JP2022131876A

JP2022131876A - ガス絶縁電力機器

Info

Publication number: JP2022131876A
Application number: JP2021031065A
Authority: JP
Inventors: 蛍子藤本; Keiko Fujimoto
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 2021-02-26
Filing date: 2021-02-26
Publication date: 2022-09-07

Abstract

【課題】絶縁ガスが劣化してなる劣化ガス中の一酸化炭素の濃度を効率的に低減することを可能にしたガス絶縁電力機器を提供する。
【解決手段】ガス絶縁電力機器１１は、開路動作及び閉路動作を行う開閉部１２と、二酸化炭素ガスを含有する絶縁ガスＧ１と、開閉部１２と絶縁ガスＧ１とが収容される容器１３とを備える。ガス絶縁電力機器１１は、絶縁ガスＧ１が劣化してなる劣化ガス中の水分を低減する水分低減装置２１と、一酸化炭素を吸着する吸着能を有する金属が担体に固定された吸着剤を有する一酸化炭素吸着装置３１とを備える。ガス絶縁電力機器１１は、水分低減装置２１により劣化ガスを処理して得られる水分低減ガスを一酸化炭素吸着装置３１に供給する水分低減ガス流路４１を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガス絶縁電力機器に関する。

特許文献１に開示されるように、ガス絶縁電力機器の絶縁ガスとして、二酸化炭素を含む絶縁ガスを用いる場合、容器内で発生するアークと絶縁ガスとが接することで、一酸化炭素を含む劣化ガスが生成される。この劣化ガス中の一酸化炭素は、有毒であるため、濃度を低減させる必要がある。劣化ガス中の一酸化炭素の濃度を低減させる方法としては、例えば吸着剤を用いる方法が挙げられる。吸着剤としては、特許文献１に開示されるように、一酸化炭素を吸着する吸着能を有する金属が担体に固定された構成を有する吸着剤が知られている。

特開２０１５－０７３３４８号公報

上記のようなガス絶縁電力機器の容器内で生成した劣化ガスは、一酸化炭素に加えて水分を含有する場合がある。このような劣化ガス中の一酸化炭素を吸着剤で吸着しようとした場合、劣化ガス中の水分が吸着剤の吸着能を低下させることにより、一酸化炭素の濃度を効率的に低減できないおそれがあった。

上記課題を解決するガス絶縁電力機器は、開路動作及び閉路動作を行う開閉部と、二酸化炭素ガスを含有する絶縁ガスと、前記開閉部と前記絶縁ガスとが収容される容器と、を備えるガス絶縁電力機器であって、前記絶縁ガスが劣化してなる劣化ガス中の水分を低減する水分低減装置と、一酸化炭素を吸着する吸着能を有する金属が担体に固定された吸着剤を有する一酸化炭素吸着装置と、前記水分低減装置により前記劣化ガスを処理して得られる水分低減ガスを前記一酸化炭素吸着装置に供給する水分低減ガス流路と、を備える。

この構成によれば、劣化ガスが水分低減装置により処理されることで、劣化ガス中の水分の濃度を低下させた水分低減ガスを得ることができる。水分低減ガスは、上記水分低減ガス流路を通じて、一酸化炭素吸着装置に供給される。一酸化炭素吸着装置では、水分低減ガスを処理するため、吸着剤と水分との接触を抑えることができる。これにより、一酸化炭素吸着装置の吸着剤において、金属に水が吸着することを要因とした吸着能の低下を抑えることができる。

上記ガス絶縁電力機器において、水分低減装置は、吸湿剤を備えてもよい。この構成によれば、水分低減装置の構造を簡素化することができる。
上記ガス絶縁電力機器において、前記吸湿剤は、カルシウム置換Ａ型ゼオライト、ナトリウム置換Ａ型ゼオライト、及びカリウム置換Ａ型ゼオライトから選ばれる少なくとも一種を含んでいてもよい。この構成によれば、水分をより効率的に吸着させることができる。これにより、例えば、水分の濃度をより低下させた水分低減ガスを容易に得ることが可能となる。

上記ガス絶縁電力機器において、前記吸着剤は、金属置換ゼオライトを含んでもよい。この構成によれば、劣化ガス中の一酸化炭素をより効率的に吸着させることができる。
上記ガス絶縁電力機器において、前記絶縁ガスは、有機フッ素化合物をさらに含有してもよい。この構成によれば、絶縁ガスの絶縁性能を容易に高めることが可能となる。

