JP6989449B2 - Gas circuit breaker - Google Patents

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Description

本発明は、ガス遮断器に関する。 The present invention relates to a gas circuit breaker.

ガス遮断器は、短絡電流などの大電流を遮断するものである。その構成例としては、電流を断続する固定接触子と可動接触子とを接離可能に同軸上に配置し、絶縁ガスが充満された容器内に収納して構成されたものがある。 A gas circuit breaker cuts off a large current such as a short circuit current. As an example of the configuration, there is a configuration in which a fixed contact that interrupts and disengages a current and a movable contact are arranged coaxially so as to be connectable and detachable, and stored in a container filled with insulating gas.

特に、固定接触子と可動接触子とが開極される際、それらの間にアークが発生する。このアークを速やかに吹き消すため、固定接触子と可動接触子の接離部の空間を包囲して筒状のノズルを設け、このノズル内に圧縮ガスを導いて固定接触子および可動接触子の接離部に吹き付け、これによりアークを吹き消すようにするパッファ式ガスしゃ断器が知られている(例えば、特許文献1)。 In particular, when the fixed and movable contacts are opened, an arc is generated between them. In order to quickly blow out this arc, a cylindrical nozzle is provided surrounding the space between the fixed contact and the movable contact, and compressed gas is guided into this nozzle to guide the fixed contact and the movable contact. There is known a puffer-type gas circuit breaker that blows an arc to a contact / detachment portion to blow out an arc (for example, Patent Document 1).

一般に、アークを吹き消すためのノズルの材料としては、絶縁性を有するフッ素樹脂が用いられている。しかし、極めて高温(例えば、20000K)のアークにノズルが曝される。このため、アークエネルギーがフッ素樹脂の内部まで浸透し、フッ素樹脂等が分解し、ガス化する。これにより、ノズルの表面(表層部)や内部(奥部、すなわちノズルの表層部以外の大部分)にボイドが発生したり、ノズルの表面や内部が炭化したりすることがある。これにより、ノズルの内壁面が損耗し、吹き付けガスの流路面積が増大して吹き付け効果が低下することがある。また、ノズル表面や内部が炭化し、ノズルの絶縁性能が低下したりすることにより、ガス遮断器の電流遮断性能が低下することがある。なお、上記のようなフッ素樹脂等が分解してガス化する現象は、「アブレーション」と呼ばれるものである。 Generally, a fluororesin having an insulating property is used as a material for a nozzle for blowing out an arc. However, the nozzle is exposed to an extremely hot (eg 20000K) arc. Therefore, the arc energy permeates into the fluororesin, and the fluororesin or the like is decomposed and gasified. As a result, voids may be generated on the surface (surface layer portion) or the inside (the inner part, that is, most of the portion other than the surface layer portion of the nozzle) of the nozzle, or the surface or the inside of the nozzle may be charred. As a result, the inner wall surface of the nozzle may be worn, the flow path area of the sprayed gas may increase, and the spraying effect may decrease. Further, the surface and the inside of the nozzle are charred, and the insulation performance of the nozzle is deteriorated, so that the current cutoff performance of the gas circuit breaker may be deteriorated. The phenomenon in which the fluororesin or the like is decomposed and gasified as described above is called "ablation".

このような問題を解決するために、従来、ガス遮断器に用いるノズルを構成する樹脂材料に充填材を添加する技術が提案されている。 In order to solve such a problem, a technique of adding a filler to a resin material constituting a nozzle used for a gas circuit breaker has been conventionally proposed.

特許文献2には、光吸収性の高いカーボン、炭化ケイ素等を含む粉末をフッ素樹脂に添加して、その光反射について黒色濃度指数が所定の範囲となる耐アーク性材料が開示されている。 Patent Document 2 discloses an arc-resistant material in which a powder containing carbon, silicon carbide, or the like having high light absorption is added to a fluororesin, and the black density index has a predetermined range for light reflection thereof.

