JP2008091274A - ガス遮断器 - Google Patents

Abstract

【課題】容積を可変とするボリューム部を備えるといった簡単な構成により、大電流領域だけではなく中小電流領域においても小さな駆動力で優れた電流遮断性能を発揮でき、小形で信頼性の高いガス遮断器を提供する。
【解決手段】自力室１１内には可変ボリューム部２０が形成される。可変ボリューム部２０は、自力室１１の内部に配置された仕切り板２１およびパッファシリンダ９の内壁面および仕切り板２１とパッファシリンダ９の内壁を摺動可能な可動壁２２によって囲まれて気密が保たれている。可動壁２２には可変ボリューム部２０内に該可動壁２２を支持するためのばね２３が取り付けられ、自力室１１の内部圧力がばね２３のばね力を上回ると、可動壁２２がばね２３を圧縮する方向に動作するようになっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、パッファ形のガス遮断器に係り、特に、遮断電流値の大小に関係なく安定して遮断性能を発揮できるガス遮断器に関するものである。

一般に、電力系統では送電系統や配電系統を保護するために、線路、母線、機器などの地絡故障や線間短絡故障などによる電流を遮断するガス遮断器が設けられている。近年ではパッファ形と呼ばれるタイプが広く普及しているが、中でも、電流遮断する際に必要な駆動力が小さくて済む直列パッファ形とよばれる方式が公知となっている（例えば、特許文献１〜３を参照）。

ここで、図６を用いて従来の直列パッファ形遮断器について説明する。図６は従来の直列パッファ形遮断器の内部構造を示した断面図である。図６において直列パッファ形遮断器は中心線を回転軸とした回転対称形状であって、中心線より右側が閉極状態すなわち通常時の電流通電状態を、左側が開極途中すなわち電流遮断動作中の状態を、それぞれ示している。

図６に示すように、対向アーク接点２および対向通電接点３が、可動アーク接点４および可動通電接点５と同心軸上に向かい合って配置される。これらの接点は消弧性ガス１が充填された密閉容器（図示せず）内に収納されている。また、可動側の接点４、５にはパッファシリンダ９が一体的に設けられており、可動側の接点４、５と共に中空状の駆動ロッド６によって軸方向に駆動可能に配置されている。

また、パッファシリンダ９には絶縁ノズル８が取り付けられている。絶縁ノズル８は、可動アーク接点４と対向アーク接点２間に発生しうるアーク放電７に対し、整流した消弧性ガス１を吹き付けるように構成されている。消弧性ガス１としては、アーク遮断性能（消弧性能）および電気絶縁性能に優れた六弗化硫黄ガスが使用されることが通常であるが、その他の媒体もありうる。図６中の右側に図示した閉極状態においては、対向側および可動側の各接点は接触状態にあって通電が行なわれる。

一方、電流を遮断する必要が生じた際には、可動アーク接点４および可動通電接点５は、駆動ロッド６により図６において下方向に駆動され、対向側および可動側の各接点は離れて、対向アーク電極２と可動アーク電極４の間にアーク放電７が発生しうる。なお、対向側の接点は固定されているか、もしくは可動側の接点の動きに相対して動作する場合も有りうる。

このような接点の離脱動作に伴って、消弧性ガス１は絶縁ノズル８により整流されてアーク放電７に強力に吹付けられ、これによりアーク放電７はその導電性を失って電流は遮断される。一般に高い電流遮断性能を得るためには、高い吹きつけ圧力、および豊富な消弧性ガス流量が必要である。

次に開極動作においてアーク放電７に消弧性ガス１が吹付けられるメカニズムについて説明する。前述の可動アーク接点４、可動通電接点５、絶縁ノズル８、およびパッファシリンダ９は一体構造となっており、それらは前述の駆動ロッド６により同時に駆動されるように構成されている。パッファシリンダ９と駆動ロッドに囲まれた空間は中心軸に垂直に配置された連結板１０により、アーク放電７側の自力室１１とそれとは反対側の機械圧縮室１２とに区切られている。

機械圧縮室１２は、連結板１０および駆動せずに常に静止状態にあるピストン１５により囲まれて形成されている。連結板１０には連通孔１３と、それに付随する逆止弁１４が設けられている。機械圧縮室１２の圧力の方が自力室１１の圧力よりも高い場合には、逆止弁１４が開いて機械圧縮室１２から自力室１１に向かって消弧性ガス１が流入するように構成されている。また、逆に自力室１１の圧力が機械圧縮室１２の圧力よりも高い場合には、逆止弁１４の作用により自力室１１の圧力の影響が機械圧縮室１２へと及ばないように構成されている。

