(57)【要約】  絶縁ガスが充填される容器と、容器の内部に配置され、所定の電圧が印加される高電圧導体（３）と、容器に対して高電圧導体（３）を絶縁支持する絶縁支持部材とを備える。高電圧導体（３）は第１誘電体膜（６）で覆われており、第１誘電体膜（６）は、容器の内部に表出している第１の主面（６Ａ）と、第１の主面（６Ａ）と反対側に位置し、高電圧導体（３）と接している第２の主面（６Ｂ）とを含み、第１誘電体膜（６）には第１の主面（６Ａ）から第２の主面（６Ｂ）まで達する貫通孔（６Ｈ）が形成されている。貫通孔（６Ｈ）の内周面には、少なくとも貫通孔（６Ｈ）の孔径がガス絶縁電気機器の使用状態における電子雪崩の径未満となるように第１被覆膜（７）が形成されている。
2016006137.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス絶縁電気機器であって、  絶縁ガスが充填される容器と、  前記容器の内部に配置され、所定の電圧が印加される高電圧導体と、  前記容器に対して前記高電圧導体を絶縁支持する絶縁支持部材とを備え、  前記高電圧導体は第１誘電体膜で覆われており、  前記第１誘電体膜は、前記容器の内部に表出している第１の主面と、前記第１の主面と反対側に位置し、前記高電圧導体と接している第２の主面とを含み、  前記第１誘電体膜には前記第１の主面から前記第２の主面まで達する第１貫通孔が形成されており、  前記第１貫通孔の内周面には、少なくとも前記第１貫通孔の孔径が前記ガス絶縁電気機器の使用状態における電子雪崩の径未満となるように第１被覆膜が形成されている、ガス絶縁電気機器。
【請求項２】
前記第１貫通孔は、前記第１被覆膜によって封孔されている、請求項１に記載のガス絶縁電気機器。
【請求項３】
前記高電圧導体の表面は凹凸部を含み、  前記凹凸部の凸部の頂部の位置は、前記第１誘電体膜の前記第１の主面よりも内側に位置する、請求項１または請求項２に記載のガス絶縁電気機器。
【請求項４】
前記高電圧導体の周囲に設けられ、前記高電圧導体の周囲の電界を緩和することができる第１電界緩和シールドをさらに備え、  前記第１電界緩和シールドにおいて、前記高電圧導体から離れる側に位置して前記容器の内部に表出している表面には第２誘電体膜が形成されており、  前記第２誘電体膜は、前記容器の内部に表出している第３の主面と、前記第３の主面と反対側に位置し、前記第１電界緩和シールドと接している第４の主面とを含み、  前記第２誘電体膜には前記第３の主面から前記第４の主面まで達する第２貫通孔が形成されており、  前記第２貫通孔の内周面には、少なくとも前記第２貫通孔の孔径が電子雪崩の径未満となるように第２被覆膜が形成されている、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のガス絶縁電気機器。
【請求項５】
前記高電圧導体は複数の導電部分を含み、  複数の前記導電部分と電気的に接続されている断路器をさらに備え、  前記断路器は、固定側電極と、前記固定側電極と離間している可動側電極と、前記可動側電極と接続されており前記固定側電極に対して離着可能に設けられている可動式導体とを含み、  前記可動式導体と前記固定側電極とを接続させたときの接続部において、前記容器の内部に表出する部分を囲うように設けられている第２電界緩和シールドと、  前記可動式導体と前記可動側電極との接続部において、前記容器の内部に表出する部分を囲うように設けられている第３電界緩和シールドとを含み、  前記第２電界緩和シールドおよび前記第３電界緩和シールドにおいて前記容器の内部に表出している表面上には、第３誘電体膜が形成されており、  前記第３誘電体膜は、前記容器の内部に表出している第５の主面と、前記第５の主面と反対側に位置し、前記第２電界緩和シールドまたは前記第３電界緩和シールドと接している第６の主面とを含み、  前記第３誘電体膜には前記第５の主面から前記第６の主面まで達する第３貫通孔が形成されており、  前記第３貫通孔の内周面には、少なくとも前記第３貫通孔の孔径が電子雪崩の径未満となるように第３被覆膜が形成されている、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のガス絶縁電気機器。
【請求項６】
前記高電圧導体を構成する材料はアルミニウムを含み、  前記第１誘電体膜を構成する材料はアルマイトを含み、  前記第１被覆膜を構成する材料は、酸化アルミニウム水和物を含む、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のガス絶縁電気機器。
【請求項７】
絶縁ガスが充填される容器と、前記容器の内部に配置され所定の電圧が印加される高電圧導体と、前記容器に対して前記高電圧導体を絶縁支持する絶縁支持部材とを準備する工程と、  前記高電圧導体を第１誘電体膜で覆う工程とを備え、  前記第１誘電体膜は、前記容器の内部に表出している第１の主面と、前記第１の主面と反対側に位置し、前記高電圧導体と接している第２の主面とを含み、  前記第１誘電体膜には前記第１の主面から前記第２の主面まで達する第１貫通孔が形成されており、  少なくとも前記第１貫通孔の孔径が電子雪崩の径未満となるように、前記第１貫通孔の内周面に第１被覆膜を形成する工程をさらに備える、ガス絶縁電気機器の製造方法。
【請求項８】
前記第１被覆膜を形成する工程では、前記第１貫通孔を前記第１被覆膜によって被覆する、請求項７に記載のガス絶縁電気機器の製造方法。
【請求項９】
前記第１被覆膜を形成する工程では、前記第１誘電体膜が形成されている前記高電圧導体に対して加圧蒸気雰囲気下で水和処理を行うことにより前記第１被覆膜を形成する、請求項７または請求項８に記載のガス絶縁電気機器の製造方法。
【請求項１０】
