JP5721866B2 - ガス遮断器 - Google Patents

Description

本発明は、例えば短絡事故発生時の大電流や、通常時の通電電流の遮断時に、電極間に生じるアークに消弧ガスを吹き付けて遮断するガス遮断器に関するものである。

従来のガス遮断器として、特許文献１には、加熱室内に高い圧力が発生した後、次の電流零点を通過する際に、加熱室の絶縁ガスが、吹き付けスリットからアーク室と圧力室とを経由して圧力室のアーク室と反対側に設けられた排気口へと流入し、同時にアーク室を経由して開閉ピン側の他の排気室内へと流入するようにしたものが示されている。この例では、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ことで、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。

また、特許文献２では、アークにより熱せられたガスにより加熱され、蒸発ガスを発生する被着部を加熱室の内部に配置し、加熱室内の圧力上昇を強化している。この例では、化学組成に酸素を含まない重合体で構成された被着部を用いている。

また、特許文献３では、アークに曝される雰囲気中に共存するＳＦ_６ガス絶縁物及び樹脂絶縁物を含むＳＦ_６ガス絶縁電気装置において、上記樹脂絶縁物の少なくともアークに曝される部分の表層部を、ボロンナイトライド及びベリリヤから選ばれる少なくとも１種の高熱伝導性無機粉末、及び１μｍ以下の平均粒径を有する顔料粒子を含む弗素樹脂で構成している。

特開平１１―３２９１９１号公報 特開２００３―２９７２００号公報 特公平１−４５６９０号公報

特許文献１による遮断器では、吹き付けスリット等の構成部材がアークの熱により分解、蒸発することで発生する水素イオンと、フッ素を含む絶縁ガスがアークにより分解されて発生するフッ素イオンとを含む熱ガスが、アーク室から他の排気室へ流出する。熱ガスの温度が低下すると、水素イオンとフッ素イオンが結合しフッ化水素が生成される。フッ化水素は絶縁物を腐食させる性質が強く、高電圧が印加される構造物を支持する絶縁体に吸着し、絶縁劣化を引き起こすという問題点があった。

また、絶縁ガスが酸素を含むガスである場合には、吹き付けスリット等の構成部材がアークの熱により分解、蒸発することで発生する水素イオンと、絶縁ガスがアークにより分解されて発生する酸素イオンとを含む熱ガスが、アーク室から他の排気室へ流出する。熱ガスの温度が低下すると、水素イオンと酸素イオンが結合し水が生成される。水は、絶縁ガスの絶縁能力を低下させ、さらに、高電圧が印加される構造物を支持する絶縁体に吸着し、絶縁劣化を引き起こすという問題点があった。

また、特許文献２によるガス遮断器では、加熱室の内部に、アークにより熱せられたガスによって加熱され蒸発ガスを発生する被着物として、化学組成に酸素を含まない重合体を用いているため、アークによる重合体の分解効率が悪く、加圧室の圧力を十分に上昇させることが困難であった。また、特許文献３によるガス遮断器では、アークに曝される部分に用いる弗素樹脂として、水素原子を含まず、側鎖にのみ炭素−酸素結合を有するＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）が示されているが、側鎖にのみ炭素−酸素結合を有する重合体はアークによる分解効率が悪く、加圧室の圧力を十分に上昇させることが困難であった。

この発明は、上記問題点に鑑み、開極時のアークによる生成物が原因となる絶縁劣化を抑制することができ、遮断性能に優れたガス遮断器を提供するものである。

この発明のガス遮断器は、接離可能に設けられた一対の電極と、電流遮断時に該一対の電極間に生じるアークによる直接的または間接的な作用を受け、分解ガスを発生するように配設された絶縁材料を備え、電流遮断時に上記絶縁材料から発生した分解ガスをアークの消弧に利用するようにしたガス遮断器であって、上記絶縁材料として、水素原子を含まず、主鎖または環状部に炭素−酸素結合を有するアブレーション性材料を用いたことを特徴とするものである。

この発明のガス遮断器によれば、アークによる作用を受け分解ガスを発生する絶縁材料として、水素原子を含まず、主鎖または環状部に炭素−酸素結合を有するアブレーション性材料を用いることにより、アークの熱により主鎖または環状部の炭素−酸素結合が切れ、効率良く分解してガス化するため、加圧室の圧力を十分に高く上昇させることができる。また、フッ化水素及び水のような絶縁劣化の原因となる化合物の生成を抑止できる。このため、遮断性能に優れ、装置された絶縁部材の劣化が抑制されたガス遮断器を得ることができる。
この発明の上記以外の目的、特徴、観点及び効果は、図面を参照する以下のこの発明の詳細な説明から、さらに明らかになるであろう。

