JPH0361964B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は誘電性流体、特にトランス用誘電性冷
却媒体および開閉装置やヒユーズ装置のような電
気回路遮断装置用誘電性消孤（arc
extinguishing）媒体に関する。 ここで使用する用語「トランス」
（transformer）は電磁誘導によつて２個以上の
巻線の間で交流電圧および電流を同一周波数でそ
して通常異なる電圧・電流値で交換する静電装置
の一部であると解される；液体充填トランスは周
知であり、そしてトランス中の液体は通常誘電体
であると共に冷却媒体である。 ここで使用する用語「開閉装置」
（switchgear）は遮断器、リング・メイン・ユニ
ツト、開閉器、スイツチヒユーズ、断路器および
その他の電気回路の開閉または遮断用器を包含す
るものと解される。 開閉装置は通常、対応する固定接点に接続また
は断路可能な複数の可動回路断続接点を包含して
おり、接点は全て誘電性流動媒体を含有する又は
それによつて包囲された槽またはチヤンバーの中
に配置されている。接点が誘電性流体中に浸漬さ
れている即ち包囲されている場合には、正常操作
中に接点が離れた時、一過性のアークが一時的に
媒体中に生じるが、通常そのようなアーク放電は
媒体によつて速やかに鎮圧される。また、本発明
は、正常電流および異常電流を生成および遮断す
る接点を誘導性冷却流体によつて包囲された真空
チヤンバー内に含有している開閉装置を包含す
る。 用語「ヒユーズ」（fuse）は特別に設計され配
合された成分の１つ以上を溶融することによつ
て、それが挿入されている回路を開放して、十分
な時間に所定の値を越えた場合の電流を切るデバ
イスに関する一般用語である。特に、これは消孤
流体によつて適当なレベルに充填された絶縁性容
器内にヒユーズ要素が密閉されている液体充填ヒ
ユーズを包含する。ヒユーズが固定されている装
置はヒユーズ装置と称されており、それはヒユー
ズと組合わされた開閉装置を包含する。 用語「アスカレル」は（Askarels）防火性絶
縁性流体に関する一般用語であり、IEC
（International Electrotechnical Commission）
スタンダード刊行物588−１：1977トランスおよ
びコンデンサー用アスカレルに規定されているよ
うにポリ塩素化ベンゼンを添加した又は添加して
ないポリ塩素化ビフエニル類（PCB）からなる。
PCBは非生分解性であり環境を害する。PCBに
直接代るものとしてシリコーン類、コンプレツク
スエステル（complex ester）およびパラフイン
油がトランス中に使用されている。しかしなが
ら、これ等は上記条件下で大きな爆発炎を生ず
る。 最近、米国の２社によつて特別に設計されたト
ランスが導入された。誘電性冷却媒体として一方
はペルクロロエチレンを使用しており、他方は
１，１，２−トリクロロトリフルオロエタンを含
有している。トリクロロトリフルオロエタンは高
揮発性であるので突発故障が発生すると故障が起
つた周辺に居る人間を人事不省にする程高濃度の
蒸気を空気中に生ずる。正常運転条件下でも極め
て高い蒸気圧が密封トランス内のトリクロロトリ
フルオロエタンによつて生ずるので、密封トラン
スは流体を包含するための頑丈な圧力容器必要と
する；この容器は高価でありかつ非現実的であ
る；流体／蒸気用の特殊な冷却構造が具備されて
いるがそれもやはり高価である。 ペルフルオロエチレンは長年の間誘電性流体と
して知られている。その流動点は約−19℃であ
り、それは一般に開閉装置やトランス用には不適
当であると思われ、かかる装置に関する国内およ
び国際規格で特定された値からはずれている。ま
た、ペルクロロエチレンは突発条件下で塩化カル
ボニル、塩素、およびペルクロロエチレンの許容
できない濃度の蒸気を生ずる。ペルクロロエチレ
ンの流動点を下げるために、トリクロロベンゼン
の添加が提案されている。全規模突発故障試験は
明らかにこのブレンドが可燃性であることを示し
ている。 トランス用誘電性冷却流体としてペルクロロエ
チレンを使用することが米国のEPRIジヤーナル
（７／８月、1979年）で提唱されているが、これ
は難燃性である旨申請されている炭化水素の電気
絶縁油と混合する特殊な技術の文献である。しか
しながら、全規模突発故障試験は明らかにかなり
の爆発炎を示している。我々は、後で示すように
突発故障条件下では、約１重量％以上の水素を含
有する組成物がペルクロロエチレンとの混合状態
で炎焼し、また、爆発性ガスを生ずることを知つ
た。 さらに、トランスや開閉装置は正常運転状態で
