JP2016045988A - ガス遮断器 - Google Patents

Abstract

【課題】ガス遮断器の排気導体の排気孔から排出される高温ガスの影響を低減し、絶縁性能を向上させる。【解決手段】接地タンク２０１内に設けられた一対の接触子及び一対の排気導体を有するガス遮断器において、一対の排気導体に設けられた排気孔１０５ａに開口部を有する絶縁性のカバー１１０を設け、カバー１１０は、一対の接触子に近い側の開口端部および遠い側の開口端部のそれぞれに、ガイド部を有し、ガイド部は、排気孔保護ガイド１１０ｆと高温ガス流路分割用ガイド１１０ａを有し、排気孔保護ガイドと高温ガス流路分割用ガイドの間に第一のガス流路１１０ｇを、高温ガス流路分割用ガイドの間に第二のガス流路１１０ｈを設け、第一のガス流路は第二のガス流路より幅狭であり、排気孔保護ガイド１１０ｆの第一のガス流路側の端部が高温ガス流路分割用ガイド１１０ａに向かって張り出すように構成する。【選択図】図５

Description

本発明は、ガス遮断器に関し、特に排気導体の排気孔における絶縁性能を向上させたガス遮断器に関するものである。

近年の電力開閉装置は、電力需要の増大と電力設備の小型・高信頼化の要請から、絶縁・遮断性能の高い六弗化硫黄（ＳＦ₆）ガスを封入したタンク内に、通電導体や遮断部などの電気装置を収納することにより開閉装置全体を大幅に縮小したガス絶縁開閉装置（以下、ＧＩＳという。）が主流となる傾向が顕著である。

このＧＩＳの最も重要な構成要素は遮断器（以下、ＧＣＢという。）であり、このＧＣＢは、ＳＦ₆ガスを封入した遮断部タンク内に遮断部が絶縁スペーサ、あるいは絶縁筒などを介して支持される構造となっている。

この遮断部は通常の負荷電流のみならず、事故時の短絡電流も迅速に遮断するが、このときにアーク過熱によって高温となった消弧性ガス（以下、高温ガスという。）が排気導体からタンク側に流れ、周囲の絶縁性能を低下させ、地絡を発生させる要因となる。

従来技術として特許文献１のように、排気筒内部に冷却羽を設け、高温ガスが冷却羽に当たるようにすることで周囲の低温ガスの攪拌が促進され、排気孔から排出されるガスの温度を速やかに冷却できるものがある。

しかしながら、近年のＧＣＢは小型化が進み、遮断部自体の小型化も進んでいる。遮断部の小型化は、固定側または可動側、もしくは両排気導体の小型化を伴うことが多いが、このような状況において、組立性および配置スペースの兼ね合いから、前述のような冷却羽を排気筒内部に構成することは難しい。

また、排気導体に設けられる排気孔は組立時に遮断部のリンク機構を接続する組立孔としても使用している。排気孔は組立に用いることができる程度の大きさとする必要があり、遮断部の小型化が進むと、排気孔の大きさが遮断部全体の比率に対して大きくなってしまう。

一方、仮に排気孔を大幅に小さくすると遮断性能の低下を招く等の問題も起こる。さらに、小さな排気孔から高温ガスが排出される場合、排気孔の端部は高温ガスにさらされやすくなり、絶縁性能低下が避けられない。

遮断部が小型化されてもアーク消弧に際して生じる高温ガスの減少には直結しないため、むしろ高温ガスを冷却する空間が少なくなって、排気孔の設定には課題が多い。適切な排気孔を設定できなければ、排気導体と接地タンクの間の絶縁性能の低下が、大きな問題となる。

特開２０００−２６８６８８

本発明では、アーク加熱によって生じた高温ガスが排気導体を通じて接地タンク側に排出される場合に、地絡のおそれを低減し、ガス遮断器の絶縁性能を向上させることを目的とする。

本発明に係るガス遮断器は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、消弧性ガスが充填された接地タンクと、前記接地タンク内に設けられた一対の接触子と、前記一対の接触子が電気的に接続された一対の排気導体とを有するガス遮断器において、前記一対の排気導体に設けられた排気孔の少なくとも一方に絶縁性のカバーを有し、前記カバーは前記排気孔の開口端に沿って配置され、かつ、前記排気導体内部と連通する開口部を有することを特徴とする。

本発明に係るガス遮断器は、上記記載の排気構造を採用することで、排気孔から排出される高温ガスが、絶縁的に弱点部となり得る排気孔端部に直接吹き付けることを防止し、機器の絶縁性能を向上させることができる。

本発明に係るガス遮断器の投入状態を示す。 本発明に係るガス遮断器の遮断動作状態を示す。 本発明に係るガス遮断器の遮断完了状態を示す。 本発明に係るガス遮断器の排気構造の拡大図である。本図は図２におけるIV方向から見た図である。 図４のＶ−Ｖ断面図である。 本発明に係るＰＴＦＥカバーの例の拡大図である。 図６のVII−VII断面図である。

