JP2007258137A - ガス絶縁開閉器 - Google Patents
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Abstract
【課題】地球温暖化係数がＳＦ６ガスよりも小さく、かつＣ元素を含むガスを消弧媒体として適用した場合でも、カーボンの生成を抑制して、優れた性能を確保する。
【解決手段】密閉容器１内に絶縁ガス２を充填し、固定接触部２１および可動接触部２２が対向して配置する。固定接触部２１および可動接触部２２には固定アーク接触子７ａと可動アーク接触子７ｂを設ける。消弧媒体となる絶縁ガスの主体をＣ元素を含むガスと他のガスとの混合ガスとする。混合ガス中にＯ元素を含むことにより、電流遮断にともなうカーボンの生成量を抑制する。消弧性能に非常に優れるＨ２ガスを混合させることで、消弧性能を向上させ、アークの熱エネルギーを積極的に利用しないことによる性能の低下を補う。密閉容器１内に、水分、Ｏ３あるいはＣＯを吸収する機能を持った吸着剤３４を設置する。
【選択図】図１
【解決手段】密閉容器１内に絶縁ガス２を充填し、固定接触部２１および可動接触部２２が対向して配置する。固定接触部２１および可動接触部２２には固定アーク接触子７ａと可動アーク接触子７ｂを設ける。消弧媒体となる絶縁ガスの主体をＣ元素を含むガスと他のガスとの混合ガスとする。混合ガス中にＯ元素を含むことにより、電流遮断にともなうカーボンの生成量を抑制する。消弧性能に非常に優れるＨ２ガスを混合させることで、消弧性能を向上させ、アークの熱エネルギーを積極的に利用しないことによる性能の低下を補う。密閉容器１内に、水分、Ｏ３あるいはＣＯを吸収する機能を持った吸着剤３４を設置する。
【選択図】図１
Description
本発明は、絶縁ガスを封入した密閉容器内に開閉可能とした接点を配置してなるガス絶縁開閉器に関するものであって、特に、地球温暖化係数がＳＦ６ガスよりも小さな絶縁ガスを使用しつつ、優れた遮断性能を発揮するガス絶縁開閉器に係る。
電流遮断機能を有するガス絶縁開閉器には、その使用目的、必要とされる機能に応じて、負荷開閉器、断路器、遮断器など様々なものが存在する。その多くはＳＦ６ガス等の絶縁ガス中に１対の接点を配置し、通電時には両者を接触状態に保つことで通電を行い、電流遮断時には接点を開離させて前記ガス中にアーク放電を発生させ、そのアークを消弧することで電流を遮断する方式のものである。
ここでは、７２ｋＶ以上の高電圧送電系統の保護用開閉器として広く使用されているパッファ形ガス遮断器を例にとり、従来の技術を説明する。図９はこのようなガス遮断器の断面構造図の一例であり、遮断動作途中の状態を示している。図９中の各部品は基本的に同軸円筒形状であると考えてよい。
図９に示すように、接地された金属あるいは碍管等からなる密閉容器１内には、絶縁ガス２が充填されている。密閉容器１内には固定接触部２１および可動接触部２２が対向して配置されており、固定接触部２１および可動接触部２２にはそれぞれ固定アーク接触子７ａおよび可動アーク接触子７ｂが設けられている。
これらアーク接触子７ａ，７ｂは通常運転時では接触導通状態にあり、遮断動作時は相対移動により開離すると共に両接触子７ａ，７ｂ間の空間にアーク８を発生させるようになっている。さらに、可動接触部２２側にはアーク８に対し絶縁ガス２を消弧性ガスとして吹付けるガス流発生手段が設置されている。
ガス流発生手段としては、ここではピストン３、シリンダ４、パッファ室５、絶縁ノズル６が設けられている。また、固定接触部２１側には固定側熱ガス流１１ａが通過可能な金属製の排気筒９が取付けられている。可動接触部２２側には可動側熱ガス流１１ｂが通過可能な中空ロッド１２が可動アーク接触子７ｂに連なって設けられている。
以上の構成を有するガス遮断器の遮断過程において、可動接触部２２が図の左方向に動作すると、固定されているピストン３がシリンダ４の内部空間であるパッファ室５を圧縮して同部の圧力を上昇させる。そして、パッファ室５内に存在する絶縁ガス２が高圧力のガス流となってノズル６に導かれ、アーク接触子７ａ，７ｂ間に発生したアーク８に対して強力に吹付けられる。これにより、接触子７ａ，７ｂ間に発生した導電性のアーク８は消滅し電流は遮断される。
