JP2013191466A - ガス遮断器 - Google Patents

Abstract

【課題】開極速度の向上を抑制しつつ、良好な進み小電流遮断性能を備えたガス遮断器を提供する。
【解決手段】このガス遮断器は、対向アーク接触子３の少なくとも先端及び可動アーク接触子４の周囲を覆う絶縁ノズル１４に段部１４ａを設けている。電界緩和シールド１５は、絶縁ノズル１４の外周面に嵌合し、バネ１６の付勢力によって段部１４ａに追随してアークプラズマ発生空間２０側へ移動可能となっている。この電界緩和シールド１５は、対向アーク接触子３と可動アーク接触子４の開極直後は、段部１４ａによってアークプラズマ発生空間２０とは反対側に押し込まれている一方、遮断動作に伴って段部１４ａに追随して対向アーク接触子３の先端へ迫り出してアークプラズマ発生空間２０側に位置する。
【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、気体中で電流の導通又は遮断を切り替えるガス遮断器に関する。

電力系統において事故電流を含む電流開閉のためにガス遮断器が広く使用されている。このガス遮断器は、接点を機械的に切り離すと共に、切り離しによって発生するアークプラズマを消弧性ガスの吹き付けによって消弧する。

ガス遮断器としては、特許文献１に示すように、パッファ型と呼ばれるタイプが広く普及している。ガス遮断器は、対向通電接触子と可動通電接触子、対向アーク接触子と可動アーク接触子とをそれぞれ対向配置し、それぞれを機械的な駆動力によって接触又は離反させることで電流を導通又は遮断する。ガス遮断器には、接触子の離反に伴って容積が減少するパッファ室が設けられており、パッファ室で圧縮された消弧性ガスが対向アーク接触子と可動アーク接触子との間に強力に吹き付けられるようになっている。

対向アーク接触子と可動アーク接触子との間には、開極の過程でアークプラズマが発生する。ガス遮断器は、対向アーク接触子と可動アーク接触子との距離を拡げ、消弧性ガスをアークプラズマに吹き付けることにより、両接触子の絶縁性能を回復させ、アークプラズマを消弧し、電流の遮断を完了させる。

事故電流遮断時のように数ｋＡオーダーの大電流のアークプラズマの場合には、両アーク接触子の間の距離が十分開き、かつ十分に強力な消弧性ガスが吹き付けられなければ、電流零点を迎えてもアークが消弧されることはない。一方、進み小電流遮断のような数百Ａ以下の小電流アークの場合には、両アーク接触子の開離直後であっても、微弱な消弧性ガスの存在により、電流零点を迎えれば簡単にアークが消弧される。電流位相によっては、アークが継続するアーク時間は限りなく０に近くなる。

アーク接触子の開離直後にアークが消弧し、アーク接触子間の距離が極めて小さい状態で系統からの高い回復電圧（商用周波数）が印加されると、アーク接触子間に再点弧が引き起こされることがある。再点弧とは、商用周波電圧において電流零点後４分の１周期以上の時間が経過した後に生じる絶縁破壊現象である。この再点弧が起きると、大きな過渡電圧が発生する場合あり系統機器の信頼性を脅かす。そのため、ガス遮断器では、遮断時の再点弧を回避して絶縁破壊に防ぐことが重要となっている。

そこで、ガス遮断器は、一般的に、再点弧を回避するために速やかな絶縁回復特性が要求されており、アーク接触子の開極速度を向上させ、アーク接触子間の速やかな絶縁回復を確保している。しかしながら、開極速度を向上させると、ガス遮断器の操作エネルギーが大きくなり、また機械的信頼性が低下するという問題点がある。この傾向は、最近の小型のガス遮断器では顕著である。なぜなら、小型化によりアーク接触子の径が小さくなる傾向にあるため電界が高くなってしまい、より一層の開極速度向上が要求されるからである。

この再点弧の回避と省エネルギー化や機械的信頼性低下の回避の両立という問題に対し、近年では、いくつかの提案がなされている。

例えば、特許文献２及び３では、リンク機構などを用いることでアーク接触子の開離直後における開極速度を向上させている。また、特許文献４及び５では、対向側接触子部も可動接触子部と反対向きに駆動し、各接触子部の絶対速度を抑制しつつ、アーク接触子の相対的な開極速度を向上させている。これらは共に速やかな絶縁回復を実現可能であるが、同時に、部品点数の増加、機械的・絶縁的信頼性などの課題が残ってしまう。

