JP5240212B2 - ガス遮断器 - Google Patents

Description

この発明は、発電所および変電所において動作電流と過電流を投入および遮断するために使用されるガス遮断器に関する。

従来のガス遮断器の焼損型開閉装置においては、一対の焼損リングによって境界が区切られたアーク室に続いて、圧力室が開閉軸線方向から上記アーク室を挟み込むように配置されている。また、一対の接触チューリップが上記開閉軸線方向から上記一対の焼損リングを挟み込むように配置されており、遮断動作前は、上記一対の接触チューリップが上記開閉軸線に沿って直動する開閉ピンにより橋絡されており、遮断動作時に、この開閉ピンを上記一対の接触チューリップから引き抜くことで、上記一対の焼損リング間、つまり上記アーク室内にアークが形成される。

上記アーク室は、加熱室によって上記開閉軸線を中心線として同心的に取り囲まれており、上記アーク室と上記加熱室は、上記一対の焼損リングの間の周方向の吹き付けスリットにて連通している。従って、この吹き付けスリットを通ってアークより輻射される熱により、上記過熱室内に高い圧力が発生する。

上記加熱室内に高い圧力が発生した後で、次の電流零点を通過する祭に、上記加熱室から絶縁ガスが上記吹き付けスリットと上記焼損リングを通って上記圧力室内へ流入することで、ガス流が必然的にアークと交叉し、交叉範囲においてイオン化されたガスを十分に除去するので、上記電流零点を通過後にはアークが発生せず、消弧が完了する（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１―３２９１９１号公報

従来のガス遮断器では、このような焼損型開閉装置（消弧装置）を用いているため、遮断動作時に、上記一対の接触チューリップを橋絡する上記開閉ピンを引き抜くことで発生するアークに起因した高温のガスが、上記吹き付けスリットを介して上記加熱室を構成する絶縁材料製の壁に吹き付けられ、損傷を受ける。この加熱室内壁の損傷により極間の絶縁劣化が生じ、遮断不能が発生するおそれがあると言う問題点があった。

この発明は、上述のような問題点を解決するためになされたものであり、加熱室の内壁の損傷を低減し、極間の絶縁劣化を抑制するガス遮断器を得ることを目的としている。

この発明に係るガス遮断器においては、投入状態において第１の開閉部材と第２の開閉部材とを互いに橋絡する第３の開閉部材が、動作軸の所定方向へと移動することにより、第１の開閉部材と第２の開閉部材との間を開放するガス遮断器であって、第１の開閉部材と第２の開閉部材との間に配置され、開放にともないアークが発生する空間を形成するアーク室と、動作軸の方向の少なくとも一方にアーク室と連通して設けられた圧力室と、アーク室から圧力室に流入するガスを排出する排出口と、動作軸の周方向にアーク室を取り囲むように配置された加熱室と、アーク室と加熱室とをアーク室の周方向で連通する吹き付けスリットと、加熱室の周方向の外壁を形成する絶縁性の区分壁と、区分壁から吹き付けスリットに向かって突出する突出部を有して、先端部で吹き付けスリットと対向する樹脂材からなる冷却板とを備え、前記冷却板の吹き付けスリットと対向しない部分に、窪みを設けたものである。

この発明は、加熱室に、吹き付けスリットと先端部で対向する冷却板を設けることにより、遮断動作時に吹き付けスリットから流入する高温ガスを冷却するとともに、絶縁性の区分壁に直接高温のガスが吹付けられないようにすることができる。このため、加熱室の内壁の損傷を低減し、極間の絶縁劣化を抑制することができる。

この発明の実施の形態１を示すガス遮断器の主要部の断面図である。 この発明の実施の形態１を示す消弧装置の断面図である。 この発明の実施の形態１の冷却板の突出部の変形例を示す断面図である。 この発明の実施の形態１の冷却板の突出部の別の変形例を示す断面図である。 この発明の実施の形態１の冷却板の固定部の変形例を示す断面図である。 この発明の実施の形態２を示す消弧装置の断面図である。 この発明の実施の形態２の冷却板の突出部の変形例を示す断面図である。 この発明の実施の形態２の冷却板の突出部の別の変形例を示す断面図である。 この発明の実施の形態２の冷却板の固定部の変形例を示す断面図である。