一般的に、パッファ室５内の圧力が高いほど、絶縁ガス２が強力にアーク８へと吹付けられるため、より高い電流遮断性能が得られることが知られている。なお、高温のアーク８に吹付けられた絶縁ガス２は高温状態となり、固定側熱ガス流１１ａおよび可動側熱ガス流１１ｂとして両アーク接触子間の空間より遠ざかるように流れ、最終的には密閉容器１内へ放散される。また、シリンダとピストンの隙間などの摺動部分には、摩擦を低減するために図示しないグリスが塗布されることが多い。
以上が、ガス絶縁開閉器の一例であるパッファ形ガス遮断器の代表的な構成である。近年、より高い電流遮断性能を得るために、ピストン３による機械的な圧縮だけでなく、アーク８の熱エネルギーをパッファ室５内に積極的にとりこむことで、より高い吹付け圧力を得る方式が提案されている。
例えば、遮断動作の初期に、可動側熱ガス流１１ｂを中空ロッドに設けた穴を通じてパッファ室５内へ取り込む方式が提案されている(特許文献１参照)。あるいは、パッファ室５を軸方向に２分割し、アーク８に近い方のパッファ室の容積を限定することで、特に大電流遮断時にアーク８への高い吹付け圧力を獲得し、なおかつパッファ室５の分割部に逆止弁を設けることでピストン３に直接高い圧力が作用するのを避け、可動接触部２２を駆動する力を低減する方式などが提案されている(特許文献２参照)。
近年普及しているガス絶縁開閉器においては、前記絶縁ガス２として、ＳＦ６ガス、あるいは空気が使用されることが多い。ＳＦ６ガスは、アークを消滅させる性能(消弧性能)、および電気絶縁性能に優れており、特に高電圧用のガス絶縁開閉器においては広く使用されている。また、空気はコストが安いこと、安全で環境にも優しいことから、特に小形のガス絶縁開閉器において使用されることが多い。
ところで、ＳＦ６ガスは特に高電圧用のガス絶縁開閉器において非常に適したガスといえるが、高い地球温暖化作用を有することが知られており、近年その使用量の削減が望まれている。地球温暖化作用の大きさは一般に地球温暖化係数、すなわちＣＯ２ガスを１とした場合の相対値により表され、ＳＦ６ガスの地球温暖化係数は２３９００に及ぶことが知られている。また、空気は安全性や環境保全の面では優れているが、その消弧性能および電気絶縁性能はＳＦ６ガスよりも大幅に劣るため、高電圧用のガス絶縁開閉器に広く適用するのは困難であると考えられている。
上記の背景で、ガス絶縁開閉器における消弧性ガスとしてＣＯ２ガスを適用することが提案されている(非特許文献１参照)。ＣＯ２ガスは地球温暖化作用がＳＦ６ガスに比べて２３９００分の１と非常に小さいため、ＣＯ２ガス単体やＣＯ２ガスを主体とした混合ガス(主体とは当該ガスを５０％以上含むガスとして定義する)をＳＦ６ガスの代わりにガス絶縁開閉器に適用することで、地球温暖化への影響を大幅に抑制することが可能である。
また、ＣＯ２ガスの消弧性能および電気絶縁性能はＳＦ６ガスに比べると劣るものの、空気に比べると消弧性能ははるかに優れ、また絶縁性能も同等かそれ以上であることが知られている。したがって、ＣＯ２ガス単体やＣＯ２ガスを主体とした混合ガスをＳＦ６ガスあるいは空気の代わりに適用することで、概ね良好な性能を有し、かつ地球温暖化への影響を抑制した環境に優しいガス絶縁開閉器を提供することが可能である。
さらに、ＣＯ２ガスを図９に示したようなパッファ形ガス遮断器に適用する際には、前記特許文献１や特許文献２で提案されているアーク８の熱エネルギーを有効利用する方策の効果が、その物性上、比較的顕著に得られることが知られている(非特許文献１参照)。
また、ＣＯ２ガス以外にも、上記と全く同じ理由により、ガス絶縁開閉器の絶縁ガスとしてＣＦ４ガスなどのパーフルオロカーボン、ＣＨ２Ｆ２ガスなどのハイドロフルオロカーボンを適用すること(非特許文献２)、ＣＦ３Ｉガスを適用すること(特許文献３)が提案されている。これらのガスもＳＦ６ガスに比べると地球温暖化への影響が小さく、比較的高い消弧性能、および絶縁性能を有するため、ガス絶縁開閉器の環境負荷低減に有効である。
特開平７−１０９７４４号公報