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て種々の態様で実施することが可能である。

図１〜図３に示すように、接地タンク２０１内にはＳＦ₆ガス等の絶縁性ガスが封入され、固定側通電導体２０２および可動側通電導体１１１が引き込まれる。

固定側通電導体２０２は、固定側遮断部２００を構成する固定側アーク接触子ベース２０３、固定側アーク接触子２０４、固定側主接触子２０５および固定側排気導体２０６に電気的に接続されている。

可動側通電導体１１１は、可動側排気導体１０５に電気的に接続され、可動側排気導体１０５はその内周にパッファピストン１０６が固定されている。パッファシリンダ１０４は、可動側排気導体１０５とパッファピストン１０６の間に摺動自在に保持され、可動側通電導体１１１と可動側排気導体１０５を経て電気的に接続されている。

パッファシリンダ１０４の内側にはパッファシャフト１０７が同心円状に設けられ、一端をパッファシリンダ１０４に固定されている。パッファシャフト１０７の他端は絶縁操作ロッド１０８に連結される。この構成により絶縁操作ロッド１０８の他端に取り付けられた操作器（不図示）の駆動力が可動側遮断部１００に伝えられる。

可動側遮断部１００の先端は絶縁ノズル１０１、可動側主接触子１０２、可動側アーク接触子１０３、パッファシリンダ１０４が同軸に配されて構成される。可動側排気導体１０５は絶縁筒１０９によって接地タンク２０１に固定される。

図１はガス遮断器の系統における運転状態（投入状態）を示し、図２は短絡電流を遮断した直後の状態を示し、図３は短絡電流遮断後の遮断完了状態を示す。

図１の状態で指令電流が出されると、操作器（不図示）の駆動力が絶縁操作ロッド１０８を介して可動側遮断部１００に伝えられ、図２に示すように可動側遮断部１００が紙面右側に移動する。このとき、パッファシリンダ１０４内の消弧性ガスがパッファピストン１０６により圧縮させることで、可動側アーク接触子１０３と固定側アーク接触子２０４の間に生じるアークに吹き付けられる。パッファシリンダ１０４内の消弧性ガスの放出は、図３に示す遮断完了状態に至るまで続けられる。可動側の高温ガスの流れを説明すると、可動側アーク接触子１０３の内側を通過したガスは、パッファシャフト１０７の排気スリット（不図示）を通して、可動側排気導体１０５へ流入し、その後、主に、排気孔１０５ａから接地タンク２０１に排出される。アーク消弧、および、高温ガスの冷却と絶縁性能維持過程までを含めた一連により、遮断完了となる。

図４は図２のIV矢視の拡大図である。可動側排気導体１０５の排気孔１０５ａにＰＴＦＥカバー１１０を設けた状態を示す。図５は図４のＶ―Ｖ矢視断面図である。この断面図は実施例のＰＴＦＥカバー１１０の構造および固定方法を示す。図６および図７は、本実施例のＰＴＦＥカバー１１０のみの拡大図である。

図６および図７に示すように、ＰＴＦＥカバー１１０は、高温ガス流路分割ガイド１１０ａ、カバーボルト締結穴１１０ｄ、カバー差込部１１０ｅ、排気孔保護ガイド１１０ｆで構成される。

排気孔１０５ａの端部周囲は接地タンクと対向した場所となるため高電界部であり、遮断部からの高温ガスにさらされると絶縁的な弱点となる。ＰＴＦＥカバー１１０は排気孔１０５ａの開口周囲を覆っているので、高温ガスが直接的に排気孔１０５ａに当たらないようにする効果がある。結果として、絶縁性能の向上が得られる。

さらに、本実施例では、より効果的な構造とするため、ＰＴＦＥカバー１１０の先端に排気孔保護ガイド１１０ｆを設けている。排気孔１０５ａの周囲に沿ってＰＴＦＥカバーの開口部を狭める側に張り出した形状とすることで、遮断部からの高温ガスが排気孔１０５ａ端部に直接吹き付けるのを防ぐ効果が高まり、さらなる絶縁性能の向上となる。この排気孔保護ガイド１１０ｆはＰＴＦＥカバーの開口部全体に設けることで弱点部をバランスよく保護できるが、特に、高温ガスの流れが速い下流側に設けること、また、下流側の保護ガイドの大きさを大きく設定することで効果が高まる。