また、特許文献６乃至９では、絶縁ノズルの形状を改良することでガス流に起因するアーク接触子先端近傍での圧力及び密度の低下を防止し、以て速やかな絶縁回復を実現しようとしている。しかしながら、最近のガス遮断器では、機械的圧縮による蓄圧依存度が低下し、アークエネルギーを用いた蓄圧の寄与が増加しているため、進み小電流等の小電流遮断時には、パッファ室の圧力上昇が弱く、もともと、ガス流に起因する圧力及び密度の低下の問題が無視できる程度である。そのため、これらの技術の有効性は必ずしも高いわけではない。

そこで、近年は、アーク接触子間の速やかな絶縁回復を実現するために、アーク接触子の電界を緩和させるという技術が注目されている。この技術は、対向通電接触子の外周部分に電界緩和シールドを設けたものである。電界緩和シールドの先端部は、対向通電接触子の先端部よりも可動接触子側に位置している。電界緩和シールドは、その先端部が円弧を描いて構成され、内側に巻き込んだ形状のものは、対向通電接触子の先端部を覆うように配置されている。また、特許文献１０乃至１２のように、電界緩和シールドを浮動にしたもの、対向接触子部側に可動のシールドや浮動のシールドを設けたものも提案されている。

特公平７−１０９７４４号公報 特開２００３−２１７４０８号公報 特開２００４−５５４２０号公報 特開２００３−１０９４７６号公報 特開平５−２５０９６７号公報 特開平８−２０３３９５号公報 特開平７−３２０６１２号公報 特開平５−１３５６６８号公報 特開平５−７４２８６号公報 特願２０１１−００１８３２号公報 特開平１０−２６９９１３号公報 特開平１１−１１１１２７号公報

アーク接触子の電界を緩和することで、アーク接触子間の再点弧は防止可能である。しかしながら、アーク接触子の電界を過度に緩和してしまうと、対向通電接触子又は電界緩和シールドの電界が高くなるため、新たな問題が発生してしまう。

すなわち、リアクトル遮断等、遅れ負荷電流や極めて小さな事故電流を遮断する場合、進み小電流遮断時と同様に、両アーク接触子の開離直後であっても、微弱なガス流の存在により、電流零点を迎えれば簡単にアークが消弧される。遅れ負荷電流遮断や小さな事故電流遮断の場合、進み小電流遮断とは異なり、遮断後にアーク接触子間には数kHzの高い周波数の過渡回復電圧が印加されることが多く、アーク接触子間距離が小さい状態で瞬時に電圧が立ち上がるため、この時の再発弧は許容せざるを得ない。再発弧は、電流零点後４分の１周期未満の時間で生じる絶縁破壊現象である。ただし、この再発弧はアーク接触子間で発生しなければならず、通電接触子間での発生は回避しなければならない。なぜなら、通電接触子間で再発弧した場合、ガス流が存在しないため、遮断不能になる可能性があるためである。

そのため、対向通電接触子に設けた電界緩和シールドによる対向アーク接触子の電界緩和には限界があった。

特許文献１０では、電界緩和シールドを浮動にし、弾性体で変位を制御することで、開極直後は電界緩和を抑制し通電接触子間の再発弧を回避しつつ、再点弧のおそれがある時間領域では電界緩和を進めている。この技術では、一定の電界緩和効果はある。しかしながら、電界緩和シールドとアーク接触子が離れているため、効率的な電界緩和には限界がある。また、電界緩和シールドが大型化してしまう。

特許文献１１及び１２では、対向側に可動のシールドや浮動のシールドを設けている。ただし、これらの技術では、遮断動作の最終期に電界緩和シールドが可動側にせり出すものであり、遮断状態での絶縁距離を短くする効果があるものの、ギャップが短いときの絶縁回復が重要な進み小電流遮断性能に対しては効果が小さい。

以上のように、開極速度の向上を抑制しつつ、良好な進み小電流遮断性能を得るためには、対向アーク接触子の電界緩和が有効ではあるが、従来はその電界緩和に限界があった。

本発明の実施形態は、上記の課題を解消するために提案されたものであり、開極速度の向上を抑制しつつ、良好な進み小電流遮断性能を備えたガス遮断器を提供することを目的としている。