特開平７−０９７４６６号公報
特開２０００−１６４０４０号公報
内井、河野、中本、溝口、「消弧媒体としてのＣＯ２ガスの基礎特性と実規模モデル遮断器による熱的遮断性能の検証」、電気学会論文Ｂ、１２４巻、３号、ｐｐ．４６９〜４７５、２００４年
ＳＦ６の地球環境負荷とＳＦ６混合・代替ガス絶縁」、電気学会技術報告８４１号、２００１年
以上のように、ＣＯ２ガス、パーフルオロカーボン、ハイドロフルオロカーボン、ＣＦ３Ｉガスなどをガス絶縁開閉器の電気絶縁媒体、消弧媒体として適用することで、従来のＳＦ６ガスを利用したガス絶縁開閉器に比べて、地球温暖化への影響を低減させることができ、なおかつ、概ね良好な性能を有するガス絶縁開閉器を提供することが可能である。
しかしながら、上述のガスはいずれもＣ元素を含むため、これらのガス単体、あるいはこれらのガスを主体とした混合ガスをガス絶縁開閉器に適用した場合、電流遮断時に発生する高温のアークによりガスが開離、再結合する過程において、遊離したカーボンが発生する課題があった。
電流遮断にともない発生したカーボンが、例えば絶縁スペーサなどの固体絶縁物の表面に付着した場合、同部の電気絶縁性を著しく劣化させる恐れがあり、ガス絶縁開閉器の品質が損なわれる懸念があった。
さらに、上述のガス単体、あるいはこれらのガスを主体とした混合ガスをパッファ形ガス遮断器に適用し、かつ、遮断性能を向上させるために、パッファ室の圧力上昇手段としてアークの熱エネルギーを積極的に利用するよう構成した場合、従来のピストンによる機械的圧縮を主体としたガス遮断器に比べ、ガスの温度は必然的に高くなる。
ガスの温度が高くなると、具体的には約３０００Ｋ以上にまでガスの温度が高くなると、ガス分子の開離が進行し、カーボンが生成されやすくなる。したがって、当該ガスをパッファ形ガス遮断器に適用し、なおかつアークの熱エネルギーを積極的に利用して高いパッファ室圧力を得ようとすると、それだけカーボンが生成されやすくなり、品質が損なわれる懸念があった。
本発明の目的は、ＣＯ２ガス、パーフルオロカーボン、ハイドロフルオロカーボン、ＣＦ３Ｉガスなど、地球温暖化係数がＳＦ６ガスよりも小さく、かつＣ元素を含むガスをガス絶縁開閉器の消弧媒体として適用した場合においても、電流遮断にともなうカーボンの生成を抑制することにより、地球温暖化への影響が小さく、かつ優れた性能と品質を有するガス絶縁開閉器を提供することにある。
前記の目的を達成するために、本発明は、ＳＦ６ガスよりも地球温暖化係数が低い絶縁ガスで充たされた密閉容器内に１対の接点を配置し、通電時には両接点を接触状態に保つことで通電を行い、電流遮断時には両接点を開離させて両接点間に発生したアークに絶縁ガスを吹き付けて消弧するガス絶縁開閉器において、前記絶縁ガスがＣ元素を含むガスを５０％以上含む混合ガスであって、この混合ガス中にはＯ元素が含まれていることを特徴とする。
この場合、前記混合ガスとして、Ｃ元素を含むガスを５０％以上含み、かつＯ２ガスを５０％を超えない範囲で含むものを使用することができる。また、前記Ｃ元素を含むガスとしてＣ元素およびＯ元素を含むガスを使用し、前記混合ガスとして、このＣ元素およびＯ元素を含むガスを５０％以上含みかつＨ２ガスを２５％を超えない範囲で含むものを使用することもできる。
前記のような構成を有する本発明のガス絶縁開閉器では、消弧媒体となる絶縁ガスの主体はＣ元素を含むガスと他のガスとの混合ガスであるが、この混合ガス中にＯ元素を含むことにより、電流遮断にともなうカーボンの生成量を抑制することができる。
(１)第１実施形態
以下、本発明をパッファ形ガス遮断器に適用した第１実施形態を、図１に従って具体的に説明する。なお、図９に示した従来のパッファ形ガス遮断器と同一の部分については同一の符号を付し、説明は省略する。
以下、本発明をパッファ形ガス遮断器に適用した第１実施形態を、図１に従って具体的に説明する。なお、図９に示した従来のパッファ形ガス遮断器と同一の部分については同一の符号を付し、説明は省略する。
（１−１）第１実施形態の構成
