JP4113699B2 - ガス遮断器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、開極時の機械的圧縮とアークの熱エネルギーによる昇圧作用とを併用してガス圧力を上昇させて高圧のガス流を発生させ、これを接触子間のアークに吹き付けて電流を遮断するガス遮断器に係り、特に、駆動エネルギーの低減化を図るためのガスの放出弁及び吸入弁を備えたガス遮断器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、送電系統や配電系統には系統システムの保護を目的として線路の地絡故障電流や線間短絡故障電流を遮断するガス遮断器が用いられている。例えば、現在７２ｋＶ以上の高電圧送電系統には、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形ガス遮断器が広く使用されている。このガス遮断器では、可動接触子と直結したパッファシリンダーによってＳＦ６ガスなどの消弧性ガスを圧縮して高圧のガス流を発生させ、これを接触子間に生じたアークに吹き付けて電流を遮断することができる。このとき、高い遮断性能を得るためにはガスを高圧化させることが重要であり、これを実現するには開極動作に必要な駆動エネルギーを高めなくてはならない。しかし、駆動エネルギーの増大は機器の大形化を招くことになるので、これを抑えつつ高い圧力上昇を得る方法が種々試みられている。
【０００３】
具体的な従来例としては、特公昭５７−５４８８６号公報及び米国特許第４１３９７５２号公報に記載のガス遮断器が知られている。これらのガス遮断器では、消弧性ガスを圧縮する圧縮室と、この圧縮室前方にアークによる高温ガスを流入させて昇圧する熱昇圧室とを設け、さらに熱昇圧室と圧縮室を仕切る壁に圧縮室から熱昇圧室方向へのガス流のみ可能とする逆止弁を設置している。このようなガス遮断器によれば、大電流遮断時に機械的にガスを圧縮させるだけではなくアークの熱エネルギーを利用して熱昇圧室にてガス圧力を十分に上昇させることができるため、非常に高圧なガス流をアークに吹き付けることができる。しかも、逆止弁が熱昇圧室から圧縮室へのガス流入を防ぐため、圧縮室の圧力上昇は低い値に保つことができ、開極動作時の駆動エネルギーを低く抑えることが可能となる。
【０００４】
更に、上記ガス遮断器を改良して、より効果的に低駆動エネルギー化を達成する方式として、特公平７−１０９７４４号公報に記載の技術が公知となっている。この方式のガス遮断器の従来例について図１４を参照して具体的に説明する。図１４では、中心線の下部半断面が閉極時の状態を示し、上部半断面が開極時（遮断動作完了時）の状態を示している。図１４に示すように固定接触子部１及び可動接触子部２が対向配置されている。これらの接触子部１，２は消弧性のガスが充填された図示されていない容器内に収納されている。なお、可動接触子部２の位置関係についての説明を簡略化する観点から、可動接触子部２における固定接触子部１側の方向を前方、その反対方向を後方と定義する。すなわち図１４では左方向を前方、右方向を後方とする。
【０００５】
図１４において、固定接触子部１は、固定アーク接触子３と、その周囲に配置された固定通電接触子４とから構成されている。一方、可動接触子部２は、中空の操作ロッド５、前端面６ａ及び後端面６ｂを有する可動熱昇圧シリンダー６、中空かつ指状の可動アーク接触子７、可動通電接触子８、絶縁性のノズル９といった基本部材から構成されている。
【０００６】
操作ロッド５は、図示されていない駆動装置によって軸方向に往復動可能とされている。操作ロッド５の前端部にはフランジ部が形成され、このフランジ部によりピストン部５ａが構成されている。操作ロッド５のピストン部５ａには複数個の貫通穴５ｄが形成されており、それを後述する熱昇圧室Ｓ１側から閉じる逆止弁部１１が設けられる。この逆止弁部１１は一個の円盤状などからなる逆止弁１１ａを有しており、これが図示されていないバネなどでピストン部５ａに押し付けられていて、熱昇圧室Ｓ１からのガス流出を阻止し、その逆向きのガス流を可能とするようになっている。また、操作ロッド５の後部位置には、その中空部とガス雰囲気中を連通する排気口５ｂが設けられている。さらに、操作ロッド５の外周面の二箇所に軸方向に伸びる溝５ｅ，５ｆが形成されている。溝５ｅは閉極状態おいては、図１４の下半断面に示すように全長が、後述する圧縮室Ｓ２内にあり、開極動作終了時においては、図１４の上半断面に示すように圧縮室Ｓ２をガス雰囲気中に連通するように構成されている。溝５ｆは閉極時において圧縮室Ｓ２とガス雰囲気中を連通するように構成されている。
【０００７】
可動熱昇圧シリンダー６及び可動アーク接触子７は、操作ロッド５のピストン部５ａ前方に連結されている。可動熱昇圧シリンダー６はその後端面６ｂがピストン部５ａの前面側に接して固定されており、内部には容積が一定である熱昇圧室Ｓ１が形成される。可動アーク接触子７の中空部は操作ロッド５の中空部に連通されている。
【０００８】
可動通電接触子８及びノズル９は、可動熱昇圧シリンダー６の前端面６ａ前方に配置されている。ノズル９は可動アーク接触子７を包囲するようにして可動通電接触子８の内径部に固定されている。さらに、可動アーク接触子７の外周部とノズル９の内周部の間には熱昇圧室Ｓ１からのガス流を固定アーク接触子３の側に導くガス流路が形成されている。
【０００９】
ところで、可動熱昇圧シリンダー６の外周面がほぼ気密に摺動するようにして固定シリンダー１５は配置されている。固定シリンダー１５の前端部には集電コンタクト１５ａが設けられており、可動熱昇圧シリンダー６と固定シリンダー１５間の摺動通電が可能となるように構成されている。固定シリンダー１５の後端部は基底支持部材１８に固定されている。固定シリンダー１５において、基底支持部材１８寄りには開口部１５ｅが形成されており、この開口部１５ｅを介して固定シリンダー１５の内部と容器（図示せず）内のガス雰囲気とが連通されている。
【００１０】
また、固定シリンダー１５には可動熱昇圧シリンダー６の後端面６ｂ及び操作ロッド５のピストン部５ａの後方で、かつ開口部１５ｅの前方には半径方向に延びる隔壁部１５ｂが形成されている。そして、固定シリンダー１５の内部には圧縮室Ｓ２が形成されている。より詳しくは、隔壁部１５ｂ及び固定シリンダー１５の内周部と、可動熱昇圧シリンダー６の後端面６ｂ及び操作ロッド５のピストン部５ａ、さらには操作ロッド５外周面に囲まれることにより圧縮室Ｓ２が形成される。ここで、隔壁部１５ｂは圧縮室Ｓ２とガス雰囲気とを隔てる部材となり、圧縮室Ｓ２内の空間は操作ロッド５のピストン部５ａの前後動により容積が増減するようになっている。なお、前述したピストン部５ａに設置された逆止弁１１部は熱昇圧室Ｓ１からこの圧縮室Ｓ２へのガス流出を阻止し、その逆向きのガス流を可能とするものである。
【００１１】
さらに、固定シリンダー１５の隔壁部１５ｂには貫通穴１５ｃ，１５ｄが形成されている。このうち、貫通穴１５ｃには吸入弁１２ｂが設けられている。吸入弁１２ｂは、閉極動作時における圧縮室Ｓ２の圧力低下を防止するための逆止弁であり、ガス雰囲気中から圧縮室Ｓ２へのガス流入を可能とし、逆に圧縮室Ｓ２からガス雰囲気中へのガス流出を防止するように構成されている。
【００１２】
また、貫通穴１５ｄの後面側には板状の放出弁１２ａが取り付けられており、放出弁１２ａにはこれを前方に押し付ける放出弁用バネ１３が設置されている。放出弁１２ａは、開極動作時における圧縮室Ｓ２の過大な圧力上昇を防止するための弁であり、圧縮室Ｓ２の圧力上昇が放出弁用バネ１３の強さで定められる値を越えたとき、圧縮室Ｓ２のガスをガス雰囲気中に放出するようになっている。
【００１３】
次に、以上の図１４の従来例における開極動作について説明する。ガス遮断器が開極動作を開始すると、下半分断面の矢印Ｄの方向に操作ロッド５が移動し、この操作ロッド５を含む可動部、すなわち可動熱昇圧シリンダー６、可動アーク接触子７、可動通電接触子８、ノズル９が、矢印Ｄの方向に操作ロッド５と一体的に移動する。可動熱昇圧シリンダー６の移動に伴って圧縮室Ｓ２の容積が縮小し、圧縮室Ｓ２内のガス圧力が上昇する。逆止弁１１ａは開極動作の初期、可動部の加速度により急速に開の状態となり、その後、圧縮室Ｓ２のガス圧力の上昇により逆止弁１１ａの開状態は保たれ、圧縮室Ｓ２から熱昇圧室Ｓ１へガスが流れる。それによって熱昇圧Ｓ１内のガス圧力が僅かに高められ、前記ノズル９と可動アーク接触子７の間の流路を通ってガス流が固定アーク接触子３の方向に流れる。
【００１４】
一方、開極動作によって固定アーク接触子３と可動アーク接触子７が開離すると、両アーク接触子３，７間にアークが発生する。この時、遮断電流が１ｋＡ程度、あるいはそれ以下の小さい時、その影響による熱昇圧室Ｓ１の圧力上昇は低いので、上記に述べた圧縮室Ｓ２から熱昇圧室Ｓ１へガスが流れる状態が維持され、アークにガスが吹き付けられ、遮断に至ることとなる。
【００１５】
これに対し、数１０ｋＡに達する大電流を遮断する場合には、アークからの高温ガスがノズル９及び可動アーク接触子７の間のガス流路を逆流して熱昇圧室Ｓ１に流入し、熱昇圧室Ｓ１内のガスを加熱してそのガス圧力を高める。その圧力上昇は上記の電流を遮断しない時及び小電流遮断する時に比べて格段に高くなる。電流零点でこの高い圧力によるガス流がノズル９から固定アーク接触子３に向かって噴出し、アークを冷却してそれを電流零点で消滅させる。このように両アーク接触子３，７間に大電流のアークが発生した後、しばらくの時間が経過し、熱昇圧室Ｓ１のガス圧力が高められた状態では逆止弁１１ａは閉となり、熱昇圧室Ｓ１から圧縮室空間Ｓ２へのガス流出は阻止される。従って、温度上昇したガスの流入による圧縮室Ｓ２の圧力上昇は防止される。
【００１６】
しかしながら、圧縮室Ｓ２から熱昇圧室Ｓ１へのガス流出も無くなるので、圧縮室Ｓ１の圧力上昇は無負荷開極動作時や小電流遮断の開極動作時に比べて格段に高くなるように働く。そこで、圧縮室Ｓ２の圧力上昇が放出弁用バネ１３の強さで定められる値を越えたとき、放出弁１２ａが開く。このため、圧縮室Ｓ２のガスを貫通穴１５ｄから外部に放出し、圧縮室Ｓ２の圧力上昇を所定の低い値に保つことができる。さらに、開極動作の最終段階では、図１４の上半断面から解るように、溝５ｅにより圧縮室Ｓ２はガス雰囲気中に連通しており、圧縮室Ｓ２の圧力上昇値の低下は確実となる。このようにして圧縮室Ｓ２における過大な圧力上昇を抑えることができ、小駆動力で開極動作を実施可能とする。これにより大電流遮断の性能と低駆動エネルギー化を達成することができる。
【００１７】
なお、閉極動作を行う場合には、操作ロッド５を含む可動部が矢印Ｄ方向と反対方向に移動する。可動熱昇圧シリンダー６の移動に伴って圧縮室Ｓ２の容積が増大しそのガス圧力が低下すると、吸入弁１２ｂが開き、ガス雰囲気中から圧縮室Ｓ２へガスを流入する。これにより、圧縮室Ｓ２が減圧することを防止でき、閉極動作の後直ちに遮断動作を行う場合の遮断性能を確保することができる。また、溝５ｆは圧縮室Ｓ２とガス雰囲気中を連通するため、閉極動作の終了段階での圧縮室Ｓ２へのガス流入を確実ならしめている。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、以上述べた従来のガス遮断器においては、次のような問題点があった。すなわち、大電流遮断開極動作時に放出弁１２ａの動作により圧縮室Ｓ２からガスを放出することが、低駆動エネルギー化達成の決め手となっており、閉極動作時に吸入弁１２ｂの動作により圧縮室Ｓ２にガスを吸入させることが、優れた遮断性能を発揮する決め手となっている。このため、固定シリンダー１５の隔壁部１５ｂには、放出弁１２ａと、吸入弁１２ｂという２つの弁が不可欠である。このとき、各弁１２ａ，１２ｂが所望のガス流断面積を確保する必要上、貫通穴１５ｃ，１５ｄはある程度大きくならざるを得ない。この結果、貫通穴１５ｃ，１５ｄを形成する隔壁部１５ｂは大径化を余儀なくされることになり、ガス遮断器の大形化および製造コストの高騰を招いていた。特に近年ではガス遮断器の小形化が強く要請されており、構成部材の大径化による機器の大形化は早急に解消すべき技術的課題となっている。
【００１９】
本発明は、以上の問題点を解決するために提案されたものであり、その目的は、熱昇圧室と圧縮室を有するガス遮断器において、ガス流断面積が十分に大きい放出弁と吸入弁を一体化することにより部材の大径化を回避して小形化・低コスト化を図ると共に、圧縮室におけるガスの放出及び吸入を確実に実施して低い駆動エネルギーで高い遮断性能を得ることができるガス遮断器を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、消弧性ガスが封入された容器内に、固定接触子部及び可動接触子部を対向して配置し、前記固定接触子部は少なくとも固定アーク接触子を有し、可動接触子部は、固定接触子部方向を前方、その反対方向を後方と定義した場合に、中空の操作ロッドと、前記操作ロッドの周囲に配置されてその前端部で操作ロッドに取り付けられる可動熱昇圧シリンダーと、前記可動熱昇圧シリンダーの前方に取り付けられる中空で指状の可動アーク接触子と、前記可動アーク接触子を包囲する絶縁性のノズルと、前記可動熱昇圧シリンダーを包囲しその内径部を可動熱昇圧シリンダーの外径部が摺動する固定シリンダーとを有し、かつ、前記可動熱昇圧シリンダー内に内部のガスをアークの熱により昇圧させる熱昇圧室を形成し、前記固定シリンダー内に開極動作時に可動熱昇圧シリンダーの移動により容積を縮小させて内部のガスを圧縮する圧縮室を形成し、前記熱昇圧室と前記圧縮室とを仕切る仕切り部を設置し、この仕切り部に前記圧縮室から前記熱昇圧室へのガス流のみ可能とする逆止弁を設け、電流遮断時に熱昇圧室の高圧ガスを固定アーク接触子と可動アーク接触子間に発生するアークに吹き付けて電流を遮断するように構成したガス遮断器において、次のような技術的な特徴を有している。
