JP2003223836A - パッファ形ガス遮断器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明の目的は、耐熱樹脂製のノズルに無機材
料を混合させたことによる耐アーク性能の向上とコスト
抑制を図ったパッファ形ガス遮断器を提供することにあ
る。 【解決手段】本発明では耐熱樹脂製の絶縁ノズルを、下
流側領域とスロート近傍領域、それに上流側領域の３領
域に分け、下流側領域と上流側領域は耐熱樹脂で作り、
スロート近傍領域は窒化ボロンなどの無機材料を混合し
た耐熱樹脂で作ると共に、絶縁ノズルと可動側接触子の
間に下流側領域と上流側領域の２領域を持った耐熱樹脂
製の可動側接触子カバーを設け、下流側領域だけ無機材
料を混合した耐熱樹脂で製作する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はパッファ形ガス遮断
器に係り、特に、耐熱樹脂で作られた消弧性ガス誘導用
の絶縁ノズルを備え、例えば電力用の遮断器に好適なパ
ッファ形ガス遮断器に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、パッファ形ガス遮断器は、消孤
性の６弗化硫黄（ＳＦ₆ ）ガスを用い、このガスを圧縮
し、閉極状態から開極してゆく接触子の間に吹き付け、
これにより接触子間に発生するアークを消孤し、大電流
が遮断できるようにしたものである。

【０００３】そこで、このようなパッファ形ガス遮断器
における遮断部の一般的な構成について、図４と図５に
より説明する。ここで、図４は遮断器が投入され、閉極
されているときを示し、図４は開極途中の状態を示した
ものである。

【０００４】まず、図４の閉極状態のときは、固定アー
ク接触子１に可動アーク接触子３が接触した上で係合し
ており、従って、このときは固定アーク接触子１と可動
アーク接触子３の間に電流路が形成されている。

【０００５】可動アーク接触子３は、消孤性ガス誘導用
の絶縁ノズル２と共にパッファシリンダ４に取り付けら
れ、ここに固定されている。そして、このパッファシリ
ンダ４には絶縁操作ロッド６が連結されている。従っ
て、図示してない操作機構部により、この絶縁操作ロッ
ド６を所定の方向（図では左右方向）に動かすことによ
り、パッファシリンダ４と共に絶縁ノズル２と可動アー
ク接触子３も左右方向に移動され、投入動作と遮断動作
を行わせることができる。

【０００６】このとき、パッファシリンダ４の中には、
パッファピストン５が嵌合されていて、図示してない固
定部に支持され固定されていて、これにより、パッファ
シリンダ４の中に消孤性ガスを圧縮するためのパッファ
室７が形成されるようになっている。

【０００７】そして、これらの消孤室構成部品は、パッ
ファ形ガス遮断器の本体となる密閉容器（図示してな
い）内に収められ、パッファ形ガス遮断器として組み立
てられた後、密閉容器内に６弗化硫黄などの消孤性ガス
が充填され、パッファ形ガス遮断器として完成される。

【０００８】このパッファ形ガス遮断器の遮断時での動
作は、操作機構部が絶縁操作ロッド６を介してパッファ
シリンダ４を図の右方向に駆動することによって得ら
れ、このとき図４に示した状態から、まず図５に示す開
極途中の状態になる。

【０００９】この場合、通電状態にある可動アーク接触
子３が固定アーク接触子１から開極されるので、これら
の間にアークＡＲＣが発生するが、このとき、パッファ
室７内の消孤性ガスが圧縮され、これが絶縁ノズル２に
より誘導されてアークＡＲＣに吹き付けられ、この結
果、アークＡＲＣの消孤が促され、アークＡＲＣが速や
かに消滅されて電流遮断が得られることになる。

【００１０】ここで、絶縁ノズル２は、通常、４弗化エ
チレン樹脂などの耐熱性樹脂で作られているが、この絶
縁ノズル２がアークＡＲＣに曝されると、アークＡＲＣ
から放射されるエネルギーが絶縁ノズル２自体に侵入し
中で吸収されるので、絶縁ノズル２を構成する材料にボ
イドの発生や炭化が引き起こされ、この結果、絶縁ノズ
ル２の沿面絶縁性能が低下し、結果的に極間絶縁性能も
低下してしまう。

【００１１】そこで、このような事態に対応するため、
絶縁ノズルを構成する耐熱性樹脂に無機材料の粉末を混
合させることにより、アークＡＲＣからの放射エネルギ
ーが絶縁ノズル２の内部に侵入するのを抑制し、耐アー
ク性の改善が得られるようにするという提案が従来から
なされている。なお、この無機材料を混合することは、
無機充填剤を充填させると言うこともある。

