ての部分に連続した固体絶縁物被覆６を施すことも考えられる。しかしながら、導体３の熱伸縮、固体絶縁物被覆６の長期信頼性、施工性、将来のタンク（接地容器２）開放の可能性等を考慮すると、導体３の接続にコネクタ導体４を使用することが好ましい。そのため、固体絶縁物被覆６を全ての部分で連続したものにすることは困難あり、接触界面６ａが発生する。接触界面６ａが発生する場合、絶縁破壊は接触界面６ａを介して生じる可能性が高く、したがって、この部分での絶縁耐圧を大きくする必要がある。
【００２６】
本発明の導体接続装置によって接触界面６ａを介して生じる絶縁破壊に対して絶縁耐圧を大きくすることができる。即ち、筒状部７を設けることで、接地容器２と接触界面６ａとの間に生じる放電の沿面長が増加するので、その分だけ絶縁耐圧を向上させることができる。また、筒状部７と固体絶縁物被覆６との間にギャップ８が設けられており、筒状部７と固体絶縁物被覆６との間に接触界面が存在することがないので、接触界面のボイド等に起因した電界集中を防止することができ、絶縁耐圧の低下を防止することができる。
【００２７】
また、筒状部７の長さを変えることで沿面長の増加を調節することができるので、絶縁耐圧の大きさ調節が容易である。
【００２８】
このように本発明の導体接続装置の使用によって絶縁耐圧を大きくすることができるので、絶縁ガス１として、ＳＦ６ガスよりも絶縁能力に劣るＮ２ガス、ＣＯ２ガス等の使用が可能になる。即ち、絶縁ガス１としてＮ２ガス、ＣＯ２ガス等を使用する場合には、ＳＦ６ガスを使用する場合に比べて圧力を高くする必要がある。例えば、０．５ＭＰａ（平均値）のＳＦ６ガスと同等の絶縁耐力を得るためには、Ｎ２ガス、ＣＯ２ガスの圧力を２．０ＭＰａまで上昇させる必要がある。ガス圧の増加により、接地容器２等の耐圧性を高めることが必要となり、ＧＩＳが実用的なものではなくなる。あるいは、接地容器２と導体３との距離を延長させる必要があり、ＧＩＳが大型化して実用的なものではなくなる。
【００２９】
しかしながら、導体３に固体絶縁物被覆６を施し、本発明の導体接続装置を使用することで、絶縁耐圧を増加させることができるので、Ｎ２ガス、ＣＯ２ガスを使用する場合であってもＧＩＳを実用的なものにすることができる。逆に、同じ絶縁ガス１を使用する場合には、接地容器２を小型化することができ、ＧＩＳをよりコンパクトにすることができる。
【００３０】
なお、上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、筒状部７にシールド電極１１を埋め込んでも良い。この場合の例を図２に示す。
【００３１】
また、上述の説明では、導体３の外径とコネクタ導体４の外径を同一にしていたが、例えば図３に示すように、導体３の外径よりもコネクタ導体４の外径を小さくしても良い。また、図４に示すように、固体絶縁物被覆６の外径とコネクタ導体４の外径を同一にしても良い。
【００３２】
また、上述の説明では、導体接続装置を絶縁コネクタ９に適用していたが、適用可能なものとしては絶縁コネクタ９に限るものではなく、例えば絶縁スペーサ１０等にも適用可能である。図５に絶縁スペーサ１０に適用した例を示す。なお、この場合にも筒状部７にシールド電極１１を埋め込んでも良い。
【００３３】
また、図６に示すように、筒状部７の近傍の固体絶縁物被覆６の外周面に沿面長を延長させる障害部材１２を設けても良い。この場合には上述のＬ２の沿面長をかせぐことができるので、固体絶縁物被覆６を導体３の全長にわたって設けない場合に、固体絶縁物被覆６を設ける範囲を狭くすることができる。
【００３４】
さらに、筒状部７の内周面７ａと、固体絶縁物被覆６の外周面の筒状部７に臨む部分６ｂとのうち、少なくともいずれか一方に周方向に環状の突部１８を設けても良い。筒状部７の内周面７ａと固体絶縁物被覆６の部分６ｂの両方に突部１８を設けた実施形態を図１６に示す。筒状部７側の突部１８（以下、固体絶縁物被覆６側の突部１８と区別する場合には突部１８Ａという）と固体絶縁物被覆６側の突部１８（以下、筒状部７側の突部１８Ａと区別する場合には突部１８Ｂという）は、導体３の軸線方向にずらして互い違いになるようにすることが好ましい。ただし、必ずしも突部１８Ａと突部１８Ｂを互い違いにしなくても良い。本実施形態では、例えば４つの突部１８Ａと４つの突部１８Ｂを互い違いに設けている。ただし、突部１８Ａ，１８Ｂの数は４つに限るものではなく、その他の個数でも良い。各突部１８Ａ，１８Ｂの横断面形状は例えば半円形状を成している。ただし、必ずしも突部１８Ａ，１８Ｂの横断面形状は半円形状に限るものではなく、他の形状でも良いが、角のない形状であることが好ましい。角部分が電界の特異点になるのを防止するためである。本実施形態では、筒状部７側の突部１８Ａは一つ一つ独立しており、固体絶縁物被覆６側の突部１８Ｂは一体化されている。ただし、筒状部７側の突部１８Ａを一体化させても良く、固体絶縁物被覆６側の突部１８Ｂを一つ一つ独立させても良い。突部１８Ａ，１８Ｂは、例えばエポキシ樹脂、ポリエチレン等の固体絶縁材料で形成されている。本実施形態では突部１８Ａを筒状部７と別に形成し、突部１８Ｂを固体絶縁物被覆６と別に形成しているが、突部１８Ａを筒状部７と一体成形し、突部１８Ｂを固体絶縁物被覆６と一体成形しても良い。突部１８Ａは筒状部７対して、突部１８Ｂ固体絶縁物被覆６に対して例えば接着剤によって固着されている。また、本実施形態では、突部１８Ａの内径と突部１８Ｂの外径を同一にしている。ただし、突部１８Ａの内径を突部１８Ｂの外径よりも大きくしても良いし、突部１８Ａの内径を突部１８Ｂの外径よりも小さくしても良い。
【００３５】
突部１８Ａを設けることで、筒状部７の内周面を伝わる接地容器２と接触界面６ａとの間の沿面長がより一層長くなり、突部１８Ｂを設けることで、固体絶縁物被覆６の外周面を伝わる接地容器２と接触界面６ａとの間の沿面長がより一層長くなる。また、仮に接地容器２と接触界面６ａとの間に絶縁破壊が生じるとすると、その放電が筒状部７の内周面に沿う場合には突部１８Ａを乗り越えることが逆電界となり、固体絶縁物被覆６の外周面に沿う場合には突部１８Ｂを乗り越えることが逆電界となる。これらのため、接地容器２と接触界面６ａとの間の絶縁破壊をより一層生じ難くすることができる。
【００３６】
なお、上述の説明では、横断面形状が半円形状の突部１８を複数設けていたが、例えば図１７に示すように、傾斜面１８ｃを有する突部１８を設けても良い。本実施形態では、筒状部７側の突部１８Ａと固体絶縁物被覆６側の突部１８Ｂの両方を傾斜面１８ｃを有する突部にしている。ただし、突部１８Ａと突部１８Ｂの両方を傾斜面１８ｃを有するものにする必要はなく、例えば図１８に示すように、固体絶縁物被覆６側の突部１８Ｂのみを傾斜面１８ｃを有するものにしても良く、逆に筒状部７側の突部１８Ａのみを傾斜面１８ｃを有するものにしても良い。突部１８が傾斜面１８ｃを有するものの場合にも、接地容器２と接触界面６ａとの間の沿面長をより一層長くできると共に、仮に絶縁破壊が生じるとすると逆電界となる部分を作ることができるので、絶縁破壊をより一層生じ難くすることができる。
【００３７】
また、上述の説明では、筒状部７の内周面７ａと固体絶縁物被覆６の部分６ｂの両方に突部１８を設けていたが、必ずしも両方に設ける必要はなく、いずれか一方にのみ突部１８を設けるようにしても良い。即ち、筒状部７の内周面７ａと固体絶縁物被覆６の部分６ｂの両方に突部１８を設けることで、絶縁破壊が生じる経路が筒状部７の内周面に沿う場合と固体絶縁物被覆６の外周面に沿う場合のいずれであっても絶縁破壊をより一層生じ難くすることができるが、絶縁破壊が生じる経路が上記２つの経路のうちいずれか一方であることが予測できる場合等には予測できる経路にのみ突部１８を設けるようにしても良い。例えば、ＧＩＳやＧＩＬ等のガス絶縁電力機器では導体３から接地容器２に向けて絶縁破壊が生じると予測できるので、ギャップ８が大きく、導体３から生じた絶縁破壊が接続界面６ａから固体絶縁物本体５の側面に沿って筒状部７の内周面に伝わり、筒状部７の先端から接地容器２へと伝わることが予測できる場合等には筒状部７側の突部１８Ａのみを設けても良い。
【実施例１】
【００３８】
本発明の導体接続装置の使用によって絶縁耐圧即ち耐電圧を増加させることができることを確認するための実験を行った。
【００３９】
導体接続装置の検討を行うにあたって、以下の２つのコンセプトを考えた。
（i）接続部の沿面長の増加
（ii）接触界面６ａの電界集中の緩和
沿面放電を考えるとき、沿面長の増加に比例するほどには耐電圧は増加しないが、沿面長の増加は確実に耐電圧の増加につながる。したがって、ＧＩＳまたはＧＩＬの接続箇所において、できる限り（または合理的に）沿面放電に対する沿面長を増加できるようにした（沿面長を適用箇所に応じて任意に設定できる）。
【００４０】
電界の集中する場所は放電の起点となる。したがって、耐電圧の上昇のためには、極力電界集中を避ける必要がある。導体３の接続部分で固体絶縁物被覆６同士が接続される場合、固体絶縁物被覆６の端面の接触界面６ａには微小ギャップ（ボイド）の存在が避けられず、この微小ギャップは電界の集中を引き起こす。また、左右から接続する場合、接続部の表面を完全に平坦とすることは困難である。たとえ微小であっても段差があれば、電界の集中を引き起こすことになり、電気的な弱点となる。
【００４１】