実施の形態１．
図１は、この発明を実施するための実施の形態１におけるガス遮断器の主要部の断面図を示すものである。同図中、中心で上下に延びる一点鎖線（中心線）を境として、左側に投入状態、右側に遮断完了状態をそれぞれ示している。また、同図中、破線で囲んだ部分が、上記中心線に対して同軸状に構成された消弧装置１となっている。消弧装置１外周側には、固定側外壁２と可動側外壁３との間に設けられた円筒形絶縁外壁４が設けられ、これら外壁内に絶縁媒体かつ消弧媒体となるガスが密閉されている。また、円筒形絶縁外壁４と消弧装置１との間には、固定側外壁２と可動側外壁３とを、上記投入状態で橋絡し上記遮断完了状態で開極する主通電導体５が配置されている。この主回路の電流を通電する主通電導体５は、駆動装置（図示せず）と機械的に接続されている。

図２は、図１の破線で囲んだ同軸状に構成された消弧装置１を示す断面図である。消弧装置１は上下に分離可能であり、図２の上側に固定側外壁２と電気的に接続された第１の固定側通電部材６ａが、下側に可動側外壁３と電気的に接続された可動側通電部材７がそれぞれ配置されている。第１の固定側通電部材６ａには、第２の固定側通電部材６ｂが上側へ接続解除が可能なように通電結合されており、第２の固定側通電部材６ｂの中央の開口内には、第１の開閉部材８ａ、例えば、弾性的な複数の接触フィンガーを備えた接触チューリップが、通電結合されている。上記接触フィンガーは、周方向に並べて配置され、上記中心線側に斜め下方へと延び、スリットによって分離されている。一方、可動側通電部材７の中央の開口内には、第２の開閉部材８ｂ、例えば、弾性的な複数の別の接触フィンガーを備えた別の接触チューリップが、通電結合されている。上記別の接触フィンガーは、周方向に並べて配置され、上記中心線側に斜め上方へと延び、別のスリットによって分離されている。

投入状態においては、第１および第２の開閉部材８ａ、８ｂは、上記中心線を動作軸として上記駆動装置（図示せず）によって移動する第３の開閉部材９、例えば、開閉ピンによって橋絡されており、第１および第２の開閉部材８ａ、８ｂのそれぞれの接触フィンガーが、第３の開閉部材９の外周面にて接触している。その際、上記それぞれ接触フィンガーが弾性的に変形するので、上記外周面には大きな接触圧力が発生する。一方、遮断完了状態においては、第３の開閉部材９が、上記駆動装置によって上記動作軸に沿って第２の開閉部材８ｂより下方へと移動しており、第１の開閉部材８ａと第２の開閉部材８ｂは開放されている。

アーク室１０は、第１および第２の開閉部材８ａ、８ｂのそれぞれの接触フィンガーの先端部によって規定されたアーク発生空間であり、環状の加熱室１１によって取り囲まれている。加熱室１１は、第１の開閉部材８ａと第２の開閉部材８ｂとを上下に分離するすき間によって、アーク室１０に連通しており、上記すき間により周方向の吹き付けスリット１２が形成されている。加熱室１１の周方向の外壁は、絶縁性の円筒状の区分壁１３にて形成され、閉鎖されている。区分壁１３は、例えば、エポキシ樹脂などの繊維強化樹脂（ＦＲＰ）、フッ素樹脂、およびフッ素樹脂に添加剤を加えた混合材料などにて形成されている。区分壁１３の内側には、区分壁１３の内面を覆う樹脂材からなる冷却板１４が配置されている。

