(57)【要約】      （修正有）【課題】絶縁スペーサを大形化又は形状を複雑化せずに、金属異物の付着に対して絶縁耐力の高い絶縁スペーサ及びガス絶縁開閉装置を提供することを目的とする。【解決手段】絶縁ガスが充填された接地タンク２と、接地タンク２の内部に設けられた高電圧導体１と、接地タンク２の内部で高電圧導体１を支持及び固定する絶縁スペーサ３０と、を備えるガス絶縁開閉装置の絶縁スペーサ３０において、絶縁スペーサ３０は、高電圧導体１に接続される導体３１と、導体３１を接地タンク２の内部で支持及び固定する絶縁構造体３２と、絶縁構造体３２の沿面に設けられた非線形抵抗層３３と、を有し、非線形抵抗層３３は、絶縁構造体３２の沿面において高電界となる部分に設けられていることを特徴とする絶縁スペーサ。【選択図】図２Ｂ
2018196280.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁ガスが充填された接地タンクと、前記接地タンクの内部に設けられた高電圧導体と、前記接地タンクの内部で前記高電圧導体を支持及び固定する絶縁スペーサと、を備えるガス絶縁開閉装置の前記絶縁スペーサにおいて、
前記絶縁スペーサは、前記高電圧導体に接続される導体と、前記導体を前記接地タンクの内部で支持及び固定する絶縁構造体と、前記絶縁構造体の沿面に設けられた非線形抵抗層と、を有し、
前記非線形抵抗層は、前記絶縁構造体の沿面において高電界となる部分に設けられていることを特徴とする絶縁スペーサ。
【請求項２】
請求項１記載の絶縁スペーサにおいて、
さらに、前記非線形抵抗層は、前記絶縁構造体の沿面において金属異物が運動する範囲を含むように設けられており、
前記範囲は、前記接地タンクの底面から前記金属異物の最大浮上高さまでを必須の範囲とし、さらに、前記最大浮上高さから前記非線形抵抗層の端部を起点とした絶縁破壊が発生しない高さまでの範囲を含むことを特徴とする絶縁スペーサ。
【請求項３】
請求項１記載の絶縁スペーサにおいて、
前記高電界となる部分は、前記絶縁構造体の沿面電界の最大値の７０％以上の電界値を有する部分であることを特徴とする絶縁スペーサ。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の絶縁スペーサにおいて、
前記非線形抵抗層の膜厚は、２０μｍ以上５ｍｍ以下であることを特徴とする絶縁スペーサ。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の絶縁スペーサにおいて、
前記非線形抵抗層は、エポキシ樹脂と、酸化亜鉛、炭化ケイ素又はこれらの混合物からなる充填材と、を含むことを特徴とする絶縁スペーサ。
【請求項６】
請求項５記載の絶縁スペーサにおいて、
前記非線形抵抗層に含まれる前記充填材の含有量が１質量％以上６０質量％以下であることを特徴とする絶縁スペーサ。
【請求項７】
請求項５記載の絶縁スペーサにおいて、
前記充填材の平均粒径が１０ｎｍ以上１００μｍ以下であることを特徴とする絶縁スペーサ。
【請求項８】
絶縁ガスが充填された接地タンクと、
前記接地タンクの内部に設けられた高電圧導体と、
前記接地タンクの内部で前記高電圧導体を支持及び固定する絶縁スペーサと、を備え、
前記絶縁スペーサは、前記高電圧導体に接続される導体と、前記導体を前記接地タンクの内部で支持及び固定する絶縁構造体と、前記絶縁構造体の沿面に設けられた非線形抵抗層と、を有し、
前記非線形抵抗層は、前記絶縁構造体の沿面において高電界となる部分に設けられていることを特徴とするガス絶縁開閉装置。
【請求項９】
さらに、前記非線形抵抗層は、前記絶縁構造体の沿面において金属異物が運動する範囲を含むように設けられており、
前記範囲は、前記接地タンクの底面から前記金属異物の最大浮上高さまでを必須の範囲とし、さらに、前記最大浮上高さから前記非線形抵抗層の端部を起点とした絶縁破壊が発生しない高さまでの範囲を含むことを特徴とする請求項８記載のガス絶縁開閉装置。
【請求項１０】
前記高電界となる部分は、前記絶縁構造体の沿面電界の最大値の７０％以上の電界値を有する部分であることを特徴とする請求項８記載のガス絶縁開閉装置。
