JP5676816B2 - ガス絶縁開閉装置およびその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、絶縁ガスが充填された円筒状の接地タンク内に高電圧導体が絶縁支持されて配置されたガス絶縁開閉装置及びその製造方法に関するものである。
ガス絶縁開閉装置は、絶縁媒体として非常に絶縁性能に優れたＳＦ６ガスが使用されていたが、温暖化係数が二酸化炭素の約２４０００倍と高いため、削減する方向に進んでいる。代替ガスとしては、窒素や二酸化炭素、ドライエアなどが使用されるが、絶縁性能がＳＦ６ガスよりも劣る。
ガス絶縁開閉装置内に数ｍｍ程度の金属異物が存在した場合、絶縁構造部材の表面に付着する可能性があり、金属異物が付着すれば絶縁性能が大きく低下することが知られている。絶縁ガスとして上記代替ガスを使用する場合は、その低下の度合いがより大きくなる。金属異物対策として、金属異物を捕獲する装置を接地タンクの底部に設置する等の種々の方策が提案されているが、１００％の捕獲性能を得ることは困難なため、絶縁構造部材に金属異物が付着した状態で試験電圧である雷波形電圧や開閉サージ電圧が課電された場合でも、それに耐えうるような設計にしておく必要がある。
ガス絶縁開閉装置内に数ｍｍ程度の金属異物が存在した場合、絶縁構造部材の表面に付着する可能性があり、金属異物が付着すれば絶縁性能が大きく低下することが知られている。絶縁ガスとして上記代替ガスを使用する場合は、その低下の度合いがより大きくなる。金属異物対策として、金属異物を捕獲する装置を接地タンクの底部に設置する等の種々の方策が提案されているが、１００％の捕獲性能を得ることは困難なため、絶縁構造部材に金属異物が付着した状態で試験電圧である雷波形電圧や開閉サージ電圧が課電された場合でも、それに耐えうるような設計にしておく必要がある。
このような背景をふまえ、絶縁構造部材（絶縁スペーサ）の絶縁性能を向上させたガス絶縁機器の従来の技術として、例えば、表面に沿って電圧が加わる可能性のある絶縁物を有する電気機器において、絶縁物の表面に、加熱されるとガスを発生するアブレーション材料で構成された被覆部を形成している技術が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
従来のガス絶縁開閉装置においては、ガス絶縁母線の絶縁スペーサに被覆する熱可塑性樹脂である絶縁物の溶融温度が高く、その加工が難しかった。また、一般的に用いられている絶縁スペーサの材料であるエポキシ樹脂との接着性が悪いため、絶縁スペーサと熱可塑性樹脂との間に、電気的、機械的弱点となる界面が発生してしまう可能性があった。さらに、絶縁スペーサ表面に用いる材料のアブレーション能力を使用するためには沿面破壊を起こすほどの放電エネルギーが必要であり、沿面破壊を前提としているため、金属異物が付着した状態などで発生する部分放電エネルギーではアブレーション能力がないことは明らかである。
この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、絶縁スペーサの絶縁部表面に金属異物が付着した場合でも放電の発生を抑制でき、信頼性の高いガス絶縁開閉装置およびその製造方法を得ることを目的とする。
この発明に係わるガス絶縁開閉装置は、絶縁ガスが充填された接地タンク、上記接地タンク内の中央部に配置された高電圧導体、上記接地タンク内に配置され上記高電圧導体を支持する絶縁スペーサを含み、上記絶縁スペーサの表面は、加熱によってガスを発生するアブレーション材料よりなる粉体をエポキシ樹脂で固めた被覆膜で覆われ、上記被覆膜の最外層に上記粉体が表出した構成であることを特徴とするものである。
また、この発明に係わるガス絶縁開閉装置の製造方法は、絶縁ガスが充填された接地タンク内に、絶縁スペーサによって支持された高電圧導体が配置されたガス絶縁開閉装置の製造方法であって、熱可塑性樹脂、ガラス、セルロース、炭素と水素から成るポリマー樹脂のいずれかの粉体を、エポキシ樹脂に混合して混合塗料を得る工程、上記混合塗料を上記絶縁スペーサの表面に塗布し、上記エポキシ樹脂を硬化させ、上記粉体を上記エポキシ樹脂で固めた被覆膜を得る工程を含むものである。
この発明のガス絶縁開閉装置によれば、部分放電のエネルギーは、被覆膜の最外層に表出したアブレーション特性を持つ粉体を溶融、蒸発または切削することで吸収されるため、放電の進展を抑制できガス絶縁開閉装置の信頼性を向上させることが可能である。
この発明のガス絶縁開閉装置の製造方法によれば、絶縁スペーサの表面に、粉体をエポキシ樹脂で固めた被覆膜を形成できるため、粉体の持つアブレーション特性によって放電の進展を抑制でき信頼性の高いガス絶縁開閉装置を得ることが可能となる。
この発明の上記以外の目的、特徴、観点及び効果は、図面を参照する以下のこの発明の詳細な説明から、さらに明らかになるであろう。
この発明の上記以外の目的、特徴、観点及び効果は、図面を参照する以下のこの発明の詳細な説明から、さらに明らかになるであろう。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１によるガス絶縁開閉装置の絶縁スペーサの部分を示す図であり、（ａ）は側面断面図、（ｂ）はタンクの軸方向に見た絶縁スペーサの部分の正面図である。また、図２は、図１の絶縁スペーサの表面の拡大断面図であり、金属異物が付着した状態を示している。
図１は、この発明の実施の形態１によるガス絶縁開閉装置の絶縁スペーサの部分を示す図であり、（ａ）は側面断面図、（ｂ）はタンクの軸方向に見た絶縁スペーサの部分の正面図である。また、図２は、図１の絶縁スペーサの表面の拡大断面図であり、金属異物が付着した状態を示している。