ピストン１５には排気穴１６と吸気穴１７が設けられており、排気穴１６には放圧バルブ１８が、吸気穴１７には吸気バルブ１９がそれぞれ取り付けられている。機械圧縮室１２の圧力がある設定値以上にまで上昇すると、放圧バルブ１８の作用により排気穴１６からガスを放出し、機械圧縮室１２の過剰な圧力上昇を抑えられるように構成されている。また、開極状態から閉極状態へと変化する際などに機械圧縮室１２の圧力が消弧性ガス１の充填圧力よりも低くなるような場合には、吸気バルブ１９の作用により吸気穴１７から機械圧縮室１２に消弧性ガス１が吸い込まれてガスを補充するように構成されている。

（大電流遮断）
このように構成されている直列パッファ遮断器において大電流を遮断する際の動作について説明する。大電流遮断時において、アーク放電７は非常に高温となるため、周囲の消弧性ガス１の温度を著しく上昇させる。この作用により自力室１１の圧力は著しく上昇し、アーク放電７を消弧せしめるのに十分な圧力を得ることができる。

このとき、ピストン１５に作用する圧力すなわち機械圧縮室１２の圧力は、開極駆動する際の駆動反力として作用するが、自力室１１の高い圧力は逆止弁１４の作用により機械圧縮室１２へ及ぶことはなく、機械圧縮室１２の圧力が駆動反力として作用することは無い。つまり、機械圧縮室１２においてピストン１５による圧縮動作により圧力が上昇するが、放圧バルブ１８の作用によって、所定の設定値以上にまでは上昇することはない。

以上のとおり、大電流遮断時においてはアーク放電７の加熱作用により自力室１１の圧力は遮断に十分な圧力にまで上昇し、かつ逆止弁１４および放圧バルブ１８の作用により機械圧縮室１２の圧力の過剰な上昇は回避できる。そのため、小さな駆動力でも大電流遮断を確実に行うことが可能である。

（中小電流遮断）
次に、中小の電流を遮断する際の動作について説明する。中小の電流を遮断する際には、アーク放電７の加熱作用は小さいため、その作用のみによる自力室１１の十分な圧力上昇は期待できない。このような場合には機械圧縮室１２の圧力の方が自力室１１の圧力よりも相対的に高くなって逆止弁１４が開く。これにより、機械圧縮室１２からピストン１５の圧縮作用により前方の自力室１１にガスが流れ込み、電流遮断に必要な圧力と、十分な量の消弧性ガス１の流量を確保する。

上述したように、直列パッファ形のガス遮断器においては、大電流を遮断する際は、アーク放電７による加熱作用を利用した自力室１１の圧力上昇を主に利用して電流遮断を行う。また、中小電流を遮断する際にはアーク放電７による加熱作用に加えて、ピストン１５の圧縮作用により機械圧縮室から消弧性ガスを供給して電流遮断を行う。これにより、ピストン１５へ作用する過剰な圧力を抑制することができ、小さな駆動力で電流遮断を行うことができる。
米国特許第４１３９７３４号公報 ヨーロッパ特許第００３５５８１号公報 特公平７―１０９７４４号公報

上述したように直列パッファ形のガス遮断器は遮断動作に必要な駆動力を低減することが可能である。しかしながら、中小の電流を遮断する際に、必ずしも優れた遮断性能が得られるとは限らないといった問題点があった。これは、主に以下の理由による。

図６に示した通り、機械圧縮室１２の圧力の方が自力室１１の圧力よりも高くなると、逆止弁１４が開いて、機械圧縮室１２からピストン１５の圧縮作用により前方の自力室１１にガスが流れ込むが、機械圧縮室１２から流入した消弧性ガス１は、絶縁ノズル８内部のアーク放電７へと流れ込む前に、必ず自力室１１を経由することになる。このとき、連通孔１３からアーク放電７へと至る流路面積は、自力室１１部分で大きく広がるので、スムーズなガスの流れが妨げられる。さらに、機械圧縮室１２から自力室１１に流れ込んだ消弧性ガス１は、自力室１１の圧力を機械圧縮室１２と同等の圧力にまで上昇させるために消費されることがあり、実際にアーク放電７側へ流れ込むガス流量は少なかった。

そのため、ガスの流れをスムーズとする観点からも、自力室１１の圧力を機械圧縮室１２と同等圧力にまで上昇させる観点からも、自力室１１は容積が小さい方が有利である。すなわち、自力室１１は容積を小さくした方が加熱作用と圧縮作用を利用し易く、中小電流を遮断するのに十分な圧力上昇を得る上で効果的である。