【請求項１１】
前記非線形抵抗層の膜厚は、２０μｍ以上５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１項に記載のガス絶縁開閉装置。
【請求項１２】
前記非線形抵抗層は、エポキシ樹脂と、酸化亜鉛、炭化ケイ素又はこれらの混合物からなる充填材と、を含むことを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１項に記載のガス絶縁開閉装置。
【請求項１３】
前記非線形抵抗層に含まれる前記充填材の含有量が１質量％以上６０質量％以下であることを特徴とする請求項１２記載のガス絶縁開閉装置。
【請求項１４】
前記充填材の平均粒径が１０ｎｍ以上１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１２記載のガス絶縁開閉装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁スペーサ及びそれを用いたガス絶縁開閉装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高電圧大容量の電力系統を設備として有する高電圧発電所や変電所等の施設では、これらの設備の保護を目的として、ガス絶縁開閉装置が配置されている。近年、都市部の地下変電所への適用や経済性の向上が求められており、機器のコンパクト化が必要となっている。
【０００３】
ガス絶縁開閉装置は、遮断器、断路器、接地開閉器、計器用変流器及び計器用変圧器等の機器により構成されている。各機器の電気絶縁は、絶縁耐力が空気の約３倍高いＳＦ６ガスを封入した接地容器内に高電圧導体を配置した構造であり、高電圧導体は絶縁スペーサで支持・固定されている。
【０００４】
ガス絶縁開閉装置は、上述したように、ＳＦ６ガスを使用しているため絶縁信頼性の高い機器であるが、製造時に接地容器内に混入もしくは運転時に発生した金属異物によって絶縁耐力が著しく低下し、電力の安定供給に影響を及ぼす可能性がある。より具体的に説明すると、接地容器内に混入した金属異物は、ガス絶縁開閉装置の運転停止時は接地容器底面に静置しているが、運転時に発生する電界によって帯電し、接地容器の底面から浮上する方向に静電気力を受け、容器内を運動する。その際に、金属異物が絶縁スペーサの沿面に付着することがある。絶縁スペーサ沿面に金属異物が付着すると、スペーサ沿面と金属異物、ＳＦ６ガスからなる三重点近傍に電界が集中する。電界集中によって金属異物の先端から発生する部分放電がストリーマ放電へと転換し、高電圧導体もしくは接地容器に向けて絶縁スペーサの沿面を放電が進展し、絶縁破壊が発生する。
【０００５】
上記のように、絶縁スペーサ沿面に金属異物が付着すると放電に至る場合があり、機器の絶縁耐力が低下する。一般的に、金属異物の付着に対する絶縁性確保のために、絶縁スペーサは大形化し、沿面電界を低くしている。あるいは、沿面距離を伸ばし絶縁距離を得るため、コーン形等の複雑な形状となっている。
【０００６】
絶縁スペーサへの金属異物の付着を抑制する技術として、例えば特許文献１がある。特許文献１には、絶縁ガスを充填した接地タンク内にて、高電圧が印加される高電圧導体を、絶縁構造部材を用いて支持してなるガス絶縁開閉装置において、接地タンクと高電圧導体との間に、絶縁構造部材と一体に形成されたバリア構造部を有し、該バリア構造部は、高電圧導体と盤状の絶縁構造部材との接続部を囲むように高電圧導体と同心状かつ切れ目無く形成される筒状バリア構造部、または、柱状の絶縁構造部材と同心状かつ切れ目無く形成される円盤状バリア構造部であり、バリア構造部の沿面には、電界の上昇とともに表面抵抗が低下する非線形抵抗膜が形成されていることを特徴とするガス絶縁開閉装置が開示されている。
【０００７】
