JP4931721B2

JP4931721B2 - 遮断器用絶縁ノズル

Info

Publication number: JP4931721B2
Application number: JP2007194687A
Authority: JP
Inventors: 廣士足達; 秀記瀧川; 浩美伊藤; 龍也林; 克彦堀之内; 忠郎皆川
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2007-07-26
Filing date: 2007-07-26
Publication date: 2012-05-16
Anticipated expiration: 2027-07-26
Also published as: JP2009032499A

Description

本発明は、電流遮断時に可動接触子と固定接触子との間に発生するアークに絶縁性ガスを吹き付けて消弧させるための遮断器用絶縁ノズルに関する。

ガス遮断器では、電流が遮断されると、可動接触子と固定接触子との間に１００００Ｋ〜２００００Ｋの高温プラズマ状のアークが発生する。従来、このアークを消弧させるためにフッ素樹脂からなる絶縁ノズルから空気、ＳＦ₆ガスなどの絶縁性ガスをアークに吹き付けていた。高圧空気又は高圧ガス中で発生した高温プラズマ状のアーク光は、２００ｎｍ〜近赤外域において強いエネルギー強度を有することが知られている。そのため、このアーク光にフッ素樹脂からなる絶縁ノズルが曝されると、アークから発生したエネルギー線がノズルの表面のみならず内部まで侵入し、ノズルの内部にボイドやカーボンを生じさせ、絶縁性能を著しく低下させるという欠点があった。

そこで、上記のような欠点を改善するため、窒化ホウ素をフッ素樹脂に添加した遮断器用絶縁ノズルが提案されている（例えば、特許文献１を参照）。この特許文献１では、窒化ホウ素の添加量増加に伴って反射率が増大する一方で絶縁ノズルの消耗量も増大して遮断性能が低下するという理由から、窒化ホウ素の添加量を０．３重量％〜１．０重量％に規定している。

また、遮断器用絶縁ノズルの内部劣化を防止し遮断性能を長く維持するため、窒化ホウ素粉末が１体積％〜１０体積％充填された四フッ化エチレン樹脂の融点における光反射率を６０％以上にすることが提案されている（例えば、特許文献２を参照）。

特開昭６３−１１９１２１号公報特開平３−２９２２９号公報

しかしながら、上記した従来の絶縁ノズルでは、大電流遮断時に発生するアーク光による内部劣化及び表面消耗を未だ十分に防止することができないという問題があった。
従って、本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、大電流遮断時に発生するアーク光による内部劣化及び表面消耗を防止することのできる遮断器用絶縁ノズルを提供することを目的とする。

そこで、本発明者らは、紫外域から近赤外域における絶縁ノズルの光特性に着目し、配合する充填剤の粒径、屈折率及び配向性に関して鋭意検討した結果、特定の粒径及び屈折率を有する無機充填剤をフッ素樹脂に配合し、２４０ｎｍ〜１３００ｎｍの波長における反射率が８５％以上となるように成形した成形品が、大電流遮断時に発生する高エネルギーのアーク光を顕著に遮蔽し、絶縁ノズルの内部劣化及び表面消耗を抑制するのに有効であることを見出し、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明に係る遮断器用絶縁ノズルは、１〜３μｍの平均粒径及び１０μｍ以下の最大粒径を有し且つ１．７以上の屈折率を有する無機充填剤を０．５体積％〜５体積％含有するフッ素樹脂組成物からなると共に、２４０ｎｍ〜１３００ｎｍの波長における反射率が８５％以上であるものである。

本発明によれば、大電流遮断時に発生するアーク光による内部劣化及び表面消耗を防止することのできる遮断器用絶縁ノズルを提供することができる。

実施の形態１．
本発明の遮断器用絶縁ノズルは、電流遮断時に可動接触子と固定接触子との間に発生したアークに絶縁性ガスを吹き付けて消弧させるためのものであって、アーク発生部近傍に配置される。この遮断器用絶縁ノズルは、フッ素樹脂及び無機充填剤を含有するフッ素樹脂組成物から形成される。

