JP2007300717A - ガス絶縁電気機器 - Google Patents

Abstract

【課題】絶縁ガスとしてヨウ素化合物を用いたガス絶縁電気機器において、分解によって発生するヨウ素又はヨウ素化合物を確実に捕集することにより、反応性の高いヨウ素濃度を低減して、絶縁信頼性の向上を図ったガス絶縁電気機器を提供する。
【解決手段】金属容器２内には、高電圧印加部１を電気的に絶縁するための絶縁ガス４として、ＣＦ_３Ｉ等のヨウ素化合物が封入されている。金属容器２の底面にガス吸着剤５が設けられている。ガス吸着剤５は、銀又は銀の化合物から成り、ヨウ素又はヨウ素化合物の選択捕集性能を有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、絶縁ガスとしてヨウ素化合物を用いたガス絶縁電気機器に関するものである。

一般的に、電力を継続的に供給するために、開閉装置、遮断器、変圧器、避雷器などの変電機器やキュービクル型開閉装置などの受配電機器が用いられている。これらの機器にはガス絶縁電気機器が多く採用されている。ガス絶縁電気機器とは、接地された金属容器内に高電圧印加部が設けられると共に、高電圧印加部と金属容器（接地電位）との間を電気的に絶縁するために絶縁ガスが封入されている電気機器である。

絶縁ガスとしては、空気よりも約３倍の絶縁耐力があるＳＦ_６ガスが主として利用されている。しかし、ＳＦ_６ガスは、地球温暖化防止京都会議（ＣＯＰ３）において地球温暖化ガスとして指定され、現在世界的な規模でＳＦ_６ガスの排出量の削減が望まれている。すなわち、地球温暖化問題への取り組みから、地球温暖化係数の高い温室効果ガスであるＳＦ_６ガスは、その使用が規制される方向にあり、国内外でもＳＦ_６ガスを使用しないよう、その代替ガスを封入したガス絶縁電気機器の適用が模索されている。

ＳＦ_６ガスの代替ガスとしては、大気中に含まれているＮ_２、Ｏ_２、ＣＯ_２などが候補であり、高電圧絶縁や大電流遮断などの性能ごとに実用化に近い研究が行われている。ただし、ＳＦ_６ガスを、単に窒素ガスのような温室効果の小さいガスに置き換えた場合、その圧力を著しく高くしなくてはならない。したがって、機器の耐圧力性能を格段に向上させる必要があり、経済的に不利である。

また、高圧ガスの取り扱いには十分な注意が不可欠であって、しかも、絶縁能力が充填圧力に必ずしも比例しない。このため、ＳＦ_６の代替ガスを用いた場合、代替ガスの高圧化は得策とは言えなかった。さらに、都市部における地下変電所のニーズが高まる近年、電気機器のさらなる小型化が要求されており、絶縁性能の劣るＳＦ_６代替ガスの使用が、機器の大型化を招くことは望ましくない。

そこで、開閉部を有するガス区画と、開閉部を有しないガス区画とを絶縁スペーサで分離し、開閉部を有しないガス区画にだけＳＦ_６ ガス以外のガスを封入するなど、ＳＦ_６ガス使用量を低減すると共に、大型化を回避するといった技術が種々提案されている（特許文献１〜４など）。また、ＳＦ_６ガス使用量を削減させた場合、絶縁性能を確保することが重要なので、高電圧導体や金属容器の表面にＳＦ_６ガスを吸着するＳＦ_６ガス吸着部を設け、ここに吸着されたＳＦ_６ガスによって電子の動きを抑制するといった技術が考えられている（特許文献５参照）。

しかしながら、現時点では、ＳＦ_６ガスよりも優れた絶縁性能を有し、かつ有毒性、爆発性、液化温度などの要求項目をいずれもクリアするといった実用性の高い代替ガスは存在していない。このような状況の下、ＳＦ_６ガスに替わる代替ガス絶縁機器の開発に当たっては、絶縁性能がＳＦ_６ガスよりも劣るものの、環境的あるいは化学的な性質が良好であるガスを利用した技術が検討されている。

具体的には、ＣＦ_３Ｉなどのヨウ素化合物を絶縁ガスとして用いたものが提案されている（特許文献６、７参照）。ヨウ素化合物は、ＳＦ_６ガスの使用量低減に向けて有効なガスであり、ＳＦ_６ガスの絶縁性能に近づけるべく、様々な改良がなされている。例えば、加熱手段などを用いることによってＣＦ_３Ｉの混合割合を高めるといった技術がある（特許文献８、９参照）。

