JP4522318B2

JP4522318B2 - ガス絶縁開閉装置

Info

Publication number: JP4522318B2
Application number: JP2005150493A
Authority: JP
Inventors: 栄一永尾; 幸夫尾崎; 忠郎皆川; 治彦香山; 雄治芳友
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-05-24
Filing date: 2005-05-24
Publication date: 2010-08-11
Anticipated expiration: 2025-05-24
Also published as: JP2006333567A

Description

この発明は、ガス絶縁開閉装置、特に、内部に絶縁ガスを封入した導電性容器内に配置した通電用の高電圧導体からなる高電圧印加部位を導電性容器から絶縁して支持する絶縁ロッドからなる絶縁支持部材を備えたガス絶縁開閉装置に関する。

絶縁媒体として、ＳＦ_６ガスを用いたガス絶縁開閉装置の絶縁ロッドは、内部に絶縁ガスを封入した金属容器内に配置した通電用の高電圧導体を金属容器から電気的に絶縁して支持する目的で使用され、電気絶縁性と機械的強度の両方に優れた材料特性を備えたガラス繊維強化樹脂硬化物が一般に広く用いられている。
ＳＦ_６ガスは、絶縁性能、消弧性能に優れたガス媒体であるが、電流遮断時に発生するアークにより分解して、活性なＳＦ_４ガスが発生する。

ＳＦ_４ガスは金属容器内の水分と反応して、ＳＯＦ_２ガスやＨＦガスに加水分解するが、このＨＦは絶縁ロッドを構成するガラスを著しく損傷する。
このため、アーク発生部でガラス繊維強化樹脂硬化物から構成される絶縁ロッドを使用すると、樹脂中のガラス繊維が損傷を受け、機械特性が低下する恐れがある。
また、ガラスとＨＦの反応により発生する導電性物質の影響で、絶縁ロッドの表面抵抗が低下、部分放電やトラッキングが発生して、最終的には、絶縁ロッドが沿面破壊に至る恐れがある。
従って、アーク発生部でガラス繊維強化樹脂硬化物から構成される絶縁ロッドを使用する場合、ＨＦによるガラス繊維の損傷を防止する必要がある。

このような課題を解決する手段として、ガラス繊維硬化物を耐ＨＦ性に優れた材料で被覆することが知られている（例えば、特許文献１参照）。
ガラス繊維強化樹脂硬化物の外面をエポキシ変性ポリイミド樹脂で被覆することにより、エポキシ変性ポリイミド樹脂がＨＦガスに対するバリアとして機能することにより、ＨＦガスによるガラスの損傷を防止するものである。

特開平７−１６１２５０号公報

従来の絶縁ロッドは、エポキシ変性ポリイミドを用いた被覆により、ＨＦガスによるガラスの損傷に対して、ある程度の効果を発揮するものである。しかしながら、事故電流遮断のような大電流遮断時に発生する大量のＳＦ_４ガスに対しては、十分なバリア効果が得られないという欠点があった。

図２は、エポキシ変性ポリイミドのバリア性に関する試験結果をこの発明による実施の形態における試料と比較して示しており、表１に示すようなＳＦ_４とＳＦ_６の混合ガス中における表面抵抗率の経時変化を示している。
試料−Ａと試料−Ｃを比較すると、エポキシ変性ポリイミド被覆による良好なバリア効果が認められる。すなわち、被覆無の試料−Ｃでは、混合ガス暴露により、表面抵抗率が７桁減少しているのに対して、被覆有りの試料−Ａでは表面抵抗率の低下は２桁程度である。
しかしながら、ＳＦ_４ガス濃度を０．４［Ｖｏｌ．％］まで増加させるとバリア効果があまり顕著ではなくなり、表面抵抗率は１０^１２Ω／ｓｑ以下まで低下する。ガス絶縁開閉装置では事故電流遮断のような大電流遮断時には、ＳＦ_４ガス濃度が、０．４［Ｖｏｌ．％］まで増加する可能性があり、エポキシ変性ポリイミド被覆では十分なバリア性が得られない。
また、表面抵抗率が１０^１２Ω／ｓｑ以下まで低下すると部分放電やトラッキングの発生が認められ、絶縁ロッドが沿面破壊に至る確率が顕著に増加する。
従って、エポキシ変性ポリイミド被覆は、大電流遮断時におけるバリア性が十分ではなく、絶縁ロッドが沿面破壊に至る恐れがあるとの問題点があった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、事故電流遮断のような大電流遮断時に発生する大量のＳＦ_４ガスに対する十分なバリア効果を有する絶縁被覆を持つ絶縁支持部材を備えたガス絶縁開閉装置を得ようとするものである。

