JP5705384B1 - ガス絶縁機器 - Google Patents

Abstract

接地され内部に絶縁ガスが封入された金属製のタンク（１）と、タンク（１）内に配置され、封孔処理がされたアルマイト被膜（６）が表面に形成されると共に、電圧が印加される導体（２）と、タンク（１）の内面上に配置された絶縁性の被膜（１０１）と、被膜（１０１）上に配置され、絶縁材料に非直線抵抗材料が含有されて成る被膜（３）とを備えたガス絶縁機器を提供する。

Description

本発明は、接地されたタンク内に通電部である導体が収容され当該タンク内に絶縁ガスが封入されたガス絶縁機器に関する。

ガス絶縁機器では、接地電位にある金属製のタンクと当該タンクの内部に配置され電圧が印加される導体との間の空間に絶縁ガスを封入することで絶縁性能を確保している。

しかし、タンク内に微小な金属異物が混入すると、通電された導体から発生した電界の影響で、金属異物が帯電してタンク内を径方向に往復動作し、耐電圧低下を引き起こす要因となり得る。そのため、タンク内での金属異物の挙動を抑える必要がある。

従来のガス絶縁機器では、タンクの内面に絶縁性の塗料を塗布し、タンクの内面から金属異物への電荷の移動を抑制することで、金属異物に導体と逆極性の電荷が蓄えられることを防ぎ、金属異物に作用する電気的吸引力が金属異物の自重より大きくなって金属異物が浮上することを抑制し、金属異物が導体へ付着して閃絡することを防ぐ設計としている。

また、特許文献１では、タンクの内面に非直線抵抗特性を有する酸化亜鉛（ＺｎＯ）を含有する塗料を塗布したガス絶縁機器が記載されている。

また、特許文献２では、ガス絶縁機器におけるコーティング技術として、バリア絶縁物に非直線抵抗コーティングを施す技術が記載されている。

特開２０１０−２０７０４７号公報 特許第４１７７６２８号公報

上記したタンクの内面に絶縁性の塗料を塗布する構成では、導体に印加される電圧が低い場合は、金属異物の挙動の抑制に効果的であるが、電圧が高い場合は、塗装膜上に存在する金属異物の分極、すなわち、金属異物において導体側へ導体と逆極性の電荷が集まることにより、金属異物に作用する電気的吸引力が金属異物の自重より大きくなって金属異物が浮上することとなる。また、電界強度が絶縁ガスの電離強度以上となったときは、部分放電の発生により金属異物に電荷が供給蓄積され、金属異物に作用する電気的吸引力が金属異物の自重より大きくなって金属異物が浮上することとなる。このように、タンクの内面に絶縁性の塗料を塗布する構成では、電圧が低い場合は、金属異物の挙動の抑制に効果的であるが、電圧が高い場合は、金属異物の挙動を抑制することが困難となる。

また、特許文献１のようにタンクの内面に酸化亜鉛を含有した塗料を塗布する構成では、酸化亜鉛を含有した塗装膜は、電圧が低い場合には、絶縁性が高く、タンクの内面から金属異物への電荷の移動を遮断するため、上述の絶縁性の塗料をタンクの内面に塗布した場合と同様の効果を奏する。一方、この酸化亜鉛を含有した塗装膜は、電圧が高い場合には、導電性を示すようになり、タンクの内面と金属異物との間での電荷の移動を許容するので、金属異物の電荷を金属異物からタンクへ膜厚方向に逃すことができる。しかしながら、この場合、この酸化亜鉛を含有した塗装膜は、タンクの内面から金属異物への導体と逆極性の電荷の移動も許容するので、当該電荷の移動による帯電を抑制することが困難となり、その結果、金属異物の挙動を抑制することが困難となる。

また、特許文献２に記載のコーティング技術は、放電進展を抑制し、確実に放電をバリア絶縁物内側のガス空間内に閉じこめることを目的としたものであり、タンクの内面に存在する金属異物の挙動を抑制することを目的としたものとは異なる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、金属異物の挙動を抑制可能なガス絶縁機器を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るガス絶縁機器は、接地され内部に絶縁ガスが封入された金属製のタンクと、前記タンク内に配置され、封孔処理がされたアルマイト被膜が表面に形成されると共に、電圧が印加される導体と、前記タンクの内面上に配置された絶縁部と、前記絶縁部上に配置され、絶縁材料に非直線抵抗材料が含有されて成る非直線抵抗部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、絶縁部によりタンクの内面から金属異物への電荷の移動が遮断される一方で、非直線抵抗部と接触した金属異物の周囲の電界強度が大きい場合には、金属異物の周囲で非直線抵抗部が導電性を示し、金属異物から非直線抵抗部に電荷を逃すことにより、金属異物の挙動を抑制することが可能になると共に、金属異物の周囲の電界を緩和し、部分放電の発生を抑制することが可能となる。