また、特許文献3には、充填材として黒色の粉末である二硫化モリブデンを添加したPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)ノズル材料が開示されている。 Further, Patent Document 3 discloses a PTFE (polytetrafluoroethylene) nozzle material to which molybdenum disulfide, which is a black powder, is added as a filler.

特許文献4には、四弗化エチレン樹脂の昇華によるノズルの消耗と、ア−クから放射される光エネルギーのノズルへの侵入とを防止すると共に、ノズルの部分ごとの熱膨脹率の違いによって生じる機械的損傷を防止することを目的として、ノズルのスロート部の近傍における無機充填材の充填量を少なくし、かつ、ノズルの上流側及び下流側における無機充填材の充填量を多くし、スロート部と上流側及び下流側との境界には、各々、無機充填材の充填量がノズルの軸方向の距離に応じてほぼ直線的に変化する領域が設けられているパッファ形ガス遮断器が開示されている。また、特許文献4には、無機充填材として、ノズルの上流側及び下流側には窒化ホウ素を用いるとともに、スロート部には窒化ホウ素よりも熱伝導率が低い酸化アルミニウムを用いる構成が記載されている。 Patent Document 4 prevents the nozzle from being consumed due to the sublimation of the tetrafluorinated ethylene resin and the light energy radiated from the arc from entering the nozzle, and is caused by the difference in the thermal expansion rate for each nozzle portion. For the purpose of preventing mechanical damage, the filling amount of the inorganic filler in the vicinity of the throat portion of the nozzle is reduced, and the filling amount of the inorganic filler on the upstream and downstream sides of the nozzle is increased to increase the filling amount of the throat portion. Disclosed is a puffer-type gas breaker in which a region is provided at the boundary between the upstream side and the downstream side, respectively, in which the filling amount of the inorganic filler changes substantially linearly according to the distance in the axial direction of the nozzle. ing. Further, Patent Document 4 describes a configuration in which boron nitride is used for the upstream side and the downstream side of the nozzle as an inorganic filler, and aluminum oxide having a lower thermal conductivity than boron nitride is used for the throat portion. There is.

実公昭61−25148号公報Jitsukosho 61-25148 Gazette 特開昭60−107203号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 60-107203 特開2001−189118号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2001-189118 特開平7−296689号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 7-296689

ノズルのアブレーションにより発生したガスは、ノズルの周辺の圧力を上昇させる。これにより、強いガス流が生じて、アークの吹き消し作用を促進する。このため、フッ素樹脂のガス化は、遮断性能の向上に寄与していると考えられる。 The gas generated by the ablation of the nozzle increases the pressure around the nozzle. As a result, a strong gas flow is generated, which promotes the action of blowing out the arc. Therefore, it is considered that the gasification of the fluororesin contributes to the improvement of the blocking performance.

特許文献2のように、アークに曝される部分に光吸収性の高いカーボン、炭化ケイ素等を含む粉末を充填材として添加したノズルでは、アークエネルギーを効率良く吸収することで、ノズルのアブレーションによるガス圧力上昇が大きくなる半面、導電性のカーボンや半導電性の炭化ケイ素を充填材することによって、ノズルの絶縁性能が低下するという課題があった。 As in Patent Document 2, in a nozzle in which a powder containing carbon, silicon carbide, etc. with high light absorption is added as a filler to a portion exposed to an arc, the arc energy is efficiently absorbed and the nozzle is ablated. While the increase in gas pressure increases, there is a problem that the insulating performance of the nozzle is deteriorated by filling the filler with conductive carbon or semi-conductive silicon carbide.

特許文献2や特許文献3のように光吸収性の充填材を添加したノズルでも、特許文献4のように光反射性の高い窒化ホウ素や酸化アルミニウムを充填材として添加したノズルでも、ノズルのアークによる損耗は抑制されるものの、ノズルを構成するフッ素樹脂とともに、添加されている充填材もアークエネルギーに曝されて損耗するという課題があった。 Nozzle arc with a nozzle to which a light-absorbing filler is added as in Patent Document 2 and Patent Document 3, and a nozzle to which boron nitride or aluminum oxide having high light reflectivity is added as a filler as in Patent Document 4. Although the wear due to the nozzle is suppressed, there is a problem that the filler added together with the fluororesin constituting the nozzle is also exposed to the arc energy and is worn.

