JP2004104897A - ガス絶縁電気機器のスペーサ - Google Patents

Abstract

【課題】ガス絶縁電気機器のスペーサをリサイクル容易な熱可塑性樹脂を用いて製作できるようにする。
【解決手段】スペーサ３の絶縁体４を導体２の軸方向に複数層（図示は２層）に分割するとともに、各分割体１２，１３を熱可塑性樹脂を用いて成形し、これらの分割体１２，１３を一体に組み合わせて結合する。絶縁体４を分割することにより、各分割体１２，１３の肉厚を薄くすることができ、これにより各分割体１２，１３の熱可塑性樹脂による射出成形が可能になる。これらの分割体１２，１３を中空シェル状に組み合わせ、接着や嵌合あるいは融着により部分的又は全面的に結合することにより、必要な機械強度及び絶縁強度を得ることができる。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ガス絶縁された開閉装置や母線などの電気機器に用いられるスペーサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のスペーサは、例えば特許文献１に示されているが、従来のスペーサを備えたガス絶縁電気機器の一例を図１０に改めて示す。図１０は単相母線の要部縦断面図を示し、接地された導電性容器（非磁性金属管）１内で高圧導体２がスペーサ３により絶縁支持され、容器１内には絶縁媒体としてガス（通常ＳＦ_６ガス）が封入されている。スペーサ３は成形樹脂からなる円錐形の絶縁物４を有し、絶縁物４の周縁部は容器１のフランジ１ａの間に、パッキン５を挟んでボルト６で締め付けられている。絶縁物４の中心部には金具７が埋め込まれ、導体２は金具７に挿通されている。絶縁物４は、短絡時の電磁力やガスの区分圧力に耐える機械強度、絶縁ガスの持つ絶縁性を損うことのない絶縁性能、繰り返し温度変化に耐え得る耐熱性等が必要とされる。この絶縁物４には、従来一般に熱硬化性のエポキシ樹脂が用いられている。エポキシ樹脂は硬化するまで完全な液体状態にあり、注型により任意の形状を作ることが可能で、埋込み金具７との接着性の面でも優れている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−６６４６号公報（第２頁、図２）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
熱硬化性のエポキシ樹脂は、ガス絶縁電気機器のスペーサとして要求される機械強度、絶縁性、耐熱性等において十分な性能を有する材料であるが、機器の廃棄時における処分という点で問題がある。ここで、樹脂材料のリサイクルという点からは、一般に次の３つの方法が知られている。一番目はマテリアルリサイクルと呼ばれ、成形樹脂を破砕機などの機械的手段を使用して破砕し、その破砕物を樹脂原材料として再生利用する方法である。２番目はケミカルリサイクルと呼ばれ、熱や触媒などの化学的手段によって樹脂を再利用できる状態に変える方法で、エネルギーは使うが高品位の回収を行なうことができる。３番目はサーマルリサイクルと呼ばれ、樹脂を直接あるいは燃料化してから燃焼させ、熱エネルギーとして利用する方法である。マテリアルリサイクルやケミカルリサイクルの方がサーマルリサイクルに比べて再利用の有効性は高いが、それが経済的に引き合うコストで採用できる樹脂の種類は限られている。
【０００５】
熱硬化性のエポキシ樹脂は、図１１に示すように高分子鎖８の間に非常に高密度の架橋が行われた樹脂である。そのため、加熱しても架橋点９が切断されない限り溶融されず、その反面、架橋点９が溶融する温度まで加熱すると高分子の主鎖８の切断が生じ高分子状態での分離ができない。また、金属部材との接着力の強さから、リサイクルの最初の段階で金属部材を分離することが困難であるが、主鎖８が切断されるような加熱により金属部材の分離を行なっても高分子の性質は失われるためマテリアルリサイクルはできない。更に、エポキシ樹脂のような熱硬化性樹脂は通常、耐熱性や機械強度の向上、樹脂使用量の低減などの目的で充填材と呼ばれる無機質の粉体が混入されており、その分離性の悪さからケミカルリサイクルも困難である。一方、サーマルリサイクルにしても、樹脂自体及び充填材の混入による難燃性から困難とされている。そのため、熱硬化性樹脂は現状では埋め立て投棄により処理されている。
【０００６】
