CN102047365B

CN102047365B - 气体绝缘开关装置

Info

Publication number: CN102047365B
Application number: CN200980119698.6A
Authority: CN
Inventors: 内井敏之; 平野嘉彦; 保科好一
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2008-05-29
Filing date: 2009-05-25
Publication date: 2014-01-01
Anticipated expiration: 2029-05-25
Also published as: WO2009144907A1; JP2009289566A; JP5127569B2; BRPI0912282A2; US8304676B2; EP2284854B1; EP2284854A4; CN102047365A; US20110127237A1; EP2284854A1

Abstract

本发明的气体绝缘开关装置，在用消弧性气体填充的密闭容器(1)内配置电触点，在通电时，通过将电触点保持接触状态进行通电，在电流断开时，使得上述电触点离解而在上述消弧性气体中产生电弧放电，消灭该电弧(8)，由此断开电流。或者，消弧性气体是以二氧化碳气体和甲烷气体作为主要成分的混合气体，含有5％以上的甲烷气体。

Description

气体绝缘开关装置

技术领域

本发明涉及气体绝缘开关装置，特别涉及禁止使用温室效应气体的气体绝缘开关装置。

背景技术

在具有电流断开功能的开关装置中，根据其使用目的和所需要的功能存在有负载开关装置、断路器、断路器等多种。其大部分为如下的方式：配置了能够在气体中机械地进行开闭的电触点，通过在通电时保持两者接触的状态来进行通电，在电流断开时通过离解电触点来在上述气体中产生电弧放电，通过消除该电弧来断开电流。

近年来，为了得到更高的电流断路性能，提出了不仅通过基于活塞的机械压缩，还通过在喷吹室内积极采用电弧的热能，来得到更高的喷吹压力的方式。例如，提出了如下的方式：在断开动作的初期，使活动侧热气流通过设在中空棒上的孔而取入到喷吹室内。(参照专利文献1)

或者，提出了如下的方式(专利文献2)：通过将喷吹室沿着轴向进行2分割，来限定靠近电弧的一方的喷吹室的容积，由此特别是在大电流断开时获得施加到电弧上的高的喷吹压力，并且，通过在喷吹室的分割部设置止回阀来避免在活塞上直接作用高压，降低用于驱动活动接触部的力。

在近年来普及的开关装置中，作为消弧性气体，多使用SF₆气体或空气。SF₆气体的消灭电弧的性能(消弧性能)以及电绝缘性能优良，特别在高电压用的开关装置中广泛使用。此外，由于空气成本低，安全且对环境也好，所以特别是在小型开关装置中所使用空气。

但是，虽然SF₆气体是特别适合高电压用开关装置中的气体，但是众所周知具有较高的地球温室化作用，所以近年来希望减少其使用量。地球温室化作用的大小一般用地球温室化系数即以二氧化碳气体为1时的相对值来表示，已知SF₆气体的地球温室化系数是23900。此外，空气虽然在安全性和环境保全方面优良，但是由于其消弧性能和电绝缘性能比SF₆气体差很多，所以很难广泛应用于高电压用的开关装置，只限应用于低中电压。

在上述背景下，提出了作为开关装置中的消弧性气体而使用二氧化碳气体的方案(参照非专利文献1)。由于二氧化碳气体的地球温室化作用比SF₆气体小很多，所以通过用二氧化碳气体替换SF₆气体来应用于开关装置，能够大幅抑制对地球温室化的影响。此外，虽然二氧化碳气体的消弧性能和电绝缘性能与SF₆气体相比较差，但是与空气相比，其消弧性能好很多，此外绝缘性能也与空气相等或更好。因此，通过用二氧化碳气体代替SF₆气体或空气来使用，能够提供大体上具有良好性能、且抑制了对地球温室化的影响的有利于环境保护的开关装置。

此外，除了二氧化碳气体以外，基于与上述相同的理由，提出了作为开关装置的消弧性气体而应用CF4气体等的全氟化碳(perfluorocarbon)、CH₂F₂气体等的氢氟碳(hydrofluorocarbon)(非专利文献2)、CF₃I气体(专利文献3)的方案。这些气体也与SF₆气体相比，对地球温室化的影响较小，具有较高的消弧性能以及绝缘性能，所以对于减少开关装置对环境造成的负荷有效。

并且，提出了如下的方案(专利文献4)：在将含有上述那样的碳元素的气体应用于开关装置的情况下，通过适量混合氧气和氢气，抑制在电流断开时产生的游离碳的生成量，防止游离碳的生成造成的电气性质量的降低。