以上の点を考慮し、実験では以下の５つのパターンを検討した。実際の実験配置は後述するように、簡単のために平行平板電極系で行ったが、ここでは実機におけるハイブリッド絶縁方式（導体３を絶縁ガス１と固体絶縁物被覆６とで絶縁する方式）の接続について理解を容易にするために、各コンセプトを同軸円筒モデルで示す。
【００４２】
（１）固体絶縁物被覆６なし（構造Ａ）
コネクタ導体４について固体絶縁物被覆６なしの場合を図７に示す。本方式はハイブリッド絶縁方式ではなく、単純な気中絶縁方式である。今回の実験の中で、ハイブリッド絶縁方式による絶縁耐力の向上率を比較するための基準として設定した。
【００４３】
（２）シールド電極方式（構造Ｂ，Ｃ）
シールド電極方式を用いた接続装置を図８および図２に示す。本方式は導体接続装置内部にシールド電極１１を埋め込むことで、固体絶縁物被覆６の接続部側の電界を緩和する方式である。本方式では、導体３（中心導体）の固体絶縁物被覆６と筒状部７との間に接触界面１３がある場合（構造Ｂ：図８）、および両者の間にギャップ８を設けることで接触界面１３を除した場合（構造Ｃ：図２）を検討した。
【００４４】
（３）絶縁物シース方式（構造Ｄ，Ｅ）
絶縁物シース方式を用いた接続装置を図９および図１に示す。本方式は導体接続装置のうち、中心導体３を電気的に接続する部分以外はすべて樹脂である。すなわち、固体の接触界面１３の電界緩和をシールド電極１１等で積極的には行わない。この場合もシールド電極方式と同様に、中心導体３の固体絶縁物被覆６と筒状部７との間に接触界面１３がある場合（構造Ｄ：図９）、および両者の間にギャップ８を設けることで接触界面１３を除した場合（構造Ｅ：図１）を検討した。
【００４５】
構造Ａを除くすべてのハイブリッド絶縁方式においては、いずれの場合も導体接続装置のアーム（筒状部７）を軸方向に延長することで、沿面長を任意に設定できる。
【００４６】
次に、実験配置および電圧印加方法について説明する。
【００４７】
図１０に実験配置を示す。なお、図１０（ａ）中のＣ−Ｃ線は、このＣ−Ｃ線を軸として回転対称にすると同軸円筒モデルと等しくなることを意味する。また、図１０（ｂ）は（ａ）において模擬接続装置１４の付近のみを図示している。
【００４８】
実際のＧＩＳ、ＧＩＬは同軸円筒構造であるが、実験では平坦部直径２９０ｍｍの平板電極系で実験を行い、雰囲気ガスは０．１ＭＰａ（ａｂｓ．）のＳＦ６とした。同図において、上部電極１５（平坦部直径２９０ｍｍ）が実際のＧＩＳの接地タンク（接地容器２）、下部電極１６（平坦部直径２９０ｍｍ）が中心導体３に相当する。下部電極１６上に中心導体３の固体絶縁物被覆６を模擬したシリコンゴム１７（直径３００ｍｍ、厚さ５ｍｍ）を設置し、その上に直径１２０ｍｍ、厚さ２０ｍｍの模擬接続装置１４を設置することでハイブリッド絶縁（絶縁ガスと固体絶縁物被覆とによる絶縁）を構成した。模擬接続装置１４下面の中央にはロッド１４ａ（模擬接続装置１４と同一材料。後述するシールド電極１１方式の場合は、ＳＵＳ）がついており、これがシリコンゴム１７を貫通している。したがって、この場合の全路破壊は、上部電極１５と模擬接続装置１４間の気中絶縁破壊、および模擬接続装置１４上の沿面放電、もしくは模擬接続装置１４とシリコンゴム１７との接触界面における界面放電を経て、模擬接続装置１４下面中央のシリコンゴム１７貫通部を放電進展し、下部電極１６に達することで完了する。すなわち、同軸円筒構成（図１，図２，図７，図８，図９）の場合と同じである。シリコンゴム１７のうち、下部電極１６との接触面には導電性塗料を塗布しており、電極とシリコンゴム１７の間にボイドが生じても電界集中が生じないようにしている。また、配置の都合上、上部電極１５に電圧を印加している。
【００４９】
模擬接続装置１４は、前述したように、固体絶縁物被覆６なし、シールド電極方式、および絶縁物シース方式の３種類を用いた。シールド電極方式および絶縁物シース方式については、図１０（ａ）に示す模擬接続装置１４と固体絶縁物被覆６（シリコンゴム１７）との間に接触界面１３のある場合、および同図（ｂ）に示すように模擬接続装置１４とシリコンゴム１７の間にギャップ（ｇ３＝５ｍｍ）を設けることで接触界面を除した場合で実験を行った。ギャップが狭い場合はかえって電界の集中を招くことになるが、実験では模擬接続装置１４の上部高電圧側電極側が気中の最大電界となるよう設定した（各配置における電界計算結果は後述する）。
【００５０】
各模擬接続装置１４の詳細を図１１に示す。固体絶縁物被覆なし（同図（ａ））は、ステンレス製で鏡面仕上げを施してある。この条件は、上述の構造Ａに相当する。全路破壊は上部電極１５とステンレス製の模擬接続装置１４間の気中破壊で完了する。シールド電極方式（同図（ｂ））は、鏡面仕上げを施したステンレス製電極をエポキシ（固体絶縁物被覆６）でモールドしたものであり、絶縁物シース方式（同図（ａ））は、すべてアクリル（ＰＭＭＡ）である。このシールド電極方式、絶縁物シース方式は、上述のとおり、接触界面１３のある場合（図１０（ａ））、および接触界面１３のない場合（図４（ｂ））について実験を行った。これは、構造Ｂ、Ｃ（シールド方式）、および構造Ｄ、Ｅ（絶縁物シース方式）に相当する。
【００５１】
上下電極間のギャップ長、各模擬接続装置１４の配置は、事前に電界計算を実施し、気中の最大電界（模擬接続装置１４の上面端部付近）がほぼ一致するように設定した。模擬接続装置１４が絶縁物シース方式もしくはシールド電極方式で、シリコンゴム１７との接触界面１３が存在する場合（構造Ｂ、Ｄ）、最大電界点は模擬接続装置１４、シリコンゴム１７、 ＳＦ６ガスによる三重点付近となるが、実験では模擬接続装置１４の上面における最大電界で整理することとした。
【００５２】
実験条件を表１にまとめ、電界計算結果を図１２に示す。電界計算は、電荷重畳法を用い、簡単のため接地側電極の固体絶縁物（シリコンゴム１７：厚さ５ｍｍ）は考慮しないこととした。シリコンゴム１７が単純な平板で厚さが薄いため電界を乱すことが無く、シリコンゴム１７を考慮しない場合でも、前述の気中最大電界はほとんど変化しない（例えば、図１２（ａ）の場合、高電圧側電極に１ｋＶ印加した時の最大電界値は、シリコンゴム１７を考慮する場合０．７１７ｋＶ／ｃｍ、考慮しない場合で０．７１６ｋＶ／ｃｍ）。
【００５３】
【表１】
【００５４】
印加電圧は図１３に示す正・負の標準雷インパルス（１．２／４８μｓ）とし、５０％スパークオーバ電圧（Ｖ５０）および最低破壊電圧（Ｖ５０−３σ）を推定するための電圧印加法はステップ上昇法を用いた。ステップ上昇法は、昇降法などと同様に絶縁破壊の５０％電圧や最低スパークオーバ電圧の推定に用いられる電圧印加法である。本実験で使用したステップ上昇法による試験の手順は以下の通りである（図１４）。
（１）予想される全路破壊電圧値の５０％〜８０％の電圧を印加する。
（２）全路破壊が生じない場合、一定の電圧幅ΔＶ（今回は平均４ｋＶ）だけ電圧を上昇させて再び電圧を印加する。
（３）（２）の操作を全路破壊が生じるまで行う。
（４）（１）〜（３）を２０回繰り返す（絶縁破壊電圧の取得回数ｎを２０とする）。
【００５５】
ステップ上昇法では、絶縁破壊が生じるごとに印加電圧を開始レベルまで戻すために破壊確率の小さい低電圧における絶縁破壊を捕らえることができる。また、絶縁破壊と次の絶縁破壊までの間隔が必然的に長くなるため、前回の絶縁破壊の影響（例えば、空間の残留電荷の影響など）を避けることができるなどのメリットがある。また、今回の実験では２台のスチルカメラを用いて放電様相を観察した。
【００５６】
（模擬接続装置１４と放電進展様相）
観察の結果、いずれの場合も、気中ギャップ（図１０（ａ）のｇ１）の絶縁破壊部分は模擬接続装置１４の上面端部であった。この部分は、前述したとおり気中の最大電界部分である（接触界面１３が存在する場合の三重点付近を除く）。
【００５７】
接触界面１３がある場合、印加電圧の極性および模擬接続装置１４の材質によらず、模擬接続装置１４とシリコンゴム１７の接触界面１３を放電が進展して全路破壊に至る場合と、三重点付近のシリコンゴム１７を貫通破壊して全路破壊に至る場合があった。いずれの場合も絶縁破壊電圧に有意な差は無かった。また、一度貫通破壊を生じた供試体であっても貫通破壊した場所が選択的に破壊することは無く、その後界面放電による全路破壊を生じたり、異なる場所で貫通破壊を生じたりしたため、２０回の破壊においてシリコンゴム１７は交換しなかった。構造Ｂ，Ｄについては、接続模擬部下のシリコンゴム１７に貫通破壊痕があった。後述するが、接触界面１３が無い場合（構造ＣおよびＥ）は貫通破壊を生じることはなく、接触界面１３がある場合の特有の現象であった。これは、三重点付近が電界の特異点となることから、気中（図１０のギャップｇ１）の絶縁破壊によらず、この付近では界面放電もしくは貫通破壊が発生しているものと考えられる。今回の実験では、貫通破壊の場合と界面放電の場合で絶縁破壊電圧に有意な差が無かったことから、仮にシリコンゴム１７よりも貫通破壊に対する絶縁耐力が高い固体絶縁物を使用しても、絶縁破壊電圧の向上は難しいと考えられる。
【００５８】
模擬接続装置１４がシールド電極方式で、接触界面１３がない場合（構造Ｃ）、印加電圧の極性によらず、全ての場合で模擬接続装置１４表面の沿面放電により全路破壊を生じていた。すなわち、模擬接続装置１４とシリコンゴム１７が向かい合っている部分（模擬接続装置１４の下面側）においても、沿面放電はシリコンゴム１７表面ではなく模擬接続装置１４の表面を進展していた。これはシールド電極方式の沿面放電がいわゆる背後電極ありの沿面放電であり、放電が進展しやすいためであると考えられる。シリコンゴム１７側も背後電極が存在するが、シリコンゴム１７の沿面放電のためには、模擬接続装置１４とシリコンゴム１７間の気中ギャップ（ｇ３）を絶縁破壊する必要があり、結果的にシールド電極方式模擬接続装置１４沿面の方が進展しやすかったものと考えられる。
