JPH07161250A - 絶縁部材およびｓｆ６ ガス絶縁遮断器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】絶縁部材とＳＦ₆ ガス絶縁遮断器の耐熱性と、
耐ＳＦ₆ 分解ガス性を共に高める。 【構成】ガラス繊維強化樹脂物２の外面を、エポキシ変
性ポリイミド３により被覆して絶縁ロッド１を構成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はＳＦ₆ ガス絶縁遮断器お
よびその絶縁操作棒等の電気的絶縁部材に係り、特に、
耐ＳＦ₆ 分解ガス性と耐熱性の向上を共に図った絶縁部
材およびSF₆ガス絶縁遮断器に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、六フッ化硫黄（以下ＳＦ₆ とい
う）ガス絶縁遮蔽器では、絶縁操作棒等のような絶縁ロ
ッドには、電気絶縁性と機械的強度の両方に優れた材料
を使用する必要がある。そこで、絶縁ロッド材料として
は、必要十分な機械的強度が得るため、電気絶縁性の良
好な高分子材料を各種繊維で強化した繊維強化樹脂物が
使用される。強化繊維の種類の違いにより、各種の繊維
強化樹脂物が存在するが、絶縁ロッドの場合は、電気絶
縁の問題からガラス繊維強化樹脂物を使用するのが一般
的である。

【０００３】ところで、ＳＦ₆ ガス絶縁遮蔽器中でアー
クが発生すると、アークにより機器に封入されたＳＦ₆
が分解して、四フッ化硫黄（ＳＦ₄ ）等の活性な分解ガ
スが発生する。さらに、遮断器中に微量な水分が存在す
ると、ＳＦ₄ は水と反応してＳＯＦ₂ やフッ酸ＨＦを生
成する。ガラスの主成分は酸化珪素（ＳｉＯ₂ ）である
が、この酸化珪素はフッ酸によって容易に侵されること
が知られている。

【０００４】このため、ガス絶縁遮断器中でガラス繊維
強化樹脂製の絶縁ロッドを単独で使用した場合には、分
解ガスにより樹脂物中のガラス繊維が侵され、絶縁ロッ
ドの機械的強度が低下する。

【０００５】また、酸化珪素とフッ酸の反応により、フ
ッ化珪素が生成し、ガラス繊維強化樹脂物の表面抵抗の
低下、トラッキング発生の原因になることがある。

【０００６】したがって、ＳＦ₆ ガス遮断器中でガラス
繊維強化樹脂物を長期間安定的に使用するためには、Ｓ
Ｆ₆ 分解ガスによるガラス繊維およびガラス繊維強化樹
脂物の劣化を防止する必要がある。

【０００７】このような課題を解決する技術としては、
例えばガラス繊維強化樹脂物表面にエポキシ樹脂の保護
膜を設ける方法が考えられる。また、前述のようなガラ
ス繊維強化樹脂物表面に保護膜を設ける方法以外には、
特開昭５６−７１２２７号公報に記載された技術が知ら
れている。この技術では、ガラス繊維強化樹脂物の補強
材を硼素および硼素化合物のいずれも含有しない低アル
カリガラス繊維にすることで、ＳＦ₆ 分解生成物に対す
る耐性の向上を図っている。

【０００８】一方、日本国特許第８６１７９６号では、
ガラス繊維で強化された電気絶縁材料を、ＳＦ₆ 分解生
成物に対して安定な絶縁材料よりなる構造物により包
囲，隔離することで、耐ＳＦ₆ 分解ガスについての課題
の解決を図っている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
ガラス繊維強化樹脂物の表面にエポキシ樹脂の保護膜を
形成する方法では、エポキシ樹脂皮膜が薄いとＳＦ₆ 分
解ガスがエポキシ樹脂皮膜を透過して内部のガラス繊維
強化樹脂物に達し、ガラス繊維を分解して表面抵抗の低
下を生じる。