また、本発明によれば、導体の表面に封孔処理がされたアルマイト被膜を形成されているので、導体の表面からの放電を抑制することが可能になると共に、導体の表面のミクロな電界集中を緩和することも可能となり、電極面積効果による耐電圧低下を抑制し、絶縁信頼性の高いガス絶縁機器を適用することができる。

さらに、本発明によれば、耐電圧性能の向上を図ることができ、タンクの径の縮小化が可能となる。

図１は、実施の形態１に係るガス絶縁機器の構成を示す縦断面図である。 図２は、図１のＡ部の拡大図である。 図３は、図１におけるＢ−Ｂ横断面図である。 図４は、金属異物から電荷が被膜の表面方向に逃げる様子を模式的に示した図である。 図５は、従来のガス絶縁機器の構成を示す縦断面図である。 図６は、非直線抵抗材料の典型的な電流−電圧特性を示したグラフである。 図７は、酸化亜鉛と炭化珪素の典型的なバリスタ特性を比較したグラフである。 図８は、図１におけるＢ−Ｂ横断面の別の例を示した図である。 図９は、タンクの内面の全面に被膜を配置した例を示した図である。 図１０は、実施の形態２に係るガス絶縁機器の構成を示す縦断面図である。 図１１は、導体の表面の断面拡大図である。 図１２は、導体に被覆を形成しない場合、アルマイト被膜を形成した場合、蒸気封孔処理がされたアルマイト被膜を形成した場合の六フッ化硫黄ガス中における耐電圧性能を比較した図である。 図１３は、電子なだれがアルマイト被膜の孔で成長する様子を示す図である。 図１４は、アルマイト被膜の孔径と耐電圧性能との関係を示した図である。 図１５は、アルマイト被膜の下地である導体の表面の凹凸とアルマイト被膜の膜厚との関係を表す断面図である。

以下に、本発明の実施の形態に係るガス絶縁機器を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本実施の形態に係るガス絶縁機器の構成を示す縦断面図、図２は、図１のＡ部の拡大図、図３は、図１におけるＢ−Ｂ横断面図である。図１から図３に示すように、本実施の形態に係るガス絶縁機器は、接地され内部に絶縁ガスが封入された金属製のタンク１と、タンク１内に配置された通電部である導体２と、タンク１の内面上に配置された絶縁部である被膜１０１と、被膜１０１上に配置された非直線抵抗部である被膜３とを備えている。なお、本実施の形態に係るガス絶縁機器は、例えば、母線、遮断器、断路器、接地開閉器、計器用変流器、計器用変圧器等のガス絶縁開閉装置を構成する機器である。また、本実施の形態が、ガス絶縁開閉装置に適用できることは言うまでもない。

タンク１は、接地された金属製の例えば円筒状の容器から成る。タンク１を構成する容器の軸方向の端部にはフランジ部１ａが設けられている。タンク１は、容器のフランジ部１ａ同士を連結することにより軸方向に延設可能である。タンク１は、例えばタンク１の軸が水平となるように配置されている。あるいは、タンク１は、例えばタンク１の軸がタンク１の設置面に対して平行になるように配置される。タンク１内には、例えば六フッ化硫黄（ＳＦ₆）ガスである絶縁ガスが充填されている。

導体２は、電圧が印加される導体であり、電流が通流する。導体２は、例えばタンク１の軸方向に沿って伸びている。導体２は、例えば円筒状または円柱状である。導体２は、図示しない絶縁スペーサで支持されている。

第１の被膜である被膜１０１は、絶縁性の被膜であり、絶縁材料から形成される。絶縁材料は例えば樹脂である。被膜１０１は、例えばタンク１の内面のうち下側半分の上に配置されている。

第２の被膜である被膜３は、絶縁材料に非直線抵抗材料が含有されて成る被膜である。絶縁材料は例えば樹脂である。また、非直線抵抗材料は、例えば炭化珪素（ＳｉＣ）である。被膜３は、接地されたタンク１からは絶縁性の被膜１０１により隔絶されているので、電気的には浮遊している。

なお、炭化珪素は、焼成をすることなく、非直線抵抗特性を示すことが知られている。すなわち、炭化珪素は、焼成をすることなく、低電圧領域または低電流領域では絶縁性を示すが、高電圧領域または高電流領域では抵抗が小さくなる。後述するように、炭化珪素は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）と比べて、絶縁性と導電性との間の移行が連続的に生ずる。なお、炭化珪素は、珪素に比べてバンドギャップが大きいワイドバンドギャップ半導体である。ワイドバンドギャップ半導体としては、炭化珪素以外に、例えば、窒化ガリウム、ダイヤモンドがある。