【００５９】
模擬接続装置１４が絶縁物シース方式の場合（構造Ｅ）、印加電圧の極性によらず、ほとんどの場合でシリコンゴム１７表面の沿面放電により全路破壊を生じていた。模擬接続装置１４の下面において、途中までは模擬接続装置１４に沿って進展しても、最終的には気中ギャップ（ｇ３）を絶縁破壊し、シリコンゴム１７表面に放電が移行し沿面放電を形成していた。これはシールド電極方式の場合と異なり、模擬接続装置１４中には電極が存在しないために模擬接続装置１４側に放電を保持する吸引効果がなく、気中ギャップ（ｇ３）を絶縁破壊して背後電極のあるシリコンゴム１７側に放電が移行したものと考えられる。
【００６０】
（５０％破壊電圧および最低破壊電圧の推定）
ステップ上昇法により推定された５０％スパークオーバ電圧（Ｖ５０）および最低破壊電圧（Ｖ５０−３σ）を表２および図１５に示す。表２より、いずれの模擬接続装置１４の場合でも、５０％破壊電圧は正極性の方が低いことがわかる。正極性の場合、沿面放電が進展しやすいことが知られており、絶縁破壊電圧が低下しているものと考えられる。同表にはＶ５０およびＶ５０−３σについて、それぞれ模擬接続装置１４が絶縁被覆なしの場合（構造Ａ）の値を基準（１００％）とした場合の向上率も示している。
【００６１】
【表２】
【００６２】
接触界面１３が存在する場合（構造Ｂ，Ｄ）は、模擬接続装置１４がシールド電極方式の方が絶縁物シース方式の場合よりも若干高いが、いずれも絶縁破壊電圧の向上率は小さい（絶縁物シース方式の場合、負極性のＶ５０−３σは逆に９７．１％と減少している）。シールド電極方式の方が若干高いのは、ボイドの存在が避けられない接触界面１３の電界が緩和されるためと考えられるが、上述したとおり接触界面１３の三重点付近に電界の特異点が存在するため、絶縁破壊電圧が向上し難いものと考えられる（今回の実験における向上率は、Ｖ５０の正極性で８％、負極性で１０％、Ｖ５０−３σの正極性で１４％、負極性で１７％程度）。
【００６３】
接触界面１３が存在しない場合（構造Ｃ，Ｅ）には、絶縁物シース方式の方がシールド電極方式の場合よりも高い。前述の通り、シールド電極方式の場合の放電は、いわゆる背後電極ありの沿面放電であるため、放電が進展しやすく絶縁破壊電圧が向上しにくいものと考えられる（シールド電極方式の場合、今回の実験における向上率はＶ５０の正極性で１２％、負極性で１５％、Ｖ５０−３σの正極性で１５％、負極性で２５％程度）。結果的にもっとも耐電圧が向上したのは、電界の特異点となる三重点が無く、模擬接続装置１４に背後電極の無い「絶縁物シース方式・接触界面１３なし（構造Ｅ）」の場合であり、Ｖ５０およびＶ５０−３σともに正極性で約５０％、負極性で約４０％向上している。前述したとおり、この場合の放電進展は模擬接続装置１４背面で気中ギャップ（ｇ３）を絶縁破壊し、背後電極のあるシリコンゴム１７の沿面放電へと移行する。この耐電圧の上昇分は背後電極の無い模擬接続装置１４の沿面放電電圧と模擬接続装置１４背面の気中ギャップ（ｇ３）の絶縁破壊電圧の向上によるものと推定される。したがって、模擬接続装置１４の沿面長を長くするとともに、模擬接続装置１４背面のギャップ（ｇ３）を最適化することで更なる絶縁性能の向上が期待できる（ｇ３の拡大により、ｇ３部分の気中破壊を抑制できれば更なる耐電圧の向上が期待できる。ｇ３が狭すぎると電界集中を起こし、かえって絶縁性能の低下を招く可能性がある）。この接続部沿面長と接続部背面ギャップ（ｇ３）は、ガス種・ガス圧力（気中の絶縁破壊性能）とともに相関関係があると考えられ、沿面の形状も含め、今後最適条件の検討を行う予定である。さらにこの形状の場合、シールド電極１１がある場合に比べて、同じ形状における気中（接続部の表面）の最大電界を低減できるメリットがある。すなわち今回の実験の場合、表１に示すとおり模擬接続装置１４の表面電界が一定になるような配置とするとき、シールド電極１１がある場合（構造Ｃ）の実ギャップ長（図１０のｇ２：高電圧側電極と接地側電極の距離）が４６ｍｍであるのに対し、シールド電極１１が無い場合（構造Ｅ）は３２．５ｍｍと３割程度コンパクトである。
【００６４】
以上の結果を踏まえ、実際のＧＩＳ，ＧＩＬ等の同軸円筒構造に適用した場合の概念を図１，図５に示す。図１は中心導体３の接続のみの場合、図５はスペーサ部で中心導体３の接続を行う場合である。固体絶縁物被覆６−筒状部７の接触界面１３がほとんど無く、現行機器と同じ差込み方式で導体３を連結できるため施工も容易である。
【００６５】
以上をまとめると、次の通りである。
（１）シールド電極方式（構造Ｂ、Ｃ）は、接続部の電界を緩和できるが、模擬接続装置１４が背後電極つきの固体絶縁物となるため沿面放電が進展しやすく、比較的向上率の良かった構造Ｃの場合でも、向上率は正極性で１５％、負極性で２５％程度であった。
（２）絶縁物シース方式においては、接触界面１３がある場合（構造Ｄ）はほとんど耐電圧が向上しない。これは接触界面１３のボイドおよび三重点の影響によるものと考えられる。接触界面１３が無い場合（構造Ｅ）は、接触界面１３のボイド、三重点、および背後電極の効果がないことから、実験の条件の中で最も耐電圧が向上し、正極性で５０％、負極性で４０％程度向上した。
【００６６】
以上より、「シールド電極方式、固体絶縁物接触界面１３なし（構造Ｃ）」と「絶縁物シース方式、固体絶縁物接触界面１３なし（構造Ｅ）」の場合、耐電圧が向上することが確認できた。特に構造Ｅの場合、耐電圧が顕著に向上することが確認できた。
【実施例２】
【００６７】
突部１８を設けることで絶縁破壊がより一層生じ難くなることを確認するための実験を行った。実験には、図１０に示す実施例１の実験と同じ装置を使用した。ただし、シリコンゴム１７に代えて、厚さ５ｍｍのアクリル板１９（図１９（ｂ）参照）で固体絶縁物被覆６を模擬した。模擬接続装置１４としては、絶縁物シース方式（図１１（ａ））のものを２グループ準備し、そのうち１グループには、図１９に示すように固体絶縁物被覆６を模擬したアクリル板１９に臨む部分に突起１８Ａを模擬した突起２０Ａを設けた。また、固体絶縁物被覆６を模擬したアクリル板１９も２グループ準備し、そのうち１グループには模擬接続装置１４に臨む部分に突起１８Ｂを模擬した突起２０Ｂを設けた。各突起２０Ａ，２０Ｂは２つずつ設けられており、互い違いになるように同心円状に配置した。各突起２０Ａ，２０Ｂの高さを５ｍｍ、模擬接続装置１４とアクリル板との間隔（ｇ３）を１０ｍｍ、模擬接続装置１４の厚さを２０ｍｍとした。また、模擬接続装置１４の直径（シース長）を１２０ｍｍとした。気中ギャップｇ１を２．５ｍｍ、実ギャップ長ｇ２を３７．５ｍｍとした。
【００６８】
実験は、突起２０Ａの無い模擬接続装置１４と突起２０Ｂの無いアクリル板１９との組み合わせ（バリアなし）と、突起２０Ａを有する模擬接続装置１４と突起２０Ｂを有するアクリル板１９との組み合わせ（Ｗバリア）について行なった。上述の実施例１の実験では印加電圧は図１３に示す正・負の標準雷インパルス（１．２／４８μｓ）としたが、本実験では図１３に示す正の標準雷インパルス（１．２／４８μｓ）とした。また、５０％スパークオーバ電圧（Ｖ５０）および最低破壊電圧（Ｖ５０−３σ）を推定するための電圧印加法は、上述の実施例１の実験と同じステップ上昇法を用いた。
【００６９】
ステップ上昇法により推定された最低破壊電圧（Ｖ５０−３σ）を表３および図２０に示す。Ｗバリアの場合はアクリル板１９が貫通破壊したたため、アクリル板１９の準備枚数との関係で２回しか実験をおこなうことができなかった。しかしながら、いずれの場合も絶縁破壊電圧が２２８．２ｋＶであったため、図２０ではラインで示している。一方、バリアなしの場合は１６７．５ｋＶであった。したがって、バリアなしの場合に対するＷバリアの場合の最低破壊電圧の向上率は３６％であった。この結果、突起１８を設けることで絶縁破壊がより一層生じ難くなることを確認することができた。
【００７０】
【表３】
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明のガス絶縁電力機器の導体接続装置の第１の実施形態を示す断面図である。
【図２】本発明のガス絶縁電力機器の導体接続装置の第２の実施形態を示す断面図である。
【図３】本発明のガス絶縁電力機器の導体接続装置の第３の実施形態を示す断面図である。
【図４】本発明のガス絶縁電力機器の導体接続装置の第４の実施形態を示す断面図である。
【図５】本発明のガス絶縁電力機器の導体接続装置の第５の実施形態を示す断面図である。
【図６】本発明のガス絶縁電力機器の導体接続装置の第６の実施形態を示す断面図である。
【図７】本発明の効果を確認するために想定した第１の比較例の概念を示す断面図である。
【図８】本発明の効果を確認するために想定した第２の比較例の概念を示す断面図である。
【図９】本発明の効果を確認するために想定した第３の比較例の概念を示す断面図である。
【図１０】本発明の効果を確認するための実験で使用した装置を示し、（ａ）は模擬接続装置と固体絶縁物被覆との間に接触界面がある場合（構造Ａ，Ｂ，Ｄ）の図、（ｂ）は模擬接続装置と固体絶縁物被覆との間に接触界面がない場合（構造Ｃ，Ｅ）の図である。