特開平１１−２７５７２０号公報 特開２０００−１６４０４０号公報 特開平１１−３４１６２２号公報 特開平１１−２９９０２０号公報 特開２０００−６９６３５号公報 特開２０００−１５２４４７号公報 特開２０００−１６６０３３号公報 特開２０００−１５０２５３号公報 特開２０００−２２４７２２号公報

しかしながら、絶縁ガスとしてＣＦ_３Ｉなどのヨウ素化合物を用いたガス絶縁電気機器には、次の様な問題が挙げられていた。すなわち、ＣＦ_３Ｉを絶縁ガスとして用いた場合、金属容器内部で部分放電またはアーク放電が発生すると、ＣＦ_３Ｉが分解されて、ヨウ素およびヨウ素化合物が発生する。

また、ＣＦ_３Ｉは、ＳＦ_６ガスやＮ_２ガスに比べて、化学的な安定性が低いため、たとえ内部放電が発生しなくても、緩慢な分解が進行し、微量ではあるが常時ヨウ素が発生することになる。ヨウ素は反応性が高いので、金属容器内部の金属材料や絶縁材料と反応し、これらの材料を劣化させる原因となる。特に、ヨウ素は固体化すると金属の性質を有するため、絶縁信頼性が脅かされる危険性がある。これらの課題は、上記の従来技術では十分な解決がなされておらず、その早期解消が待たれていた。

本発明は、このような状況に鑑みて提案されたものであり、絶縁ガスとしてヨウ素化合物を用いたガス絶縁電気機器において、分解によって発生するヨウ素又はヨウ素化合物を確実に捕集することにより、反応性の高いヨウ素濃度を低減して、絶縁信頼性の向上を図ったガス絶縁電気機器を提供することを目的とするものである。

本発明は、上記の目的を達成するために、接地された金属容器内に高電圧印加部を設けると共に、前記金属容器内に、前記高電圧印加部を電気的に絶縁するための絶縁ガスとして、ヨウ素化合物を含むガスを封入したガス絶縁電気機器において、ヨウ素又はヨウ素化合物を選択的に捕集可能なガス吸着部を設けたことを特徴とするものである。

このような本発明では、金属容器内に封入されたヨウ素化合物が、運転中における自然分解、運転中の部分放電、地絡事故等によるアーク放電によって分解され、分解生成物としてヨウ素単体又はヨウ素化合物が生じた場合でも、ガス吸着部がヨウ素又はヨウ素化合物を選択的に捕集することができる。

本発明によれば、ガス吸着部がヨウ素又はヨウ素化合物を選択的に捕集することで、反応性の高いヨウ素濃度を低減でき、金属容器内の金属材料や絶縁材料の劣化を抑制することが可能となり、絶縁性能の低下を防いで、絶縁信頼性の向上を図ることができる。

以下、本発明に係る代表的な実施形態について、図面を参照して具体的に説明する。なお、下記の実施形態において、形状は異なっても同一の機能を有する部材に関しては、同一符号を付す。

（第１の実施形態）
［構成］
図１は、本発明に係る第１の実施形態の構成図である。図１に示すように、第１の実施形態では、密閉されたタンクからなる金属容器２が設けられており、この金属容器２内に高電圧印加部１が設置されている。

また、金属容器２内には高電圧印加部１を電気的に絶縁するための絶縁ガス４として、ＣＦ_３Ｉ等のヨウ素化合物が封入されている。高電圧印加部１は、金属容器２の壁面に取り付けられた支持絶縁物３によって金属容器２に支持絶縁されている。第１の実施形態の構成上の特徴は、金属容器２の底面にガス吸着剤５が設けられている点にある。ガス吸着剤５は、銀又は銀の化合物から成り、ヨウ素又はヨウ素化合物の選択捕集性能を有している。

［作用効果］
以上の構成を有する第１の実施形態の作用効果は次の通りである。すなわち、金属容器２内には、運転中における自然分解、運転中の部分放電、地絡事故等によってアーク放電が発生する。そのため、絶縁ガス４中のＣＦ_３Ｉが分解され、分解生成物として、ヨウ素単体又はヨウ素化合物が生じる。

