JPWO2017141474A1

JPWO2017141474A1 - ガス絶縁電気機器

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Publication number: JPWO2017141474A1
Application number: JP2017567941A
Authority: JP
Inventors: 涼子川野; 壮一朗海永; 吉村　学; 学吉村; 崇夫釣本
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2016-02-17
Filing date: 2016-09-15
Publication date: 2018-09-20
Anticipated expiration: 2036-09-15
Also published as: US10965106B2; JP6645706B2; WO2017141474A1; US20190372318A1

Abstract

金属異物が絶縁膜に接している部分および絶縁ガスに晒されている部分の両方で部分放電を抑制できるガス絶縁電気機器を得る。ガス絶縁電気機器（１）は、絶縁ガスが充填された接地タンク（２）と、接地タンク（２）の内部に配置され、電圧が印加される中心導体（３）と、接地タンク（２）の下側の内表面に配置され、高抵抗率の絶縁材料で構成された高抵抗絶縁部（５）と、高抵抗絶縁部（５）の少なくとも一部の表面上に配置され、高抵抗絶縁部（５）の抵抗率よりも低い抵抗率を有した低抵抗絶縁部（６）と、低抵抗絶縁部（６）の少なくとも一部の表面上に配置され、電界の変化に対し非直線的な抵抗率を示す非線形抵抗材料（９）と高抵抗率の絶縁材料（８）で構成された非線形抵抗絶縁部（７）と、を備え、低抵抗絶縁部（６）は浮遊電位とするものである。

Description

この発明は、高電圧が印加される中心導体を接地タンク内部に収容し、接地タンク内部に充填した絶縁ガスで中心導体と接地タンクとを絶縁したガス絶縁電気機器に関するものである。

ガス絶縁電気機器としてのガス絶縁開閉装置は、高電圧が印加される中心導体を金属製の接地タンクに収納し、接地タンクと中心導体との間の空間に絶縁ガスを封入することで絶縁性能を確保している。ただし、製作時や現地での据付作業時に異物（ちり・繊維・導電性または半導電性の固体等）が接地タンク内に混入し、絶縁性能が低下する恐れがある。混入した異物は通電時に発生する電界によって帯電し、接地タンクの内表面から浮上する方向に静電気力を受ける。静電気力が異物に働く重力より大きくなると異物は浮上し、中心導体に向かって移動する。異物周囲で電界は集中するため、異物が中心導体に接近したり付着したりすると局所的に高電界となり、装置の耐電圧性能が低下する恐れがある。特に異物が金属製でかつ線状の場合は異物先端で強く電界が集中するため、絶縁性能の低下が大きい。

この金属異物の問題に対し、金属異物とタンク内表面に設けた膜との接触部に発生する電界集中を緩和し、集中電界で起こる部分放電による金属異物の帯電を抑制し、金属異物の浮上を抑制するようにしたものが次に示すように種々知られている。
例えば特許文献１には、タンク内表面に高抵抗率の被膜を設け、この被膜の上にさらに機械的強度の大きい被膜を設けて、異なる材質の被膜を２重にしたガス絶縁母線が記載されている。

また、特許文献２には、電流密度が増大するにつれて抵抗値が低下する非線形抵抗特性を備えた非線形抵抗材に、この非線形抵抗材と誘電率の異なる充填材が充填された非線形抵抗膜をタンク内表面に設けた密閉型絶縁装置が記載されている。
さらに、特許文献３には、タンク内表面に低抵抗率の絶縁膜を設け、その絶縁膜の上に絶縁材料に非直線抵抗材料が含有されてなる非線形抵抗膜を設けたガス絶縁機器が記載されている。

実開昭５９−１４９４２２号公報特許第５１３５２６３号公報特許第５７０５３８４号公報

しかし、特許文献１に示されたタンク内表面に高抵抗率の絶縁被膜を設ける構成では、電圧が低い場合は金属異物の挙動の抑制に効果的であるが、電圧が高い場合は金属異物の挙動を抑制することが困難となり、金属異物が浮上することになる。
特許文献２に示されたタンク内表面に非線形抵抗膜を設けた構造では、高電圧が印加された場合、金属異物において非線形抵抗膜に触れておらず絶縁ガスに晒されている部位で、電界が集中し、集中電界部で部分放電が起こり、金属異物が帯電する恐れがある。

