JP2010232031A

JP2010232031A - パッファ型ガス遮断器

Info

Publication number: JP2010232031A
Application number: JP2009078655A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Uchiyama; 英昭内山; Masaru Sato; 賢佐藤
Original assignee: Japan AE Power Systems Corp
Current assignee: Japan AE Power Systems Corp
Priority date: 2009-03-27
Filing date: 2009-03-27
Publication date: 2010-10-14
Anticipated expiration: 2029-03-27
Also published as: CN101901719A; JP5286569B2

Abstract

【課題】遮断動作初期の速度低下を防止しながらアブレーション効果を利用して遮断性能を向上したパッファ型ガス遮断器を提供する。
【解決手段】吹き付けガス流の上流側、例えば絶縁ノズル１１のスロート部１５までの吹き付けガス流の上流側にアブレーション効果の低い絶縁材料、つまり耐熱性の高い樹脂で製作した上流側部分１１ａと、この上流側部分１１ａよりも吹き付けガス流の下流側には上流側部分１１ａよりもアブレーション効果の高い絶縁材料、つまり相対的に耐熱性の低い樹脂で製作した下流側部分１１ｂとを有して絶縁ノズル１１を構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、絶縁ノズルを使用して絶縁消弧性ガスを吹き付けて消弧を行うパッファ型ガス遮断器に関する。

一般に、パッファ型ガス遮断器は、固定側アーク接触子と可動側アーク接触子を接離可能に同軸上に配置し、ＳＦ６ガスなどの絶縁消弧性ガスが充満された密閉タンク内に収納して構成し、固定アーク接触子と可動アーク接触子の接離部の空間を包囲して筒状の絶縁ノズルを設け、電流遮断時には絶縁消弧性ガスを圧縮装置で圧縮しながら、この絶縁ノズルを用いて固定側アーク接触子および可動側アーク接触子の開離によって発生したアークに対して案内して吹き付け、消弧を行っている（例えば、特許文献１を参照）。

また絶縁消弧性ガスを案内する絶縁ノズルとして、フッ素樹脂よりも耐熱性の低い樹脂に無機充填材を添加した複合材料で全体的に絶縁ノズルを形成し、樹脂材料のアブレーション効果、つまりアークエネルギーにより絶縁ノズルの樹脂材料が蒸発して発生するアブレーションガスを利用して絶縁ノズル内部の圧力を高めることで、遮断性能を向上するようにしたものが知られている（例えば、特許文献２を参照）。

特開平７−２９６６８９号公報特開２００５−３３２７４５号公報

しかしながら、近年、パッファ型ガス遮断器の遮断容量の増加および機器の小型化の要求から遮断性能を向上することが要求されており、特許文献２に示されたようにアブレーション効果を積極的に利用しようとすると、アーク発生初期からアブレーション効果によって絶縁ノズル内の圧力が必要以上に上昇してしまい、これが操作器に対して反力として作用するために、遮断動作の極く初期に速度低下または停滞が発生して遮断性能に悪影響を与えてしまうことが分かった。

本発明の目的は、遮断動作初期の速度低下を防止しながらアブレーション効果を利用して遮断性能を向上したパッファ型ガス遮断器を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、絶縁消弧性ガスを充満した密閉タンク内に、接離可能に配置した固定アーク接触子および可動アーク接触子と、遮断動作時に絶縁消弧性ガスを圧縮する圧縮装置と、前記固定アーク接触子と前記可動アーク接触子の接触部を包囲して設けられ前記圧縮装置で圧縮した絶縁消弧性ガスを前記固定アーク接触子と前記可動アーク接触子間の開離によって発生したアークに吹き付けるように案内する絶縁ノズルとを備えたパッファ型ガス遮断器において、前記絶縁ノズルは、吹き付けガスの上流側に位置する上流側部分と、吹き付けガスの下流側に位置する下流側部分とを有して構成し、前記上流側部分をアブレーション効果の低い樹脂材料で形成し、前記下流側部分を前記上流側部分よりもアブレーション効果の高い樹脂材料で形成したことを特徴とする。

本発明のパッファ型ガス遮断器によれば、遮断動作時、先ずアークに曝されることになる吹き付けガス流の上流側部分ではアブレーション効果が比較的に抑制されるので、操作器に対する反力が小さくなって遮断動作初期における遮断部可動部の動き出し加速度が高められ、一方、遮断動作終期にはアークに曝されることになる吹き付けガス流の下流側部分でアブレーション効果が付加されるが、このときには十分に加速されているので、圧力ピークでの反力による遮断動作の停滞を抑制しながら、アブレーション効果を活用して効果的な吹き付けによって遮断性能を向上することができる。