【図１１】模擬接続装置を示し、（ａ）は固体絶縁物被覆なしの場合（ＳＵＳの場合と絶縁物シース方式の場合）の断面図、（ｂ）は固体絶縁物被覆がある場合の断面図である。
【図１２】各構造における電界計算結果を示し、（ａ）は固体絶縁物被覆なし（構造Ａ）の場合の図、（ｂ）はシールド電極方式・接触界面あり（構造Ｂ）の場合の図、（ｃ）はシールド電極方式・接触界面なし（構造Ｃ）の場合の図、（ｄ）は絶縁物シース方式・接触界面あり（構造Ｄ）の場合の図、（ｅ）は絶縁物シース方式・接触界面なし（構造Ｅ）の場合の図である。
【図１３】印加電圧波形（標準雷インパルス）を示す図である。
【図１４】ステップ上昇法の概念を示す図である。
【図１５】５０％破壊電圧値および最低破壊電圧値を示し、（ａ）は正極性についての図、（ｂ）は負極性についての図である。
【図１６】本発明のガス絶縁電力機器の導体接続装置の第７の実施形態を示す断面図である。
【図１７】本発明のガス絶縁電力機器の導体接続装置の第８の実施形態を示す断面図である。
【図１８】本発明のガス絶縁電力機器の導体接続装置の第９の実施形態を示す断面図である。
【図１９】本発明の効果を確認するための実験で使用した模擬接続装置とアクリル板を示し、（ａ）は模擬接続装置とアクリル板に設けられた突起の位置関係を示す平面図、（ｂ）は模擬接続装置とアクリル板の断面図である。
【図２０】５０％破壊電圧値および最低破壊電圧値（正極性）を示す図である。
【符号の説明】
【００７２】
１ 絶縁ガス
２ 接地容器
３ 導体
４ コネクタ導体
５ 固体絶縁物本体
３ａ 導体の端部
６ 固体絶縁物被覆
６ａ 固体絶縁物被覆の端面の接触界面
６ｂ 固体絶縁物被覆の外周面の筒状部に臨む部分
７ 筒状部
７ａ 筒状部の内周面
８ ギャップ
９ 絶縁コネクタ
１０ 絶縁スペーサ
１１ シールド電極
１８ 突部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接地容器内に絶縁ガスを封入すると共に導体を収容し、導体を接地容器から浮かせた状態で支持するガス絶縁電力機器の導体接続装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題に対する関心が高まっており、ガス絶縁開閉装置やガス絶縁送電線路等のガス絶縁電力機器の主絶縁媒体であるＳＦ６ガスが地球温暖化ガスとして注目されている。このため、ＳＦ６代替ガス絶縁の研究がなされている。ＳＦ６代替ガスはＳＦ６ガスに比べて絶縁性能に劣ることから、導体を固体絶縁物で被覆することが研究されている。
【０００３】
【非特許文献１】ハイブリッドガス絶縁方式の開発、［online］、［平成２０年３月１４日検索］、インターネット＜http://criepi.denken.or.jp/jp/electric/substance/08.pdf＞
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、導体を固体絶縁物で被覆する場合、導体の接続部分で被覆に接触界面が生じる。ここで、固体絶縁物の被覆に接触界面が発生しないように導体の接続部分も含めて全ての部分に連続して被覆を施すことも考えられる。しかしながら、導体の熱伸縮、被覆の長期信頼性、施工性、将来のタンク（接地容器）開放の可能性等を考慮すると、導体の接続にコネクタ導体を使用することが好ましい。そのため、固体絶縁物の被覆を全ての部分で連続したものにすることは困難あり、接触界面が生じてしまうことから絶縁耐圧を十分に大きくすることが困難である。
【０００５】
本発明は、絶縁耐圧を大きくすることができるガス絶縁電力機器の導体接続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】
【０００６】
かかる目的を達成するために、請求項１記載のガス絶縁電力機器の導体接続装置は、絶縁ガスが封入された接地容器内に収容された導体を接続するコネクタ導体の外周面を覆う固体絶縁物本体と、導体の少なくとも端部外周面を被覆する固体絶縁物被覆と、固体絶縁物本体に設けられ、固体絶縁物被覆を囲んで接地容器と固体絶縁物被覆の端面の接触界面との間の沿面長を延長させる筒状部を備え、筒状部と固体絶縁物被覆との間には、接触界面を排除するギャップが設けられているものである。
【０００７】
導体に固体絶縁物被覆を施すことで、仮に、接地容器と導体との間に絶縁破壊が生じるとしたら固体絶縁物被覆の端面の接触界面に沿って絶縁破壊が生じることになる。固体絶縁物本体に筒状部を設けることで、接地容器と固体絶縁物被覆の端面の接触界面との間の沿面長を延長することができる。また、筒状部を設けることで、接地容器と固体絶縁物被覆との間よりも接地容器と筒状部との間に絶縁破壊が生じやすくなるので、固体絶縁物被覆を設ける範囲が狭まる。
【０００８】
ここで、請求項２記載のガス絶縁電力機器の導体接続装置のように、固体絶縁物本体が、導体の接続部分を支持する絶縁スペーサ、又は導体を接続する絶縁コネクタであることが好ましい。
【０００９】
また、請求項３記載のガス絶縁電力機器の導体接続装置のように、筒状部は 固体絶縁体によって成形されたシースでも良く、請求項４記載のガス絶縁電力機器の導体接続装置のように、筒状部にシールド電極が埋め込まれていても良い。
【００１０】
さらに、請求項５記載のガス絶縁電力機器の導体接続装置は、筒状部の内周面と、固体絶縁物被覆の外周面の筒状部に臨む部分とのうち、少なくともいずれか一方に周方向に環状の突部が設けられている。したがって、接地容器と固体絶縁物被覆の端面の接触界面との間の沿面長がより一層長くなる。また、仮に接地容器と固体絶縁物被覆の端面の接触界面との間に絶縁破壊が生じるとすると、その放電が突部を乗り越えることが逆電界となる。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１記載のガス絶縁電力機器の導体接続装置では、筒状部によって接地容器と固体絶縁物被覆の端面の接触界面との間の沿面長を延長することができるので、その分だけ絶縁耐圧を大きくすることができる。また、筒状部と固体絶縁物被覆との間にギャップを設けているので、筒状部と固体絶縁物被覆との間に接触界面が存在することがなく、接触界面のボイド等に起因した電界集中を防止することができ、絶縁耐圧の低下を防止することができる。したがって、ガス絶縁電力機器の大型化を招かずにＳＦ６よりも絶縁性能に劣る絶縁ガスの使用が可能になる。また、絶縁ガスとしてＳＦ６を使用する場合には、ガス絶縁電力機器を小型化することができる。さらに、筒状部によって沿面長を増加させているので、筒状部の長さを変えることで沿面長の増加を調節することができ、その調節が容易である。
【００１２】
また、請求項２記載のガス絶縁電力機器の導体接続装置では、導体の接続部分を支持する絶縁スペーサ又は導体を接続する絶縁コネクタを利用して絶縁耐圧を増加させることができる。
【００１３】
また、請求項３記載のガス絶縁電力機器の導体接続装置のように、筒状部は 固体絶縁体によって成形されたシースでも良く、請求項４記載のガス絶縁電力機器の導体接続装置のように、筒状部にシールド電極が埋め込まれていても良い。
【００１４】
さらに、請求項５記載のガス絶縁電力機器の導体接続装置では、突部によって接地容器と固体絶縁物被覆の端面の接触界面との間の沿面長をより一層長くできると共に、仮に絶縁破壊が生じるとすると逆電界となる部分を作ることができるので、絶縁破壊をより一層生じ難くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の構成を図面に示す最良の形態に基づいて詳細に説明する。
【００１６】
図１に本発明のガス絶縁電力機器の導体接続装置の実施形態の一例を示す。ガス絶縁電力機器の導体接続装置（以下、単に導体接続装置という）は、絶縁ガス１が封入された接地容器２内に収容された導体３を接続するコネクタ導体４の外周面を覆う固体絶縁物本体５と、導体３の少なくとも端部３ａ外周面を被覆する固体絶縁物被覆６と、固体絶縁物本体５に設けられ、固体絶縁物被覆６を囲んで接地容器２と固体絶縁物被覆６の端面の接触界面６ａとの間の沿面長を延長させる筒状部７を備え、筒状部７と固体絶縁物被覆６との間には、接触界面を排除するギャップ８が設けられている。
【００１７】
本実施形態の導体接続装置は、導体３の端面同士を接続する絶縁コネクタ９である。ただし、絶縁コネクタ９に限るものではなく、導体３を接続するものであれば例えば絶縁スペーサ１０等にも適用可能である。
【００１８】
ガス絶縁電力機器は、例えばガス絶縁開閉装置（ＧＩＳ：Gas-Insulated Switchgear）、ガス絶縁送電線路（ＧＩＬ：Gas-Insulated Line）等のガス絶縁電力機器である。ただし、これらに限るものではない。本実施形態では、ＧＩＳを例に説明する。
【００１９】
接地容器２は例えばＧＩＳの接地タンクであり、その内部には絶縁ガス１が封入されている。絶縁ガス１としては、例えばＮ２ガス、ＣＯ２ガス等の使用が可能である。ただし、絶縁ガス１としてはＮ２ガス、ＣＯ２ガスに限るものではなく、例えばＳＦ６ガス、その他の絶縁ガスの使用が可能である。導体３はコネクタ導体４によって接続され、図示しない絶縁スペーサによって接地容器２から浮かせた状態で支持されている。コネクタ導体４としては、例えば金属接触子を用いた差し込み方式のものの使用が可能である。ただし、他の方式でも良い。
【００２０】
固体絶縁物本体５は、例えばエポキシ樹脂、ポリエチレン等の固体絶縁材料から成る筒体であり、コネクタ導体４の外周面を覆っている。
