JP4163562B2

JP4163562B2 - ガス遮断器

Info

Publication number: JP4163562B2
Application number: JP2003184039A
Authority: JP
Inventors: 隆浩西村; 順三木田; 誠廣瀬
Original assignee: Japan AE Power Systems Corp
Current assignee: Japan AE Power Systems Corp
Priority date: 2003-06-27
Filing date: 2003-06-27
Publication date: 2008-10-08
Anticipated expiration: 2023-06-27
Also published as: JP2005019273A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はガス遮断器に係り、特に、アークを消弧して昇温した熱ガスの処理を工夫したガス遮断器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のガス遮断器は、特許文献１及び特許文献２に記載のように構成されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭５８−１６３２１号公報（第３図）
【特許文献２】
特開昭６０−１３００１６号公報（第５図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１及び特許文献２に記載のガス遮断器は、熱ガスの排出方向を１８０度変更する構成のため、ガス流出方向変更手段に衝突した熱ガスの一部が逆流して固定アーク接触子と可動アーク接触子との開離部に戻ることがあり、そのような場合、アークが冷却されずに遮断性能が低下する問題がある。
【０００５】
本発明の目的は、熱ガスの排出が円滑に行えてアークの遮断性能を向上し得るガス遮断器を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、固定アーク接触子の反可動アーク接触子側に、アークに吹き付けられて昇温した熱ガスを、この熱ガスの流出方向側で固定側導体を支持する対地絶縁体から離れる方向に流出方向を変更するガス流出方向変更手段を設け、このガス流出方向変更手段が、昇温ガスの上流側に形成した直線区間と、下流側に形成され前記直線区間と連なる方向転換区間とから構成され、かつ前記直線区間と方向転換区間とを半円形状の断面に形成したのである。
【０００７】
上述のように、ガス流出方向変更手段により、熱ガスの流出方向を、熱ガスの流出方向側で固定側導体を支持する対地絶縁体から離れる方向に変更することで、熱ガスの逆流がなくなる。その結果、熱ガスを円滑に排出でき、アークの遮断性能を向上することができる。
【０００８】
さらに、ガス流出方向変更手段の直線区間と方向転換区間とを半円形状の断面に形成することで、ガス流出方向変更手段を流れる熱ガスを接地タンク内の常温の消弧性絶縁ガスに接触させることができるので、急速に冷却することができる。これにより、熱ガスとなった消弧性絶縁ガスの絶縁耐力を回復させることができるので、接地タンクを小型化することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるガス遮断器の第１の実施の形態を図１〜図５に基づいて説明する。ガス遮断器１は、主要形状が筒状で内部に六フッ化硫黄ガスを充満させた接地タンク２と、この接地タンク２から絶縁材を介在させて貫通する２つの貫通導体３及び４と、これら貫通導体３及び４に電気的に接続された固定アーク接触子５及び可動アーク接触子６を備えている。
【００１０】
前記固定アーク接触子５は、前記貫通導体３に接続され対地絶縁体７を介して前記接地タンク２に支持された固定側導体８に支持され、前記接地タンク２の長手方向と平行に配置されている。そして、固定側導体８に支持されて筒状の固定側通電接触子９が前記固定アーク接触子５を被うように同心的に配置されている。
【００１１】
一方、前記可動アーク接触子６は、パッファシリンダ１０の前記固定アーク接触子５と対向する側に支持されている。前記パッファシリンダ１０は、前記固定アーク接触子５の軸心ＡＣと同心の内周壁１１と外周壁１２とを有し、前記可動アーク接触子６は、パッファシリンダ１０の前記内周壁１１端に支持されている。前記内周壁１１と外周壁１２との前記固定アーク接触子５に対向する側は、隔壁１３で塞がれており、この隔壁１３にガス放出孔１４が設けられている。さらに、この隔壁１３の前記ガス放出孔１４よりも外周側からは、前記可動アーク接触子６を被う絶縁ノズル１５が前記固定アーク接触子５側に向かって突出して設けられている。この絶縁ノズル１５は、前記固定アーク接触子５と微小隙間を介在させて対向するように構成されている。