【００２１】
請求項１の発明は、前記固定シリンダーの後方に、前記圧縮室と圧縮室の外部であるガス雰囲気とを隔てる隔壁部を設け、前記隔壁部はその内径部に前記操作ロッドの外径部が摺動するように構成し、前記圧縮室に面した前面部側に複数の小径穴を形成すると共に、後面部側に前記小径穴と連通する溝を形成し、前記溝に弁部を設置し、この弁部は、前記溝を後方から塞ぐ板状の放出弁と、前記放出弁を前方に押し付ける放出弁用バネと、前記放出弁に設けられ前記溝と連通する複数個の貫通穴と、この貫通穴を前方から塞ぐ板状の吸入弁と、前記吸入弁を後方に押し付ける吸入弁用バネとからなる、前記放出弁と前記吸入弁を一体化した構成であり、開極動作時に前記圧縮室内のガス圧力値が前記放出弁用バネの力で定められる値を越えたとき、前記放出弁が開いて前記圧縮室内のガスが前記小径穴及び前記溝を通ってガス雰囲気へ放出し、閉極動作時に前記圧縮室内のガス圧力がガス雰囲気中のガス圧力より低下し、その圧力差により前記吸入弁に働く力が前記吸入弁用バネの力よりも大きくなったとき、前記吸入弁が開いてガス雰囲気中のガスが前記貫通穴、前記溝及び前記小径穴を通って前記圧縮室内に吸入するように構成したことを特徴とする。
【００２２】
以上のような請求項１の発明では、熱昇圧室と、それに逆止弁を介して連通する圧縮室とを有するガス遮断器において、開極動作時における圧縮室の過大な圧力上昇を防止する放出弁と、閉極動作時における圧縮室の圧力低下を防止する吸入弁とを一体化した弁部とし、これを圧縮室とガス雰囲気とを隔てる隔壁部に設置している。このため、隔壁部を小径化しても放出弁及び吸入弁は十分に大きいガス流断面積を確保することができる。従って、ガス遮断器の小形化・低コスト化を実現しつつ、圧縮室はガス放出作用とガス吸入作用を確実に実施可能である。これにより、開極時に圧縮室のガス圧力が過度に上昇することを防止して駆動エネルギーの低減を達成すると同時に、閉極時に圧縮室のガス圧力がガス雰囲気よりも低くなることを防いで優れた遮断性能を発揮することができる。
【００２３】
請求項２の発明は、請求項１に記載のガス遮断器において、前記仕切り部に貫通部を設け、この貫通部に挿通可能な小径ピストンを配置し、前記小径ピストンは、開極動作時に可動熱昇圧シリンダーとの相対位置関係において熱昇圧室内に突出して熱昇圧室内のガスを圧縮する構成とし、前記操作ロッドには操作ロッド中空部内のガスをガス雰囲気へ排気する排気口を形成し、前記排気口は、開極動作の前半では前記小径ピストンの前方で熱昇圧室内に位置して可動アーク接触子及び操作ロッドの中空部と熱昇圧室とを連通し、開極動作の後半では前記小径ピストンの後方に位置して可動アーク接触子及び操作ロッドの中空部がガス雰囲気に連通するように配置したことを特徴とする。
以上の請求項２の発明では、開極動作の前半では操作ロッドの排気口を介して可動アーク接触子及び操作ロッドの中空部と熱昇圧室とが連通しているため熱昇圧室内にアークによる高温ガスを効率良く取り入れることができる。しかも、開極動作時には熱昇圧室を小径ピストンで圧縮している、請求項１の持つ作用効果に加えて、幅広いアーク時間にわたり熱昇圧室にて高い圧力上昇を得ることが可能となる。また、開極動作の後半では操作ロッドの排気口を介して可動アーク接触子及び操作ロッドの中空部がガス雰囲気に連通しているため、アークによる高温ガスをガス雰囲気に迅速に排気することができる。なお、小径ピストンは受圧面積が小さいため、受ける反対力も小さく、駆動エネルギーの増大を引き起こす心配はない。
【００２４】
請求項３の発明は、請求項１または２に記載のガス遮断器において、前記熱昇圧室は前方から後方に向かって拡がる傾斜部を備えたことを特徴とする。
以上の請求項３の発明では、傾斜部を設けたことで、大電流遮断時に発生した高温ガスが熱昇圧室にスムーズに流入するため、高温ガス流が偏在することなく、熱昇圧室内にあらかじめ存在した低温ガスと効率良く混合する。従って、高圧のガスをアークに吹き付けて消弧するとき、常に高圧のガス流を噴出することができ、遮断性能を発揮することができる。
【００２５】
請求項４の発明は、請求項２または３に記載のガス遮断器において、前記仕切り部は前記圧縮室側に突起する突起部を有し、この突起部に前記小径ピストンが挿通する貫通部を形成し、閉極状態では前記小径ピストンの前端部が前記突起部に位置するように構成したことを特徴とする。
以上の請求項４の発明では、熱昇圧室と圧縮室とを仕切る仕切り部に圧縮室側に突起する突起部を形成し、閉極時において小径ピストンの前端部が突起部に位置させることで、熱昇圧室の前後方向の長さ寸法を実質的に短くすることができる。熱昇圧室の前後方向の長さ寸法が短ければ、大電流遮断時に発生した高温ガスが熱昇圧室にスムーズに流入するため、熱昇圧室内の低温ガスと効率良く混合する。従って、前記請求項３の発明と同様、高圧のガスをアークに吹き付けて消弧するとき、常に高圧のガス流を噴出することができ、遮断性能を発揮することができる。
【００２６】
請求項５の発明は、請求項２〜４のいずれか一項に記載のガス遮断器において、閉極状態での前記操作ロッドの排気口は前記小径ピストン前端部にて塞がれるように配置したことを特徴とする。
以上のような請求項５の発明では、閉極状態において操作ロッドの排気口は小径ピストン前端部にて塞がれるため、操作ロッドの中空部と熱昇圧室とは連通しておらず、アークによる高温ガスが操作ロッドの中空部から熱昇圧室内に流入することなく、前記高温ガスを操作ロッドの中空部内に速やかに引き込むことができる。したがって、可動アーク接触子付近からアークによる高温ガスを素早く逃がすことができ、可動アーク接触子の消耗を抑えることができる。
【００２７】
請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載のガス遮断器において、閉極状態での前記操作ロッドの排気口は前記操作ロッドの中空部がガス雰囲気に連通するように配置したことを特徴とする。
以上の請求項６の発明では、閉極状態において操作ロッドの排気口を介して操作ロッドの中空部とガス雰囲気とが連通しているため、アークによる高温ガスを操作ロッドの中空部から速やかに排出することができる。したがって、上記請求項５の発明と同様に、可動アーク接触子付近からアークによる高温ガスを素早く逃がすことができ、可動アーク接触子の消耗を抑止できる。
【００２８】
請求項７の発明は、請求項１〜６のいずれか一項に記載のガス遮断器において、前記隔壁部の後面部側に形成した溝に代えて、前記小径穴に連通する大径穴を複数設けたことを特徴とする。
このような請求項７の発明では、放出弁が塞ぐ部分は１つの溝形状ではなく、複数の大径穴なので、凹部が連続している溝に比べて受圧面積を小さくすることができる。したがって、放出弁を押えるためのバネの力を低減することができ、弁部の構成をいっそう簡略化することができる。
【００２９】
請求項８の発明では、請求項１〜７のいずれか一項に記載のガス遮断器において、前記可動熱昇圧シリンダーの後端部に後方に伸びる伸長部を設け、この伸長部の内径部に前記隔壁部の外径部が摺動させて前記圧縮室を構成したことを特徴とする。
このような請求項８の発明では、可動熱昇圧シリンダーに設けた伸長部の内径部に隔壁部の外径部に摺動させることで圧縮室を構成しているため、熱昇圧室と圧縮室との内径寸法は同じになる。したがって、熱昇圧室の外側にシリンダーを配置して圧縮室を形成した場合に比べて、機器の機器の小径化を進めることができる。外側に構成の簡略化を進めることができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明によるガス遮断器の複数の実施の形態について、図１〜図１３により具体的に説明する。なお、以下の説明においても、請求項１に記載した可動接触子部の方向に関する定義に従い、図中左側方向を前方、右側を後方とする。また、図１４に示した従来例と同一の部材に関しては同一の符号を付して説明は省略する。
【００３１】
（１）第１の実施の形態
［１−１：構成］
本発明によるガス遮断器の第１の実施の形態は請求項１に記載の発明を適用したガス遮断器であり、図１〜図４は第１の実施の形態の断面図である。図１の下半分は閉極状態を、図１の上半分は開極状態を、図２は大電流遮断開極動作の初期状態を、図３は大電流遮断開極動作の後期状態を、図４は開極動作時の状態をそれぞれ示している。
【００３２】
図１に示すように、第１の実施の形態において、固定シリンダー１５はその内径部に可動熱昇圧シリンダー６が摺動自在に配置され、支持部材１４にボルト１７などで連結されることを介して基底支持部材１８に固定されている。支持部材１４には前方に小径の外径部１４ａが設けられ、後方に支持部材１４内部とガス雰囲気とを連通させる開口部１４ｂが形成されている。なお、符号５ｃは操作ロッド５の排気口５ｂに隣接する内壁部である。
【００３３】
本実施の形態の構成上のポイントは、固定シリンダー１５の隔壁部１５ｂに放出弁と吸入弁を兼ねた弁部１２が形成されていることにある。ここで弁部１２の構成について詳しく説明する。隔壁部１５ｂはその内径部に操作ロッド５の外径部が摺動されており、圧縮室Ｓ２に面した前面部側に複数の小径穴１５ｂ２が形成されると共に、後面部側に小径穴１５ｂ２と連通する溝１５ｂ１が形成されている。この溝１５ｂ１に弁部１２が設置されている。弁部１２には溝１５ｂ１を後方から塞ぐ中空円盤状の放出弁１２ａが設けられている。放出弁１２ａはその内径部が支持部材１４の外径部１４ａを摺動可能に配置されている。
【００３４】
また、放出弁１２ａの後方には放出弁１２ａ前方に押し付ける放出弁用バネ１３が取り付けられており、この放出弁用バネ１３は支持部材１４の外径部１４ａにつづく段部にて支持されている。さらに、放出弁１２ａのセンターピッチ円付近には前記溝１５ｂ１と連通する貫通穴１２ａ１が複数個形成されており、これを閉じるようにして中空円盤状の吸入弁１２ｂが配置されている。吸入弁１２ｂは固定ネジ１２ｄと吸入弁用バネ１２ｃにより後方に押し付けられるように構成されている。吸入弁用バネ１２ｃと固定ネジ１２ｄは３〜４組で十分であり、図に示すように溝１５ｂ１の内部に収納されている。
【００３５】
ところで、開極動作時において圧縮室Ｓ２内のガス圧力値が放出弁用バネ１３の力で定められる値を越えたとき、放出弁１２Ａが開いて圧縮室Ｓ２内のガスが小径穴１５ｂ２及び溝１５ｂ１を通ってガス雰囲気へ放出するようになっている。一方、閉極動作時において圧縮室Ｓ２内のガス圧力がガス雰囲気中のガス圧力より低下し、その圧力差により吸入弁１２ｂに働く力が吸入弁用バネ１２ｃの力よりも大きくなったとき、吸入弁１２ｂが開いてガス雰囲気中のガスが貫通穴１２ａ１、溝１５ｂ１及び小径穴１５ｂ２を通って圧縮室Ｓ２内に吸入するようになっている。
【００３６】
［１−２：作用］
以上の構成を有する第１の実施の形態の作用について、図１〜図４を用いて説明する。先ず、図１の下半分の図に示す閉極状態において、電流は固定接触子部１の固定通電接触子４から可動通電接触子部２の可動通電接触子８に流れ、更に、集電コンタクト１５ａを介して固定シリンダー１５に流れている。このような閉極状態で、図示していない駆動装置からの駆動力が矢印Ｄの方向に働き、操作ロッド５が矢印方向に移動すると、可動部、すなわち、操作ロッド５とそれに連結された可動熱昇圧シリンダー６、可動アーク接触子７、可動通電接触子８及びノズル９が矢印Ｄの方向に一体的に移動し、圧縮室Ｓ２の容積が減少する。
【００３７】
従って、圧縮室Ｓ２内のガス圧力が上昇し、開極動作の初期では逆止弁部１１が可動部の加速度により開口状態となっているので、逆止弁部１１を通じて圧縮室Ｓ２からのガスが熱昇圧室Ｓ１に流入する。また、上記の開極動作により、最初に固定通電接触子４と可動通電接触子８が開離し、遅れて固定アーク接触子３と可動アーク接触子７が開離する。その結果、図２に示すように、固定アーク接触子３と可動アーク接触子７との間にアーク２０が発生する。
【００３８】
送電系統の短絡電流のような大電流を遮断するとき、図２に示す開極後の初期の状態では、ノズル９の内部でアーク２０が大きく広がり、図に示すような３方向のガス流２１ａ，２１ｂ，２１ｃが発生する。このうちガス流２１ａ、２１ｂは、ノズル９の外部に噴出するが、ガス流２１ｃは可動熱昇圧シリンダー６内の熱昇圧室Ｓ１に流入する。容積が不変である熱昇圧室Ｓ１は、このような高温ガス流２１ｃの混合によって加熱され、高い圧力上昇となる。そのため、熱昇圧室Ｓ１と圧縮室Ｓ２の間にある逆止弁１１ａは後方に移動し逆止弁部１１は閉止状態となる。従って、熱昇圧室Ｓ１のガスは圧縮室Ｓ２に流出しない。
【００３９】
しかしながら、圧縮室Ｓ２のガスも熱昇圧室Ｓ１に流出せず、圧縮室Ｓ２の圧力上昇も高い値になろうとする。その圧力上昇により放出弁１２ａに作用する力が放出弁用バネ１３の力を上回ると、図２に示すように放出弁１２ａが支持部材１４の外径部１４ａ面を摺動して支持部材１４に当たって止められるまで後方に移動し、溝１５ｂ１が開口する。これにより、圧縮室Ｓ２内のガスがガス流２２ａとなって放出される。従って、圧縮室Ｓ２内の過大な圧力上昇が防止され、ピストン部５ａへの反力（駆動力と逆向きの力）は低く抑えられる。
【００４０】
その後、開極動作が進み、ノズル９のスロート部が十分に開口し、電流値も小さくなると、ノズル９のスロート付近に充満していた高温ガスが消失し、図３に示すように、熱昇圧Ｓ１から出てノズル９と可動アーク接触子７間のガス流路を流れるガス流２１ｂもノズル９の出口向きに流れる。このガス流２１ｂは熱昇圧Ｓ１から出ると２つのガス流２１ａ，２１ｃになる。このうち、ガス流２１ａはノズル９の外部に噴出する。一方、ガス流２１ｃは可動アーク接触子７の中空部と操作ロッド５の中空部を経て操作ロッド５の排気口５ｂを抜け、支持部材１４の開口部１４ｂを通ってガス雰囲気中に排出される。これら二つのガス流２１ａ，２１ｃにより、アーク２０は電流ゼロ点で消滅せられ、電流が遮断される。
