JP2012094455A - ガス遮断器 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の実施形態は、投入動作時に熱パッファ室にガスを送り込み、熱パッファ室内のガス温度を低下させることが可能なガス遮断器を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の実施形態におけるガス遮断器は、固定アーク接触子と、前記固定アーク接触子と対向配置し、操作機構の動力により前記固定アーク接触子と接離する可動アーク接触子と、を備える。
さらに、前記固定アーク接触子と前記可動アーク接触子との接触部に連通し、消弧性ガスを充填した熱パッファ室と、前記熱パッファ室と中間バルブを介して連通し、消弧性ガスを充填した機械パッファ室と、前記熱パッファ室と投入用中間バルブを介して連通し、消弧性ガスを充填した投入用パッファ室と、を備える。
また、前記投入用パッファ室に充填された消弧性ガスは、投入動作時に圧縮され、ガス流路を通って前記熱パッファ室に流入する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、ガス遮断器に関する。

現在、電力系統において電流を遮断する際にガス遮断器が広く用いられている。このガス遮断器の絶縁媒体および消弧媒体としてはＳＦ６ガスが主に用いられ、さらにＳＦ６ガス以外の各種混合ガスを絶縁媒体および消弧媒体として用いられている場合もある。

従来のガス遮断器について図３を用いて説明する。図３（ａ）は、ガス遮断器の投入状態、図３（ｂ）は、遮断過程の前半の状態を示す。このガス遮断器は、消弧性ガスが充填された図示しないタンク内に、可動通電接触子１、可動アーク接触子３、固定通電接触子２、および固定アーク接触子４を有する。可動通電接触子１と固定通電接触子２とは対向配置され、両通電接触子が接触することにより電流が通電される。同様に、可動アーク接触子３と固定アーク接触子４とは対向配置され、両アーク接触子が接触することにより電流が通電される。

また、可動アーク接触子３および固定アーク接触子４の外周に設置された絶縁ノズル５はパッファシリンダ６に固定されており、パッファシリンダ６および操作ロッド７は、図示しない絶縁ロッドを介して図示しない操作機構と接続されている。

パッファシリンダ６、操作ロッド７、およびパッファピストン１５とで形成される空間は、絶縁ノズル５側の熱パッファ室１４と、パッファピストン１５側の機械パッファ室１４とに仕切られている。熱パッファ室９と機械パッファ室１４との間には中間バルブ８が設けられ、機械パッファ室１４内のガス圧力が熱パッファ室９内のガス圧力を０以上のある一定値以上上回る場合に中間バルブ８は開放して連通し、それ以外の場合には中間バルブ８は閉止する構造となっている。ここでのガス圧力とは、各々のパッファ室内部に充填された消弧性ガスおよびアークにより発生したアークガスの圧力を示している。

パッファピストン１５は図示しない固定部分に固定されたピストン支え１６に固定され、パッファピストン１５には吸入バルブ１０と放圧バルブ１２が設けられている。吸入バルブ１０は、機械パッファ室１４内のガス圧力がパッファピストン１５の図示しない操作機構側のガス圧力を下回ったときに開放する。放圧バルブ１２は、機械パッファ室１４のガス圧力がパッファピストン１５の図示しない操作機構側のガス圧力を０以上のある一定以上上回った場合に開放する。

ピストン支え１６には排気穴１７が設けられている。操作ロッド７には連通穴１１が設けられており、ピストン支え１６内部と操作ロッド７の中空部内とが連通している。

上述した構成をもつガス遮断器において、投入状態から遮断動作を始めると、可動通電接触子１、可動アーク接触子３、絶縁ノズル５、パッファシリンダ６、操作ロッド７等の可動部が実線矢印で記した遮断動作方向に移動する。

図３（ｂ）に示す遮断過程前半では、固定アーク接触子４と可動アーク接触子３との間にアーク１８が点弧する。このアーク１８は高温であるため、アーク１８から高温のガス（以下、アークガスと呼ぶ）が発生するとともに加熱された周りの消弧性ガスも高温となる。このように発生した高温のアークガスは絶縁ノズル５と可動アーク接触子３とで形成される空間を通って熱パッファ室９内に流入するとともに、可動アーク接触子３及び操作ロッド７の中空部内を通った後連通穴１１を通じてピストン支え１６内を経て排気穴１７から図示しないタンク空間へと流れ出す。