図１は、本発明の一実施の形態によるパッファ型ガス遮断器の投入状態を示す断面図である。図２は、図１に示したパッファ型ガス遮断器の遮断途中状態を示す断面図である。図３は、図１に示したパッファ型ガス遮断器の全体構成を示す断面図である。図４は、図１に示したパッファ型ガス遮断器の要部である絶縁ノズルを示す断面図である。図５は、図１に示したパッファ型ガス遮断器による遮断動作時の圧力特性図である。

以下、本発明の一実施の形態によるパッファ型ガス遮断器を図面に基づいて説明する。
図３はパッファ型ガス遮断器の全体構成を示す断面図であり、絶縁消弧性ガスを封入した金属製タンク１内に構成されている。遮断部の両端は、図示しない絶縁導出手段の中心導体２，３によって金属製タンク１から絶縁を保持しながら導出されており、中心導体２には円筒状の排気筒４が支持固定され、また中心導体３には固定導体１４が支持固定されている。排気筒４内の中心部には固定アーク接触子５が固定され、排気筒４の端部にはこの固定アーク接触子５を包囲するように配置した固定主接触子６が固定されている。固定アーク接触子５の先端部には投入状態で接触する可動アーク接触子７が配置され、この可動アーク接触子７はパッファシリンダ９に固定されている。このパッファシリンダ９には、可動アーク接触子７と固定アーク接触子５の接触部を包囲するように配置した絶縁ノズル１１と、絶縁ノズル１１の外周部に配置されて投入状態で固定主接触子６と接触する可動主接触子８も固定されている。

上述した固定導体１４にはピストン１０が固定され、このピストン１０とパッファシリンダ９とは可摺動的な関係に配置されている。パッファシリンダ９はその中心部において絶縁操作ロッド１３に連結され、ピストン１０によってガイドされながら図示しない操作器によって駆動されるように構成されている。またパッファシリンダ９は、ピストン１０とによってパッファ室１２と称する絶縁消弧性ガスが満たされたガス空間部を形成した圧縮装置を構成しており、遮断動作時にパッファ室１２内の絶縁消弧性ガスを圧縮し、後述するように吹き付け消弧に用いるようにしている。

図１は、上述した投入状態の遮断部のみを拡大して示しており、固定アーク接触子５は絶縁ノズル１１内に挿入されて可動アーク接触子７と接触しており、また絶縁ノズル１１の外周部では固定主接触子６が可動主接触子８と接触している。遮断操作は、図示しない操作器によって絶縁操作ロッド１３を右方に駆動して行う。この遮断操作によって、先ず可動主接触子８が固定主接触子６から開離し、その後、可動アーク接触子７が固定アーク接触子５から開離して両者の間にアークが発生する。この遮断動作時、パッファシリンダ９の遮断方向への動作は、ピストン１０とによって形成したパッファ室１２内の絶縁消弧性ガスを圧縮することになり、この圧縮した絶縁消弧性ガスを絶縁ノズル１１によって案内し、図２に示したように可動アーク接触子７と固定アーク接触子５間の開離によって生じたアークに対して吹き付けて消弧を行う。

図４は、上述した絶縁ノズル１１を示す断面図である。
この絶縁ノズル１１は、スロート部１５を有する筒状に構成され、パッファ室１２で圧縮した絶縁消弧性ガスの吹き付けガスを可動アーク接触子７と固定アーク接触子５間のアークに作用するように案内するガス流案内部分である内面を有している。通常、この絶縁ノズル１１は全体を同一の絶縁材料によって構成するが、ここでは遮断動作の進展に従って、吹き付けガス流の上流側に位置して最初にアークに曝されることになる上流側部分１１ａと、吹き付けガス流の下流側に位置してその後にアークに曝されることになる下流側部分１１ｂとの二種類に分けて構成している。上流側部分１１ａはアブレーション効果の低い樹脂材料、一方、下流側部分１１ｂは、上流側部分１１ａに比べてアブレーション効果の高い低熱性の樹脂材料によって構成している。

