专利名称：气体绝缘设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及利用了含有(X)2的绝缘气体的气体绝缘设备。
背景技术：
输电变电系统具备气体绝缘切断器及气体绝缘断路器等开关装置、气体绝缘变压器、以及气体绝缘输电管等气体绝缘输电变电设备(以下，称为“气体绝缘设备”)。在气体绝缘设备的容器内填充有绝缘气体。绝缘气体作为防止在气体绝缘设备的容器与容器内的电路之间产生放电的电绝缘介质以及抑制因通电引起的温度上升的冷却介质而发挥作用。 并且，绝缘气体在开关装置中起到使进行开关动作时发生的电弧(arc)放电消失的消弧介质的作用。作为在高电压用 大容量用的气体绝缘设备中填充的绝缘气体，当前多采用六氟化硫气体(以下，称为"SF6气体”)。现有技术文献专利文献专利文献1 日本特开2007-294358号公报非专利文献非专利文献1 内井敏之他6名著，电气学会论文B，2004年发行，124卷，3号， P. 476 48
发明内容
发明要解决的课题上述SF6气体是稳定性非常高的非活性气体，具有无毒、不可燃的特征。此外，在上述的绝缘性能及消弧性能方面极其优异。因此，SF6气体适合于高电压用的气体绝缘设备， 对气体绝缘设备的小型化做出了很大贡献。然而，SF6气体具有(X)2气体的23900倍的高地球温室效果，因此提议采用(X)2气体作为绝缘气体。另外，如上所述，当使用气体绝缘设备时，有时在容器与电路之间会发生事故放电。此外，在开关装置中，在开关动作时发生电弧放电。公知有以下情况若发生这些放电， 则绝缘气体等离子化，绝缘气体的分子离解。在采用SF6气作为绝缘气体的情况下，由于SF6分子具有高稳定性，因此大部分SF6 分子即使因放电而离解也会再结合。另外，存在如下情况因SF6分子的离解而产生的硫 (S)离子及氟(F)离子的极少数与容器内存在的微量的水分发生反应，从而产生极微量的 HF、SOF2等分解气体。但是，不会带来使气体绝缘设备的绝缘性能、消弧性能以及通电性能降低的程度的影响。另一方面，在采用(X)2气体作为绝缘气体的情况下，因(X)2分子的离解而产生的一部分氧(0)离子会与构成大部分的气体绝缘设备的金属发生反应，不进行再结合而作为分解气体成为CO分子。因此，容器内填充的(X)2气体缓慢减少，取而代之，分解气体的CO气体增加。CO2气体与SF6气体相比，因放电而离解后的再结合的比率低。因此，在采用0)2气体作为绝缘气体的情况下，与采用SF6气体的情况相比，随着气体绝缘设备的使用，气体绝缘设备的绝缘性能或消弧性能容易降低，容易需要进行气体绝缘设备的维修、绝缘气体的补充。因此，本发明是为了解决上述课题而提出的，目的在于，在利用了含有(X)2的绝缘气体的气体绝缘设备中，抑制绝缘性能或消弧性能的降低。解决课题的手段本发明实施方式的气体绝缘设备，其特征在于，具备密闭容器；在上述密闭容器内设置的高电压部；填充于上述密闭容器的包含⑶2的绝缘气体；以及在上述绝缘气体的气体环境下配置的沸石。
图1是本发明第一实施方式的气体绝缘设备(气体绝缘切断器)的局部概略剖视图，示出了气体绝缘切断器的闭极状态。图2是本发明第一实施方式的气体绝缘设备(气体绝缘切断器)的局部概略剖视图，示出了气体绝缘切断器的开极动作中的状态。图3是用于说明本发明第一实施方式的气体绝缘设备的沸石的吸附的示意图，示出了沸石吸附着CO2的状态。图4是用于说明本发明第一实施方式的气体绝缘设备的沸石的吸附的示意图，示出了沸石吸附着分解气体的状态。图5是本发明第二实施方式的气体绝缘设备(气体绝缘变压器)的局部概略剖视图。
