JP4377551B2 - ガス遮断器 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリンダ内を圧縮室及び熱昇圧室に分割したガス遮断器に係り、特に、圧縮室における過剰な圧力上昇を回避するための放圧構造に改良を施したガス遮断器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来より、電力系統の変電所あるいは開閉所にはガス遮断器が広く用いられている。中でも、電極間のアークに加圧した消弧性ガスを吹付けてこれを消弧するタイプのガス遮断器は高い需要を得ている。このようなガス遮断器の従来例について図7から図9の断面図を参照して具体的に説明する。なお、図7は投入状態、図8は遮断動作の初期状態、図9は遮断動作の中期状態を示している。
【0003】
図7〜図9に示すように、消弧性ガスを封入した容器内には固定アーク接触子1及び固定通電接触子2が同軸状に固定されている。固定アーク接触子1に対向して可動アーク接触子5が接離自在に配置されている。可動アーク接触子5には中空の操作ロッド13が取付けられている。操作ロッド13の基端部には図示しない操作機構部が絶縁ロッド等を介して連結されている。また、操作ロッド13の基端部側には操作ロッド13内のガスを、後述するパッファピストン19の内部へ排気する操作ロッド用排気穴18が形成されている。さらに、操作ロッド13にはこれと同軸状のシリンダ11が操作ロッド13を包囲するようにして固定されている。シリンダ11の外周にはシリンダ11と電気的に摺動可能な摺動通電装置7が設置されており、ここから電流が供給されている。さらに、シリンダ11における固定アーク接触子1側の端面11aには、ガス流路4aを保持しつつ可動アーク接触子5を包囲する絶縁ノズル4と、前記固定通電接触子2に対して接離自在な可動通電接触子6とが固定されている。
【0004】
操作ロッド13とシリンダ11との間には絶縁物で容器に支持されたパッファピストン19が挿入されている。より詳しくは、パッファピストン19のピストン面19aが操作ロッド13及びシリンダ11に摺動自在に配置、挿入されている。また、操作ロッド13及びシリンダ11の少なくとも一方には区切り板10が固定されており、この区切り板10によって操作ロッド13、シリンダ11及びパッファピストン19のピストン面19aで包囲されたシリンダ11内の空間が2つの空間に分割される。分割された2つの空間のうち、パッファピストン19側が圧縮室12、可動アーク接触子5側が熱昇圧室8となっている。なお、熱昇圧室8は絶縁ノズル4が形成するガス流路4aと連通されている。区切り板10には圧縮室12及び熱昇圧室8を連通する連通穴10aが形成されており、ここに逆止弁9が設置されている。逆止弁9は圧縮室12の圧力が熱昇圧室8の圧力よりも高い場合に開放し低い場合に閉止するように構成されている。
【0005】
また、パッファピストン19のピストン面19aには投入用逆止弁14と放圧弁22が設けられている。放圧弁22は圧縮室12内の圧力が予め設定された圧力に達すると開放するように構成されている。投入用逆止弁14はガス遮断器が投入動作を行う際に圧縮室12内の圧力がパッファピストン19の外部空間の圧力よりも低下すると開放するように構成されている。さらに、ピストン面19aと操作ロッド13との間、及びピストン面19aとシリンダ11との間にはシール装置16が設置されている。シール装置16は圧縮室12内からのガス漏れを防ぐように構成されている。また、パッファピストン19の側面部にはパッファピストン19内のガスをパッファピストン19の外部へと排気するパッファピストン用排気穴17が形成されている。
【0006】
以上のような構成を有するガス遮断器において大電流の遮断動作を行う場合、図8に示す初期状態では、図示しない操作機構部からの操作力により操作ロッド13及びシリンダ11が固定アーク接触子1から離れる方向に駆動すると、区切り板10が圧縮室12を圧縮する。このとき、シール装置16が圧縮室12内からのガス漏れを防ぐため、圧縮室12内の圧力は上昇していき、熱昇圧室8の圧力よりも高くなる。図8の状態では逆止弁9は開放状態にあり、圧縮室12内のガスは圧縮室12から逆止弁9を抜けて熱昇圧室8に流入し、熱昇圧室8のガス量が増大する。
【0007】
