JP2014124053A - 電力用ガス絶縁機器 - Google Patents

Abstract

【課題】絶縁媒体としてＣＯ_２ガスを用いた電力用ガス絶縁機器において、ＣＯ_２ガスの解離により発生したＣＯガスを除去し、安全に点検保守を実施できる環境調和型の電力用ガス絶縁機器を提供する。
【解決手段】実施形態の電力用ガス絶縁機器は、密閉容器内に絶縁ガスとして二酸化炭素ガス又は二酸化炭素ガスを含む混合ガスを充填するとともに、当該密閉容器内に一対の接点を配置し、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乖離させて前記絶縁ガス中にアーク放電を発生させ、そのアーク放電を消弧することで電流を遮断せしめるよう構成され、前記密閉容器内に、前記二酸化炭素ガスをよりも一酸化炭素ガスを選択的に吸着する吸着剤を配設している。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、電力用ガス絶縁機器に関する。

電力の送配電・変電システムにおいては、絶縁媒体として六弗化硫黄（以下、ＳＦ_６）ガスを利用した、ガス絶縁開閉装置、ガス遮断器、ガス断路器、ガス絶縁変圧器、ガス絶縁送電管などの様々な機器が使用されている。これらの機器においては、ＳＦ_６ガスを高電圧絶縁媒体のみならず、通電時の発熱を対流により冷却する冷却媒体としてや、ガス遮断器、ガス断路器など電流開閉を伴う機器においては、開閉動作時に発生するアーク放電を消滅させる消弧媒体としても機能させている。

ＳＦ_６ガスは非常に安定した不活性なガスであり、無毒、不燃性であると同時に、電気絶縁性能、および放電を消滅させる性能（以下、消弧性能）に極めて優れたガスであり、送配電・変電機器の高性能化、コンパクト化に大きく寄与している。

しかしながら、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ＣＯ_２ガスを１とした場合の相対値により表され、ＳＦ_６ガスの地球温暖化係数は２３、９００に及ぶことが知られている。

上記の背景で、送配電・変電用機器における絶縁ガスとしてＳＦ_６の代わりに二酸化炭素（以下、ＣＯ_２）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）。ＣＯ_２ガスは地球温暖化作用がＳＦ_６ガスに比べて２３、９００分の１と非常に小さいため、ＣＯ_２ガスをＳＦ_６ガスの代わりに送配電・変電用機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、ＣＯ_２ガスの絶縁性能および消弧性能はＳＦ_６ガスに比べると劣るものの、ＳＦ_６ガスが電力用ガス絶縁機器に適用される以前に絶縁、消弧媒体として主に使用していた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。すなわち、ＣＯ_２ガスをＳＦ_６ガス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送配電・変電用機器を提供することが可能である。

ところで、ガス遮断器やガス断路器などのように、その機能として電流開閉を伴う機器は、その動作にともない必然的に密閉容器内ではアーク放電が発生する。密閉容器内でアーク放電が生じた場合には、密閉容器内に充填したガスは放電過程においてプラズマ化し、分子の解離、再結合が生じる。

従来変電機器に使用されているＳＦ_６ガスは非常に安定した分子構造であるので、放電によりひとたび分子が解離しても、通常の環境ではほとんどが元のＳＦ_６分子へと再結合することが知られている。一方、アーク放電により解離したＣＯ_２は元のＣＯ_２へと再結合し難く、一酸化炭素（ＣＯ）ガスと酸素ガスとに解離してしまう。酸素ガスは、密閉容器内の例えば銅や鉄などの金属と酸化反応して消費されるが、有毒ガスであるＣＯガスは残存してしまう可能性がある。

ＣＯガスが残存していると、ガス遮断器など電流開閉を行うＣＯ_２ガス絶縁機器の内部点検時に、充填ガスを大気開放する際にＣＯガスを吸気する可能性があり、現状ではＣＯガスの排出場所や排出方向を限定するか、もしくはＣＯガスを回収するかしなければならず、ガス交換や保守点検の作業効率がＳＦ_６ガス遮断器と比較して改善されないという課題が生じた。

