JPH052957A

JPH052957A - パツフア形ガス遮断器

Info

Publication number: JPH052957A
Application number: JP3151796A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Suzuki; 克巳鈴木; Masayuki Ishikawa; 石川　　雅之; Toshiaki Inohara; 俊明猪原; Toshiyuki Nakano; 俊之中野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1991-06-24
Filing date: 1991-06-24
Publication date: 1993-01-08

Abstract

(57)【要約】【目的】アークに晒された際の絶縁耐力及び遮断性能
の低下を有効に抑制可能であり、且つ、充填剤を混入し
ても従来のフッ素樹脂単体と同等かそれ以下の低誘電率
を有するノズルを備えたパッファ形ガス遮断器を提供す
る。【構成】消弧性ガスを充填した容器内に接離可能な固
定接触子１及び可動接触子２を有する。可動接触子２部
に設けられたパッファシリンダ３とパッファピストン４
とからパッファ室５を形成する。遮断動作時には、パッ
ファシリンダ３とパッファピストン４の相対移動によっ
てパッファ室５内の消弧性ガスを圧縮してノズル６に導
き、固定・可動接触子間に発生したアークにガス流７を
吹き付けて消弧を行う。ノズル６を、窒化ホウ素（Ｂ
Ｎ）粉末１２を含む非晶性フッ素樹脂１１（図１）、ま
たは、炭窒化ホウ素（ＢＮＣ）粉末を含む非晶性フッ素
樹脂によって構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、パッファ形ガス遮断器
に係るものであり、特に、そのノズルの耐アーク性を向
上したパッファ形ガス遮断器に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガス遮断器において、電流を遮断する動
作を行うと、固定及び可動電極間にアークが発生する。
このアークを消弧するために、従来、ＳＦ₆ガスなどの
消弧性ガスを圧縮して絶縁性のノズルに導き、電極間に
発生したアークに吹き付けて消弧するパッファ形ガス遮
断器が存在している。図５は、一般的なパッファ形ガス
遮断器の構成の概略を示す模式図である。

【０００３】図５に示すように、ＳＦ₆ガスなどの消弧
性ガスを充填した図示していない容器内には、固定接触
子１及び可動接触子２が接離可能に対向配置されてい
る。可動接触子２部には、パッファシリンダ３とパッフ
ァピストン４が設けられ、これらによってパッファ室５
が形成されている。パッファシリンダ３の先端部外周に
は、可動接触子２を包囲し、且つ可動接触子２より大き
く突出する形状を有する絶縁性のノズル６が配置され、
パッファシリンダ３の先端部に設けられた開口部３ａを
介して、パッファ室５と連通されている。この図５のパ
ッファ形ガス遮断器においては、電流遮断動作時に、可
動接触子２を固定接触子１から開離する方向に移動する
と共に、パッファシリンダ３とパッファピストン４との
相対的移動により、パッファ室５を圧縮し、その開口部
３ａからノズル６内にガス流７を導き、固定・可動接触
子１，２間に発生したアーク８にガス流７を吹き付けて
消弧を行う。

【０００４】ところで、以上のようなパッファ形ガス遮
断器においてガス流の吹き付けのために使用されるノズ
ルとしては、従来、フッ素樹脂からなる絶縁性材料が使
用されていた。しかしながら、フッ素樹脂からなる絶縁
物がアークに晒されると、アークから放射されたエネル
ギーがフッ素樹脂の内部にまで浸透して吸収され、ノズ
ル内部にボイドの発生あるいは炭化現象を引き起こし、
また、エネルギーを繰り返し受けることにより、フッ素
樹脂の表面が徐々に剥離する恐れがあった。このため、
多数回の遮断動作の後には、ノズルの内面に変形を生
じ、電流遮断動作時において当初の設計による所望のガ
ス流とは異なるガス流を生じてしまい、遮断性能の低下
を引き起こす恐れがあった。

