WO2017159433A1 - 消弧用絶縁材料成形体およびこれを備えるガス遮断器 - Google Patents
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- H01H33/91—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid the flow of arc-extinguishing fluid being produced or increased by movement of pistons or other pressure-producing parts this movement being effected by or in conjunction with the contact-operating mechanism the arc-extinguishing fluid being air or gas
Definitions
- the present invention relates to an arc extinguishing insulating material molded body and a gas circuit breaker including the same.
- Patent Document 1 discloses a gas-insulated electric device in which at least a surface portion of a portion exposed to an arc is made of a resin insulator.
- the resin insulator includes a fluororesin and an inorganic filler.
- JP-A-57-202003 lower left column on page 2
- Japanese Patent Laid-Open No. 5-94744 upper left column on page 3
- GIS gas insulated switchgear
- the GIS is a device in which a gas circuit breaker, a disconnector, a busbar circuit, a lightning arrester, an instrument transformer, a work grounding device, and the like are accommodated in one sealed container.
- the sealed container is filled with an insulating gas.
- the insulating gas is, for example, sulfur hexafluoride (SF 6 ).
- a gas circuit breaker plays a role of cutting off the electric circuit when a short circuit, overcurrent, ground fault, or the like occurs.
- a gas circuit breaker includes an arc extinguishing chamber, an insulating gas, and a pair of arc contacts having contacts.
- the arc contact is accommodated in the arc extinguishing chamber.
- the arc contact includes a movable arc contact and a fixed arc contact.
- the insulating gas is filled in the arc extinguishing chamber.
- the movable arc contact and fixed arc contact are in contact. That is, the arc contact has a contact.
- the movable arc contact is separated from the fixed arc contact (that is, the contact is opened), thereby forcibly interrupting the current.
- an arc is generated (ignited) between the movable arc contact and the fixed arc contact. This is because even if the movable arc contact and the fixed arc contact are separated from each other, the current continues to flow.
- the gas circuit breaker quickly extinguishes (extinguishes) the arc by blowing insulating gas against the arc generated at the time of interruption.
- the blowing of the insulating gas also has an effect of cooling the electrode heated by the arc.
- the puffer type is the mainstream for gas circuit breakers.
- the puffer type is a system in which a piston is driven in conjunction with an operation in which a movable arc contact and a fixed arc contact are separated, and an insulating gas is blown out toward a portion where an arc is generated.
- the puffer type includes a thermal puffer type, a mechanical puffer type, and a method using these in combination.
- the thermal puffer type is a method for increasing the pressure of the insulating gas by utilizing the heat of the arc.
- the mechanical puffer type is a system in which the pressure of the insulating gas is increased by mechanical operation of a pair of pistons and cylinders.
- one of the effective means for improving the breaking capacity is an arc extinguishing insulating material molded body.
- an arc extinguishing insulating material molded body (hereinafter sometimes abbreviated as “molded body”) is disposed in a region where the arc energy reaches.
- the arc energy (light energy and thermal energy) causes a decomposition reaction on the surface of the molded body, generating an insulating gas.
- the generated insulating gas promotes arc extinction together with the insulating gas blown to the arc.
- a material that generates an insulating gas when exposed to an arc in this manner is referred to as an “ablation material”.
- Patent Document 1 an ablation material is blended with an inorganic filler as a wear suppression material.
- An inorganic filler such as alumina
- correspond to the subject that the dielectric constant of the insulating material molding for arc-extinguishing significantly increases by the excessive filling of an inorganic filler, and brings about the remarkable fall of insulation performance. It is described to use an insulating material for arc extinguishing having a porous structure which is composed of mixed ethylene tetrafluoride particles and further has pores continuously inserted into the surrounding space.
- the inorganic filler used in the arc extinguishing insulating material molded body described in these patent documents is hardly decomposed depending on the arc energy. Therefore, when the current is interrupted, the ablation material is consumed in the molded body, while the inorganic filler remains without being consumed. When the current interruption is repeated further, the composition ratio of the inorganic filler that does not contribute to gas generation gradually increases on the surface of the molded body. That is, the gas generation amount gradually decreases as the current interruption is repeated.
- an object of the present invention is to provide an arc extinguishing insulating material molded body in which internal damage and a decrease in gas generation amount due to repeated current interruption are suppressed.
- the arc-extinguishing insulating material molded body of the present invention includes a fluoropolyether polymer and perfluororesin particles.
- the content of the perfluoro resin particles is 1% by volume or more and 50% by volume or less with respect to the total of the fluoropolyether polymer and the perfluoro resin particles.
- the perfluoro resin particles have an average particle size of 1 ⁇ m or more and 30 ⁇ m or less as measured by a laser diffraction scattering method.
- the fluoropolyether polymer plays a role as an ablation material.
- the fluoropolyether polymer includes a plurality of bonds in the molecular chain that are easily broken by the energy of the arc. Therefore, the fluoropolyether polymer can emit a large amount of insulating gas when exposed to arc light.
- the arc light generated when the current is interrupted contains a component close to sodium D-line (589 nm).
- the difference between the refractive index of the fluoropolyether polymer at a wavelength of 589 nm and the refractive index of the perfluororesin particles at the wavelength is 0.1 or more.
- perfluoro resin particles function as a wear suppressing material. That is, interface reflection of arc light is repeated at the interface between the fluoropolyether polymer and the perfluororesin particles. Alternatively, interface scattering of arc light is induced at the interface. Thereby, it is suppressed that arc light penetrate
- the perfluoro resin particles when exposed to arc light, they can be decomposed into gas. That is, the perfluoro resin particles can be an ablation material. For this reason, even if the arc-extinguishing insulating material molded body is repeatedly exposed to the arc, the surface composition is kept substantially constant. That is, a decrease in the amount of gas generated due to repeated current interruption is suppressed.
- Embodiment of this invention is the insulating material molded object for arc-extinguishing.
- the arc extinguishing insulating material molded body is used for a gas circuit breaker.
- the arrangement of the arc extinguishing insulating material molded body in the gas circuit breaker will be described in detail in a second embodiment described later.
- FIG. 1 is a conceptual diagram showing the configuration of the arc extinguishing insulating material molded body of the first embodiment.
- a molded body 200 (arc-extinguishing insulating material molded body) includes a fluoropolyether polymer 201 and perfluororesin particles 202.
- the fluoropolyether polymer 201 is a base material of the molded body 200.
- the perfluoro resin particles 202 are dispersed in the fluoropolyether polymer 201.
- the molded body 200 can be manufactured by a conventionally known resin molding process.
- a resin composition is prepared by dispersing perfluoro resin particles 202 in a fluoropolyether polymer 201.
- the resin composition is molded into the molded body 200 by mold molding. Machining such as cutting and polishing may be performed.
- the resin composition may be a solid (cured product).
- the resin composition may be a liquid.
- the molded body 200 may be manufactured by impregnating a substrate with a liquid resin composition.
- a liquid resin composition may be enclosed in a capsule or the like.
- a porous resin or the like may be impregnated with a liquid resin composition.
- the total of the fluoropolyether polymer 201 and the perfluoro resin particles 202 occupies 50% by mass or more of the molded body 200.
- the fluoropolyether polymer 201 is a main ablation material.
- the fluoropolyether polymer 201 is a fluorinated polyether polymer.
- the fluoropolyether polymer 201 is a polyether polymer in which all or part of the terminal atoms in the polymer chain are fluorine atoms (F).
- the fluoropolyether polymer 201 includes a plurality of carbon-oxygen bonds (C—O bonds).
- the fluoropolyether polymer 201 preferably includes a plurality of C—O bonds in the main chain.
- “Main chain” refers to the longest chain of polymer chains. The C—O bond is easily broken by the energy of the arc. That is, by including a plurality of C—O bonds in the main chain, the fluoropolyether polymer 201 is easily decomposed. Further, the amount of gas generated increases.
- the fluoropolyether polymer 201 is preferably at least one selected from the group consisting of compounds represented by the following chemical formulas (1) to (8).
- n is preferably 2 or more and 5000 or less.
- desired mechanical properties can be expected. It becomes easy to shape
- n is more preferably 10 or more and 4000 or less, still more preferably 100 or more and 3000 or less, and most preferably 1000 or more and 3000 or less.
- the sum of m and n is preferably 2 or more and 5000 or less. Desired mechanical properties can be expected when the sum of m and n is 2 or more. When the total of m and n is 5000 or less, it becomes easy to mold into a desired shape.
- the total of m and n is more preferably 10 or more and 4000 or less, still more preferably 100 or more and 3000 or less, and most preferably 1000 or more and 3000 or less.
- the content of hydrogen atoms (H) can be made as low as possible.
- the fluoropolyether polymer 201 may be cross-linked.
- the fluoropolyether polymer 201 is a crosslinked product
- the fluoropolyether polymer 201 is preferably a silicone crosslinked product. The cured product of the silicone crosslinked product tends to be excellent in heat resistance and durability.
- the perfluoro resin particles 202 are perfluoro resin particles.
- the molecular chain is composed of carbon atoms (C) and fluorine atoms, or the molecular chain is composed of carbon atoms, fluorine atoms and oxygen atoms (O).
- oxygen atoms are not included in the main chain of the perfluororesin, but are included in the side chain.
- the “side chain” refers to a chain branched from the main chain.
- the terminal atoms of the molecular chain are substantially all fluorine atoms. That is, the perfluoro resin does not substantially contain hydrogen atoms that cause corrosive gas.
- the perfluoro resin particles 202 function as a wear suppressing material. Moreover, the perfluoro resin particles 202 can be decomposed into gas when exposed to arc light. Therefore, even if the molded body 200 is repeatedly exposed to arc light, the surface composition is kept substantially constant.
- the fluoropolyether polymer 201 and the perfluororesin particles 202 have specific optical characteristics. That is, the difference between the refractive index of the fluoropolyether polymer 201 at a wavelength of 589 nm and the refractive index of the perfluororesin particles 202 at the wavelength is 0.1 or more.
- the refractive index of the fluoropolyether polymer 201 at a wavelength of 589 nm is 1.5
- the refractive index of the perfluororesin particles 202 is 1.4 or less, or 1.6 or more.
- the difference in refractive index is 0.1 or more
- the perfluoro resin particle 202 functions as a wear suppressing material. That is, arc light is reflected and scattered at the interface between the fluoropolyether polymer 201 and the perfluororesin particles 202. Therefore, it is difficult for the arc light to penetrate deep into the molded body 200.
- the difference in refractive index is less than 0.1, reflection and scattering of arc light at the interface between the fluoropolyether polymer 201 and the perfluororesin particles 202 hardly occur. This is because the optical characteristics of both are too close.