先ず、図１により、ガス絶縁開閉装置の概要を説明する。
円筒状の金属容器により構成された接地タンク１は、所定の長さのものが、それぞれの端部のフランジ１ａ部において図示しないボルト等によって接続されている。フランジ１ａの接続面に、絶縁構造部材である円錐面（円錐の側面部）形状の絶縁スペーサ２が挟まれて、フランジ１ａと共にボルト締めされて固定されている。絶縁スペーサ２は、絶縁材料からなる絶縁部３と、中心部に設けられた中心導体４を有しており、この中心導体４の両側に高電圧導体５が接続されて支持されている。
ここで、円錐が底面と側面によって囲まれた形状である場合に、底面が円形、側面が円錐面となり、図１の絶縁部３は、略円錐面形状となる。なお、絶縁部３が絶縁スペーサ２の主構成部として所定の厚みを持つことは言うまでもない。
また、絶縁スペーサ２を構成する絶縁部３の材料としては、例えば、エポキシ、エポキシとアルミナ、エポキシとシリカ、エポキシとフッ化アルミナのいずれかが用いられる。
円筒状の金属容器により構成された接地タンク１は、所定の長さのものが、それぞれの端部のフランジ１ａ部において図示しないボルト等によって接続されている。フランジ１ａの接続面に、絶縁構造部材である円錐面（円錐の側面部）形状の絶縁スペーサ２が挟まれて、フランジ１ａと共にボルト締めされて固定されている。絶縁スペーサ２は、絶縁材料からなる絶縁部３と、中心部に設けられた中心導体４を有しており、この中心導体４の両側に高電圧導体５が接続されて支持されている。
ここで、円錐が底面と側面によって囲まれた形状である場合に、底面が円形、側面が円錐面となり、図１の絶縁部３は、略円錐面形状となる。なお、絶縁部３が絶縁スペーサ２の主構成部として所定の厚みを持つことは言うまでもない。
また、絶縁スペーサ２を構成する絶縁部３の材料としては、例えば、エポキシ、エポキシとアルミナ、エポキシとシリカ、エポキシとフッ化アルミナのいずれかが用いられる。
フランジ１ａと絶縁スペーサ２の接続部は、気密を保って接続されており、接地タンク１の内部には絶縁ガスが充填されている。
高電圧導体５と絶縁スペーサ２の中心導体４との接続部には、電界緩和シールド６が設けられている。
高電圧導体５には、図示しない系統遮断器、断路器、接地器などが電気的に接続されており、これらの機器を含んだ装置で、ガス絶縁開閉装置が構成されている。
高電圧導体５と絶縁スペーサ２の中心導体４との接続部には、電界緩和シールド６が設けられている。
高電圧導体５には、図示しない系統遮断器、断路器、接地器などが電気的に接続されており、これらの機器を含んだ装置で、ガス絶縁開閉装置が構成されている。
本願発明は、絶縁スペーサ２の絶縁部３の表面の構成に特徴を有している。次に、この絶縁部３の表面形状について説明する。
図１において、絶縁部３の絶縁ガスと接する表面には被覆膜３ａが形成されている。すなわち、図１（ａ）中に太線で示している被覆膜（絶縁部被覆膜）３ａが、加熱によってガスを発生するアブレーション特性を持つアブレーション材料である熱可塑性樹脂、ガラス、セルロース、炭素と水素から成るポリマー樹脂のいずれかよりなる粉体と、エポキシ樹脂が混合されてなる層によって形成されている。熱可塑性樹脂であり、炭素と水素からなるポリマー樹脂の具体例としては、ポリアミド系樹脂（ナイロン6、同46、同66、同6.10、同11、同12。以下、ナイロンとする。）、ＰＭＭＡ（Polymethyl Methacrylate：アクリル樹脂）がある。
図１において、絶縁部３の絶縁ガスと接する表面には被覆膜３ａが形成されている。すなわち、図１（ａ）中に太線で示している被覆膜（絶縁部被覆膜）３ａが、加熱によってガスを発生するアブレーション特性を持つアブレーション材料である熱可塑性樹脂、ガラス、セルロース、炭素と水素から成るポリマー樹脂のいずれかよりなる粉体と、エポキシ樹脂が混合されてなる層によって形成されている。熱可塑性樹脂であり、炭素と水素からなるポリマー樹脂の具体例としては、ポリアミド系樹脂（ナイロン6、同46、同66、同6.10、同11、同12。以下、ナイロンとする。）、ＰＭＭＡ（Polymethyl Methacrylate：アクリル樹脂）がある。
図２は、図１の絶縁スペーサ２の絶縁部３上に金属異物７が付着した状態を示す拡大断面図であり、被覆膜３ａを拡大した断面図である。図に示すように、被覆膜３ａは、熱可塑性樹脂、ガラス、セルロース、炭素と水素から成るポリマー樹脂のいずれかの粉体３１と、エポキシ樹脂３２とで構成され、粉体３１がエポキシ樹脂３２によって固められるとともに絶縁部３に接着するように、全体の膜厚が１００μm〜1mmとなるように形成されている。
また、図２の被覆膜３ａを構成するエポキシ樹脂３２は、熱可塑性樹脂、ガラス、セルロース、炭素と水素から成るポリマー樹脂の粉体３１と、これら粉体３１と絶縁スペーサ２を結合するようなバインダーの役割を果たすように混合比を調整することが望ましい。
ここで、粉体３１は、粒径1〜100μmであり、エポキシ樹脂３２は、粉体３１の粒径を維持するように硬化される。また、粉体３１とエポキシ樹脂３２の重量比率は、粉体３１の方がエポキシ樹脂３２よりも大きくなるように調整されている。
この実施の形態１では、被覆膜３ａは、絶縁スペーサ２の絶縁ガスと接する表面全面に形成されたことを特徴としている。
ここで、粉体３１は、粒径1〜100μmであり、エポキシ樹脂３２は、粉体３１の粒径を維持するように硬化される。また、粉体３１とエポキシ樹脂３２の重量比率は、粉体３１の方がエポキシ樹脂３２よりも大きくなるように調整されている。
この実施の形態１では、被覆膜３ａは、絶縁スペーサ２の絶縁ガスと接する表面全面に形成されたことを特徴としている。
