特開 2024-133854 コンデンサユニット、開閉装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024133854

(43)【公開日】2024-10-03

(54)【発明の名称】コンデンサユニット、開閉装置

(51)【国際特許分類】

   H01G 4/38 20060101AFI20240926BHJP

   H01G 2/10 20060101ALI20240926BHJP

【ＦＩ】

H01G4/38 A

H01G2/10 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023043850

(22)【出願日】2023-03-20

(71)【出願人】

【識別番号】000006105

【氏名又は名称】株式会社明電舎

(74)【代理人】

【識別番号】100086232

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 博通

(74)【代理人】

【識別番号】100092613

【弁理士】

【氏名又は名称】富岡 潔

(74)【代理人】

【識別番号】100104938

【弁理士】

【氏名又は名称】鵜澤 英久

(74)【代理人】

【識別番号】100210240

【弁理士】

【氏名又は名称】太田 友幸

(72)【発明者】

【氏名】芹澤 慎晶

【テーマコード（参考）】

5E082

【Ｆターム（参考）】

5E082AA20

5E082CC05

5E082CC12

5E082HH03

5E082HH08

5E082HH22

(57)【要約】      （修正有）

【課題】コンデンサ素子のアール形状による微小ギャップを改善し、トリプルジャンクション（ＴＪ）部の電界緩和を図る開閉装置の遮断部と並列に配置されるコンデンサユニット及び該コンデンサユニットを備える開閉装置を提供する。
【解決手段】コンデンサユニットは、複数のコンデンサ素子２を直列に接続したコンデンサ積層体の群と、各コンデンサ積層体を収納する絶縁筒３と、各コンデンサ積層体の両端部を、接続電極を介して接続するシールド電極と、素子２の外周面２ｇ毎に個別に巻かれた絶縁テープ３０と、を備える。素子２の外周縁部２ｅ、２ｆはアール形状に形成され、絶縁テープ３０は外周縁部２ｅ，２ｆを避けて外周面２ｇに巻かれて固着されている。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数のコンデンサ素子を直列に接続したコンデンサ積層体群と、
前記各コンデンサ積層体を収納する絶縁筒と、
前記各コンデンサ積層体の両端部を、接続電極を介して接続するシールド電極と、
前記各素子と前記絶縁筒との間に介在し、前記各素子の外周面毎に個別に設けられた絶縁体と、
を有することを特徴とするコンデンサユニット。

【請求項2】

前記素子の外周縁部はアール形状に形成され、
前記絶縁体は、前記外周縁部のアール形状を避けて前記素子の外周面に設けられている
ことを特徴とする請求項１記載のコンデンサユニット。

【請求項3】

前記絶縁体は、前記素子の外周面に巻回された絶縁テープである
ことを特徴とする請求項２記載のコンデンサユニット。

【請求項4】

請求項１～３のいずれか記載の前記コンデンサユニットを遮断部と並列に接続したことを特徴とする開閉装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、開閉装置の遮断部と並列に配置されるコンデンサユニットおよび該コンデンサユニットを備える開閉装置に関する。

【背景技術】

【0002】

スイッチギアにおいては、真空インタラプタ（ＶＩ）の分担電圧を減らすための並列に分圧コンデンサを接続している。そのため、高電圧化によりコンデンサ周辺に生じる電界が大きくなり、それに伴い予期しない放電などの不具合を防ぐべく、電界を緩和させることが必要である。

【0003】

コンデンサの電界緩和を図る技術の一例として、特許文献１が公知となっている。図６に基づき説明すれば、特許文献１のコンデンサユニット１は複数のコンデンサ素子２を直列に積層したコンデンサ積層体２０群と、コンデンサ積層体２０群を収納するＦＲＰ製の絶縁筒３と、接続電極４を介してコンデンサ積層体２０群の両端部を接続するシールド電極５とを備え、絶縁筒３内に絶縁性ガス（ＳＦ₆など）が密封されている。

【0004】

前記素子２は、図７に示すように、誘電体（コンデンサセラミック部）２ａの周囲を絶縁体（コンデンサモールド部）２ｂで被覆して構成され、電極２ｃ，２ｄを有している。また、絶縁筒３の内周面は比誘電率１～４の絶縁シート６に前面被覆され、前記各素子２と前記絶縁筒３との間に絶縁シート６が介在している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１３－２４７１４４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１では、絶縁筒３と前記素子との間に絶縁シート６を介在させることで絶縁ガスとの比誘電率差を小さくし、図８中のトリプルジャンクション部（以下、ＴＪ部とする。）の高電界化を抑えようとしている。

【0007】

ところが、特許文献１では前記素子２の上下の外周縁部２ｅ，２ｆが直角に形成されているものの、実際には製作上の都合によりアール形状となっていることが少なくない。

【0008】

この場合に絶縁シート６で絶縁筒３の内周面のすべてを被覆すると、前記外周縁部２ｅ，２ｆのアール形状により楔状の微小ギャップが発生する。そこに絶縁性ガスが入り込んで誘電率の異なる絶縁部材が微小で存在し、電界が集中する。その結果、図８中のＴＪ部が高電界化することで部分放電が発生し、また絶縁破壊を生じる電界値となるおそれがある。