【００２１】
固体絶縁物被覆６は、例えばエポキシ樹脂、ポリエチレン等の固体絶縁材料から成る被覆である。本実施形態では、導体３の外周面を全長にわたり被覆している。ただし、導体３の外周面を全長にわたり被覆する必要はなく、少なくとも端部３ａ、即ち接地容器２と導体３との間に絶縁破壊が生じる場合において、固体絶縁物被覆６の端面の接触界面６ａと筒状部７の先端との間の沿面長をＬ１、固体絶縁物被覆６の接触界面６ａとは反対側の端と筒状部７の先端との間の沿面長をＬ２とした場合、Ｌ１≦Ｌ２となる範囲、又はＬ１＞Ｌ２であってもＬ１とＬ２との差が僅かになるような範囲に固体絶縁物被覆６を設ければ足りる。即ち、導体３の全長に固体絶縁物被覆６を設けることで接地容器２と導体３との間の絶縁耐圧を導体３の全長にわたって増加させることができるが、絶縁コネクタ９を設けた場合、この部分が絶縁耐圧の小さな部位となるので、この部分の絶縁耐圧を大きくする必要がある。導体３の少なくとも端部３ａに固体絶縁物被覆６を施すことで、少なくとも絶縁耐圧を大きくすべき部位について絶縁耐圧を大きくすることができる。本実施形態では、導体３の外径とコネクタ導体４の外径は同一であり、固体絶縁物被覆６の端面の接触界面６ａは固体絶縁物本体５との間に形成される。
【００２２】
筒状部７は固体絶縁体によって成形されたシースであり、固体絶縁物本体５と一体成形されている。即ち、固体絶縁物本体５と同じ固体絶縁材料によって成形されている。筒状部７の横断面形状は、導体３の横断面形状と相似形になっている。本実施形態の導体３の横断面形状は円形であるので、筒状部７の横断面形状も円形になっている。筒状部７は導体３と同心円状に配置されている。筒状部７は固体絶縁物本体５の両面に形成され、接続する２本の導体３の軸線方向に形成されている。
【００２３】
ギャップ８は、固体絶縁物被覆６と筒状部７の間に全周にわたって設けられている。ギャップ８の距離（ギャップ長）は、固体絶縁物被覆６と筒状部７との間に電界集中が起こらない程度の距離となっている。即ち、ギャップ長が短いと、固体絶縁物被覆６と筒状部７との間に電界の集中を引き起こすので、この電界集中を実質的に影響のない程度まで抑えることができる距離Ｌ３のギャップ８が設けられている。なお、ギャップ長は距離Ｌ３以上であれば良いが、ギャップ長を増加させると、筒状部７と接地容器２との距離が短くなることから絶縁耐圧が減少する。このため、接地容器２との距離を考慮してギャップ長を決定することが好ましい。なお、適切なギャップ長は、筒状部７の長さ、電圧、絶縁ガス１の種類・濃度・圧力等によって変化するので、例えば実験や計算等を行って適宜決定することが好ましい。ギャップ長の一例としては、例えば５ｍｍである。ただし、５ｍｍに限るものではない。
【００２４】
次に、導体接続装置の作用について説明する。
【００２５】
導体３に固体絶縁物被覆６を施すことで、接地容器２と導体３との間の絶縁耐圧を増加させることができる。この場合、固体絶縁物被覆６の端面の接触界面６ａが発生しないように導体３の接続部分も含めて全ての部分に連続した固体絶縁物被覆６を施すことも考えられる。しかしながら、導体３の熱伸縮、固体絶縁物被覆６の長期信頼性、施工性、将来のタンク（接地容器２）開放の可能性等を考慮すると、導体３の接続にコネクタ導体４を使用することが好ましい。そのため、固体絶縁物被覆６を全ての部分で連続したものにすることは困難あり、接触界面６ａが発生する。接触界面６ａが発生する場合、絶縁破壊は接触界面６ａを介して生じる可能性が高く、したがって、この部分での絶縁耐圧を大きくする必要がある。
【００２６】
本発明の導体接続装置によって接触界面６ａを介して生じる絶縁破壊に対して絶縁耐圧を大きくすることができる。即ち、筒状部７を設けることで、接地容器２と接触界面６ａとの間に生じる放電の沿面長が増加するので、その分だけ絶縁耐圧を向上させることができる。また、筒状部７と固体絶縁物被覆６との間にギャップ８が設けられており、筒状部７と固体絶縁物被覆６との間に接触界面が存在することがないので、接触界面のボイド等に起因した電界集中を防止することができ、絶縁耐圧の低下を防止することができる。
【００２７】
また、筒状部７の長さを変えることで沿面長の増加を調節することができるので、絶縁耐圧の大きさ調節が容易である。
【００２８】
このように本発明の導体接続装置の使用によって絶縁耐圧を大きくすることができるので、絶縁ガス１として、ＳＦ６ガスよりも絶縁能力に劣るＮ２ガス、ＣＯ２ガス等の使用が可能になる。即ち、絶縁ガス１としてＮ２ガス、ＣＯ２ガス等を使用する場合には、ＳＦ６ガスを使用する場合に比べて圧力を高くする必要がある。例えば、０．５ＭＰａ（平均値）のＳＦ６ガスと同等の絶縁耐力を得るためには、Ｎ２ガス、ＣＯ２ガスの圧力を２．０ＭＰａまで上昇させる必要がある。ガス圧の増加により、接地容器２等の耐圧性を高めることが必要となり、ＧＩＳが実用的なものではなくなる。あるいは、接地容器２と導体３との距離を延長させる必要があり、ＧＩＳが大型化して実用的なものではなくなる。
【００２９】
しかしながら、導体３に固体絶縁物被覆６を施し、本発明の導体接続装置を使用することで、絶縁耐圧を増加させることができるので、Ｎ２ガス、ＣＯ２ガスを使用する場合であってもＧＩＳを実用的なものにすることができる。逆に、同じ絶縁ガス１を使用する場合には、接地容器２を小型化することができ、ＧＩＳをよりコンパクトにすることができる。
【００３０】
なお、上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、筒状部７にシールド電極１１を埋め込んでも良い。この場合の例を図２に示す。
【００３１】
また、上述の説明では、導体３の外径とコネクタ導体４の外径を同一にしていたが、例えば図３に示すように、導体３の外径よりもコネクタ導体４の外径を小さくしても良い。また、図４に示すように、固体絶縁物被覆６の外径とコネクタ導体４の外径を同一にしても良い。
【００３２】
また、上述の説明では、導体接続装置を絶縁コネクタ９に適用していたが、適用可能なものとしては絶縁コネクタ９に限るものではなく、例えば絶縁スペーサ１０等にも適用可能である。図５に絶縁スペーサ１０に適用した例を示す。なお、この場合にも筒状部７にシールド電極１１を埋め込んでも良い。
【００３３】
また、図６に示すように、筒状部７の近傍の固体絶縁物被覆６の外周面に沿面長を延長させる障害部材１２を設けても良い。この場合には上述のＬ２の沿面長をかせぐことができるので、固体絶縁物被覆６を導体３の全長にわたって設けない場合に、固体絶縁物被覆６を設ける範囲を狭くすることができる。
【００３４】
さらに、筒状部７の内周面７ａと、固体絶縁物被覆６の外周面の筒状部７に臨む部分６ｂとのうち、少なくともいずれか一方に周方向に環状の突部１８を設けても良い。筒状部７の内周面７ａと固体絶縁物被覆６の部分６ｂの両方に突部１８を設けた実施形態を図１６に示す。筒状部７側の突部１８（以下、固体絶縁物被覆６側の突部１８と区別する場合には突部１８Ａという）と固体絶縁物被覆６側の突部１８（以下、筒状部７側の突部１８Ａと区別する場合には突部１８Ｂという）は、導体３の軸線方向にずらして互い違いになるようにすることが好ましい。ただし、必ずしも突部１８Ａと突部１８Ｂを互い違いにしなくても良い。本実施形態では、例えば４つの突部１８Ａと４つの突部１８Ｂを互い違いに設けている。ただし、突部１８Ａ，１８Ｂの数は４つに限るものではなく、その他の個数でも良い。各突部１８Ａ，１８Ｂの横断面形状は例えば半円形状を成している。ただし、必ずしも突部１８Ａ，１８Ｂの横断面形状は半円形状に限るものではなく、他の形状でも良いが、角のない形状であることが好ましい。角部分が電界の特異点になるのを防止するためである。本実施形態では、筒状部７側の突部１８Ａは一つ一つ独立しており、固体絶縁物被覆６側の突部１８Ｂは一体化されている。ただし、筒状部７側の突部１８Ａを一体化させても良く、固体絶縁物被覆６側の突部１８Ｂを一つ一つ独立させても良い。突部１８Ａ，１８Ｂは、例えばエポキシ樹脂、ポリエチレン等の固体絶縁材料で形成されている。本実施形態では突部１８Ａを筒状部７と別に形成し、突部１８Ｂを固体絶縁物被覆６と別に形成しているが、突部１８Ａを筒状部７と一体成形し、突部１８Ｂを固体絶縁物被覆６と一体成形しても良い。突部１８Ａは筒状部７対して、突部１８Ｂ固体絶縁物被覆６に対して例えば接着剤によって固着されている。また、本実施形態では、突部１８Ａの内径と突部１８Ｂの外径を同一にしている。ただし、突部１８Ａの内径を突部１８Ｂの外径よりも大きくしても良いし、突部１８Ａの内径を突部１８Ｂの外径よりも小さくしても良い。
【００３５】
突部１８Ａを設けることで、筒状部７の内周面を伝わる接地容器２と接触界面６ａとの間の沿面長がより一層長くなり、突部１８Ｂを設けることで、固体絶縁物被覆６の外周面を伝わる接地容器２と接触界面６ａとの間の沿面長がより一層長くなる。また、仮に接地容器２と接触界面６ａとの間に絶縁破壊が生じるとすると、その放電が筒状部７の内周面に沿う場合には突部１８Ａを乗り越えることが逆電界となり、固体絶縁物被覆６の外周面に沿う場合には突部１８Ｂを乗り越えることが逆電界となる。これらのため、接地容器２と接触界面６ａとの間の絶縁破壊をより一層生じ難くすることができる。
【００３６】