本実施形態において、ガス絶縁開閉器の基本的な構成としては、図９の従来技術と同様である。すなわち、消弧ガスが充たされた密閉容器内に１対の接点を配置し、通電時には両者を接触状態に保つことで通電を行い、電流遮断時には接点を開離させて前記ガス中にアーク放電を発生させ、そのアークを消弧することで電流を遮断せしめるよう構成する。
本実施形態において、ガス絶縁開閉器の基本的な構成としては、図９の従来技術と同様である。すなわち、消弧ガスが充たされた密閉容器内に１対の接点を配置し、通電時には両者を接触状態に保つことで通電を行い、電流遮断時には接点を開離させて前記ガス中にアーク放電を発生させ、そのアークを消弧することで電流を遮断せしめるよう構成する。
また、パッファ室５の圧力上昇は、ピストン３による機械的圧縮だけでなく、アーク８からの熱エネルギーを積極的にパッファ室５内に取り込むことによりもたらされるように構成する。すなわち、図１において、ガイド３２により、中空ロッド１２を流れる可動側熱ガス流１１ｂが連通穴３３を通ってパッファ室５内に取り込まれ、同部の圧力上昇に寄与するよう構成されている。
本発明では、密閉容器１内に充填されて消弧性ガスとしても機能する絶縁ガスとして、ＣＯ２、パーフルオロカーボン、ハイドロフルオロカーボン、ＣＦ３ＩなどのＳＦ６ガスよりも地球温暖化係数が低くかつＣ元素を含むガスを５０％以上含み、さらにＯ２ガスを５０％を超えない範囲で含む混合ガスを使用する。
具体的には、ＣＯ２(７０％)＋Ｏ２(３０％)の混合ガス、ＣＦ４(３０％)＋ＣＯ２(３０％)＋Ｏ２(４０％)の混合ガス、ＣＦ４(５０％)＋Ｎ２(３０％)＋Ｏ２(２０％)の混合ガスなどである。そこで、本実施形態では、ＣＯ２(７０％)＋Ｏ２(３０％)の混合ガス３１を用いる。
前記密閉容器１内には、Ｏ３、ＣＯ、および水分を吸収する機能を持った吸着剤３４を設置する。吸着剤３４はケース３５により密閉容器１内に保持されている。
密閉容器１には内部点検用の蓋３６が設けられており、ボルト３７で密封されている。蓋３６の接合部にはパッキン３８を設け、内部に充填されたガス３１の気密性を保持する。パッキン３８には二トリルゴム、フッ素ゴム、シリコーンゴム、アクリルゴム、エチレンプロピレンゴム、エチレンプロピレンジエンゴム、ブチルゴム、ウレタンゴム、ハイパロン、ＥＶＡ樹脂のいずれかを使用する
前記固定アーク接触子７ａおよび可動アーク接触子７ｂを開離動作する際に摺動する面、具体的には例えばシリンダ４の外周面には、摩擦を低減するために潤滑性のグリス３９を塗布する。このグリスにはシリコーングリスを用いる。接触通電を行わない金属表面の少なくとも一部、具体的には例えば固定接触部２１と可動接触部２２の外周面、および排気筒９の内面には、燐酸処理皮膜、アルミナ皮膜、フッ素系コーティング、塗装などの表面処理４０を施す。
（１−２）第１実施形態の作用
このように構成したガス絶縁開閉器においては、ＣＯ２ガス、パーフルオロカーボン、ハイドロフルオロカーボン、ＣＦ３Ｉガスなどをガス絶縁開閉器の消弧媒体の主体として適用することで、従来のＳＦ６ガスを利用したガス絶縁開閉器に比べて地球温暖化への影響を低減させることができ、なおかつ、概ね良好な性能を有するガス絶縁開閉器を提供することが可能である。
このように構成したガス絶縁開閉器においては、ＣＯ２ガス、パーフルオロカーボン、ハイドロフルオロカーボン、ＣＦ３Ｉガスなどをガス絶縁開閉器の消弧媒体の主体として適用することで、従来のＳＦ６ガスを利用したガス絶縁開閉器に比べて地球温暖化への影響を低減させることができ、なおかつ、概ね良好な性能を有するガス絶縁開閉器を提供することが可能である。
また、消弧媒体の主体はＣ元素を含むガスであるが、Ｏ２ガスを混合することにより、電流遮断にともなうカーボンの生成量を抑制することができる。図２に、一例としてＣＯ２／Ｏ２混合ガスにおけるＯ２ガス含有率とカーボン生成量との関係を示す。同図から分かるように、Ｏ２含有率を増やすことにより、それだけ電流遮断にともなうカーボン生成量を抑制することができる。
これは、Ｏ２ガス混入により、アークの再結合過程においてＣ原子が豊富に存在するＯ原子と反応しやすく、Ｃ単体で存在し難くなるからである。また、図３および図４に示すように、Ｏ２を混入させることにより、消弧性能および絶縁性能の向上も同時に図られる。