【００１２】そして、例えば特公昭４９−１７６５４号
公報では、混合すべき無機材料としてアルミナ（Ａｌ₂
Ｏ₃）を推奨し、特公昭４８−３８２１６号公報では弗
化カルシウム（ＣａＦ₂），弗化マグネシウム（Ｍｇ
Ｆ₂），硫化鉛（ＳｂＳ），硫酸バリウム(ＢａＳ
Ｏ₄），窒化ボロン（ＢＮ）などを推奨している。

【００１３】一方、これら無機材料の混合態様について
も、絶縁ノズル全体に一定の密度で無機材料を混合させ
るだけではなく、他にも種々の提案がなされており、例
えば特開平５−９４７４３号公報では、絶縁ノズルの軸
と直角方向に、内径側から或る距離まで無機材料を混合
させるものについて開示している。

【００１４】また、特開平５−７４２８７号公報では、
軸と直角方向の距離に対して段階的に混合させる無機材
料の種類と密度を変化させたものについて開示してお
り、特開平７−２９６６８９号公報では、絶縁ノズルの
軸方向の距離に対して無機材料の混合密度が異なる複数
の領域に分け、その領域間に連続的に密度が異なる領域
を設けたものについて開示している。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、無機
材料の混合量削減について配慮がされておらず、パッフ
ァ形ガス遮断器全体のコスト上昇に問題があった。

【００１６】一般に、ＢＮなどの無機材料を含有させた
耐熱樹脂は、単体の耐熱樹脂に比較してかなり高価格で
あり、従って、その混合量が多いと絶縁ノズルの製作コ
ストが上ってまう。

【００１７】しかるに、従来技術による絶縁ノズルは、
絶縁ノズルの軸方向の距離に対してパッファシリンダ側
の上流側から下流側までの全ての部分に無機材料が混合
されているので、無機材料の混合量が多くなって、コス
トが上昇してしまうのである。

【００１８】本発明の目的は、耐熱樹脂の絶縁ノズルに
無機材料を混合させたことによる耐アーク性能の向上の
もとで充分なコストの抑制が得られるようにしたパッフ
ァ形ガス遮断器を提供することにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記目的は、可動接触子
の周囲に配置され、かつ、耐熱樹脂で作られた消孤性ガ
ス誘導用の絶縁ノズルを、そのスロート部の近傍が無機
材料を含む耐熱樹脂で作られ、前記スロート部の近傍以
外の部分は無機材料を含まない耐熱樹脂で作られている
と共に、前記可動側接触子は、前記絶縁ノズルの間に耐
熱樹脂で作られた消弧性ガス誘導用の可動側接触子カバ
ーを有し、前記可動側接触子カバーは、その下流側領域
が無機材料を含む耐熱樹脂で作られ、上流側領域は無機
材料を含まない耐熱樹脂で作られているようにして達成
される。

【００２０】ここで、前記絶縁ノズルの前記無機材料を
含まない耐熱樹脂で作られた部分が、前記スロート部の
近傍以外の下流領域と上流側領域になるようにしてもよ
く、前記絶縁ノズルの前記無機材料を含まない耐熱樹脂
で作られた部分が、前記スロート部の上流側領域だけに
なるようにしてもよい。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、図示した実施例に基づいて
本発明のパッファ形ガス遮断器を説明する。図３は、本
発明のパッファ形ガス遮断器の概略構成を示す。

【００２２】該図の如く、内部に消弧性ガスが充填され
ている金属容器１１はほぼ円筒状に形成されている。こ
の金属容器１１内に配置される遮断部は、絶縁支持体１
２によって金属容器１１から電気的に絶縁されて支持さ
れている。

【００２３】このようにして支持された遮断部の両端
は、ブッシングとかガス絶縁母線の中心導体１３によっ
て金属容器１１外へ導出される。絶縁支持体１２の右端
に接続用導体１４が接続され、この接続用導体１４へ中
心導体１３を電気的に接続している。また、接続用導体
１４には、遮断部の固定主接触子１５及び固定アーク接
触子１が取り付けられ、更にこれらを包囲したシールド
１７が、接続用導体１４のフランジ１４ａへボルト等に
よって取り付けられている。

【００２４】パッファピストン５とパッファシリンダ４
からなる圧縮装置は、例えばパッファシリンダ４を可動
要素とし、このパッファシリンダ４に固定主接触子１５
と接触する可動主接触子２０，固定アーク接触子１をそ
のオリフィス部に嵌合した絶縁ノズル２及びこの絶縁ノ
ズル２内で固定アーク接触子１と接触する可動アーク接
触子３を連結している。このような各接触子と圧縮装置
から遮断部が構成されている。

