JP2014089899A - ガス遮断器 - Google Patents

Abstract

【課題】排気筒端部内周面に簡単な加工もしくは追加部品を配置することにより、遮断器の対地絶縁性能を向上させることができる遮断器の提供を目的とする。
【解決手段】絶縁タンク１内に開極及び閉極動作を可能に対向配置した一対のアーク接触子３、５を設け、一方のアーク接触子５の外周に同軸上にパッファシリンダ７を設ける。パッファシリンダ７と固定ピストン６と中空ロッド８によってパッファ室９を構成する。パッファ室９に連通する空間を形成する絶縁ノズル４を設け、絶縁ノズル４内で生じたアークから排出された熱ガスを排気・冷却する排気筒２を他方のアーク接触子３の外周に設ける。排気筒２の終端部手前の内周面に流路面積を一時的に絞る構造物１１を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は遮断器に関するものであり、特に電流遮断時に絶縁ガスを吹き付け、アークを消孤するガス遮断器に関する。

近年、電力系統の高電圧・大電流化が進んでおり、必要な遮断性能を得るためにガス遮断器の大容量化が進んでいる。一方で、コスト低減のため、遮断部構造、排気・シールド構造の最適化による小型化も進められている。

図２にガス遮断器の概要構造を示す。ガス遮断器は絶縁ガスが充填された絶縁タンク１内に収納されている。通常、電極側の固定アーク接触子３と可動側の可動アーク接触子５は電気的に接続されているが、事故時に開極指令が伝えられると絶縁ロッド１０を介して操作器により可動側が動作し、電極側の固定アーク接触子３と可動側の可動アーク接触子５が物理的に開離された状態に移行する。

接触子が開離した後も、固定アーク接触子３と可動アーク接触子５間には電流が流れ、アークが発生する。ガス遮断器はアークに高圧の絶縁ガスを吹き付け消弧するため、可動側動作の際に固定ピストン６でパッファ室９内の絶縁ガスの圧縮が行われ、アークへのガス吹付が行われ、アークの消孤が行われる。

ガス吹付の際に発生した熱ガスは高温で密度が低くなっており、絶縁耐力が低い状態となっている。極間の絶縁性能の低下を防ぐため消弧が成功した後に熱ガスは排気筒２を通して電極間から速やかに排出する必要がある。

排気筒の役割は発生した熱ガスを電極間に滞留させず速やかに排出することと、熱ガスを効率的に冷却することである。

図２を用いて、排気筒２とタンク１間での絶縁破壊の発生のメカニズムについて説明する。ガスの冷却が不十分で密度の低下したままの高温で絶縁耐力が低い熱ガスが排気筒端部の高電界部に達すると排気筒２とタンク１間の絶縁耐力が低下し、排気筒２とタンク１との間で絶縁破壊を生じる事故（地絡）が発生する。

地絡事故に対しては、ガスタンク径を拡大することにより、排気筒とタンク間の電界緩和による対地絶縁性能を得る手段や、排気筒拡大による熱ガスの冷却能力を向上させるといった手段がとられている。

その他に排気筒に貫通孔を設け排気筒内外の圧力差を利用して貫通孔を通して排気筒内に密度の高い低温ガスを引き込むようにしたものや、排気筒内周面にらせん溝構造を設けて、排気筒端部近傍の内周面に密度の小さい絶縁ガスが接触しないようにし、絶縁耐力低下防止を狙ったものがある（特許文献１）。

特開平８−２０３３９６号公報

ガスタンク径の拡大による電界緩和や排気筒拡大による熱ガス冷却性能の向上といった絶縁性能向上手段は遮断器の大型化につながる恐れがある。また排気筒への加工による絶縁性能向上策には、加工の種類によっては遮断器製造のコスト増加に繋がる。

本発明では、排気筒終端部手前の内周面に流路を絞る構造物を配置または部品を追加することにより、遮断器の対地絶縁性能向上させることが出来るガス遮断器の提供を目的としている。

上記課題を解決するために本発明に係るガス遮断器は、絶縁タンク内に開極及び閉極動作を可能に対向配置した一対のアーク接触子と、前記一方のアーク接触子の外周に同軸上に設けられたパッファシリンダと、前記パッファシリンダと固定ピストンと中空ロッドによって構成されるパッファ室と、前記パッファ室に連通する空間を形成する絶縁ノズルと、前記絶縁ノズル内で生じたアークから排出された熱ガスを排気・冷却するために、前記他方のアーク接触子の外周に設けられた排気筒とで構成し、前記排気筒終端部手前の内周面に流路面積を一時的に絞る構造物を設けたことを特徴とする。

本発明は、電流遮断時に発生した熱ガスを排出する排気筒に流路を一時的に絞るような構造物を配置することにより、ガス流速を変化させ排気筒内壁からガスを剥離させ、絶縁性能が低下した熱ガスが排気筒端部の高電界部に到達しないようにする。また排気筒には複雑な加工を施す必要がないため安価に構成できる。

