JP2021175283A

JP2021175283A - ガス遮断器

Info

Publication number: JP2021175283A
Application number: JP2020078130A
Authority: JP
Inventors: 蛍子藤本; Keiko Fujimoto
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 2020-04-27
Filing date: 2020-04-27
Publication date: 2021-11-01

Abstract

【課題】開閉部の開路動作に伴って低下した絶縁性能を容易に向上させることを可能にしたガス遮断器を提供する。【解決手段】ガス遮断器１１は、開路動作及び閉路動作が行われる開閉部１２と、六フッ化硫黄よりも不安定な絶縁性成分を含む絶縁ガスＧと、開閉部１２と絶縁ガスＧとが収容される容器１３とを備える。ガス遮断器１１は、容器１３内に絶縁ガスＦＧを供給可能な絶縁ガス供給部２１と、絶縁ガス供給部２１から容器１３内への絶縁ガスＦＧの供給を制御する制御部３１とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、ガス遮断器に関する。

特許文献１に開示されるように、開路動作及び閉路動作を行う開閉部と、絶縁ガスと、開閉部と絶縁ガスとが収容される容器とを備えるガス遮断器が知られている。絶縁ガスとしては、従来、六フッ化硫黄（ＳＦ_６）が用いられていた。しかしながら、六フッ化硫黄の地球温暖化係数は、二酸化炭素（ＣＯ_２）よりも大きい。このため、地球温暖化を抑えるという観点から、ガス遮断器の絶縁ガスには、二酸化炭素や有機フッ素化合物等の絶縁性成分を用いることが好ましい。

国際公開第２０１９／１０６８４０号

二酸化炭素や有機フッ素化合物等は、六フッ化硫黄よりも不安定な化合物である。このような化合物を絶縁ガス中の絶縁性成分として用いた場合、その絶縁性成分は、ガス遮断器における開閉部の開路動作に伴って発生するアークとの接触によって反応し易い。ここで、例えば、絶縁性成分である二酸化酸素が反応すると二酸化炭素よりも絶縁性能の低い一酸化炭素が生成する場合がある。すなわち、開閉部の開路動作に伴って絶縁性成分よりも絶縁性能の低い成分を生成されることで、ガス遮断器の容器内における絶縁性能が低下するおそれがあった。

本発明の目的は、開閉部の開路動作に伴って低下した絶縁性能を容易に向上させることを可能にしたガス遮断器を提供することにある。

上記課題を解決するガス遮断器は、開路動作及び閉路動作が行われる開閉部と、六フッ化硫黄よりも不安定な絶縁性成分を含む絶縁ガスと、前記開閉部と前記絶縁ガスとが収容される容器と、を備えるガス遮断器であって、前記容器内に前記絶縁ガスを供給可能な絶縁ガス供給部と、前記絶縁ガス供給部から前記容器内への絶縁ガスの供給を制御する制御部と、を備える。

上記のようにガス遮断器の絶縁ガスが六フッ化硫黄よりも不安定な絶縁性成分を含む場合、その絶縁性成分は開閉部の開路動作に伴って発生するアークとの接触によって反応し易い。これにより、容器内の絶縁性成分の濃度が低下することで、容器内の絶縁性能が低下し易い。上記ガス遮断器では、絶縁ガス供給部から容器内に絶縁ガスを供給することができるため、容器内の絶縁性成分の濃度が低下したとしても、容器内の絶縁性成分の濃度を容易に高めることができる。

上記ガス遮断器において、前記制御部は、前記容器内の前記絶縁性成分の濃度の検出結果に基づいて、前記絶縁ガス供給部から前記容器内へ前記絶縁ガスを供給する制御を行ってもよい。

ここで、遮断器の容器内の圧力の検出結果に基づいて、絶縁ガス供給部から容器内へ絶縁ガスを供給する制御を行うことも可能であるが、絶縁性成分の反応態様によって圧力は増減する場合があり、容器内の圧力と反応生成物の量との相関は得られ難い。すなわち、容器内の圧力からは、容器内の絶縁性能の低下を検出する精度が低くなるおそれがある。この点、上記のように、容器内の絶縁性成分の濃度の検出結果に基づいて、絶縁ガス供給部から容器内へ絶縁ガスを供給する制御することで、容器内の絶縁性能の低下を検出する精度を高めることができる。