具体实施例方式[第一实施方式]关于本发明的气体绝缘设备的第一实施方式，利用图1 图4进行说明。本实施方式的气体绝缘设备是压气式(puffer type)气体绝缘切断器。首先，关于本实施方式的气体绝缘设备(气体绝缘切断器)的构造，利用图1及图 2进行说明。图1是本实施方式的气体绝缘设备(气体绝缘切断器)的局部概略剖视图，示出了气体绝缘切断器的闭极状态。图2是本实施方式的气体绝缘设备(气体绝缘切断器) 的局部概略剖视图，示出了气体绝缘切断器的开极动作中的状态。气体绝缘切断器在密闭容器10内具备高电压部、沸石20以及绝缘气体。密闭容器10形成为大致圆筒形状。密闭容器10由金属或绝缘子等构成。密闭容器10接地。本实施方式的气体绝缘设备是气体绝缘切断器，高电压部具有通过大电流并将该大电流切断的功能。为了抑制从高电压部向密闭容器10放电，高电压部在密闭容器10内与密闭容器10隔开间隔11而配置。密闭容器10内填充有绝缘气体。高电压部具有固定部30、可动部40以及导电部61、62。固定部30与可动部40互相对置，沿密闭容器10的轴而配置。固定部30及可动部40分别通过由绝缘体构成的支撑体71、72而固定于密闭容器10。
导电部61、62分别通过由绝缘体构成的间隔件(spacer) 73、74而固定于密闭容器 10。间隔件73、74还起到防止密闭容器10内填充的绝缘气体泄露到外部的作用。气体绝缘切断器的闭极状态(图1)下，大电流经由套管(bushing)(未图示)流入气体绝缘切断器。大电流流过导电部61、固定部30、可动部40以及导电部62。然后，大电流经由套管(未图示)从气体绝缘切断器流出。固定部30具有固定电弧触头31、固定通电触头32以及固定通电板33。固定电弧触头31形成为棒状，沿密闭容器10的轴延伸。固定通电触头32形成为圆筒状，以包围固定电弧触头31的方式沿密闭容器10的轴延伸。此外，固定通电板33形成为板状，在固定通电触头32的内部以垂直于密闭容器10的轴的方式配置。固定通电板 33使固定电弧触头31与固定通电触头32导通。可动部40具有可动电弧触头41、可动通电触头42、驱动杆43、压气缸(puffer cylinder) 44、连结板45、绝缘喷嘴46以及活塞47等。驱动杆43形成为圆筒状，沿密闭容器10的轴延伸。驱动杆43的与固定部30相反的一侧的端部与驱动装置75连接，驱动杆43利用驱动装置75沿密闭容器10的轴向(图 1及图2的左右方向)移动。可动电弧触头41形成为环状，从驱动杆43的固定部30侧的端部向固定部30突出。在闭极状态(图1)下，可动电弧触头41的内周面与固定电弧触头31的外周面接触。压气缸44形成为圆筒状，沿密闭容器10的轴延伸。压气缸44与驱动杆43隔开间隔地配置在驱动杆43的外周。连结板45形成为板状，与密闭容器10的轴垂直地从压气缸44的固定部30侧的端部延展到驱动杆43的外周面。连结板45将驱动杆43与压气缸 44连接。可动通电触头42形成为环状，从连结板45的固定部30侧的面朝向固定部30突出。可动通电触头42与可动电弧触头41隔开间隔地配置在可动电弧触头41的外周。在闭极状态(图1)下，可动通电触头42的外周面与固定通电触头32的内周面接触。绝缘喷嘴46形成为环状，从连结板45的固定部30侧的面朝向固定部30突出。绝缘喷嘴46配置在可动电弧触头41与可动通电触头42之间。