JP6676902B2 - ガス遮断器 - Google Patents

Description

本発明は、絶縁性ガス中で電流の開閉を行うガス遮断器に関する。

ガス遮断器では、固定側接点と可動側接点が開離した際、アーク接触子間にアーク放電が発生する。そこでアーク放電に対して絶縁性ガスである消弧性ガスを吹き付けて消弧するパッファ型ガス遮断器が広く採用されている。

消弧室内には、可動側接点の移動を支持する移動機構が設けられ、この移動機構は、金属製の可動サポートの内側に設けられ、可動サポートによりスライド移動可能に支持されている。そして、可動サポートは、絶縁支持体によって固定支持されている。

図８は、従来における絶縁支持体の斜視図である。また図９は、従来における絶縁支持体の平面図、縦断面図、裏面図である。図９Ａが平面図、図９Ｃが裏面図であり、図９Ｂは、図９Ａに示すＣ−Ｃ線に沿って絶縁支持体の高さ方向に向けて切断し矢印方向から見た縦断面図を示す。

図８、図９に示すように絶縁支持体１００は、相対向する上面１００ａと、下面１００ｂと、上面１００ａと下面１００ｂとの間に位置する外周面１００ｃとを、有する。図９に示すように、絶縁支持体１００には上面１００ａから下面１００ｂにかけて貫通する貫通孔１０１が形成されている。この貫通孔１０１には、図示しない操作ロッドが通され、操作ロッドは軸方向（Ｙ方向）に移動できるように支持されている。操作ロッドの先端側には、パッファシリンダ（図示せず）が連結される。パッファシリンダは、金属製の可動サポート１０２の内側に配置されており、可動サポート１０２の内側にて軸方向（Ｙ方向）へのスライド移動が可能となっている。操作ロッドの軸方向への駆動によるパッファシリンダのＹ方向への移動により、固定側接点と可動側接点とを接離させることができる。

図９Ｂに示すように、可動サポート１０２は、絶縁支持体１００の上面１００ａに、接合ネジ１０３により接合されている。図８、図９Ａに示すように、絶縁支持体１００の上面１００ａには複数のネジ穴１０４が設けられており、各ネジ穴１０４の周囲には金属ボス１０５が設けられている。

なお図８、図９Ｂ、図９Ｃに示すように、絶縁支持体１００の下面１００ｂにも金属ボス１０５付きの複数のネジ穴１０４が設けられ、絶縁支持体１００の下面１００ｂ側がネジ１０７を介して固定ベース１０８に接合されている。

特開平５−２９５０号公報

ところで、ガス遮断器では、金属容器内に充填する絶縁性ガスとして他の気体と比べて絶縁性能に優れるＳＦ_６ガスを使用することによって小型化を図っている。

しかしながら、小型化により、金属容器内に設けられた各相の消弧室間の距離や金属容器との距離等が縮まることで、高電位を支持している絶縁支持体の電界強度が高くなり、絶縁支持体の絶縁強度が厳しくなる問題があった。

従来では、図９Ｂに示すように、接合ネジ１０３よりも一回り大きい金属ボス１０５を、ネジ穴１０４の箇所にインサート成形していた。しかしながらこのような構成では、金属インサートのある部分とない部分とで電界強度が異なることがわかった。

図１０Ａが、従来の絶縁支持体と可動サポートとの等電位線図であり、金属ボスのインサートがない部分を示し、図１０Ｂが、従来の絶縁支持体と可動サポートとの等電位線図であり、金属ボスのインサートがある部分を示す。

図１０Ａと図１０Ｂに示す同じ符号の等電位線は同じ電界強度レベルを示している。電界強度は符号Ｊから符号Ｄに向かうほど高くなっている。

図１０Ａと図１０Ｂに示すように、金属インサートの有無により、電界強度分布が変わってしまうことがわかった。図１０Ａに示すように金属インサートがない部分では、図１０Ｂの金属インサートがある部分と比べて等電位線が内部に入り込み電界強度が高まっている。この結果、雷サージ等が発生すると、絶縁支持体１００に対し、金属インサートのない部分では金属インサートのある部分に比べて電界強度が高くなり、絶縁破壊が生じ閃絡が発生する問題があった。

