(57)【要約】【課題】温室効果の高い絶縁ガスの使用量を減らして環境への負荷低減を図ると共に、絶縁性能の低いガスを絶縁ガスとした場合でも優れた絶縁性能を発揮することができ、環境に対して低負荷で、且つ絶縁信頼性の向上及び小型化が実現可能である実用性の高いガス絶縁機器を提供する。【解決手段】高電圧導体１と金属容器２の間に、絶縁ガスのガス分子を分離可能なガス分離材料５が配置されている。ガス分離材料５は高電圧導体１及び金属容器２と同軸円筒状であって、中空糸膜又はゼオライトなどの絶縁材料から構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
接地された金属容器を備え、この金属容器内に分子径の異なる２種類以上のガスを混合した絶縁ガスを封入し、前記金属容器内に絶縁支持された通電用の高電圧導体を前記金属容器に同軸状に挿通したガス絶縁機器において、
前記高電圧導体と前記金属容器の間で且つ両者と同軸円筒状に、分子径の違いにより前記絶縁ガスのガス分子を分離可能なガス分離材料を配置したことを特徴とするガス絶縁機器。
【請求項２】
接地された金属容器を備え、この金属容器内に分子径の異なる２種類以上のガスを混合した絶縁ガスを封入し、前記金属容器内に固定接触部と可動接触部とを対向に配置して電流遮断能力を有するガス絶縁機器において、
前記両接触部間の前記絶縁ガスと、前記金属容器近傍の前記絶縁ガスとを、分子径の違いにより分離するように、ガス分離材料を配置したことを特徴とするガス絶縁機器。
【請求項３】
接地された金属容器を備え、この金属容器内に分子径の異なる２種類以上のガスを混合した絶縁ガスを封入し、前記金属容器内に絶縁支持された通電用の高電圧導体を３相分、前記金属容器に同軸状に挿通した三相一括のガス絶縁機器において、
それぞれの前記高電圧導体と前記金属容器の間で且つ両者と同軸円筒状に、分子径の違いにより前記絶縁ガスのガス分子を分離可能なガス分離材料を配置したことを特徴とするガス絶縁機器。
【請求項４】
前記ガス分離材料と前記高電圧導体との間に分子径の大きなガス分子を封入し、前記ガス分離材料と前記金属容器との間に分子径の小さなガス分子を封入したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のガス絶縁機器。
【請求項５】
前記ガス分離材料と前記高電圧導体との間に前記絶縁ガスを直接導くようにガス配管を配置し、
耐電圧試験を実施する際には前記ガス配管を介して前記ガス分離材料と前記高電圧導体との間に分子径の小さな絶縁ガスを導入し、商用運転を実施する際には前記ガス配管を介して前記ガス分離材料と前記高電圧導体との間に分子径の大きな絶縁ガスを導入するように構成したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のガス絶縁機器。
【請求項６】
分子径が大きな絶縁ガスとしてフッ素及びヨウ素の少なくとも一方を含むガスを使用し、分子径が小さな絶縁ガスとして、窒素、二酸化炭素、酸素、乾燥空気のいずれか単体または混合されたガスを使用したことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のガス絶縁機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２種類以上のガスを混合した絶縁ガスを封入したガス絶縁機器に係り、特に、分子径の異なる２種類以上のガスを用いたガス絶縁機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在使用されている一般的なガス絶縁機器の従来例について、図６を用いて具体的に説明する。図６に示すように、接地されている金属容器２が設けられており、金属容器２内部には通電用の高電圧導体１が金属容器２と同軸状に挿入されている。この高電圧導体１には金属容器２から絶縁支持するための支持絶縁物３が取付けられている。
【０００３】