これに対して熱可塑性樹脂は、温度により液体と固体との相変化を可逆的に生じる性質があり、熱的処理によりケミカルリサイクルやマテリアルリサイクルができるものが多い。図１２は熱可塑性樹脂の分子構造を示すもので、結晶性の部分１０と非晶質の部分１１とからなっている。熱可塑性樹脂を加熱すると、まず結合力の小さな非晶質部分１１が可逆的な変形を起こし、外力により容易にその形状を変化するようになる。この状態においても高分子鎖自体の切断は僅かで、元の樹脂の高分子としての分子量の減少は小さい。この性質のため、熱可塑性樹脂は加熱による分離や高分子のまま原料として利用するというリサイクル時に要求されるプロセスに適合性がよい。現状でのリサイクルがほとんど熱可塑性樹脂に限られているのは、熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂とのこのような性質の違いによる。
【０００７】
このように、環境に対する負荷を小さくできる可能性を持つ熱可塑性樹脂であるが、これを従来構造のガス絶縁電気機器のスペーサに適用しようとすると、その製造方法や形状面で次のような難点がある。すなわち、エポキシ樹脂は注型作業により比較的肉厚で大型のものを作れるのに対し、熱可塑性樹脂の代表的な成形方法である射出成形は小さく薄いものの成形に適している。これは、熱硬化性樹脂においては、未反応、未架橋の液状の樹脂を大気圧又は真空下で重力により金型に流し込み、液状樹脂を金型の中で比較的長時間かけて架橋反応させて硬化させるのに対し、熱可塑性樹脂の射出成形においては、半液状の樹脂を高圧力により金型中に流し込み、冷えている金型の表面から冷却、硬化させるという相違による。そのため、従来構造のスペーサのような肉厚の成形品を熱可塑性樹脂を用いて製作することは困難であるとされている。
【０００８】
そこで、この発明の課題は、リサイクルの容易な熱可塑性樹脂を用いて、ガス絶縁電気機器のスペーサを製作できるようにすることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、この発明は、絶縁ガスが封入された導電性容器内で、成形樹脂からなる絶縁物により導体を絶縁支持するガス絶縁電気機器のスペーサにおいて、前記絶縁物を軸方向に複数層に分割するとともに、各分割体を熱可塑性樹脂を用いて成形し、これらの分割体を組み合わせてスペーサを構成するものである（請求項１）。この請求項１によれば、絶縁物を軸方向に複数層に分割することにより、各分割体の肉厚を薄くすることができ、結果として各分割体の熱可塑性樹脂による射出成形が可能になる。そして、これらの分割体を組み合わせることにより、スペーサとして必要な機械強度及び絶縁強度を得るものである。分割体同士は、接着や嵌合あるいは融着により部分的又は全面的に結合するのがよい。
【００１０】
請求項１において、前記分割体間に中空部を形成すれば、スペーサをシェル（殻）状として断面係数を増やし、機械強度を高めることができる（請求項２）。その場合、前記中空部に前記絶縁ガスを導く通気穴を前記分割体に設ければ、スペーサ内部に絶縁ガスを満たし、絶縁強度を一層高めることができる（請求項３）。絶縁強度を高めるには、請求項２において、前記中空部に液状又はゲル状の絶縁材を充填してもよい（請求項４）。
【００１１】
請求項１において、同一形状の２枚の前記分割体を前後対称に配置してスペーサを構成することができ、これにより成形金型が１種類となり初期費用が低減する（請求項５）。
【００１２】
請求項１において、前記分割体にはリブを設けるとよい（請求項６）。リブを設けることにより、機械強度が向上するとともに沿面電界が緩和され、また分割体沿面に導電性異物が付着した場合の絶縁耐力の低下が軽減される。
【００１３】
請求項１において、前記絶縁物を３層以上に分割し、両端の分割体には耐分解ガス性及び耐アーク性の比較的大きい樹脂を用い、その内側の分割体には機械強度の比較的大きい樹脂を用いるようにして、各分割体に役割分担をさせることができる（請求項７）。これにより、各分割体にその役割に応じた最適の材料を選択することが可能になる。
【００１４】