【００４１】
前記弁部１２において、放出弁１２ａは高い圧力上昇が発生し得る時間だけ開口状態を保ち、反力を低い状態に保つので、電流が遮断されるまでのスムーズな開極動作を維持させる。そのあとの開極動作の終了時には、前述した図１の上半分の断面に示す状態となり、ピストン部５ａと固定シリンダー１５の隔壁部１５ｂが衝突しない安全な距離Ｌ２０を保って停止する。この状態で短い時間が経過すれば、圧縮室Ｓ２の圧力上昇は低くなり、放出弁１２ａに働く力が放出弁用バネ１３の力より十分に小さくなり、放出弁１２ａが溝１５ｂ１を閉じる初期状態に復帰する。
【００４２】
一方、ガス遮断器を閉極するときの状態を図４に示す。操作ロッド５に閉極の駆動力が働き操作ロッド５が矢印Ｄの向きに移動しているとする。このとき圧縮室Ｓ２の容積が増加するので、そのガス圧力が低下する。そのため吸入弁１２ｂに働く力が吸入弁用バネ１２ｃによる力よりも大きくなって吸入弁１２ｂが前方に移動し、放出弁１２ａの貫通穴１２ａ１を開口する。従って、ガス雰囲気中からガス流２３が圧縮室Ｓ２に流入する。それにより圧縮室Ｓ２内のガス密度が高められ、閉極動作の後直ちに遮断動作を行う場合の遮断性能が確保される。なお、閉極動作のとき、操作ロッド５のピストン部５ａに設置された逆止弁１１ａは閉極加速度と圧縮室Ｓ２内の減圧により閉止状態となる。
【００４３】
［１−３：効果］
以上述べたように第１の実施の形態では、大電流遮断時には熱昇圧室Ｓ１の高い圧力上昇が確保され、かつ圧縮室Ｓ２は放出弁１２ａの確実な動作により低い圧力上昇に保たれる。従って、開極時において圧縮室Ｓ２のガス圧力が過度に上昇することを防止でき、駆動エネルギーの低減を達成する。また、吸入弁１２ｂの動作により閉極動作の際の圧縮室Ｓ２へのガス吸入も確実である。従って、圧縮室Ｓ２が減圧することがなく、閉極動作の後直ちに遮断動作を行う場合の遮断性能を確保することができる。
【００４４】
更に第１の実施の形態における効果としては、弁部１２にて放出弁１２ａと吸入弁１２ｂを一体化しているため、簡単な構成にて過圧防止のガス放出機能と減圧防止のガス吸入機能を果たすことができる。これにより、隔壁部１５ｂを大径化させることなく、製造コストを抑えることができる。しかも、放出弁１２ａ及び吸入弁１２ｂは十分に大きいガス流断面積を確保することができ、圧縮室Ｓ２はガス放出作用とガス吸入作用を確実に実施可能である。このような第１の実施の形態によれば、小形・低コストであり、遮断性能に優れ、且つ低駆動エネルギーのガス遮断器を提供することができる。
【００４５】
（２）第２の実施の形態
［２−１：構成］
第２の実施の形態は請求項２に記載した発明を適用したものである。ここで図５は遮断器の閉極時の閉極状態を、図６は大電流遮断開極動作の初期状態を、図７は大電流遮断開極動作の後期状態をそれぞれ示す断面図である。第２の実施形態において、固定接触子部１の構成及び可動接触子部２における可動アーク接触子７、可動通電接触子８、ノズル９、逆止弁部１１の構成は図１に示す第１の実施の形態と同じである。
【００４６】
第２の実施の形態では固定の小径ピストン１０が設けられている。第２の実施の形態における固定シリンダー１５には隔壁部１５ｂがなく、これに代えて小径ピストン１０に隔壁部１０ｂが一体的に形成されている。この隔壁部１０ｂに前記第１の実施の形態と同じ構成でガス放出機能およびガス吸入機能を有する弁部１２が設置されている。但し、圧縮室Ｓ２側から加工される複数個の小径穴は１０ｂ２、これと反対側であるガス雰囲気側から小径穴１５ｂ２に連通する溝１０ｂ１となる。小径ピストン１０は可動熱昇圧シリンダー６後端面６ｂの内径部に挿通自在に配置されており、開極動作時に可動熱昇圧シリンダー６との相対位置関係において熱昇圧室Ｓ１内に前端部１０ａが突出して熱昇圧室Ｓ１内のガスを圧縮するように構成されている。このような小径ピストン１０を備えた点が第２の実施の形態における第１の特徴である。
【００４７】
また、第２の実施の形態における第２の特徴は、操作ロッド５の排気口５ｂの配置構成にある。すなわち、排気口５ｂは閉極時及び開極動作の前半は、小径ピストン１０の前端部１０ａの前方で、かつ熱昇圧室Ｓ１内にあり、可動アーク接触子７及び操作ロッド５の中空部と熱昇圧室Ｓ１とを連通させている（図５、図６参照）。また、開極動作の後半では、排気口５ｂは小径ピストン１０の後方に開口して可動アーク接触子７及び操作ロッド５の中空部とガス雰囲気とを連通させている（図７参照）。
【００４８】
さらに、第２の実施の形態では、操作ロッド５のピストン部５ａは可動熱昇圧シリンダー６の前端面６ａと接するようになっている。このため、熱昇圧室Ｓ１と圧縮室Ｓ２とを仕切る仕切り部は可動熱昇圧シリンダー６の後端面６ｂのみから構成され、後端面６ｂに形成される取付穴６ｃに逆止弁部１１が配置されている。なお、圧縮室Ｓ２は可動熱昇圧シリンダー６の後端面６ｂ、小径ピストン１０の外径部、隔壁部１０ｂの前面、固定シリンダー１５の内径部から構成される。
【００４９】
［２−２：作用］
以上の構成を有する第２の実施の形態の作用について図５〜図７を用いて説明する。図５に示す閉極状態では、第１の実施の形態における図１の下半分の図と同様、電流は固定接触子部１の固定通電接触子４から可動通電接触子部２の可動通電接触子８に流れ、更に、集電コンタクト１５ａを介して固定シリンダー１５に流れている。その状態で、駆動装置からの開極駆動力が働き、操作ロッド５を含む可動部が矢印Ｄの方向に移動すると、圧縮室Ｓ２の容積が減少する。従って、圧縮室Ｓ２内のガス圧力が上昇し、開極動作の初期では逆止弁部１１が可動部の加速度により開口状態となっているので、逆止弁部１１を通じて圧縮室Ｓ２からのガスが熱昇圧室Ｓ１に流入する。第２の本実施の形態では、それと同時に図６に示すように、小径ピストン１０の前端部１０ａが熱昇圧室Ｓ１内に突出して、熱昇圧室Ｓ１内の容積を縮小し、熱昇圧室Ｓ１内のガスを圧縮する。
【００５０】
また、このような開極動作により、固定通電接触子４と可動通電接触子８の開離にやや遅れて、固定アーク接触子３と可動アーク接触子７が開離し、図６に示すように、固定アーク接触子３と可動アーク接触子７の間にアーク２０が発生する。大電流を遮断するとき、開極後の初期の状態で、ノズル９の内部でアーク２０が大きく広がり、図６に示すように３方向のガス流２１ａ，２１ｂ，２１ｃが発生する。このうちガス流２１ａ、ノズル９の外部に噴出するが、ガス流２１ｂ、２１ｃは可動熱昇圧シリンダー６内の熱昇圧室Ｓ１に流入する。熱昇圧室Ｓ１は、このような高温ガス流２１ｃの混合により加熱されると同時に、前記の小径ピストン１０による熱昇圧室Ｓ１内のガス圧縮作用により、ガス圧力がより効果的に高められることになり、長いアーク時間の電流ゼロ点においても高い圧力上昇が得られる。
【００５１】
第２の実施の形態においても上記第１の実施の形態と同様、熱昇圧室Ｓ１の圧力上昇が高くなった状態では、熱昇圧室Ｓ１と圧縮室Ｓ２の間にある逆止弁１１ａは後方に移動し逆止弁部１１は閉止状態となる。従って、熱昇圧室Ｓ１のガスは圧縮室Ｓ２に流出しない。しかしながら、圧縮室Ｓ２のガスも熱昇圧室Ｓ１に流出せず、圧縮室Ｓ２の圧力上昇も高い値になろうとする。その圧力上昇により放出弁１２ａ作用する力がバネ１３の力を上回り、図６に示すように放出弁１２ａが後方に移動して溝１０ｂ１が開口状態となり、圧縮室Ｓ２内のガスがガス流２２ａとなって放出される。従って、圧縮室Ｓ２内の過大な圧力上昇が防止され、ピストン部５ａへの反力（駆動力と逆向きの力）は低く抑えられる。また、小径ピストン１０の前端部１０ａの受圧面積は小さく、受ける反力は小さいので、駆動エネルギーの増大を引き起こすおそれがない。
【００５２】
その後、開極が進み、ノズル９のスロート部が十分に開口し、電流値も小さくなると、ノズル９のスロート付近に充満していた高温ガスが消失し、図７に示すように、圧縮室Ｓ１から出てノズル９と可動アーク接触子７間のガス流路を流れるガス流２１ｂもノズルの出口向きに流れる。このガス流２１ｂはノズル９の外部に噴出するガス流２１ａと、可動アーク接触子７及び操作ロッド５の中空部、さらに操作ロッド５の排気口５ｂを経て支持部材１４の開口部１４ｂａを通り、ガス雰囲気中に排出されるガス流２１ｃとなる。これら二つのガス流２１ａ，２１ｃにより、アーク２０は電流ゼロ点で消滅せられ、電流が遮断される。
【００５３】
前記弁部１２において、放出弁１２ａは圧力上昇が高くなり得る時間だけ開口状態を保ち、開極動作の終了まで反力を低い状態に保つので、スムーズな開極動作を維持させる。そのあとの開極動作が終了して短い時間が経過すれば、圧縮室Ｓ２の圧力上昇は低くなり、放出弁１２ａに働く力が放出弁用バネ１３の力よりも十分に小さくなって、放出弁１２ａが溝１０ｂ１を閉じる初期状態に復帰する。
【００５４】
なお、ガス遮断器を閉極するときの状態は図４に示した第１の実施形態と同じである。すなわち、第２の実施の形態においても、圧縮室Ｓ２の容積が増加により、そのガス圧力が低下して、吸入弁１２ｂに働く力が吸入弁用バネ１２ｃによる力より大きくなると、逆止弁１２ｂが前方に移動し、放出弁１２ａ部の貫通穴１２ａ１を開口する。従って、ガス雰囲気中からガスが圧縮室Ｓ２に流入する。それにより圧縮室Ｓ２内のガス密度が高められ、閉極動作の後直ちに遮断動作を行う場合の遮断性能が確保される。また、第２の実施の形態においても、閉極の加速度とＳ２内の減圧により逆止弁部１１は閉止状態となる。
【００５５】
［２−３：効果］
第２の実施の形態においても、放出弁１２ａと吸入弁１２ｂを一体化した簡単な構成の弁部１２により、大形化とコストの増大を抑えつつ、圧縮室Ｓ２における過圧防止のガス放出機能と減圧防止のガス吸入機能を確実に実現できる。また、第２の実施の形態では小径ピストン１０の圧縮作用により、大電流遮断時、第１の実施の形態に比べて熱昇圧室Ｓ１に高い圧力上昇を得ることができる。特に長いアーク時間の電流ゼロ点において高い圧力上昇が得られるので、広い時間幅で優れた遮断性能を獲得できる。しかも、第２の実施の形態においては、開極動作の後半で操作ロッド５の排気口５ｂを介して可動アーク接触子７及び操作ロッド５の中空部がガス雰囲気に連通しているため、アークによる高温ガスをガス雰囲気に迅速に排気することができるといった利点がある。
【００５６】
（３）第３の実施の形態
［３−１：構成］
図８は、本発明によるガス遮断器の第３の実施の形態として、請求項３記載の発明を適用したガス遮断器を示す図であり、閉極状態を示している。本実施の形態に係る可動熱昇圧シリンダー６には、操作ロッド５のピストン部５ａに取り付けられる部分の径が小さく、後方に進むにつれ径が大きくなる傾斜部６ｄが設けられている。なお、図８において、可動熱昇圧シリンダー６以外の部材は図５〜図７に示した第２の実施形態と同じである。
【００５７】
［３−２：作用］
第３の実施の形態における弁部１２の作用は図５〜図７に示す本発明第２の実施の形態の場合と同じであり、大電流遮断開極時において、圧縮室Ｓ２からガスを放出し、閉極動作時においては圧縮室Ｓ２へガスを吸入させる。また、小径ピストン１０により、幅広いアーク時間にわたって高い圧力上昇が得られる長所は第２の実施の形態と同じである。
【００５８】
これに加えて、第３の実施の形態では、可動熱昇圧シリンダー６は傾斜部６ｄを有しているため、前記第２の実施の形態における図６での大電流開極動作の初期において熱昇圧室Ｓ１に流入する高温ガス流（図８では点線矢印２１ｂ、２１ｃにて想像する）が熱昇圧室Ｓ１内で偏在せず、熱昇圧室Ｓ１中によく混合される。従って、その後、熱昇圧室Ｓ１内のガスがノズル９から流出してアーク２０を消滅させるとき、偏在した高温ガスが噴出すことがなく、常に高圧のガス流を噴出することができ、遮断性能の向上に貢献する。
【００５９】
［３−３：効果］
第３の実施の形態においても、放出弁１２ａと吸入弁１２ｂとを一体化した弁部１２を備えたことにより、小形化の実現とコストの低減を達成すると同時に、圧縮室Ｓ２における過圧と減圧を確実に防止することができ、遮断性能が優れ、且つ低駆動エネルギーのガス遮断器を提供できる。また、第３の実施の形態では、小径ピストン１０の圧縮作用により、大電流遮断時、熱昇圧室Ｓ２に高い圧力上昇が得られ、特に長いアーク時間において高い遮断性能が得られる。さらに第３の実施の形態においては、これらの効果に加えて、可動熱昇圧シリンダー６に傾斜部６ｄを設けたことで、熱昇圧室Ｓ１への高温ガスの良好な混合が可能となり、遮断性能がいっそう向上する。
【００６０】
（４）第４の実施の形態
［４−１：構成］
図９は、本発明によるガス遮断器の第４の実施の形態として、請求項４に記載の発明を適用したガス遮断器を示す図であり、閉極状態を示す断面図である。本実施の形態では、第２及び第３実施の形態において、可動熱昇圧シリンダー６の後端面６ｂの内径部において後方への突起部６ｅが形成され、閉極状態では小径ピストン１０の前端部１０ａが突起部６ｅに位置するように構成されている。
【００６１】
小径ピストン１０の後方には放出弁１２ａを支持するのための支持部１０ｃが設けられている。また、小径ピストン１０は最後部の支持部材１８に直接取り付けられ、固定されている。さらに、第４の実施の形態では、固定シリンダー１５と共に圧縮室Ｓ２を形成するための小径ピストン１０の隔壁部１０ｂは、分離した一つの部材として構成されており、小径ピストン１０の径を拡大した部分に取り付けられている。ガス放出及びガス吸入機能を有する弁部１２はこの隔壁部１０ｂに構成される。なお、本実施の形態における他の構成要素は第２の実施の形態，及び第３の実施の形態と同じである。
【００６２】
［４−２：作用］