- the upper limit of the difference in refractive index is, for example, 10.
- the “refractive index” is measured in accordance with the B method (method using the Becke line phenomenon) in “JIS K 7142: 2014 (Plastics—Method of obtaining refractive index)”.
- a 589 nm sodium D line is used as the light source of the microscope.
- the fluoropolyether polymer 201 typically has a refractive index of about 1.4 to 1.5.
- the perfluoro resin include polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA), and tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP). And the like are preferred.
- the perfluoro resin particles 202 may be composed of one kind of perfluoro resin.
- the perfluoro resin particles 202 may be composed of two or more perfluoro resins. That is, the perfluoro resin particles 202 can include at least one selected from the group consisting of PTFE, PFA, and FEP.
- the perfluoro resin particles 202 have an average particle size of 1 ⁇ m or more and 30 ⁇ m or less. “Average particle size” indicates a particle size of 50% in total from the fine particle side in the volume-based particle size distribution measured by the laser diffraction scattering method.
- the average particle size is preferably 3 ⁇ m or more and 25 ⁇ m or less.
- the average particle diameter is more preferably 3 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less.
- the average particle diameter is most preferably 10 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less.
- the average particle size is less than 1 ⁇ m, the abundance ratio of particles having a particle size smaller than the wavelength of the arc light is increased. For this reason, reflection and scattering at the interface may be difficult to occur.
- the average particle diameter exceeds 30 ⁇ m, the specific surface area of the perfluororesin particles 202 becomes small, the adhesion at the interface between the fluoropolyether polymer 201 and the perfluororesin particles 202 becomes insufficient, and voids are formed inside the molded body 200. (Bubbles) may occur.
- FIG. 5 shows the relationship between the average particle diameter of the perfluoro resin particles 202 and the reflectance at a wavelength of 589 nm for the molded body 200 to which 40% by volume of the perfluoro resin particles 202 having a refractive index of 1.33 is added. It can be seen that when the average particle size is less than 1 ⁇ m, the reflectance value of the molded body 200 decreases to less than 10%. In order to suppress excessive energy incidence into the molded body 200 and effectively suppress the progress of wear into the molded body 200, the inventors of the present application have a reflectance of 10% or more at a wavelength of 589 nm. I found that it was necessary. That is, the average particle diameter of the perfluoro resin particles 202 added to the molded body 200 needs to be 1 ⁇ m or more.
- the content of the perfluoro resin particles 202 is 1% by volume or more and 50% by volume or less with respect to the total of the fluoropolyether polymer 201 and the perfluoro resin particles 202.
- the reflectance of the molded body 200 with respect to the content of the perfluoro resin particles 202 is, for example, perfluoro resin particles 202 having an average particle diameter of 10 ⁇ m and a refractive index of 1.33, and a fluoropolyether polymer having a refractive index of 1.49.
- 201 has a correlation as shown in FIG. FIG. 6 shows that when the content of the perfluoro resin particles 202 is less than 1% by volume, the reflectance of the molded body 200 is less than 10%. That is, the content of the perfluoro resin particles 202 needs to be 1% by volume or more (relative to the total of the fluoropolyether polymer 201 and the perfluoro resin particles 202).
- the content of the perfluoro resin particles 202 exceeds 50% by volume, it is difficult to uniformly disperse the fluoropolyether polymer 201 and the perfluoro resin particles 202. Accordingly, the content of the perfluoro resin particles 202 needs to be less than 50% by volume (relative to the total of the fluoropolyether polymer 201 and the perfluoro resin particles 202).
- the content of the perfluoro resin particles 202 exceeds 50% by volume (that is, the content of the fluoropolyether polymer 201 becomes less than 50% by volume)
- the arc light does not undergo reflection or scattering at the interface between the fluoropolyether polymer 201 and the perfluororesin particles 202, and the molded body 200 has a There is a possibility to penetrate deep inside. If the content rate of the perfluoro resin particles 202 exceeds 50% by volume (that is, the content rate of the fluoropolyether polymer 201 is less than 50% by volume), there is a possibility that a desired gas generation amount cannot be secured at the time of current interruption. is there.
- the content is preferably 10% by volume to 50% by volume, more preferably 30% by volume to 50% by volume.
- the molded body 200 has a reflectance at a wavelength of 589 nm, preferably 50% or more and 60% or less. This is to prevent excessive energy from entering the molded body. “Reflectivity” indicates a relative value to the reflectivity of barium sulfate.
- the compact 200 preferably has a hydrogen atom content of 2% by mass or less.
- the content of hydrogen atoms is more preferably 1% by mass or less.
- the content of hydrogen atoms is most preferably substantially 0% by mass.
- the insulating support body 8 corresponds to the insulating member here.
- the molded body 200 having a low hydrogen atom content is particularly suitable for a gas circuit breaker using SF 6 as an insulating gas.
- polyoxymethylene resin, melanin resin, and the like contain a plurality of hydrogen atoms in the molecular chain.
- the insulating member in the gas circuit breaker may be deteriorated. This is because a corrosive gas is generated when hydrogen atoms generated by the decomposition of the molded body react with an insulating gas (for example, SF 6 ). Corrosive gases, for example, a hydrogen fluoride (HF), hydrogen compounds such as water (H 2 O).
- HF hydrogen fluoride
- H 2 O hydrogen compounds
- the “hydrogen atom content” is measured by organic elemental analysis.
- the molded body 200 is dried under reduced pressure.
- the drying temperature is about 50 ° C.
- the drying time is about 2 hours.
- the compact 200 is burned in a stream of helium (He) and oxygen (O 2 ). Thereby, each constituent atom contained in the compact 200 is oxidized.
- the carbon atom is carbon dioxide (CO 2 ).
- the hydrogen atom becomes H 2 O.
- Nitrogen atoms (N) become nitrogen oxides (NO x ). NO x can be converted to nitrogen (N 2 ) by passing through a reducing furnace containing reduced copper. These components are quantified by, for example, gas chromatography.
- Fluorine atoms are recovered as fluoride in a predetermined absorbing solution. Fluoride is quantified by, for example, ion chromatography. From the quantification result, the mass of each constituent atom is calculated. By dividing the mass of the hydrogen atoms by the total mass of the constituent atoms, the content of hydrogen atoms in the compact 200 is calculated.
- the molded body 200 may include other components.
- the content of other components is, for example, about 0.1 to 10% by volume.
- examples of other components include fillers, reinforcing materials, colorants, thixotropic agents, dehydrating agents, adhesion improvers, heat resistance improvers, cold resistance improvers, oil resistance improvers, and the like.
- Examples of the filler and the reinforcing material include silica, carbon black, titania, alumina, talc, boron nitride, sericite, bentonite, glass fiber, and carbon fiber.
- Examples of the oil resistance improver include potassium methacrylate.
- Examples of heat resistance improvers and cold resistance improvers include bengara and cerium oxide.
- Examples of the adhesion improver include ⁇ -aminopropyl pyriethoxysilane.
- white inorganic fine particles having a relatively high refractive index for example, 1.5 or more
- the optical reflection effect and scattering at the interface between the white inorganic fine particles and the fluoropolyether polymer 201 With the effect, an effect of improving the reflectance of the molded body 200 can be obtained. For this reason, the white inorganic fine particles also have an effect as a wear suppressing material.
- white inorganic fine particles having such a relatively high refractive index (for example, 1.5 or more) white inorganic particles containing at least one selected from the group consisting of titanium oxide (titania), alumina, talc and boron nitride. Examples include fine particles.
- the inventors of the present invention have a content of white inorganic fine particles in the range of 0.1% by volume or more and 10% by volume or less with respect to the total of the fluoropolyether polymer 201, the perfluororesin particles 202 and the white inorganic fine particles.
- the content of the perfluoro resin particles 202 is in the range of 1% by volume or more and 50% by volume or less, the effect of this embodiment (inhibition of arc light penetration into the inside of the molded body and repetition of current interruption) It has been found that it is possible to suppress the decrease in gas generation associated with the When the content of white inorganic fine particles is 10% by volume or more, after repeated arc exposure, a state in which these white inorganic fine particles are unevenly distributed near the surface of the molded body 200 due to arc exposure is formed, and performance against repeated interruption is ensured. It becomes difficult.
- the white inorganic fine particles and the perfluoro resin particles 202 in combination, it is possible to achieve both of these effects and the effect of improving the mechanical strength of the molded body 200, and the mechanical design of the gas circuit breaker 100. The effect which makes it easy can be expected.
- FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an example of the configuration of the gas circuit breaker according to the second embodiment.
- the gas circuit breaker 100 includes an arc extinguishing device 1, an operation mechanism 4, and a housing 9.
- a first bushing 2 and a second bushing 3 are attached to the housing 9.
- a first conductor 2 a is inserted in the first bushing 2.
- a second conductor 3 a is inserted into the second bushing 3.
- the arc extinguishing device 1 is arranged in the housing 9.
- the arc extinguishing device 1 is supported by an insulating support 8.
- the arc extinguishing device 1 is electrically connected to the first conductor 2a and the second conductor 3a.
- the operation mechanism 4 opens and closes the contact in the arc extinguishing device 1.
- the operation mechanism 4 includes an operation device 5, a link 6, and a rod 7.
- the operating device 5 is operated by, for example, a spring, hydraulic pressure or the like.
- the rod 7 is insulative.
- the operating device 5 opens and closes the contact in the arc extinguishing device 1 via the link 6 and the rod 7.
- the housing 9 is sealed.
- the housing 9 is filled with an insulating gas.
- a sliding member 10 is provided at a portion where the rod 7 penetrates the housing 9. When the rod 7 slides, the sliding member 10 keeps the casing 9 airtight.
- the sliding member 10 is, for example, an O-ring.
- FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a first state in the arc extinguishing apparatus 1.
- the first state corresponds to the first half of the current interruption process.
- FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a second state in the arc extinguishing apparatus 1.
- the second state corresponds to the second half of the current interruption process.
- the arc extinguishing device 1 includes an arc extinguishing chamber.
- the arc extinguishing chamber is filled with an insulating gas.
- the gas circuit breaker 100 includes an insulating gas.
- the insulating gas include SF 6 , CO 2 , trifluoromethane iodide (CF 3 I), N 2 , O 2 , tetrafluoromethane (CF 4 ), argon (Ar), and He.
- One kind of gas may be used as the insulating gas.
- a mixed gas containing two or more kinds of gases may be used as the insulating gas.
- Insulating gas is preferably SF 6.
- the insulating gas is preferably a mixed gas of CO 2 and N 2 .