も放電によつて悪化することがある。装置内の含
有されている流体の分子は放電によつて破壊され
ることがある。分子がペルクロロエチレンとトリ
クロロベンゼンのブレンド、または炭化水素絶縁
油、またはエステルのように塩素と水素を含有す
る場合には、放電破壊によつて塩化水素（HCl）
が生成されるであろう。また、トランスの巻線中
のホツトスポツト温度はHClの発生によつて上昇
することがある。これ等流体中に酸受容体を添加
することは可能である。しかしながら、この受容
体は結局それ以上のHClを消費したり受容したり
しないであろう。また、このHClは腐食性が高い
のでトランスの構成材料をかなり損傷する。誘電
性冷却流体としてのポリ塩素化ビフエニルのブレ
ンドによつて充填されたトランスにはこのひどい
腐食状態が見られた。 英国規格（BS）148：1972に規定されているも
のと同じような炭化水素絶縁油はトランス用誘電
性冷却媒体として、また、開閉装置用誘電性消孤
媒体として広く使用されてきたし今尚使用されて
いる。開閉装置の接点移動機構に障害が起り、開
閉装置やトランスにおける機材または絶縁が故障
する結果、短絡が生ずる。かかる故障はオイルを
介して激しく長いアーク放電の発生をもたらし、
それによつて炭化水素蒸気の爆発的発生が起る。
或るタイプの装置においては、チヤンバーは加圧
密封されており、また別の場合にはチヤンバーの
上面は周囲圧力で操作できるように蓋で閉じられ
ている。どちらの場合にも炭化水素蒸気の爆風を
閉じ込めることはできない；チヤンバー破裂が起
り発火または時には空気の存在下でのアークによ
る炭化水素蒸気の爆発的燃焼（detonation）を伴
い、通常爆発炎を生ずる。 可燃性特性を測定するための標準的方法として
は開放および密閉カツプおよび爆発チヤンバーの
試験が挙げられる；これ等は応用性が無く、トラ
ンスや開閉装置の突発故障の条件を反映しない。
従つて、流体を含有するユニツトは全体として試
験されなければならない。突発故障状態中に起る
高エネルギーアーク下では、それによつて到達す
る代表的な温度（約15000℃）が実験室カツプ試
験における温度よりもかなり高いので、遊離基生
成の機構が異なり、また引火性ガスの発生も速
い。水素含有物質から水素およびエチレンの両方
が多量に生成され、これ等ガスは蒸気相の爆発を
防止するために極めて高割合のハロカーボンを必
要とする。 典型的に３相12kV；13.1kAで１秒以下の比較
的高エネルギーの内部アーク放電試験によつて、
開閉装置やトランスにおける絶縁内部破壊や短絡
による突発故障をシミユレートした。この試験方
法をかなりの数の流体および化合物ブレンドに対
して行なつたところ、比較的高流動点例えば350
℃を有する水素含有分子をベースした流体は
BS148炭化水素油（約140℃）（これは英国規格
148において電気的用途のために特定された炭化
水素油の呼称であつて、それは約140℃の燃焼点
を有していなければならない）に比較して全規模
突発故障条件下で認め得るような改善が見られ
ず、爆発性引火性ガスを生じ発火してかなりの爆
発炎を生ずることが明らかになつた。第１表には
全規模突発故障試験を行つた幾つかの流体が掲載
されており、それ等が炎焼したかどうかが示され
ている。 また、第１表は突発故障条件下の、従来の誘電
性流体を使用した開閉装置またはトランスの周辺
温度およびその持続時間を示している。球電また
は火炎を示さない流体について、ガス状クラウド
が装置から放出されたときにガス状クラウドの温
度をプロフイルした。一般に、赤外線による温度
測定は火炎無しで300℃未満、0.5秒未満を示して
いた。温度ストリツプによつて測定したときの試
験では装置から500mmの表面温度は一般に50℃未
満、１秒間であつた。人間は大気温度500℃で約
２秒間、200℃で約２分間耐えられる。これ等結
果は、火炎が無ければ高温にさらされても問題無
いと云うことを示している。 この目的で水素含有分子を添加した流体を使用
することが提案されているが、分子中の水素原子
は少割合であつてもアーク放電条件下の酸生成物
の生成につながることがあることが判明した。従
つて、これ等用途のためには水素を含有しない化
合物を使用することが望ましい。また、水素を含
有する不飽和炭素環式ハロカーボン〔炭素環式ハ
ロカーボン（halocarbon）とは炭素環式環少な
くとも１個をベースとした炭素とハロゲンだけか
らなる化合物である〕は明らかに分解して炭素お
よび酸を生成し易いので問題を起す。また、これ
等材料は全ハロゲン化化合物よりもかなり低い値
の体積電気抵抗および誘電正接を有する。 難燃性誘電性媒体の使用が提案されており、こ