冷却板１４は、例えば、フッ素樹脂、フッ素樹脂に添加剤を加えた混合材料、およびポリアセタール（ＰＯＭ）などにて形成されており、区分壁１３に近接する円筒状の固定部１４ｂと、この固定部１４ｂの内壁面の中央部分から吹き付けスリット１２に向かって突出する突出部１４ａとで構成され、第２の固定側通電部材６ｂと可動側通電部材７とによって固定部１４ｂが挟持されている。突出部１４ａは、固定部１４ｂと連なるリング状の立ち上り部１４ａｂと、その内周に吹き付けスリット１２と対向して取り囲むように設けられた円筒状の先端部１４ａａにて構成され、その断面はＴ字状となっている。つまり、冷却板１４の吹き付けスリット１２と対向しない部分に窪み１１ａを設けることで、リング状の空間を形成している。このリング状の空間を設けることにより、極間の沿面距離が長くなる。

また、第１の開閉部材８ａおよび第２の開閉部材８ｂの加熱室１１側の面には、それぞれ円錐状の第１のカバー１５ａおよび第２のカバー１５ｂが設けられおり、上記接触チューリップおよび上記別の接触チューリップを構成するそれぞれの接触フィンガー間の上記スリットおよび上記別のスリットを通したガスの流れが、発生しないようにしている。

アーク室１０の上方には、第１の開閉部材８ａの上記中心線に設けられた開口にて連通する圧力室１６が配置されている。圧力室１６の上部には、圧力室カバー１７の中央部の開口によって排出口１８が形成されている。

次に遮断時の動作について説明する。図１の中心線より左側の投入状態では、主回路の電流は、主に固定側外壁２から主通電導体５を経て可動側外壁３へと流れている。遮断指令により駆動装置（図示せず）が動作を開始すると、主通電導体５が固定側外壁２および可動側外壁３と摺動接触状態を保ちながら下方と駆動されると共に、第３の開閉部材９が第１および第２の開閉部材８ａ、８ｂとそれぞれ摺動接触状態を保ちながら下方と駆動される。この時、まず、主通電導体５が固定側外壁２１から機械的に離れ、主回路の電流の経路は、主通電導体５を経由する経路から消弧装置１を経由する経路へと転流する。続いて、図２の上記中心線より右側に破線で示すように第３の開閉部材９が第１の開閉部材８ａから機械的に離れ、第１の開閉部材８ａと第３の開閉部材９との間、つまりアーク室１０内でアークが発生する。さらに、第３の開閉部材９が下方に移動して、第３の開閉部材９が第２の開閉部材８ｂから機械的に離れると、アークは第１の開閉部材８ａと第２の開閉部材８ｂとの間（それぞれの接触フィンガーの先端部の間）へと移行する。

アークによって熱せられたアーク室１０内の高温のガスは高圧となり、吹き付けスリット１２を通して加熱室１１に流入する。さらに、アークから輻射される熱により、加熱室１１内のガスが加熱されるので、加熱室１１内に高い圧力が発生する。上述の吹き付けスリット１２を通して加熱室１１に流入した高温のガスは、吹き付けスリット１２に対向するように配置された冷却板１４の突出部１４ａの先端部１４ａａに直接吹付けられる。突出部１４ａは樹脂材にて構成されているので、高温のガスが吹付けられることにより、溶融して蒸発する。この溶融および蒸発するときに高温のガスのエネルギーを奪い温度を下げると共に、蒸発した樹脂のガスが、高温のガスと混合することでガスの温度をさらに低下させる。一般的に温度の低下は加熱室１１の圧力の低下要因となるが、一方で樹脂材の蒸発に伴って大量のガスが供給されるので、突出部１４ａを設けることで加熱室１１の圧力は上昇する。つまり、消弧に好ましい比較的低温で且つ高圧のガスを加熱室１１に発生させることができる。