この発明の実施の形態１に係るガス遮断器を概略的に示す断面図である。 この発明の実施の形態１に係るガス遮断器の消弧装置の要部を概念的に示す断面図である。 この発明の実施の形態２に係るガス遮断器の消弧装置の要部を概念的に示す断面図である。 この発明の実施の形態２に係るガス遮断器の消弧装置の変形例を概念的に示す要部断面図である。 この発明の実施の形態２に係るガス遮断器の消弧装置の別の変形例を概念的に示す要部断面図である。 この発明の実施の形態２に係るガス遮断器の消弧装置のさらに別の変形例を概念的に示す要部断面図である。 消弧ガスとして用いられる六フッ化硫黄ガスが分解して生成される粒子の密度の温度依存性を示す図である。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るガス遮断器を概略的に示す断面図である。また、図２は、図１に示すガス遮断器の消弧装置の要部を概念的に示す断面図である。なお、図２では、遮断動作の過程において開離された可動電極の先端部と固定電極の先端部との間にアークが発生した状態を示している。

図１及び図２において、ガス遮断器は、第１ブッシング１から伸びる第１導体１ａと、第２ブッシング２から伸びる第２導体２ａと、第１導体１ａに接続された可動電極１１と、第２導体２ａに接続された固定電極２１と、電流遮断時に可動電極１１と固定電極２１の間に生じるアークを消弧するための消弧装置３を備えている。これらの第１導体１ａ、第２導体２ａ、可動電極１１、固定電極２１及び消弧装置３等は、内部に消弧ガスが密封されたタンク状の筐体４により気密に包囲されている。筐体４の外部には、可動電極１１を固定電極２１に対して接離動作させる駆動機構部５が設置されている。

可動電極１１を駆動する駆動機構部５は、例えば、バネ機構、油圧機構などによって動作する操作装置５１と、リンク５２と、絶縁性のロッド５３を含んで構成されている。可動電極１１は、操作ロッド５４及びロッド５３を介してリンク５２に連結され、操作装置５１により図２中の矢印Ａで示す左右方向に開閉極動作する。筐体４からロッド５３を引出す部分には、気密を保ちながら摺動できるように、例えばＯリングなどを有する摺動部品４１が設けられている。

消弧装置３は、絶縁支持体４２によって筐体４から絶縁支持されている。なお、筐体４の内部に密封される消弧ガスとしては、例えば六フッ化硫黄（ＳＦ_６）、二酸化炭素（ＣＯ_２）、ヨウ化トリフルオロメタン（ＣＦ_３Ｉ）、窒素（Ｎ_２）、酸素（Ｏ_２）、４フッ化メタン（ＣＦ_４）、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）のいずれか、あるいはこれらの少なくも２つを混合したガスが用いられる。

次に、消弧装置３の構成について図２を用いて説明する。消弧装置３のアーク室３１は、一対の電極１１、２１の切離部分を包囲する如く形成されている。すなわち、電流遮断時に可動電極１１と固定電極２１との間に発生するアークを包囲するように形成されている。さらに、消弧装置３は、アーク室３１の固定電極２１側に位置する開口部２１ａに連通して設けられ開閉極動作時においても固定電極２１との相対的な位置を保持する圧力室３２と、可動電極１１の動作軸１１ｃの周方向にアーク室３１を取り囲むように配置された熱パッファ室（熱圧力室）３３１を有する熱パッファ装置３３と、可動電極１１の周囲部に設けられた機械パッファ装置３４を備えている。

圧力室３２は、開口部２１ａより広くて開口部２１ａと内面で対向する隔壁３２１によって形成され、隔壁３２１には圧力室３２と消弧装置３の外側の筐体４の内部空間を連通する複数の排出口３２１ａが設けられている。熱パッファ装置３３は、熱パッファ室３３１の外周壁３３２と、アーク室３１と熱パッファ室３３１をアーク室３１の径方向に連通する吹付口３３３を有するガイド３３４、及びガイド３３４を保持しているノズル３３５を含んで構成されている。

機械パッファ装置３４は、固定電極２１と対向する可動電極１１側に固定電極２１と相対的な位置を保持する機械パッファシリンダ３４１と、この機械パッファシリンダ３４１の中に挿入され、可動電極１１の駆動方向と同一方向に駆動されて、機械パッファシリンダ３４１と摺動するパッファピストン３４２と、機械パッファシリンダ３４１及びパッファピストン３４２に囲まれた空間からなる機械パッファ室（機械圧力室）３４３と、機械パッファシリンダ３４１と熱パッファ室３３１の間を連通する複数のパイプ３４４と、各パイプ３４４の機械パッファシリンダ３４１側に設けられた逆止弁３４５を備えている。逆止弁３４５は、熱パッファ室３３１側から機械パッファ室３４３側へのガスの流れを止め、その逆方向にはガスが通流し得るように設けられている。