実施例１に係るガス遮断器の断面図である。 従来のガス遮断器における排気筒内のガス流とその際に発生する地絡現象の説明図である。 従来のガス遮断器における排気筒端部の高電界部の断面図とガス流の説明図である。 実施例１に係る排気筒部分の拡大図及びガス流の説明図である。 実施例２における排気筒に貫通孔を設けた形状を示した断面図および貫通孔より引き込まれるガス流の様子を示した説明図である。 実施例３における構造物の異なる形状を示した概略図である。 実施例３における排気筒構造に貫通孔を追加した排気筒の断面図である。 本発明を双駆動方式のガス遮断器に適用した場合の概略図である。

以下、図面を用いて本発明の実施例について説明する。下記はあくまでも実施の例であり、発明の内容を下記具体的態様に限定することを意図する趣旨ではない。発明自体は、特許請求の範囲に記載された内容に即した限りにおいて種々の態様で実施することが可能であることは言うまでもない。

実施例１について図１、図３、図４を用いて説明する。図示を省略しているが、本実施例において遮断器は絶縁ロッド１０を介して操作器と接続されており、遮断器全体はＳＦ₆絶縁ガスが充填された絶縁タンク１内に配置される。

図１に示す様に、本実施例における遮断器は、固定アーク接触子３と可動アーク接触子５と、パッファシリンダ７と、パッファシリンダ７と固定ピストン６とによって構成されるパッファ室９と、絶縁ノズル４と、絶縁ノズル４から排出された熱ガスを排気・冷却する排気筒２とから概略構成される。

固定アーク接触子３及びその外周側に配置される排気筒２と、通電状態（閉極状態）において固定アーク接触子３と接触する可動アーク接触子５と、通電状態（閉極状態）において排気筒２と接触するパッファシリンダ７から構成され、固定アーク接触子３と可動アーク接触子５、排気筒２とパッファシリンダ７がそれぞれ電気的に接続されている。

パッファ室９は、上記パッファシリンダ７と、パッファシリンダ７の内周に同軸上に配置されて、内部が中空となっており、該中空内に絶縁ガスが流入する中空ロッド８と、パッファシリンダ７と中空ロッド８の間に形成された空間を摺動する固定ピストン６で形成される。

固定ピストン６は絶縁タンクの内周面に設けられた取り付け座に固定されている。アークに吹付けられる絶縁ガスのパッファ室内における圧力形成は、パッファシリンダ７が固定ピストン６に対し相対的に移動することにより行われる。より詳細には、図示されていない操作器と接続された絶縁ロッド１０から中空ロッド８を通じてパッファシリンダ７に操作器の駆動力が伝達されて動くことでパッファ室９内の絶縁ガスが圧縮される。

パッファ室９内で圧縮された高圧の絶縁ガスは固定アーク接触子３と可動アーク接触子５間に発生したアークに吹付けられる。アークに吹き付けられた後に発生する高温の熱ガスは、絶縁ノズル４を通り、排気筒２の内部を通り、冷却されながら固定側の端部から絶縁タンク１内に排出される。

図４の排気筒部拡大図に示されるように、排気筒内部には排気筒のガス流路面積を一時的に絞る構造物１１が設置されている。通常の排気筒構造の場合、図３に示すように排出されてきた熱ガスは排気筒内壁に沿って排出される。図４に示すように排気筒端部の内壁に構造物１１を配置した場合、構造物１１の位置で流路断面積が絞られることにより、流速・圧力変化を起こし、熱ガスを排気筒内壁から剥離し、排気筒外に排気される。

このため排出されてきた熱ガスは排気筒端部の高電界部に到達することなく、タンク内に排出されることになる。本発明は排気筒終端部の高電界部手前に、排気筒内周面に流路を一時的に絞る構造物を配置することにより、遮断器の大型化および複雑な加工をすることなく対地絶縁性能向上させる目的を達成している。

本発明において、流路面積を絞るための構造物１１は排気筒終端部近傍の高電界部を避けた内周面に配置することで、流速・圧力変化により排気筒内壁から熱ガスを剥離させ、熱ガスが高電界部に達するのを防ぐことができる。

しかし、図４に示す排気筒終端部の構造物間の角度θが小さすぎると、熱ガスは排気筒内壁から一時的に剥離した後、再び排気筒内壁に沿って流れるため、排気筒終端部の高電界部が絶縁耐力の低下した熱ガスにさらされてしまう。

角度θが大きくなるほど圧力・流速変化が大きくなり、剥離現象を引き起こしやすくなる。例えばθ＝１０度以上の角度をとれる位置に構造物１１を配置すれば十分な圧力・流速変化を引き起こすことができ、熱ガスの排気筒終端部への到達を防ぐことができる。

本発明において、流路面積を絞るための構造物１１は、排気筒と一体型として製作してもよく、また、単純円筒状の排気筒形状に対して後から溶接またはねじ等でリング状の構造物を固定してもよい。

本実施例では絶縁ガスとしてＳＦ₆を使用したが、絶縁ガスの種類はＳＦ₆に限られるものでなく、乾燥空気・窒素ガス等他の絶縁ガスを使用できることは言うまでもない。

以下、図５に基づいて実施例２を説明する。実施例１と同一部分については同一符号を付してその説明を省略する。

本実施例は、実施例１において説明した排気筒内に流路を絞る構造物１１を配置し、絶縁性能を向上させる排気筒形状に加えて、流路を絞った後の再度流路が拡がる位置に排気筒の内外を貫通する貫通孔１２を設けたことを特徴とする。

