JP6576597B1 - 絶縁ノズル、及びガス遮断器 - Google Patents

Abstract

本発明による絶縁成形体は、ガス遮断器の消弧装置１に用いられる。絶縁成形体は、フッ素樹脂と、導通電流の遮断時に発生するアークにより４５０℃以上１１５０℃以下で熱分解して酸素を発生する酸素発生剤と、を含むフッ素樹脂混合物を備えている。酸素発生剤は、フッ素樹脂中に分散している。また、ガス遮断器は、絶縁成形体から形成される絶縁ノズルを有している。

Description

この発明は、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成形体及びガス遮断器に関する。

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。

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発生する。発生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。

特開昭５７−２１０５０７号公報

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。

本発明は、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、絶縁成形体、及びガス遮断器を提供することにある。

本発明の絶縁成形体は、ガス遮断器の消弧装置に用いられる絶縁成形体であって、フッ素樹脂と、導通電流の遮断時に発生するアークにより４５０℃以上１１５０℃以下で熱分解して酸素を発生する酸素発生剤とを含み、酸素発生剤がフッ素樹脂中に分散しているフッ素樹脂混合物を備えている絶縁成形体である。

本発明による消弧用絶縁成形体は、フッ素樹脂と、４５０℃以上１１５０℃以下で熱分解して酸素を発生する酸素発生剤とを含み、酸素発生剤がフッ素樹脂中に分散しているフッ素樹脂混合物を備えている。それにより、消弧性能と、絶縁ノズルの絶縁性能の耐久性とを向上させている。

本発明の実施の形態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。 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。 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。 本発明の実施の形態１によるガス遮断器の実験結果を示す図である。

実施の形態１．
図１は、本発明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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

絶縁ノズル１５は、耐熱性に優れるフッ素樹脂、及び酸素発生剤を含むフッ素樹脂混合物から形成される絶縁成形体である。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。

フッ素樹脂に配合する酸素発生剤には、熱分解温度が４５０℃以上１１５０℃以下の範囲の無機過酸化物を用いる。無機過酸化物には、過酸化カリウム、過酸化ナトリウム、及び過酸化バリウムの少なくとも何れか１つが用いられる。なお、フッ素樹脂に配合する酸素発生剤には、熱分解温度が４５０℃以上１１５０℃以下の範囲の無機酸化物を用いてもよい。無機酸化物には、二酸化マンガン、酸化コバルト（ＩＩ，ＩＩＩ）、及び酸化銅（ＩＩ）の少なくとも何れか１つが用いられる。アーク発生時には、フッ素樹脂が分解されて炭素が発生する。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、酸素発生剤がフッ素樹脂に配合されている本実施の形態の絶縁ノズル１５では、酸素発生剤から発生する酸素が、フッ素樹脂から発生する炭素と結合して二酸化炭素又は一酸化炭素となる。したがって、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。

酸素発生剤から酸素が発生する機構は、導通電流の遮断時に発生するアークの熱による酸素発生剤の熱分解反応を利用している。酸素発生剤は、例えば以下のような反応式に基づいて酸素を発生する。

２ＭｎＯ₂→２ＭｎＯ＋Ｏ₂

酸素発生剤は、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酸素を発生させることができる。従って、絶縁ノズル１５の表面に析出した炭素に対して酸素を効率良く結合させることができる。

熱分解温度が４５０℃未満の酸素発生剤を用いた場合、フッ素樹脂の成形工程中の加熱により熱分解反応が進行してしまう。その結果、消弧装置１の酸素発生剤としての機能が損なわれ、発生した炭素が絶縁ノズル１５の表面に析出することを抑制できない。フッ素樹脂の成形温度は、フッ素樹脂の種類により異なっており、最高４００℃である。加熱工程中、成形体は一定温度まで上昇するが、加熱ばらつきのために一定温度より高くなる可能性があるため、ばらつき分の５０℃を考慮して、熱分解温度が４５０℃以上の酸素発生剤を用いることが好ましい。本発明において酸素発生剤として用いることができる材料の熱分解温度は、過酸化カリウムが４９０℃、過酸化ナトリウムが６６０℃、過酸化バリウムが８００℃、二酸化マンガンが５５０℃、酸化コバルト（ＩＩ，ＩＩＩ）が９００℃、酸化銅（ＩＩ）が１０５０℃である。