本発明の目的は、ガス遮断器の耐久性及び遮断性能をともに向上させることにある。 An object of the present invention is to improve both the durability and the breaking performance of a gas circuit breaker.

本発明の代表的なものの一つを示せば、ガス遮断器を、電流を断続する第一の接触子と、前記第一の接触子と接離可能に対向して配置される第二の接触子と、前記第一及び第二の接触子との接離部を包囲して筒状のノズルと、を備えるガス遮断器であって、前記ガス遮断器が開極の際に前記第一の接触子と前記第二の接触子との間に発生するアークを消弧する機能を有し、前記ノズルは、マトリックス樹脂二硫化タングステン(WSが充填材として分散された成形材で構成されているようにする。 To show one of the representatives of the present invention, a gas circuit breaker is provided with a first contact that interrupts and disengages a current, and a second contact that is arranged so as to be separably opposed to the first contact. A gas circuit breaker comprising a tubular nozzle surrounding the contact / detachment portion between the child and the first and second contacts, wherein the first gas circuit breaker is open when the gas circuit breaker is opened. has the function of extinguishing the arc generated between the contacts and the second contacts, said nozzle is constituted by a molding material tungsten disulfide (WS 2) is dispersed as a filler in the matrix resin To be done.

本発明によれば、ガス遮断器の耐久性及び遮断性能をともに向上させることができる。 According to the present invention, both the durability and the breaking performance of the gas circuit breaker can be improved.

本発明の一実施形態に係るガス遮断器の主要部を示す模式断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the main part of the gas circuit breaker which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るガス遮断器に用いるノズルの成分を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the component of the nozzle used in the gas circuit breaker which concerns on one Embodiment of this invention. ポリテトラフルオロエチレンの光分解を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the photodecomposition of polytetrafluoroethylene. ポリテトラフルオロエチレンの熱分解を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the thermal decomposition of polytetrafluoroethylene.

本発明は、ガス遮断器に係り、特に、耐久性と遮断性能向上とを両立させるアーク吹消ノズルの材料に関する。 The present invention relates to a gas circuit breaker, and more particularly to a material for an arc blowout nozzle that achieves both durability and improvement in circuit breaker performance.

以下、本発明のガス遮断器について、図面を用いて説明する。 Hereinafter, the gas circuit breaker of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の一実施形態に係るガス遮断器の主要部を示す模式断面図である。 FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a main part of a gas circuit breaker according to an embodiment of the present invention.

本図に示すように、棒状の固定接触子1の先端部に対向させて、同軸上の離れた位置にリング状の可動接触子2が配置されている。可動接触子2は、中空に操作ロッド4の先端部に固定されている。そして、可動接触子2は、図示矢印3の軸方向に進退駆動されるようになっている。 As shown in this figure, the ring-shaped movable contactor 2 is arranged at a distant position on the same axis so as to face the tip end portion of the rod-shaped fixed contactor 1. The movable contact 2 is hollowly fixed to the tip of the operation rod 4. The movable contact 2 is driven forward and backward in the axial direction of the arrow 3 shown in the figure.