【００１０】一方、エポキシ樹脂皮膜を厚くすると、Ｓ
Ｆ₆ 分解ガスの透過を防ぐことはできるが、皮膜とガラ
ス繊維強化樹脂物の線膨張係数が異なるため、冷熱サイ
クルによって皮膜に剥離や亀裂が発生する。加えて、Ｓ
Ｆ₆ ガス絶縁遮断器の小型化を図るには、従来と同じ量
の導体からの発熱をより少ない体積で受ける必要性があ
るため、絶縁材料の耐熱性向上が必要である。しかし、
エポキシ樹脂は耐熱性が高くなると靭性が低下して脆く
なる傾向があるため、高温で使用するコーティング剤に
は不向きである。

【００１１】一方、特開昭５６−７１２２７号公報に記
載された技術は、硼素および硼素化合物を含むガラス繊
維を使用した場合よりも、ＳＦ₆ 分解生成物に対する耐
性が向上することは期待できる。しかし、ＳＦ₆ 分解ガ
スに侵され易い酸化珪素を主成分とするガラス繊維を使
用していることに変りはなく、耐分解ガス性の著しい向
上は期待しにくい。

【００１２】また、日本国特許第８６１７９６号公報に
記載の技術では、構造上、ガラス繊維強化絶縁物が分解
ガスに触れないため、分解ガスによる劣化は生じないと
考えられる。しかし、ガラス繊維強化絶縁物を包囲する
ための絶縁物を新たに機器内に設けるため、従来の機器
の内部構造を変える必要がある。したがって、機器自体
の構造変更を必要としない前述のガラス繊維強化樹脂物
表面にエポキシ樹脂皮膜等の保護膜を設ける方法に比べ
て、機器の製造，保全・管理等が難しくなるという課題
がある。

【００１３】そこで本発明はこのような事情を考慮して
なされたもので、その目的は、耐熱性が高く、かつ耐Ｓ
Ｆ₆ 分解ガス性の優れたガラス繊維強化樹脂物製の絶縁
部材を提供すると共に、この絶縁部材を使用することに
より、従来の機器よりも構造を複雑にすることなく、安
全性が高く、小型のＳＦ₆ ガス絶縁遮断器を提供するこ
とにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は次のように構成される。

【００１５】本願の請求項１に記載の発明（以下、第１
の発明という）は、ガラス繊維強化樹脂物の外面を、エ
ポキシ変性ポリイミドにより被覆してなることを特徴と
する。

【００１６】また、本願の請求項２に記載の発明（以
下、第２の発明という）は、エポキシ変性ポリイミド
は、エポキシ樹脂とエポキシ樹脂の化学当量量の酸無水
物の混合物と、ビスマレイミドと硬化促進剤と潜在性硬
化剤の混合物と、を混合してなるものであることを特徴
する。

【００１７】さらに、本願の請求項３に記載の発明（以
下、第３の発明という）は、エポキシ変性ポリイミド
を、ＳＦ₆ 分解生成物に対して安定な電気絶縁性無機物
に置換してなることを特徴とする。

【００１８】さらにまた、本願の請求項４に記載の発明
（以下、第４の発明という）は、電気絶縁性無機物は、
酸化アルミニウム，酸化マグネシウム，窒化ホウ素の少
なくとも１種、またはこれらの複合物であることを特徴
とする。

【００１９】また、本願の請求項５に記載の発明（以
下、第５の発明という）は、電気絶縁性無機物の被覆層
の外面を、さらに合成樹脂により被覆してなることを特
徴とする。

【００２０】さらに、本願の請求項６に記載の発明（以
下、第６の発明という）は、請求項１〜５のいずれか１
項に記載の絶縁部材により構成された絶縁操作棒を有す
るこを特徴とする。

【００２１】

【作用】

〈第１，第２，第６の発明〉絶縁部材のガラス繊維強化
樹脂物の外面を被覆するエポキシ変性ポリイミドは、ア
ークによるＳＦ₆ 分解生成物に対して安定で、かつ耐熱
性に優れているので、エポキシ変性ポリイミドによりガ
ラス繊維強化樹脂物をＳＦ₆ 分解生成物から保護するこ
とにより、耐ＳＦ₆ 分解ガス性が高くなるとともに、絶
縁部材全体の耐熱性も向上できる。また、この絶縁部材
をＳＦ₆ ガス絶縁遮断器の絶縁操作棒として使用するこ
とにより、従来機器の構造を変更することなしに、小型
で安全性の向上したＳＦ₆ ガス絶縁遮断器が得られる。

