JP2017091988A - ガス遮断器 - Google Patents

Abstract

【課題】分解ガスや分解生成物の発生があっても絶縁強度の低下を抑えることにより、機器のコンパクト化に寄与しつつ、十分な極間の絶縁強度を得ることが可能なガス遮断器を提供する。【解決手段】可動接触子部２０と対向接触子部１０は極間の絶縁筒６により連結されている。絶縁筒６は可動接触子部２０と対向接触子部１０を橋絡し且つこれらを支持する。絶縁筒６の内周面と絶縁ノズル２３の外周面で囲まれた通電接触子１２、２２を含む内部空間に、隔壁５１、５３を設ける。隔壁５１、５３に分解生成物を捕集するフィルタ５２、５４を取り付ける。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、２つの接触子部の間に絶縁筒を設けたガス遮断器に関する。

現在、ガス遮断器のタイプとしては、遮断過程で生じるアーク放電に対し消弧性ガスを吹付けるパッファ形が広く普及している。一般的なパッファ形のガス遮断器では、消弧性ガスが充填された密閉容器内に、２つの接触子部、例えば可動接触子部と固定接触子部が、対向して配置されている。このうち、可動接触子部は、連結された駆動装置により、遮断動作時および投入動作時に動作するように構成されている。また、固定接触子部は密閉容器内に固定されている。

このようなガス遮断器では、故障電流遮断時のように数ｋＡから数１０ｋＡオーダーの大電流アークを遮断すると、消弧性ガスが分解して分解ガスが生じることが知られている。また、ガス遮断器の大電流アーク遮断時には、アークにより消弧性ガスが数百から数千度に及ぶ高温の熱ガスとなるため、アーク付近の絶縁ノズルやアーク接触子の材料の一部が昇華してガス中に溶け込むことになる。そして、大電流アーク遮断後には、ガスの温度が低下するため、ガス中に溶け込んだ材料が固体に戻り、密閉容器内部に多様な分解生成物が現れることになる。

ところでガス遮断器には、２つらの接触子部を橋絡し且つ支持するための絶縁筒等、絶縁物が設置されている。ガス遮断器の遮断状態では、落雷時のインパルス電圧などが印加されると、絶縁物の表面に絶縁破壊が発生し、絶縁耐力が失われてしまう場合がある。そのため、絶縁物は十分な絶縁強度を確保するようになっている。

特開２０１５−４１５０４号公報

ガス遮断器において、絶縁筒等の絶縁物は、材料としてＦＲＰやエポキシ樹脂等が多用されている。これらの材料は、大電流アーク遮断時に生じた分解ガスに晒されると、短期的もしくは長期的に絶縁物の表面が変質する。その結果、絶縁物の絶縁耐力が低下する場合がある。

また、固体化した分解生成物が絶縁物の表面に堆積すると、絶縁物表面が変質するだけではなく、表面抵抗の低下を招いた。さらには、分解生成物が電気を帯びて浮遊することで、絶縁耐力が低下する場合がある。すなわち、ガス遮断器では、分解ガスや分解生成物が存在することで、絶縁耐力が低下することが指摘されている。

そこで、従来のガス遮断器においては、分解ガスや分解生成物によって絶縁強度の低下が起きることを考慮に入れ、十分な裕度をもって、消弧室の大きさが設定されている。その結果、消弧室の大型化を招いており、機器のコンパクト化を阻害していた。

本発明の実施形態は、上記の課題を解決するために提案されたものであり、分解ガスや分解生成物の発生があっても絶縁強度の低下を抑えることにより、機器のコンパクト化に寄与しつつ、十分な極間の絶縁強度を得ることが可能なガス遮断器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の実施形態に係るガス遮断器は、次の構成要素（１）〜（８）を備えている。
（１）消弧性ガスが充填された密閉容器内に、中心軸上に対向配置された第１接触子部および第２接触子部を有する。
（２）少なくとも前記第１接触子部は、連結された駆動装置により、遮断動作時および投入動作時に動作するように構成する。
（３）前記第１接触子部は、第１アーク接触子および第１通電接触子を有する。
（４）前記第２接触子部は、第２アーク接触子および第２通電接触子を有する。
（５）前記第１アーク接触子および第２アーク接触子は、通常運転時は接触導通状態にあり、遮断動作時は開離するとともに、両接触子間の空間として定義されるアーク空間にアークを発生するように構成する。
（６）前記第１接触子部と前記第２接触子部の間には、両接触子部を橋絡し且つ支持する絶縁筒を設ける。
（７）前記絶縁筒の内周面を含む空間として定義される内部空間と、この内部空間の外側の空間として定義される外部空間とを仕切るための隔壁を設ける。
（８）前記隔壁に、消弧性ガスのアーク放電により生じる分解ガス又は分解生成物を捕集する捕集部を設ける。