の目的のため多数の流体が示唆されている。 英国特許明細書第1492037号および第1152930号
にはその実施例が示されている。 第一に、本発明はテトラクロロジフルオロエタ
ンとペルクロロエチレンのブレンドからなら冷却
用または消孤用誘電性流体にある。 好ましくはテトラクロロジフルオロエタンの比
率はブレンド10〜50重量％であり；もつと好まし
くは20％〜40％である。 市販物質として入手できるテトラクロロジフル
オロエタンは通常、対称および非対称異性体の混
合物である。その沸点は約93℃であり、また凝固
点は異性体比率に依つて26℃〜42℃の間にある。 この流体は好ましくは、蒸発によつて冷却を助
けるため、毒性生成物を有意に減少せしめるた
め、および流体の電子捕獲能を向上せしめるため
に第３成分として、水素を含有せずそして一般に
２つの主成分より低沸点である他の脂肪族または
炭素環式の含フツ素ハロカーボンを含有していて
もよい。特に好ましい化合物は電子捕獲遊離基例
えばCF₃、CF₂Cl、CFCl₂等を生成できるもので
ある。この蒸発による冷却はトランス巻線におけ
るホツトスポツトおよび勾配温度を有意に低下せ
しめるので特に有利である。本発明による好まし
い第三成分の例は ペルフロオロ（ｎ−ペンタン） ペルフルオロ（ｎ−ヘキサン） ペルフルオロ（シクロペンタン） ペルフルオロ（シクロヘキサン） テトラフルオロジブロモエタン モノフルオロトリクロロメタン および トリクロロトリフルオロエタン であり、これは混合物の25重量％以下の量で存在
してもよい；より好ましくは10重量％以下であ
る。 一般に、本発明による流体混合物は作業条件下
で液相である（沸点は一般に100℃以上である）
が、開閉装置においては電気的接触を開放した時
に生ずる熱によつていくらかの蒸発および少量の
分解が起りそしてアーク放電が起る。しかしなが
ら、生成された炭素の量は少しであり、この誘電
体は分解の最も少ない有効な消孤流体として挙動
する 本発明による流体は突発故障の条件下で完全に
難燃性である。また、かかる流体はアーク鎮圧剤
または消炎剤として特に有効である。また、かか
る流体は放電に対して応答可能な自由電子電荷担
体を吸収する能力があるので、媒体におけるまた
は媒体上の蒸気空間におけるコロナ放電の鎮圧ま
たは消炎に有効である。 本発明による流体は英国規格148：1972および
他の同等の国内仕様又は国際仕様例えばIETC
（International Electro−Technology
Commission）のIEC296：1969に指定された値と
少なくとも同程度の良好な電気的性質を示す。第
２表は実施例として本発明による流体の３種類の
ブレンドに関する耐電圧（kV）および体積抵抗
（Ωcm）の値を示すと共に、比較のため、他の流
体についての対応データを包含している。 これ等ブレンドは良好な誘電性質を示すこと並
びにその高密度および低粘度故にトランス用の優
れた冷却液であることが立証された。これ等流体
の好ましい割合のブレンドは、トランス装置中の
流体として単独使用するには高すぎる融点を有し
てい不飽和ペルクロロエチレンのその融点を低下
する。例示的に、３種類のブレンドの流動点を第
２表に示されている。 いずれの候補材料も、それが誘電性流体として
使用されるものである場合には、特定の最低限定
の物理的および電気的定格を満足させねばならな
い。必須の性質としては高い絶縁破壊強さ、高い
体積抵抗、低い流動点、高い沸点、および装置を
構成するために使用されているその他材料との化
学的適合性が包含される。100℃で銅存在下での
試験は本発明の流体が熱安定性であることを示し
ていた。 第二、本発明はテトラクロロジフルオロエタン
とペルクロロエチレンを含有する混合液を必須の
誘電性流体として含有する液体充填トランス装置
にある。 好ましくはテロラクロロジフルオロエタン成分
は液体ブレンドの20〜50重量％を構成する。 好ましくは誘電性流体は、２つの主成分より低
沸点でありそして水素を含有しないフツ素化され
た脂肪族または炭素環式のハロカーボンの第３成
分を含有する。この条件にかなう好ましい第３成
分としては ペルフロオロ（ｎ−ペンタン） ペルフルオロ（ｎ−ヘキサン） ペルフルオロ（シクロペンタン） ペルフルオロ（シクロヘキサン） テトラフルオロジブロモエタン モノフルオロトリクロロメタン および トリクロロトリフルオロエタン がある。 この第３成分は混合物全体の25重量％以下、好
ましくは10重量％以下の量で存在することができ
る。この第３成分は気化によつてトランス巻線の
ホツトスポツトから熱を奪うことによつて誘電性