この発明に係るガス絶縁開閉装置では、内部にＳＦ_６ガスからなる絶縁ガスを封入した導電性容器内に配置された高電圧印加部位を前記導電性容器から電気的に絶縁して支持する絶縁支持部材が、ガラス繊維強化樹脂硬化物から構成され、このガラス繊維強化樹脂硬化物からなる絶縁支持部材の外面にガラスを含まない１００μｍ以下の厚さの絶縁被覆が配置されており、この絶縁被覆が、１００ｎｍ以下の大きさのナノコンポジット粒子を充填したエポキシ樹脂で構成されているものであって、前記ナノコンポジット粒子が、酸化アルミニウムを主成分とする充填材からなる扁平形フィラーで構成されているものである。

この発明によれば、１００μｍ以下の厚さの絶縁被覆を構成するエポキシ樹脂に充填される酸化アルミニウムを主成分とする充填材からなる扁平形フィラーで構成される１００ｎｍ以下の大きさのナノコンポジット粒子によりガスが通過するパスを長くでき事故電流遮断のような大電流遮断時にＳＦ_６ガスが分解して発生する大量のＳＦ_４ガスに対する十分なバリア効果を有する絶縁被覆を持つ絶縁支持部材を備えたガス絶縁開閉装置を得ることができる。

実施の形態１．
この発明による実施の形態を図１および図２について説明する。図１はこの発明による実施の形態におけるガス絶縁開閉装置用絶縁ロッドの構成を示す断面図である。図２はこの発明による実施の形態におけるガス絶縁開閉装置用絶縁ロッドの表面抵抗特性を示す特性線図である。

この発明による実施の形態におけるガス絶縁開閉装置用絶縁ロッドの構成を示す図１において、内部にＳＦ_６からなる絶縁ガスを封入した金属容器内に配置された通電用高電圧導体（図示せず）を金属容器から電気的に絶縁して支持する絶縁ロッドＳＲは、エポキシ樹脂１中にガラス繊維２を埋め込んでモールドしたガラス繊維強化樹脂硬化物から構成される。ガラス繊維２としては、絶縁性に優れたＥガラス繊維が一般に使用される。このガラス繊維強化樹脂硬化物の外面には、大きさが１００ｎｍ以下の酸化アルミニウムから構成されるナノコンポジット粒子を含む絶縁部材が配置されており、この絶縁部材の厚みが１００μｍ以下である。

ナノコンポジットの特長のひとつにガスバリア性の向上を挙げることができる。特に扁平形のナノコンポジット粒子が母材であるガラス繊維強化樹脂硬化物に平行に配列すると、ガスが通過するパスの長さが長くなることに起因していると考えられている。
一方、高濃度ＳＦ_４ガスに対する耐性に関しては、酸化アルミニウムを主成分とするナノコンポジット材料を用いることにより、加水分解反応を抑制することが可能となり、表面抵抗率の低下を抑制することが可能となる。
更に、ナノコンポジット粒子は、数％の充填率で優れた特性を発揮することが可能であり、ガラス繊維強化樹脂硬化物の外面に配置した絶縁部材の誘電率を小さくすることができ、電界集中も抑制することが可能となる。

次に、製法について述べる。クレーとしてはモンモリナイト、有機化剤としてはアンモニウム塩酸塩、エポキシ樹脂としてはビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、硬化剤としてはジアミン系を用いる。アンモニウム塩酸塩によるイオン交換にて得られた有機変性クレーとエポキシ樹脂は、７０℃の温度条件で、２０時間、混合処理を行い、クレーの層間にエポキシ樹脂を挿入する。硬化剤及び有機溶剤を添加後、ガラス繊維強化樹脂硬化物表面に塗布する。一般環境にて風乾することにより、有機溶剤を除去後、１３０℃の温度条件で、１２時間、硬化処理を行い、目的とする絶縁ロッドＳＲが得られる。

このようにして製作した絶縁ロッドＳＲの特性として、表２に示すようなＳＦ_４とＳＦ_６の混合ガス中における表面抵抗率の経時変化を測定した。図２の測定結果から、この発明の被覆材料によるバリア性の向上が認められる。試料−Ｂは表１に示したものと同じ材料であり、ＳＦ_４ガス濃度が０．４［Ｖｏｌ．％］では、表面抵抗率が１０^１２Ω／ｓｑ以下まで低下している。
一方、この発明の実施の形態である試料−Ｄはナノコンポジット粒子によるガスバリア性、耐ＳＦ_４ガスに優れた被覆材料（酸化アルミニウムはＳＦ_４ガスによる損傷をほとんど受けない）の相乗効果により、表面抵抗率は１０^１３Ω／ｓｑ以上を維持している。表面抵抗率が１０^１２Ω／ｓｑであれば、部分放電やトラッキングが発生する恐れがない。
従って、この発明の酸化アルミニウムを主成分とする扁平形ナノコンポジット粒子を充填したエポキシ樹脂による被覆は、大電流遮断時に発生する大量のＳＦ_４ガスに対して、十分なバリア性を有している。

