JP2019192481A - ガス遮断器 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、絶縁ノズルに生じる応力を低減するガス遮断器を提供する。【解決手段】上記課題を解決するために、本発明のガス遮断器は、絶縁性ガスが封入された密封容器と、密封容器の内部に配置され、駆動側主電極に固定され、その先端にフランジを有する絶縁ノズルと、フランジとカップリングを介して接続され、駆動側主電極と連動する駆動側連結ロッドと、駆動側連結ロッドが駆動することにより駆動するレバーと、レバーと連動する被駆動側アーク電極と、を有し、フランジとカップリングとは、絶縁ノズルの軸方向に対して垂直な面で、フランジに凹形状を備え、カップリングに凸形状を備え、凹形状と凸形状とが接合するものである。【選択図】図２

Description

本発明は、電力系統における電流の遮断時に絶縁ガスを吹き付け、アークを消弧させるガス遮断器に関するものであり、特に、電極を互いに反対方向に駆動する双方向駆動機構を有するガス遮断器（以下「双駆動ガス遮断器」と称して記載）に関するものである。

本技術分野の背景技術として、特表2008-529223号公報（特許文献１）がある。この公報には、スイッチング装置（双駆動ガス遮断器）において、絶縁ノズルとスイッチ駆動機構により移動することができるコンポーネント部分とが記載され、絶縁ノズルとコンポーネント部分との機械的接続を、クランピング・ホールドにより作り出すことが記載されている。

特表2008-529223号公報

前記特許文献１には、アークを吹き消すための絶縁ノズルを有するスイッチング装置が記載されている。

しかし、特許文献１に記載のスイッチング装置では、スイッチング駆動機構が駆動した際に生じる軸方向荷重が、クランピング・ホールドが形成されるクランピング・デバイスにせん断荷重として作用する。そして、クランピング・デバイスに作用したせん断荷重が、絶縁ノズルの先端部に作用する。

このとき、荷重の大きさによっては、クランピング・デバイスあるいは絶縁ノズルの先端部が破損する可能性があり、遮断性能が著しく低下するおそれがある。

そこで、本発明は、絶縁ノズルに生じる応力を低減するガス遮断器を提供する。例えば、従来より大きな電流を遮断する場合や従来より電流の遮断回数が増加する場合等、従来より絶縁ノズルに生じるせん断荷重が大きくなる場合であっても、本発明は、絶縁ノズルに生じる応力を低減する双駆動ガス遮断器を提供する。

上記課題を解決するために、本発明のガス遮断器は、絶縁性ガスが封入された密封容器と、密封容器の内部に配置され、駆動側主電極に固定され、その先端にフランジを有する絶縁ノズルと、フランジとカップリングを介して接続され、駆動側主電極と連動する駆動側連結ロッドと、駆動側連結ロッドが駆動することにより駆動するレバーと、レバーと連動する被駆動側アーク電極と、を有し、フランジとカップリングとは、絶縁ノズルの軸方向に対して垂直な面で、フランジ（側）に凹形状を備え、カップリング（側）に凸形状を備え、凹形状と凸形状とが接合するものである。

本発明によれば、絶縁ノズルに生じる応力を低減するガス遮断器を提供することができる。例えば、従来より絶縁ノズルに生じるせん断荷重が大きくなる場合であっても、本発明は、絶縁ノズルに生じる応力を低減する双駆動ガス遮断器を提供することができる。

双駆動ガス遮断器の遮断状態を示す断面図である。 双駆動ガス遮断器の遮断時の実施例を示し、フランジとカップリングとが連結された部位近傍の断面図である。 双駆動ガス遮断器の遮断時の実施例を示し、フランジとカップリングとに生じる応力の挙動を説明する断面図である。 双駆動ガス遮断器の遮断時の他の実施例を示し、フランジとカップリングとが連結された部位近傍の断面図である。

以下、実施例を、図面を用いて説明する。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係るガス遮断器を説明する。なお、下記は一実施例であり、発明の内容を下記の具体的態様に限定する趣旨ではない。