図２に示すように、固定電極２１の中心線が、可動電極１１の動作軸１１ｃとなる。固定電極２１は、弾性的な複数の接触フィンガ２１ｆを備えた接触チューリップからなる。接触フィンガ２１ｆは、動作軸１１ｃを中心軸として可動電極１１側に突出した円錐台の側面に沿って放射形状に配置され、スリット（図示省略）によって周方向に複数に分割されている。

可動電極１１には、図１に示す第１導体１ａと電気的に接続された機械パッファ装置３４を通し、さらに可動電極１１と摺動可能な導体１２によって電位が与えられる。この可動電極１１は、チューリップ形状の固定電極２１と接触子対を構成している。固定電極２１は、図１に示す第２導体２ａと電気的に接続され、第２導体２ａと同電位となる。機械パッファ装置３４、熱パッファ装置３３及び固定電極２１は、消弧装置３を支える構造体に所定の手段（図示省略）にて固定され、可動電極１１が駆動機構部５により駆動されることで、開閉極動作が行われる。

パッファピストン３４２は、可動電極１１につながる操作ロッド５４に締結されている。この実施の形態１では、操作ロッド５４を可動電極１１の開極方向（図２の左方向）へ駆動すると、可動電極１１と固定電極２１の開極と、パッファピストン３４２を機械パッファシリンダ３４１から引き出す方向へ移動させる動作が同時に行われる。パッファピストン３４２を機械パッファシリンダ３４１から引き出す方向に移動させると、機械パッファ室３４３内部の容積が小さくなり、内部の消弧ガスが圧縮され圧力が上昇する。なお、機械パッファ室３４３は、可動電極１１と固定電極２１が閉極した状態では、筐体４内の空間に連通され消弧ガスが充満されている。

圧力室３２は、隣り合う接触フィンガ２１ｆ相互間のスリットからの熱ガスの流入を防止するために設けられた円錐形の側面形状をした保護カバー３２２と隔壁３２１に囲まれた空間であり、固定電極２１の先端部に囲まれた開口部２１ａにおいてアーク室３１と連通している。また、圧力室３２は、環状の熱パッファ室３３１の内周側が窪んだ円錐形の空間を利用して、隔壁３２１と熱パッファ室３３１との間に設けられた円錐形状の空間となっている。このため、開口部２１ａよりも、開口部２１ａと対向する隔壁３２１の内面の方が広くなっている。このような構成とすることで、消弧装置３の長手方向の小型化が実現される。隔壁３２１には排出口３２１ａが設けられ、圧力室３２に溜まった熱ガスが筐体４内に排出される。

アーク室３１は、固定電極２１を構成する接触フィンガ２１ｆの先端部２１ｔと可動電極１１の先端部１１ｔによって規定されたアーク発生空間であり、環状の熱パッファ室３３１によって周方向から取り囲まれている。熱パッファ室３３１の内周側の壁面は、ノズル３３５とガイド３３４で構成され、熱パッファ室３３１の断面は楔形となっている。この楔形の頂点に位置するガイド３３４には、アーク室３１と熱パッファ室３３１を連通する複数の吹付口３３３が放射状に設けられている。また熱パッファ室３３１の外周は、筒状の外周壁３３２にて構成され、この外周壁３３２の外径により消弧装置３の最大径寸法が規定される。

この実施の形態１では、上記のように構成されたガス遮断器において、電流遮断時に一対の電極１１、２１間に生じるアークによる直接的または間接的な作用を受け、分解ガスを発生するように配設される絶縁材料として、水素原子を含まず、主鎖または環状部に炭素−酸素結合を有するアブレーション性材料を備えている。電流遮断時に、上記アブレーション材料から発生した分解ガスを、アークの消弧に利用するものである。具体的には、熱パッファ室３３１の圧力を増加させるために、熱パッファ室３３１におけるガイド３３４を構成する絶縁材料として上記アブレーション性材料を用いている。

熱パッファ室３３１は、一対の電極１１、２１の切離部分を包囲するアーク室３１に連通するように配設され、電流遮断時に生じたアークによる熱ガスと、絶縁材料から発生した分解ガスを受け入れて一時的に圧力が上昇される。ここでは、熱パッファ室３３１とアーク室３１を連通する吹付口３３３を有するガイド３３４をアブレーション性材料で構成したが、必ずしもガイド３３４の全部をアブレーション性材料で構成する必要はない。ガイド３３４の一部、例えば表面部分のみをアブレーション性材料で被覆してもよい。また、アブレーション性材料は、アーク室３１と熱パッファ室３３１の連通部分から熱パッファ室３３１の内部に至る任意の箇所に設置することができる。

