JP2013246904A - ガス遮断器 - Google Patents

Abstract

【課題】大電流遮断時における高温ガスの円滑な排気を実現し、小さな駆動力でも大電流領域において優れた電流遮断性能を有するガス遮断器を提供する。
【解決手段】消弧性ガスが充填された密閉容器内に、固定アーク接触子４および固定通電接触子２を、可動アーク接触子３および可動通電接触子１と同心軸上に向かい合って配置する。可動アーク接触子３および可動通電接触子１とパッファシリンダ６を一体に設け、これらを操作ロッド７により駆動する。パッファピストン１０を固定部であるピストン支え１２に固定する。パッファシリンダとパッファピストンによってアーク放電に吹き付けられる消弧性ガスを整流する絶縁ノズル５を設ける。操作ロッド７の中空部７ａの表面に、高温のガス流を遮断器の開閉方向を軸とした旋回流１６とするための螺旋状の溝１４を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明の実施の形態は、絶縁ガスを封入した密閉金属容器内に遮断部を配置したガス遮断器に関するものであって、特に、消弧時に発生する高温のガス流を制御する技術に係る。

電力系統において電流開閉を行うガス遮断器においては、現在パッファ形と呼ばれるタイプが広く普及している。絶縁媒体および消弧媒体としてはＳＦ_６ガスが主に用いられ、さらにＳＦ_６ガス以外のガスを絶縁媒体および消弧媒体にしたり各種ガスを混合したりする場合もある。

上記のようなガス遮断器では、近年アーク放電のエネルギーを用いてパッファ室を昇圧するいわゆる自力効果が適用されることが増え、小型化・低駆動力化が進んでいる。このような小型・低駆動力のガス遮断器においては、自力効果を効率的に活用するため、可動アーク接触子、固定アーク接触子及び絶縁ノズルをコンパクトに構成することが多い。

また、大電流遮断時のパッファ室内の著しい圧力上昇による開極動作に対する反力を抑制するため、パッファピストンも小型に構成される。このため、操作ロッド中空部の内部空間、絶縁ノズルの内部空間、あるいはピストン支えの内部空間の体積および排気断面積が小さくなり、大電流遮断時には高温ガスが円滑に排気できずに、必ずしも優れた遮断性能が得られるとは限らないという問題があった。

このような課題に対し、例えば、特許文献１に記載の発明では、操作ロッドの排気穴にバネを付設した開閉弁を設け、操作ロッド内の圧力に応じて排気穴の断面積を変化させることで、高温ガスの速やかな排出を実現しようとしている。特許文献２の発明ではパッファピストンとは別に小型のピストンを設け、また、特許文献３の発明では逆止弁を設け、これらの部材により操作ロッド中空部内のガス流を制御することで、遮断性能の向上を図っている。

特開平９−５０７４７号公報 特開平１０−２２３１０１号公報 特開２００５−２７６６１４号公報

しかし、前記のような従来技術は、いずれも弁やピストンなどの可動部材を操作ロッドの中空部内に配置することから、遮断器の構成が複雑化すると共に、これらの部品が高温のガス流に曝されることから、耐久性及び信頼性に欠けるという問題があった。

本発明の実施の形態は、大電流遮断時における高温ガスの円滑な排気を実現し、小さな駆動力でも大電流領域において優れた電流遮断性能を有するガス遮断器を提供する。

本発明の実施形態は、次のような構成を有することを特徴とする。
（１）消弧性ガスが充填された密閉容器内に、固定アーク接触子および固定通電接触子が、可動アーク接触子および可動通電接触子と同心軸上に向かい合って配置されている。
（２）前記可動アーク接触子および可動通電接触子は、操作機構と接続された操作ロッドにより軸方向に駆動可能に構成されている。
（３）前記操作ロッドにより前記可動アーク接触子および可動通電接触子と一体となって駆動するパッファシリンダと、固定部であるピストン支えに固定されたパッファピストンと、これらパッファシリンダとパッファピストンによってアーク放電に吹き付けられる消弧性ガスを整流する絶縁ノズルを備えている。
（４）ガス遮断器を構成する部材であって前記アーク放電によって発生する高温のガス流の流路に接する部材の表面に、前記高温のガス流を遮断器の開閉方向を軸とした旋回流とするための螺旋状の溝が設けられている。