【0009】

本発明は、このような従来の問題を解決するためになされ、コンデンサ素子のアール形状による微小ギャップを改善し、ＴＪ部の電界を緩和することを解決課題としている。

【課題を解決するための手段】

【0010】

（１）本発明は、
複数のコンデンサ素子を直列に接続したコンデンサ積層体群と、
前記各コンデンサ積層体を収納する絶縁筒と、
前記各コンデンサ積層体の両端部を、接続電極を介して接続するシールド電極と、
前記各素子と前記絶縁筒との間に介在し、前記各素子の外周面毎に個別に設けられた絶縁体と、
を有することを特徴としている。

【0011】

（２）本発明の一態様において、
前記素子の外周縁部はアール形状に形成され、
前記絶縁体は、前記外周縁部のアール形状を避けて前記素子の外周面に設けられていることを特徴としている。

【0012】

（３）本発明の他の態様において、
前記絶縁体は、前記素子の外周面に巻回された絶縁テープであることを特徴としている。

【0013】

（４）なお、本発明は、前記コンデンサユニットを遮断部と並列に接続した開閉装置として構成することもできる。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、コンデンサ端部のアール形状による微小ギャップを改善し、ＴＪ部の電界を緩和することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の実施形態に係るコンデンサユニットのコンデンサ積層体を示す縦断面図。

【図2】図１の部分拡大図。

【図3】図２のコンデンサ素子の拡大図。

【図4】実施例の部分拡大図。

【図5】比較例の部分拡大図。

【図6】特許文献１のコンデンサ積層体を示す縦断面図。

【図7】図６の部分拡大図。

【図8】図７のコンデンサ素子の拡大図。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の実施形態を説明する。ここでは図６～図８のコンデンサユニット１と同一の構成については同じ符号を用いるものとする。

【0017】

≪構成例≫
図１～図３に基づき本実施形態に係るコンデンサユニットの構成例を説明する。図１中の１０は前記コンデンサユニットを示し、ここでは中心線Ｓの右半分のみを図示している。

【0018】

コンデンサユニット１０は、スイッチギアの真空インタラプタ（ＶＩ）と並列に接続される分圧コンデンサとして用いられ、図１に示すように、複数のコンデンサ素子２を直列に積層したコンデンサ積層体２０群と、該積層体２０群を収納するＦＲＰ製の絶縁筒３と、接続電極４を介して前記積層体２０群の両端部を接続するシールド電極５とを備え、絶縁筒３内に絶縁性ガス（ＳＦ₆など）が密封されている。

【0019】

また、コンデンサユニット１０は、前記積層体２０を構成する個々の前記素子２の外径が絶縁筒３の内径よりも小さく形成されている。したがって、前記積層体２０の両端に設けられた接続電極４の外径も絶縁筒３の内径よりも小さく形成されている。

【0020】

前記各素子２は、図２に示すように、誘電体（コンデンサセラミック部）２ａの周囲を絶縁体（コンデンサモールド部）２ｂで被覆して構成され、電極２ｃ，２ｄを有している。ここでは前記積層体２０はｎ個の電極２ｃ，２ｄを直列に接続され、コンデンサユニット１０は直列に接続される前記素子２の個数および前記積層体２０の並列数に応じて所望の静電容量および耐電圧性能を得ている。

【0021】

シールド電極５は、円板状に形成され、外周に沿って接続電極４を囲繞する外部シールド４１を有している。この外部シールド４１内に前記積層体２０を収納した複数の絶縁筒３が周方向に等間隔に配置されている。

【0022】

ここでは製作の都合上により前記各素子２は、図３に示すように、前記素子２の上下の外周縁部２ｅ，２ｆがアール形状に形成されている。以下、前記外周縁部２ｅ，２ｆをＲ部２ｅ，２ｆと呼ぶ。

【0023】

ただし、前記積層体２０は特許文献１のように絶縁筒３の内周面を絶縁シート６で全面被覆するのではなく、前記各素子２の外周面（平坦部）２ｇ毎に絶縁テープ（比誘電率＝１より大きく４以下）３０が個別に巻かれている点で相違する。

【0024】

すなわち、絶縁テープ３０は、前記各素子２の外周面２ｇと前記絶縁筒３の内周面との間に介在しているものの、Ｒ部２ｅ，２ｆを避けて外周面２ｇに巻回されて固着されている。

【0025】

この絶縁テープ３０は、例えばフッ素樹脂（ＰＴＦＥ）粘着テープを用いることができ、比誘電率が１より大きく４以下であれば他の粘着テープを用いてもよい。また、絶縁テープ３０は、前記素子２の外周面２ｇと同程度の幅・厚さ（０．５ｍｍ～２．００ｍｍ）程度のサイズが用いられている。