【００２５】遮断動作は、図示していないが操作器によ
り絶縁操作ロッド６を介してパッファシリンダ４の中心
軸を右方へ駆動することによって、圧縮装置のパッファ
室７内のガスを圧縮すると共に、主接触子１５，２０
間、次いでアーク接触子１，３間を開離して行う。アー
ク接触子１，３間の開離によって発生したアークは、圧
縮装置から絶縁ノズル２によって案内されたガスの吹き
付けによって消弧される。

【００２６】図２は上述した、本発明のパッファ形ガス
遮断器を構成する絶縁ノズル２の詳細を示し、図におい
て、２ａは絶縁ノズル２の下流側領域、２ｂはスロート
近傍領域、２ｃは上流側領域、９は下流側接触子カバ
ー、９ａは可動側接触子カバーの下流側領域、９ｂは上
流側領域である。

【００２７】ここで、この図１の実施形態でも、その他
の構成は絶縁ノズル２も含めて、図４と図５で説明した
従来技術によるパッファ形ガス遮断器と同じであるが、
この図１では、パッファ形ガス遮断器における遮断部の
可動側だけが示されていて、しかも、ここでは、その可
動側の上半分だけが示されているものである。

【００２８】この図１の実施形態による絶縁ノズル２
は、上記したように、下流側領域２ａとスロート近傍領
域２ｂ、それに上流側領域２ｃの３領域に分けて構成さ
れ、ここでまず下流側領域２ａは、無機材料を含まない
４弗化エチレン樹脂だけで作られるが、スロート近傍領
域２ｂは、無機材料としてボロンナイトライドを１〜２
０容量％含む４弗化エチレン樹脂により作られている。
一方、上流側領域２ｃは、下流側領域２ａと同じく、４
弗化エチレン樹脂だけで作られている。

【００２９】また、この図１の実施形態では、可動アー
ク接触子３を囲むようにして可動側接触子カバー９が設
けられているが、この可動側接触子カバー９も下流側領
域９ａと上流側領域９ｂの２領域に分けられていて、下
流側領域９ａは無機材料としてボロンナイトライドを１
〜２０容量％含む４弗化エチレン樹脂により作られてい
るが、上流側領域９ｂは無機材料を含まない４弗化エチ
レン樹脂だけで作られている。

【００３０】次に、この実施形態による電流遮断時での
動作について説明する。

【００３１】この実施形態でも、電流遮断時には、図４
と図５で説明した従来技術の場合と同じく、固定アーク
接触子１（この図１には示されていない）と可動アーク
接触子３の間にアークが発生し、その放射エネルギーが
絶縁ノズル２の内面と可動側接触子カバー９の内面及び
外面に照射される。

【００３２】このとき最も激しくエネルギーの入射を受
けるのは、絶縁ノズル２の内径が小さくなっていて、ア
ークとの距離が近くなっているスロート近傍領域２ｃの
内面２ｄであるが、この実施形態では、ここに入射され
たアークエネルギーの大半は、このスロート近傍領域２
ｂに混入されているボロンナイトライドにより反射さ
れ、絶縁ノズル２の内部が遮蔽されるので、エネルギー
の侵入による絶縁ノズル２の損傷が抑制される。

【００３３】また、このとき、可動側接触子カバー９が
設けてあり、これの上流側領域９ｂにもボロンナイトラ
イドが混入してあるので、この部分に入射されたアーク
エネルギーの大半も反射され、絶縁ノズル２が遮蔽され
ることになり、エネルギーの侵入による絶縁ノズル２の
損傷を更に大きく抑制することができる。

【００３４】一方、この図１の実施形態では、絶縁ノズ
ル２に対するボロンナイトライドの混合領域が、スロー
ト近傍領域２ｂに限定できるので、絶縁ノズル２全体に
対するボロンナイトライドの使用量が充分に低減でき、
この結果、絶縁ノズル２を安価に製作することができ
る。

【００３５】ここで、この実施形態では、可動側接触子
カバー９の下流側領域９ａにもボロンナイトライドの混
入を要するが、この可動側接触子カバー９は、絶縁ノズ
ル２に比較して体積がかなり少なく、しかもボロンナイ
トライドの混入領域が下流側領域９ａに限定されてい
る。

【００３６】しかも、この可動側接触子カバー９の存在
により、絶縁ノズル２に対するアークエネルギーの入射
量が抑えられた分、絶縁ノズル２のスロート近傍領域２
ｂに対するボロンナイトライドの混合量が抑えられるの
で、遮断器全体でみれは、ボロンナイトライドの使用量
が少なくて済むことになる。