図２、図３、図４より分かるように、Ｏ２ガス含有率が多いほど、カーボン生成量を抑制することができ、同時に消弧性能、絶縁性能も向上させることができる。しかしながら、図２から分かるようにＯ２ガスを５０％以上含めても、それ以上カーボン生成量の抑制効果は得られないこと、Ｏ２ガスの濃度が高くなると、それだけガス絶縁開閉器構成部材の酸化や、アーク点弧時の絶縁物の燃焼などの不具合が生じやすくなることを鑑みると、Ｏ２ガスは５０％を超えない範囲で混合させることが望ましい。
なお、ここでは、ＣＯ２ガスを例にあげて説明したが、ＣＯ２以外のガス、例えばパーフルオロカーボン、ハイドロフルオロカーボン、ＣＦ３Ｉ等の場合でも原理的に同様のことが言える。
以上より、ＳＦ６ガスよりも地球温暖化係数が低くかつＣ元素を含むガスを主体とし、Ｏ２ガスを５０％を超えない範囲で含む混合ガスを消弧媒体に適用することで、従来のＳＦ６ガスを利用したガス絶縁開閉器に比べて地球温暖化への影響を低減させることができ、さらに電流遮断後においてもカーボン生成し難く、良好な品質、性能を有するガス絶縁開閉器を提供することが可能である。
（１−３）第１実施形態の効果
公知技術として説明した通り、パッファ室の圧力上昇にアークからの熱エネルギーを利用することが、消弧性能の向上に効果的である。第１実施形態においても、中空ロッド１２を流れる可動側熱ガス流１１ｂを連通穴３３を通してパッファ室５内に取り込み、パッファ室５の圧力上昇に寄与するよう構成されている。この場合、機械的圧縮を主体としたガス遮断器に比べ消弧性ガスの温度は必然的に高くなり、ガス分子の開離が進行するため、よりカーボンが生成されやすくなる。しかしながら、この場合においても、Ｏ２ガスを混入することでカーボンの生成を抑制することができる。
公知技術として説明した通り、パッファ室の圧力上昇にアークからの熱エネルギーを利用することが、消弧性能の向上に効果的である。第１実施形態においても、中空ロッド１２を流れる可動側熱ガス流１１ｂを連通穴３３を通してパッファ室５内に取り込み、パッファ室５の圧力上昇に寄与するよう構成されている。この場合、機械的圧縮を主体としたガス遮断器に比べ消弧性ガスの温度は必然的に高くなり、ガス分子の開離が進行するため、よりカーボンが生成されやすくなる。しかしながら、この場合においても、Ｏ２ガスを混入することでカーボンの生成を抑制することができる。
ＣＯ２ガス、パーフルオロカーボン、ハイドロフルオロカーボン、ＣＦ３ＩガスなどのＣ元素を含むガスに、Ｏ２ガスを混入してアークを点弧させると、ＣＯ、およびＯ３が生成される可能性がある。ＣＯは中毒性を有するガスであり、Ｏ３も反応性が高く有毒なガスである。密閉容器内にＣＯ、およびＯ３を吸収する機能を持った吸着剤３４を設置しておくことで、これらの有毒なガスを吸着し、安全性を高めることができる。
また、Ｏ３はパッキン３８に使われるゴム類を変質劣化させる作用が強く、ガス絶縁開閉器の品質劣化につながる懸念がある。パッキンに二トリルゴム、フッ素ゴム、シリコーンゴム、アクリルゴム、エチレンプロピレンゴム、エチレンプロピレンジエンゴム、ブチルゴム、ウレタンゴム、ハイパロン、ＥＶＡ樹脂などのＯ３に対して耐性の強い材料を使用することで、パッキン３８の劣化を防ぐことができる。
Ｏ２ガスの混入、あるはＯ３ガスの発生は、摺動面に使用される潤滑グリス３９の酸化劣化を促進させる可能性がある。これらに対する耐性が強いシリコーングリスを用いることで、潤滑性を維持することができる。
ＣＯ２ガスとＯ２ガスが高圧力で存在する環境において、微量の水分が存在すると、金属が腐食しやすいことが知られている。密閉容器内に水分を吸収する機能を持った吸着剤を設置しておくことで、これらの懸念を解消することができる。
Ｏ２ガスは５０％を超えない範囲で混合されているため、金属表面の酸化腐食、変質などは生じ難いが、接触通電を行わない金属表面に燐酸処理皮膜、アルミナ皮膜、フッ素系コーティング、塗装などの表面処理を施すことにより、同部のＯ２ガスによる同部の酸化腐食、変質などをより確実に防止することができる。
これにより、地球温暖化への影響が小さく、かつ優れた性能と品質を有するガス絶縁開閉器を提供することができる。