- the pair of energizing contacts includes a movable energizing contact 11 and a fixed energizing contact 12.
- the movable energizing contact 11 and the fixed energizing contact 12 face each other.
- the movable energizing contact 11 can also be referred to as a movable electrode.
- the fixed energizing contact 12 can also be referred to as a fixed electrode.
- the pair of arc contacts includes a movable arc contact 13 and a fixed arc contact 14.
- the movable arc contact 13 and the fixed arc contact 14 face each other.
- the movable arc contact 13 and the fixed arc contact 14 are in contact with each other when energized. That is, the gas circuit breaker 100 includes a pair of arc contacts having contacts.
- An insulating nozzle 15 is disposed on the outer periphery of the movable arc contact 13 and the fixed arc contact 14.
- the insulating nozzle 15 is fixed to the puffer cylinder 16.
- the insulating nozzle 15 is composed of the arc extinguishing insulating material molded body of the first embodiment. That is, the gas circuit breaker 100 includes an arc extinguishing insulating material molded body.
- the arc extinguishing insulating material molded body may constitute the entire insulating nozzle 15.
- the arc-extinguishing insulating material molded body may constitute a part of the insulating nozzle 15.
- the arc extinguishing insulating material molded body constitutes a part of the insulating nozzle 15
- the arc extinguishing insulating material molded body is arranged in a manner that does not obstruct the gas flow path formed by the movable arc contact 13 and the insulating nozzle 15. It is preferable to do.
- a flow guide may be provided between the movable arc contact 13 and the insulating nozzle 15.
- An arc-extinguishing insulating material molded body may be disposed in the flow guide.
- the puffer cylinder 16 is connected to the operation rod 17.
- the operation rod 17 is a part of the rod 7 described above (see FIG. 2). That is, the puffer cylinder 16 is connected to the operation mechanism 4.
- the piston 18 is fixed to the housing 9 (see FIG. 2).
- the partition wall 24 is fixed to the puffer cylinder 16.
- the heat puffer chamber 19 a is a space formed by the puffer cylinder 16, the piston 18, and the partition wall 24.
- the mechanical puffer chamber 19 b is a space formed by the puffer cylinder 16, the partition wall 24, the operation rod 17, and the piston 18.
- the mechanical puffer chamber 19 b is located between the partition wall 24 and the piston 18. Therefore, when the operating rod 17 moves to the right in FIG. 3, the volume of the mechanical puffer chamber 19b decreases. Thereby, the insulating gas in the mechanical puffer chamber 19b is compressed. At the same time, the pressure in the mechanical puffer chamber 19b increases. When the pressure in the mechanical puffer chamber 19b becomes higher than the pressure in the thermal puffer chamber 19a, the insulating gas in the mechanical puffer chamber 19b is pushed out toward the opening of the insulating nozzle 15 through the check valve 23. It has become.
- Arc 20 is hot. Therefore, the insulating gas around the arc 20 also becomes high temperature. Furthermore, the arc extinguishing insulating material molded body (in FIG. 3, the insulating nozzle 15) exposed to the arc 20 emits an insulating gas. That is, the arc extinguishing insulating material molded body is disposed in a region covered by the energy of the arc 20 generated when the contact is opened.
- the insulating gas that has become hot flows into the heat puffer chamber 19a along the arrow in FIG. This increases the pressure in the heat puffer chamber 19a.
- the pressure in the heat puffer chamber 19a pushes the partition wall 24 to the right in FIG.
- the pressure in the heat puffer chamber 19 a blows out insulating gas toward the opening of the insulating nozzle 15.
- the arc 20 can be quickly extinguished by the above series of operations.
- the heat generated between the movable energizing contact 11 and the fixed energizing contact 12 can be discharged to the outside.
- the movable energizing contact 11 is separated from the fixed energizing contact 12 to such an extent that no re-emergence voltage is generated, insulation between the movable energizing contact 11 and the fixed energizing contact 12 is established. This completes the current interruption.
- the distance to be formed between the movable energizing contact 11 and the fixed energizing contact 12 is widened in order to establish insulation. This is because the re-emergence voltage that appears just before the current interruption is large.
- the interval necessary for establishing insulation can be reduced. Thereby, it can contribute to size reduction of the arc-extinguishing apparatus 1 and the gas circuit breaker 100.
- the gas circuit breaker 100 includes the arc extinguishing insulating material molded body of the first embodiment. Therefore, the high temperature gas discharged
- the surface composition of the arc extinguishing insulating material molded body is kept substantially constant. Therefore, in the gas circuit breaker 100, the drop of the interruption
- the gas circuit breaker of the second embodiment has the following configuration.
- the gas circuit breaker includes an arc extinguishing chamber, an insulating gas, a pair of arc contacts having contacts, and the arc extinguishing insulating material molded body according to the first embodiment.
- the insulating gas is filled in the arc extinguishing chamber.
- the arc contact and the arc extinguishing insulating material molded body are accommodated in the arc extinguishing chamber.
- the arc extinguishing insulating material molded body is disposed in a region where the energy of the arc generated when the contact is opened.
- the gas circuit breaker of the second embodiment has the following advantages. Since the operation is simple, the size can be reduced. Since the generation amount of corrosive gas is small, insulation deterioration hardly occurs in the equipment. When the current is interrupted, the amount of insulating gas generated from the arc extinguishing insulating material molded body is large, so that the interrupting capacity can be increased. Even if current interruption is repeated, the decrease in interruption performance is small.
- Type A Silicone crosslinked product of fluoropolyether polymer (commercial product, Shore A hardness 40)
- Type B PTFE polymer (commercially available)
- Type A PTFE particles (“TFW-1000” manufactured by Seishin Enterprise Co., Ltd.)
- Type B PFA particles (“Dinion (registered trademark) PFA 6503 A EPC” manufactured by Sumitomo 3M Limited)
- Type C FEP particles (Pellets of “Teflon (registered trademark) 100-J” manufactured by Mitsui, DuPont, and Fluorochemicals were pulverized by freeze pulverization)
- Type D PTFE particles ("Polyflon (registered trademark) PTFE M-12" manufactured by Daikin Industries, Ltd.)
- Type E PTFE particles (“Teflon (registered trademark) PTFE TLP 10F-1” manufactured by Mitsui, DuPont, and Fluorochemicals) Type
- Examples 1 to 7 and Comparative Examples 3 to 7 >> Various types of wear suppressing materials were dispersed in the ablation material A, and an arc extinguishing insulating material molded body was manufactured by die molding.
- the mold temperature at the time of molding was 150 ° C.
- the molded body removed from the mold was subjected to heat treatment at 200 ° C. for 4 hours.
- the molded body after the heat treatment was machined to obtain a molded body having a desired shape.
- Comparative Example 1 The raw material composition of the ablation material B was molded into a predetermined shape by compression molding. The compression molding was performed at room temperature and a pressure of 200 kg / cm 2 . The result of compression molding was fired at 370 ° C. The arc-extinguishing insulating material molded body was manufactured as described above.
- Comparative Example 2 An arc extinguishing insulating material molded body was produced in the same manner as in Example 1 except that no wear suppression material was blended.
- the average major axis and the average minor axis of the consumption control material F were measured by a microscopic method.
- a video microscope (“VHX-5000” manufactured by Keyence Corporation) was used. The measurement results are shown in Table 1 below.
- refractive index (n 1 ) indicates the refractive index of the ablation material.
- refractive index (n 2 ) indicates the refractive index of the wear suppressing material.
- indicates the absolute value of the difference between the refractive index (n 1 ) and the refractive index (n 2 ).
- the reflectance of the arc extinguishing insulating material molding was measured.
- the reflectance was measured using an ultraviolet-visible near-infrared spectrophotometer. The measurement was performed in the atmosphere at room temperature.
- the reference sample was barium sulfate.
- the reflectance of the arc extinguishing insulating material molded body was measured as a relative value to the reflectance of barium sulfate.
- the reflectance at a wavelength of 589 nm is shown in Table 1 below.
- the amount of gas generated was evaluated by an interruption test using a gas circuit breaker.
- a gas circuit breaker 100 shown in FIGS. 2 to 4 was prepared.
- An insulating nozzle 15 (an arc-extinguishing insulating material molding) was disposed at a predetermined position in the arc extinguishing chamber.
- the arc extinguishing chamber was filled with SF 6 as an insulating gas.
- the contact 20 was opened under the following conditions to generate the arc 20.
- the ablation material is a fluoropolyether polymer.
- the consumption suppressing material is perfluororesin particles.
- the content rate of a consumption suppression material is 1 volume% or more and 50 volume% or less.
- the average particle size of the wear suppressing material is 1 ⁇ m or more and 30 ⁇ m or less.
- Comparative Example 3 since a resin having a low content of the wear suppressing material was used, the reflectance of the surface of the molded body was less than 10%, and excessive arc light penetrated into the molded body to form a wear point. A part of the molded body was broken. Therefore, although the first blocking was successful, the normal blocking could not be achieved during the tenth blocking test. After the test, damage due to arc light was confirmed inside the compact. This is thought to be due to the low content of the wear suppression material.
- Comparative Example 6 since a wear suppressing material having an average particle size of 30 ⁇ m or more was used, voids were generated inside the molded body, and part of the molded body was broken during the test. Therefore, although the first blocking was successful, the normal blocking could not be achieved during the tenth blocking test. After the test, voids were confirmed inside the molded body. The voids expand due to the heat of the arc, which is considered to have led to breakage. It is considered that the void was generated due to insufficient adhesion at the interface between the wear suppressing material and the resin during molding.