なお、上述の説明では、横断面形状が半円形状の突部１８を複数設けていたが、例えば図１７に示すように、傾斜面１８ｃを有する突部１８を設けても良い。本実施形態では、筒状部７側の突部１８Ａと固体絶縁物被覆６側の突部１８Ｂの両方を傾斜面１８ｃを有する突部にしている。ただし、突部１８Ａと突部１８Ｂの両方を傾斜面１８ｃを有するものにする必要はなく、例えば図１８に示すように、固体絶縁物被覆６側の突部１８Ｂのみを傾斜面１８ｃを有するものにしても良く、逆に筒状部７側の突部１８Ａのみを傾斜面１８ｃを有するものにしても良い。突部１８が傾斜面１８ｃを有するものの場合にも、接地容器２と接触界面６ａとの間の沿面長をより一層長くできると共に、仮に絶縁破壊が生じるとすると逆電界となる部分を作ることができるので、絶縁破壊をより一層生じ難くすることができる。
【００３７】
また、上述の説明では、筒状部７の内周面７ａと固体絶縁物被覆６の部分６ｂの両方に突部１８を設けていたが、必ずしも両方に設ける必要はなく、いずれか一方にのみ突部１８を設けるようにしても良い。即ち、筒状部７の内周面７ａと固体絶縁物被覆６の部分６ｂの両方に突部１８を設けることで、絶縁破壊が生じる経路が筒状部７の内周面に沿う場合と固体絶縁物被覆６の外周面に沿う場合のいずれであっても絶縁破壊をより一層生じ難くすることができるが、絶縁破壊が生じる経路が上記２つの経路のうちいずれか一方であることが予測できる場合等には予測できる経路にのみ突部１８を設けるようにしても良い。例えば、ＧＩＳやＧＩＬ等のガス絶縁電力機器では導体３から接地容器２に向けて絶縁破壊が生じると予測できるので、ギャップ８が大きく、導体３から生じた絶縁破壊が接続界面６ａから固体絶縁物本体５の側面に沿って筒状部７の内周面に伝わり、筒状部７の先端から接地容器２へと伝わることが予測できる場合等には筒状部７側の突部１８Ａのみを設けても良い。
【実施例１】
【００３８】
本発明の導体接続装置の使用によって絶縁耐圧即ち耐電圧を増加させることができることを確認するための実験を行った。
【００３９】
導体接続装置の検討を行うにあたって、以下の２つのコンセプトを考えた。
（i）接続部の沿面長の増加
（ii）接触界面６ａの電界集中の緩和
沿面放電を考えるとき、沿面長の増加に比例するほどには耐電圧は増加しないが、沿面長の増加は確実に耐電圧の増加につながる。したがって、ＧＩＳまたはＧＩＬの接続箇所において、できる限り（または合理的に）沿面放電に対する沿面長を増加できるようにした（沿面長を適用箇所に応じて任意に設定できる）。
【００４０】
電界の集中する場所は放電の起点となる。したがって、耐電圧の上昇のためには、極力電界集中を避ける必要がある。導体３の接続部分で固体絶縁物被覆６同士が接続される場合、固体絶縁物被覆６の端面の接触界面６ａには微小ギャップ（ボイド）の存在が避けられず、この微小ギャップは電界の集中を引き起こす。また、左右から接続する場合、接続部の表面を完全に平坦とすることは困難である。たとえ微小であっても段差があれば、電界の集中を引き起こすことになり、電気的な弱点となる。
【００４１】
以上の点を考慮し、実験では以下の５つのパターンを検討した。実際の実験配置は後述するように、簡単のために平行平板電極系で行ったが、ここでは実機におけるハイブリッド絶縁方式（導体３を絶縁ガス１と固体絶縁物被覆６とで絶縁する方式）の接続について理解を容易にするために、各コンセプトを同軸円筒モデルで示す。
【００４２】
（１）固体絶縁物被覆６なし（構造Ａ）
コネクタ導体４について固体絶縁物被覆６なしの場合を図７に示す。本方式はハイブリッド絶縁方式ではなく、単純な気中絶縁方式である。今回の実験の中で、ハイブリッド絶縁方式による絶縁耐力の向上率を比較するための基準として設定した。
【００４３】
（２）シールド電極方式（構造Ｂ，Ｃ）
シールド電極方式を用いた接続装置を図８および図２に示す。本方式は導体接続装置内部にシールド電極１１を埋め込むことで、固体絶縁物被覆６の接続部側の電界を緩和する方式である。本方式では、導体３（中心導体）の固体絶縁物被覆６と筒状部７との間に接触界面１３がある場合（構造Ｂ：図８）、および両者の間にギャップ８を設けることで接触界面１３を除した場合（構造Ｃ：図２）を検討した。
【００４４】
（３）絶縁物シース方式（構造Ｄ，Ｅ）
絶縁物シース方式を用いた接続装置を図９および図１に示す。本方式は導体接続装置のうち、中心導体３を電気的に接続する部分以外はすべて樹脂である。すなわち、固体の接触界面１３の電界緩和をシールド電極１１等で積極的には行わない。この場合もシールド電極方式と同様に、中心導体３の固体絶縁物被覆６と筒状部７との間に接触界面１３がある場合（構造Ｄ：図９）、および両者の間にギャップ８を設けることで接触界面１３を除した場合（構造Ｅ：図１）を検討した。
【００４５】
構造Ａを除くすべてのハイブリッド絶縁方式においては、いずれの場合も導体接続装置のアーム（筒状部７）を軸方向に延長することで、沿面長を任意に設定できる。
【００４６】
次に、実験配置および電圧印加方法について説明する。
【００４７】
図１０に実験配置を示す。なお、図１０（ａ）中のＣ−Ｃ線は、このＣ−Ｃ線を軸として回転対称にすると同軸円筒モデルと等しくなることを意味する。また、図１０（ｂ）は（ａ）において模擬接続装置１４の付近のみを図示している。
【００４８】
実際のＧＩＳ、ＧＩＬは同軸円筒構造であるが、実験では平坦部直径２９０ｍｍの平板電極系で実験を行い、雰囲気ガスは０．１ＭＰａ（ａｂｓ．）のＳＦ６とした。同図において、上部電極１５（平坦部直径２９０ｍｍ）が実際のＧＩＳの接地タンク（接地容器２）、下部電極１６（平坦部直径２９０ｍｍ）が中心導体３に相当する。下部電極１６上に中心導体３の固体絶縁物被覆６を模擬したシリコンゴム１７（直径３００ｍｍ、厚さ５ｍｍ）を設置し、その上に直径１２０ｍｍ、厚さ２０ｍｍの模擬接続装置１４を設置することでハイブリッド絶縁（絶縁ガスと固体絶縁物被覆とによる絶縁）を構成した。模擬接続装置１４下面の中央にはロッド１４ａ（模擬接続装置１４と同一材料。後述するシールド電極１１方式の場合は、ＳＵＳ）がついており、これがシリコンゴム１７を貫通している。したがって、この場合の全路破壊は、上部電極１５と模擬接続装置１４間の気中絶縁破壊、および模擬接続装置１４上の沿面放電、もしくは模擬接続装置１４とシリコンゴム１７との接触界面における界面放電を経て、模擬接続装置１４下面中央のシリコンゴム１７貫通部を放電進展し、下部電極１６に達することで完了する。すなわち、同軸円筒構成（図１，図２，図７，図８，図９）の場合と同じである。シリコンゴム１７のうち、下部電極１６との接触面には導電性塗料を塗布しており、電極とシリコンゴム１７の間にボイドが生じても電界集中が生じないようにしている。また、配置の都合上、上部電極１５に電圧を印加している。
【００４９】
模擬接続装置１４は、前述したように、固体絶縁物被覆６なし、シールド電極方式、および絶縁物シース方式の３種類を用いた。シールド電極方式および絶縁物シース方式については、図１０（ａ）に示す模擬接続装置１４と固体絶縁物被覆６（シリコンゴム１７）との間に接触界面１３のある場合、および同図（ｂ）に示すように模擬接続装置１４とシリコンゴム１７の間にギャップ（ｇ３＝５ｍｍ）を設けることで接触界面を除した場合で実験を行った。ギャップが狭い場合はかえって電界の集中を招くことになるが、実験では模擬接続装置１４の上部高電圧側電極側が気中の最大電界となるよう設定した（各配置における電界計算結果は後述する）。
【００５０】
各模擬接続装置１４の詳細を図１１に示す。固体絶縁物被覆なし（同図（ａ））は、ステンレス製で鏡面仕上げを施してある。この条件は、上述の構造Ａに相当する。全路破壊は上部電極１５とステンレス製の模擬接続装置１４間の気中破壊で完了する。シールド電極方式（同図（ｂ））は、鏡面仕上げを施したステンレス製電極をエポキシ（固体絶縁物被覆６）でモールドしたものであり、絶縁物シース方式（同図（ａ））は、すべてアクリル（ＰＭＭＡ）である。このシールド電極方式、絶縁物シース方式は、上述のとおり、接触界面１３のある場合（図１０（ａ））、および接触界面１３のない場合（図４（ｂ））について実験を行った。これは、構造Ｂ、Ｃ（シールド方式）、および構造Ｄ、Ｅ（絶縁物シース方式）に相当する。
【００５１】
上下電極間のギャップ長、各模擬接続装置１４の配置は、事前に電界計算を実施し、気中の最大電界（模擬接続装置１４の上面端部付近）がほぼ一致するように設定した。模擬接続装置１４が絶縁物シース方式もしくはシールド電極方式で、シリコンゴム１７との接触界面１３が存在する場合（構造Ｂ、Ｄ）、最大電界点は模擬接続装置１４、シリコンゴム１７、 ＳＦ６ガスによる三重点付近となるが、実験では模擬接続装置１４の上面における最大電界で整理することとした。
【００５２】
実験条件を表１にまとめ、電界計算結果を図１２に示す。電界計算は、電荷重畳法を用い、簡単のため接地側電極の固体絶縁物（シリコンゴム１７：厚さ５ｍｍ）は考慮しないこととした。シリコンゴム１７が単純な平板で厚さが薄いため電界を乱すことが無く、シリコンゴム１７を考慮しない場合でも、前述の気中最大電界はほとんど変化しない（例えば、図１２（ａ）の場合、高電圧側電極に１ｋＶ印加した時の最大電界値は、シリコンゴム１７を考慮する場合０．７１７ｋＶ／ｃｍ、考慮しない場合で０．７１６ｋＶ／ｃｍ）。
【００５３】
【表１】
【００５４】
印加電圧は図１３に示す正・負の標準雷インパルス（１．２／４８μｓ）とし、５０％スパークオーバ電圧（Ｖ５０）および最低破壊電圧（Ｖ５０−３σ）を推定するための電圧印加法はステップ上昇法を用いた。ステップ上昇法は、昇降法などと同様に絶縁破壊の５０％電圧や最低スパークオーバ電圧の推定に用いられる電圧印加法である。本実験で使用したステップ上昇法による試験の手順は以下の通りである（図１４）。