続いて、図9に示す遮断動作の中期状態では、アーク3によって加熱された高温ガスが絶縁ノズル4内側のガス流路4aを通って熱昇圧室8に流入する。そして、熱昇圧室8の圧力が上昇して圧縮室12の圧力を上回ると、逆止弁9は閉止する。このようにして熱昇圧室8内には高圧ガスが封入されることになる。一方、区切り板10による圧縮室12の圧縮は継続しているため、圧縮室12内の圧力は上昇し続けるが、予め設定された圧力になると放圧弁22が開放する。このため、圧縮室12内からパッファピストン19外部の空間にガスを出ていく。したがって、圧縮室12内における過度の圧力上昇を防止でき、操作機構部に過負荷がかかることを回避することができる。さらに、遮断動作の終期に至ると、絶縁ノズル4が熱昇圧室8内の高圧ガスをアーク3に吹き付け、電流零点でアーク3を消弧することができる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来技術には次のような問題点があった。すなわち、パッファピストン19には投入用逆止弁14及び放圧弁22という2つの弁を設置しなくてはならない。そのため、パッファピストン19の構造が複雑となっている。しかも、これらの弁14,22におけるガス流の方向は、一方が圧縮室12への供給方向、他方が圧縮室12からの放出方向である。つまり、双方向のガス流路を確保する必要があり、パッファピストン19は大きな断面積を持つことが要求されている。この結果、パッファピストン19は大径化することになり、ガス遮断器の小形化及びコストの低減化を進める上で大きな障害となっている。
【0009】
また、アーク3によって加熱された高温ガスは、絶縁ノズル4内側のガス流路4aから熱昇圧室8に入るだけではなく、中空の操作ロッド13を通過して操作ロッド用排気穴18を抜けて、パッファピストン19の内部へも入る。さらに、前記高温ガスはパッファピストン用排気穴17からパッファピストン19の外部へ出ていき、シリンダ11の内面に衝突する。このため、シリンダ11内面が高温ガスにより損傷するおそれがあり、問題となっている。
【0010】
本発明は、このような問題点を解消するために提案されたものであり、その主たる目的は、圧縮室の過大な圧力上昇を回避しつつパッファピストンの簡略化及び小径化を図ることにより、機器の小形化及びコストの低減化に寄与できるガス遮断器を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、アークからの高温ガスによるシリンダ内面の損傷を防止して信頼性を向上させたガス遮断器を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明は、消弧性ガスを封入した容器内には一対の固定及び可動のアーク接触子が接離自在に対向して配置され、前記可動アーク接触子には基端部側に操作機構部を連結した中空の操作ロッドが取付けられ、前記操作ロッドにはこれを包囲するシリンダが該操作ロッドと同軸状に固定され、前記シリンダの外周には前記シリンダと電気的に摺動可能な摺動通電装置が設置され、前記シリンダにおける前記固定アーク接触子側の端面にはガス流路を保持しつつ前記可動アーク接触子を包囲する絶縁ノズルが固定され、前記操作ロッドと前記シリンダとの間には絶縁物で前記容器に支持されたパッファピストンが挿入され、前記操作ロッド及び前記シリンダの少なくとも一方には区切り板が固定され、この区切り板によって前記操作ロッド、前記シリンダ及び前記パッファピストンで包囲された空間が前記パッファピストン側の圧縮室と前記可動アーク接触子側の熱昇圧室とに分割され、前記熱昇圧室は前記絶縁ノズルが形成するガス流路と連通され、前記区切り板には前記圧縮室及び前記熱昇圧室を連通する連通穴が形成され、前記連通穴には逆止弁が設置され、前記逆止弁は前記圧縮室内の圧力が前記熱昇圧室内の圧力よりも高い場合に開放し低い場合に閉止するように構成され、前記パッファピストンには前記区切り板と対向する前記固定アーク接触子側の端面から連続して同じ外径の円筒部が設けられ、前記円筒部は少なくとも前記固定アーク接触子と前記可動アーク接触子とが完全に投入された状態から両アーク接触子が開離するまでの移動距離と等しい長さにわたって形成され、前記シリンダの内面には前記円筒部に摺動して前記圧縮室内からのガス漏れを防ぐシール装置が設置され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。
【0012】