図９に示す第４の実施の形態における弁部１２の作用は図５〜図８に示した第２及び第３の実施の形態の場合と同じであり、大電流遮断開極時において、圧縮室Ｓ２からガスを放出し、閉極動作時においては、圧縮室Ｓ２へガスを吸入させる。また、小径ピストン１０により幅広いアーク時間にわたって高い圧力上昇が得られる長所も第２及び第３の実施の形態と同じである。
【００６３】
また、第４の実施の形態では、熱昇圧室Ｓ１と圧縮室Ｓ２との仕切り部である可動熱昇圧シリンダー６の後端面６ｂに後方への突起部６ｅを形成し、閉極時には小径ピストン１０の前端部１０ａを突起部６ｅに位置させることにより、熱昇圧室Ｓ１の実質的な内部長さＬｓ１を、操作ロッド５のピストン部５ａと小径ピストン１０の前端部１０ａとの距離Ｌｐｃよりも短くすることができる。一般に、熱昇圧室Ｓ１の長さが大きいと流入したアークによる高温ガスと熱昇圧室Ｓ１内にあらかじめ存在した低温ガスとの混ざり方が悪くなり、高い遮断性能が得られない。
【００６４】
これに対して第４の実施の形態では熱昇圧室Ｓ１の実質的な長さＬｓ１を小さくしているため、大電流遮断時に発生した高温ガスが熱昇圧室Ｓ１にスムーズに流入し、熱昇圧室Ｓ１内の低温ガスと効率良く混合する。従って、前記第３の実施の形態と同じく、高圧のガスをアークに吹き付けて消弧するとき、常に高圧のガス流を噴出することができ、遮断性能を発揮することができる。
【００６５】
［４−３：効果］
第４の実施の形態においても、単純な構成で放出弁１２ａと吸入弁１２ｂとを一体化でき、小形化・低コスト化を図りつつ、圧縮室の過圧を防止するガス放出機能と圧縮室の減圧を防止するガス吸入機能を確実に実施できる。また、第４の実施の形態において、小径ピストン１０の圧縮作用により、大電流遮断時に熱昇圧室Ｓ１に高い圧力上昇を得て遮断性能を高めることができる。さらには、熱昇圧室Ｓ１への高温ガスの良好な混合によりいっそう遮断性能が向上する。
【００６６】
（５）第５の実施の形態
［５−１：構成］
図１０は、本発明によるガス遮断器の第５の実施の形態として、請求項５及び６に記載の発明を適用したガス遮断器を示す図であり、閉極状態を示す断面図である。第５の実施の形態では、第２から第４までの実施の形態において、閉極状態での操作ロッド５の排気口５ｂの位置が小径ピストン１０の前端部１０ａの厚さ（前後方向の長さ寸法）の中にあるように構成されていて、排気口５ｂが前端部１０ａにて塞がれるように配置されている。これにより、閉極状態では操作ロッド５の中空部と熱昇圧室Ｓ１とは連通していないことになる。また、第５の実施の形態は、図示していないが、閉極状態での操作ロッド５の排気口５ｂの位置が小径ピストン１０の前端部１０ａの厚さの後方にあり、操作ロッド６の中空部がガス雰囲気に連通している構成も含む。
【００６７】
［５−２：作用］
図１０に示す第５の実施の形態における弁部１２の作用は図５〜図９に示す第２の実施の形態から第５の実施の形態と同じであり、大電流遮断開極時において、圧縮室Ｓ２からガスを放出し、閉極動作時には圧縮室Ｓ２へガスを吸入させる。また、小径ピストン１０により、幅広いアーク時間にわたって高い圧力上昇が得られる長所は第２の実施の形態と同じである。
【００６８】
第５の実施の形態では、閉極状態において操作ロッド５の排気口５ｂは小径ピストン１０前端部１０ａにて塞がれているため、操作ロッド５の中空部と熱昇圧室Ｓ１とは連通しておらず、アークによる高温ガスが操作ロッド５の中空部から熱昇圧室Ｓ１内に流入することがない。従って、前記高温ガスを操作ロッド５の中空部内に速やかに引き込むことができる。例えば、５０％以下の短絡電流遮断では可動接触子部２側においてアークが早く可動アーク接触子７の中空部に引き込まれることになる。つまり、前記第２から第４の実施の形態に比べ、可動アーク接触子７及び操作ロッド５の中空部の高温ガスを早く排気することができる。これにより、可動アーク接触子７の消耗を抑止することが可能となる。
【００６９】
［５−３：効果］
第５の実施の形態においても、弁部１２にて放出弁１２ａと吸入弁１２ｂとを一体化でき、簡単な構成にて、圧縮室Ｓ２の過圧並びに減圧を防止するためのガス放出機能及び吸入機能を実現できる。また、第５の実施の形態においては、中程度の遮断電流でアークを早く可動アーク接触子７の中空部に引き込むことができ、アークによる可動アーク接触子７の消耗を少なくできる。従って、第５の実施の形態によれば、製造コストが低く、小形で遮断性能が優れ、しかも接触子消耗量の少ない低駆動エネルギーでのガス遮断器を提供できる。
【００７０】
（６）第６の実施の形態
［６−１：構成］
第６の実施の形態は請求項７に記載の発明を適用したガス遮断器である。図１１において下半分は遮断器の閉極時の状態を示し、上半分は開極時の状態を示す。また、図１２の（Ａ）は図１１におけるＸ−Ｘ´矢視図、（Ｂ）は放出弁１２ａの平面図である。第６の実施の形態の特徴は、固定シリンダー１５の隔壁部１５ｂに形成した溝１５ｂ１に代えて、小径穴１５ｂ２に連通する大径穴１５ｂ３を複数設けた点にある。また、第６の実施の形態では図示してないが、必要に応じて放出弁１２ａが回転しないような構成が設けられる。なお、ノズルなど上記した以外の部材は第１から第５までの実施の形態の中で対応する部材と同じ構成である。
【００７１】
［６−２：作用］
第６の実施の形態における弁部１２の作用は図１から図１０に示す第１の実施の形態から第６の実施の形態と同じであり、大電流遮断開極時において、圧縮室Ｓ２からガスを放出し、閉極動作時には圧縮室Ｓ２へガスを吸入させる。更に第６の実施の形態では大径穴１０ｂ３の合計面積を第１から第５の実施の形態における溝１５ｂ１の面積より小さくできる。このため、放出弁用バネ１３の力を弱くすることができる。
【００７２】
［６−３：効果］
第６の実施の形態では、放出弁１２ａが塞ぐ部分は凹部が連続した溝形状ではなく、複数の大径穴１５ｂ３なので受圧面積を小さくすることができ、放出弁１２ａを押えるためのバネ１３の力を低減することができる。従って、放出弁用バネ１３の小形化することが可能であり、弁部１２の構成をいっそう簡略化することができる。なお、第６の実施の形態においても、放出弁１２ａと吸入弁１２ｂを一体化した弁部１２により、大電流遮断開極動作時の圧縮室の過圧防止のためのガス放出と、閉極動作時の圧縮室の減圧防止のためのガス吸入を確実に実現できる点は上述した実施の形態と同様である。
【００７３】
（７）第７の実施の形態
［７−１：構成］
図１３は、本発明によるガス遮断器の第７の実施の形態として、請求項８に記載の発明を適用したガス遮断器を示す図であり、下半分は遮断器の閉極時の状態を示し、上半分は開極時の状態を示す。この第７の実施の形態では、可動熱昇圧シリンダー６において後端面６ｂの後方に前方と同一外径で中空に引き伸ばされる伸長部６ｆが設けられている。また、伸長部６ｆの後方には伸長部６ｆの内径部とほぼ気密に摺動する固定の隔壁部１６が設けられる。この隔壁部１６がピストンとなって、前記圧縮シリンダー部６ｃと共に圧縮室Ｓ２が構成される。また、隔壁部１６には互いに連通する小径穴１６ａ及び溝１６ｂが形成され、溝１６ｂに弁部１２が設置されている。
【００７４】
さらに、可動熱昇圧シリンダー６を包囲し、かつそれに近接して集電シリンダー１７が設けられる。集電シリンダー１７の先端部には集電コンタクト１７ａが設けられ、可動熱昇圧シリンダー６の外径部と集電シリンダー１７の内径部とが接触して両者を通電可能にしている。なお、ノズル９など上記した以外の部材は第１から第６までの実施の形態の中で対応する形態と同じ構成である。
【００７５】
［７−２：作用］
以上のような第７の実施の形態では、可動熱昇圧シリンダー６に伸長部６ｆを設け、この伸長部６ｆ内径部に隔壁部１６の外径部に摺動させることで圧縮室Ｓ２を構成しているため、圧縮室Ｓ２の内径寸法を熱昇圧室Ｓ１の内径寸法と同じにすることができ、熱昇圧室Ｓ１の外側にシリンダーを配置して圧縮室Ｓ２を形成した場合に比べて、機器の小径化を進めることができる。なお、弁部１２の作用は、図１から図１２に示す本発明第１から第６の実施の形態と同じであり、大電流遮断開極時において、圧縮室Ｓ２からガスを放出し、閉極動作時には圧縮室Ｓ２へガスを吸入している。
【００７６】
［７−３：効果］
第７の実施の形態においても、放出弁１２ａと吸入弁１２ｂを一体化した弁部１２を有することで、大電流遮断開極動作時には圧縮室Ｓ２からガスの放出を行い、閉極動作時には圧縮室Ｓ２へガスの吸入を実施することができる。しかも、第７の実施の形態によれば、圧縮室Ｓ２と熱昇圧室Ｓ１との内径寸法が同じであるため、機器の小径化を進めることができ、ガス遮断器の小形化に貢献することが可能となる。
【００７７】
（８）他の実施の形態
なお、本発明は、各実施の形態に限定されるものでなく、多種多様な形態を実施可能である。例えば、各実施の形態の複数の形態を適宜組み合わせることも可能である。また、熱昇圧室と圧縮室の大きさの比を任意に設定することも可能である。更に、各部に設ける排気口、溝などの数や形状、寸法などは自由に設定可能である。
【００７８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のガス遮断器によれば、熱昇圧室と圧縮室を有するガス遮断器において、ガス流断面積が十分に大きい放出弁と吸入弁を一体化することにより部材の大径化を回避して小形化・低コスト化を図ると共に、圧縮室におけるガスの放出及び吸入を確実に実施して低い駆動エネルギーで高い遮断性能を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１の実施の形態のガス遮断器を示す断面図であり、下半分は閉極状態、上半分は開極状態を示す。
【図２】第１の実施の形態の大電流遮断開極動作初期の状態を示す断面図。
【図３】第１の実施の形態の大電流遮断開極動作後期の状態を示す断面図。
【図４】第１の実施の形態の閉極動作時の状態を示す断面図。
【図５】本発明に係る第２の実施の形態の閉極状態を示す断面図。
【図６】第２の実施の形態の大電流遮断開極動作初期の状態を示す断面図。
【図７】第２の実施の形態の大電流遮断開極動作後期の状態を示す断面図。
【図８】本発明に係る第３の実施の形態の閉極状態を示す断面図。
【図９】本発明に係る第４の実施の形態の閉極状態を示す断面図。
【図１０】本発明による第５の実施の形態の閉極状態を示す断面図。
【図１１】本発明に係る第６の実施の形態のガス遮断器を示す断面図であり、下半分は閉極状態、上半分は開極状態を示す。
【図１２】第６の実施の形態において、（Ａ）は図１１におけるＸ−Ｘ´矢視図、（Ｂ）は放出弁１２ａの平面図。
【図１３】本発明による第７の実施の形態のガス遮断器を示す図であり、下半分は閉極時の状態を示す断面図、上半分は開極時の状態を示す断面図である。
【図１４】従来のガス遮断器の一例を示す断面図であり、その開極動作途中の状態を示す。
【符号の説明】
２…可動接触子部
４…固定通電接触子
５…操作ロッド
５ａ…ピストン部
５ｂ…排気口
６…可動熱昇圧シリンダー
７…可動アーク接触子
８…可動通電接触子
９…ノズル
１０…小径ピストン
１０ｂ，１５ｂ，１６…隔壁部
１０ｂ１，１５ｂ１，１６ｂ…溝
１０ｂ２，１５ｂ２，１６ａ…小径穴
１１…逆止弁部
１２…弁部
１２ａ…放出弁
１２ａ１…小径穴
１２ｂ…吸入弁
１２ｃ…吸入弁用バネ
１２ｄ…止めネジ
１３…放出弁用バネ
１４…支持部材
１５…固定シリンダー
１８…基底支持部材
２０…アーク
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２２ａ…ガス流
Ｓ１…熱昇圧室
Ｓ２…圧縮室
【発明の属する技術分野】
本発明は、開極時の機械的圧縮とアークの熱エネルギーによる昇圧作用とを併用してガス圧力を上昇させて高圧のガス流を発生させ、これを接触子間のアークに吹き付けて電流を遮断するガス遮断器に係り、特に、駆動エネルギーの低減化を図るためのガスの放出弁及び吸入弁を備えたガス遮断器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、送電系統や配電系統には系統システムの保護を目的として線路の地絡故障電流や線間短絡故障電流を遮断するガス遮断器が用いられている。例えば、現在７２ｋＶ以上の高電圧送電系統には、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形ガス遮断器が広く使用されている。このガス遮断器では、可動接触子と直結したパッファシリンダーによってＳＦ６ガスなどの消弧性ガスを圧縮して高圧のガス流を発生させ、これを接触子間に生じたアークに吹き付けて電流を遮断することができる。このとき、高い遮断性能を得るためにはガスを高圧化させることが重要であり、これを実現するには開極動作に必要な駆動エネルギーを高めなくてはならない。しかし、駆動エネルギーの増大は機器の大形化を招くことになるので、これを抑えつつ高い圧力上昇を得る方法が種々試みられている。
【０００３】
具体的な従来例としては、特公昭５７−５４８８６号公報及び米国特許第４１３９７５２号公報に記載のガス遮断器が知られている。これらのガス遮断器では、消弧性ガスを圧縮する圧縮室と、この圧縮室前方にアークによる高温ガスを流入させて昇圧する熱昇圧室とを設け、さらに熱昇圧室と圧縮室を仕切る壁に圧縮室から熱昇圧室方向へのガス流のみ可能とする逆止弁を設置している。このようなガス遮断器によれば、大電流遮断時に機械的にガスを圧縮させるだけではなくアークの熱エネルギーを利用して熱昇圧室にてガス圧力を十分に上昇させることができるため、非常に高圧なガス流をアークに吹き付けることができる。しかも、逆止弁が熱昇圧室から圧縮室へのガス流入を防ぐため、圧縮室の圧力上昇は低い値に保つことができ、開極動作時の駆動エネルギーを低く抑えることが可能となる。
【０００４】
