JP5444436B2 - ガス遮断器 - Google Patents

Description

本発明は、送電系統や配電系統を保護するために、線路の地絡故障や線間短絡故障などによる電流を遮断するガス遮断器に係り、特に、遮断性能の向上を図るべく消弧室の構成に改良を施したガス遮断器に関するものである。

電力系統において電流開閉を行うガス遮断器は、現在パッファ形と呼ばれるタイプが広く普及している。特に近年では、電流遮断する際に必要な駆動力を低減することが可能な直列パッファ形とよばれる方式が知られている（例えば、特許文献１参照）。

図６は従来から用いられているガス遮断器の内部構造を示した断面図であり、図６（Ａ）は遮断器の遮断過程の前半の状態を示し、図６（Ｂ）は遮断過程の後半の状態を示したものである。すなわち、消弧性ガスが充填された図示しない接地タンク内に、対向配置された可動通電接触子１、可動アーク接触子３及び固定通電接触子２、固定アーク接触子４を有し、前記可動通電接触子１、可動アーク接触子３及び固定アーク接触子４の外周に設置された絶縁ノズル５は、パッファシリンダ６に固定されている。

また、前記パッファシリンダ６及び操作ロッド７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。このパッファシリンダ６と操作ロッド７とによりパッファ室９という空間が形成されている。また、前記操作ロッド７の中空部７ａとパッファ室９とは連通穴１６によって連通されている。

このように構成されたガス遮断器が投入状態から開極動作を始めると、可動部１ａは図示しない機構側（図中右方向）に移動する。図６（Ａ）に示した遮断過程前半では、固定アーク接触子４と可動アーク接触子３との間にアーク１０が点弧する。このアーク１０は高温であるため、アーク１０から高温のガスが発生すると共に、周りの消弧性ガスも加熱されて高温となる。

このようにして発生した高温ガスは、絶縁ノズル５と可動アーク接触子３とにより形成される空間を通ってパッファ室９内に流入すると共に、可動アーク接触子３及び操作ロッド７の中空部７ａ内を通った後、連通穴１６を通じてパッファ室９内に流れ込む。流れ込んだ高温ガスによってパッファ室９内のガス圧力は高められる。その後、図６（Ｂ）に示すような遮断過程後半では、電流零点に向けてアーク１０が小さくなり、高圧力となったパッファ室９からガスがアーク１０に吹き付けられてアーク１０が消弧され、電流遮断が完了する。
特開平７−３１２１５５号公報

上記のような構成を有するガス遮断器の遮断過程では、効率的に熱ガスをパッファ室９に取り込むと共に、電流零点付近でアーク１０に対してガスを効率良く吹き付ける必要がある。

しかしながら、図６に示したガス遮断器においては、連通穴１６を通じてパッファ室９から操作ロッド７の中空部７ａ及び可動アーク接触子３の内側にもガスが流出し、この空間を充気するためにガスが費やされるために、アーク１０へのガスの吹き付け効率が低下するという問題点があった。

さらに、アーク１０へ吹き付けられるガス流路が、絶縁ノズル５と可動アーク接触子３とで形成される流路と、操作ロッド７の中空部７ａ及び可動アーク接触子３の内側とで形成される流路の２方向となるために、アーク１０へのガスの吹き付け効率が低下するという問題点があった。そこで、アーク１０へ効率的にガスを吹き付けるために、絶縁ノズル５と可動アーク接触子３とで形成される流路のみからアーク１０に対してガスを吹き付けることができるガス遮断器の開発が望まれていた。

本発明は、上述したような従来技術の問題点を解消するために提案されたものであって、その目的は、アークに対して効率良くガスを吹き付けることにより、遮断性能の向上を可能としたガス遮断器を提供することにある。