【００１２】
前記パッファシリンダ１０は、その外周壁１２を可動側通電接触子１６の内径部に摺動可能に支持されている。この可動側通電接触子１６は、前記貫通導体４に接続され対地絶縁体１７を介して前記接地タンク２に支持された可動側導体１８に支持されている。そして前記パッファシリンダ１０は、その内周壁１１を操作ロッド１９に連結して前記軸心ＡＣと同じ方向に移動できるように構成されている。この操作ロッド１９は、前記接地タンク２を貫通して外部に延長されており、この延長部を図示しない操作機構によって駆動するようにしている。
【００１３】
この外、前記パッファシリンダ１０の内外周壁１１，１２の間には、パッファピストン２０が挿入されており、このパッファピストン２０の外周部が前記可動側導体１８の内径部に固定されている。そして、パッファピストン２０の内径部に前記パッファシリンダ１０の内周壁１１が摺動自在に支持されている。
【００１４】
このようなパッファシリンダ１０とパッファピストン２０とによって、前記隔壁１３に隣接してパッファ室２１が形成される。
【００１５】
以上説明した構成は、従来のガス遮断器の構成と基本的に同じであるが、本実施の形態においては、さらに、ガス流出方向変更手段であり熱ガス案内手段でもあるカバー２２を前記固定側導体８に固定したのである。
【００１６】
このカバー２２は、前記軸心ＡＣに沿う方向に前記固定側導体８に固定される直線区間Ｌａと、この直線区間Ｌａと連なる半径Ｒの方向転換区間Ｌｂとを有している。そして、カバー２２の全区間は、図３に示すように、断面が半円形状をなし、この半円形状の開口２３は前記対地絶縁体７と対向しない方向に向けられている。この開口２３が排出される熱ガスを常温の消弧性絶縁ガスに接触させて冷却する熱ガス冷却部となる。
【００１７】
上記構成において、両貫通導体３，４を導通させている状態を図４に示す。貫通導体３，４を導通しているときは、固定アーク接触子５の外周に可動アーク接触子６が装着され、パッファシリンダ１０の外周壁１２が固定側通電接触子９と可動側通電接触子１６に跨って接触しており、このとき、パッファ室２１の容積は最大となって消弧性絶縁ガスである六フッ化硫黄ガスを充満させている。
【００１８】
遮断指令により、図示しない操作機構によって、操作ロッド１９が設置タンク２の外側（図４紙面右方向）に瞬間的に引き出されると、固定アーク接触子５と可動アーク接触子６とは開離し、固定側通電接触子９とパッファシリンダ１０の外周壁１２も開離する。これらと同時に、最大容積のパッファ室２１は縮小し、このとき充満されていた消弧性絶縁ガスを圧縮し、隔壁１３に設けたガス放出孔１４から絶縁ノズル１５に沿って噴出させる。噴出された消弧性絶縁ガスは、開離して固定アーク接触子５と可動アーク接触子６間に生じたアークを冷却しながら吹き消し、昇温して熱ガスとなってカバー２２側に進行する。図５は、遮断完了時における可動アーク接触子６の周辺の状態を示す。
【００１９】
カバー２２側に向かって進行する熱ガスは、図１及び図２に矢印で示すように、一部は半円形状のカバー２２の開口２３から常温の消弧性絶縁ガス雰囲気中に放出されて冷却され、また、一部はカバー２２の直線区間Ｌａに沿って進行して半径Ｒの方向転換区間Ｌｂによって進行方向を、熱ガスの流出方向側で前記対地絶縁体７から離れる方向に流出方向を変更され、そこから常温の消弧性絶縁ガス雰囲気中に放出されて冷却される。
【００２０】
このように、ガス流出方向変更手段であるカバー２２の直線区間Ｌａと方向転換区間Ｌｂとを半円形状の断面に形成することで、カバー２２を流れる熱ガスを接地タンク２内の常温の消弧性絶縁ガスに接触させることができ、急速に冷却することができる。これにより、熱ガスとなった消弧性絶縁ガスの絶縁耐力を回復させることができるので、接地タンクを小型化することができる。
【００２１】
さらに、カバー２２により、熱ガスの流出方向を、熱ガスの流出方向側で対地絶縁体７から離れる方向に変更することで、従来のように熱ガスが逆流してアークの急速な遮断を妨げることがなくなる。その結果、熱ガスを円滑に排出して常温の消弧性絶縁ガスに速やかに接触させて冷却することができ、アークの遮断性能を向上することができる。
【００２２】