【0026】

その結果、前記各素子２のＲ部２ｅ，２ｆでは、特許文献１のような楔状の微小ギャップが改善される。そのため、特許文献１のように絶縁性ガス（ＳＦ₆など）が微小ギャップに入り込むことがなく、図３中のＴＪ部の電界集中が緩和される。この点で前記各素子２のＲ部２ｅ，２ｆの部分放電や絶縁破壊などを防止することできる。

【0027】

≪比較試験≫
表１は、コンデンサユニット１０の実施例１～４とコンデンサユニット１の比較例１，２との比較試験の結果を示している。

【0028】

【表1】

【0029】

表１の比較試験は、試験装置にスイッチギアを使用した。このスイッチギアは一対の遮断部を備えた二点切りに構成され、各遮断部の真空インタラプタの分圧コンデンサにコンデンサユニット１，１０を用いた。ここでは所定電圧を印加して実施例１～４と比較例１，２についてＲ部２ｅ，２ｆ周辺のＴＪ部の発生電界を比較した。

【0030】

（Ａ）試験条件（解析条件）
実施例１～４は、図４に示すように、前記各素子２の外周面２ｇ毎に絶縁テープ３０として、テフロン（登録商標、以下同じ。）シートがＲ部２ｅ，２ｆを避けた状態で巻回されている。

【0031】

表１に示すように、実施例１，２は「厚さ＝１ｍｍ」のテフロンシートが用いられ、実施例３は「厚さ＝０．５ｍｍ」のテフロンシートが用いられ、実施例４は「厚さ＝２ｍｍ」のテフロンシートが用いられている。

【0032】

一方、比較例１，２は、図５に示すように、絶縁筒３の内周面３ａの全域に絶縁シート６として、テフロンシートが固着されている。比較例１には「厚さ＝１ｍｍ」のテフロンシートが用いられ、比較例２には「厚さ＝３ｍｍ」のテフロンシートが用いられている。

【0033】

ここで図４および図５中の「Ｌ１」は前記素子２の外周面２ｇの幅を示し、同「Ｌ２」はテフロンテープの幅を示している。また、「Ｌ３」はＲ部２ｅ，２ｆの幅を示し、Ｌ４は「Ｌ１＋（Ｌ３×２）」の幅を示している。

【0034】

表１によれば、実施例１のテフロンテープは「Ｌ２／Ｌ１＝８０％（０．８）」と示され、実施例２～４のテフロンテープは「Ｌ２／Ｌ１＝９０％（０．９）」と示され、いずれも外周面２ｇの幅よりも狭いタイプのテフロンテープが用いられている。

【0035】

（Ｂ）試験結果（解析結果）
表１中の「発生電界」は実施例１～４と比較例１，２のＴＪ部における発生電界を示し、基準電界値に対する「％表示」を示し、基準電界値は比較例１の電界値とする。

【0036】

ここでは比較例１，２は、ＴＪ部に楔状の微小ギャップが発生するため、テフロンシートの厚みを変えても高い電界値となり、特に比較例２では基準電界値を超えてしまった。

【0037】

これに対して実施例１～４は、ＴＪ部の楔状が改善されるため、基準電界値の「８０％」以下となることが確認された。その結果、実施例１～４によれば、前記素子２の外周面２ｇにテフロンテープをＲ部２ｅ，２ｆを避けて巻くことで、比較例１，２よりも電界率を「２０％」以上も改善する効果が得られる。

【0038】

ただし、テフロンテープの厚みが薄いとＴＪ部の電界が高くなる傾向があるので、テープ厚みを「１ｍｍ」以上とすることが好ましい。

【0039】

また、実施例１は、「Ｌ２／Ｌ１」の割合が実施例２～４より低いため、ＴＪ部の電界が若干高くなっている。一方、「Ｌ２／Ｌ１」の値が「１００％」を超えるとテフロンテープが外周面２ｇからはみ出してＴＪ部に微小ギャップが生じるおそれがある。この点で実施例２～４の「Ｌ２／Ｌ１」の値が好ましい。

【0040】

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、各請求項に記載さえた範囲内で変形して実施することができる。例えば絶縁テープ３０ではなく、個々の前記素子２の外周面２ｇ毎に絶縁シート（テフロンシートなど）を設ける構成としてもよい。この場合も、絶縁テープ３０と同様に絶縁シートを前記素子２のＲ部２ｅ，２ｆを避けて固着することが好ましい。

【0041】

また、本発明は、コンデンサユニット１０を備えた開閉装置（スイッチギアなど）として構成することもできる。この場合には、電極の開閉により高圧の電流を遮断する遮断部とコンデンサユニット１０とが容器内に収納される。このとき遮断部には真空インタラプタを用いることができ、また真空インタラプタと並列にコンデンサユニット１０を分圧コンデンサとして用いればよく。例えば比較試験に用いた二点切りのスイッチギアなどとして構成してもよい。

【符号の説明】

【0042】

２…コンデンサ素子
２ｅ，２ｆ…同 外周縁
２ｇ…同 外周面
３…絶縁筒
４…接続電極
５…シールド電極
１０…コンデンサユニット
２０…コンデンサ積層体
３０…絶縁テープ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】