WO2021166170A1 - 絶縁ノズル及びこれを用いたガス遮断器 - Google Patents

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WO2021166170A1
WO2021166170A1 PCT/JP2020/006832 JP2020006832W WO2021166170A1 WO 2021166170 A1 WO2021166170 A1 WO 2021166170A1 JP 2020006832 W JP2020006832 W JP 2020006832W WO 2021166170 A1 WO2021166170 A1 WO 2021166170A1
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WO
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carbon
arc
fluororesin
insulating
insulating nozzle
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PCT/JP2020/006832
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English (en)
French (fr)
Inventor
隆志 川名
泰規 中村
研史 三村
Original Assignee
三菱電機株式会社
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/70—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid

Definitions

  • the present disclosure relates to an insulating nozzle and a gas circuit breaker used for a gas circuit breaker that extinguishes the arc by blowing an insulating gas onto the arc generated when the current is interrupted.
  • a gas circuit breaker In electrical equipment, a gas circuit breaker is used as a current circuit breaker.
  • the gas circuit breaker blows insulating gas onto the arc generated between the movable contact and the fixed contact to extinguish the arc when the energizing current is cut off.
  • Gas circuit breakers of these structures increase the pressure of the insulating gas to blow the insulating gas from the insulating nozzle into the arc. By blowing the insulating gas, the heat between the movable contact and the fixed contact can be discharged to the outside to efficiently extinguish the arc.
  • Some insulating nozzles that blow insulating gas into the arc are made of fluororesin, which has excellent heat resistance.
  • the fluororesin insulating nozzle is exposed to the arc, the arc light penetrates into the fluororesin and decomposes not only the surface of the fluororesin but also the inside. Therefore, the carbon contained in the fluororesin is separated. The separated carbon is deposited on the surface of the insulating nozzle, which deteriorates the insulating performance on the surface of the insulating nozzle.
  • an insulating nozzle in which titanium oxide is added to the resin forming the insulating nozzle is disclosed.
  • the added titanium oxide reflects the arc light to suppress the decomposition inside the insulating nozzle and reduce the amount of carbon generated. As a result, the precipitation of carbon on the surface is suppressed, and the deterioration of the insulating performance is suppressed.
  • titanium oxide suppresses decomposition of the surface of the insulating nozzle, so that the gas generated from the fluororesin forming the insulating nozzle is reduced. For this reason, there is a problem that the pressure for blowing out the insulating gas is reduced and the arc extinguishing performance is lowered. Therefore, it is difficult to achieve both improvement of arc extinguishing performance and suppression of deterioration of insulation performance of the insulating nozzle.
  • This disclosure is made to solve the above problems. Specifically, it is an object of the present invention to provide an insulating nozzle capable of improving arc extinguishing performance and suppressing deterioration of insulating performance, and a gas circuit breaker using the same.
  • the insulating nozzle used in the arc extinguishing device of the gas circuit breaker of the present disclosure contains, as a constituent material, a fluororesin mixture containing a fluororesin and a carbon inhibitor that reacts with carbon generated from the fluororesin by an arc generated at the time of blocking.
  • This carbon inhibitor is a compound containing at least one atom having a first ionization energy of 801 kJ / mol or less, and is characterized in that it is dispersed in a fluororesin.
  • the insulating nozzle according to the present disclosure can improve the arc extinguishing performance and suppress the deterioration of the insulating performance.
  • FIG. 5 is a side view of the gas circuit breaker according to the first embodiment of the present disclosure, in which the housing is a cross section. It is sectional drawing which shows the first half at the time of opening a pole in the main part of a gas circuit breaker. It is sectional drawing which shows the latter half at the time of opening a pole in the main part of a gas circuit breaker. It is a figure which shows the experimental result of the gas circuit breaker by Embodiment 1 of this disclosure.
  • FIG. 1 is a side view of the gas circuit breaker according to the first embodiment for carrying out the present disclosure.
  • the housing 9 is shown in cross section so that the internal structure of the gas circuit breaker can be seen.
  • the gas circuit breaker of the present embodiment is connected to an arc extinguishing device 1 that conducts or interrupts an electric current, a first conductor 2a and a second conductor 2b, and an arc extinguishing device 1 that are connected to the arc extinguishing device 1, respectively.
  • the actuating mechanism 4 that generates a driving force, the housing 9 that houses the arc extinguishing device 1 inside, the insulating support 8 that supports the arc extinguishing device 1 inside the housing 9, and the housing 9
  • the sliding member 10 provided is provided. Further, the inside of the housing 9 is filled with an insulating gas. The insulating gas is also filled in the arc extinguishing device 1.
  • first conductor 2a and the second conductor 2b One end of each of the first conductor 2a and the second conductor 2b is connected to the arc extinguishing device 1. Further, the other ends of the first conductor 2a and the second conductor 2b are connected to other devices (not shown), respectively.
  • the operating mechanism 4 has a driving device 5, a transmission device 6, and a connecting device 7.
  • the operating mechanism 4 generates a driving force and transmits the driving force to the arc extinguishing device 1 to drive the arc extinguishing device 1.
  • the drive device 5 is a spring mechanism including a spring.
  • the drive device 5 is a device that uses the urging force of the spring as a drive force.
  • the drive device 5 has a holding device for holding the spring and a switching device for switching between the accumulated state and the released state of the urging force of the spring.
  • a hydraulic mechanism including a hydraulic pump or an electric mechanism including a motor may be used.
  • the transmission device 6 is a link member formed in a V shape.
  • the transmission device 6 is rotatably supported by a central bent portion.
  • One end of the transmission device 6 is connected to the drive device 5. Further, the other end of the transmission device 6 is connected to the connecting device 7.
  • the transmission device 6 transmits the driving force generated by the driving device 5 to the connecting device 7.
  • the connecting device 7 is a rod-shaped link member.
  • the other end of the transmission device 6 is connected to one end of the connecting device 7.
  • the driving force is transmitted from the transmission device 6 to the coupling device 7.
  • the other end of the connecting device 7 is connected to the arc extinguishing device 1, and the driving force is transmitted from the connecting device 7 to the arc extinguishing device 1.
  • the housing 9 is configured to include a plurality of walls.
  • the arc extinguishing device 1 is supported by a plurality of insulating supports 8 inside the housing 9.
  • the housing 9 has a first opening 9a and a second opening 9b on one wall.
  • the first opening 9a and the second opening 9b are connected to the bushing 3a and the bushing 3b, respectively, so that the insulating gas inside the housing 9 does not leak.
  • the first conductor 2a passes through the first opening 9a and the bushing 3a. Further, the second conductor 2b passes through the second opening 9b and the bushing 3b.
  • a tubular sliding member 10 is provided on another wall on the side of the housing 9 in contact with the operating mechanism 4.
  • a connecting device 7 penetrates inside the sliding member 10.
  • An O-ring is provided on the inner peripheral surface of the sliding member 10, and the connecting device 7 penetrates the O-ring. The O-ring allows the connecting device 7 to slide inside the sliding member 10 while maintaining airtightness so that the insulating gas inside the housing 9 does not leak.
  • the insulating gas filled in the housing 9 includes sulfur hexafluoride (SF 6 ), carbon dioxide (CO 2 ), trifluoromethane iodide (CF 3 I), nitrogen (N 2 ), and oxygen (O 2 ). 4, Methane tetrafluoride (CF 4 ), argon (Ar), helium (He), or a mixture of at least two of these is used.
  • Sulfur hexafluoride (SF 6 ) which has high insulating properties and thermal conductivity, is preferable as the filling gas.
  • Sulfur hexafluoride (SF 6 ) can be used alone or in admixture with carbon dioxide (CO 2 ) or nitrogen (N 2).
  • FIG. 2 and 3 are cross-sectional views showing a main part of the gas circuit breaker.
