JP4202075B2 - ガス絶縁電気機器のスペーサ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ガス絶縁された開閉装置や母線などの電気機器に用いられるスペーサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のスペーサは、例えば特許文献１に示されているが、従来のスペーサを備えたガス絶縁電気機器の一例を図４に改めて示す。図４は単相母線の要部縦断面図を示し、接地された導電性容器（非磁性金属管）１内で高圧導体２がスペーサ３により絶縁支持され、容器１内には絶縁媒体としてガス（通常ＳＦ₆ガス）が封入されている。スペーサ３は成形樹脂からなる円錐形の絶縁物４を有し、絶縁物４の周縁部は容器１のフランジ１ａの間に、パッキン５を挟んでボルト６で締め付けられている。絶縁物４の中心部には金具７が埋め込まれ、導体２は金具７に挿通されている。絶縁物４は、短絡時の電磁力やガスの区分圧力に耐える機械強度、絶縁ガスの持つ絶縁性を損うことのない絶縁性能、繰り返し温度変化に耐え得る耐熱性等が必要とされる。この絶縁物４には、従来一般に熱硬化性のエポキシ樹脂が用いられている。エポキシ樹脂は硬化するまで完全な液体状態にあり、注型により任意の形状を作ることが可能で、埋込み金具７との接着性の面でも優れている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−６６４６号公報（第２頁、図２）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
熱硬化性のエポキシ樹脂は、ガス絶縁電気機器のスペーサとして要求される機械強度、絶縁性、耐熱性等において十分な性能を有する材料であるが、機器の廃棄時における処分という点で問題がある。ここで、樹脂材料のリサイクルという点からは、一般に次の３つの方法が知られている。一番目はマテリアルリサイクルと呼ばれ、成形樹脂を破砕機などの機械的手段を使用して破砕し、その破砕物を樹脂原材料として再生利用する方法である。２番目はケミカルリサイクルと呼ばれ、熱や触媒などの化学的手段によって樹脂を再利用できる状態に変える方法で、エネルギーは使うが高品位の回収を行なうことができる。３番目はサーマルリサイクルと呼ばれ、樹脂を直接あるいは燃料化してから燃焼させ、熱エネルギーとして利用する方法である。マテリアルリサイクルやケミカルリサイクルの方がサーマルリサイクルに比べて再利用の有効性は高いが、それが経済的に引き合うコストで採用できる樹脂の種類は限られている。
【０００５】
熱硬化性のエポキシ樹脂は、図５に示すように高分子鎖８の間に非常に高密度の架橋が行われた樹脂である。そのため、加熱しても架橋点９が切断されない限り溶融されず、その反面、架橋点９が溶融する温度まで加熱すると高分子の主鎖８の切断が生じ高分子状態での分離ができない。また、金属部材との接着力の強さから、リサイクルの最初の段階で金属部材を分離することが困難であるが、主鎖８が切断されるような加熱により金属部材の分離を行なっても高分子の性質は失われるためマテリアルリサイクルはできない。更に、エポキシ樹脂のような熱硬化性樹脂は通常、耐熱性や機械強度の向上、樹脂使用量の低減などの目的で充填材と呼ばれる無機質の粉体が混入されており、その分離性の悪さからケミカルリサイクルも困難である。一方、サーマルリサイクルにしても、樹脂自体及び充填材の混入による難燃性から困難とされている。そのため、熱硬化性樹脂は現状では埋め立て投棄により処理されている。
【０００６】
これに対して熱可塑性樹脂は、温度により液体と固体との相変化を可逆的に生じる性質があり、熱的処理によりケミカルリサイクルやマテリアルリサイクルができるものが多い。図６は熱可塑性樹脂の分子構造を示すもので、結晶性の部分１０と非晶質の部分１１とからなっている。熱可塑性樹脂を加熱すると、まず結合力の小さな非晶質部分１１が可逆的な変形を起こし、外力により容易にその形状を変化するようになる。この状態においても高分子鎖自体の切断は僅かで、元の樹脂の高分子としての分子量の減少は小さい。この性質のため、熱可塑性樹脂は加熱による分離や高分子のまま原料として利用するというリサイクル時に要求されるプロセスに適合性がよい。現状でのリサイクルがほとんど熱可塑性樹脂に限られているのは、熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂とのこのような性質の違いによる。