ここで、被覆膜３ａは、熱可塑性樹脂、ガラス、セルロース、炭素と水素から成るポリマー樹脂のいずれかの粉体３１を、エポキシ樹脂３２に混合して混合塗料を得る工程、この混合塗料を絶縁スペーサ２の表面に塗布し、エポキシ樹脂３２を硬化させ、エポキシ樹脂３２内に粉体３１が混合されてなる被覆膜３ａを得る工程を経て形成される。
なお、混合塗料を塗布した絶縁スペーサ２を１００℃以下で過熱し、粉体３１を溶融させずに粒形状のままでエポキシ樹脂３２を硬化させて被覆膜３ａを形成している。
硬化後の被覆膜３ａは、表面がエポキシ樹脂３２の層で覆われている場合があるため、ブラスト処理を施し、被覆膜３ａの表面のエポキシ樹脂３２を削り取ることにより、粉体３１を被覆膜３ａの最外層に表出させている。
なお、混合塗料を塗布した絶縁スペーサ２を１００℃以下で過熱し、粉体３１を溶融させずに粒形状のままでエポキシ樹脂３２を硬化させて被覆膜３ａを形成している。
硬化後の被覆膜３ａは、表面がエポキシ樹脂３２の層で覆われている場合があるため、ブラスト処理を施し、被覆膜３ａの表面のエポキシ樹脂３２を削り取ることにより、粉体３１を被覆膜３ａの最外層に表出させている。
図２では、絶縁部３を覆う被覆膜３ａに、長さが３ｍｍ程度以下で径方向の太さが０．２ｍｍ程度以下の細長い金属異物７が付着した場合を模式的に示している。
実施の形態１の構成によれば、例え金属異物７が被覆膜３ａに付着した状態で、雷や開閉装置が働いた時に発生する開閉サージなどの電圧が課電されても、絶縁破壊事故が起こりにくく、信頼性の高いガス絶縁開閉装置を提供できる。
以下に、その作用効果について説明する。
実施の形態１の構成によれば、例え金属異物７が被覆膜３ａに付着した状態で、雷や開閉装置が働いた時に発生する開閉サージなどの電圧が課電されても、絶縁破壊事故が起こりにくく、信頼性の高いガス絶縁開閉装置を提供できる。
以下に、その作用効果について説明する。
先ず、ガス絶縁開閉装置において、その内部に存在する金属異物７の影響について説明する。上述のように、ガス絶縁開閉装置は、系統遮断器、断路器、接地器などを含んだ装置であり、絶縁スペーサ２のような絶縁構造部材に支えられた高電圧導体５が、円筒状の接地タンク１内に納められた同軸円筒状の構造である。高電圧導体５と接地タンク１の間は、高消弧性能と高絶縁性能を有する絶縁ガスが充填されている。
ガス絶縁開閉装置を構成するほとんどのパーツは、工場内のクリーンルームで組み立てられて現地へ輸送されるが、輸送限界等により一部は現地で組み立てられる。このため、現地組立時にガス絶縁開閉装置の中に金属異物７が紛れ込む可能性がある。
この金属異物７としては、例えば、接地タンク１同士を接続する際にボルトの通し穴に残っていたバリなどの金属片が考えられる。またそれとは別に、導体等の金属同士が開閉部分などで摺動する際に発生する場合もある。これら金属異物７の大部分は検査工程で取り除かれるが、長さが３ｍｍ程度以下で太さが０．２ｍｍ程度以下の金属異物７は発見が困難であり、検査で見落とされる場合がある。
この金属異物７としては、例えば、接地タンク１同士を接続する際にボルトの通し穴に残っていたバリなどの金属片が考えられる。またそれとは別に、導体等の金属同士が開閉部分などで摺動する際に発生する場合もある。これら金属異物７の大部分は検査工程で取り除かれるが、長さが３ｍｍ程度以下で太さが０．２ｍｍ程度以下の金属異物７は発見が困難であり、検査で見落とされる場合がある。
金属異物７は、ガス絶縁開閉装置の運転が開始されるまでは、接地タンク１内部の底面に横たわっている。運転開始前の試験などで定格電圧よりも高い電圧を印加した場合に動き出し、接地タンク１の中心に絶縁スペーサ２で支持された高電圧導体５と接地タンク１との間で往復運動を繰り返し、その勢いで高電圧導体５の軸方向に動きまわる。その時、高電圧導体５を支えている絶縁スペーサ２の絶縁部３表面に付着する可能性がある。付着すると、金属異物７と絶縁材料と絶縁ガスの３つによりトリプルジャンクションが形成される。トリプルジャンクションは誘電率の関係により周囲と比較して高い電界が形成される部位である。
金属異物７が付着したままで、雷波形試験電圧や開閉装置の動作時に発生する開閉サージが課電されると、特に電界が高くなる金属異物７の先端部近傍のトリプルジャンクションの電界が放電電界を容易に越えてしまい放電が発生する。この時、絶縁スペーサ２の絶縁部３表面の沿面方向の電界も高くなっているため、放電は絶縁部３表面を進展して接地側と導体側を橋絡し、絶縁破壊事故が発生する。
従って、金属異物７の絶縁スペーサ２に付着してトリプルジャンクションで発生する部分放電の進展を抑制することが重要であり、これにより絶縁破壊の可能性を低下させることができる。
従って、金属異物７の絶縁スペーサ２に付着してトリプルジャンクションで発生する部分放電の進展を抑制することが重要であり、これにより絶縁破壊の可能性を低下させることができる。
一般的に、絶縁スペーサ２等の絶縁構造部材の絶縁部３表面は滑らか（数μｍオーダー）に仕上げられている。これは金属部材の凹凸面における電界上昇と同じ考え方によるものであり、少なからず絶縁材料の凹凸においても電界は集中してしまうので、同様な措置がとられているものである。この措置は、金属異物７が存在しない理想的な場合を想定したものであるが、上述のように、実使用環境では金属異物７が存在するので、上記のような比較的滑らかな仕上げでは、金属異物７の先端部近傍でトリプルジャンクションが形成される確率は高く、絶縁破壊電圧が低下することになる。このことを図３により説明する。
図３は、比較例として、従来のように比較的滑らかに仕上げられた絶縁スペーサの絶縁部表面（被覆膜で覆われていない）３ｂに金属異物７が付着した模式図である。図から分かるように、絶縁部表面３ｂの表面粗さＲｚが３０μｍに満たないような滑らかな場合では、図中の破線で囲って示すように、金属異物先端部７ａ近傍でトリプルジャンクション８が形成される確率が非常に高い。