この時、金属容器２底面に設置されたガス吸着剤５では、分解生成物であるヨウ素又はヨウ素化合物が、ヨウ素との反応性の高い銀と化合し、比較的安定なヨウ化銀ＡｇＩとなることで、ヨウ素又はヨウ素化合物を選択的に捕集することができる。したがって、金属容器２内において、反応性の高いヨウ素濃度を低減でき、金属容器２内の金属材料や絶縁材料の劣化を抑制することができる。これにより、絶縁性能の低下を回避でき、信頼性の高いガス絶縁電気機器を提供することができる。

（第２の実施形態）
［構成］
図２は、本発明に係る第２の実施形態の構成図である。図２に示すように、第２の実施形態では、円筒状の金属容器２が設けられ、この金属容器２内に金属容器２と同軸上に高電圧印加部１が配置されている。金属容器２内には高電圧印加部１を電気的に絶縁するための絶縁ガス４として、ＣＦ_３Ｉ等のヨウ素化合物が封入されている。高電圧印加部１は、金属容器２に取り付けられた支持絶縁物３によって支持絶縁されている。

第２の実施形態では、金属容器２の底面に管台１５が設けられており、その内部にガス吸着剤５が設けられている。ガス吸着剤５は、銀又は銀の化合物から成り、ヨウ素又はヨウ素化合物の選択捕集性能を有している。

［作用効果］
このような第２の実施形態では、上記第１の実施形態と同じく、金属容器２底面の管台１５に設置されたガス吸着剤５が、分解生成物であるヨウ素又はヨウ素化合物を、選択的に捕集することができる。すなわち、ガス吸着剤５において、分解生成物であるヨウ素又はヨウ素化合物が、ヨウ素との反応性の高い銀と化合し、比較的安定なヨウ化銀ＡｇＩとなることで、ヨウ素又はヨウ素化合物を選択的に捕集する。このため、金属容器２内におけるヨウ素濃度を低減化でき、絶縁性能の低下を防いで、ガス絶縁電気機器は優れた絶縁信頼性を発揮することができる。

（第３の実施形態）
［構成］
図３は、本発明に係る第３の実施形態の構成図である。第３の実施形態の基本的な構成は、第２の実施形態と同様である。第３の実施形態は、高電圧印加部１表面に、銀または銀の化合物がコーティングされてガス吸着剤５が形成される点に特徴がある。ガス吸着剤５はヨウ素又はヨウ素化合物の選択捕集性能を有している。

［作用効果］
このような第３の実施形態では、上記第１及び第２の実施形態の持つ作用効果に加えて、高電圧印加部１の表面にガス吸着剤５を設けているため、高電圧印加部１近傍で部分放電により生成したヨウ素又はヨウ素化合物を、速やかに吸着・捕集可能である。しかも、ガス吸着剤５はコーティングにて形成したので、その表面積を容易に大きくすることができる。このため、効率よくヨウ素又はヨウ素化合物を捕集することができる。なお、ガス吸着剤５のコーティングは、高電圧印加部１の表面に限らず、金属容器２内面であっても、同様の効果を得ることができる。

（第４の実施形態）
［構成］
図４は、本発明に係る第４の実施形態の構成図である。図４に示すように、第４の実施形態の基本構成は、上記第２及び第３の実施形態と同様である。第４の実施形態の特徴は、各支持絶縁物３における金属容器２への取り付け部分近傍、すなわち各支持絶縁物３の根元部分にガス吸着剤５が設けられている点にある。ガス吸着剤５は、銀又は銀の化合物から成り、ヨウ素又はヨウ素化合物の選択捕集性能を有している。

［作用効果］
以上のような構成を有する第４の実施形態においては、上記第１〜第３の実施形態と同じく、ＣＦ_３Ｉの分解により発生するヨウ素又はヨウ素化合物を、ガス吸着剤５によって選択吸着する上に、次のような作用効果がある。

すなわち、第４の実施形態では、ガス吸着剤５が、各支持絶縁物３近傍のヨウ素又はヨウ素化合物を迅速に吸着することが可能である。しかも、ガス吸着剤５は支持絶縁物３の取り付け部分にあるため、金属容器２内に広く分散して配置することができ、ヨウ素又はヨウ素化合物を広範囲にわたって捕集することができる。

（第５の実施形態）
［構成］
図５は、本発明に係る第５の実施形態の構成図である。図５に示すように、第５の実施形態は、金属容器２内部に消弧室１６が設けられたガス絶縁電気機器に、本発明を適用したものである。