上記の目的を達成するために、実施形態のガス遮断器は、気体中で電流の導通又は遮断を切り替えるガス遮断器であって、互いに接触して前記電流を導通させるとともに、前記遮断の過程で相対的に離反する第１の通電接触子及び第２の通電接触子と、同軸上に対向配置されると共に、前記遮断の過程で相対的に離反し、当該離反によってアークプラズマ発生空間を発生させる第１のアーク接触子及び第２のアーク接触子と、前記第１のアーク接触子の少なくとも先端及び前記第２のアーク接触子の周囲を覆うとともに、前記遮断の過程で前記第１のアーク接触子と相対的に離反する絶縁ノズルと、前記絶縁ノズルの外周面に嵌合し、第１のアーク接触子と同電位又は浮動電位の電界緩和シールドと、前記電界緩和シールドを前記段部に押し付ける弾性体を備え、前記電界緩和シールドは、前記第１のアーク接触子と前記第２のアーク接触子の開極直後は、前記段部によって前記アークプラズマ発生空間とは反対側に押し込まれている一方、遮断動作に伴って前記段部に追随して前記第１のアーク接触子の先端へ迫り出して前記アークプラズマ発生空間側に位置すること、を特徴とする。

第１の実施形態に係るガス遮断器の電流の導通状態を示した断面図である。 第１の実施形態に係るガス遮断器の電流の遮断状態を示した断面図である。 第１の実施形態に係るガス遮断器の開極直後の状態を示した断面図である。 第１の実施形態に係るガス遮断器の絶縁ノズルのチョークが対向アーク接触子の先端に位置した状態を示した断面図である。 第２の実施形態に係るガス遮断器を示した断面図である。 第３の実施形態に係るガス遮断器を示した断面図である。 第４の実施形態に係るガス遮断器の電流の導通状態を示した断面図である。 第４の実施形態に係るガス遮断器の電流の遮断過程を示した断面図である。 第５の実施形態に係るガス遮断器を示した断面図である。 第６の実施形態に係るガス遮断器の電界緩和シールドの第１の態様を示した断面図である。 第６の実施形態に係るガス遮断器の電界緩和シールドの第２の態様を示した断面図である。 第６の実施形態に係るガス遮断器を示した断面図である。 第６の実施形態に係るガス遮断器の電流の遮断開始状態を示した断面図である。 第６の実施形態に係るガス遮断器の電流の遮断途中を示した断面図である。

（第１の実施形態）
（構成）
図１は、本実施形態に係るガス遮断器を示す断面図であり、電流の導通状態を示している。また、図２は、本実施形態に係るガス遮断器を示す断面図であり、電流が遮断された状態を示している。

図１及び２に示すように、ガス遮断器は、対向通電接触子１と可動通電接触子２、及び対向アーク接触子３と可動アーク接触子４とをそれぞれ対向配置させ、消弧性ガスが充填された密閉容器に収納されている。

消弧性ガスは、消弧性能及び絶縁性能に優れたガスであり、例えば六フッ化硫黄ガス（ＳＦ_６ガス）が挙げられる。但し、ＳＦ_６ガスは、二酸化炭素ガスの２３９００倍の地球温暖化効果を有すると言われており、環境保全の観点から、ＳＦ_６ガスよりも地球温暖化係数の小さいガスを用いるようにしてもよい。この地球温暖化係数の小さいガスとしては、空気、二酸化炭素、酸素、窒素、またはそれらの混合ガス等が挙げられる。

対向通電接触子１と可動通電接触子２は、それぞれ端面が開口した円筒形状を有する導体であり、互いに開口を向かい合わせて同一軸上に配置されている。この対向通電接触子１の開口縁は内部に膨出しており、この開口縁部分の内径と可動通電接触子２の外径とは一致する。対向通電接触子１と可動通電接触子２とは、相対的に移動が可能となっており、対向通電接触子１の開口に可動通電接触子２が差し込まれることで、対向通電接触子１の内面と可動通電接触子２の外面とが接触し、電流導通状態となる。

対向アーク接触子３は、円柱形状を有する導体であり、可動アーク接触子４は、先端が開口した円筒形状を有する導体である。可動アーク接触子４の先端は、ブラシ状に円周方向に分割されている場合もある。この対向アーク接触子３と可動アーク接触子４は、対向通電接触子１と可動通電接触子２の内部に同軸上に対向配置されており、可動アーク接触子４の開口は対向アーク接触子３を向く。

可動アーク接触子４の開口縁は内部に膨出しており、開口縁の内径は対向アーク接触子３の外径と一致するか、若干小さい。若干小さい場合は、開口縁部分の厚みが調節され可撓性を有している。この対向アーク接触子３と可動アーク接触子４は、相対的に移動が可能となっており、対向アーク接触子３が可動アーク接触子４に差し込まれることで、電流が導通状態となる。

対向通電接触子１は円筒形状のサポート９の縁に固定され、対向アーク接触子３は、支持部１０を介してサポート９の内壁面に固定支持されている。可動通電接触子２と可動アーク接触子４は、操作ロッド５に固定支持されている。操作ロッド５は、円筒形状を有し、対向アーク接触子３や可動アーク接触子４と同軸上に配置されている。可動アーク接触子４と操作ロッド５は概略同径であり、可動アーク接触子４は、操作ロッド５の先端に立設している。