ところが、自力室１１の容積を小さくすると、大電流を遮断する際に加熱作用により得られる圧力上昇は非常に高いものとなる。このため、これに耐え得るために絶縁ノズル８やパッファシリンダ９、連結板１０などを強固にして破損を防止する必要が生じ、機器の大形化及びコストの増大を招いた。そこで従来では、機器の小形化とコストの低減を優先して、自力室１１の容積は比較的大きくする傾向にある。特に、大電流遮断時には、アーク熱の利用により取り込んだ高温ガスを、十分なボリュームの低温ガスと混合することが、遮断性能を得る上で重要なので、自力室１１の容積は大きな方が望ましかった。

以上述べた通り、高温のアーク放電７に晒されたガスを冷却させるために大きなガス容積を必要とする大電流遮断と、主に機械圧縮室１２から供給される消弧性ガス１により電流遮断が行われる中小電流遮断の両方を考慮した場合、自力室１１の容積は大きくした現状のガス遮断器では、大電流遮断時に有利であるものの、中小電流遮断時には十分な圧力上昇を得ることが難しかった。

本発明は、以上の事情に鑑みて提案されたものであり、その目的は、容積を可変とするボリューム部を備えるといった簡単な構成により、大電流領域だけではなく中小電流領域においても小さな駆動力で優れた電流遮断性能を発揮でき、小形で信頼性の高いガス遮断器を提供することにある。

本発明は、上記のような目的を達成するために、消弧性ガスが充填された密閉容器が設けられ、前記密閉容器内には可動アーク接点および可動通電接点、並びにこれら可動側の接点と一体のパッファシリンダが、駆動ロッドによって軸方向に駆動可能に配置され、前記可動アーク接点および前記可動通電接点と同心軸上に向かい合って対向アーク接点および対向通電接点が接離自在に配置され、前記パッファシリンダには絶縁ノズルが取り付けられ、前記可動アーク電極と前記対向アーク電極の間に発生しうるアーク放電に対して前記絶縁ノズルが整流した前記消弧性ガスを吹き付けるように構成され、さらに前記パッファシリンダの内部は、自力室と機械圧縮室とに区切られており、前記自力室は前記機械圧縮室とは反対側で前記アーク放電側に配置され、前記機械圧縮室は前記パッファシリンダの軸線に対して垂直に配置された連結板と常に静止状態にあるピストンとにより挟まれた空間から形成されると共に内部の過剰な圧力上昇を防止する放圧手段が設けられ、前記連結板には前記自力室と前記機械圧縮室とを連通する連通孔と、それに付随する逆止弁が設置され、前記逆止弁は前記自力室から前記機械圧縮室へのガスの流れは常に制約し、前記自力室の圧力が前記機械圧縮室の圧力よりも低い場合にのみその圧力差により開放されるように構成されたガス遮断器において、移動可能な可動壁を介して前記自力室に接する可変ボリューム部が設けられ、前記可変ボリューム部は、前記自力室の内部に配置された仕切り板および前記パッファシリンダの内壁面および前記可動壁によって気密が保たれるように形成され、前記可動壁は、前記自力室の内部圧力が所定値を上回ると前記可変ボリューム部の容積を減らす方向に前記仕切り板に沿って動作するように構成されたことを特徴としたものである。

以上のような本発明において、大電流遮断時には、自力室の内部圧力はアーク放電の加熱作用により上昇しているため、自力室の内部圧力が所定値を上回り、可動壁は動作して可変ボリューム部の容積は減少し、これに伴い、可変ボリューム部に接する自力室の容積は増加する。したがって、構成部材の強度を高めることなく、自力室の内部に大電流遮断に必要な消弧性ガスのアーク放電への吹付け圧力と流量を十分に確保でき、従来の直列パッファ形遮断器と同様の小さな駆動力で優れた電流遮断性能を得ることができる。

一方、中小電流遮断時には、アーク放電の加熱作用が小さいため、自力室の内部圧力はさほど上昇しない。このため、自力室の内部圧力が所定値を上回ることがなく、可動壁は移動せず、可変ボリューム部は十分な容積を確保できる。これに伴って、可変ボリューム部に接する自力室の容積を小さくすることができる。このため、機械圧縮室から供給される消弧性ガスは、自力室を経由しても圧力および流量の損失を最小限に抑えることができ、中小電流領域においても優れた遮断性能を得ることができる。

本発明のガス遮断器によれば、自力室の内部圧力の状態によって可動壁を動作させ可変ボリューム部の容積を増減させることにより、機器の大形化を招くことなく、大電流と中小電流の両方の領域で優れた遮断性能を発揮することができ、信頼性・経済性の向上が図れる。

以下、本発明に係る代表的な実施形態について、図１〜図５を参照して具体的に説明する。なお、下記の実施形態におけるガス遮断器の基本的な構成は図６で説明した従来の直列パッファ形のガス遮断器と同様であり、同一の部材に関しては同一の符号を付して説明は省略する。