前記高電圧導体を構成する材料はアルミニウムを含み、  前記第１誘電体膜を構成する材料はアルマイトを含み、  前記第１被覆膜を構成する材料は、酸化アルミニウム水和物を含む、請求項７〜請求項９のいずれか１項に記載のガス絶縁電気機器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、ガス絶縁電気機器およびガス絶縁電気機器の製造方法に関し、特に高電圧が印加される導体の表面に放電を抑制するための誘電体膜が形成されているガス絶縁電気機器およびガス絶縁電気機器の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  ガス絶縁開閉装置は、断路器や遮断器などを収納する複数の容器を有し、それらの容器同士が連結された構造物が送電線に接続された構成となっている。上記の容器内には通常、高い電力が供給される導体部材が配置されている。容器内においては上記の高い電力が供給される導体部材が意図せず他の領域（特に容器）と導電することを抑制するために、容器内が絶縁性ガス（絶縁媒体）で充填されたり、導体部材が絶縁性の部材である絶縁支持部材（絶縁スペーサ）で容器内に支持されたりしている。このような構造により、ガス絶縁開閉装置の当該導体部材は外界の影響から守られるので、ガス絶縁開閉装置は信頼性、安全性が高くなり、かつ環境への負荷が低減される。【０００３】  ガス絶縁電気機器に一般的に用いられる上記絶縁性ガスとしては、六フッ化硫黄ガス（ＳＦ６ガス）、乾燥空気、窒素、炭酸ガス、フッ化炭素（ＣＦ４）、ヨードメタン（ＣＨＩ３）、フッ化エタン（Ｃ２Ｆ６）、フッ化プロパン（Ｃ３Ｆ８）等、あるいはこれらのガスを組み合わせた混合ガスなどが挙げられる。特に六フッ化硫黄ガスは空気の約３倍の絶縁耐力があることから、ガス絶縁電気機器において絶縁性ガスとして六フッ化硫黄ガスを用いることにより、絶縁性能や遮断性能を維持しながらも高圧部と接地電極間の距離を縮めることができ、ガス絶縁電気機器の小型化を可能としている。【０００４】  また、ガス絶縁電気機器では絶縁性能や遮断性能を高めるため、通常上記のような絶縁性ガスを大気圧以上に加圧して使用している。そのためガスを密閉し、かつ絶縁距離を均等に保つために上述した密閉容器となる円筒形状のタンクと同軸上にある同じく円筒形状した高電圧導体を採用している。【０００５】  ガス絶縁電気機器では、高電圧導体などの高電界部となる電極の面積が大きくなると、破壊電界が低下する電極面積効果が顕著になる。この現象はガス絶縁電気機器のようにある一定以上の高電界となる電界部が数１０００ｍｍ２〜数１０００００ｍｍ２以上の電極面積にわたって存在する場合に特に顕著に表れる。電極面積効果の影響を除外して、耐圧を上げるためには電極に対して電気的絶縁性を有する被膜（絶縁被膜）を形成することが一般的である。【０００６】  電極表面には一般的にμｍオーダーの凹凸が形成されているが、この電極表面上に絶縁被膜を形成することにより、凸部の頂部から発生する電界放出電子を抑制することができ、かつ凸部の頂部への電界集中を緩和することができる。この結果、電極近傍において放電の発生を抑制することができ、ガス絶縁電気機器の耐電圧は向上する。【０００７】  特開昭６２−１４１９０９号公報（特許文献１）には、高電圧導体が一般にアルミニウム製であることを利用して、高電圧導体を陽極酸化処理することにより形成された誘電体膜（アルマイト膜）を絶縁被膜として用いることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭６２−１４１９０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】  しかしながら、陽極酸化処理により形成された誘電体膜には貫通孔が形成されている。そのため、従来のガス絶縁電気機器では、貫通孔の内部において電極（高電圧導体）からの電子の放出を抑制できず、放電を十分に抑制することが困難であった。このため、絶縁信頼性の高いガス絶縁電気機器を得ることが困難であった。【００１０】  本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものである。本発明の主たる目的は、絶縁信頼性の高いガス絶縁電気機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】  本発明に係るガス絶縁電気機器は、絶縁ガスが充填される容器と、前記容器の内部に配置され、所定の電圧が印加される高電圧導体と、前記容器に対して前記高電圧導体を絶縁支持する絶縁支持部材とを備える。前記高電圧導体は第１誘電体膜で覆われており、前記第１誘電体膜は、前記容器の内部に表出している第１の主面と、前記第１の主面と反対側に位置し、前記高電圧導体と接している第２の主面とを含み、前記第１誘電体膜には前記第１の主面から前記第２の主面まで達する貫通孔が形成されている。前記貫通孔の内周面には、少なくとも前記貫通孔の孔径が前記ガス絶縁電気機器の使用状態における電子雪崩の径未満となるように第１被覆膜が形成されている。
【発明の効果】
【００１２】  本発明によれば、絶縁信頼性の高いガス絶縁電気機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施の形態１に係るガス絶縁電気機器を説明するための図である。
【図２】実施の形態１に係るガス絶縁電気機器において、第１誘電体膜と第１被覆膜とを説明するための図である。
【図３】実施の形態１に係るガス絶縁電気機器において、第２誘電体膜と第２被覆膜とを説明するための図である。
【図４】実施の形態１に係るガス絶縁電気機器の絶縁破壊電圧と、従来のガス絶縁電気機器の絶縁破壊電圧とを示すグラフである。
【図５】実施の形態１に係るガス絶縁電気機器の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図６】実施の形態２に係るガス絶縁電気機器において、第１誘電体膜と第１被覆膜とを説明するための図である。
