WO2020157975A1 - ガス絶縁機器 - Google Patents

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tank
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nonlinear resistance
gas
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慎一朗 中内
吉村　学
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    • H02G5/063—Totally-enclosed installations, e.g. in metal casings filled with oil or gas
    • H02G5/065—Particle traps

Definitions

  • the present invention relates to a gas-insulated device in which a conductor is arranged in a metal tank filled with an insulating gas.
  • the inner surface of the tank is coated with an insulating material to suppress the transfer of electric charges from the inner surface of the tank to the foreign metal particles, thereby suppressing the charging of the foreign metal particles.
  • the metallic foreign matter floating in the tank may cause a reciprocating operation in the radial direction in the tank due to the influence of the electric field generated from the energized conductor, causing a withstand voltage decrease. Therefore, it is necessary to suppress the behavior of the metallic foreign matter in the tank.
  • Patent Document 1 discloses a technique in which a non-linear resistance material is mixed in a resin, and a current is caused to flow through the non-linear resistance material to release electric charges due to partial discharge to a tank and suppress the floating of foreign metal particles.
  • the current-carrying path for releasing the electric charge due to the partial discharge to the tank can also be the current-carrying path for supplying the electric charge to the metallic foreign matter from the tank, so that the effect of suppressing the floating of the metallic foreign matter is small. ..
  • the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain a gas-insulated device in which metallic foreign matter mixed in a tank is prevented from floating from the inner surface of the tank.
  • the present invention relates to a metal tank which is grounded and in which an insulating gas is sealed, a conductor which is arranged in the tank and to which a voltage is applied, and a tank. And a non-linear resistance layer made of an insulating material containing particles of the non-linear resistance material, which is disposed on at least a part of the inner surface of the non-magnetic material and exhibits conductivity when a voltage higher than a threshold value is applied.
  • the thickness of the non-linear resistance layer is obtained by adding the thickness of the conductive portion and the particle size of the non-linear resistance material in which the non-linear resistance layer exhibits conductivity when a voltage above a threshold value is applied to the foreign metal on the non-linear resistance layer. Thicker than thickness.
  • FIG. 1 is a vertical sectional view showing a configuration of a gas insulation device according to a first embodiment of the present invention.
  • Cross-sectional view of the gas insulation device according to the first embodiment Enlarged view of part III in Figure 1
  • FIG. 1 is a vertical cross-sectional view showing the configuration of the gas insulation device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the gas insulation device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 shows a cross section taken along line II-II of FIG.
  • FIG. 3 is an enlarged view of part III in FIG.
  • a gas-insulated device 1 according to the first embodiment includes a grounded metal tank 2, a conductor 3 arranged in the tank 2 to which a voltage is applied, and a tank 2. And a non-linear resistance layer 4 disposed on the inner surface. In FIG. 1, the metallic foreign matter 6 existing on the nonlinear resistance layer 4 is also shown.
  • the gas insulation device 1 is, for example, a circuit breaker, a disconnector, a bus bar, a current transformer for an instrument, a transformer for an instrument, or a ground switch.
  • the tank 2 is arranged so that its axial direction is parallel to the installation surface of the tank 2.
  • the tank 2 is filled with an insulating gas such as sulfur hexafluoride.
  • the conductor 3 extends along the axial direction of the tank 2. Although the conductor 3 has a cylindrical shape in the first embodiment, it may have a cylindrical shape.
  • the conductor 3 is supported by an insulating spacer (not shown).
  • the non-linear resistance layer 4 is made of an insulating material including a non-linear resistance material.
  • the nonlinear resistance material is a material that exhibits a high resistance value to a low electric field but a low resistance value to a high electric field, and is also called a non-linear resistance material.
  • the nonlinear resistance material is zinc oxide.
  • the insulating material is epoxy resin.
  • FIG. 4 is a diagram showing current-voltage characteristics of zinc oxide, which is a nonlinear resistance material of the nonlinear resistance layer of the gas insulation device according to the first embodiment.
  • the horizontal axis of FIG. 4 is current (A) and the vertical axis is voltage (V).
  • Zinc oxide exhibits insulating properties when the absolute value of the voltage is smaller than the threshold value V th , but exhibits a sharp decrease in the resistance value when the absolute value of the voltage is greater than the threshold value V th , and exhibits conductivity.
  • a plurality of zinc oxide particles 11 are contained in an insulating resin 10 which is an insulating material.
  • the granules 11 are particles of zinc oxide in a granular or powder form.