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Abstract
電流遮断の繰り返しに伴う、内部損傷およびガス発生量の減少が抑制された消弧用絶縁材料成形体を提供する。消弧用絶縁材料成形体(200)は、フルオロポリエーテル重合体(201)と、パーフルオロ樹脂粒子(202)とを含む。パーフルオロ樹脂粒子の含有率は、フルオロポリエーテル重合体およびパーフルオロ樹脂粒子の合計に対して、1体積%以上50体積%以下である。パーフルオロ樹脂粒子は、平均粒径が1μm以上30μm以下である。
Description
本発明は、消弧用絶縁材料成形体およびこれを備えるガス遮断器に関する。
特開昭57-202003号公報(特許文献1)には、アークに曝される部分の少なくとも表面部を、樹脂絶縁物で構成したガス絶縁電気装置が開示されている。この装置において、樹脂絶縁物は、フッ素樹脂および無機充填材を含んでいる。
ガス絶縁開閉装置(Gas Insulated Switchgear;GIS)は、高圧電力系統の遮断および接続を行う装置である。GISは、たとえば、変電所、発電所、および受電設備等で用いられている。
GISは、1つの密閉容器内に、ガス遮断器、断路器、母線電路、避雷器、計器用変成器、および作業用接地装置等を収容した装置である。密閉容器には、絶縁性ガスが充填されている。絶縁性ガスは、たとえば六フッ化硫黄(SF6)等である。
GISにおいて、ガス遮断器は、短絡、過電流、地絡等が発生した際に、電路を遮断する役割を担う。一般にガス遮断器は、消弧室、絶縁性ガス、および、接点を有する一対のアーク接触子を備える。アーク接触子は、消弧室内に収容されている。アーク接触子は、可動アーク接触子および固定アーク接触子を含む。絶縁性ガスは、消弧室内に充填されている。
通電時、可動アーク接触子と固定アーク接触子とは接触している。すなわちアーク接触子は接点を有している。短絡等が発生すると、可動アーク接触子が固定アーク接触子から離れる(つまり接点が開く)ことにより、強制的に電流が遮断される。このとき可動アーク接触子と固定アーク接触子との間には、アークが発生(点弧)する。可動アーク接触子と固定アーク接触子とが離れても、電流が流れ続けようとするためである。
ガス遮断器では、遮断時に発生するアークに対して、絶縁性ガスを吹き付けることにより、アークを速やかに消滅(消弧)させる。絶縁性ガスの吹き付けは、アークによって加熱された電極を冷却する効果も有する。
現在、ガス遮断器はパッファ式が主流となっている。パッファ式とは、可動アーク接触子と固定アーク接触子とが離れる動作と連動して、ピストンを駆動させ、アークが発生する部分に向かって絶縁性ガスを吹き出す方式である。
パッファ式には、熱パッファ式、機械パッファ式、およびこれらを併用する方式等がある。熱パッファ式とは、アークの熱を利用することにより、絶縁性ガスの圧力を高める方式である。機械パッファ式とは、一対のピストンおよびシリンダ等の機械的動作により、絶縁性ガスの圧力を高める方式である。
近年、電力需要の増大により、ガス遮断器が遮断すべき電流はいっそう増大している。また小形化のニーズから、ガス遮断器における遮断接点数の低減も進められている。つまり総じて、ガス遮断器には、単位体積あたりの遮断容量の向上が求められている。
前述のパッファ式ガス遮断器において、遮断容量を向上させる有力な手段の一つが、消弧用絶縁材料成形体である。
すなわち、消弧室内において、アークのエネルギーが及ぶ領域内に、消弧用絶縁材料成形体(以下「成形体」と略記する場合がある)を配置する。アークのエネルギー(光エネルギーおよび熱エネルギー)により、成形体の表面において分解反応が起こり、絶縁性ガスが発生する。発生した絶縁性ガスは、アークに吹き付けられる絶縁性ガスと共に、アークの消弧を促進する。本明細書では、このようにアークに曝露されることにより、絶縁性ガスを生じる材料を「アブレーション材」と称する。
ところで、電流遮断時に、アーク光が成形体の内部深くまで侵入すると、成形体の内部に炭化、損傷等が生じることがある。これにより、成形体の絶縁性および機械的特性が低下する可能性がある。
従来、こうしたアーク光による成形体の消耗を抑制するために、消耗抑制材が検討されている。たとえば特許文献1では、アブレーション材に、消耗抑制材として無機充填材を配合している。無機充填材(アルミナ等)は、アブレーション材(樹脂)と屈折率が異なる。そのため無機充填材はアーク光を反射できる。これによりアーク光が成形体の内部深くまで侵入することを抑制する効果が期待できる。
また、特許文献2では、無機充填材の過剰な充填により、消弧用絶縁材料成形体の誘電率の大幅な増大をもたらし、絶縁性能の著しい低下をもたらすという課題に対して、窒化ホウ素粒子が混入された四弗化エチレン粒子から構成され、更に周囲の空間へ連続的に連挿する空孔部を有する多孔質構造の消弧用絶縁材料を用いることが記載されている。
これらの特許文献に記載された消弧用絶縁材料成形体において用いられる無機充填材は、アークのエネルギーによっては分解し難い。そのため電流遮断時、成形体においてアブレーション材は消費される一方、無機充填材は消費されずに残留する。さらに電流遮断が繰り返されると、成形体の表面では、ガス発生に寄与しない無機充填材の構成比率が徐々に高くなる。すなわち、電流遮断の繰り返しに伴って、ガス発生量が徐々に減少することになる。
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものである。すなわち本発明の目的は、電流遮断の繰り返しに伴う、内部損傷およびガス発生量の減少が抑制された消弧用絶縁材料成形体を提供することである。
本発明の消弧用絶縁材料成形体は、フルオロポリエーテル重合体と、パーフルオロ樹脂粒子と、を含む。パーフルオロ樹脂粒子の含有率は、フルオロポリエーテル重合体およびパーフルオロ樹脂粒子の合計に対して、1体積%以上50体積%以下である。パーフルオロ樹脂粒子は、レーザ回折散乱法によって測定される平均粒径が、1μm以上30μm以下である。
本発明の消弧用絶縁材料成形体において、フルオロポリエーテル重合体は、アブレーション材としての役割を担う。フルオロポリエーテル重合体は、アークのエネルギーにより切断されやすい結合を分子鎖内に複数含む。そのためフルオロポリエーテル重合体はアーク光に曝露されると、大量の絶縁性ガスを発することができる。
電流遮断時に生じるアーク光は、ナトリウムD線(589nm)に近い成分を含む。本発明の消弧用絶縁材料成形体では、589nmの波長におけるフルオロポリエーテル重合体の屈折率と、該波長におけるパーフルオロ樹脂粒子の屈折率との差が0.1以上である。このため、パーフルオロ樹脂粒子は、消耗抑制材として機能する。すなわち、フルオロポリエーテル重合体とパーフルオロ樹脂粒子との界面で、アーク光の界面反射が繰り返される。あるいは当該界面で、アーク光の界面散乱が誘発される。これにより、アーク光が成形体の内部深くまで侵入することが抑制される。すなわち、電流遮断の繰り返しに伴う、成形体の内部損傷が抑制される。
しかも、パーフルオロ樹脂粒子はアーク光に曝露されると、分解されてガスとなり得る。すなわち、パーフルオロ樹脂粒子は、アブレーション材ともなり得る。このため、消弧用絶縁材料成形体は、アークに繰り返し曝露されても、表面組成が略一定に保たれる。すなわち、電流遮断の繰り返しに伴う、ガス発生量の減少が抑制される。
以下、本発明の実施形態について説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるべきでない。以下では、図面を参照しながら説明する。複数の図に亘って示される構成に対しては、同一の参照符号を付している。
<第1実施形態:消弧用絶縁材料成形体>
本発明の第1実施形態は、消弧用絶縁材料成形体である。消弧用絶縁材料成形体は、ガス遮断器に用いられる。消弧用絶縁材料成形体のガス遮断器内での配置等については、後述の第2実施形態で詳しく述べる。
本発明の第1実施形態は、消弧用絶縁材料成形体である。消弧用絶縁材料成形体は、ガス遮断器に用いられる。消弧用絶縁材料成形体のガス遮断器内での配置等については、後述の第2実施形態で詳しく述べる。
図1は、第1実施形態の消弧用絶縁材料成形体の構成を示す概念図である。図1に示されるように、成形体200(消弧用絶縁材料成形体)は、フルオロポリエーテル重合体201と、パーフルオロ樹脂粒子202と、を含む。フルオロポリエーテル重合体201は、成形体200の母材である。パーフルオロ樹脂粒子202は、フルオロポリエーテル重合体201内に分散している。
成形体200は、従来公知の樹脂成形加工により製造され得る。たとえば、フルオロポリエーテル重合体201にパーフルオロ樹脂粒子202を分散させることにより、樹脂組成物を調製する。金型成形により樹脂組成物を成形体200に成形する。切削、研磨等の機械加工を行ってもよい。
樹脂組成物は固体(硬化物)であってもよい。あるいは、樹脂組成物は液体であってもよい。たとえば、液体の樹脂組成物を基材に含浸させることにより、成形体200を製造してもよい。たとえば、液体の樹脂組成物をカプセル等に封入してもよい。たとえば、液体の樹脂組成物を多孔質フィラー等に含浸させてもよい。ただし好ましくは、フルオロポリエーテル重合体201およびパーフルオロ樹脂粒子202の合計は、成形体200の50質量%以上を占めるものとする。
《フルオロポリエーテル重合体》
成形体200において、フルオロポリエーテル重合体201は、主たるアブレーション材である。フルオロポリエーテル重合体201は、フッ素化されたポリエーテル重合体である。換言すれば、フルオロポリエーテル重合体201は、高分子鎖中の末端原子の全部または一部がフッ素原子(F)である、ポリエーテル重合体である。
成形体200において、フルオロポリエーテル重合体201は、主たるアブレーション材である。フルオロポリエーテル重合体201は、フッ素化されたポリエーテル重合体である。換言すれば、フルオロポリエーテル重合体201は、高分子鎖中の末端原子の全部または一部がフッ素原子(F)である、ポリエーテル重合体である。
フルオロポリエーテル重合体201は、炭素-酸素結合(C-O結合)を複数含む。フルオロポリエーテル重合体201は、好ましくは、主鎖にC-O結合を複数含む。「主鎖」とは、高分子鎖の中で最も長く連結する鎖を示す。C-O結合は、アークのエネルギーにより容易に切断される。すなわち主鎖にC-O結合を複数含むことにより、フルオロポリエーテル重合体201は分解されやすくなる。さらにガス発生量も多くなる。
フルオロポリエーテル重合体201は、好ましくは下記化学式(1)~(8)で表される化合物からなる群より選択される少なくとも1種である。
