JP5422472B2 - ガス遮断器 - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、高電圧の電力系統において消弧性ガスにより高電圧の遮断を可能にするガス遮断器に関する。
現在、高電圧の電力系統では、ガス遮断器が広く用いられている。このガス遮断器の絶縁媒体および消弧媒体としては、絶縁性および消弧性の高いSFガスが主として用いられているものの、このSFガス以外のガスや、各種ガスを混合したガスを用いる場合もある。
従来のガス遮断器の一例を図9および図10に示す。図9はガス遮断器の投入状態を、図10はガス遮断器の遮断状態をそれぞれ示している。
図9および図10に示すように、消弧性ガスが充填された図示しないタンク内には、固定部1aに設けられた固定アーク接触子1および固定通電接触子3と、可動部1bに設けられた可動アーク接触子2および可動通電接触子4とがそれぞれ互いに軸方向に対向して配置されている。固定部1aは、固定アーク接触子1および固定通電接触子3の他、固定支え8を有する一方、可動部1bは、可動アーク接触子2および可動通電接触子4の他、パッファシリンダ5、操作ロッド6、絶縁ノズル7およびパッファピストン13を有している。
可動アーク接触子2、可動通電接触子4および絶縁ノズル7は、それぞれパッファシリンダ5に固定されている。このパッファシリンダ5および操作ロッド6は、図示しない絶縁ロッドを介して操作機構と接続されている。絶縁ノズル7は、可動アーク接触子2の外周に配置されている。そして、パッファシリンダ5、操作ロッド6およびパッファピストン13は、空間であるパッファ室(圧縮室)11を形成している。
また、パッファピストン13は、図示しない固定部材に固定され、パッファシリンダ5と操作ロッド6とが一体となって進退したとき、パッファシリンダ5内のパッファ室11でSFガスを圧縮するように構成されている。
このように構成された従来のガス遮断器は、図9に示す投入状態から開極動作を始めると、可動部1bが図示しない操作機構側、すなわち固定部1aから離反する方向(図9において右方向)に移動する。すると、固定アーク接触子1と可動アーク接触子2との間においてアークが点弧する。このアークは高温であるため、アークから高温のガスが発生するとともに、加熱された周囲の消弧性ガスも高温となる。
さらに、開極動作が進むと、図10に示すようにパッファ室11の容積が小さくなり、パッファ室11内のガスが圧縮され、この圧縮されたガスは、排出口5aから可動アーク接触子2と絶縁ノズル7との間に形成されるガス流路を通じてアークが点弧している空間に吹き付けられる。アークに吹き付けられたガスは、アークを冷却しながらアークによって高温に過熱されて高温ガスとなる。
そして、図示しない操作機構側、すなわち固定部1aから離反する方向(図9において右方向)に流れるガスは、図10に示すように可動アーク接触子2および操作ロッド6の中空部内を通った後、操作ロッド6用の連通孔6aを通じて図示しないタンク空間へ流れ出す。また、反操作機構側、すなわち固定部1aに接近する方向(図9において左方向)に流れるガスは、固定支え8内を流れて図示しないタンク空間へと流れ出す。その後、電流零点に向けてアークが小さくなり電流遮断が完了する。この電流遮断が完了すると、直ちに上記各接触子間には高い電圧が印加され、ガス遮断器は、この高い電圧に耐えて絶縁状態を保持する必要がある。
上記のようなガス遮断器の遮断過程で発生した高温ガスのうち、反操作機構側、すなわち固定部1aに接近する方向に流れる高温ガスは、固定支え8内を流れて図示しないタンク空間内に排出されていくものの、一部が絶縁ノズル7と固定支え8との間を通って固定通電接触子3と可動通電接触子4との間の空間に流れ込むことがある。すると、電流遮断完了後に上記各接触子3,4間に高い電圧が印加されたとき、上記高温ガスのために固定通電接触子3と可動通電接触子4との間で絶縁破壊が発生することがある。このような絶縁破壊は、絶縁状態を保持しなければならない遮断器として回避しなければならない事態である。