  • FIG. 2 shows the state of the first half when the gas circuit breaker is opened.
  • FIG. 3 shows the state of the latter half at the time of opening the pole at the same site as that of FIG.
  • the arc extinguishing device 1 has a fixed energizing contact 12 and a fixed arc contact 14.
  • the fixed energizing contact 12 and the fixed arc contact 14 are integrally formed of a conductive material and are fixed to the housing 9 by a method (not shown).
  • the fixed energizing contact 12 is a bottomed cylindrical member with one end opened. A ridge is provided on the inner surface of the opening of the bottomed cylindrical member all around.
  • the fixed arc contact 14 is a rod-shaped member arranged inside the fixed energizing contact 12. One end of the fixed arc contact 14 is fixed to the center of the bottom of the fixed energizing contact 12.
  • the arc extinguishing device 1 further includes an operation rod 17, a movable arc contact 13, a partition wall 24, a puffer cylinder 16, a movable energizing contact 11, an insulating nozzle 15, and a piston cylinder 25. These members constitute the movable portion 30. Further, the piston 18 is fixed to the housing 9 by a method (not shown).
  • the operation rod 17 is a rod-shaped member made of a conductive material. One end of the operating rod 17 is fixed to the connecting device 7. The driving force of the operating rod 17 is transmitted from the connecting device 7. Twice
  • the movable arc contactor 13 is a hollow tubular member having both ends open and a space 21 inside.
  • the movable arc contact 13 is made of a conductive material.
  • the end face of one end of the movable arc contact 13 is fixed to the end face of the other end of the operation rod 17.
  • An annular convex portion 13b is formed on the inside of the other end of the movable arc contactor 13 over the entire circumference.
  • the annular convex portion 13b of the movable arc contact 13 comes into contact with the fixed arc contact 14 when the arc extinguishing device 1 is closed.
  • a vent 13a is provided at one end of the movable arc contactor 13.
  • the movable arc contact 13 moves with respect to the fixed arc contact 14 while being in contact with the annular convex portion 13b and the fixed arc contact 14.
  • the insulating gas enters and exits from the vent 13a according to the volume change of the space 21.
  • the partition wall 24 is a disk-shaped member. In the partition wall 24, the outer peripheral surface of the other end of the operation rod 17 is penetrated through a through hole provided in the center. The partition wall 24 and the operation rod 17 are fixed. Further, the partition wall 24 is provided with a plurality of check valves 23. The plurality of check valves 23 allow the flow of insulating gas in one direction from the mechanical puffer chamber 19b to the heat puffer chamber 19a.
  • the puffer cylinder 16 is a hollow bottomed cylindrical member with one end open.
  • a partition wall 24 is fitted and fixed to the opening of the cylindrical member.
  • a circular opening 16a is provided in the center of the bottom of the cylindrical member.
  • a movable arc contacter 13 having an outer diameter smaller than the inner diameter of the opening 16a is inserted and arranged in the opening 16a.
  • the puffer cylinder 16 and the partition wall 24 form a heat puffer chamber 19a.
  • the movable energizing contact 11 is a hollow tubular member having a constant inner diameter.
  • the movable energizing contact 11 is formed with a large diameter portion and a small diameter portion.
  • the inner diameter of the movable energizing contact 11 is larger than the inner diameter of the opening 16a of the puffer cylinder 16.
  • the end face of the large diameter portion of the movable energizing contact 11 is coaxially fixed to the bottom portion of the puffer cylinder 16.
  • the outer peripheral surface of the small diameter portion of the movable energizing contact 11 comes into contact with the ridge of the fixed energizing contact 12 when the pole is closed.
  • the movable energizing contact 11 is formed of a conductive material.
  • the insulating nozzle 15 is a hollow cylindrical member having a constant outer diameter.
  • the insulating nozzle 15 is fitted to the inner peripheral surface of the movable energizing contact 11.
  • the end face of one end of the insulating nozzle 15 is coaxially fixed to the bottom of the puffer cylinder 16.
  • an annular convex portion 15a projecting inward in the radial direction on the entire circumference of the inner peripheral surface is integrally formed with the cylindrical member.
  • the inner diameter of the annular convex portion 15a on the one end side is constant.
  • the inner diameter of the annular convex portion 15a on the other end side is formed in a tapered shape that gradually increases from the inner diameter on the one end side toward the tip end of the other end portion.
  • the inner diameter of the insulating nozzle 15 and the inner diameter of the opening 16a of the puffer cylinder 16 are the same. That is, the inner peripheral surface of the insulating nozzle 15 fixed to the bottom of the puffer cylinder 16 and the inner peripheral surface of the opening 16a of the puffer cylinder 16 are configured to be the same surface.
  • the insulating nozzle 15 surrounds the other half of the movable arc contactor 13 which is the tip end side.
  • An annular gap 27 is formed between the outer peripheral surface of the other end of the movable arc contact 13 and the inner peripheral surface of one end of the insulating nozzle 15.
  • the annular gap 27 serves as a flow path through which the insulating gas flows according to the progress of the opening operation of the arc extinguishing device 1.
  • the annular gap 27 in the first half of the opening operation of the arc extinguishing device 1, as shown by the broken line arrow X in FIG. 2, from the other end of the movable arc contact 13 toward the heat puffer chamber 19a. Insulation gas flows in.
  • the insulating gas is blown from the heat puffer chamber 19a toward the other end of the movable arc contactor 13.
  • the insulating nozzle 15 is formed of a fluororesin mixture containing a fluororesin having excellent heat resistance and a carbon inhibitor as a constituent material.
  • Ethylene tetrafluoride resin is used as the fluororesin forming the insulating nozzle 15.
  • any one of a copolymer resin of ethylene tetrafluoride and propylene hexafluoride or an ethylene tetrafluoride perfluoroalkyl ether copolymer resin may be used.
  • the fluororesin When an arc is generated, the fluororesin is decomposed and conductive carbon is generated. The generated carbon is deposited on the surface of the insulating nozzle 15 and deteriorates the insulating performance of the insulating nozzle 15. Therefore, in the fluororesin mixture forming the insulating nozzle 15 of the present disclosure, a carbon inhibitor capable of producing an insulating carbide by reacting with carbon generated by decomposition of the fluororesin by the heat of the arc. By using the above, it is possible to prevent deterioration of the insulation performance. Further, this carbon inhibitor reacts with carbon to generate carbon monoxide, and the fluororesin is thermally decomposed to increase the blowing pressure of the generated gas, so that the arc can be extinguished efficiently.
  • the present inventors have found the most suitable substance among many chemical substances in the search for a compound that reacts with carbon generated by decomposition of the fluororesin by the heat of the arc. rice field. Specifically, we have newly found that at least one of diboron trioxide and calcium oxide is optimal as a carbon inhibitor to be blended in a fluororesin.
  • the mechanism by which the carbon inhibitor reacts with carbon utilizes the carbide formation reaction due to the heat of the arc generated when the conduction current is cut off.
  • the carbon inhibitor reacts with carbon based on, for example, the following reaction formula.
  • the carbon monoxide generated by the reaction can increase the blowing pressure of the gas generated by the thermal decomposition of the fluororesin, and can improve the arc extinguishing performance.
  • a property common to these carbon inhibitors is that they contain at least one atom (boron, calcium) with a primary ionization energy of 801 kJ / mol or less, and the fluororesin is decomposed by the heat of the arc generated when the conduction current is cut off. As a result, it reacts with the generated carbon to produce insulating carbide. In addition, these carbon inhibitors produce carbon monoxide by reacting with carbon.
  • the first ionization energy is the energy required to remove one electron from an atom in the ground state to make it a monovalent cation.
  • the unit is represented by "kJ / mol" as the energy required for an atom per mole.