上流側部分１１ａは、アークエネルギーを吸収しにくい無機材料、例えば、ボロンナイトライド（ＢＮ）粉末を混合したフッ素樹脂によって製作している。一方、下流側部分１１ｂは、黒色系でエネルギーを吸収しやすいもの、例えば、二流化モリブデン（ＭｏＳ２）の粉末を混合したフッ素樹脂によって製作している。また下流側部分１１ｂとしてはフッ素樹脂に代えてポリアミド樹脂を用いることもできるが、絶縁ノズル１１を二つの部分から構成する場合、母材となる樹脂が異なると全体としての機械強度が低下することが考えられるので、母材となる樹脂として同じフッ素樹脂を使用するのが望ましい。またアブレーション効果を調整するために添加する無機充填材は、上述したものに限らず使用することができる。

上述したように樹脂材料の異なる上流側部分１１ａと下流側部分１１ｂから吹き付けガスのガス流案内部分を形成した絶縁ノズル１１とし、上流側部分１１ａはスロート部１５を含んで吹き付けガス流の上流側に位置するガス流案内部分としている。遮断動作時、絶縁ノズル１１内で可動アーク接触子７が固定アーク接触子５から開離してアークが発生すると、先ず、上流側部分１１ａがアークに曝される。通常、この遮断過程における絶縁ノズル１１の内面は、２００００Ｋにも及ぶ超高温のアークに曝され、このアークエネルギーにより絶縁ノズル１１を構成する樹脂に耐熱性の低いポリアミド樹脂が使用されている場合、それが蒸発してアブレーションガスが発生し、絶縁ノズル１１内のガス圧力が一層上昇することが知られている。

しかしながら、ここで使用している絶縁ノズル１１は、上流側部分１１ａを耐熱性の優れた樹脂材料によって構成しているため、固定アーク接触子５が絶縁ノズル１１のスロート部１５から抜け出るまで同部がアークに曝されたとしても、上流側部分１１ａを下流側部分１１ｂと同じくアブレーション効果の高い低熱性の樹脂で製作されている場合よりも、アブレーション効果が抑制される。従って、遮断動作の初期において、アブレーション効果による絶縁ノズル１１内の圧力上昇は小さくなり、操作器に対しての反力も小さくなる。このため、遮断動作初期における遮断部可動部分の加速度は従来の場合よりも高められ、速度低下や停滞は生じない。

その後、固定アーク接触子５が絶縁ノズル１１のスロート部１５から抜け出る直前に、パッファ室１２の内部圧力がピークとなり、その後、下流側部分１１ｂがアークに曝されることになる。固定アーク接触子５がスロート部１５から抜け出ると、同部を通しての吹き付けガス流が形成されるが、この下流側部分１１ｂは、アブレーション効果の高い低熱性の樹脂で製作されているため、アブレーション効果は急速に高まり、この圧力上昇が付加されて効果的な吹き付けが行われ、速やかにアークは消滅する。

上述した遮断動作時における絶縁ノズル１１内の圧力推移について、さらに図５を用いて説明する。
絶縁ノズル１１の全体を下流側部分１１ｂと同じ絶縁材料で製作した場合、絶縁ノズル１１内の圧力は圧力上昇特性曲線１７のように推移する。これは固定アーク接触子５が絶縁ノズル１１のスロート部１５から抜け出るまでに、アブレーション効果が高まって絶縁ノズル１１内の圧力が上昇してしまうためである。絶縁ノズル１１内の圧力は、電流遮断に必要な絶縁消弧性ガスをアークに吹付けるために重要である反面、過大になるとパッファ室１２の圧縮に対して反力となり、遮断動作初期における動作速度を減少させて遮断性能を低下させてしまう。

これに対して、絶縁ノズル１１の全体を上流側部分１１ａと下流側部分１１ｂとの異なる絶縁材料で製作した場合、固定アーク接触子５が絶縁ノズル１１のスロート部１５から抜け出るまでは、上流側部分１１ａによってアブレーション効果は抑制されるため、同図の圧力上昇特性曲線１８から分かるように絶縁ノズル１１内の圧力は従来の圧力上昇特性曲線１７よりも抑制される。これは遮断動作初期における操作力に対する反力が低減することを意味し、遮断動作初期から遮断部可動部の動き出しの加速度が増加することになり、圧力ピークでの反力による遮断動作の停滞を抑制することができる。つまり、同じ操作力で同じ容量の電流を遮断する場合、圧力上昇特性曲線１８で示す方が遮断性能を向上することができる。