請求項1の発明は、前記パッファピストンの側面部には前記シール装置との間に隙間を形成させて前記圧縮室内のガスを放出する放圧部が設けられ、前記放圧部は前記固定アーク接触子と前記可動アーク接触子とが開離する時点で前記シール装置が接する位置から前記操作機構部側に向って配置されたことを特徴とする。このような請求項1の発明において、遮断動作の初期にはシール装置がパッファピストンの円筒部に摺動して圧縮室内からのガス漏れを防ぐため、区切り板の移動による圧縮室の圧力上昇を確実に実現させることができる。また、遮断動作が進み、固定アーク接触子と可動アーク接触子とが開離すると、この時点でシリンダ内面のシール装置がパッファピストンの放圧部に到達するので、放圧部から圧縮室内のガスを放出させることができる。つまり、上記の発明によれば、従来技術において設置していた放圧弁は不要となる。したがって、パッファピストンの簡略化及び小径化を図ることが可能となる。
【0013】
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、前記放圧部は前記円筒部の側面部に溝状または穴状に設けられたことを特徴とする。以上の請求項2の発明では、パッファピストンの円筒部に溝状または穴状といった極めて簡単な構成にて放圧部を設けたので、パッファピストンの簡略化をいっそう進めることができる。
【0014】
請求項3の発明は、請求項2に記載のガス遮断器において、前記放圧部は前記パッファピストンの円筒部を貫通するように設けられたことを特徴とする。
以上の請求項3の発明では、放圧部がパッファピストン円筒部を貫通しているので、圧縮室内のガスはパッファピストン円筒部の内部にも流れ込むことができ、迅速なガス放出が可能となる。これにより、圧縮室内の過剰な圧力上昇を確実に抑えることができる。
【0015】
請求項4の発明は、請求項3に記載のガス遮断器において、前記操作ロッドには該操作ロッド内のガスを前記パッファピストンの内部へ排気する操作ロッド用排気穴が形成されており、前記シリンダの内面には耐熱性部材が設けられ、前記耐熱性部材はガス遮断器の完全投入状態において前記摺動通電装置よりも前記操作機構部側に設けられたことを特徴とする。遮断動作時にアークによって加熱された高温ガスが操作ロッド用排気穴からパッファピストンの内部へ噴出すると、この高温ガスは貫通する放圧部を通ってシリンダの内面に当たる。このような場合でも請求項4の発明では、シリンダ内面に耐熱性部材を設けたので、高温ガスが当っても耐熱性部材がシリンダ内面を保護する。したがって、シリンダ内面の損傷を防止することができ、優れた信頼性を確保することができる。
【0016】
請求項4の発明においてはまた、完全投入状態において摺動通電装置と耐熱性部材とが接することがない。このため、たとえ耐熱性部材が非導電性あるいは抵抗の高い部材であっても発熱を低く抑えることが可能である。
【0017】
請求項5の発明は、請求項4に記載のガス遮断器において、前記耐熱性部材は銅または銅合金または鉄または鉄合金から構成され、圧接または熱嵌合あるいは溶射によって設けられたことを特徴としている。請求項6の発明は、請求項4に記載のガス遮断器において、前記耐熱性部材はPTFEを主成分とする絶縁物から構成され、溶射によって設けられたことを特徴としている。以上のような請求項5,6の発明では、耐熱性部材を銅または銅合金または鉄または鉄合金から構成した場合には圧接または熱嵌合あるいは溶射によって、耐熱性部材をPTFEを主成分とする絶縁物から構成した場合には溶射によって、簡単にシリンダ内面に設けることができる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るガス遮断器の実施の形態について図面および図中に付した符号を引用して具体的に説明する。なお、下記の各実施の形態において、図7〜図9にて示した従来例と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。
【0019】
(1)第1の実施の形態
[構成]
図1〜図3を用いて第1の実施の形態を説明する。図1は投入状態、図2は遮断動作の中期状態、図3は遮断動作の終期状態を示す断面図である。パッファピストン29は区切り板10と対向する固定アーク接触子1側の端面、すなわちピストン面29aから連続して同じ外径の円筒部30が設けられている。円筒部30はガス遮断器動作時の操作ロッド13及びシリンダ11の移動距離である可動部ストロークと等しい長さにわたって形成されている。また、シリンダ11の内面にはシール装置26が設置されている。シール装置26は円筒部30の外周部に摺動して圧縮室12内からのガス漏れを防ぐように構成されている。さらに、円筒部30の側面部には円筒部30とシール装置26との間に隙間を形成させて圧縮室12内のガスを放出する放圧溝15が設けられている。放圧溝15は固定アーク接触子1と可動アーク接触子5とが開離する時点でシール装置26が円筒部30に接する位置から操作機構部側に向って配置されている。なお、放圧溝15よりも固定アーク接触子1側に位置する円筒部30では凹凸はなく、前記シール装置26が完全にシールするようになっている。