従来、合成ゼオライトを吸着剤として用いることで、電流開閉後の充填ガス中に浮遊しているＳＦ_６分解ガスに対しては吸着・分離することが可能であったが、絶縁ガスとしてＣＯ_２ガスをＳＦ_６ガスの代わりに適用した場合、これらゼオライトは絶縁ガスであるＣＯ_２を吸着してしまい、ＣＯを十分取り除くことができないという問題がある。

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

本発明は、絶縁媒体としてＣＯ_２ガスを用いた電力用ガス絶縁機器において、ＣＯ_２ガスの解離により発生したＣＯガスを除去し、安全に点検保守を実施できる環境調和型の電力用ガス絶縁機器を提供することを目的とする。

実施形態の電力用ガス絶縁機器は、密閉容器内に絶縁ガスとして二酸化炭素ガス又は二酸化炭素ガスを含む混合ガスを充填するとともに、当該密閉容器内に一対の接点を配置し、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乖離させて前記絶縁ガス中にアーク放電を発生させ、そのアーク放電を消弧することで電流を遮断せしめるよう構成され、前記密閉容器内に、前記二酸化炭素ガスをよりも一酸化炭素ガスを選択的に吸着する吸着剤を配設している。

第１の実施形態におけるガス遮断器の概略構成を示す断面図である。 第１の実施形態のガス遮断器における吸着剤の概略構成を示す図である。 第２の実施形態におけるガス遮断器の吸着物質に対する担体の断面構造図である。 第２の実施形態におけるガス遮断器の吸着物質に対する担体の断面構造図である。 第２の実施形態におけるガス遮断器の担体に対する吸着物質の付着状態を示す図である。 第３の実施形態におけるガス遮断器の概略構成を示す断面図である。

（第１の実施形態）
図１は、本実施形態の電力用ガス絶縁機器の一例として、主に高電圧系統において事故電流を遮断するために使用されているパッファ形ガス遮断器の断面構造図である。なお、図１の各部品は概ね同軸円筒形状であり、図１においては、電流遮断動作中の状態を示している。

図１に示すパッファ形ガス遮断器１は、接地された金属や碍子などからなる密閉容器２を有している。密閉容器２内には、電気絶縁媒体及びアーク消弧媒体として二酸化炭素（ＣＯ_２）ガス又はＣＯ_２ガスを主体とする混合ガス１ａが充填されている。なお、ＣＯ_２ガスと混合するガスとしては、窒素ガスや不活性ガスなどの非反応性ガスを挙げることができる。

密閉容器２内には、固定通電部３ａ、固定アーク接触子３ｂ等で構成される固定部３が支持絶縁物７を介して絶縁固定される。また、絶縁ノズル４ａ、可動アーク接触子４ｂ、通電接触子４ｃ、パッファシリンダ４ｄが、駆動ロッド４ｅに取り付けられて構成される可動部４が、密閉容器２内に移動可能に、かつ密閉容器２から絶縁支持されて、固定部３に対向して設置される。なお、絶縁ノズル４ａは耐アーク性の高い絶縁物であるポリテトラフルオロエチレン等から構成する。

電流は通電導体１０と図示してないブッシングを介して外部に引き出される。通電導体１０は、スペーサ１１により絶縁支持されると同時に、密閉容器２内のガス空間の領域も当該スペーサ１１により区分される。可動部４の可動性は、駆動ロッド４ｅが、支持絶縁物７を介して、駆動装置８内の可動部に連結されることにより達成される。