操作ロッド５は、図示しない操作駆動機構によって軸方向に押し引きされる。可動通電接触子２と可動アーク接触子４は、この操作ロッド５の押し引きの程度に応じて、対向通電接触子１や対向アーク接触子３と接触し、又は離反する。

操作ロッド５の周囲には、操作ロッド５を内包するように容積可変のパッファ室６が形成されている。パッファ室６は、操作ロッド５と同心円状に配置されたドーナツ形状を有し両端面が有底の筒である。パッファ室６の内周面は、パッファ室６を貫いて配置される操作ロッド５の周面によって形成されている。

このパッファ室６は、対向アーク接触子３側の端面である上底及び側壁を形成するシリンダ部７と、下底を形成するピストン部８とで構成されている。シリンダ部７は、操作ロッド５に固定支持されており、操作ロッド５の押し引きに伴って軸方向に移動が可能となっている。ピストン部８は、その位置が固定されている。

パッファ室６の上底には、可動アーク接触子４の周囲を囲むようにリング状の貫通孔６ａが貫設されている。この貫通孔６ａは、アークプラズマ発生空間２０とパッファ室６の内部と連通させる。アークプラズマ発生空間２０は、離間した可動アーク接触子４と対向アーク接触子３の間の空間である。

パッファ室６の上底表面には、可動アーク接触子４及び貫通孔６ａを一定の間隔を設けて囲んだ絶縁ノズル１４が立設されている。絶縁ノズル１４は、パッファ室６からアークプラズマ発生空間までのガス流路を形成している。

この絶縁ノズル１４は、Ｕ字とＶ字の互いの屈曲部を重ね合わせた内部空間を有し、コンバージェントノズルとダイバージェントノズルとを組み合わせたラバールノズルとなっている。すなわち、絶縁ノズル１４は、途中に内側へ膨出した最小内径部分であるチョーク１４ｃを有する。

具体的には、絶縁ノズル１４の内側は、パッファ室６の上底表面から出発して、軸方向に対向アーク接触子３側へ延び、可動アーク接触子４を通過後、可動アーク接触子４を包むように窄み始め、内径が対向アーク接触子３の外径よりも若干大きい程度まで窄んだところで、絶縁ノズル１４の先端にかけて直線的に拡がっていく。この内径が対向アーク接触子３の外径よりも若干大きい程度まで窄んだ地点がチョーク１４ｃである。

また、絶縁ノズル１４は、外形状において、パッファ室６の上底表面に立設する大径の円筒に小径の円筒を積み重ねて面取りされた形状を有し、それら円筒の境界が段部１４ａとなっている。すなわち、絶縁ノズル１４の外側は、シリンダ部７の上底表面から出発して、軸方向に対向アーク接触子３側へ一直線に延び、可動アーク接触子４を通過後、可動アーク接触子４を包むように一段下がり、再び、先端まで軸方向に一直線に延びている。絶縁ノズル１４の先端には、外側に屈曲した突起部１４ｂが形成されている。

絶縁ノズル１４の段部１４ａから突起部１４ｂまでの外周面には、対向アーク接触子３と同電位又は浮動電位を有する電界緩和シールド１５が遊嵌している。この電界緩和シールド１５は、バネ１６と段部１４ａとによって位置が規制されている。

バネ１６は、対向アーク接触子３の奥側で鉛直方向に延びる支持板１７に固定されている。このバネ１６は、対向アーク接触子３と同軸のコイルバネであり、対向アーク接触子３を内包し、対向アーク接触子３の先端に向かって延設されている。バネ１６の自然長は、軸方向において、対向アーク接触子３の先端を形成するＲ面の中心までよりも長い。

電界緩和シールド１５は、このバネ１６の可動端に固定され、バネ１６が自然長となるまでは、バネ１６の伸び縮みに伴って段部１４ａに追随して移動する。尚、電流の投入状態において、対向アーク接触子３の先端を形成するＲ面の中心と電界緩和シールド１５との軸方向の距離をＤ１とし、可動アーク接触子４と対向アーク接触子３との接触点から対向アーク接触子３の最先端までの軸方向の距離をＤ２とする。このとき、Ｄ１＞Ｄ２である。換言すると、段部１４ａは、投入状態においてＤ１＞Ｄ２となる位置に形成されている。