第１の実施形態の投入状態を示す断面図。 第１の実施形態の遮断動作の進んだ状態を示す断面図。 第２の実施形態の開口穴付近の拡大図。 第３の実施形態の開口穴付近の拡大図。

［第1の実施形態］
［構成］
以下、図１および図２を用いて、第１の実施形態に係るパッファ形のガス遮断器を具体的に説明する。図１はガス遮断器の投入状態を示す断面図、図２はガス遮断器の遮断状態を示す断面図である。

［全体的な構成］
図１および図２に示すように、消弧性ガスが充填された密閉容器７内には、可動接触子部２０と対向接触子部１０が、中心軸上に互いに対向して配置されている。対向接触子部１０は密閉容器７内に固定されている。可動接触子部２０は連結された駆動装置４により、遮断動作時および投入動作時に動作するように構成されている。可動接触子部２０の動作方向については、対向接触子部１０側の方向を前方、その反対側を後方と定義して説明する。

可動接触子部２０には、可動アーク接触子２１および可動通電接触子２２が設けられている。対向接触子部１０には、対向アーク接触子１１および対向通電接触子１２が設けられている。可動アーク接触子２１と対向アーク接触子１１は、互いに接離自在に配置され、通常運転時は接触導通状態にあり、遮断動作時は開離するとともに、両接触子２１、１１間の空間として定義されるアーク空間にアークを発生するように構成されている。可動通電接触子２２と対向通電接触子１２もまた、互いに接離自在に配置され、通常運転時は接触導通状態にあり、遮断動作時は開離するように構成されている。

可動接触子部２０には、中空の操作ロッド２５が設けられている。操作ロッド２５は、駆動装置４によって、その軸方向に往復運動するように構成されており、その中程に、その中空部と充填ガス雰囲気空間を連通する複数の開口部２５ａが形成されている。操作ロッド２５の周囲には、機械的圧縮空間を内包するシリンダ２４が配置されている。操作ロッド２５はシリンダ２４の端面部に連結されている。

シリンダ２４の端面部には開口部２４ａが形成されている。シリンダ２４の端面部において、開口部２４ａの内周側でシリンダ２４の前方側には、可動アーク接触子２１が連結されている。また、可動アーク接触子２１を囲むようにして絶縁ノズル２３が取り付けられている。絶縁ノズル２３はシリンダ２４の開口部２４ａの外周側に配置されている。絶縁ノズル２３にはスロート部２３ａが形成されている。

可動アーク接触子２１と絶縁ノズル２３との間には、シリンダ２４内で形成された圧縮ガスをガス流としてアーク空間に導くための上流側ガス流路が形成されている。絶縁ノズル２３の周囲には、可動通電接触子２２が配置される。可動通電接触子２２はシリンダ２４端面の外周部付近に配置されている。

さらに、シリンダ２４内部には固定ピストン３１が挿入されている。固定ピストン３１は、円形平板状に形成されている。固定ピストン３１は、その内周面で操作ロッド２５の外周面に摺動すると共に、その外周面でシリンダ２４の内周面に摺動するように構成されている。固定ピストン３１は、その後方に一体的に設けられて軸方向に伸びるピストン支持部３１ａによって、後段にて述べるサポート３３内に固定されている。

密閉容器７内には、ガス流の下流空間を構成する部材として、サポート１４、３３が配置されている。サポート１４は開口部１４ａを有する円筒状部材である。サポート１４の内部にはサポート１４の内周面から中心まで延びる支持部１３が取り付けられている。この支持部１３の先端部に、対向接触子部１０の対向アーク接触子１１が配置されている。また、サポート１４の開口部１４ａに対向して隔壁５１（後述）が設けられる。この隔壁５１に対向接触子部１０の対向通電接触子１２が配置されている。つまり、サポート１４側に対向接触子部１０の対向アーク接触子１１および対向通電接触子１２が設けられている。

サポート３３は、サポート１４に対向するようにして可動接触子部２０側に配置されている。サポート３３は絶縁支持物３４によって密閉容器７に支持されている。サポート３３はピストン支持部３１ａを有する有底筒状部材である。前述したように、サポート３３内にピストン支持部３１ａを介して固定ピストン３１が固定されている。