上記の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、消弧性ガスが充填されたタンク内に、対向配置された可動通電接触子、可動アーク接触子及び固定通電接触子、固定アーク接触子を有し、前記可動通電接触子、可動アーク接触子及び該可動アーク接触子の外周に設置された絶縁ノズルがパッファシリンダに固定され、前記パッファシリンダは、該パッファシリンダを駆動する操作ロッドを介して操作機構と接続され、前記パッファシリンダと操作ロッドによってパッファ室が形成され、前記操作ロッドには中空部が形成されているガス遮断器において、前記可動アーク接触子の周囲を覆うように絶縁ガイドが設けられ、該絶縁ガイドと可動アーク接触子とで形成される流路と前記パッファ室とが連通穴を介して連通され、この連通穴には、前記絶縁ガイドと可動アーク接触子とで形成される流路から前記パッファ室に向かう方向にのみガスが流入され、逆方向にはガスを封止する機能を持つ逆止弁が配設されていることを特徴とするものである。また、前記連通穴の絶縁ノズル側端部に、前記パッファ室の外周方向に前記パッファシリンダの側壁近傍まで延伸される鍔部と、この鍔部先端から絶縁ノズル側に向けて曲げられている先端部とを有するフローガイドが設けられていることも特徴としている。

上記のような構成を有する請求項１に記載の発明によれば、熱ガスをパッファ室に取り込む際には、前記逆止弁が開放されると共に、前記排気穴は円筒によって塞がれるため、操作ロッドの中空部からも熱ガスをパッファ室に取り込むことができるため、パッファ室内の圧力は効率的に上昇する。一方、電流零点付近では、前記逆止弁が閉止されると共に、前記排気穴は円筒に設けられた放圧穴の位置に移動し、操作ロッドの中空部とその外部とが連通するため、操作ロッドの中空部内の熱ガスは前記排気穴及び放圧穴を通じて外部に排気される。その結果、アークに対して吹き付けられるガスは、絶縁ノズルと可動アーク接触子とで形成される空間からのみの１方向となるため、効率的に電流を遮断することができる。これにより、熱利用効率の高い、高性能で小形のガス遮断器を実現することができる。また、フローガイドによって、逆止弁からパッファ室内に流れ込むガス流を、パッファ室の外周方向に導くことができるので、パッファ室の外周方向に効率良く高温ガスを噴出させることができる。また、絶縁ノズルと可動アーク接触子とで形成される空間を通ってパッファ室内に流入してきたガスが、逆止弁に吹き付けることを防止することができるので、逆止弁からパッファ室内に流れ込むガスの流れの乱れを防止することができる。

本発明によれば、アークに対して効率良くガスを吹き付けることにより、遮断性能の向上を可能としたガス遮断器を提供することができる。

以下、本発明に係るガス遮断器の実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。なお、図６に示した従来型と同一の部材には同一の符号を付して、説明は省略する。

（１）参考例
（１−１）構成
参考例においては、図１に示すように、操作ロッド７の中空部７ａとパッファ室９とを連通する連通穴１６に逆止弁８が配設されている。なお、この逆止弁８は、操作ロッド７の中空部７ａからパッファ室９に向かう方向にのみ開放され、逆方向にはガスを封止する機能を持つものである。その他の構成は、図６に示した従来型と同様であるので、説明は省略する。

（１−２）作用
上記のような構成を有する参考例のガス遮断器は以下のように作用する。すなわち、参考例のガス遮断器が投入状態から開極動作を始めると、可動部１ａは図示しない機構側（図中右方向）に移動する。図１（Ａ）に示した遮断過程前半では、固定アーク接触子４と可動アーク接触子３との間にアーク１０が点弧する。このアーク１０は高温であるため、アーク１０から高温のガスが発生すると共に、周りの消弧性ガスも加熱されて高温となる。

このようにして発生した高温ガスは、絶縁ノズル５と可動アーク接触子３とで形成される空間を通ってパッファ室９内に流入すると共に、可動アーク接触子３及び操作ロッド７の中空部７ａ内を通った後、逆止弁８を介してパッファ室９内に流れ込む。流れ込んだ高温ガスによってパッファ室９内のガス圧力は高められる。