  • This ionization energy is an index of the force for attracting electrons, and when this is an atom of 801 kJ / mol or less, it is easy to emit an electron and the reactivity with another atom becomes high. Therefore, it can react with more carbon and suppress its precipitation.
  • An atom having a first ionization energy of 801 kJ / mol or less specifically refers to either boron or calcium.
  • the fluororesin mixture forming the insulating nozzle 15 of the present disclosure contains at least one atom having a first ionization energy of 801 kJ / mol or less, and the fluororesin is decomposed by the heat of the arc generated when the conduction current is cut off. Contains a carbon inhibitor that reacts with the carbon generated by. Therefore, the carbon inhibitor reacts with the carbon generated from the fluororesin to become a highly insulating carbide due to the heat of the arc, so that the carbon generated from the fluororesin is suppressed from being deposited on the surface of the insulating nozzle 15. Therefore, it is possible to suppress a decrease in the insulating performance of the insulating nozzle 15.
  • the carbon inhibitor reacts with carbon to generate carbon monoxide, and the fluororesin is thermally decomposed to increase the blowing pressure of the generated gas, so that the arc can be extinguished efficiently. Therefore, the arc extinguishing performance of the gas circuit breaker can be improved.
  • the carbon inhibitor contains at least one atom having a first ionization energy of 801 kJ / mol or less, and is a compound that reacts with carbon generated by decomposing the fluororesin by the heat of the arc generated when the conduction current is cut off.
  • an inorganic oxide containing an oxygen atom is preferable. This is because the oxygen atoms contained in it react with carbon to produce carbon monoxide and carbon dioxide.
  • the generated gas component can increase the high blowing pressure due to the gas generated by the thermal decomposition of the fluororesin, and can improve the arc extinguishing performance.
  • the carbon inhibitor is dispersed in the fluororesin. As a result, since the carbon inhibitor is present near the carbon deposited on the surface of the insulating nozzle 15, the reaction can be performed efficiently.
  • the amount of the carbon inhibitor added is 0.5% by weight or more and less than 50% by weight with respect to the fluororesin mixture.
  • the amount of the carbon inhibitor added is 0.5% by weight or more, it can sufficiently react with the precipitated carbon. If it is less than 50% by weight, a sufficient amount of gas can be generated from the fluororesin mixed in the fluororesin mixture, and the mechanical strength of the insulating nozzle 15 can also be obtained.
  • a consumption inhibitor may be added to the fluororesin mixture forming the insulating nozzle 15 of the present disclosure as long as the effect of the disclosure is not impaired.
  • the consumption inhibitor is white inorganic fine particles. Specifically, it is titanium oxide, boron nitride, alumina, and silica, and any of these is added.
  • the consumption inhibitor prevents the arc light from entering the inside of the insulating nozzle 15 and prevents excessive consumption of the insulating nozzle 15.
  • the standard amount of the consumption inhibitor is 10% by weight or less.
  • the piston cylinder 25 is a hollow cylindrical member.
  • the inner diameter and outer diameter of the piston cylinder 25 are the same as the inner diameter and outer diameter of the puffer cylinder 16 which is also cylindrical.
  • the end of the piston cylinder 25 is connected to the open end of the puffer cylinder 16. Therefore, the piston cylinder 25 and the puffer cylinder 16 are connected and connected with the outer peripheral surfaces and the inner peripheral surfaces as the same surface.
  • a piston 18 having an outer diameter equal to the inner diameter of the piston cylinder 25 is slidably fitted inside the piston cylinder 25.
  • the piston 18 is fixed to the housing 9 by a method (not shown).
  • a sliding hole 18a through which the operation rod 17 penetrates is provided in the central portion of the piston 18. With such a configuration, the operation rod 17 and the piston cylinder 25 reciprocate in a slidable manner.
  • the piston cylinder 25, the piston 18, and the partition wall 24 form a mechanical puffer chamber 19b.
  • the movable portion 30 is in a position close to the fixed energizing contact 12 and the fixed arc contact 14.
  • the fixed arc contactor 14 is housed inside the annular convex portion 15a of the insulating nozzle 15.
  • the outer diameter surface of the small diameter portion of the movable energizing contact 11 is in contact with the fixed energizing contact 12.
  • the tip end portion of the fixed arc contactor 14 is in contact with the annular convex portion 13b of the movable arc contactor 13.
  • the drive device 5 does not output a driving force.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a main part of the arc extinguishing device 1 in the previous period of the opening operation of the arc extinguishing device 1.
  • the movable portion 30 is pulled by the connecting device 7 driven by the driving device 5, and the annular convex portion 13b of the movable arc contact 13 is separated from the fixed arc contact 14.
  • an arc 20 is generated between the annular convex portion 13b and the fixed arc contactor 14. Since the arc 20 has a high temperature, the insulating gas heated by the arc 20 becomes hot.
  • the fluororesin of the insulating nozzle 15 exposed to the arc 20 is decomposed to generate high-temperature gas. Then, as shown by the broken line arrow X in the figure, the high-temperature insulating gas and the generated high-temperature gas pass through the annular gap 27 formed by the insulating nozzle 15 and the movable arc contactor 13 and enter the heat puffer chamber 19a. Flow into. When the pressure is increased by the high temperature gas that has flowed in, the insulating gas in the heat puffer chamber 19a is blown out toward the insulating nozzle 15.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the same portion as in FIG. 2 in the latter stage of the opening operation of the arc extinguishing device 1.
  • the movable portion 30 moves, and the annular convex portion 13b moves to a position further away from the fixed arc contactor 14.
  • the arc 20 extends as the annular convex portion 13b separates from the fixed arc contact 14 and gradually becomes thinner.
  • the volume of the mechanical puffer chamber 19b formed of the partition wall 24, the piston cylinder 25, and the piston 18 is smaller than that at the start of the opening operation. Therefore, the pressure in the mechanical puffer chamber 19b increases, and the insulating gas in the mechanical puffer chamber 19b is pushed out.
  • the insulating gas in the mechanical puffer chamber 19b passes through the check valve 23, the thermal puffer chamber 19a, and the annular gap 27, as shown by the broken line arrow Y in the drawing, and has a tapered shape of the nozzle opening, that is, the insulating nozzle 15. It is extruded toward the annular convex portion 15a that spreads out.
  • the arc 20 is blown with an insulating gas to extinguish the arc while efficiently discharging the heat between the movable arc contact 13 and the fixed arc contact 14 to the outside.
  • the movable energizing contact 11 and the fixed energizing contact 12 are completely separated by separating them to a sufficient distance so that an arc is not generated by the recurrence voltage applied between the movable energizing contact 11 and the fixed energizing contact 12.
  • the current is cut off by making the insulation state.
  • Examples 1 to 3 of the insulating nozzle 15 were produced. Specifically, as the fluororesin used in the fluororesin mixture, ethylene tetrafluoride resin was used in all of Examples 1 to 3. As for the carbon inhibitor, diboron trioxide and calcium oxide were individually used in Examples 1 and 2, respectively. In Example 3, both diboron trioxide and calcium oxide were used. The fluororesin and each of the above carbon inhibitors were mixed and compression molded, and heat-treated at 380 ° C. for 10 hours in an electric furnace to obtain an insulating nozzle 15.
  • Comparative Examples 1 to 3 were prepared for comparison.
  • the insulating nozzle 15 was made only of ethylene tetrafluoride resin without adding a carbon inhibitor.
  • an insulating nozzle 15 was prepared by adding beryllium oxide containing beryllium having a primary ionization energy of more than 801 kJ / mol as a carbon inhibitor to an ethylene tetrafluoride resin.
  • an insulating nozzle 15 was prepared by adding titanium oxide that does not react with carbon to ethylene tetrafluoride resin.
  • Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 prepared as described above were subjected to an arc exposure test under the same conditions.