绝缘喷嘴46与可动电弧触头 41隔开间隔而配置，并包围着可动电弧触头41的外周及前端。绝缘喷嘴46例如是由聚四氟乙烯等氟类树脂构成的绝缘体。上述可动电弧触头41、可动通电触头42、驱动杆43、压气缸44、连结板45以及绝缘喷嘴46构成为一体，利用驱动装置75 —体地沿密闭容器10的轴向(图1及图2的左右方向)移动。活塞47具有由内管48及外管49构成的二重管结构。内管48及外管49沿密闭容器10的轴延伸，相互隔开间隔而配置。在内管48与外管49之间，可滑动地配置有压气缸44。在内管48的固定部30侧的端部，形成有向密闭容器10的轴中心延展的凸缘 (flange) 50。凸缘50形成有与驱动杆43的外径对应的贯通孔51。驱动杆43插入并通过贯通孔51，在内管48的内侧与内管48隔开间隔而配置。驱动杆43被设计得能够相对于活塞47滑动。另外，内管48及外管49分别形成有第1连通孔52及第2连通孔53。绝缘气体经由第1连通孔52及第2连通孔53，被填充到由驱动杆43、内管48以及凸缘50所围成的空间(以下，称为“活塞室”)Μ。此外，凸缘50形成有第3连通孔55，第3连通孔55设有逆止(反向阻止)阀56。 因此，由驱动杆43、压气缸44、凸缘50以及连结板45围成的空间(以下，称为“缸室” )57 经由第3连通孔55及止回阀56与活塞室M连通。绝缘气体由于止回阀56而不会从缸室 57向活塞室M流动，在缸室57的内压比活塞室M的内压低的情况下，绝缘气体从活塞室讨流向缸室57。本实施方式中，绝缘气体是(X)2气体或以(X)2气体为主要成分的混合气体(O)2气体的质量混合比在50%以上的混合气体)。在绝缘气体是以CO2气体为主要成分的混合气体的情况下，CO2气体以外的气体优选是例如N2气体、&气体、He气体等具有非极性分子结构的气体。或者，CO2气体以外的气体优选是例如CF4气体等、分子直径比(X)2大的气体。本实施方式的气体绝缘切断器在密闭容器10内具备在沸石盒21中收纳着的沸石 20。沸石盒21中收纳有例如几mm左右的泡(beads)状或球状的沸石。沸石盒21形成有多个通气孔22，填充在密闭容器10内的CO2气体通过通气孔22而与沸石盒21内的沸石接触。沸石盒21设置在高电压部的上方。此外，沸石盒21设置在被喷射到后述电弧放电81后的绝缘气体的流路(例如，第6连通孔35的附近)中。沸石20例如是合成沸石，特别优选的是，细孔直径是0. 2nm以上0. 5nm以下的沸石(例如，A型沸石)。此外，优选为，在开始使用气体绝缘切断器前，预先使沸石20吸附(X)2分子。例如， 本实施方式的气体绝缘切断器按如下方法制造。首先，在密闭容器10内的规定位置设置高电压部以及沸石盒21，并将密闭容器10内抽为真空。接着，在高压下向密闭容器10内封入 CO2气体，使沸石20吸附(X)2气体。然后，向密闭容器10内填充规定的绝缘气体。接着，关于本实施方式的气体绝缘设备(气体绝缘切断器)的开极动作，利用图1 及图2进行说明。在闭极状态(图1)下，固定电弧触头31与可动电弧触头41接触，并且，固定通电触头32与可动通电触头42接触，固定部30与可动部40被通电。这里，在切断电流的情况下，利用驱动装置75，使驱动杆43向远离固定部30的方向(图1的左方向)移动。这样，固定电弧触头31与可动电弧触头41、以及固定通电触头 32与可动通电触头42相互离开。这样，如图2所示，在固定电弧触头31与可动电弧触头 41之间发生电弧放电81。