この課題を解決するために、例えば特許文献1に記載された技術がある。この技術は、絶縁ノズル7出口付近からガス流路に沿ってカバーを取り付け、固定通電接触子3と可動通電接触子4との間の空間に熱ガスが流入しないようにしたものである。
また、ガス遮断器が電力系統に設置されている場合には、直流電圧が長時間印加される場合が考えられる。この場合、可動部1bに固着された絶縁ノズル7が帯電し、かつ図11に示すように絶縁ノズル7と固定支え8とが微小な隙間を保持していると、絶縁ノズル7の電位と固定支え8の電位との電位差によって高い電界が生じることになり、絶縁破壊に至ることがある。このような絶縁ノズル7の帯電を防止し、かつ熱ガスの流入を防止する方法としては、例えば特許文献2に記載された技術がある。この技術では、絶縁ノズル7と固定支え8との間を摺動可能な状態にするようにしている。
特許第3833839号公報 特許第4131926号公報
しかしながら、特許文献1に記載された技術では、遮断過程および遮断状態において絶縁ノズル7とカバーとの間に大きな隙間が形成されているため、そのカバーによって熱ガスをガイドしていても、やはり一部の熱ガスが固定通電接触子3と可動通電接触子4との間の空間に流入する可能性が高い。そのため、絶縁ノズル7とカバー、あるいは図11に示すように絶縁ノズル7と固定支え8との間を極力狭くすることで、熱ガスの流入を防止することが可能となると考えられる反面、このようにした場合は、上述したように絶縁ノズル7の電位と固定支え8の電位との電位差によって高い電界が生じることになり、絶縁破壊に至ることがある。
また、特許文献2に記載された技術では、構造が複雑で、組立が煩雑となるとともに、固定支え8に対して絶縁ノズル7および可動部1b全体の中心が高精度に一致しないと、摺動部において大きな摩擦となり、可動部1bの動作速度が低下し、遮断性能の低下を招く懸念がある。
本発明の実施形態は、上述した課題を解決するためになされたものであり、固定支えに対して絶縁ノズルを摺動させることなく、熱ガスの流入を最小限に抑え、かつ直流電圧による絶縁破壊も防止可能なガス遮断器を提供することを目的とする。
本実施形態に係るガス遮断器は、消弧性ガスが充填されたタンク内に、固定通電接触子および固定アーク接触子を有する固定部と、可動通電接触子および可動アーク接触子を有する可動部とを、接離自在に対向して配置し、前記可動部にパッファシリンダと、このパッファシリンダ内を摺動自在なパッファピストンとを備えるパッファ室を形成し、前記パッファシリンダ先端で、かつ前記可動アーク接触子を包囲する絶縁ノズルを取り付け、遮断動作時に前記パッファシリンダ内の消弧性ガスを、前記パッファピストンにて圧縮して前記固定アーク接触子と前記可動アーク接触子との間に発生したアークに吹き付けるガス遮断器において、前記固定部の固定支えに形成した小径部の内周面に対して狭い一定間隔を保持するように、前記絶縁ノズルの先端部に鍔部を形成し、前記小径部における遮断動作完了時に前記鍔部と対向する部分に凹溝部を形成したことを特徴とする。
また、本実施形態に係るガス遮断器は、消弧性ガスが充填されたタンク内に、固定通電接触子および固定アーク接触子を有する固定部と、可動通電接触子および可動アーク接触子を有する可動部とを、接離自在に対向して配置し、前記可動部にパッファシリンダと、このパッファシリンダ内を摺動自在なパッファピストンとを備えるパッファ室を形成し、前記パッファシリンダ先端で、かつ前記可動アーク接触子を包囲する絶縁ノズルを取り付け、遮断動作時に前記パッファシリンダ内の消弧性ガスを、前記パッファピストンにて圧縮して前記固定アーク接触子と前記可動アーク接触子との間に発生したアークに吹き付けるガス遮断器において、前記固定部の固定支えに形成した小径部の内周面に対して狭い一定間隔を保持するように、前記絶縁ノズルの先端部に鍔部を形成し、前記鍔部の前記小径部の内周面に対向する外周面に微小突起を形成したことを特徴とする。
