ガス絶縁機器の耐電圧試験装置および方法

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【発明の名称】	ガス絶縁機器の耐電圧試験装置および方法
【発明者】	【氏名】吉田哲雄【氏名】吉岡寛司
【要約】	【課題】従来の装置は耐電圧試験においてＳＦ₆ガスを使用するため大気に放出することができない。【解決手段】本発明は、ＳＦ₆ガスと同程度の絶縁耐力を得るため空気を加圧、乾燥させて絶縁部品の耐電圧試験を行う。試験終了後、空気なので回収する必要がなく大気に放出することができる。

【特許請求の範囲】
【請求項１】空気を少なくとも０．３５ＭＰａに加圧する加圧手段と、空気の相対湿度を９０％ＲＨ以下にする湿度制御手段と、供試の絶縁部品に電圧を印加する電圧印加手段とを具備したことを特徴とするガス絶縁機器の耐電圧試験装置。
【請求項２】前記電圧印加手段における電界を調整する電界調整手段を具備したことを特徴とする請求項１記載のガス絶縁機器の耐電圧試験装置。
【請求項３】加圧手段により空気を少なくとも０．３５ＭＰａに加圧する第１の工程と、加圧した空気を湿度制御手段を介して相対湿度を９０％ＲＨ以下に乾燥させる第２の工程と、乾燥させ加圧した空気を絶縁部品が収納された密閉箱体内に封入する第３の工程と、電圧印加手段により絶縁部品に電圧を印加して耐電圧試験を行う第４の工程と、試験終了後加圧した空気を大気に放出する第５の工程とからなるガス絶縁機器の耐電圧試験方法。
【請求項４】前記密封箱体内に収納された絶縁部品の定格ガス圧力を０．２０ＭＰａ以下とすることを特徴とする請求項３記載のガス絶縁機器の耐電圧試験方法。
【請求項５】前記第４の工程において、前記絶縁部品の電極に取り付けられた電界調整手段で電界を調整して耐電圧試験を行うことを特徴とする請求項３または請求項４記載のガス絶縁機器の耐電圧試験方法。
【請求項６】前記電界調整手段により特異点が生じるように調整して、少なくとも破壊電圧試験を行うことを特徴とする請求項５記載のガス絶縁機器の耐電圧試験方法。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はガス絶縁機器の絶縁部品の絶縁特性を検証するガス絶縁機器の耐電圧試験装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ガス絶縁機器には、例えば、ＳＦ_６ガスを略大気圧で封入したガス絶縁スイッチギヤ（Ｃ－ＧＩＳ）などがあり、高い信頼性と大幅な縮小化が計られ数多くの変電所で使用されている。これは、ＳＦ₆ガスの高い絶縁耐力と、無毒、無臭の不活性ガスにより達成されるものである。このガス絶縁機器の主絶縁には、例えばエポキシ樹脂からなる絶縁物が用いられているが、機器内に組み込む前には部分放電特性や破壊電圧特性などの絶縁特性を調べることがある。これは、初期不良の選別を目的として行われるものである。一般的な試験装置を図９に示す。１は試験用のタンク、４は試験電圧を印加するブッシング、５は圧力計、６はタンク内が規定以上に加圧された場合の放圧弁、７は開閉用バルブ、１９は真空ポンプ、２０はＳＦ₆ガスボンベである。タンク１に図示しない供試の絶縁部品をセットして真空ポンプ１９で真空引き後、ＳＦ₆ガスをＳＦ₆ガスボンベ２０より供給して部分放電試験や破壊電圧試験などを行う。試験終了後には、真空ポンプ１９から図示していない水分除去装置などを介して、不純物が除去されたＳＦ₆ガスを回収して再利用がされている。
【０００３】これにより、ガス絶縁機器の定格ガス圧力に合わせてタンク１内にＳＦ₆ガスを加圧封入して絶縁物の絶縁特性が求められていた。例えば、Ｃ－ＧＩＳでは、０．１３ＭＰａ（絶対値、以下同様に表示）まで封入していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このような構成において、絶縁的に信頼性の高いガス絶縁機器が達成されてきた。ガス絶縁機器本体では、約３０年のメンテナンスフリーから内部を点検するためのＳＦ₆ガス開放に伴う回収はごく希であり万全の対応をしている。しかしながら、絶縁部品の耐電圧試験では、数種類の絶縁部品を連続で検証するため、一日で数回という多頻度でＳＦ₆ガスの回収が必要となる。ここで、ＳＦ₆ガスは、地球温暖化防止京都会議（１９９７年１２月）で温暖化に寄与するガスとされ、温暖化の効果が炭酸ガスの２３０００倍であり、大気に漏らしたり放出させることが規制された。このため、回収に伴う作業では、設備のなどの取り扱いに細心の注意を払い、管理された工程の手順が決められている。