アブレーション性材料の具体例としては、パーフルオロエーテル系重合体、フッ素エラストマー、及び４−ビニルオキシ−１−ブテン（ＢＶＥ）環化重合体からなる群より選ばれた少なくとも１種の化合物を用いることができる。

パーフルオロエーテル系重合体の具体例としては、例えば下記一般式（１）、（１ａ）、（１ｂ）、及び一般式（２）、（２ａ）、（２ｂ）で示される化合物などを挙げることができる。また、４−ビニルオキシ−１−ブテン（ＢＶＥ）環化重合体の具体例としては、例えば下記一般式（３）〜（５）で示される化合物などを挙げることができる。ただし、この発明において用いられるアブレーション性材料は、これらに限定されるものではない。

上記アブレーション性材料を、ガイド３３４を構成する絶縁材料として用いた場合の効果について、以下に説明する。アブレーション性材料は、主鎖または環状部に炭素−酸素結合を有するので、アークの熱により主鎖または環状部の炭素−酸素結合が切れ、組成の主要部が分解しガス化する。ガス化した気体の体積は、炭素−酸素結合が無い場合や、炭素−酸素結合が側鎖にのみある場合に比べ、飛躍的に増大する。特に、主鎖に炭素−酸素結合を有するアブレーション性材料を用いた場合には、該結合が切れ易く、分解により生成されるガス量を急激に増加させることができるので、消弧が一層容易となる。

また、アブレーション性材料は水素原子を含まないため、消弧ガスの六フッ化硫黄等と反応して、酸化力の強いフッ化水素を生成することもない。なお、アブレーション性材料の一部は分解されずに蒸発や昇華によりガス化する。このように、アークの熱による分解が十分に行われるため、熱パッファ室３３１の圧力を著しく増加させることができる。さらに、アブレーション性材料がフッ素系樹脂の場合には、アークの熱により分解されフッ素イオンが多く生成される。このフッ素イオンは電気陰性度が高く、アークが冷却され消弧される時点においては他のイオンとの結合が速やかに行われるため、消弧性能を高める効果がある。

なお、従来、熱パッファ室３３１の圧力を増加させる目的で、アークの熱により容易に分解または蒸発する材料として、例えばポリアセタール（ＰＯＭ）、アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）、ポリエチレン（ＰＥ）のような水素原子を含む有機化合物が用いられていた。これらの有機化合物でガイド３３４を構成した場合には、アークの熱による分解で水素が発生する。例えば、消弧ガスにＳＦ_６ガスのようなフッ素を含むガスを使用した場合には、発生した水素が消弧ガスの分解で発生するフッ素と化合してフッ化水素を生成する。このフッ化水素は極めて腐食性が高く、消弧装置３を支持する絶縁物等を劣化させ、絶縁耐力を低下させる。

一方、ガイド３３４を構成する絶縁材料として、水素原子を含まないフッ素樹脂、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）やパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）を用いることで、フッ化水素が発生せず、絶縁物の劣化を抑制することができる。しかし、これらは、組成の中に炭素−酸素結合が全く無いか、あるいは炭素−酸素結合が側鎖にのみ存在するため、アークの熱による分解が十分には行われず、熱パッファ室３３１の圧力の増加量はＰＯＭ等を用いた場合よりも低くなる。これらのことから、アークの消弧に利用する分解ガスを発生する絶縁材料としては、上記アブレーション性材料が好適である。

次に、上記のように構成されたガス遮断器において、電流遮断時に発生するアークを消弧する動作について説明する。まず、電流遮断動作について説明する。閉極状態のガス遮断器に開極指令が与えられると、操作装置５１が始動して可動電極１１が駆動され（図２において左側へ）、固定電極２１と可動電極１１とが開離してアーク室３１内にアークが発生する。短絡電流等の比較的大電流の場合には、アークにより発生した熱ガスが吹付口３３３を通して熱パッファ室３３１に流入する。それにより熱パッファ室３３１の圧力は上昇する。なお、熱パッファ室３３１の容積は変化しない。また、ガイド３３４に上記アブレーション性材料を用いているため、アークの熱によってアブレーション性材料が分解、蒸発することで発生したガスによって、熱パッファ室３３１内の圧力はさらに上昇する。