さらに、本実施形態に係るガス遮断器は、消弧性ガスが充填されたタンク内に、固定通電接触子および固定アーク接触子を有する固定部と、可動通電接触子および可動アーク接触子を有する可動部とを、接離自在に対向して配置し、前記可動部にパッファシリンダと、このパッファシリンダ内を摺動自在なパッファピストンとを備えるパッファ室を形成し、前記パッファシリンダ先端で、かつ前記可動アーク接触子を包囲する絶縁ノズルを取り付け、遮断動作時に前記パッファシリンダ内の消弧性ガスを、前記パッファピストンにて圧縮して前記固定アーク接触子と前記可動アーク接触子との間に発生したアークに吹き付けるガス遮断器において、前記固定部の固定支えに形成した小径部の内周面に対して狭い一定間隔を保持するように、前記絶縁ノズルの先端部に鍔部を形成し、前記小径部における遮断動作完了時に前記鍔部と対向する面に微小突起を形成したことを特徴とする。
本発明に係るガス遮断器の第1実施形態において遮断器投入状態を示す部分縦断面図である。 図1において遮断過程前半を示す部分縦断面図である。 図1において遮断過程後半を示す部分縦断面図である。 図1において遮断動作完了時の状態を示す部分縦断面図である。 本発明に係るガス遮断器の第2実施形態の遮断状態を示す部分縦断面図である。 本発明に係るガス遮断器の第3実施形態の遮断状態を示す部分縦断面図である。 第3実施形態の微小突起を示す拡大斜視図である。 本発明に係るガス遮断器の第4実施形態の遮断状態を示す部分縦断面図である。 従来のガス遮断器において遮断器投入状態を示す部分縦断面図である。 図9のガス遮断器において遮断過程を示す部分縦断面図である。 従来の他のガス遮断器において遮断過程を示す部分縦断面図である。
以下に、本発明に係るガス遮断器の各実施形態について、図面を参照して説明する。
(第1実施形態)
(構 成)
図1は本発明に係るガス遮断器の第1実施形態において遮断器投入状態を示す部分縦断面図である。図2は図1において遮断過程前半を示す部分縦断面図である。図3は図1において遮断過程後半を示す部分縦断面図である。なお、従来のガス遮断器の構成と同一または対応する部分には、図9〜図11と同一の符号を用いて説明する。
本実施形態では、消弧性ガスが充填された図示しないタンク内に、図1に示すように固定部1a側において固定アーク接触子1および固定通電接触子3が同軸状に固定されている。この固定通電接触子3は、固定支え8により支持されている。
一方、可動部1bにおける可動アーク接触子2は、固定アーク接触子1に接離自在に対向して配置されるとともに、中空の操作ロッド6が取り付けられている。この操作ロッド6には、操作ロッド6を包囲するようにパッファシリンダ5が同軸状に固定されている。
パッファシリンダ5における固定アーク接触子1側の先端面には、ガス流路を保持しつつ可動アーク接触子2を包囲する絶縁ノズル7と、固定通電接触子3に対して接離自在な可動通電接触子4とが固定されている。
パッファシリンダ5と操作ロッド6との間には、図示しない固定部分に固定されたパッファピストン13が挿入されている。すなわち、パッファピストン13のピストンがパッファシリンダ5と操作ロッド6との間に摺動自在に配置されている。パッファシリンダ5および操作ロッド6は、図示しない絶縁ロッドを介して操作機構と接続されている。これらパッファシリンダ5、操作ロッド6およびパッファピストン13からパッファ室(圧縮室)11が形成されている。
固定支え8の内周面は、軸方向に沿って順に斜面部20、小径部9および凹溝部10が一体に形成されている。斜面部20は、図示しない操作機構側、すなわち固定支え8の軸方向先端側(図1において右側)に向けて次第に狭くなるように傾斜して形成されている。小径部9は、固定支え8の軸方向先端側に斜面部20と連続して直線空洞状に形成され、固定アーク接触子1と同軸状であって、固定支え8の軸方向後端側より小径となるように形成されている。凹溝部10は、固定支え8における軸方向先端部近傍(図1において右側端部近傍)に形成され、かつ小径部9よりも内径が大きく形成されている。
小径部9は、絶縁ノズル7の先端部に対して一定の間隔を保持している。具体的には、図1では、例えば絶縁ノズル7の先端部には、外周方向に張り出す鍔部12が一体に形成され、この鍔部12のみが固定支え8の小径部9と狭い一定の間隔を保持する構造をなしている。ここで、鍔部12と小径部9とは、機械的に摺動しても構わないが、機械的に大きな摩擦が発生しない程度の余裕のある公差が設けられている必要がある。