本発明で使用されるフッ素樹脂としては、耐熱性に優れる四フッ化エチレン樹脂、四フッ化エチレンと六フッ化プロピレンとの共重合樹脂、四フッ化エチレンパーフルオロアルキルエーテル共重合樹脂等が挙げられ、従来公知の方法で製造され市販されているものを用いることができる。

本発明でフッ素樹脂に配合される無機充填剤としては、平均粒径が１μｍ〜３μｍ及び最大粒径が１０μｍ以下で屈折率が１．７以上の窒化ホウ素粉末、アルミナ粉末及び酸化マグネシウム粉末が挙げられ、従来公知の方法で製造され市販されているものを用いることができる。上記粒径の条件を満たさない無機充填剤では、フッ素樹脂組成物を成形して得られる成形品の反射率を８５％以上とすることができない。屈折率が１．７未満の無機充填剤では、フッ素樹脂に対する相対屈折率を大きくすることができず、結果として、フッ素樹脂組成物を成形して得られる成形品の反射率を８５％以上とすることができない。
無機充填剤の粒径及び配合量は、成形品の光反射率が２４０ｎｍ〜１３００ｎｍの波長において８５％以上となるように、平均粒径１μｍ〜３μｍで最大粒径１０μｍ以下の粒径範囲及び０．５体積％〜５体積％の配合量から適宜設定される。また、上記粒径及び屈折率の条件を満たすものであれば、偏平状のもの、不定形状のもの（粉砕したもの）のいずれも無機充填剤として使用することができる。また、無機充填剤は他の物質を微量でも含むと紫外域に吸収が生じて成形品の反射率低下の要因となることから、無機充填剤の純度は９９％以上であることが望ましい。

また、上記無機充填剤の他に、本発明の効果を損なわない範囲で、真空紫外域まで透明であるフッ化マグネシウムを併用してもよい。好ましいフッ化マグネシウムは、１〜３μｍの平均粒径及び１０μｍ以下の最大粒径を有するものである。フッ化マグネシウムの配合量は、上記無機充填剤の配合量以下とすることが好ましい。また、フッ化マグネシウムの純度も９９％以上であることが望ましい。

本発明における無機充填剤及びフッ化マグネシウムの粒径は、レーザ回折／散乱式粒度分布測定装置（ＬＡ−９１０：堀場製作所製）にて測定した値である。
本発明における無機充填剤の屈折率は、２５℃において測定された波長６３２．８ｎｍにおける空気に対する値である。

また、本発明における成形品の反射率は、以下の方法に従って測定した値である。上記無機充填剤を所定の割合で配合したフッ素樹脂組成物を室温で所定の圧力により圧縮成形し、その後フッ素樹脂の融点以上の温度で焼成することによりブロックを作製する。このブロックを圧縮方向に対して平行方向又は垂直方向に厚さ０．５ｍｍ又は１ｍｍとなるように切り出し、試験フィルムを得る。この試験フィルムに一定の光源から所定の波長（２４０ｎｍ、３４０ｎｍ、４４０ｎｍ、５４０ｎｍ、６４０ｎｍ、７４０ｎｍ、８４０ｎｍ、９４０ｎｍ、１０４０ｎｍ、１１４０ｎｍ、１２４０ｎｍ及び１３００ｎｍ）の光を照射し、試験フィルム表面で反射された光を積分球で集光して反射光を求め、入射光と反射光との比から各波長における反射率をそれぞれ求めた。各波長で測定された反射率の算術平均を本発明における成形品の反射率とした。

フッ素樹脂組成物中に配合された偏平状の無機充填剤は、圧縮成形時に圧力を受けて、偏平な面が圧力に対して垂直方向に並ぶ。そのため、光が無機充填剤の偏平な面に垂直に入射した場合、平行に入射した場合に比較して２４０ｎｍ〜１３００ｎｍの波長における反射率が５〜１０％高くなることが分かった。更に、平均粒径が大きい程、この配向の影響が大きいことも分かった。従って、偏平状無機充填剤（例えば、窒化ホウ素粉末やアルミナ粉末）を使用する場合、その配向性を適宜選択することで、フッ素樹脂組成物を成形して得られる成形品の反射率を８５％以上に調整することができる。