流れ込んだ高温のアークガスによって熱パッファ室９内のガス圧力は高められる。その後、遮断過程後半では電流零点に向けてアーク１８が小さくなり、高いガス圧力となった熱パッファ室９から消弧性ガスがアーク１８に吹き付けられて消弧され、電流遮断が完了する。この過程において、熱パッファ室９内のガス圧力が充分高いと、中間バルブ８が閉止し、機械パッファ室１４内のガス圧力が高まって放圧バルブ１２が開放する。放圧バルブ１２が開放すると、機械パッファ室１４内のガスが放圧バルブ１２から放出され、ピストン支え１６内を経て排気穴１７から図示しないタンク空間へと流れ出す。

最初の遮断で電流遮断が完了した後、ガス遮断器を投入することによって電力系統への電力供給を復帰させる。この時、事故が継続している場合等、再び電流を遮断する必要がある場合には直ちに再び遮断動作を行って電流を遮断する。この動作を高速再閉路遮断といい、最初の遮断動作で電流が遮断されてから再び電流遮断動作が始まるまでの時間は0.5秒前後と極めて短時間である。

電流遮断動作では、固定アーク接触子４と可動アーク接触子３との間に発生するアーク１８によって過熱された高温のアークガスを効率よく排出していくことが電流遮断の成否にとって重要である。しかしながら、高速再閉路遮断の最初の電流遮断で発生した高温のアークガスが２回目の電流遮断動作時まで高温のまま熱パッファ室９内に残留していると、２回目の電流遮断動作時に熱パッファ室９内の温度が過度に上昇し、固定アーク接触子４と可動アーク接触子３との間のアークを効率よく消弧できなくなる可能性がある。

上述したガス遮断器では、高速再閉路遮断時の最初の遮断動作後の熱パッファ室９内の高温のアークガスは絶縁ノズル５と可動アーク接触子３との間の流路を通って排出されるのみである。機械パッファ室１４から中間バルブ８を通じて供給されることも考えられるが、それは熱パッファ室９のガス圧力が機械パッファ室１４のガス圧力を下回る場合に限られる。

また、投入動作時には可動部が破線矢印で示した投入動作方向に移動するため、機械パッファ室１４には吸入バルブ１０からガスを取り込まれるが、熱パッファ室９には中間バルブ８を通じてのガス供給は無く、また、絶縁ノズル５及び可動アーク接触子３の内径部分も固定アーク接触子４によってほぼ塞がれてしまうため、熱パッファ室９内のガスの入れ替わりが少ない。

特開平７−１６１２６９号公報

従来のガス遮断器では、高速再閉路遮断動作時における投入動作時には熱パッファ室内のガスの入れ替わりが少なく、２回目の遮断動作時には、熱パッファ室内のガスが高温となり、絶縁性能および消弧性能が悪化するという課題があった。

本発明の実施形態は、投入動作時に熱パッファ室にガスを送り込み、熱パッファ室内のガス温度を低下させることが可能なガス遮断器を提供することを目的とする。

本発明の実施形態におけるガス遮断器は、固定アーク接触子と、前記固定アーク接触子と対向配置し、操作機構の動力により前記固定アーク接触子と接離する可動アーク接触子と、前記可動アーク接触子と前記操作機構を接続し、前記操作機構の動力を前記可動アーク接触子に伝達する操作ロッドと、を備える。

さらに、前記固定アーク接触子と前記可動アーク接触子との接触部に連通し、消弧性ガスを充填した熱パッファ室と、前記熱パッファ室と中間バルブを介して連通し、消弧性ガスを充填した機械パッファ室と、前記熱パッファ室と投入用中間バルブを介して連通し、消弧性ガスを充填した投入用パッファ室と、を備える。

また、前記投入用パッファ室に充填された消弧性ガスは、投入動作時に圧縮され、ガス流路を通って前記熱パッファ室に流入する。

第１の実施形態におけるガス遮断器の構成を示す図。（ａ）投入状態、（ｂ）遮断動作過程の前半、（ｃ）遮断動作過程の後半。 第１の実施形態におけるガス遮断器の構成を示す図。（ａ）投入動作過程、（ｂ）投入動作完了後。 従来のガス遮断器の構成を示す図。

本発明の実施形態におけるガス遮断器について図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
第１の実施形態におけるガス遮断器の構成について図１を用いて説明する。図１（ａ）はガス遮断器の投入状態、図１（ｂ）は遮断過程の前半、図１（ｃ）は遮断過程の後半の状態を示す。