また、密閉容器２の底部には、ＣＯ_２ガスに対して一酸化炭素（ＣＯ）ガスを選択的に吸着する物質１４ａを含む吸着剤１４を設置する。密閉容器２内において、吸着剤１４の設置場所としては、吸着活性物質の凝集による吸着量の低下の観点より、できるだけアーク放電により発生する熱ガスが直接接触しない部分が望ましいが、特に場所は指定しない。

ＣＯ_２ガスに対してＣＯガスを選択的に吸着する物質としては、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｔｉなどを１成分以上含む物質が挙げられる。これらの金属は、ＣＯガスを表面に物理的に吸着し、又は何らかの化学結合若しくは化学物質を形成することにより、ＣＯガスを選択的に吸着する性質を有する。

なお、物質の形状や形態についても特に指定しない。また、これらは、担体に担持されていてもよく、担体の成分や担体の形状についても特に指定はしない。例えば球状な担体を挙げることができるが、これ以外にも、円柱状、円筒状などが挙げられる。

例えば、図２に示すように、吸着物質１４ａとしてのＰｔを、Ａｌ_２Ｏ_３あるいはＴｉＯ_２からなる担体１４ｂに担持させて、球状物質とした吸着剤１４を用いることができる。この場合、吸着物質１４ａは、担体１４ｂの表面に存在するようになるので、各吸着物質１４ａとＣＯガスとの接触効率が向上する。したがって、吸着物質１４ａに対するＣＯガスの吸着能が向上する。

図２に示すように、Ａｌ_２Ｏ_３からなる担体１４ｂに吸着物質１４ａを担持させるには、例えば、含浸法、析出沈殿法や析出還元法などの液相法、有機金属錯体を出発物質として使用する方法、金属ターゲットをスパッタする方法などが一般的に挙げられるが、特にその手法は問わない。

なお、図２に示すように、吸着物質１４ａが担体１４ｂに担持されて得た吸着剤１４は、約φ２〜５ｍｍ程度の球状物質であり、Ｐｔは０．１〜１質量％程度含まれる。また、図１では、密閉容器２中の固定部３近傍に単一の吸着剤１４を配設しているが、実際には、アーク放電により発生すると予想されるＣＯの分子数が十分吸着できる量（個数）の吸着剤１４を配設する。

一方、例えば吸着物質１４ａを担体１４ｂ上に担持させることなく、例えば造粒して吸着物質１４ａの凝集体から吸着剤１４を形成した場合、この凝集体の内部に位置する吸着物質１４ａに対してＣＯガスが接触して吸着されるためには、ＣＯガスが凝集体の空隙を介して当該凝集体の内部にまで浸透する必要がある。しかしながら、上述のような凝集体は一般には緻密であるので、当該凝集体の内部にまでＣＯガスが浸透するのは困難である。したがって、吸着物質１４ａがこのような凝集体を形成して吸着剤１４となった場合は、吸着物質１４ａのＣＯガスの吸着能が低下する。

次に、図１に示すガス遮断器１の動作について説明する。
固定アーク接触子３ｂおよび可動アーク接触子４ｂは遮断器投入時では接触導通状態にあり、遮断動作時においては相対移動により開離するとともに、両接触子３ｂ、４ｂ間に遮断アーク放電６が発生する。

次いで、固定されているピストン５がパッファシリンダ４ｄの内部空間を圧縮して同部の圧力を上昇させる。そして、パッファシリンダ４ｄ内に存在するＣＯ_２ガス１ａが高圧力のガス流となり、ノズル４ａによって整流された後、アーク接触子３ｂ、４ｂ間に発生したアーク放電６に対して吹付けられる。これにより、アーク接触子３ｂ、４ｂ間に発生した導電性のアーク放電６は消滅し電流は遮断される。アーク放電６に吹付けられたガスはガス流９となり固定部３内部を通過し、密閉容器２内に放散される。