また、特許文献３に示された絶縁膜の上に非線形抵抗膜を設けた構造では、仮に金属異物が、非直線抵抗充填剤が部分的に存在しない非線形抵抗膜表面に配置された場合、金属異物にとって絶縁膜上に配置された状態と同じになるため、低電圧でも膜と金属異物の接触部近傍で部分放電が発生し、金属異物が帯電する恐れがある。これらにより、金属異物の電荷に作用する静電力が金属異物に働く重力を上回ると金属異物が浮上を開始し、ガス絶縁開閉機器の絶縁性能を大きく低下させることになる。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、金属異物が絶縁膜に接している部分および絶縁ガスに晒されている部分の両方で部分放電を抑制できるガス絶縁電気機器を提供することを目的とするものである。

この発明に係るガス絶縁電気機器は、絶縁ガスが充填された接地タンクと、前記接地タンクの内部に配置され、電圧が印加される中心導体と、前記接地タンクの下側の内表面に配置され、高抵抗率の絶縁材料で構成された高抵抗絶縁部と、前記高抵抗絶縁部の少なくとも一部の表面上に配置され、前記高抵抗絶縁部の抵抗率よりも低い抵抗率を有した低抵抗絶縁部と、前記低抵抗絶縁部の少なくとも一部の表面上に配置され、電界の変化に対し非直線的な抵抗率を示す非線形抵抗材料と高抵抗率の絶縁材料で構成された非線形抵抗絶縁部と、を備え、前記低抵抗絶縁部が浮遊電位であるものである。

この発明のガス絶縁電気機器によれば、金属異物が絶縁膜に接している部分および絶縁ガスに晒されている部分の両方の表面の電界を緩和でき、金属異物の帯電を抑制できる、という効果を奏する。

この発明の実施の形態１に係るガス絶縁電気機器の軸方向断面図である。この発明の実施の形態１に係るガス絶縁電気機器の径方向断面図である。この発明の実施の形態１に係るガス絶縁電気機器の非線形抵抗膜内に非線形抵抗材料が分布している状態を示す図である。この発明の実施の形態１に係るガス絶縁電気機器の非線形抵抗絶縁膜の電界に対する抵抗率の変化を示した図である。一般的な高抵抗絶縁膜の上に置かれた金属異物と高抵抗絶縁膜との微小ギャップを説明する拡大図である。一般的な絶縁膜と実施の形態１における非線形抵抗絶縁膜において、金属異物の周囲電界に対する絶縁膜と金属異物との接触点近傍の局所電界の依存性を示す図である。金属異物が一般的な絶縁膜と非線形抵抗絶縁膜の上に配置された場合を示す断面図である。一般的な絶縁膜と非線形抵抗絶縁膜の上に配置された金属異物が、非線形抵抗絶縁膜による電界緩和を得たときの周辺電界の分布を示すイメージ図である。この発明の実施の形態１に係るガス絶縁電気機器において、金属異物が非線形抵抗絶縁膜上に配置された場合を示す断面図である。この発明の実施の形態１に係るガス絶縁電気機器において、金属異物が非線形抵抗絶縁膜による電界緩和を得たときの周辺電界の分布を示すイメージ図である。一般的な低抵抗絶縁膜と非線形抵抗絶縁膜の上に配置された金属異物が、非線形抵抗絶縁膜による電界緩和を得たときの周辺電界の分布図である。この発明の実施の形態１に係るガス絶縁電気機器において、金属異物が非線形抵抗絶縁膜による電界緩和を得たときの周辺電界の分布図である。この発明の実施の形態２に係るガス絶縁電気機器において、比誘電率が５の高抵抗絶縁膜の電気抵抗率に対する時定数の依存性を表した図である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１に係るガス絶縁電気機器を図１から図１０に基づいて詳細に説明する。
図１は実施の形態１に係るガス絶縁電気機器の軸方向断面図で、図２はガス絶縁電気機器の径方向断面図である。図１および図２において、ガス絶縁電気機器１は、圧力容器である円筒状の接地タンク２と、接地タンク２の内部に配置され、高電圧が印加される中心導体３と、接地タンク２に取付けられ、中心導体３を絶縁支持する絶縁支持部材４とを有する。中心導体３は固体絶縁物からなる絶縁支持部材４で接地タンク２と同軸中心の位置に固定されている。なお、図１および図２に示すガス絶縁電気機器１は、以上述べた構成要素の他、遮断器、断路器、計器用変流器等の機器と共にガス絶縁開閉装置を構成している。

