(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス遮断器の消弧装置に用いられ、固定アーク接触子と接触する可動アーク接触子を囲う絶縁ノズルであって、
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、
前記フッ素樹脂中に分散され、
前記アークの熱で前記フッ素樹脂が分解されることにより発生する前記炭素と反応して前記フッ素樹脂混合物上に絶縁性のある炭化物を生成する
ことを特徴とする絶縁ノズル。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。【０００３】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５７−２１０５０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。【０００６】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示のガス遮断器の消弧装置に用いられ、固定アーク接触子と接触する可動アーク接触子を囲う絶縁ノズルは、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され、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フッ素樹脂混合物上に絶縁性のある炭化物を生成することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
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。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。  
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【実施例】
【００４８】
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。【００４９】
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。【００５０】
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。【００５１】
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。【００５２】
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。【００５３】
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。【００５４】
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。【００５５】
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。【００５６】
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。【００５７】
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。【００５８】
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。【００５９】
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。
【符号の説明】
【００６０】
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。
【要約】
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。【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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