また、熱分解温度が１１５０℃よりも高い酸素発生剤を用いた場合、消弧装置１が開極する時、即ち導通電流の遮断時に発生するアークに晒されても、酸素発生剤の熱分解反応が十分に進行しないため、酸素発生量が十分ではない。そのため、フッ素樹脂から発生した炭素と結合する酸素が足りないため、炭素の析出が十分に抑制できない。発生酸素量を増やすために酸素発生剤の配合量を増やすことはできるが、主材であるフッ素樹脂の配合量を減らすことになり、絶縁ノズル１５の耐久性及び機械的強度が低下する。つまり、発生する炭素に足りるだけの酸素を発生させるには、アークに晒されて到達し得る温度範囲において十分に熱分解することが好ましい。したがって、熱分解温度が１１５０℃以下の酸素発生剤を用いることが好ましい。

酸素発生剤の添加量は、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。酸素発生剤の添加量は、０．５重量％以上であると必要な酸素量が得られる。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。

本発明の絶縁ノズル１５を形成するフッ素樹脂混合物には、発明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。

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。

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。

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。

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。

絶縁ノズル１５からガスが発生する時には、絶縁ノズル１５に配合されている酸素発生剤が分解して酸素が発生する。酸素発生剤から発生した酸素は、フッ素樹脂から発生する炭素と結合して、二酸化炭素又は一酸化炭素となる。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。

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。

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。

以下、本発明の実施例をあげて説明する。なお、本発明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１〜６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１〜６の全てに用いた。また、酸素発生剤については、過酸化カリウム、過酸化ナトリウム、過酸化バリウム、二酸化マンガン、酸化コバルト（ＩＩ，ＩＩＩ）、及び酸化銅（ＩＩ）を個別に用いて、それぞれ実施例１、実施例２、実施例３、実施例４、実施例５、及び実施例６とした。フッ素樹脂と上記のそれぞれの酸素発生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。

本発明の実施例１〜６の他に、比較のため比較例１〜５を作製した。比較例１は、酸素発生剤を添加せず、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、酸素発生剤として、熱分解温度が絶縁ノズル１５の成形温度よりも低い２７５℃の過酸化カルシウムを添加し、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、酸素発生剤として、熱分解温度が１８６０℃である酸化チタンを添加し、絶縁ノズル１５を作製した。比較例４は、四フッ化エチレン樹脂に、酸素発生剤として、熱分解温度が２５０℃である酸化クロム（ＶＩ）を添加し、絶縁ノズル１５を作製した。比較例５は、四フッ化エチレン樹脂に、酸素発生剤として、熱分解温度が１４００℃である酸化鉄（ＩＩＩ）を添加し、絶縁ノズル１５を作製した。なお、実施例１〜６と比較例１〜５では、酸素発生剤の添加の有無、及び添加した酸素発生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１〜６と比較例１〜５には、酸素発生剤以外の添加剤は添加していない。

上記のように作製した実施例１〜６及び比較例１〜５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。

上記の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。

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。

実施例１〜６では、酸素発生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２の発生圧力が一番高く１１３％であった。実施例１の発生圧力は１１０％、実施例３の発生圧力は１０８％、実施例４の発生圧力は１１１％、実施例５の発生圧力は１０５％、実施例６の発生圧力は１０１％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、酸素発生剤の熱分解による酸素発生が圧力向上に寄与したためである。

また、実施例１〜５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。実施例６では試験後に絶縁抵抗値が低下した。しかし、比較例１よりも高い絶縁性能を示しており、酸素発生剤による絶縁性能の改善が認められた。これは、酸素発生剤の熱分解により発生した酸素が、フッ素樹脂の熱分解過程で生成された遊離炭素を酸化することで、絶縁ノズル１５への炭素の析出を抑制して、絶縁ノズル１５の絶縁性低下を防いだものと考えられる。

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は酸素発生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４では、試験後に絶縁性能の大幅な低下が見られた。比較例２及び比較例４に添加された酸素発生剤は、熱分解温度が成形温度より低い過酸化カルシウム又は酸化クロム（ＶＩ）である。アーク曝露試験以前に過酸化カルシウム又は酸化クロム（ＶＩ）が分解されて酸素発生機能が失われ、フッ素樹脂の熱分解過程で生成された炭素の酸化作用がなかったためである。また、比較例１に対し、比較例２及び比較例４では発生ガス圧力の若干の低下が確認された。比較例２及び比較例４では、上記のとおり、酸素発生剤として添加した過酸化カルシウム又は酸化クロム（ＶＩ）がアーク曝露試験以前に分解されたとみられ、発生ガスが少なかったものと考えられる。