操作ロッド4の外側には、操作ロッド4より大径のパッファシリンダ5が同軸に設けられている。パッファシリンダ5内には、パッファピストン6が摺動自在に挿入されている。パッファシリンダ5の可動接触子2側の端部には、壁部8が設けられている。操作ロッド4の外周面、壁部8を含むパッファシリンダ5の内壁面及びパッファピストン6の先端面に囲まれた領域は、パッファ室7となっている。壁部8には、貫通孔9が複数設けられている。固定接触子1の先端部と可動接触子2とは、円筒状のノズル10により包囲されている。ノズル10の一方の端部は、壁部8の外面にノズル押さえ11を介して固定されている。可動接触子2の外壁面とノズル10の内壁面との間には、空間が形成されている。この空間は、パッファ室7のガスが貫通孔9を介して出入りする場合の流路となる。 A puffer cylinder 5 having a diameter larger than that of the operation rod 4 is coaxially provided on the outside of the operation rod 4. A puffer piston 6 is slidably inserted into the puffer cylinder 5. A wall portion 8 is provided at an end portion of the puffer cylinder 5 on the movable contactor 2 side. The area surrounded by the outer peripheral surface of the operation rod 4, the inner wall surface of the puffer cylinder 5 including the wall portion 8, and the tip surface of the puffer piston 6 is the puffer chamber 7. The wall portion 8 is provided with a plurality of through holes 9. The tip of the fixed contact 1 and the movable contact 2 are surrounded by a cylindrical nozzle 10. One end of the nozzle 10 is fixed to the outer surface of the wall 8 via the nozzle retainer 11. A space is formed between the outer wall surface of the movable contact 2 and the inner wall surface of the nozzle 10. This space serves as a flow path when the gas in the puffer chamber 7 enters and exits through the through hole 9.

また、ノズル10の内壁面の中央部には、縮径されたスロート部12が形成されている。このスロート部12の最小径は、固定接触子1が挿通可能に形成されている。また、固定接触子1の外側には、円筒状の通電用固定接触子13が設置されている。通電用固定接触子13は、ノズル10の外周を包囲するように配置されている。 Further, a reduced diameter throat portion 12 is formed in the central portion of the inner wall surface of the nozzle 10. The minimum diameter of the throat portion 12 is formed so that the fixed contactor 1 can be inserted. Further, a cylindrical fixed contact 13 for energization is installed on the outside of the fixed contact 1. The energizing fixed contact 13 is arranged so as to surround the outer periphery of the nozzle 10.

これらの構成部品は、図示していない容器内に収納され、その容器内に絶縁ガス(消弧性ガス)を封入してガス遮断器が構成されている。つまり、ガス遮断器は、絶縁ガスが充満された容器内に接離可能に配置された固定接触子1および可動接触子2と、固定接触子1と可動接触子2の接離部を包囲して設けられた筒状のノズル10と、可動接触子2に連動して絶縁ガスを圧縮してノズル10内に噴出するガス噴出機構であるパッファシリンダ5およびパッファピストン6と、を備えた構成を有している。ここで、絶縁ガスとしては、一般に、六フッ化硫黄(SF)が用いられる。 These components are housed in a container (not shown), and an insulating gas (arc-extinguishing gas) is sealed in the container to form a gas circuit breaker. That is, the gas circuit breaker surrounds the fixed contact 1 and the movable contact 2 arranged so as to be detachable in the container filled with the insulating gas, and the contact portion between the fixed contact 1 and the movable contact 2. The structure is provided with a cylindrical nozzle 10 provided therein, and a puffer cylinder 5 and a puffer piston 6 which are gas ejection mechanisms that compress insulating gas in conjunction with the movable contact 2 and eject the insulating gas into the nozzle 10. Have. Here, sulfur hexafluoride (SF 6 ) is generally used as the insulating gas.

つぎに、このような構成を有するガス遮断器の動作について説明する。 Next, the operation of the gas circuit breaker having such a configuration will be described.

図1においては、固定接触子1と可動接触子2とが開極された状態を示している。 FIG. 1 shows a state in which the fixed contact 1 and the movable contact 2 are opened.