特許文献１では、高電圧導体を囲うように切れ目無く同心状に形成される筒状のバリア構造部を、絶縁スペーサと一体となるように形成している。高電圧導体を筒状のバリア構造部で囲うことで、高電界となる高電圧導体近傍への金属異物の付着を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１４−００７８８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述したように、従来のガス絶縁開閉装置では金属異物に対する絶縁性確保のために、絶縁スペーサを大形化し、沿面距離を伸ばすために形状を複雑化している。また、特許文献１のように、筒状のバリア構造部を絶縁スペーサと一体に形成して高電圧導体を囲うことで、高電界となる高電圧導体近傍への金属異物の付着を抑制している。このような絶縁スペーサの大形化や形状の複雑化が、ガス絶縁開閉装置や接続機器のコンパクト化やコスト低減の課題となっている。
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑み、絶縁スペーサを大形化又は形状を複雑化せずに、金属異物の付着に対して絶縁耐力の高い絶縁スペーサ及びガス絶縁開閉装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記目的を達成するため、絶縁ガスが充填された接地タンクと、接地タンクの内部に設けられた高電圧導体と、接地タンクの内部で高電圧導体を支持及び固定する絶縁スペーサと、を備えるガス絶縁開閉装置の絶縁スペーサにおいて、上記絶縁スペーサは、高電圧導体に接続される導体と、導体を接地タンクの内部で支持及び固定する絶縁構造体と、絶縁構造体の沿面に設けられた非線形抵抗層と、を有し、非線形抵抗層は、絶縁構造体の沿面において高電界となる部分に設けられていることを特徴とする絶縁スペーサを提供する。
【００１２】
また、本発明は、絶縁ガスが充填された接地タンクと、接地タンクの内部に設けられた高電圧導体と、接地タンクの内部で高電圧導体を支持及び固定する絶縁スペーサと、を備え、絶縁スペーサは、高電圧導体に接続される導体と、導体を接地タンクの内部で支持及び固定する絶縁構造体と、絶縁構造体の沿面に設けられた非線形抵抗層と、を有し、非線形抵抗層は、絶縁構造体の沿面において高電界となる部分に設けられていることを特徴とするガス絶縁開閉装置を提供する。
【００１３】
本発明のより具体的な構成は、特許請求の範囲に記載される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、絶縁スペーサを大形化又は形状を複雑化せずに、金属異物の付着に対して絶縁耐力の高い絶縁スペーサ及びガス絶縁開閉装置を提供することができる。
【００１５】
上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明のガス絶縁開閉装置の断面模式図である。
【図２Ａ】図１の絶縁スペーサ周辺を拡大する斜視図である。
【図２Ｂ】図１の絶縁スペーサ周辺を拡大する図である。
【図３】非線形抵抗材料の導電率と沿面電界の関係を示すグラフである。
【図４】絶縁スペーサに金属異物が付着した状態を示す図である。
【図５】高電圧導体に雷インパルスが印加されたときの三重点における電界と経過時間の関係を示すグラフである。
【図６】接地タンクの内部における金属異物の軌道を模式的に示す図である。
【図７】金属異物が接地タンクの底面から浮上し、再び底面に戻るまでの軌道を示したグラフである。
【図８】金属異物の浮上高さの数値解及び解析解を示すグラフである。
【図９】実施例２の絶縁スペーサ周辺を示す断面模式図と沿面電界の分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
［本発明の基本思想］
本発明者らは、上記目的を達成することができる絶縁スペーサの構成を検討するに当たり、まず絶縁スペーサの沿面において高電界となる範囲を特定し、その部分に非線形抵抗層を設ける構成とした。このような構成によれば、絶縁スペーサの沿面に設けた非線形抵抗層によって、絶縁スペーサの沿面に金属異物が付着したとしても絶縁耐力を十分に確保できる。さらに、従来のように絶縁耐力を向上するために絶縁スペーサを大形化又は形状を複雑化することが無いため、ガス絶縁開閉装置や接続機器のコンパクト化及びコスト低減を図ることができる。以下、図面を参照しつつ本発明を説明する。