前記ガス遮断器を構成する部材としては、次のものを使用できる。
(a) 操作ロッドの中空部の内面。
(b) 操作ロッドの中空部の中心軸上に設けられたインナーロッドの外面。
(c) 絶縁ノズルの内面。
(d) 固定アーク接触子の外面。
(e) 固定通電接触子の内面。
(f) 固定アーク接触子側に設けられた冷却筒の内面。
(g) ピストン支え内面。

第１の実施の形態のガス遮断器を示す断面図。 第２の実施の形態のガス遮断器を示す断面図。 第３の実施の形態のガス遮断器を示す断面図。 第４の実施の形態のガス遮断器を示す断面図。 第５の実施の形態のガス遮断器を示す断面図。 第６の実施の形態のガス遮断器を示す断面図。 第７の実施の形態のガス遮断器を示す断面図。 本発明の実施の形態のガス遮断器の基本的な構成を示す断面図。

［１．第１の実施の形態］
［１−１．構成］
本実施の形態のパッファ形ガス遮断器の基本的な構成を図８に示す。ここで、図８（ａ）は遮断器の投入状態、すなわち通常時の電流通電状態を示しており、図８（ｂ）は電流遮断動作中の状態を示している。

このパッファ形ガス遮断器は、可動通電接触子１と可動アーク接触子３、およびこれらと対向配置された固定通電接触子２と固定アーク接触子４を、消弧性ガスが充填された図示しないタンク内に配置したものである。可動通電接触子１、可動アーク接触子３およびそ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に固定されている。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操作機構と接続されている。

パッファピストン１０は固定部であるピストン支え１２に固定されている。操作ロッド７は中空部７ａと中実部７ｂより構成され、中空部７ａには排気穴１１が設けられており、中空部７aとピストン支え１２内部とが連通している。

本実施の形態においては、前記のような構成に加えて、図１に示すように、操作ロッド７の中空部７a内面に螺旋状の溝１４を設けている。なお、図１において、中心線の上側が遮断過程の途中の状態、中心線の下側が遮断状態を示している。

［１−２．作用］
前記のような構成を有する本実施の形態のパッファ形ガス遮断器において、投入状態から開極動作を始めると、可動部は図示しない操作機構側すなわち図８で右方向に移動する。図８（ｂ）の遮断過程途中では、固定アーク接触子４と可動アーク接触子３との間にアーク放電８が発生する。

このアーク放電８は非常に高温であるため、アーク放電８から高温の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ガスはパッファ室９に流入するとともに、可動アーク接触子３および中空部７aを通った後、排気穴１１を通じてピストン支え１２内を経て図示しないタンク空間へと流れ出す。流れ込んだ高温ガスによってパッファ室９内のガス圧力は高められるとともに、可動部の移動によってパッファ室９容積が縮小されるためにパッファ室９内のガスが圧縮されてガス圧力が高められる。

一般に、パッファ室９内のガス圧力が高くなるほど遮断性能が上昇する傾向にある。その後、遮断過程後半で電流零点に向けてアーク放電８が小さくなり、高圧力となったガスがパッファ室９から絶縁ノズル５を介してアーク放電８に対して強力に吹き付けられて消弧に至り、電流遮断が完了する。

本実施の形態では、図１に示すように、このような大電流遮断時に発生する高温ガスは旋回流１６となり操作ロッド７の中空部７ａから排気穴１１を経由しピストン支え１２内部へ排気される。本実施の形態では、中空部７ａ内面に螺旋状の溝１４を構成しておくことで、旋回流１６が中空部７ａを通過する時の流路抵抗が大幅に低減し、遮断動作時において高温ガスが中空部７ａにほとんど滞留することなくピストン支え１２内部へ円滑に排出される。さらに、旋回流１６と操作ロッド７の接触面積が大きくなり、中空部７ａ内の高温ガスの冷却効果を向上させることができるため、遮断性能の向上が期待される。