これに対し特許文献１では、特に、絶縁支持体と可動サポートとの接合構造について開示がなく、上記した従来課題に対する解決手段については考慮がなされていない。

そこで本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、従来に比べて可動サポートとの接合領域の全周にわたって電界強度のばらつきを小さくし、絶縁支持体の絶縁破壊を防止できるガス遮断器を提供することを目的とする。

本発明におけるガス遮断器は、絶縁性ガスを封入した金属容器内にて、絶縁支持体を介して支持された消弧室を備え、前記消弧室では、可動側接点を固定側接点に対して接離可能とする移動機構を支持する金属製の可動サポートが、前記絶縁支持体に固定支持されており、前記絶縁支持体は、相対向する第１の面及び第２の面と、前記第１の面から前記第２の面にかけて貫通する貫通孔と、を有し、前記第１の面では、前記可動サポートが固定支持され、前記第２の面は、前記金属容器側に固定されており、前記可動サポートとの接合領域の円周方向における電界強度を緩和するための金属部が、前記貫通孔の外側周囲に位置する前記第１の面に、前記円周方向の全周にわたってリング状に現れるように設けられており、前記金属部には、前記可動サポートを接合するための接合部材を通す複数の接合穴が前記円周方向に間隔を空けて形成されており、前記接合穴の周囲は、前記金属部により取り囲まれていることを特徴とする。

また本発明では、更に、前記金属部は、前記第２の面に、前記円周方向に沿って設けられており、前記金属部には前記金属容器側に接合するための接合部材を通す複数の接合穴が前記円周方向に間隔を空けて形成されており、前記接合穴の周囲は、前記金属部により取り囲まれていることが好ましい。このとき、前記金属部は、前記第２の面に沿って形成されたリング形状で構成されることが好ましい。

また本発明では、前記金属部は、樹脂製の前記絶縁支持体にインサート成形されていることが好ましい。

本発明のガス遮断器によれば、従来に比べて、可動サポートとの接合領域の略全周にわたってシールド効果を発揮でき、したがって、電界強度を全周にわたって略均一に小さくでき、絶縁支持体の絶縁破壊を効果的に防止することができる。

本実施の形態のガス遮断器を示す部分断面図である。 消弧原理を説明するための説明図（部分拡大断面図）である。 本実施の形態における絶縁支持体の斜視図である。 図３に示す絶縁支持体の平面図、断面図、及び裏面図である。 別の実施の形態における絶縁支持体の斜視図である。 図５に示す絶縁支持体の平面図、断面図、及び裏面図である。 別の実施の形態における絶縁支持体の斜視図である。 従来における絶縁支持体の斜視図である。 従来における絶縁支持体の平面図、縦断面図、裏面図である。 金属インサートがない部分と金属インサートがある部分における、従来の絶縁支持体と可動サポートとの等電位線図である。

以下、本発明の一実施の形態に係るガス遮断器について、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明に係るガス遮断器については、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨の範囲内で種々変形して実施することができる。

図１は、本実施の形態に係るガス遮断器を示す部分断面図である。図１に示すように、ガス遮断器１は、ＳＦ_６ガス等の絶縁性ガス（消弧性ガス）を充填した金属容器（容器）２と、金属容器２内に配置された三相の消弧室３とを含んで構成される。金属容器２内には、密閉空間３２が形成されている。この密閉空間３２には、消弧性ガスが封入されており、数気圧（例えば、６気圧）に維持されている。三相の消弧室３は、密閉空間３２内に設置されている。ガス遮断器１は、消弧室３内の電極間に発生するアーク放電（アーク）に対して消弧性ガスを吹き付けて大電流の短絡電流を瞬時に遮断するように構成されている。