【実施例１】
【００１８】
（１）ガス絶縁開閉装置及び絶縁スペーサの構成
図１は本発明のガス絶縁開閉装置の断面模式図である。図１に示すように、ガス絶縁開閉装置１００は、絶縁ガス（ＳＦ６ガス等）が充填された接地タンク２と、接地タンク２の内部に設けられた高電圧導体１と、接地タンク２の内部で高電圧導体１を支持及び固定する絶縁スペーサ（以下、単に「スペーサ」とも称する。）３０を備える。ガス絶縁開閉装置１００のその他の構成機器として、遮断器２０、断路器２１、接地開閉器２２、変流器２３、変圧器２４及び母線２５、２６等を有する。
【００１９】
高電圧導体１は、円筒形状の金属（アルミニウムや銅等）導体であり、接地タンク２は、円筒形状の金属容器である。高電圧導体１は、接地タンク２の内部で絶縁スペーサ３０によって支持・固定され、接地タンク２と絶縁されている。絶縁スペーサ３０は、接地タンク２の間に挟みこまれることで、接地タンク２の中心軸に直行するよう接地タンク２内に取り付けられている。
【００２０】
図１では、絶縁スペーサ３０としてコーン型のもの（コーンスペーサ）を図示しているが、これ以外にもディスク状のスペーサや柱状のポストスペーサ等、種々の形状がある。図２Ａ、図２Ｂ、図４及び図６では、図面をより見やすくするために、ディスク状のスペーサを例にして説明する。
【００２１】
図２Ａは図１の絶縁スペーサ周辺を拡大する斜視図であり、図２Ｂは図１の絶縁スペーサ周辺を拡大する図である。図２Ａ及び図２Ｂに示すように、絶縁スペーサ３０は、高電圧導体１に接続される導体（埋込導体）３１と、導体３１を接地タンク２に支持及び固定する絶縁構造体３２と、絶縁構造体３２の沿面に設けられた非線形抵抗層３３を有する。非線形抵抗層３３は、高電圧導体１との間に所定の距離を設けながら、高電圧導体１の外周を囲むようにして、絶縁構造体３２の両側の幅広面に設けられている。
【００２２】
非線形抵抗層３３は、非線形抵抗材料からなるものである。図３は非線形抵抗材料の導電率と沿面電界の関係を示すグラフである。図３の電界−導電率特性に示すように、非線形抵抗材料は、閾値となる電界値を超えると急激に導電率が高くなる材料である。具体的な材料については、後述する。
【００２３】
図４は絶縁スペーサに金属異物が付着した状態を示す図である。図４に示すように、接地タンク２の内部には、製造時に混入又は運転時に発生した金属異物６が絶縁スペーサ３０の沿面に付着することがある。このとき、金属異物６、絶縁スペーサ３０及びＳＦ６ガスから成る三重点Ｔが形成され、三重点Ｔ近傍では電界が集中する。絶縁スペーサ３０の沿面に非線形抵抗層３３がコーティングされていない場合、三重点Ｔ近傍における電界集中によって、金属異物６の先端から発生するストリーマ放電が絶縁スペーサ３０の沿面で進展し、高電圧導体１と接地タンク２の間で絶縁破壊が生じる。しかし、絶縁スペーサ３０の沿面に非線形抵抗層３３がコーティングされていると、三重点Ｔの近傍における電界集中が上昇するとともに三重点Ｔ近傍の非線形抵抗層３３の導電率が高くなり、電界の緩和効果が得られる。
【００２４】
非線形抵抗層３３は、導体３１と接触しないように（埋込導体３１との間に間隙を設けて）絶縁スペーサ３０の沿面に設けられていることが好ましい。絶縁スペーサ３０の沿面全面に非線形抵抗層３３をコーティングした場合、雷インパルス等の高電圧が印加された場合に沿面電界の上昇に伴って非線形抵抗層３３の導電率が増加し、高電圧導体１と接地タンク２が導通する可能性がある。その際、非線形抵抗層３３沿面に電流が流れることで、非線形抵抗層３３の熱容量を超過し、非線形抵抗層３３の破壊が生じる。その結果、地絡に至る可能性がある。しかし、導体３１との間に間隙を設けて絶縁スペーサ３０の沿面に非線形抵抗層３３を設けることで、非線形抵抗層３３を設けていない部分における絶縁性能が確保され、インパルス電圧よりも絶縁耐力が高くなり、絶縁スペーサ３０の沿面における絶縁破壊を防ぐことができる。