更に、上記ガス遮断器を改良して、より効果的に低駆動エネルギー化を達成する方式として、特公平７−１０９７４４号公報に記載の技術が公知となっている。この方式のガス遮断器の従来例について図１４を参照して具体的に説明する。図１４では、中心線の下部半断面が閉極時の状態を示し、上部半断面が開極時（遮断動作完了時）の状態を示している。図１４に示すように固定接触子部１及び可動接触子部２が対向配置されている。これらの接触子部１，２は消弧性のガスが充填された図示されていない容器内に収納されている。なお、可動接触子部２の位置関係についての説明を簡略化する観点から、可動接触子部２における固定接触子部１側の方向を前方、その反対方向を後方と定義する。すなわち図１４では左方向を前方、右方向を後方とする。
【０００５】
図１４において、固定接触子部１は、固定アーク接触子３と、その周囲に配置された固定通電接触子４とから構成されている。一方、可動接触子部２は、中空の操作ロッド５、前端面６ａ及び後端面６ｂを有する可動熱昇圧シリンダー６、中空かつ指状の可動アーク接触子７、可動通電接触子８、絶縁性のノズル９といった基本部材から構成されている。
【０００６】
操作ロッド５は、図示されていない駆動装置によって軸方向に往復動可能とされている。操作ロッド５の前端部にはフランジ部が形成され、このフランジ部によりピストン部５ａが構成されている。操作ロッド５のピストン部５ａには複数個の貫通穴５ｄが形成されており、それを後述する熱昇圧室Ｓ１側から閉じる逆止弁部１１が設けられる。この逆止弁部１１は一個の円盤状などからなる逆止弁１１ａを有しており、これが図示されていないバネなどでピストン部５ａに押し付けられていて、熱昇圧室Ｓ１からのガス流出を阻止し、その逆向きのガス流を可能とするようになっている。また、操作ロッド５の後部位置には、その中空部とガス雰囲気中を連通する排気口５ｂが設けられている。さらに、操作ロッド５の外周面の二箇所に軸方向に伸びる溝５ｅ，５ｆが形成されている。溝５ｅは閉極状態おいては、図１４の下半断面に示すように全長が、後述する圧縮室Ｓ２内にあり、開極動作終了時においては、図１４の上半断面に示すように圧縮室Ｓ２をガス雰囲気中に連通するように構成されている。溝５ｆは閉極時において圧縮室Ｓ２とガス雰囲気中を連通するように構成されている。
【０００７】
可動熱昇圧シリンダー６及び可動アーク接触子７は、操作ロッド５のピストン部５ａ前方に連結されている。可動熱昇圧シリンダー６はその後端面６ｂがピストン部５ａの前面側に接して固定されており、内部には容積が一定である熱昇圧室Ｓ１が形成される。可動アーク接触子７の中空部は操作ロッド５の中空部に連通されている。
【０００８】
可動通電接触子８及びノズル９は、可動熱昇圧シリンダー６の前端面６ａ前方に配置されている。ノズル９は可動アーク接触子７を包囲するようにして可動通電接触子８の内径部に固定されている。さらに、可動アーク接触子７の外周部とノズル９の内周部の間には熱昇圧室Ｓ１からのガス流を固定アーク接触子３の側に導くガス流路が形成されている。
【０００９】
ところで、可動熱昇圧シリンダー６の外周面がほぼ気密に摺動するようにして固定シリンダー１５は配置されている。固定シリンダー１５の前端部には集電コンタクト１５ａが設けられており、可動熱昇圧シリンダー６と固定シリンダー１５間の摺動通電が可能となるように構成されている。固定シリンダー１５の後端部は基底支持部材１８に固定されている。固定シリンダー１５において、基底支持部材１８寄りには開口部１５ｅが形成されており、この開口部１５ｅを介して固定シリンダー１５の内部と容器（図示せず）内のガス雰囲気とが連通されている。
【００１０】
また、固定シリンダー１５には可動熱昇圧シリンダー６の後端面６ｂ及び操作ロッド５のピストン部５ａの後方で、かつ開口部１５ｅの前方には半径方向に延びる隔壁部１５ｂが形成されている。そして、固定シリンダー１５の内部には圧縮室Ｓ２が形成されている。より詳しくは、隔壁部１５ｂ及び固定シリンダー１５の内周部と、可動熱昇圧シリンダー６の後端面６ｂ及び操作ロッド５のピストン部５ａ、さらには操作ロッド５外周面に囲まれることにより圧縮室Ｓ２が形成される。ここで、隔壁部１５ｂは圧縮室Ｓ２とガス雰囲気とを隔てる部材となり、圧縮室Ｓ２内の空間は操作ロッド５のピストン部５ａの前後動により容積が増減するようになっている。なお、前述したピストン部５ａに設置された逆止弁１１部は熱昇圧室Ｓ１からこの圧縮室Ｓ２へのガス流出を阻止し、その逆向きのガス流を可能とするものである。
【００１１】
さらに、固定シリンダー１５の隔壁部１５ｂには貫通穴１５ｃ，１５ｄが形成されている。このうち、貫通穴１５ｃには吸入弁１２ｂが設けられている。吸入弁１２ｂは、閉極動作時における圧縮室Ｓ２の圧力低下を防止するための逆止弁であり、ガス雰囲気中から圧縮室Ｓ２へのガス流入を可能とし、逆に圧縮室Ｓ２からガス雰囲気中へのガス流出を防止するように構成されている。
【００１２】
また、貫通穴１５ｄの後面側には板状の放出弁１２ａが取り付けられており、放出弁１２ａにはこれを前方に押し付ける放出弁用バネ１３が設置されている。放出弁１２ａは、開極動作時における圧縮室Ｓ２の過大な圧力上昇を防止するための弁であり、圧縮室Ｓ２の圧力上昇が放出弁用バネ１３の強さで定められる値を越えたとき、圧縮室Ｓ２のガスをガス雰囲気中に放出するようになっている。
【００１３】
次に、以上の図１４の従来例における開極動作について説明する。ガス遮断器が開極動作を開始すると、下半分断面の矢印Ｄの方向に操作ロッド５が移動し、この操作ロッド５を含む可動部、すなわち可動熱昇圧シリンダー６、可動アーク接触子７、可動通電接触子８、ノズル９が、矢印Ｄの方向に操作ロッド５と一体的に移動する。可動熱昇圧シリンダー６の移動に伴って圧縮室Ｓ２の容積が縮小し、圧縮室Ｓ２内のガス圧力が上昇する。逆止弁１１ａは開極動作の初期、可動部の加速度により急速に開の状態となり、その後、圧縮室Ｓ２のガス圧力の上昇により逆止弁１１ａの開状態は保たれ、圧縮室Ｓ２から熱昇圧室Ｓ１へガスが流れる。それによって熱昇圧Ｓ１内のガス圧力が僅かに高められ、前記ノズル９と可動アーク接触子７の間の流路を通ってガス流が固定アーク接触子３の方向に流れる。
【００１４】
一方、開極動作によって固定アーク接触子３と可動アーク接触子７が開離すると、両アーク接触子３，７間にアークが発生する。この時、遮断電流が１ｋＡ程度、あるいはそれ以下の小さい時、その影響による熱昇圧室Ｓ１の圧力上昇は低いので、上記に述べた圧縮室Ｓ２から熱昇圧室Ｓ１へガスが流れる状態が維持され、アークにガスが吹き付けられ、遮断に至ることとなる。
【００１５】
これに対し、数１０ｋＡに達する大電流を遮断する場合には、アークからの高温ガスがノズル９及び可動アーク接触子７の間のガス流路を逆流して熱昇圧室Ｓ１に流入し、熱昇圧室Ｓ１内のガスを加熱してそのガス圧力を高める。その圧力上昇は上記の電流を遮断しない時及び小電流遮断する時に比べて格段に高くなる。電流零点でこの高い圧力によるガス流がノズル９から固定アーク接触子３に向かって噴出し、アークを冷却してそれを電流零点で消滅させる。このように両アーク接触子３，７間に大電流のアークが発生した後、しばらくの時間が経過し、熱昇圧室Ｓ１のガス圧力が高められた状態では逆止弁１１ａは閉となり、熱昇圧室Ｓ１から圧縮室空間Ｓ２へのガス流出は阻止される。従って、温度上昇したガスの流入による圧縮室Ｓ２の圧力上昇は防止される。
【００１６】
しかしながら、圧縮室Ｓ２から熱昇圧室Ｓ１へのガス流出も無くなるので、圧縮室Ｓ１の圧力上昇は無負荷開極動作時や小電流遮断の開極動作時に比べて格段に高くなるように働く。そこで、圧縮室Ｓ２の圧力上昇が放出弁用バネ１３の強さで定められる値を越えたとき、放出弁１２ａが開く。このため、圧縮室Ｓ２のガスを貫通穴１５ｄから外部に放出し、圧縮室Ｓ２の圧力上昇を所定の低い値に保つことができる。さらに、開極動作の最終段階では、図１４の上半断面から解るように、溝５ｅにより圧縮室Ｓ２はガス雰囲気中に連通しており、圧縮室Ｓ２の圧力上昇値の低下は確実となる。このようにして圧縮室Ｓ２における過大な圧力上昇を抑えることができ、小駆動力で開極動作を実施可能とする。これにより大電流遮断の性能と低駆動エネルギー化を達成することができる。
【００１７】
なお、閉極動作を行う場合には、操作ロッド５を含む可動部が矢印Ｄ方向と反対方向に移動する。可動熱昇圧シリンダー６の移動に伴って圧縮室Ｓ２の容積が増大しそのガス圧力が低下すると、吸入弁１２ｂが開き、ガス雰囲気中から圧縮室Ｓ２へガスを流入する。これにより、圧縮室Ｓ２が減圧することを防止でき、閉極動作の後直ちに遮断動作を行う場合の遮断性能を確保することができる。また、溝５ｆは圧縮室Ｓ２とガス雰囲気中を連通するため、閉極動作の終了段階での圧縮室Ｓ２へのガス流入を確実ならしめている。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、以上述べた従来のガス遮断器においては、次のような問題点があった。すなわち、大電流遮断開極動作時に放出弁１２ａの動作により圧縮室Ｓ２からガスを放出することが、低駆動エネルギー化達成の決め手となっており、閉極動作時に吸入弁１２ｂの動作により圧縮室Ｓ２にガスを吸入させることが、優れた遮断性能を発揮する決め手となっている。このため、固定シリンダー１５の隔壁部１５ｂには、放出弁１２ａと、吸入弁１２ｂという２つの弁が不可欠である。このとき、各弁１２ａ，１２ｂが所望のガス流断面積を確保する必要上、貫通穴１５ｃ，１５ｄはある程度大きくならざるを得ない。この結果、貫通穴１５ｃ，１５ｄを形成する隔壁部１５ｂは大径化を余儀なくされることになり、ガス遮断器の大形化および製造コストの高騰を招いていた。特に近年ではガス遮断器の小形化が強く要請されており、構成部材の大径化による機器の大形化は早急に解消すべき技術的課題となっている。
【００１９】
本発明は、以上の問題点を解決するために提案されたものであり、その目的は、熱昇圧室と圧縮室を有するガス遮断器において、ガス流断面積が十分に大きい放出弁と吸入弁を一体化することにより部材の大径化を回避して小形化・低コスト化を図ると共に、圧縮室におけるガスの放出及び吸入を確実に実施して低い駆動エネルギーで高い遮断性能を得ることができるガス遮断器を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、消弧性ガスが封入された容器内に、固定接触子部及び可動接触子部を対向して配置し、前記固定接触子部は少なくとも固定アーク接触子を有し、可動接触子部は、固定接触子部方向を前方、その反対方向を後方と定義した場合に、中空の操作ロッドと、前記操作ロッドの周囲に配置されてその前端部で操作ロッドに取り付けられる可動熱昇圧シリンダーと、前記可動熱昇圧シリンダーの前方に取り付けられる中空で指状の可動アーク接触子と、前記可動アーク接触子を包囲する絶縁性のノズルと、前記可動熱昇圧シリンダーを包囲しその内径部を可動熱昇圧シリンダーの外径部が摺動する固定シリンダーとを有し、かつ、前記可動熱昇圧シリンダー内に内部のガスをアークの熱により昇圧させる熱昇圧室を形成し、前記固定シリンダー内に開極動作時に可動熱昇圧シリンダーの移動により容積を縮小させて内部のガスを圧縮する圧縮室を形成し、前記熱昇圧室と前記圧縮室とを仕切る仕切り部を設置し、この仕切り部に前記圧縮室から前記熱昇圧室へのガス流のみ可能とする逆止弁を設け、電流遮断時に熱昇圧室の高圧ガスを固定アーク接触子と可動アーク接触子間に発生するアークに吹き付けて電流を遮断するように構成したガス遮断器において、次のような技術的な特徴を有している。
【００２１】
請求項１の発明は、前記固定シリンダーの後方に、前記圧縮室と圧縮室の外部であるガス雰囲気とを隔てる隔壁部を設け、前記隔壁部はその内径部に前記操作ロッドの外径部が摺動するように構成し、前記圧縮室に面した前面部側に複数の小径穴を形成すると共に、後面部側に前記小径穴と連通する溝を形成し、前記溝に弁部を設置し、この弁部は、前記溝を後方から塞ぐ板状の放出弁と、前記放出弁を前方に押し付ける放出弁用バネと、前記放出弁に設けられ前記溝と連通する複数個の貫通穴と、この貫通穴を前方から塞ぐ板状の吸入弁と、前記吸入弁を後方に押し付ける吸入弁用バネとからなる、前記放出弁と前記吸入弁を一体化した構成であり、開極動作時に前記圧縮室内のガス圧力値が前記放出弁用バネの力で定められる値を越えたとき、前記放出弁が開いて前記圧縮室内のガスが前記小径穴及び前記溝を通ってガス雰囲気へ放出し、閉極動作時に前記圧縮室内のガス圧力がガス雰囲気中のガス圧力より低下し、その圧力差により前記吸入弁に働く力が前記吸入弁用バネの力よりも大きくなったとき、前記吸入弁が開いてガス雰囲気中のガスが前記貫通穴、前記溝及び前記小径穴を通って前記圧縮室内に吸入するように構成したことを特徴とする。
【００２２】
以上のような請求項１の発明では、熱昇圧室と、それに逆止弁を介して連通する圧縮室とを有するガス遮断器において、開極動作時における圧縮室の過大な圧力上昇を防止する放出弁と、閉極動作時における圧縮室の圧力低下を防止する吸入弁とを一体化した弁部とし、これを圧縮室とガス雰囲気とを隔てる隔壁部に設置している。このため、隔壁部を小径化しても放出弁及び吸入弁は十分に大きいガス流断面積を確保することができる。従って、ガス遮断器の小形化・低コスト化を実現しつつ、圧縮室はガス放出作用とガス吸入作用を確実に実施可能である。これにより、開極時に圧縮室のガス圧力が過度に上昇することを防止して駆動エネルギーの低減を達成すると同時に、閉極時に圧縮室のガス圧力がガス雰囲気よりも低くなることを防いで優れた遮断性能を発揮することができる。
【００２３】