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。高電圧・大電流の電力系統に用いるガス遮断器は、開極動作途中の消弧ガスの圧力上昇を利用し、圧縮ガスを電極と電極との間に生じるアークに吹き付けることで電流を遮断するパッファ方式のガス遮断器が一般的に用いられている。

最近では、操作力を低減することを目的に、アークへ吹き付ける圧縮ガスの圧力形成にアーク熱を利用した熱パッファ方式のガス遮断器も開発されている。

そして、更にパッファ方式のガス遮断器の遮断性能を向上させるため、従来固定されていた被駆動側の電極を駆動側電極の駆動方向と反対方向に駆動する双駆動ガス遮断器も開発されている。

本実施例で説明するガス遮断器は、こうしたパッファ方式の双駆動ガス遮断器である。

図１は、双駆動ガス遮断器の遮断状態を示す断面図である。

図１に示す双駆動ガス遮断器は、絶縁ガスが充填された密封容器（図示しない）の内部に収納されている。通常、操作器４側の駆動側アーク電極１と駆動側主電極２０とは電気的に接続されている。また、操作器４の対向側の被駆動側アーク電極２と被駆動側主電極（図示しない）とも電気的に接続されている。

例えば、事故等により電力系統における電流の遮断時（ガス遮断器に開極指令が伝えられた際）には、駆動側アーク電極１と被駆動側アーク電極２とがそれぞれ開離された状態に遷移する。

駆動側アーク電極１と被駆動側アーク電極２とが開離した後も、駆動側アーク電極１と被駆動側アーク電極２と間には、電流が流れ続けるためアーク５が発生する。本実施例で説明するガス遮断器は、アーク５に高圧の絶縁ガスを吹き付けて、アーク５を消弧する。アーク５を消孤させるためには、絶縁ガスの高圧化が遮断性能を向上させる上で重要となる。

ガス遮断器に開極指令が伝えられた際（遮断動作時）には、駆動側アーク電極１は、パッファシャフト３と絶縁ロッド（図示しない）とを介して、操作器４により、駆動側開極方向に動作する。

双駆動機構部１７は、溝カム（図示しない）を設けた駆動側連結ロッド６と、駆動側移動ピン８、レバー固定ピン１１、被駆動側移動ピン１０とを有するレバー９と、被駆動側連結ロッド１２とによって概略構成されている。

パッファシャフト３は、一端が操作器４に連結され、他端が駆動側アーク電極１に連結されている。なお、絶縁ノズル１６と駆動側主電極２０とは、駆動側アーク電極１と、同軸状に設置されている。

レバー９は、レバー固定ピン１１によって、回転自在に形成されている。そして、レバー９は、駆動側移動ピン８によって駆動側連結ロッド６と連結されており、駆動側連結ロッド６は、駆動側締結ねじ１３を介して、カップリング１４に接続されている。

絶縁ノズル１６には、その一部分にフランジ１９が形成され、フランジ１９は、カップリング１４に同軸状に遊嵌され、フランジ１９とカップリング１４とは、固定リング１５によって連結されている。

駆動側主電極２０と、フランジ１９が形成されている絶縁ノズル１６と、カップリング１４と、駆動側締結ねじ１３と駆動側連結ロッド６とは機械的に接続されているため、操作器４の作用により、絶縁ノズル１６が駆動側開極方向に引っ張られると、駆動側連結ロッド６も駆動側に動作する。

駆動側連結ロッド６が駆動側に動作すると、駆動側連結ロッド６に設けられた溝カム（図示しない）によって、駆動側可動ピン８を介して、レバー９がレバー固定ピン１１を中心に回転する。

レバー９が回転すると、被駆動側可動ピン１０を介して、被駆動側連結ロッド１２は、駆動側と反対方向に動作する。これにより、被駆動側連結ロッド１２と連結している被駆動側アーク電極２も駆動側と反対方向、つまり被駆動側開極方向に動作する。