金属容器２の内部には、高電圧導体１と金属容器２との絶縁を保つための絶縁ガス４が封入されている。絶縁ガス４としては、絶縁性能に優れたＳＦ６ガスが主流となっている。このようなガス絶縁機器が多数設置されている変電所は、社会の電気エネルギーの根幹をなすことから、ガス絶縁機器には高い絶縁信頼性が求められている。また、日本国内では都市部の地下変電所への適用必要性が増大しており、ガス絶縁機器に対して小型化への要求が強くなっている。
【０００４】
ところで、絶縁ガス４であるＳＦ６ガスは、空気よりも約３倍の絶縁耐力があることからも電力供給に資するために必要不可欠な物質である。一方で、昨今の地球温暖化問題への取り組みから地球温暖化係数の高い温室効果ガスが規制される動向にあり、国内外でも温室効果ガスを使用しない代替ガス、或いは温室効果ガスの使用割合を低減した混合ガスを封入したガス絶縁電気機器の適用が考えられている。
【０００５】
ＳＦ６ガスを単に窒素ガスのような温室効果の小さいガスに置き換えるには、その圧力を著しく高くしなければならず、機器の耐圧力性能を向上させる必要があり、不経済である。また、高圧力のガスは取り扱いに危険性が残る。しかも、絶縁能力が充填圧力に必ずしも比例しないことからも得策ではない。
【０００６】
しかし、現在のガス絶縁機器の絶縁ガスとして使用されているＳＦ６ガスは、地球温暖化防止京都会議（ＣＯＰ３）において地球温暖化ガスとして指定されたため、現在世界的な規模でＳＦ６ガスの排出量の削減が望まれている。したがって、今後地球環境への影響を考慮し、機器をさらに小型化してＳＦ６ガスの使用量を削減したガス絶縁機器の開発が重要視されている。
【０００７】
そこで、ＳＦ６ガス使用量を低減するための技術が種々提案されている。具体的には、開閉部を有するガス区画と、開閉部を有しないガス区画とを絶縁スペーサで分離し、開閉部を有しない区画にだけＳＦ６ ガス以外のガスを封入するなどが知られている（特許文献１〜４参照）。
【０００８】
また、ＳＦ６ガス使用量を削減させた場合、絶縁性能の確保が肝要なので、高電圧導体や金属容器の表面にＳＦ６ガスを吸着するＳＦ６ガス吸着部を設け、ここに吸着されたＳＦ６ガスによって電子の動きを抑制するといった技術も考えられている（特許文献５参照）。
【０００９】
【特許文献１】特開平１１−２７５７２０号公報
【特許文献２】特開２０００−１６４０４０号公報
【特許文献３】特開平１１−３４１６２２号公報
【特許文献４】特開平１１−２９９０２０号公報
【特許文献５】特開２０００−６９６３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、現時点では、ＳＦ６ガスより優れた絶縁性能を有し、かつ有毒性、爆発性、液化温度などの要求項目をクリアし、ガス絶縁電気機器に適用できるような実用性のある代替ガスは存在していない。また、機器のさらなる小型化が要求されている現状にあって、絶縁性能の劣るＳＦ６代替ガスを適用することで、機器を大型化することは望ましくない。
【００１１】
すなわち、ＳＦ６ガスに替わる代替ガス絶縁機器を開発するに当たって、絶縁性能がＳＦ６ガスよりも劣るが環境的あるいは化学的な性質が良好であるガスを利用する場合、環境への負荷低減を達成できるが、それだけでは実用化は困難であって、従来と同様の優れた絶縁信頼性を確保することや、さらなる小型化を実現させることが求められている。
【００１２】
本発明は、以上の課題を解決するために提案されたものであり、絶縁構成を最適化することにより、温室効果の高い絶縁ガスの使用量を減らして環境への負荷低減を図ると共に、絶縁性能の低いガスを絶縁ガスとした場合でも優れた絶縁性能を発揮することができ、環境に対して低負荷で、且つ絶縁信頼性の向上及び小型化が実現可能である実用性の高いガス絶縁機器を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、上記の目的を達成するために、接地された金属容器を備え、この金属容器内に分子径の異なる２種類以上のガスを混合した絶縁ガスを封入し、前記金属容器内に絶縁支持された通電用の高電圧導体を前記金属容器に同軸状に挿通したガス絶縁機器において、前記高電圧導体と前記金属容器の間で且つ両者と同軸円筒状に、分子径の違いにより前記絶縁ガスのガス分子を分離可能なガス分離材料を配置したことを特徴とするものである。
