22 kV 固体絶縁開閉装置用絶縁チューブの開発 29 22 kV 固体絶縁開閉装置用絶縁チューブの開発 Development of Insulating Tube for 22 kV Solid Insulated Switchgear 笹 森 健 次＊ 松 田 大 二＊ 香 山 治 彦＊ Kenji SASAMORI Daiji MATSUDA Haruhiko KOHYAMA 荻島みゆき 今西 晋 新舘 均 長谷川尚也 Miyuki OGISHIMA Shin IMANISHI Hitoshi SHINTATE Naoya HASEGAWA 22 kV 固体絶縁開閉装置用ゴム母線について開発を行い良好な性能を有することを確認した。本製品はエポ キシ絶縁物との界面に平面突き合わせ構造を適用しており，これらの設計の妥当性を確認するため，面圧シミュ レーション等の手法を用いて検討を行った。 We have developed the high-performance insulating tube for 22 kV Solid Insulated Switchgear. Since the interface profile between the developed product and epoxy bushing was a vertical flat surface, we performed various verifications to obtain the adequate insulation performance. 1．は じ め に 絶縁栓 エポキシ絶縁物 エポキシ絶縁物間距離 22 kV 固体絶縁開閉装置（以下 SIS と記載）の更新に伴 面圧シミュレーション 範囲 い，使用環境に適合した SIS 用ゴム母線の開発を行った。 開発品の絶縁チューブおよび絶縁カバーの界面は平面突き 合わせ構造が必要なため，面圧シミュレーションなどの手 法を使って検証を行った。その結果，十分な性能を有する ことを確認したので報告する。 絶縁チューブ 2．製 品 概 要 今回 22 kVSIS ゴム母線の絶縁チューブおよび絶縁カバー 抑え金具 絶縁カバー 図 1 22 kVSIS ゴム母線 について開発を行った。 本開発品はエポキシ絶縁物間を接続する導体を絶縁する EP ゴム製の絶縁チューブと，エポキシ絶縁物の端部の導 表 1 使用環境および条件 体を絶縁する EP ゴム製の絶縁カバーである。 絶縁チューブおよび絶縁カバーは図 1 に示すようにエポ キシ絶縁物と EP ゴムの平面を突き合わせ，抑え金具で界 面に圧力をかけることにより絶縁性能を得ている。 本製品の使用環境を表 1 に，仕様を表 2 に示す。 * 三菱電機株式会社 項 目 内 容 使用環境 屋内仕様 エポキシ絶縁物間距離 約 530 mm 最高使用温度 導体温度 80 ℃ 周囲温度 Max 40 ℃ 昭 和 電 線 レ ビ ュ ー 30 表 2 製品仕様 4.1 項 目 内 容 種 類 絶縁チューブ，絶縁カバー 商用周波 耐電圧特性 60 kV / 1 分 雷インパルス 耐電圧特性 ± 150 kV / 各 3 回 商用周波 部分放電特性 24 kV / 5 pC 以下 Vol. 58, No. 1 (2008) 面圧の確認 面圧についてシミュレーションを行い締め代を算出し た。また実機で測定を行ったところシミュレーションとほ ぼ同等の結果が得られた。 ①シミュレーション 抑え金具の金具締込寸法（締め代）を求めるために，図 1 の点線で囲った範囲の面圧を計算した。結果を図 4 に示す。 シミュレーションの結果，締め代 2 mm で面圧判定値の 0.2 MPa1）となった。 3．電気絶縁設計 抑え 金具 各部の構造および寸法を最適なストレスを考慮して決定 した。絶縁チューブおよび絶縁カバーの電界解析結果を エポキシ 絶縁物 図 2，図 3 に示す。 絶縁 チューブ 絶縁物 導体 絶縁チューブ ①導体 図 4 面圧シミュレーション結果例 ②実測結果 ②遮へい 図 5 に示す治具を製作し，絶縁カバーと組み合わせて ③ゴム界面 締め代と面圧の測定を行った。測定方法を図 5 に，結果を 図 6 に示す。 図 2 絶縁チューブの電界解析 圧力 絶縁物 絶縁カバー 金属板 ①導体 金属パイプ 抑え金具 導体 アクリル板 ②遮へい 図 5 測定方法 ③ゴム界面 0.45 図 3 絶縁カバーの電界解析 0.40 4．界面絶縁設計 今回の製品の絶縁ゴム−エポキシ絶縁物界面（以下ゴ 圧力（MPa） 0.35 0.30 0.25 0.20 ム−エポキシ界面と表記）は，エポキシ絶縁物と EP ゴム 0.15 の平面を突き合わせ，抑え金具で界面に圧力をかけること 0.10 により絶縁性能を得ている。 このため，抑え金具締め代と面圧，界面の残留空気の関 係をはじめ，ゴムの劣化特性，界面欠陥による部分放電の 発生などの検証を行った。 