此外，提出了如下的方案(专利文献5)：在具备2对能够接触分开的电极、且其中1对为真空断路器的混合断路器中，在一个消弧室中使用含有甲烷的混合气体，作为绝缘气体。

此外，提出了在各自的消弧室中收容了2对能够接触离开的电极的断路器中使用含有甲烷和氮气的混合气体来用作绝缘气体的方案(专利文献6)。

专利文献：

专利文献1：日本特公平7-109744号公报

专利文献2：日本特公平7-97466号公报

专利文献3：日本特开2000-164040号公报

专利文献4：日本特开2007-258137号公报

专利文献5：日本特开2001-189118号公报

专利文献6：日本特开2003-348721号公报

非专利文献：

非专利文献1：内井、河野、中本、溝口、“消弧媒体とレてのCO₂ガスの基磁特性と実規模モデル遮断器にょる熟的遮断性能の検証”、电气学会论文B、124卷、3号、pp.469～475、2004年

非专利文献2：“SF6の地球環境負荷とSF6混合·代替ガス绝縁”、电气学会技术报告841号、2001年

如上所述，将二氧化碳气体、全氟化碳、氢氟碳、CF₃I气体用作开关装置的电绝缘介质、消弧介质，与现有的利用了SF₆气体的开关装置相比，降低对地球温室化的影响，并且能够提高具有大致良好的性能的开关装置。

但是，在以下的情况下，存在有以下的4个重要技术问题。

首先，作为第一个技术问题，由于上述气体中的任一个都含有碳元素，所以在将这些气体应用于开关装置的情况下，在因电流断开时所产生的高温的电弧而气体离解并再结合的过程中，存在产生游离的碳的问题。

在伴随电流断开而产生的碳例如附着到绝缘间隔件等的固体绝缘物的表面上的情况下，可能会导致该部分的电绝缘性能显著降低，开关装置的质量受损。

并且，为了将上述气体应用于喷吹式气体断路器，且提高断路性能，构成为将电弧的热能积极用于喷吹室的压力上升机构中的情况下，与现有的将基于活塞的机械压缩作为主体的气体断路器相比，气体温度必然变高。若气体温度变高，具体而言，当气体温度提高到约3000k以上时，气体分子的离解显著进行，容易生成碳。因此，若将该气体应用于喷吹式气体断路器，且积极利用电弧的热能来得到较高的喷吹室压力，则相应地碳变得容易生成，可能导致质量受损。

为了避免这个问题，需要将电弧的热能的利用限制在不会产生碳的程度，结果被限制在较小的断开电流的应用中，或者由机械的压缩主体来进行大电流断开所需的喷吹压力上升，具有成为大型且高成本的开关装置的倾向。

作为第二技术问题，在上述中列举的气体中全氟化碳、氢氟碳、CF₃I气体的地球温室化系数虽然比SF₆低，但是与SF₆同样是非天然的人工气体，所以若这些被应用于开关装置而被大量生成，则成为相应地在地球上产生新的温室化气体，不能说一定对环境好。

作为第三个技术问题，属于CF₃I气体、全氟化碳、氢氟碳的大部分气体的分子结构复杂，所以一旦在电弧中分子被离解，在再结合过程中成为别的分子的可能性较高。虽然根据所断开的电流值和/或气体的条件而不同，但是，例如CF₃I气体一旦在电弧离解，则重新结合为I₂和C₂F₆等，C₂F₆气体同样有可能变化为分子结构进一步简单的CF₄等。因此，在将这些气体应用于开关装置的情况下，每次断开电流时气体的组成发生变化，逐渐不能得到当初所期待的性能。

第四个技术问题与二氧化碳和氧气、或者二氧化碳和氢气的混合气体有关。关于这些气体，全部是取自自然的气体，有利于环境保护。此外，如已经在专利文献4中提出的方案，通过适量混合氧气和氢气，即使使用二氧化碳，也能够在某种程度上抑制作为第一个技术问题提出的电流断开后生成游离碳的问题。

但是，氧气是促进有机材料或金属的劣化的代表性物质，特别是显著促进通过通电曝露在高温环境中的金属导体部分、橡胶密封件、绝缘物、润滑脂等有机物的劣化，结果，存在有设备寿命变短、设备的维护次数增加等问题。特别是由于绝缘喷嘴曝露在达到数万度的电弧中，所以随着具有助燃性的氧气浓度的增高，损伤变激烈，在电流值和气体压力等变高的情况下，有可能会燃烧掉。