接地タンク２と中心導体３との間には、両者を絶縁するための絶縁ガス（図示せず）が充填されている。絶縁ガスとして、例えばＳＦ_６、乾燥空気、Ｎ_２、ＣＯ_２、Ｏ_２、ＣＦ_３Ｉなどの単体ガスが挙げられる。また、上記ガスを２種類もしくはそれ以上の種類で混合させたものを用いても良い。

接地タンク２の内表面には高抵抗率を有する高抵抗絶縁膜５（高抵抗絶縁部）が配置されている。高抵抗絶縁膜５は、例えば接地タンク２の下側の内表面に配置されている。高抵抗絶縁膜５は樹脂を主成分とする絶縁材料で形成された被膜である。絶縁材料としては熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂が考えられる。熱可塑性樹脂であれば塩化ビニル系・ポリエステル系・ナイロン系等の樹脂が、熱硬化性樹脂であればエポキシ系・ウレタン系・アクリル系等の樹脂が使用される。高抵抗絶縁膜５の形成方法としては、吹き付け塗装、はけ塗り、焼付け塗装、浸漬塗装、シート塗装などで薄膜を形成後硬化させる方法がある。

また、この高抵抗絶縁膜５の上には高抵抗絶縁膜５を少なくとも部分的に被覆するように、高抵抗絶縁膜５の電気抵抗率よりも低い電気抵抗率をもつ低抵抗絶縁膜６（低抵抗絶縁部）が配置されている。低抵抗絶縁膜６は、例えば図２に示すように、接地タンク２の下側内周面に配置された高抵抗絶縁膜５の表面に、接地タンク２に触れないように配置されている。低抵抗絶縁膜６の形成方法としては、例えば数μｍ〜数１０μｍの粒径を持った粉体粒子状の低抵抗材料を液状バインダ樹脂と混ぜあわせ、吹き付け塗装、はけ塗り、焼付け塗装、浸漬塗装、シート塗装などで薄膜を形成後硬化させる方法がある。

ただし、この場合は、低抵抗絶縁膜６の構成材として低抵抗材料と異なる材料を混合させるため、体積割合で低抵抗材料が他の混合物よりも多くの割合とする必要がある。またガス絶縁電気機器に適用できる低抵抗材料は、金属ではないこと、分解ガスを生成しないこと、運転時間中に性能に対する経年劣化が小さいこと、１００℃前後の熱環境下で性能が落ちないことが挙げられる。

また、この低抵抗絶縁膜６の上には低抵抗絶縁膜６を少なくとも部分的に被覆するように、非線形抵抗絶縁膜７（非線形抵抗絶縁部）が配置されている。非線形抵抗絶縁膜７は、例えば図２のように、接地タンク２の下側内表面に配置された高抵抗絶縁膜５の上に配置された低抵抗絶縁膜６の表面に、接地タンク２に触れないように配置されている。
また、非線形抵抗絶縁膜７は、図３に示すように、樹脂を主成分とする絶縁材料８の中に非線形抵抗材料９（例えば酸化亜鉛や炭化ケイ素）を、膜内に離散的に分布するように含有している。非線形抵抗材料９は、例えば図４に示すように電界に対して非直線的な抵抗率を有した特性で、低電界領域での抵抗値は大きいが、高電界領域では抵抗値が小さくなる特性を有する。図４において、領域Ａは低電界時の目標抵抗率領域を示し、領域Ｂは高電界時の目標抵抗率領域を示す。

非線形抵抗特性を示す非線形抵抗材料９としては、酸化亜鉛や炭化ケイ素以外に例えば窒化ガリウム・ダイヤモンドが挙げられる。また、絶縁材料８としては熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂が考えられ、熱可塑性樹脂であれば塩化ビニル系・ポリエステル系・ナイロン系等の樹脂が、熱硬化性樹脂であればエポキシ系・ウレタン系・アクリル系等の樹脂が使用される。非線形抵抗絶縁膜７の形成方法としては、吹き付け塗装、はけ塗り、焼付け塗装、浸漬塗装・シート塗装等が挙げられる。