上記ガス遮断器において、前記制御部は、前記開閉部の開路動作、又は前記開路動作後の閉路動作に基づいて、前記絶縁ガス供給部から前記容器内へ前記絶縁ガスを供給する制御を行ってもよい。

この構成によれば、開閉部の開路動作に伴って低下した絶縁性能を速やかに高めることができる。
上記ガス遮断器において、前記容器の上部及び下部の少なくとも一方に設けられ、前記容器内における前記絶縁性成分の反応生成物を排出可能な排出部をさらに備えることが好ましい。

この構成によれば、絶縁性成分よりも絶縁性能の低い反応生成物を排出部から排出することで、容器内の絶縁性能の低下を抑えることができる。
上記ガス遮断器において、前記絶縁性成分は、有機フッ素化合物及び二酸化炭素の少なくとも一方を含んでもよい。

本発明によれば、開閉部の開路動作に伴って低下した絶縁性能を容易に向上させることが可能となる。

実施形態におけるガス遮断器を示す概略図である。ガス遮断器の制御方法を示すフロー図である。ガス遮断器の変更例を示す概略図。ガス遮断器の制御方法の変更例を示すフロー図である。

（第１実施形態）
以下、ガス遮断器の第１実施形態について図面を参照して説明する。
図１に示すように、第１実施形態におけるガス遮断器１１は、開路動作及び閉路動作が行われる開閉部１２と、六フッ化硫黄よりも不安定な絶縁性成分を含む絶縁ガスＧと、開閉部１２と絶縁ガスＧとが収容される容器１３とを備えている。

ガス遮断器１１の開閉部１２は、電力系統に接続されている。開閉部１２では、電力供給線の間が電気的に接続された閉路状態から、電力供給線の間が電気的に非接続とされた開路状態とする開路動作と、開路状態から閉路状態に復帰させる閉路動作が行われる。

詳述すると、開閉部１２は、電力供給線と、第１固定接触子及び第２固定接触子と、第１固定接触子と第２固定接触子との間を移動する移動接触子とを備えている。開閉部１２では、移動接触子部が移動することで、開路動作及び閉路動作が行われる。

開閉部１２において、閉路状態から開路状態とする開路動作では、例えば、第１固定接触子と移動接触子との間にアークが発生する。開閉部１２の開路動作で生じたアークは、絶縁ガスＧによって消弧される。開閉部１２は、機械的な圧縮により圧力を高めた絶縁ガスＧ（消弧性ガス）をアークに向けて吹き付けるパッファ方式であることが好ましい。このような開閉部１２は、パッファシリンダ内の絶縁ガスＧをピストンにより圧縮する機構を備えている。

絶縁ガスＧの絶縁性成分は、上記アークを消弧する消弧性能を有する。六フッ化硫黄よりも不安定な絶縁性成分は、アークと接触した際に六フッ化硫黄よりも反応生成物を生成し易く、その反応生成物は、アークの消弧後も残留する。

絶縁性成分は、有機フッ素化合物及び二酸化炭素の少なくとも一方を含むことが好ましい。有機フッ素化合物としては、０℃よりも高い沸点を有する有機フッ素化合物を用いることが好ましい。有機フッ素化合物としては、例えば、フルオロニトリル、フルオロエーテル等が挙げられる。

有機フッ素化合物は、ヘプタフルオロブタンニトリル（Ｃ_４Ｆ_７Ｎ、ＣＡＳ登録番号：３７５−００−８）、パーフルオロ（ｎ−プロピルビニルエーテル）（Ｃ_５Ｆ_１０Ｏ、ＣＡＳ登録番号：１６２３−０５−８）、パーフルオロイソブチロニトリル（（ＣＦ_３）_２ＣＦＣＮ、ＣＡＳ登録番号：４２５３２−６０−５）、及びパーフルオロ−２−メトキシプロパンニトリル（ＣＦ_３ＣＦ（ＯＣＦ_３）ＣＮ）から選ばれる少なくとも一種を含むことが好ましい。