此外，二氧化碳和氢气的混合气体在安全性、电绝缘性、气密性等各方面存在问题。氢气是在可燃性气体中其燃烧速度也极其快的气体，其在空气中的爆炸范围是4％～75％，极宽，万一在运用设备时或处理气体时发生了泄露的情况下，引起爆炸的危险性很高。此外，氢气的电流断路性能虽然优良，但是绝缘性能非常弱，为二氧化碳气体的1成以下。因此，在混合氢气时，为了充分确保绝缘性能而需要增加绝缘缝隙长度，因此会导致设备的大型化。由于氢气的分子较小，所以很难确保气密性，为了确保气密性，需要采取使得气体密封件双重化等措施。

此外，在专利文献5和专利文献6中，提出了在两个消弧室中的一个中使用含有甲烷和氮的混合气体来作为绝缘气体的方案，但是并没有给出最佳的混合气体组成。

发明内容

本发明解决上述的所有的问题，其目的在于，提供一种对地球温室化的影响较小、且具有优良的性能和质量、且安全性高的气体绝缘开关装置。

为了实现上述目的，本发明的气体开关装置的一个方式，在用消弧性气体填充的密闭容器内至少配置一对电触点，在通电时，通过将上述电触点保持接触状态来进行通电，在电流断开时，使得上述电触点离解而在上述消弧性气体中使电弧放电发生，通过对该电弧进行消弧来断开电流，上述消弧性气体是以二氧化碳气体和甲烷气体作为主要成分的混合气体，含有5％以上的甲烷气体。

此外，本发明的气体绝缘开关装置的另一方式，在用消弧性气体填充的密闭容器内至少配置一对电触点，在通电时，通过将上述电触点保持接触状态来进行通电，在电流断开时，使得上述电触点离解在上述消弧性气体中使电弧放电发生，通过对该电弧进行消弧来断开电流，上述消弧性气体是以氮气和甲烷气体作为主要成分的混合气体，含有30％以上的甲烷气体。

发明效果

根据本发明，提供一种对地球温室化的影响较小、且具有优良的性能和质量、且安全性高的气体绝缘开关装置。

附图说明

图1是本发明的气体绝缘开关装置的第一实施方式的主要部分纵剖视图。

图2是示出在甲烷气体、二氧化碳气体、CO₂+CH₄混合气体、CO₂+O₂混合气体中产生电弧时的游离碳的生成量解析值的图表。

图3是示出甲烷气体、二氧化碳气体、氮气、CO₂+CH₄混合气体、N₂+CH₄混合气体的消弧性能的图表。

图4是示出甲烷气体、二氧化碳气体、氮气、CO₂+CH₄混合气体、N₂+CH₄混合气体的绝缘性能的图表。

图5是本发明的气体绝缘开关装置的第二实施方式的主要部分纵剖视图。

图6是表示氢气、甲烷气体在空气中的爆炸范围的图表。

图7是示出二氧化碳气体、氧气、甲烷气体、氢气的耐电压性能的相对比较的表。

图8是示出本发明的气体绝缘开关装置的第四实施方式的密闭容器内的主要部分的局部纵剖视图。

图9是示出在CH₄+H₂混合气体中多次断开大电流之后的CH₄、H₂、HF、O₃气体以外的分解气体生成量的图表。

图10是示出在CH₄+CO₂+H₂混合气体、CH₄+CO₂+H₂混合气体中多次断开大电流之后的CH₄、CO₂、H₂、O₂、HF、O₃气体以外的分解气体生成量的图表。

附图标记说明

1…密闭容器

3…活塞

4…气缸

5…喷吹室

6…绝缘喷追

7a…固定电弧接触件

7b…活动电弧接触件

8…电弧

9…排气筒

11a…固定侧热气流

11b…活动侧热气流

12…中空杆

21…固定接触部

22…活动接触部

23…固体绝缘物

31a、31b、31c…消弧性气体

32…引导器

33…连通孔

34…吸附剂

35…壳体

36…盖

37…紧固螺栓

38…密封件

39…润滑脂

40…表面处理皮膜

41…警报装置

51…传感器

52…分析装置

53…采样容器

61…固体元件

具体实施方式

下面，参照附图来说明本发明的气体绝缘开关装置的实施方式。在此，对于相互相同或类似的部分标注相同的标记来省略重复说明。

[第一实施方式]

图1是本发明的气体绝缘开关装置的第一实施方式的主要部分纵剖视图，示出处于断开动作中的状态。该气体绝缘开关装置例如是72kV以上的高电压输电系统的保护用开关装置，是喷吹式气体断路器。图1所示的各部件基本上是在图1的左右方向上延伸的中心轴(未图示)的周围的轴对称的同轴圆筒形状。