その後、図１（Ｂ）に示すような遮断過程後半では、電流零点に向けてアーク１０が小さくなり、高圧力となったパッファ室９からガスが絶縁ノズル５と可動アーク接触子３との間の空間を流れてアーク１０に吹き付けられ、アーク１０は消弧され、電流遮断が完了する。なお、このとき逆止弁８は閉止状態となるため、従来のように、連通穴１６を通じて操作ロッド７の中空部７ａ及び可動アーク接触子３の内側にガスが流出することがないため、アーク１０へのガスの吹き付けは、絶縁ノズル５と可動アーク接触子３との間の空間を流れる１方向のみとなる。

（１−３）効果
このように参考例によれば、熱ガスをパッファ室９に取り込む際には、逆止弁８が開放されることにより操作ロッド７の中空部７ａからも取り込むことができるため、パッファ室９内の圧力は効率的に上昇する。一方、電流零点付近では、逆止弁８が閉止することにより、アーク１０に対して吹き付けられるガスは、絶縁ノズル５と可動アーク接触子３とで形成される空間からのみの１方向となるため、効率的に電流を遮断することができる。これにより、熱利用効率の高い、高性能で小形のガス遮断器を実現することができる。

（２）第１実施形態
（２−１）構成
本実施形態においては、図２に示すように、操作ロッド７の中空部７ａの操作機構側端部（図中右側端部）に排気穴１１が設けられると共に、前記操作ロッド７は図示しない固定部に固定された円筒１３内を摺動するように構成されている。また、前記円筒１３には、所定の位置に放圧穴１２が形成され、図２（Ａ）に示した遮断過程の前半では、前記排気穴１１は円筒１３によって塞がれて、熱ガスが操作ロッド７の中空部７ａから排気されないように構成されている。

一方、図２（Ｂ）に示した遮断過程の後半では、前記排気穴１１が円筒１３に設けられた放圧穴１２の位置に移動し、操作ロッド７の中空部７ａとその外部とが連通して、熱ガスが操作ロッド７の中空部７ａから排気されるように構成されている。その他の構成は、上記参考例と同様であるので、説明は省略する。

（２−２）作用
上記のような構成を有する本実施形態のガス遮断器は以下のように作用する。すなわち、本実施形態のガス遮断器が投入状態から開極動作を始めると、可動部１ａは図示しない機構側（図中右方向）に移動する。図２（Ａ）に示した遮断過程前半では、固定アーク接触子４と可動アーク接触子３との間にアーク１０が点弧する。このアーク１０は高温であるため、アーク１０から高温のガスが発生すると共に、周りの消弧性ガスも加熱されて高温となる。

この時、操作ロッド７の中空部７ａの操作機構側端部（図中右側端部）に形成された排気穴１１は、円筒１３によって塞がれているため、熱ガスが排気穴１１から排気されることはない。そのため、上記のようにして発生した高温ガスは、上記参考例と同様に、絶縁ノズル５と可動アーク接触子３とで形成される空間を通ってパッファ室９内に流入すると共に、可動アーク接触子３及び操作ロッド７の中空部７ａ内を通った後、逆止弁８を介してパッファ室９内に流れ込む。流れ込んだ高温ガスによってパッファ室９内のガス圧力は高められる。

その後、図２（Ｂ）に示すような遮断過程後半では、電流零点に向けてアーク１０が小さくなり、高圧力となったパッファ室９からガスが絶縁ノズル５と可動アーク接触子３との間の空間を流れてアーク１０に吹き付けられ、アーク１０は消弧され、電流遮断が完了する。一方、前記排気穴１１は円筒１３に設けられた放圧穴１２の位置に移動するため、操作ロッド７の中空部７ａとその外部とが連通し、また、前記逆止弁８は閉止状態となっているため、操作ロッド７の中空部７ａ内の熱ガスは前記排気穴１１及び放圧穴１２を通じて外部に排気される。

（２−３）効果
このように本実施形態によれば、熱ガスをパッファ室９に取り込む際には、前記逆止弁８が開放されると共に、前記排気穴１１は円筒１３によって塞がれるため、操作ロッド７の中空部７ａからも熱ガスをパッファ室９に取り込むことができるため、パッファ室９内の圧力は効率的に上昇する。