  • Each insulating nozzle 15 was set in the closed chamber of the test apparatus, and the inside of the closed chamber was filled with sulfur hexafluoride. In that state, a rated voltage of 84 kV and an effective current value of 20 kA were applied, and the movable contact was moved with a cutoff time of 10 to 15 ms to generate an arc, and a cutoff test was carried out 10 times.
  • the generated gas pressure was measured with a pressure sensor.
  • a pressure sensor a charge output type pressure sensor 112A05 manufactured by PCB PIEZOTRONICS was used.
  • the average value of each generated gas pressure value in 10 tests was calculated.
  • the ratio of the average value in each Example and Comparative Example to the average value in Comparative Example 1 was calculated and used as the generated pressure.
  • the insulation resistance of the surface of the insulation nozzle 15 was measured, and the change in the surface insulation performance due to the arc exposure was evaluated.
  • FIG. 4 shows the results of the arc exposure test of each example and comparative example.
  • the insulation resistance of "> 1 ⁇ 10 15 " means that it is the maximum value that can be measured by the measuring instrument.
  • Example 1 an increase in the generated pressure was observed as compared with Comparative Example 1 in which the carbon inhibitor was not added. Compared with Comparative Example 1, the generated pressure in Example 1 was the highest at 108%. The generated pressure in Example 2 was 103%, and the generated pressure in Example 3 was 106%. This is because, in addition to the gas pressure generated by the thermal decomposition of the fluororesin, carbon monoxide generated when the carbon inhibitor and carbon react with each other contributed to the pressure improvement.
  • Comparative Example 1 a significant decrease in the insulation performance after the test was observed. Since the carbon inhibitor was not added to Comparative Example 1, it is considered that carbon generated in the thermal decomposition process of the fluororesin was deposited on the surface of the insulating nozzle 15 and the insulating property was deteriorated. In Comparative Example 2 and Comparative Example 3, a significant decrease in insulation performance was observed after the test. Moreover, in each case, a decrease in the generated pressure was observed as compared with Comparative Example 1.
  • the carbon inhibitor added to Comparative Example 2 uses beryllium oxide containing beryllium having a first ionization energy of more than 801 kJ / mol as a constituent atom, and has low reactivity with carbon, so that carbon monoxide is generated.
  • titanium oxide containing titanium having a first ionization energy of 659 kJ / mol as a constituent atom is used as the carbon inhibitor added to Comparative Example 3. Since this titanium oxide does not react with carbon, it is considered that the precipitation of carbon generated in the thermal decomposition process of the fluororesin could not be suppressed.
  • the fluororesin When an arc is generated, the fluororesin is decomposed and conductive carbon is generated. The generated carbon is deposited on the surface of the insulating nozzle 15 and deteriorates the insulating performance of the insulating nozzle 15.
  • the fluororesin mixture forming the insulating nozzle 15 contains at least one atom having a first ionization energy of 801 kJ / mol or less, and the fluororesin is decomposed by the heat of the arc generated when the conduction current is cut off. It contains a carbon inhibitor that reacts with the carbon generated by this.
  • the carbon inhibitor reacts with the carbon generated from the fluororesin to become a highly insulating carbide due to the heat of the arc, so that the carbon generated from the fluororesin is suppressed from being deposited on the surface of the insulating nozzle 15. Therefore, it is possible to suppress a decrease in the insulating performance of the insulating nozzle 15.