図３は、比較例として、従来のように比較的滑らかに仕上げられた絶縁スペーサの絶縁部表面（被覆膜で覆われていない）３ｂに金属異物７が付着した模式図である。図から分かるように、絶縁部表面３ｂの表面粗さＲｚが３０μｍに満たないような滑らかな場合では、図中の破線で囲って示すように、金属異物先端部７ａ近傍でトリプルジャンクション８が形成される確率が非常に高い。
本願発明では、絶縁部３表面に、熱可塑性樹脂、ガラス、セルロース、炭素と水素から成るポリマー樹脂のいずれかのアブレーション材料よりなる粉体と、エポキシ樹脂が混在した層を被覆膜３ａとして形成し、粉体の持つアブレーション性能により、金属異物先端部７ａのトリプルジャンクション８で発生する部分放電の進展を抑制させたものである。
そこで、次に、本願発明の絶縁スペーサ２の作用について説明する。
図４は、実施の形態１による絶縁スペーサ２の絶縁部３表面を被覆する被覆膜３ａに金属異物７が付着した様子を示す部分拡大断面図である。
図中に示すように、アブレーション材料である熱可塑性樹脂、ガラス、セルロース、炭素と水素から成るポリマー樹脂のいずれかよりなる粉体３１は、少量のエポキシ樹脂３２によって固められ、粉体３１同士が結合されている。そのため、金属異物７と粉体３１の層表面と絶縁ガスで構成されるトリプルジャンクション８の近傍で発生する部分放電によって、粉体３１が加熱され、溶融、蒸発または切削されてガスが発生し、放電エネルギーがそのエネルギーに変換されるため、結果として部分放電の進展を抑制でき、絶縁スペーサ２の信頼性を高めることができる。
そこで、次に、本願発明の絶縁スペーサ２の作用について説明する。
図４は、実施の形態１による絶縁スペーサ２の絶縁部３表面を被覆する被覆膜３ａに金属異物７が付着した様子を示す部分拡大断面図である。
図中に示すように、アブレーション材料である熱可塑性樹脂、ガラス、セルロース、炭素と水素から成るポリマー樹脂のいずれかよりなる粉体３１は、少量のエポキシ樹脂３２によって固められ、粉体３１同士が結合されている。そのため、金属異物７と粉体３１の層表面と絶縁ガスで構成されるトリプルジャンクション８の近傍で発生する部分放電によって、粉体３１が加熱され、溶融、蒸発または切削されてガスが発生し、放電エネルギーがそのエネルギーに変換されるため、結果として部分放電の進展を抑制でき、絶縁スペーサ２の信頼性を高めることができる。
上記の効果を実験により検証し確認した。
図５は、実験結果によって得た、絶縁部３表面に上述のような微小な金属異物７が付着した場合の、絶縁スペーサ２表面に粉体３１層を形成した場合（ナイロン粉体被覆あり）と、何もしない場合（ナイロン粉体被覆なし）の絶縁破壊電圧を示す図である。縦軸に絶縁破壊電圧（ＢＤＶ比）を示し、横軸に種類を示している。
図５から分かるように、被覆膜３ａがない場合のＢＤＶ比が1.0であるのに対し、被覆膜３ａがある場合は、ＢＤＶ比が約1.25と大きく、表面に本発明の塗装を施すことにより、沿面破壊電圧が大きくなっている。
この時の被覆膜３ａの厚みはおよそ500μｍであるが、絶縁スペーサ２の誘電率の影響を抑制して、トリプルジャンクション８の電界を低下させる効果を考慮すると、１ｍｍ程度の膜厚とするのが望ましい。
図５は、実験結果によって得た、絶縁部３表面に上述のような微小な金属異物７が付着した場合の、絶縁スペーサ２表面に粉体３１層を形成した場合（ナイロン粉体被覆あり）と、何もしない場合（ナイロン粉体被覆なし）の絶縁破壊電圧を示す図である。縦軸に絶縁破壊電圧（ＢＤＶ比）を示し、横軸に種類を示している。
図５から分かるように、被覆膜３ａがない場合のＢＤＶ比が1.0であるのに対し、被覆膜３ａがある場合は、ＢＤＶ比が約1.25と大きく、表面に本発明の塗装を施すことにより、沿面破壊電圧が大きくなっている。
この時の被覆膜３ａの厚みはおよそ500μｍであるが、絶縁スペーサ２の誘電率の影響を抑制して、トリプルジャンクション８の電界を低下させる効果を考慮すると、１ｍｍ程度の膜厚とするのが望ましい。
また、特許文献１には、熱可塑性樹脂により絶縁スペーサ沿面を被覆した場合に、アブレーション効果により、放電を絶縁スペーサから離す作用があることが記載されているが、ナイロン６６を溶着させた層（本発明の被覆膜の最外層にナイロン粉体が表出した構成と異なる）を絶縁スペーサの沿面に形成して、その表面上に金属異物が付着した際の沿面耐電圧を検証したが、図１１に示すとおり、本発明と違って金属異物に対する効果は認められなかった。また、粉体３１とエポキシ樹脂３２で構成される被覆膜３ａにおけるそれぞれの重量比率は、微小放電による粉体３１の溶融、蒸発または切削を起こりやすくさせるためには、粉体３１の重量比率は５割より大きい方が望ましい。図１２が検証結果を示すグラフである。図１２は、横軸がナイロン粉体の混合比、縦軸がＢＤＶ比（耐電圧）である。図１２に示すように、ナイロン粉体の混合比が1.0〜1.5の範囲、すなわち被覆膜３ａ内のナイロン粉体の重量比率が５割〜６割の範囲において、ＢＤＶ比は１．０以上であり、ナイロン粉体の重量比率の増加に伴って一次関数的に耐電圧が増加する傾向が見られ、粉体３１の重量比率が５割を超すと耐電圧が上昇することが判明した。
以上までの説明では、ガス絶縁開閉装置の高電圧導体５を支える絶縁構造部材は、図１のような円錐面形状の絶縁スペーサ２であった。絶縁スペーサ２には様々な形状のものがあるので、次に、絶縁スペーサの他の例について説明する。