凹溝部10は、図4に示すように固定支え8の内周面において遮断動作完了時に鍔部12と対向する部分に形成されている。また、凹溝部10は、鍔部12の肉厚より幅広に形成されている。したがって、固定支え8の内周面に凹溝部10を形成したことにより、鍔部12との間隔が拡がっている。なお、凹溝部10の底面と鍔部12外周面との間の間隔は、直流電圧が印加された際にも充分に絶縁が保持されるように設定されている。
また、固定支え8の内周面は、先端方向に向けて順に斜面部20、小径部9を形成したことにより、遮断動作途中から絶縁ノズル7に対して狭い間隔になるようにしている。
(作 用)
投入状態から開極動作を始めると、可動部1aは図示しない操作機構側、すなわち図1において右方向に移動する。すると、固定アーク接触子1と可動アーク接触子2との間においてアークが点弧する。このアークは高温であるため、アークから高温のガスが発生するとともに、加熱された周囲の消弧性ガスも高温となる。
さらに、開極動作が進むと、図2および図3に示すように徐々にパッファ室11の容積が小さくなり、パッファ室11内のガスが圧縮され、圧縮されたガスは、排出口5aから可動アーク接触子2と絶縁ノズル7とで形成されるガス流路を通じてアークが点弧している空間に吹き付けられる。アークに吹き付けられたガスは、アークを冷却しながらアークによって高温に過熱されて高温ガスとなる。
そして、図示しない操作機構側、すなわち図4で右方向に流れるガスは、可動アーク接触子2および操作ロッド6の中空部内を通った後、操作ロッド6用の連通孔6aを通じて図示しないタンク空間へ流れ出す。また、反操作機構側、すなわち図4で左方向に流れるガスは、固定支え8内を流れて図示しないタンク空間へと流れ出す。このとき、左方向に流れるガスは、小径部9を経て斜面部20に沿って徐々に拡がるように流れるため、ガスを円滑に流出させることが可能となる。そして、電流零点に向けてアークが小さくなり電流遮断が完了する。
ところで、本実施形態では、遮断動作とともに絶縁ノズル7から流出する高温の熱ガスは、絶縁ノズル7の鍔部12と固定支え8の小径部9との隙間が狭いため、遮断動作途中では、固定通電接触子3と可動通電接触子4との間の空間にほとんど流れ込まない。遮断動作完了時には、絶縁ノズル7の鍔部12が固定支え8の凹溝部10に達すると、上記熱ガスの一部が流れ込むこととなるものの、この熱ガスは、ごく短期間でしかも鍔部12と凹溝部10との間の隙間も過大ではないため、流れ込む熱ガスの総量を少量に抑えることができる。
また、本実施形態では、鍔部12の外周面と凹溝部10の底面とは、一定間隔が確保されているため、直流電圧が長時間印加されて絶縁ノズル7が帯電していても、絶縁ノズル7の鍔部12と凹溝部10との間の電界は低減されており、絶縁破壊が発生するのを未然に回避することができる。
(効 果)
このように本実施形態によれば、固定支え8の内周面に小径部9が形成され、絶縁ノズル7の先端部と一定の間隔を保ち、絶縁ノズル7の先端部に外径が小径部9と狭い一定の間隔を保持する鍔部12が形成され、固定支え8の内周面において遮断動作完了時に鍔部12と対向する部分に小径部9よりも内径が大きい凹溝部10を形成したことにより、電流遮断直後に固定通電接触子3と可動通電接触子4との間で絶縁破壊が発生することなく、かつ直流電圧が長時間印加されていても、絶縁破壊が起こらない高性能なガス遮断器を実現することができる。
したがって、本実施形態によれば、固定支え8に対して絶縁ノズル7を摺動させることなく、熱ガスの流入を最小限に抑え、かつ直流電圧による絶縁破壊も未然に防止することが可能となる。
(第2実施形態)
図5は本発明に係るガス遮断器の第2実施形態の遮断状態を示す部分縦断面図である。なお、図5では、前記第1実施形態と同一の部分に同一の符号を付して説明を省略し、異なる構成のみを説明する。その他の実施形態も同様とする。