（１）予想される全路破壊電圧値の５０％〜８０％の電圧を印加する。
（２）全路破壊が生じない場合、一定の電圧幅ΔＶ（今回は平均４ｋＶ）だけ電圧を上昇させて再び電圧を印加する。
（３）（２）の操作を全路破壊が生じるまで行う。
（４）（１）〜（３）を２０回繰り返す（絶縁破壊電圧の取得回数ｎを２０とする）。
【００５５】
ステップ上昇法では、絶縁破壊が生じるごとに印加電圧を開始レベルまで戻すために破壊確率の小さい低電圧における絶縁破壊を捕らえることができる。また、絶縁破壊と次の絶縁破壊までの間隔が必然的に長くなるため、前回の絶縁破壊の影響（例えば、空間の残留電荷の影響など）を避けることができるなどのメリットがある。また、今回の実験では２台のスチルカメラを用いて放電様相を観察した。
【００５６】
（模擬接続装置１４と放電進展様相）
観察の結果、いずれの場合も、気中ギャップ（図１０（ａ）のｇ１）の絶縁破壊部分は模擬接続装置１４の上面端部であった。この部分は、前述したとおり気中の最大電界部分である（接触界面１３が存在する場合の三重点付近を除く）。
【００５７】
接触界面１３がある場合、印加電圧の極性および模擬接続装置１４の材質によらず、模擬接続装置１４とシリコンゴム１７の接触界面１３を放電が進展して全路破壊に至る場合と、三重点付近のシリコンゴム１７を貫通破壊して全路破壊に至る場合があった。いずれの場合も絶縁破壊電圧に有意な差は無かった。また、一度貫通破壊を生じた供試体であっても貫通破壊した場所が選択的に破壊することは無く、その後界面放電による全路破壊を生じたり、異なる場所で貫通破壊を生じたりしたため、２０回の破壊においてシリコンゴム１７は交換しなかった。構造Ｂ，Ｄについては、接続模擬部下のシリコンゴム１７に貫通破壊痕があった。後述するが、接触界面１３が無い場合（構造ＣおよびＥ）は貫通破壊を生じることはなく、接触界面１３がある場合の特有の現象であった。これは、三重点付近が電界の特異点となることから、気中（図１０のギャップｇ１）の絶縁破壊によらず、この付近では界面放電もしくは貫通破壊が発生しているものと考えられる。今回の実験では、貫通破壊の場合と界面放電の場合で絶縁破壊電圧に有意な差が無かったことから、仮にシリコンゴム１７よりも貫通破壊に対する絶縁耐力が高い固体絶縁物を使用しても、絶縁破壊電圧の向上は難しいと考えられる。
【００５８】
模擬接続装置１４がシールド電極方式で、接触界面１３がない場合（構造Ｃ）、印加電圧の極性によらず、全ての場合で模擬接続装置１４表面の沿面放電により全路破壊を生じていた。すなわち、模擬接続装置１４とシリコンゴム１７が向かい合っている部分（模擬接続装置１４の下面側）においても、沿面放電はシリコンゴム１７表面ではなく模擬接続装置１４の表面を進展していた。これはシールド電極方式の沿面放電がいわゆる背後電極ありの沿面放電であり、放電が進展しやすいためであると考えられる。シリコンゴム１７側も背後電極が存在するが、シリコンゴム１７の沿面放電のためには、模擬接続装置１４とシリコンゴム１７間の気中ギャップ（ｇ３）を絶縁破壊する必要があり、結果的にシールド電極方式模擬接続装置１４沿面の方が進展しやすかったものと考えられる。
【００５９】
模擬接続装置１４が絶縁物シース方式の場合（構造Ｅ）、印加電圧の極性によらず、ほとんどの場合でシリコンゴム１７表面の沿面放電により全路破壊を生じていた。模擬接続装置１４の下面において、途中までは模擬接続装置１４に沿って進展しても、最終的には気中ギャップ（ｇ３）を絶縁破壊し、シリコンゴム１７表面に放電が移行し沿面放電を形成していた。これはシールド電極方式の場合と異なり、模擬接続装置１４中には電極が存在しないために模擬接続装置１４側に放電を保持する吸引効果がなく、気中ギャップ（ｇ３）を絶縁破壊して背後電極のあるシリコンゴム１７側に放電が移行したものと考えられる。
【００６０】
（５０％破壊電圧および最低破壊電圧の推定）
ステップ上昇法により推定された５０％スパークオーバ電圧（Ｖ５０）および最低破壊電圧（Ｖ５０−３σ）を表２および図１５に示す。表２より、いずれの模擬接続装置１４の場合でも、５０％破壊電圧は正極性の方が低いことがわかる。正極性の場合、沿面放電が進展しやすいことが知られており、絶縁破壊電圧が低下しているものと考えられる。同表にはＶ５０およびＶ５０−３σについて、それぞれ模擬接続装置１４が絶縁被覆なしの場合（構造Ａ）の値を基準（１００％）とした場合の向上率も示している。
【００６１】
【表２】
【００６２】
接触界面１３が存在する場合（構造Ｂ，Ｄ）は、模擬接続装置１４がシールド電極方式の方が絶縁物シース方式の場合よりも若干高いが、いずれも絶縁破壊電圧の向上率は小さい（絶縁物シース方式の場合、負極性のＶ５０−３σは逆に９７．１％と減少している）。シールド電極方式の方が若干高いのは、ボイドの存在が避けられない接触界面１３の電界が緩和されるためと考えられるが、上述したとおり接触界面１３の三重点付近に電界の特異点が存在するため、絶縁破壊電圧が向上し難いものと考えられる（今回の実験における向上率は、Ｖ５０の正極性で８％、負極性で１０％、Ｖ５０−３σの正極性で１４％、負極性で１７％程度）。
【００６３】
接触界面１３が存在しない場合（構造Ｃ，Ｅ）には、絶縁物シース方式の方がシールド電極方式の場合よりも高い。前述の通り、シールド電極方式の場合の放電は、いわゆる背後電極ありの沿面放電であるため、放電が進展しやすく絶縁破壊電圧が向上しにくいものと考えられる（シールド電極方式の場合、今回の実験における向上率はＶ５０の正極性で１２％、負極性で１５％、Ｖ５０−３σの正極性で１５％、負極性で２５％程度）。結果的にもっとも耐電圧が向上したのは、電界の特異点となる三重点が無く、模擬接続装置１４に背後電極の無い「絶縁物シース方式・接触界面１３なし（構造Ｅ）」の場合であり、Ｖ５０およびＶ５０−３σともに正極性で約５０％、負極性で約４０％向上している。前述したとおり、この場合の放電進展は模擬接続装置１４背面で気中ギャップ（ｇ３）を絶縁破壊し、背後電極のあるシリコンゴム１７の沿面放電へと移行する。この耐電圧の上昇分は背後電極の無い模擬接続装置１４の沿面放電電圧と模擬接続装置１４背面の気中ギャップ（ｇ３）の絶縁破壊電圧の向上によるものと推定される。したがって、模擬接続装置１４の沿面長を長くするとともに、模擬接続装置１４背面のギャップ（ｇ３）を最適化することで更なる絶縁性能の向上が期待できる（ｇ３の拡大により、ｇ３部分の気中破壊を抑制できれば更なる耐電圧の向上が期待できる。ｇ３が狭すぎると電界集中を起こし、かえって絶縁性能の低下を招く可能性がある）。この接続部沿面長と接続部背面ギャップ（ｇ３）は、ガス種・ガス圧力（気中の絶縁破壊性能）とともに相関関係があると考えられ、沿面の形状も含め、今後最適条件の検討を行う予定である。さらにこの形状の場合、シールド電極１１がある場合に比べて、同じ形状における気中（接続部の表面）の最大電界を低減できるメリットがある。すなわち今回の実験の場合、表１に示すとおり模擬接続装置１４の表面電界が一定になるような配置とするとき、シールド電極１１がある場合（構造Ｃ）の実ギャップ長（図１０のｇ２：高電圧側電極と接地側電極の距離）が４６ｍｍであるのに対し、シールド電極１１が無い場合（構造Ｅ）は３２．５ｍｍと３割程度コンパクトである。
【００６４】
以上の結果を踏まえ、実際のＧＩＳ，ＧＩＬ等の同軸円筒構造に適用した場合の概念を図１，図５に示す。図１は中心導体３の接続のみの場合、図５はスペーサ部で中心導体３の接続を行う場合である。固体絶縁物被覆６−筒状部７の接触界面１３がほとんど無く、現行機器と同じ差込み方式で導体３を連結できるため施工も容易である。
【００６５】
以上をまとめると、次の通りである。
（１）シールド電極方式（構造Ｂ、Ｃ）は、接続部の電界を緩和できるが、模擬接続装置１４が背後電極つきの固体絶縁物となるため沿面放電が進展しやすく、比較的向上率の良かった構造Ｃの場合でも、向上率は正極性で１５％、負極性で２５％程度であった。
（２）絶縁物シース方式においては、接触界面１３がある場合（構造Ｄ）はほとんど耐電圧が向上しない。これは接触界面１３のボイドおよび三重点の影響によるものと考えられる。接触界面１３が無い場合（構造Ｅ）は、接触界面１３のボイド、三重点、および背後電極の効果がないことから、実験の条件の中で最も耐電圧が向上し、正極性で５０％、負極性で４０％程度向上した。
【００６６】
以上より、「シールド電極方式、固体絶縁物接触界面１３なし（構造Ｃ）」と「絶縁物シース方式、固体絶縁物接触界面１３なし（構造Ｅ）」の場合、耐電圧が向上することが確認できた。特に構造Ｅの場合、耐電圧が顕著に向上することが確認できた。
【実施例２】
【００６７】
突部１８を設けることで絶縁破壊がより一層生じ難くなることを確認するための実験を行った。実験には、図１０に示す実施例１の実験と同じ装置を使用した。ただし、シリコンゴム１７に代えて、厚さ５ｍｍのアクリル板１９（図１９（ｂ）参照）で固体絶縁物被覆６を模擬した。模擬接続装置１４としては、絶縁物シース方式（図１１（ａ））のものを２グループ準備し、そのうち１グループには、図１９に示すように固体絶縁物被覆６を模擬したアクリル板１９に臨む部分に突起１８Ａを模擬した突起２０Ａを設けた。また、固体絶縁物被覆６を模擬したアクリル板１９も２グループ準備し、そのうち１グループには模擬接続装置１４に臨む部分に突起１８Ｂを模擬した突起２０Ｂを設けた。各突起２０Ａ，２０Ｂは２つずつ設けられており、互い違いになるように同心円状に配置した。各突起２０Ａ，２０Ｂの高さを５ｍｍ、模擬接続装置１４とアクリル板との間隔（ｇ３）を１０ｍｍ、模擬接続装置１４の厚さを２０ｍｍとした。また、模擬接続装置１４の直径（シース長）を１２０ｍｍとした。気中ギャップｇ１を２．５ｍｍ、実ギャップ長ｇ２を３７．５ｍｍとした。