【０００５】以上のような問題を防止するために、ノズ
ルの材料として、耐アーク性に優れた材料の開発が進め
られている。例えば、特公昭４９−１７６５４号公報の
技術においては、四フッ化エチレン樹脂にアルミナ粉末
を０．１重量％乃至５０重量％均一に分散して、アーク
エネルギーがノズル内部に侵入するのを遮断し、耐アー
ク性に優れた四フッ化エチレン樹脂組成物を得ている。
また、特公昭４８−３８２１６号公報では、四フッ化エ
チレン−エチレン共重合体の耐アーク性を付与する充填
剤として、ＣａＦ₂、ＭｇＦ₂、ＳｂＳ、ＢａＳＯ₄、
ＢＮを挙げている。これらの従来技術においては、表現
の違いはあるものの、アークから発生するエネルギー線
が前記ノズルに当たっても、混入された充填剤によって
遮蔽され、ノズルの深部にまで劣化が進行しないという
効果が得られることが示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ように、フッ素樹脂にアルミナなどの充填剤を混入して
構成された従来技術のノズルでは、近年進められている
パッファ形ガス遮断器の大容量化によって、アークエネ
ルギーが将来において現状以上に増大した場合に、この
強大なアークエネルギーに適応できない。すなわち、従
来技術のノズルにおいては、現状のアークエネルギーに
はどうにか適応できるものの、絶縁性能には限界があ
り、予想され得る将来の強大なアークエネルギーに晒さ
れた場合に、絶縁耐力の低下・遮断性能の低下が起こる
危険性を有しており、ひいては、絶縁破壊が生じる恐れ
もあった。

【０００７】また、従来使用していたフッ素樹脂は、誘
電率が２．１〜２．３と低いのに対し、前記のアルミナ
粉末を初めとする各種の充填剤の誘電率は、極めて高い
値を有している。そのため、このように誘電率の高い充
填剤を混入して製作されたノズルは、従来のフッ素樹脂
単体のものより全体的に誘電率の高いものとなってい
た。従って、電極間の電界強度が増加し、絶縁設計をし
直す必要があった。

【０００８】本発明は、以上のような従来技術の課題を
解決するために提案されたものであり、その目的は、ア
ークに晒された際の絶縁耐力及び遮断性能の低下を有効
に抑制可能であり、且つ、充填剤を混入しても従来のフ
ッ素樹脂単体と同等かそれ以下の低誘電率を有するノズ
ルを備えたパッファ形ガス遮断器を提供することであ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、消弧性ガスを
充填した容器内に接離可能な固定接触子及び可動接触子
を有し、可動接触子部に設けられたパッファシリンダと
パッファピストンとからなるパッファ室を圧縮すること
によって消弧性ガスを圧縮してノズルに導き、固定・可
動接触子間に発生したアークに吹き付けて消弧を行う消
弧室を有するパッファ形ガス遮断器において、ノズル
が、窒化ホウ素（ＢＮ）粉末を含む非晶性フッ素樹脂に
よって構成されるか、または、炭窒化ホウ素（ＢＮＣ）
粉末を含む非晶性フッ素樹脂によって構成されることを
特徴としている。

【００１０】この場合、非晶性フッ素樹脂としては、例
えば、アモルファスフルオロポリマー樹脂を使用するこ
とが可能である。また、窒化ホウ素粉末あるいは炭窒化
ホウ素粉末の充填量は、２０容量％以下であることが望
ましく、粉末の平均粒径は、１０μｍ以下であることが
望ましい。

【００１１】

【作用】以上のような構成を有する本発明のパッファ形
ガス遮断器においては、ノズルの中に配合した窒化ホウ
素粉末あるいは炭窒化ホウ素粉末によって、アークから
発生するエネルギーを有効に遮断でき、ノズルの性能低
下を効果的に抑制できる。その上、窒化ホウ素粉末ある
いは炭窒化ホウ素粉末は、熱伝導率が高く、これらの材
料を混入した場合、ノズル全体の熱伝導率が高くなるた
め、ノズル内部に吸収されたわずかなアークエネルギー
を速やかに拡散することができる。従って、アークに晒
された際の絶縁耐力及び遮断性能の低下を有効に抑制で
きる。