本実施例で説明するガス遮断器は、絶縁性ガスが封入された密封容器（図示しない）を
有し、駆動側主電極２０や被駆動側アーク電極２は密封容器の内部に配置さている。なお、本実施例で説明するガス遮断器では、絶縁性ガスにＳＦ₆ガスが使用されている。

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してもよい。

また、絶縁ノズル１６に形成されているフランジ１９とカップリング１４とは、絶縁ノズル１６と同軸状に形成されている。そして、絶縁ノズル１６に形成されているフランジ１９とカップリング１４とは、この円周方向の面及びこの軸に対して垂直方向の面の両方で接している。

更に、絶縁ノズル１６に形成されているフランジ１９とカップリング１４とは、両方に跨るように形成される固定リング１５によって固定されている。したがって、絶縁ノズル１６に形成されているフランジ１９には、円周方向に突出した形状（部位）が存在する。

図２は、双駆動ガス遮断器の遮断時の実施例を示し、フランジとカップリングとが連結された部位近傍の断面図である。

図２は、詳細には、図１における点線部分Ａを拡大した図であり、絶縁ノズル１６、とフランジ１９、カップリング１４、固定リング１５が連結された部位近傍の断面図である。

本実施例では、フランジ１９とカップリング１４とが、絶縁ノズル１６の中心軸１０５方向に対して垂直な面において、フランジ１９には凹部（凹形状）３１が設置され、カップリング１４には凸部（凸形状）３２が設置され、凹形状と凸形状とが嵌合するように接合されている。

これにより、絶縁ノズル１６の中心軸１０５方向に対して垂直な面におけるフランジ１９とカップリング１４との間の機械的な滑りを防止することができる。

図３は、双駆動ガス遮断器の遮断時の実施例を示し、フランジとカップリングとに生じる応力の挙動を説明する断面図である。

図３は、詳細には、フランジ１９が形成されている絶縁ノズル１６に、カップリング１４を介して駆動側連結ロッド６（図３には図示せず）からの引張荷重１００が作用する場合のフランジ１９の挙動を説明する断面図である。

カップリング１４は、絶縁ノズル１６の中心軸１０５方向に対して同軸状に、フランジ１９と連結されている。詳細には、フランジ１９とカップリング１４とは、絶縁ノズル１６の中心軸１０５方向に対して垂直な面と、絶縁ノズル１６の中心軸１０５方向に対して円周方向の面と、の両方に接している。更には、フランジ１９とカップリング１４とは、両方に跨るように形成される固定リング１５によって固定されているため、フランジ１９には、円周方向に突出した形状（部位）が存在する。

ガス遮断器に開極指令が伝えられた際（遮断動作時）には、駆動側連結ロッド６（図３には図示せず）に引張荷重１００が作用する。駆動側連結ロッド６は、絶縁ノズル１６の中心軸１０５から偏芯して接続されているため、つまり、駆動側連結ロッド６は、絶縁ノズル１６の中心軸１０５の円周方向の一部にのみ設置されるため、主駆動側連結ロッド６に引張荷重１００が作用すると、フランジ１９には、駆動側連結ロッド６の設置位置で、反時計回り（図３の紙面に対する垂線を中心に反時計回り）に回転しようとする偶力が発生する。

つまり、カップリング１４には、フランジ１９が回転しようとする偶力１０２が生じ、フランジ１９の角部１０４を開口しようとする偶力１０１が生じる。つまり、フランジ１９の角部１０４には、高い応力が発生する。これは、フランジ１９には、その構造上、円周方向に突出した形状（部位）が存在するためである。

また、絶縁ノズル１６に使用されている材料は、耐熱性と絶縁性とに優れているが、ガス遮断器の他の部位に使用されている材料と比較して、機械的特性が低い。これは耐熱性および絶縁性と機械的特性との両方を満足する材料が発見されていない現状を考慮したものであり、本実施例で説明する絶縁ノズル１６は、ポリテトラフルオロエチレン製のものである。なお、ガス遮断器の他の部位に使用されている材料は、アルミニウム材や鉄鋼材である。

本実施例では、絶縁ノズル１６の材料として、ポリテトラフルオロエチレン製を使用することを説明したが、これに限定されるものではなく、絶縁性を確保できれば他の高分子材料を使用することができる。