  • the insulating nozzle 15 contains a fluororesin and at least one atom having a first ionization energy of 801 kJ / mol or less, and carbon generated by the decomposition of the fluororesin by the heat of the arc generated when the conduction current is cut off. It is formed from a fluororesin mixture containing a reacting carbon inhibitor and in which the carbon inhibitor is dispersed in the fluororesin.
  • the carbon inhibitor reacts with carbon to generate carbon monoxide, and the fluororesin thermally decomposes to increase the blowing pressure of the generated gas, so that the arc can be extinguished efficiently. Therefore, the arc extinguishing performance of the gas circuit breaker can be improved.
  • the insulating nozzle 15 was formed from a fluororesin mixture composed of a fluororesin and a carbon inhibitor.
  • an insulating gas flow guide may be provided between the movable arc portion and the insulating nozzle, and a fluororesin mixture may be provided in the flow guide.
  • the flow guide may be a fluororesin mixture.
  • only a part of the insulating nozzle 15 may be a fluororesin mixture.
  • 1 arc extinguishing device 2a first conductor, 2b second conductor, 3a bushing, 3b bushing, 4 actuating mechanism, 5 drive device, 6 transmission device, 7 coupling device, 8 insulation support, 9 housing, 9a first opening Part, 9b second opening, 10 sliding member, 11 movable energizing contact, 12 fixed energizing contact, 13 movable arc contact, 13a vent, 13b annular convex part, 14 fixed arc contact, 15 insulating nozzle, 15a annular convex part, 16 puffer cylinder, 16a opening, 17 operation rod, 18 piston, 18a sliding hole, 19a thermal puffer chamber, 19b mechanical puffer chamber, 20 arc, 21 space, 23 check valve, 24 partition wall, 25 piston Cylinder, 27 annular gap, 30 movable parts.

Abstract

本開示に係る絶縁ノズルは、ガス遮断器の消弧装置に用いられる絶縁ノズルであって、フッ素樹脂と、遮断時に発生するアークによりフッ素樹脂から発生する炭素と反応する炭素抑制剤とを含むフッ素樹脂混合物とを含んでいる。この炭素抑制剤は、第一イオン化エネルギーが８０１ｋＪ／ｍｏｌ以下の原子を含む、少なくとも１種の化合物であり、炭素抑制剤は、フッ素樹脂中に分散していることを特徴とする。本開示によれば、上記構成とすることで、消弧性能を向上させると共に絶縁性能の低下を抑制できる。

Description

絶縁ノズル及びこれを用いたガス遮断器
　本開示は、電流の遮断時に発生するアークに絶縁ガスを吹き付けてアークを消滅させるガス遮断器に用いる絶縁ノズル及びガス遮断器に関する。
　電気設備では、電流の遮断装置としてガス遮断器が用いられている。ガス遮断器は、通電電流の遮断時において、可動接点と固定接点との間に発生するアークに絶縁ガスを吹き付けてアークを消滅させる。絶縁ガスを強力に吹き付けるための工夫として、アークの熱を利用して吹き付ける絶縁ガスの圧力を高める熱パッファ室、あるいは機械的に吹き付ける絶縁ガスの圧力を高める機械パッファ室を備える構造のガス遮断器がある。これらの構造のガス遮断器は、絶縁ガスの圧力を高めて、絶縁ノズルからアークに絶縁ガスを吹き付ける。絶縁ガスを吹き付けることにより、可動接点と固定接点との間の熱を外部に排出して効率的にアークを消弧できる。
　絶縁ガスをアークに吹き付ける絶縁ノズルには、耐熱性が優れたフッ素樹脂で形成されたものがある。しかし、フッ素樹脂製の絶縁ノズルがアークに晒されると、アーク光がフッ素樹脂の内部にも侵入し、フッ素樹脂の表面のみならず内部も分解する。そのため、フッ素樹脂に含まれている炭素が分離する。分離した炭素は絶縁ノズルの表面に析出し、絶縁ノズルの表面の絶縁性能を低下させる。それを防ぐため、絶縁ノズルを形成する樹脂に、酸化チタンを添加した絶縁ノズルが開示されている。添加された酸化チタンは、アーク光を反射することで絶縁ノズルの内部の分解を抑制して、発生する炭素量を減らす。それにより、炭素が表面に析出することを抑制し、絶縁性能の低下を抑えている。
特開昭５７－２１０５０７号公報
　しかしながら、上記の従来技術では、酸化チタンが絶縁ノズルの表面の分解を抑制するため、絶縁ノズルを形成するフッ素樹脂からの発生ガスが減少する。このため、絶縁ガスが吹き出すための圧力が減少し、消弧性能が低下するという課題があった。そのため、消弧性能の向上と、絶縁ノズルの絶縁性能の低下の抑制との両立が困難であった。
　本開示は、上記課題を解決するためになされたものである。具体的には、消弧性能を向上させると共に絶縁性能の低下を抑制できる絶縁ノズル及びこれを用いたガス遮断器を提供することにある。
　本開示のガス遮断器の消弧装置に用いられる絶縁ノズルは、構成材料として、フッ素樹脂と、遮断時に発生するアークによりフッ素樹脂から発生する炭素と反応する炭素抑制剤とを含むフッ素樹脂混合物とを含んでいる。この炭素抑制剤は第一イオン化エネルギーが８０１ｋＪ／ｍｏｌ以下の原子を少なくとも１種含む化合物であり、かつ、フッ素樹脂中に分散していることを特徴とする。
　本開示による絶縁ノズルは、上記構成とすることにより、消弧性能を向上させると共に絶縁性能の低下を抑制できる。
本開示の実施の形態１によるガス遮断器において、筐体を断面としたガス遮断器の側面図である。 ガス遮断器の要部における開極時前半を示す断面図である。 ガス遮断器の要部における開極時後半を示す断面図である。 本開示の実施の形態１によるガス遮断器の実験結果を示す図である。
　実施の形態１．
　図１は、本開示を実施するための実施の形態１によるガス遮断器の側面図である。図１では、ガス遮断器の内部構造がわかるように、筐体９は断面により示されている。
　本実施の形態のガス遮断器は、電流を導通又は遮断する消弧装置１、消弧装置１にそれぞれ接続されている第一導体２ａ及び第二導体２ｂ、消弧装置１に連結されており、駆動力を発生する作動機構４、消弧装置１を内部に収容している筐体９、筐体９の内部において消弧装置１を支持している絶縁支持体８、及び筐体９に設けられている摺動部材１０を備えている。また、筐体９の内部には、絶縁ガスが充填されている。絶縁ガスは、消弧装置１にも充填されている。