なお、本発明の形態においては、消弧性ガスは、ＣＯ２、パーフルオロカーボン、ハイドロフルオロカーボン、ＣＦ３Ｉのいずれかのガスとしたが、これらはＳＦ６ガスよりも地球温暖化係数が低くかつ電気絶縁性能、消弧性能が比較的優れる代表的なガスとしてあげたものである。ＳＦ６ガスよりも地球温暖化係数が低く、Ｃ元素を含むガスで、比較的(例えば空気と比較して)性能が優れるガスは他にも考えられ、それらのガスを使用した場合でも、上記の構成を有することで、同様の効果が得られる。
（２）第２実施形態
図５は本発明の第２の実施形態を示している。基本的な構成は図１に示した実施例と同じであるが、密閉容器１内に、ＣＯガスもしくはＯ３ガスの検出手段を設置したことを特徴とする。具体的には、密閉容器１内にＣＯガスもしくはＯ３ガスを検出可能なセンサ４１を設置し、その情報を分析装置４２において読み取るよう構成する。あるいは、密閉容器１内のガスを少量だけサンプリング容器４３に採取可能なように構成し、その採取ガスにおけるＣＯガスおよびＯ３ガスの含有量を別途分析装置により分析することでも良い。
図５は本発明の第２の実施形態を示している。基本的な構成は図１に示した実施例と同じであるが、密閉容器１内に、ＣＯガスもしくはＯ３ガスの検出手段を設置したことを特徴とする。具体的には、密閉容器１内にＣＯガスもしくはＯ３ガスを検出可能なセンサ４１を設置し、その情報を分析装置４２において読み取るよう構成する。あるいは、密閉容器１内のガスを少量だけサンプリング容器４３に採取可能なように構成し、その採取ガスにおけるＣＯガスおよびＯ３ガスの含有量を別途分析装置により分析することでも良い。
このような構成を有する第２実施形態においては、電流遮断を行うたびに、充填されているＣ元素を含むガス、およびＯ２ガスがアークで分解、再結合されるため、それにともない発生するＣＯガス、あるいはＯ３ガスの濃度が上昇する。また、電流遮断を行わなくても、密閉容器１内で何らかの絶縁不良があり、部分放電が発生していると、その放電により継続的にＣＯガス、あるいはＯ３ガスが生成される。
これらのガスの有無、あるいは濃度を前記センサ４１、あるいはサンプリング容器４３を用いて分析、監視することで、電流遮断が行われた履歴や、絶縁破壊の前駆現象である部分放電が発生していることを知ることができる。これにより、機器の状態を把握することができ、適正な点検および更新の時期の判断を行うことができる。
（３）第３実施形態
この第３実施形態は、ガス絶縁開閉器の基本的な構成としては、前記第１実施形態と同様である。ただし、第３実施形態においては、消弧性ガスとして、ＣＯ２などのＳＦ６ガスよりも地球温暖化係数が低くかつＣ元素およびＯ元素を含むガスを５０％以上含み、さらにＨ２ガスを２５％を超えない範囲で含む混入ガスを適用する。
この第３実施形態は、ガス絶縁開閉器の基本的な構成としては、前記第１実施形態と同様である。ただし、第３実施形態においては、消弧性ガスとして、ＣＯ２などのＳＦ６ガスよりも地球温暖化係数が低くかつＣ元素およびＯ元素を含むガスを５０％以上含み、さらにＨ２ガスを２５％を超えない範囲で含む混入ガスを適用する。
また、前記第１実施形態とは異なり、アークの熱エネルギーをパッファ室の圧力上昇に積極的には利用しないように構成し、パッファ室の圧力上昇はピストンによる機械的圧縮を主体に行い、消弧性ガスの温度が過度に上昇しないようにする。この際の具体的な温度としては３０００Ｋ以下が目安である。具体的には、中空ロッド１２を流れる可動側熱ガス流１１ｂがパッファ室５内に入り込むことがないように、中空ロッド１２の基部に図１のような連通穴３３を設けないものとする。
さらに、第３実施形態においても、密閉容器１内に設けたケース３５内に、水分を吸収する機能を持った吸着剤３４を設置する。
このように構成した第３実施形態のガス絶縁開閉器においては、消弧性ガスがＣ元素を含んでいるが、その温度が過度には上昇しない様に構成しているため、ガス分子開離によるカーボン生成が低く抑えられる。