また、同時に可動電極１１に連動してパッファピストン３４２が機械パッファシリンダ３４１に対して摺動し、機械パッファ室３４３内の消弧ガスが圧縮されて圧力が上昇する。交流電流は、半サイクルごとに電流が最大値と零値とを繰り返すので、最大値から零値に減少する期間、特に零値近傍においてはアークの電流値も小さくなり、発生する熱量も小さくなっている。従って、この時間領域においては、熱パッファ室３３１の圧力がアーク室３１の圧力よりも大きくなり、熱パッファ室３３１から吹付口３３３を通ってアークに消弧ガスが吹き付けられる。さらに、機械パッファ室３４３内の圧力が、熱パッファ室３３１内の圧力に対して高くなった時点で、逆止弁３４５が開き、パイプ３４４を通って、機械パッファ室３４３内の消弧ガスが熱パッファ室３３１内に流入するので、熱パッファ室３３１から吹付口３３３を通ってアークに吹き付けられる消弧ガスの流れが強化される。

図２において、熱パッファ室３３１から吹付口３３３を通してアークに吹き付けられた消弧ガスは、固定電極２１の方向(右側)と可動電極１１の方向（左側）に分かれることで、アークを分断する効果をもたらす。さらに、アークの熱により高温になったガスは、左右に設けられた２つの流路、即ちノズル３３５の左側の開口と、開口部２１ａから圧力室３２を経て排出口３２１ａに至る流路により、効率的に外部に排出される。

このように、アークに消弧ガスを吹き付けて電極間の熱を効率的に外部に排出することでアークを消弧すると共に、可動電極１１と固定電極２１とを、電極間に現れる再起電圧に耐え得る十分な距離までさらに引き離すことで、電極間の絶縁回復を得て遮断が完了する。特に、高い電圧系統に適用するガス遮断器の場合には、遮断完了直前に現れる再起電圧が大きいので絶縁回復に必要な電極間の距離が長くなるが、上述のように電極間の熱が効率的に外部に排出されることで、必要な距離を短くすることができ、消弧装置３の長手方向の小型化が図られる。

以上のように、この実施の形態１では、電流遮断時に生じるアークによって絶縁材料から分解ガスを発生させ、その分解ガスをアークの消弧に利用するようにしたガス遮断器において、上記絶縁材料として、水素原子を含まず、主鎖または環状部に炭素−酸素結合を有するアブレーション性材料を熱パッファ室３３１のガイド３３４に用いたものである。これにより、熱パッファ室３３１の圧力を十分高く上昇させることが可能となり、遮断性能に優れたガス遮断器が得られる。また、絶縁劣化の原因となるフッ化水素や水等の水素化合物の生成を抑止できるため、装置された絶縁部材の劣化が抑制され、耐久性及び信頼性の向上が図られ、装置寿命が長くなる。

さらに、操作ロッド５４の駆動によって、一対の電極１１、２１の開極と、パッファピストン３４２の移動による機械パッファ室３４３内部の消弧ガスの圧縮を同時に行うようにしたので、駆動機構部５の構成が簡素化され、装置の小型化が可能となる。また、駆動対象を可動電極１１とパッファピストン３４２とすることにより軽量化が図られ、操作装置５１の操作力が低減される効果がある。

実施の形態２．
図３は、本発明の実施の形態２に係るガス遮断器の消弧装置の要部を示す断面図であり、遮断動作時における開離された可動電極の先端部と固定電極の先端部との間にアーク（図示省略）が発生した状態を示している。また、実施の形態２のガス遮断器の概要構成は図１に示す実施の形態１と略同様であるので、以下、図１も適宜参照して説明する。なお、各図を通じて同一または相当する部材、部分には同一符号を付している。

この実施の形態２では、固定電極２１と可動電極１１の構成、及び熱パッファ装置３３、機械パッファ装置３４等の構成を、上記実施の形態１とは異なるものとしているが、電流遮断時に一対の電極１１、２１間に生じるアークによる直接的または間接的な作用を受け分解ガスを発生する絶縁材料として、上記実施の形態１と同様のアブレーション性材料を用いることにより、実施の形態１と同様の効果を奏するものである。

実施の形態２における消弧装置３は、図３に示すように、可動電極１１と固定電極２１との間に発生するアークが形成されるアーク室３１と、アーク室３１の可動電極１１側に連通して設けられ、開閉極動作時においても可動電極１１との相対的な位置を保持する操作ロッド５４と、操作ロッド５４と同一軸で操作ロッド５４を囲むように配置され、操作ロッド５４に固定されている機械パッファシリンダ３４１と、機械パッファシリンダ３４１に挿入され、開閉動作時には機械パッファシリンダ３４１と摺動するパッファピストン３４２と、機械パッファシリンダ３４１とパッファピストン３４２との間の空間からなる機械パッファ室３４３を備えている。