ガス遮断器の通電は、操作ロッド4を図示矢印3の右方向に駆動し、可動接触子2を固定接触子1の先端部に当接させて閉極することにより行われる。このとき、ノズル押さえ11と通電用固定接触子13とも接触し、こちらも電気的に接続される。何らかの原因によりガス遮断器に遮断指令が入力されると、操作ロッド4が図示矢印3の左方向に瞬時に駆動される。これにより、固定接触子1の先端部と可動接触子2とが離間し、これらの間にアーク14が形成される。 The energization of the gas circuit breaker is performed by driving the operation rod 4 to the right of the arrow 3 in the figure and bringing the movable contact 2 into contact with the tip of the fixed contact 1 to close the pole. At this time, the nozzle retainer 11 and the fixed contactor 13 for energization also come into contact with each other and are also electrically connected. When a shutoff command is input to the gas circuit breaker for some reason, the operation rod 4 is instantaneously driven to the left of the arrow 3 shown in the figure. As a result, the tip of the fixed contact 1 and the movable contact 2 are separated from each other, and an arc 14 is formed between them.

このとき、パッファ室7内の絶縁ガスがパッファピストン6により圧縮され、圧縮された絶縁ガスが貫通孔9からノズル10内に吹き出される。吹き出されたガスは、固定接触子1と可動接触子2との離間部に位置するスロート部12に導かれ、アーク14を吹き消して遮断する。 At this time, the insulating gas in the puffer chamber 7 is compressed by the puffer piston 6, and the compressed insulating gas is blown out into the nozzle 10 from the through hole 9. The blown gas is guided to the throat portion 12 located at the separated portion between the fixed contact 1 and the movable contact 2, and blows out the arc 14 to shut it off.

この遮断過程において、ノズル10の内壁面は、20000Kにも及ぶ超高温のアーク14に曝される。このアークエネルギーにより、ノズル10を構成するフッ素樹脂が蒸発し、アブレーションガスが発生する。このため、スロート部12の近傍においては、ガス圧力が上昇する。この圧力上昇により、アーク14が速やかに消弧され、遮断性能が向上する。 In this blocking process, the inner wall surface of the nozzle 10 is exposed to an ultra-high temperature arc 14 as high as 20000 K. Due to this arc energy, the fluororesin constituting the nozzle 10 evaporates, and ablation gas is generated. Therefore, the gas pressure rises in the vicinity of the throat portion 12. Due to this pressure increase, the arc 14 is quickly extinguished and the breaking performance is improved.

なお、本発明は、本図の構成に限定されるものではなく、例えば、パッファ室7を有しないガス遮断器にも適用可能である。 The present invention is not limited to the configuration shown in this figure, and can be applied to, for example, a gas circuit breaker having no puffer chamber 7.

図2は、本実施形態のガス遮断器に用いるノズルの成分を示したものである。 FIG. 2 shows the components of the nozzle used in the gas circuit breaker of the present embodiment.

ノズル材料に用いられるフッ素樹脂としては、例えばポリテトラフルオロエチレン(PTFE)が挙げられる。通常、ポリテトラフルオロエチレンの成形材は、そのパウダーを原料として圧縮粉体成形法で製造される。 Examples of the fluororesin used for the nozzle material include polytetrafluoroethylene (PTFE). Usually, the polytetrafluoroethylene molding material is produced by a compression powder molding method using the powder as a raw material.

本図の左側には、ポリテトラフルオロエチレン粒子21、及び光を吸収する充填材(光吸収性粒子)である二硫化タングステン粒子22(WS)を混合した圧縮成形工程の前の状態を示す。一方、本図の右側には、圧縮成形工程の後の状態を示す。圧縮成形工程により作製された成形材は、マトリックス樹脂としてのポリテトラフルオロエチレン25、並びにポリテトラフルオロエチレン25に分散された二硫化タングステン粒子22を含むものである。ここで、大きく変形するのは、比較的軟らかい樹脂であるポリテトラフルオロエチレン25である。二硫化タングステン粒子22は、硬い物質であり、ほとんど変形しない。 The left side of this figure shows the state before the compression molding step in which the polytetrafluoroethylene particles 21 and the tungsten disulfide particles 22 (WS 2 ) which are the fillers (light-absorbing particles) that absorb light are mixed. .. On the other hand, the right side of this figure shows the state after the compression molding process. The molding material produced by the compression molding step contains polytetrafluoroethylene 25 as a matrix resin and tungsten disulfide particles 22 dispersed in the polytetrafluoroethylene 25. Here, it is polytetrafluoroethylene 25, which is a relatively soft resin, that is greatly deformed. The tungsten disulfide particles 22 are hard substances and hardly deform.