このように本発明によるパッファ型ガス遮断器では、吹き付けガス流の上流側にアブレーション効果の低い絶縁材料、つまり耐熱性の高い樹脂材料で製作した上流側部分１１ａと、この上流側部分１１ａよりも吹き付けガス流の下流側には上流側部分１１ａよりもアブレーション効果の高い絶縁材料、つまり相対的に耐熱性の低い樹脂材料で製作した下流側部分１１ｂとを有してガス流案内部分を形成した絶縁ノズル１１としたため、遮断動作時、先ずアークに曝される上流側部分１１ａではアブレーション効果が抑制されるので、反力が小さくなって遮断動作初期における遮断部可動部の動き出し加速度が増加される。一方、遮断動作終期にはアークに曝される下流側部分１１ｂでアブレーション効果が付加されるが、このときには十分に加速されているので、圧力ピークでの反力による遮断動作の停滞を抑制すると共に、効果的な吹き付けによって遮断性能を向上することができる。

上述した上流側部分１１ａと下流側部分１１ｂとの境界は、アブレーション効果による圧力上昇を考慮して決定することができるが、絶縁ノズル１１のスロート部１５を含んで吹き付けガス流の上流側に位置するガス流案内部分を耐熱性の高い樹脂材料で構成した上流側部分１１ａとし、スロート部１５よりも吹き付けガス流の下流側に位置するガス流案内部分を耐熱性の低い樹脂材料で構成した下流側部分１１ｂとすることによって、上述したアブレーション効果の抑制と、アブレーション効果を付加するタイミングを望ましいものとすることができる。つまり、固定アーク接触子５が絶縁ノズル１１のスロート部１５から抜け出るまではアブレーション効果が抑制され、反力が小さくなって遮断動作初期における遮断部可動部の動き出し加速度が増加される。しかし、固定アーク接触子５が絶縁ノズル１１のスロート部１５から抜け出て同部からの吹き付けガス流が形成されると、下流側部分１１ｂによるアブレーション効果が付加されるので、効果的な吹き付けが行われる。従って、遮断動作初期の速度低下または停滞を抑制しながら、アブレーション効果を利用した効果的なガス吹き付けを行うことができる。

上述した実施の形態では、スロート部１５を含みそれよりも吹き付けガス流の上流側に位置する筒状のガス流案内部分を上流側部分１１ｂとし、これを筒状の下流側部分１１ｂの内側に固定して絶縁ノズル１１を構成しているが、これに限定するものではない。他の実施の形態では、絶縁ノズル１１の少なくともガス流案内部分となる内面側を上流側部分１１ａと、下流側部分１１ｂと、これらの中間部に位置して両者の中間の耐熱性の樹脂材料で構成した中間部分とを有して構成しても、ほぼ同様の効果を得ることができる。また、上流側部分１１ｂの範囲を規定する場合、上述した実施の形態のように吹き付けガス流の上流側となるガス流案内部全体としても良いし、吹き付けガス流の上流側に位置しながらもアークに曝されないガス流案内部分を除いてアークに曝されるガス流案内部分に限定しても良い。いずれにしても、絶縁ノズル１１のガス流案内部分のうち、吹き付けガス流の上流側に位置して上流側部分１１ａと定義した部分は、吹き付けガス流の下流側に位置した下流側部分１１ｂと定義した部分よりもアブレーション効果および耐熱性の劣る樹脂材料で製作すれば良い。

本発明によるパッファ型ガス遮断器は、図３に示した構成に限らず他の構成のものにも適用することができる。

１金属製タンク
２，３中心導体
４筒状導体
５固定側アーク接触子
６固定主接触子
７可動アーク接触子
８可動主接触子
９パッファシリンダ
１０ピストン
１１絶縁ノズル
１１ａ上流側部分
１１ｂ下流側部分
１２パッファ室
１５スロート部
１７，１８圧力上昇特性曲線

Claims

絶縁消弧性ガスを充満した密閉タンク内に、接離可能に配置した固定アーク接触子および可動アーク接触子と、遮断動作時に絶縁消弧性ガスを圧縮する圧縮装置と、前記固定アーク接触子と前記可動アーク接触子の接触部を包囲して設けられ前記圧縮装置で圧縮した絶縁消弧性ガスを前記固定アーク接触子と前記可動アーク接触子間の開離によって発生したアークに吹き付けるように案内する絶縁ノズルとを備えたパッファ型ガス遮断器において、前記絶縁ノズルは、吹き付けガスの上流側に位置する上流側部分と、吹き付けガスの下流側に位置する下流側部分とを有して構成し、前記上流側部分をアブレーション効果の低い樹脂材料で形成し、前記下流側部分を前記上流側部分よりもアブレーション効果の高い樹脂材料で形成したことを特徴とするパッファ型ガス遮断器。