この回収作業を一日で数回という多頻度で行うことは高度な作業が必要で困難性があった。これらのことから、ＳＦ₆ガスを使用しなければ前述の対応は不要となるが、ＳＦ₆ガスに優る絶縁媒体がないのが現状であった。本発明は大気に放出することのできる乾燥空気を用いてＳＦ₆ガスと同程度の絶縁耐力を得て、絶縁部品の耐電圧試験を行う耐電圧試験装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために本発明においては、ＳＦ₆ガスと同程度の絶縁耐力を得るために空気を少なくとも０．３５ＭＰａに加圧し、かつ空気の相対湿度を９０％ＲＨ以下とし、供試の絶縁部品に電圧を印加して耐電圧試験をするガス絶縁機器の耐電圧試験装置を提供する。ＳＦ₆ガスの代わりに空気を用いてＳＦ₆ガスと同程度の絶縁耐力を得られるのでガス回収の必要がなく装置を簡単にできる。そのうえ空気なので調達コストがかからない。
【０００６】
【発明の実施の形態】以下本発明によるガス絶縁機器の絶縁部品における試験装置および方法の実施形態を図面を参照して説明する。なお、従来方法と同一の構成においては同一符号を記した。図１に耐電圧試験装置を示す。１はタンク、２はコンプレッサ、３は湿度制御装置、４はブッシング、５は圧力計、６は放圧弁、７はバルブである。タンク１内には、図示していない絶縁部品をセットし、コンプレッサ２から湿度制御装置３を介して乾燥空気が封入される。湿度制御装置３は、フィルタやシリカゲルなどでコンプレッサ２から送られてくる空気の水分や塵埃などの不純物を除去する。出口には湿度センサーがあり、水分除去が不十分な時にはフィードバックがかかりコンプレッサ２からの風量を少なくするなどして湿度を制御する。ブッシング４は電圧印加用のものである。圧力計５で圧力を測り、タンク１内が規定以上に加圧された場合には放圧弁６で放圧する。バルブ７を開閉させて空気の封入、放出を行う。このような構成において、６６／７７ｋＶクラスのガス絶縁スイッチギヤに一般的に用いられる支持がいしを供試して、圧力と破壊電圧との特性を図２に示す。特性曲線（ａ）は乾燥空気で、特性曲線（ｂ）はＳＦ₆ガスである。図２からＳＦ₆ガスの０．１ＭＰａと同程度の破壊電圧を得るための乾燥空気の圧力は０．３５ＭＰａとなる。このことから、６６／７７ｋＶクラスの耐電圧が１６０ｋＶであることから、乾燥空気を０．３５ＭＰａまで加圧すれば耐電圧試験が行えることになる。
【０００７】つまり、耐電圧試験にＳＦ₆ガスにかわって加圧した空気を使用すれば、試験終了後には大気に放出することができる。このため、ＳＦ₆ガスの取り扱いが皆無となり、耐電圧試験が容易となり、環境に適した試験方法となる。ここで、ＳＦ₆ガスを０．２ＭＰａ以下で封入したガス絶縁スイッチギヤ（Ｃ－ＧＩＳ）では、大気で耐電圧を保証している場合が多いので、乾燥空気の圧力は０．３５ＭＰａでよい。なお、保証ガス圧力が大気圧より加圧されたものについては、比例させて乾燥空気の圧力を増せばいい。また、上述の電圧表記はＡＣ電圧であるが、インパルス電圧においても同様である。次に、加圧した空気はコンプレッサなどで容易に作ることができるが、不純物が混入しやすい。不純物の影響を調べたものがないため、実験的に加圧した空気の耐電圧特性を調べた。図３に実験に用いた電極形状を示す。電極は球電極８と平板電極９からなり準平等電界を形成し、Ｃ－ＧＩＳに用いられる代表的な電極構成としている。この電極を用いて、空気の圧力を０．４ＭＰａと一定にして、湿度と破壊電圧との絶縁特性を図４に示す。図４からこの実験に用いた電極形状では、破壊電圧は湿度の変化に影響されないことがわかった。
【０００８】また、図５も実験に用いた電極形状を示す。上下の電極１０―１、１０―２に絶縁物１１を挟んだ構成である。絶縁物１１には、上下に埋め込み電極１２―１、１２―２を設けている。このような電極構成により絶縁物１１の沿面が準平等電界に制御でき、沿面の絶縁特性の実験を行うことができる。このような電界分布はＣ－ＧＩＳの代表的な構成である。この電極構成を用いて、空気の圧力を０．４ＭＰａと一定にして、湿度と破壊電圧との絶縁特性を図６に示す。図６から破壊電圧は、相対湿度９０％ＲＨ以上（絶対湿度１０ｇ／ｍ^３以上）から急激に低下することが分かる。これは、沿面付近に湿度が多くなると、電界分布が乱されて破壊電圧が低下すると考えられる。これよりこの実験に用いた電極形状においては、タンク１に封入する空気を相対湿度９０％ＲＨ以下の乾燥空気にしなければならない。なおこの実験は、周囲の温度１２℃で行なっており、気温が低下すれば飽和水蒸気圧が下がるので、その気温に合わせて相対湿度が９０％ＲＨ以下になるようにしなければならない。なお、ＳＦ₆ガス０．１ＭＰａと同程度の破壊電圧を得るため圧力０．３５ＭＰａ、相対湿度９０％ＲＨ以下とした乾燥空気をＳＦ₆ガスにかわって使用することは、ガス絶縁部品の耐電圧試験の時だけでなく、ガス絶縁スイッチギヤ（Ｃ－ＧＩＳ）の絶縁そのものにも適用できる。