なお、図１に示すガス遮断器１においては、説明の便宜上、消弧室３が鉛直方向に延在する場合について説明している。しかしながら、ガス遮断器１の構成については、これに限定されるものではなく適宜変更が可能である。本発明は、消弧室３が水平方向に延在するガス遮断器１にも適用することができる。

以下、消弧室３の内部構造について、図１及び図２を参照しながら説明する。図２は、本実施の形態に係るガス遮断器１における消弧原理の説明図である。図２においては、図１に示す電極（固定電極及び可動電極）周辺を拡大して示している。なお、図１においては、図２と異なり内部構造を簡略化して示した部分を有するが、詳細な内部構造については図２が参照される。

各消弧室３は、図１に示す上下に対向して配置された固定部４及び可動部５と、可動部５を支持する絶縁支持体２０とを備える。固定部４は、固定サポート４１と、固定主接触子４２と、固定アーク接触子４３とを有する。固定サポート４１は、上底を有する有底円筒形状を有し、下方側に開口している。固定主接触子４２は、固定サポート４１の下端部に接続され、後述する可動主接触子５４の外周面に摺接可能な寸法を有している。固定アーク接触子４３は、固定サポート４１の一部に支持されており、棒状導体で構成される。固定アーク接触子４３は、固定サポート４１の中心に設けられ、図１に示す上下方向に延在して配置されている。固定アーク接触子４３は、固定主接触子４２よりも僅かに可動部５側（下方側）に突出する長さを有している。これらの固定主接触子４２及び固定アーク接触子４３により固定接点（固定電極）が構成される。

一方、可動部５は、可動サポート５１と、パッファシリンダ５２と、ノズル５３と、可動主接触子５４（図２参照）とを有する。可動サポート５１は、概して円筒形状を有し、上方側に開口している。パッファシリンダ５２は、可動サポート５１内に配置される。パッファシリンダ５２の上端部には、概して可動サポート５１の内周面と略同一の形状を有する摺動部５２１が設けられている。パッファシリンダ５２の内側には、後述する可動アーク接触子５５の外周面との間にパッファ室５２２が形成されている。

ノズル５３及び可動主接触子５４は、パッファシリンダ５２の摺動部５２１の上面に設けられている。可動主接触子５４は、概して円筒形状を有し、摺動部５２１の上面から上方側に延出している（図２参照）。可動主接触子５４は、固定主接触子４２の内周面に摺接可能な寸法を有している。ノズル５３は、可動主接触子５４の内側に配置されている。ノズル５３は、概して円筒形状を有し、摺動部５２１の上面から上方側に延出している。ノズル５３の中央より僅かに上方側の位置にて、他部よりも小径に構成されている。

また、可動部５は、可動アーク接触子５５と、固定ピストン５６（図２参照）と、操作ロッド５７とを有する。可動アーク接触子５５は、概して円筒形状を有する。可動アーク接触子５５は、パッファシリンダ５２の一部に支持されている。可動アーク接触子５５は、パッファシリンダ５２の中央部分で図１に示す上下方向に延在している。可動アーク接触子５５の上端部には、固定アーク接触子４３に摺接可能な孔５５１が形成されている。これらの可動主接触子５４及び可動アーク接触子５５により可動接点（可動電極）が構成される。

固定ピストン５６は、可動サポート５１内の一部に固定される固定部５６１と、固定部５６１に接続され、パッファシリンダ５２内を上下に延在するピストン部５６２とを有する（図２参照）。固定部５６１及びピストン部５６２は、概して円筒形状を有している。ピストン部５６２は、パッファシリンダ５２内のパッファ室５２２内に収容されている。ピストン部５６２の上端部は、可動アーク接触子５５の外周面及びパッファシリンダ５２の内周面に摺接可能な寸法を有している。