しかしながら、ガス温度を過剰に上昇させないよう、アークの熱エネルギーをパッファ室の圧力上昇に積極的には利用しないように構成してあるため、第１実施形態のようなアークの熱エネルギーを積極的に利用するタイプの消弧室に比べて、アークへの吹付け圧力が低くなり、その結果消弧性能が低下してしまうことが問題となる。
しかし、第３実施形態においては、消弧性能に非常に優れるＨ２ガスを混合させることで、消弧性能を向上させ、アークの熱エネルギーを積極的に利用しないことによる性能の低下を補うことができる。Ｈ２ガスは天然に存在するガスであり環境に対して無害であるため、従来のＳＦ６ガスを利用したガス絶縁開閉器に比べて、地球環境への影響を低減させることができる。
図６に、一例としてＣＯ２／Ｈ２混合ガスにおけるＨ２ガス含有率と消弧性能との関係を示す。このように、Ｈ２ガスの含有率を増やすことにより、それだけ消弧性能を向上させることができる。
Ｈ２ガス含有率が多いほど消弧性能を向上させることができるが、ＣＯ２ガスのようにＯ元素を含むガス中にＨ２ガスが存在すると、アークの再結合過程において、水分(Ｈ２Ｏ)が生成される懸念がある。水分の発生はガス絶縁開閉器を構成する金属や絶縁物の劣化につながる。しかしながら、図７に示すとおり、Ｈ２の含有率を２５％を超えない範囲に限ることにより、水分生成量を少量に抑えることができるため、機器の品質劣化を防ぐことができる。
さらに、水分を吸収する機能を持った吸着剤３４を設置することで、電流遮断過程において水分が多少発生しても、それらを吸着し、機器の品質劣化をより確実に防ぐことができる。
また、Ｈ２ガスは消弧性能には非常に優れるが、電気絶縁性能は空気と比較しても大幅に劣ることが知られている。したがって、Ｈ２ガスの含有率が増えると、それだけ絶縁性能が低下してしまう恐れがあるが、その含有率を２５％を超えない範囲に限ることにより、絶縁性能の低下を最小限にすることができる。
なお、ここでは、ＣＯ２ガスを例にあげたが、ＣＯ２以外のガス、例えばパーフルオロカーボン、ハイドロフルオロカーボン等の場合でも原理的に同様のことが言える。これにより、地球温暖化への影響が小さく、かつ優れた性能と品質を有するガス絶縁開閉器を提供することができる。
（４）第４実施形態
図８は本発明の第４実施形態を示す、可動接触部の拡大図である。第４実施形態においては、アーク、もしくはアークにより熱せられた高温ガス流に直接曝露される位置に、Ｏ元素もしくはＨ元素を含む固体材料を配置したことを特徴とする。具体的には、ガイド３２の表面付近、シリンダ４の内周部及びピストン３のパッファ室５側端面にそれぞれ固体素子５１を設置する。
図８は本発明の第４実施形態を示す、可動接触部の拡大図である。第４実施形態においては、アーク、もしくはアークにより熱せられた高温ガス流に直接曝露される位置に、Ｏ元素もしくはＨ元素を含む固体材料を配置したことを特徴とする。具体的には、ガイド３２の表面付近、シリンダ４の内周部及びピストン３のパッファ室５側端面にそれぞれ固体素子５１を設置する。
このような構成を有する第４実施形態では、電流遮断時において、Ｏ元素もしくはＨ元素を含む固体素子５１は、高温のアークあるいは高温のガス流に曝されることにより、溶融、気化される。これにより、電流遮断時のみアーク近傍にＯ２ガス、あるいはＨ２ガスが局所的に供給され、高濃度な状態となる。
その結果、密閉容器１内の絶縁ガスに、Ｏ２ガスあるいはＨ２ガスを添加することに加えて、より高温となるアーク近傍にＯ２ガスあるいはＨ２ガスを供給することができ、遮断性能とカーボン生成の防止性能とを共に向上させることができる。
１…密閉容器
２…消弧性ガス
３…ピストン
４…シリンダ
５…パッファ室
６…絶縁ノズル
７ａ…固定アーク接触子
７ｂ…可動アーク接触子
８…アーク
９…排気筒
１０…終端部
１１ａ…固定側熱ガス流
１１ｂ…可動側熱ガス流
１２…中空ロッド
２１…固定接触部
２２…可動接触部
３１…ＣＯ２＋Ｏ２混合ガス
３２…ガイド
３３…連通穴
３４…吸着剤
３５…ケース
３６…蓋
３７…締付ボルト
３８…パッキン
３９…シリコーングリス
４０…表面処理皮膜
４１…センサ
４２…分析装置
４３…サンプリング容器
５１…固体素子
２…消弧性ガス
３…ピストン
４…シリンダ