さらに、消弧装置３は、機械パッファ室３４３よりもアーク室３１に近い方に設けられ、操作ロッド５４と同軸の円筒形状の熱パッファ室３３１と、機械パッファ室３４３と熱パッファ室３３１の間の隔壁３５と、隔壁３５に設けられた逆止弁３４５と、熱パッファ室３３１からアーク室３１へ消弧ガスを導く通路を形成するノズル３３５Ａと、可動電極１１を囲むように配置されノズル３３５Ａと共に消弧ガスをアーク室３１へ導くガイド３３４を備えている。

また、操作ロッド５４の可動電極１１と反対側の端部には、操作ロッド５４の側面に開口５４ａが設けられ、この開口５４ａを取り巻くように水素吸着体（図示省略）が配置されている。水素吸着体は、系内に微量の水素が存在する場合、あるいは生成された場合に、水素を吸着し、フッ化水素や水等の悪影響のある物質の生成を防ぐものである。水素吸着体としては、例えば公知の水素吸蔵合金やカーボンナノチューブ、活性炭素等を用いることができる。また、固定電極２１の周囲には、固定電極２１と同軸に冷却筒２２が配置されている。

可動電極１１は、例えば、弾性的な複数の接触フィンガ１１ｆを備えた接触チューリップであり、接触フィンガ１１ｆは、動作軸１１ｃを中心軸として環状に配置され、スリット（図示省略）によって分割されている。可動電極１１には、第１導体１ａ（図１）と摺動可能に電気的に接続された機械パッファシリンダ３４１を通して電位が与えられる。この可動電極１１は、固定電極２１と接触子対を構成している。固定電極２１は、第２導体２ａ（図１）と電気的に接続されており、第２導体２ａと同電位となる。

機械パッファ装置３４、熱パッファ装置３３、及び可動電極１１は、円筒状の操作ロッド５４に固定されており、操作ロッド５４を通じて駆動機構部５（図１)により駆動され、開閉極動作が行われる。操作ロッド５４を中心軸とする円筒状の機械パッファシリンダ３４１には、パッファピストン３４２が挿入されている。機械パッファ室３４３は、機械パッファシリンダ３４１とパッファピストン３４２に囲まれた空間である。パッファピストン３４２は、消弧装置３を支える構造体に固定されており、可動電極１１を開極方向へ駆動すると、機械パッファ室３４３内の消弧ガスが圧縮され圧力が上昇する。

機械パッファ室３４３の固定電極２１の方向には、隔壁３５を介して熱パッファ室３３１が配置されている。熱パッファ室３３１は、操作ロッド５４を中心軸とする円筒の外周壁３３２に囲まれた空間である。機械パッファ室３４３と熱パッファ室３３１の間にある隔壁３５には複数の連通口があり、各連通孔には逆止弁３４５が設けられ、熱パッファ室３３１から機械パッファ室３４３への消弧ガスの流入を防いでいる。

熱パッファ室３３１から固定電極２１の方向には、消弧ガスを含む圧力ガスをアーク室３１に吹付けるためのノズル３３５Ａが設けられている。消弧ガスは、可動電極１１を取り囲むように配置されたガイド３３４との間の空間により、熱パッファ室３３１からアーク室３１内に導かれる。

さらに、図３において、アーク室３１と熱パッファ室３３１の連通部分におけるアーク室３１に臨む部分に設けられたノズル３３５Ａ及びガイド３３４に、上記実施の形態１と同様のアブレーション性材料、すなわち水素原子を含まず、主鎖または環状部に炭素−酸素結合を有する絶縁材料を用いている。なお、ノズル３３５Ａ及びガイド３３４の両方をアブレーション性材料で構成してもよいし、いずれか一方であってもよい。また、ノズル３３５Ａまたはガイド３３４の少なくとも一部、例えば表面のみをアブレーション性材料で構成してもよい。

以上のように構成されたガス遮断器においては、制御装置（図示省略）により開極指令が与えられ操作装置５１（図１）が駆動されると、リンク５２、ロッド５３及び操作ロッド５４を介して、可動電極１１、機械パッファシリンダ３４１、外周壁３３２、ノズル３３５Ａ及びガイド３３４が図３における左方向へ一体的に移動される。これにより、固定電極２１と可動電極１１とが開離してアーク室３１内にアークが発生し、同時に機械パッファ室３４３の体積が縮小されて内部の消弧ガスの圧力が上昇する。アークの熱により発生したガスは、吹付口３３３を通して熱パッファ室３３１に流入し、熱パッファ室３３１の圧力が上昇する。なお、熱パッファ室３３１の容積は変化しない。