図６はポスト形の絶縁スペーサ９を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は接地タンク１の軸方向に見た正面図を示している。ポスト形の絶縁スペーサ９は、絶縁部材からなる絶縁部１０と、高電圧導体５の支持と電界緩和シールドを兼ねた導体支持部１１と、固定部１２とを有し、固定部１２が接地タンク１の側壁に固定されて高電圧導体５が支持されている。この絶縁部１０の絶縁ガスと接する表面部は、被覆膜１０ａ（図中太線部）で覆われ、この被覆膜１０ａは、図２の場合と同様に、熱可塑性樹脂、ガラス、セルロース、炭素と水素から成るポリマー樹脂のいずれかよりなる粉体３１と、エポキシ樹脂３２からなる層により形成されるものである。
図６はポスト形の絶縁スペーサ９を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は接地タンク１の軸方向に見た正面図を示している。ポスト形の絶縁スペーサ９は、絶縁部材からなる絶縁部１０と、高電圧導体５の支持と電界緩和シールドを兼ねた導体支持部１１と、固定部１２とを有し、固定部１２が接地タンク１の側壁に固定されて高電圧導体５が支持されている。この絶縁部１０の絶縁ガスと接する表面部は、被覆膜１０ａ（図中太線部）で覆われ、この被覆膜１０ａは、図２の場合と同様に、熱可塑性樹脂、ガラス、セルロース、炭素と水素から成るポリマー樹脂のいずれかよりなる粉体３１と、エポキシ樹脂３２からなる層により形成されるものである。
図７は、さらに他の例であり、三相一括の円板形の絶縁スペーサ１３を示している。（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。図１と同等部分は同一符号で示し説明は省略する。絶縁スペーサ１３は、絶縁部材からなる絶縁部１４と、高電圧導体５を支持する中心導体１５とを有しており、中心導体１５の両側にそれぞれ高電圧導体５が接続されて支持され、接続部は電界緩和シールド６で覆われている。
絶縁部１４の絶縁ガスと接する表面部には被覆膜１４ａ（図中太線部）が形成され、上述の図２の場合と同様に熱可塑性樹脂、ガラス、セルロース、炭素と水素から成るポリマー樹脂の粉体３１とエポキシ樹脂３２からなる被覆膜１４ａを形成することで、上記と同様な作用効果を得ることができる。
絶縁部１４の絶縁ガスと接する表面部には被覆膜１４ａ（図中太線部）が形成され、上述の図２の場合と同様に熱可塑性樹脂、ガラス、セルロース、炭素と水素から成るポリマー樹脂の粉体３１とエポキシ樹脂３２からなる被覆膜１４ａを形成することで、上記と同様な作用効果を得ることができる。
なお、絶縁スペーサ９、１３の絶縁材料は、特別な材料を使用する必要はなく、絶縁スペーサ２で説明したものと同様に、エポキシ、エポキシとアルミナ、・・・等の従来から用いられている材料を使用すればよい。すなわち、本実施の形態の絶縁スペーサの絶縁部の材料は、特別な材料とする必要はなく、従来から多く用いられた絶縁材料を使用することで、安価に構成できる。
また、本願発明の被覆膜３ａ（１０ａ、１４ａ）は、従来のように溶融温度が高い熱可塑性樹脂の層を形成するものと比較して、熱可塑性樹脂を溶融させる必要がないため、施工時間の大幅な短縮、製作コストの大幅な削減につながる。
さらに、従来のような熱可塑性樹脂の膜上では金属異物７が付着した際に発生する部分放電の微小な放電エネルギーによって膜がアブレーションされる可能性は小さく、金属異物が付着した際の沿面耐電圧の向上にはつながらないが、本願発明の構成によればその心配がない。
また、本願発明の被覆膜３ａ（１０ａ、１４ａ）は、従来のように溶融温度が高い熱可塑性樹脂の層を形成するものと比較して、熱可塑性樹脂を溶融させる必要がないため、施工時間の大幅な短縮、製作コストの大幅な削減につながる。
さらに、従来のような熱可塑性樹脂の膜上では金属異物７が付着した際に発生する部分放電の微小な放電エネルギーによって膜がアブレーションされる可能性は小さく、金属異物が付着した際の沿面耐電圧の向上にはつながらないが、本願発明の構成によればその心配がない。
以上のように、実施の形態１のガス絶縁開閉装置によれば、絶縁スペーサ２の絶縁部３の絶縁ガスと接する表面が、膜厚100μm〜1mmの、熱可塑性樹脂、ガラス、セルロース、炭素と水素から成るポリマー樹脂の粉体３１とエポキシ樹脂３２よりなる被覆膜３ａ（１０ａ、１４ａ）で覆われているので、絶縁スペーサ２の絶縁部３の表面に金属異物７が付着した場合でも、雷や開閉装置が働いた時に発生する開閉サージなどの電圧が課電された場合に最も電界が高くなる金属異物７の先端部で発生する部分放電の微小なエネルギーによって、粉体３１が溶融、蒸発または切削され、そのエネルギーに放電エネルギーが吸収されるため放電の進展を抑制でき、ガス絶縁開閉装置の信頼性を向上させることができる。
また、絶縁スペーサ２の絶縁部３の材料の組成は、エポキシ、エポキシとアルミナ、エポキシとシリカ、エポキシとフッ化アルミナのいずれかとしたので、一般的に使用される絶縁材料を用いて、絶縁部３表面を粗面化した絶縁スペーサ２を安価に提供できる。
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２によるガス絶縁開閉装置について説明する。ガス絶縁開閉装置の高電圧導体を支持する絶縁スペーサの基本的な形状は、実施の形態１の図１、図６及び図７と同等なので、図示及び構成の説明は省略し、相違点を中心に説明する。相違点は、絶縁スペーサ２の絶縁部３表面を、アブレーション性能を持つ被覆膜が被覆する範囲である。
次に、この発明の実施の形態２によるガス絶縁開閉装置について説明する。ガス絶縁開閉装置の高電圧導体を支持する絶縁スペーサの基本的な形状は、実施の形態１の図１、図６及び図７と同等なので、図示及び構成の説明は省略し、相違点を中心に説明する。相違点は、絶縁スペーサ２の絶縁部３表面を、アブレーション性能を持つ被覆膜が被覆する範囲である。