次に、この発明の実施の形態１に係るガス絶縁電気機器１において生じる物理現象について説明する。
ガス絶縁電気機器１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、一部は現地で組み立てられる。そのため、現地組立時にガス絶縁電気機器１の中に、図１及び図２に示すように金属異物１０が紛れ込む可能性がある。これら金属異物１０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１０は発見が困難であり、検査で見落とされ、接地タンク２内に残される場合がある。

金属異物１０は、発生した直後は重力によって接地タンク２内の底面に落下して平伏した状態となる。ここで、中心導体３に電圧が印加されている運転状態で、接地タンク２を構成する金属に金属異物１０が直接接触する場合、静電誘導の現象が金属異物１０に作用して接地タンク２から金属異物１０に電荷が供給されて、金属異物１０は帯電する。

一方、高抵抗絶縁膜５のみが接地タンク２の内面に形成されている場合、静電誘導による接地タンク２から金属異物１０への電荷供給はなくなるが、図５に示すように、金属異物１０と高抵抗絶縁膜５の接触部近傍の微小ギャップ１１による放電で生成したイオンが金属異物１０を帯電させる。帯電した金属異物１０は、課電されている接地タンク２内では高電圧の中心導体３と接地タンク２の間で電界が発生しているため、帯電量に応じたクーロン力の作用を受けて、平伏した状態から起立し、中心導体３に向けて浮上する。その後、中心導体３に接近して接触する。中心導体３の近傍は高電界であるため、金属異物１０が高電圧の中心導体３に接近した状態で雷サージなどの過電圧が侵入すると、地絡に至る場合がある。

以上、接地タンク２底面に被覆がない場合、あるいは接地タンク２底面に高抵抗絶縁膜５のみが被覆されている場合に、金属異物１０が接地タンク２内で平伏した状態から起立、浮上する現象について説明したが、次に非線形抵抗絶縁膜７の作用について説明する。
ここで、図１では接地タンク２内に微小な金属異物１０が混入し、非線形抵抗絶縁膜７上に存在するものとする。

中心導体３に印加される電圧が低い場合、または中心導体３から発生する電界が低い場合、非線形抵抗絶縁膜７内の非線形抵抗材料９は絶縁物として機能する。このため、接地タンク２から金属異物１０への電荷の流入が遮断され、金属異物１０はほとんど帯電しない。従って、中心導体３から発生した電界による電気的吸引力が金属異物１０の自重より大きくなって金属異物１０が浮上することはない。

一方、中心導体３に印加される電圧が高い場合、または中心導体３から発生する電界が高い場合、非線形抵抗絶縁膜７内の非線形抵抗材料９の抵抗値は小さくなる。これにより、非線形抵抗絶縁膜７の中心導体３に近い部分は導電性を示す。
図６は、一般的な絶縁膜と実施の形態１における非線形抵抗絶縁膜７において、金属異物１０の周囲電界に対する金属異物１０と非線形抵抗絶縁膜７の接触点近傍の局所電界の依存性を示す図である。図６に示す通り非線形抵抗絶縁膜７と金属異物１０の接触点近傍における電界集中は緩和されて部分放電が発生しにくくなり、仮に部分放電が発生したとしても電荷は非線形抵抗絶縁膜７の中心導体３に面する部分を流れて逃げてしまい、金属異物１０の帯電は抑制される。

一方、非線形抵抗絶縁膜７のうち接地タンク２に近い部分は高い抵抗値を保つため、接地タンク２の内表面から金属異物１０への電荷の移動による金属異物１０の帯電は抑制される。以上より、中心導体３から発生した電界による電気的吸引力が金属異物１０の自重より大きくなって金属異物１０が浮上することはない。

以上のように、非線形抵抗絶縁膜７を構成すれば、金属異物１０と接地タンク２の接触部近傍で部分放電が発生する前に接触部近傍における電界を緩和でき、部分放電の発生を抑制できることを説明した。次に、一方で非線形抵抗絶縁膜７の弱点について詳細に説明する。