【００１４】
このような本発明では、高電圧導体と金属容器の間にガス分離材料を設けたことにより、ガス分離材料の内側と外側に配置される絶縁ガスのガス成分濃度を選択的に変化させることができる。このため、高電圧導体と金属容器との間のガス空間において、ＳＦ６ガスのような絶縁性能の高いガスを、高電圧導体に近い内側にのみ、選択的に存在させることが可能となる。
【００１５】
これにより、従来と同等の優れた絶縁性能を維持することができると同時に、温室効果の高いガスの使用量を大幅に減らすことができ、環境への負荷を軽減させることができる。また、高電圧導体と金属容器のガスギャップにガス分離材料を配置することで、金属容器内面に金属異物が存在した場合でも、この金属異物の挙動が高電圧導体に到達することを防ぐことができ、絶縁信頼性をいっそう高めることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、高電圧導体と金属容器の間にガス分離材料を設けるといった簡単な構成により、電界の高い空間に絞って局所的に絶縁性能の高いガスを存在させることが可能となり、環境への負荷が高いガスの使用量を削減すると共に絶縁性能の低下を回避でき、絶縁性能の低いＳＦ６ガスの代替ガスを適用した場合でも、現実的な実用に耐え得るガス絶縁機器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明に係る代表的な実施形態について、図１〜図５を参照して、具体的に説明する。なお、下記の実施形態はいずれも、図６に示した従来技術と同じく、接地された金属容器内に通電用の高電圧導体を挿通したガス絶縁機器である。そのため、図６の従来例と同一の部材に関しては同一符号を付し、説明は省略する。
【００１８】
（第１の実施形態）
［構成］
図１は第１の実施形態に係るガス絶縁機器の構成図である。図１に示すように、第１の実施形態の特徴は、高電圧導体１と金属容器２の間に、絶縁ガスのガス分子を分離可能なガス分離材料５が配置された点にある。ガス分離材料５は高電圧導体１及び金属容器２と同軸円筒状であって、中空糸膜又はゼオライトなどの絶縁材料から構成されている。また、ガス分離材料５の厚さはガスギャップと比較して十分薄く、電界分布には影響を与えないように設定されている。
【００１９】
また、第１の実施形態では、絶縁ガスとして、分子径の異なる２種類以上の絶縁ガス４１、４２を混合したガスが金属容器２内に封入されている。このうち、絶縁ガス４１は、分子径の大きなガスであって、ガス分離材料５と高電圧導体１の間に配置されており、ＳＦ６ガス、ＣＦ３Ｉガス、ＣＦ４等のフッ素またはヨウ素を含むガス等が用いられている。一方、絶縁ガス４２は、分子径の小さなガスであって、ガス分離材料５と金属容器２の間に配置されており、Ｎ２、ＣＯ２、Ｏ２、乾燥空気のいずれか単体または混合されたガスが使用されている。
【００２０】
前記ガス分離材料５は、これら絶縁ガス４１、４２に対する透過率が異なり、ガス分離材料５の内側（ガス分離材料５と高電圧導体１との間）と、ガス分離材料５の外側（ガス分離材料５と金属容器２との間）とで、ガス成分濃度を選択的に変化させるようになっている。つまり、ガス分離材料５の内側ではＳＦ６ガスなどの分子径の大きい絶縁ガス４１が高濃度であって、ガス分離材料５の外側ではＮ２などの分子径の小さい絶縁ガス４２が高濃度となっている。
【００２１】
［作用効果］
以上のような構成を有する第１の実施形態では、ガス分離材料５によって、ガス分離材料５の内側と外側とでガス成分濃度を変えることができる。ここで、図２を参照して、同軸形状のガス絶縁機器の電界分布について説明する。金属容器２の内部に高電圧導体１を配置した同軸形状におけるガス中電界分布では、高電圧導体１の外径ｒを最大として、半径の増加に反比例して電界強度は低下する。