　第一導体２ａ及び第二導体２ｂの各々の一端部は、消弧装置１に接続されている。また、第一導体２ａ及び第二導体２ｂの他端部は、図示されていない他の機器類にそれぞれ接続されている。
　作動機構４は、駆動装置５、伝達装置６、及び連結装置７を有している。作動機構４は、駆動力を発生し消弧装置１に駆動力を伝達して、消弧装置１を駆動する。
　駆動装置５は、ばねを含んだばね機構である。駆動装置５は、ばねの付勢力を駆動力として利用する装置である。駆動装置５は、ばねを保持する保持装置、及びばねの付勢力の蓄積状態と解放状態とを切り替える切替装置を有している。駆動装置５の他の形態として、油圧ポンプを含んだ油圧機構、又はモータを含んだ電動機構でもよい。
　伝達装置６は、Ｖ字形状に形成されたリンク部材である。伝達装置６は、中央の折れ曲り部で回動自在に支持されている。伝達装置６の一端部は、駆動装置５に連結されている。また、伝達装置６の他端部は、連結装置７に連結されている。伝達装置６は、駆動装置５によって発生した駆動力を連結装置７に伝達する。
　連結装置７は、棒状のリンク部材である。連結装置７の一端部には、伝達装置６の他端部が連結されている。これにより、伝達装置６から連結装置７へ駆動力が伝達される。連結装置７の他端部には、消弧装置１に連結され、連結装置７から消弧装置１へ駆動力が伝達される。
　筐体９は、複数の壁を含んで構成されている。消弧装置１は、筐体９の内部において、複数の絶縁支持体８により支持されている。筐体９は、一の壁に第一開口部９ａ及び第二開口部９ｂを有している。第一開口部９ａ及び第二開口部９ｂは、筐体９の内部の絶縁ガスが漏れないように、ブッシング３ａ、及びブッシング３ｂにそれぞれ接続されている。第一開口部９ａ及びブッシング３ａには、第一導体２ａが通っている。また、第二開口部９ｂ、及びブッシング３ｂには、第二導体２ｂが通っている。
　また、筐体９の作動機構４と接する側の他の壁には、筒状の摺動部材１０が設けられている。摺動部材１０の内部には連結装置７が貫通している。摺動部材１０の内周面には、Ｏリングが設けられており、連結装置７はＯリングを貫通している。Ｏリングにより筐体９の内部の絶縁ガスが漏れないよう気密を保ちながら、連結装置７が摺動部材１０の内部を摺動できるようになっている。
　筐体９に充填されている絶縁ガスには、六フッ化硫黄（ＳＦ６）、二酸化炭素（ＣＯ２）、ヨウ化トリフルオロメタン（ＣＦ３Ｉ）、窒素（Ｎ２）、酸素（Ｏ２）、４フッ化メタン（ＣＦ４）、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）あるいは、これらの少なくも２つを混合したものが用いられる。充填ガスには、絶縁性及び熱伝導性がともに高い六フッ化硫黄（ＳＦ６）が好ましい。六フッ化硫黄（ＳＦ６）は単体で用いられるか、二酸化炭素（ＣＯ２）、又は窒素（Ｎ２）との混合物で用いられる。
　図２及び図３は、ガス遮断器における要部を示す断面図である。図２は、ガス遮断器の開極時の前半の状態を示している。図３は、図２と同じ部位における開極時の後半の状態を示している。
　消弧装置１は、固定通電接触子１２及び固定アーク接触子１４を有している。固定通電接触子１２及び固定アーク接触子１４は、導電性材料で一体的に形成されており、図示しない方法で筐体９に固定されている。
　固定通電接触子１２は、一端部が開口された有底円筒部材である。有底円筒部材の開口部の内面には、全周において突条が設けられている。固定アーク接触子１４は、固定通電接触子１２の内側に配置された棒状部材である。固定アーク接触子１４の一端部は、固定通電接触子１２の底部の中央に固定されている。
　消弧装置１は、さらに、操作ロッド１７、可動アーク接触子１３、隔壁２４、パッファシリンダ１６、可動通電接触子１１、絶縁ノズル１５、及びピストンシリンダ２５を有している。これらの部材は、可動部３０を構成している。また、ピストン１８は、図示しない方法で筐体９に固定されている。
　操作ロッド１７は、導電性材料からなる棒状部材である。操作ロッド１７の一端部は、連結装置７に固定されている。操作ロッド１７は、連結装置７から駆動力を伝達される。　
　可動アーク接触子１３は、両端部が開口しており、内部に空間２１がある中空の筒状部材である。可動アーク接触子１３は、導電性材料からなっている。可動アーク接触子１３の一端部の端面は、操作ロッド１７の他端部の端面に固定されている。可動アーク接触子１３の他端部の内側には、全周にわたって環状凸部１３ｂが形成されている。可動アーク接触子１３の環状凸部１３ｂは、消弧装置１の閉極時に固定アーク接触子１４と接触する。可動アーク接触子１３の一端部には、通気口１３ａが設けられている。閉極移行時、及び開極移行時には、可動アーク接触子１３が固定アーク接触子１４に対して、環状凸部１３ｂと固定アーク接触子１４とで接触しながら移動する。その際、空間２１の体積変化に応じて、絶縁ガスが通気口１３ａから出入りする。
　隔壁２４は円板状部材である。隔壁２４は、中央に設けられた貫通穴に操作ロッド１７の他端部の外周面が貫通されている。隔壁２４と、操作ロッド１７とは固定されている。また、隔壁２４には、複数の逆止弁２３が設けられている。複数の逆止弁２３は、機械パッファ室１９ｂから熱パッファ室１９ａへの一方向の絶縁ガスの流れを許容する。
　パッファシリンダ１６は、一端部が開口されている中空の有底円筒部材である。円筒部材の開口部には、隔壁２４が嵌められ固定されている。円筒部材の底部の中央には、円形の開口１６ａが設けられている。開口１６ａには、開口１６ａの内径より小さい外径の可動アーク接触子１３が差し込まれて配置されている。パッファシリンダ１６、及び隔壁２４は、熱パッファ室１９ａを形成している。
　可動通電接触子１１は、内径が一定に形成されている中空の筒状部材である。可動通電接触子１１には、大径部と小径部とが形成されている。可動通電接触子１１の内径は、パッファシリンダ１６の開口１６ａの内径より大きくなっている。可動通電接触子１１の大径部の端面は、パッファシリンダ１６の底部に同軸に固定されている。可動通電接触子１１の小径部の外周面は、閉極時に固定通電接触子１２の突条と接触する。可動通電接触子１１は、導電性材料から形成されている。
　絶縁ノズル１５は、外径が一定に形成された中空の円筒部材である。絶縁ノズル１５は、可動通電接触子１１の内周面に嵌合されている。絶縁ノズル１５の一端部の端面は、パッファシリンダ１６の底部に、同軸に固定されている。絶縁ノズル１５の他端部の内周面には、内周面の全周において径方向内側に張り出している環状凸部１５ａが、円筒部材と一体に形成されている。環状凸部１５ａの一端部側の内径は、一定である。環状凸部１５ａの他端側の内径は、他端部の先端に向かって、一端部側の内径から徐々に大きくなるテーパ状に形成されている。絶縁ノズル１５の内径及びパッファシリンダ１６の開口１６ａの内径は、同じである。すなわち、パッファシリンダ１６の底部に固定された絶縁ノズル１５の内周面と、パッファシリンダ１６の開口１６ａの内周面とは、同一面に構成されている。
　絶縁ノズル１５は、可動アーク接触子１３の先端側である他端側の半分を囲っている。可動アーク接触子１３の他端部の外周面と、絶縁ノズル１５の一端部の内周面との間には、環状隙間２７が形成されている。この環状隙間２７は、消弧装置１の開極作動の進捗に応じて絶縁ガスが流れる流路となる。この環状隙間２７において、消弧装置１の開極作動の前半では、図２において破線矢印Ｘで示されているように、可動アーク接触子１３の他端部から熱パッファ室１９ａに向かって、絶縁ガスが流れ込む。また、消弧装置１の開極作動の後半では、図３において破線矢印Ｙで示されているように、熱パッファ室１９ａから可動アーク接触子１３の他端部方向へ絶縁ガスが吹き出す。
　絶縁ノズル１５は、構成材料として、耐熱性に優れるフッ素樹脂と、炭素抑制剤とを含むフッ素樹脂混合物から形成されている。絶縁ノズル１５を形成するフッ素樹脂には、四フッ化エチレン樹脂が用いられる。上記以外のフッ素樹脂として、四フッ化エチレンと六フッ化プロピレンとの共重合樹脂、又は四フッ化エチレンパーフルオロアルキルエーテル共重合樹脂の何れか１つを用いてもよい。
