(57)【要約】【課題】絶縁信頼性の高いガス絶縁電気機器を提供する。【解決手段】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、ガス絶縁電気機器１の使用状態における電子雪崩の径以下の孔径を有し第１の主面６Ａから第２の主面６Ｂまで達する貫通孔が形成されていない。【選択図】図１
2017011785.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、前記ガス絶縁電気機器の使用状態における電子雪崩の径以下の孔径を有し前記第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ない、ガス絶縁電気機器。
【請求項２】
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に記載のガス絶縁電気機器。
【請求項３】
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む、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】
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誘電体膜で覆う工程では、前記高電圧導体を中性溶液中に浸漬させて陽極酸化処理を行う、ガス絶縁電気機器の製造方法。
【請求項５】
前記中性溶液は、ホウ酸、ホウ酸アンモニウム、シュウ酸アンモニウム、クエン酸アンモニウム、マレイン酸、マロン酸、フタル酸およびクエン酸からなる群から選択される少なくとも１つの水溶液である、請求項４に記載のガス絶縁機器の製造方法。
【請求項６】
前記中性溶液は非水溶媒である、請求項４に記載のガス絶縁機器の製造方法。
【請求項７】
前記非水溶媒は、エチレングリコールまたはジエチレングリコールである、請求項６に記載のガス絶縁機器の製造方法。
【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、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、容器に対して高電圧導体を絶縁支持する絶縁支持部材とを備える。高電圧導体は第１誘電体膜で覆われており、第１誘電体膜は、容器の内部に表出している第１の主面と、第１の主面と反対側に位置し、高電圧導体と接している第２の主面とを含む。第１誘電体膜には、ガス絶縁電気機器の使用状態における電子雪崩の径以下の孔径を有し第１の主面から第２の主面まで達する貫通孔が形成されていない。
【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製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図５】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６】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７】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８】実施の形態２に係るガス絶縁電気機器を説明するための図である。
【図９】実施の形態２に係るガス絶縁電気機器において、第３誘電体膜を説明するための図である。
【図１０】実施の形態１または２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】
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に中性溶液を用いた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。
【００２７】
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まで達する貫通孔が形成されていない。ここで、貫通孔が形成されていない第１誘電体膜６は、「ＪＩＳ  Ｈ  ８６８７：２０１３  アルミニウム及びアルミニウム合金の陽極酸化皮膜の絶縁耐力試験方法」の絶縁破壊試験方法に準拠して測定された第１誘電体膜６の絶縁破壊電圧が、従来の酸性水溶液を用いた陽極酸化処理により形成されたアルマイト膜の絶縁破壊電圧よりも１桁以上高い。
【００２８】
また、形成された第１誘電体膜６を集束イオンビーム（ＦＩＢ）で膜厚方向に切断し、膜厚方向の切断面を観察するためのサンプルを形成した。この切断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）または透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて幅１μｍ領域ごとに観察したが第１の主面６Ａから第２の主面６Ｂまで達する貫通孔は確認されなかった。
【００２９】
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に中性溶液を用いた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。第２誘電体膜８は、容器２の内部に表出している第３の主面と、第３の主面と反対側に位置し、電界緩和シールド５と接している第４の主面とを含む。第２誘電体膜８には第３の主面から第４の主面まで達する貫通孔が形成されていない。ここで、貫通孔が形成されていない第２誘電体膜８は、「ＪＩＳ  Ｈ  ８６８７：２０１３  アルミニウム及びアルミニウム合金の陽極酸化皮膜の絶縁耐力試験方法」の絶縁破壊試験方法に準拠して測定された第２誘電体膜８の絶縁破壊電圧が、従来の酸性水溶液を用いた陽極酸化処理により形成されたアルマイト膜の絶縁破壊電圧よりも１桁以上高い。
【００３０】