被膜３における炭化珪素の充填率は、体積分率で例えば３０％から８０％の範囲内とすることができる。これは、被膜３が非直線抵抗特性を示すためには、被膜３内で炭化珪素同士が接触可能な充填量が必要とされるためである。ここで、充填量下限値は、パーコレーションによって炭化珪素同士が接触する充填量として規定される。また、充填量上限値は、炭化珪素粉体の臨界充填量として規定され、臨界充填量を超える量を充填すると被膜３が脆くなるので、被膜３の強度を確保する条件から決まる。

なお、被膜３に含まれる非直線抵抗材料は炭化珪素以外の非直線抵抗材料であってもよく、例えば、酸化亜鉛、窒化ガリウム、またはダイヤモンドであってもよい。

図１では、タンク１内には微小な金属異物４が混入し、例えば被膜３上に存在している。

なお、被膜３，１０１は、それぞれ例えば塗装により形成された塗装膜である。すなわち、被膜１０１は、例えば樹脂を主成分とする絶縁性の塗料をタンク１の内面に塗装して形成される。また、被膜３は、例えば樹脂を主成分とする絶縁性の塗料に非直線抵抗材料を含有させた塗料を被膜１０１上に塗装して形成される。塗装には、はけ塗り、スプレー塗装、および静電塗装が含まれる。静電塗装は、粉体に静電気を与えて目標物に付着させる塗装である。

また、被膜３，１０１のいずれか一方または双方を塗装以外の方法で形成してもよい。また、被膜１０１をタンク１の内面上に配置する代わりに、絶縁部としての絶縁シートをタンク１の内面上に配置してもよい。ここで、絶縁シートは絶縁材料で形成されたシートである。同様に、被膜３を被膜１０１上に配置する代わりに、非直線抵抗部としての非直線抵抗シートを被膜１０１上に配置してもよい。ここで、非直線抵抗シートは絶縁材料に非直線抵抗材料が含有されて成るシートである。さらにまた、絶縁シート上に例えば塗装で被膜３を形成したシートをタンク１の内面上に配置してもよい。このように、タンク１の内面上に積層される絶縁部および非直線抵抗部は被膜１０１，３に限定されず、それぞれ絶縁特性および非直線抵抗特性を示すものであればよい。

次に、本実施の形態の作用について説明する。導体２に印加される電圧が低い場合、または導体２から発生する電界の強度が小さい場合は、被膜３中の非直線抵抗材料は実質絶縁物として機能する。また、被膜３とタンク１の内面との間には絶縁性の被膜１０１が存在している。そのため、タンク１の内面から被膜３上の金属異物４への電荷の移動が遮断され、金属異物４に導体２と逆極性の電荷が蓄えられることがなく、導体２から発生した電界による電気的吸引力が金属異物４の自重より大きくなって金属異物４が浮上することがない。

また、導体２に印加される電圧が高い場合、または導体２から発生する電界の強度が大きい場合は、被膜３中の非直線抵抗材料の抵抗は小さくなり、被膜３は導電性を示すようになる一方で、被膜３下の被膜１０１は電界強度の大きさによらず絶縁性である。そのため、被膜３上に存在する金属異物４の帯電は、被膜３が電荷の逃げ場となって抑制される一方で、タンク１内面から金属異物４への導体２と逆極性の電荷の移動による金属異物４の帯電は、被膜１０１により遮断されるので、導体２から発生した電界による電気的吸引力が金属異物４の自重より大きくなって金属異物４が浮上することがない。

詳細には、導体２に印加される電圧が高い場合、または導体２から発生する電界の強度が大きい場合には、金属異物４が被膜３上に存在すると、金属異物４の周囲のうち被膜３側で電界集中が発生し、電界強度が大きくなり、被膜３側の電界により被膜３は金属異物４の周囲で導電性を示すようになる。

金属異物４の周囲で被膜３が導電性を示すと、金属異物４の帯電は、被膜３が電荷の逃げ場となって抑制されると共に、金属異物４の周囲の電界集中が緩和されて、部分放電の発生が抑制される。この際、金属異物４の電荷は、被膜３の下に絶縁性の被膜１０１が存在することから、被膜３の表面方向に逃げることとなる。