流体の効率に寄付するものと思われる。さらに、
試験装置の故障条件下で、この第３成分はアーク
領域へ優先的に気化するので、試験装置の破壊時
に検出されるペルクロロエチレン蒸気の濃度を実
質的に減少させる。トランスの試験結果および危
険被爆限度は第５表に示されている。ペルクロロ
エチレン蒸気は毒性の少ないクロロフルオロカー
ボン生成物例えばCCl₃F、CCl₂F₂およびCClF₃お
よびCF₄に置き換えられる。 このように、例えば、誘電性流体中にトリクロ
ロトリフルオロエタンが存在する（約10重量％以
下の量で）と、気泡の生成および初期沸騰が促進
され、トランス巻線中のホツトスポツト近辺から
熱が奪われる。 本発明による流体について、図（これは温度測
定される幾くつかの場所を示す図形である）に示
されているような典型的なトランス中で温度上昇
テストした。比較のため、誘電性冷却媒体として
販売されているその他流体も同一トランス中で同
じ条件下でテストした。 図中の２個の巻線１０は誘電性冷却流体１２に
浸漬されている。このトランスはパネルラジエー
ター１３，１４を有する密封タイプのものであ
り、テストのために48個の熱電対が取付けられて
おり、その熱電対の32個は高圧および低圧巻線上
に置かれている。T₁およびT₂はかかる熱電対の
代表的なものを表わしているが、T_TおよびT_Bは
それぞれ流体の最上部および最下部に置かれた特
定のものを表わす。第３表は測定された温度の値
を示す： T_T＝流体の最上部温度（℃） Ｔ平均＝流体の平均温度（℃） Ｔホツトスポツト＝巻線の最高温部の温度 トランスの定格出力は11000／433ボルト３相
500kVAであり、8050Wの全「銅」・「鉄」損失を
有しそして18個の冷却パネルを有する。 第３表のテスト結果から明らかなように、本発
明の流体は他のテスト流体に比して最上部流体温
度の増加が最低であり、そしてホツトスポツトお
よび温度上昇が最低であつた。 温度差T_T−Ｔ平均から明らかなように、本発
明の流体は比較流体よりもかなり速く流動する。
各流体の粘度とその熱伝達性質（これはテスト結
果に示された温度に反映されている）との間にか
なりの相関関係がある。特に、本発明の流体を使
用するトランスのホツトスポツト温度はBS.148
絶縁油を使用した場合よりも約25％少なくそして
パラフイン油より約45％改善されている。 このテストの証拠が示すように、本発明の流体
の極めて優れた熱伝達性質を利用することによつ
て、その他の点では従来のトランスをもつて、か
なりの経済性が達成できる。 さらに、本発明の流体の優れた熱伝達性質を説
明するため、種々の異なる誘電性流体；ペルクロ
ロエチレン（Ｐ）、ペルクロロエチレン＋テトラ
クロロジフルオロエタン（112）、ペルクロロエチ
レン＋トリクロロトリフルオロエタン（113）、並
びにペルクロロエチレン＋テトラクロロジフルオ
ロタエン＋トリクロロトリフルオロエタンを使用
した場合の、図示された試験トランスにおける巻
線温度勾配を表す下記データを提示する。

【表】 〓エーターパ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ テトラクロロジフルオロエタンとペルクロロ
   エチレンのブレンドからなる冷却用または消孤用
   誘電性流体。 ２ テトラクロロジフルオロエタンの割合が10〜
   50重量％である、特許請求の範囲第１項の流体。 ３ テトラクロロジフルオロエタンの割合が20〜
   40重量％である、特許請求の範囲第２項の流体。 ４ (a) テトラクロロジフルオロエタンとペルク
   ロロエチレンとのブレンド少なくとも75重量％
   と (b) ペルフロオロ（ｎ−ペンタン） ペルフルオロ（ｎ−ヘキサン） ペルフルオロ（シクロペンタン） ペルフルオロ（シクロヘキサン） テトラフルオロジブロモエタン モノフルオロトリクロロメタンおよび トリクロロトリフルオロエタン からなる群から選択された、水素を含有しない
   含フツ素脂肪族ハロカーボンまたは含フツ素炭
   素環式ハロカーボンの、第三成分25重量％まで との流体配合物からなる冷却用または消孤用誘電
   性流体。 ５ テトラクロロジフルオロエタンの割合がテト
   ラクロロジフルオロエタンとペルクロロエチレン
   とのブレンドの10〜50重量％である、特許請求の
   範囲第４項の流体。 ６ テトラクロロジフルオロエタンの割合がテト
   ラクロロジフルオロエタンとペルクロロエチレン
   とのブレンドの20〜40重量％である、特許請求の
   範囲第５項の流体。 ７ 第三成分が10重量％以下の量で存在する、特
   許請求の範囲第４項の流体。