  • FIG. 5 is a diagram showing the function of the non-linear resistance layer of the gas insulation device according to the first embodiment.
  • a high electric field is generated around the triple junction portion which is the triple contact portion between the metallic foreign matter 6, the nonlinear resistance layer 4 and the insulating gas.
  • Such a high electric field lowers the resistance of the non-linear resistance layer 4 immediately below the metallic foreign matter 6, and the non-linear resistance layer 4 becomes a conductive portion 4a which is partially conductive.
  • the conductive portion 4a is formed in the non-linear resistance layer 4 immediately below the metal foreign matter 6, the electric charge of the metal foreign matter 6 is diffused into the conductive portion 4a, so that the metal foreign matter 6 floats from the non-linear resistance layer 4. Is suppressed.
  • the thickness T1 of the non-linear resistance layer 4 is affected by a high electric field generated when a current is passed through the conductor 3, and the thickness T1 of the conductive portion 4a in which the non-linear resistance layer 4 immediately below the foreign metal 6 is conductive. And the particle diameter D of the granules 11 is greater than the total thickness. Therefore, even if the portion immediately below the metallic foreign matter 6 becomes the conductive portion 4a under the influence of the high electric field generated when a current is passed through the conductor 3, the nonlinear resistance layer 4 has a particle diameter D Insulation is maintained for the thickness exceeding.
  • the content of zinc oxide in the non-linear resistance layer 4 needs to be equal to or higher than the content rate in which the non-linear resistance layer 4 exhibits non-linear resistance characteristics. However, if the content is too large, the nonlinear resistance layer 4 becomes brittle. Therefore, the content rate is preferably in the range of 30% to 80% in terms of volume fraction.
  • the non-linear resistance layer 4 is a coating film formed by painting.
  • the nonlinear resistance layer 4 is formed by mixing the zinc oxide particles 11 with the insulating paint and applying the insulating paint containing the zinc oxide particles 11 to the inner surface of the tank 2.
  • the coating film of the non-linear resistance layer 4 can be formed by applying a coating method such as brush coating, spray coating, and electrostatic coating.
  • the voltage applied to the conductor 3 is increased in a state where the metal foreign matter 6 is attached to the nonlinear resistance layer 4, a high electric field is generated and the metal foreign matter 6 immediately below the metal foreign matter 6 is generated. Only the portion becomes the conductive portion 4a, and a portion where the insulating property is maintained remains between the metallic foreign matter 6 and the tank 2. Therefore, it is possible to prevent the metallic foreign matter 6 from being charged and levitated and attached to the conductor 3.
  • the thickness T of the nonlinear resistance layer 4 exceeds the thickness obtained by adding the particle diameter D of the particles 11 to the thickness T1 of the conductive portion 4a in which the nonlinear resistance layer 4 exhibits conductivity due to the influence of a high electric field. By so doing, it is possible to ensure the insulation between the foreign metal 6 and the tank 2.
  • the gas insulation device 1 according to the first embodiment only the nonlinear resistance layer 4 needs to be provided on the inner surface of the tank 2, and it is not necessary to stack a plurality of films.
  • the gas insulation device 1 according to the first embodiment is easy to manufacture because it is not necessary to wait for the coating film of the nonlinear resistance layer 4 to dry before forming another film.
  • the nonlinear resistance material is zinc oxide, but the material is not limited to this.
  • the non-linear resistance material may be, for example, silicon carbide.
  • the insulating material used for the nonlinear resistance layer 4 is not limited to epoxy resin.
  • the insulating material is a thermoplastic resin, it is, for example, a vinyl chloride-based, polyester-based, or nylon-based resin, and when it is a thermosetting resin, it is, for example, an epoxy-based, urethane-based, or acrylic-based resin.
  • the non-linear resistance layer 4 may be formed by a method other than painting.
  • the nonlinear resistance layer 4 may be an insulating sheet.
  • the non-linear resistance layer 4 is arranged on the lower half of the inner surface of the tank 2, but is not limited to this.
  • the nonlinear resistance layer 4 may be arranged in a range narrower than the range shown in FIG. 2, or may be arranged in a range wider than the range shown in FIG. 2, for example, on the entire surface of the tank 2. That is, the non-linear resistance layer 4 may be disposed on at least a part of the inner surface of the tank 2.
  • the equipotential lines are prevented from densely entering between the metallic foreign matter 6 and the insulative portion of the nonlinear resistance layer 4, so that the concentration of equipotential lines is relieved and the triple junction is formed.
  • the electric field in the section is reduced. Since a part of the non-linear resistance layer 4 whose insulation property is maintained is interposed between the metal foreign matter 6 and the tank 2, supply of electric charges from the tank 2 to the metal foreign matter 6 is suppressed.