【０００７】
このように、環境に対する負荷を小さくできる可能性を持つ熱可塑性樹脂であるが、これを従来構造のガス絶縁電気機器のスペーサに適用しようとすると、その製造方法や形状面で次のような難点がある。すなわち、エポキシ樹脂は注型作業により比較的肉厚で大型のものを作れるのに対し、熱可塑性樹脂の代表的な成形方法である射出成形は小さく薄いものの成形に適している。これは、熱硬化性樹脂においては、未反応、未架橋の液状の樹脂を大気圧又は真空下で重力により金型に流し込み、液状樹脂を金型の中で比較的長時間かけて架橋反応させて硬化させるのに対し、熱可塑性樹脂の射出成形においては、半液状の樹脂を高圧力により金型中に流し込み、冷えている金型の表面から冷却して硬化させるという相違による。そのため、従来構造のスペーサのような肉厚の大きい成形品を熱可塑性樹脂を用いて製作することは困難であるとされている。
【０００８】
そこで、この発明の課題は、リサイクルの容易な熱可塑性樹脂を用いて、ガス
絶縁電気機器のスペーサを製作できるようにすることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、この発明においては、絶縁ガスが封入された導電性容器内で、成形樹脂からなる絶縁物により導体を絶縁支持するガス絶縁電気機器のスペーサにおいて、前記スペーサを構成する絶縁物を熱可塑性樹脂により成形した複数の肉厚の薄い絶縁物により構成し、この複数の肉厚の薄い絶縁物を３枚以上導体の軸方向に接合して内部が中実のスペーサを形成する（請求項１）。
肉厚の薄い絶縁物を３枚以上導体の軸方向に重ねて接合することにより、スペーサの機械的強度を高めることができる。
【００１０】
前記スペーサの両端の肉厚の薄い絶縁物は耐分解ガス性及び耐アーク性の大きい樹脂により構成し、内側の肉厚の薄い絶縁物は機械強度の大きい樹脂により構成して、各肉厚の薄い絶縁物に役割分担をさせることができる（請求項２）。これにより、各肉厚の薄い絶縁物にその役割に応じた最適の材料を選択することが可能になる。
【００１１】
また、請求項１および２において、各肉厚の薄い絶縁物の肉厚を適切に管理するには、前記肉厚の薄い絶縁物の内部の仮想球体が前記肉厚の薄い絶縁物の表面に接する直径の大きさから前記肉厚の薄い絶縁物の肉厚を定義するようにするのがよい（請求項３）。これにより、表面形状の複雑な肉厚の薄い絶縁物においても肉厚を容易に把握することができるようになる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図１ないし図３に基づき、従来例（図４）で示したスペーサ３の絶縁物４を熱可塑性樹脂で構成した場合の発明の実施の形態について説明する。なお、従来例と対応する部分には同一の符号を用いるものとする。
まず、図１は、絶縁物４を４枚の肉厚の薄い絶縁物１２，１３，２０及び２１を重ねて構成した実施の形態を示すものである。肉厚の薄い絶縁物１２，１３，２０，２１同士は環状の図示凹凸部を介して互いに嵌合するとともに接着剤により固着されている。一般に機械強度は厚さの２乗に比例するため、４枚に分割した場合には強度は１／４になるが、肉厚の薄い絶縁物相互を固着することにより一体品と同程度の強度を得ることが可能である。
【００１３】