（１）第１の実施形態
［構成］
第１の実施形態について図１を用いて説明する。図１においては、中心線の左側が大電流遮断時における状態を示しており、中心線の右側が中小電流遮断時における状態を示している。第１の実施形態の構成上の特徴は次の点である。

すなわち、自力室１１内には可変ボリューム部２０が形成されている。可変ボリューム部２０は、自力室１１の内部に配置された仕切り板２１およびパッファシリンダ９の内壁面および可動壁２２によって囲まれ、気密が保たれている。可動壁２２は、パッファシリンダ９に垂直に配置され、気密を保ちながら仕切り板２１とパッファシリンダ９の内壁を摺動可能となっている。

また、可動壁２２には、可変ボリューム部２０内に該可動壁２２を支持するためのばね２３が取り付けられている。このばね２３は、自力室１１の内部圧力がばね２３のばね力を上回ると、可動壁２２がばね２３を圧縮する方向に動作するように設定されている。つまり、可変ボリューム２０部の容積が減少するのに合わせて自力室１１の容積が増加するようになっている。なお、通常時には、可動壁２２は支持しているばね２３によって仕切り板２１の端部に位置しており、このとき、可変ボリューム部２０の容積は最大、すなわち自力室１１の容積は最小となっている。

［作用効果］
（大電流遮断）
このような構成を有する第１の実施形態の作用は以下の通りである。すなわち、大電流遮断時においては、自力室１１の内部圧力はアーク放電７の加熱作用により著しく上昇する。このとき、自力室１１の内部圧力がばね２３のばね力を上回ると、可動壁２２がばね２３を圧縮する方向に動作し、可変ボリューム部２０の容積は減少し、その分だけ自力室１１の容積は増加する。

よって、自力室１１の内部に大電流遮断に必要な消弧性ガス１のアーク放電７への吹付け圧力と流量を確保できる。また、自力室１１の内部圧力は高い時、逆止弁１４は開放されないので、自力室１１の高い圧力がピストン１５に作用することがない。そのため、従来の直列パッファ形遮断器と同様の小さな駆動力で、より優れた電流遮断性能を得ることができる。

（中小電流遮断）
一方、中小電流を遮断する際は、アーク放電７の加熱作用が小さいため、自力室１１の内部圧力はさほど上昇しない。したがって、機械圧縮室１２の圧力の方が自力室１１の圧力よりも高くなると、逆止弁１４が開き、機械圧縮室１２からピストン１５の圧縮作用により前方の自力室１１に消弧性ガス１が流れ込む。

機械圧縮室１２から流入した消弧性ガス１は、絶縁ノズル８内部のアーク放電７へと流れ込む前に、まず自力室１１を経由することになるが、このとき、可動壁２２は動作することなく、可変ボリューム部２０の容積は最大、つまり、自力室１１の容積は最小となっている。したがって、連通孔１３からアーク放電７へと至る流路面積は、自力室１１部分でさほど大きく広がらず、消弧性ガス１はスムーズに流れることができる。

さらに、機械圧縮室１２から自力室１１に流れ込んだ消弧性ガス１は、自力室１１の容積は最小であるため、即座に自力室１１の圧力を機械圧縮室１２と同等の圧力にまで上昇させ、十分な流量のガスがアーク放電７側へ流れ込むことができる。このように、可動壁２２を動作させないことで自力室１１の容積を最小とし、機械圧縮室１２から流れ込んだ消弧性ガス１の圧力および流量の損失を最小限に抑えることができる。これにより、消弧性ガス１の圧縮作用を最大限に有効利用することができ、中小電流においても優れた遮断性能を得ることが可能である。

上述べしたように、第１の実施形態に係るガス遮断器によれば、中小電流遮断時には可変ボリューム部２０の容積を増大させて自力室１１の容積を最小とし、消弧性ガス１の圧縮作用を効率よく利用して、中小電流を確実に遮断することができる。また、大電流遮断時には可変ボリューム部２０の容積を減少させて自力室１１の容積を大きくしたので、構成部材の強度を高める必要がなく、機器の大形化及び製造コストの増大を回避しつつ、大電流遮断に必要な消弧性ガスのアーク放電への吹付け圧力と流量を十分に確保できる。

このように、自力室１１の内部圧力の状態の変化に伴い、ばね２３にて支持された可動壁２２を動作させて、自力室１１の容積を可変とすることにより、機器の小形化と低コスト化を実現しつつ、大電流と中小電流の両方の領域で優れた遮断性能を発揮でき、信頼性・経済性が向上する。

（２）第２の実施形態
［構成］
続いて、第２の実施形態について図２を用いて説明する。図２においても、中心線の左側が大電流遮断時における状態を示し、中心線の右側が中小電流遮断時における状態を示している。第２の実施形態は可変ボリューム部２０の構成に特徴がある。