【図７】従来のガス絶縁電気機器における絶縁被膜としてのアルマイト膜を説明するための図である。
【図８】実施の形態２に係るガス絶縁電気機器第２誘電体膜と第２被覆膜とを説明するための図である。
【図９】ガス絶縁電気機器の貫通孔の孔径に対する耐電圧性能を示すグラフである。
【図１０】実施の形態３に係るガス絶縁電気機器を説明するための図である。
【図１１】実施の形態３に係るガス絶縁電気機器を説明するための図である。
【図１２】実施の形態１〜３に係るガス絶縁電気機器の変形例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】  以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の実施形態の説明においては、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。
【００１５】  （実施の形態１）  図１および図２を参照して、実施の形態１に係るガス絶縁電気機器１について説明する。実施の形態１に係るガス絶縁電気機器１は、絶縁性ガスＧが充填される容器２と、容器２の内部に配置され、所定の電圧が印加される高電圧導体３と、容器２に対して高電圧導体３を絶縁支持する絶縁支持部材４とを備える。
【００１６】  図１に示すガス絶縁電気機器１は、たとえば図１中の左側に位置する遮断器と、図１中の右側に位置する断路器との間に挟まれるように接続されている。
【００１７】  容器２を構成する材料は、導電性を有する任意の金属であればよい。容器２は、円筒状の外形を有し、接地されて接地電位に固定されている。容器２は、軸方向の両端に継ぎ手部を有している。容器２の遮断器側の継ぎ手部は、絶縁支持部材４を互いの間に挟んで、遮断器の金属容器の継ぎ手部と接続されている。容器２の断路器側の継ぎ手部は、他の絶縁支持部材４を互いの間に挟んで、断路器の金属容器の継ぎ手部と接続されている。
【００１８】  高電圧導体３は、ガス絶縁電気機器１の内部に配置されている、遮断器（図示せず）、断路器（図示せず）等の構成機器と電気的に接続されている。高電圧導体３を構成する材料は、導電性を有する任意の材料とすることができるが、たとえばアルミニウム（Ａｌ）やアルミニウム合金である。
【００１９】  高電圧導体３は、容器２と同軸配置されている。具体的には、高電圧導体３は、容器２の中心軸上に延在するように略円柱状に設けられている。高電圧導体３は、絶縁支持部材４によって位置決めされている。
【００２０】  高電圧導体３の軸方向の両端には、絶縁支持部材４に支持される連結部が形成されている。高電圧導体３の連結部およびその近傍に位置する部分は、電界緩和シールド５で囲われている。高電圧導体３の遮断器側の連結部は、遮断器に設けられている高電圧導体３の連結部と連結されている。高電圧導体３の断路器側の連結部は、断路器に設けられている高電圧導体３の連結部と連結されている。高電圧導体３の遮断器側の連結部と高電圧導体３の断路器側の連結部との間に位置する高電圧導体３の表面３Ａ（図２参照）上には、第１誘電体膜６が形成されている。このとき、電界緩和シールド５は、表面３Ａ上に形成されている第１誘電体膜６と所定の間隔を隔てて対向するように形成されている。
【００２１】  絶縁支持部材４は、高電圧導体３の延在方向の一方側に凸面および他方側に凹面を有する。また、絶縁支持部材４は、径方向の端部に平坦部を有している。さらに、絶縁支持部材４は、中心部に開口を有している。
【００２２】  絶縁支持部材４の平坦部は、容器２の継ぎ手部と、遮断器の金属容器の継ぎ手部または断路器の金属容器の継ぎ手部との間に挟持されている。これにより、絶縁支持部材４は、容器２に対して固定されている。絶縁支持部材４を構成する材料は、任意の絶縁材料とすればよい。
【００２３】  絶縁支持部材４の開口は、高電圧導体３の連結部と嵌合している。これにより、絶縁支持部材４は、高電圧導体３を支持している。絶縁支持部材４の開口は、高電圧導体３によって密閉されている。容器２と絶縁支持部材４と高電圧導体３とによって囲まれた空間内に、絶縁性ガスＧは封入されている。
【００２４】  絶縁性ガスＧは、任意の絶縁性ガスとすればよいが、たとえば六フッ化硫黄ガス（ＳＦ６ガス）、乾燥空気、窒素、炭酸ガス、フッ化炭素（ＣＦ４）、ヨードメタン（ＣＨＩ３）、フッ化エタン（Ｃ２Ｆ６）、フッ化プロパン（Ｃ３Ｆ８）等、あるいはこれらのガスを組み合わせた混合ガスから選択される一つである。
【００２５】  電界緩和シールド５を構成する材料は、導電性を有する任意の材料であればよいが、たとえばＡｌやアルミニウム合金である。電界緩和シールド５において、高電圧導体３と対向する面の反対側に位置する面には、第２誘電体膜８が形成されている。
【００２６】  次に、第１誘電体膜６、第１誘電体膜６上に形成されている第１被覆膜７（図２参照）、第２誘電体膜８、および第２誘電体膜８上に形成されている第２被覆膜９（図３参照）について説明する。
【００２７】  第１誘電体膜６は、上述のように、高電圧導体３の表面３Ａを覆うように形成されている。第１誘電体膜６を構成する材料は、電気的絶縁性を有する任意の材料とすればよいが、たとえば酸化アルミニウムである。具体的には、第１誘電体膜６は、たとえばアルミニウムで構成されている高電圧導体３に陽極酸化処理を施すことにより形成されるアルマイトである。
【００２８】  第１誘電体膜６は、容器２の内部に表出している第１の主面６Ａと、第１の主面６Ａと反対側に位置し、高電圧導体３と接している第２の主面６Ｂとを含む。第１誘電体膜６には第１の主面６Ａから第２の主面６Ｂまで達する第１貫通孔６Ｈが複数形成されている。複数の第１貫通孔６Ｈのうち、隣接する第１貫通孔６Ｈは互いに所定の間隔だけ隔てて形成されている。