尚、アークを消弧して熱ガスとなった消弧性絶縁ガスは、常温時における消弧性絶縁ガスよりも密度が低く、さらに一部が電離しているために絶縁耐力が低くなっている。したがって、アークを消弧して熱ガスの急冷は、接地タンクを小型化する上で、必須の条件である。
【００２３】
図６は、熱ガスの固定アーク接触子５先端からの移動距離Ｌと熱ガス温度Ｔとの関係を示し、定量的には、熱ガスの温度領域や吹き付け圧力、さらには絶縁ノズル１５を含む消弧室の形状等によって多少異なるが、Ｔは（１／Ｌ）〜（１／（Ｌ×Ｌ））と比例すると仮定することができる。
【００２４】
図７は、熱ガス出口部における熱ガス温度Ｔと許容電界Ｅとの関係を示し、定量的には、熱ガスの温度領域等によって多少異なるが、六フッ化硫黄ガスの場合には、約３０００Ｋまでは図示のように、Ｔは（−ｌｏｇＥ＋α）と比例関係にあると仮定することができる。尚、αは定数である。
【００２５】
図６に示す関係から、熱ガス温度Ｔを低くするためには、熱ガスの移動距離Ｌを長くすればよいが、熱ガスの移動距離Ｌを長くすれば、結果的に接地タンク２の長さが長くなりガス遮断器の小型化が図れなくなる。そこで、熱ガス温度Ｔの望ましい最小値が判れば、熱ガスの必要な移動距離Ｌが判る。そこで、熱ガス温度Ｔの最小値は、図７の許容電界Ｅとの関係で決めることができる。即ち、熱ガスの出口における静的電界がＥ１のとき、ここを通過する熱ガスの温度をＴ１以下にする必要があるので、図６における熱ガスの温度Ｔ１における熱ガス移動距離を見るとＬ１であることが判る。したがって、固定アーク接触子５先端から約Ｌ１離れた位置にカバー２２の方向転換区間Ｌｂを形成することで、無理なく熱ガスを常温の消弧性絶縁ガス中に放出することができる。
【００２６】
ところで、前記カバー２２は、耐熱性や機械的強度を考慮して金属材料で形成されている。そして、価格を考慮すると鋳造製のカバー２２とすることが望ましい。
【００２７】
さらに、金属材料によるカバー２２の表面に耐熱絶縁材よりなる塗膜を形成することにより、熱ガスが直接金属材のカバー２２に触れないので、閃絡するのを抑えることができる。カバー２２の閃絡の一因は、カバー２２からの電子の放出であるが、この電子の放出を耐熱絶縁塗膜で抑えることにより、閃絡を抑えている。また、耐熱絶縁塗膜が施されたカバー２２の内側で、熱ガスに晒される部分に耐熱被膜を施すことで、耐熱絶縁被膜の剥離を防止して電子の放出を効果的に抑制することができる。尚、塗膜用の塗料としては一般的なものでもよいが、技術的にはテトラフルオロエチレン樹脂等の塗布も可能である。
【００２８】
以上のように、カバー２２に耐熱絶縁材よりなる塗膜を施すことは、熱ガスによるカバー２２からの閃絡を防止できるので、ガス遮断器の小型化に寄与する。
【００２９】
尚、ある定格電圧のガス遮断器における定格遮断電流の増加に対しては、カバー２２の変更のみで対応することが望ましい。即ち、定格遮断電流の増加によって電流遮断時に発生する熱ガスが増えるので、カバー２２を大きくする必要があるが、カバー２２が金属材料で形成されている場合、大きくすると接地タンク２との距離が接近し、その結果、カバー２２の先端部の電界は高くなる。そこで、カバー２２を耐熱絶縁材料で形成することで、熱ガスの流出方向を変更するカバー先端部の電界を低く抑えることができる。その結果、接地タンク２との間に大きな絶縁距離を確保する必要はなくなり、接地タンク２を大型化することなく、大きな定格遮断電流に対応することができる。
【００３０】
次に、本発明によるガス遮断器の第２の実施の形態を図８及び図９に基づいて説明する。ここに示す構成は、熱ガスの温度を下げるガス流撹拌手段であり、冷却手段でもある撹拌部材２４を、前記固定アーク接触子５の反可動アーク接触子６側端部近傍に対向する固定側導体８に設けたのである。
【００３１】
上記構成によれば、流出する熱ガスが、流出の過程で撹拌部材２４に衝突して撹拌あるいは分散されるので、カバー２２に至る熱ガスの温度を下げることができる。
【００３２】
この撹拌部材２４は、断面が円形であるが、その断面形状は熱ガスを撹拌や分散できる機能を有するのであれば、特に限定されるものではない。また、撹拌部材２４は、固定側導体８と一体に設けられても、固定側導体８に対して着脱可能に取り付け手もよい。
【００３３】
図１０は、本発明によるガス遮断器の第３の実施の形態を示すもので、カバー２２の内側の直線区間Ｌａに障害壁２５を設けたのである。この障害壁２５を設けることにより、熱ガスの一部はカバー２２の方向転換区間Ｌｂに至る前に方向を変えて断面半円形状のカバー２２の開口から常温の消弧性絶縁ガス雰囲気中に放出されて冷却される。また、障害壁２５で方向を変えられた熱ガスは、直進しようとする熱ガスの放出方向をカバー２２の開口側に代えたり、撹拌したりして冷却する機能を有するので、ガス流撹拌手段あるいは冷却手段となる。