上記化学式(1)~(8)中、mおよびnは自然数である。化学式(1)~(3)および(6)において、nは、好ましくは2以上5000以下である。nが2以上であることにより、所望の機械的特性が期待できる。nが5000以下であることにより、所望の形状に成形しやすくなる。nは、より好ましくは10以上4000以下であり、よりいっそう好ましくは100以上3000以下であり、最も好ましくは1000以上3000以下である。
上記化学式(4)、(5)、(7)および(8)においては、mおよびnの合計が、好ましくは2以上5000以下である。mおよびnの合計が2以上であることにより、所望の機械的特性が期待できる。mおよびnの合計が5000以下であることにより、所望の形状に成形しやすくなる。mおよびnの合計は、より好ましくは10以上4000以下であり、よりいっそう好ましくは100以上3000以下であり、最も好ましくは1000以上3000以下である。
フルオロポリエーテル重合体201では、水素原子(H)の含有率を可及的に低くすることができる。たとえば、フルオロポリエーテル重合体201の末端原子を実質的に全てフッ素原子に置換することが考えられる。水素原子の含有率が低いことにより、ガス遮断器内において腐食性ガスの発生を抑制できる。
フルオロポリエーテル重合体201は、架橋されていてもよい。重合体が、三次元網目構造を有することにより、成形体において、たとえば靭性等の向上が期待できる。フルオロポリエーテル重合体201が架橋物である場合、フルオロポリエーテル重合体201は、好ましくはシリコーン架橋物である。シリコーン架橋物の硬化物は、耐熱性および耐久性等に優れる傾向にある。
《パーフルオロ樹脂粒子》
パーフルオロ樹脂粒子202は、パーフルオロ樹脂の粒子である。パーフルオロ樹脂は、分子鎖が炭素原子(C)およびフッ素原子により構成されるか、または分子鎖が炭素原子、フッ素原子および酸素原子(O)により構成される。ただし、酸素原子は、パーフルオロ樹脂の主鎖には含まれず、側鎖に含まれるものとする。「側鎖」とは、主鎖から枝分かれしている鎖を示す。
パーフルオロ樹脂粒子202は、パーフルオロ樹脂の粒子である。パーフルオロ樹脂は、分子鎖が炭素原子(C)およびフッ素原子により構成されるか、または分子鎖が炭素原子、フッ素原子および酸素原子(O)により構成される。ただし、酸素原子は、パーフルオロ樹脂の主鎖には含まれず、側鎖に含まれるものとする。「側鎖」とは、主鎖から枝分かれしている鎖を示す。
パーフルオロ樹脂では、分子鎖の末端原子が実質的に全てフッ素原子となっている。すなわち、パーフルオロ樹脂は、腐食性ガスの原因となる水素原子を実質的に含有しない。
パーフルオロ樹脂粒子202は、消耗抑制材として機能する。しかもパーフルオロ樹脂粒子202は、アーク光に曝露されると、分解してガスとなり得る。そのため成形体200は、アーク光に繰り返し曝露されても、表面組成が略一定に保たれる。
(屈折率)
フルオロポリエーテル重合体201およびパーフルオロ樹脂粒子202は、特定の光学特性を有する。すなわち、589nmの波長におけるフルオロポリエーテル重合体201の屈折率と、該波長におけるパーフルオロ樹脂粒子202の屈折率との差は、0.1以上である。
フルオロポリエーテル重合体201およびパーフルオロ樹脂粒子202は、特定の光学特性を有する。すなわち、589nmの波長におけるフルオロポリエーテル重合体201の屈折率と、該波長におけるパーフルオロ樹脂粒子202の屈折率との差は、0.1以上である。
たとえば、589nmの波長におけるフルオロポリエーテル重合体201の屈折率が1.5であった場合、パーフルオロ樹脂粒子202の屈折率は1.4以下であるか、または1.6以上である。屈折率の差が0.1以上であることにより、パーフルオロ樹脂粒子202は消耗抑制材として機能する。すなわち、フルオロポリエーテル重合体201とパーフルオロ樹脂粒子202との界面において、アーク光の反射および散乱が起こる。そのため、アーク光は成形体200の内部深くまで侵入することが困難である。
一方、屈折率の差が0.1未満になると、フルオロポリエーテル重合体201とパーフルオロ樹脂粒子202との界面における、アーク光の反射および散乱が起こり難くなる。両者の光学特性が近すぎるためである。屈折率の差は大きい程好ましい。屈折率の差の上限は、たとえば10である。
「屈折率」は、「JIS K 7142:2014(プラスチック-屈折率の求め方)」におけるB法(ベッケ線現象を利用する方法)に準拠して測定する。顕微鏡の光源には589nmのナトリウムD線を用いる。
フルオロポリエーテル重合体201は、典型的には屈折率が1.4~1.5程度である。この値を考慮すると、パーフルオロ樹脂としては、たとえば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレン-パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、およびテトラフルオロエチレン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)等が好適である。
パーフルオロ樹脂粒子202は、1種のパーフルオロ樹脂により構成されていてもよい。パーフルオロ樹脂粒子202は、2種以上のパーフルオロ樹脂により構成されていてもよい。すなわち、パーフルオロ樹脂粒子202は、PTFE、PFAおよびFEPからなる群より選択される少なくとも1種を含むことができる。
(パーフルオロ樹脂粒子の平均粒径)
パーフルオロ樹脂粒子202は、平均粒径が1μm以上30μm以下である。「平均粒径」は、レーザ回折散乱法により測定される体積基準の粒度分布において、微粒側から累計50%の粒径を示す。平均粒径は、好ましくは3μm以上25μm以下である。平均粒径は、より好ましくは3μm以上20μm以下である。平均粒径は、最も好ましくは10μm以上20μm以下である。
パーフルオロ樹脂粒子202は、平均粒径が1μm以上30μm以下である。「平均粒径」は、レーザ回折散乱法により測定される体積基準の粒度分布において、微粒側から累計50%の粒径を示す。平均粒径は、好ましくは3μm以上25μm以下である。平均粒径は、より好ましくは3μm以上20μm以下である。平均粒径は、最も好ましくは10μm以上20μm以下である。
平均粒径が1μm未満であると、アーク光の波長よりも粒径が小さい粒子の存在比率が高くなる。そのため界面での反射および散乱が起こり難くなる可能性がある。平均粒径が30μmを超えると、パーフルオロ樹脂粒子202の比表面積が小さくなりフルオロポリエーテル重合体201とパーフルオロ樹脂粒子202との界面における密着性が不十分となり、成形体200の内部にボイド(気泡)が発生する可能性がある。
図5に、屈折率1.33のパーフルオロ樹脂粒子202を40体積%添加した成形体200について、パーフルオロ樹脂粒子202の平均粒径と589nmの波長における反射率との関係を示す。平均粒径が1μm未満の場合、成形体200の反射率の値が10%未満に低下することがわかる。本願発明者らは、成形体200内部への過剰なエネルギー入射を抑制し、内部への損耗進行を効果的に抑制するためには、589nmの波長における成形体200の反射率が10%以上であることが必要であることを見出した。すなわち、成形体200に添加するパーフルオロ樹脂粒子202の平均粒径は1μm以上であることが必要である。
(パーフルオロ樹脂粒子の含有率)
パーフルオロ樹脂粒子202の含有率は、フルオロポリエーテル重合体201およびパーフルオロ樹脂粒子202の合計に対して、1体積%以上50体積%以下である。
パーフルオロ樹脂粒子202の含有率は、フルオロポリエーテル重合体201およびパーフルオロ樹脂粒子202の合計に対して、1体積%以上50体積%以下である。
パーフルオロ樹脂粒子202の含有率に対する成形体200の反射率の値は、例えば、平均粒径10μm、屈折率1.33のパーフルオロ樹脂粒子202と、屈折率1.49のフルオロポリエーテル重合体201と、を含む成形体200について、図6に示されるような相関性を有する。図6から、パーフルオロ樹脂粒子202の含有率が1体積%未満の場合、成形体200の反射率が10%未満となることがわかる。すなわち、パーフルオロ樹脂粒子202の含有率は、(フルオロポリエーテル重合体201およびパーフルオロ樹脂粒子202の合計に対して、)1体積%以上であることが必要である。
一方、パーフルオロ樹脂粒子202の含有率が50体積%を超過した場合、フルオロポリエーテル重合体201とパーフルオロ樹脂粒子202とを均一に分散させることが困難になる。したがって、パーフルオロ樹脂粒子202の含有率は、(フルオロポリエーテル重合体201およびパーフルオロ樹脂粒子202の合計に対して、)50体積%未満であることが必要である。パーフルオロ樹脂粒子202の含有率が50体積%を超える(すなわち、フルオロポリエーテル重合体201の含有率が50体積%未満になる)と、成形体200の分解による圧力上昇(絶縁性ガスの発生量)が不足し、電流遮断に必要な絶縁性ガスの発生量を確保できない可能性がある。
パーフルオロ樹脂粒子202の含有率が1体積%未満であると、アーク光が、フルオロポリエーテル重合体201とパーフルオロ樹脂粒子202との界面での反射や散乱を経ることなく、成形体200の内部深くまで侵入する可能性がある。パーフルオロ樹脂粒子202の含有率が50体積%を超える(すなわちフルオロポリエーテル重合体201の含有率が50体積%未満になる)と、電流遮断時に、所望のガス発生量を確保できない可能性がある。
含有率は、好ましくは10体積%以上50体積%以下であり、より好ましくは30体積%以上50体積%以下である。
(成形体の反射率)
成形体200は、589nmの波長における反射率が、好ましくは50%以上60%以下である。成形体内部への過剰なエネルギー入射を抑制するためである。「反射率」は、硫酸バリウムの反射率に対する相対値を示すものとする。
成形体200は、589nmの波長における反射率が、好ましくは50%以上60%以下である。成形体内部への過剰なエネルギー入射を抑制するためである。「反射率」は、硫酸バリウムの反射率に対する相対値を示すものとする。
(成形体の水素原子の含有率)
前述のように、フルオロポリエーテル重合体201およびパーフルオロ樹脂粒子202は、水素原子の含有率が低い。そのため、成形体200の水素原子の含有率も低くすることができる。成形体200は、好ましくは水素原子の含有率が2質量%以下である。水素原子の含有率は、より好ましくは1質量%以下である。水素原子の含有率は、最も好ましくは実質的に0質量%である。
前述のように、フルオロポリエーテル重合体201およびパーフルオロ樹脂粒子202は、水素原子の含有率が低い。そのため、成形体200の水素原子の含有率も低くすることができる。成形体200は、好ましくは水素原子の含有率が2質量%以下である。水素原子の含有率は、より好ましくは1質量%以下である。水素原子の含有率は、最も好ましくは実質的に0質量%である。