如图1所示，在由接地的金属或绝缘体等构成的密闭容器1内，作为消弧性气体31a而使用二氧化碳气体和甲烷气体的混合气体，其中含有为5％以上的甲烷气体。在此，具体而言，以CO₂(70％)+CH₄(30％)的混合气体为例进行说明。

在此说明的二氧化碳气体和甲烷气体优选是从大气中回收的气体，或者是在有机废物处理过程等中产生对原本排放到大气中的气体予以回收并精制而成的气体。

在密闭容器1内，固定接触部21和活动接触部22对置地配置，在固定接触部21和活动接触部22上，分别设有固定电弧接触件7a和活动电弧接触件7b。这些固定电弧接触件7a和活动电弧接触件7b在通常运行时处于接触导通状态，在断开动作时，通过轴向相对移动而分开，并且，在固定电弧接触件7a和活动电弧接触件7b之间的空间内产生电弧8。固定电弧接触件7a和活动电弧接触件7b优选使用对电弧的熔损较少、且机械强度高的材料，例如铜钨合金。

在活动接触部22侧设有气体流产生机构，该气体流产生机构用消弧性气体31的气体流对电弧8进行喷吹。作为气体流产生机构，在此设有：活塞2，气筒4，喷吹室5，绝缘喷嘴6。此外，在固定接触部21侧安装有能够通过固定侧热气流11a的金属制的排气筒9。在活动接触部22侧，能够通过活动侧热气流11b的中空杆12与活动电弧接触件7b连接设置。

在接触件部等在运行时被施加高电压的部分，被固体绝缘物23确保绝缘性的同时被机械地进行支撑。作为固体绝缘物23，例如使用混合了二氧化硅等的填充物的环氧类材料。此外，在作为消弧性气体而使用SF₆气体的现有的技术中，通过电弧断开过程而产生HF等分解气体，二氧化硅有可能被HF侵蚀而特性变差，通常多使用氧化铝填充材料。相对于此，在本实施方式中，能够使用混合了氧化硅等填充物的环氧类材料。

在具有以上结构的气体断路器的断开过程中，若活动接触部22向图的左向动作，则所固定的活塞3压缩作为气缸4的内部空间的喷吹室5，来使得喷吹室5内的压力上升。此外，存在于喷吹室5内的消弧性气体31a成为高压的气体流而被引导到喷嘴6，强力地喷向在固定电弧接触件7a和活动电弧接触件7b之间产生的电弧8。由此，在固定电弧接触件7a和活动电弧接触件7b之间产生的导电性的电弧8被消灭，电流被断开。一般来说，已知喷吹室5内的压力越高，消弧性气体31a就越强力地喷向电弧8，所以能够得到更高的电流断开性能。

此外，吹向高温电弧8的消弧性气体31a成为高温状态，作为固定侧热气流11a和活动侧热气流11b以远离两个电弧接触件之间的空间的方式流动，最终发散到密闭容器1内。此外，在气缸4和活塞3的间隙等的滑动部分，涂敷了未图示的润滑脂，以便减少摩擦。

喷吹室5的压力上升构成为不仅通过活塞3的机械压缩，还通过将来自电弧8的热能积极在地取入喷吹室5内来得到。在该实施方式中，如图1所示，通过引导器32，在中空杆12内流动的活动侧热气流11b通过连通孔33被取入喷吹室5，对于该喷吹室5的压力上升做出贡献。

在此，对作为消弧性气体31a而使用二氧化碳气体和甲烷气体的混合气体的优点进行说明，该混合气体中含有5％以上的甲烷气体。

二氧化碳气体和甲烷气体的地球温室化系数分别为1或21，与作为现有开关装置的绝缘消弧介质而广泛使用的SF₆气体的地球温室化系数为23900的情况相比，对于地球环境的影响微乎其微。此外，与SF₆气体、作为该SF₆气体的取代介质而提出的全氟化碳、氢氟碳、CF₃I气体等不同，是天然存在的取自自然的气体，所以几乎不会产生人工的环境污染。并且，在此所使用的二氧化碳气体、甲烷气体是从大气中回收的气体，或者是对原本排放到大气中的气体予以回收并使用的气体，所以即使作为本目的而使用二氧化碳气体和甲烷气体，也不会在地球上新生成这些气体。因此，通过作为开关装置的绝缘消弧介质而使用二氧化碳气体和甲烷气体的混合气体，能够使得对环境的影响极其小。

