JP2015122238A - ガス遮断器 - Google Patents

Abstract

【課題】消弧性のガスに混入する粉体状の副生成物を除去して耐電圧性能を向上する。
【解決手段】ガス遮断器は、第１筒体、第２筒体、中空の第１接触子、棒状の第２接触子、ガス吹付け機構、フィルタを備える。中空の第１接触子は第１筒体のほぼ中心軸の位置に配置されている。棒状の第２接触子は第２筒のほぼ中心軸の位置に固定され、第１接触子と接触／分離可能である。ガス吹付け機構は電流遮断動作時に互いの接触子が分離する際に両接触子間の空間に発生するアークに対し消弧性のガスを吹付ける。フィルタは吹き付けられた前記ガスが排出される第２筒体内、容器と前記第２筒体との間、中空の第１接触子内、中空の第１接触子と第１筒体との間の少なくとも一つの空間にガスの流路を塞ぐように配置され、ガスを通過させ、ガスに含まれる粉体の通過を阻止するための複数の孔が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、例えば電力系統などに用いられるガス遮断器に関する。

現在、電力系統においては、絶縁媒体および消弧媒体としてＳＦ６ガスを使用したガス遮断器が利用されている。ガス遮断器に期待される役目は、系統事故時において事故の生じた系統を切り離す際に流れる電流を遮断することが主である。

電力用のガス遮断器は、より安定的に電流を遮断するための方法として、遮断時に消弧性のガスを電極間に対して吹付けることで電流を消弧する方法が多く用いられている。消弧性のガスはその優れたアーク消弧性能から例えばＳＦ６ガスなどが主に用いられるが、ＳＦ６ガスは地球温暖化ガスでもあり、その使用量の削減が求められている。

将来的には、ＳＦ６ガスではない、地球温暖化係数の高くないガスを使用することが望ましいが、現在はＳＦ６ガスに匹敵する消弧性能を持つ消弧性ガスは見出されていない。

このためＳＦ６ガスの使用量を減らす観点から、電力用ガス遮断器の小型化、特にガス容器のガス部体積を小さくすることが求められている。

ガス容器のガス部体積を小さくするための技術課題としては、耐電圧性能に関わる静電界に対する絶縁性能向上と大電流遮断時における熱ガス排気部とタンク間の絶縁性能向上との二つの課題がある。

上記１つ目の課題については基本的には構造物の端部形状の見直しと一定の絶縁距離確保により解決が可能である。上記２つ目の課題については熱ガスの温度を下げるが重要である。

熱ガスの温度を下げる技術の一つとして、例えば排気筒の内径側に溝を設けることで熱ガスを効率よく周囲の冷却ガスと接触させて温度を低下させる技術が知られている（特許文献１参照）。

特開２００５−２４３４６５号公報

このように消弧性のガスの温度を下げることで、ある程度の効果が得られるものの、電力用のガス遮断器における絶縁性能の低下は、熱ガスの排気経路の問題や熱ガスの温度問題以外に別の問題があることが判っている。

これは電流遮断時に発生するノズル材料に由来する粉体状の副生成物がガスに混入し、耐電圧性能が低下する現象である。副生成物にはアーク電極に由来する金属も含まれ、これが耐電圧性能の低下の原因となる。

本発明が解決しようとする課題は、消弧性のガスに混入する粉体状の副生成物を除去して耐電圧性能を向上することができるガス遮断器を提供することにある。

実施形態のガス遮断器は、第１筒体、第２筒体、中空の第１接触子、棒状の第２接触子、ガス吹付け機構、フィルタを備える。第１筒体は消弧性のガスが充填され、軸方向に可動する。第２筒体は第１筒体の可動方向に固定して設けられている。中空の第１接触子は第１筒体のほぼ中心軸の位置に配置されている。棒状の第２接触子は第２筒のほぼ中心軸の位置に固定され、前記第１接触子と接触／分離可能である。ガス吹付け機構は電流遮断動作時に互いの接触子が分離する際に両接触子間の空間に発生するアークに対し消弧性のガスを吹付ける。フィルタはガスが流れる第２筒体内、容器と第２筒体との間、中空の第１接触子内、中空の第１接触子と第１筒体との間の少なくとも一つの空間にガスの流路を塞ぐように配置され、ガスを通過させ、ガスに含まれる粉体の通過を阻止するための複数の孔が設けられている。

