絶縁支持装置およびその製造方法

【課題】誘電率を傾斜させるとともに、電界緩和シールドを埋め込み、沿面の電界分布の改善を図った絶縁支持装置を提供する。
【解決手段】絶縁操作ロッド１０のような貫通電気部材が空洞部１ａを貫通する無機絶縁材料の第１の絶縁層１と、第１の絶縁層１の外周に設けられるとともに、この第１の絶縁層１よりも誘電率の小さい有機絶縁材料の第２の絶縁層２と、第２の絶縁層２の一方端に埋め込まれるとともに、貫通電気部材および第１の絶縁層１内面の電界緩和を行う電界緩和シールド３とを具備したことを特徴とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、高電圧機器を支持固定する絶縁支持装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高電圧機器には、数多くの絶縁支持装置が使用されている。高電圧機器の小型化を図るためには、この絶縁支持装置の小型化も必要である。絶縁支持装置の絶縁材料としては、一般的に電気的特性や機械的特性などの優れたエポキシ樹脂が用いられている。エポキシ樹脂自体の絶縁性能は非常に優れているものの、絶縁支持装置としての絶縁性能を決定している主要因は沿面絶縁であり、小型化のための特性向上策が種々検討されている。
【０００３】
従来、接離自在の一対の接点を収納するようなエポキシ樹脂で注型された絶縁容器においては、内側に向かうほど誘電率を大きくするとともに、絶縁層内に電界緩和シールドを埋め込み、沿面の電界分布を改善するものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
一方、無機絶縁材料のセラミックスを用いるものでは、絶縁層内に電界緩和シールドを埋め込み、沿面の電界分布を改善することが困難である。このため、ひだを設け、沿面絶縁距離を増大させる手法がとられている（例えば、特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１７９２９０号公報
【特許文献２】特開平７−２６２８４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の従来の絶縁支持装置においては、次のような問題がある。
エポキシ樹脂を用いるものでは、電界緩和シールドを容易に埋め込むことができるものの、誘電率を変化させるための注型作業が困難であった。即ち、成分の異なるエポキシ樹脂を用い、例えば多段注型し形成しなくてはならず、注型工程が増大していた。
【０００７】
セラミックスでは、金属酸化物を高温で焼結し製造するため、絶縁層内に電界緩和シールドを埋め込むことが困難であった。なお、一般的にセラミックスの誘電率は、エポキシ樹脂の誘電率よりも大きい。このため、セラミックスとエポキシ樹脂の両者を同時に用い、誘電率を傾斜させるとともに、電界緩和シールドを埋め込むことのできるものが望まれていた。
【０００８】
本発明は上記問題を解決するためになされたもので、誘電率を傾斜させるとともに、電界緩和シールドを埋め込み、沿面の電界分布の改善を図った絶縁支持装置およびその製造方法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】
【０００９】
上記目的を達成するために、実施形態の絶縁支持装置は、貫通電気部材が空洞部を貫通する無機絶縁材料の第１の絶縁層と、前記第１の絶縁層の外周に設けられるとともに、この第１の絶縁層よりも誘電率の小さい有機絶縁材料の第２の絶縁層と、前記第２の絶縁層に埋め込まれた電界緩和シールドとを具備したことを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施例１に係る絶縁支持装置の構成を示す断面図。
【図２】本発明の実施例１に係る絶縁支持装置の注型方法を説明する図。
【図３】本発明の実施例２に係る絶縁支持装置の構成を示す断面図。
【図４】本発明の実施例３に係る絶縁支持装置の構成を示す断面図。
【図５】本発明の実施例４に係る絶縁支持装置の構成を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００１２】
先ず、本発明の実施例１に係る絶縁支持装置を図１、図２を参照して説明する。図１は、本発明の実施例１に係る絶縁支持装置の構成を示す断面図、図２は、本発明の実施例１に係る絶縁支持装置の注型方法を説明する図である。
【００１３】