操作ロッド５７は、一端（上端）がパッファシリンダ５２の下端部に接続される一方、他端（下端）が不図示の昇降機構に接続される。操作ロッド５７は、昇降機構の駆動力を受けてパッファシリンダ５２を可動サポート５１内にて上下移動させる。パッファシリンダ５２の上下移動に伴い、パッファシリンダ５２に支持される可動アーク接触子５５や、パッファシリンダ５２の一部に設けられるノズル５３及び可動主接触子５４が一体的に移動可能に構成されている。

絶縁支持体２０は、例えば、エポキシ樹脂等の絶縁物で形成される。絶縁支持体２０は、可動部５の下方側に配置されている。絶縁支持体２０は、一端部（下端部）が固定ベース２１上に固定される一方、他端部（上端部）が可動部５の可動サポート５１の下端部に固定されている。すなわち、絶縁支持体２０は、下方側から可動サポート５１を支持する。固定ベース２１は、金属容器２に電気的に接続された接地電位で構成される。

ここで、本実施の形態に係るガス遮断器１における消弧原理について、図２を参照して説明する。図２Ａにおいては、ガス遮断器１における閉路状態を示し、図２Ｂにおいては、ガス遮断器１における消弧中状態を示している。なお、図２においては、説明の便宜上、可動サポート５１の一部のみを示している。

図２Ａに示す閉路状態においては、操作ロッド５７によりパッファシリンダ５２が押し上げられている。パッファシリンダ５２の上方移動に伴い、ノズル５３及び可動主接触子５４、並びに、可動アーク接触子５５も押し上げられている。この場合、固定主接触子４２は、可動主接触子５４の外周面に接触している。また、固定アーク接触子４３は、孔５５１に挿入され、可動アーク接触子５５に接触している。一方、固定ピストン５６は、可動サポート５１に固定されている。このため、パッファシリンダ５２の上方移動に伴い、パッファ室５２２内に消弧性ガスが導入（吸引）された状態となっている。

図２Ａに示す閉路状態から開路状態に移行する場合には、図２Ｂに示すように、操作ロッド５７によりパッファシリンダ５２が引き下げられる。パッファシリンダ５２の下方移動に伴い、ノズル５３及び可動主接触子５４、並びに、可動アーク接触子５５も引き下げられている。パッファシリンダ５２の下方移動の過程において、可動主接触子５４は、可動アーク接触子５５に先立って固定主接触子４２から離間する。すなわち、可動アーク接触子５５は、固定主接触子４２に対する可動主接触子５４の離間よりも遅いタイミングで固定アーク接触子４３から離間する。このため、固定アーク接触子４３から可動アーク接触子５５が離間する際、これらのアーク接触子４３、５５間でアーク放電Ａが発生する（図２Ｂ参照）。

上述のように、固定ピストン５６は、可動サポート５１に固定されている。このため、パッファシリンダ５２の下方移動に伴い、固定ピストン５６のピストン部５６２によってパッファ室５２２内に配置された消弧性ガスが圧縮される。そして、圧縮された消弧性ガスが、パッファシリンダ５２の内側を通過し、ノズル５３を介してアーク放電Ａに吹き付けられる。これにより、固定アーク接触子４３と可動アーク接触子５５との間に発生したアーク放電Ａが消弧される。

ガス遮断器１においては、アーク放電Ａの消弧に伴って熱ガス流が発生する。この熱ガス流は、高温且つ低密度のガスで構成される。一般に、このような熱ガス流は、固定サポート４１に導入されて冷却された後、固定サポート４１に形成された開口部から金属容器２内に排出される。

図３は、本実施の形態における絶縁支持体２０の斜視図である。また図４は、図３に示す絶縁支持体２０の正面図、断面図、及び裏面図である。図４Ａは、絶縁支持体２０の平面図、図４Ｂは、図４Ａに示すＡ−Ａ線に沿って絶縁支持体２０の高さ方向に向けて切断し矢印方向から見た縦断面図、図４Ｃは、絶縁支持体２０の裏面図である。