第１実施形態のガス遮断器の構成を示す断面図である。 フィルタの孔の形状の一例（ハニカム形状）を示す図である。 フィルタの孔の形状の他の例（網目形状）を示す図である。 フィルタの孔の形状の他の例（三角形状）を示す図である。 第２実施形態のガス遮断器の構成を示す断面図である。 第３実施形態のガス遮断器の構成を示す断面図である。 第４実施形態のガス遮断器の構成を示す断面図である。

以下、図面を参照して、実施形態を詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１は実施形態のガス遮断器の構成を示す図である。

図１に示すように、この第１実施形態のガス遮断器は、容器３内に収容された第１筒体としてのシリンダ２４、第２筒体としての排気筒１４、シリンダ２４のほぼ中心軸の位置に配置された操作ロッド２５、この操作ロッド２５の先端部に設けられた中空の第１接触子である可動アーク接触子２１、ピストン３１、シリンダ２４に取付けられる絶縁ノズル２３、ピストン３１を取付けるためのサポート３２などを有するガス吹付け機構、この絶縁ノズル２３の周囲に設けられた可動通電接触子２２、対向通電接触子１２と電気的に同電位となる導通部材の支持部材１３、排気筒１４のほぼ中心軸の位置に支持部材１３により支持（固定）された棒状の第２接触子としての対向アーク接触子１１、ガス流制御部材としてのフィルタ２７を備える。

このガス遮断器は、容器３内が大きく分けて対向接触子部１０と可動接触子部２０とに区分される。対向接触子部１０は排気筒１４、対向アーク接触子１１、支持部材１３、フィルタ２７などを有する。可動接触子部２０は、絶縁ノズル２３、シリンダ２４、ピストン３１、ガス吹付け機構、可動通電接触子２２などを有する。

容器３内には消弧性ガスとしてのＳＦ６ガスが充填されている。対向アーク接触子１１と可動アーク接触子２１とは一対の電極（接点）となっている。これら接触子が開極したときには接点間にアークが点弧する。

このアークは交流電流零点時には自動的に消滅する。このアークに対し、シリンダ２４の移動に伴いピストン３１により蓄圧室３０の圧縮されたＳＦ６ガスが吹付けられる。電流零点後にはアーク接点間に過渡回復電圧が印加されるが、この電圧により再びアークが点弧しなければ電流遮断成功となる。

絶縁ノズル２３はアークから発生する高温ガスを速やかに排出するためのものである。絶縁ノズル２３の周囲には可動通電接触子２２が設けられている。可動通電接触子２２は排気筒１４の内壁に嵌合（接触）する。

サポート３２はシリンダ２４の内側に入るように設けられている。サポート３２にはサポート開口部３３が設けられている。サポート開口部３３はサポート３２内のＳＦ６ガスを外部へ逃がすためのものである。サポート３２は端部がフランジ形状（フランジ部）とされており、他の部材（図示せず）に固定されている。

ピストン３１はサポート３２に固定されており、シリンダ２４の開放端を仕切っている。ピストン３１はシリンダ２４の内壁に摺動自在に設けられている。対向アーク接触子１１は支持部材１３により排気筒１４内のほぼ中心軸の位置に固定されている。

シリンダ２４内、排気筒１４内および中空の操作ロッド２５内には消弧性のガスが充填されている。シリンダ２４は軸方向に可動自在である。排気筒１４はシリンダ２４の可動方向に固定して設けられている。

操作ロッド２５には操作ロッド開口部２５ａが設けられている。操作ロッド開口部２５ａは操作ロッド２５内のガスを外部へ逃がすためのものである。操作ロッド２５の先端には可動アーク接触子２１が設けられている。可動アーク接触子２１は操作ロッド２５の動きに応じて対向アーク接触子１１と接触（嵌合）／分離可能である。

ガス吹付け機構はシリンダ２４、操作ロッド２５、ピストン３１、サポート３３などから構成されており、電流遮断動作時に互いの接触子（可動アーク接触子２１と対向アーク接触子１１）が分離する際のシリンダ２４の移動によって固定位置のピストン３１に押し出される形で、操作ロッド２５内およびシリンダ２４内に充填されているＳＦ６ガスを両接触子間の空間に発生するアークに吹付ける。アークは非常に高温のプラズマ状態である。このアークの温度は数千度とも一万度以上とも言われる高温ガスである。

つまりガス吹付け機構は遮断時にシリンダ２４が右方向に移動する際に、ピストン３１（弁）で仕切られたシリンダ２４内の圧力が高まり、可動アーク接触子２１側からＳＦ６ガスが吹き出す仕組みになっている。