【００２２】
高電圧導体１と金属容器２間のガス空間において、絶縁性の優れた絶縁ガス４１を、金属容器２の、より内側に選択的に配置することによって、効率的なガス絶縁構成を実現できる。すなわち、電界強度の高い高電圧導体１近傍では、絶縁耐力の強い絶縁ガス４１の濃度を高くし、比較的低電界となる金属容器２付近では、絶縁耐力が比較的弱い絶縁ガス４２のガス濃度を高くすることができる。
【００２３】
ＳＦ６ガスなどの分子径の大きい絶縁ガス４１は、絶縁耐力の強い反面、比較的環境上不適合となる可能性が高いが、本実施形態では、このような絶縁ガス４１をガス分離材料５と高電圧導体１との間の空間にだけ高濃度に配置するようにしたので、その使用量を大幅に減らすことができる。これによって、混合ガスを封入したガス絶縁機器において、絶縁性の優れた絶縁ガス４１を一様にガス空間に分布させる場合に比べて、絶対量を減らすことができ、環境低負荷な絶縁構成を実現することができる。
【００２４】
また、電界強度の高い高電圧導体１近傍では絶縁耐力の強い絶縁ガス４１の濃度が高いので、従来と同等の絶縁性能を有することが可能である。なお、金属容器２内の絶縁ガスにおいて、ガス成分濃度は金属容器２内の場所によって異なっていても、金属容器２内のガス圧力は均一に保つことができる。そのため、ガス分離材料５の機械的強度はさほど要求されず、製造コストが増大するといった不具合はない。
【００２５】
さらに、ガス分離材料５と金属容器２との間は、ＳＦ６ガスなどの分子径の大きい絶縁ガス４１の濃度は低いレベルであり、シール面からの漏洩量も低減できる。また、金属容器２内面に存在する金属異物の挙動は軌跡１０のようになるが、高電圧導体１と金属容器２のガスギャップにガス分離材料５を配置したことにより、金属容器２内面に存在する金属異物が高電圧導体１に到達することを防止することができる。これにより、ガス絶縁機器の絶縁信頼性をいっそう高めることができる。
【００２６】
（第２の実施形態）
［構成］
図３は第２の実施形態に係るガス絶縁機器の構成図である。第２の実施形態の基本構成は、前述した第１の実施形態の構成と同じであるが、それに加えて、金属容器２外部からガス分離材料５の内側に絶縁ガス４１を直接導くようにしたガス配管６が配置された点に特徴がある（図３参照）。
【００２７】
また、第２の実施形態では、耐電圧試験を実施する際にはガス配管６を介してガス分離材料５と高電圧導体１との間に分子径の小さな絶縁ガス４２を導入し、商用運転を実施する際にはガス配管６を介してガス分離材料５と高電圧導体２との間に分子径の大きな絶縁ガス４１を導入するように構成されている。
【００２８】
［作用効果］
以上のような構成を有する第２の実施形態では、ガス配管６を介して金属容器２外部からガス分離材料５の内側（ガス分離材料５と高電圧導体１との間）に絶縁ガス４１を直接導くことができるので、より効率的に短時間でガス成分濃度を変化させることが可能であり、第１の実施形態と同等の絶縁構成を、スピーディに実現することができる。
【００２９】
また、耐電圧試験時では、ガス分離材料５と高電圧導体１との間に分子径が小さな絶縁ガス４２、つまり絶縁耐力の小さな絶縁ガス４２を用いているので、部分放電は発生し易くなる。したがって、工場試験や現地試験で金属異物等の欠陥を、高感度で検出することが可能である。さらに、耐電圧試験後、商用運転する際には、分子径の大きな絶縁ガス４１をガス分離材料５の内側（ガス分離材料５と高電圧導体１との間）に直接導くことにより、様々な過電圧に対して信頼性の高い絶縁構成を実現する。
【００３０】
（第３の実施形態）
［構成］
図４は第３の実施形態に係るガス絶縁機器の構成図である。第３の実施形態は、本発明を、電流遮断能力を有するガス絶縁機器に適用したもので、金属容器２内には固定接触部７と可動接触部８とが対向配置して収容されている。
【００３１】
図４に示すように、第３の実施形態は、両接触部７、８間にガス分離材料５が配置されており、このガス分離材料５により、両接触部７、８間の絶縁ガスと、金属容器２近傍の絶縁ガスとが、分子径の違いにより、絶縁ガスを分離するように構成されている。なお、図中の符号９はアークである。