また、形成された第２誘電体膜８を集束イオンビーム（ＦＩＢ）で膜厚方向に切断し、膜厚方向の切断面を観察するためのサンプルを形成した。この切断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）または透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて幅１μｍ領域ごとに観察したが第３の主面から第４の主面まで達する貫通孔は確認されなかった。
【００３１】
次に、図４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。
【００３２】
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。
【００３３】
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、高電圧導体３に対し中性溶液を用いた陽極酸化処理を施すことにより、第１誘電体膜６を形成する。ここで、中性溶液とは、ｐＨが５以上７．５以下の電解液をいう。陽極酸化処理に用いる中性溶液は、ホウ酸、ホウ酸アンモニウム、シュウ酸アンモニウム、クエン酸アンモニウム、マレイン酸、マロン酸、フタル酸およびクエン酸からなる群から選択される少なくとも１つの水溶液である。
【００３４】
このような中性溶液に高電圧導体３を浸漬して陽極とし、当該中性溶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の表面は中性溶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。
【００３５】
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、高電圧導体３を第１誘電体膜６で覆う方法と同様に上述した陽極酸化処理により行う。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。
【００３６】
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。このようにして形成された第１誘電体膜６には、第１の主面６Ａから第２の主面６Ｂまで達する貫通孔が形成されていない。また、同様に形成された第２誘電体膜８には、第３の主面から第４の主面まで達する貫通孔が形成されていない。
【００３７】
図４を参照して、従来のガス絶縁電気機器について説明する。従来のガス絶縁電気機器では、高電圧導体３０上の第１誘電体膜６０が酸性溶液を用いた陽極酸化処理により形成されたアルマイトで構成されている。そのため、第１誘電体膜６０には貫通孔６０Ｈが形成されており、一般に貫通孔６０Ｈの孔径Ｈ１は下記式によって計算される電子雪崩の直径Ｗと同等以上である。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る。
【００３８】
【数１】
2017011785.tif 000003
【００３９】
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。
【００４０】
上述のように、従来のガス絶縁電気機器では、貫通孔の孔径Ｈ１が上記式により計算される電子雪崩の直径Ｗ以上となっている。そのため、従来のガス絶縁電気機器において生じた電子雪崩は、第１誘電体膜の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。この場合、電子雪崩はストリーマに転移して絶縁破壊を引き起こし、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は困難である。
【００４１】
図６に第１誘電体膜がアルマイトで構成されているガス絶縁電気機器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誘電体膜の貫通孔６０Ｈの孔径Ｈ１（図５参照）を示す。従来の酸性溶液を用いた陽極酸化処理により形成されたアルマイト膜は、一般に電子雪崩の直径Ｗ以上の孔径Ｈ１の貫通孔６０Ｈが形成される。そのため、従来のガス絶縁電気機器では、電子雪崩は第１誘電体膜６０の内周面６０Ｃ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。そのため、従来のガス絶縁電気機器において、高電圧導体３０を覆う第１誘電体膜６０が陽極酸化処理により形成されたアルマイト膜で構成されている場合には、該アルマイト膜に形成されている貫通孔の孔径を少なくとも電子雪崩の直径Ｗ未満となるように該アルマイト膜に対し封孔処理を施す必要があった。
【００４２】
これに対し、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に、ガス絶縁電気機器１の使用状態における電子雪崩の径以上の孔径を有し第１の主面６Ａから第２の主面６Ｂまで達する貫通孔（図５に示される孔径Ｈ１を有する貫通孔６０Ｈ）が形成されていない。異なる観点から言えば、ガス絶縁電気機器１の第１誘電体膜６は上記のような中性溶液を用いた陽極酸化処理により形成されているため、第１誘電体膜６には理論上は貫通孔が形成されていない。第１誘電体膜６に第１の主面６Ａから第２の主面６Ｂまで達する貫通孔が形成されていたとしても、該貫通孔は従来の陽極酸化処理により形成された多孔質アルマイト膜と比べて孔径が小さく、第１誘電体膜６には図５に示されるような電子雪崩の直径Ｗ以上の貫通孔６０Ｈは形成されていない。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。また、ガス絶縁電気機器１の高い絶縁信頼性は、第１誘電体膜６に対する封孔処理を施すことなく実現され得る。
【００４３】