これらサポート１４、３３を連結するように絶縁筒６が取り付けられている。つまり、絶縁筒６により可動接触子部２０と対向接触子部１０が連結される。絶縁筒６は可動接触子部２０と対向接触子部１０を橋絡し且つこれらを密閉容器７に支持する部材である。絶縁筒６はＦＲＰやエポキシ樹脂等からなる。

［特徴的な構成］
第１の実施形態では、絶縁筒６の内周面を含む空間を内部空間と定義し、この内部空間の外側にある空間を外部空間と定義した場合に、内部空間と外部空間を仕切るための隔壁５１、５３が設けられている。

隔壁５１、５３は、絶縁筒６に接するサポート１４、３３の内周部側の端部に配置されている。隔壁５１、５３はサポート１４、３３の内周部から中心方向に向かって垂直に延びて形成されている。隔壁５１は、外周側の端部がサポート１４に固定されており、内周側の端部が絶縁ノズル２３の外周部に接するほど近くに配置されている。隔壁５３は、外側の端部がサポート３３に固定されており、内側の端部がシリンダ２４の外周部に接するほど近くに配置されている。絶縁筒６の内側に形成される内部空間とは、左右からは隔壁５１、５３によって、上部からは絶縁筒６の内周面によって、下部からは絶縁ノズル２３及びシリンダ２４の外周面によって、囲まれた空間である。

隔壁５１、５３の外周側の端部付近には、リング状のフィルタ５２、５４が取り付けられている。このうち、隔壁５１においてフィルタ５２の内側に位置する部分に、対向接触子部１０の対向通電接触子１２が配置されている。フィルタ５２、５４の厚み寸法は隔壁５１、５３の厚み寸法と同程度であり、分解生成物を捕集するものである。フィルタ５２、５４としては例えば、捉える粒子径は２０μｍ以上金属粒子やフッ化物などの微粒子を捕獲可能なフィルタが好適である。また、フィルタ５２、５４はある程度の耐熱性を有している。これは、絶縁筒６の内側に形成される内部空間が閉塞されることで、通電熱による内部空間の過熱を防ぐためである。

［遮断動作］
以上の構成を有するガス遮断器が遮断動作を開始すると、駆動装置４から駆動力を受けて操作ロッド２５が後方に移動し、この操作ロッド２５を含む可動接触子部２０が一体的に後方に移動する。この時、固定ピストン３１に対して操作ロッド２５とシリンダ２４が一体的に移動することになり、シリンダ２４と固定ピストン３１は相対的に移動して、シリンダ２４内部に形成される機械的圧縮空間が圧縮される。

遮断動作が進行して、接していた対向アーク接触子１１と可動アーク接触子２１が開離すると、両アーク接触子１１、２１間のアーク空間にはアークが発生する。さらに遮断動作が進行していくと、両アーク接触子間１１、２１の距離が十分開いて適切な流路が形成され、かつシリンダ２４内部に十分な吹きつけ圧力が蓄圧される。その後、電流零点を迎えると、シリンダ２４の開口部２４ａから絶縁ノズル２３を通ってガス流がアークに供給されて消弧に至り、電流遮断が完了する。

［通電接触子の位置］
ガス遮断器の遮断動作が完了した時点では、シリンダ２４の端面部は隔壁５３よりも前方に位置して、可動接触子部２０の後退動作が停止している。シリンダ２４の端面部の前方側に可動通電接触子２２が位置するので、隔壁５３で塞がれた内部空間の内側に、可動通電接触子２２が位置することになる。また、隔壁５１においてフィルタ５２の内側に位置する部分に、対向接触子部１０の対向通電接触子１２が位置している。したがって、ガス遮断器の遮断状態では、隔壁５１、５３に囲まれた内部空間に、２つの通電接触子１２、２２が共に位置することになる（図２参照）。

一方、ガス遮断器の投入状態では、固定された対向通電接触子１２に可動通電接触子２２が接しているので、２つの接触子１２、２２は隔壁５１寄りに位置している。したがって、ガス遮断器の投入状態でも、隔壁５１、５３に囲まれた内部空間に、２つの通電接触子１２、２２が共に位置している（図１参照）。つまり、本実施形態では、動作の状態に関係なく、隔壁５１、５３に囲まれた内部空間の内側に、２つの通電接触子１２、２２が常に位置することになる。