【００１２】また、ノズルの主成分であるアモルファス
フルオロポリマー樹脂などの非晶性フッ素樹脂は、誘電
率２以下と、従来のフッ素樹脂の誘電率２．１〜２．３
よりもさらに低い誘電率を有しており、温度に対して
も、温度上昇に従って誘電率が低下していく特性を有し
ている。そして、このように誘電率の低い非晶性フッ素
樹脂を主成分とした場合には、誘電率の高い窒化ホウ素
粉末あるいは炭窒化ホウ素粉末を２０容量％程度充填し
ても、従来のフッ素樹脂単体と同等か、あるいはそれ以
下の、低い誘電率のノズルを得ることができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明を図５に示すようなパッファ形
ガス遮断器に適用してなる一実施例を、図１を参照して
説明する。この場合、図１は、本実施例におけるノズル
内部の粒子構成及び入射したアークエネルギーの進行経
路を示す模式図である。なお、本発明は、ノズル部分の
組成の改良のみに特徴を有するものであるため、以下に
は、ノズル部分の構成及び作用についてのみ説明する。

【００１４】まず、図１を参照して、本実施例の構成を
説明する。すなわち、図１に模式的に示すように、本実
施例のノズル６は、非晶性フッ素樹脂として、アモルフ
ァスフルオロポリマー樹脂（アモルファスフルオロポリ
マー粒子１１）を使用し、これを主成分として、窒化ホ
ウ素粉末（窒化ホウ素粒子１２）を充填した材料によっ
て構成されている。窒化ホウ素粉末の充填量は２０容量
％以下、平均粒径は１０μｍ以下とされている。

【００１５】次に、図１を参照して、本実施例のノズル
にアークエネルギーが照射された場合の作用を説明す
る。すなわち、図１に示すように、ノズル６にアークエ
ネルギーが照射された場合、ノズル６に充填された窒化
ホウ素粒子１２により、入射アークエネルギー１３の大
部分は、反射（遮蔽）され、反射アークエネルギー１４
となるため、ノズル６内部には侵入しない。そして、一
部のアークエネルギーのみがノズル６内部に侵入し、侵
入アークエネルギー１５となる。この場合、窒化ホウ素
の熱伝導率は、数百度の温度領域で９［Ｗ／ｍ・Ｋ］と
高く、このような窒化ホウ素粒子１２の混入により、ノ
ズル全体の熱伝導率が高くなっているため、侵入アーク
エネルギー１５はノズル内部において速やかに拡散さ
れ、熱が局部的に集中することがない。

【００１６】以上の作用により、本実施例におけるパッ
ファ形ガス遮断器では、ノズルに吸収されるアークエネ
ルギーを最小限に抑制することが可能となると共に、吸
収されたわずかなアークエネルギーを速やかに拡散する
ことが可能となる。従って、アークに晒された際の絶縁
耐力及び遮断性能の低下を最小限に抑制することが可能
である。

【００１７】さらに、図２は、ノズルの主成分であるア
モルファスフルオロポリマー樹脂の２３℃での周波数と
誘電率との関係を示す特性図であり、また、図３は、ア
モルファスフルオロポリマー樹脂の温度と誘電率との関
係を示す特性図である。すなわち、非晶性フッ素樹脂
は、図２に示すように、ギガヘルツまでの周波数に対し
て誘電率が２以下と低い。その上、温度に対しても、図
３に示すように、温度が高くなるに従って誘電率が低下
していく特性があるため、本実施例のように、窒化ホウ
素（ＢＮ）を充填剤として混ぜた場合でも、従来のフッ
素樹脂と同等かあるいはそれ以下の誘電率を得ることが
可能である。