随着该开极动作，由于压气缸44收纳在活塞46内，因此缸室57的容积变小。这样，填充在缸室57内的绝缘气体通过形成于连通板45的第4连通孔58、以及可动电弧触头 41与绝缘喷嘴47之间的间隙59，被喷射于电弧放电81。这样，电弧放电7失去其导电性， 电流被切断。一般，为了得到高消弧性能，需要高喷射压力以及丰富的绝缘气体的流量。喷射后的绝缘气体通过形成于固定通电板33的第5连通孔34、以及形成于固定通电触头32的第6连通孔35，在密闭容器10内进行对流。接着，关于本实施方式的气体绝缘设备(气体绝缘切断器)的作用，利用图3及图 4进行说明。图3是说明本发明第一实施方式的气体绝缘设备的沸石的吸附的示意图，示出了沸石吸附着(X)2的状态。图4是说明本发明第一实施方式的气体绝缘设备的沸石的吸附的示意图，示出了沸石吸附着分解气体的状态。在绝缘性能以及消弧性能方面，CO2气体比SF6气体差但远比空气优异。并且，CO2 气体在地球温室作用方面远比SF6气体优异。因此，根据本实施方式，能够提供具有高绝缘性能、消弧性能且对于地球温室效应的影响小的气体绝缘切断器。这里，若绝缘气体被向电弧放电81喷射，则如上所述，CO2气体离解，产生CO气体。 并且，若密闭容器10内的CO气体的浓度升高，则气体绝缘切断器的绝缘性能、消弧性能降低。但是，根据本实施方式，由于沸石20吸附CO分子，因此能够抑制密闭容器10内的CO 气体的浓度的上升。因此，能够抑制气体绝缘切断器的绝缘性能、消弧性能的降低。此外，如上所述，随着CO2气体的离解，在密闭容器10内产生CO气体，密闭容器10 内的CO2气体减少。这样，气体绝缘切断器的绝缘性能、消弧性能降低。但是，若如本实施方式那样，在开始使用气体绝缘切断器前，预先使沸石20吸附(X)2分子，则沸石20吸附产生的CO分子，并放出预先吸附于沸石20的CO2分子。因此，能够抑制密闭容器10内的CO气体的增加并抑制(X)2气体的减少。因此，能够抑制气体绝缘切断器的绝缘性能、消弧性能的降低。另外，如图3示意性地所示，吸附于沸石20的(X)2分子84，被物理性地或电气性地束缚在沸石20的细孔23内。这里，CO2分子84具有非极性分子结构，因此电束缚小。另一方面，CO分子85具有极性分子结构，因此比(X)2分子84易于受到电束缚，易于被吸附于沸石20。此外，CO分子85是比(X)2分子84小的分子，因此比(X)2分子84易于被物理性地吸附于沸石20。由此，如图4示意性地所示，CO分子85将细孔23内的(X)2分子84赶出而收容在细孔23内。因此，根据本实施方式，沸石20有效地进行吸附CO分子85而放出预先吸附着的(X)2分子84的“分子交换”，能够抑制密闭容器10内的CO气体的增加并抑制(X)2气体的减少。这里，上述“分子交换”，为了将密闭容器10内的气体填充压力保持为固定，优选 1对1地进行。因此，优选将沸石20的细孔直径的大小设计为，在细孔23内收容(X)2分子 (分子直径约0. 35nm)84或CO分子(分子直径约0. ^nm) 85中的任一个。因此，如本实施方式那样，沸石20的平均细孔直径优选为0. 2nm以上0. 5nm以下。另外，由于沸石20、 CO2分子84以及CO分子85的热运动等，还能吸附分子直径比平均细孔直径小的分子。此外，在本实施方式的气体绝缘切断器中，具备由氟类树脂构成的绝缘喷嘴46。因此，由于电弧放电81，绝缘喷嘴46升华，产生氟类(F)离子，有时该F离子会与密闭容器10 内的水分反应而产生氟化氢(HF)气体。