通过向二氧化碳中混合甲烷，能够大幅降低碳生成的发生量。

图2是示出在甲烷气体、二氧化碳气体、CO₂+CH₄混合气体、CO2+O2混合气体中产生电弧时的游离碳的生成量解析值的图表。如图2所示，通过混合5％的甲烷，与应用单纯的二氧化碳气体的情况相比，碳的生成量大概减半，得到十分有效的效果。如本实施方式的例所示，若混合最多30％的甲烷，则能够使得碳生成量抑制到1成左右，能够防止伴随碳的生成而导致的质量降低。

此外，由此没有必要为了不产生碳而对有关喷吹室压力上升的电弧热的利用率加以限制，或者使这种情况得到缓和，由此能够提供小型且能够断开大电流的开关装置。

通过混合甲烷气体，与二氧化碳的单体相比，还能够提高气体自身的性能。

图3是示出甲烷气体、二氧化碳气体、氮气、CO₂+CH₄混合气体、N₂+CH₄混合气体的消弧性能的图表。此外，图4是示出甲烷气体、二氧化碳气体、氮气、CO₂+CH₄混合气体、N₂+CH₄混合气体的绝缘性能的图表。如图3和图4所示，例如通过混合30％的甲烷，与二氧化碳单体时相比，能够使得断路性能和绝缘性能分别最高提高1.7倍和1.1倍。因此，仅用1个断路点就能够得到较高的断路性能，所以不需要多断路点的结构，能够提供小型且低成本的开关装置。

二氧化碳和甲烷在由C、O、H元素构成的分子中具有最低级即简单的分子结构，所以与属于全氟化碳、氢氟碳的气体、如CF₃I那样的复杂的分子结构的气体不同，即使暂时在电弧上分子发生离解或在再结合的过程中也几乎不会变成别的分子结构，基本上以完全与原来相同的混合比返回二氧化碳和甲烷。因此，例如，即使多次断开电流，也不会发生设备特性变化的情况，能够长期维持稳定的质量。

众所周知，1摩尔的甲烷气体与2摩尔的氧气进行化合反应，即燃烧而产生热量。即使在二氧化碳气体和二氧化碳气体的混合气体中加热也离解2摩尔的二氧化碳气体所需的热量，与因离解而产生的2摩尔的氧气和1摩尔的甲烷进行化合反应而产生的热量之间没有大的差异，所以没有燃烧、爆炸等危险。但是，在该混合气体从密闭容器中泄露到大气中的情况下，有可能会引起火灾等。在本实施方式中，可燃性甲烷气体的浓度被二氧化碳气体得到稀释，所以万一封入气体泄露到大气中时，其安全性高。

以往，在仅用1对电触点即1个断路点不能得到充分的断路性能的情况下，有时串联连接2对电触点来确保性能，但是根据本实施方式，通过二氧化碳气体和甲烷气体的混合气体的优良的特性，仅用1个断路点就能够得到较高的断路性能，所以能够提供小型且低成本的开关装置。

如以上说明，根据本实施方式，能够提供对地球温室化的影响较小、且具有优良的性能和质量、小型、低成本且安全性高的气体绝缘开关装置。

[第二实施方式]

图5是本发明的气体绝缘开关装置的第二实施方式的主要部分纵剖视图，示出处于断开动作中的状态。基本结构与图1所示的第一实施方式相同，下面说明不同点。

在第二实施方式中，作为封入密闭容器1内的消弧性气体31b，与第一实施方式的消弧性气体31a同样，采用在二氧化碳气体和甲烷气体的混合气体中含有5％以上的甲烷气体的混合气体。

在密闭容器1上设置内部维护用的盖36，用紧固螺栓37密封。在盖36的接合部设置密封件38，保持填充在内部的消弧型气筒31b的气密性。作为密封件38，例如使用丁腈橡胶、氟橡胶、硅橡胶、丙烯酸脂橡胶、乙丙橡胶、三元乙丙橡胶、丁基橡胶、聚氨酯橡胶、海波隆、EVA树脂中的某一个。

在使得上述固定电弧接触件7a和活动电弧接触件7b进行离解动作时滑动的面、具体来说例如气筒4的外周面上，为了减少摩擦而涂敷润滑性的润滑脂39。作为该润滑脂而使用硅润滑脂。

在不进行接触通电的金属表面的至少一部分，具体来说例如固定接触部21和活动接触部22的外周面，以及排气筒9的内面，实施了磷酸处理皮膜、氧化铝皮膜、氟系涂敷、涂装等表面处理40。