【００３７】従って、この実施形態によれば、無機材料
の使用量を抑えながら、耐熱樹脂の絶縁ノズルの損傷を
充分に抑えることができ、この結果、優れた耐アーク性
能をもったパッファ形ガス遮断器を低コストで容易に提
供することができる。

【００３８】次に、本発明の他の実施形態について、図
２により説明する。

【００３９】この図２に示した本発明の一実施形態は、
絶縁ノズル２を２領域に分けて構成したもので、一方は
下流側領域２ｆとして作られ、他方は上流側領域２ｅと
して作られており、その他の構成は、図１の実施形態と
同じである。

【００４０】そして、下流側領域２ｆはボロンナイトラ
イドを１〜２０容量％含む四弗化エチレン樹脂でつくら
れ、上流側領域２ｅは無機材料を含まない４弗化エチレ
ン樹脂だけで作られている。

【００４１】従って、この図２は、図１の実施形態の変
形例に相当するもので、絶縁ノズル２の構成が簡単にな
っている分、コストが低減できる反面、絶縁ノズル２の
ボロンナイトライド混合領域が広まっている点では、コ
ストの低減が抑えられてしまうことになる。

【００４２】しかし、電気的及び熱流体力学的構成の差
異によっては、絶縁ノズル２の下流側領域２ｆの寸法を
短くすることが可能であり、従ってボロンナイトライド
の使用量が少なくて済むことになる。

【００４３】さらに、可動側接触子カバー９により絶縁
ノズル２に対するアークエネルギーの入射量が抑えられ
る点を考慮すれば、下流側領域２ｆに対するボロンナイ
トライドの混入量を抑えることができるので、全体とし
ては、ボロンナイトライドの混入量を抑えることがで
き、コストの削減を得ることができる。

【００４４】以上、本発明について実施形態により説明
したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではな
く、無機材料としてはボロンナイトライドに限らず、他
の無機材料も使用することができ、前述のアルミナや弗
化カルシウム，弗化マグネシウム，硫化鉛，硫酸バリウ
ムなどを使用しても同様の作用効果を得ることができ
る。

【００４５】また、耐熱樹脂についても同様で、上記し
た４弗化エチレン樹脂以外にも他のフッ素系樹脂や、珪
素系樹脂などの耐熱樹脂を使用しても同様の作用効果を
得ることができる。

【００４６】次に、図６を用いて本発明の無機材料を入
れる領域に関する詳細な実施例を説明する。

【００４７】可動アーク接触子３はその下流側で可動側
接触子カバー９に対向してＬ字形状に曲率Ｒで曲がって
いる。そして、可動側接触子カバー９の無機材料が入っ
ている領域９ａはこの曲率Ｒが終わった部分の境界Ａま
で形成されている。このような無機材料の領域によれば
固定アーク接触子１と可動アーク接触子３が分離した時
に発生するアークが、可動アーク接触子３の曲率Ｒのカ
ーブを超えて可動アーク接触子３の上流側からは発生し
ないため、可動アーク接触子３からアークが発生する領
域のみを無機材料が入った可動側接触子カバー９の下流
側領域９ａにより必要最少限度の大きさで覆うことが可
能になる。

【００４８】また、無機材料を入れたスロート近傍領域
２ｂについては、ノズル２ｄの厚い部分から上流領域２
ｃへ連なるカーブした部分が終わった平坦な領域で、か
つ可動側接触子カバー９の下流側領域９ａの境界Ａより
も下流側である境界Ｂまで形成されている。固定アーク
接触子１と可動アーク接触子３が分離した時に発生する
アークは、可動側接触子カバー９の下流側領域９ａによ
り防がれるようになるため、境界Ａよりも下流側の部分
で無機材料を入れたスロート近傍領域２ｂを形成するよ
うにし、かつスロート近傍領域２ｂの上流領域２ｃへ連
なるカーブした部分が終わった平坦な領域のところまで
無機材料を有する材質とすることで、必要最少の無機材
料を入れたスロート近傍領域２ｂの大きさでアーク発生
に対応することが可能になる。

【００４９】尚、上述した実施例ではなるべく少ない無
機材料を入れた部材で対アークの効果を達成させたもの
であり、本発明はこれら実施例に限定されず、無機材料
をこれら実施例の領域以上、例えば可動側接触子カバー
９の上流側領域９ｂ及び絶縁ノズルの上流領域２ｃの方
向へより多く無機材料を備えた部材を設けたとしても同
様の効果を有することが出来る。