【００２５】
図５は、高電圧導体に雷インパルスが印加されたときの三重点における電界と経過時間の関係を示すグラフである。図５において、実線は絶縁スペーサ３０の沿面に非線形抵抗層３３を設けていない場合について計算した電界値であり、点線は、非線形抵抗層３３を設けた場合、すなわち、非線形抵抗層３３の沿面に図３に示す導電率―電界特性を与えて計算した電界値である。図５に示すように、非線形抵抗層３３を設けることで、三重点Ｔにおける電界が緩和され、金属異物６の付着に対して絶縁耐力を向上できることがわかる。
【００２６】
（２）絶縁スペーサの沿面における金属異物の運動範囲
次に、金属異物の運動範囲について説明する。図６は接地タンクの内部における金属異物の軌道を模式的に示す図である。金属異物６は、ガス絶縁開閉装置の停止時は接地タンク２の底面に静止している。ガス絶縁開閉装置の運転時に発生する電界によって帯電し、接地タンク２の底面から浮上する方向に静電気力を受ける。印加電圧の位相変化に応じて金属異物６はある高さまで浮上した後、接地タンク２の底面に戻り、再び静電気力によって浮上する。このように、金属異物６は接地タンク内において、接地タンク２と高電圧導体１の間を往復運動している。図６中、点線は金属異物６の運動の軌道の一例を示している。この往復運動の際に、金属異物６が絶縁スペーサ３０沿面に付着することがある。そこで、本発明は、金属異物６の運動範囲（浮上高さ）を計算し、絶縁構造体３２の沿面において金属異物が運動する範囲に非線形抵抗層３３を設ける。非線形抵抗層３３を設ける範囲は、接地タンク２の底面から金属異物６の最大浮上高さまでの範囲８を必須の範囲とする。
【００２７】
以下に、金属異物の最大浮上高さの計算について説明する。図７は金属異物の浮上高さと経過時間を示すグラフである。図７は金属異物６が接地タンク２の底面から浮上し、再び底面に戻るまでの軌道を示したグラフである。金属異物６は静電気力を受けて初速ｖ０で浮上し、その後は、図７に示すように重力による鉛直投げ上げの運動と静電気力による振動を重ね合わせた軌道を描く。金属異物６が接地タンク２の底面にｎ回衝突した時の運動方程式は、以下の式（１）で表される。
【００２８】
【数１】
2018196280.tif 000003
【００２９】
式（１）中、ｍ：金属異物の質量、Ｑｎ：ｎ回目の衝突のときに金属異物６が受け取る電荷量、Ｅｓｉｎ（ωｔ）：ｎ回目の衝突の瞬間における接地タンク２の底面における電界値、ｇ：重力加速度である。
【００３０】
ここで、ωは運転電圧の角周波数である。式（１）から、ｎ回衝突した時の金属異物６の浮上速度は、以下の式（２）で表される。
【００３１】
【数２】
2018196280.tif 000004
【００３２】
式（２）中、ｖｎ０：ｎ回衝突直後に金属異物６が接地タンク２の底面から浮上するときの初速度である。
【００３３】
金属異物６が接地タンク２の底面とｎ回衝突したあとの軌道の最大高さＨｍａｘは、鉛直投げ上げの式から、以下の式（３）に近似できる。
【００３４】
【数３】
2018196280.tif 000005
【００３５】
重力は金属異物６を接地タンク２の底面へ下降させる方向に働く。一方、静電気力は浮上方向と下降方向の両方向に働く。以降の計算では、過酷側の評価として静電気力は浮上方向のみに働くと考える。最初に浮上する瞬間における初速度ｖ０は、式（２）から、以下の式（４）となる。
【００３６】
【数４】
2018196280.tif 000006
【００３７】
式（４）を半周期分時間積分し平均することで、平均的な初速度＜ｖ０＞を求めることができ、以下の式（５）となる。
【００３８】
【数５】
2018196280.tif 000007
【００３９】
金属異物６を針状の金属であるとすると、接地タンク２の底面と衝突したときに帯電する電荷量Ｑは、以下の式（６）となる。
【００４０】
【数６】
2018196280.tif 000008
【００４１】
式（６）中、ε０：真空の誘電率、ｌ：針状異物の長さ、ｒ：針状異物の半径である。
【００４２】