（作用）
このガス遮断器の作用について図１乃至５を参照しつつ、詳細に説明する。図３は、ガス遮断器の開極直後の状態を示し、図４は、絶縁ノズル１４のチョーク１４ｃが対向アーク接触子３の先端に位置する状態を示す図である。

（電流投入状態）
図１に示すように、電流を導通させている状態では、操作ロッド５が対向通電接触子１や対向アーク接触子３側に突き出されている。そのため、可動通電接触子２は、対向通電接触子１の先端を超えて突き出して対向通電接触子１の外面と接触し、可動アーク接触子４は、対向アーク接触子３の先端を超えて突き出して対向アーク接触子３の外面と接触し、電流は、導通状態となっている。また、パッファ室６において、シリンダ部７は、ピストン部８と離れており、パッファ室６の容積は大きくなっている。

可動アーク接触子４と対向アーク接触子３とが接触している状態では、絶縁ノズル１４の段部１４ａ及びチョーク１４ｃは、対向アーク接触子３の先端よりも奥側に位置している。電界緩和シールド１５も、段部１４ａに押し込まれることにより、対向アーク接触子３の先端よりも奥側に位置している。このときの支持板１７と電界緩和シールド１５との距離は、バネ１６の自然長よりも短く、バネ１６は圧縮されている。

（開極直後）
数ｋＡオーダーの事故電流、進み小電流、リアクトル遮断等の遅れ負荷電流、又は極めて小さな事故電流を遮断を要する場合、このガス遮断器を電流の導通状態から遮断状態に変更する。

図３に示すように、ガス遮断器を電流の遮断状態に変更する際、操作ロッド５は、対向通電接触子１や対向アーク接触子３から離れる方向に引かれる。そのため、可動通電接触子２は、対向通電接触子１から離れ始め、可動アーク接触子４は、対向アーク接触子３から離れ始める。可動アーク接触子４が対向アーク接触子３から離れ始めると、アークプラズマ発生空間２０が生じ、当該空間２０にアークプラズマが発生する。

その一方で、シリンダ部７も操作ロッド５が引かれることによって、ピストン部８に近づき始め、パッファ室６の容積が減少し始める。パッファ室６の容積減少に伴って、パッファ室６内の消弧性ガスは圧縮され始める。圧縮された消弧性ガスは、微弱ではあるが貫通孔６ａからパッファ室６を出て、絶縁ノズル１４に案内されてアークプラズマ発生空間２０に達する。

そのため、進み小電流やリアクトル遮断等の遅れ負荷電流や極めて小さな事故電流を遮断する場合、図３に示す開離直後に電流零点を迎えれば、この微弱な消弧性ガスによってもアークプラズマは消弧される。

また、シリンダ部７がピストン部８側へ後退を始めると、シリンダ部７上に立設する絶縁ノズル１４も後退を始め、バネ１６の支持板１７との距離が開き始める。バネ１６は、圧縮されているため、距離の開きに従って延び、電界緩和シールド１５は、その付勢力によって、絶縁ノズル１４の段部１４ａに追随しながら、対向アーク接触子３の先端側に移動し始める。

図３に示す開極直後においては、絶縁ノズル１４の段部１４ａは、対向アーク接触子３の先端に達していない。従って、バネ１６の付勢力によって段部１４ａに追随する電界緩和シールド１５は、開極直後においては対向アーク接触子３の先端よりも奧側に押し込まれたままである。

リアクトル遮断等の遅れ負荷電流や極めて小さな事故電流を遮断すると、電流零点後４分の１周期未満の時間でアークプラズマが再発弧する場合がある。この再発弧のタイミングにおいて、電界緩和シールド１５は、開極直後においては対向アーク接触子３の先端よりも奧側に押し込まれたままであり、電界緩和シールド１５の電界がアークプラズマ発生空間２０に与える影響は抑えられている。そのため、この再発弧は、対向アーク接触子３と可動アーク接触子４との間で発生し、対向通電接触子１と可動通電接触子２との間では発生しない。

（遮断途中）
図４に示すように、操作ロッド５が更に引かれると、絶縁ノズル１４のチョーク１４ｃが対向アーク接触子３の先端を通過する。このとき、支持板１７と絶縁ノズル１４の段部１４ａとの距離は、バネ１６の自然長よりも長くなる。そのため、電界緩和シールド１５は、段部１４ａから離れ、バネ１６が自然長まで伸びた地点に位置する。このとき、電界緩和シールド１５は、対向アーク接触子３の先端を形成するＲ面の中心よりもアークプラズマ発生空間２０側に位置している。