 アーク発生時には、フッ素樹脂が分解されて導電性の炭素が発生する。発生した炭素は、絶縁ノズル１５の表面に析出して、絶縁ノズル１５の絶縁性能を低下させてしまう。そこで、本開示の絶縁ノズル１５を形成するフッ素樹脂混合物には、アークの熱でフッ素樹脂が分解されることにより発生する炭素と反応して絶縁性のある炭化物を生成することができる炭素抑制剤を用いることにより、絶縁性能の低下を防ぐことができる。また、この炭素抑制剤は炭素と反応することにより、一酸化炭素を生成し、フッ素樹脂が熱分解して発生するガスの吹き出し圧力を高めるため、効率的に消弧できる。このような炭素抑制剤として、本発明者らは、数多くある化学物質のうち、アークの熱でフッ素樹脂が分解されることにより発生する炭素と反応する化合物を探索する中で最適な物質を見出した。具体的には、フッ素樹脂に配合する炭素抑制剤として、三酸化二ホウ素、あるいは酸化カルシウムの少なくともいずれか１つが最適であることを今回新たに見出した。
 即ち、炭素抑制剤と炭素が反応する機構は、導通電流の遮断時に発生するアークの熱による炭化物生成反応を利用している。炭素抑制剤は、例えば以下のような反応式に基づいて炭素と反応する。反応により生成する一酸化炭素は、フッ素樹脂が熱分解して発生するガスの吹き出し圧力を高め、消弧性能を向上させることができる。
　２Ｂ２Ｏ３＋７Ｃ→Ｂ４Ｃ＋６ＣＯ
　ＣａＯ＋３Ｃ→ＣａＣ２＋ＣＯ

　これらの炭素抑制剤に共通する性質は、第一イオン化エネルギーが８０１ｋＪ／ｍｏｌ以下の原子（ホウ素，カルシウム）を少なくとも１種含み、導通電流の遮断時に発生するアークの熱でフッ素樹脂が分解されることにより発生する炭素と反応して絶縁性のある炭化物が生成されることである。また、これらの炭素抑制剤は炭素と反応することにより、一酸化炭素を生成するというものである。
 第一イオン化エネルギーとは、基底状態にある原子から１個の電子を取り除き１価の陽イオンにするために必要なエネルギーである。単位は、１モル当たりの原子に対して必要なエネルギーとして「ｋＪ／ｍｏｌ」で表される。このイオン化エネルギーは電子を引き付ける力の指標であり、これが８０１ｋＪ／ｍｏｌ以下の原子の場合には電子を放出しやすく、他の原子との反応性が高くなる。そのため、より多くの炭素と反応し、その析出を抑えることができる。第一イオン化エネルギーが８０１ｋＪ／ｍｏｌ以下の原子とは、具体的にはホウ素、カルシウムの何れかを指す。
 本開示の絶縁ノズル１５を形成するフッ素樹脂混合物には、第一イオン化エネルギーが８０１ｋＪ／ｍｏｌ以下の原子を少なくとも１種含み、導通電流の遮断時に発生するアークの熱でフッ素樹脂が分解されることにより発生する炭素と反応する炭素抑制剤が含まれている。したがって、炭素抑制剤が、アークの熱により、フッ素樹脂から発生する炭素と反応して絶縁性の高い炭化物となることで、フッ素樹脂から発生する炭素が絶縁ノズル１５の表面に析出することが抑制され、絶縁ノズル１５の絶縁性能の低下を抑制することができる。さらに、炭素抑制剤は炭素と反応することにより、一酸化炭素を生成し、フッ素樹脂が熱分解して発生するガスの吹き出し圧力を高めるため、効率的に消弧できる。したがって、ガス遮断器の消弧性能を向上できる。
  炭素抑制剤は、第一イオン化エネルギーが８０１ｋＪ／ｍｏｌ以下の原子を少なくとも１種含み、導通電流の遮断時に発生するアークの熱でフッ素樹脂が分解されることにより発生する炭素と反応する化合物として、消弧性能の観点から酸素原子を含んだ無機酸化物が好ましい。これは、含まれる酸素原子が炭素と反応し、一酸化炭素や二酸化炭素を生成するためである。生成した気体成分は、フッ素樹脂が熱分解して発生するガスによる高い吹き出し圧力を高め、消弧性能を向上することができる。
　炭素抑制剤は、フッ素樹脂中に分散している。これにより、絶縁ノズル１５の表面に析出する炭素の近くに、炭素抑制剤が存在するため、効率良く反応させることができる。
　炭素抑制剤の添加量は、フッ素樹脂混合物に対し０．５重量％以上５０重量％未満であることが望ましい。炭素抑制剤の添加量は、０．５重量％以上であると、析出した炭素と十分に反応することができる。また、５０重量％未満であれば、フッ素樹脂混合物に混合されているフッ素樹脂から十分な量のガス発生が得られ、絶縁ノズル１５の機械的強度も得られる。
　本開示の絶縁ノズル１５を形成するフッ素樹脂混合物には、開示の効果を損なわない範囲で、消耗抑制剤を添加しても良い。消耗抑制剤は白色無機微粒子である。具体的には、酸化チタン、窒化ホウ素、アルミナ、及びシリカであり、これらの何れかを添加する。消耗抑制剤は、アーク光が絶縁ノズル１５の内部に侵入することを妨げ、絶縁ノズル１５の過剰な消耗を防ぐ。消耗抑制剤の配合量の目安は、１０重量％以下である。
　ピストンシリンダ２５は、中空の円筒部材である。ピストンシリンダ２５の内径及び外径は、同じく円筒形状であるパッファシリンダ１６の内径及び外径とそれぞれ同じである。ピストンシリンダ２５の端部は、パッファシリンダ１６の開口側の端部に接続されている。したがって、ピストンシリンダ２５とパッファシリンダ１６とは、外周面同士及び内周面同士が同一面として、つながって接続されている。
　ピストンシリンダ２５の内部には、ピストンシリンダ２５の内径と等しい寸法の外径のピストン１８が摺動自在に嵌合されている。ピストン１８は、図示しない方法で筐体９に固定されている。ピストン１８の中央部には、操作ロッド１７が貫通する摺動穴１８ａが設けられている。このような構成により、操作ロッド１７とピストンシリンダ２５が、摺動自在に往復動する。ピストンシリンダ２５、ピストン１８、及び隔壁２４は、機械パッファ室１９ｂを形成している。
　以下に消弧装置１の作動を説明する。図示されていない消弧装置１の閉極時には、可動部３０は、固定通電接触子１２及び固定アーク接触子１４に接近した位置にある。この位置では、固定アーク接触子１４は、絶縁ノズル１５の環状凸部１５ａの内側に収容されている。可動通電接触子１１の小径部の外径面は、固定通電接触子１２に接触している。また、固定アーク接触子１４の先端部は、可動アーク接触子１３の環状凸部１３ｂに当接している。駆動装置５は駆動力を出力していない。この状態では、固定通電接触子１２と可動通電接触子１１との間で電流が流れている。アーク２０は発生していないため、熱パッファ室１９ａは常圧である。また、駆動力が隔壁２４に伝えられていないため、機械パッファ室１９ｂも常圧である。
　図２は、消弧装置１の開極作動の前期における消弧装置１の要部の断面図である。消弧装置１が開極し始めると、駆動装置５に駆動された連結装置７により可動部３０が引っ張られ、可動アーク接触子１３の環状凸部１３ｂは、固定アーク接触子１４から離れる。それに伴い、環状凸部１３ｂと固定アーク接触子１４との間にアーク２０が発生する。アーク２０は高温であるため、アーク２０に加熱された絶縁ガスが高温になる。また、アーク２０に晒された絶縁ノズル１５のフッ素樹脂が分解して、高温のガスが発生する。そうすると、図中に破線矢印Ｘで示すように、高温の絶縁ガスと発生した高温ガスとは、絶縁ノズル１５と可動アーク接触子１３とで形成される環状隙間２７を通って熱パッファ室１９ａ内に流れ込む。流れ込んだ高温ガスによって圧力が高められると熱パッファ室１９ａ内の絶縁ガスは、絶縁ノズル１５に向けて吹き出る。
　絶縁ノズル１５のフッ素樹脂が分解する時には、絶縁ガスの発生の他にフッ素樹脂中の炭素が析出する。析出した炭素は、アーク２０からの熱により、絶縁ノズル１５に分散している炭素抑制剤と速やかに反応し、絶縁性の炭化物と一酸化炭素となる。可動アーク接触子１３が図中で右方向へ移動するのに伴い、可動部３０と共に、隔壁２４、及びピストンシリンダ２５も移動する。しかし、開極作動の前期では、移動量がわずかのため、機械パッファ室１９ｂの体積はあまり変わらず、機械パッファ室１９ｂの圧力の上昇もわずかである。したがって、絶縁ガスが機械パッファ室１９ｂから吹き出さない。
　図３は、消弧装置１の開極作動の後期における図２と同じ部位の断面図である。
　消弧装置１の開極作動の後期では、可動部３０が移動して、環状凸部１３ｂが固定アーク接触子１４からさらに離れた位置に移動する。アーク２０は、環状凸部１３ｂが固定アーク接触子１４から離れるにつれて伸び、徐々に細くなる。可動アーク接触子１３が図中で右方向に移動する際に、可動部３０と共に隔壁２４、及びピストンシリンダ２５も移動するが、ピストン１８は筐体９に固定されており移動しない。したがって、隔壁２４、ピストンシリンダ２５及びピストン１８で形成されている機械パッファ室１９ｂは、開極作動開始時より体積が減少する。そのため、機械パッファ室１９ｂ内の圧力は高まり、機械パッファ室１９ｂ内の絶縁ガスは押し出される。機械パッファ室１９ｂ内の絶縁ガスは、図中に破線矢印Ｙで示すように、逆止弁２３、熱パッファ室１９ａ、及び環状隙間２７を通って、ノズル開口部、すなわち絶縁ノズル１５のテーパ状に広がった環状凸部１５ａに向けて押し出される。
　このようにして、アーク２０に絶縁ガスを吹き付けて可動アーク接触子１３と固定アーク接触子１４との間の熱を、効率的に外部に排出しながらアークを消弧する。同時に、可動通電接触子１１と固定通電接触子１２とを、可動通電接触子１１と固定通電接触子１２との間にかかる再起電圧でアークが発生することがない十分な距離まで引き離すことで完全な絶縁状態にして、電流の遮断が完了する。