図４は、金属異物４から電荷が被膜３の表面方向に逃げる様子を模式的に示した図である。なお、図４では、図１と同一の構成要素には同一の符号を付している。図４では、金属異物４の周囲の電界により、被膜３の一部に導電性部３ａが生じている。導電性部３ａは被膜３のその他の部分である絶縁性部３ｂで囲まれている。また、図４中、矢印は電荷の移動方向を示したものである。図４に示すように、金属異物４の被膜３側での電界集中により、金属異物４に接触した被膜３の一部に導電性部３ａが生じ、金属異物４の電荷は導電性部３ａ内を被膜３の表面方向に移動して均一化され、金属異物４の帯電が抑制されると共に、電界集中が緩和され、部分放電の発生が抑制される。なお、導電性部３ａは、金属異物４の周囲に局在して現れるように非直線抵抗材料の充填率を調整することができる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、タンク１の内面に絶縁性の被膜１０１を配置し、被膜１０１上に絶縁材料に非直線抵抗材料が含有されて成る被膜３を配置するようにしたので、被膜１０１によりタンク１の内面から金属異物４への電荷の移動が遮断される一方で、被膜３と接触した金属異物４の周囲の電界強度が大きい場合には、金属異物４の周囲で被膜３が導電性を示し、金属異物４から被膜３に電荷を逃すことにより、金属異物４の挙動を抑制することが可能になると共に、金属異物４の周囲の電界を緩和し、部分放電の発生を抑制することが可能となる。

ここで、本実施の形態と従来のガス絶縁機器の構成との対比を行い、本実施の形態のさらなる効果について説明する。図５は、従来のガス絶縁機器の構成を示す縦断面図である。なお、図５では、図１と同一の構成要素には同一の符号を付している。

図５に示すように、従来のガス絶縁機器では、タンク１の内面に塗装膜１００が塗布されている。塗装膜１００は、酸化亜鉛を含有する塗料から成る（特許文献１参照）。図５に示す従来の構成では、塗装膜１００のみが１層塗布された構成である。

図５に示す塗装膜１００は、導体２に印加される電圧が低い場合、または導体２から発生する電界の強度が小さい場合は、塗装膜１００中の酸化亜鉛が実質絶縁物として機能することから絶縁性が高く、タンク１の内面から塗装膜１００上の金属異物４への電荷の移動を遮断する。

一方、導体２に印加される電圧が高い場合、または導体２から発生する電界の強度が大きい場合には、金属異物４が塗装膜１００上に存在すると、金属異物４の周囲のうち塗装膜１００側で電界集中が発生し、電界強度が大きくなり、塗装膜１００側の電界により塗装膜１００は金属異物４の周囲で導電性を示すようになる。金属異物４の周囲で塗装膜１００が導電性を示すと、金属異物４とタンク１の内面との間での電荷の移動が許容され、金属異物４の電荷は塗装膜１００の膜厚方向へ逃がされることとなる。しかしながら、その一方で、タンク１の内面から金属異物４への電荷の移動による金属異物４の帯電を抑制することが困難であり、その結果、金属異物４の挙動を抑制することが困難となる。また、従来のガス絶縁機器では、金属異物４の電荷は塗装膜１００の膜厚方向へ逃がすのに対して、本実施の形態では、金属異物４の電荷は被膜３の表面方向へ逃がすという点も異なる。

次に、非直線抵抗材料として炭化珪素を用いることの利点を酸化亜鉛と比較しつつ説明する。図６は、非直線抵抗材料の典型的な電流−電圧特性を示したグラフである。図７は、酸化亜鉛と炭化珪素の典型的なバリスタ特性を比較したグラフである。酸化亜鉛は、炭化珪素と同様に非直線抵抗特性を示すが、以下に説明するように、非直線性の程度は両者で大きく異なる。

まず、非直線抵抗材料の典型的な電流−電圧特性について説明する。図６では、横軸を電圧（Ｖ）、縦軸を電流（Ｉ）とし、非直線抵抗材料の典型的な電流−電圧特性を示している。非直線抵抗材料は低電圧では抵抗が大きく絶縁性を示すが、電圧が臨界降伏電圧Ｖ _Ｂを超えると、抵抗値が急激に減少し導電性を示すようになる。

次に、図７に示すように、酸化亜鉛は、絶縁性と導電性との間の移行が急激であり、一定の電圧を超えると抵抗は急激に消失し、極端な非直線抵抗特性を示すのに対し、炭化珪素は、絶縁性と導電性との間の移行が連続的で緩やかである。

一方、被膜３の膜厚は、膜厚方向の印加電圧と非直線抵抗材料の非直線抵抗特性を考慮し、金属異物４の帯電を抑制することができるように設定する必要がある。

被膜３に含有される非直線抵抗材料を酸化亜鉛にする場合には、被膜３の膜厚のばらつきにより、同一の高電界に対して被膜３上に導電性領域と絶縁性領域とが混在し、金属異物４の帯電抑制効果が低減される可能性がある。従って、非直線抵抗材料として酸化亜鉛を使用する場合には、被膜３の膜厚のばらつきを抑制するようにする必要がある。