進み小電流を遮断しようとする場合、このタイミングでは、電流零点後４分の１周期以上の時間が経過している場合があり、商用周波数の過渡回復電圧が印加され、アークプラズマが再点弧するおそれが生じる。しかし、電界緩和シールド１５がアークプラズマ発生空間２０側に位置しているため、対向アーク接触子３の電界は緩和され、対向アーク接触子３と可動アーク接触子４との間のアークプラズマの再発弧は回避される。

（遮断終了）
図２に示すように、対向アーク接触子３と可動アーク接触子４とが十分離れ、消弧性ガスがアークプラズマ発生空間２０に強力に吹き付けられると、対向アーク接触子３と可動アーク接触子４との間の絶縁性能が回復し、電流の遮断が終了する。

開極速度によっては、バネ１６によって電界緩和シールド１５が揺動運動する場合があるが、絶縁ノズル１４の先端に設けられた突起部１４ｂにより、絶縁ノズル１４から電界緩和シールド１５が外れてしまうことはない。

このように、第１の実施形態に係るガス遮断器は、対向通電接触子１及び可動通電接触子２と、対向アーク接触子３及び可動アーク接触子４と、絶縁ノズル１４と、段部１４ａと、バネ１６と、電界緩和シールド１５とを備える。

対向通電接触子１及び可動通電接触子２は、互いに接触して電流を導通させるとともに遮断の過程で相対的に離反する。対向アーク接触子３及び可動アーク接触子４は、同軸上に対向配置されると共に遮断の過程で相対的に離反し、当該離反によってアークプラズマ発生空間２０を発生させる。絶縁ノズル１４は、対向アーク接触子３の少なくとも先端及び可動アーク接触子４の周囲を覆うとともに、遮断の過程で対向アーク接触子３と相対的に離反する。

段部１４ａは、絶縁ノズル１４の外側面に設けられ、バネ１６は、絶縁ノズル１４の離反方向に段部１４ａに向けて伸張可能となっている。電界緩和シールド１５は、対向アーク接触子３と同電位又は浮動電位を有し、バネ１６の付勢力によって段部１４ａに追随して軸方向においてアークプラズマ発生空間２０側へ移動可能となっている。

そして、電界緩和シールド１５は、対向アーク接触子３と可動アーク接触子４の開極直後は、段部１４ａによって制止されてアークプラズマ発生空間２０とは反対側に押し込まれている一方、遮断動作に伴って段部１４ａに規制されながら追随して対向アーク接触子３の先端へ迫り出してアークプラズマ発生空間２０側に位置する。

これにより、リアクトル遮断等、遅れ負荷電流や極めて小さな事故電流を遮断する場合、再発弧のタイミングにおいて、電界緩和シールド１５は対向アーク接触子３の先端に移動していないため、対向アーク接触子３の電界は緩和されることなく、対向アーク接触子３と可動アーク接触子４との間でアークプラズマを発生させることができる。

一方、進み小電流を遮断する場合、再点弧のタイミングにおいて、電界緩和シールド１５は対向アーク接触子３の先端に移動しているため、対向アーク接触子３の電界は緩和され、対向アーク接触子３と可動アーク接触子４との間でアークプラズマが発生することを回避することができる。

従って、開極速度を向上させることなく、電界の緩和によって良好な進み小電流遮断性能を確保することができる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係るガス遮断器について図５を参照しつつ詳細に説明する。尚、第１の実施形態に係るガス遮断器と同一の構成については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

このガス遮断器は、第１の実施形態に係るバネ１６に代えて、複数の小型バネ１６ａを有する。複数の小型バネ１６ａは、コイルバネであり、対向アーク接触子３の円周回りに配列され、一端が支持板１７に固定されて不動端となっており、他端が絶縁ノズル１４の外周に嵌合する電界緩和シールド１５に固定されて可動端となっている。この複数の小型バネ１６ａは、全体として第１の実施形態のバネ１６と同一の機能を有する。

この第２の実施形態に係るガス遮断器は、第１の実施形態に係るガス遮断器の作用効果に加え、次のような作用効果が得られる。すなわち、第２の実施形態に係るガス遮断器によれば、組立性が向上するとともに、電界緩和シールド１５に付勢力を与える弾性体の小型軽量化が図られることにより、遮断動作において電界緩和シールド１５が速やかに段部１４ａに追随し、対向アーク接触子３の電界変化の応答性が高くなる。

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態に係るガス遮断器について図６を参照しつつ詳細に説明する。尚、第１の実施形態に係るガス遮断器と同一の構成については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