図８は、実施の形態２のガス絶縁開閉装置の絶縁スペーサ部の正面図であり、実施の形態１の図１（ｂ）に対応する図である。
実施の形態１では、図１のように、絶縁スペーサ２を構成する絶縁部３の、絶縁ガスと接する表面全面に、熱可塑性樹脂、ガラス、セルロース、炭素と水素から成るポリマー樹脂のいずれかよりなる粉体３１とエポキシ樹脂３２を混合した混合層として被覆膜３ａ（１０ａ、１４ａ）を形成した。これに対し、本実施の形態２では、図８に示すように、絶縁スペーサ２を構成し、絶縁ガスと接する表面である絶縁部３の表面のうち、高電圧導体５の支持側から接地タンク１への固定側にかけて、支持側から略５０％の範囲まで（両面とも）を被覆領域とし、この被覆領域を覆うように、実施の形態１で説明した図２と同等な構成の、熱可塑性樹脂、ガラス、セルロース、炭素と水素から成るポリマー樹脂のいずれかよりなる粉体３１とエポキシ樹脂３２よりなる被覆膜３ｃを形成したものである。
この実施の形態２では、絶縁スペーサ２の絶縁部３の、高電圧導体５を保持する中央部分から所定の広がりを持った範囲に被覆膜３ｃが形成され、例えば、図８のように、絶縁スペーサ２が、接地タンク１の中央部から内側面にかけて設けられる円錐面形状であり、円錐面の頂点近傍から略半分の高さまでの範囲が被覆膜３ｃによって覆われることを特徴としている。
実施の形態１では、図１のように、絶縁スペーサ２を構成する絶縁部３の、絶縁ガスと接する表面全面に、熱可塑性樹脂、ガラス、セルロース、炭素と水素から成るポリマー樹脂のいずれかよりなる粉体３１とエポキシ樹脂３２を混合した混合層として被覆膜３ａ（１０ａ、１４ａ）を形成した。これに対し、本実施の形態２では、図８に示すように、絶縁スペーサ２を構成し、絶縁ガスと接する表面である絶縁部３の表面のうち、高電圧導体５の支持側から接地タンク１への固定側にかけて、支持側から略５０％の範囲まで（両面とも）を被覆領域とし、この被覆領域を覆うように、実施の形態１で説明した図２と同等な構成の、熱可塑性樹脂、ガラス、セルロース、炭素と水素から成るポリマー樹脂のいずれかよりなる粉体３１とエポキシ樹脂３２よりなる被覆膜３ｃを形成したものである。
この実施の形態２では、絶縁スペーサ２の絶縁部３の、高電圧導体５を保持する中央部分から所定の広がりを持った範囲に被覆膜３ｃが形成され、例えば、図８のように、絶縁スペーサ２が、接地タンク１の中央部から内側面にかけて設けられる円錐面形状であり、円錐面の頂点近傍から略半分の高さまでの範囲が被覆膜３ｃによって覆われることを特徴としている。
図８に示した被覆膜３ｃを有したガス絶縁開閉装置の作用について説明する。
一般的に、絶縁スペーサ２において、高電圧導体５に取り付けられる電界緩和シールド６に近い絶縁スペーサ２の表面が特に電界が高くなり、金属異物７が付着した場合は沿面放電が特に発生しやすくなる。
図９は、図１で示したような円錐面形状の絶縁スペーサ２の場合の、絶縁部３表面の沿面方向の電界分布図である。図９において、破線で示すのは凹側の沿面電界分布であり、実線は凸側の沿面電界分布である。図９から、絶縁スペーサ２の両面の電界分布は、高電圧導体５側からの距離が、ともに５０％以下の部位に最大電界を持っていることが分かる。
本実施の形態２では、絶縁スペーサ２の中央部分を被覆膜３ｃによって選択的に被覆しているため、効率よく絶縁スペーサ２表面の絶縁耐力を向上させることができる。
一般的に、絶縁スペーサ２において、高電圧導体５に取り付けられる電界緩和シールド６に近い絶縁スペーサ２の表面が特に電界が高くなり、金属異物７が付着した場合は沿面放電が特に発生しやすくなる。
図９は、図１で示したような円錐面形状の絶縁スペーサ２の場合の、絶縁部３表面の沿面方向の電界分布図である。図９において、破線で示すのは凹側の沿面電界分布であり、実線は凸側の沿面電界分布である。図９から、絶縁スペーサ２の両面の電界分布は、高電圧導体５側からの距離が、ともに５０％以下の部位に最大電界を持っていることが分かる。
本実施の形態２では、絶縁スペーサ２の中央部分を被覆膜３ｃによって選択的に被覆しているため、効率よく絶縁スペーサ２表面の絶縁耐力を向上させることができる。
なお、絶縁スペーサの形状が、図６のようなポスト形の絶縁スペーサ９、および、図７のような円板形の絶縁スペーサ１３の場合も、同様に、高電圧導体５の支持側から接地タンク１の固定側にかけて、高電圧導体５に近い側から略５０％の範囲までを被覆すればよい。
以上のように、実施の形態２のガス絶縁開閉装置によれば、絶縁スペーサ２の絶縁部３が絶縁ガスと接する表面のうち、高電圧導体５の支持側から接地タンク１へ固定する固定側にかけて、支持側から略５０％の範囲までが被覆されているので、絶縁スペーサ２の表面の最も電界が高くなるような位置に金属異物７が付着しても絶縁性能を低下させることなく、さらに絶縁スペーサ２表面の全体を被覆する場合に比べて、加工の作業時間が短縮されて製作の効率化が図れる。
実施の形態３．
実施の形態３は、実施の形態１または２で説明したものと同等のガス絶縁開閉装置において、絶縁スペーサの絶縁部表面に形成する被覆膜３ａ（１０ａ、１４ａ）の形成方法に関するものである。ガス絶縁開閉装置の構成は、図１、図６、図７と同等なので、図示及び説明は省略する。
上述したように、被覆膜３ａ（１０ａ、１４ａ）は、アブレーション材料よりなる粉体３１を、エポキシ樹脂３２に混合して混合塗料を得る工程、この混合塗料を絶縁スペーサ２の表面に塗布し、エポキシ樹脂３２を硬化させ、エポキシ樹脂３２内に粉体３１が混合されてなる被覆膜３ａを得る工程を経て形成され、被覆膜３ａ成膜後も粉体３１が粒形状を保っている。