［１−３．効果］
本実施の形態によれば、大電流遮断時の排気が円滑かつ充分な流量にて行われ、高温ガスの冷却を促進することができ、小さな駆動力でも優れた電流遮断性能を有するガス遮断器を提供することができる。

［２．第２の実施の形態］
［２−１．構成］
第２の実施の形態について、図２を用いて説明する。図２においては、中心線の上側が遮断過程の途中の状態、中心線の下側が遮断状態を示している。本実施の形態の基本構成は第１の実施の形態と同様である。図２の図１に対して異なる点は、第１の実施の形態における操作ロッド７の中空部７ａ内面に螺旋状の溝１４に加えて、操作ロッド７の中空部７a内における操作ロッド７の中心軸上に、外面に螺旋状の溝１４を構成したインナーロッド１５を設けた点である。

［２−２．作用］
このような構成を有する本実施の形態においては、中空部７aの内側に設けられたインナーロッド１５の外面に、螺旋状の溝１４を構成しておくことで、旋回流１６が中空部７ａを通過する時の流路抵抗を大幅に低減することができる。その結果、遮断動作時において高温ガスが中空部７ａにほとんど滞留することなくピストン支え１２内部へ円滑に排出される。さらに、旋回流１６がインナーロッド１５に案内されて操作ロッド７の内面に向かって流れることから、旋回流１６と操作ロッド７の接触面積が大きくなり、中空部７ａ内の高温ガスの冷却効果を向上させることができる。

特に、第２実施の形態は、前記第１の実施の形態と同様に、操作ロッド７の中空部７a内面に螺旋状の溝１４も設けられているので、両方の溝１４の作用により、旋回流１６がより効果的に冷却される利点がある。

［２−３．効果］
以上の通り、本実施の形態においても、前記第１実施の形態と同様に、大電流遮断時の排気が円滑かつ充分な流量にて行われ、高温ガスの冷却を促進することができ、小さな駆動力でも優れた電流遮断性能を有するガス遮断器を提供することができる。しかも、本実施の形態では、中空部７の内部にインナーロッド１５を設けたため、インナーロッド１５が旋回流１６を操作ロッド７の内面に案内する作用が発生し、これにより、ガスがより有効に冷却される利点もある。

［３．第３の実施の形態］
［３−１．構成］
第３の実施の形態について、図３を用いて説明する。図３においては、中心線の上側が遮断過程の途中の状態、中心線の下側が遮断状態を示している。本実施形態のパッファ形ガス遮断器は、絶縁ノズル５内面に螺旋状の溝１４を設けた構成である。

［３−２．作用］
大電流遮断時に発生する高温ガスは、旋回流１６となり絶縁ノズル５内部から固定アーク接触子４と固定通電接触子２の間を経由し、冷却筒１３の後方へと排気される。その場合、本実施形態では、絶縁ノズル５内面に螺旋状の溝１４を構成しておくことで、旋回流１６が絶縁ノズル５を通過する時の流路抵抗が大幅に低減する。その結果、遮断動作時において高温ガスが絶縁ノズル５内にほとんど滞留することなく、冷却筒１３へ円滑に排出される。さらに、旋回流１６と絶縁ノズル５の接触面積が大きくなり、絶縁ノズル５内の高温ガスの冷却効果を向上させることができるため、遮断性能の向上が期待される。

［３−３．効果］
本実施の形態においても、前記第１の実施の形態と同様な効果を得ることができる。しかも、絶縁ノズル５の内面に溝１４を設けたことにより、アークの発弧箇所近傍におけるガス流を旋回流１６とすることができ、アーク近傍の高温のガス流を開閉器側に効果的に接触させて冷却することが可能になる。

［４．第４の実施の形態］
［４−１．構成］
第４の実施の形態について図４を用いて説明する。図４においては、中心線の上側が遮断過程の途中の状態、中心線の下側が遮断状態を示している。本実施の形態では、前記第３の実施の形態とは逆に、絶縁ノズル５と対向する固定アーク接触子４の表面に螺旋状の溝１４を設けた構成となっている。