また、ノズル３３５Ａ及びガイド３３４に上記アブレーション性材料を用いているため、アークの熱によってアブレーション性材料が分解、蒸発することで発生したガスによって、熱パッファ室３３１内の圧力はさらに上昇する。なお、開極動作の過程において、熱パッファ室３３１内の圧力よりも機械パッファ室３４３内の消弧ガスの圧力の方が一時的に低い状態があったとしても、逆止弁３４５により熱パッファ室３３１内から機械パッファ室３４３内に熱ガスが流入することはなく、機械パッファ室３４３内は操作ロッド５４の移動と共に圧力が上昇する。

交流電流の零値近傍におけるアーク電流の減少により、発生する熱量も小さくなる時間領域において、熱パッファ室３３１の圧力がアーク室３１の圧力よりも大きくなると、熱パッファ室３３１から吹付口３３３を通ってアークに消弧ガスが吹き付けられる。さらに、機械パッファ室３４３内の圧力が、熱パッファ室３３１内の圧力に対して高くなった時点で逆止弁３４５が開き、機械パッファ室３４３内の消弧ガスが熱パッファ室３３１内に流入するので、熱パッファ室３３１から吹付口３３３を通ってアークに吹き付けられる消弧ガスの流れが強まり、実施の形態１と略同様の過程を経てアークが容易に消弧される。

以上のように、図３のように構成されたガス遮断器においても、上記実施の形態１と同様の効果、すなわち熱パッファ室３３１の圧力を十分高く上昇させることが可能であり、高い遮断性能が得られる。また、絶縁劣化の原因となるフッ化水素や水の生成を抑止できるため、装置された絶縁部材の劣化が抑制され、耐久性及び信頼性の向上が図られ、装置寿命が長くなる。

なお、図３では、熱パッファ装置３３を備えている場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば図４〜図６に示す変形例のように構成することもできる。以下、順次説明する。

図４に示す変形例においては、図３に示す熱パッファ装置３３は備えておらず、機械パッファ室３４３が、ノズル３３５Ａとガイド３３４Ａによって形成された吹付口３３３Ａを経由してアーク室３１に連通されている。このように構成した場合、例えばガイド３３４Ａを上記アブレーション性材料によって構成することにより、図３の例と同様な効果を得ることができる。なお、このような構成において、アブレーション性材料の設置箇所はガイド３３４Ａに限定されるものではなく、アークに対して直接または間接的に作用を受ける場所であればよい。例えばノズル３３５Ａの表面を上記アブレーション性材料によって被覆してもよい。

また、図５に示す別の変形例、及び図６に示すさらに別の変形例では、図３の例と同様の熱パッファ装置３３を備えているが、上記アブレーション性材料６の設置箇所を、アーク室３１と熱パッファ室３３１の連通部分から熱パッファ室３３１の内部に至る箇所とは別の箇所であって、且つアークまたはアークによる熱ガスに曝される位置としている。

図５の例について説明する。この例では、図５（ａ）に示すように、ガイド３３４における吹付口３３３とは反対側の、可動電極１１とアーク室３１に対向した位置に、アブレーション性材料６を設置している。このように構成した場合には、図３の例と同様の効果が得られるほか、アブレーション性材料６が上記一般式（１）〜（５）で示される樹脂材料のフッ素エラストマー等、ゴム状の弾性的な材料であった場合でも同様な効果を得ることができる。さらに、吹き付けの流速や角度等、遮断性能に影響を与える吹付口３３３の形状に影響を与えずに、パッファ圧力を増加させる効果を得ることができる。

図５（ｂ）は、図５（ａ）に示すガス遮断器において、アブレーション性材料６を取り付ける前のガイド３３４を示している。ガイド３３４の可動電極１１とアーク室３１に対向した位置には、環状のアブレーション性材料６を取り付けるためのアブレーション性材料取り付け領域３３４Ｂ（内径ｄ）が設けられている。また、図５（ｃ）及び図５（ｄ）は、ガイド３３４に取り付けられるアブレーション性材料６を示している。これらは、アブレーション性材料取り付け領域３３４Ｂに嵌め込まれるものである。図５（ｃ）は、外径がＤ_１の環状のアブレーション性材料６である。図５（ｄ）は、外縁部に複数設けられた取り付け用突起６Ａを含む外径がＤ_２の環状のアブレーション性材料６ある。

このように、アブレーション性材料６の外縁部が円形または略円形であり、且つゴム状の弾性的な材料である場合には、その外径（Ｄ_１、Ｄ_２）が、アブレーション性材料取り付け領域３３４Ｂの内径ｄに対して、Ｄ_１（またはＤ_２）＞dとなるように寸法が決定される。この条件を満たすアブレーション性材料６は、アブレーション性材料取り付け領域３３４Ｂに圧縮されて取り付けられた後、その弾性力により固定される。これにより、取り付け機構が簡略化されると共に、組み立てが容易となる。