この発明による実施の形態１によれば、内部にＳＦ_６ガスからなる絶縁ガスを封入した金属容器からなる導電性容器内に配置された通電用高電圧導体などの高電圧印加部位を前記金属容器からなる導電性容器から電気的に絶縁して支持する絶縁ロッドＳＲからなる絶縁支持部材が、エポキシ樹脂１中にガラス繊維２を埋め込んでモールドしたガラス繊維強化樹脂硬化物から構成され、このガラス繊維強化樹脂硬化物で構成される絶縁ロッドＳＲからなる絶縁支持部材の外面に１００μｍ以下のガラスを含まない絶縁被覆３が配置されており、この絶縁被覆３が、１００ｎｍ以下の大きさのナノコンポジット粒子を含んで構成されているので、事故電流遮断のような大電流遮断時に発生する大量のＳＦ_４ガスに対する十分なバリア効果を有する絶縁被覆を持つ絶縁支持部材を備えたガス絶縁開閉装置を得ることができる。

また、この発明による実施の形態によれば、前項の構成において、前記絶縁被覆３に含まれるナノコンポジット粒子が、扁平形フィラーで構成されているので、事故電流遮断のような大電流遮断時に発生する大量のＳＦ_４ガスに対する優れたバリア効果を有する絶縁被覆を持つ絶縁支持部材を備えたガス絶縁開閉装置を得ることができる。

さらに、この発明による実施の形態によれば、前項の構成において、前記絶縁被覆３に含まれるナノコンポジット粒子が、酸化アルミニウムを主成分とする充填材で構成されているので、酸化アルミニウムを主成分とする充填材で構成されるナノコンポジット粒子を含む絶縁被覆により、事故電流遮断のような大電流遮断時に発生する大量のＳＦ_４ガスに対する十分なバリア効果を有する絶縁支持部材を備えたガス絶縁開閉装置を得ることができる。

そして、この発明による実施の形態によれば、前項の構成において、前記絶縁被覆３に含まれるナノコンポジット粒子の充填率が、１０％以下であるので、少量のナノコンポジット粒子を含む絶縁被覆により、事故電流遮断のような大電流遮断時に発生する大量のＳＦ_４ガスに対する十分なバリア効果を有する絶縁支持部材を備えたガス絶縁開閉装置を得ることができる。

この発明の活用例として、ＳＦ_６ガスを絶縁媒体として用いるガス開閉機器（ＧＩＳ、ＧＣＢ）の絶縁ロッドを挙げることができる。

この発明による実施の形態によれば、高濃度ＳＦ_４ガスに対する十分なバリア効果を確保するため、ガスバリア性に優れたナノコンポジット粒子を含む絶縁部材により、ＳＦ_４ガスがガラス繊維を損傷しない。また、ナノコンポジットがＳＦ_４ガスに損傷されない酸化アルミニウムから構成されており、高濃度ＳＦ_４ガス存在下でも表面抵抗率が低下することなく、優れた絶縁性、機械特性を確保できる。

この発明による実施の形態におけるガス絶縁開閉装置用絶縁ロッドの構成を示す断面図である。この発明による実施の形態におけるガス絶縁開閉装置用絶縁ロッドの表面抵抗率を従来技術と比較して示す特性線図である。

符号の説明

１エポキシ樹脂、２ガラス繊維、３ナノコンポジット粒子を充填材とするエポキシ樹脂絶縁被覆。

Claims

内部にＳＦ_６ガスからなる絶縁ガスを封入した導電性容器内に配置された高電圧印加部位を前記導電性容器から電気的に絶縁して支持する絶縁支持部材が、ガラス繊維強化樹脂硬化物から構成され、このガラス繊維強化樹脂硬化物からなる絶縁支持部材の外面にガラスを含まない１００μｍ以下の厚さの絶縁被覆が配置されており、この絶縁被覆が、１００ｎｍ以下の大きさのナノコンポジット粒子を充填したエポキシ樹脂で構成されているものであって、前記ナノコンポジット粒子が、酸化アルミニウムを主成分とする充填材からなる扁平形フィラーで構成されていることを特徴とするガス絶縁開閉装置。
前記ナノコンポジット粒子の充填率が、１０％以下であることを特徴とする請求項１に記載のガス絶縁開閉装置。