図６に示すように、第３の実施形態に係るガス遮断器において、支持板１７からガス遮断器の軸方向に熱防護壁１８が延設されている。この熱防護壁１８は、バネ１６と絶縁ノズル１４の出口との間に介在しており、電流遮断過程において、絶縁ノズル１４から排出される熱ガスからバネ１６を保護し、バネ１６の損傷や鈍りを抑制する。また、絶縁ノズル１４から排出される熱ガスに対しては、フローガイドとしての役割を果たし、熱ガスの廃熱効率を高める。

（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態に係るガス遮断器について図７及び８を参照しつつ詳細に説明する。尚、第２の実施形態に係るガス遮断器と同一の構成については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

図７及び８に示すように、サポート９は、縁の内周側が可動通電接触子２側に突出している。対向通電接触子１は、サポート９の外周縁と突出部分の外周面に当接して固定されている。

複数の小型バネ１６ａは、このサポート９の突出部分に内周面に沿って配列されている。換言すると、複数の小型バネ１６ａは、絶縁ノズル１４の外周面に向けて放射状に配列されている。各小型バネ１６ａの設置位置は、図８に示す電流の導通状態において、絶縁ノズル１４の段部１４ａよりもアークプラズマ発生空間２０側である。

この小型バネ１６ａは、引っ張りの向きに蓄勢されており、絶縁ノズル１４の外周面に支持されている電界緩和シールド１５に付勢力を与えている。小型バネ１６ａは、不動端以外は固定されていない。そのため、小型バネ１６ａは、絶縁ノズル１４の延び方向及び放射方向に変位可能となっている。また、各小型バネ１６ａは、図８に示す電流の遮断状態においてほぼ自由長となるように設定されている。

この第４の実施形態に係るガス遮断器は、第１の実施形態に係るガス遮断器の作用効果に加え、次のような作用効果が得られる。すなわち、第４の実施形態に係るガス遮断器によれば、小型バネ１６ａは、絶縁ノズル１４の外周面の上方に位置しており、絶縁ノズル１４の出口から排出される熱ガスに直接晒されることはない。そのため、小型バネ１６ａの損傷や鈍りを抑制することができる。

また、小型バネ１６ａは、電界緩和シールド１５のほぼ径方向に向いているため、電界緩和シールド１５が段部１４ａから外れて、小型バネ１６ａが自由長を中心として振動しても、電界緩和シールド１５は、絶縁ノズル１４の外周面で規定されているために、軸方向に変位しない。そのため、電界緩和シールド１５の電界が過度に上昇し、絶縁破壊に至るリスクを低減することができる。

（第５の実施形態）
次に、第５の実施形態に係るガス遮断器について図９を参照しつつ詳細に説明する。尚、第１の実施形態に係るガス遮断器と同一の構成については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

このガス遮断器は、電界緩和シールド１５と絶縁ノズル１４との間に絶縁部材１９を備えている。電界緩和シールド１５は、この絶縁部材１９を介して絶縁ノズル１４の外周面に接している。

このガス遮断器は、第１の実施形態に係るガス遮断器の作用効果に加え、次のような作用効果が得られる。すなわち、このガス遮断器では、電界緩和シールド１５と絶縁ノズル１４とが直接接触していない。そのため、接触部分の電界が上昇し、絶縁破壊に至るリスクが低減される。

（第６の実施形態）
次に、第６の実施形態に係るガス遮断器について図１０乃至１４を参照しつつ詳細に説明する。尚、第２の実施形態に係るガス遮断器と同一の構成については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

このガス遮断器は、図１０及び１１に示すように、電界緩和シールド１５がガータースプリング１５ａとなっている。このガータースプリング１５ａは、コイルバネを円状に繋いだ形状を有し、径方向中心向きに蓄勢されている。また、絶縁ノズル１４は、図１２に示すように、チョーク１４ｃから先端に進むにつれて外周径が拡大している。ガータースプリング１５ａは、この絶縁ノズル１４の外径に合わせて伸び縮みし、チョーク１４ｃの外径でほぼ自由長となっている。また、小型コイルバネ１６ａは、電流の投入状態、すなわち絶縁ノズル１４の段部１４ａが対向アーク接触子３の奧側に位置しているときには、圧縮方向に蓄勢されており、電流の遮断状態ではほぼ自由長となるように設定されている。

図１３に示すように、このガス遮断器が電流の遮断を開始すると、小型コイルバネ１６ａの付勢力によってガータースプリング１５ａが段部１４ａに追随してアークプラズマ発生空間２０側に移動し始める。このとき、進み小電流遮断における再点弧のタイミングにおいては、ガータースプリング１５ａは最小外径部分であるチョーク１４ｃの位置に存在する。そのため、ガータースプリング１５ａは、径方向中心向きへの蓄勢によって縮小しており、対向アーク接触子３の先端との距離が近くなっている。従って、対向アーク接触子３の電界は非常に効率的に緩和されている。