第２の実施形態における可変ボリューム部２０は、図２に示すように可動壁２２が自力室１１の端に配置され、可変ボリューム部２０が自力室１１の軸方向に隣接する位置に形成されている。通常時には、可動壁２２は支持しているばね２３によってパッファシリンダ９の端部に位置しており、このとき可変ボリューム部２０の容積は最大、すなわち自力室１１の容積は最小となっている。自力室１１の内部圧力が上昇してばね２３のばね力を上回ると、可動壁２２がばね２３を圧縮する方向に動作し、可変ボリューム部２０の容積が減少するのに合わせて自力室１１の容積を増加するようになっている。

［作用効果］
（大電流遮断）
上記のような構成を有する第２の実施形態では、上記第１の実施の形態と同様、次のような作用が得られる。すなわち、大電流遮断時において、自力室１１の内部圧力がアーク放電７の加熱作用により著しく上昇するとき、可動壁２２がばね２３を圧縮する方向に動作して、可変ボリューム部２０の容積が減少し、その分だけ自力室１１の容積は増加する。したがって、自力室１１の内部に大電流遮断に必要な消弧性ガス１のアーク放電７への吹付け圧力と流量を確保できる。また、逆止弁１４は開放されず、自力室１１の高い圧力がピストン１５に作用することがなく、従来の直列パッファ形遮断器と同様の小さな駆動力で、より優れた電流遮断性能を得ることができる。

（中小電流遮断）
一方、中小電流を遮断する際は、アーク放電７の加熱作用が小さいので、自力室１１の内部圧力はさほど上昇することなく、逆止弁１４が開放されて機械圧縮室１２から電流遮断に必要となる消弧性ガス１が供給される。このとき、可動壁２２は動作することなく、可変ボリューム部２０の容積は最大のままであり、自力室１１の容積は最小となる。したがって、機械圧縮室１２から供給される消弧性ガス１は、自力室１１を経由する際に圧力および流量の損失を低減でき、中小電流においても優れた遮断性能を得ることができる。

さらに、第２の実施形態では、上記第１の実施形態の持つ作用効果に加えて、次のような独自の作用効果を有している。すなわち、可変ボリューム部２０を自力室１１の外側に配置したことにより、前記仕切り板２１の配置によって自力室１１の内部形状に制約を与えることがない。このため、大電流遮断時に取り込んだ高温のガスと低温ガスの混合を妨げることなく、効率的にアーク放電７に吹付けることができる。

しかも、図２に示したように、例えば、ピストン１５の外周位置に可変ボリューム部２０を配置したので、自力室１１の軸方向長さを短く構成することができる。このため、特に中小電流遮断においては、機械圧縮室１２からアーク放電７までの距離が短くなる。したがって、機械圧縮室１２からの消弧性ガス１の吹き付け効果はより高くなり、優れた遮断性能を確保できる。また、このような構成によりパッファシリンダ９の軸方向長さも短くすることができ、ガス遮断器全体の小形化と可動部の軽量化をいっそう進めることが可能となる。

（３）第３の実施形態
［構成］
次に、第３の実施形態について図３を用いて説明する。図３においては、中心線の右側が第１の実施形態の構成に第３の実施形態を付加したもので大電流遮断時の状態を示しており、中心線の左側が第２の実施形態の構成に第３の実施形態を付加したもので大電流遮断時の状態を示している。なお、第３の実施形態における遮断器の基本的な構成は図１および図２で説明した第１および第２の実施の形態と同様である。第３の実施形態の特徴は、可変ボリューム部２０の内部に放圧穴２４が設けられた点にある。

放圧穴２４は、図３に示すように自力室１１の内外を連通するように、可動壁２２の動作方向と垂直に設けられている。通常時には、放圧穴２４は可変ボリューム部２０の内部に位置し、可動壁２２によって自力室１１と気密が保たれているため、自力室１１の内外は放圧穴２４によって連通していない状態となっている。中小電流遮断時にも、自力室１１の内部圧力はさほど上昇しないため、同様に放圧穴２４は可変ボリューム部２０の内部に位置し、自力室１１の内外は放圧穴２４によって連通していない。

これに対して、大電流遮断時に自力室１１の内部圧力が、予め設定された設定値以上に上昇した場合、可動壁２２はばね２３を圧縮する方向に動作し、自力室１１と放圧穴２４が連通して外部に消弧性ガス１の一部を放出するようになっている（点線の矢印にて図示）。なお、自力室１１の内部圧力が、電流遮断に必要な圧力まで低下すると、可動壁２２の動作によって放圧穴２４は可変ボリューム部２０の内部に位置して放圧を停止するようになっている。