フィルタ２７はアークに吹き付けられたＳＦ６ガスが排出される排気筒１４内にＳＦ６ガスの流路を塞ぐように配置されている。フィルタ２７には、例えば炭素、珪素、マグネシウム、アルミニウムのいずれか一つを主成分とする素材、または各素材の一部を酸化させた酸化物を主成分とする素材を用いている。なおフィルタ２７を設ける位置はここだけに限らず、他のＳＦ６ガスの流路に設けてもよい。

フィルタ２７には、ＳＦ６ガスを通過させ、ＳＦ６ガスに含まれる粉体（地絡発生を引き起こす可能性のある細かな金属片など）の通過を阻止するための複数の貫通孔が設けられている。

フィルタ２７の貫通孔の形状は、例えば図２に示すように、ハニカム形状（六角形状）であったり、例えば図３に示すように、網目形状（矩形）であったり、例えば図４に示すように、三角形状である。この他、丸孔や多孔質材による立体的な方向の孔であってもよい。

次に、この第１実施形態の動作を説明する。
以下、対向接触子部１０の側を対向側と呼び、可動接触子部２０の側を可動側と呼ぶ。
この第１実施形態では、遮断動作時には、ガス吹付け機構においてピストン３１により蓄圧室３０の体積を圧縮することで、機械的に圧縮された消弧性ガスであるＳＦ６ガスが、接点間に発生したアークに吹き付けられる。

アークに対して吹付けられたＳＦ６ガスは二分されて排気されるが、一方は固定側の熱ガス排気方向：第１排気方向（排気筒１４の側）に、もう一方は可動側の熱ガス排気方向：第２排気方向（操作ロッド２５中空部を通って後方の操作ロッド開口部２５ａからサポート３２）に排出される。

この例の場合、第１排気方向（固定側）については排気筒１４内の排気流路にフィルタ２７を設けている。また可動側については操作ロッド２５内またはその一部にフィルタ２７を設けるのがよい。必ずしも固定側および可動側の両方に用いる必要はなく、遮断器の特性に応じて少なくともいずれか一方に取り付けてあればよい。

アークの位置を通過したＳＦ６ガスは、非常に高温になるだけでなく、ＳＦ６ガスに粉体状の副生成物も含まれる。このＳＦ６ガスは対向側に関しては第１排気方向（排気筒１４）へ流出するが、このとき排気筒１４内の流路またはその一部にフィルタ２７があることで、流路の径方向に対して均一ではないガス流の温度分布が平滑化されるようになる。

このため、アークからの高温なＳＦ６ガスと排気筒１４内の常温のＳＦ６ガスとが効果的に混ざり合うようになる。これによりＳＦ６ガスの温度を低下させることができるため、地絡発生の可能性を低下させることができるようになる。

この第１実施形態によれば、ＳＦ６ガスの流路のうち、第１排気方向については排気筒１４を塞ぐようにフィルタ２７を配置したことによりガス流の流路径方向に対する分布が均一化され、温度が低下されると共に、接触子由来の粉体（金属粒子を含む副生成物など）をフィルタ２７にて除去することができるので、ガスが浄化され、容器３内の絶縁破壊を起こし難くできる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態を説明する。図５は第２実施形態のガス遮断器の構成を示す図である。なおこの第２実施形態以下については上記第１実施形態と同様な構成には同一の符号を付しその説明は省略する。

図５に示すように、この第２実施形態のガス遮断器は、容器３と排気筒１４との間に第２排気筒３５が設けられており、この第２排気筒３５と排気筒１４との間の空間に、第１実施形態と同様のフィルタ２７を配置している。

この第２実施形態によれば、可動アーク接触子２１の移動に伴い中空のロッド２５内に充填されていたＳＦ６ガスがアークに吹き付けられて排気筒１４の側に排出されて、排気筒１４の内側から第２排気筒３５と排気筒１４との間の空間に流れる際にフィルタ２７を通過することで、ＳＦ６ガスから粉体を除去し浄化することができる。この結果、排気筒１４と容器３との間の地絡を防止することが可能となる。