ＣＯ_２ガス中でアーク放電６が生じた場合、本来絶縁ガスとして存在すべきＣＯ_２ガスの量が減少し、代わりに分解ガスであるＣＯガスが増大するが、本実施形態では、密閉容器２内に吸着剤１４を配設しているので、上記ＣＯガスは吸着剤１４によって吸着され、密閉容器２内のＣＯガス濃度が時間経過とともに減少し、密閉容器２中には残存しないようになる。したがって、内部点検等の充填ガス開放時に人体に危険を及ぼす恐れを回避することができる。

すなわち、本実施形態では、絶縁媒体としてＣＯ_２ガスを用いた電力用ガス絶縁機器において、ＣＯ_２ガスの解離により発生したＣＯガスを除去し、安全に点検保守を実施できる環境調和型の電力用ガス絶縁機器を提供することができる。

なお、ＣＯ_２ガスの解離によって発生した酸素（Ｏ_２）ガスは、例えば密閉容器２内の、金属類、特に銅や鉄を酸化させＣｕＯやＦｅＯなどの酸化物となる。

本実施形態では、電力用ガス絶縁機器の一例として、パッファ形ガス遮断器について説明したが、絶縁ガスとしてＣＯ_２ガスを用いるガス絶縁開閉装置、ガス断路器、ガス絶縁変圧器、ガス絶縁送電管などの電力用ガス絶縁機器に対して適用することができる。

（第２の実施形態）
図３及び図４は、本実施形態の電力用ガス絶縁機器の一例としてのパッファ形ガス遮断器の吸着物質に対する担体の断面構造図である。なお、第１の実施形態に示すガス遮断器１の構成要素と同一あるいは類似の構成要素に関しては、同一の符号を用いている。

第１の実施形態では、密閉容器２内でアーク放電６に対して絶縁ガスであるＣＯ_２ガスを吹付けた場合に発生するＣＯガスを、図２に示すような球状物質のＡｌ_２Ｏ_３等の担体１４ｂに吸着物質１４ａを担持させて用いたが、本実施形態では、図３及び図４に示すように、担体１４ｂとしてハニカム構造の担体を用いている。

また、図３及び図４に示すように、ハニカム構造の開口部の形状は六角形及び正方形のいずれであってもよいし、これら以外の多角形あるいは円形であってもよい。

このようなハニカム構造の担体１４ｂを用いた場合において、吸着物質１４ａは、図５に示すように、ハニカム構造の開口部の壁面に付着させる。この場合、ＣＯガスは担体１４ｂであるハニカム構造の開口部内を容易に拡散し、図２に示すような球状物質のＡｌ_２Ｏ_３等の担体１４ｂに吸着物質１４ａを担持させた場合と同様に、各吸着物質１４ａとＣＯガスとの接触効率が向上する。したがって、吸着物質１４ａに対するＣＯガスの吸着能が向上する。

また、担体１４ｂであるハニカム構造は、メタルやコージェライト等から構成しているので、軽量かつ高強度等の利点を有する。したがって、本実施形態における吸着物質１４ａ及び担体１４ｂを含む吸着剤１４の、ガス遮断器１の密閉容器２内での構造安定性が向上する。

なお、吸着物質１４ａは、第１の実施形態と同様であり、当該吸着物質１４ａのハニカム構造の担体１４ｂの開口部への付着は、前述と同じように、例えば、含浸法、析出沈殿法や析出還元法などの液相法、有機金属錯体を出発物質として使用する方法、金属ターゲットをスパッタする方法などのようにして行う。

さらに、その他のガス遮断器の構造及び動作については第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。

また、本実施形態では、電力用ガス絶縁機器の一例として、パッファ形ガス遮断器について説明したが、絶縁ガスとしてＣＯ_２ガスを用いるガス絶縁開閉装置、ガス断路器、ガス絶縁変圧器、ガス絶縁送電管などの電力用ガス絶縁機器に対して適用することができる。