【００２２】〈第３〜第６の発明〉絶縁部材のガラス繊
維強化樹脂物の外面を被覆する電気絶縁性無機物は、ア
ークによるＳＦ₆ 分解生成物に対して安定であるので、
電気絶縁性無機物によりガラス繊維強化樹脂物をＳＦ₆
分解生成物から保護することにより、耐ＳＦ₆ 分解ガス
性が高くなる。また、この絶縁部材によりＳＦ₆ ガス絶
縁遮断器の絶縁操作棒として構成することにより、従来
機器の構造を変更することなしに、小型で安全性の向上
したＳＦ₆ ガス絶縁遮断器が得られる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。

【００２４】図１は本発明の一実施例のＳＦ₆ ガス絶縁
遮断器用絶縁ロッドの断面図であり、絶縁部材である絶
縁ロッド１は、ガラス繊維強化樹脂物２により棒状等所
定形状に形成され、この樹脂物２の外面に、エポキシ変
性ポリイミドよりなるコーティング層３を形成してい
る。

【００２５】ガラス繊維強化樹脂物２の母材となる樹脂
２ａは、ＳＦ₆ 雰囲気中のアークにより生成される活性
なＳＦ₆ 分解ガスに対する耐性を有し、絶縁ロッド１と
して必要とされる電気絶縁性，耐熱性，機械的強度を満
たすことが可能であれば、どのような樹脂でもよく、具
体的にはポリイミド樹脂，エポキシ樹脂，ビスマレイミ
ド樹脂等がある。

【００２６】また、ガラス繊維強化樹脂物２中のガラス
繊維２ｂとしては、絶縁ロッド１に必要とされる機械的
強度と電気特性を満たすことが可能なものであればよ
い。一般には、電気，電子用繊維強化複合材料に使用す
るガラス繊維は、電気的特性の優れたＥガラス繊維であ
ることが多い。また、高強度ガラス繊維を使用すれば、
絶縁ロッド１全体の強度を向上することができる。

【００２７】そして、エポキシ変性ポリイミドとして
は、エポキシ樹脂とエポキシ樹脂の化学当量量の酸無水
物の混合物と、ビスマレイミドと硬化促進剤と潜在性硬
化剤の混合物を混合したものであり、以上の最終混合物
をガラス繊維強化樹脂物２の外面に塗布し、硬化させる
ことによりコーティング層３を形成する。

【００２８】エポキシ変性ポリイミドは、耐熱性は高い
が接着性の低いポリイミドを接着力の強いエポキシ樹脂
で変性しているため、耐熱性と接着力が共に高い樹脂で
ある。

【００２９】また、硬化により生成するエポキシ樹脂と
ビスマレイミド樹脂の網目は、相互に貫通し合うような
構造、つまり、相互貫通構造（ＩＰＮ）を形成する。こ
のため、エポキシ変性ポリイミドの気体分子が拡散する
分子レベルの空間は、エポキシ樹脂単体の時よりも狭く
なり、ガス拡散がしにくくなる。

【００３０】したがって、エポキシ変性ポリイミドをコ
ーティングした場合は、エポキシ樹脂単体の時よりもＳ
Ｆ₆ 分解ガスのコーティング層３の透過性が低くなり、
絶縁ロッド１に対する保護性が高くなる。これにより、
ＳＦ₆ 分解ガスと水分により生成するフッ酸を防ぎ、フ
ッ酸によるガラス繊維強化樹脂物２のガラスの侵食を抑
制し、さらに、ガラス繊維が分解して生成する電解質が
水分に溶解して抵抗値の低い表面層を形成し、絶縁性が
低下するのを防止することができる。

【００３１】本実施例において、エポキシ変性ポリイミ
ドの調製に使用するエポキシ樹脂は、塗布性を良好にす
るため、液状エポキシ樹脂を使用する必要がある。ま
た、ＳＦ₆ 分解ガスに安定な無機物を充填すれば、より
コーティング層３のガス透過性を低くすることができ
る。