【０００９】次に、絶縁部品の耐電圧試験の場合は電界緩和リングを取り付けて行うので、このリングに相当する半球棒電極と平板電極との絶縁特性を図7に示す。直径１０ｍｍの半球棒電極と平板電極を用い、ギャップ長を５０ｍｍとしたときの部分放電開始電圧特性を（ａ）、破壊電圧特性を（ｂ）、直径５ｍｍの半球棒電極と平板電極を用い、ギャップ長を５０ｍｍとしたときの部分放電開始電圧特性を（ｃ）、破壊電圧特性を（ｄ）に示す。図７から、前者の電極構成では（ａ）と（ｂ）の曲線がほぼ同じであり、後者の電極構成では（ｃ）が（ｄ）よりも高くなり、特に圧力０．３ＭＰａ付近で上に凸型の特性になることがわかる。これは後者の電極構成においては、この圧力付近でコロナ安定化作用が大きく働くと考えられる。つまり、ＳＦ₆ガスに存在していた特性が、乾燥空気においても、圧力と破壊電圧特性の間に特異点が生じることが見出された。なお、ＳＦ₆ガスの場合は、針電極などもっと不平等な電界の時に特異点が生じるとされている。ここで、乾燥空気の場合の特異点が生じる不平等な電界の目安を不平等係数ｆで表示する。ｆは下記の簡易式から容易に算出できる。
【００１０】
【数１】

ｒは棒電極先端の曲率半径、ｇはギャップ長である。図７の（ａ）、（ｂ）はｆ＝９．９、（ｃ）、（ｄ）はｆ＝１８．９となる。なお、ｆが更に大きい電極形状では、部分放電開始電圧と破壊電圧に差が出るものの、圧力０．６ＭＰａ以下の領域では特異点が見られなかった。このため、特異点が生じるのはｆ＝２０近傍と考えてよい。このような電極形状の部分放電開始電圧特性と破壊電圧特性の結果から、電界緩和リングを用いた絶縁ブッシングの耐電圧試験装置を図８に示す。逆Ｔ字型の接地の架台１３には絶縁ブッシング１４が取り付けられ、ブッシングの両端の中心導体には電界緩和リング１５が取り付けられている。そして、これらをタンク１内にセットして、一方の電界緩和リング１５―１にリード線１６を接続して電圧を印加して絶縁特性の評価を行う。他方の電界緩和リング１５―２には、固定用のボルト１７を貫通させた開口穴を覆う電極栓１８を設けている。これにより、電界緩和リング１５―２は、見かけ上の球電極となり電界緩和を図ることができる。この球電極の曲率半径と架台１３までのギャップ長を適切に設定すれば、目的に応じた耐電圧試験が可能となる。つまり、部分放電特性と破壊電圧特性の両方を試験しようとするならば、ｆ＝１０以下になる曲率半径とギャップ長を選んだ電界緩和リングを用いればよい。また、耐電圧試験をしようとするならば、ｆ＝２０程度になるような電界緩和リングを選べばよい。なお、ｆが大きいほど、曲率半径が小さくなり軽量化となるので、タンク１へセットする作業が容易になる。
【００１１】電極栓１８がない場合、電界緩和リング１７―２の開口穴の端部が鋭角なエッジとなり、極端な不平等電界となる。このため、電界緩和リングの曲率半径に見合った絶縁特性が得られず、部分放電開始電圧が低下し、破壊電圧も同様に低いレベルであった。つまり、加圧した乾燥空気では極端な不平等電界での耐電圧試験はできないので、電界緩和を図ることが必要である。ちなみにＳＦ₆ガスでは、一般的に極端な不平等電界となる木綿針の実験において、コロナ安定化作用が働いて破壊電圧が上昇するとされている。加圧した乾燥空気では極端な不平等電界での耐電圧試験はできないので、電界緩和を図ることが必要である。電界緩和リングは、部分放電特性と破壊電圧特性の両方を試験するときはｆ＝１０以下に、破壊電圧試験だけをするときはｆ＝２０程度になるように選べば、目的に応じた耐電圧試験が可能となる。
【００１２】
【発明の効果】本発明によれば、ＳＦ₆ガスの代わりに乾燥空気を用いて絶縁部品の耐電圧試験を行うことができるので、試験終了後にガス回収などの作業が不要となりタンク内の乾燥空気を大気に放出することができる。

【出願人】	【識別番号】０００００３０７８【氏名又は名称】株式会社東芝
【出願日】	平成１２年１月１２日（２０００．１．１２）
【代理人】	【識別番号】１０００８３１６１【弁理士】【氏名又は名称】外川英明
【公開番号】	特開２００１－１９４４０９（Ｐ２００１－１９４４０９Ａ）
【公開日】	平成１３年７月１９日（２００１．７．１９）
【出願番号】	特願２０００－６３０７（Ｐ２０００－６３０７）