図5に示すように、本実施形態では、遮断動作完了時に絶縁ノズル7の鍔部12が対向する固定支え8の内面部分から図示しない操作機構側全て、すなわち固定支え8の軸方向における先端部(図5において右方向端部)まで切欠溝10aが形成されている。したがって、この切欠溝10aは、前記第1実施形態の凹溝部10と比べて幅広に形成されている。
このように本実施形態によれば、遮断動作完了時に絶縁ノズル7の鍔部12が対向する固定支え8の内面部分から固定支え8の軸方向における先端部まで切欠溝10aを形成したことにより、前記第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
(第3実施形態)
(構 成)
図6は本発明に係るガス遮断器の第3実施形態の遮断状態を示す部分縦断面図である。図7は第3実施形態の微小突起を示す拡大斜視図である。
図6に示すように、本実施形態では、前記第1実施形態とは異なり、絶縁ノズル7と対向する固定支え8の内周面に凹溝部10を形成せずに、固定支え8の小径部9と絶縁ノズル7の鍔部12とは狭い間隔を保持している。
また、絶縁ノズル7の鍔部12の固定支え8の小径部9と対向する面、すなわち鍔部12の外周面には、周方向に沿って一定間隔をおいて先端を丸めた略円錐状の微小突起14が形成されている。具体的には、図7に示すように鍔部12の外周面に略円錐状の微小突起14が例えば45度おきに少なくとも1つ配置されている。なお、微小突起14は、上記のように円錐形の他、円柱形、半球形、あるいは鍔部12の全周に亘って線状に設けられる形状も考えられる。なお、微小突起14は、鍔部12の全周に亘って線状に形成する以外に、全周の1/3(120度)以上に亘って分割して形成するようにしてもよい。
ここで、鍔部12と小径部9とは、完全遮断状態以外では機械的に摺動しても構わないが、機械的に大きな摩擦が発生しない程度の余裕のある公差が設けられている必要がある。
(作用および効果)
本実施形態では、固定支え8の小径部9と絶縁ノズル7の鍔部12との間を狭い間隔を保持し、絶縁ノズル7の鍔部12における小径部9と対向する面に微小突起14を形成したことにより、熱ガスの流入が防止され、固定通電接触子3と可動通電接触子4との間の絶縁破壊を未然に防止することができる。
また、本実施形態では、絶縁ノズル7の鍔部12の小径部9と対向する面に微小突起14を形成したことにより、絶縁ノズル7の帯電時に微小突起14の先端部で電界が高くなって部分放電が起こり、電荷がそれ以上帯電しないため、固定支え8の小径部9と絶縁ノズル7の鍔部12との間の電界が緩和され、直流電圧が長時間印加されていても絶縁破壊を未然に防止することができる。このように本実施形態によれば、前記第1実施形態と同様な効果を得ることができる。
(第4実施形態)
図8は本発明に係るガス遮断器の第4実施形態の遮断状態を示す部分縦断面図である。
本実施形態では、前記第1実施形態とは異なり、絶縁ノズル7と対向する固定支え8の内周面に凹溝部10を形成せずに、固定支え8の小径部9と絶縁ノズル7の鍔部12とは狭い間隔を保持している。
また、本実施形態では、前記第3実施形態と異なり、固定支え8の小径部9における絶縁ノズル7の鍔部12と対向する面、すなわち小径部9の内周面には、周方向に沿って一定間隔をおいて、例えば45度おきに略円錐状の微小突起15が少なくとも1つ以上形成されている。なお、微小突起15は、前記第3実施形態と同様に略円錐形の他、円柱形、半球形、あるいは小径部9の内周面の全周に亘って少なくとも1本線状に設けられる形状も考えられる。なお、微小突起15は、小径部9の内周面の全周に亘って線状に形成する以外に、全周の1/3(120度)以上に亘って分割して形成するようにしてもよい。
ここで、鍔部12と小径部9とは、完全遮断状態以外では機械的に摺動しても構わないが、機械的に大きな摩擦が発生しない程度の余裕のある公差が設けられている必要がある。このように本実施形態によれば、前記第3実施形態と同様な作用および効果を得ることができる。