消弧室１６には、機構部（図示せず）によって駆動する一対のアーク接触子７と、高圧ガスを発生するパッファ室６と、パッファ室６からのガス流１０をアーク接触子７近傍に向かって誘導する絶縁ノズル８等が設けられている。さらに、絶縁ノズル８に対向して、アーク接触子７近傍から金属容器２内のガス圧空間に向かって高圧のガス流１０を誘導するための下流流路９が形成されている。

第５の実施形態の特徴は、この下流流路９の壁面にガス吸着剤５が設けられていることにある。ガス吸着剤５は、銀又は銀の化合物から成り、ヨウ素又はヨウ素化合物の選択捕集性能を有している。

［作用効果］
消弧室１６が設けられたガス絶縁電気機器では、電流遮断時にアーク接触子７間に発生するアークによって、絶縁ガス４中のＣＦ_３Ｉは多量に分解され、多量のヨウ素又はヨウ素化合物が発生することが知られている。そこで、第５の実施形態では、ヨウ素又はヨウ素化合物を多量に含むガス流１０が下流流路９を通過する際、下流流路９壁面のガス吸着剤５がヨウ素又はヨウ素化合物を選択吸着するようになっている。

このため、下流流路９通過後のガス流１０にはヨウ素又はヨウ素化合物の残存量は少なくなり、金属容器２内のガス圧空間に向かってガス流１０が流れ出ても、金属容器２の金属材料や絶縁材料にはヨウ素又はヨウ素化合物が付着することがない。したがって、金属容器２内におけるヨウ素濃度を低減して、ガス絶縁電気機器の信頼性を高めることが可能である。

（第６の実施形態）
［構成］
図６は、本発明に係る第６の実施形態の構成図である。図６に示すように、第６の実施形態の基本構成は、上記第２、第３及び第４の実施形態と同様である。本実施形態では、金属容器２の上部に配管１１が設けられ、金属容器２の下部に配管１２が設けられている。また、配管１１には強制対流手段１７が接続されている。

強制対流手段１７は、金属容器２内に強制的に絶縁ガス４の対流を発生させる手段であり、配管１１にはガス流１３が、配管１２にはガス流１４が流れるようになっている。配管１２の位置は絶縁ガス４の対流の下流側であり、ここにガス吸着剤５が設置されている。ガス吸着剤５は、銀又は銀の化合物から成り、ヨウ素又はヨウ素化合物の選択捕集性能を有している。

［作用効果］
以上のような第６の実施形態では、ＣＦ_３Ｉの分解により発生するヨウ素又はヨウ素化合物を、ガス吸着剤５によって選択吸着することができる。特に、第６の実施形態では、金属容器２内の絶縁ガス４を強制的に対流されるため、ヨウ素又はヨウ素化合物を効率よく吸着捕集することが可能となる。したがって、金属容器内の金属材料や絶縁材料の劣化を抑制して信頼性の高いガス絶縁電気機器を提供することができる。なお、強制対流手段１７は金属容器２内に設けることも可能である。

（他の実施形態）
なお、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、ガス吸着剤の材料や設置箇所や設置数等は適宜選択可能である。例えば、合成ゼオライトに銀をコーティングした材料でガス吸着剤５を構成しても良い。

より詳しくは、ＡｇＸ（Ｘ型合成ゼオライトに銀をコーティング）、ＡｇＺ（Ｚ型合成ゼオライトに銀をコーティング）、Ａｇ^０Ｚ（ＡｇＺを水素処理）、ＡＣ−６１２０Ｒ（非晶性シリカに硝酸銀を含浸したもの）、アルミナに硝酸銀を含浸したもの、活性炭に銀を蒸着したもの、濾紙に銀を蒸着したものなどがある。なお、銀の含有率は２０％以上が望ましい。このようなガス吸着剤５を設置することにより、銀の表面積を格段に増大させることが可能になり、吸着捕集効率を大きく向上する。したがって、絶縁電気機器における絶縁信頼性をいっそう高めることができる。

また、ガス吸着剤５の一部を、苛性ソーダなどのアルカリ物質で構成しても良い。苛性ソーダからなるガス吸着剤５を用いれば、ＣＦ_３Ｉの分解によって発生したヨウ素またはヨウ素化合物は、ヨウ素と反応性の高いナトリウムと化合し、比較的安定なヨウ化ナトリウムＮａＩとなって吸着捕集することができる。このため、金属容器２内の金属材料や絶縁材料の劣化を抑制することが可能となる。