一方、電流零点付近では、前記逆止弁８が閉止されると共に、前記排気穴１１は円筒１３に設けられた放圧穴１２の位置に移動し、操作ロッド７の中空部７ａとその外部とが連通するため、操作ロッド７の中空部７ａ内の熱ガスは前記排気穴１１及び放圧穴１２を通じて外部に排気される。その結果、アーク１０に対して吹き付けられるガスは、絶縁ノズル５と可動アーク接触子３とで形成される空間からのみの１方向となるため、効率的に電流を遮断することができる。これにより、熱利用効率の高い、高性能で小形のガス遮断器を実現することができる。

（３）第２実施形態
（３−１）構成
本実施形態は上記第１実施形態の変形例であって、図３に示すように、逆止弁８が設置された連通穴１６の絶縁ノズル５側端部に、パッファ室９側に突出する鍔状のフローガイド１４を設けたものである。その他の構成は、上記第１実施形態と同様であるので、説明は省略する。

（３−２）作用・効果
上記のような構成を有する本実施形態のガス遮断器が投入状態から開極動作を始めると、上記第１実施形態と同様に、高温ガスが絶縁ノズル５と可動アーク接触子３とで形成される空間を通ってパッファ室９内に流入すると共に、可動アーク接触子３及び操作ロッド７の中空部７ａ内を通った後、逆止弁８を介してパッファ室９内に流れ込む。この場合、本実施形態においては、前記フローガイド１４によって、逆止弁８からパッファ室９内に流れ込むガス流を、パッファ室９の外周方向に導くことができるので、パッファ室９の外周方向に効率良く高温ガスを噴出させることができる。

また、絶縁ノズル５と可動アーク接触子３とで形成される空間を通ってパッファ室９内に流入してきたガスが、逆止弁８に吹き付けることを防止することができるので、逆止弁８からパッファ室９内に流れ込むガスの流れの乱れを防止することができる。これにより、パッファ室９への効率的なガス流入を実現することができる。

（４）第３実施形態
（４−１）構成
本実施形態は上記第２実施形態の変形例であって、図４に示すように、上記第２実施形態で示したフローガイド１４の鍔部の長さを外周方向にさらに伸ばし、先端を絶縁ノズル５の方向に向けて曲げた構成としたフローガイド２４を設置したものである。その他の構成は、上記第２実施形態と同様であるので、説明は省略する。

（４−２）作用・効果
上記のような構成を有する本実施形態のガス遮断器においては、前記フローガイド２４によって、逆止弁８からパッファ室９内に流れ込んできたガスをパッファ室９の外周部まで導いたのち、パッファ室９の内部に噴出させることができる。また同時に、絶縁ノズル５と可動アーク接触子３とで形成される空間を通ってパッファ室９内に流入してきたガスは、このフローガイド２４の絶縁ノズル５側の面に沿って外周方向に流れていく。この両者の流れはフローガイド２４の吹き出し口付近で合流し、ひとつの流れとなることによってスムーズな流れを形成することができる。このように本実施形態によれば、パッファ室９への効率的なガス流入を実現すると共に、パッファ室９内にガスをスムーズに拡散させることができる。

（５）第４実施形態
（５−１）構成
本実施形態のガス遮断器においては、図５に示すように、可動アーク接触子３の周囲を覆うように絶縁ガイド１５が設けられ、この絶縁ガイド１５には、絶縁ガイド１５と可動アーク接触子３とで形成される流路とパッファ室９とを連通する連通穴２６が形成され、この連通穴２６に逆止弁８が配設されている。また、図示していないが、絶縁ガイド１５と可動アーク接触子３とで形成される流路と操作ロッド７の中空部７ａとが逆止弁で連通している構成とすることもできる。

（５−２）作用・効果
上記のような構成を有する本実施形態のガス遮断器においては、絶縁ガイド１５と可動アーク接触子３との間の流路からも熱ガスがパッファ室９に流入するので、上記参考例、各実施形態と同様の作用・効果が得られる。

（６）第５実施形態
（６−１）構成
本実施形態のガス遮断器は、上記参考例、第１〜第４実施形態に示したパッファ室９の内面の全部又は一部に、昇華性の材料を塗布、又は昇華性の固形物を設置したものである。なお、第２〜第４実施形態においては、フローガイド１４、１５の表面の全部又は一部に、昇華性の材料を塗布しても良い。