また、ガス絶縁開閉装置の母線を無限に長い同軸円筒とし、高電圧導体１の外半径をＲ１、接地タンク２の内半径をＲ２、高電圧導体の電位をＶとすると、接地タンク２の底面における電界は、以下の式（７）となる。
【００４３】
【数７】
2018196280.tif 000009
【００４４】
よって、式（５）、（６）、（７）から、平均的な初速度＜ｖ０＞は、以下の式（８）となる。
【００４５】
【数８】
2018196280.tif 000010
【００４６】
式（８）中、ρ：金属異物６の密度（金属異物６の材質によって決まる。）である。
【００４７】
次に、ｎ回衝突後の初速度ｖｎ０を計算する。金属異物６と接地タンク２の底面の衝突は非弾性衝突であり、最初の浮上開始のときに受ける電界値と同じ電界値を一回目の衝突で受けるとすると、一回目の衝突後の初速度は、以下の式（９）となる。
【００４８】
【数９】
2018196280.tif 000011
【００４９】
式（９）中、ｅ：衝突係数（＜１）である。
【００５０】
同様の衝突を繰り返すとして計算すると、ｎ回目の衝突後の初速度ｖｎ０は、以下の式（１０）となる。
【００５１】
【数１０】
2018196280.tif 000012
【００５２】
衝突係数ｅは１より小さいことから、無限回衝突を繰り返したとしてもｖｎ０は２＜ｖ０＞以下となる。以上の尤度を考慮して金属異物の最大浮上高さＨｍａｘを解析的に求めると、以下の式（１１）となる。
【００５３】
【数１１】
2018196280.tif 000013
【００５４】
図８は金属異物６の浮上高さの数値解及び解析解を示すグラフである。図８において、数値解９は式（１）及び式（２）から求め計算結果であり解析解１０は式（１０）から求めた結果である。ここで、金属異物６の材質をアルミニウムとし、金属異物６の長さｌ＝３ｍｍ、金属異物６の半径ｒ＝０．１ｍｍ、高電圧導体１の外半径をＲ１＝１２０ｍｍ、接地タンク２の内半径をＲ２＝５００ｍｍ、高電圧導体１の印加電圧Ｖ＝５００ｋＶとし、周波数を５０Ｈｚで計算した。図８に示すように、数値解の浮上高さより、解析解の最大浮上高さＨｍａｘの方が高くなり、尤度が充分である。したがって、非線形抵抗層３３の式（１０）によって求められる値を、非線形抵抗層３３の、接地タンク２の底面からの最小の高さとする。
【００５５】
高電圧導体１との間に間隙を設けて非線形抵抗層３３を設けることから、高電界となる高電圧導体１側の非線形抵抗層３３の端部にて電界が集中する。ＳＦ６ガスの絶縁破壊電界は、以下の式（１２）で表すことができる。
【００５６】
【数１２】
2018196280.tif 000014
【００５７】
したがって、非線形抵抗層３３の端部で絶縁破壊が生じないように、上記式（１２）の値を、非線形抵抗層３３の、接地タンク２の底面からの最大の高さとする。
【００５８】
上述したように、金属異物の運動範囲及び非線形抵抗層３３の端部で絶縁破壊が生じないような非線形抵抗層３３の設置範囲は、接地タンク２の底面から高電圧導体１までの間にある。すなわち、接地タンク２の下半分の領域にある。本実施例では、絶縁スペーサ３０を含む接地タンク２をどのような向きで設置してもよいように、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、絶縁スペーサ３０の幅広面の全周囲に非線形抵抗層３３を設けている。
【００５９】
上述したように、本発明は、絶縁スペーサ３０の沿面において金属異物が運動する範囲を特定した上で非線形抵抗層３３を設けている。これは従来には無かった思想である。本発明の構成によれば、特許文献１のように筒状バリア構造部を設ける必要が無いため、絶縁スペーサを大形化又は形状を複雑化せずに、金属異物の付着に対して絶縁耐力の高い絶縁スペーサ及びガス絶縁開閉装置を提供することが可能となる。
【００６０】
（３）非線形抵抗層の構成
