JP2015179636A - ガス遮断器 - Google Patents

Abstract

【課題】 大電流遮断時・小電流遮断時のいずれにも適切に対応でき、小型で、小さい操作力で動作するガス遮断器を提供すること
【解決手段】 固定電極部１１側に熱パッファ室２０を設け、可動電極部１２側に、事故遮断時の可動電極部の移動に伴い容積が拡張する吸い込み室２７を設ける。大電流遮断時は高圧となった熱パッファ室内のガスを、固定電極部の固定アーク接触子１３と、可動電極部の可動アーク接触子２１との間に発生するアーク３０に吹き付けて消弧する機能と、小電流遮断時は、拡張して圧力が低下した吸い込み室内に、その吸い込み室の圧力よりも高圧の前記熱パッファ内のガスを流入させ、その流入に伴うガスの移動によりアークを消弧する機能を備えた。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ガス遮断器に関するものである。

高電圧送電系統の事故時に事故系統を他の系統と切り離す系統保護用遮断器として、構造が単純で信頼性が高く、かつ優れた遮断性能を有するパッファ型のガス遮断器が広く使用されている。このパッファ型のガス遮断器は、可動アーク接触子と直結したバッファシリンダーによってＳＦ_６ガスなどの消弧性のガスを圧縮して高圧のガス流を作り出し、そのガス流を可動アーク接触子と固定アーク接触子との間に発生したアークに吹き付けて事故電流遮断を行う。この方式のガス遮断器の遮断性能は、パッファシリンダーの機械パッファ室の容積を縮小することによる圧力上昇によって決まり、高い圧力上昇を得る程高い遮断性能が得られる。しかしながら、圧力上昇は機械的駆動力に対する反力として働くため、高い遮断性能を得るためには大きな駆動エネルギーが必要となっていた。

そのため、アークのエネルギーを利用して吹き付け圧力を高める熱パッファ室を設け、熱パッファ室から噴出させたガスをアークに吹き付けることにより消弧させる自力消弧形のガス遮断器が提案されている。この自力消弧形のガス遮断器は、事故電流が小さい遮断や進み小電流遮断時には熱パッファ室内の圧力が不足し、消弧性能が低下するという問題を有する。

そこで、それら機械パッファと熱パッファの併用方式が使用されている。これにより、大電流遮断時には高圧となる熱パッファ室よりアークにガスが吹き付けられ、小電流遮断時には、縮小により高圧となる機械パッファ室よりアークにガスが吹き付けられ電流遮断を行う。係る機械パッファと熱パッファの併用方式のガス遮断器としては、例えば、特許文献１等に開示されている。

特開２０１３−１３７９５６

上述した操作機構の操作エネルギーを低減した熱パッファ併用形のガス遮断器においても、小電流遮断に必要な機械パッファ室を設けている。その結果、大電流遮断時に操作機構による機械パッファ室の縮小にて高圧力になるために、反力が生じ、操作機構に多大な操作エネルギーが必要となり、操作機構が大きく、コスト高となる問題があった。

上述した課題を解決するために、本発明に係るガス遮断器は、（１）消弧性のガスが充填された容器内に、対向配置された固定電極部及び可動電極部を備え、閉極時は前記固定電極部と前記可動電極部が通電し、開極時は前記可動電極部が移動して前記固定電極部と前記可動電極部が離反し遮断するガス遮断器であって、前記固定電極部側に熱パッファ室を設け、前記可動電極部側に、前記開極時の前記可動電極部の移動に伴い容積が拡張する吸い込み室を設け、大電流遮断時は高圧となった前記熱パッファ室内のガスを、前記固定電極部の固定アーク接触子と、前記可動電極部の可動アーク接触子との間に発生するアークに吹き付けて消弧する機能と、小電流遮断時は、拡張して圧力が低下した前記吸い込み室内に、その吸い込み室の圧力よりも高圧の前記熱パッファ室内のガスを流入させ、その流入に伴うガスの移動により前記固定アーク接触子と前記可動アーク接触子との間に発生するアークを消弧する機能を備えた。