上記に加えて、遮断部からの高温ガスが排気孔１０５ａ端部に吹き付けるおそれを極力低減するために、ＰＴＦＥカバー１１０を以下のように構成する。図５および図６に示すように、排気孔保護ガイド１１０ｆ近傍に高温ガス流路分割ガイド１１０ａを設けて第一のガス流路１１０ｇを形成する。図５においては、２つ設けた高温ガス流路分割ガイド１１０ａの間には、第二のガス流路１１０ｈを構成する。第一のガス流路１１０ｇからの高温ガスの流量は、第二のガス流路１１０ｈからの高温ガスの流量よりも少なくなるよう構成し、排出される高温ガスの大部分が第二のガス流路１１０ｈを経由するように構成する。

高温ガス流路分割用ガイド１１０ａは第一のガス流路１１０ｇからの高温ガスの流れが、第二のガス流路１１０ｈから排出される高温ガスに向かうように配置する。このようにするために、たとえば、排気孔保護ガイド１１０ｆの第一のガス流路１１０ｇ側の端部が高温ガス流路分割ガイド１１０ａに向かって張り出すように形成する（図５参照）。さらに、排気孔保護ガイド１１０ｆの高温ガス流路分割ガイド１１０ａに向き合う側が１１０ａに向かう勾配を有するように形成することで第一のガス流路１１０ｇの流路抵抗を低減するよう構成してもよい。

このように構成することで、第２のガス流路１１０ｈ経由で排出される大部分の高温ガスが、第一のガス流路１１０ｇからの高温ガスの流れの影響を受け、高電界部でもある排気孔１０５ａ端部に流れるおそれを極力低減する。また、電流遮断時に排出される消弧性ガスは局所的に高温なガスであるため、例え局所的であっても、ガス密度が低下した状態にあり、高電界部に到達すると絶縁性能の低下を招く。ガス流路を第一、第二と分けた後に混合させることは、可動側排気導体１０５内部での流れの複雑化、すなわち、排気孔１０５ａからの排出ガスを攪拌冷却させる効果を生む。結果として、機器の小型化、信頼性向上に寄与することとなる。

なお、高温ガス流路分割用ガイド１１０ａは必ずしも２つ設ける必要はなく、必要に応じ、遮断部から遠い側（図５の下流側）のみの配置としてもよく、遮断部から近い側（図５の上流側）のみの配置としてもよい。本実施例で示した２つの第一のガス流路１１０ｇは、ほぼ同程度の流量に設定した例であるが、遮断部の構成によっては、高温ガスが下流側に偏って排出される場合もあり、下流側の流路を上流側より抑制することも効果がある。

本実施例においては、カバーの材質は、アークにさらされるノズル材としても一般に使用されているＰＴＦＥを一例とした。排気孔１０５ａから排出されるガスは高温状態であり、熱的な耐久性能も要求されるため、ＰＴＦＥは最適な材質のひとつである。

また、絶縁ノズル１０１と可動側主接触子１０２との関係と同様に、高電界部位に近接していても絶縁性材料の表面は電界緩和された条件となる。先に述べたようにＰＴＦＥカバーにより高温ガスが高電界部に吹き付けるのを抑制するだけでなく、絶縁物のもつ電気的性能も含めて絶縁性能の向上が得られる。すなわち、ＰＴＦＥを含む高温ガスに対して耐久性を有する絶縁性能の高い樹脂材は、形状の工夫によるガイド効果、および、冷却効果に加え、電界緩和効果による絶縁性能の向上をかねることができる。

なお、図５にも示すように、可動側排気導体１０５において、接地タンク２０１側と対向する高電界側については、可動側排気導体１０５とカバー１１０との間には適切なクリアランス（通常２ｍｍ以上）を設けている。これは、トリプルジャンクションと呼ばれる絶縁性能低下の問題として知られており、図示はしていないが、絶縁ノズル１０１の固定部でも同様の工夫がされている。

以上のように、カバー１１０の材質としてはＰＴＦＥが一例となるが、アークに直接さらされる場所ではないためＰＴＦＥの純度を下げてもよく、ＰＴＦＥ以外でも高温ガスに対する耐久性等を有する絶縁性樹脂材が代用可能である。

次に、ＰＴＦＥカバー１１０を可動側排気導体１０５に固定する方法について述べる。可動側排気導体１０５には、ＰＴＦＥカバー１１０を遮断部に近い側（高温ガスの上流側）でボルト締結するためのボルト穴１０５ｂが備わっている（図５参照）。また遮断部から遠い側（高温ガスの下流側）には、ＰＴＦＥカバー１１０を差し込んで動かないようにするためのカバー差込穴１０５ｃが備わっている。

ＰＴＦＥカバー１１０の遮断部に近い側は、カバー固定用ブッシュ１１０ｃにタップを設け、カバー固定用ボルト１１０ｂで固定する。ＰＴＦＥは樹脂のため、カバーにネジを設けてもボルトが緩むおそれがある。カバー固定用ブッシュ１１０ｃには、図５に示すようにツバ部を設け、このツバ部によりＰＴＦＥカバー１１０を固定することで、ＰＴＦＥカバー１１０の脱落を防いでいる。