金属異物１０と非線形抵抗絶縁膜７の接触点近傍に電界緩和効果を得るためには、非線形抵抗絶縁膜７中に含有されている非線形抵抗材料９と金属異物１０が、金属異物１０のどこか一点でも非線形抵抗材料９に接触している必要がある。また、金属異物１０が非線形抵抗材料９よりも大きい場合、出来る限り金属異物１０と非線形抵抗絶縁膜７の接触面積内に広く分布するように、非線形抵抗材料９を配置した方が望ましい。しかし非線形抵抗絶縁膜７中における非線形抵抗材料９の割合を大きくしすぎると、塗装時に塗料の粘度が下がるため、塗装方法を変更する必要性が生じるなどして、作業効率が減退する可能性がある。

ここで、図７Ａは、金属異物が一般的な絶縁膜と非線形抵抗絶縁膜の上に配置された場合を示す断面図である。また、図７Ｂは、図７Ａの構成と対応しており、一般的な絶縁膜と非線形抵抗絶縁膜の上に配置された金属異物が、非線形抵抗絶縁膜による電界緩和を得たときの周辺電界の分布を示すイメージ図である。図７Ｂにおいて、符号１２は電界：大領域を示しており、符号１３は電界：小領域を示す。また、符号１４は、電界：大領域１２と電界：小領域１３の中間の電界を示す電界：中領域を示す。図７Ｂに示すように、非線形抵抗絶縁膜７による電界緩和効果を得た金属異物１０の、非線形抵抗材料９に触れていない部分は電界が高くなるため、部分放電が発生し、金属異物１０が帯電して浮上する可能性が高くなる。図７Ｂにおいては、金属異物１０と非線形抵抗材料９が接する周辺の局所電界だけが緩和され、電界が小さくなっている。なお、図７Ｂは金属異物表面に発生する電界を含めて表示している。
以上、非線形抵抗絶縁膜７の弱点について説明したが、この発明の実施の形態１の金属異物１０が浮上しにくいガス絶縁電気機器１について詳細に説明する。

図８Ａは、この発明の実施の形態１に係るガス絶縁電気機器において、金属異物が非線形抵抗絶縁膜上に配置された場合を示す断面図である。また、図８Ｂは、図８Ａの構成と対応しており、この発明の実施の形態１に係るガス絶縁電気機器において、金属異物が非線形抵抗絶縁膜による電界緩和を得たときの周辺電界の分布を示すイメージ図である。図８Ｂにおいては、実施の形態１における低抵抗絶縁膜６の上に構成した非線形抵抗絶縁膜７と接触する金属異物１０の周囲電界の様子を示している。図８Ｂは、金属異物１０の表面に発生する電界を含めて表示している。図８Ｂにおいて、符号１２は、電界：大領域を示しており、符号１３は、電界：小領域を示す。図８Ａのように、低抵抗絶縁膜６を非線形抵抗絶縁膜７の下部に配置すると、非線形抵抗材料９を通じて金属異物１０の電位を下げる効果が得られる。これによって、金属異物１０と非線形抵抗材料９が接する周辺の局所電界だけでなく、金属異物１０周囲の電界を緩和することが可能となる。

しかし、この状態において低抵抗絶縁膜６が接地電位にまで下がると、金属異物１０も接地電位となるため、高電界が印加されると中心導体３に対向している金属異物１０周辺の電界は上昇して部分放電が発生し、金属異物１０が帯電して浮上する恐れがある。なお、図９は、一般的な低抵抗絶縁膜と非線形抵抗絶縁膜の上に配置された金属異物が、非線形抵抗絶縁膜による電界緩和を得たときの周辺電界の分布図である。図９の左側は、一般的な低抵抗絶縁膜と非線形抵抗絶縁膜の上に配置された金属異物の構造を示しており、右側は、左側の断面図における点線取り囲み部分の周囲電界の様子を示している。図９では、金属異物表面に発生する電界を含めて表示している。図９において、符号１２は電界：大領域であり、符号１３は電界：小領域を示している。図９に示すように、金属異物１０周辺は電界：大領域１２を有しており、部分放電が発生する恐れがある。
また、接地電位となった場合、接地タンク２からの導電電流によって金属異物１０が帯電し、浮上する恐れがある。したがって、接地タンク２の内表面に高抵抗絶縁膜５を施し、その上に低抵抗絶縁膜６、非線形抵抗絶縁膜７を施すことで、低抵抗絶縁膜６を浮遊電位にする。
図１０は、この発明の実施の形態１に係るガス絶縁電気機器において、金属異物が非線形抵抗絶縁膜による電界緩和を得たときの周辺電界の分布図である。図１０の左側は、実施の形態１における低抵抗絶縁膜６の上に構成した非線形抵抗絶縁膜７と接触する金属異物１０の構造を示しており、右側は、左側の断面図における点線取り囲み部分の周囲電界の様子を示している。図１０では、金属異物１０の表面に発生する電界を含めて表示している。図１０において、符号１２は電界：大領域であり、符号１３は電界：小領域を示している。図１０に示すように、中心導体３に対向している金属異物１０周辺の電界も部分放電が発生しない程度に抑制でき、導電電流を減らすことができる。