成形材を構成するポリテトラフルオロエチレンは、紫外領域から赤外領域にかけて光反射率は高いものの100%ではなく、ある程度の量の光が透過する。このため、充填材を含まない場合は、前述のとおり、ノズルを構成するポリテトラフルオロエチレンにおいては、電流遮断の際に生じる強力なアーク光がその奥部まで透過するため、ノズルの表層部や奥部にボイドが発生したり、部分的に炭化したりすることがある。 Polytetrafluoroethylene constituting the molding material has a high light reflectance from the ultraviolet region to the infrared region, but is not 100%, and a certain amount of light is transmitted. Therefore, when the filler is not included, as described above, in the polytetrafluoroethylene constituting the nozzle, the strong arc light generated at the time of current interruption is transmitted to the inner part thereof, so that the surface layer portion of the nozzle and the surface layer portion of the nozzle are not included. Voids may occur in the interior or may be partially carbonized.

本図の右側に示すように、成形材の下方から入射する光は、一部が二硫化タングステン粒子22に吸収され熱エネルギーに変換される。結果として、成形材の表層部を透過し、成形材の奥部に到達する光は、少ない。よって、入射する光のうち、吸収された光は、成形材の表層部で熱に変換され、この熱により表層部のポリテトラフルオロエチレン25が分解される。あるいは、アーク光のエネルギーで高温になった六フッ化硫黄ガスの熱により表層部のポリテトラフルオロエチレン25が分解される。これらは熱分解である。一方、表層部においては、入射する光のエネルギーにより直接分解されるポリテトラフルオロエチレン25もある。これは光分解である。 As shown on the right side of this figure, a part of the light incident from below the molding material is absorbed by the tungsten disulfide particles 22 and converted into heat energy. As a result, less light passes through the surface layer of the molded material and reaches the inner part of the molded material. Therefore, among the incident light, the absorbed light is converted into heat at the surface layer portion of the molding material, and this heat decomposes the polytetrafluoroethylene 25 at the surface layer portion. Alternatively, the polytetrafluoroethylene 25 on the surface layer is decomposed by the heat of sulfur hexafluoride gas, which has become hot due to the energy of arc light. These are pyrolysis. On the other hand, in the surface layer portion, there is also polytetrafluoroethylene 25 that is directly decomposed by the energy of incident light. This is photolysis.

いずれにしても、ポリテトラフルオロエチレン25の分解は、大部分が成形材の表層部で生じる。よって、充填材として二硫化タングステン粒子22を含む成形材においては、光が奥部にまで到達し、ボイドや炭化を生じることが少なくなる。 In any case, the decomposition of the polytetrafluoroethylene 25 occurs mostly in the surface layer portion of the molding material. Therefore, in the molding material containing the tungsten disulfide particles 22 as the filler, the light reaches the deep part and the voids and carbonization are less likely to occur.

このほか、フッ素樹脂としては、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)等を用いることができる。なお、ガス遮断器の長期信頼性の観点からは、フッ素樹脂を構成する元素として、塩素、酸素等が含まれない方がよい。 In addition, as the fluororesin, polyvinylidene fluoride (PVDF), tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer (FEP), or the like can be used. From the viewpoint of long-term reliability of the gas circuit breaker, it is preferable that chlorine, oxygen and the like are not contained as elements constituting the fluororesin.