　以下、本開示の実施例をあげて説明する。なお、本開示はこれらの実施例に限定されるものではない。
　上記に示した実施の形態１に基づき、絶縁ノズル１５の実施例１～３を作製した。具体的には、フッ素樹脂混合物に用いるフッ素樹脂は、四フッ化エチレン樹脂を実施例１～３の全てに用いた。また、炭素抑制剤については、三酸化二ホウ素、及び酸化カルシウムを個別に用いて、それぞれ実施例１、及び実施例２とした。実施例３は三酸化二ホウ素及び酸化カルシウムを両方とも用いた。フッ素樹脂と上記のそれぞれの炭素抑制剤とを混合して圧縮成形し、電気炉にて３８０℃で１０時間の加熱処理を行い、絶縁ノズル１５を得た。
　本開示の実施例１～３の他に、比較のため比較例１～３を作製した。比較例１は、炭素抑制剤を添加せず、四フッ化エチレン樹脂のみで絶縁ノズル１５を作製したものである。比較例２は、四フッ化エチレン樹脂に、炭素抑制剤として、第一イオン化エネルギーが８０１ｋＪ／ｍｏｌよりも大きいベリリウムを含む酸化ベリリウムを添加し、絶縁ノズル１５を作製した。比較例３は、四フッ化エチレン樹脂に、炭素と反応しない酸化チタンを添加し、絶縁ノズル１５を作製した。なお、実施例１～３と比較例１～３では、炭素抑制剤の添加の有無、及び添加した炭素抑制剤の種類が異なるのみで、圧縮成形及び加熱処理は、同じ方法、同じ条件とした。また、実施例１～３と比較例１～３には、炭素抑制剤以外の添加剤は添加していない。
　上記のように作製した実施例１～３及び比較例１～３を、同じ条件においてアーク曝露試験を行った。それぞれの絶縁ノズル１５について、試験装置の密閉チャンバ内にセットし、密閉チャンバ内を六フッ化硫黄で充填した。その状態で、定格電圧８４ｋＶ、通電電流実効値２０ｋＡを印加して、遮断時間１０～１５ｍｓで可動接点を移動させてアークを発生させ、１０回の遮断試験を実施した。
　上記アーク曝露試験中において、発生ガス圧力を圧力センサにより計測した。圧力センサには、ＰＣＢ　ＰＩＥＺＯＴＲＯＮＩＣＳ社製　電荷出力型圧力センサ　１１２Ａ０５を使用した。それぞれの実施例又は比較例ごとに、１０回の試験における各発生ガス圧力値の平均値を算出した。その後、それぞれの実施例及び比較例ごとにおける上記平均値の、比較例１における上記平均値に対する比を求めて発生圧力とした。また、アーク曝露試験に供する前後において、絶縁ノズル１５の表面の絶縁抵抗を測定し、アーク曝露による表面絶縁性能の変化を評価した。
　図４は、各実施例及び比較例のアーク曝露試験による結果を示している。なお図中において、絶縁抵抗が「＞１×１０１５」とは、測定器で測定できる最大値であることを意味する。
　実施例１～３では、炭素抑制剤を添加しない比較例１に対して、何れも発生圧力の増加が認められた。比較例１に対し、実施例１の発生圧力が一番高く１０８％であった。実施例２の発生圧力は１０３％、実施例３の発生圧力は１０６％であった。これは、フッ素樹脂の熱分解による発生ガス圧に加え、炭素抑制剤と炭素が反応した際に生成した一酸化炭素が圧力向上に寄与したためである。
　また、実施例１～３では、試験前後において絶縁性能に変化はなく、高い絶縁性能が維持されていた。これは、析出した導電性の炭素と炭素抑制剤が反応し、絶縁性の炭化物になったことで、絶縁ノズル１５の絶縁性低下を防いだものと考えられる。
　比較例１では、試験後の絶縁性能に大幅な低下が見られた。比較例１は炭素抑制剤を添加していないため、フッ素樹脂の熱分解過程で生成した炭素が絶縁ノズル１５の表面に析出して、絶縁性が低下したものと考えられる。比較例２及び比較例３では、試験後に絶縁性能の大幅な低下が見られた。また、いずれも比較例１に対し、発生圧力の低下が見られた。比較例２に添加された炭素抑制剤は、第一イオン化エネルギーが８０１ｋＪ／ｍｏｌよりも大きいベリリウムを構成原子に含む酸化ベリリウムを用いており、炭素との反応性が低いため、一酸化炭素の発生量が低下したためと考えられる。また、比較例３に添加された炭素抑制剤は、第一イオン化エネルギーが６５９ｋＪ／ｍｏｌのチタンを構成原子に含む酸化チタンを用いている。この酸化チタンは、炭素と反応しないため、フッ素樹脂の熱分解過程に発生した炭素の析出を抑制できなかったためと考えられる。
 アーク発生時には、フッ素樹脂が分解されて導電性の炭素が発生する。発生した炭素は、絶縁ノズル１５の表面に析出して、絶縁ノズル１５の絶縁性能を低下させてしまう。これに対し、絶縁ノズル１５を形成するフッ素樹脂混合物には、第一イオン化エネルギーが８０１ｋＪ／ｍｏｌ以下の原子を少なくとも１種含み、導通電流の遮断時に発生するアークの熱でフッ素樹脂が分解されることにより発生する炭素と反応する炭素抑制剤が含まれている。したがって、炭素抑制剤が、アークの熱により、フッ素樹脂から発生する炭素と反応して絶縁性の高い炭化物となることで、フッ素樹脂から発生する炭素が絶縁ノズル１５の表面に析出することが抑制され、絶縁ノズル１５の絶縁性能の低下を抑制することができる。
　また、絶縁ノズル１５はフッ素樹脂と、第一イオン化エネルギーが８０１ｋＪ／ｍｏｌ以下の原子を少なくとも１種含み、導通電流の遮断時に発生するアークの熱でフッ素樹脂が分解されることにより発生する炭素と反応する炭素抑制剤とを含み、炭素抑制剤がフッ素樹脂中に分散しているフッ素樹脂混合物から形成されている。それにより、アーク発生時において、炭素抑制剤は炭素と反応することにより、一酸化炭素を生成し、フッ素樹脂が熱分解して発生するガスの吹き出し圧力を高めるため、効率的に消弧できる。したがって、ガス遮断器の消弧性能を向上できる。
　なお、実施の形態１では、絶縁ノズル１５をフッ素樹脂と炭素抑制剤とからなるフッ素樹脂混合物から形成した。その他の実施例として、可動アーク部と絶縁ノズルとの間に絶縁ガスのフローガイドを設け、そのフローガイドにフッ素樹脂混合物を設けてもよい。また、そのフローガイドをフッ素樹脂混合物としてもよい。また、絶縁ノズル１５の一部のみをフッ素樹脂混合物としてもよい。
　本開示の実施の形態及び実施例は、単に例示であって本開示を何ら制限するものではない。本開示の範囲は、上記の実施例における説明ではなく、請求の範囲によって示される。また、本開示は、その開示の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
１　消弧装置、２ａ　第一導体、２ｂ　第二導体、３ａ　ブッシング、３ｂ　ブッシング、４　作動機構、５　駆動装置、６　伝達装置、７　連結装置、８　絶縁支持体、９　筐体、９ａ　第一開口部、９ｂ　第二開口部、１０　摺動部材、１１　可動通電接触子、１２　固定通電接触子、１３　可動アーク接触子、１３ａ　通気口、１３ｂ　環状凸部、１４　固定アーク接触子、１５　絶縁ノズル、１５ａ　環状凸部、１６　パッファシリンダ、１６ａ　開口、１７　操作ロッド、１８　ピストン、１８ａ　摺動穴、１９ａ　熱パッファ室、１９ｂ　機械パッファ室、２０　アーク、２１　空間、２３　逆止弁、２４　隔壁、２５　ピストンシリンダ、２７　環状隙間、３０　可動部。

Claims (7)

  1. 　ガス遮断器の消弧装置に用いられる絶縁ノズルであって、
      前記絶縁ノズルは、構成材料として、フッ素樹脂と、遮断時に発生するアークにより前記フッ素樹脂から発生する炭素と反応する炭素抑制剤とを含むフッ素樹脂混合物とを含み、
    　前記炭素抑制剤は、第一イオン化エネルギーが８０１ｋＪ／ｍｏｌ以下の原子を含む、少なくとも１種の化合物であり、
    　前記炭素抑制剤は、前記フッ素樹脂中に分散していることを特徴とする絶縁ノズル。
  2. 　前記第一イオン化エネルギーが８０１ｋＪ／ｍｏｌ以下の原子は、ホウ素、カルシウムの何れか１つであることを特徴とする請求項１記載の絶縁ノズル。
  3. 　前記炭素抑制剤を構成する化合物は、酸素原子を含んだ無機酸化物であることを特徴とする請求項１又は２に記載の絶縁ノズル。
  4. 　前記炭素抑制剤を構成する化合物は、三酸化二ホウ素、酸化カルシウムの少なくとも何れか１つである請求項１～３のいずれか一項に記載の絶縁ノズル。
  5.   前記炭素抑制剤の添加量は、前記フッ素樹脂混合物に対し０．５重量％以上５０重量％未満であることを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の絶縁ノズル。
  6. 　請求項１～５のいずれか一項に記載の前記絶縁ノズルを有するガス遮断器。
  7. 　前記消弧装置には絶縁ガスが充填されており、前記絶縁ガスが六フッ化硫黄である請求項６に記載のガス遮断器。
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