【００５０】

【発明の効果】以上説明した本発明によれば、絶縁ノズ
ルを軸方向に複数の領域に分け、各領域での無機材料の
混合の有無と混合の割合を変えると共に、同じく各領域
での無機材料の混合の有無と混合の割合が異なっている
可動側接触子カバーを設けたので、アークの放射エネル
ギーによる絶縁ノズルの損傷を最小限に抑制することが
でき、スロート部近傍での沿面絶縁性能低下を抑制する
と共に、全体的には無機材料の使用量が少なくできる。

【００５１】この結果、本発明によれば、充分な絶縁性
能を備えたパッファ形遮断器を低コストで容易に提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるパッファ形ガス遮断器に採用され
る絶縁ノズルの一実施形態を示す要部の拡大断面図であ
る。

【図２】本発明によるパッファ形ガス遮断器に採用され
る絶縁ノズルの他の一実施形態を示す要部の拡大断面図
である。

【図３】本発明によるパッファ形ガス遮断器の概略構成
を示す断面図である。

【図４】従来技術によるパッファ形ガス遮断器に採用さ
れる絶縁ノズルの閉極状態を示す要部断面図である。

【図５】図４に示した絶縁ノズルの開極途中状態を示す
要部断面図である。

【図６】本発明によるパッファ形ガス遮断器に採用され
る絶縁ノズルの要部の詳細な実施例である。

【符号の説明】

１…固定アーク接触子、２…ノズル、２ａ…ノズルの下
流側領域、２ｂ…ノズルのスロート近傍領域、２ｃ…ノ
ズルの上流側領域、２ｄ…ノズルのスロート近傍領域の
内面、３…可動アーク接触子、４…パッファシリンダ、
５…ピストン、６…絶縁操作ロッド、７…バッファ室、
９…可動側接触子カバー、９ａ…可動側接触子カバーの
下流側領域、９ｂ…可動側接触子カバーの上流側領域、
ＡＲＣ…アーク。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石黒 哲 茨城県日立市国分町一丁目１番１号 株式 会社日立製作所電機システム事業部内 Ｆターム(参考） 5G001 AA01 BB03 BB04 CC03 DD03 EE01 EE09 EE10

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】耐熱樹脂で作られた消孤性ガス誘導用の絶
   縁ノズルを可動側接触子の周囲に備えたパッファ形ガス
   遮断器において、 前記絶縁ノズルは、そのスロート部の近傍が無機材料を
   含む耐熱樹脂で作られ、前記スロート部の近傍以外の部
   分は無機材料を含まない耐熱樹脂で作られており、 前記可動側接触子は、前記絶縁ノズルの間に耐熱樹脂で
   作られた消弧性ガス誘導用の可動側接触子カバーを有
   し、 前記可動側接触子カバーは、その下流側領域が無機材料
   を含む耐熱樹脂で作られ、上流側領域は無機材料を含ま
   ない耐熱樹脂で作られていることを特徴とするパッファ
   形ガス遮断器。
2. 【請求項２】請求項１に記載のパッファ形ガス遮断器に
   おいて、 前記絶縁ノズルの前記無機材料を含まない耐熱樹脂で作
   られた部分が、前記スロート部の近傍以外の下流領域と
   上流側領域であることを特徴とするパッファ形ガス遮断
   器。
3. 【請求項３】請求項１に記載のパッファ形ガス遮断器に
   おいて、 前記絶縁ノズルの前記無機材料を含まない耐熱樹脂で作
   られた部分が、前記スロート部の上流側領域だけである
   ことを特徴とするパッファ形ガス遮断器。
4. 【請求項４】請求項１に記載のパッファ形ガス遮断器に
   おいて、 前記耐熱樹脂が４弗化エチレン樹脂であることを特徴と
   するパッファ形ガス遮断器。
5. 【請求項５】請求項１に記載のパッファ形ガス遮断器に
   おいて、 前記可動側接触子カバーの無機材料を含む耐熱樹脂で作
   られた領域よりも下流側に、前記絶縁ノズルの無機材料
   を含む耐熱樹脂の領域が形成されていることを特徴とす
   るパッファ形ガス遮断器。
6. 【請求項６】請求項５に記載のパッファ形ガス遮断器に
   おいて、 前記絶縁ノズルの無機材料を含む耐熱樹脂の領域は曲が
   っている形状を有し、かつ、該曲がっている形状の部分
   よりも上流部分から無機材料を含む領域が形成されてい
   ることを特徴とするパッファ形ガス遮断器。