［４−２．作用］
本実施形態において、大電流遮断時に発生する高温ガスは旋回流１６となり絶縁ノズル５内部から固定アーク接触子４と固定通電接触子２の間を経由し、冷却筒１３の後方へと排気される。この場合、固定アーク接触子４表面に螺旋状の溝１４を構成しておくことで、旋回流１６が固定アーク接触子４の表面を通過する時の流路抵抗が大幅に低減し、遮断動作時において高温ガスが固定アーク接触子４近傍にほとんど滞留することなく冷却筒１３へ円滑に排出される。さらに、旋回流１６と固定アーク接触子４の接触面積が大きくなり、固定アーク接触子４近傍の高温ガスの冷却効果を向上させることができるため、遮断性能の向上が期待される。

［４−３．効果］
本構成においても、第１の実施の形態と同様な効果を得ることができる。特に、本実施の形態では、固定アーク接触子４の全域に螺旋状の溝１４を設けることで、絶縁ノズル５に比較して長い距離の溝１４を形成することができるので、旋回流１６を形成する作用が効果的に発揮される利点がある。なお、絶縁ノズル５の内面と固定アーク接触子４の外面の両方に螺旋状の溝１４を設けて、両方の溝の協働作用により、より強い旋回流１６を形成することも可能である。

［５．第５の実施の形態］
［５−１．構成］
第５の実施の形態について図５を用いて説明する。図５においては、中心線の上側が遮断過程の途中の状態、中心線の下側が遮断状態を示している。本実施の形態は、固定通電接触子２の内面に螺旋状の溝１４を設けた構成となっている。

［５-２．作用］
大電流遮断時に発生する高温ガスは旋回流１６となり絶縁ノズル５内部から固定アーク接触子４と固定通電接触子２の間を経由し、冷却筒１３の後方へと排気される。その場合、本実施の形態のように、固定通電接触子２内面に螺旋状の溝１４を構成しておくことで、旋回流１６が固定通電接触子２を通過する時の流路抵抗が大幅に低減し、遮断動作時において高温ガスが固定通電接触子２近傍にほとんど滞留することなく冷却筒１３へ円滑に排出される。

［５-３．効果］
本実施の形態においても、前記第１の実施の形態と同様な効果を得ることができる。その上、旋回流１６と固定通電接触子２の接触面積が大きくなり、固定通電接触子２近傍の高温ガスの冷却効果を向上させることができるため、遮断性能の向上が期待できる。

［６．第６の実施の形態］
［６−１．構成］
第６の実施の形態について図６を用いて説明する。図６においては、中心線の上側が遮断過程の途中の状態、中心線の下側が遮断状態を示している。本実施の形態は、固定アーク接触子４及び固定通電接触子２の背後に設けられた冷却筒１３の内面に、螺旋状の溝１４を設けた構成となっている。

［６−２．作用］
大電流遮断時に発生する高温ガスは旋回流１６となり絶縁ノズル５内部から固定アーク接触子４と固定通電接触子２の間を経由し、冷却筒１３の後方へと排気される。この場合、本実施の形態のように、冷却筒１３内面に螺旋状の溝１４を構成しておくことで、旋回流１６が冷却筒１３を通過する時の流路抵抗が大幅に低減し、遮断動作時において高温ガスが冷却筒１３内部にほとんど滞留することなくタンクへ円滑に排出される。

［６-３．効果］
本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様な効果を得ることができる。さらに、旋回流１６と冷却筒１３の接触面積が大きくなり、冷却筒１３内部の高温ガスの冷却効果を向上させることができるため、遮断性能の向上が期待できる。

［７．第７の実施の形態］
［７−１．構成］
第７の実施の形態について図７を用いて説明する。図７においては、中心線の上側が遮断過程の途中の状態、中心線の下側が遮断状態を示している。本実施形態においては、パッファピストン１０と一体に構成されたピストン支え１２の内面に螺旋状の溝１４を設けた構成となっている。