以上のように実施の形態１のガス絶縁電気機器は、接地タンク２の内表面に配置された高抵抗絶縁膜５の上に低抵抗絶縁膜６を配置し、その低抵抗絶縁膜６の上に非線形抵抗絶縁膜７を配置しているので、金属異物１０において非線形抵抗絶縁膜７に含まれている非線形抵抗材料９に直接触れている部位以外の周辺電界を緩和でき、部分放電の発生を抑制できる。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２に係るガス絶縁電気機器を図１１に基づいて詳細に説明する。実施の形態２では静電誘導による金属異物１０の帯電を抑制するような高抵抗絶縁膜５について述べる。

静置状態の金属異物１０に電荷流入が発生する要因として先に述べたように、静電誘導によって接地タンク２の底面等から電荷供給を受ける場合がある。接地タンク２の底面からの静電誘導による電荷供給は、金属異物１０と接地タンク２の底面の間に高抵抗絶縁膜５があれば防げる。ここで、高抵抗絶縁膜５の時定数Ｔは以下の式（１）で表される。
Ｔ=εｒ×εｏ×ρ ・・・（１）
εｒは絶縁膜の比誘電率、
εｏは真空の誘電率８．８５ ×１０^−１２ｍ^−３ｋｇ^−１ｓ^４Ａ^２、
ρは絶縁膜の電気抵抗率である。

一般的に中心導体３に商用周波数（５０または６０Ｈｚ）の交流電圧が印加されることを考えると、電圧の変化による静電誘導を抑制するには、たとえば周波数５０Ｈｚの場合、高抵抗絶縁膜５の時定数Ｔは２０ｍｓ以上あることが望ましい。数値例として高抵抗絶縁膜５の時定数Ｔが２０ｍｓ、比誘電率εｒを５として（１）式に代入すると、図１１に示すように、高抵抗絶縁膜５の電気抵抗率ρは５．６×１０^８Ωｍとなる。
接地タンク２の内部が高電界となる電圧が中心導体３に印加される場合等は、高抵抗絶縁膜５の高抵抗材料の電気抵抗率は１０^９Ωｍ程度以上あった方がのぞましい。また高抵抗絶縁膜５が存在することで、低抵抗絶縁膜６の浮遊電位を担保することができる。

上記のように高抵抗絶縁膜５の高抵抗材料の電気抵抗率ρを１０^９Ωｍ程度以上に構成することにより、接地タンク２からの漏れ電流による金属異物１０への電荷流入も抑制でき、静電誘導による金属異物１０の帯電を抑制することができる。

実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３に係るガス絶縁電気機器について詳細に説明する。実施の形態３では、金属異物１０の電位を下げ金属異物１０の周辺の電界を緩和できる低抵抗絶縁膜６と金属異物１０の電位を効率的に下げる非線形抵抗絶縁膜７とについて述べる。