本発明によれば、熱パッファ併用形の遮断部において、小電流遮断に関して、機械パッファ室の縮小により機械パッファ室内を高圧化してガスの流れを作っていた従来方式に換えて、吸い込み室の拡張により吸い込み室内を低圧化してガスを吸い込むことでガスの流れを作り、アークを消弧して遮断するようにした。そして大電流遮断時の熱パッファ室で発生する高圧のガスを吸い込み室に入れるため、可動電極部を移動させるための操作機構部の遮断時の動作の反力とならない。よって、可動電極部の操作機構部を小型のものにすることができる。

（２）吸い込み室内のガスを外部に排出する機構を備えるとよい。吸い込み室の圧力が上がりすぎると、アーク消弧のためのガス流が悪化する。そこで、吸い込み室内のガスを排気して吸い込み室の圧力を下げ、適切なガス流を確保することができるのでよい。

（３）前記固定電極部は、前記固定アーク接触子と、その固定アーク接触子の外方に配設された固定主接触子とを備え、前記熱パッファ室は、前記固定アーク接触子と前記固定主接触子との間の空間により形成されるようにするとよい。このようにすると、固定電極部側にコンパクトで効率よく熱パッファ室を構成することができるのでよい。

（４）前記可動電極部は、前記可動アーク接触子と、この可動アーク接触子の外方に配設された可動主接触子と、前記可動アーク接触子と前記可動主接触子を連結する連結部材とを有し、前記可動アーク接触子は、筒体内に移動可能に挿入配置され、前記筒体の一端には、前記ガスを吸い込む吸い込み口を備えた蓋部が設けられ、前記可動主接触子，前記連結部材，前記筒体並びに前記蓋部にて構成される空間により前記吸い込み室が形成されるようにするとよい。このようにすると、可動電極部側にコンパクトで効率よく吸い込み室を構成することができるのでよい。

（５）前記蓋部に、前記吸い込み室内のガスを排出する排気機構を設けるとよい。（６）前記連結部材に前記吸い込み室内のガスを排出する排気機構を設けるとよい。（７）前記連結部材に設けた前記排気機構は、前記吸い込み室内の圧力が閾値を超えた場合に排気を許容するものとするとよい。これら各発明によれば、吸い込み室の圧力が上がりすぎて、アーク消弧のためのガス流が悪化することを可及的に抑制できる。（５）の発明の蓋部に設ける排気機構は、実施形態ではガス排気穴２６ｅに対応する。ガス排気穴２６ｅは、開口部としたが、逆止弁などの通常時は閉塞し一定の圧力を超えたら開口する機構としても良い。（７）の発明の圧力が閾値を超えた場合に排気を許容するものは、実施形態では逆止弁に対応する。逆止弁を設けることで簡単に係る機能を実現できるので良いが、他の機構・部品を用いても良い。

本発明では、大電流遮断時・小電流遮断時のいずれにも適切に対応でき、小型で、小さい操作力で動作するガス遮断器となる。

本発明に係るガス遮断器の第一実施形態の閉極時の状態を示す図である。 本発明に係るガス遮断器の第一実施形態の開極途中の状態を示す図である。 本発明に係るガス遮断器の第一実施形態の開極時の状態を示す図である。 本発明に係るガス遮断器の第二実施形態の閉極時の状態を示す図である。 本発明に係るガス遮断器の第二実施形態の開極途中の状態を示す図である。 本発明に係るガス遮断器の第三実施形態の閉極時の状態を示す図である。 本発明に係るガス遮断器の第三実施形態の開極途中の状態を示す図である。

以下、本発明の一実施形態について図面に基づき、詳細に説明する。なお、本発明は、これに限定されて解釈されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良を加え得るものである。

図１から図３は、本発明に係るガス遮断器の第一実施形態を示している。ガス遮断器１０は、図示しない消弧性のガスが充填された容器内に、対向配置された固定電極部１１及び可動電極部１２を有する。消弧性のガスは、例えばＳＦ_６ガス等の絶縁性の高いガスを用いる。