上記ガス絶縁電力機器において、前記水分低減装置には、前記容器内の上下方向における中央よりも上側の前記劣化ガスが導入されてもよい。劣化ガスに含まれる一酸化炭素は、二酸化炭素よりも軽いため、容器内の上下方向における中央よりも上側の空間において、一酸化炭素濃度が高まる傾向となる。上記構成によれば、一酸化炭素濃度がより高い劣化ガスを水分低減装置に導入することができるため、劣化ガスをより効率的に処理することができる。

上記ガス絶縁電力機器は、前記劣化ガスを前記一酸化炭素吸着装置で処理することで得られた再生ガスを前記絶縁ガスとして再利用可能に構成されてもよい。この構成によれば、二酸化酸素を含む絶縁性成分を有効に利用することができる。

本発明によれば、絶縁ガスが劣化してなる劣化ガス中の一酸化炭素の濃度を効率的に低減することが可能となる。

実施形態におけるガス絶縁電力機器を示す概略図である。絶縁ガス及び劣化ガスを示す模式図である。水分低減ガス及び再生ガスを示す模式図である。

以下、ガス絶縁電力機器の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、ガス絶縁電力機器１１は、開路動作及び閉路動作を行う開閉部１２と、二酸化炭素ガスを含有する絶縁ガスＧ１と、開閉部１２と絶縁ガスＧ１とが収容される容器１３とを備えている。ガス絶縁電力機器１１は、水分低減装置２１と、一酸化炭素吸着装置３１と、水分低減ガス流路４１とを備えている。

＜ガス絶縁電力機器１１の全体構成＞
ガス絶縁電力機器１１は、例えば、ガス遮断器である。ガス絶縁電力機器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。

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Ｇ１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Ｇ１（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Ｇ１をピストンにより圧縮する機構を備えている。

ガス絶縁電力機器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Ｇ１が封入されている。絶縁ガスＧ１中の二酸化炭素は、絶縁性成分であり、上記アークを消弧する消弧性能を有する。

絶縁ガスＧ１には、絶縁性成分として、有機フッ素化合物をさらに含有する混合ガスであってもよい。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。

図２に示すように、絶縁ガスＧ１は、アークと接触することにより劣化ガスＧ２となる。劣化ガスＧ２中には、二酸化炭素（ＣＯ_２）の反応生成物である一酸化炭素（ＣＯ）が含有されている。一酸化炭素は、アークの消弧後も不純物として残留する。

劣化ガスＧ２中には、水分（Ｈ_２Ｏ）が含有されている。詳述すると、絶縁ガスＧ１中には、例えば、不純物として水分が含有される場合がある。また、絶縁ガスＧ１中には、例えば、ガス絶縁電力機器１１の使用期間中に、容器１３外の水分が容器１３のシール部分を透過して絶縁ガスＧ１中に混入する場合がある。また、絶縁ガスＧ１中には、例えば、容器１３内で用いられる有機絶縁材料から放出された水分が混入する場合がある。

＜水分低減装置２１＞
水分低減装置２１では、図２及び図３に示すように、劣化ガスＧ２が処理されることで劣化ガスＧ２中の水分の濃度を低下させた水分低減ガスＧ３を得ることができる。

図１に示すように、本実施形態の水分低減装置２１は、吸湿剤２１ａを有している。吸湿剤２１ａとしては、例えば、ゼオライト、シリカゲル、塩化カルシウム、ソーダ石灰等が挙げられる。吸湿剤２１ａは、吸湿性能に優れるという観点から、カルシウム置換Ａ型ゼオライト、ナトリウム置換Ａ型ゼオライト、及びカリウム置換Ａ型ゼオライトから選ばれる少なくとも一種を含むことが好ましい。

ゼオライトの細孔径は、結晶構造と結晶構造中の陽イオンとによって規定される。例えば、カリウム置換Ａ型ゼオライトは、Ａ型の結晶構造を有し、結晶構造中にカリウムイオンが存在する合成ゼオライトである。このカリウム置換Ａ型ゼオライトの細孔径は、０．３ｎｍである。ここで、二酸化炭素の分子直径は、０．３９ｎｍであり、水の分子直径は、０．２６ｎｍである。このため、ゼオライトの細孔径が０．２６ｎｍ以上、０．３９ｎｍ未満の範囲内である場合、絶縁性成分である二酸化炭素の吸着を抑えることができる。すなわち、例えば、上記カリウム置換Ａ型ゼオライトを用いることで、二酸化炭素の吸着を好適に抑えることができる。