上述した絶縁性成分は、開閉部１２の開路動作により発生したアークとの接触によって反応し易い。有機フッ素化合物の反応生成物（分解生成物）としては、例えば、Ｃ_２Ｆ_４、Ｃ_３Ｆ_６、Ｃ_２Ｆ_３Ｎ、Ｃ_２Ｎ_２、Ｃ_３Ｆ_８、Ｃ_３Ｆ_５Ｎ等が挙げられる。二酸化炭素の反応生成物としては、例えば、一酸化炭素、オゾン等が挙げられる。

ガス遮断器１１の容器１３は、気密性を有する収容室１４を備えている。収容室１４内には、上述した絶縁ガスＧが封入されている。
ガス遮断器１１は、容器１３内、すなわち収容室１４に絶縁ガスＦＧを供給可能な絶縁ガス供給部２１と、絶縁ガス供給部２１から容器１３内への絶縁ガスＦＧの供給を制御する制御部３１とを備えている。

絶縁ガス供給部２１は、供給用の絶縁ガスＦＧが封入される供給用容器２２と、供給用容器２２と容器１３とを接続する供給流路２３と、流路内の絶縁ガスＦＧの流通を制御するガス注入弁２４とを備えている。供給用容器２２は、気密性を有する収容室２２ａを備えている。収容室２２ａには、供給用の絶縁ガスＦＧが封入されている。供給流路２３は、例えば、金属製のガス管により構成されている。ガス注入弁２４としては、例えば、開閉弁、流量調整弁等を用いることができる。

供給用容器２２の収容室２２ａ内の圧力を容器１３の収容室１４内の圧力よりも高くすることで、ガス注入弁２４の開弁により供給用の絶縁ガスＦＧを供給用容器２２から供給流路２３を通じて容器１３に供給することができる。

本実施形態のガス遮断器１１は、容器１３内の絶縁性成分の濃度を計測するセンサ４１をさらに備えている。センサ４１としては、例えば、固体センサ、電気化学センサ、光学センサ等が挙げられる。絶縁ガスＧが二種以上の絶縁性成分を含む混合ガスの場合、センサ４１は、少なくとも一種の絶縁性成分の濃度を計測する。

センサ４１の位置は、容器１３内の上部と下部との間の中間に位置するように配置することが好ましい。センサ４１の位置は、例えば、収容室１４の下端から収容室１４内の高さ寸法の１０％以上高い位置であり、かつ容器１３内の上端から容器１３内の高さ寸法の１０％以上低い位置であることが好ましい。

制御部３１は、センサ４１により計測したガス濃度の計測結果に基づいて、ガス注入弁２４を開弁する。これにより、絶縁ガス供給部２１から容器１３内への絶縁ガスＦＧの供給を制御する。制御部３１は、図示を省略したプロセッサ、メモリ、ソフトウェア等により構成することができる。

本実施形態の容器１３の上部には、容器１３内のガスを排出可能な上部排出部５１が設けられている。上部排出部５１は、容器１３の上部に接続される上部排出管５１ａと、上部排出管５１ａに設けられる上部開閉弁５１ｂとを備えている。上部開閉弁５１ｂの開動作により、容器１３の収容室１４における上部室１４a内のガスを排出することができる。上部開閉弁５１ｂの開閉動作は、例えば、上部室１４ａ内にセンサを設けるとともに、センサによる反応生成物（例えば、分解物）の検出結果に基づいて制御することができる。

本実施形態の容器１３の下部には、下部排出部５２が接続されている。下部排出部５２は、容器１３の下部に接続される下部排出管５２ａと、下部排出管５２ａに設けられる下部開閉弁５２ｂとを備えている。下部開閉弁５２ｂの開動作により、容器１３の収容室１４における下部室１４ｂ内のガスを排出することができる。下部開閉弁５２ｂの開閉動作は、例えば、下部室１４ｂ内に図示を省略したセンサを設けるとともに、センサによる反応生成物の検出結果に基づいて制御することができる。