【００２９】  第１貫通孔６Ｈの内周面６Ｃは第１貫通孔６Ｈの内部空間を挟んで互いに対向するように形成されているが、このときの内周面６Ｃ間の最大距離Ｈ１（図２参照）は、第１誘電体膜６がアルマイトで構成されている場合には、１０ｎｍ以上数１００ｎｍ以下程度である。第１貫通孔６Ｈは、たとえば第１の主面６Ａ上における平面形状が六角形状であり、内周面６Ｃが第１の主面６Ａおよび第２の主面６Ｂに対して垂直方向に延びるように形成されている。
【００３０】  第１貫通孔６Ｈの内周面６Ｃおよび第１貫通孔６Ｈの内部に表出している高電圧導体３の表面３Ａ上には、第１被覆膜７が形成されている。第１被覆膜７は、第１の主面６Ａおよび第１貫通孔６Ｈの内周面６Ｃを覆うように形成されていてもよい。第１被覆膜７を構成する材料は、電気的絶縁性を有する任意の材料とすればよいが、たとえば酸化アルミニウムの水和物である。具体的には、第１被覆膜７は、アルマイトで構成されている第１誘電体膜６に対して任意の封孔処理を施すことにより形成されている、酸化アルミニウムの水和物である。第１被覆膜７の膜厚は、たとえば第１誘電体膜６の膜厚よりも薄い。
【００３１】  同様に、電界緩和シールド５は、高電圧導体３と対向する面と反対側に位置する面が第２誘電体膜８により覆われている。第２誘電体膜８は、第１誘電体膜６と同様の構成を有している。すなわち、第２誘電体膜８を構成する材料は、電気的絶縁性を有する任意の材料とすればよいが、たとえば酸化アルミニウムである。具体的には、第２誘電体膜８は、たとえばアルミニウムで構成されている電界緩和シールド５に陽極酸化処理を施すことにより形成されるアルマイトである。
【００３２】  第２誘電体膜８は、容器２の内部に表出している第３の主面８Ａと、第３の主面８Ａと反対側に位置し、電界緩和シールド５と接している第４の主面８Ｂとを含む。第２誘電体膜８には第３の主面８Ａから第４の主面８Ｂまで達する第２貫通孔８Ｈが形成されている。
【００３３】  図３を参照して、第２貫通孔８Ｈの内周面８Ｃは第２貫通孔８Ｈの内部空間を挟んで互いに対向するように形成されているが、このときの内周面８Ｃ間の最大距離Ｈ３（図３参照）は、第２誘電体膜８がアルマイトで構成されている場合には、数１０ｎｍ以上数１００ｎｍ以下程度である。第２貫通孔８Ｈは、たとえば第３の主面８Ａ上における平面形状が六角形状であり、内周面８Ｃが第３の主面８Ａおよび第４の主面８Ｂに対して垂直方向に延びるように形成されている。
【００３４】  第２貫通孔８Ｈの内周面８Ｃおよび第２貫通孔８Ｈの内部に表出している電界緩和シールド５の表面５Ａ上には、第２被覆膜９が形成されている。第２被覆膜９は、第３の主面８Ａおよび第２貫通孔８Ｈの内周面８Ｃを覆うように形成されていてもよい。第２被覆膜９を構成する材料は、電気的絶縁性を有する任意の材料とすればよいが、たとえば酸化アルミニウムの水和物である。具体的には、第２被覆膜９は、アルマイトで構成されている第２誘電体膜８に対して任意の封孔処理を施すことにより形成されている、酸化アルミニウムの水和物である。第２被覆膜９の膜厚は、たとえば第２誘電体膜８の膜厚よりも薄い。
【００３５】  次に、図５を参照して、実施の形態１に係るガス絶縁電気機器１の製造方法について説明する。
【００３６】  実施の形態１に係るガス絶縁電気機器１の製造方法では、まず高電圧導体３などを準備する（工程（Ｓ１０））。具体的には、絶縁ガスが充填される容器２と、容器２の内部に配置され所定の電圧が印加される高電圧導体３と、容器２に対して高電圧導体３を絶縁支持する絶縁支持部材４と、電界緩和シールド５とを準備する。
【００３７】  次に、高電圧導体３を第１誘電体膜６で覆う（工程（Ｓ２０））。高電圧導体３を第１誘電体膜６で覆う方法は、任意の方法を採用することができるが、たとえばＡｌで構成されている高電圧導体３に対し陽極酸化処理を施すことにより、アルマイトからなる第１誘電体膜６を形成する。陽極酸化処理は、硫酸水溶液、リン酸水溶液、またはクロム酸水溶液、シュウ酸水溶液などの電解液に高電圧導体３を浸漬して陽極とし、当該電解液中に浸漬されている他の電極を陰極として、これらを通電することにより行われ得る。これにより、高電圧導体３の表面は電解液中に生じた酸素により酸化されてアルマイトが形成される。なお、アルマイトからなる第１誘電体膜６は、高電圧導体３の当初の表面よりも高電圧導体３の内側に位置する領域に形成されるとともに、当該当初の表面よりも高電圧導体３の外側に位置する領域にも形成される。つまり、第１誘電体膜６を形成後の高電圧導体３の表面３Ａは、高電圧導体３の当初の表面（第１誘電体膜６が形成される前の表面）よりも高電圧導体３の内側に形成される。
【００３８】  同様に、電界緩和シールド５を第２誘電体膜８で覆う。電界緩和シールド５を第２誘電体膜８で覆う方法は、任意の方法を採用することができるが、高電圧導体３を第１誘電体膜６で覆う方法と同様に行うことができ、たとえば上述した陽極酸化処理を採用することができる。このとき、電界緩和シールド５において高電圧導体３と対向する面には酸素が供給されないような任意の処理を施しておくことにより、高電圧導体３と対向する面と反対側に位置する面にのみ第２誘電体膜８を形成することができる。
【００３９】  このようにして、高電圧導体３を第１誘電体膜６で覆うことができ、また、電界緩和シールド５を第２誘電体膜８で覆うことができる。このとき、第１誘電体膜６には、複数の第１貫通孔６Ｈが所定の間隔を隔てて形成されている。また、第２誘電体膜８には、複数の第２貫通孔８Ｈが所定の間隔を隔てて形成されている。