（第３の実施形態）
図６は、本実施形態の電力用ガス絶縁機器の一例としてのパッファ形ガス遮断器の断面構造図である。なお、第１の実施形態に示すガス遮断器１の構成要素と同一あるいは類似の構成要素に関しては、同一の符号を用いている。

第１の実施形態では、密閉容器２内でアーク放電６に対して絶縁ガスであるＣＯ_２ガスを吹付けた場合に発生するＣＯガスを、図２に示すような球状物質のＡｌ_２Ｏ_３等の担体１４ｂに吸着物質１４ａを担持させて用いたが、本実施形態では、図６に示すように、吸着物質１４ａを直接密閉容器２の壁面に形成して吸着剤１４としている。

この場合、ＣＯガスは密閉容器２内を容易に拡散するので、図２に示すような球状物質のＡｌ_２Ｏ_３等の担体１４ｂに吸着物質１４ａを担持させた場合と同様に、各吸着物質１４ａとＣＯガスとの接触効率が向上する。したがって、吸着物質１４ａに対するＣＯガスの吸着能が向上する。

また、本実施形態では、吸着物質１４ａを直接密閉容器２の壁面に形成しているので、第１の実施形態及び第２の実施形態と異なり、吸着剤１４の設置スペースを別途確保する必要がなく、必要に応じて所定量の吸着物質１４ａを密閉容器２内に配設することができる。この結果、吸着物質１４ａに対するＣＯガスの吸着能をさらに向上させることができる。

なお、吸着物質１４ａを密閉容器２内の壁面に形成するに際しては、溶射法やスプレー法などの湿式の膜形成法や、スパッタリング、蒸着法などの乾式の膜形成方法などの公知の方法を用いることができる。

吸着物質１４ａは第１の実施形態と同様であり、その他のガス遮断器の構造及び動作についても第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。

また、本実施形態では、電力用ガス絶縁機器の一例として、パッファ形ガス遮断器について説明したが、絶縁ガスとしてＣＯ_２ガスを用いるガス絶縁開閉装置、ガス断路器、ガス絶縁変圧器、ガス絶縁送電管などの電力用ガス絶縁機器に対して適用することができる。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として掲示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１ パッファ形ガス遮断器
１ａ ＣＯ_２ガス若しくはＣＯ_２ガスを主体とする混合ガス
２ 密閉容器
３ 固定部
３ａ 固定通電部
３ｂ 固定アーク接触子
４ 可動部
４ａ 絶縁ノズル
４ｂ 可動アーク接触子
４ｃ 通電接触子
４ｄ パッファシリンダ
５ ピストン
６ アーク放電
７ 支持絶縁物
８ 操作機構
９ ガス流
１０ 通電導体
１１ 絶縁スペーサ
１４ 吸着剤
１４ａ 吸着物質
１４ｂ 担体

Claims (5)

1. 密閉容器内に絶縁ガスとして二酸化炭素ガス又は二酸化炭素ガスを含む混合ガスを充填するとともに、当該密閉容器内に一対の接点を配置し、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乖離させて前記絶縁ガス中にアーク放電を発生させ、そのアーク放電を消弧することで電流を遮断せしめるよう構成された電力用ガス絶縁機器において、
   前記密閉容器内に、前記二酸化炭素ガスをよりも一酸化炭素ガスを選択的に吸着する吸着剤を配設したことを特徴とする、電力用ガス絶縁機器。
2. 前記吸着剤は、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、及びＴｉからなる群より選ばれる少なくとも一種の一酸化炭素ガス吸着物質を含むことを特徴とする、請求項１に記載の電力用ガス絶縁機器。
3. 前記吸着物質は担体に担持されており、前記吸着剤は前記吸着物質及び前記担体を含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載の電力用ガス絶縁機器。
4. 前記担体が、ハニカム形状であることを特徴とする、請求項３に記載の電力用ガス絶縁機器。
5. 前記吸着剤は、前記密閉容器内の壁面に配設されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の電力用ガス絶縁機器。

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