実施の形態３は、実施の形態１または２で説明したものと同等のガス絶縁開閉装置において、絶縁スペーサの絶縁部表面に形成する被覆膜３ａ（１０ａ、１４ａ）の形成方法に関するものである。ガス絶縁開閉装置の構成は、図１、図６、図７と同等なので、図示及び説明は省略する。
上述したように、被覆膜３ａ（１０ａ、１４ａ）は、アブレーション材料よりなる粉体３１を、エポキシ樹脂３２に混合して混合塗料を得る工程、この混合塗料を絶縁スペーサ２の表面に塗布し、エポキシ樹脂３２を硬化させ、エポキシ樹脂３２内に粉体３１が混合されてなる被覆膜３ａを得る工程を経て形成され、被覆膜３ａ成膜後も粉体３１が粒形状を保っている。
先ず第１の被覆膜３ａ形成方法として、固形で粒形状のアブレーション材料よりなる粉体３１として熱可塑性樹脂、ガラス、セルロース、炭素と水素から成るポリマー樹脂のいずれかと、液体の主剤および液体の硬化剤からなるエポキシ樹脂３２とを混合した混合塗料をスプレーで絶縁部３（１０、１４）の表面に吹き付けて、その後、硬化炉にてエポキシ樹脂３２のみを硬化させ、粉体３１は溶融させることなく、粒径を保ったままの状態にて絶縁スペーサ２の絶縁部３表面を被覆するものである。この時、使用するエポキシ樹脂は常温硬化または低温硬化（常温から100℃以下）のものを使用することで、下地となる絶縁スペーサ２の温度調整が必要なくなり、不要な加熱を抑えることができる。
次に、被覆膜３ａ形成の他の方法について説明する。
粉体３１である熱可塑性樹脂、ガラス、セルロース、炭素と水素から成るポリマー樹脂のいずれかと、エポキシ樹脂３２の主剤（固形の粒状）および硬化剤（固形の粒状）を混合させたもの、またはそれらを同時に絶縁部３の表面に吹き付けて、その後、硬化炉にてエポキシ樹脂３２のみを硬化させ、溶融していない粉体３１の粒径を保ったままの状態にて絶縁スペーサ２の絶縁部３表面を被覆するものである。この時、例えば、使用するエポキシ樹脂３２は常温硬化または低温硬化（常温から100℃以下）のものを使用する。
粉体３１である熱可塑性樹脂、ガラス、セルロース、炭素と水素から成るポリマー樹脂のいずれかと、エポキシ樹脂３２の主剤（固形の粒状）および硬化剤（固形の粒状）を混合させたもの、またはそれらを同時に絶縁部３の表面に吹き付けて、その後、硬化炉にてエポキシ樹脂３２のみを硬化させ、溶融していない粉体３１の粒径を保ったままの状態にて絶縁スペーサ２の絶縁部３表面を被覆するものである。この時、例えば、使用するエポキシ樹脂３２は常温硬化または低温硬化（常温から100℃以下）のものを使用する。
さらに他の方法として、予め主剤と硬化剤を混合した液体のエポキシ樹脂３２を絶縁スペーサ２の絶縁部３表面にスプレーによる吹き付け、または刷毛などによる塗布を実施しておき、その後、固形で粒状のアブレーション材料よりなる粉体３１として熱可塑性樹脂、ガラス、セルロース、炭素と水素から成るポリマー樹脂のいずれかをスプレーにより吹き付け、その後、硬化炉にてエポキシ樹脂３２のみを硬化させ、溶融していない粉体３１の粒径を保ったままの状態にて絶縁スペーサ２の絶縁部３表面を被覆膜３ａで被覆するものである。この時、例えば、使用するエポキシ樹脂３２は常温硬化または低温硬化（常温から100℃以下）のものを使用する。
このような方法によれば、アブレーション材料よりなる粉体３１を、粒形状を保ったまま絶縁スペーサ２の絶縁部３表面に付着させることができ、金属異物７の先端を発生起点とする部分放電の抑制を確実なものとすることが可能である。
また、常温硬化、低温硬化のエポキシ樹脂３２を用いることにより高温の硬化炉を使用することがなく、消費エネルギーの節約および工期の短縮を可能とし、絶縁耐力を向上させた絶縁スペーサ２の製作が格段に容易になる。
また、常温硬化、低温硬化のエポキシ樹脂３２を用いることにより高温の硬化炉を使用することがなく、消費エネルギーの節約および工期の短縮を可能とし、絶縁耐力を向上させた絶縁スペーサ２の製作が格段に容易になる。
また、熱可塑性樹脂、ガラス、セルロース、炭素と水素から成るポリマー樹脂のいずれかよりなる粉体３１およびエポキシ樹脂３２の塗布に先立ち、絶縁スペーサ２の絶縁部３表面を予め、ショットブラストにより粗面化しておくとよい。
絶縁スペーサ２の材料であるエポキシ樹脂と熱可塑性樹脂、ガラス、セルロース、炭素と水素から成るポリマー樹脂の定着のために使用するエポキシ樹脂の親和性はよいが、二つの絶縁物が結合している界面は、電気的に、機械的に弱点と成りうるため、ショットブラストにより粗面化した表面に熱可塑性樹脂、ガラス、セルロース、炭素と水素から成るポリマー樹脂のいずれかとエポキシ樹脂の層（被覆膜３ａ）を形成することで、電気的、機械的欠陥を予防することが可能となる。
なお、被覆膜３ａは、ショットブラストによる粗面化で表面積を増大させた絶縁部３の表面に形成されるため、被覆膜３ａに表出する粉体３１の表出面積を増大させることができる。
絶縁スペーサ２の材料であるエポキシ樹脂と熱可塑性樹脂、ガラス、セルロース、炭素と水素から成るポリマー樹脂の定着のために使用するエポキシ樹脂の親和性はよいが、二つの絶縁物が結合している界面は、電気的に、機械的に弱点と成りうるため、ショットブラストにより粗面化した表面に熱可塑性樹脂、ガラス、セルロース、炭素と水素から成るポリマー樹脂のいずれかとエポキシ樹脂の層（被覆膜３ａ）を形成することで、電気的、機械的欠陥を予防することが可能となる。
なお、被覆膜３ａは、ショットブラストによる粗面化で表面積を増大させた絶縁部３の表面に形成されるため、被覆膜３ａに表出する粉体３１の表出面積を増大させることができる。