中心導体３に高電界が印加されたとき、非線形抵抗絶縁膜７の電気抵抗率が低下することによって金属異物１０の電界緩和効果が発生することは先に述べたが、たとえば低抵抗絶縁膜６の電気抵抗率が非線形抵抗絶縁膜７の非線形抵抗材料９の電気抵抗率と同じ値である場合、金属異物１０の電位は低抵抗絶縁膜６の電位と同電位にまで下がるため、金属異物１０と非線形抵抗絶縁膜７との接触点近傍の電界を低下させ、部分放電の発生を抑制することができる。たとえば非線形抵抗絶縁膜７の非線形抵抗材料９と低抵抗絶縁膜６の電気抵抗率が１０×１０^３Ωｍのとき、金属異物１０の電位は低抵抗絶縁膜６が構成されていない場合に比較して、１／２になる。

上記のように低抵抗絶縁膜６の電気抵抗率を、非線形抵抗材料９の電気抵抗率の最低値より小さい電気抵抗率とすることで、金属異物１０の周辺の電界を緩和することができる。また、非線形抵抗絶縁膜７の中に配置される非線形抵抗材料９が、低抵抗絶縁膜６と非線形抵抗絶縁膜７の界面と、非線形抵抗絶縁膜７と絶縁ガスの界面を接続するように繋がって配置されていると、金属異物１０と低抵抗絶縁膜６を最短距離で接続できるため、金属異物１０の電位を更に効率的に下げることができる。

実施の形態４．
次に、この発明の実施の形態４に係るガス絶縁電気機器について詳細に説明する。実施の形態４では、金属異物１０が機械的振動によって運動し、金属異物１０と非線形抵抗絶縁膜７との接触部の局所電界が変化した場合でも、部分放電が発生する前に電界緩和可能な非線形抵抗絶縁膜７の電気抵抗率について述べる。

接地タンク２に外部から機械的振動が加わると、静置状態では浮上に必要な電荷量を持たなかった金属異物１０が振動によって運動し、運動したはずみに金属異物１０と非線形抵抗絶縁膜７の接触点近傍の局所電界が変化し、部分放電が発生して金属異物１０に電荷が供給され金属異物１０が浮上してしまう可能性がある。ここで言う、接地タンク２に加わる外部からの機械振動とは、例えば地震であったり、この接地タンク２に併設された機器（断路器、遮断器）等の動きで発生する振動であったりする。金属異物１０が運動した瞬間に部分放電が発生しないためには、金属異物１０と非線形抵抗絶縁膜７の接触点近傍の局所電界が、部分放電が発生する前に、金属異物１０が静置状態の局所電界値とほぼ同等の値に戻る必要がある。この、電界が元に戻る時間を時定数と定義する。

ここで、高抵抗絶縁膜５および低抵抗絶縁膜６および非線形抵抗絶縁膜７の時定数Ｔは、前述の式（１）で表される。一方で、金属異物１０に部分放電が発生するまでは、放電遅れ時間と呼ばれる時間がある。放電遅れ時間は、電圧が印加されてから放電のタネとなる初期電子が発生するまでの統計的遅れ時間と、初期電子が発生してから放電に成長するまでの形成遅れ時間との和である。ガス中における放電の統計遅れ時間は最短でほぼゼロｓであり、形成遅れ時間は最短で数十ｎｓである。このことから放電遅れ時間の最短時間は数十ｎｓとされる（たとえば文献『方形波インパルスによるＳＦ６中準平等電界ギャップの短時間領域Ｖ−ｔ特性の解明（著・財団法人電力中央研究所）』）。

したがって、非線形抵抗絶縁膜７の時定数Ｔを、放電遅れ時間より小さくすることで、金属異物１０と非線形抵抗絶縁膜７との接触点近傍で部分放電が発生する前に接触点近傍における電界を緩和でき、金属異物１０の帯電を抑制できる。
因みに、数値例として放電遅れ時間＝時定数（電気抵抗率の最小値における時定数）を５０ｎｓ、非線形抵抗絶縁膜７の比誘電率を１０として（１）式に代入すると、非線形抵抗絶縁膜７の電気抵抗率は５．５×１０^２Ωｍとなる。

上記のように非線形抵抗絶縁膜７の時定数Ｔが放電遅れ時間より小さくなるよう、非線形抵抗絶縁膜７の電気抵抗率を構成すれば、接地タンク２の振動により金属異物１０の位置ずれが発生しても、金属異物１０と非線形抵抗絶縁膜７との接触部近傍で部分放電が発生する前に接触部近傍における電界値を静置状態の局所電界値にまで戻すことができ、部分放電の発生を抑制できる。