固定電極部１１は、固定アーク接触子１３と、この固定アーク接触子１３の外方に配設された固定主接触子１４と、固定アーク接触子１３及び固定主接触子１４間を電気的に接続するとともに、これら接触子を支持するための導電性支持部材１５とを有する。固定アーク接触子１３と固定主接触子１４は、円筒形からなり、同心に配置する。また、固定アーク接触子１３，固定主接触子１４並びに導電性支持部材１５は、同一材料で一体形成して構成してもよいし、別部材を組み立てて構成してもよい。さらに、固定主接触子１４の先端には、絶縁ノズル１６を連結する。

また、本実施形態では、固定主接触子１４の内部空間が熱パッファ室２０を構成する。すなわち、固定主接触子１４の内周面と固定アーク接触子１３の外周面との間の空間は、一端は導電性支持部材１５で閉塞され、他端は絶縁ノズル１６に開口する。後述するように、事故遮断時に発生する熱により熱パッファ室２０内のガスの圧力が上昇すると、当該熱パッファ室２０内のガスが絶縁ノズル１６から外部に噴射される。

可動電極部１２は、固定アーク接触子１３に対して摺動可能に配設された可動アーク接触子２１と、この可動アーク接触子２１の外方において、固定主接触子１４と摺動可能に配設された可動主接触子２２とを有している。可動アーク接触子２１は、棒状体から構成し、可動主接触子２２は円筒形から構成する。そして両者を連結部材２３にて連結し、可動アーク接触子２１と可動主接触子２２は同心に配置する。連結部材２３は導電材料で形成する。また、可動アーク接触子２１，可動主接触子２２並びに連結部材２３は、同一材料で一体形成して構成してもよいし、別部材を組み立てて構成してもよい。さらに可動アーク接触子２１は、その後方端において図示省略する操作機構部に連係されている。可動電極部１２は、操作機構部により、可動アーク接触子２１の軸方向に往復移動可能となる。

そして本実施形態では、可動電極部１２と同心上に吸い込みシリンダー２６を設ける。吸い込みシリンダー２６は、同心上に配置された外筒部２６ａ，内筒部２６ｂを備える。内筒部２６ｂは、前後端が開口して軸方向に貫通する貫通孔を有する。そして、その貫通孔内に可動アーク接触子２１が軸方向に移動可能に配置される。また、内筒部２６ｂは、軸方向に伸びる複数本のスリット２６ｂ′が形成される。連結部材２３は、例えば中心に貫通孔２３ａを有する円盤状からなる。貫通孔２３ａの内径は、可動アーク接触子２１の外径とほぼ等しくする。そして、連結部材２３の貫通孔２３ａの内周面のうち、スリット２６ｂ′に対向する部位を中心に向けて突出する凸部２３ｂとし、その凸部２３ｂをスリット２６ｂ′内に挿入配置される。そして、その凸部２３ｂの先端にて可動アーク接触子２１と連結する。これにより、図示省略する操作機構部により付勢された可動アーク接触子２１ひいては可動電極部１２が軸方向に移動する際、凸部２３ｂはスリット２６ｂ′に沿って移動する。

一方、内筒部２６ｂの前端（絶縁ノズル１６側）には、蓋部２６ｃが連結される。蓋部２６ｃの外径は外筒部２６ａの内径より一回り小さくし、蓋部２６ｃの外周縁と外筒部２６ａの内周面との間に所定の隙間が形成される。この隙間に、可動主接触子２２が軸方向に移動可能に配置される。さらに、蓋部２６ｃには、ガス吸い込み口２６ｄが形成される。ガス吸い込み口２６ｄは、蓋部２６ｃに設けた開口部により構成される。係る構成を採ることで、内筒部２６ｂ，連結部材２３，可動主接触子２２，蓋部２６ｃにて構成される空間からなる吸い込み室２７が形成され、係る吸い込み室２７の容積は可動電極部１２の往復移動に伴い変化する。