（第３実施形態）
図６は第３実施形態のガス遮断器の構成を示す図である。ガス遮断器の蓄圧室１０で圧縮されたＳＦ６ガスは対向側と可動側に分流し排出される。この排出におけるガス流量比率は電力用ガス遮断器により異なり、均等に分流するものもあれば、いずれか一方の比率を高めたものもある。またいずれか一方のみにしかＳＦ６ガスを流さないものもある。この第３実施形態では第２排気方向（可動側）に流れるＳＦ６ガスの流路にフィルタ２７を設ける例について説明する。
図６に示すように、この第３実施形態のガス遮断器は、中空のロッド２５内に、第１実施形態と同様のフィルタ２７を配置している。

この第３実施形態によれば、可動側のサポート３２と容器３との間に熱ガスが流れ込むときに条件によっては地絡が発生する。そこで、この第３実施形態では、操作ロッド２５内にフィルタ２７を設けることで、操作ロッド２５内の温度分布を平滑化し、温度を低下できるようになると共に、金属微粒子もフィルタ２７で除去されることから、操作ロッド２５から後段のサポート３２の空間を通ってサポート３２開口部３２ａから容器３内に排出されるＳＦ６ガスが浄化され、地絡発生の確率を低減できるようになる。

（第４実施形態）
図７は第４実施形態のガス遮断器の構成を示す図である。
図７に示すように、この第４実施形態のガス遮断器は、中空の操作ロッド２５の操作ロッド開口部２５ａからＳＦ６ガスを排出した後のサポート３２と操作ロット２５との間の空間に、第１実施形態と同様のフィルタ２７を配置している。

この第４実施形態によれば、中空の操作ロッド２５の下流のサポート３２を通り、サポート開口部３３から充填ガス雰囲気空間へ排出される熱ガスから粉体を除去し、ＳＦ６ガスを浄化することができる。この結果、サポート３２のフランジ部と容器３との地絡を防止することが可能となる。

上記では各実施形態を説明したが、フィルタ２７を排気筒１４内（第１実施形態）、中空の操作ロッド２５内（第２実施形態）、容器３と排気筒１４との間（第３実施形態）、中空の操作ロッド２５とシリンダ２４との間（第４実施形態）の少なくとも一つの空間に設けることで、容器３内でＳＦ６ガスに混入した粉体を除去することできる。この結果、消弧性のガスを浄化して耐電圧性能を向上することができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、各実施形態は、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。ここに示した新規な実施形態は、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、変更を行うことができる。上記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ともに、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。

フィルタ２７の取り付け位置については、上記実施形態に限定されるものではなく、熱ガス排気流路のどこに設置してもよい。特に操作ロッド２５の操作ロッド開口部２５ａの前後の位置や対向アーク接触子１１の周囲の位置にフィルタ２７を取り付けてもよい。

３…容器、１０…対向接触子部、１１…対向アーク接触子、１２…対向通電接触子、１３…支持部材、１４…排気筒、２０…可動接触子部、２１…可動アーク接触子、２２…可動通電接触子、２３…絶縁ノズル、２４…シリンダ、２５…操作ロッド、２５ａ…操作ロッド開口部、２７…フィルタ、３０…蓄圧室、３１…ピストン、３２…サポート、３３…サポート開口部、３５…第２排気筒。

Claims (3)

1. 消弧性のガスが充填された容器と、
   前記容器内に軸方向に移動可能に配置された第１筒体と、
   前記容器内に前記第１筒体と同軸上に配置された第２筒体と、
   前記第１筒体のほぼ中心の位置に軸方向に移動可能に配置された中空の第１接触子と、
   前記第２筒のほぼ中心の位置に固定され、前記第１接触子と接触／分離可能な棒状の第２接触子と、
   電流遮断動作時に互いの接触子が分離する際に両接触子間の空間に発生するアークに対し前記容器内の前記ガスを吹付けるガス吹付け機構と、
   吹き付けられた前記ガスが排出される前記第２筒体内、前記容器と前記第２筒体との間、前記中空の第１接触子内、前記中空の第１接触子と前記第１筒体との間の少なくとも一つの空間に前記ガスの流路を塞ぐように配置され、前記ガスを通過させ、前記ガスに含まれる粉体の通過を阻止するための複数の孔が設けられたフィルタと
   を備えるガス遮断器。
2. 前記フィルタの孔の形状が、
   前記円状、ハニカム形状、網目状、三角形状のいずれかである請求項１に記載のガス遮断器。
3. 前記フィルタに、炭素、珪素、マグネシウム、アルミニウムのいずれか一つを主成分とする素材、または各素材の一部を酸化させた酸化物を主成分とする素材を用いた請求項１または２いずれか記載の電力用ガス遮断器。

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