【００１８】ところで、従来技術に従いフッ素樹脂に充
填剤を充填する方法は、ノズルの誘電率を高くすること
になるので、電極間の電界強度が上昇し、絶縁設計をし
直す必要があったことは前述したが、本発明に従い非晶
性フッ素樹脂に窒化ホウ素を混入してなる本実施例のノ
ズルの誘電率は、従来のフッ素樹脂と同等かあるいはそ
れ以下である。従って、従来技術によって製造した既存
のパッファ形ガス遮断器において、そのノズルだけを本
実施例によるノズルに置き換えた場合、絶縁設計をし直
す必要なく適用可能である。

【００１９】図４においては、窒化ホウ素の充填量と一
定のエネルギーを注入した場合の材料の消耗量の関係
が、曲線Ａとして示されている。この曲線Ａに示すよう
に、一定のエネルギーを注入した場合の材料の消耗量
は、窒化ホウ素の充填によって指数関数的に小さくなっ
ている。すなわち、この曲線Ａは、アークから発生する
エネルギー線がノズルに照射された場合、ノズル材料と
して配合された窒化ホウ素によってエネルギーの大部分
が遮蔽されるために、結果としてノズル材料の消耗量が
低減することを示している。

【００２０】その反面、ノズルの機械的強度は、窒化ホ
ウ素の充填量の増加に従って低下する傾向にあるため、
窒化ホウ素の充填量が多すぎると、ノズルに要求される
高い機械的強度が得られなくなる恐れがある。ノズルに
おいて要求される高い機械的強度が得られない場合に
は、パッファ形ガス遮断器の遮断時にノズルに加わる大
きな衝撃力に対して、ノズルに劣化・損傷を生じる恐れ
がある。また、機械的特性に加えて、成型性（充填量が
多いほど成型が困難になる。）や電気的特性（充填量が
少ないほど誘電率が小さく電気的には望ましい。）を考
慮した場合にも、無制限に充填剤を加えることは不都合
である。

【００２１】そして、窒化ホウ素の充填量の増大に伴う
これらの欠点と前述した窒化ホウ素の充填による作用効
果とのバランスを考えれば、窒化ホウ素の充填量は、前
記実施例に示したように、２０容量％以下が望ましく、
さらに限定すれば、３〜１５％の範囲が好適である。こ
の範囲内で窒化ホウ素を充填した場合には、従来のフッ
素樹脂単体の機械的強度とほとんど同程度の十分な機械
的強度を得られる。また、充填される窒化ホウ素粉末の
平均粒径は、ノズルの加工性（加工表面の平滑度）や機
械的強度と大きな関連があるが、一般的には、１０μｍ
以下とすることが好都合である。

【００２２】続いて、本発明による別の実施例として、
前記実施例と同様に、アモルファスフルオロポリマー樹
脂を主成分として使用し、充填剤としては、前記実施例
における窒化ホウ素粉末の代わりに、２０容量％以下の
充填量で、平均粒径１０μｍの炭窒化ホウ素粉末を使用
した場合の一実施例を説明する。このように、充填剤と
して炭窒化ホウ素粉末を使用した場合にも、前記窒化ホ
ウ素粉末と同様に、入射アークエネルギーの大部分を反
射（遮蔽）することができるため、ノズル内部に侵入す
るアークエネルギーは、入射アークエネルギーのごく一
部のみとなる。その上、炭窒化ホウ素の熱伝導率は、数
百度の温度領域で２７［Ｗ／ｍ・Ｋ］と、前述した窒化
ホウ素の約３倍に相当する非常に高い熱伝導率を有し、
ノズル全体の熱伝導率は前記実施例よりもさらに高くな
るため、侵入アークエネルギーは、ノズル内部において
さらに迅速に拡散され、熱の局部集中がより有効に防止
される。従って、本実施例においては、前記実施例より
もさらに有効な作用効果を得られる。