この発明において、各分割体の肉厚を適切に管理するには、前記分割体の内部に球体を仮想し、この球体の前記分割体の表面に接する直径の大きさから前記分割体の肉厚を定義するようにするのがよい（請求項８）。これにより、表面形状の複雑な分割体においても肉厚を容易に把握することができるようになる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図８に基づき、従来例（図１０）で示したスペーサ３の絶縁物４を熱可塑性樹脂で構成した場合の発明の実施の形態について説明する。なお、従来例と対応する部分には同一の符号を用いるものとする。まず、図１は、絶縁物４を軸方向に２層に分割したスペーサ３の実施の形態を示すものである。図１において、絶縁物４は２枚の分割体１２及び１３からなり、各分割体１２，１３はいずれも高耐熱、高強度の熱可塑性樹脂、例えばポリフェニレンサルファイドの射出成形により形成されている。分割体１３の外周縁部には環状の間隔フランジ１３ａが軸方向に突出するように形成され、その端面が分割体１２に突き当てられることにより、分割体１２，１３は所定の間隔で組み合わされ、その内部に中空部１４が形成されている。
【００１６】
スペーサ３の中心部には分割体１２，１３間に跨るように、アルミなどの非磁性体からなるブッシュ１５が嵌合され、導体２はブッシュ１５に挿通、把持されている。分割体１２，１３同士及び分割体１２，１３とブッシュ１５との間は接着あるいは融着により固着されている。分割体１２，１３の一方又は双方には、小径の通気穴１６が設けられ、容器１内に封入された絶縁ガス（ＳＦ_６ガス）は通気穴１６を通して中空部１４内に導入されている。その他の構成は従来例と実質的に同じである。
【００１７】
図１において、絶縁物４の肉厚は、分割体１２，１３の両方を合わせても従来例の１／３以下とすることができ、例えば６６ｋＶ用として外径約３００ｍｍとすると、分割体１２，１３の肉厚は１０〜３０ｍｍ、全体の厚さは従来と同程度の５０〜１００ｍｍ程度となる。これにより分割体１２，１３は熱可塑性樹脂の射出成形による製作が可能になるとともに、熱可塑性樹脂材の適切な選定及びシェル構造により、中実構造の従来例に劣らない機械強度及び絶縁耐力を得ることが可能である。その場合、図示の通り中空部１４内を絶縁ガス雰囲気とすることにより、分割体１２，１３の内側沿面の絶縁耐力を高めることができる。外径６００〜７００ｍｍ程度の５００ｋＶ級用では、分割体１２，１３の肉厚は２０〜５０ｍｍ程度とするのがよい。
【００１８】
図１において、中空部１４を密閉状態に封じ切り、その内部に液状あるいはゲル状の絶縁材を充填することにより、絶縁耐力の向上を図ることも可能である。また、図１においては、分割体１２を凸形状とし、分割体１３を凹形状としているが、図２に示すように同一凸形状の分割体１２を前後対称に組み合わせてスペーサ３を構成することも可能である。その場合には、金型が１種類で済むため、初期費用として金型費が安くなる。
【００１９】
図３及び図４は、機械強度を増すために、図１における分割体１２にリブ１７を形成した実施の形態を示すもので、図４は図３のＩＶ―ＩＶ線に沿う横断面図である。図３及び図４において、リブ１７は同心の円環状に設けられている。このリブ１７は、絶縁物４の曲げ強度の増大に有効であり、また絶縁物４の沿面に導電性の異物（アークによる溶融金属など）が付着した場合の絶縁強度の低下の軽減に有効である。図５は同心状のリブ１７に加えて放射状のリブ１８を形成した実施の形態を示し、この場合には軸方向の強度も増大する。図６はリブ１９を斜めに設けた実施の形態を示すもので、この場合には同心状及び放射状の両方のリブの補強効果が得られる。
【００２０】
図７は、絶縁物４を４枚の分割体１２，１３，２０及び２１を重ねて構成した実施の形態を示すものである。分割体１２，１３，２０，２１同士は環状の図示凹凸部を介して互いに嵌合するとともに接着剤により固着されている。一般に機械強度は厚さの２乗に比例するため、４枚に分割した場合には強度は１／４になるが、分割体相互を固着することにより一体品と同程度の強度を得ることが可能である。
【００２１】
図８は絶縁物４を３枚の分割体１２，１３及び２２を重ねて構成し、内側の分割体２２に芯部材として強度の大半を持たせ、両端の分割体１２，１３に主として耐分解ガス性及び耐アーク性を持たせるようにした実施の形態を示すものである。絶縁ガスとして汎用されているＳＦ_６ガスはアークにより加熱されるとＳＯＦ_２やＨＦなどの分解ガスを生じ、この分解ガスは絶縁物を劣化させる。しかし、分割体１２，１３で覆われた内側の分割体２２は耐分解ガス性は必要ないため、ＳＦ_６に接する部分には使用できないガラス繊維強化樹脂を用いることが可能である。その他、芯となる分割体２２には、高耐熱高強度のポリフェニレンサルファイド、液晶プラスチック、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルケトンなどの材料を使用することができる。
【００２２】