【００３２】
ガス分離材料５の内側（両接触部７、８間）には分子径の大きな絶縁ガス４１が配置され、ガス分離材料５の外側（金属容器２近傍）には分子径の小さな絶縁ガス４２が配置される。分子径が大きな絶縁ガス４１としてはＳＦ６ガス、ＣＦ３Ｉガス、ＣＦ４ガス等のフッ素またはヨウ素を含むガス、またはＣＯ２、Ｏ２等の単体ガスまたは２種類以上の混合ガスが用いられ、分子径が小さな絶縁ガス４２としてはＮ２等で構成されたガスが使用されている。
【００３３】
［作用効果］
以上のような構成を有する第３の実施形態では、より遮断性能の高い分子径の大きな絶縁ガス４１を、両接触部７、８間という狭い空間にのみ高濃度で配置するので、その使用量を減らすことができる。分子径の大きな絶縁ガス４１は遮断性能が強い反面、環境上不適合となる可能性が高いので、このような絶縁ガス４１の使用量削減により環境低負荷な絶縁・遮断構成を実現することができる。
【００３４】
（第４の実施形態）
［構成］
図５は第４の実施形態に係るガス絶縁機器の構成図である。第４の実施形態は、本発明を、高電圧導体１を３相分、金属容器２に同軸状に挿通した三相一括のガス絶縁機器に適用したものである。
【００３５】
図５に示すように、第４の実施形態では、それぞれの高電圧導体１と金属容器２の間に、ほぼ同軸円筒状のガス分離材料５が配置されている。ガス分離材料５は、ガス分離材料５の内側と外側とで、分子径の違いにより絶縁ガス４１と絶縁ガス４２とに分離するように構成されている。
【００３６】
分子径が大きな絶縁ガス４１としてはＳＦ６ガス、ＣＦ３Ｉガス、ＣＦ４ガス等のフッ素またはヨウ素を含むガス、またはＣＯ２、Ｏ２等の単体ガスまたは２種類以上の混合ガスが用いられ、分子径が小さな絶縁ガス４２としてはＮ２等で構成されたガスが使用されている。
【００３７】
［作用効果］
三相一括のガス絶縁構成では、機器が大型化し、絶縁ガス使用量が増加するのが一般的である。このような三相一括のガス絶縁機器に対して、ガス分離材料５を有する第４の実施形態を適用することで、絶縁耐力の強く環境上不適合となる可能性が高いガスの使用量を効率的に減らすことができ、環境に対して低負荷な絶縁構成を有するガス絶縁機器を提供することができる。
【００３８】
（他の実施形態）
本発明に係るガス絶縁開閉機器は、上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、ガス分離材料の配置数は適宜変更可能であり、同軸状に複数配設してもよい。また、ガス分離材料の素材や、分離される絶縁ガスの分子径の大きさについても適宜変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の第１の実施形態によるガス絶縁機器の構成を示す断面図。
【図２】本発明を説明するための同軸円筒ガス絶縁機器の電界分布を示す図。
【図３】本発明の第２の実施形態によるガス絶縁機器の構成を示す断面図。
【図４】本発明の第３の実施形態によるガス絶縁機器の構成を示す断面図。
【図５】本発明の第４の実施形態によるガス絶縁機器の構成を示す断面図。
【図６】従来のガス絶縁機器の構成を示す断面図。
【符号の説明】
【００４０】
１…高電圧導体
２…金属容器
３…支持絶縁物
５…ガス分離材料
６…ガス配管
７…固定接触部
８…可動接触部
９…アーク
１０…金属異物挙動の軌跡
４１…絶縁ガス（分子径が大）
４２…絶縁ガス（分子径が小）
【図１】
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【図２】
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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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