請求項２の発明は、請求項１に記載のガス遮断器において、前記仕切り部に貫通部を設け、この貫通部に挿通可能な小径ピストンを配置し、前記小径ピストンは、開極動作時に可動熱昇圧シリンダーとの相対位置関係において熱昇圧室内に突出して熱昇圧室内のガスを圧縮する構成とし、前記操作ロッドには操作ロッド中空部内のガスをガス雰囲気へ排気する排気口を形成し、前記排気口は、開極動作の前半では前記小径ピストンの前方で熱昇圧室内に位置して可動アーク接触子及び操作ロッドの中空部と熱昇圧室とを連通し、開極動作の後半では前記小径ピストンの後方に位置して可動アーク接触子及び操作ロッドの中空部がガス雰囲気に連通するように配置したことを特徴とする。
以上の請求項２の発明では、開極動作の前半では操作ロッドの排気口を介して可動アーク接触子及び操作ロッドの中空部と熱昇圧室とが連通しているため熱昇圧室内にアークによる高温ガスを効率良く取り入れることができる。しかも、開極動作時には熱昇圧室を小径ピストンで圧縮している、請求項１の持つ作用効果に加えて、幅広いアーク時間にわたり熱昇圧室にて高い圧力上昇を得ることが可能となる。また、開極動作の後半では操作ロッドの排気口を介して可動アーク接触子及び操作ロッドの中空部がガス雰囲気に連通しているため、アークによる高温ガスをガス雰囲気に迅速に排気することができる。なお、小径ピストンは受圧面積が小さいため、受ける反対力も小さく、駆動エネルギーの増大を引き起こす心配はない。
【００２４】
請求項３の発明は、請求項１または２に記載のガス遮断器において、前記熱昇圧室は前方から後方に向かって拡がる傾斜部を備えたことを特徴とする。
以上の請求項３の発明では、傾斜部を設けたことで、大電流遮断時に発生した高温ガスが熱昇圧室にスムーズに流入するため、高温ガス流が偏在することなく、熱昇圧室内にあらかじめ存在した低温ガスと効率良く混合する。従って、高圧のガスをアークに吹き付けて消弧するとき、常に高圧のガス流を噴出することができ、遮断性能を発揮することができる。
【００２５】
請求項４の発明は、請求項２または３に記載のガス遮断器において、前記仕切り部は前記圧縮室側に突起する突起部を有し、この突起部に前記小径ピストンが挿通する貫通部を形成し、閉極状態では前記小径ピストンの前端部が前記突起部に位置するように構成したことを特徴とする。
以上の請求項４の発明では、熱昇圧室と圧縮室とを仕切る仕切り部に圧縮室側に突起する突起部を形成し、閉極時において小径ピストンの前端部が突起部に位置させることで、熱昇圧室の前後方向の長さ寸法を実質的に短くすることができる。熱昇圧室の前後方向の長さ寸法が短ければ、大電流遮断時に発生した高温ガスが熱昇圧室にスムーズに流入するため、熱昇圧室内の低温ガスと効率良く混合する。従って、前記請求項３の発明と同様、高圧のガスをアークに吹き付けて消弧するとき、常に高圧のガス流を噴出することができ、遮断性能を発揮することができる。
【００２６】
請求項５の発明は、請求項２〜４のいずれか一項に記載のガス遮断器において、閉極状態での前記操作ロッドの排気口は前記小径ピストン前端部にて塞がれるように配置したことを特徴とする。
以上のような請求項５の発明では、閉極状態において操作ロッドの排気口は小径ピストン前端部にて塞がれるため、操作ロッドの中空部と熱昇圧室とは連通しておらず、アークによる高温ガスが操作ロッドの中空部から熱昇圧室内に流入することなく、前記高温ガスを操作ロッドの中空部内に速やかに引き込むことができる。したがって、可動アーク接触子付近からアークによる高温ガスを素早く逃がすことができ、可動アーク接触子の消耗を抑えることができる。
【００２７】
請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載のガス遮断器において、閉極状態での前記操作ロッドの排気口は前記操作ロッドの中空部がガス雰囲気に連通するように配置したことを特徴とする。
以上の請求項６の発明では、閉極状態において操作ロッドの排気口を介して操作ロッドの中空部とガス雰囲気とが連通しているため、アークによる高温ガスを操作ロッドの中空部から速やかに排出することができる。したがって、上記請求項５の発明と同様に、可動アーク接触子付近からアークによる高温ガスを素早く逃がすことができ、可動アーク接触子の消耗を抑止できる。
【００２８】
請求項７の発明は、請求項１〜６のいずれか一項に記載のガス遮断器において、前記隔壁部の後面部側に形成した溝に代えて、前記小径穴に連通する大径穴を複数設けたことを特徴とする。
このような請求項７の発明では、放出弁が塞ぐ部分は１つの溝形状ではなく、複数の大径穴なので、凹部が連続している溝に比べて受圧面積を小さくすることができる。したがって、放出弁を押えるためのバネの力を低減することができ、弁部の構成をいっそう簡略化することができる。
【００２９】
請求項８の発明では、請求項１〜７のいずれか一項に記載のガス遮断器において、前記可動熱昇圧シリンダーの後端部に後方に伸びる伸長部を設け、この伸長部の内径部に前記隔壁部の外径部が摺動させて前記圧縮室を構成したことを特徴とする。
このような請求項８の発明では、可動熱昇圧シリンダーに設けた伸長部の内径部に隔壁部の外径部に摺動させることで圧縮室を構成しているため、熱昇圧室と圧縮室との内径寸法は同じになる。したがって、熱昇圧室の外側にシリンダーを配置して圧縮室を形成した場合に比べて、機器の機器の小径化を進めることができる。外側に構成の簡略化を進めることができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明によるガス遮断器の複数の実施の形態について、図１〜図１３により具体的に説明する。なお、以下の説明においても、請求項１に記載した可動接触子部の方向に関する定義に従い、図中左側方向を前方、右側を後方とする。また、図１４に示した従来例と同一の部材に関しては同一の符号を付して説明は省略する。
【００３１】
（１）第１の実施の形態
［１−１：構成］
本発明によるガス遮断器の第１の実施の形態は請求項１に記載の発明を適用したガス遮断器であり、図１〜図４は第１の実施の形態の断面図である。図１の下半分は閉極状態を、図１の上半分は開極状態を、図２は大電流遮断開極動作の初期状態を、図３は大電流遮断開極動作の後期状態を、図４は開極動作時の状態をそれぞれ示している。
【００３２】
図１に示すように、第１の実施の形態において、固定シリンダー１５はその内径部に可動熱昇圧シリンダー６が摺動自在に配置され、支持部材１４にボルト１７などで連結されることを介して基底支持部材１８に固定されている。支持部材１４には前方に小径の外径部１４ａが設けられ、後方に支持部材１４内部とガス雰囲気とを連通させる開口部１４ｂが形成されている。なお、符号５ｃは操作ロッド５の排気口５ｂに隣接する内壁部である。
【００３３】
本実施の形態の構成上のポイントは、固定シリンダー１５の隔壁部１５ｂに放出弁と吸入弁を兼ねた弁部１２が形成されていることにある。ここで弁部１２の構成について詳しく説明する。隔壁部１５ｂはその内径部に操作ロッド５の外径部が摺動されており、圧縮室Ｓ２に面した前面部側に複数の小径穴１５ｂ２が形成されると共に、後面部側に小径穴１５ｂ２と連通する溝１５ｂ１が形成されている。この溝１５ｂ１に弁部１２が設置されている。弁部１２には溝１５ｂ１を後方から塞ぐ中空円盤状の放出弁１２ａが設けられている。放出弁１２ａはその内径部が支持部材１４の外径部１４ａを摺動可能に配置されている。
【００３４】
また、放出弁１２ａの後方には放出弁１２ａ前方に押し付ける放出弁用バネ１３が取り付けられており、この放出弁用バネ１３は支持部材１４の外径部１４ａにつづく段部にて支持されている。さらに、放出弁１２ａのセンターピッチ円付近には前記溝１５ｂ１と連通する貫通穴１２ａ１が複数個形成されており、これを閉じるようにして中空円盤状の吸入弁１２ｂが配置されている。吸入弁１２ｂは固定ネジ１２ｄと吸入弁用バネ１２ｃにより後方に押し付けられるように構成されている。吸入弁用バネ１２ｃと固定ネジ１２ｄは３〜４組で十分であり、図に示すように溝１５ｂ１の内部に収納されている。
【００３５】
ところで、開極動作時において圧縮室Ｓ２内のガス圧力値が放出弁用バネ１３の力で定められる値を越えたとき、放出弁１２Ａが開いて圧縮室Ｓ２内のガスが小径穴１５ｂ２及び溝１５ｂ１を通ってガス雰囲気へ放出するようになっている。一方、閉極動作時において圧縮室Ｓ２内のガス圧力がガス雰囲気中のガス圧力より低下し、その圧力差により吸入弁１２ｂに働く力が吸入弁用バネ１２ｃの力よりも大きくなったとき、吸入弁１２ｂが開いてガス雰囲気中のガスが貫通穴１２ａ１、溝１５ｂ１及び小径穴１５ｂ２を通って圧縮室Ｓ２内に吸入するようになっている。
【００３６】
［１−２：作用］
以上の構成を有する第１の実施の形態の作用について、図１〜図４を用いて説明する。先ず、図１の下半分の図に示す閉極状態において、電流は固定接触子部１の固定通電接触子４から可動通電接触子部２の可動通電接触子８に流れ、更に、集電コンタクト１５ａを介して固定シリンダー１５に流れている。このような閉極状態で、図示していない駆動装置からの駆動力が矢印Ｄの方向に働き、操作ロッド５が矢印方向に移動すると、可動部、すなわち、操作ロッド５とそれに連結された可動熱昇圧シリンダー６、可動アーク接触子７、可動通電接触子８及びノズル９が矢印Ｄの方向に一体的に移動し、圧縮室Ｓ２の容積が減少する。
【００３７】
従って、圧縮室Ｓ２内のガス圧力が上昇し、開極動作の初期では逆止弁部１１が可動部の加速度により開口状態となっているので、逆止弁部１１を通じて圧縮室Ｓ２からのガスが熱昇圧室Ｓ１に流入する。また、上記の開極動作により、最初に固定通電接触子４と可動通電接触子８が開離し、遅れて固定アーク接触子３と可動アーク接触子７が開離する。その結果、図２に示すように、固定アーク接触子３と可動アーク接触子７との間にアーク２０が発生する。
【００３８】
送電系統の短絡電流のような大電流を遮断するとき、図２に示す開極後の初期の状態では、ノズル９の内部でアーク２０が大きく広がり、図に示すような３方向のガス流２１ａ，２１ｂ，２１ｃが発生する。このうちガス流２１ａ、２１ｂは、ノズル９の外部に噴出するが、ガス流２１ｃは可動熱昇圧シリンダー６内の熱昇圧室Ｓ１に流入する。容積が不変である熱昇圧室Ｓ１は、このような高温ガス流２１ｃの混合によって加熱され、高い圧力上昇となる。そのため、熱昇圧室Ｓ１と圧縮室Ｓ２の間にある逆止弁１１ａは後方に移動し逆止弁部１１は閉止状態となる。従って、熱昇圧室Ｓ１のガスは圧縮室Ｓ２に流出しない。
【００３９】
しかしながら、圧縮室Ｓ２のガスも熱昇圧室Ｓ１に流出せず、圧縮室Ｓ２の圧力上昇も高い値になろうとする。その圧力上昇により放出弁１２ａに作用する力が放出弁用バネ１３の力を上回ると、図２に示すように放出弁１２ａが支持部材１４の外径部１４ａ面を摺動して支持部材１４に当たって止められるまで後方に移動し、溝１５ｂ１が開口する。これにより、圧縮室Ｓ２内のガスがガス流２２ａとなって放出される。従って、圧縮室Ｓ２内の過大な圧力上昇が防止され、ピストン部５ａへの反力（駆動力と逆向きの力）は低く抑えられる。
【００４０】
その後、開極動作が進み、ノズル９のスロート部が十分に開口し、電流値も小さくなると、ノズル９のスロート付近に充満していた高温ガスが消失し、図３に示すように、熱昇圧Ｓ１から出てノズル９と可動アーク接触子７間のガス流路を流れるガス流２１ｂもノズル９の出口向きに流れる。このガス流２１ｂは熱昇圧Ｓ１から出ると２つのガス流２１ａ，２１ｃになる。このうち、ガス流２１ａはノズル９の外部に噴出する。一方、ガス流２１ｃは可動アーク接触子７の中空部と操作ロッド５の中空部を経て操作ロッド５の排気口５ｂを抜け、支持部材１４の開口部１４ｂを通ってガス雰囲気中に排出される。これら二つのガス流２１ａ，２１ｃにより、アーク２０は電流ゼロ点で消滅せられ、電流が遮断される。
【００４１】
前記弁部１２において、放出弁１２ａは高い圧力上昇が発生し得る時間だけ開口状態を保ち、反力を低い状態に保つので、電流が遮断されるまでのスムーズな開極動作を維持させる。そのあとの開極動作の終了時には、前述した図１の上半分の断面に示す状態となり、ピストン部５ａと固定シリンダー１５の隔壁部１５ｂが衝突しない安全な距離Ｌ２０を保って停止する。この状態で短い時間が経過すれば、圧縮室Ｓ２の圧力上昇は低くなり、放出弁１２ａに働く力が放出弁用バネ１３の力より十分に小さくなり、放出弁１２ａが溝１５ｂ１を閉じる初期状態に復帰する。
【００４２】
一方、ガス遮断器を閉極するときの状態を図４に示す。操作ロッド５に閉極の駆動力が働き操作ロッド５が矢印Ｄの向きに移動しているとする。このとき圧縮室Ｓ２の容積が増加するので、そのガス圧力が低下する。そのため吸入弁１２ｂに働く力が吸入弁用バネ１２ｃによる力よりも大きくなって吸入弁１２ｂが前方に移動し、放出弁１２ａの貫通穴１２ａ１を開口する。従って、ガス雰囲気中からガス流２３が圧縮室Ｓ２に流入する。それにより圧縮室Ｓ２内のガス密度が高められ、閉極動作の後直ちに遮断動作を行う場合の遮断性能が確保される。なお、閉極動作のとき、操作ロッド５のピストン部５ａに設置された逆止弁１１ａは閉極加速度と圧縮室Ｓ２内の減圧により閉止状態となる。
【００４３】
［１−３：効果］
以上述べたように第１の実施の形態では、大電流遮断時には熱昇圧室Ｓ１の高い圧力上昇が確保され、かつ圧縮室Ｓ２は放出弁１２ａの確実な動作により低い圧力上昇に保たれる。従って、開極時において圧縮室Ｓ２のガス圧力が過度に上昇することを防止でき、駆動エネルギーの低減を達成する。また、吸入弁１２ｂの動作により閉極動作の際の圧縮室Ｓ２へのガス吸入も確実である。従って、圧縮室Ｓ２が減圧することがなく、閉極動作の後直ちに遮断動作を行う場合の遮断性能を確保することができる。
【００４４】
更に第１の実施の形態における効果としては、弁部１２にて放出弁１２ａと吸入弁１２ｂを一体化しているため、簡単な構成にて過圧防止のガス放出機能と減圧防止のガス吸入機能を果たすことができる。これにより、隔壁部１５ｂを大径化させることなく、製造コストを抑えることができる。しかも、放出弁１２ａ及び吸入弁１２ｂは十分に大きいガス流断面積を確保することができ、圧縮室Ｓ２はガス放出作用とガス吸入作用を確実に実施可能である。このような第１の実施の形態によれば、小形・低コストであり、遮断性能に優れ、且つ低駆動エネルギーのガス遮断器を提供することができる。