実施の形態５．
次に、この発明の実施の形態５に係るガス絶縁電気機器について詳細に説明する。実施の形態５では低抵抗絶縁膜６として、低電気抵抗率の樹脂の塗布膜で構成したものについて説明する。

低電気抵抗率の樹脂として、導電性高分子を用いる。導電性高分子の例としてポリアセチレン、ポリパラフェニレン，ポリチオフェン，ポリピロール，ポリアニリン，ポリアセン等が挙げられる。導電性高分子は樹脂そのものとして塗布可能であるため、低抵抗材料の粉体を利用するよりも成膜が容易である。

上記のように低抵抗絶縁膜６を低電気抵抗率の樹脂の塗布膜で構成すると、金属異物１０付近の電界を抑制でき、静置時または振動による金属異物１０が移動時も、部分放電の発生を抑制できる。

以上、この発明の実施の形態を記述したが、この発明は実施の形態に限定されるものではなく、種々の設計変更を行うことが可能であり、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。

この発明のガス絶縁電気機器は、遮断器、断路器、計器用変流器等の機器と組み合わせて使用されるガス絶縁開閉装置として有用である。

１：ガス絶縁電気機器、２：接地タンク、３：中心導体、４：絶縁支持部材、５：高抵抗絶縁膜（高抵抗絶縁部）、６：低抵抗絶縁膜（低抵抗絶縁部）、７：非線形抵抗絶縁膜（非線形抵抗絶縁部）、８：絶縁材料、９：非線形抵抗材料、１０：金属異物、１１：微小ギャップ

この発明に係るガス絶縁電気機器は、絶縁ガスが充填された接地タンクと、前記接地タンクの内部に配置され、電圧が印加される中心導体と、前記接地タンクの内表面に配置され、高抵抗率の絶縁材料で構成された高抵抗絶縁部と、前記高抵抗絶縁部の少なくとも一部の表面上に配置され、前記高抵抗絶縁部の抵抗率よりも低い抵抗率を有した低抵抗絶縁部と、前記低抵抗絶縁部の少なくとも一部の表面上に配置され、電界の変化に対し非直線的な抵抗率を示す非線形抵抗材料と高抵抗率の絶縁材料で構成された非線形抵抗絶縁部と、を備え、前記低抵抗絶縁部は浮遊電位であり、前記低抵抗絶縁部の電気抵抗率は、前記非線形抵抗絶縁部の前記非線形抵抗材料の電気抵抗率の最低値よりも小さいものである。

Claims

絶縁ガスが充填された接地タンクと、
前記接地タンクの内部に配置され、電圧が印加される中心導体と、
前記接地タンクの下側の内表面に配置され、高抵抗率の絶縁材料で構成された高抵抗絶縁部と、
前記高抵抗絶縁部の少なくとも一部の表面上に配置され、前記高抵抗絶縁部の抵抗率よりも低い抵抗率を有した低抵抗絶縁部と、
前記低抵抗絶縁部の少なくとも一部の表面上に配置され、電界の変化に対し非直線的な抵抗率を示す非線形抵抗材料と高抵抗率の絶縁材料で構成された非線形抵抗絶縁部と、を備え、
前記低抵抗絶縁部が浮遊電位であることを特徴とするガス絶縁電気機器。
前記高抵抗絶縁部は、電気抵抗率が１０^９Ωｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載のガス絶縁電気機器。
前記低抵抗絶縁部の電気抵抗率は、前記非線形抵抗絶縁部の前記非線形抵抗材料の電気抵抗率の最低値より小さいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガス絶縁電気機器。
前記非線形抵抗絶縁部は、前記非線形抵抗材料が、前記非線形抵抗絶縁部内で、前記低抵抗絶縁部と前記非線形抵抗絶縁部の界面と、前記非線形抵抗絶縁部と前記絶縁ガスの界面を接続するように繋がった状態で配置されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のガス絶縁電気機器。
前記非線形抵抗絶縁部の時定数は、放電遅れ時間より小さいことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のガス絶縁電気機器。
前記低抵抗絶縁部は、導電性高分子からなる低抵抗率材料で構成されたことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のガス絶縁電気機器。