非線形抵抗層３３を構成する非線形抵抗材に特に限定は無く、従来用いられているものを適用することができる。例えば、樹脂に酸化亜鉛（ＺｎＯ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）又はこれらの混合物を充填材として添加した複合材料を用いることが好ましい。樹脂は、絶縁構造体３２を構成する樹脂材料（例えば、エポキシ樹脂）と同じ材料を用いることが好ましい。非線形抵抗層３３の樹脂を絶縁構造体３２と同じ材料とすることで、非線形抵抗層３３と絶縁構造体３２との熱膨張係数の差を低減し、両者の密着性を向上することができる。
【００６１】
充填材の非線形抵抗層３３に占める含有量は、１質量％以上６０質量％以下であることが好ましい。１質量％未満であると、非線形抵抗層３３による電界緩和効果が充分に発揮できない。また、６０質量％より多いと、非線形抵抗層３３における樹脂の割合が少なくなり、非線形抵抗層３３の塗布液の粘度が高くなり、製作性が著しく低下する。
【００６２】
非線形抵抗層３３の膜厚は、２０μｍ以上５ｍｍ以下であることが好ましい。膜厚が２０μｍ未満であると、電界緩和効果を充分に発揮できない。また、５ｍｍより大きいと、非線形抵抗層３３を塗布した後の乾燥時間に時間がかかり、生産性が低下する。
【００６３】
非線形抵抗層３３による電界緩和効果を充分に発揮するには、充填材の平均粒径も重要であり、充填材の平均粒径が１０ｎｍ以上１００μｍ以下であることが好ましい。平均粒径が１０ｎｍ未満であると、充填材が凝集して樹脂への分散性が低下し、均一な層を得られない結果、電界緩和効果を充分に発揮できない。また、１００μｍより大きいと、樹脂の割合が少なくなり、電界緩和効果が十分に発揮できない。
【００６４】
非線形抵抗層３３は、上述した樹脂中に充填材を混合した塗布液を作製し、この塗布液を絶縁構造体３２の沿面に塗布して乾燥することで得ることができる。
【実施例２】
【００６５】
図９は実施例２の絶縁スペーサ周辺を示す断面模式図と沿面電界の分布を示す図である。実施例１ではディスク状のスペーサを使用した場合について説明したが、本実施例ではコーンスペーサを使用した場合について説明する。コーンスペーサ３０´は、絶縁スペーサの沿面距離を伸ばして金属異物６に対する絶縁性を確保するために、その形状をコーン形にしたものである。コーンスペーサ３０´は、その形状に特有の電界分布を有する。すなわち、高電圧導体１の近傍よりも、コーンスペーサ３０´の沿面の一部が高電界となる。図９中の（ａ）及び（ｂ）に示すとおり、コーンスペーサ３０´の両側の幅広面において、それぞれ異なる沿面電界の分布を有している。そのため、本実施例では、図９に示すとおり両側の幅広面の沿面電界が高くなる箇所に非線形抵抗層３３´ａ、３３´ｂをコーティングする。これにより、沿面の絶縁弱点部分における絶縁耐力を向上することができ、コーンスペーサ３０´の絶縁性能を向上できる。
【００６６】
非線形抵抗層３３´ａ、３３´ｂは、沿面電界のピーク値（沿面電界の最大値）から７０％以上の電界を有する部分に設けることが好適である。このような電界値を有する部分に非線形抵抗層を設けることで、非線形抵抗層による電界緩和効果を十分に発揮することができる。
【００６７】
以上、説明したように、本発明によれば、絶縁スペーサを大形化又は形状を複雑化せずに、金属異物の付着に対して絶縁耐力の高い絶縁スペーサ及びガス絶縁開閉装置を提供することが示された。
【００６８】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００６９】
１…高電圧導体、２…接地タンク、３０、３０´…絶縁スペーサ、３１、３１´…導体、３２、３２´…絶縁構造体、３３、３３´ａ、３３´ｂ…非線形抵抗層、６…金属異物、Ｔ…金属異物、絶縁スペーサ及び絶縁ガスから成る三重点、８…非線形抵抗層高さ、２０…遮断器、９…金属異物の最大浮上高さの数値解、１０…金属異物の最大浮上高さの解析解、２１…断路器、２２…接地開閉器、２３…変流器、２４…変圧器、２５、２６…母線、１００…ガス絶縁開閉装置。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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