成形体200の水素原子の含有率が低い程、ガス遮断器内の絶縁部材の絶縁劣化を抑制することができる。たとえば、後述の絶縁支持体8(図2を参照のこと)等が、ここでいう絶縁部材に相当する。以下の理由から、水素原子の含有率が低い成形体200は、絶縁性ガスにSF6を用いるガス遮断器に特に好適である。
たとえば、ポリオキシメチレン樹脂、メラニン樹脂等は、分子鎖内に水素原子を複数含む。これらを消弧用絶縁材料成形体に用いると、ガス遮断器内の絶縁部材が劣化する可能性がある。成形体の分解により発生した水素原子が、絶縁性ガス(たとえばSF6等)と反応することにより、腐食性ガスが生成されるためである。腐食性ガスは、たとえば、フッ化水素(HF)、水(H2O)等の水素化合物である。絶縁部材が絶縁劣化すると、ガス遮断器の遮断性能が低下する可能性がある。
「水素原子の含有率」は、有機元素分析により測定する。先ず水分の影響を排除するため、成形体200を減圧乾燥する。乾燥温度は50℃程度とする。乾燥時間は2時間程度とする。次いでヘリウム(He)および酸素(O2)の気流中、成形体200を燃焼させる。これにより成形体200に含まれる各構成原子が酸化される。たとえば、炭素原子は二酸化炭素(CO2)となる。水素原子はH2Oとなる。窒素原子(N)は窒素酸化物(NOx)となる。NOxは、還元銅を含む還元炉の中を通過させることにより、窒素(N2)に変換できる。これらの成分は、たとえばガスクロマトグラフ法により定量する。フッ素原子は、所定の吸収液に、フッ化物として回収する。フッ化物は、たとえばイオンクロマトグラフ法により定量する。定量結果から、各構成原子の質量をそれぞれ算出する。水素原子の質量を、構成原子の質量の合計で除することにより、成形体200の水素原子の含有率を算出する。
《その他の成分》
成形体200は、フルオロポリエーテル重合体201およびパーフルオロ樹脂粒子202を含む限り、その他の成分を含んでいてもよい。その他の成分の含有率は、たとえば0.1~10体積%程度である。その他の成分としては、たとえば、充填材、補強材、着色材、チキソトロピー剤、脱水剤、接着性向上剤、耐熱性向上剤、耐寒性向上剤、耐油性向上剤等が挙げられる。
成形体200は、フルオロポリエーテル重合体201およびパーフルオロ樹脂粒子202を含む限り、その他の成分を含んでいてもよい。その他の成分の含有率は、たとえば0.1~10体積%程度である。その他の成分としては、たとえば、充填材、補強材、着色材、チキソトロピー剤、脱水剤、接着性向上剤、耐熱性向上剤、耐寒性向上剤、耐油性向上剤等が挙げられる。
充填材および補強材としては、たとえば、シリカ、カーボンブラック、チタニア、アルミナ、タルク、窒化ホウ素、セリサイト、ベントナイト、ガラス繊維、炭素繊維等が挙げられる。耐油性向上剤としては、たとえば、メタクリル酸カリウム等が挙げられる。耐熱性向上剤、耐寒性向上剤としては、たとえば、ベンガラ、酸化セリウム等が挙げられる。接着性向上剤としては、たとえば、γ-アミノプ口ピル卜リエトキシシラン等が挙げられる。
充填材または補強材として、比較的高い屈折率(例えば、1.5以上)を有する白色無機微粒子を添加した場合、白色無機微粒子とフルオロポリエーテル重合体201との界面における光学的反射効果、散乱効果により、成形体200の反射率を向上させる効果が得られる。このため、白色無機微粒子は、消耗抑制材としての効果を併せ持つ。このような比較的高い屈折率(例えば、1.5以上)を有する白色無機微粒子としては、酸化チタン(チタニア)、アルミナ、タルクおよび窒化ホウ素からなる群から選択される少なくとも1つを含む白色無機微粒子などが挙げられる。
本発明者らは、白色無機微粒子の含有率が、フルオロポリエーテル重合体201、パーフルオロ樹脂粒子202および白色無機微粒子の合計に対して、0.1体積%以上10体積%以下の範囲であり、かつ、パーフルオロ樹脂粒子202の含有量が1体積%以上50体積%以下の範囲であれば、本実施形態の効果(アーク光の成形体の内部深くへの侵入抑制と、電流遮断の繰り返しに伴うガス発生量の減少の抑制と、の両立)が可能であることを見出した。白色無機微粒子の含有率が10体積%以上である場合、繰り返しのアーク曝露後において、これらの白色無機微粒子がアーク曝露により成形体200の表面近傍に偏在した状態が形成され、繰り返し遮断に対する性能確保が困難となる。また、白色無機微粒子とパーフルオロ樹脂粒子202とを併用することにより、これらの効果と、成形体200の機械的強度の向上効果と、の両立が可能であり、ガス遮断器100の機械的設計を容易にする効果が期待できる。
<第2実施形態:ガス遮断器>
本発明の第2実施形態は、ガス遮断器である。図2は、第2実施形態のガス遮断器の構成の一例を示す概略断面図である。
本発明の第2実施形態は、ガス遮断器である。図2は、第2実施形態のガス遮断器の構成の一例を示す概略断面図である。
ガス遮断器100は、消弧装置1、動作機構4、および筐体9を備える。筐体9には、第1ブッシング2および第2ブッシング3が取り付けられている。第1ブッシング2内には、第1導体2aが挿入されている。第2ブッシング3内には、第2導体3aが挿入されている。
消弧装置1は、筐体9に配置されている。消弧装置1は、絶縁支持体8によって支持されている。消弧装置1は、第1導体2aおよび第2導体3aと電気的に接続されている。
動作機構4は、消弧装置1内の接点を開閉する。動作機構4は、操作装置5、リンク6、およびロッド7を含む。操作装置5は、たとえば、バネ、油圧等により動作する。ロッド7は絶縁性である。操作装置5は、リンク6およびロッド7を介して、消弧装置1内の接点を開閉する。
筐体9は密閉されている。筐体9内には絶縁性ガスが充填されている。ロッド7が筐体9を貫通する部分には、摺動部材10が設けられている。ロッド7が摺動する際、摺動部材10は筐体9の気密を保つ。摺動部材10は、たとえばOリング等である。
ガス遮断器100の主要部を説明する。
図3は、消弧装置1内の第1状態を示す概略断面図である。第1状態は、電流遮断過程の前半に相当する。図4は、消弧装置1内の第2状態を示す概略断面図である。第2状態は、電流遮断過程の後半に相当する。
図3は、消弧装置1内の第1状態を示す概略断面図である。第1状態は、電流遮断過程の前半に相当する。図4は、消弧装置1内の第2状態を示す概略断面図である。第2状態は、電流遮断過程の後半に相当する。
消弧装置1は消弧室を備える。消弧室内には、絶縁性ガスが充填されている。すなわちガス遮断器100は、絶縁性ガスを備える。絶縁性ガスとしては、たとえばSF6、CO2、ヨウ化トリフルオロメタン(CF3I)、N2、O2、テトラフルオロメタン(CF4)、アルゴン(Ar)、He等が挙げられる。絶縁性ガスとして1種のガスを用いてもよい。絶縁性ガスとして2種以上のガスを含む混合ガスを用いてもよい。絶縁性ガスは、好ましくはSF6である。また絶縁性ガスは、好ましくはCO2およびN2の混合ガスである。
消弧室内には、一対の通電接触子、および、一対のアーク接触子が配置されている。一対の通電接触子は、可動通電接触子11および固定通電接触子12を含む。可動通電接触子11と固定通電接触子12とは、互いに対向している。可動通電接触子11は、可動電極ということもできる。固定通電接触子12は、固定電極ということもできる。
一対のアーク接触子は、可動アーク接触子13および固定アーク接触子14を含む。可動アーク接触子13と固定アーク接触子14とは、互いに対向している。図示されていないが、通電時は、可動アーク接触子13と固定アーク接触子14とは接触している。すなわち、ガス遮断器100は、接点を有する一対のアーク接触子を備える。
可動アーク接触子13および固定アーク接触子14の外周には、絶縁ノズル15が配置されている。絶縁ノズル15は、パッファシリンダ16に固定されている。
絶縁ノズル15は、第1実施形態の消弧用絶縁材料成形体により構成されている。すなわち、ガス遮断器100は、消弧用絶縁材料成形体を備える。消弧用絶縁材料成形体は、絶縁ノズル15の全体を構成していてもよい。消弧用絶縁材料成形体は、絶縁ノズル15の一部を構成していてもよい。
消弧用絶縁材料成形体が絶縁ノズル15の一部を構成する場合、可動アーク接触子13および絶縁ノズル15により形成されるガス流路を阻害しない態様で、消弧用絶縁材料成形体を配置することが好ましい。図示していないが、可動アーク接触子13と絶縁ノズル15との間にフローガイドを設けてもよい。フローガイドに消弧用絶縁材料成形体を配置することもできる。
パッファシリンダ16は、操作ロッド17に接続されている。操作ロッド17は、前述のロッド7(図2を参照のこと)の一部である。つまり、パッファシリンダ16は、動作機構4に接続されている。
ピストン18は、筐体9(図2を参照のこと)に固定されている。隔壁24は、パッファシリンダ16に固定されている。熱パッファ室19aは、パッファシリンダ16、ピストン18、および隔壁24により形成される空間である。機械パッファ室19bは、パッファシリンダ16、隔壁24、操作ロッド17、およびピストン18により形成される空間である。
機械パッファ室19bは、隔壁24とピストン18との間にある。そのため、操作ロッド17が図3中の右方向に移動すると、機械パッファ室19bの容積が減少する。これにより、機械パッファ室19b内の絶縁性ガスが圧縮される。同時に機械パッファ室19b内の圧力が高まる。機械パッファ室19b内の圧力が、熱パッファ室19a内の圧力よりも高くなると、機械パッファ室19b内の絶縁性ガスが、逆止弁23を通じて、絶縁ノズル15の開口部に向かって押し出される仕組みになっている。
図3を用いて電流遮断過程の前半を説明する。
開極動作が始まると、可動部11aは、動作機構4側(図3では右方向)へと移動する。これにより、可動アーク接触子13と固定アーク接触子14との間に生じた空間に、アーク20が発生(点弧)する。
開極動作が始まると、可動部11aは、動作機構4側(図3では右方向)へと移動する。これにより、可動アーク接触子13と固定アーク接触子14との間に生じた空間に、アーク20が発生(点弧)する。
アーク20は高温である。そのためアーク20の周囲の絶縁性ガスも高温になる。さらにアーク20に曝された消弧用絶縁材料成形体(図3では絶縁ノズル15)が絶縁性ガスを発する。すなわち消弧用絶縁材料成形体は、接点が開いた際に発生するアーク20のエネルギーが及ぶ領域内に配置されている。
高温になった絶縁性ガスは、図3中の矢印に沿って、熱パッファ室19aに流れ込む。これにより熱パッファ室19a内の圧力が高まる。熱パッファ室19a内の圧力は、隔壁24を図3の右方向に押し動かす。また熱パッファ室19a内の圧力は、絶縁ノズル15の開口部に向かって、絶縁性ガスを吹き出す。
図4を用いて電流遮断過程の後半を説明する。