次に本実施形態のガス遮断器１０の遮断動作について説明する。図１に示すガス遮断器１０の閉極時（通電時）の状態から開極動作（遮断動作）を開始すると、可動電極部１２を図示されてない操作機構部により図中右側に移動させる。すると、図２に示すように、可動主接触子２２，可動アーク接触子２１は、それぞれ固定主接触子１４，固定アーク接触子１３と離反する。開極動作の途中で、可動アーク接触子２１と固定アーク接触子１３との間でアーク３０が点弧する。大電流遮断時には、可動アーク接触子２１と固定アーク接触子１３間に発生した高温のアークにより熱パッファ室２０内の圧力が上昇し、熱パッファ室２０内のガスが、図２の矢印にて示されるように絶縁ノズル１６に沿って流れ、可動アーク接触子２１，固定アーク接触子１３間に点弧していたアーク３０を消弧する。

また、図２に示すように、熱パッファ室２０から絶縁ノズル１６を介して吹き出されたガスは、ガス吸い込み口２６ｄ内を通過し、吸い込みシリンダー２６の内部に流入する。そして、このように流入する際には、吸い込みシリンダー２６の吸い込み室２７が拡張しており、係る吸い込み室２７内に高圧のガスが入る。よって、大電流遮断時において発生する高圧のガスは、操作機構部による可動電極部１２の動作に対する反力とならない。さらに、この吸い込み室２７内に流入する高圧のガスは、可動電極部１２を右側に動かす力が発生し、操作機構部の操作エネルギー低減に寄与する。

一方、小電流遮断時には、熱パッファ室２０内の圧力が十分に上昇しない。しかし本実施形態では、図示されてない操作機構部により可動電極部１２が移動し、吸い込みシリンダー２６の内部空間である吸い込み室２７が拡張される。すると、吸い込み室２７の内部仏力が外部の圧力より低くなり、その圧力差により熱パッファ室２０からのガス流れを作る。よって、アーク接触子間に発生した、小電流アークを遮断する。小電流遮断時の操作エネルギーは、可動電極部１２の移動と吸い込み室２７の拡張とガスの吸い込み室２７への流入のため、従来の可動電極の移動と機械パッファの圧縮に比べて、大幅に低減できる。

図４，図５は、本発明の第二実施形態を示している。本実施形態では、第一実施形態を基本とし、吸い込みシリンダー２６を構成する蓋部２６ｃに、ガス排気穴２６ｅを設ける。図５に示すように、このガス排気穴２６ｅは、吸い込み室２７内に進入してきたガスの一部を室外に排気するためのものである。

すなわち、例えば大電流遮断時に発生するアーク３０のアーク熱が高く、熱パッファ室２０内の圧力上昇が過度に大きくなり、吸い込み室２７内へ流入するガスの量が過大となり吸い込み室２７の圧力が上がりすぎると、熱パッファ室２０と吸い込み室２７内の圧力差も小さくなり、アーク消弧のためのガス流が悪化するおそれがある。そこで、吸い込み室２７のガスを排出するガス排気穴２６ｅを設けることで係る弊害を解消するようにした。なお、その他の構成並びに作用効果は第一実施形態と同様であるので、対応する部材に同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。

図６，図７は、本発明の第三実施形態を示している。本実施形態では、第一実施形態を基本とし、吸い込み室２７の空間を仕切る可動電極部１２の連結部材２３に逆止弁３３を設ける。この逆止弁３３は、吸い込み室２７から外部に流出するのを許容し、連結部材２３の外側から吸い込み室２７内に流入するのを阻止する機能を有する。さらに、この逆止弁３３は、通常時は吸い込み室２７から外部に流出する経路も閉じており、吸い込み室２７内の圧力が閾値を超えた場合に弁が開いて吸い込み室２７から外部に流出するのを許容する。

上述した第二実施形態と同様に、吸い込み室２７内の圧力が上昇しすぎるとアーク消弧のためのガス流が悪化する。そこで、当該圧力が閾値を超えた場合に吸い込み室２７内のガスを外部に放出し、アーク消弧のためのガス流を確保するようにした。