さらには、ガス吸着剤５の一部を、ヨウ素の吸着性能の高いハイドロタルサイト様鉱物またはベーマイト様鉱物で構成しても良い。この時、鉱物の結晶は細かいことが望ましい。このようなガス吸着剤５では、ハイドロタルサイト様鉱物またはベーマイト様鉱物がＣＦ_３Ｉの分解によって発生したヨウ素またはヨウ素化合物をすばやく吸着することができるため、金属容器２内の金属材料や絶縁材料の劣化を防止することができる。

また、ガス吸着剤５の一部を不飽和ポリエステル樹脂または官能基を有するイオン交換樹脂、例えば、不飽和ポリエステル樹脂や、アンモニウム基を官能基とする強塩基性アニオン交換樹脂などで構成した実施形態も包含する。

このようなガス吸着剤５では、不飽和ポリエステル樹脂の不飽和結合部やイオン交換樹脂の官能基において、ＣＦ_３Ｉの分解により発生したヨウ素又はヨウ素化合物が付加反応を起こして、これらの樹脂に固定されることになる。したがって、金属容器２内の金属材料や絶縁材料に、ヨウ素又はヨウ素化合物が付着して、前記材料にて劣化が起きる心配がなく、優れた絶縁性能を維持して、信頼性の高いガス絶縁電気機器を提供することができる。

さらに、吸着材料をコーティングあるいは含浸した多孔性素材、膜状素材もしくは繊維状素材によって、ガス吸着部を構成することも可能である。このようなガス吸着部は、高電圧印加部又は金属容器に対する設置が容易であるといった利点がある。

本発明に係る第１の実施形態の構成図。 本発明に係る第２の実施形態の構成図。 本発明に係る第３の実施形態の構成図。 本発明に係る第４の実施形態の構成図。 本発明に係る第５の実施形態の構成図。 本発明に係る第６の実施形態の構成図。

符号の説明

１…高電圧印加部
２…金属容器
３…支持絶縁物
４…絶縁ガス
５…ガス吸着剤
６…パッファ室
７…アーク接触子
８…絶縁ノズル
９…下流流路
１１、１２…配管
１０、１３、１４…ガス流
１５…管台
１６…消弧室
１７…強制対流手段

Claims (7)

1. 接地された金属容器内に高電圧印加部を設けると共に、前記金属容器内に、前記高電圧印加部を電気的に絶縁するための絶縁ガスとして、ヨウ素化合物を封入したガス絶縁電気機器において、
   ヨウ素又はヨウ素化合物を選択的に捕集可能なガス吸着部を設けたことを特徴とするガス絶縁電気機器。
2. 前記ガス吸着部を構成する吸着材料として、銀、水銀、鉛、銀の化合物、アルカリ物質、ハイドロタルサイト様鉱物、ベーマイト様鉱物、不飽和結合を有する有機高分子材料及び官能基を有するイオン交換樹脂のうちの少なくとも１つを用いたことを特徴とする請求項１に記載のガス絶縁電気機器。
3. 前記ガス吸着部は、前記金属容器内面及び前記高電圧印加部表面の少なくとも一部に、吸着材料をコーティングして形成したことを特徴とする請求項１又は２に記載のガス絶縁電気機器。
4. 前記ガス吸着部は、吸着材料をコーティングあるいは含浸した多孔性素材、膜状素材もしくは繊維状素材からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のガス絶縁電気機器。
5. 前記高電圧印加部を前記金属容器に支持するための支持絶縁物を設置し、
   前記支持絶縁物の近傍に前記ガス吸着部を設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のガス絶縁電気機器。
6. 前記ガス絶縁電気機器は、一対のアーク接触子と、前記アーク接触子を駆動する機構部を備え、電流遮断時に前記アーク接触子間に発生するアークに高圧ガスを吹き付けることにより消弧を達成する電気機器であって、
   前記アーク接触子近傍から前記金属容器内に封入された絶縁ガスの空間に向かって前記高圧ガスを排気する流路途中に、前記ガス吸着部を設けたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のガス絶縁電気機器。
7. 前記金属容器内に封入された絶縁ガスを強制的に流す強制対流手段を備え、前記絶縁ガスの流路下流部に前記ガス吸着部を配置したことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のガス絶縁電気機器。

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