【００３２】表１に、ガラス繊維強化樹脂物２をＳＦ₆
ガスを充填したＳＦ₆ ガス絶縁遮断器の容器中に置き、
この容器内でアークを発生させ、発生（遮断）後のＳＦ
₆ 分解ガスによる各材料の表面抵抗の変化を測定した結
果を示す。

【００３３】表１において、実施例１とは、ガラス繊維
強化エポキシ樹脂にエポキシ変性ポリイミドを塗布し、
被覆したものである。比較例１とは、エポキシ変性ポリ
イミドをコーティングしていないガラス繊維強化エポキ
シ樹脂であり、比較例２はガラス繊維強化エポキシ樹脂
表面をエポキシ樹脂の薄膜で被覆したものである。

【００３４】

【表１】

【００３５】表１に示すように、実施例１は他の比較例
１，２よりもＳＦ₆ 分解生成物に対して安定である。

【００３６】次の表２はＳＦ₆ の雰囲気中、２２０℃で
１００時間エージングした時の重量変化と外観変化の結
果を示しており、表２中、実施例２はコーティング剤と
してエポキシ変性ポリイミドを使用し、比較例３はコー
ティング剤としてエポキシ樹脂を使用した場合である。
表２に示すように、エポキシ変性ポリイミドは、重量、
外観共に殆ど変化が少ないのに対し、エポキシは、一種
の乾留状態となるため、生成物を伴う著しい変化を生じ
る。

【００３７】

【表２】

【００３８】図２は本願第３，第４発明の一実施例の断
面の模式図であり、絶縁部材である絶縁ロッド１１はガ
ラス繊維強化プラスチック１２により棒状等所定形状に
形成され、そのプラスチック１２の外面に、ＳＦ₆ 分解
生成物に対して安定な電気絶縁性無機物よりなるコーテ
ィング層１３を形成している。

【００３９】ガラス繊維強化プラスチック１２の母材と
なる樹脂１２ａとしては、耐ＳＦ₆分解ガス性を有し、
絶縁ロッドに必要とされる電気絶縁性，耐熱性，機械的
強度を満たすことが可能なものであれば、どのような樹
脂でもよい。一般に、繊維強化プラスチックに広く使用
されている樹脂としては、ポリアミド樹脂，エポキシ樹
脂，ビスマレイミド樹脂等がある。

【００４０】ガラス繊維強化プラスチック１２のガラス
繊維１２ｂとしては、絶縁ロッド１として必要とされる
機械的強度を満たすことが可能なものであればよい。一
般には、電気，電子用繊維強化複合材料に使用するガラ
ス繊維としては、電気的特性の優れたＥ繊維ガラスであ
ることが多い。

【００４１】ＳＦ₆ 分解生成物に対して安定な電気絶縁
性無機物１３としては、酸化アルミニウム（アルミ
ナ），酸化マグネシウム，窒化ほう素やこれらの複合物
等を使用する。この無機物１３によりガラス繊維強化プ
ラスチック１２の外面を覆う方法としては、化学蒸着法
や物理的蒸着法などにより、ガラス繊維強化プラスチッ
ク１２の外面に無機物を堆積させて被覆する方法があ
る。

【００４２】また、アルミナ等のセラミックスと無機高
分子を主成分とする一液型熱硬化型無機接着剤，充填
剤，コーティング剤をガラス繊維強化プラスチック１２
の外面に塗布，硬化することにより、ガラス繊維強化プ
ラスチック１２の外面を無機物で覆う方法もある。セラ
ミックスと無機高分子を主成分とする一液型熱硬化型無
機接着剤，充填剤，コーティング剤としては、アロンセ
ラミック（東亜合成化学工業社製），スミセラム（朝日
化学工業社製）等がある。

【００４３】そして、電気絶縁性無機物のコーティング
層１３は、アーク等により生じたＳＦ₆ 分解ガスと遮断
機器内にある水分からガラス繊維強化プラスチック１２
を遮蔽する。これにより、分解ガスと水分により生成す
るフッ酸を防ぎ、フッ酸によるガラス繊維強化プラスチ
ック１２のガラスの侵食を抑制し、さらに、ガラス繊維
が分解して生成する電解質が水分に溶解して抵抗値の低
い表面層を形成し、電気絶縁性が低下するのを防止する
ことができる。