在密闭容器1内配置能够优先吸收水分的吸附剂34。吸附剂34通过盒子35保持在密闭容器1内。

在密闭容器1内设置一氧化碳气体或臭氧气体的检测机构。具体来说，在密闭容器1内设置能够检测一氧化碳气体或臭氧气体的传感器51，由分析装置52读取该信息。或者，构成为仅将密闭容器1内的少量的气体采到采样容器53中，并通过另外的分析装置来分析该采样气体中的一氧化碳气体和臭氧气体的含量。

在密闭容器1的外部，尤其是在利用密封件38密封的部分的周边配置警报装置41，其检测甲烷气体，并在检测到的情况下通过某种方式通知该信息。

根据该第二实施方式，与第一实施方式同样，能够得到优良的断路性能和绝缘性能。

此外，虽然根据条件有可能会产生极少的水分的这一点是不能否认的，但是在该第二实施方式中，水分被吸附剂34有选择地吸附，所以不会因此产生绝缘性变差或发生腐蚀等不良情况。

此外，在该实施方式中配置有警报装置41，所以能够总是监视泄露的发生。

此外，如前所述，为了抑制伴随电流断开的碳生成而在二氧化碳气体中混合氧气和氢气的方案。但是，由于氧气是促进有机材料或金属的劣化的代表性物质，特别是显著促进被通电而曝露在高温环境中的金属导体部分、橡胶密封件、绝缘物、润滑脂等有机物的劣化，结果，存在有设备寿命变短、设备的维护次数增加的问题。绝缘喷嘴6曝露在达到数万度的电弧8中，所以随着具有助燃性的氧气浓度的增高，损伤变激烈，在电流值和气体压力等变高的情况下，有可能会燃烧掉。此外，氢气在安全性、电绝缘性、气密性等方面存在问题。

图6是表示氢气体、甲烷气体在空气中的爆炸范围的图表。氢气是在可燃性气体中其燃烧速度也极其快的气体，如图6所示，其在空气中的爆炸范围是4％～75％，极宽，万一在运用时或处理气体时发生泄露，则有爆炸的危险性。此外，甲烷在空气中的爆炸范围是5～14％。

图7是示出二氧化碳气体、氧气、甲烷气体、氢气的耐电压性能的相对比较的表。氢气的电流断路性能优良，但是绝缘性能非常弱，如图7所示为二氧化碳气体的1成以下。因此若混合氢气，则为了充分确保绝缘性能而需要增加绝缘缝隙长度，因此会导致设备的大型化。此外，由于氢气的分子较小，所以很难确保气密性，为了确保气密性，需要采取使得气体密封件双重化等措施。通过将与二氧化碳混合的气体设为甲烷，能够同时解决这些技术问题。即，不需要担心使用氧气时的劣化损坏，此外能够解决使用氢气时的安全性、大型化、气密性等。

此外，若在密闭容器1内存在有某种绝缘不良、且持续发生部分放电，则通过其放电，持续地产生一氧化碳气体或臭氧气体。因此，通过使用上述传感器51或采样容器53来分析和监视这些气体的有无或浓度，能够知道产生了作为绝缘损坏的前期现象的部分放电的情况。由此，在产生完全的绝缘损坏之前，早期发现其异常，通过采取适当的措施，能够使得设备故障的损害成为最小限度。

臭氧气体使得用于密封件38的橡胶类变质劣化的作用较强，有可能与气体泄露等开关装置的质量和安全性降低有关。作为密封件，例如通过使用丁腈橡胶、氟橡胶、硅橡胶、丙烯酸脂橡胶、乙丙橡胶、三元乙丙橡胶、丁基橡胶、聚氨酯橡胶、海波隆、EVA树脂等的对臭氧的耐腐蚀性较强的材料，能够防止密封件38劣化。

此外，臭氧气体的产生有可能会促进在滑动面所使用的润滑脂39的氧化劣化。通过使用对此具有较强的耐性的硅润滑脂，能够维持润滑性能。

此外，在不进行接触通电的金属表面施加磷酸处理皮膜、氧化铝皮膜、氟系涂敷、涂装等表面处理，由此能够可靠防止该部分因水分或臭氧而发生氧化腐蚀、变质等。

根据以上说明的第二实施方式，能够提供对地球温室化的影响较小、且具有优良的性能和质量、小型、低成本且安全性高的气体绝缘开关装置。并且，能够把握设备的状态，能够进行适当的维护和更新的时期的判断。

[第三实施方式]