図３、図４に示すように、絶縁支持体２０は、上面（第１の面）２０ａと、上面２０ａと相対向する下面（第２の面）２０ｂと、上面２０ａから下面２０ｂにかけて絶縁支持体２０の中心を貫通する貫通孔２２と、を有して構成される。図４Ｂに示すように、絶縁支持体２０の上面２０ａに金属製の可動サポート５１が固定支持され、絶縁支持体２０の下面２０ｂは、固定ベース２１に固定支持されている。

図３、図４Ａ、図４Ｂに示すように、絶縁支持体２０の上面２０ａには、リング状の金属部２４が絶縁支持体２０を構成する絶縁物にインサート成形されている。そして金属部２４には、貫通孔２２の外側周囲に、等間隔おきに複数のネジ穴（接合穴）２３が加工されている。このように金属部２４は、各ネジ穴２３の周囲から各ネジ穴２３の間の領域２５にかけて連続して設けられている。そして図４Ｂに示すように、接合ネジ２６を介して可動サポート５１と絶縁支持体２０とが固定される。なお金属部２４の材質を限定するものではないが、例えば、金属部２４を、真鍮等のＣｕ系やＡｌ系の金属材料で形成することが出来る。金属部２４は、可動サポート５１と電気的に接続されている。

本実施の形態により、絶縁支持体２０の上面２０ａから一定深さの範囲で、全周にわたってシールド効果を発揮できる。この結果、電界強度を全周にわたって略均一に小さくできる。すなわち本実施の形態では、絶縁支持体２０の上面２０ａの全周にわたって図１０Ｂで示した等電位線を得ることができる。以上により本実施の形態によれば従来に比べて、絶縁支持体２０の絶縁破壊を効果的に防止することができる。

図３、図４に示す実施の形態では、絶縁支持体２０の下面２０ｂにも、リング状の金属部２７が絶縁支持体２０を構成する絶縁物にインサート成形されている。そして金属部２７には、貫通孔２２の外側周囲に、等間隔おきに複数のネジ穴（接合穴）２８が加工されている。そして図４Ｂに示すように、接合ネジ２９を介して絶縁支持体２０と固定ベース２１とが固定される。金属部２７は、固定ベース２１を介して金属容器２と電気的に接続され接地電位とされる。

このように、絶縁支持体２０の下面２０ｂ側は、接地電位であるため、図５、図６に示すように、下面２０ｂ側は、従来と同様の構成であってもよい。図６Ａは、絶縁支持体２０の平面図、図６Ｂは、図６Ａに示すＢ−Ｂ線に沿って絶縁支持体２０の高さ方向に向けて切断し矢印方向から見た縦断面図、図６Ｃは、絶縁支持体２０の裏面図である。すなわち図５、図６に示すように、金属部（金属ボス）３０は、接合ネジ２９よりも一回り大きく形成され、これにより、ネジ穴２８の周囲だけに設けられる。図５、図６では、金属部３０は、各ネジ穴２８の間の領域３１には設けられていない。なお図５、図６において、図３、図４と同じ符号は同じ部分を示している。

ただし図３、図４に示すように、絶縁支持体２０の下面２０ｂ側にもリング状の金属部２７を設けたほうが、物理的な応力緩和に繋がり、絶縁支持体２０の破損等を防止することができる。また、上面２０ａ側にインサートされる金属部２４と合わせて下面２０ｂ側の金属部２７もリング状としたほうが、絶縁支持体２０の生産効率を向上させることができる。