電流が次の零点に向かって減少すると、アーク室１０の圧力が低下して加熱室１１の圧力がアーク室１０より高くなるので、上述の消弧に好ましいガスが、加熱室１１から吹き付けスリット１２を通してアーク室１０に流れ込み、さらには、第１の開閉部材８ａの上記中心線上の開口を通って上方の圧力室１６へと流出すると共に、第２の開閉部材８ｂの上記中心軸上の別の開口を通って下方の開極した第３の開閉部材９側へと流出する。このとき加熱室１１から流出する消弧に好ましいガスが、第１および第２の開閉部材８ａ、８ｂの間に形成されているアークに吹付けられ、アークが冷却され消弧される。

このとき、冷却板１４の突出部１４ａの円筒形の区分壁１３側には沿面距離が長くなるように空間１１ａが設けられているので、アークの消弧と共に極間に非常に高い電圧が印加されたとしても再点弧することなく遮断動作を完了することができる。

また、上述のように、冷却板１４の先端部１４ａａを吹き付けスリット１２と対向するように配置したので、アーク室１０からスリット１２を通して加熱室１１に流入する高温のガスの主な流れは、先端部１４ａａに直接吹付けられて拡散する。つまり、吹き付けスリット１２側から見て先端部１４ａａの背面に位置する壁面には、直接的に高温のガスが吹き付けることがなく、壁面の損傷を低減することができる。さらに、樹脂材からなる先端部１４ａａが溶融して蒸発することで加熱室１１内のガス温度が低下するので、加熱室１１の内壁にふれるガス温度が低下して内壁の損傷が一層抑制される。

この内壁の損傷の抑制と、冷却板１４の吹き付けスリット１２と対向しない部分に窪み１１ａを設けることによる極間の沿面距離の延長とにより、遮断後の極間の絶縁耐圧が一層向上するので、例えば遮断後に高いサージが発生しても極間の絶縁が破壊することがない。

また、円筒状の区分壁１３の内面を、冷却板１４の円筒状の固定部１４ｂにて覆うようにしているので、機械的強度が要求される絶縁性の区分壁１３に比べて、高温のガスによる沿面劣化が発生しがたい樹脂材で加熱室１１の内壁を構成できるので、極間の絶縁の信頼性が向上する。さらに、固定部１４ｂに遮断後の極間の絶縁性能を担わせることで、区分壁１３をより機械強度が強い材料として区分壁１３を薄くすることも可能である。

以上より、過熱室１１内に吹き付けスリット１２と対向する樹脂材の冷却板１４を設けることにより、加熱室１１内壁の損傷を低減して、絶縁劣化を抑制した極間の絶縁の信頼性が高いガス遮断器を得ることができると言える。

なお、実施の形態１では、冷却板１４の突出部１４ａの吹き付けスリット１２と対向しない部分に窪み１１ａを設ける場合を示した。然し、窪み１１ａを設けない場合でも、消弧に好ましい比較的低温で且つ高圧のガスを加熱室１１に発生できること、吹き付けスリット１２側から見て先端部１４ａａの背面に位置する壁面に直接的に高温のガスが吹き付けることがなくなり、壁面の損傷が低減すること、および先端部１４ａａの樹脂材の溶融、蒸発にともない加熱室１１内のガス温度が低下して加熱室１１の内壁の損傷が一層抑制されることなどの効果がある。

また、実施の形態１では、冷却板１４の突出部１４ａの断面をＴ字状としたが、図３に示すように、吹き付けスリット１２と対向する面を有するＬ字状の断面としても良く、図４に示すように、円筒状の区分壁１３側が凸のくさび状断面を有するリング状としても良い。