次に、ガス遮断器１１の制御の詳細について説明する。
図２に示すように、ガス遮断器の制御方法は、容器１３内の絶縁性成分の濃度を計測する計測工程（ステップＳ１１）を備えている。ステップＳ１１の計測工程では、上述したセンサ４１を用いてガス遮断器１１の容器１３内の絶縁性成分の濃度を計測する。ステップＳ１１の計測工程は、断続的に行ってもよいし、連続的に行ってもよい。

ここで、容器１３内の絶縁性成分の濃度は、ガス遮断器１１の開路動作に伴って低下し易い。このため、ステップＳ１１の計測工程は、ガス遮断器１１の開路動作、又は開路動作後の閉路動作を契機として行うことで、容器１３内の絶縁性成分の濃度低下を効率的に検出することができる。

ステップＳ１２において、ステップＳ１１の計測工程で計測した絶縁性成分の濃度が所定濃度以下であると判定された場合（ステップＳ１２：ＹＥＳ）、ガス注入弁２４を開弁する開弁工程（ステップＳ１３）へ進む。ステップＳ１２では、例えば、予め設定した絶縁性成分の濃度の下限値を閾値とする。一方、ステップＳ１２において、ステップＳ１１の計測工程で計測した絶縁性成分の濃度が所定濃度を超えると判定された場合（ステップＳ１２：ＮＯ）、ステップＳ１１の計測工程が繰り返される。

ステップＳ１３の開弁工程が行われると、供給用容器２２から供給流路２３を通じて絶縁ガスＦＧが容器１３内に供給される。これにより、容器１３内において、絶縁性成分の濃度を高めることができる。なお、容器１３内に予め封入する絶縁ガスＧの組成と、供給用容器２２内に封入する絶縁ガスＦＧの組成とは、互いに異なってもよい。容器１３内に予め封入する絶縁ガスＧと、供給用容器２２内に封入する絶縁ガスＦＧとは、共通の絶縁性成分を含むことが好ましく、同じ組成を有することがより好ましい。

ステップＳ１３の開弁工程の後、上述したセンサ４１を用いてガス遮断器１１の容器１３内の絶縁性成分の濃度を計測する計測工程（ステップＳ１４）が行われる。ステップＳ１５において、ステップＳ１４の計測工程で計測した絶縁性成分の濃度が所定濃度を超えると判定された場合（ステップＳ１５：ＹＥＳ）、ガス注入弁２４を閉弁する閉弁工程（ステップＳ１６）へ進む。一方、ステップＳ１５において、ステップＳ１４の計測工程で計測した絶縁性成分の濃度が所定濃度以下であると判定された場合（ステップＳ１５：ＮＯ）、ステップＳ１４の計測工程が繰り返される。

ステップＳ１６の閉弁工程が行われると、上述したステップＳ１１の計測工程へと戻ることで、容器１３内の絶縁性成分の濃度の監視を継続することができる。
ここで、容器１３の上部室１４ａ内には、絶縁性成分の反応生成物のうち、未反応の絶縁性成分よりも比重の軽い反応生成物が滞留し易い。このとき、上部排出部５１の上部開閉弁５１ｂを開弁することで、上部室１４ａ内に滞留した反応生成物を、上部排出管５１ａを通じて排出させることができる。

また、容器１３の下部室１４ｂ内には、絶縁性成分の反応生成物のうち、未反応の絶縁性成分よりも比重の重い反応生成物が滞留し易い。このとき、下部排出部５２の下部開閉弁５２ｂを開弁することで、下部室１４ｂ内に滞留した反応生成物を、下部排出管５２ａを通じて排出させることができる。