【００４０】  次に、第１誘電体膜６に形成されている第１貫通孔６Ｈ内に第１被覆膜７を形成する（工程（Ｓ３０））。具体的には、第１誘電体膜６に対して封孔処理を施すことにより、第１誘電体膜６に形成されている第１貫通孔６Ｈの内周面６Ｃおよび第１貫通孔６Ｈの内部に表出している高電圧導体３の表面３Ａ上に第１被覆膜７を形成する。第１被覆膜７の形成方法は、任意の封孔処理方法を採用することができるが、たとえば圧力容器内に配置された高電圧導体３および第１誘電体膜６に対し、所定の圧力に加圧された蒸気を所定の時間だけ供給することにより、第１貫通孔６Ｈの内部および第１誘電体膜６の第１の主面６Ａ上に加圧蒸気が供給されて、第１貫通孔６Ｈの内周面６Ｃ、第１貫通孔６Ｈ内に表出している高電圧導体３の表面３Ａおよび第１の主面６Ａ上に酸化アルミニウム水和物により構成される第１被覆膜７を形成することができる。このとき供給される蒸気の圧力は、たとえば２気圧以上５気圧以下程度である。
【００４１】  なお、第１被覆膜７を形成する方法は、加圧蒸気による封孔処理に限られるものではなく、たとえば高電圧導体３および第１誘電体膜６を沸騰水に所定の時間浸漬させることにより第１被覆膜７を形成してもよい。または、硫酸ニッケル水溶液、酢酸ニッケル水溶液、もしくはフッ化ニッケル水溶液にたとえば高電圧導体３および第１誘電体膜６を所定の時間浸漬させることにより、第１被覆膜７を形成してもよい。第１被覆膜７を形成する際に用いられる溶液は、たとえば亜鉛、マンガン、コバルト、クロム、カルシウム、マグネシウム、バリウム、リチウム、セリウム、およびジルコニウムからなる群から選択される少なくとも１つとの酢酸塩を形成する水溶液であってもよい。また、酢酸塩以外にも、第１被覆膜７を形成する際に用いられる溶液は、たとえば３価クロム酸塩、セリウム塩、イットリウム塩、リチウム塩などを形成する水溶液であってもよい。
【００４２】  同様に、第２誘電体膜８に形成されている第２貫通孔８Ｈ内に第２被覆膜９を形成する。具体的には、電界緩和シールド５および第２誘電体膜８に対して上述のような封孔処理を施すことにより、図３に示すように第２誘電体膜８に形成されている第２貫通孔８Ｈの内周面８Ｃおよび第２貫通孔８Ｈの内部に表出している電界緩和シールド５の表面５Ａ上に第２被覆膜９を形成することができる。
【００４３】  次に、実施の形態１に係るガス絶縁電気機器１の作用効果について説明する。実施の形態１に係るガス絶縁電気機器１は、高電圧導体３を覆うように形成されている第１誘電体膜６の第１貫通孔６Ｈが第１被覆膜７によって封孔されている。異なる観点からいえば、実施の形態１に係るガス絶縁電気機器１は、高電圧導体３の表面３Ａが第１誘電体膜６または第１被覆膜７により覆われている。そのため、ガス絶縁電気機器１の使用状態において高電圧導体３に高電圧が印加されたときにも、高電圧導体３の表面３Ａからの電子の放出を第１誘電体膜６または第１被覆膜７により表面３Ａ全体に渡って防止することができる。これにより、高電圧導体３から放出された電子が高電圧導体３を流れる電流によりその周囲に形成される電界により加速されて電子雪崩を生じさせることがない。したがって、このようなガス絶縁電気機器１は放電が十分に抑制されており、絶縁信頼性が高い。
【００４４】  つまり、実施の形態１に係るガス絶縁電気機器１では、高電圧導体３の表面３Ａ上に第１貫通孔６Ｈを有する第１誘電体膜６が形成されている場合であって、第１貫通孔６Ｈの内部から表面３Ａが表出している場合であっても、第１貫通孔６Ｈは第１被覆膜７により覆われているため高電圧導体３の表面３Ａが容器２の内部に表出して絶縁性ガスＧと接触することがない。これにより、高電圧導体３の表面３Ａからの電子の放出に起因した放電の発生を抑制することができる。
【００４５】  図４に、実施の形態１に係るガス絶縁電気機器１および従来のガス絶縁電気機器の絶縁破壊電圧、すなわち高電圧導体に電圧を印加することによりガス絶縁電気機器が絶縁破壊したときの電圧の大小関係を示す。図４において、試料１は実施の形態１に係るガス絶縁電気機器１であり、試料２は従来のガス絶縁電気機器としてアルマイトで被覆された高電圧導体を備えるもの、試料３は従来のガス絶縁電気機器としてアルマイトで被覆されていない高電圧導体を備えるものである。図４の縦軸は、試料３の破壊電圧を１としたときの破壊電圧の比率を示す。図４に示すように、試料１の破壊電圧は、試料３の破壊電圧の１．４倍と高くすることができることが確認された。試料２の破壊電圧は、高電圧導体がアルマイトで被覆されていることにより試料３の破壊電圧の１．１５倍程度まで高くなることが確認されたが、試料１と比べると破壊電圧は低かった。つまり、実施の形態１に係るガス絶縁電気機器１は、従来のガス絶縁電気機器よりも絶縁破壊電圧が高く、耐電圧性能が格段に向上されていることを確認できた。
【００４６】  なお、陽極酸化の処理の段階でバリア層と呼ばれる薄い膜が貫通孔に形成される場合もあるが、数Åレベルの膜であり、高電圧導体３からの金属電子放出を完全に抑制できないため、完全貫通している場合と同様に封孔処理によって耐電圧効果作用が発揮される。
【００４７】  （実施の形態２）  実施の形態２に係るガス絶縁電気機器１は、基本的には実施の形態１に係るガス絶縁電気機器１と同様の構成を備えるが、第１貫通孔６Ｈの内周面６Ｃには、第１貫通孔６Ｈの孔径Ｈ２がガス絶縁電気機器１の使用状態における電子雪崩の径Ｗ未満となるように第１被覆膜７が形成されている点で異なる。つまり、第１誘電体膜６の第１貫通孔６Ｈの内部において、第１被覆膜７が高電圧導体３の表面３Ａを覆うように形成されていない点で異なる。なお、本願明細書等において、貫通孔の孔径とは、貫通孔の孔軸方向に垂直な方向において、貫通孔の外部の空間と接続されている貫通孔の内部空間の最大幅をいう。よって、内周面６Ｃに第１被覆膜７が形成されている場合には、貫通孔の孔径とは第１被覆膜７が当該内部空間を挟んで対向する距離をいい、第１被覆膜７が形成されていない従来のガス絶縁電気機器においては、貫通孔の孔径とは内周面が当該空間を挟んで対向する距離をいう。