また、実施の形態１では、冷却板１４全体を樹脂材にて一体に構成した場合を示したが、図５に示すように、冷却板１４の固定部１４ｂを、立ち上り部１４ａｂと一体に成形された円筒状の固定部中央部１４ｂａと、この固定部中央部１４ｂａを上下から挟み込む別部材の円筒状の固定部端部１４ｂｂとで構成してもよい。このような構成とした場合、冷却板１４を製造するために用意する材料の寸法を小さくできる。樹脂材の場合、大きな寸法の材料を用意しようとすると、金型が大形化すると共に、ウエルドラインやボイドなどの欠陥が発生しやすくなる。これらの欠陥は、機械的欠陥や絶縁欠陥となりやすく、ガス遮断器の信頼性を低下させることがあるので、大形のガス遮断器を製造する場合は、上述のように冷却板１４の固定部１４ｂを分割すると、さらに好ましい。

実施の形態２．
図６は、この発明の実施の形態２による消弧装置１を示す断面図である。同図中、中心で上下に延びる一点鎖線（中心線）を境として、左側に投入状態、右側に遮断完了状態をそれぞれ示している。この実施の形態では、冷却板１４の突出部１４ａの先端部１４ａａが多孔質の樹脂材にて構成されていること以外は、実施の形態１と同様であるので、以下においては実施に形態１と異なる点について説明する。

なお、多孔質の樹脂材とは、例えば、フッ素樹脂、フッ素樹脂に添加剤を加えた混合材料、およびポリアセタール（ＰＯＭ）などを、機械加工、インサート成型、機械的発泡法、物理的発泡法、化学的発泡法、および中空細管をまとめて板状とするなど、それぞれの樹脂材に適した方法で多孔質化したものである。

実施の形態１と同様に、遮断指令により駆動装置（図示せず）が動作し、第１の開閉部材８ａと第２の開閉部材８ｂとを橋絡していた第３の開閉部材９が引き抜かれて、第１および第２の開閉部材８ａ、８ｂの間にアークが発生し、アークによって熱せられたアーク室１０内の高温のガスは、吹き付けスリット１２を通して加熱室１１に流入する。加熱室１１に流入した高温のガスは、吹き付けスリット１２に対向するように配置された冷却板１４の突出部１４ａの先端部１４ａａに直接的に吹き付けられる。

先端部１４ａａは、多孔質の樹脂材で構成されているので、吹き付けられる高温のガスが多孔質内に入り、先端部４ａａの表面のみならず多孔質の内部の樹脂材が溶融し、蒸発する。つまり、高温のガスが吹き付けられる突出部１４ａの先端部１４ａａが樹脂材の多孔質にて構成されているので、実施の形態１に比べて大量の樹脂材が溶融して蒸発する。これにより、実施の形態１に比べ、高温のガスの温度を低下させる作用および加熱室１１の圧力を上昇させる作用がより向上する。つまり、実施の形態１よりも、より消弧に好ましい比較的低温で且つ高圧のガスを加熱室１１に発生させることができる。

このより消弧に好ましい比較的低温で且つ高圧のガスを効率的に発生させるには、多孔質の樹脂材内に十分な量の高温のガスが進入する必要があるので、樹脂材内の孔は独立せず、連通していることが好ましい。しかしながら、高温のガスが、多孔質の樹脂材の吹き付けスリット１２側から区分壁１３側まで高温のままで吹き抜ける孔となっていると、多孔質の樹脂材の全体が軟化、溶融して大きく変形もしくは損耗することになり、繰り返しの遮断性能を確保し難くなるおそれがある。そこで、上記孔の構成は、吹き付ける高温のガスにより多孔質の樹脂材の全体が軟化温度を超えないように適切な比率と形状にすることが好ましい。

電流が次の零点に向かって減少すると、上記より消弧に好ましいガスが、第１および第２の開閉部材８ａ、８ｂの間に形成されているアークに吹き付けられ、アークが急速に冷却されて消弧し、急速に極間の絶縁が回復するので、より高い遮断性能が得られる。

また、加熱室１１内で拡散する高温のガスの温度をより低下させることができるので、高温のガスが直接吹き付ける先端部１４ａａ以外の加熱室１１の内壁の損傷を一層低減できる。