［作用効果］
（大電流遮断）
以上の構成を有する第３の実施形態は、上記第１および第２の実施形態と同様の作用効果が得られる。すなわち、大電流遮断時に、自力室１１の内部圧力がアーク放電７の加熱作用により著しく上昇すると、可動壁２２がばね２３を圧縮する方向に動作して、可変ボリューム部２０の容積が減少し、その分だけ自力室１１の容積は増加する。したがって、自力室１１内部に大電流遮断に必要な消弧性ガス１のアーク放電７への吹付け圧力と流量を確保でき、しかも逆止弁１４は未開放で自力室１１の高い圧力がピストン１５に作用することがないので、小さな駆動力でより優れた電流遮断性能を得ることが可能である。

（中小電流遮断）
一方、中小電流を遮断する際は、アーク放電７の加熱作用が小さいので、自力室１１内部の圧力上昇は起きず、逆止弁１４が開放されて機械圧縮室１２から消弧性ガス１が流れ込む。このとき、可動壁２２は動作することなく、可変ボリューム部２０の容積は最大で、自力室１１の容積は最小となる。したがって、機械圧縮室１２から供給される消弧性ガス１は、圧力および流量を失うことなく自力室１１をスムーズに流れ、中小電流を確実に遮断することができる。すなわち、大電流遮断時においても中小電流遮断時においても、可変ボリューム部２０の容積が増減して自力室１１の容積を最適に保つことによって、必要な消弧性ガス１のアーク放電７への吹付け圧力と流量を確保できる。

ただし、直流分を多く含むような大きな電流を遮断する場合には、自力室１１の内部圧力が必要以上に上昇する可能性がある。そこで第３の実施形態では、自力室１１の内部圧力が必要以上に上昇したとき、放圧穴２４から消弧性ガス１を抜いて放圧することによって、自力室１１の過剰な内部圧力上昇を防ぐことができ、絶縁ノズル８などの部品を破損することがない。したがって、安定した遮断性能を維持することができ、信頼性がいっそう向上する。

（４）第４の実施形態
［構成］
第４の実施形態について図４を用いて説明する。図４においては、中心線の左側が大電流遮断時における状態を示しており、中心線の右側が中小電流遮断時における状態を示している。本実施形態におけるガス遮断器の基本的な構成は図１および図２で説明した第１および第２の実施形態と同様である。第４の実施形態の特徴は、可動壁２２の支持構成にある。

すなわち、第４の実施形態における可変ボリューム部２０は、図４に示すように可動壁２２によって気密を保たれた内部に、通常時のガス遮断器内の消弧性ガス１の圧力よりも高圧力の高圧ガス２５が封入されている。高圧ガス２５の種類は、消弧性ガス１を高圧としたものでも、その他のガスでもあり得る。可動壁２２は、パッファシリンダ９に垂直に配置され、気密を保ちながら仕切り板２１とパッファシリンダ９の内壁を摺動可能となっている。

第４の実施形態では、通常時の可動壁２２は、第１および第２の実施形態のように、ばね２３によって支持されているのではなく、高圧ガス２５の圧力によって仕切り板２１の端部のストッパー２６と接触して静止しており、このとき可変ボリューム部２０の容積は最大となり、自力室１１の容積は最小となる。そして、自力室１１の内部圧力が上昇して高圧ガス２５の圧力を上回ると、可動壁２２が高圧ガス２５を圧縮する方向に動作し、可変ボリューム部２０の容積が減少するのに合わせて自力室１１の容積を増加させるようになっている。

［作用効果］
（大電流遮断）
このような構成を有する第４の実施形態は、第１および第２の実施の形態と同様の作用効果が得られる。すなわち、大電流遮断時においては、自力室１１の内部圧力はアーク７の加熱作用により著しく上昇する。このとき、可動壁２２が高圧ガス２５を圧縮する方向に動作して、可変ボリューム部２０の容積は減少し、その分だけ自力室１１の容積は増加する。よって、自力室１１の内部に大電流遮断に必要な消弧性ガス１のアーク放電７への吹付け圧力と流量を確保できる。また、逆止弁１４は開放されず、自力室１１の高い圧力がピストン１５に作用することがないので、従来の直列パッファ形遮断器と同様の小さな駆動力で、より優れた電流遮断性能を得ることができる。

（中小電流遮断）
一方、中小電流を遮断する場合には、アーク放電７の加熱作用が小さいため、自力室１１の内部圧力はさほど上昇しない。したがって、逆止弁１４が開放され、機械圧縮室１２から電流遮断に必要となる消弧性ガス１が供給される。このとき、可動壁２２は動作することなく、高圧ガス２５の圧力によって仕切り板２１の端部のストッパー２６と接触して静止しており、可変ボリューム部２０の容積は最大となっている。このため、自力室１１の容積は最小となって、機械圧縮室１２から供給される消弧性ガス１は、自力室１１を経由しても圧力および流量の損失量を低く抑えることができる。これにより、中小電流領域においても優れた遮断性能を得ることができる。