また、絶縁ノズル１６の材料として、ポリテトラフルオロエチレンに、電流の遮断性能を高めるために、二硫化モリブデンや窒化ホウ素を0.2〜10．0体積％の範囲で含有させても良い。

こうした材料の相違からも、遮断動作時の偏心荷重の発生によって、絶縁ノズル１６の中心軸１０５方向に対して垂直な面におけるフランジ１９とカップリング１４との間の機械的な滑りが発生する可能性があり、フランジ１９の角部１０４には、応力が集中するおそれがある。そして、フランジ１９の角部１０４に、応力が集中する原因になる。

フランジ１９とカップリング１４とが接する面、つまり、絶縁ノズル１６の中心軸１０５方向に対して垂直な面において、フランジ１９に設けられた凹部（凹形状）３１とカップリング１４に設けられた凸部（凸形状）３２とを相互に噛み合わせることによって、こうした偶力の発生を抑制することができる。

すなわち、こうした凹凸を設けることにより、絶縁ノズル１６の中心軸１０５方向に対して垂直な面におけるフランジ１９とカップリング１４との間の機械的な滑りを抑制する。そして、こうした凹凸を設けることにより、フランジ１９の端部が変位しようとする向きの力１０３に対向する力１０６が発生し、フランジ１９の回転変位を低減し、フランジ１９の角部１０４に発生する応力が低減する。

絶縁ノズル１６の中心軸１０５から偏芯した部位に荷重が作用することにより、絶縁ノズル１６は曲げ塑性変形する恐れがあり、絶縁ノズル１６の変形（回転変形）が電極動作を妨げる可能性があり、遮断性能が低下するおそれがあった。しかし、本実施例で説明するガス遮断器では、こうした絶縁ノズル１６に作用する変形を低減できることから、遮断性能の低下を抑制することができる。

さらには、電極の遮断動作の頻度によっては、引張荷重１００が繰り返し発生するため、フランジ１９が疲労し、カップリング１４とフランジ１９との接続部の信頼性が低下するおそれがある。しかし、本実施例で説明するガス遮断器では、こうした繰り返し発生する引張荷重１００が作用する場合であっても、絶縁ノズル１６の変形が抑制され、絶縁ノズル１６の中心軸１０５方向と略平行に動作しようとするため、遮断性能の低下を抑制することができる。

なお、フランジ１９とカップリング１４とは、同軸状に遊嵌する構成であるため、凹凸の加工誤差が半径方向に生じたとしても、組立て性を損なわない。

また、本実施例において、フランジ１９とカップリング１４とに設置される凹凸が、円周方向に複数個、一様に形成される必要は無く、絶縁ノズル１６の中心軸１０５の円周方向（半径方向）に、２か所以上に形成されればよい。また、この２か所の部分に複数個の凹凸を形成してもよい。

つまり、フランジ１９とカップリング１４とに設置される凹凸は、駆動側連結ロッド６が設置される側（図３上の上部）及び駆動側連結ロッド６が設置されない側（図３上の下部、つまり、駆動側連結ロッド６が設置される側と反対側）の少なくとも２か所に設置されることが好ましい。これは、この部分に大きな荷重が作用すると思われるためである。すなわち、絶縁ノズル１６の中心軸１０５から偏芯した部位により大きな荷重が作用するためである。

また、フランジ１９とカップリング１４とに設置される凹凸は、その「深さ」より「幅」のほうが長いことが好ましい。本実施例で説明する凹凸は、絶縁ノズル１６の中心軸１０５方向に対して垂直な面におけるフランジ１９とカップリング１４との間の機械的な滑りを抑制する機能を有するものであればよい。

なお、ここで述べた凹凸の「幅」とは、絶縁ノズル１６の中心軸１０５方向から凹凸を俯瞰した際、凹凸が矩形状の場合はその一辺の長さであり、凹凸が円状の場合はその直径である。