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Abstract

ガス絶縁機器（１）は、接地され、内部に絶縁ガスが封入された金属製のタンク（２）と、タンク（２）内に配置され、電圧が印加される導体（３）と、タンク（２）の内面上の少なくとも一部に配置され、閾値以上の電圧が印加されると導電性を示す非線形抵抗材料の粒子を含む絶縁材料からなる非線形抵抗層（４）とを備え、非線形抵抗層（４）の厚さは、非線形抵抗層（４）上の金属異物（６）に閾値以上の電圧が印加された場合に非線形抵抗層（４）が導電性を示す導電性部の厚さと非線形抵抗材料の粒子径とを加えた厚さよりも厚い。

Description

ガス絶縁機器
　本発明は、絶縁ガスが封入された金属製のタンク内に導体が配置されたガス絶縁機器に関する。
　絶縁ガスが封入された金属製のタンク内に導体が配置されたガス絶縁機器は、タンクに金属異物が混入することがある。このため、タンクの内面に絶縁塗装を施し、タンク内面から金属異物への電荷の移動を抑制することで、金属異物の帯電を抑制している。
　絶縁膜の上に金属異物が存在している状態で印加電圧を上げていくと、金属異物と絶縁膜との接触部で部分放電が発生して金属異物が帯電し、金属異物に作用する電気的吸引力が金属異物の自重より大きくなって金属異物が浮上してしまう。タンク内で浮上した金属異物は、通電された導体から発生した電界の影響でタンク内を径方向に往復動作し、耐電圧低下を引き起こす要因となり得る。そのため、タンク内での金属異物の挙動を抑える必要がある。
　特許文献１には、非線形抵抗材を樹脂に混入させ、非線形抵抗材に電流を流すことで部分放電による電荷をタンクに逃がして金属異物の浮上を抑制する技術が開示されている。
特開２０１０－２０７０４７号公報
　しかしながら、特許文献１に開示される技術では、部分放電による電荷をタンクに逃がす通電経路は、タンクから金属異物に電荷を供給する通電経路ともなりうるため、金属異物の浮上を抑制する効果が小さい。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、タンク内に混入した金属異物がタンクの内面から浮上することを抑制したガス絶縁機器を得ることを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、接地され、内部に絶縁ガスが封入された金属製のタンクと、タンク内に配置され、電圧が印加される導体と、タンクの内面上の少なくとも一部に配置され、閾値以上の電圧が印加されると導電性を示す非線形抵抗材料の粒子を含む絶縁材料からなる非線形抵抗層とを備える。非線形抵抗層の厚さは、非線形抵抗層上の金属異物に閾値以上の電圧が印加された場合に非線形抵抗層が導電性を示す導電性部の厚さと非線形抵抗材料の粒子径とを加えた厚さよりも厚い。
　本発明によれば、タンク内に混入した金属異物がタンクの内面から浮上することを抑制したガス絶縁機器を得られるという効果を奏する。
本発明の実施の形態１に係るガス絶縁機器の構成を示す縦断面図 実施の形態１に係るガス絶縁機器の横断面図 図１のIII部の拡大図 実施の形態１に係るガス絶縁機器の非線形抵抗層の非線形抵抗材料である酸化亜鉛の電流－電圧特性を示した図 実施の形態１に係るガス絶縁機器の非線形抵抗層の働きについて示す図
　以下に、本発明の実施の形態に係るガス絶縁機器を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態１．