【００４４】一方、ガラス繊維強化プラスチッ１２上の
無機物のコーティング層１３は、ＳＦ₆ 分解ガスに対し
て安定なため、分解反応速度が極めて遅く、電気抵抗値
の低下を招くような電解質溶液を形成しにくい。例え
ば、アルミナは酸化珪素よりもフッ酸による分解反応速
度が極めて遅く、分解により生じたフッ化アルミニウム
ＡｌＦ₃ は水分への溶解性が低いため、抵抗値の低下を
招くような電解質溶液を形成しにくい。

【００４５】図３は前記絶縁ロッド１１をＳＦ₆ ガス絶
縁遮断器中に置いたときのアーク遮断後の表面抵抗の変
化を曲線Ａで示し、曲線Ｂは前記コーティング層１３を
省略したガラス繊維強化プラスチックのアーク遮断後の
表面抵抗の変化を示す。曲線Ｂで示すようにガラス繊維
強化プラスチックの表面抵抗は著しい低下を生じる。こ
れに対して、本実施例では曲線Ａで示されるように、表
面抵抗の低下はガラス繊維プラスチックのみの場合より
も小さい。

【００４６】なお、前記実施例では、ガラス繊維強化プ
ラスチック１２の外面を無機物のコーティング層１３に
より被覆した場合について説明しているが、さらにこの
コーティング層１３の外面をプラスチックにより被覆し
てもよい。プラスチックで覆うことにより、絶縁ロッド
１１の耐衝撃性を一段と向上させことができる。

【００４７】図４は本願第６の発明の一実施例に係るＳ
Ｆ₆ ガス絶縁遮断器の投入状態を示す要部縦断面図であ
り、このＳＦ₆ ガス絶縁遮断器２１は前記各実施例の絶
縁ロッド１，１１により絶縁操作棒２２を構成した点に
特徴がある。

【００４８】つまり、ＳＦ₆ ガス絶縁遮断器２１は、Ｓ
Ｆ₆ ガスを充填したタンク２３内の上下一対の導体２
４，２５に図示しない系統を電気的に接続し、固定アー
ク接触子２６と可動アーク接触子２７、ならびに固定主
接触子２８と可動主接触子２９を接触ないし切り離すこ
とにより、系統に投入ないし遮断するものであり、可動
アーク接触子２７の図中下端部には絶縁操作棒２２を介
して操作ピストン３０等の操作機構の一部に接続してい
る。絶縁操作棒２２は前記実施例の絶縁ロッド１，１１
により構成されている。

【００４９】この操作ピストン３０を図４中下方へ引き
下げると、絶縁操作棒２２と可動アーク接触子２７が図
中下方へ引き下げられるので、可動アーク接触子２７と
固定アーク接触子２６、ならびに固定主接触子２８と可
動主接触子２９とがそれぞれ切り離されて系統を遮断す
る。

【００５０】これとは逆に、操作機構により操作ピスト
ン３０を上方へ上昇させることにより可動アーク接触子
２７と固定アーク接触子２６、ならびに固定主接触子２
８と可動主接触子２９とがそれぞれ切り離されて系統を
遮断する。

【００５１】これら投入と遮断時の各接触子２６と２
７，２８と２９間で発生するサージを図示しない案内機
構により図５（Ａ），（Ｂ）で示す抵抗体３１に案内し
てこれに吸収させるようになっている。

【００５２】抵抗体３１は複数の環状抵抗体３２を同心
状に並設することにより所定の高い抵抗値を持つように
構成されており、これら抵抗体３２の一端にコイル状の
ばね３３を隣接している。これら抵抗体３２の各中心孔
３２ａとばね３３の中心空間部内とにはテフロン等の絶
縁体３４ａ，３４ｂを介して抵抗支持棒３５を挿通し、
この抵抗支持棒３５の図中左右両外端部を半球状の左右
一対の絶縁体３５ａ，３５ｂにねじ止めすることにより
一体的に構成している。なお、図４中、符号３６はパッ
ファシリンダ、３７はパッファピストン、３８は固定側
シールド電極、３９は遮断部、４０は棒状絶縁体、４１
は可動側シールド電極である。