カルシウム置換Ａ型ゼオライトの細孔径は、０．５ｎｍであり、ナトリウム置換Ａ型ゼオライトの細孔径は、０．４ｎｍの細孔径である。すなわち、カルシウム置換Ａ型ゼオライト及びナトリウム置換Ａ型ゼオライトの細孔径は、二酸化炭素の分子直径である０．３９ｎｍよりも大きい。このように二酸化炭素の分子直径よりも大きいゼオライトは、予め二酸化炭素を吸着させた後に用いることが好ましい。この場合、水は、二酸化炭素よりもゼオライトに吸着し易いため、ゼオライトに吸着していた二酸化酸素と、水とが置換される。これにより、水分低減装置２１により処理された水分低減ガスＧ３中に絶縁性成分である二酸化炭素を補給することが可能となる。

水分低減装置２１は、吸湿剤２１ａが配置されるガス流路を有し、吸湿剤２１ａに劣化ガスＧ２が接触されるように構成されている。吸湿剤２１ａは、例えば、通気性を有するケースに収容された状態で水分低減装置２１に装備される。

＜一酸化炭素吸着装置３１＞
一酸化炭素吸着装置３１では、図３に示すように、水分低減ガスＧ３が処理されることで水分低減ガスＧ３中の一酸化炭素の濃度を低下させた再生ガスＧ４を得ることができる。

図１に示すように、一酸化炭素吸着装置３１は、一酸化炭素を吸着する吸着能を有する金属が担体に固定された吸着剤３１ａを有している。一酸化炭素を吸着する吸着能を有する金属としては、例えば、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、及びＴｉから選ばれる少なくとも一種が挙げられる。担体としては、例えば、ゼオライト、シリカ、アルミナ、チタニア等が挙げられる。このような吸着剤３１ａは、例えば、担体に含まれる金属と上記の金属とをイオン交換することにより得ることができる。

吸着剤３１ａとしては、例えば、金属置換ゼオライトを好適に用いることができる。金属置換ゼオライトは、金属イオン交換ゼオライトとも呼ばれる。金属置換ゼオライトを構成するゼオライトとしては、例えば、０．５８ｎｍの細孔径を有するＺＳＭ－５型ゼオライトが挙げられる。金属置換ゼオライトとしては、例えば、銅置換ゼオライトが挙げられる。

一酸化炭素吸着装置３１は、吸着剤３１ａが配置されるガス流路を有し、吸着剤３１ａに水分低減ガスＧ３が接触されるように構成されている。吸着剤３１ａは、例えば、通気性を有するケースに収容された状態で一酸化炭素吸着装置３１に装備される。

＜ガス絶縁電力機器１１のガス流路構成＞
次に、ガス絶縁電力機器１１のガス流路構成について説明する。
図１に示される水分低減ガス流路４１は、水分低減装置２１により劣化ガスＧ２を処理して得られる水分低減ガスＧ３を一酸化炭素吸着装置３１に供給する。水分低減ガス流路４１は、水分低減装置２１と一酸化炭素吸着装置３１とを接続するガス管４１ａを有している。

ガス絶縁電力機器１１は、容器１３内の劣化ガスＧ２を水分低減装置２１に供給する劣化ガス流路５１を備えている。劣化ガス流路５１は、容器１３内と水分低減装置２１とを接続するガス管５１ａと、ガス管５１ａに設けられる開閉弁５１ｂとを有し、開閉弁５１ｂの開動作により劣化ガスＧ２を水分低減装置２１に供給することができる。なお、水分低減装置２１への劣化ガスＧ２の供給は、例えば、図示を省略した送風機により強制的に行うことができる。

水分低減装置２１には、容器１３内の上下方向における中央よりも上側の劣化ガスＧ２が導入される。すなわち、劣化ガス流路５１は、収容室１４の上下方向における中央よりも上側に接続されている。水分低減装置２１には、容器１３内の高さ寸法Ｈを１００％としたとき、容器１３内の上端から４０％の範囲Ｒの範囲の劣化ガスＧ２が導入されることが好ましい。