このように、遮断部近い側のボルト締結のみでもＰＴＦＥカバー１１０を固定することはできるが、より好ましくは、遮断から遠い側にもカバー差込部１１０ｅを設け、それを可動側排気導体１０５に設けたカバー差込穴１０５ｃにはめることによりＰＴＦＥカバー１１０の両端を固定することが望ましい。ＰＴＦＥカバー１１０には高温ガスが吹き付けるので、機械強度に対する裕度が増し、ＰＴＦＥカバー１１０の脱落、あるいは破損のおそれを低減することができる。なお、ＰＴＦＥカバー１１０の両端をボルトにより可動側導体１０５に固定することも可能である。

ＰＴＦＥカバー１１０の固定においては、樹脂材の熱変形、吸湿、ガス吸着等の寸法変化にも配慮する必要がある。上記において、カバーボルト締結穴１１０ｄとカバー固定用ブッシュ１１０ｃとのクリアランス、および、カバー差込部１１０ｅとカバー差込穴１０５ｃとのクリアランスを適切に設定することで実現する。

なお、上記実施例では可動側排気導体について説明したが、固定側排気導体についても同様であり、本発明は可動側排気導体または固定側排気導体の一方、もしくは両方に適用することが可能である。また、本発明は双駆動方式のガス遮断器にも適用することが可能である。

１００・・・可動側遮断部、１０１・・・絶縁ノズル、１０２・・・可動側主接触子、１０３・・・可動側アーク接触子、１０４・・・パッファシリンダ、１０５・・・可動側排気導体、１０５ａ・・・排気孔、１０５ｂ・・・ボルト穴、１０５ｃ・・・カバー差込穴、１０６・・・パッファピストン、１０７・・・パッファシャフト、１０８・・・絶縁操作ロッド、１０９・・・絶縁筒、１１０・・・ＰＴＦＥカバー、１１０ａ・・・高温ガス流路分割用ガイド、１１０ｂ・・・カバー固定用ボルト、１１０ｃ・・・カバー固定用ブッシュ、１１０ｄ・・・カバーボルト締結穴、１１０ｅ・・・カバー差込部、１１０ｆ・・・排気孔保護ガイド、１１０ｇ・・・第一のガス流路、１１０ｈ・・・第二のガス流路、１１１・・・可動側通電導体、２００・・・固定側遮断部、２０１・・・接地タンク、２０２・・・固定側通電導体、２０３・・・固定側アーク接触子ベース、２０４・・・固定側アーク接触子、２０５・・・固定側主接触子、２０６・・・固定側排気導体

Claims (6)

1. 消弧性ガスが充填された接地タンクと、前記接地タンク内に設けられた一対の接触子と、前記一対の接触子と電気的に接続された一対の排気導体とを有するガス遮断器において、
   前記一対の排気導体に設けられた排気孔の少なくとも一方に絶縁性のカバーを有し、
   前記カバーは、前記排気孔の開口端に沿って配置され、かつ、前記排気導体内部と連通する開口部を有することを特徴とするガス遮断器。
2. 前記カバーは、前記一対の接触子に近い側の開口端および前記一対の接触子から遠い側の開口端の少なくとも一方に、排気孔保護ガイドを有することを特徴とする、
   請求項１に記載のガス遮断器。
3. 前記カバーは更に高温ガス流路分割用ガイドを有することを特徴とする、
   請求項２に記載のガス遮断器。
4. 前記カバーは、前記一対の接触子に近い側の開口端部および前記一対の接触子から遠い側の開口端部のそれぞれに、高温ガスが前記排気孔の開口端部に吹き付けるのを妨げるガイド部を有し、
   前記ガイド部は、排気孔保護ガイドと高温ガス流路分割用ガイドを有し、
   前記排気孔保護ガイドと高温ガス流路分割用ガイドの間に第一のガス流路を設け、前記高温ガス流路分割用ガイドの間に第二のガス流路を設け、
   前記第一のガス流路は前記第二のガス流路より幅狭であり、
   前記排気孔保護ガイドの前記第一のガス流路側の端部が前記高温ガス流路分割用ガイドに向かって張り出すように形成されることを特徴とする、
   請求項１に記載のガス遮断器。
5. 前記カバーは、その一端に金属性のブッシュを有し、
   前記ブッシュを介して前記カバーと前記一対の排気導体の少なくとも一方を締結することを特徴とする、
   請求項１から４のいずれか一項に記載のガス遮断器。
6. 前記カバーは、その他端に嵌合部を有し、
   前記嵌合部を前記一対の排気導体の少なくとも一方に設けられた嵌合部に嵌め合わせることを特徴とする、
   請求項５に記載のガス遮断器。