0.05 0.00 0 0.5 1 1.5 2 2.5 締め代（mm） 図 6 締め代と圧力の関係 3 3.5 4 22 kV 固体絶縁開閉装置用絶縁チューブの開発 4.2 31 界面状況の確認 荷重 界面の状況を把握するために，図 7 に示すようにエポキシ 絶縁物を模擬したアクリル板を製作し界面観察を行った。 試験の結果，締め込み直後界面に存在したボイドは 30 分 放置すれば消えることを確認した。 ゴム試料 測定装置 観測方向 図 9 応力緩和試験 表 3 応力緩和の変化 アクリル板 抑え金具 温 度 初 期 30 年後 残存率 65 ℃ 551 N 527 N 95 ％ 80 ℃ 496 N 348 N 70 ％ 80 ℃で使用した場合には，30 年後の残存率は 70 ％程度 になると推測される。界面の性能は一旦良好な界面が形成 されると界面圧力がほぼゼロになっても絶縁破壊値は低下 しない２）。 以上のことから本製品に適用する EP ゴムは実用上十分 図 7 アクリル板試験 な性能を有している。 5．実機の特性 4.3 部分放電特性の確認 表 4 に示す開発試験を行い性能を検証した。 次に盤間距離および締め代を変化させて部分放電測定を 行った。試験回路を図 8 に示す。 初期試験，長期検証および残存性能において要求性能を 有していることを確認した。長期試験状況を図 10 に示す。 試験の結果，締め代を 2 mm 以上として 0.2 MPa の面圧 がかかれば 45 kV/1 分で検出感度以下の部分放電性能を得 られることが分かった。 絶縁チューブ ダミー試料 絶縁台 通電トランス 検出抵抗 部分放電 測定装置 図 10 課通電試験 図 8 試験回路 6．まとめ 開発した 22 kVSIS 用の絶縁チューブおよび絶縁カバー 4.4 材料の応力緩和特性 応力緩和特性を把握するために図 9 に示すφ 30 mm， 12.5 mm 厚の EP 絶縁ゴム試料を用い，圧縮した状態で恒 温槽に入れ応力の時間変化を測定した。温度条件は 65 ℃， 80 ℃，100 ℃，135 ℃とした。 試験の結果を表 3 に示す。 について性能を検証した。性能検証の結果は以下の通りで ある。 ①絶縁性能：運転電圧，耐電圧値に対して十分な性能であ ることを確認した。 ②面圧設計：締め代を 2 mm 以上にすれば 0.2 MPa の面圧 となり，十分な性能が得られることが分かった。 昭 和 電 線 レ ビ ュ ー 32 Vol. 58, No. 1 (2008) 表 4 開発試験 試験項目 初期 検証 長期 試験条件 結 果 絶縁チューブ 絶縁カバー 商用周波部分放電試験 24 kV / 5 pC 以下 良 良 商用周波耐電圧試験 60 kV / 1 分 良 良 雷インパルス耐電圧試験 ± 150 kV / 各 3 回 良 良 一定加熱試験 80 ℃ / 96 時間 良 良 ヒートサイクル試験 − 5 ℃ / 24 h ← → 80 ℃ / 24 h × 3 サイクル 良 良 長期課通電試験 25 kV 導体温度 80 ℃← →常温× 30 サイクル 良 良 検証 参考文献 1）新井，相原，安藤，伊藤，桑木，河野：「275 kV CV ケーブル用 プレハブ接続部の開発」 ，昭和電線レビュー Vol. 43，No. 24 2） 「絶縁界面の評価と改質技術」 ，電気学会技術報告 第 948 号 22 kV 固体絶縁開閉装置用絶縁チューブの開発 三菱電機株式会社 系統変電システム製作所 笹森 健次（ささもり けんじ） 開閉機器製造部 技術担当部長 66 ∼ 1000 kV ガス絶縁開閉装置 （GIS）の開発設計業務に従事 三菱電機株式会社 系統変電システム製作所 松田 大二（まつだ だいじ） 開閉機器製造部 遮断器設計課 専任 発電主回路開閉装置 （GMCS）および 固体絶縁開閉装置 （SIS）の開発設計業務に従事 三菱電機株式会社 系統変電システム製作所 香山 治彦（こうやま はるひこ） 開閉機器製造部 遮断器設計課 課長 72 ∼ 1100 kV ガス遮断器（GCB）の開発設計業務に従事 昭和電線ケーブルシステム㈱ 荻島みゆき（おぎしま みゆき） エネルギーシステムユニット 電機システム機器部 主査 電力用機器の設計・開発に従事 昭和電線ケーブルシステム㈱ 今西 晋（いまにし しん） エネルギーシステムユニット 電機システム機器部 主任 電力用機器の設計・開発に従事 昭和電線ケーブルシステム㈱ 新舘 均（しんたて ひとし） エネルギーシステムユニット 電機システム機器部 技術課 課長 電力用機器の設計・開発に従事 ㈱エクシム 長谷川尚也（はせがわ なおや） 電力機器部 配電技術課 課長 電力用機器の設計・開発に従事 33
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