さらに、第４の実施形態では、前記ばね２３を必要とせず、可変ボリューム部２０に封入した高圧ガス２５により上記の作用効果を得ることができるので、構成の簡略化をさらに進めることが可能であって、小形化・低コスト化に寄与することができる。

（５）第５の実施形態
［構成］
第５の実施形態について図５を用いて説明する。図５においては、中心線の左側が大電流遮断時における状態を示しており、中心線の右側が中小電流遮断時における状態を示している。

第５の実施形態は基本的な構成は図１、図２および図４で説明した第１、第２および第４の実施形態と同様であり、前記第４の実施形態と同じく可動壁２２の支持構成に特徴がある。第５の実施形態では、図５に示すように可動壁２２によって気密を保たれた可変ボリューム２０部の内部に、消弧性ガス１が通常時の自力室１１の内部圧力と同圧力にて封入された点に構成上の特徴がある。

すなわち、自力室１１の内部圧力が上昇すると、可動壁２２が可変ボリューム２０の内部に封入されている消弧性ガス１を圧縮する方向に動作し、可変ボリューム部２０の容積が減少するのに合わせて自力室１１の容積を増加させるようになっており、その他の構成は、図４に示した第４の実施形態と同様である。

［作用効果］
（大電流遮断）
上記構成の第５の実施形態では、第１、第２および第４の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。すなわち、大電流遮断時においては、自力室１１の内部圧力はアーク７の加熱作用により著しく上昇すると、可動壁２２が消弧性ガス１を圧縮する方向に動作する。これにより、可変ボリューム部２０の容積は減少し、その分だけ自力室１１の容積は増加する。よって、自力室１１の内部に大電流遮断に必要な消弧性ガス１のアーク放電７への吹付け圧力と流量を確保できる。また、逆止弁１４は開放されず、自力室１１の高い圧力がピストン１５に作用することがないので、従来の直列パッファ形遮断器と同様の小さな駆動力で、より優れた電流遮断性能を得ることができる。

（中小電流遮断）
一方、中小電流を遮断する場合には、アーク放電７の加熱作用が小さいため、自力室１１の内部圧力はさほど上昇せず、逆止弁１４が開放されて機械圧縮室１２から電流遮断に必要となる消弧性ガス１が供給される。このとき、可動壁２２は動作せず、消弧性ガス１の圧力によって仕切り板２１の端部のストッパー２６と接触して静止したままであり、可変ボリューム部２０の容積は最大となっている。このため、自力室１１の容積は最小となって、機械圧縮室１２から供給される消弧性ガス１は、自力室１１を経由しても圧力および流量の損失量を低く抑制できる。これにより、中小電流領域においても優れた遮断性能を発揮することができる。

しかも、第５の実施形態においては、可変ボリューム部２０に封入するガスを、上記第４の実施形態のように高圧ガス２５を用いるのではなく、通常時の自力室１１の内部圧力と同圧力にて消弧性ガス１を封入したので、可動壁２２の動作距離は長くなる傾向にあるが、常時圧力差を保持する必要がない。そのため、可動壁２２および可変ボリューム部２０を構成する部品は、より簡便な構造にできる。したがって、小形化・低コスト化が容易に実現する。

（６）他の実施形態
なお、本発明は、以上の実施形態に限定されるものではなく、大電流遮断と中小電流遮断の両方の優れた遮断性能を得るために自力室の内部圧力の状態によって自力室の容積が増減するように形成したことに特徴があり、これを実現するための構成部材の構成や形状であれば適宜変更可能である。

また、消弧性ガスとして、六弗化硫黄ガスよりも地球温暖化係数の小さいガスを使用した実施形態も包含する。従来、消弧性ガスとしては、優れた消弧性能および電気絶縁性能を有する六弗化硫黄ガスが使用されているが、六弗化硫黄ガスは二酸化炭素ガスの２３,９００倍の地球温暖化効果を有するといわれており、環境調和の観点からその使用を避けることが望ましい。

しかしながら、環境への影響が小さいガス、具体的には六弗化硫黄ガスよりも地球温暖化係数の小さい空気、窒素、二酸化炭素などを代替として使用すると、消弧性能および電気絶縁性能は六弗化硫黄ガスよりも劣るため、遮断性能が劣化することが懸念される。そのため、六弗化硫黄ガス以外のガスを使用して従来機器と同等の遮断性能を得るためには、パッファシリンダ９やピストン１５などの構成部材を大きくしたりして、機械圧縮室１２からアーク放電７へのガスの吹き付け圧力や流量を多くしなければならないが、大きな駆動力で可動部分を駆動する必要がでてくる。