【0020】
[作用効果]
以上の構成を有する第1の実施の形態において大電流の遮断動作を行う場合、遮断動作の初期ではシール装置26が圧縮室12内からのガス漏れを防いでいるため、シリンダ11の駆動に伴って区切り板10が圧縮室12を圧縮すれば、圧縮室12内の圧力は上昇する。そして、図2に示した遮断動作の過程中期になると、固定アーク接触子1と可動アーク接触子5とが開離する時点でシール装置26は放圧溝15が設置された区域に到達する。このため、圧縮室12内のガスはシリンダ11内面とパッファピストン29外周との間の空間を通って放圧溝15から放出されることになる。さらに、図3に示した遮断動作の終期においては、絶縁ノズル4が熱昇圧室8内の高圧ガスをアーク3に吹き付け、電流零点でアーク3を消弧することができる。
【0021】
このような第1の実施の形態におけるパッファピストン29では、従来のパッファピストン19に設置していた放圧弁22は不要となり、投入用逆止弁14のみを設置するだけという簡単な構造とすることができる。しかも、弁によるガス流も1方向で済むため、断面積を縮小化でき、小径化したパッファピストン29を得ることができる。これにより、ガス遮断器の小形化及びコストの低減化を進めることが可能となる。
【0022】
(2)第2の実施の形態
[構成]
図4は投入状態、図5は遮断動作の終期状態を示している。第2の実施の形態では、前記第1の実施の形態で示した放圧溝15の代わりに、パッファピストン29の円筒部30を貫通する溝状の放圧穴21が設けられている。また、シリンダ11の内面にはガス遮断器の完全投入状態において摺動通電装置7よりも操作機構部側に耐熱性部材20が設けられている。耐熱性部材20は銅または銅合金または鉄または鉄合金で構成されており、シリンダ11と圧接により接合されている。
【0023】
[作用効果]
以上の第2の実施の形態によれば、前記第1の実施の形態に加えて、次のような作用効果を得ることができる。すなわち、放圧穴21がパッファピストン29の円筒部30を貫通しているため、圧縮室12内のガスは円筒部30の内部にも流れ込むことになり、迅速にガス放出を実施することができる。したがって、圧縮室12内の過度の圧力上昇をスムーズに抑止することが可能となる。また、第2の実施の形態では、シリンダ11内面に耐熱性部材20を設けたので、操作ロッド用排気穴18から噴出した高温ガスがシリンダ11内面に当っても、シリンダ11内面の損傷を防ぐことができ、信頼性が向上する。なお、耐熱性部材20は圧接によって簡単にシリンダ11内面に設けているため、前記の作用効果を容易に獲得することができる。さらに、第2の実施の形態においては、完全投入状態時に摺動通電装置7と耐熱性部材20とが接していない。このため、耐熱性部材20が銅または銅合金または鉄または鉄合金から構成されていても、その発熱を低く抑えることができる。
【0024】
(3)他の実施の形態
なお、本発明は以上の実施の形態に限定されるものではなく、例えば、耐熱性部材20を圧接ではなく、熱嵌合により接合しても良い。また、他の実施の形態として、耐熱性部材をPTFEを主成分とする絶縁物から構成し、溶射によってこれを設けても良い。さらに、各部材の形状や配置数あるいは材質などは適宜変更可能であり、具体的には図6に示すように、放圧穴21が複数個設けられていても構わない。また、上記の実施の形態ではいずれも、円筒部をガス遮断器動作時の可動部ストロークと等しい長さにわたって形成しているが、円筒部は固定アーク接触子と可動アーク接触子とが完全に投入された状態から両アーク接触子が開離するまでの移動距離と等しい長さであれば、シール装置により圧縮室のガス漏れを防ぐことができ、円筒部の長さは適宜調整可能である。
【0025】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明によれば、パッファピストンに円筒部を設け、シリンダの内面に円筒部に摺動して圧縮室内からのガス漏れを防ぐシール装置を設置するといった極めて簡単な構成により、圧縮室の過大な圧力上昇を回避しつつパッファピストンの簡略化及び小径化を図ることが可能となり、機器の小形化及びコストの低減化に寄与できるガス遮断器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態における投入状態を示す断面図。