これに対し、被膜３に含有される非直線抵抗材料を炭化珪素にする場合には、被膜３は、図７のような緩やかな非直線抵抗特性を示すので、絶縁性と導電性との間の移行が連続的であり、被膜３の膜厚に多少のばらつきがあったとしても、導電性の程度が幾分異なるだけで、被膜３は全体として同じような電気特性を示す。

つまり、非直線抵抗材料として炭化珪素を使用する場合には、被膜３の膜厚のばらつきは、非直線抵抗材料として酸化亜鉛を使用する場合に比べて、金属異物４の帯電抑制効果に及ぼす影響が小さいので、膜厚のばらつきは許容され、被膜３の製造工程における作業性が向上する。

また、酸化亜鉛は、焼成をすることで非直線抵抗特性が発揮される。そのため、被膜３を塗装により形成する場合に、被膜３に含有される非直線抵抗材料を酸化亜鉛にするときには、焼成された酸化亜鉛の粉末を塗料に混ぜたものを塗布し、あるいは、酸化亜鉛含有の塗料を塗布した後に被膜３を焼成する必要があり、いずれにしても、塗装前または塗装後に焼成工程が必要になり、製造工程数が増加する。

これに対し、炭化珪素は焼成を行うことなく非直線抵抗特性を示す。そのため、非直線抵抗材料として炭化珪素を使用する場合には、炭化珪素について焼成を行う必要がないので、非直線抵抗材料として酸化亜鉛を使用する場合に比べて、製造工程数が少なくなるという利点がある。

また、本実施の形態は、被膜３は被膜１０１上に設けられるので、タンク１内面に絶縁塗料が塗布された既設のタンク１を利用し、この塗装膜上に被膜３を配置することができる。

なお、被膜３を塗装で形成する場合に、非直線抵抗材料含有の塗料に充填剤は入れなくてもよいし入れてもよい。アルミナまたはシリカなどの絶縁材料としての充填剤は強度確保を目的としており、金属異物４の挙動抑制という観点からは影響を与えない。

なお、図３では、被膜１０１および被膜３は、タンク１の内面のうち下側半分に配置されているが、タンク１の内面のうち下側の一部に配置されていてもよい。

図８は、図１におけるＢ−Ｂ横断面の別の例を示した図である。図８では、Ｏはタンク１の中心を示し、Ｐはタンク１の内面の最下部を示している。図８では、被膜１０１および被膜３は、少なくとも最下部Ｐを含む一定の角度範囲θでタンク１の内面上に配置されている。金属異物４は自重により下側に向かう傾向にあるので、被膜１０１および被膜３はタンク１の内面のうち少なくとも下側の一部に配置することが好ましい。特に、金属異物４は自重により最下部Ｐに向かう傾向にあるので、被膜１０１および被膜３はタンク１の内面のうち少なくとも最下部Ｐを覆うように配置することが好ましい。

また、金属異物４は、タンク１の内面のうち上側に付着することもあり得るので、タンク１の内面のうち上側の一部または全部に被膜１０１および被膜３を配置することによっても本実施の形態の効果が得られる。例えば、被膜１０１および被膜３は、タンク１の内面の全面に配置されるようにしてもよい。図９では、被膜１０１および被膜３をタンク１の内面の全面に配置した例を示している。このように、被膜１０１および被膜３はタンク１の内面の少なくとも一部に配置した場合でも、被膜１０１および被膜３に接触した金属異物４の帯電を抑制し、金属異物４の挙動を抑制し、金属異物４の周囲の電界を緩和し、部分放電の発生を抑制する効果がある。

実施の形態２．
図１０は、本実施の形態に係るガス絶縁機器の構成を示す縦断面図である。図１０に示すように、本実施の形態に係るガス絶縁機器は、接地され内部に絶縁ガスが封入された金属製のタンク１と、タンク１内に配置され、表面に封孔処理がされたアルマイト被膜６が形成されると共に、電圧が印加される導体２と、タンク１のフランジ部１ａ間に挟持され、導体２を支持する絶縁スペーサ５と、絶縁スペーサ５に取り付けられ、絶縁スペーサ５側の導体２の一部を覆うと共に、外側の表面に封孔処理がされたアルマイト被膜１６が形成された電界緩和シールド１４と、タンク１の内面上に配置された絶縁部である被膜１０１と、被膜１０１上に配置された非直線抵抗部である被膜３と、を備えている。

導体２は、例えばアルミニウムにより形成されている。導体２は、例えば円筒状である。導体２の表面には、絶縁破壊電界強度をより高くする目的で封孔処理がされたアルマイト被膜６が成膜されている。