５…パッファ室
６…絶縁ノズル
７ａ…固定アーク接触子
７ｂ…可動アーク接触子
８…アーク
９…排気筒
１０…終端部
１１ａ…固定側熱ガス流
１１ｂ…可動側熱ガス流
１２…中空ロッド
２１…固定接触部
２２…可動接触部
３１…ＣＯ２＋Ｏ２混合ガス
３２…ガイド
３３…連通穴
３４…吸着剤
３５…ケース
３６…蓋
３７…締付ボルト
３８…パッキン
３９…シリコーングリス
４０…表面処理皮膜
４１…センサ
４２…分析装置
４３…サンプリング容器
５１…固体素子
Claims (12)
- ＳＦ６ガスよりも地球温暖化係数が低い絶縁ガスで充たされた密閉容器内に１対の接点を配置し、通電時には両接点を接触状態に保つことで通電を行い、電流遮断時には両接点を開離させて両接点間に発生したアークに絶縁ガスを吹き付けて消弧するガス絶縁開閉器において、
前記絶縁ガスがＣ元素を含むガスを５０％以上含む混合ガスであって、この混合ガス中にはＯ元素が含まれていることを特徴とするガス絶縁開閉器。 - 前記混合ガスが、Ｃ元素を含むガスを５０％以上含み、かつＯ２ガスを５０％を超えない範囲で含むものであることを特徴とする請求項１に記載のガス絶縁開閉器。
ス絶縁開閉器 - 前記Ｃ元素を含むガスは、ＣＯ２、パーフルオロカーボン、ハイドロフルオロカーボン、ＣＦ３Ｉのいずれかであることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のガス絶縁開閉器。
- 前記ガス絶縁開閉器は、その接点を開離動作する際に、接点間で発生したアークに絶縁ガスを吹き付けるガス流発生手段を有し、
前記ガス流発生手段は、蓄圧空間と、この蓄圧空間の圧力を上昇させる圧力上昇手段と、蓄圧空間とアークとを結ぶガス流路から構成され、
前記圧力上昇手段として、アークにおいて発生する熱エネルギーを蓄圧空間内に導入することで蓄圧空間内の圧力を上昇させるものを有することを特徴とする請求項１、請求項２または請求項３に記載のガス絶縁開閉器。 - 前記Ｃ元素を含むガスはＣ元素およびＯ元素を含むガスであって、前記混合ガスが、Ｃ元素およびＯ元素を含むガスを５０％以上含みかつＨ２ガスを２５％を超えない範囲で含むものであることを特徴とする請求項１に記載のガス絶縁開閉器。
- 前記ガス絶縁開閉器は、その接点を開離動作する際に、接点間で発生したアークに絶縁ガスを吹き付けるガス流発生手段を有し、
前記ガス流発生手段は、蓄圧空間と、この蓄圧空間の圧力を上昇させる圧力上昇手段と、蓄圧空間とアークとを結ぶガス流路から構成され、
前記圧力上昇手段は、前記蓄圧空間を圧縮するパッファピストンにより構成されていることを特徴とする請求項５に記載のガス絶縁開閉器。 - 前記密閉容器内に、水分、ＣＯ、Ｏ３の少なくとも１つを吸収する吸着剤を設置することを特徴とする請求項１から請求項６の何れか１項に記載のガス絶縁開閉器。
- 前記密閉容器に絶縁ガスを密封するための気密手段として、二トリルゴム、フッ素ゴム、シリコーンゴム、アクリルゴム、エチレンプロピレンゴム、エチレンプロピレンジエンゴム、ブチルゴム、ウレタンゴム、ハイパロン、ＥＶＡ樹脂のいずれかを材料としたパッキンを使用したことを特徴とする請求項１から請求項７の何れか１項に記載のガス絶縁開閉器。
- 前記両接点における開離動作時の摺動面に、潤滑性のシリコーングリスを塗布したことを特徴とする請求項１から請求項８の何れか１項に記載のガス絶縁開閉器。
- 接触通電を行わない金属表面の少なくとも一部に、燐酸処理皮膜、アルミナ皮膜、フッ素系コーティング、塗装のいずれかの表面処理を施したことを特徴とする請求項１から請求項９の何れか１項に記載のガス絶縁開閉器。
- 前記密閉容器に、その内部のＣＯガスもしくはＯ３ガスを検出する検出手段を設けたことを特徴とする請求項１から請求項１０の何れか１項に記載のガス絶縁開閉器。
- 前記アークもしくは前記アークにより熱せられたガス流に曝露される位置に、Ｏ元素もしくはＨ元素を含む固体材料を配置したことを特徴とする請求項１から請求項１１の何れか１項に記載のガス絶縁開閉器。
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