図１に示すように、セラミックスよりなる筒状の第１の絶縁層１の周りには、エポキシ樹脂を注型して形成した第２の絶縁層２が設けられている。第２の絶縁層２の一方端には、筒状の電界緩和シールド３が埋め込まれている。電界緩和シールド３基部の厚肉部には、雌ねじ４が設けられ、内周を大きくした段差部３ａには第１の絶縁層１が嵌め込まれている。第２の絶縁層２の他方端には、埋め金５が埋め込まれている。なお、第２の絶縁層２には電界緩和シールド３を埋め込むことから、第１の絶縁層１よりも絶縁厚さが大きい方がよい。
【００１４】
このような絶縁支持装置には、電界緩和シールド３基部側に真空バルブ６を有する一点鎖線で囲んだ遮断部７が雌ねじ４に固定され、反対側に電磁アクチュエータ８を有する一点鎖線で囲んだ操作機構９が埋め金５に固定される。真空バルブ６と電磁アクチュエータ８は、第１の絶縁層１の空洞部１ａを移動自在に貫通する一点鎖線で示す絶縁操作ロッド１０で連結される。絶縁操作ロッド１０と第１の絶縁層１内面間は、所定の絶縁距離を保っている。
【００１５】
次に、絶縁支持装置の製造方法を図２を参照して説明する。
【００１６】
図２に示すように、先ず、筒状の第１の絶縁層１をセラミックスで製造し準備しておく（内周絶縁部材準備工程）。次に、第１の絶縁層１の一方端の外周を段差部３ａに嵌め込み、他方端の内周を金型１１の位置決め部１１ａに嵌め込む（電界緩和シールド固定工程）。これらを金型１１にセットし、金型１１外から、雌ねじ４と埋め金５をそれぞれボルト１２で固定する（金型セット工程）。そして、金型１１を閉鎖し、加熱しながら真空引きをする。温度、真空度が所定値に達すると、注入口１３からキャビティー１４内に液状エポキシ樹脂を充填し、加熱硬化させる（外周絶縁部材形成工程）。離型すれば、電界緩和シールド３を埋め込んだ第２の絶縁層２を形成することができる。
【００１７】
このような注型により、第１の絶縁層１を金型１１の一部として用いることができ、部品点数を削減することができる。第１の絶縁層１は、無機絶縁材料であり、注型時の温度に耐え得るものである。なお、第１の絶縁層１が無く、第２の絶縁層２のみを注型する場合には、第１の絶縁層１に相当する大きさの円柱状の付属の金型が必要となる。
【００１８】
また、第１の絶縁層１は誘電率が約８、第２の絶縁層２は誘電率が約４であり、一回の注型により外側よりも内側の誘電率が大きいものを製造することができる。更に、第２の絶縁層２に埋め込まれる電界緩和シールド３の先端を、軸方向長さに対し、１／２〜１／３まで伸ばすことにより、絶縁操作ロッド１０のような空洞部１ａを移動する可動電気部材の電界緩和を図ることができる。
【００１９】
また、このような絶縁構成では、内周の方が絶縁的に厳しくなるものの、無機絶縁材料のため、放電劣化を起こし難く、沿面の絶縁材料として優れたものとなる。更に、第２の絶縁層２は、この第１の絶縁層１にボイドレスで接着させることができるので、３ｋV以上の高電圧機器に適するものとなる。
【００２０】
上記実施例１の絶縁支持装置によれば、空洞部１ａを絶縁操作ロッド１０が貫通する第１の絶縁層１の周りに、電界緩和シールド３を埋め込んだ第２の絶縁層２を注型により設けているので、電界緩和シールド３による電界緩和とともに、外側よりも内側の誘電率を大きくすることができ、第１の絶縁層１の内面、所謂、沿面の電界分布を改善することができる。
【００２１】
上記実施例１では、第１の絶縁層１の空隙部１ａに可動電気部材となる絶縁操作ロッド１０を貫通させて説明したが、可動しない固定された主回路導体のような固定電気部材を貫通させても、内面の電界分布を改善することができる。この場合、電界緩和シールド３の長さは、短くてよい。また、空洞部１ａに乾燥空気や窒素ガスなどの絶縁ガスを封入すると、湿度などに影響を受けないものにすることができる。
【００２２】
ここで、第１の絶縁層１の空隙部１ａを貫通する可動電気部材、固定電気部材を合わせて貫通電気部材と称する。
【実施例２】
【００２３】
次に、本発明の実施例２に係る絶縁支持装置を図３を参照して説明する。図３は、本発明の実施例２に係る絶縁支持装置の構成を示す断面図である。なお、この実施例２が実施例１と異なる点は、第２の絶縁層の外周に第３の絶縁層を設けたことである。図３において、実施例１と同様の構成部分においては、同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００２４】
図３に示すように、第２の絶縁層２の外周には、第１の絶縁層１と同様のセラミックスからなる第３の絶縁層１５を設けている。
【００２５】
これにより、第２の絶縁層２の外周に誘電率の大きい第３の絶縁層１５が設けられるので、外周の電界緩和も図ることができる。また、注型においては、第３の絶縁層１５を金型の付属として使用することができ、金型の部品点数を更に削減することができる。