接着，对本发明的气体绝缘开关装置的第三实施方式进行说明。该第三实施方式的基本结构与第一或第二实施方式相同，所以省略图示。

在第三实施方式中，作为消弧性气体而使用在氮气和甲烷的混合气体中含有30％以上的甲烷气体的气体。在此，具体以N₂(70％)+CH₄(30％)的混合气体作为例子。

在此所使用的甲烷气体是优选是从大气中回收的气体，或者是在有机废物处理过程等中产生并对原本排放到大气中的气体予以回收并精制而成的气体。

本实施方式中的作用与第二实施方式即二氧化碳气体和甲烷气体的混合气体的情况相同，但是氮气的地球温室化系数为0，且为大气的主要成分，所以通过代替二氧化碳而使用氮气，能够使得对环境的影响较小。此外，由于在工业中也大量流通，所以价格低廉。

此外，由于氮气不含碳元素，所以其自身对碳的生成不做任何贡献。

但是，与二氧化碳相比，氮气的消弧性能、绝缘性能均较差，有可能导致设备的大型化和性能降低。但是，如图3和图4所示，通过向氮气中混合30％以上的甲烷，能够得到大体上与二氧化碳单体同等程度的断路性能和绝缘性能。

根据第三实施方式，能够提供对地球温室化的影响较小、且具有优良的性能和质量、小型、低成本且安全性高的气体绝缘开关装置。

[第四实施方式]

图8是示出本发明的气体绝缘开关装置的第四实施方式的密闭容器内的主要部分的局部纵剖视图，示出正处于断开动作的状态。第四实施方式的基本结构大体上与第一、第二、第三实施方式相同，但是以下两点不同。

在第四实施方式中，作为消弧性气体31c，采用了做成甲烷气体或二氧化碳气体和甲烷气体的混合气体，并且还对这些气体，在2％以下的范围内添加了氧气或氢气的气体。在此，例如，作为消弧性气体是二氧化碳气体和甲烷气体的混合气体，且对其还混合了相对于整体的2％的氧气。

此外，在曝露于电弧8或被电弧8加热的气体流的位置，配置含有氧元素或氢元素的固体元件61。作为具体的配置部位，例如是引导器32的表面附近以及气缸4的内部等。作为固体元件61的材料，使用聚乙烯、聚酰胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚缩醛等。

此外，向消弧性气体31c中添加氧气或氢气的方式和配置含有氧元素或氢元素的固体元件61的方式能够得到相同的作用，即使不同时使用两种方式，也能够通过其中某一方式来得到充分的实际效果。在此，对包含两种方式的实施方式进行说明。

此外，在此，作为绝缘喷嘴6而使用聚四氟乙烯。

在非常高温的电弧8附近，二氧化碳、甲烷等的气体分子离解，成为分离成各种离子粒子和电子的状态。在电流断开过程中，电弧的温度降低，各粒子再次结合而恢复为气体分子。此时，在固定电弧接触件7a和活动电弧接触件7b等的金属的氧化中消耗氧离子，成为为了恢复二氧化碳气体而所需的O部分不足的状态，因此生成一氧化碳气体。此外，同样为了恢复甲烷气体而所需的H与绝缘喷嘴6蒸发而混入的F离子结合而成为HF气体，由此消耗掉H，成为H部分不足的状态，结果，例如产生甲烷气体以外的、C₂H₄等碳氢化类气体。因此，当电流断开重复时，密闭容器内的气体的组成发生变化，结果，开关装置的性能发生变化。此外，由于一氧化碳气体是毒性气体，所以优选极力抑制其生成。

在此，通过预先适量混合氧气或氢气，即使通过电弧接触件等的氧化而O被消耗掉，并且为了生成氟化氢而消耗掉H，也不会导致恢复为原来的二氧化碳、甲烷的O和H的离子不足的情况，即使在电流断开后也维持二氧化碳和甲烷的气体流。由此，能够维持稳定的开关装置的性能。此外，也不会产生有毒的一氧化碳气体。

图9是示出在CH₄+H₂混合气体中多次断开大电流之后的CH₄、H₂、HF、O₃气体以外的分解气体生成量的图表。此外，图10是示出在CH₄+CO₂+H₂混合气体、CH₄+CO₂+O₂混合气体中多次断开大电流之后的CH₄、CO₂、H₂、O₂、HF、O₃气体以外的分解气体生成量的图表。这些图中断开电流将28.4kA断开20次之后的值。可知，通过附加性地混合2％左右的氢气或氧气，上述分解气体的生成量显著降低。在此，除了原来就填充的甲烷、二氧化碳、氢气、氧气之外，排除氟化氢和臭氧的原因是，因为这两种气体的反应性高，即使已经生成，若经过某一程度的时间，则通过二次反应或者被吸附到密闭容器内的金属表面等会大体上被消灭。