本実施形態のガス絶縁電力機器１１は、劣化ガスＧ２を一酸化炭素吸着装置３１で処理することで得られた再生ガスＧ４を絶縁ガスＧ１として再利用可能に構成されている。詳述すると、ガス絶縁電力機器１１は、一酸化炭素吸着装置３１により水分低減ガスＧ３を処理して得られる再生ガスＧ４を容器１３内に供給する再生ガス流路６１を備えている。再生ガス流路６１は、一酸化炭素吸着装置３１と容器１３内とを接続するガス管６１ａと、ガス管６１ａに設けられる開閉弁６１ｂとを有し、開閉弁６１ｂの開動作により再生ガスＧ４を容器１３内に供給することができる。

再生ガスＧ４は、容器１３内の上下方向における中央よりも下側に供給されることが好ましい。すなわち、再生ガス流路６１は、収容室１４の上下方向における中央よりも下側に接続されることが好ましい。

＜ガス絶縁電力機器１１の動作＞
ガス絶縁電力機器１１では、劣化ガスＧ２が水分低減装置２１により処理されることで、劣化ガスＧ２中の水分の濃度を低下させた水分低減ガスＧ３を得ることができる。水分低減ガスＧ３は、上記水分低減ガス流路４１を通じて、一酸化炭素吸着装置３１に供給される。一酸化炭素吸着装置３１では、水分低減ガスＧ３を処理するため、一酸化炭素を吸着する吸着剤３１ａと、水分との接触を抑えることができる。これにより、一酸化炭素吸着装置３１の吸着剤３１ａにおいて、金属に水が吸着することを要因とした吸着能の低下を抑えることができる。

水分低減ガスＧ３が一酸化炭素吸着装置３１により処理されることで、水分低減ガスＧ３中の一酸化炭素の濃度を低下させた再生ガスＧ４を得ることができる。本実施形態のガス絶縁電力機器１１では、再生ガス流路６１を通じて再生ガスＧ４を容器１３内に供給することができる。

本実施形態の作用及び効果について説明する。
（１）ガス絶縁電力機器１１は、開閉部１２と、二酸化炭素ガスを含有する絶縁ガスＧ１と、開閉部１２と絶縁ガスＧ１とが収容される容器１３とを備えている。ガス絶縁電力機器１１は、絶縁ガスＧ１が劣化してなる劣化ガスＧ２中の水分を低減する水分低減装置２１を備えている。ガス絶縁電力機器１１は、一酸化炭素を吸着する吸着能を有する金属が担体に固定された吸着剤３１ａを有する一酸化炭素吸着装置３１を備えている。ガス絶縁電力機器１１は、水分低減装置２１により劣化ガスＧ２を処理して得られる水分低減ガスＧ３を一酸化炭素吸着装置３１に供給する水分低減ガス流路４１を備えている。

この構成によれば、上述したように、一酸化炭素吸着装置３１の吸着剤３１ａにおいて、金属に水が吸着することを要因とした吸着能の低下を抑えることができる。従って、劣化ガスＧ２中の一酸化炭素の濃度を効率的に低減することが可能となる。

（２）本実施形態の水分低減装置２１は、吸湿剤２１ａを備えている。この場合、水分低減装置２１の構造を簡素化することができる。吸湿剤２１ａは、カルシウム置換Ａ型ゼオライト、ナトリウム置換Ａ型ゼオライト、及びカリウム置換Ａ型ゼオライトから選ばれる少なくとも一種であることが好ましい。この場合、劣化ガスＧ２中の水分をより効率的に吸着させることができる。これにより、例えば、水分の濃度をより低下させた水分低減ガスＧ３を容易に得ることが可能となる。従って、一酸化炭素吸着装置３１において、吸着剤３１ａの吸着能が低下することを容易に抑えることができる。

（３）ガス絶縁電力機器１１において、吸着剤３１ａは、金属置換ゼオライトを含むことが好ましい。この場合、劣化ガスＧ２中の一酸化炭素をより効率的に吸着させることで、劣化ガスＧ２中の一酸化炭素の濃度をより効率的に低減することが可能となる。

（４）絶縁ガスＧ１は、有機フッ素化合物をさらに含有することが好ましい。この場合、絶縁ガスＧ１の絶縁性能を容易に高めることが可能となる。これにより、例えば、アークを消弧する消弧性能をより高めることができる。