【００６８】
実験は、突起２０Ａの無い模擬接続装置１４と突起２０Ｂの無いアクリル板１９との組み合わせ（バリアなし）と、突起２０Ａを有する模擬接続装置１４と突起２０Ｂを有するアクリル板１９との組み合わせ（Ｗバリア）について行なった。上述の実施例１の実験では印加電圧は図１３に示す正・負の標準雷インパルス（１．２／４８μｓ）としたが、本実験では図１３に示す正の標準雷インパルス（１．２／４８μｓ）とした。また、５０％スパークオーバ電圧（Ｖ５０）および最低破壊電圧（Ｖ５０−３σ）を推定するための電圧印加法は、上述の実施例１の実験と同じステップ上昇法を用いた。
【００６９】
ステップ上昇法により推定された最低破壊電圧（Ｖ５０−３σ）を表３および図２０に示す。Ｗバリアの場合はアクリル板１９が貫通破壊したたため、アクリル板１９の準備枚数との関係で２回しか実験をおこなうことができなかった。しかしながら、いずれの場合も絶縁破壊電圧が２２８．２ｋＶであったため、図２０ではラインで示している。一方、バリアなしの場合は１６７．５ｋＶであった。したがって、バリアなしの場合に対するＷバリアの場合の最低破壊電圧の向上率は３６％であった。この結果、突起１８を設けることで絶縁破壊がより一層生じ難くなることを確認することができた。
【００７０】
【表３】
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明のガス絶縁電力機器の導体接続装置の第１の実施形態を示す断面図である。
【図２】本発明のガス絶縁電力機器の導体接続装置の第２の実施形態を示す断面図である。
【図３】本発明のガス絶縁電力機器の導体接続装置の第３の実施形態を示す断面図である。
【図４】本発明のガス絶縁電力機器の導体接続装置の第４の実施形態を示す断面図である。
【図５】本発明のガス絶縁電力機器の導体接続装置の第５の実施形態を示す断面図である。
【図６】本発明のガス絶縁電力機器の導体接続装置の第６の実施形態を示す断面図である。
【図７】本発明の効果を確認するために想定した第１の比較例の概念を示す断面図である。
【図８】本発明の効果を確認するために想定した第２の比較例の概念を示す断面図である。
【図９】本発明の効果を確認するために想定した第３の比較例の概念を示す断面図である。
【図１０】本発明の効果を確認するための実験で使用した装置を示し、（ａ）は模擬接続装置と固体絶縁物被覆との間に接触界面がある場合（構造Ａ，Ｂ，Ｄ）の図、（ｂ）は模擬接続装置と固体絶縁物被覆との間に接触界面がない場合（構造Ｃ，Ｅ）の図である。
【図１１】模擬接続装置を示し、（ａ）は固体絶縁物被覆なしの場合（ＳＵＳの場合と絶縁物シース方式の場合）の断面図、（ｂ）は固体絶縁物被覆がある場合の断面図である。
【図１２】各構造における電界計算結果を示し、（ａ）は固体絶縁物被覆なし（構造Ａ）の場合の図、（ｂ）はシールド電極方式・接触界面あり（構造Ｂ）の場合の図、（ｃ）はシールド電極方式・接触界面なし（構造Ｃ）の場合の図、（ｄ）は絶縁物シース方式・接触界面あり（構造Ｄ）の場合の図、（ｅ）は絶縁物シース方式・接触界面なし（構造Ｅ）の場合の図である。
【図１３】印加電圧波形（標準雷インパルス）を示す図である。
【図１４】ステップ上昇法の概念を示す図である。
【図１５】５０％破壊電圧値および最低破壊電圧値を示し、（ａ）は正極性についての図、（ｂ）は負極性についての図である。
【図１６】本発明のガス絶縁電力機器の導体接続装置の第７の実施形態を示す断面図である。
【図１７】本発明のガス絶縁電力機器の導体接続装置の第８の実施形態を示す断面図である。
【図１８】本発明のガス絶縁電力機器の導体接続装置の第９の実施形態を示す断面図である。
【図１９】本発明の効果を確認するための実験で使用した模擬接続装置とアクリル板を示し、（ａ）は模擬接続装置とアクリル板に設けられた突起の位置関係を示す平面図、（ｂ）は模擬接続装置とアクリル板の断面図である。
【図２０】５０％破壊電圧値および最低破壊電圧値（正極性）を示す図である。
【符号の説明】
【００７２】
１ 絶縁ガス
２ 接地容器
３ 導体
４ コネクタ導体
５ 固体絶縁物本体
３ａ 導体の端部
６ 固体絶縁物被覆
６ａ 固体絶縁物被覆の端面の接触界面
６ｂ 固体絶縁物被覆の外周面の筒状部に臨む部分
７ 筒状部
７ａ 筒状部の内周面
８ ギャップ
９ 絶縁コネクタ
１０ 絶縁スペーサ
１１ シールド電極
１８ 突部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁ガスが封入された接地容器内に収容された導体を接続するコネクタ導体の外周面を覆う固体絶縁物本体と、前記導体の少なくとも端部外周面を被覆する固体絶縁物被覆と、前記固体絶縁物本体に設けられ、前記固体絶縁物被覆を囲んで前記接地容器と前記固体絶縁物被覆の端面の接触界面との間の沿面長を延長させる筒状部を備え、前記筒状部と前記固体絶縁物被覆との間には接触界面を排除するギャップが設けられていることを特徴とするガス絶縁電力機器の導体接続装置。
【請求項２】
前記固体絶縁物本体は、前記導体の接続部分を支持する絶縁スペーサ、又は前記導体を接続する絶縁コネクタであることを特徴とする請求項１記載のガス絶縁電力機器の導体接続装置。
【請求項３】
前記筒状部は 固体絶縁体によって成形されたシースであることを特徴とする請求項１記載のガス絶縁電力機器の導体接続装置。
【請求項４】
前記筒状部にはシールド電極が埋め込まれていることを特徴とする請求項１記載のガス絶縁電力機器の導体接続装置。
【請求項５】
前記筒状部の内周面と、前記固体絶縁物被覆の外周面の前記筒状部に臨む部分とのうち、少なくともいずれか一方に周方向に環状の突部が設けられていることを特徴とする請求項１記載のガス絶縁電力機器の導体接続装置。
【請求項１】
絶縁ガスが封入された接地容器内に収容された導体を接続するコネクタ導体の外周面を覆う固体絶縁物本体と、前記導体の少なくとも端部外周面を被覆する固体絶縁物被覆と、前記固体絶縁物本体に設けられ、前記固体絶縁物被覆を囲んで前記接地容器と前記固体絶縁物被覆の端面の接触界面との間の沿面長を延長させる筒状部を備え、前記筒状部と前記固体絶縁物被覆との間には接触界面を排除するギャップが設けられていることを特徴とするガス絶縁電力機器の導体接続装置。
【請求項２】
前記固体絶縁物本体は、前記導体の接続部分を支持する絶縁スペーサ、又は前記導体を接続する絶縁コネクタであることを特徴とする請求項１記載のガス絶縁電力機器の導体接続装置。
【請求項３】
前記筒状部は 固体絶縁体によって成形されたシースであることを特徴とする請求項１記載のガス絶縁電力機器の導体接続装置。
【請求項４】
前記筒状部にはシールド電極が埋め込まれていることを特徴とする請求項１記載のガス絶縁電力機器の導体接続装置。
【請求項５】
前記筒状部の内周面と、前記固体絶縁物被覆の外周面の前記筒状部に臨む部分とのうち、少なくともいずれか一方に周方向に環状の突部が設けられていることを特徴とする請求項１記載のガス絶縁電力機器の導体接続装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図１２】
【公開番号】特開２００９−２６１２１５（Ｐ２００９−２６１２１５Ａ）
【公開日】平成２１年１１月５日（２００９．１１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２３６０３８（Ｐ２００８−２３６０３８）
【出願日】平成２０年９月１６日（２００８．９．１６）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成２０年３月１９日 社団法人電気学会発行の「平成２０年電気学会全国大会講演論文集 第６分冊 電力システム」に発表
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成２０年７月 財団法人電力中央研究所発行の「電力中央研究所報告 研究報告：Ｈ０７０１９」に発表
【出願人】（０００１７３８０９）財団法人電力中央研究所 (1,040)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１１月５日（２００９．１１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月１６日（２００８．９．１６）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成２０年３月１９日 社団法人電気学会発行の「平成２０年電気学会全国大会講演論文集 第６分冊 電力システム」に発表
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成２０年７月 財団法人電力中央研究所発行の「電力中央研究所報告 研究報告：Ｈ０７０１９」に発表
【出願人】（０００１７３８０９）財団法人電力中央研究所 (1,040)
【Ｆターム（参考）】
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