【００５３】したがって本実施例によれば、前記各実施
例の耐熱性，耐ＳＦ₆ 分解ガス性，機械的強度，電気絶
縁性でそれぞれ非常に優れた絶縁ロッド１，１１により
絶縁操作棒２２を構成しているので、ＳＦ₆ ガス絶縁遮
断器２１の構造を変えることなく、安全性と信頼性の高
い小型のＳＦ₆ ガス絶縁遮断器２１を提供することがで
きる。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように本願第１，第２の発
明は、ガラス繊維強化樹脂物の外面を被覆するエポキシ
変性ポリイミドが、アークによるＳＦ₆ 分解生成物に対
して安定で、かつ耐熱性に優れているので、エポキシ変
性ポリイミドによりガラス繊維強化樹脂物をＳＦ₆ 分解
生成物から保護することにより、耐ＳＦ₆ 分解ガス性が
高くなるとともに、絶縁部材全体の耐熱性も向上する。

【００５５】本願第３〜第５の発明は、ガラス繊維強化
樹脂物の外面を被覆する電気絶縁性無機物が、アークに
よるＳＦ₆ 分解生成物に対して安定であるので、電気絶
縁性無機物によりガラス繊維強化樹脂物をＳＦ₆ 分解生
成物から保護することにより、耐ＳＦ₆ 分解ガス性が高
くなる。

【００５６】本願第６の発明は、前記第１，第２の発明
に係る絶縁部材、または、第３〜第５の発明に係る絶縁
部材によりＳＦ₆ ガス絶縁遮断器用の絶縁操作棒を構成
したので、従来機器の構造を変更することなしに、小型
で安全性の向上したＳＦ₆ ガス絶縁遮断器が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のＳＦ₆ ガス絶縁遮断器用絶
縁ロッドの断面模式図。

【図２】本発明の他の実施例のＳＦ₆ ガス絶縁遮断器用
絶縁ロッドの断面模式図。

【図３】図２で示す実施例のアーク遮断後の表面抵抗の
変化曲線を主に示すグラフ。

【図４】本発明に係るＳＦ₆ ガス絶縁遮断器の一実施例
の断面図。

【図５】（Ａ）は図４で示すＳＦ₆ ガス絶縁遮断器の抵
抗支持棒，（Ｂ）は同図（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図。

【符号の説明】

１，１１ 絶縁ロッド ２，１２ ガラス繊維強化樹脂（プラスチック） ２ａ，１２ａ 樹脂（プラスチック） ２ｂ，１２ｂ ガラス繊維 ３ エポキシ変性ポリイミド １３ ＳＦ₆ 分解生成物に対して安定な電気絶縁性無機
物

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガラス繊維強化樹脂物の外面を、エポキ
   シ変性ポリイミドにより被覆してなることを特徴とする
   絶縁部材。
2. 【請求項２】 エポキシ変性ポリイミドは、エポキシ樹
   脂とエポキシ樹脂の化学当量量の酸無水物の混合物と、
   ビスマレイミドと硬化促進剤と潜在性硬化剤の混合物
   と、を混合してなるものであることを特徴する請求項１
   記載の絶縁部材。
3. 【請求項３】 エポキシ変性ポリイミドを、ＳＦ₆ 分解
   生成物に対して安定な電気絶縁性無機物に置換してなる
   ことを特徴とする請求項１記載の絶縁部材。
4. 【請求項４】 電気絶縁性無機物は、酸化アルミニウ
   ム，酸化マグネシウム，窒化ホウ素の少なくとも１種、
   またはこれらの複合物であることを特徴とする請求項３
   記載の絶縁部材。
5. 【請求項５】 電気絶縁性無機物の被覆層の外面を、さ
   らに合成樹脂により被覆してなることを特徴とする請求
   項４記載の絶縁部材。
6. 【請求項６】 請求項１〜５のいずれか１項に記載の絶
   縁部材により構成された絶縁操作棒を有するこを特徴す
   るＳＦ₆ ガス絶縁遮断器。