【００２６】
上記実施例２の絶縁支持装置によれば、実施例１による効果のほかに、内周とともに、外周の電界緩和を図ることができる。
【実施例３】
【００２７】
次に、本発明の実施例３に係る絶縁支持装置を図４を参照して説明する。図４は、本発明の実施例３に係る絶縁支持装置の構成を示す断面図である。なお、この実施例３が実施例２と異なる点は、第１の絶縁層の内面に突出部を設けたことである。図４において、実施例２と同様の構成部分においては、同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００２８】
図４に示すように、第１の絶縁層１内面の中間部には、電界緩和シールド３の先端が軸方向と直交する位置に、内側に突出した突出部１６を設けている。なお、突出部１６は、貫通電気部材と所定の絶縁距離を保つものとする。
【００２９】
電界緩和シールド３の先端は、電界強度が高くなるが、突出部１６により絶縁厚さを大きくしているので、沿面の電界強度を抑制することができる。
【００３０】
上記実施例３の絶縁支持装置によれば、実施例２による効果のほかに、第１の絶縁層１内面の電界緩和を更に図ることができる。
【実施例４】
【００３１】
次に、本発明の実施例４に係る絶縁支持装置を図５を参照して説明する。図５は、本発明の実施例４に係る絶縁支持装置の構成を示す断面図である。なお、この実施例４が実施例３と異なる点は、第３の絶縁層の外周に接地層を設けたことである。図５において、実施例３と同様の構成部分においては、同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００３２】
図５に示すように、第３の絶縁層１５の外周には、導電性塗料を塗布して形成した接地層１７を設けている。なお、実施例１のような第３の絶縁層１５を設けない構成では、第２の絶縁層２の外周に接地層１７を設けるものとする。また、電界緩和シールド３側の第２の絶縁層２端は、図示しない界面接続で接続される。
【００３３】
上記実施例４の絶縁支持装置によれば、実施例３による効果のほかに、外周を接地とした電気機器にも適用することができる。
【００３４】
以上述べたような実施形態によれば、貫通電気部材が貫通する絶縁支持装置において、電界緩和シールドによる電界緩和とともに、誘電率の差による内面、所謂、沿面の電界分布を改善することができる。
【００３５】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、および変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３６】
１第１の絶縁層
１ａ空洞部
２第２の絶縁層
３電界緩和シールド
３ａ段差部
４雌ねじ
５埋め金
６真空バルブ
７遮断部
８電磁アクチュエータ
９操作機構
１０絶縁操作ロッド
１１金型
１１ａ位置決め部
１２ボルト
１３注入口
１４キャビティー
１５第３の絶縁層
１６突出部
１７接地層

【特許請求の範囲】
【請求項１】
貫通電気部材が空洞部を貫通する無機絶縁材料の第１の絶縁層と、
前記第１の絶縁層の外周に設けられるとともに、この第１の絶縁層よりも誘電率の小さい有機絶縁材料の第２の絶縁層と、
前記第２の絶縁層に埋め込まれた電界緩和シールドと
を具備したことを特徴とする絶縁支持装置。
【請求項２】
前記第２の絶縁層の外周に、前記第１の絶縁層と同様の絶縁材料からなる第３の絶縁層を設けたことを特徴とする請求項１に記載の絶縁支持装置。
【請求項３】
前記第１の絶縁層、前記第３の絶縁層は、セラミックスであり、
前記第２の絶縁層は、エポキシ樹脂であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の絶縁支持装置。
【請求項４】
前記第１の絶縁層内面の中間部に、内側方向に突出した突出部を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の絶縁支持装置。
【請求項５】
前記第２の絶縁層もしくは前記第３の絶縁層の外周に接地層を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の絶縁支持装置。
【請求項６】
セラミックスで形成された第１の絶縁層を準備する内周絶縁部材準備工程と、
前記第１の絶縁層を電界緩和シールドに固定する電界緩和シールド固定工程と、
前記第１の絶縁層および前記電界緩和シールドを金型に固定する金型セット工程と、
前記金型内にエポキシ樹脂を充填し、前記電界緩和シールドを埋め込んだ第２の絶縁層を形成する外周絶縁部材形成工程と
を具備した絶縁支持装置の製造方法。

【図１】