さらに、本実施形態では、吸い込み室２７内の圧力が閾値以下の場合には逆止弁３３が閉じているため、吸い込み室２７の拡張による室内の圧力低下は維持でき、小電流遮断時のアークの消弧を確実に行える。また、あまり過大ではない大電流遮断時における吸い込み室２７内に流入する高圧のガスによる可動電極部１２を右側に動かす力を発生させ、操作機構部の操作エネルギー低減に寄与する効果を発揮する。

なお、その他の構成並びに作用効果は第一実施形態と同様であるので、対応する部材に同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。また、本発明は、各実施形態を適宜組み合わせて実施しても良い。例えば、第二実施形態と第三実施形態の両方を組み合わせたり、排気口を逆止弁にしたりするなど、各種の変更実施が可能である。

１０ ガス遮断器
１１ 固定電極部
１２ 可動電極部
１３ 固定アーク接触子
１４ 固定主接触子
１５ 導電性支持部材
１６ 絶縁ノズル
２０ 熱パッファ室
２１ 可動アーク接触子
２２ 可動主接触子
２３ 連結部材
２６ 吸い込みシリンダー
２６ａ 外筒部
２６ｂ 内筒部
２６ｂ′ スリット
２６ｃ 蓋部
２６ｄ ガス吸い込み口
２６ｅ ガス排気穴
２７ 吸い込み室
３０ アーク
３３ 逆止弁

Claims (7)

1. 消弧性のガスが充填された容器内に、対向配置された固定電極部及び可動電極部を備え、閉極時は前記固定電極部と前記可動電極部が通電し、開極時は前記可動電極部が移動して前記固定電極部と前記可動電極部が離反し遮断するガス遮断器であって、
   前記固定電極部側に熱パッファ室を設け、
   前記可動電極部側に、前記開極時の前記可動電極部の移動に伴い容積が拡張する吸い込み室を設け、
   大電流遮断時は高圧となった前記熱パッファ室内のガスを、前記固定電極部の固定アーク接触子と、前記可動電極部の可動アーク接触子との間に発生するアークに吹き付けて消弧する機能と、
   小電流遮断時は、拡張して圧力が低下した前記吸い込み室内に、その吸い込み室の圧力よりも高圧の前記熱パッファ室内のガスを流入させ、その流入に伴うガスの移動により前記固定アーク接触子と前記可動アーク接触子との間に発生するアークを消弧する機能を備えた
   ことを特徴とするガス遮断器。
2. 吸い込み室内のガスを外部に排出する機構を備えたことを特徴とする請求項１に記載のガス遮断器。
3. 前記固定電極部は、前記固定アーク接触子と、その固定アーク接触子の外方に配設された固定主接触子とを備え、
   前記熱パッファ室は、前記固定アーク接触子と前記固定主接触子との間の空間により形成されることを特徴とする請求項１または２に記載のガス遮断器。
4. 前記可動電極部は、前記可動アーク接触子と、この可動アーク接触子の外方に配設された可動主接触子と、前記可動アーク接触子と前記可動主接触子を連結する連結部材とを有し、
   前記可動アーク接触子は、筒体内に移動可能に挿入配置され、
   前記筒体の一端には、前記ガスを吸い込む吸い込み口を備えた蓋部が設けられ、
   前記可動主接触子，前記連結部材，前記筒体並びに前記蓋部にて構成される空間により前記吸い込み室が形成されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のガス遮断器。
5. 前記蓋部に、前記吸い込み室内のガスを排出する排気機構を設けたことを特徴とする請求項４に記載のガス遮断器。
6. 前記連結部材に前記吸い込み室内のガスを排出する排気機構を設けたことを特徴とする請求項４または５に記載のガス遮断器。
7. 前記連結部材に設けた前記排気機構は、前記吸い込み室内の圧力が閾値を超えた場合に排気を許容するものであることを特徴とする請求項６に記載のガス遮断器。

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