電界緩和シールド１４は、例えばアルミニウムにより形成されている。電界緩和シールド１４の外側の表面には、絶縁破壊電界強度をより高くする目的で封孔処理がされたアルマイト被膜１６が成膜されている。電界緩和シールド１４は、絶縁スペーサ５による導体２の支持箇所の周囲を覆っている。なお、アルマイト被膜１６を設けない構成も可能である。

本実施の形態のその他の構成は実施の形態１と同様である。そのため、図１０では、図１から図３に示す実施の形態１の構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

次に、アルマイト被膜６，１６を設けることによる作用効果について説明する。なお、以下では、アルマイト被膜６について説明するが、アルマイト被膜１６についても同様である。

まず、導体２の表面が無被覆の場合について説明する。導体２の表面には、μｍのレベルの凹凸による多数の表面突起が存在する。表面突起は、当該表面突起から電界放出される電子によって放電が発生するので、耐電圧低下の要因となる。特に、導体２の表面積が大きくなるほど、表面突起の個数も増加し、統計的に放電する確率も増すため、絶縁破壊電界強度が低下する。導体２が同軸円筒構造の場合、導体２の径方向には電界勾配が存在するが、導体２の周方向および軸方向に対して電界は一定である。従って、導体２の表面上はすべて同一の電界強度になっている。通常、絶縁体は電界強度で放電開始、絶縁破壊が決まるが、タンク１内の絶縁ガスの場合は、導体２の表面突起が原因となる面積効果によって、絶縁破壊電界強度が導体２の表面積である電極面積に対する依存性を持つ。特に、高電圧用のガス絶縁機器の場合、電極面積は１０００００ｍｍ^２以上にもなり、面積効果によって絶縁破壊電界強度は小規模の電極面積の場合と比べ大幅に低くなる。

そこで、従来、表面突起の影響を抑制し耐電圧を高めるために、導体２の表面に絶縁被膜を形成することが一般的である。この絶縁被膜は、導体２の表面突起から発生する電界放出電子を抑制すると共に表面突起による電界集中を緩和することとなり、放電が抑制され、耐電圧が向上する。また、この絶縁被膜は、導体２が主にアルミニウム製であることを利用して、アルマイト被膜とすることが一般的である（例えば、特開昭６２−１４１９０９号公報参照）。

アルマイト被膜の形成方法は、アルミニウム製の導体２を、処理槽中の硫酸水溶液、燐酸水溶液、またはクロム酸水溶液等の電解液に漬けて陽極とし、別にこの電解液に漬けた電極を陰極として通電する電解法による陽極酸化処理が一般的である。従って、アルマイトは導体２を構成するアルミニウムの表面を酸化させることによって導体２の表面に形成されるが、この酸化過程においてアルマイト被膜に数１００ｎｍの径の細孔がある一定数生成される。アルマイト被膜に細孔が存在すると、下地の導体２から放出された電子が当該細孔を通って放出され、放電を抑制することが困難となる。

そこで、本実施の形態では、導体２の表面にアルマイト被膜を形成した後に当該アルマイト被膜に存在する孔を塞ぐために当該アルマイト被膜に封孔処理を施し、導体２の表面を封孔処理がされたアルマイト被膜６で覆うようにしている。

ここで、封孔処理方法は、例えば蒸気封孔によるものである。蒸気封孔は、アルマイト被膜が形成された導体２または電界緩和シールド１４を圧力容器となる窯に入れ、蒸気で例えば２から５気圧の蒸気圧力をかけることによって処理を行うものである。他の封孔処理方法としては、例えば沸騰水によるものがある。加圧蒸気で封孔処理を実施すると、アルマイトの表面に水和物（Ａｌ_２Ｏ_３・Ｈ_２Ｏ）が生成される。

図１１は、導体２の表面の断面拡大図である。図１１に示すように、導体２の表面にはアルマイト被膜６ａが形成され、アルマイト被膜６ａには孔２０が形成されている。また、アルマイト被膜６ａ上には、封孔処理により水和物の膜７が形成され、膜７は孔２０内にも形成され、孔２０の孔径が小さくなり、孔２０の封孔がされている。アルマイト被膜６は、アルマイト被膜６ａと、アルマイト被膜６ａ上に形成された水和物の膜７から形成される。