なお、実施の形態２では、冷却板１４の突出部１４ａの断面をＴ字状としたが、図７に示すように、突出部１４ａを吹き付けスリット１２と対向する面を有するＬ字状の断面として、先端部１４ａａを多孔質の樹脂材で構成してもよく、図８に示すように、円筒状の区分壁１３側が凸のくさび状断面を有するリング状として、先端部１４ａａを多孔質の樹脂材で構成してもよい。

図８に示すように、多孔質の樹脂材の先端部１４ａａの区分壁１３側の面を、非多孔質の立ち上り部１４ａｂにて保持するようにすれば、多孔質の樹脂材の孔の通気性を大きく構成しても、高温のガスが吹き付けスリット１２側から区分壁１３側へと貫通して流れることがないので、消弧に好ましい比較的低温で且つ高圧のガスの発生と、繰り返し遮断の信頼性を両立させることができる。

また、実施の形態２では、冷却板１４を、円筒状の固定部１４ｂと突出部１４ａの基底側となる立ち上り部１４ａｂとを一体として、立ち上り部１４ａｂに別部材の多孔質の樹脂材の先端部１４ａａを密着させる場合を示したが、図９に示すように、固定部１４ｂを、立ち上り部１４ａｂと一体に成形された円筒状の固定部中央部１４ｂａと、この固定部中央部１４ｂａを上下から挟み込む別部材の円筒状の固定部端部１４ｂｂとで構成してもよい。

１ 消弧装置、２ 固定側外壁、３ 可動側外壁、４ 円筒形絶縁外壁、５ 主通電導体、６ａ 第１の固定側通電部材、６ｂ 第２の固定側通電部材、７ 可動側通電部材、８ａ 第１の開閉部材、８ｂ 第２の開閉部材、９ 第３の開閉部材、１０ アーク室、１１ 加熱室、１１ａ 窪み、１２ 吹き付けスリット、１３ 区分壁、１４ 冷却板、１４ａ 突出部、１４ａａ 先端部、１４ａｂ 立ち上り部、１４ｂ 固定部、１４ｂａ 固定部中央部、１４ｂｂ 固定部端部、１５ａ 第１のカバー、１５ｂ 第２のカバー、１６ 圧力室、１７ 圧力室カバー、１８ 排出口。

Claims (5)

1. 投入状態において第１の開閉部材と第２の開閉部材とを互いに橋絡する第３の開閉部材が、動作軸の所定方向へと移動することにより、上記第１の開閉部材と上記第２の開閉部材との間を開放するガス遮断器であって、
   上記第１の開閉部材と上記第２の開閉部材との間に配置され、上記開放にともないアークが発生する空間を形成するアーク室と、
   上記動作軸の方向の少なくとも一方に、上記アーク室と連通して設けられた圧力室と、
   上記アーク室から上記圧力室に流入するガスを排出する排出口と、
   上記動作軸の周方向に上記アーク室を取り囲むように配置された加熱室と、
   上記アーク室と上記加熱室とを、上記アーク室の上記周方向で連通する吹き付けスリットと、
   上記加熱室の上記周方向の外壁を形成する絶縁性の区分壁と、
   上記区分壁から上記吹き付けスリットに向かって突出する突出部を有して、先端部で上記吹き付けスリットと対向する樹脂材からなる冷却板とを備え、
   前記冷却板の吹き付けスリットと対向しない部分に、窪みを設けた
   ことを特徴とするガス遮断器。
2. 冷却板は、円筒状の区分壁の内周面を覆う円筒状の固定部を有することを特徴とする請求項１記載のガス遮断器。
3. 突出部は、円筒状の区分壁から吹き付けスリット側へと延びる円盤状の立ち上り部と、
   上記立ち上り部の内周側に設けられて上記吹き付けスリットを取り囲む円筒状の先端部とを有する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。
4. 突出部は、円筒状の区分壁の側が凸のくさび状断面を有するリング状である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。
5. 冷却板は、少なくとも吹き付けスリットと対向する部分が多孔質の樹脂材であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のガス遮断器。

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