【００２３】炭窒化ホウ素粉末の配合による作用効果
は、次の表１を参照することにより、さらに明確化され
る。なお、表１は、充填剤として、四フッ化エチレン樹
脂（ＰＴＦＥ）、炭窒化ホウ素（ＢＮＣ）、アルミナ、
及び窒化ホウ素（ＢＮ）の４種の材料を取り上げ、これ
らの各材料の各種特性、及び、各材料をそれぞれアモル
ファスフルオロポリマー樹脂に同一の容量％配合した場
合の各種特性を、４種について比較的に示している。

【００２４】

【表１】

【００２５】この表１から、炭窒化ホウ素は、融点が非
常に高く、従って、高い耐熱性を有しており、且つ、数
百度の温度領域における熱伝導率も前述の通り２７［Ｗ
／ｍ・Ｋ］と高く、充填剤として使用した場合に最大の
熱伝導性を得られることがわかる。また、電気的特性に
ついても、アモルファスフルオロポリマーに配合した際
の誘電率は、２．３と低く、従来のフッ素樹脂と同等の
誘電率を得ることができる。従って、前記実施例と同様
に、従来技術によるパッファ形ガス遮断器のノズルを、
本実施例によるノズルに置き換えた場合、絶縁設計をし
直す必要なく適用可能である。さらに、化学的にも安定
であるため、アークに晒された際に生じるところの、非
晶性フッ素樹脂の非常に温度の高い分解ガスにも反応し
ないという優れた特性を有しており、これらの特性によ
り、ノズルの充填剤として使用した場合、優れた耐アー
ク性が得られることは明らかである。

【００２６】また、図４においては、前記実施例に対応
する窒化ホウ素の充填量と一定のエネルギーを注入した
場合の材料の消耗量の関係を示す曲線Ａに加えて、炭窒
化ホウ素の充填量と一定のエネルギーを注入した場合の
材料の消耗量の関係が、曲線Ｂとして示されている。こ
の曲線Ｂに示すように、炭窒化ホウ素に関する曲線は、
前述した窒化ホウ素に関する曲線とほぼ同様の形状を有
しており、一定のエネルギーを注入した場合の材料の消
耗量は、炭窒化ホウ素の充填によって指数関数的に小さ
くなっている。すなわち、この曲線Ｂは、アークから発
生するエネルギー線がノズルに照射された場合、ノズル
材料として配合された炭窒化ホウ素によってエネルギー
の大部分を遮蔽でき、結果としてノズル材料の消耗量を
低減できることを示している。

【００２７】その反面、炭窒化ホウ素の充填量の増加
は、窒化ホウ素の場合と同様に、機械的特性や成型性、
電気的特性に好ましくない影響を与えるため、このよう
な欠点とのバランスを考えた場合、炭窒化ホウ素の充填
量は、前述の窒化ホウ素と同様に、２０容量％以下が望
ましく、さらに限定すれば、３〜１５％の範囲が好適で
ある。ところで、このように、炭窒化ホウ素を充填した
場合に得られる機械的強度は、前記実施例において窒化
ホウ素を充填した場合に得られる機械的強度に比べて２
〜３倍高い。すなわち、窒化ホウ素を充填してなる前記
実施例と、炭窒化ホウ素を充填してなる本実施例とにお
いて、同容量比、同一条件でノズルを成形した場合、ノ
ズル全体の機械的強度は、本実施例の方が格段に高く、
この意味で、充填剤として炭窒化ホウ素を使用すること
は、窒化ホウ素を使用する場合よりも極めて有効であ
る。また、充填される炭窒化ホウ素の平均粒径は、ノズ
ルの加工性（加工表面の平滑度）や機械的強度と大きな
関連があるが、窒化ホウ素の場合と同様に、１０μｍ以
下とすることが好都合である。