　図１は、本発明の実施の形態１に係るガス絶縁機器の構成を示す縦断面図である。図２は、実施の形態１に係るガス絶縁機器の横断面図である。図２は、図１のII-II線に沿った断面を示す。図３は、図１のIII部の拡大図である。図１及び図２に示すように、実施の形態１に係るガス絶縁機器１は、接地された金属製のタンク２と、タンク２内に配置され電圧が印加される導体３と、タンク２の内面上に配置された非線形抵抗層４とを備える。図１では、非線形抵抗層４上に存在する金属異物６も示している。ガス絶縁機器１は、例えば、遮断器、断路器、母線、計器用変流器、計器用変圧器、又は接地開閉器である。タンク２は、軸方向がタンク２の設置面に対して平行になるように配置される。タンク２内には、六フッ化硫黄といった絶縁ガスが充填されている。導体３は、タンク２の軸方向に沿って延びている。実施の形態１において、導体３は円筒状であるが、円柱状であってもよい。導体３は、不図示の絶縁スペーサで支持されている。
　非線形抵抗層４は、非線形抵抗材料を含む絶縁材料からなる。ここで、非線形抵抗材料は、低電界に対しては高い抵抗値を示すが、高電界に対しては低い抵抗値を示す材料であり、非直線抵抗材料ともいう。実施の形態１では、非線形抵抗材料は酸化亜鉛である。絶縁材料はエポキシ樹脂である。
　図４は、実施の形態１に係るガス絶縁機器の非線形抵抗層の非線形抵抗材料である酸化亜鉛の電流－電圧特性を示した図である。図４の横軸は電流（Ａ）であり、縦軸は電圧（Ｖ）である。酸化亜鉛は、電圧の絶対値が閾値Ｖｔｈよりも小さいと絶縁性を示すが、電圧の絶対値が閾値Ｖｔｈよりも大きいと抵抗値が急激に減少し、導電性を示す。
　図３に示すように、非線形抵抗層４では、絶縁材料である絶縁樹脂１０中に複数の酸化亜鉛の粒体１１が含まれている。なお、粒体１１は、酸化亜鉛の個体を粒状又は粉状にしたものである。
　図５は、実施の形態１に係るガス絶縁機器の非線形抵抗層の働きについて示す図である。金属異物６が非線形抵抗層４上に存在すると、金属異物６と非線形抵抗層４と絶縁ガスとの三重の接触部であるトリプルジャンクション部を中心に高電界となる。このような高電界は金属異物６の直下の非線形抵抗層４の抵抗を低下させ、非線形抵抗層４は部分的に導電性を示す導電性部４ａになる。金属異物６の直下の非線形抵抗層４に導電性部４ａが形成されることにより、金属異物６の電荷は導電性部４ａに拡散されるため、金属異物６が非線形抵抗層４から浮上することは抑制される。
　非線形抵抗層４の厚さＴは、導体３に電流を流す際に発生する高電界の影響を受けて金属異物６の直下の非線形抵抗層４が導電性を示す導電性部４ａの厚さＴ１と粒体１１の粒子径Ｄとを加えた厚さを超える厚さである。したがって、非線形抵抗層４は、導体３に電流を流す際に発生する高電界の影響を受けて金属異物６の直下の部分が導電性部４ａになっても、粒体１１の粒子径Ｄを超える厚さ分は絶縁性が維持される。
　非線形抵抗層４中での酸化亜鉛の含有率は、非線形抵抗層４が非線形抵抗特性を示す含有率以上とする必要がある。ただし、含有率が大きすぎると非線形抵抗層４が脆くなる。そのため、含有率は、体積分率で３０％から８０％の範囲内とすることが好ましい。
　非線形抵抗層４は、塗装により形成された塗装膜である。この場合、非線形抵抗層４は、絶縁塗料に酸化亜鉛の粒体１１を混ぜ合わせ、酸化亜鉛の粒体１１を含む絶縁塗料をタンク２の内面に塗装することで形成される。非線形抵抗層４の塗装膜は、はけ塗り、スプレー塗装、及び静電塗装といった塗装方法を適用して形成できる。