【図2】第1の実施の形態における遮断動作の中期状態を示す断面図。
【図3】第1の実施の形態における遮断動作の終期状態を示す断面図。
【図4】本発明の第2の実施の形態における投入状態を示す断面図。
【図5】第2の実施の形態における遮断動作の終期状態を示す断面図。
【図6】本発明の他の実施の形態における遮断動作の終期状態を示す断面図。
【図7】従来のガス遮断器における投入状態を示す断面図。
【図8】従来のガス遮断器における遮断動作の初期状態を示す断面図。
【図9】従来のガス遮断器における遮断動作の中期状態を示す断面図。
【符号の説明】
1…固定アーク接触子
2…固定通電接触子
3…アーク
4…絶縁ノズル
4a…ガス流路
5…可動アーク接触子
6…可動通電接触子
7…摺動通電装置
8…熱昇圧室
9…逆止弁
10…区切り板
10a…連通穴
11…シリンダ
11a…端面
12…圧縮室
13…操作ロッド
14…投入用逆止弁
15…放圧溝
16,26…シール装置
17…排気穴
18…操作ロッド排気穴
19,29…パッファピストン
19a,29a…ピストン面
20…耐熱性部材
21…放圧穴
22…放圧弁
30…円筒部
Claims (6)
- 消弧性ガスを封入した容器内には一対の固定及び可動のアーク接触子が接離自在に対向して配置され、前記可動アーク接触子には基端部側に操作機構部を連結した中空の操作ロッドが取付けられ、前記操作ロッドにはこれを包囲するシリンダが該操作ロッドと同軸状に固定され、前記シリンダの外周には前記シリンダと電気的に摺動可能な摺動通電装置が設置され、前記シリンダにおける前記固定アーク接触子側の端面にはガス流路を保持しつつ前記可動アーク接触子を包囲する絶縁ノズルが固定され、前記操作ロッドと前記シリンダとの間には絶縁物で前記容器に支持されたパッファピストンが挿入され、前記操作ロッド及び前記シリンダの少なくとも一方には区切り板が固定され、この区切り板によって前記操作ロッド、前記シリンダ及び前記パッファピストンで包囲された空間が前記パッファピストン側の圧縮室と前記可動アーク接触子側の熱昇圧室とに分割され、前記熱昇圧室は前記絶縁ノズルが形成するガス流路と連通され、前記区切り板には前記圧縮室及び前記熱昇圧室を連通する連通穴が形成され、前記連通穴には逆止弁が設置され、前記逆止弁は前記圧縮室内の圧力が前記熱昇圧室内の圧力よりも高い場合に開放し低い場合に閉止するように構成され、前記パッファピストンには前記区切り板と対向する前記固定アーク接触子側の端面から連続して同じ外径の円筒部が設けられ、前記円筒部は少なくとも前記固定アーク接触子と前記可動アーク接触子とが完全に投入された状態から両アーク接触子が開離するまでの移動距離と等しい長さにわたって形成され、前記シリンダの内面には前記円筒部に摺動して前記圧縮室内からのガス漏れを防ぐシール装置が設置されたガス遮断器において、
前記パッファピストンの側面部には前記シール装置との間に隙間を形成させて前記圧縮室内のガスを放出する放圧部が設けられ、
前記放圧部は前記固定アーク接触子と前記可動アーク接触子とが開離する時点で前記シール装置が接する位置から前記操作機構部側に向って配置されたことを特徴とするガス遮断器。 - 前記放圧部は前記円筒部の側面部に溝状または穴状に設けられたことを特徴とする請求項1に記載のガス遮断器。
- 前記放圧部は前記パッファピストンの円筒部を貫通するように設けられたことを特徴とする請求項2に記載のガス遮断器。
- 前記操作ロッドには該操作ロッド内のガスを前記パッファピストンの内部へ排気する操作ロッド用排気穴が形成されており、前記シリンダの内面には耐熱性部材が設けられ、前記耐熱性部材はガス遮断器の完全投入状態において前記摺動通電装置よりも前記操作機構部側に設けられたことを特徴とする請求項3に記載のガス遮断器。
- 前記耐熱性部材は銅または銅合金または鉄または鉄合金から構成され、圧接または熱嵌合あるいは溶射によって設けられたことを特徴とする請求項4に記載のガス遮断器。
- 前記耐熱性部材はPTFEを主成分とする絶縁物から構成され、溶射によって設けられたことを特徴とする請求項4に記載のガス遮断器。
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