また、フランジ１９とカップリング１４とに設置される凹凸は、絶縁ノズル１６の中心軸１０５に対して、より外周側に形成することが好ましい。つまり、図３に示すように、カップリング１４とフランジ１９とが接している角部１０７の近傍にまで形成することが好ましい。これにより、絶縁ノズル１６の中心軸１０５方向に対して垂直な面におけるフランジ１９とカップリング１４との間の機械的な滑りを抑制し、偶力の発生をより抑制することができるためである。

また、フランジ１９とカップリング１４とに設置される凹凸は、円周方向の断面が、略矩形に限定される必要は無く、半円形であってもよい。

図４は、双駆動ガス遮断器の遮断時の他の実施例を示し、フランジとカップリングとが連結された部位近傍の断面図である。

図４は、詳細には、図１における点線部分Ａを拡大した図であり、絶縁ノズル１６、とフランジ１９、カップリング１４、固定リング１５が連結された部位近傍の断面図である。

本実施例では、フランジ１９とカップリング１４とが、絶縁ノズル１６の中心軸１０５方向に対して垂直な面において、フランジ１９には凸部４１が設置され、カップリング１４には凹部４２が設置され、凹形状と凸形状とが嵌合するように接合されている。

これにより、絶縁ノズル１６の中心軸１０５方向に対して垂直な面におけるフランジ１９とカップリング１４との間の機械的な滑りを防止することができる。

本実施例も、実施例１と同様に、こうした凹凸を設けることにより、フランジ１９の端部が変位しようとする向きの力１０３に対向する力１０６が発生し、フランジ１９の回転変位を低減し、フランジ１９の角部１０４に発生する応力も低減する。

１・・・駆動側アーク電極
２・・・被駆動側アーク電極
３・・・パッファシャフト
４・・・操作器
５・・・アーク
６・・・駆動側連結ロッド
８・・・駆動側移動ピン
９・・・レバー
１０・・・被駆動側可動ピン
１１・・・レバー固定ピン
１２・・・被駆動側連結ロッド
１３・・・駆動側締結ねじ
１４・・・カップリング
１５・・・固定リング
１６・・・絶縁ノズル
１７・・・双駆動機構部
１９・・・フランジ
２０・・・駆動側主電極
３１・・・凹部
３２・・・凸部
１０４・・・角部
１０５・・・中心軸

Claims (4)

1. 絶縁性ガスが封入された密封容器と、
   前記密封容器の内部に配置され、駆動側主電極に固定され、その先端にフランジを有する絶縁ノズルと、
   前記フランジとカップリングを介して接続され、前記駆動側主電極と連動する駆動側連結ロッドと、
   前記駆動側連結ロッドが駆動することにより駆動するレバーと、
   前記レバーと連動する被駆動側アーク電極と、
   を有し、
   前記フランジと前記カップリングとは、前記絶縁ノズルの軸方向に対して垂直な面で、前記フランジに凹形状を備え、前記カップリングに凸形状を備え、前記凹形状と前記凸形状とが接合することを特徴とするガス遮断器。
2. 絶縁性ガスが封入された密封容器と、
   前記密封容器の内部に配置され、駆動側主電極に固定され、その先端にフランジを有する絶縁ノズルと、
   前記フランジとカップリングを介して接続され、前記駆動側主電極と連動する駆動側連結ロッドと、
   前記駆動側連結ロッドが駆動することにより駆動するレバーと、
   前記レバーと連動する被駆動側アーク電極と、
   を有し、
   前記フランジと前記カップリングとは、前記絶縁ノズルの軸方向に対して垂直な面で、前記フランジに凸形状を備え、前記カップリングに凹形状を備え、前記凸形状と前記凹形状とが接合することを特徴とするガス遮断器。
3. 前記フランジと前記カップリングとに備えられる凹凸形状が、前記絶縁ノズルの軸の円周方向に２か所以上設置されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガス遮断器。
4. 前記フランジと前記カップリングとに備えられる凹凸形状が、前記駆動側連結ロッドが設置される側及び駆動側連結ロッドが設置されない側に設置されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガス遮断器。

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