【００４５】
（２）第２の実施の形態
［２−１：構成］
第２の実施の形態は請求項２に記載した発明を適用したものである。ここで図５は遮断器の閉極時の閉極状態を、図６は大電流遮断開極動作の初期状態を、図７は大電流遮断開極動作の後期状態をそれぞれ示す断面図である。第２の実施形態において、固定接触子部１の構成及び可動接触子部２における可動アーク接触子７、可動通電接触子８、ノズル９、逆止弁部１１の構成は図１に示す第１の実施の形態と同じである。
【００４６】
第２の実施の形態では固定の小径ピストン１０が設けられている。第２の実施の形態における固定シリンダー１５には隔壁部１５ｂがなく、これに代えて小径ピストン１０に隔壁部１０ｂが一体的に形成されている。この隔壁部１０ｂに前記第１の実施の形態と同じ構成でガス放出機能およびガス吸入機能を有する弁部１２が設置されている。但し、圧縮室Ｓ２側から加工される複数個の小径穴は１０ｂ２、これと反対側であるガス雰囲気側から小径穴１５ｂ２に連通する溝１０ｂ１となる。小径ピストン１０は可動熱昇圧シリンダー６後端面６ｂの内径部に挿通自在に配置されており、開極動作時に可動熱昇圧シリンダー６との相対位置関係において熱昇圧室Ｓ１内に前端部１０ａが突出して熱昇圧室Ｓ１内のガスを圧縮するように構成されている。このような小径ピストン１０を備えた点が第２の実施の形態における第１の特徴である。
【００４７】
また、第２の実施の形態における第２の特徴は、操作ロッド５の排気口５ｂの配置構成にある。すなわち、排気口５ｂは閉極時及び開極動作の前半は、小径ピストン１０の前端部１０ａの前方で、かつ熱昇圧室Ｓ１内にあり、可動アーク接触子７及び操作ロッド５の中空部と熱昇圧室Ｓ１とを連通させている（図５、図６参照）。また、開極動作の後半では、排気口５ｂは小径ピストン１０の後方に開口して可動アーク接触子７及び操作ロッド５の中空部とガス雰囲気とを連通させている（図７参照）。
【００４８】
さらに、第２の実施の形態では、操作ロッド５のピストン部５ａは可動熱昇圧シリンダー６の前端面６ａと接するようになっている。このため、熱昇圧室Ｓ１と圧縮室Ｓ２とを仕切る仕切り部は可動熱昇圧シリンダー６の後端面６ｂのみから構成され、後端面６ｂに形成される取付穴６ｃに逆止弁部１１が配置されている。なお、圧縮室Ｓ２は可動熱昇圧シリンダー６の後端面６ｂ、小径ピストン１０の外径部、隔壁部１０ｂの前面、固定シリンダー１５の内径部から構成される。
【００４９】
［２−２：作用］
以上の構成を有する第２の実施の形態の作用について図５〜図７を用いて説明する。図５に示す閉極状態では、第１の実施の形態における図１の下半分の図と同様、電流は固定接触子部１の固定通電接触子４から可動通電接触子部２の可動通電接触子８に流れ、更に、集電コンタクト１５ａを介して固定シリンダー１５に流れている。その状態で、駆動装置からの開極駆動力が働き、操作ロッド５を含む可動部が矢印Ｄの方向に移動すると、圧縮室Ｓ２の容積が減少する。従って、圧縮室Ｓ２内のガス圧力が上昇し、開極動作の初期では逆止弁部１１が可動部の加速度により開口状態となっているので、逆止弁部１１を通じて圧縮室Ｓ２からのガスが熱昇圧室Ｓ１に流入する。第２の本実施の形態では、それと同時に図６に示すように、小径ピストン１０の前端部１０ａが熱昇圧室Ｓ１内に突出して、熱昇圧室Ｓ１内の容積を縮小し、熱昇圧室Ｓ１内のガスを圧縮する。
【００５０】
また、このような開極動作により、固定通電接触子４と可動通電接触子８の開離にやや遅れて、固定アーク接触子３と可動アーク接触子７が開離し、図６に示すように、固定アーク接触子３と可動アーク接触子７の間にアーク２０が発生する。大電流を遮断するとき、開極後の初期の状態で、ノズル９の内部でアーク２０が大きく広がり、図６に示すように３方向のガス流２１ａ，２１ｂ，２１ｃが発生する。このうちガス流２１ａ、ノズル９の外部に噴出するが、ガス流２１ｂ、２１ｃは可動熱昇圧シリンダー６内の熱昇圧室Ｓ１に流入する。熱昇圧室Ｓ１は、このような高温ガス流２１ｃの混合により加熱されると同時に、前記の小径ピストン１０による熱昇圧室Ｓ１内のガス圧縮作用により、ガス圧力がより効果的に高められることになり、長いアーク時間の電流ゼロ点においても高い圧力上昇が得られる。
【００５１】
第２の実施の形態においても上記第１の実施の形態と同様、熱昇圧室Ｓ１の圧力上昇が高くなった状態では、熱昇圧室Ｓ１と圧縮室Ｓ２の間にある逆止弁１１ａは後方に移動し逆止弁部１１は閉止状態となる。従って、熱昇圧室Ｓ１のガスは圧縮室Ｓ２に流出しない。しかしながら、圧縮室Ｓ２のガスも熱昇圧室Ｓ１に流出せず、圧縮室Ｓ２の圧力上昇も高い値になろうとする。その圧力上昇により放出弁１２ａ作用する力がバネ１３の力を上回り、図６に示すように放出弁１２ａが後方に移動して溝１０ｂ１が開口状態となり、圧縮室Ｓ２内のガスがガス流２２ａとなって放出される。従って、圧縮室Ｓ２内の過大な圧力上昇が防止され、ピストン部５ａへの反力（駆動力と逆向きの力）は低く抑えられる。また、小径ピストン１０の前端部１０ａの受圧面積は小さく、受ける反力は小さいので、駆動エネルギーの増大を引き起こすおそれがない。
【００５２】
その後、開極が進み、ノズル９のスロート部が十分に開口し、電流値も小さくなると、ノズル９のスロート付近に充満していた高温ガスが消失し、図７に示すように、圧縮室Ｓ１から出てノズル９と可動アーク接触子７間のガス流路を流れるガス流２１ｂもノズルの出口向きに流れる。このガス流２１ｂはノズル９の外部に噴出するガス流２１ａと、可動アーク接触子７及び操作ロッド５の中空部、さらに操作ロッド５の排気口５ｂを経て支持部材１４の開口部１４ｂａを通り、ガス雰囲気中に排出されるガス流２１ｃとなる。これら二つのガス流２１ａ，２１ｃにより、アーク２０は電流ゼロ点で消滅せられ、電流が遮断される。
【００５３】
前記弁部１２において、放出弁１２ａは圧力上昇が高くなり得る時間だけ開口状態を保ち、開極動作の終了まで反力を低い状態に保つので、スムーズな開極動作を維持させる。そのあとの開極動作が終了して短い時間が経過すれば、圧縮室Ｓ２の圧力上昇は低くなり、放出弁１２ａに働く力が放出弁用バネ１３の力よりも十分に小さくなって、放出弁１２ａが溝１０ｂ１を閉じる初期状態に復帰する。
【００５４】
なお、ガス遮断器を閉極するときの状態は図４に示した第１の実施形態と同じである。すなわち、第２の実施の形態においても、圧縮室Ｓ２の容積が増加により、そのガス圧力が低下して、吸入弁１２ｂに働く力が吸入弁用バネ１２ｃによる力より大きくなると、逆止弁１２ｂが前方に移動し、放出弁１２ａ部の貫通穴１２ａ１を開口する。従って、ガス雰囲気中からガスが圧縮室Ｓ２に流入する。それにより圧縮室Ｓ２内のガス密度が高められ、閉極動作の後直ちに遮断動作を行う場合の遮断性能が確保される。また、第２の実施の形態においても、閉極の加速度とＳ２内の減圧により逆止弁部１１は閉止状態となる。
【００５５】
［２−３：効果］
第２の実施の形態においても、放出弁１２ａと吸入弁１２ｂを一体化した簡単な構成の弁部１２により、大形化とコストの増大を抑えつつ、圧縮室Ｓ２における過圧防止のガス放出機能と減圧防止のガス吸入機能を確実に実現できる。また、第２の実施の形態では小径ピストン１０の圧縮作用により、大電流遮断時、第１の実施の形態に比べて熱昇圧室Ｓ１に高い圧力上昇を得ることができる。特に長いアーク時間の電流ゼロ点において高い圧力上昇が得られるので、広い時間幅で優れた遮断性能を獲得できる。しかも、第２の実施の形態においては、開極動作の後半で操作ロッド５の排気口５ｂを介して可動アーク接触子７及び操作ロッド５の中空部がガス雰囲気に連通しているため、アークによる高温ガスをガス雰囲気に迅速に排気することができるといった利点がある。
【００５６】
（３）第３の実施の形態
［３−１：構成］
図８は、本発明によるガス遮断器の第３の実施の形態として、請求項３記載の発明を適用したガス遮断器を示す図であり、閉極状態を示している。本実施の形態に係る可動熱昇圧シリンダー６には、操作ロッド５のピストン部５ａに取り付けられる部分の径が小さく、後方に進むにつれ径が大きくなる傾斜部６ｄが設けられている。なお、図８において、可動熱昇圧シリンダー６以外の部材は図５〜図７に示した第２の実施形態と同じである。
【００５７】
［３−２：作用］
第３の実施の形態における弁部１２の作用は図５〜図７に示す本発明第２の実施の形態の場合と同じであり、大電流遮断開極時において、圧縮室Ｓ２からガスを放出し、閉極動作時においては圧縮室Ｓ２へガスを吸入させる。また、小径ピストン１０により、幅広いアーク時間にわたって高い圧力上昇が得られる長所は第２の実施の形態と同じである。
【００５８】
これに加えて、第３の実施の形態では、可動熱昇圧シリンダー６は傾斜部６ｄを有しているため、前記第２の実施の形態における図６での大電流開極動作の初期において熱昇圧室Ｓ１に流入する高温ガス流（図８では点線矢印２１ｂ、２１ｃにて想像する）が熱昇圧室Ｓ１内で偏在せず、熱昇圧室Ｓ１中によく混合される。従って、その後、熱昇圧室Ｓ１内のガスがノズル９から流出してアーク２０を消滅させるとき、偏在した高温ガスが噴出すことがなく、常に高圧のガス流を噴出することができ、遮断性能の向上に貢献する。
【００５９】
［３−３：効果］
第３の実施の形態においても、放出弁１２ａと吸入弁１２ｂとを一体化した弁部１２を備えたことにより、小形化の実現とコストの低減を達成すると同時に、圧縮室Ｓ２における過圧と減圧を確実に防止することができ、遮断性能が優れ、且つ低駆動エネルギーのガス遮断器を提供できる。また、第３の実施の形態では、小径ピストン１０の圧縮作用により、大電流遮断時、熱昇圧室Ｓ２に高い圧力上昇が得られ、特に長いアーク時間において高い遮断性能が得られる。さらに第３の実施の形態においては、これらの効果に加えて、可動熱昇圧シリンダー６に傾斜部６ｄを設けたことで、熱昇圧室Ｓ１への高温ガスの良好な混合が可能となり、遮断性能がいっそう向上する。
【００６０】
（４）第４の実施の形態
［４−１：構成］
図９は、本発明によるガス遮断器の第４の実施の形態として、請求項４に記載の発明を適用したガス遮断器を示す図であり、閉極状態を示す断面図である。本実施の形態では、第２及び第３実施の形態において、可動熱昇圧シリンダー６の後端面６ｂの内径部において後方への突起部６ｅが形成され、閉極状態では小径ピストン１０の前端部１０ａが突起部６ｅに位置するように構成されている。
【００６１】
小径ピストン１０の後方には放出弁１２ａを支持するのための支持部１０ｃが設けられている。また、小径ピストン１０は最後部の支持部材１８に直接取り付けられ、固定されている。さらに、第４の実施の形態では、固定シリンダー１５と共に圧縮室Ｓ２を形成するための小径ピストン１０の隔壁部１０ｂは、分離した一つの部材として構成されており、小径ピストン１０の径を拡大した部分に取り付けられている。ガス放出及びガス吸入機能を有する弁部１２はこの隔壁部１０ｂに構成される。なお、本実施の形態における他の構成要素は第２の実施の形態，及び第３の実施の形態と同じである。
【００６２】
［４−２：作用］
図９に示す第４の実施の形態における弁部１２の作用は図５〜図８に示した第２及び第３の実施の形態の場合と同じであり、大電流遮断開極時において、圧縮室Ｓ２からガスを放出し、閉極動作時においては、圧縮室Ｓ２へガスを吸入させる。また、小径ピストン１０により幅広いアーク時間にわたって高い圧力上昇が得られる長所も第２及び第３の実施の形態と同じである。
【００６３】
また、第４の実施の形態では、熱昇圧室Ｓ１と圧縮室Ｓ２との仕切り部である可動熱昇圧シリンダー６の後端面６ｂに後方への突起部６ｅを形成し、閉極時には小径ピストン１０の前端部１０ａを突起部６ｅに位置させることにより、熱昇圧室Ｓ１の実質的な内部長さＬｓ１を、操作ロッド５のピストン部５ａと小径ピストン１０の前端部１０ａとの距離Ｌｐｃよりも短くすることができる。一般に、熱昇圧室Ｓ１の長さが大きいと流入したアークによる高温ガスと熱昇圧室Ｓ１内にあらかじめ存在した低温ガスとの混ざり方が悪くなり、高い遮断性能が得られない。
【００６４】
これに対して第４の実施の形態では熱昇圧室Ｓ１の実質的な長さＬｓ１を小さくしているため、大電流遮断時に発生した高温ガスが熱昇圧室Ｓ１にスムーズに流入し、熱昇圧室Ｓ１内の低温ガスと効率良く混合する。従って、前記第３の実施の形態と同じく、高圧のガスをアークに吹き付けて消弧するとき、常に高圧のガス流を噴出することができ、遮断性能を発揮することができる。
【００６５】
［４−３：効果］
第４の実施の形態においても、単純な構成で放出弁１２ａと吸入弁１２ｂとを一体化でき、小形化・低コスト化を図りつつ、圧縮室の過圧を防止するガス放出機能と圧縮室の減圧を防止するガス吸入機能を確実に実施できる。また、第４の実施の形態において、小径ピストン１０の圧縮作用により、大電流遮断時に熱昇圧室Ｓ１に高い圧力上昇を得て遮断性能を高めることができる。さらには、熱昇圧室Ｓ１への高温ガスの良好な混合によりいっそう遮断性能が向上する。
【００６６】
（５）第５の実施の形態
［５−１：構成］
図１０は、本発明によるガス遮断器の第５の実施の形態として、請求項５及び６に記載の発明を適用したガス遮断器を示す図であり、閉極状態を示す断面図である。第５の実施の形態では、第２から第４までの実施の形態において、閉極状態での操作ロッド５の排気口５ｂの位置が小径ピストン１０の前端部１０ａの厚さ（前後方向の長さ寸法）の中にあるように構成されていて、排気口５ｂが前端部１０ａにて塞がれるように配置されている。これにより、閉極状態では操作ロッド５の中空部と熱昇圧室Ｓ１とは連通していないことになる。また、第５の実施の形態は、図示していないが、閉極状態での操作ロッド５の排気口５ｂの位置が小径ピストン１０の前端部１０ａの厚さの後方にあり、操作ロッド６の中空部がガス雰囲気に連通している構成も含む。