また、図６に示す変形例においては、操作ロッド５４から熱パッファ室３３１への還流路３６の近傍の、熱パッファ室３３１を形成する隔壁３５に、ブロック状のアブレーション性材料６を設けている。このように構成した場合には、電流遮断時にアーク室３１で発生したアークによる熱ガスが、還流路３６を経て熱パッファ室３３１に流入することによりアブレーション性材料６が熱分解され、熱パッファ室３３１の圧力が上昇する。これにより、図３の例と同様の効果が得られ、フッ化水素による絶縁構成物の絶縁劣化を防止できる。

実施の形態３．
この実施の形態３では、上記実施の形態１で述べた一般式（１）〜（５）で示されるアブレーション性材料６において、その組成の一部、例えば主鎖の一部や側鎖の一部に、硫黄（Ｓ）を含むようにしたものである。あるいは、一般式（１）〜（５）で示されるアブレーション性材料６を成形する際に、硫黄または硫黄を含む化合物を添加したものである。この実施の形態３に係るガス遮断器の概要構成は、図１に示す実施の形態１と略同様であり、アブレーション性材料６を設置する箇所も上記実施の形態1及び実施の形態２と同様であるので、ここでは説明を省略する。

図７は、消弧ガスとして用いられる六フッ化硫黄（ＳＦ_６）ガスが分解して生成される粒子の密度の温度依存性を示している。図７において、縦軸は粒子密度（ｍ^−３）、横軸は温度（Ｋ）を示している。この実施の形態３に係るアブレーション性材料６がフッ素を含む場合、アークの熱により蒸発、分解されるとフッ素と硫黄が生成され、アークの冷却過程において、ＳＦ_３、ＳＦ_４、ＳＦ_５等の化合物となる。これらは、図７に示すように、消弧ガスである六フッ化硫黄ガスが分解して生成される消弧性能の高い化合物と同じものである。

この実施の形態３によれば、上記実施の形態１と同様のアブレーション性材料６の組成の一部に硫黄を含むようにしたもの、あるいは硫黄または硫黄を含む化合物を添加したものを用いることにより、実施の形態１と同様の効果が得られ、さらに消弧性能が向上するという効果を奏する。特に、消弧ガスとして二酸化炭素や空気等、フッ素や硫黄を含まないガスを使用した場合に、この実施の形態３に係るアブレーション性材料６はその効果を発揮する。なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態の一部または全部を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

Claims (8)

1. 接離可能に設けられた一対の電極と、電流遮断時に該一対の電極間に生じるアークによる直接的または間接的な作用を受け、分解ガスを発生するように配設された絶縁材料を備え、電流遮断時に上記絶縁材料から発生した分解ガスを上記アークの消弧に利用するようにしたガス遮断器であって、上記絶縁材料として、水素原子を含まず、主鎖または環状部に炭素−酸素結合を有するアブレーション性材料を用いたことを特徴とするガス遮断器。
2. 上記アブレーション性材料として、パーフルオロエーテル系重合体、及び４−ビニルオキシ−１−ブテン（ＢＶＥ）環化重合体からなる群より選ばれた少なくとも１種の化合物を用いたことを特徴とする請求項１記載のガス遮断器。
3. 上記アブレーション性材料は、その組成の一部に硫黄を含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガス遮断器。
4. 上記アブレーション性材料には、硫黄または硫黄を含む化合物が添加されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のガス遮断器。
5. 上記一対の電極の切離部分を包囲する如く形成されたアーク室と、このアーク室に連通するように配設され電流遮断時に生じたアークによる熱ガスと上記分解ガスを受け入れて一時的に圧力が上昇されるパッファ室を備えたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のガス遮断器。
6. 上記アブレーション性材料を、上記アーク室と上記パッファ室の連通部分から上記パッファ室の内部に至る任意の箇所に設置したことを特徴とする請求項５記載のガス遮断器。
7. 上記アーク室と上記パッファ室の連通部分における上記アーク室に臨む部分に、消弧ガスを含む圧力ガスを上記アーク室に吹付けるためのノズル部材またはガイド部材を備え、上記ノズル部材または上記ガイド部材の少なくとも一部を上記アブレーション性材料で構成したことを特徴とする請求項６記載のガス遮断器。
8. 上記アブレーション性材料を、上記アーク室と上記パッファ室の連通部分から上記パッファ室の内部に至る箇所とは別の、アークまたはアークによる熱ガスに曝される箇所に設置したことを特徴とする請求項５記載のガス遮断器。

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