なお、本発明は上記各実施形態に限定されることなく、種々の変更が可能である。上記第3および第4実施形態は、微小突起14,15を円錐形の他、円柱形、半球形、あるいは線状に設けられる形状としたが、これ以外に例えば円錐台形、角推形、角推台形などの形状に形成するようにしてもよい。
1…固定アーク接触子
1a…固定部
1b…可動部
2…可動アーク接触子
3…固定通電接触子
4…可動通電接触子
5…パッファシリンダ
6…操作ロッド
7…絶縁ノズル
8…固定支え
9…小径部
10…凹溝部
10a…切欠溝
11…パッファ室
12…鍔部
13…パッファピストン
14…微小突起
15…微小突起
20…斜面部

Claims (6)

  1. 消弧性ガスが充填されたタンク内に、固定通電接触子および固定アーク接触子を有する固定部と、可動通電接触子および可動アーク接触子を有する可動部とを、接離自在に対向して配置し、前記可動部にパッファシリンダと、このパッファシリンダ内を摺動自在なパッファピストンとを備えるパッファ室を形成し、前記パッファシリンダ先端で、かつ前記可動アーク接触子を包囲する絶縁ノズルを取り付け、遮断動作時に前記パッファシリンダ内の消弧性ガスを、前記パッファピストンにて圧縮して前記固定アーク接触子と前記可動アーク接触子との間に発生したアークに吹き付けるガス遮断器において、
    前記固定部の固定支えに形成した小径部の内周面に対して狭い間隔を保持するように、前記絶縁ノズルの先端部に鍔部を形成し、前記小径部における遮断動作完了時に前記鍔部と対向する部分に凹溝部を形成したことを特徴とするガス遮断器。
  2. 消弧性ガスが充填されたタンク内に、固定通電接触子および固定アーク接触子を有する固定部と、可動通電接触子および可動アーク接触子を有する可動部とを、接離自在に対向して配置し、前記可動部にパッファシリンダと、このパッファシリンダ内を摺動自在なパッファピストンとを備えるパッファ室を形成し、前記パッファシリンダ先端で、かつ前記可動アーク接触子を包囲する絶縁ノズルを取り付け、遮断動作時に前記パッファシリンダ内の消弧性ガスを、前記パッファピストンにて圧縮して前記固定アーク接触子と前記可動アーク接触子との間に発生したアークに吹き付けるガス遮断器において、
    前記固定部の固定支えに形成した小径部の内周面に対して狭い間隔を保持するように、前記絶縁ノズルの先端部に鍔部を形成し、前記鍔部の前記小径部の内周面に対向する外周面に微小突起を形成したことを特徴とするガス遮断器。
  3. 消弧性ガスが充填されたタンク内に、固定通電接触子および固定アーク接触子を有する固定部と、可動通電接触子および可動アーク接触子を有する可動部とを、接離自在に対向して配置し、前記可動部にパッファシリンダと、このパッファシリンダ内を摺動自在なパッファピストンとを備えるパッファ室を形成し、前記パッファシリンダ先端で、かつ前記可動アーク接触子を包囲する絶縁ノズルを取り付け、遮断動作時に前記パッファシリンダ内の消弧性ガスを、前記パッファピストンにて圧縮して前記固定アーク接触子と前記可動アーク接触子との間に発生したアークに吹き付けるガス遮断器において、
    前記固定部の固定支えに形成した小径部の内周面に対して狭い間隔を保持するように、前記絶縁ノズルの先端部に鍔部を形成し、前記小径部における遮断動作完了時に前記鍔部と対向する面に微小突起を形成したことを特徴とするガス遮断器。
  4. 前記微小突起は、円錐状、円筒状に形成され、前記鍔部の外周面または前記小径部の内周面の45度に少なくとも1つ配置されている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。
  5. 前記微小突起は、少なくとも1本線状に、前記鍔部の外周面全周または前記小径部の内周面全周の1/3以上に亘って配置されている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。
  6. 前記固定支えの小径部は、遮断動作途中から前記絶縁ノズルの鍔部と対向することを特徴とする請求項1ないし5のいずれか一項に記載のガス遮断器。
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