本発明では、自力室１１内の圧力変化に合わせて可変ボリューム部２０を有効に調整するので、六弗化硫黄ガスよりも地球温暖化係数の小さいガスを使用しながらも、機器の大形化、駆動力の増大を防ぐことができ、小さな駆動力でも大電流および中小電流領域においても優れた電流遮断性能を発揮でき、環境への負担を軽減できるガス遮断器を提供することができる。

本発明に係る第１の実施形態の構造断面図。 本発明に係る第２の実施形態の構造断面図。 本発明に係る第３の実施形態の構造断面図。 本発明に係る第４の実施形態の構造断面図。 本発明に係る第５の実施形態の構造断面図。 従来の直列パッファ形のガス遮断器の構造断面図。

符号の説明

１…消弧性ガス
２…対向アーク接点
３…対向通電接点
４…可動アーク接点
５…可動通電接点
６…駆動ロッド
７…アーク放電
８…絶縁ノズル
９…パッファシリンダ
１０…連結板
１１…自力室
１２…機械圧縮室
１３…連通孔
１４…逆止弁
１５…ピストン
１６…排気穴
１７…吸気穴
１８…放圧バルブ
１９…吸気バルブ
２０…可変ボリューム部
２１…仕切り板
２２…可動壁
２３…ばね
２４…放圧穴
２５…高圧ガス
２６…ストッパー

Claims (8)

1. 消弧性ガスが充填された密閉容器が設けられ、前記密閉容器内には可動アーク接点および可動通電接点、並びにこれら可動側の接点と一体のパッファシリンダが、駆動ロッドによって軸方向に駆動可能に配置され、前記可動アーク接点および前記可動通電接点と同心軸上に向かい合って対向アーク接点および対向通電接点が接離自在に配置され、前記パッファシリンダには絶縁ノズルが取り付けられ、前記可動アーク電極と前記対向アーク電極の間に発生しうるアーク放電に対して前記絶縁ノズルが整流した前記消弧性ガスを吹き付けるように構成され、さらに前記パッファシリンダの内部は、自力室と機械圧縮室とに区切られており、前記自力室は前記機械圧縮室とは反対側で前記アーク放電側に配置され、前記機械圧縮室は前記パッファシリンダの軸線に対して垂直に配置された連結板と常に静止状態にあるピストンとにより挟まれた空間から形成されると共に内部の過剰な圧力上昇を防止する放圧手段が設けられ、前記連結板には前記自力室と前記機械圧縮室とを連通する連通孔と、それに付随する逆止弁が設置され、前記逆止弁は前記自力室から前記機械圧縮室へのガスの流れは常に制約し、前記自力室の圧力が前記機械圧縮室の圧力よりも低い場合にのみその圧力差により開放されるように構成されたガス遮断器において、
   移動可能な可動壁を介して前記自力室に接する可変ボリューム部が設けられ、
   前記可変ボリューム部は、前記自力室の内部に配置された仕切り板および前記パッファシリンダの内壁面および前記可動壁によって気密が保たれるように形成され、
   前記可動壁は、前記自力室の内部圧力が所定値を上回ると前記可変ボリューム部の容積を減らす方向に前記仕切り板に沿って動作するように構成されたことを特徴としたガス遮断器。
2. 前記可動壁には前記可変ボリューム部内に該可動壁を支持するためのばねが取り付けられ、
   前記可動壁は、前記自力室の内部圧力が前記ばねのばね力を上回ると前記可変ボリューム部の容積を減らす方向に前記仕切り板に沿って動作するように構成されたことを特徴とした請求項１記載のガス遮断器。
3. 前記可変ボリューム部は、前記自力室の内部に形成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載のガス遮断器。
4. 前記可変ボリューム部は、前記可動壁を介して前記自力室に隣接して形成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載のガス遮断器。
5. 前記パッファシリンダにおいて前記自力室の内部圧力が上昇したときに前記可動壁が通過する位置には前記自力室の内外を連通して前記自力室の内部圧力を放圧する放圧穴が設けられたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のガス遮断器。
6. 前記可変ボリューム部にはガス遮断器内の消弧性ガス圧力よりも高圧力の高圧ガスが封入され、
   前記可動壁は、前記自力室の内部圧力が前記可変ボリュームに封入した高圧ガスの圧力よりも上回ると前記可変ボリューム部の容積を減らす方向に前記仕切り板に沿って動作するように構成されたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のガス遮断器。
7. 前記可変ボリューム部にはガス遮断器内と等しい圧力の消弧性ガスが封入され、
   前記可動壁は、前記自力室の内部圧力が上昇して所定値を上回ると前記可変ボリューム部の容積を減らす方向に前記仕切り板に沿って動作するように構成されたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のガス遮断器。
8. 前記消弧性ガスとして六弗化硫黄ガスよりも地球温暖化係数の小さいガスを使用したことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のガス遮断器。

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