図１２は、導体２に被覆を形成しない場合、アルマイト被膜６ａを形成した場合、蒸気封孔処理がされたアルマイト被膜６を形成した場合の六フッ化硫黄ガス中における耐電圧性能を比較した図である。同図中、「被覆なし」は導体２に被覆を形成しない場合を示し、「アルマイト」はアルマイト被膜６ａのみを形成した場合を示し、「蒸気封孔アルマイト」は蒸気封孔処理がされたアルマイト被膜６を形成した場合を示している。なお、耐電圧性能は「被覆なし」の場合を基準に相対値で示している。図１２から明らかなように、蒸気封孔処理がされたアルマイト被膜６は、被覆なし、または、アルマイト被膜６ａのみを形成した場合に比べ、耐電圧性能が向上する。

以上説明したように、本実施の形態によれば、導体２の表面に封孔処理がされたアルマイト被膜６を形成するようにしたので、導体２の表面からの放電を抑制することが可能になると共に、絶縁性の高いアルマイト被膜６を形成することによって導体２の表面のミクロな電界集中を緩和することも可能となり、電極面積効果による耐電圧低下を抑制し、絶縁信頼性の高いガス絶縁機器を適用することができる。

また、本実施の形態によれば、電界緩和シールド１４の外側の表面にも封孔処理がされたアルマイト被膜１６を形成するようにしたので、導体２の表面に封孔処理がされたアルマイト被膜６を形成した場合と同様の効果を奏する。

なお、ガス絶縁機器内に、当該ガス絶縁機器の内部要素を覆う他の電界緩和シールドが配置されている場合には、当該他の電界緩和シールドの外側の表面も封孔処理がされたアルマイト被膜で覆うことができる。例えば、ガス絶縁機器が断路器である場合に、断路器の固定接触子を覆う断路器シールドの表面に封孔処理がされたアルマイト被膜を形成することもできる。

また、本実施の形態によれば、タンク１の内面に絶縁性の被膜１０１を配置し、被膜１０１上に絶縁材料に非直線抵抗材料が含有されて成る被膜３を配置するようにしたので、実施の形態１と同様の効果を奏する。

さらに、本実施の形態によれば、タンク１側では、タンク１の内面に被膜１０１、３を順次積層する構造とし、導体２側では、導体２の表面を被覆するアルマイトを封孔処理する構造としたので、タンク１側および導体２側の双方で耐電圧性能の向上を図ることができ、タンク１の径の縮小化が可能となる。

実施の形態３．
図１３は、電子なだれがアルマイト被膜の孔で成長する様子を示す図、図１４は、アルマイト被膜の孔径と耐電圧性能との関係を示した図である。

図１３に示すように、導体２の表面にはアルマイト被膜６ａが形成されており、アルマイト被膜６ａには封孔処理が施されておらず、アルマイト被膜６ａには孔２０が存在している。アルマイト被膜６ａに孔２０が存在する状態では、孔２０を通して導体２からの電子放出が生ずる。

また、図１３に示すように、導体２から放出された電子は電界によって加速され、加速された電子は中性分子と衝突し当該分子を電離させることで新たに電子が生成され、次々と生成される電子は電子なだれ８の成長へとつながる。電子なだれ８は、電子なだれ８の進行方向に紡錘状の形状で成長し、電子なだれ８の先端がストリーマに転移する条件に達すれば放電開始となる。

仮に電子なだれ８の先端部の径よりもアルマイト被膜６ａの孔２０の孔径が大きければ、電子なだれ８は孔２０の壁面に衝突することなく成長し続け、電子なだれ８の電子数が有る一定数、例えば１０^８個に到達すると、電子なだれ８はストリーマに転移し絶縁破壊につながる。電子なだれ８の直径は下記式によって計算できる。

電子なだれの直径＝√｛（４×拡散係数×進展距離）／電子速度｝

ここで、直径は紡錘状の電子なだれ８の最大直径である。

進展距離を電子なだれ８の先端がストリーマに転移する条件に到達するまでに電子なだれ８が進展する距離とすると、進展距離は大気中であれば１０μｍ程度であり、加圧された六フッ化硫黄ガス中ならば１００ｎｍ以下となる。加圧ガス中の場合、封孔処理を施さない通常のアルマイト被膜６ａの孔径よりも電子なだれ８の径は小さいため、孔２０の側面壁への衝突による電子なだれ８の成長妨害がなく、電子なだれ８は成長後ストリーマに転移して放電が開始する。

従って、電子なだれ８の径よりもアルマイト被膜６ａの孔径が小さければ、電子なだれ８の成長が孔２０の側面壁への衝突によって阻害されることでストリーマ転移による放電形成ができなくなり、その結果、図１４のように耐電圧性能が向上する。そのためにはアルマイトの孔径を封孔処理によって電子なだれの径以下に抑えればよい。