これに対して、両端の分割体１２，１３には、耐分解ガス性、耐アーク性、成形性等がよく低コストのポリアミド、ポリアセタールポリカーボネイト、ＡＢＳ、ＰＥＴなどの材料を用いることができる。このように、各分割体に役割分担をさせれば、その役割に応じた最適の材料を選択し、高機能で低コストのスペーサを製作することが可能になる。なお、両端の分割体１２，１３で被覆される内側の分割体２２は、円板状のみならず枠組状に形成することも可能である。
【００２３】
熱可塑性樹脂の射出成形では、樹脂が金型表面に触れることにより冷却、固化するので、上記した各分割体の肉厚の定義は、金型表面から樹脂の内部に向う深さとするのが妥当である。これは、図１０に示すように、成形品（例えば分割体１２）の内部に仮想の球体２３を考え、この球体２３が成形品の表面に接する最大の直径ｔから厚さを定義するのが合理的である。なお、図示実施の形態では単相円錐形のスペーサの例を示したが、この発明は三相用スペーサにも適用可能であり、また形状も円錐形に限られず、円板形、スパイダ形、柱形などの各種スペーサに適用可能である。
【００２４】
【発明の効果】
以上の通り、この発明によれば、スペーサの絶縁物を軸方向に複数層に分割し、これらの分割体を組み合わせてスペーサを構成することにより、熱可塑性樹脂の射出成形によるスペーサの製作が可能になる。その結果、スペーサのリサイクル処理が容易となり、廃棄処分時の環境に対する負荷が低下するとともに、再生材の利用により製造コストの低減が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態を示すガス絶縁電気機器の要部縦断面図である。
【図２】この発明の異なる実施の形態を示すガス絶縁電気機器の要部縦断面図である。
【図３】この発明の更に異なる実施の形態を示すガス絶縁電気機器の要部縦断面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線に沿う横断面図である。
【図５】絶縁物のリブの異なる実施の形態を示すスペーサの正面図である。
【図６】絶縁物のリブの更に異なる実施の形態を示すスペーサの正面図である。
【図７】この発明の更に異なる実施の形態を示すガス絶縁電気機器の要部縦断面図である。
【図８】この発明の更に異なる実施の形態を示すスペーサの縦断面図である。
【図９】この発明に係るスペーサ絶縁物の肉厚の定義を説明するための分割体の縦断面図である。
【図１０】従来例を示すガス絶縁電気機器の要部縦断面図である。
【図１１】熱硬化性樹脂の分子配列と架橋点を示す模式図である。
【図１２】熱可塑性樹脂の分子配列を示す模式図である。
【符号の説明】
１　　導電性容器
２　　導体
３　　スペーサ
４　　絶縁物
１２　　分割体
１３　　分割体
１４　　中空部
１７　　通気穴
１８　　リブ
１９　　リブ
１１０　　リブ
２０　　分割体
２１　　分割体
２２　　分割体
２３　　仮想球体

Claims (8)

1. 絶縁ガスが封入された導電性容器内で、成形樹脂からなる絶縁物により導体を絶縁支持するガス絶縁電気機器のスペーサにおいて、
   前記絶縁物を導体軸方向に複数層に分割するとともに、各分割体を熱可塑性樹脂を用いて成形し、これらの分割体を組み合わせて構成したことを特徴とするガス絶縁電気機器のスペーサ。
2. 前記分割体間に中空部を形成したことを特徴とする請求項１記載のガス絶縁電気機器のスペーサ。
3. 前記中空部に前記絶縁ガスを導く通気穴を前記分割体に設けたことを特徴とする請求項２記載のガス絶縁電気機器のスペーサ。
4. 前記中空部に液状又はゲル状の絶縁材を充填したことを特徴とする請求項２記載のガス絶縁電気機器のスペーサ。
5. 同一形状の２枚の前記分割体を前後対称に配置して構成したことを特徴とする請求項１記載のガス絶縁電気機器のスペーサ。
6. 前記分割体にリブを形成したことを特徴とする請求項１記載のガス絶縁電気機器のスペーサ。
7. 前記絶縁物を３層以上に分割し、両端の分割体には耐分解ガス性及び耐アーク性の比較的大きい樹脂を用い、内側の分割体には機械強度の比較的大きい樹脂を用いるようにしたことを特徴とする請求項１記載のガス絶縁電気機器のスペーサ。
8. 前記分割体の内部に球体を仮想し、この球体の前記分割体の表面に接する直径の大きさから前記分割体の肉厚を定義するようにしたことを特徴とする請求項１記載のガス絶縁電気機器のスペーサ。

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