【００２８】なお、本発明は、前記２つの実施例に限定
されるものではなく、例えば、非晶性フッ素樹脂として
は、アモルファスフルオロポリマー樹脂に限らず、低誘
電率及び高い耐熱性を有する他の非晶性フッ素樹脂を使
用した場合にも同様の作用効果を得られる。また、前記
２つの実施例においては、充填剤として使用する窒化ホ
ウ素または炭窒化ホウ素を、それぞれ、１種類の粒径等
級（平均粒径１０μｍ）からなる成分から構成したが、
これに加えて、第２、第３の粒径等級を有する同種類の
成分が含有された場合においても同様の作用効果を得ら
れる。

【００２９】さらに、本発明においては、充填剤とし
て、窒化ホウ素または炭窒化ホウ素以外の材料を含むこ
とも可能である。例えば、窒化ホウ素系材料として、窒
化ホウ素（ＢＮ）を主成分とし、Ｂ₂Ｏ₃、ＭｇＯ、Ｍ
ｇなどを添加してなる各種の材料を使用することも可能
である。同様に、炭窒化ホウ素系材料として、炭窒化ホ
ウ素（ＢＮＣ）を主成分とし、Ｂ₂Ｏ₃、ＭｇＯ、Ｍｇ
などを添加してなる各種の材料を使用することも可能で
ある。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、非晶性フッ素樹脂を主成分とし、窒化ホウ素（Ｂ
Ｎ）粉末または炭窒化ホウ素（ＢＮＣ）粉末を充填剤と
してノズルを構成することにより、アークに晒された際
の絶縁耐力及び遮断性能の低下を有効に抑制可能であ
り、且つ、充填剤を混入しても従来のフッ素樹脂単体と
同等かそれ以下の低誘電率を有するノズルを備えたパッ
ファ形ガス遮断器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従うパッファ形ガス遮断器の一実施例
におけるノズル内部の粒子構成及び入射したアークエネ
ルギーの進行経路を示す模式図。

【図２】アモルファスフルオロポリマー樹脂の２３℃で
の周波数と誘電率との関係を示す特性図。

【図３】アモルファスフルオロポリマー樹脂の温度と誘
電率との関係を示す特性図。

【図４】窒化ホウ素及び炭窒化ホウ素の充填量と一定の
エネルギーを注入した場合の材料の消耗量の関係を示す
曲線図。

【図５】一般的なパッファ形ガス遮断器の構成の概略を
示す模式図。

【符号の説明】

１ … 固定接触子２ … 可動接触子３ … パッファシリンダ３ａ … 開口部４ … パッファピストン５ … パッファ室６ … ノズル７ … ガス流８ … アーク１１ … アモルファスフルオロポリマー粒子１２ … 窒化ホウ素粒子１３ … 入射アークエネルギー１４ … 反射アークエネルギー１５ … 侵入アークエネルギー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中野俊之神奈川県川崎市川崎区浮島町２番１号株式会社東芝浜川崎工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】消弧性ガスを充填した容器内に接離可能
な固定接触子及び可動接触子を有し、可動接触子部に設
けられたパッファシリンダとパッファピストンとからな
るパッファ室を圧縮することによって消弧性ガスを圧縮
してノズルに導き、固定・可動接触子間に発生したアー
クに吹き付けて消弧を行う消弧室を有するパッファ形ガ
ス遮断器において、前記ノズルが、窒化ホウ素（ＢＮ）
粉末を含む非晶性フッ素樹脂によって構成されることを
特徴とするパッファ形ガス遮断器。
【請求項２】消弧性ガスを充填した容器内に接離可能
な固定接触子及び可動接触子を有し、可動接触子部に設
けられたパッファシリンダとパッファピストンとからな
るパッファ室を圧縮することによって消弧性ガスを圧縮
してノズルに導き、固定・可動接触子間に発生したアー
クに吹き付けて消弧を行う消弧室を有するパッファ形ガ
ス遮断器において、前記ノズルが、炭窒化ホウ素（ＢＮ
Ｃ）粉末を含む非晶性フッ素樹脂によって構成されるこ
とを特徴とするパッファ形ガス遮断器。