上部開閉弁５１ｂ及び下部開閉弁５２ｂの開閉動作は、図示を省略したセンサによる反応生成物の検出結果に基づいて制御することができる。なお、上部開閉弁５１ｂ及び下部開閉弁５２ｂの開閉動作は、ガス遮断器１１の開路動作、又は開路動作後の閉路動作を契機として行うように制御してもよいし、手動で行ってよい。

本実施形態の作用及び効果について説明する。
（１−１）ガス遮断器１１は、開路動作及び閉路動作が行われる開閉部１２と、六フッ化硫黄よりも不安定な絶縁性成分を含む絶縁ガスＧと、開閉部１２と絶縁ガスＧとが収容される容器１３とを備えている。ガス遮断器１１は、容器１３内に絶縁ガスＦＧを供給可能な絶縁ガス供給部２１と、絶縁ガス供給部２１から容器１３内への絶縁ガスＦＧの供給を制御する制御部３１とを備えている。

ここで、上記のようにガス遮断器１１の絶縁ガスＧが六フッ化硫黄よりも不安定な絶縁性成分を含む場合、その絶縁性成分は開閉部１２の開路動作に伴って発生するアークとの接触によって反応し易い。これにより、容器１３内の絶縁性成分の濃度が低下することで、容器１３内の絶縁性能が低下し易い。本実施形態のガス遮断器１１では、絶縁ガス供給部２１から容器１３内に絶縁ガスＦＧを供給することができるため、容器１３内の絶縁性成分の濃度が低下したとしても、容器１３内の絶縁性成分の濃度を容易に高めることができる。したがって、開閉部１２の開路動作に伴って低下した絶縁性能を容易に向上させることが可能となる。

（１−２）制御部３１は、容器１３内の絶縁性成分の濃度の検出結果に基づいて、絶縁ガス供給部２１から容器１３内へ絶縁ガスＦＧを供給する制御を行っている。ここで、容器１３内の圧力の検出結果に基づいて、絶縁ガス供給部２１から容器１３内へ絶縁ガスＦＧを供給する制御を行うことも可能であるが、絶縁性成分の反応態様によって圧力は増減する場合があり、容器１３内の圧力と反応生成物の量との相関は得られ難い。すなわち、容器１３内の圧力からは、容器１３内の絶縁性能の低下を検出する精度が低くなるおそれがある。この点、本実施形態のように、容器１３内の絶縁性成分の濃度の検出結果に基づいて、絶縁ガス供給部２１から容器１３内へ絶縁ガスＦＧを供給する制御することで、容器１３内の絶縁性能の低下を検出する精度を高めることができる。

（１−３）ガス遮断器１１は、容器１３内における絶縁性成分の反応生成物を排出可能な第１排出部及び第２排出部をさらに備えている。この場合、絶縁性成分よりも絶縁性能の低い反応生成物を第１排出部及び第２排出部から排出することで、容器１３内の上部及び下部の絶縁性能の低下を抑えることができる。

（第２実施形態）
ガス遮断器１１の第２実施形態について第１実施形態と異なる点を中心に説明する。
図３に示すように、第２実施形態のガス遮断器１１は、第１実施形態のガス遮断器１１におけるセンサ４１を省略している。また、第２実施形態のガス遮断器１１は、第１実施形態のガス遮断器１１における第１排出部及び第２排出部を省略している。ガス遮断器１１の制御部３１は、開閉部１２の動作の情報を取得できるように構成されている。開閉部１２の動作の情報は、開路動作の回数等の開路動作の状況を含む。

図４に示すように、第２実施形態のガス遮断器１１の制御方法は、開閉部１２の開路動作に基づいて絶縁ガス供給部２１から容器１３内へ絶縁ガスＦＧを供給する制御を行う。ステップＳ２２において、ステップＳ２１の開路動作の回数が所定の回数を満たすと判定された場合（ステップＳ２２：ＹＥＳ）、ステップＳ２３へと進む。一方、ステップＳ２２において、ステップＳ２１の開路動作の回数が所定の回数を満たさないと判定された場合（ステップＳ２２：ＮＯ）、次の開路動作（ステップＳ２１）が行われるまで待機する。ステップＳ２２において、判定基準となる回数は、１回又は２回以上の任意の回数に設定することができる。