（５）劣化ガスＧ２に含まれる一酸化炭素は、二酸化炭素よりも軽いため、容器１３内の上下方向における中央よりも上側の空間において、一酸化炭素濃度が高まる傾向となる。本実施形態の水分低減装置２１には、容器１３内の上下方向における中央よりも上側の劣化ガスＧ２が導入されている。この場合、一酸化炭素濃度がより高い劣化ガスＧ２を水分低減装置２１に導入することができるため、劣化ガスＧ２をより効率的に処理することができる。

（６）本実施形態のガス絶縁電力機器１１は、劣化ガスＧ２を一酸化炭素吸着装置３１で処理することで得られた再生ガスＧ４を絶縁ガスＧ１として再利用可能に構成されている。この場合、二酸化酸素を含む絶縁性成分を有効に利用することができる。

（変更例）
上記実施形態を次のように変更してもよい。上記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。

・ガス絶縁電力機器１１の再生ガス流路６１を省略することもできる。例えば、一酸化炭素吸着装置３１により処理したガスを別途回収し、例えば、未使用の絶縁ガスをガス絶縁電力機器１１の容器１３内に供給してもよい。

・ガス絶縁電力機器１１は、容器１３内の上下方向における中央よりも下側や中央の劣化ガスＧ２が水分低減装置２１に導入されるように変更することもできる。
・上記水分低減装置２１と上記一酸化炭素吸着装置３１とは、容器１３外に配置されているが、次のように変更することもできる。すなわち、水分低減装置２１を容器１３内に配置し、一酸化炭素吸着装置３１を容器１３外に配置することもできる。また、水分低減装置２１を容器１３外に配置し、一酸化炭素吸着装置３１を容器１３内に配置することもできる。また、水分低減装置２１と一酸化炭素吸着装置３１とのいずれも容器１３内に配置することもできる。

・水分低減装置２１は、劣化ガスＧ２中の水分を吸湿剤２１ａにより低減する構成に限定されず、例えば、劣化ガスＧ２中の水分を凝縮する凝縮器を備える水分低減装置に変更することもできる。この場合であっても、劣化ガスＧ２中の水分を凝縮水として回収することで劣化ガスＧ２中の水分を低減することができる。なお、水分低減装置２１は、凝縮器及び吸着剤３１ａのいずれか一方を備える構成であってもよいし、凝縮器及び吸着剤３１ａの両方を備える構成であってもよい。

・ガス絶縁電力機器１１は、上述したガス遮断器（ＧＣＢ）に限らず、例えば、ガス絶縁開閉装置（ＧＩＳ）、ガス絶縁計器用変圧器（ガス絶縁ＶＴ）等であってもよい。

１１…ガス絶縁電力機器
１２…開閉部
１３…容器
２１…水分低減装置
２１ａ…吸湿剤
３１…一酸化炭素吸着装置
３１ａ…吸着剤
４１…水分低減ガス流路
Ｇ１…絶縁ガス
Ｇ２…劣化ガス
Ｇ３…水分低減ガス
Ｇ４…再生ガス

Claims

開路動作及び閉路動作を行う開閉部と、
二酸化炭素ガスを含有する絶縁ガスと、
前記開閉部と前記絶縁ガスとが収容される容器と、を備えるガス絶縁電力機器であって、
前記絶縁ガスが劣化してなる劣化ガス中の水分を低減する水分低減装置と、
一酸化炭素を吸着する吸着能を有する金属が担体に固定された吸着剤を有する一酸化炭素吸着装置と、
前記水分低減装置により前記劣化ガスを処理して得られる水分低減ガスを前記一酸化炭素吸着装置に供給する水分低減ガス流路と、を備える、ガス絶縁電力機器。
前記水分低減装置は、吸湿剤を備える、請求項１に記載のガス絶縁電力機器。
前記吸湿剤は、カルシウム置換Ａ型ゼオライト、ナトリウム置換Ａ型ゼオライト、及びカリウム置換Ａ型ゼオライトから選ばれる少なくとも一種を含む、請求項２に記載のガス絶縁電力機器。
前記吸着剤は、金属置換ゼオライトを含む、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のガス絶縁電力機器。
前記絶縁ガスは、有機フッ素化合物をさらに含有する、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のガス絶縁電力機器。
前記水分低減装置には、前記容器内の上下方向における中央よりも上側の前記劣化ガスが導入される、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のガス絶縁電力機器。
前記劣化ガスを前記一酸化炭素吸着装置で処理することで得られた再生ガスを前記絶縁ガスとして再利用可能に構成されている、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のガス絶縁電力機器。