排気筒内壁に配置した構造物１１により熱ガスを排気する流路断面積が絞られる前後で流速および圧力の変化が生じる。構造物１１がない状態において、貫通孔１２を設けた場合でも熱ガスが流れている排気筒内部の圧力は、外部の圧力に対して低くなっているため貫通孔１２を通して排気筒外部の低温ガスの流入が発生し、熱ガスの冷却が行われる。

本実施例は排気筒内部に設けた構造物１１によって流路が絞られて、再び拡大される位置に貫通孔１２を設けることで、構造物１１を設けない場合と比べ大きな圧力差を発生させ、より効率的に外部の冷却ガスを取り込むことにより、熱ガスを冷却し、絶縁性能の低下を防止している。

以下、図６、７に基づいて実施例３を説明する。実施例１、２と同一部分については同一符号を付してその説明を省略する。

本実施例は、実施例１、２において説明した排気筒内に配置した流路を絞る構造物１１の形状を、流れる方向に沿って流路を絞るテーパ形状にしたことを特徴とする。

実施例１では排気筒内部に構造物１１を配置し、流路が絞られることにより熱ガスに速度・圧力変化を生じさせ、排気筒端部への絶縁性能の低下した熱ガスの到達を防いでいる。しかし、ガス流路を絞ることにより流路断面積が小さくなると、流路抵抗が大きくなりガスの排気性能の低下を招く。排気性能が低下すると極間に絶縁性能が低下したガスが滞留することにより、極間でのアークの再点弧が生じる恐れがある。

そこで、構造物１１を図６に示すテーパ形状とすることによりガスの流路抵抗の増大を低減し、排気筒のガスを効率よく排気することで極間の絶縁性能低下を防ぐ。また、図７に示すように排気筒終端部と構造物の間に貫通孔を設けることにより、実施例２において説明した熱ガスの冷却機能を得られる。

上記実施例では固定アーク接触子３は固定されているが、可動側の可動アーク接触子５に対向するアーク接触子が相対的に可動する、いわゆる双駆動型遮断器に本発明を適用することも可能である。

以下、双駆動型遮断器に適用した実施例について図８を参照して説明する。絶縁ノズル４の先端を連結ロッド２１の一端に固定し、連結ロッド２１の他端と連結レバー２２の一端を回動自在に連結する。連結レバー２２のほぼ中央を支持軸２２Ａで回動自在に排気筒２の内周面に固定し、連結レバー２２の他端とアーク接触子３Ａの終端部を回動自在に連結する。このような構成により、可動側が遮断動作を開始するとアーク接触子３Ａは可動側と離れる方向に動作する。

このような双駆動型遮断器の排気筒２端部近傍の内周面に、上記各実施例で説明した構造物１１及び貫通孔１２を配置することで、上記実施例と同様の効果を奏することができる。

なお、本発明の構造物１１に熱伝導率の高い金属材料や樹脂材料を用いることで、より効果的に熱ガスの冷却を行うことができる。また、構造物１１を樹脂材料により形成することで、熱ガスにより構造物のアブレーションが発生する。このときの気化熱により熱ガスを冷却することが出来る。

１・・・絶縁タンク
２・・・排気筒
３・・・固定アーク接触子
３Ａ・・・アーク接触子
４・・・絶縁ノズル
５・・・可動アーク接触子
６・・・固定ピストン
７・・・パッファシリンダ
８・・・中空ロッド
９・・・パッファ室
１０・・・絶縁ロッド
１１・・・構造物
１２・・・貫通孔
１３・・・低温ガス
２１・・・連結ロッド
２２・・・連結レバー
２２Ａ・・・支持軸

Claims (4)

1. 絶縁タンク内に開極及び閉極動作を可能に対向配置した一対のアーク接触子と、
   前記一方のアーク接触子の外周に同軸上に設けられたパッファシリンダと、
   前記パッファシリンダと固定ピストンと中空ロッドによって構成されるパッファ室と、
   前記パッファ室に連通する空間を形成する絶縁ノズルと、
   前記絶縁ノズル内で生じたアークから排出された熱ガスを排気・冷却するために、前記他方のアーク接触子の外周に設けられた排気筒とでガス遮断器を構成し、
   前記排気筒終端部手前の内周面に流路面積を一時的に絞る構造物を設けたことを特徴とするガス遮断器。
2. 請求項１に記載のガス遮断器であって、前記構造物の形状がガス排気方向に向かって流路を絞るテーパ形状に構成されたことを特徴とするガス遮断器。
3. 請求項１又は２に記載のガス遮断器であって、前記構造物と前記排気筒終端部との間の再び流路面積が拡がる位置に、前記排気筒の内外を貫通する貫通孔を設けたことを特徴とするガス遮断器。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載のガス遮断器であって、前記構造物は取り外し可能に前記排気筒終端部手前の内周部に嵌め込まれたことを特徴とするガス遮断器。