ステップＳ２３では、ガス注入弁２４を開弁及び閉弁することで、供給流路２３を通じて容器１３内に絶縁ガスＦＧを供給する供給工程を行う。ステップＳ２３の供給工程では、例えば、ガス注入弁２４を開弁してから閉弁するまでの時間を予め設定することで、供給用容器２２から容器１３内への絶縁ガスＦＧの供給を所定時間行うことができる。

第２の実施形態によれば、上記第１実施形態の（１−１）欄に記載した効果に加えて、以下の効果を得ることができる。
（２−１）ガス遮断器１１の制御部３１は、開閉部１２の開路動作に基づいて、絶縁ガス供給部２１から容器１３内へ絶縁ガスＦＧを供給する制御を行っている。この構成によれば、開閉部１２の開路動作に伴って低下した絶縁性能を速やかに高めることができる。

（２−２）第２実施形態のガス遮断器１１では、第１実施形態のようなセンサ４１を用いた濃度の計測を行わずに、絶縁ガス供給部２１の制御を行うことができるため、ガス遮断器１１の構成を簡素化することが可能となる。

（変更例）
上記実施形態を次のように変更してもよい。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

・上記第１実施形態のセンサ４１は、容器１３の収容室１４内に設けられているが、収容室１４内のガスを導入可能な流路を収容室１４に接続し、その流路内にセンサ４１を設けることもできる。

・上記第１実施形態のように、容器１３内の絶縁性成分の濃度の検出結果に基づいて、絶縁ガス供給部２１の制御を行う場合、予め設定した絶縁性成分の濃度を閾値としてもよいし、容器１３内の絶縁性成分の濃度の変化量を閾値としてもよい。

・第１実施形態のガス遮断器１１において、上部排出部５１及び下部排出部５２の少なくとも一方を省略することもできる。また、第２実施形態のガス遮断器１１において、上部排出部５１及び下部排出部５２の少なくとも一方を容器１３に設けてもよい。

・第２実施形態のガス遮断器１１の制御部３１は、開閉部１２の開路動作に基づいて、絶縁ガス供給部２１から容器１３内へ絶縁ガスＦＧを供給する制御を行っているが、開路動作後の閉路動作に基づいて、絶縁ガス供給部２１から容器１３内へ絶縁ガスＦＧを供給する制御を行うように変更してもよい。この場合であっても、開閉部の開路動作に伴って低下した絶縁性能を速やかに高めることができる。

１１…ガス遮断器
１２…開閉部
１３…容器
２１…絶縁ガス供給部
３１…制御部
５１…上部排出部
５２…下部排出部
Ｇ，ＦＧ…絶縁ガス

Claims

開路動作及び閉路動作が行われる開閉部と、
六フッ化硫黄よりも不安定な絶縁性成分を含む絶縁ガスと、
前記開閉部と前記絶縁ガスとが収容される容器と、を備えるガス遮断器であって、
前記容器内に前記絶縁ガスを供給可能な絶縁ガス供給部と、
前記絶縁ガス供給部から前記容器内への絶縁ガスの供給を制御する制御部と、を備える、ガス遮断器。
前記制御部は、前記容器内の前記絶縁性成分の濃度の検出結果に基づいて、前記絶縁ガス供給部から前記容器内へ前記絶縁ガスを供給する制御を行う、請求項１に記載のガス遮断器。
前記制御部は、前記開閉部の開路動作、又は前記開路動作後の閉路動作に基づいて、前記絶縁ガス供給部から前記容器内へ前記絶縁ガスを供給する制御を行う、請求項１に記載のガス遮断器。
前記容器の上部及び下部の少なくとも一方に設けられ、前記容器内における前記絶縁性成分の反応生成物を排出可能な排出部をさらに備える、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のガス遮断器。
前記絶縁性成分は、有機フッ素化合物及び二酸化炭素の少なくとも一方を含む、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のガス遮断器。