［作用］
第１の実施形態では、数ｋＡから数１０ｋＡオーダーの大電流アークを遮断すると、アークによる熱ガスのために、絶縁ノズル２３、対向アーク接触子１１や可動アーク接触子２１などの材料が、ガス中に溶け込む。そして、電流遮断後の温度低下により、固体に戻った分解生成物が密閉容器７内に現れる。さらに、ガス遮断器が遮断および投入動作を繰り返していくと、分解生成物が帯電して浮遊する。このため、分解生成物は通電接触子１２、２２近傍に近づこうとする。

このとき、本実施形態では、隔壁５１、５３に取り付けたフィルタ５２、５４が分解生成物を捕集する。隔壁５１、５３は、絶縁筒６の内周面を含む内部空間と、その外部空間とを仕切っているので、絶縁筒６側の内部空間に分解生成物が侵入することを抑制することができる。

本実施形態では、ガス遮断器が遮断状態であろうが、投入状態であろうが、隔壁５１、５３に囲まれた内部空間に、２つの通電接触子１２、２２が常に位置している。したがって、絶縁筒６の内部空間に位置する通電接触子１２、２２の表面および極間の絶縁筒６の内周面に、分解生成物が堆積することを確実に防ぐことができる。

［効果］
第１の実施形態によれば、次のような効果が得られる。第１の実施形態では、絶縁筒６の内周面と絶縁ノズル２３の外周面で囲まれた通電接触子１２、２２を含む内部空間に、隔壁５１、５３を設け、ここにフィルタ５２、５４を取り付けている。これらフィルタ５２、５４が分解生成物を捕集するので、通電接触子１２、２２の表面や絶縁筒６の内周面に分解生成物が存在することがない。

このため、絶縁強度の低下を抑えることが可能となり、故障電流遮断後に分解生成物が発生したとしても、通電接触子１２、２０などが分解生成物の影響を受けることがなくなり、十分な裕度をもって消弧室を大きく設定する必要が無い。したがって、従来に比べて消弧室を小さくすることができる。これにより、機器のコンパクト化を進めつつ、十分な極間の絶縁強度を得ることが可能であり、信頼性の向上を図ることができる。

［第２の実施形態］
［構成］
第２の実施形態について図３を参照して説明する。第２の実施形態の基本構成は第１の実施形態と同様であり、同一の部材に関しては同一符号を付して説明は省略する。

第２の実施形態の特徴は、隔壁５１には開口穴５５が設けられ、その近傍に分解生成物を捕集するためのトラップ部５７ａ、５７ｂが設置された点にある。トラップ部５７ａはサポート１４から垂直に延びて設置されており、水平方向に流れる分解生成物を捕集するものである。

一方、トラップ部５７ｂは隔壁５１から水平に延びて設置されており、開口部５５に向かって流れる分解生成物を捕集するものである。なお、図示しないが、隔壁５１側と同様、隔壁５３にも開口穴が設けられ、その近傍に分解生成物を捕集するためのトラップ部が設置されている。

［作用および効果］
第２の実施形態によれば、第1の実施の形態の作用と効果に加えて、以下のような作用と効果が得られる。第２の実施形態では、分解生成物を捕集するために、トラップ部５７ａ、５７ｂを用いており、フィルタ５２、５４を不要としている。

したがって、フィルタ５２,５４に分解生成物の目詰まりが起きる心配が無く、メンテナンス作業が容易となって、作業効率が向上して経済的に有利となる。また、多量の分解生成物を捕集したフィルタ５２、５４によってガスの流れが阻害されるといった懸念も無くなる。その結果、遮断時に流れるガス流量を確保することができ、遮断性能を維持することが可能である。

［第３の実施形態］
［構成］
第３の実施形態について、図４を用いて説明する。第３の実施形態の基本的な構成は第２の実施の形態と同様であり、同一の部材に関しては同一符号を付して説明は省略する。

第３の実施形態は、絶縁ノズル２３の外周面と摺動するように隔壁５１の内周面の端部に、摺動接触部材５６を設けた点に特徴がある。なお、図示しないが、隔壁５３の内周面の端部にも、シリンダ２４の外周面と摺動するように摺動接触部材が設置されている。

［作用および効果］
第３の実施形態によれば、第２の実施形態の作用と効果に加え、次のような作用と効果が得られる。隔壁５１の摺動接触部材５６が絶縁ノズル２３外周面を摺動することで、絶縁ノズル２３の外周面と隔壁５１とのギャップが少なくなる。また、隔壁５３側の摺動接触部材がシリンダ２４の外周面を摺動することで、シリンダ２４の外周面と隔壁５３とのギャップも少なくなる。