そこで、本実施の形態では、実施の形態２のように導体２の表面を封孔処理がされたアルマイト被膜６で覆う際に、絶縁ガス中で生成する電子なだれ８の径よりも封孔処理後のアルマイト被膜６の孔径が小さくなるように封孔処理を施すこととする。すなわち、アルマイト被膜６は、図１１のように孔２０内にも水和物の膜７が形成されることにより、膜７が内部に形成された孔２０の孔径が電子なだれ８の径よりも小さくなるように封孔処理がされる。

本実施の形態によれば、導体２の表面からの電子放出を抑制してかつ電子なだれ８の成長を抑制することができ、耐電圧性能が向上し、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。

なお、本実施の形態は、電界緩和シールド１４上のアルマイト被膜１６にも同様に適用することもできる。

本実施の形態のその他の構成、作用、および効果は実施の形態２と同様である。

実施の形態４．
図１５は、アルマイト被膜６の下地である導体２の表面の凹凸とアルマイト被膜６の膜厚との関係を表す断面図である。図１５に示すように、導体２の表面には凹凸が形成され、アルマイト被膜６は表面の凹凸を埋める膜厚で形成されている。

導体２の面積効果による耐電圧低下現象は、導体２の表面のミクロな表面突起から放出される初期電子の供給と、表面突起で形成される局部的に大きな電位勾配が要因となり、導体２の表面積の拡大と共に放電が形成され易くなることによるものである。

そこで、本実施の形態では、初期電子の供給を抑制し、かつ、電位勾配を小さくするために、アルマイト被膜６は、導体２の表面の凹凸を埋めるような膜厚で形成する。すなわち、アルマイト被膜６の膜厚が導体２の表面の凹凸の最大粗さよりも厚くなるようにする。

本実施の形態によれば、アルマイト被膜６は導体２の表面の凹凸を埋める膜厚で形成されているので、電極面積効果による耐電圧の低下を抑制することができ、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。

なお、本実施の形態は、電界緩和シールド１４上のアルマイト被膜１６にも同様に適用することもできる。

本実施の形態のその他の構成、作用、および効果は実施の形態２，３と同様である。

以上のように、本発明に係るガス絶縁機器はガス絶縁開閉装置を構成する機器に適している。

１ タンク、１ａ フランジ部、２ 導体、３，１０１ 被膜、３ａ 導電性部、３ｂ 絶縁性部、４ 金属異物、５ 絶縁スペーサ、６，６ａ，１６ アルマイト被膜、７ 膜、８ 電子なだれ、１４ 電界緩和シールド、２０ 孔、１００ 塗装膜。

Claims (10)

1. 接地され内部に絶縁ガスが封入された金属製のタンクと、
   前記タンク内に配置され、封孔処理がされたアルマイト被膜が表面に形成されると共に、電圧が印加される導体と、
   前記タンクの内面上に配置された絶縁部と、
   前記絶縁部上に配置され、絶縁材料に非直線抵抗材料が含有されて成る非直線抵抗部と、
   を備えることを特徴とするガス絶縁機器。
2. 前記絶縁部は、前記タンクの内面上に形成された第１の被膜であり、
   前記非直線抵抗部は、前記第１の被膜上に形成された第２の被膜であることを特徴とする請求項１に記載のガス絶縁機器。
3. 前記第１および第２の被膜はいずれも塗装膜であり、
   前記第１の被膜は、絶縁性の塗装成分を含有する塗料が塗装されて成り、
   前記第２の被膜は、絶縁性の塗装成分および前記非直線抵抗材料を含有する塗料が塗装されて成ることを特徴とする請求項２に記載のガス絶縁機器。
4. 前記非直線抵抗材料は炭化珪素であることを特徴とする請求項２に記載のガス絶縁機器。
5. 前記第２の被膜における前記炭化珪素の充填率は、体積分率で３０％から８０％の範囲内であることを特徴とする請求項４に記載のガス絶縁機器。
6. 前記非直線抵抗材料は酸化亜鉛であることを特徴とする請求項２に記載のガス絶縁機器。
7. 前記アルマイト被膜は、蒸気封孔によって封孔処理がされていることを特徴とする請求項１に記載のガス絶縁機器。
8. 前記アルマイト被膜は、当該アルマイト被膜に形成された孔の孔径が電子なだれの径よりも小さくなるように封孔処理がされていることを特徴とする請求項１に記載のガス絶縁機器。
9. 前記アルマイト被膜は、前記導体の表面に形成された凹凸を埋める膜厚で形成されていることを特徴とする請求項１に記載のガス絶縁機器。
10. 前記導体を支持する絶縁スペーサと、
    前記絶縁スペーサに取り付けられ、前記導体の一部を覆う電界緩和シールドと、
    を備え、
    前記電界緩和シールドの外側の表面には、封孔処理がされたアルマイト被膜が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のガス絶縁機器。
    
    
    

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