比較例３では、比較例１に対し、発生圧力の大幅な低下が確認された。要因の１つは、添加した酸化チタンの熱分解温度が１８６０℃と高温であり、アーク曝露試験による熱分解反応により酸素が発生しなかったためである。他の要因として、添加した酸化チタンにより絶縁ノズル１５の表面反射率が上昇し、絶縁ノズル１５に侵入するアーク光が減少したことが挙げられる。絶縁ノズル１５に侵入するアーク光が減少して絶縁ノズル１５の内部の熱分解量が減少したことで、絶縁ノズル１５全体の熱分解量が少なくなったためである。比較例３では、絶縁性能が、試験後にわずかに低下した。これは、酸化チタンの分解による酸素の発生がなく、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ものの、アーク光の絶縁ノズル１５への侵入が抑制されたことにより、炭素の発生量が抑制されたためと考えられる。

比較例５では、試験後に絶縁性能の大幅な低下が見られた。比較例５で四フッ化エチレン樹脂に酸素発生剤として添加した酸化鉄（ＩＩＩ）の熱分解温度は、１４００℃と高温である。絶縁性能低下の要因は、アーク暴露試験による熱分解反応により酸素が発生せず、フッ素樹脂の熱分解過程で生成された炭素が酸化されなかったためである。また、比較例１に対し、比較例５では発生ガス圧力の若干の低下が確認された。これは、上記のとおり、添加した酸化鉄（ＩＩＩ）がアーク暴露によって酸素を発生せず、発生ガス量が少なかったものと考えられる。

本発明の実施の形態１によれば、絶縁ノズル１５は、フッ素樹脂と、４５０℃以上１１５０℃以下で熱分解して酸素を発生する酸素発生剤とを含み、酸素発生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、フッ素樹脂が熱分解して発生するガスにより高い吹き出し圧力が得られ、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。

絶縁ノズル１５を形成するフッ素樹脂混合物には、４５０℃以上１１５０℃以下で熱分解して酸素を発生する酸素発生剤が配合されている。したがって、アーク発生時において、十分な酸素が発生し、フッ素樹脂が分解して発生する炭素と結合することで、絶縁ノズル１５の表面に炭素が析出することを抑制できる。したがって、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。

絶縁ノズル１５が、フッ素樹脂と、４５０℃以上１１５０℃以下で熱分解して酸素を発生する酸素発生剤とを含み、酸素発生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。そのため、アーク発生時に効率的に消弧することができる。その結果、絶縁状態の維持に必要な可動アーク接触子１３と固定アーク接触子１４との離間距離を従来より短くすることができる。したがって、消弧装置１を小型化できる。

なお、実施の形態１では、絶縁ノズル１５をフッ素樹脂と酸素発生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絶縁成形体を設けてもよい。また、そのフローガイドを絶縁成形体としてもよい。また、絶縁ノズル１５の一部のみを絶縁成形体としてもよい。

本発明の実施の形態及び実施例は、単に例示であって本発明を何ら制限するものではない。本発明の範囲は、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、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１ 消弧装置、１５ 絶縁ノズル。

Claims (6)

1. ガス遮断器の消弧装置に用いられる絶縁成形体としての絶縁ノズルであって、
   フッ素樹脂と、導通電流の遮断時に発生するアークにより４５０℃以上１１５０℃以下で熱分解して酸素を発生する酸素発生剤と、を含み、前記酸素発生剤が前記フッ素樹脂中に分散しているフッ素樹脂混合物
   を備え、
   前記酸素発生剤は、前記絶縁成形体の全体に分散している絶縁ノズル。
2. 前記酸素発生剤が無機過酸化物である請求項１に記載の絶縁ノズル。
3. 前記無機過酸化物が、過酸化ナトリウム、過酸化カリウム、及び過酸化バリウムの少なくとも何れか１つである請求項２に記載の絶縁ノズル。
4. 前記酸素発生剤が無機酸化物である請求項１に記載の絶縁ノズル。
5. 前記無機酸化物が、二酸化マンガン、酸化コバルト（ＩＩ，ＩＩＩ）、及び酸化銅（ＩＩ）の少なくとも何れか１つである請求項４に記載の絶縁ノズル。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の絶縁ノズルを有し、
   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ガス遮断器。

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