また、昇華性の材料としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイソブチレン、ポリメチルペンテン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアルコール、ポリメタフリル酸メチル、ポリアセタール、ポリエチレンオキサイド、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミド６、ポリアミド１２、ポリ４弗化エチレン、ポリ弗化エチレンプロピレン、不飽和ポリエステル、脂環式エポキシ、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、ＭＣナイロン、螢石、６ナイロン、６６ナイロンのいずれか１つ、または、複数種類の組合せを用いることができる。

（６−２）作用・効果
上記のような構成を有する本実施形態のガス遮断器においては、絶縁ノズル５側及び逆止弁８からパッファ室９に流入してくる熱ガスが、前記昇華性材料に触れると昇華性材料が昇華する。パッファ室９内で昇華性材料が昇華すると、パッファ室９内のガス圧力がより上昇するので、より高性能のガス遮断器を実現することができる。

本発明に係るガス遮断器の参考例の構成を示す図であって、（Ａ）は遮断過程の前半の状態、（Ｂ）は遮断過程の後半の状態を示す断面図。 本発明に係るガス遮断器の第１実施形態の構成を示す図であって、（Ａ）は遮断過程の前半の状態、（Ｂ）は遮断過程の後半の状態を示す断面図。 本発明に係るガス遮断器の第２実施形態の構成を示す断面図。 本発明に係るガス遮断器の第３実施形態の構成を示す断面図。 本発明に係るガス遮断器の第４実施形態の構成を示す断面図。 従来のガス遮断器の構成を示す図であって、（Ａ）は遮断過程の前半の状態、（Ｂ）は遮断過程の後半の状態を示す断面図。

１…可動通電接触子
２…固定通電接触子
３…可動アーク接触子
４…固定アーク接触子
５…絶縁ノズル
６…パッファシリンダ
７…操作ロッド
７ａ…中空部
８…逆止弁
９…パッファ室
１０…アーク
１１…排気穴
１２…放圧穴
１３…円筒
１４、２４…フローガイド
１５…絶縁ガイド
１６、２６…連通穴
１ａ…可動部

Claims (3)

1. 消弧性ガスが充填されたタンク内に、対向配置された可動通電接触子、可動アーク接触子及び固定通電接触子、固定アーク接触子を有し、前記可動通電接触子、可動アーク接触子及び該可動アーク接触子の外周に設置された絶縁ノズルがパッファシリンダに固定され、前記パッファシリンダは、該パッファシリンダを駆動する操作ロッドを介して操作機構と接続され、前記パッファシリンダと操作ロッドによってパッファ室が形成され、前記操作ロッドには中空部が形成されているガス遮断器において、
   前記可動アーク接触子の周囲を覆うように絶縁ガイドが設けられ、該絶縁ガイドと可動アーク接触子とで形成される流路と前記パッファ室とが連通穴を介して連通され、この連通穴には、前記絶縁ガイドと可動アーク接触子とで形成される流路から前記パッファ室に向かう方向にのみガスが流入され、逆方向にはガスを封止する機能を持つ逆止弁が配設され、
   前記連通穴の絶縁ノズル側端部に、前記パッファ室の外周方向に前記パッファシリンダの側壁近傍まで延伸される鍔部と、この鍔部先端から絶縁ノズル側に向けて曲げられている先端部とを有するフローガイドが設けられていることを特徴とするガス遮断器。
2. 前記操作ロッドの中空部の操作機構側端部に排気穴が設けられると共に、前記操作ロッドは固定された円筒内を摺動するように構成され、前記円筒には、所定の位置に放圧穴が形成され、遮断過程の前半では、前記排気穴は前記円筒によって塞がれ、遮断過程の後半では、前記排気穴が前記円筒に設けられた放圧穴の位置に移動し、前記操作ロッドの中空部が外部と連通するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のガス遮断器。
3. 前記パッファ室内面の全部又は一部、及び／又は、前記フローガイド表面の全部又は一部に、昇華性の材料を塗布、又は昇華性の固形物を設置したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のガス遮断器。

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