ここで、被覆膜３ａの最外層について以下のように考える。一般的な絶縁スペーサ２はアルミナ、シリカなどを充填材としたエポキシ樹脂にて製作されるが、その最外層は数十μｍのエポキシ樹脂のみからなる層に覆われた状態となる。同様に、本発明のようにアブレーション材料よりなる粉体３１とエポキシ樹脂３２とを混合して塗布した場合には、図１０に示すように、最外層にはエポキシ樹脂３２のみの層が生成される場合がある。エポキシ樹脂３２が被覆膜３ａの最外層を覆っている場合、金属異物７が付着し、異物先端部で部分放電が発生したとしても、その放電エネルギーにてエポキシ樹脂３２よりなる層は溶融、飛散するとは考えられない。そこで、粉体３１とエポキシ樹脂３２の混合比を調整して、できるだけ粉体３１が表面に出るようにする必要がある。粉体３１が表出することで、粉体３１の熱容量が小さいため、金属異物先端の放電にて溶融する可能性を高くすることができる。また、粉体３１が被覆膜３ａの表面に出ることで、エポキシ樹脂３２の接着強度も低下すると考えられ、部分放電にて、粉体３１が飛散する可能性も高くなる。この確率を高めるために、ショットブラストなどで、粉体３１とエポキシ樹脂３２からなる表面層を粗面化すれば自ずと粉体３１が表面に出る可能性が高くなり、部分放電にて粉体３１が溶融、飛散しやすくなり、結果、耐電圧を高くすることが可能となる。
以上のように、実施の形態３のガス絶縁開閉装置の製造方法によれば、絶縁スペーサ２の絶縁部３の絶縁ガスと接する表面が、膜厚100μm〜1mmの被覆膜３ａ、つまり熱可塑性樹脂、ガラス、セルロース、炭素と水素から成るポリマー樹脂のいずれかの粉体３１とエポキシ樹脂３２とで覆われているので、絶縁スペーサ２の絶縁部３の表面に金属異物７が付着した場合でも、雷や開閉装置が働いた時に発生する開閉サージなどの電圧が課電された場合に最も電界が高くなる金属異物７の先端部で発生する部分放電の微小なエネルギーによって、アブレーション材料よりなる粉体３１が溶融、蒸発または切削され、そのエネルギーに放電エネルギーが吸収されるため放電の進展を抑制でき、ガス絶縁開閉装置の信頼性を向上させることができる。
なお、この発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
なお、この発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
Claims (13)
- 絶縁ガスが充填された接地タンク、上記接地タンク内の中央部に配置された高電圧導体、上記接地タンク内に配置され上記高電圧導体を支持する絶縁スペーサを含み、上記絶縁スペーサの表面は、加熱によってガスを発生するアブレーション材料よりなる粉体をエポキシ樹脂で固めた被覆膜で覆われ、上記被覆膜の最外層に上記粉体が表出した構成であることを特徴とするガス絶縁開閉装置。
- 上記粉体は、熱可塑性樹脂によって構成されることを特徴とする請求項１記載のガス絶縁開閉装置。
- 上記粉体は、ガラスによって構成されることを特徴とする請求項１記載のガス絶縁開閉装置。
- 上記粉体は、セルロース樹脂によって構成されることを特徴とする請求項１記載のガス絶縁開閉装置。
- 上記粉体は、炭素と水素を含むポリマー樹脂によって構成されることを特徴とする請求項１記載のガス絶縁開閉装置。
- 上記粉体は、粒径1〜100μmであり、上記エポキシ樹脂は、上記粉体の粒径を維持するように硬化されてなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載のガス絶縁開閉装置。
- 上記絶縁スペーサの主構成部は、エポキシ、エポキシとアルミナ、エポキシとシリカ、エポキシとフッ化アルミナのいずれかによって構成されたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項記載のガス絶縁開閉装置。
- 上記被覆膜の、上記粉体と上記エポキシ樹脂との重量比率は、上記粉体の方が上記エポキシ樹脂よりも大きくなるように構成されたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項記載のガス絶縁開閉装置。
- 上記絶縁スペーサの上記絶縁ガスと接する表面全面に、上記被覆膜が形成されたことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項記載のガス絶縁開閉装置。
- 上記被覆膜は、上記絶縁スペーサの上記高電圧導体を保持する中央部分から所定の広がりを持った範囲に形成されたことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のガス絶縁開閉装置。
- 上記絶縁スペーサは、上記接地タンクの中央部から内側面にかけて設けられる円錐面形状であり、上記円錐面の頂点近傍から略半分の高さまでの範囲が上記被覆膜によって覆われることを特徴とする請求項１０記載のガス絶縁開閉装置。
- 絶縁ガスが充填された接地タンク内に、絶縁スペーサによって支持された高電圧導体が配置されたガス絶縁開閉装置の製造方法であって、熱可塑性樹脂、ガラス、セルロース、炭素と水素から成るポリマー樹脂のいずれかの粉体を、エポキシ樹脂に混合して混合塗料を得る工程、上記混合塗料を上記絶縁スペーサの表面に塗布し、上記エポキシ樹脂を硬化させ、上記粉体を上記エポキシ樹脂で固めた被覆膜を得る工程を含み、上記被覆膜に、ブラスト処理を施し、上記被覆膜の表面の上記エポキシ樹脂を削り取ることにより、上記粉体を上記被覆膜の最外層に表出させることを特徴とするガス絶縁開閉装置の製造方法。
- 上記被覆膜を得る工程において、上記混合塗料を塗布した上記絶縁スペーサを１００℃以下で過熱し、上記粉体を溶融させずに上記エポキシ樹脂を硬化させることを特徴とする請求項１２記載のガス絶縁開閉装置の製造方法。
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