図７は、別の実施の形態における絶縁支持体２０の斜視図である。図７において、図３と同じ符号は図３と同じ部分を示す。図７では、図３に示す金属部２４、２７を、金属部２４ａ、２４ｂ、２７ａ、２７ｂのように複数に分割している。分割個数については特に限定されない。ただし、図３のように、切断箇所のないリング形状で金属部２４、２７を形成したほうが、よりシールド効果を高めることが出来る。

また、図８に示すような従来構成において、ネジ穴１０４の個数を増やすことで、電界強度を緩和してもよい。図８のように従来品のネジ穴１０４が６個の場合、例えばネジ穴１０４を８個、１０個と増やすことにより本実施の形態と同様の効果が得られる。但し、これはネジ穴の個数を限定するものではなく、通常固定や支持のために用いられるネジの必要数より多数のネジ穴を設けていればよい。また、必要な強度が確保されていれば、必ずしも全てのネジ穴に対してネジ止めを行う必要はない。

また本実施の形態では、図４Ｂや図６Ｂに示すように、金属製の可動サポート５１の外周部の一部が下方向に延びて、絶縁支持体２０の外周面２０ｄ上に延出する延出部３５を備える構成が好ましい。延出部３５により、電界強度がより緩和されて、よりシールド効果を高めることができる。

本実施の形態の絶縁支持体２０の製造方法を限定するものではないが、注型治具を使用して、エポキシ樹脂等の樹脂成形時に金属インサートを一体成形することで、本実施の形態の絶縁支持体２０を製造することができる。

本発明のガス遮断器によれば、絶縁支持体の絶縁耐性を向上させることができ、金属容器内に三相の消弧室が組み込まれたパッファ型ガス遮断器に好適に用いることができる。これにより本発明によれば、各相間の距離や金属容器間の距離の短縮化を図ることができ、ガス遮断器の小型化を促進できる。

１ ガス遮断器
２ 金属容器
３ 消弧室
４ 固定部
５ 可動部
２０ 絶縁支持体
２０ａ 上面
２０ｂ 下面
２２ 貫通孔
２３、２８ ネジ穴
２４、２４ａ、２４ｂ、２７、２７ａ、２７ｂ、３０ 金属部
２５、３１ 領域
２６、２９ 接合ネジ
３２ 密閉空間
３５ 延出部
４１ 固定サポート
４３ 固定アーク接触子
５１ 可動サポート
５２ パッファシリンダ
５３ ノズル
５５ 可動アーク接触子
５６ 固定ピストン
５７ 操作ロッド

Claims (4)

1. 絶縁性ガスを封入した金属容器内にて、絶縁支持体を介して支持された消弧室を備え、
   前記消弧室では、可動側接点を固定側接点に対して接離可能とする移動機構を支持する金属製の可動サポートが、前記絶縁支持体に固定支持されており、
   前記絶縁支持体は、相対向する第１の面及び第２の面と、前記第１の面から前記第２の面にかけて貫通する貫通孔と、を有し、前記第１の面では、前記可動サポートが固定支持され、前記第２の面は、前記金属容器側に固定されており、
   前記可動サポートとの接合領域の円周方向における電界強度を緩和するための金属部が、前記貫通孔の外側周囲に位置する前記第１の面に、前記円周方向の全周にわたってリング状に現れるように設けられており、前記金属部には、前記可動サポートを接合するための接合部材を通す複数の接合穴が前記円周方向に間隔を空けて形成されており、前記接合穴の周囲は、前記金属部により取り囲まれていることを特徴とするガス遮断器。
2. 更に、前記金属部は、前記第２の面に、前記円周方向に沿って設けられており、前記金属部には前記金属容器側に接合するための接合部材を通す複数の接合穴が前記円周方向に間隔を空けて形成されており、前記接合穴の周囲は、前記金属部により取り囲ま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. 前記金属部は、前記第２の面に沿って形成されたリング形状で構成されることを特徴とする請求項２に記載のガス遮断器。
4. 前記金属部は、樹脂製の前記絶縁支持体にインサート成形されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のガス遮断器。

Images