这里，根据本实施方式，如图4示意性地所示，该HF 分子86也能够吸附于沸石20。另外，HF分子86具有极性分子结构且分子直径比(X)2分子小，因此比(X)2分子易于被沸石20吸附。另外，如本实施方式那样，若沸石20的平均细孔直径为0. 2nm以上0. 5nm以下，则如图4所示，还存在1个细孔23内同时吸附1个CO分子85和1个HF分子86的情况。此外，在绝缘气体是以(X)2气体为主要成分的混合气体的情况下，优选(X)2气体以外的气体是具有非极性分子结构的气体，优选该CO2气体以外的气体是分子直径比CO2大的气体。这是因为，若CO2气体以外的气体是具有极性分子结构的气体，则易于将预先吸附于沸石20的(X)2分子赶出而被沸石20吸附。此外，若(X)2气体以外的气体是分子直径比CO小的气体，则易于将预先吸附于沸石20的(X)2分子赶出而被吸附于沸石20。并且，因电弧放电81而产生的CO气体以及HF气体比构成绝缘气体的(X)2气体轻， 因此聚集在密闭容器10内的上方。因此，若将沸石盒21设置在高电压部的上方，则有效地进行“分子交换”。若将沸石盒21设置在喷射于电弧放电81后的绝缘气体的流路中，则CO 气体以及HF气体产生后易于立刻被吸附于沸石20，能够维持气体绝缘切断器的绝缘性能、 消弧性能。另外，上述中，作为密闭容器10内的放电，以电弧放电81为例进行了说明，但在发生图1所示的事故放电82的情况下，也产生CO气体、HF气体。即使在该情况下，根据本实施方式，也能够抑制气体绝缘切断器的绝缘性能、消弧性能的降低。[第二实施方式]关于本发明的气体绝缘设备的第二实施方式，利用图5进行说明。本实施方式的气体绝缘设备是气体绝缘变压器。首先，关于本实施方式的气体绝缘设备(气体绝缘切断器)的结构，利用图5进行说明。图5是本发明第二实施方式的气体绝缘设备(气体绝缘变压器)的局部概略剖视图。 另外，本实施方式是第一实施方式的变形例因而省略重复说明。气体绝缘变压器在密闭容器10内收纳高电压部、沸石20以及绝缘气体，并具备配管94、鼓风机97、冷却器98等。高电压部具有铁心91以及将其外周卷绕的线圈92、93。鼓风机97及冷却器98设置在密闭容器10的外部。密闭容器10内的绝缘气体利用鼓风机97而被从吸气口 95吸入，通过配管94流入冷却器98而被冷却。冷却后的绝缘气体通过配管94从排气口 96返回到密闭容器10内。这样，绝缘气体在气体绝缘变压器内循环。气体绝缘变压器是不伴随有电流的开关的静止器，但与负载相应地并设有用于切换线圈92、93的抽头切换装置(未图示)。该抽头切换时，密闭容器10内发生放电。此外， 由于绝缘不良等的问题，在线圈92、93与密闭容器10之间有时会发生事故放电82。与第一实施方式所说明的同样，由于这些放电，导致绝缘气体离解而产生CO气体等分解气体，CO2气体减少，结果，气体绝缘变压器的绝缘性能降低。因此，在本实施方式中，在密闭容器10内也设置有收纳沸石20的沸石盒21。如图 5所示，若将沸石盒21设置在作为绝缘气体的循环流路的排气口 96附近，则能够有效吸附分解气体。另外，基于同样的理由，沸石盒21也可以设置在吸气口 95附近。此外，也可以在配管94的途中设置收纳有沸石20的吸附室。[其他实施方式]第一及第二实施方式是单纯的例示，本发明不限于此。作为本发明的气体绝缘设备，在第一实施方式中举出了气体绝缘切断器的例子， 在第二实施方式中举出了气体绝缘变压器的例子，但本发明还能够适用于例如气体绝缘断路器等气体绝缘开关器、气体绝缘避雷器以及气体绝缘输电管等。此外，关于沸石20，不必将粉体收纳于沸石盒21来使用，例如也可以使用合成沸石膜。符号说明