【００４８】  図６および図７を参照して、第１貫通孔６Ｈの内部において第１被覆膜７および高電圧導体３が面している内部空間は、容器２内部において絶縁性ガスＧが充填されている空間と接続されている。本明細書において、内周面６Ｃ上に形成されている第１被覆膜７が当該内部空間を挟んで対向している間隔Ｈ２（図６参照）を、第１貫通孔６Ｈの孔径と呼び、高電圧導体３の表面３Ａ（あるいは第１の主面６Ａ）に沿った方向における当該内部空間の幅を示す指標とする。
【００４９】  第１被覆膜７は、第１貫通孔６Ｈの内周面６Ｃにおいて、少なくとも第１貫通孔６Ｈの孔径Ｈ２がガス絶縁電気機器１の使用状態における電子雪崩の直径Ｗ（図７参照）以下となるように形成されている。つまり、第１貫通孔６Ｈの内部空間の幅は、ガス絶縁電気機器１の使用状態において発生が懸念される電子雪崩の直径Ｗ以下となるように形成されている。なお、第１貫通孔６Ｈの孔径Ｈ２と電子雪崩の直径Ｗとの関係について詳細は後述する。
【００５０】  図８を参照して、第２貫通孔８Ｈの内部において第２被覆膜９が面している内部空間は、容器２内部において絶縁性ガスＧが充填されている空間と接続されている。本明細書において、内周面８Ｃ上に形成されている第２被覆膜９が当該内部空間を挟んで対向している間隔Ｈ４（図８参照）を、第２貫通孔８Ｈの孔径と呼び、電界緩和シールド５の表面に沿った方向における当該内部空間の幅を示す指標とする。
【００５１】  第２被覆膜９は、第２貫通孔８Ｈの内周面８Ｃにおいて、少なくとも第２貫通孔８Ｈの孔径Ｈ４がガス絶縁電気機器１の使用状態における電子雪崩の直径Ｗ（図７参照）以下となるように形成されている。つまり、第２貫通孔８Ｈの内部空間の幅は、ガス絶縁電気機器１の使用状態において発生が懸念される電子雪崩の直径Ｗ以下となるように形成されている。なお、第２貫通孔８Ｈの孔径Ｈ４と電子雪崩の直径Ｗとの関係について詳細は後述する。
【００５２】  このとき、第１被覆膜７は、上述のように、少なくとも第１貫通孔６Ｈの孔径Ｈ２が電子雪崩の直径Ｗ以下となるように、第１貫通孔６Ｈの内周面６Ｃに形成される。また、第２被覆膜９は、上述のように、少なくとも第２貫通孔８Ｈの孔径Ｈ４が電子雪崩の直径Ｗ以下となるように、第２貫通孔８Ｈの内周面８Ｃに形成される。第１誘電体膜６の膜厚は、高電圧導体３の表面３Ａよりも第１誘電体膜６の第１の主面６Ａが高電圧導体３の外側に位置するように形成されており、かつ表面３Ａから容器２内への電子の放出を防止することができる限りにおいて任意の膜厚とすればよい。
【００５３】  次に、実施の形態２に係るガス絶縁電気機器の製造方法について説明する。実施の形態２に係るガス絶縁電気機器の製造方法は、基本的には実施の形態１に係るガス絶縁電気機器の製造方法と同様の構成を備えるが、第１被覆膜７や第２被覆膜９を形成するときの条件、たとえば高電圧導体３や電界緩和シールド５に対する加圧蒸気を供給する時間を短縮化することができる。あるいは、高電圧導体３や電界緩和シールド５の沸騰水への浸漬時間を短縮化することができる。このようにしても、放電を十分に抑制することができる実施の形態２に係るガス絶縁電気機器１を得ることができる。
【００５４】  次に、実施の形態２に係るガス絶縁電気機器１における第１貫通孔６Ｈの孔径Ｈ２と電子雪崩の直径Ｗとの関係、および第２貫通孔８Ｈの孔径Ｈ４と電子雪崩の直径Ｗとの関係について説明する。ここで、電子雪崩の直径Ｗは、電子雪崩がストリーマ転移条件（電子数がある一定数、たとえば１０８個以上となる条件）に達するときの電子雪崩の直径であり、下記式によって計算することができる。
【００５５】
【数１】
2016006137.tif 000003
【００５６】  拡散係数Ｄｅは電子の拡散係数であり、電子速度Ｖｅは電子のドリフト速度であり、進展距離Ｘはストリーマ転移条件に達するときの電子雪崩の距離である。電子雪崩は、電子雪崩が形成された後電界が作用している間はストリーマ転移条件に達するまで成長するため、進展距離Ｘはストリーマ転移条件に達するまで成長した電子雪崩の距離となる。進展距離Ｘは、電子雪崩が形成される雰囲気によって異なり、たとえば大気中においては１０μｍ程度であるが、ＣＯ２雰囲気下では大気中での進展距離よりも短くなり、加圧されたＳＦ６ガス雰囲気中ではさらに短くなって１００ｎｍ以下である。つまり、加圧されたＳＦ６ガス雰囲気中における進展距離は、アルマイトに形成されている貫通孔の孔径（この場合内周面間の距離。数１０ｎｍ以上数１００ｎｍ以下程度）と同等程度以下となる。この場合、電子雪崩は貫通孔の側壁に接することなくストリーマ転移条件に達するまで成長することができる。つまり、電子雪崩は貫通孔内において電子数がある一定数、たとえば１０８個に達するまで成長することができる。これにより電子雪崩はストリーマに転移して絶縁破壊を引き起こすため、貫通孔内において電子雪崩に起因した放電を抑制することが困難である。
【００５７】  これに対し、実施の形態２に係るガス絶縁電気機器１は、第１貫通孔６Ｈの内周面６Ｃ間の最大距離Ｈ１や第２貫通孔８Ｈの内周面８Ｃ間の最大距離Ｈ３が、容器２の内部の絶縁性ガスＧ雰囲気中における電子雪崩の直径よりも長い場合であっても、電子雪崩がストリーマに転移するまで成長することを防止することができ、放電を十分に防止することができる。具体的には、実施の形態２において、第１被覆膜７は、第１貫通孔６Ｈの孔径Ｈ２が電子雪崩の直径Ｗよりも小さくなるように内周面６Ｃに形成されている。また、第２被覆膜９は、第２貫通孔８Ｈの孔径Ｈ３が電子雪崩の直径Ｗよりも小さくなるように内周面８Ｃに形成されている。このようにすれば、第１貫通孔６Ｈの内部において表出している高電圧導体３や第２貫通孔８Ｈの内部において表出している電界緩和シールド５から絶縁性ガスＧが充填されている容器２の内部の空間に向けて電子が放出され得るが、当該電子が高電圧導体３や電界緩和シールド５によって形成される電界によって加速されて電子雪崩を引き起こしても、第１被覆膜７や第２被覆膜９により電子雪崩がストリーマ転移条件に達するまで成長することを妨げることができる。