可動アーク接触子13と固定アーク接触子14との距離が離れるに従って、電流はゼロに近づいていく。これに伴って、アーク20も小さくなっていく。隔壁24の移動に伴い、機械パッファ室19bの圧力が高まる。機械パッファ室19bの圧力は、逆止弁23を通じて、室内のガスを絶縁ノズル15の開口部に向けて押し出す。
可動アーク接触子13と固定アーク接触子14との距離が離れるに従って、電流はゼロに近づいていく。これに伴って、アーク20も小さくなっていく。隔壁24の移動に伴い、機械パッファ室19bの圧力が高まる。機械パッファ室19bの圧力は、逆止弁23を通じて、室内のガスを絶縁ノズル15の開口部に向けて押し出す。
以上の一連の動作により、アーク20を速やかに消弧することができる。同時に可動通電接触子11と固定通電接触子12との間に生じる熱を外部に排出することもできる。そして再起電圧が生じない程度にまで、可動通電接触子11が固定通電接触子12から離れると、可動通電接触子11と固定通電接触子12との間の絶縁が確立される。これにより電流遮断が完了する。
高圧電力系統の場合、絶縁を確立させるために、可動通電接触子11と固定通電接触子12との間に形成されるべき間隔が広くなる。電流遮断の直前に現れる再起電圧が大きいためである。上記のように、可動通電接触子11と固定通電接触子12との間に生じる熱を効率的に外部に排出することにより、絶縁の確立に必要な間隔を狭くすることができる。これにより消弧装置1およびガス遮断器100の小形化に寄与できる。
前述のようにガス遮断器100は、第1実施形態の消弧用絶縁材料成形体を備える。そのため、消弧装置1から外部に排出される高温ガスは、水素原子の含有率が低い。これにより、腐食性ガス(水素化合物等)の発生が抑制される。すなわち、絶縁支持体8等の絶縁劣化が抑制される。
さらに電流遮断を繰り返しても、消弧用絶縁材料成形体の表面組成は略一定に保たれる。したがってガス遮断器100では、電流遮断の繰り返しに伴う、遮断性能の低下が抑制される。
以上を纏めると、第2実施形態のガス遮断器は次の構成を備える。ガス遮断器は、消弧室と、絶縁性ガスと、接点を有する一対のアーク接触子と、第1実施形態の消弧用絶縁材料成形体と、を備える。絶縁性ガスは、消弧室に充填されている。アーク接触子および消弧用絶縁材料成形体は、消弧室に収容されている。消弧用絶縁材料成形体は、接点が開いた際に発生するアークのエネルギーが及ぶ領域内に配置されている。
第2実施形態のガス遮断器は次の利点を有する。動作が単純であるため小形化できる。腐食性ガスの発生量が少ないため、機器内に絶縁劣化が生じ難い。電流遮断時、消弧用絶縁材料成形体から生じる絶縁性ガスの量が多いため、遮断容量を大きくできる。電流遮断を繰り返しても、遮断性能の低下が小さい。
以下、実施例を挙げて説明する。ただし、本発明は以下の例に限定されるべきでない。
<材料の準備>
以下の材料を準備した。
<材料の準備>
以下の材料を準備した。
《アブレーション材》
A種:フルオロポリエーテル重合体のシリコーン架橋物(市販品、ShoreA硬度40)
B種:PTFE重合体(市販品)
《消耗抑制材》
A種:PTFE粒子(セイシン企業社製「TFW-1000」)
B種:PFA粒子(住友スリーエム社製「ダイニオン(登録商標)PFA 6503 A EPC」)
C種:FEP粒子(三井・デュポン・フロロケミカル社製「テフロン(登録商標) 100-J」のペレットを凍結粉砕法により粉砕したもの)
D種:PTFE粒子(ダイキン工業社製「ポリフロン(登録商標)PTFE M-12」)
E種:PTFE粒子(三井・デュポン・フロロケミカル社製「テフロン(登録商標) PTFE TLP 10F-1」)
F種:針状酸化チタン(石原産業社製「FTL-300」)
<消弧用絶縁材料成形体の製造>
下記表1に示すように、上記の各材料を組み合わせて、実施例1~7および比較例1~7の消弧用絶縁材料成形体を製造した。本例において、消弧用絶縁材料成形体は、図3および図4に示される絶縁ノズル15である。
A種:フルオロポリエーテル重合体のシリコーン架橋物(市販品、ShoreA硬度40)
B種:PTFE重合体(市販品)
《消耗抑制材》
A種:PTFE粒子(セイシン企業社製「TFW-1000」)
B種:PFA粒子(住友スリーエム社製「ダイニオン(登録商標)PFA 6503 A EPC」)
C種:FEP粒子(三井・デュポン・フロロケミカル社製「テフロン(登録商標) 100-J」のペレットを凍結粉砕法により粉砕したもの)
D種:PTFE粒子(ダイキン工業社製「ポリフロン(登録商標)PTFE M-12」)
E種:PTFE粒子(三井・デュポン・フロロケミカル社製「テフロン(登録商標) PTFE TLP 10F-1」)
F種:針状酸化チタン(石原産業社製「FTL-300」)
<消弧用絶縁材料成形体の製造>
下記表1に示すように、上記の各材料を組み合わせて、実施例1~7および比較例1~7の消弧用絶縁材料成形体を製造した。本例において、消弧用絶縁材料成形体は、図3および図4に示される絶縁ノズル15である。
《実施例1~7ならびに比較例3~7》
アブレーション材A種に、各種消耗抑制材を分散させ、金型成形により、消弧用絶縁材料成形体を製造した。成形時の金型温度は150℃とし、金型から取り外し後の成形体に対して、200℃で4時間の熱処理を施した。加熱処理後の成形体に対して機械加工を施し、所望の形状の成形体を得た。
アブレーション材A種に、各種消耗抑制材を分散させ、金型成形により、消弧用絶縁材料成形体を製造した。成形時の金型温度は150℃とし、金型から取り外し後の成形体に対して、200℃で4時間の熱処理を施した。加熱処理後の成形体に対して機械加工を施し、所望の形状の成形体を得た。
《比較例1》
アブレーション材B種の原料組成物を圧縮成形により所定の形状に成形した。圧縮成形は、室温下、200kg/cm2の圧力で行った。圧縮成形の結果物を370℃で焼成した。以上より消弧用絶縁材料成形体を製造した。
アブレーション材B種の原料組成物を圧縮成形により所定の形状に成形した。圧縮成形は、室温下、200kg/cm2の圧力で行った。圧縮成形の結果物を370℃で焼成した。以上より消弧用絶縁材料成形体を製造した。
《比較例2》
消耗抑制材を配合しないことを除いては、実施例1と同様にして、消弧用絶縁材料成形体を製造した。
消耗抑制材を配合しないことを除いては、実施例1と同様にして、消弧用絶縁材料成形体を製造した。
<評価>
以下のようにして、各材料、各消弧用絶縁材料成形体を評価した。
以下のようにして、各材料、各消弧用絶縁材料成形体を評価した。
《平均粒径の測定》
消耗抑制材A~E種の平均粒径は、レーザ回折散乱式粒度分布測定装置(堀場製作所社製「LA-910」)により測定した。粒子の分散媒にはイソプロピルアルコール(IPA)を用いた。測定結果を下記表1に示す。
消耗抑制材A~E種の平均粒径は、レーザ回折散乱式粒度分布測定装置(堀場製作所社製「LA-910」)により測定した。粒子の分散媒にはイソプロピルアルコール(IPA)を用いた。測定結果を下記表1に示す。
消耗抑制材F種の平均長径および平均短径は、顕微鏡法により測定した。測定にはビデオマイクロスコープ(キーエンス社製「VHX-5000」)を用いた。測定結果を下記表1に示す。
《屈折率の測定》
前述の方法により、アブレーション材および消耗抑制材の屈折率(589nmの波長における値)を測定した。測定結果を下記表1に示す。下記表1中、「屈折率(n1)」はアブレーション材の屈折率を示す。「屈折率(n2)」は消耗抑制材の屈折率を示す。「|n1-n2|」は、屈折率(n1)と屈折率(n2)との差の絶対値を示す。
前述の方法により、アブレーション材および消耗抑制材の屈折率(589nmの波長における値)を測定した。測定結果を下記表1に示す。下記表1中、「屈折率(n1)」はアブレーション材の屈折率を示す。「屈折率(n2)」は消耗抑制材の屈折率を示す。「|n1-n2|」は、屈折率(n1)と屈折率(n2)との差の絶対値を示す。
《反射率の測定》
消弧用絶縁材料成形体の反射率を測定した。反射率は、紫外可視近赤外分光光度計を用いて測定した。測定は、大気中、室温環境で行った。参照試料は硫酸バリウムとした。消弧用絶縁材料成形体の反射率は、硫酸バリウムの反射率に対する相対値として測定した。589nmの波長における反射率を下記表1に示す。
消弧用絶縁材料成形体の反射率を測定した。反射率は、紫外可視近赤外分光光度計を用いて測定した。測定は、大気中、室温環境で行った。参照試料は硫酸バリウムとした。消弧用絶縁材料成形体の反射率は、硫酸バリウムの反射率に対する相対値として測定した。589nmの波長における反射率を下記表1に示す。
《ガス発生量の評価》
ガス遮断器を用いた遮断試験により、ガス発生量を評価した。図2~4に示されるガス遮断器100を準備した。消弧室内の所定位置に絶縁ノズル15(消弧用絶縁材料成形体)を配置した。消弧室内には絶縁性ガスとしてSF6を充填した。以下の条件で接点を開いてアーク20を発生させた。
ガス遮断器を用いた遮断試験により、ガス発生量を評価した。図2~4に示されるガス遮断器100を準備した。消弧室内の所定位置に絶縁ノズル15(消弧用絶縁材料成形体)を配置した。消弧室内には絶縁性ガスとしてSF6を充填した。以下の条件で接点を開いてアーク20を発生させた。
定格電圧:84kV
通電電流:20kA(実効値)
遮断時間:10~15ms
電流遮断は10回繰り返した。1回目および10回目の遮断において、遮断中の最大圧力を測定し、遮断の成否を評価した。最大圧力は、遮断時のガス発生量を反映した値である。測定結果を下記表1に示す。下記表1の「ガス発生量」の欄では、比較例1の1回目の遮断時の最大圧力を「1」として、上記の最大圧力の相対値を示している。また、下記表1の「遮断の成否」欄において、「成」は、遮断が成功したことを示し、「否」は、遮断が失敗したことを示す。本発明者らは、アーク電流を抑制し確実な電流遮断を行うために、10回の遮断動作を経た後でも、最大圧力(表1に「ガス発生量」として示す相対値)が1.7以上必要であることを見出した。
通電電流:20kA(実効値)
遮断時間:10~15ms
電流遮断は10回繰り返した。1回目および10回目の遮断において、遮断中の最大圧力を測定し、遮断の成否を評価した。最大圧力は、遮断時のガス発生量を反映した値である。測定結果を下記表1に示す。下記表1の「ガス発生量」の欄では、比較例1の1回目の遮断時の最大圧力を「1」として、上記の最大圧力の相対値を示している。また、下記表1の「遮断の成否」欄において、「成」は、遮断が成功したことを示し、「否」は、遮断が失敗したことを示す。本発明者らは、アーク電流を抑制し確実な電流遮断を行うために、10回の遮断動作を経た後でも、最大圧力(表1に「ガス発生量」として示す相対値)が1.7以上必要であることを見出した。
《内部損傷の評価》