したがって、可動接触子部２０の動作に伴って、絶縁ノズル２３およびシリンダ２４が移動しても、絶縁筒６内側の内部空間の密閉性を高く保つことができる。このため、絶縁ノズル２３およびシリンダ２４の外周面と、隔壁５１、５３の間を通って、絶縁筒６の内部空間へと流れ込む分解生成物の流入量を極めて少量に抑えることが可能である。

また、大電流アーク遮断時に分解ガスが発生したとしても、絶縁筒６内側の内部空間は密閉性が高いので、ここに分解ガスが侵入しにくくなる。このような実施形態によれば、より優れた極間の絶縁強度を得ることができ、機器のコンパクト化を一層進めることができる。

［他の実施形態］
上記の実施形態は、本明細書において一例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図するものではない。すなわち、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことが可能である。これらの実施形態やその変形例は、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。

隔壁に取り付けたフィルタによって、分解生成物だけではなく、分解ガスも捕集するようにしてもよい。また、フィルタあるいはトラップ部の形状や素材、配置数などは適宜選択可能である。具体的には、第１の実施形態では、リング状のフィルタを１つ設けたが、径が異なるリング状のフィルタを同心円状に複数設けるようにしてもよい。

上記の実施形態では、隔壁をサポートに対して垂直に設けたが、可動接触子部の動作方向に対して傾斜するように隔壁を設け、ここにフィルタやトラップ部を配置してもよい。また、上記の実施形態では、隔壁をサポートの内周部に設けたが、絶縁筒の内周部に設けてもよい。さらに、隔壁をサポートと絶縁筒の両方に設けてもよく、サポート側の捕集部と絶縁筒側の捕集部の捕集性能を変えて、分解生成物などを段階的に捕集するようにしてもよい。

さらに、対向接触子部を可動接触子部と反対側へ駆動し、相対的開極速度を向上させようとするいわゆるデュアルモーション機構、アークエネルギーを用いて上流の蓄圧を得るいわゆる自力効果を用いたタイプのガス遮断器にも適用可能である。また、パッファ形以外のガス遮断器に本発明の実施形態を適用することも可能であり、上記の実施形態を組み合わせたものも本発明の実施形態に包含される。

４ 駆動装置
６ 絶縁筒
７ 密閉容器
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
１４、３３ サポート
１４ａ 開口部
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
２３ａ スロート部
２４ シリンダ
２４ａ 開口部
２５ 操作ロッド
２５ａ 開口部
２６ 絶縁ロッド
３１ ピストン
３１ａ ピストン支持部
３４ 絶縁支持物
５１、５３ 隔壁
５２、５４ フィルタ
５５ 開口穴
５６ 摺動接触部材
５７ａ、５７ｂ トラップ部

Claims (4)

1. 消弧性ガスが充填された密閉容器内に、中心軸上に対向配置された第１接触子部および第２接触子部を有し、
   少なくとも前記第１接触子部は、連結された駆動装置により、遮断動作時および投入動作時に動作するように構成し、
   前記第１接触子部は、第１アーク接触子および第１通電接触子を有し、
   前記第２接触子部は、第２アーク接触子および第２通電接触子を有し、
   前記第１アーク接触子および第２アーク接触子は、通常運転時は接触導通状態にあり、遮断動作時は開離するとともに、両接触子間の空間として定義されるアーク空間にアークを発生するように構成し、
   前記第１接触子部と前記第２接触子部の間には、両接触子部を橋絡し且つ支持する絶縁筒を設け、
   前記絶縁筒の内周面を含む空間として定義される内部空間と、この内部空間の外側の空間として定義される外部空間とを仕切るための隔壁を設け、
   前記隔壁に、消弧性ガスのアーク放電により生じる分解ガス又は分解生成物を捕集する捕集部を設けたことを特徴とするガス遮断器。
2. 前記捕集部は、フィルタ部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. 前記捕集部は、開口部とその近傍に設けたトラップ部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。
4. 前記第１接触子部には、蓄圧空間を有するシリンダと、前記蓄圧空間内のガスをアークへ導く絶縁ノズルを、前記第１アーク接触子と同心に設け、
   前記隔壁の端部には、前記シリンダおよび前記絶縁ノズルの外周面と摺動接触する摺動接触部材を設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のガス遮断器。

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