【００３４】
図１１は、本発明によるガス遮断器の第４の実施の形態を示すもので、カバー２２の内側の方向転換区間Ｌｂに障害壁２６を設けたのである。この障害壁２６を設けることにより、上記第３の実施の形態と同様な作用効果を奏することができる。さらに、本実施の形態によれば、カバー２２の終端部へ至る熱ガスの量を制限できるので、カバー２２の終端部の絶縁耐力を維持することができる。
【００３５】
図１２に示す本発明によるガス遮断器の第５の実施の形態は、固定側導体８に対してカバー２２が着脱できるように固定されていることである。
【００３６】
このように、カバー２２を着脱できるように構成したことにより、消耗品である固定アーク接触子５，可動アーク接触子６，絶縁ノズル１５の交換を容易に行うことができるのである。即ち、カバー２２を取り外した後、消耗品である固定アーク接触子５，可動アーク接触子６，絶縁ノズル１５の固定を解き、順次矢印方向に移動させることにより、交換作業を行うことができるのである。また、熱ガスの発生量に対応したカバー２２を複数種用意しておくことにより、夫々の定格に対応できるので、ガス遮断器の生産性を向上することができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、熱ガスの排出が円滑に行えてアークの遮断性能を向上し得るガス遮断器を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるガス遮断器の第１の実施の形態を示す縦断側面図。
【図２】図１の一部拡大図。
【図３】図１のＡ−Ａ線に沿う断面拡大図。
【図４】図１のガス遮断器の遮断時を示す要部拡大図。
【図５】図１のガス遮断器の通電時を示す要部拡大図。
【図６】熱ガス温度と熱ガス移動距離との関係を示す線図。
【図７】許容電界と熱ガス温度との関係を示す線図。
【図８】本発明によるガス遮断器の第２の実施の形態を示す縦断側面図。
【図９】図８のＢ−Ｂ線に沿う断面図。
【図１０】本発明によるガス遮断器の第３の実施の形態を示す縦断側面図。
【図１１】本発明によるガス遮断器の第４の実施の形態を示す縦断側面図。
【図１２】本発明によるガス遮断器の第５の実施の形態を示す縦断側面図。
【符号の説明】
１…ガス遮断器、２…接地タンク、５…固定アーク接触子、６…可動アーク接触子、７…対地絶縁体、８…固定側導体、１０…パッファシリンダ、１５…絶縁ノズル、１９…操作ロッド、２０…パッファピストン、２１…パッファ室、２２…カバー、２４…撹拌部材、２５，２６…障害壁。

Claims

消弧性絶縁ガスを充填した接地タンクと、この接地タンク内に収納された固定アーク接触子と、この固定アーク接触子と導通する固定側導体と、この固定側導体を前記接地タンクに対して絶縁して支持する対地絶縁体と、前記固定アーク接触子と接離可能に対向配置された可動アーク接触子と、この可動アーク接触子と協働して前記消弧性絶縁ガスを圧縮するパッファ室とを備え、電流遮断時に、前記パッファ室内の消弧性絶縁ガスを前記固定アーク接触子と可動アーク接触子との開離部に吹き付けるように構成したガス遮断器において、前記固定アーク接触子の反可動アーク接触子側に、前記固定アーク接触子と可動アーク接触子との開離部に消弧性絶縁ガスを吹き付けて昇温した熱ガスを、この熱ガスの流出方向側で前記対地絶縁体から離れる方向に流出方向を変更するガス流出方向変更手段を設け、このガス流出方向変更手段は、半円形状の断面を有すると共に、昇温ガスの上流側に直線区間と、下流側に前記直線区間と連なる方向転換区間を有することを特徴とするガス遮断器。
前記方向転換区間の前記直線区間と同方向の長さは、前記直線区間よりも長く形成されていることを特徴とする請求項１記載のガス遮断器。
前記固定アーク接触子の反可動アーク接触子側端部と前記ガス流出方向変更手段の終端との間に、前記熱ガスのガス流を撹拌するガス流撹拌手段を設けたことを特徴とする請求項１記載のガス遮断器。
前記固定アーク接触子の反可動アーク接触子側端部と前記ガス流出方向変更手段の終端との間に、前記熱ガスを冷却する冷却手段を設けたことを特徴とする請求項１記載のガス遮断器。
前記ガス流出方向変更手段は、前記固定アーク接触子の反可動アーク接触子側に着脱可能に支持されていることを特徴とする請求項１記載のガス遮断器。
前記ガス流出方向変更手段は、耐熱絶縁材料で形成されていることを特徴とする請求項１記載のガス遮断器。