遮断試験後に、消弧用絶縁材料成形体を切断した。切断面を観察することにより、消弧用絶縁材料成形体の内部の状態を確認した。評価結果を下記表1に示す。下記表1において「あり」とは、成形体の内部に、樹脂が分解した痕跡が確認されたことを示している。「成形ボイド」とは、成形体の内部に、成形時に発生したと思われるボイド(気泡)が確認されたことを示している。
遮断試験後に、消弧用絶縁材料成形体を切断した。切断面を観察することにより、消弧用絶縁材料成形体の内部の状態を確認した。評価結果を下記表1に示す。下記表1において「あり」とは、成形体の内部に、樹脂が分解した痕跡が確認されたことを示している。「成形ボイド」とは、成形体の内部に、成形時に発生したと思われるボイド(気泡)が確認されたことを示している。
<結果と考察>
上記表1に示されるように、実施例1~7では、1回目のガス発生量と10回目のガス発生量との差が非常に小さく、1回目および10回目ともに遮断に成功した。すなわち、電流遮断の繰り返しに伴う、ガス発生量の減少が抑制されている。また実施例1~7では、電流遮断の繰り返しに伴う、成形体内部での損傷も認められなかった。実施例1~7が以下の構成を全て備えるためと考えられる。
上記表1に示されるように、実施例1~7では、1回目のガス発生量と10回目のガス発生量との差が非常に小さく、1回目および10回目ともに遮断に成功した。すなわち、電流遮断の繰り返しに伴う、ガス発生量の減少が抑制されている。また実施例1~7では、電流遮断の繰り返しに伴う、成形体内部での損傷も認められなかった。実施例1~7が以下の構成を全て備えるためと考えられる。
アブレーション材がフルオロポリエーテル重合体である。
消耗抑制材がパーフルオロ樹脂粒子である。
消耗抑制材がパーフルオロ樹脂粒子である。
消耗抑制材の含有率が1体積%以上50体積%以下である。
消耗抑制材の平均粒径が1μm以上30μm以下である。
消耗抑制材の平均粒径が1μm以上30μm以下である。
比較例1はガス発生量が少ない。そのため、1回目および10回目ともに遮断に成功することが出来なかった。アブレーション材に用いたPTFEが、主鎖にC-O結合を含まないためと考えられる。
比較例2では、消耗抑制材を含まない樹脂を用いたため、成形体表面の反射率が10%未満となり、成形体内部に過剰なアーク光が侵入して損耗点を形成し、試験途中に成形体の一部が破断した。そのため、1回目の遮断は成功したものの、10回目の遮断試験時は正常な遮断を達成することが出来なかった。試験後、成形体の内部には、アーク光による損傷が確認された。成形体が消耗抑制材を含まないためと考えられる。
比較例3では、消耗抑制材の含有率が少ない樹脂を用いたため、成形体表面の反射率が10%未満となり、成形体内部に過剰なアーク光が侵入して損耗点を形成し、試験途中に成形体の一部が破断した。そのため、1回目の遮断は成功したものの、10回目の遮断試験時は正常な遮断を達成することが出来なかった。試験後、成形体の内部には、アーク光による損傷が確認された。消耗抑制材の含有率が低いためと考えられる。
比較例4は、消耗抑制材の含有率が50%を超えており、アブレーション材の含有率が低く、遮断を達成するために十分なガス発生量を得ることが出来なかった。そのため、1回目および10回目ともに遮断に成功することが出来なかった。消耗抑制材の含有率が高い(アブレーション材の含有率が相対的に低い)ためと考えられる。
比較例5では、平均粒径が1μm未満の消耗抑制材を用いたため、成形体表面の反射率が10%未満となり、成形体内部に過剰なアーク光が侵入して損耗点を形成し、試験途中に成形体の一部が破断した。そのため、1回目の遮断は成功したものの、10回目の遮断試験時は正常な遮断を達成することが出来なかった。試験後、成形体の内部には、アーク光による損傷が確認された。消耗抑制材の平均粒径が小さいため、アーク光の反射および散乱が起こり難いと考えられる。
比較例6では、平均粒径が30μm以上の消耗抑制材を用いたため成形体内部にボイドが発生し、試験途中に成形体の一部が破断した。そのため、1回目の遮断は成功したものの、10回目の遮断試験時は正常な遮断を達成することが出来なかった。試験後、成形体の内部には、ボイドが確認された。アークの熱により、ボイドが膨張するため、破断に至ったと考えられる。ボイドは、成形時に消耗抑制材と樹脂の界面の密着性が不足したことにより発生したものと考えられる。
比較例7では、電流遮断の繰り返しに伴い、ガス発生量が大幅に減少した。そのため、1回目の遮断は成功したものの、10回目の遮断試験時は正常な遮断を達成することが出来なかった。消耗抑制材として用いた針状酸化チタンが、アークに曝露されても分解しないためと考えられる。
今回開示された実施形態および実施例はすべての点で例示である。今回開示された実施形態および実施例は、制限的に解釈されるべきでない。すなわち本発明の範囲は、上記した説明に限定して解釈すべきでない。
本発明の範囲は、請求の範囲によって画定されるべきである。本発明の範囲には、請求の範囲と均等の意味での全ての変更、および、請求の範囲と均等の範囲内での全ての変更が含まれると解釈されるべきである。
1 消弧装置、2 第1ブッシング、2a 第1導体、3 第2ブッシング、3a 第2導体、4 動作機構、5 操作装置、6 リンク、7 ロッド、8 絶縁支持体、9 筐体、10 摺動部材、11 可動通電接触子、11a 可動部、12 固定通電接触子、13 可動アーク接触子、14 固定アーク接触子、15 絶縁ノズル、16 パッファシリンダ、17 操作ロッド、18 ピストン、19a 熱パッファ室、19b 機械パッファ室、20 アーク、23 逆止弁、24 隔壁、100 ガス遮断器、200 成形体(消弧用絶縁材料成形体)、201 フルオロポリエーテル重合体、202 パーフルオロ樹脂粒子。
Claims (6)
- フルオロポリエーテル重合体と、
パーフルオロ樹脂粒子と、
を含み、
前記パーフルオロ樹脂粒子の含有率は、前記フルオロポリエーテル重合体および前記パーフルオロ樹脂粒子の合計に対して、1体積%以上50体積%以下であり、
前記パーフルオロ樹脂粒子は、レーザ回折散乱法によって測定される平均粒径が、1μm以上30μm以下である、消弧用絶縁材料成形体。 - 前記パーフルオロ樹脂粒子は、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン-パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、およびテトラフルオロエチレン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体からなる群より選択される少なくとも1種を含む、請求項1に記載の消弧用絶縁材料成形体。
- 白色無機微粒子をさらに含有し、
前記白色無機微粒子の含有率は、前記フルオロポリエーテル重合体、前記パーフルオロ樹脂粒子および前記白色無機微粒子の合計に対して、0.1体積%以上10体積%以下である、請求項1または2に記載の消弧用絶縁材料成形体。 - 前記白色無機微粒子は、酸化チタン、アルミナ、タルクおよび窒化ホウ素からなる群から選択される少なくとも1つを含む、請求項3に記載の消弧用絶縁材料成形体。
- 消弧室と、
絶縁性ガスと、
接点を有する一対のアーク接触子と、
請求項1~4のいずれか1項に記載の消弧用絶縁材料成形体と、
を備え、
前記絶縁性ガスは、前記消弧室に充填されており、
前記アーク接触子および前記消弧用絶縁材料成形体は、前記消弧室に収容されており、
前記消弧用絶縁材料成形体は、前記接点が開いた際に発生するアークのエネルギーが及ぶ領域内に配置されている、ガス遮断器。 - 前記絶縁性ガスは、六フッ化硫黄を含む、請求項5に記載のガス遮断器。
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JP2022532384A (ja) * | 2019-05-14 | 2022-07-14 | ヒタチ・エナジー・スウィツァーランド・アクチェンゲゼルシャフト | 回路遮断器のためのノズル、回路遮断器、および回路遮断器のためのノズルを3d印刷する方法 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS57202003A (en) * | 1981-06-03 | 1982-12-10 | Hitachi Ltd | Sf6 gas insulating electric device and method of producing same |
JPH05128945A (ja) * | 1991-10-31 | 1993-05-25 | Toshiba Corp | パツフア形ガス遮断器 |
WO2014122814A1 (ja) * | 2013-02-07 | 2014-08-14 | 三菱電機株式会社 | 消弧用絶縁材料成形体、それを用いたガス遮断器 |
JP2014203557A (ja) * | 2013-04-02 | 2014-10-27 | 株式会社東芝 | 耐アーク性絶縁物、耐アーク性絶縁物の製造方法およびガス遮断器 |
-
2017
- 2017-03-06 WO PCT/JP2017/008810 patent/WO2017159433A1/ja active Application Filing
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS57202003A (en) * | 1981-06-03 | 1982-12-10 | Hitachi Ltd | Sf6 gas insulating electric device and method of producing same |
JPH05128945A (ja) * | 1991-10-31 | 1993-05-25 | Toshiba Corp | パツフア形ガス遮断器 |
WO2014122814A1 (ja) * | 2013-02-07 | 2014-08-14 | 三菱電機株式会社 | 消弧用絶縁材料成形体、それを用いたガス遮断器 |
JP2014203557A (ja) * | 2013-04-02 | 2014-10-27 | 株式会社東芝 | 耐アーク性絶縁物、耐アーク性絶縁物の製造方法およびガス遮断器 |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2022532384A (ja) * | 2019-05-14 | 2022-07-14 | ヒタチ・エナジー・スウィツァーランド・アクチェンゲゼルシャフト | 回路遮断器のためのノズル、回路遮断器、および回路遮断器のためのノズルを3d印刷する方法 |
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