　実施の形態１に係るガス絶縁機器１は、金属異物６が非線形抵抗層４に付着している状態で導体３に印加する電圧を高くすると、高電界が発生して金属異物６の直下の一部だけが導電性部４ａとなり、金属異物６とタンク２との間には、絶縁性が維持された部分が残る。したがって、金属異物６が帯電して浮上し、導体３に付着することは防止される。非線形抵抗層４の厚さＴを、高電界の影響を受けて非線形抵抗層４が導電性を示す導電性部４ａの厚さＴ１に粒体１１の粒子径Ｄを加えた厚さを超える厚さとすることで、金属異物６とタンク２との絶縁を確保することができる。
　また、実施の形態１に係るガス絶縁機器１は、タンク２の内部表面には、非線形抵抗層４のみを設ければよく、複数の膜を積層する必要がない。実施の形態１に係るガス絶縁機器１は、非線形抵抗層４の塗膜が乾くのを待って別の膜を成膜する必要がないため、製造が容易である。
　なお、実施の形態１においては、非線形抵抗材料は酸化亜鉛であるとしたが、これに限定されない。非線形抵抗材料は、例えば炭化珪素であってもよい。
　また、非線形抵抗層４に用いられる絶縁材料は、エポキシ樹脂に限定されない。絶縁材料は、熱可塑性樹脂とした場合は、例えば塩化ビニル系、ポリエステル系又はナイロン系の樹脂であり、熱硬化性樹脂とした場合は、例えばエポキシ系、ウレタン系又はアクリル系の樹脂である。
　また、非線形抵抗層４は、塗装以外の方法で形成してもよい。例えば、非線形抵抗層４を絶縁シートとしてもよい。
　非線形抵抗層４はタンク２の内面上のうち下側半分に配置されているが、これに限定されない。非線形抵抗層４は、図２に示す範囲よりも狭い範囲に配置されていてもよく、図２に示す範囲よりも広い範囲、例えばタンク２の全面に配置されていてもよい。つまり、非線形抵抗層４はタンク２の内面上の少なくとも一部に配置されていればよい。
　実施の形態１に係るガス絶縁機器１は、金属異物６と非線形抵抗層４の絶縁性の部分との間に等電位線が密に入り込まなくなるため、等電位線の集中が緩和され、トリプルジャンクション部での電界が低減される。金属異物６とタンク２との間には、絶縁性が維持された非線形抵抗層４の一部が介在するため、タンク２から金属異物６に電荷が供給されることは抑制される。
　以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
　１　ガス絶縁機器、２　タンク、３　導体、４　非線形抵抗層、４ａ　導電性部、６　金属異物、１０　絶縁樹脂、１１　粒体。

Claims (3)

  1. 　接地され、内部に絶縁ガスが封入された金属製のタンクと、
    　前記タンク内に配置され、電圧が印加される導体と、
    　前記タンクの内面上の少なくとも一部に配置され、閾値以上の電圧が印加されると導電性を示す非線形抵抗材料の粒子を含む絶縁材料からなる非線形抵抗層とを備え、
    　前記非線形抵抗層の厚さは、前記非線形抵抗層上の金属異物に前記閾値以上の電圧が印加された場合に前記非線形抵抗層が導電性を示す導電性部の厚さと前記非線形抵抗材料の粒子径とを加えた厚さよりも厚いことを特徴とするガス絶縁機器。
  2. 　前記非線形抵抗層は、塗装膜であることを特徴とする請求項１に記載のガス絶縁機器。
  3. 　前記非線形抵抗材料は、酸化亜鉛又は炭化珪素であることを特徴とする請求項１又は２に記載のガス絶縁機器。
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