10…密闭容器1L···气体充填空间20…沸石21…沸石盒22…通气孔23…沸石的细孔30…固定部31…固定电弧触头32…固定通电触头33…固定通电板34…第5连通孔；35…第6连通孔40…可动部41…可动电弧触头42…可动通电触头43…驱动杆44...压气紅4δ…连结板46…绝缘喷嘴47…活塞48…活塞的内管49…活塞的外管50…活塞的凸缘51…贯通孔52…第1连通孔53…第2连通孔讨…活塞室55…第3连通孔56...止回阀57…紅室58…第4连通孔59…喷射流路61、62…导电部71、72…支撑体73、74…间隔件75…驱动装置81…电弧放电82…事故放电83…绝缘气体的流动
84... CO2 分子85…CO 分子86··· HF 分子91…铁心92、93 …线圈94…配管95…吸气口96…排气口97…气体鼓风机98…清洁单元
权利要求
1.一种气体绝缘设备，其特征在于，具备 密闭容器；设置在上述密闭容器内的高电压部；填充于上述密闭容器的含有(X)2的绝缘气体；以及配置在上述绝缘气体的气体环境下的沸石。
2.如权利要求1所述的气体绝缘设备，其特征在于， 上述沸石的平均细孔直径为0. 2nm以上且0. 5nm以下。
3.如权利要求1或2所述的气体绝缘设备，其特征在于，从上述气体绝缘设备的使用前开始，在上述沸石中吸附有co2。
4.如权利要求1 3的任一项所述的气体绝缘设备，其特征在于，上述绝缘气体是以(X)2和(X)2以外的具有非极性分子结构的气体为主要成分的混合气体。
5.如权利要求1 4的任一项所述的气体绝缘设备，其特征在于，上述绝缘气体是以(X)2和分子直径大于(X)2的气体为主要成分的混合气体。
6.如权利要求1 5的任一项所述的气体绝缘设备，其特征在于， 在上述绝缘气体的气体环境下配置有将CO氧化为(X)2的氧化催化剂。
7.如权利要求1 6的任一项所述的气体绝缘设备，其特征在于， 上述沸石配置在上述高电压部的上方。
8.如权利要求1 7的任一项所述的气体绝缘设备，其特征在于， 上述气体绝缘设备是开关装置，上述高电压部具备 固定触头；可动触头，与上述固定触头在同轴上对置配置，设置为能够相对于上述固定触头接触离开，当与上述固定触头接触时，在与上述固定触头之间通电，当从上述固定触头离开时， 在与上述固定触头之间产生电弧放电；以及绝缘喷嘴，以包围上述电弧放电的方式配置，向上述电弧放电喷射上述绝缘气体。
9.如权利要求8所述的气体绝缘设备，其特征在于， 上述绝缘喷嘴含有氟类树脂。
10.如权利要求8或9所述的气体绝缘设备，其特征在于，上述沸石被配置在向上述电弧放电喷射了上述绝缘气体后该绝缘气体流过的位置。
全文摘要
一种气体绝缘设备(例如气体绝缘切断器)，在密闭容器(10)内具备高电压部、沸石(20)以及绝缘气体。绝缘气体是CO2气体或以CO2气体为主要成分的气体。沸石(20)收纳于沸石盒(21)，配置在绝缘气体的气体环境下。沸石(20)在气体绝缘设备的使用前吸附有CO2。
文档编号H01H33/915GK102460870SQ201080026758
公开日2012年5月16日 申请日期2010年6月15日 优先权日2009年6月17日
发明者中野俊之, 保科好一, 内井敏之, 岛村旭, 平野嘉彦, 真岛周也 申请人:株式会社东芝