【００５８】  図９にガス絶縁電気機器１の耐電圧性能を示す。縦軸は耐電圧性能を示し、横軸は第１貫通孔６Ｈの孔径Ｈ２を示す。第１貫通孔６Ｈの孔径Ｈ２が電子雪崩の直径Ｗ未満である場合には、電子雪崩の成長が第１貫通孔６Ｈ内に形成されている第１被覆膜７により抑制されるため、第１貫通孔６Ｈの内周面６Ｃ間の最大距離Ｈ１によらず高い耐電圧性能を有している。これに対し、第１被覆膜７が形成されていない場合、あるいは第１貫通孔６Ｈの孔径Ｈ２が電子雪崩の直径Ｗ以上である場合には、電子雪崩は内周面６Ｃや第１被覆膜７に妨げられることなく中性分子との衝突電離を繰り返して成長し、ストリーマに転移する。
【００５９】  つまり、実施の形態２に係るガス絶縁電気機器１において第１貫通孔６Ｈや第２貫通孔８Ｈの内部で生じ得る電子雪崩は、ストリーマ転移条件に達する前に第１被覆膜７や第２被覆膜９と接することになり、成長が阻害される。この結果、電子雪崩はストリーマに転移することが抑制されている。このようにして、実施の形態２に係るガス絶縁電気機器１は、電子雪崩が発生してもこれに起因した放電の発生が十分に抑制されており、従来のガス絶縁電気機器と比べて耐電圧性能が格段に向上されている。
【００６０】  なお、上述した実施の形態１において、第１貫通孔６Ｈが第１被覆膜７により封孔されている場合、すなわち少なくとも表面３Ａ上に第１被覆膜７が形成されている場合には、内周面６Ｃ上に形成されている第１被覆膜７が当該内部空間を挟んで対向している間隔Ｈ２（図６参照）は電子雪崩の径Ｗ（図７参照）よりも大きくてもよい。同様に、第２貫通孔８Ｈが第２被覆膜９により封孔されている場合、すなわち少なくとも表面５Ａ上に第２被覆膜９が形成されている場合には、内周面８Ｃ上に形成されている第２被覆膜９が当該内部空間を挟んで対向している間隔Ｈ４（図８参照）は電子雪崩の径Ｗ（図７参照）よりも大きくてもよい。
【００６１】  （実施の形態３）  次に、図１０および図１１を参照して、実施の形態３に係るガス絶縁電気機器１について説明する。実施の形態３に係るガス絶縁電気機器１は、基本的には実施の形態１に係るガス絶縁電気機器１と同様の構成を備えるが、断路器１０をさらに備え、断路器１０における第２電界緩和シールド１４および第３電界緩和シールド１５において容器２の内部に表出している表面上には、第３誘電体膜１６が形成されている点で異なる。
【００６２】  断路器１０は、固定側電極１１と、固定側電極１１と離間している可動側電極１２と、可動側電極１２と接続されており固定側電極１１に対して離着可能に設けられている可動式導体１３とを含む。固定側電極１１、可動側電極１２および可動式導体１３は、いずれも任意の構成を有していればよく、従来のガス絶縁電気機器と同様の構成を有していてもよい。なお、実施の形態１に係るガス絶縁電気機器１における複数の高電圧導体３のうちの１つの導体部分が固定側電極１１に、他の１つの導体部分が可動側電極１２にそれぞれ接続されている。
【００６３】  固定側電極１１には爪状接触部１７が設けられている。爪状接触部１７は、可動式導体１３の外周面に対し所定の力で押圧可能に設けられている。固定側電極１１と可動式導体１３との電気的な接続は、爪状接触部１７が可動式導体１３を挟むように可動式導体１３の外周面と接触することにより行われる。
【００６４】  断路器１０において、固定側電極１１および可動側電極１２の周囲には、電位勾配を小さくするためにそれぞれ第２電界緩和シールド１４および第３電界緩和シールド１５が形成されている。可動式導体１３と固定側電極１１とを接続させたときの接続部において、容器２の内部に表出する部分を囲うように第２電界緩和シールド１４が設けられている。すなわち、第２電界緩和シールド１４は、爪状接触部１７を囲うように形成されている。
【００６５】  同様に、可動式導体１３と可動側電極１２との接続部において、容器２の内部に表出する部分を囲うように第３電界緩和シールド１５が設けられている。第２電界緩和シールド１４は、固定側電極１１と電気的に接続されている。第３電界緩和シールド１５は、可動側電極１２と電気的に接続されている。第２電界緩和シールド１４および第３電界緩和シールド１５を構成する材料は、導電性を有する任意の材料とすることができるが、たとえばＡｌやアルミニウム合金である。
【００６６】  第２電界緩和シールド１４および第３電界緩和シールド１５において容器２の内部に表出している表面上には、第３誘電体膜１６が形成されている。第３誘電体膜１６は、容器２の内部に表出している第５の主面１６Ａと、第５の主面１６Ａと反対側に位置し、第２電界緩和シールド１４または第３電界緩和シールド１５と接している第６の主面１６Ｂとを含む。第３誘電体膜１６を構成する材料は、電気的絶縁性を有し、かつ耐熱性を有する任意の材料とすることができるが、たとえば酸化アルミニウムである。具体的には、第３誘電体膜１６は、たとえばアルミニウムで構成されている第２電界緩和シールド１４または第３電界緩和シールド１５に陽極酸化処理を施すことにより形成されるアルマイトである。
【００６７】  第３誘電体膜１６には第５の主面１６Ａから第６の主面１６Ｂまで達する第３貫通孔１６Ｈが形成されており、第３貫通孔１６Ｈの内周面１６Ｃには、少なくとも第３貫通孔１６Ｈの孔径Ｈ５がガス絶縁電気機器１の使用状態における電子雪崩の直径Ｗ未満となるように第３被覆膜１８が形成されている。つまり、第３被覆膜１８は、実施の形態１における第１被覆膜７や第２被覆膜９と同様に、第３貫通孔１６Ｈを第３被覆膜１８により封孔されていてもよい。また、第３被覆膜１８は、実施の形態２における第１被覆膜７や第２被覆膜９と同様に、第３貫通孔１６Ｈの内周面１６Ｃ上に形成されている第３被覆膜１８が互いに対向している間隔が電子雪崩の直径Ｗ未満となるように形成されていてもよい。