本実施形態のガス遮断器は、消弧性ガスが充填された図示しないタンク内に、対向配置された可動通電接触子１、可動アーク接触子３、固定通電接触子２、固定アーク接触子４を有する。可動通電接触子１と固定通電接触子２とは対向配置され、両通電接触子が接触することにより電流が通電される。同様に、可動アーク接触子３と固定アーク接触子４とは対向配置され、両アーク接触子が接触することにより電流が通電される。

また、可動アーク接触子３および固定アーク接触子４の外周に設置された絶縁ノズル５はパッファシリンダ６に固定されており、パッファシリンダ６および操作ロッド７は、図示しない絶縁ロッドを介して図示しない操作機構と接続されている。

パッファシリンダ６、操作ロッド７、およびパッファピストン１５とで形成される空間は、絶縁ノズル５側の熱パッファ室１４と、パッファピストン１５側の機械パッファ室１４とに仕切られている。熱パッファ室９と機械パッファ室１４との間には中間バルブ８が設けられ、機械パッファ室１４内のガス圧力が熱パッファ室９内のガス圧力を０以上のある一定値以上上回る場合に中間バルブ８は開放して連通し、それ以外の場合には中間バルブ８は閉止する構造となっている。

パッファピストン１５は図示しない固定部分に固定されたピストン支え１６に固定され、パッファピストン１５には吸入バルブ１０と放圧バルブ１２が設けられている。吸入バルブ１０は、機械パッファ室１４内のガス圧力がパッファピストン１５の図示しない操作機構側のガス圧力を下回ったときに開放する。放圧バルブ１２は、機械パッファ室１４のガス圧力がパッファピストン１５の図示しない操作機構側のガス圧力を０以上のある一定以上上回った場合に開放する。

ピストン支え１６には排気穴１７が設けられている。操作ロッド７には連通穴１１が設けられており、ピストン支え１６内部と操作ロッド７の中空部内とが連通している。

さらに、パッファシリンダ６には投入用ピストン１３が設置されており、この投入用ピストン１３の外周はパッファシリンダ６よりも外周部に設置された固定シリンダ２１の内面に摺動または近接している。また、固定シリンダ２１の先端部はパッファシリンダ６と摺動または近接しており、固定シリンダ２１、投入用ピストン１３、パッファシリンダ６により投入用パッファ室１９が形成されている。この固定シリンダ２１は、パッファピストン１５と同様に図示しない固定部分に固定されているため、遮断動作時および投入動作時には移動しない。

投入用パッファ室１９は、パッファシリンダ６内に設けられたガス流路２２と連通しており、さらに投入用中間バルブ２０を介して熱パッファ室９と連通する。投入用中間バルブ２０は、熱パッファ室９内のガス圧力よりも投入用パッファ室１９内のガス圧力が高まった時に開放する。

次に、上述した構成をもつ本実施形態のガス遮断器の動作について説明する。

投入状態から遮断動作を開始すると、可動通電接触子１、可動アーク接触子３、絶縁ノズル５、パッファシリンダ６、操作ロッド７、投入用ピストン１３等の可動部は実線矢印の遮断動作方向に移動する。図１（ｂ）の遮断過程前半では、固定アーク接触子４と可動アーク接触子３との間にアーク１８が点孤する。

このアーク１８は高温であるため、アーク１８から高温のアークガスが発生するとともに加熱された周りの消弧性ガスも高温となる。このように発生した高温のアークガスは絶縁ノズル５と可動アーク接触子３とで形成される空間を通って熱パッファ室９内に流入する。一方、可動アーク接触子３及び操作ロッド７の中空部内を通った後、連通穴１７を通じて、操作ロッド７、ピストン支え１６とパッファピストン１５及び投入用ピストン１３によって形成される第２機械パッファ室２３にも高温のアークガスが流れ込む。

その後の図１（ｃ）の遮断過程後半では、電流零点に向けてアーク１８が小さくなるとともに、機械パッファ室１４の消弧性ガスがパッファピストン１５により圧縮され、中間バルブ８を介して熱パッファ室９に流入する。消弧性ガスが流入することで、高圧力となった熱パッファ室９から消弧性ガスがアーク１８に吹き付けられて消弧され、電流遮断が完了する。この過程において、固定アーク接触子４と可動アーク接触子３との間にあった高温のアークガスは絶縁ノズル５側と操作ロッド７側とから排出される。操作ロッド７側に流れた高温のアークガスは連通穴１１を経て第２機械パッファ室２３を通り、排気穴１７から図示しないタンク空間へと流れ出す。