【００６７】
［５−２：作用］
図１０に示す第５の実施の形態における弁部１２の作用は図５〜図９に示す第２の実施の形態から第５の実施の形態と同じであり、大電流遮断開極時において、圧縮室Ｓ２からガスを放出し、閉極動作時には圧縮室Ｓ２へガスを吸入させる。また、小径ピストン１０により、幅広いアーク時間にわたって高い圧力上昇が得られる長所は第２の実施の形態と同じである。
【００６８】
第５の実施の形態では、閉極状態において操作ロッド５の排気口５ｂは小径ピストン１０前端部１０ａにて塞がれているため、操作ロッド５の中空部と熱昇圧室Ｓ１とは連通しておらず、アークによる高温ガスが操作ロッド５の中空部から熱昇圧室Ｓ１内に流入することがない。従って、前記高温ガスを操作ロッド５の中空部内に速やかに引き込むことができる。例えば、５０％以下の短絡電流遮断では可動接触子部２側においてアークが早く可動アーク接触子７の中空部に引き込まれることになる。つまり、前記第２から第４の実施の形態に比べ、可動アーク接触子７及び操作ロッド５の中空部の高温ガスを早く排気することができる。これにより、可動アーク接触子７の消耗を抑止することが可能となる。
【００６９】
［５−３：効果］
第５の実施の形態においても、弁部１２にて放出弁１２ａと吸入弁１２ｂとを一体化でき、簡単な構成にて、圧縮室Ｓ２の過圧並びに減圧を防止するためのガス放出機能及び吸入機能を実現できる。また、第５の実施の形態においては、中程度の遮断電流でアークを早く可動アーク接触子７の中空部に引き込むことができ、アークによる可動アーク接触子７の消耗を少なくできる。従って、第５の実施の形態によれば、製造コストが低く、小形で遮断性能が優れ、しかも接触子消耗量の少ない低駆動エネルギーでのガス遮断器を提供できる。
【００７０】
（６）第６の実施の形態
［６−１：構成］
第６の実施の形態は請求項７に記載の発明を適用したガス遮断器である。図１１において下半分は遮断器の閉極時の状態を示し、上半分は開極時の状態を示す。また、図１２の（Ａ）は図１１におけるＸ−Ｘ´矢視図、（Ｂ）は放出弁１２ａの平面図である。第６の実施の形態の特徴は、固定シリンダー１５の隔壁部１５ｂに形成した溝１５ｂ１に代えて、小径穴１５ｂ２に連通する大径穴１５ｂ３を複数設けた点にある。また、第６の実施の形態では図示してないが、必要に応じて放出弁１２ａが回転しないような構成が設けられる。なお、ノズルなど上記した以外の部材は第１から第５までの実施の形態の中で対応する部材と同じ構成である。
【００７１】
［６−２：作用］
第６の実施の形態における弁部１２の作用は図１から図１０に示す第１の実施の形態から第６の実施の形態と同じであり、大電流遮断開極時において、圧縮室Ｓ２からガスを放出し、閉極動作時には圧縮室Ｓ２へガスを吸入させる。更に第６の実施の形態では大径穴１０ｂ３の合計面積を第１から第５の実施の形態における溝１５ｂ１の面積より小さくできる。このため、放出弁用バネ１３の力を弱くすることができる。
【００７２】
［６−３：効果］
第６の実施の形態では、放出弁１２ａが塞ぐ部分は凹部が連続した溝形状ではなく、複数の大径穴１５ｂ３なので受圧面積を小さくすることができ、放出弁１２ａを押えるためのバネ１３の力を低減することができる。従って、放出弁用バネ１３の小形化することが可能であり、弁部１２の構成をいっそう簡略化することができる。なお、第６の実施の形態においても、放出弁１２ａと吸入弁１２ｂを一体化した弁部１２により、大電流遮断開極動作時の圧縮室の過圧防止のためのガス放出と、閉極動作時の圧縮室の減圧防止のためのガス吸入を確実に実現できる点は上述した実施の形態と同様である。
【００７３】
（７）第７の実施の形態
［７−１：構成］
図１３は、本発明によるガス遮断器の第７の実施の形態として、請求項８に記載の発明を適用したガス遮断器を示す図であり、下半分は遮断器の閉極時の状態を示し、上半分は開極時の状態を示す。この第７の実施の形態では、可動熱昇圧シリンダー６において後端面６ｂの後方に前方と同一外径で中空に引き伸ばされる伸長部６ｆが設けられている。また、伸長部６ｆの後方には伸長部６ｆの内径部とほぼ気密に摺動する固定の隔壁部１６が設けられる。この隔壁部１６がピストンとなって、前記圧縮シリンダー部６ｃと共に圧縮室Ｓ２が構成される。また、隔壁部１６には互いに連通する小径穴１６ａ及び溝１６ｂが形成され、溝１６ｂに弁部１２が設置されている。
【００７４】
さらに、可動熱昇圧シリンダー６を包囲し、かつそれに近接して集電シリンダー１７が設けられる。集電シリンダー１７の先端部には集電コンタクト１７ａが設けられ、可動熱昇圧シリンダー６の外径部と集電シリンダー１７の内径部とが接触して両者を通電可能にしている。なお、ノズル９など上記した以外の部材は第１から第６までの実施の形態の中で対応する形態と同じ構成である。
【００７５】
［７−２：作用］
以上のような第７の実施の形態では、可動熱昇圧シリンダー６に伸長部６ｆを設け、この伸長部６ｆ内径部に隔壁部１６の外径部に摺動させることで圧縮室Ｓ２を構成しているため、圧縮室Ｓ２の内径寸法を熱昇圧室Ｓ１の内径寸法と同じにすることができ、熱昇圧室Ｓ１の外側にシリンダーを配置して圧縮室Ｓ２を形成した場合に比べて、機器の小径化を進めることができる。なお、弁部１２の作用は、図１から図１２に示す本発明第１から第６の実施の形態と同じであり、大電流遮断開極時において、圧縮室Ｓ２からガスを放出し、閉極動作時には圧縮室Ｓ２へガスを吸入している。
【００７６】
［７−３：効果］
第７の実施の形態においても、放出弁１２ａと吸入弁１２ｂを一体化した弁部１２を有することで、大電流遮断開極動作時には圧縮室Ｓ２からガスの放出を行い、閉極動作時には圧縮室Ｓ２へガスの吸入を実施することができる。しかも、第７の実施の形態によれば、圧縮室Ｓ２と熱昇圧室Ｓ１との内径寸法が同じであるため、機器の小径化を進めることができ、ガス遮断器の小形化に貢献することが可能となる。
【００７７】
（８）他の実施の形態
なお、本発明は、各実施の形態に限定されるものでなく、多種多様な形態を実施可能である。例えば、各実施の形態の複数の形態を適宜組み合わせることも可能である。また、熱昇圧室と圧縮室の大きさの比を任意に設定することも可能である。更に、各部に設ける排気口、溝などの数や形状、寸法などは自由に設定可能である。
【００７８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のガス遮断器によれば、熱昇圧室と圧縮室を有するガス遮断器において、ガス流断面積が十分に大きい放出弁と吸入弁を一体化することにより部材の大径化を回避して小形化・低コスト化を図ると共に、圧縮室におけるガスの放出及び吸入を確実に実施して低い駆動エネルギーで高い遮断性能を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１の実施の形態のガス遮断器を示す断面図であり、下半分は閉極状態、上半分は開極状態を示す。
【図２】第１の実施の形態の大電流遮断開極動作初期の状態を示す断面図。
【図３】第１の実施の形態の大電流遮断開極動作後期の状態を示す断面図。
【図４】第１の実施の形態の閉極動作時の状態を示す断面図。
【図５】本発明に係る第２の実施の形態の閉極状態を示す断面図。
【図６】第２の実施の形態の大電流遮断開極動作初期の状態を示す断面図。
【図７】第２の実施の形態の大電流遮断開極動作後期の状態を示す断面図。
【図８】本発明に係る第３の実施の形態の閉極状態を示す断面図。
【図９】本発明に係る第４の実施の形態の閉極状態を示す断面図。
【図１０】本発明による第５の実施の形態の閉極状態を示す断面図。
【図１１】本発明に係る第６の実施の形態のガス遮断器を示す断面図であり、下半分は閉極状態、上半分は開極状態を示す。
【図１２】第６の実施の形態において、（Ａ）は図１１におけるＸ−Ｘ´矢視図、（Ｂ）は放出弁１２ａの平面図。
【図１３】本発明による第７の実施の形態のガス遮断器を示す図であり、下半分は閉極時の状態を示す断面図、上半分は開極時の状態を示す断面図である。
【図１４】従来のガス遮断器の一例を示す断面図であり、その開極動作途中の状態を示す。
【符号の説明】
２…可動接触子部
４…固定通電接触子
５…操作ロッド
５ａ…ピストン部
５ｂ…排気口
６…可動熱昇圧シリンダー
７…可動アーク接触子
８…可動通電接触子
９…ノズル
１０…小径ピストン
１０ｂ，１５ｂ，１６…隔壁部
１０ｂ１，１５ｂ１，１６ｂ…溝
１０ｂ２，１５ｂ２，１６ａ…小径穴
１１…逆止弁部
１２…弁部
１２ａ…放出弁
１２ａ１…小径穴
１２ｂ…吸入弁
１２ｃ…吸入弁用バネ
１２ｄ…止めネジ
１３…放出弁用バネ
１４…支持部材
１５…固定シリンダー
１８…基底支持部材
２０…アーク
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２２ａ…ガス流
Ｓ１…熱昇圧室
Ｓ２…圧縮室
Claims (8)
- 消弧性ガスが封入された容器内に、固定接触子部及び可動接触子部を対向して配置し、前記固定接触子部は少なくとも固定アーク接触子を有し、可動接触子部は、固定接触子部方向を前方、その反対方向を後方と定義した場合に、中空の操作ロッドと、前記操作ロッドの周囲に配置されてその前端部で操作ロッドに取り付けられる可動熱昇圧シリンダーと、前記可動熱昇圧シリンダーの前方に取り付けられる中空で指状の可動アーク接触子と、前記可動アーク接触子を包囲する絶縁性のノズルと、前記可動熱昇圧シリンダーを包囲しその内径部を可動熱昇圧シリンダーの外径部が摺動する固定シリンダーとを有し、かつ、前記可動熱昇圧シリンダー内に内部のガスをアークの熱により昇圧させる熱昇圧室を形成し、前記固定シリンダー内に開極動作時に可動熱昇圧シリンダーの移動により容積を縮小させて内部のガスを圧縮する圧縮室を形成し、前記熱昇圧室と前記圧縮室とを仕切る仕切り部を設置し、この仕切り部に前記圧縮室から前記熱昇圧室へのガス流のみ可能とする逆止弁を設け、電流遮断時に熱昇圧室の高圧ガスを固定アーク接触子と可動アーク接触子間に発生するアークに吹き付けて電流を遮断するように構成したガス遮断器において、
前記固定シリンダーの後方に、前記圧縮室と圧縮室の外部であるガス雰囲気とを隔てる隔壁部を設け、
前記隔壁部はその内径部に前記操作ロッドの外径部が摺動するように構成し、前記圧縮室に面した前面部側に複数の小径穴を形成すると共に、後面部側に前記小径穴と連通する溝を形成し、
前記溝に弁部を設置し、
この弁部は、前記溝を後方から塞ぐ板状の放出弁と、前記放出弁を前方に押し付ける放出弁用バネと、前記放出弁に設けられ前記溝と連通する複数個の貫通穴と、この貫通穴を前方から塞ぐ板状の吸入弁と、前記吸入弁を後方に押し付ける吸入弁用バネとからなる、前記放出弁と前記吸入弁を一体化した構成であり、
開極動作時に前記圧縮室内のガス圧力値が前記放出弁用バネの力で定められる値を越えたとき、前記放出弁が開いて前記圧縮室内のガスが前記小径穴及び前記溝を通ってガス雰囲気へ放出し、
閉極動作時に前記圧縮室内のガス圧力がガス雰囲気中のガス圧力より低下し、その圧力差により前記吸入弁に働く力が前記吸入弁用バネの力よりも大きくなったとき、前記吸入弁が開いてガス雰囲気中のガスが前記貫通穴、前記溝及び前記小径穴を通って前記圧縮室内に吸入するように構成したことを特徴とするガス遮断器。 - 前記仕切り部に貫通部を設け、この貫通部に挿通可能な小径ピストンを配置し、前記小径ピストンは、開極動作時に可動熱昇圧シリンダーとの相対位置関係において熱昇圧室内に突出して熱昇圧室内のガスを圧縮する構成とし、前記操作ロッドには操作ロッド中空部内のガスをガス雰囲気へ排気する排気口を形成し、前記排気口は、開極動作の前半では前記小径ピストンの前方で熱昇圧室内に位置して可動アーク接触子及び操作ロッドの中空部と熱昇圧室とを連通し、開極動作の後半では前記小径ピストンの後方に位置して可動アーク接触子及び操作ロッドの中空部がガス雰囲気に連通するように配置したことを特徴とする請求項１に記載のガス遮断器。
- 前記熱昇圧室は前方から後方に向かって拡がる傾斜部を備えた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。
- 前記仕切り部は前記圧縮室側に突起する突起部を有し、この突起部に前記小径ピストンが挿通する貫通部を形成し、閉極状態では前記小径ピストンの前端部が前記突起部に位置するように構成したことを特徴とする請求項２または３に記載のガス遮断器。
- 閉極状態での前記操作ロッドの排気口は前記小径ピストン前端部にて塞がれるように配置したことを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載のガス遮断器。
- 閉極状態での前記操作ロッドの排気口は前記操作ロッドの中空部がガス雰囲気に連通するように配置したことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のガス遮断器。
- 前記隔壁部の後面部側に形成した溝に代えて、前記小径穴に連通する大径穴を複数設けたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のガス遮断器。
- 前記可動熱昇圧シリンダーの後端部に後方に伸びる伸長部を設け、この伸長部の内径部に前記隔壁部の外径部が摺動させて前記圧縮室を構成したことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のガス遮断器。
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