［７−２．作用］
大電流遮断時に発生する高温ガスは旋回流となり操作ロッド７の中空部７ａから排気穴１１を経由しピストン支え１２内部へ排気されるが、ピストン支え１２内面に螺旋状の溝を構成しておくことで、旋回流がピストン支え１２を通過する時の流路抵抗が大幅に低減し、遮断動作時において高温ガスがピストン支え１２内にほとんど滞留することなくタンクへ円滑に排出される。

［７-３．効果］
本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様な効果を得ることができる。さらに、旋回流１６とピストン支え１２の接触面積が大きくなり、ピストン支え１２内の高温ガスの冷却効果を向上させることができるため、遮断性能の向上が期待される。

［８．他の実施の形態］
本発明は、前記の各実施の形態に限定されるものではなく、次のような他の実施の形態も包含する。

（１）前記各実施の形態において、消弧性ガスとして、ＳＦ_６ガス（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することができる。すなわち、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ＳＦ_６ガスが使用されている。しかしながら、ＳＦ_６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、代替ガスを用いた遮断器が望まれている。

しかしながら、環境への影響が小さいガス、具体的にはＳＦ_６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がＳＦ_６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。

ＳＦ_６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６やパッファピストン１０などの構成部材を大きくしたり、大きな駆動力で可動部を駆動する必要が出てくる。前記各実施の形態で説明した構成とすることで、消弧性ガスとしてＳＦ_６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る。

（２）各実施の形態は、遮断部を構成する１あるいは２部材に溝を設けたが、溝を設ける部材の組み合わせは前記実施の形態に限定されるものではなく、遮断器の定格、寸法などに応じて適宜選択された複数の部材にそれぞれ溝を設けることができる。

（３）溝の形状は、図示の実施の形態では、断面が四角形であるが、円弧状、三角形状などその他の断面形状の溝とすることができる。

（４）本発明のいくつか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り、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、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、変更を行うことができる。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。

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
７ａ…中空部
７ｂ…中実部
８…アーク放電
９…パッファ室
１０……パッファピストン
１１…排気穴
１２…ピストン支え
１３…冷却筒
１４…螺旋状の溝
１５…インナーロッド
１６…旋回流

Claims (9)

1. 消弧性ガスが充填された密閉容器内に、固定アーク接触子および固定通電接触子が、可動アーク接触子および可動通電接触子と同心軸上に向かい合って配置され、
   前記可動アーク接触子および可動通電接触子は、操作機構と接続された操作ロッドにより軸方向に駆動可能に構成され、
   前記操作ロッドにより前記可動アーク接触子および可動通電接触子と一体となって駆動するパッファシリンダと、固定部であるピストン支えに固定されたパッファピストンと、これらパッファシリンダとパッファピストンによってアーク放電に吹き付けられる消弧性ガスを整流する絶縁ノズルを備えたガス遮断器において、
   前記ガス遮断器を構成する部材であって前記アーク放電によって発生する高温のガス流の流路に接する部材の表面に、前記高温のガス流を遮断器の開閉方向を軸とした旋回流とするための螺旋状の溝が設けられていることを特徴とするガス遮断器。
2. 前記操作ロッドの中空部内面に螺旋状の溝が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のガス遮断器。
3. 前記操作ロッドの中空部の中心軸上にインナーロッドを設け、その外面に螺旋状の溝が設けられていることを特徴とする請求項1または請求項２に記載のガス遮断器。
4. 前記絶縁ノズルの内面に螺旋状の溝が設けられていることを特徴とする請求項1または請求項２に記載のガス遮断器。
5. 前記固定アーク接触子の外面に螺旋状の溝が設けられていることを特徴とする請求項1または請求項２に記載のガス遮断器。
6. 前記固定通電接触子の内面に螺旋状の溝が設けられていることを特徴とする請求項1または請求項２に記載のガス遮断器。
7. 前記冷却筒の内面に螺旋状の溝が設けられていることを特徴とする請求項1または請求項２に記載のガス遮断器。
8. ピストン支え内面に螺旋状の溝が設けられていることを特徴とする請求項1または請求項２に記載のガス遮断器。
9. 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から請求項８のいずれか１項に記載のガス遮断器。

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