図７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７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７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７に示すように、試料１の破壊電圧は、試料３の破壊電圧の１．３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１．１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。
【００４４】
高電圧導体３を構成する材料はアルミニウム（Ａｌ）を含み、第１誘電体膜６を構成する材料はアルマイトを含むのが好ましい。高電圧導体３に対して中性溶液を用いた陽極酸化処理により、第１の主面６Ａから第２の主面６Ｂまで達する貫通孔が形成されていない第１誘電体膜６を容易に形成することができる。
【００４５】
本実施の形態に係るガス絶縁電気機器１の製造方法は、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とを準備する工程とを備える。第１誘電体膜６で覆う工程では、高電圧導体３を中性溶液中に浸漬させて陽極酸化処理を行う。
【００４６】
このようにすれば、ｐＨ５以上７．５以下の電解液（中性溶液）は溶解作用が小さいため、中性溶液を使用して高電圧導体３に対し陽極酸化処理を施すことによって、酸性溶液を使用して陽極酸化処理を施すことにより成長する多孔質層ではなく無孔層が成長する。これにより、高電圧導体３を覆う第１誘電体膜６は、無孔アルマイト層として形成されるため、ガス絶縁電気機器１は電子雪崩の発生が抑制されており高い絶縁信頼性を有することができる。
【００４７】
上記ガス絶縁電気機器１の製造方法に使用される中性溶液は、ホウ酸、ホウ酸アンモニウム、シュウ酸アンモニウム、クエン酸アンモニウム、マレイン酸、マロン酸、フタル酸およびクエン酸からなる群から選択される少なくとも１つの水溶液であってもよい。このような水溶液を用いることにより、高電圧導体３に対する陽極酸化処理を容易に実施することができ、ガス絶縁電気機器１の製造方法を容易に実施し得る。
【００４８】
中性溶液は非水溶媒であってもよい。この場合、当該非水溶媒は、たとえばエチレングリコールまたはジエチレングリコールである。このような非水溶媒を用いることによっても、高電圧導体３に対する陽極酸化処理を容易に実施することができ、ガス絶縁電気機器１の製造方法を容易に実施し得る。
【００４９】
（実施の形態２）
次に、図８および図９を参照して、実施の形態２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、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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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の主面と、第５の主面と反対側に位置し、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、中性溶液（ｐＨが５以上７．５以下の電解液）を用いた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。つまり、第３誘電体膜１６は、実施の形態１における第１誘電体膜６および第２誘電体膜８と同様の方法により形成される。陽極酸化処理に用いる中性溶液は、ホウ酸、ホウ酸アンモニウム、シュウ酸アンモニウム、クエン酸アンモニウム、マレイン酸、マロン酸、フタル酸およびクエン酸からなる群から選択される少なくとも１つの水溶液、またはエチレングリコールもしくはジエチレングリコールなどの非水溶媒である。このようにして形成される第３誘電体膜１６には、第５の主面から第６の主面まで達する貫通孔が形成されていない。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
図１０を参照して、実施の形態１または２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、当該凸部も第１誘電体膜６で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。
【００５８】
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、電界緩和シールド表面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、および第３誘電体膜１６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。
【００５９】
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特許請求の範囲によって示され、特許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】
【００６０】
本発明は、高電圧が印加される導体部分が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】
【００６１】
１  ガス絶縁電気機器、２  容器、３，３０  高電圧導体、３Ａ  表面、４  絶縁支持部材、５  電界緩和シールド、６，６０  第１誘電体膜、６Ａ  第１の主面、６Ｂ  第２の主面、８  第２誘電体膜、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、１７  爪状接触部、６０Ｃ  内周面、６０Ｈ  貫通孔。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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