そして、図１４に示すように、電流の遮断終了に進むにつれて、ガータースプリング１５ａの嵌合部分の外径が拡大していくが、ガータースプリング１５ａは、その外径に合わせて延びていき、絶縁ノズル１４の外周面を変位していく。

このように、このガス遮断器は、第１の実施形態に係るガス遮断器の作用効果に加え、次のような作用効果が得られる。すなわち、電界緩和シールド１５が径方向中心向きに蓄勢されたガータースプリング１５ａであり、絶縁ノズル１４がチョーク１４ｃから先端に進むにつれて外周径が拡大するように構成されているため、進み小電流遮断における再点弧のタイミングにおいては、ガータースプリング１５ａが縮小して対向アーク接触子３の近傍に位置しており、対向アーク接触子３の電界を非常に効率よく緩和することができる。

［その他の実施の形態］
本明細書においては、本発明に係る複数の実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図していない。具体的には、第１乃至第６の実施形態を全て又はいずれかを組み合わせたものも包含される。以上のような実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、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ものである。

例えば、本発明は、対向アーク接触子３を可動アーク接触子４と反対側へ駆動し、相対的開極速度を向上させようとするいわゆるデュアルモーション機構、又はアークプラズマの熱エネルギーによって上流の蓄圧を得る自力効果を用いたタイプのガス遮断器にも適用可能である。

１ 対向通電接触子
２ 可動通電接触子
３ 対向アーク接触子
４ 可動アーク接触子
５ 操作ロッド
６ パッファ室
６ａ 貫通孔
７ シリンダ部
８ ピストン部
９ サポート
１０ 支持部
１４ 絶縁ノズル
１４ａ 段部
１４ｂ 突起部
１４ｃ チョーク
１５ 電界緩和シールド
１５ａ ガータースプリング
１６ バネ
１６ａ 小型バネ
１７ 支持板
１８ 熱防護壁
１９ 絶縁部材
２０ アークプラズマ発生空間

Claims (7)

1. 気体中で電流の導通又は遮断を切り替えるガス遮断器であって、
   互いに接触して前記電流を導通させるとともに、前記遮断の過程で相対的に離反する第１の通電接触子及び第２の通電接触子と、
   同軸上に対向配置されると共に、前記遮断の過程で相対的に離反し、当該離反によってアークプラズマ発生空間を発生させる第１のアーク接触子及び第２のアーク接触子と、
   前記第１のアーク接触子の少なくとも先端及び前記第２のアーク接触子の周囲を覆うとともに、前記遮断の過程で前記第１のアーク接触子と相対的に離反する絶縁ノズルと、
   前記絶縁ノズルの外周面に嵌合し、第１のアーク接触子と同電位又は浮動電位の電界緩和シールドと、
   前記電界緩和シールドを前記段部に押し付ける弾性体と、
   を備え、
   前記電界緩和シールドは、
   前記第１のアーク接触子と前記第２のアーク接触子の開極直後は、前記段部によって前記アークプラズマ発生空間とは反対側に押し込まれている一方、遮断動作に伴って前記段部に追随して前記第１のアーク接触子の先端へ迫り出して前記アークプラズマ発生空間側に位置すること、
   を特徴とするガス遮断器。
2. 前記弾性体は、前記第１のアーク接触子と同軸のコイルバネであること、
   を特徴とする請求項１記載のガス遮断器。
3. 前記弾性体は、前記第１のアーク接触子の円周回りに配列された複数の小型コイルバネであること、
   を特徴とする請求項１記載のガス遮断器。
4. 前記弾性体と前記絶縁ノズルの出口との間に介在し、前記絶縁ノズルから噴出する前記気体の前記弾性体に対する防護壁を更に備えること、
   を特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のガス遮断器。
5. 前記弾性体は、
   前記絶縁ノズルの外周面に向けて放射状に配置された複数の小型コイルバネであり、
   前記小型コイルバネは前記絶縁ノズルの延び方向及び前記放射方向に変位すること、
   を特徴とする請求項１に記載のガス遮断器。
6. 前記電界緩和シールドは、
   前記絶縁ノズルと絶縁部材を介して接触していること、
   を特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載のガス遮断器。
7. 前記電界緩和シールドは、
   径方向中心向きに蓄勢されたガータースプリングであり、
   前記絶縁ノズルは、
   チョーク部分から先端に進むにつれて外周径が拡大すること、
   を特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載のガス遮断器。

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