【００６８】  第３被覆膜１８を構成する材料は、電気的絶縁性を有し、かつ耐熱性を有する任意の材料とすればよいが、たとえば酸化アルミニウムの水和物である。具体的には、第３被覆膜１８は、アルマイトで構成されている第２電界緩和シールド１４および第３電界緩和シールド１５に対して任意の封孔処理を施すことにより形成されている、酸化アルミニウムの水和物である。第３被覆膜１８の膜厚は、たとえば第３誘電体膜１６の膜厚よりも薄い。
【００６９】  断路器１０の遮断動作時には、固定側電極１１と可動式導体１３との間で高温のアークが発生する。このアークは、第２電界緩和シールド１４や第３電界緩和シールド１５の表面まで達することがある。この場合、第２電界緩和シールド１４や第３電界緩和シールド１５の表面には微小な突起が形成され、断路器１０の耐電圧が低下することがある。
【００７０】  これに対し、実施の形態３に係るガス絶縁電気機器１では、第２電界緩和シールド１４や第３電界緩和シールド１５の表面上には電気的絶縁性を有しかつ耐熱性を有する第３誘電体膜１６および第３被覆膜１８の少なくともいずれかが形成されている。そのため、アークによって第２電界緩和シールド１４や第３電界緩和シールド１５の表面が損傷を受けることがないため、従来の断路器と比べて、耐電圧性能を向上することができるとともに、絶縁信頼性を高い断路器を得ることができる。
【００７１】  なお、実施の形態３に係るガス絶縁電気機器１において、第３被覆膜１８は実施の形態２に係るガス絶縁電気機器１における第１被覆膜７と同様の構成を備えていてもよい。このようにしても、実施の形態３に係るガス絶縁電気機器１と同様の効果を奏することができる。
【００７２】  図１２を参照して、実施の形態１〜実施の形態３に係る高電圧導体３は、その表面３Ａが凹凸を有していてもよい。この場合、表面３Ａの凹凸部の凸部の頂部の位置が第１誘電体膜６の第１の主面６Ａよりも高電圧導体３の内側に位置するように、第１誘電体膜６が形成されている。つまり、表面３Ａの凹凸部の凸部の頂部の位置は、第１の主面６Ａよりも高電圧導体３の外側に突出していない。このとき、たとえば実施の形態１に係るガス絶縁電気機器１は、仮に当該凸部が第１貫通孔６Ｈの内部に位置する場合であっても、当該位置よりも高電圧導体３の外側に位置する内周面６Ｃ上に、第１貫通孔６Ｈの孔径Ｈ２が電子雪崩の直径Ｗ未満となるように第１被覆膜７が形成されているため、高い絶縁信頼性を有することができる。また、実施の形態２に係るガス絶縁電気機器１は、仮に当該凸部が第１貫通孔６Ｈの内部に位置する場合であっても、第１貫通孔６Ｈが第１被覆膜７により封孔されているため、当該凸部も第１被覆膜７で被覆されており、高い絶縁信頼性を有することができる。
【００７３】  同様に、電界緩和シールド５、第２電界緩和シールド１４および第３電界緩和シールド１５の表面がそれぞれ凹凸を有していてもよい。この場合、電界緩和シールド５の表面５Ａの凹凸部の凸部の頂部の位置が第２誘電体膜８の第３の主面８Ａよりも電界緩和シールド５側に位置するように、第２誘電体膜８が形成されている。つまり、表面５Ａの凹凸部の凸部の頂部の位置は、第３の主面８Ａよりも電界緩和シールド５の外側に突出していない。また、第２電界緩和シールド１４または第３電界緩和シールド１５の表面１４Ａ，１５Ａの凹凸部の凸部の頂部の位置が第３誘電体膜１６の第５の主面１６Ａよりも第２電界緩和シールド１４または第３電界緩和シールド１５側に位置するように、第３誘電体膜１６が形成されている。つまり、表面１４Ａ，１５Ａの凹凸部の凸部の頂部の位置は、第５の主面１６Ａよりも第２電界緩和シールド１４または第３電界緩和シールド１５の外側に突出していない。このようにすれば、実施の形態１〜実施の形態３に係るガス絶縁電気機器１は、高電圧導体３、電界緩和シールド５、第２電界緩和シールド１４、および第３電界緩和シールド１５の表面粗さが大きい場合であっても、当該表面は第１誘電体膜６、第２誘電体膜８、第３誘電体膜１６、第１被覆膜７、第２被覆膜９、第３被覆膜１８の少なくともいずれかによって被覆されているため、高い絶縁信頼性を有することができる。
【００７４】  今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００７５】  本発明は、高電圧が印加される導体部分が貫通孔を有する誘電体膜により被覆されているガス絶縁電気機器に特に有利に適用される。
【符号の説明】
【００７６】  １  ガス絶縁電気機器、２  容器、３  高電圧導体、３Ａ，５Ａ，１４Ａ，１５Ａ  表面、４  絶縁支持部材、５  電界緩和シールド、６  第１誘電体膜、６Ａ  第１の主面、６Ｂ  第２の主面、６Ｈ  第１貫通孔、６Ｃ  内周面、７  第１被覆膜、８  第２誘電体膜、８Ａ  第３の主面、８Ｂ  第４の主面、８Ｈ  第２貫通孔、８Ｃ  内周面、９  第２被覆膜、１０  断路器、１１  固定側電極、１２  可動側電極、１３  可動式導体、１４  第２電界緩和シールド、１５  第３電界緩和シールド、１６  第３誘電体膜、１６Ａ  第５の主面、１６Ｂ  第６の主面、１６Ｈ  第３貫通孔、１６Ｃ  内周面、１７  爪状接触部、１８  第３被覆膜。
【図１】
2016006137.tif 000004
【図２】
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【図３】
2016006137.tif 000006
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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