次に、遮断状態から投入動作を開始した場合について図２を用いて説明する。図２（ａ）は、投入動作途中の状態、図２（ｂ）は投入動作完了直後の状態を示している。

投入動作時は、上述した可動部が破線矢印で示す投入動作方向に移動するため、機械パッファ室１４が膨張するため、第２機械パッファ室２３から吸入バルブ１０を介して消弧性ガスが流入する。また、図２（ａ）から図２（ｂ）へと投入動作が進むにつれて、投入用パッファ室１９の体積が減少するため、投入用パッファ室１９に充填されていた消弧性ガスがガス流路２２に流入し、投入用中間バルブ２０を介して熱パッファ室９に流入する。

本実施形態によれば、固定シリンダ２１、投入用ピストン１３、パッファシリンダ６により投入用パッファ室１９を形成しているため、投入動作時に投入用ピストン１３が投入用パッファ室１９の体積を圧縮する。そのため、高速再閉路遮断時における投入動作時に、低温の消弧性ガスを熱パッファ室９に流入させることが可能であるため、２回目の遮断動作時の絶縁性能および消弧性能を向上させることが可能である。

なお、本実施形態では投入用パッファ室１９にはバルブ等を記載していないが、投入用パッファ室１９の側面あるいは端面のいずれか１箇所以上に投入用パッファ室１９用の吸入バルブを設けることにより、投入用パッファ室１９内の圧力が、遮断動作時に低下することを防ぐことができる。この吸入バルブは、投入用パッファ室１９のガス圧力がタンク内のガス圧力より低くなった場合、投入用パッファ室１９にガスが流入する。

また、投入用中間バルブ２０にバネ機構を設けることにより、遮断動作時に慣性力または振動が発生した場合にも、この投入用中間バルブ２０の開放を抑えることが可能である。つまり、遮断動作時に投入用中間バルブ２０が開放することによる投入用パッファ室１９から熱パッファ室９へのガスの流入を抑えられ、投入動作時により多くのガスを投入用パッファ室１９から熱パッファ室９に流入させることが可能である。

本発明に係る実施形態によれば、投入動作時に熱パッファ室にガスを送り込み、熱パッファ室内のガス温度を低下させることが可能なガス遮断器を提供することができる。

以上、本発明のいくつかの実施形態について説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことが出来る。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…可動通電接触子
２…固定通電接触子
３…可動アーク接触子
４…固定アーク接触子
５…絶縁ノズル
６…パッファシリンダ
７…操作ロッド
８…中間バルブ
９…熱パッファ室
１０…吸入バルブ
１１…連通穴
１２…放圧バルブ
１３…投入用ピストン
１４…機械パッファ室
１５…パッファピストン
１６…ピストン支え
１７…排気穴
１８…アーク
１９…投入用パッファ室
２０…投入用中間バルブ
２１…固定シリンダ

Claims (3)

1. 固定アーク接触子と、
   前記固定アーク接触子と対向配置し、操作機構の動力により前記固定アーク接触子と接離する可動アーク接触子と、
   前記可動アーク接触子と前記操作機構を接続し、前記操作機構の動力を前記可動アーク接触子に伝達する操作ロッドと、
   前記固定アーク接触子と前記可動アーク接触子との接触部に連通し、消弧性ガスを充填した熱パッファ室と、
   前記熱パッファ室と中間バルブを介して連通し、消弧性ガスを充填した機械パッファ室と、
   前記熱パッファ室と投入用中間バルブを介して連通し、消弧性ガスを充填した投入用パッファ室と、を備え、
   前記投入用パッファ室に充填された消弧性ガスは、投入動作時に圧縮され、ガス流路を通って前記熱パッファ室に流入するガス遮断器。
2. 前記投入用パッファ室は吸入バルブを備え、
   前記吸入バルブは、前記投入用パッファ室内のガス圧力が、前記吸入バルブを介した空間の圧力よりも低下すると開放する請求項１記載のガス遮断器。
3. 前記投入用中間バルブは、バネ機構を備え、
   遮断動作時には、前記バネ機構は前記投入用中間バルブの開放を抑制する請求項１または２記載のガス遮断器。

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