次に、偏平状無機充填材の配向性と成形方法との関係について説明する。
図１は、フッ素樹脂１に偏平状無機充填剤２を配合してなるフッ素樹脂組成物を圧縮成形により成形した場合の偏平状無機充填剤２の配向を示す図であり、図２は、フッ素樹脂組成物を等圧圧縮成形により成形した場合の偏平状無機充填剤２の配向を示す図である。
金型３を使用する圧縮成形法により円柱ブロック形状の遮断器用絶縁ノズルを成形する場合、図１に示されるように、無機充填剤の偏平な面を圧縮方向（圧力のかかる方向５）に対して垂直方向、即ち、円柱ブロックの長手方向に対して垂直方向に配向させることができる。他方、ゴム型４を使用する等圧圧縮成形法（ポアソン成形法）により円柱ブロック形状の遮断器用絶縁ノズルを成形する場合、図２に示されるように、一部の無機充填剤の偏平な面を円柱ブロックの長手方向に対して平行方向に配向させることができる。

以下、実施例により本発明の詳細を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
表１に示す各種無機充填剤を所定の割合で四フッ化エチレン樹脂に配合して、実施例１〜７及び比較例１〜４のフッ素樹脂組成物を調製した。これらのフッ素樹脂組成物を室温で２００ｋｇ／ｃｍ²の圧力で圧縮成形した後、３７０℃で焼成して成形品を得た。
実施例１、実施例２、実施例４及び比較例１〜４の成形品それぞれから、厚さ１ｍｍ、幅２０ｍｍ、長さ３０ｍｍのシートを圧縮方向に対して平行方向に切り出した。これらのシートの各波長における反射率を測定した。反射率の結果を表１及び図３に示した。
また、上記実施例１等と同様に、実施例３、実施例５及び実施例７の成形品それぞれから、厚さ１ｍｍ、幅２０ｍｍ、長さ３０ｍｍのシートを圧縮方向に対して垂直方向に切り出し、反射率を測定した。反射率の結果を表１に示した。
さらに、実施例及び比較例の成形品を用いて、ＳＦ₆ガス中で２０ｋＡ及び１７ｍｓの条件で１０回遮断し、成形品の内部劣化を評価した。結果を表１に示した。
なお、反射率は先に説明した方法で測定したものであり、実際の遮断器で電流を遮断した時の値を言うものではない。

表１から明らかなように、実施例１〜７の成形品は、試験後に内部劣化が認められず、耐内部劣化性及び耐表面消耗に優れているということが分かる。これに対して、比較例１〜４の成形品は、試験後に内部劣化が認められ、遮断性能を長く維持することができないということが分かる。

フッ素樹脂組成物を圧縮成形により成形した場合の偏平状無機充填剤の配向を示す図である。フッ素樹脂組成物を等圧圧縮成形により成形した場合の偏平状無機充填剤の配向を示す図である。成形品の各波長における光反射率を示す図である。

符号の説明

１フッ素樹脂、２偏平状無機充填剤、３金型、４ゴム型、５圧力のかかる方向。

Claims

電流遮断時に可動接触子と固定接触子との間に発生したアークに絶縁性ガスを吹き付けて消弧させるための遮断器用絶縁ノズルであって、
遮断器用絶縁ノズルは、１〜３μｍの平均粒径及び１０μｍ以下の最大粒径を有し且つ１．７以上の屈折率を有する無機充填剤を０．５体積％〜５体積％含有するフッ素樹脂組成物からなると共に、２４０ｎｍ〜１３００ｎｍの波長における反射率が８５％以上であることを特徴とする遮断器用絶縁ノズル。
前記無機充填剤が、窒化ホウ素、アルミナ又はこれらの混合物であることを特徴とする請求項１に記載の遮断器用絶縁ノズル。