図２は絶縁物４を３枚の肉厚の薄い絶縁物１２，１３及び２２を重ねて構成し、内側の分割体２２に芯部材として強度の大半を持たせ、両端の肉厚の薄い絶縁物１２，１３に主として耐分解ガス性及び耐アーク性を持たせるようにした実施の形態を示すものである。絶縁ガスとして汎用されているＳＦ₆ガスはアークにより加熱されるとＳＯＦ₂やＨＦなどの分解ガスを生じ、この分解ガスは絶縁物を劣化させる。しかし、肉厚の薄い絶縁物１２，１３で覆われた内側の肉厚の薄い絶縁物２２は耐分解ガス性は必要ないため、ＳＦ₆に接する部分には使用できないガラス繊維強化樹脂を用いることが可能である。その他、芯となる肉厚の薄い絶縁物２２には、高耐熱高強度のポリフェニレンサルファイド、液晶プラスチック、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルケトンなどの材料を使用することができる。
【００１４】
これに対して、両端の肉厚の薄い絶縁物１２，１３には、耐分解ガス性、耐アーク性、成形性等がよく低コストのポリアミド、ポリアセタールポリカーボネイト、ＡＢＳ、ＰＥＴなどの材料を用いることができる。このように、各肉厚の薄い絶縁物に役割分担をさせれば、その役割に応じた最適の材料を選択し、高機能で低コストのスペーサを製作することが可能になる。なお、両端の肉厚の薄い絶縁物１２，１３で被覆される内側の肉厚の薄い絶縁物２２は、円板状のみならず枠組状に形成することも可能である。
【００１５】
熱可塑性樹脂の射出成形では、樹脂が金型表面に触れることにより冷却、固化するので、上記した各肉厚の薄い絶縁物の肉厚の定義は、金型表面から樹脂の内部に向う深さとするのが妥当である。これは、図３に示すように、成形品（例えば肉厚の薄い絶縁物１２）の内部に仮想の球体２３を考え、この球体２３が成形品の表面に接する最大の直径ｔから厚さを定義するのが合理的である。なお、図示実施の形態では単相円錐形のスペーサの例を示したが、この発明は三相用スペーサにも適用可能であり、また形状も円錐形に限られず、円板形、スパイダ形、柱形などの各種スペーサに適用可能である。
【００１６】
【発明の効果】
以上の通り、この発明によれば、スペーサの絶縁物を軸方向に複数層に分割された複数の肉厚の薄い絶縁物により構成し、これらの肉厚の薄い絶縁物を組み合わせて内部が中実のスペーサを構成することにより、熱可塑性樹脂の射出成形によるスペーサの製作が可能になる。その結果、スペーサのリサイクル処理が容易となり、廃棄処分時の環境に対する負荷が低下するとともに、再生材の利用により製造コストの低減が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態を示すガス絶縁電気機器の要部縦断面図である。
【図２】 この発明の異なる実施の形態を示すガス絶縁電気機器の要部縦断面図である。
【図３】 この発明に係るスペーサ絶縁物の肉厚の定義を説明するための肉厚の薄い絶縁物の縦断面図である。
【図４】 従来例を示すガス絶縁電気機器の要部縦断面図である。
【図５】 熱硬化性樹脂の分子配列と架橋点を示す模式図である。
【図６】 熱可塑性樹脂の分子配列を示す模式図である。
【符号の説明】
１ 導電性容器
２ 導体
３ スペーサ
４ 絶縁物
１２ 肉厚の薄い絶縁物
１３ 肉厚の薄い絶縁物
２０ 肉厚の薄い絶縁物
２１ 肉厚の薄い絶縁物
２２ 肉厚の薄い絶縁物
２３ 仮想球体

Claims (3)

1. 絶縁ガスが封入された導電性容器内で、成形樹脂からなる絶縁物により導体を絶縁支持するガス絶縁電気機器のスペーサにおいて、
   前記スペーサを構成する絶縁物を熱可塑性樹脂により成形した複数の絶縁物により構成し、この複数の絶縁物を３枚以上導体の軸方向に接合して内部が中実のスペーサを形成したことを特徴とするガス絶縁電気機器のスペーサ。
2. 前記スペーサの両端の絶縁物は耐分解ガス性及び耐アーク性の大きい樹脂により構成し、内側の絶縁物は機械強度の大きい樹脂により構成し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のスペーサ。
3. 前記絶縁物の内部の仮想球体が前記絶縁物の表面に接する直径の大きさから前記絶縁物の肉厚を定義するようにしたことを特徴とする請求項１または２に記載のガス絶縁電気機器のスペーサ。

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