附加性地混合的氢气或氧气限定在2％以下，所以不会因为这些附加气体的混合而开关装置的性能发生大变化。

由此，通过在不超过2％的范围内附加性地混合氢气或氧气，在几乎不改变开关装置的特性的情况下，能够显著抑制一氧化碳等原本不存在的气体的生成。

此外，除了预先混合氧气和氢气之外，如图8所示，在电弧8或者被电弧8加热的气体流所通过的位置配置含有氧元素或氢元素的固体元件61，也能够得到同样的作用。这是因为，在电流断开时，固体元件61因高温的电弧或通过高温的气体流而被熔融、气化，由此，在电流断开时，向电弧附近局部地提供O或H。

在开关装置上应用混合气体的情况下，为了始终得到最初设计值的性能，在运用时需要监视其混合比。因此，从设备应用时的管理方面来考虑，尽量减少所混合的气体的种类较有利。通过利用固体元件61的熔融、气化现象，可以不预先混合氧气和氢气，所以能够减少用于设备管理的功夫。

根据上述构成，能够提供对地球温室化影响小且具有优良的性能和质量、小型、低成本且安全性高的气体绝缘开关装置。尤其根据本实施方式，能够显著地降低生成有毒一氧化碳气体等原本不存在的气体的可能性。

[其他实施方式]

以上说明的各实施方式仅仅是例示，本发明不限定于这些。例如，各实施方式中所例示的消弧性其他的成分示出主要成分，也可以含有其他杂质气体。此外，也可以将各实施方式的特征组合成各种方式。此外，在上述实施方式中，以喷吹式型的气体断路器作为例子示出，但是本发明也能够应用于其他气体绝缘开关装置中。

Claims

1.一种气体绝缘开关装置，其特征在于，

在用消弧性气体填充的密闭容器内至少配置一对电触点，在通电时，通过将上述电触点保持接触状态来进行通电，在电流断开时，使得上述电触点离解而在上述消弧性气体中使电弧放电发生，通过对该电弧进行消弧来断开电流，

上述消弧性气体是以二氧化碳气体和甲烷气体作为主要成分的混合气体，含有5％以上的甲烷气体。

2.根据权利要求1所述的气体绝缘开关装置，其特征在于，

具有：

蓄压空间，形成在上述密闭容器内，蓄积上述消弧性气体，通过上述电弧的热能使得内部空间内的上述消弧性气体的压力上升；以及

气体流路，连接上述蓄压空间和上述电弧，

蓄积在上述蓄压空间内、并通过上述电弧的热能而升压的上述消弧性气体，通过上述气体流路向上述电弧喷吹。

3.根据权利要求1所述的气体绝缘开关装置，其特征在于，

在上述密闭容器内，设有能够优先吸附水分的吸附剂。

4.根据权利要求1所述的气体绝缘开关装置，其特征在于，

固体绝缘支撑物是用混合了二氧化硅的环氧类材料制造的，所述固体绝缘支撑物用于在上述密闭容器内对被施加电压的部分进行电绝缘，且机械地支撑该被施加电压的部分。

5.根据权利要求1所述的气体绝缘开关装置，其特征在于，

作为上述密闭容器的用于密封上述消弧性气体的密封件，使用丁腈橡胶、氟橡胶、硅橡胶、丙烯酸脂橡胶、乙丙橡胶、三元乙丙橡胶、丁基橡胶、聚氨酯橡胶、海波隆、EVA树脂中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的气体绝缘开关装置，其特征在于，

在对上述电触点进行离解动作时的滑动面上，涂敷了润滑性的硅润滑脂。

7.根据权利要求1所述的气体绝缘开关装置，其特征在于，

对上述密闭容器内的不进行接触通电的金属表面的至少一部分，施加了磷酸处理皮膜、氧化铝皮膜、氟系涂敷、涂装中的某种表面处理。

8.根据权利要求1所述的气体绝缘开关装置，其特征在于，

具有用于检测出上述密闭容器内的一氧化碳气体或臭氧气体的检测机构。

9.根据权利要求1所述的气体绝缘开关装置，其特征在于，

上述消弧性气体是以2％以下的范围添加了氧气或氢气后形成的混合气体。

10.根据权利要求1所述的气体绝缘开关装置，其特征在于，

在曝露于上述电弧或被上述电弧加热的消弧性气体流的位置，配置有含有氧元素或氢元素的固体材料。

11.根据权利要求1所述的气体绝缘开关装置，其特征在于，

填充在上述密闭容器内的甲烷气体和二氧化碳气体是从大气中回收的气体，或者是对原本排放到大气中的气体进行回收、精制后加以利用的气体。