本発明によれば、ガス遮断器に用いられるノズルの損耗を抑制し、ノズルの形状を維持するとともに、ノズルのアブレーションによる圧力上昇の効率を高くし、ガス遮断器の耐久性及び遮断性能をともに向上させることができる。これに伴い、高品質のガス遮断器を提供することができる。 According to the present invention, wear of the nozzle used in the gas circuit breaker is suppressed, the shape of the nozzle is maintained, the efficiency of pressure increase due to ablation of the nozzle is increased, and the durability and the circuit breaker performance of the gas circuit breaker are both improved. Can be improved. Along with this, it is possible to provide a high quality gas circuit breaker.

図3Aは、ポリテトラフルオロエチレンの光分解について説明するための模式図である。 FIG. 3A is a schematic diagram for explaining the photodecomposition of polytetrafluoroethylene.

本図においては、ポリテトラフルオロエチレンの分子の一部を示している。 In this figure, a part of the molecule of polytetrafluoroethylene is shown.

ポリテトラフルオロエチレンは、太陽光に含まれる300nm程度の波長の紫外線ではほとんど劣化しないことが知られるが、約300nm以下の更に短い波長のエネルギーが高い紫外線では化学結合が切断され、劣化する。このため、ノズル内部の光による劣化を防ぐためには、約300nm以下の短い波長領域の紫外線の侵入を防ぐ必要がある。また、光が当たった部分の化学結合が切断されることから、ポリテトラフルオロエチレン分子の結合は、ランダムに切断されると考えられる。 It is known that polytetrafluoroethylene is hardly deteriorated by ultraviolet rays having a wavelength of about 300 nm contained in sunlight, but chemical bonds are broken and deteriorated by ultraviolet rays having a shorter wavelength of about 300 nm or less and having high energy. Therefore, in order to prevent deterioration due to light inside the nozzle, it is necessary to prevent the intrusion of ultraviolet rays in a short wavelength region of about 300 nm or less. Further, since the chemical bond of the portion exposed to light is cleaved, it is considered that the bond of the polytetrafluoroethylene molecule is cleaved at random.

図3Bは、ポリテトラフルオロエチレンの熱分解反応を示したものである。 FIG. 3B shows the thermal decomposition reaction of polytetrafluoroethylene.

本図においては、ポリテトラフルオロエチレンの分子の熱による分解過程を化学反応式で示している。この反応は、二段階に分けて考えられる。第一段階では、ポリマーがモノマーに分解される。この反応は、500〜600℃程度で生じると考えられる。 In this figure, the thermal decomposition process of polytetrafluoroethylene molecules is shown by a chemical reaction formula. This reaction can be considered in two stages. In the first step, the polymer is broken down into monomers. This reaction is considered to occur at about 500 to 600 ° C.

第一段階で生じたモノマーは、アークによる高温度の状態において、原子に分解されると考えられる(第二段階)。この反応は、3000℃を超える温度で生じると考えられる。 The monomer produced in the first stage is considered to be decomposed into atoms in the high temperature state due to the arc (second stage). This reaction is believed to occur at temperatures above 3000 ° C.

アークの光エネルギーがノズルの構成要素に吸収された後、熱に変わることで、ノズルを構成するポリテトラフルオロエチレンが熱分解すると考えられる。 It is considered that the polytetrafluoroethylene constituting the nozzle is thermally decomposed by converting the light energy of the arc into heat after being absorbed by the components of the nozzle.

マトリックス樹脂であるポリテトラフルオロエチレンに光吸収性粒子を適度に分散させたノズルは、その表層部でアーク光を吸収することができる。これにより、ノズルの奥部へのアーク光の侵入を防ぐとともに、ノズル表面で吸収した光を熱に変換し、表層部のみを効率良く熱分解させることができ、アブレーションによるガス圧上昇を促進する。 A nozzle in which light-absorbing particles are appropriately dispersed in polytetrafluoroethylene, which is a matrix resin, can absorb arc light at its surface layer portion. This prevents arc light from entering the interior of the nozzle, converts the light absorbed on the nozzle surface into heat, and efficiently pyrolyzes only the surface layer, promoting an increase in gas pressure due to ablation. ..

光吸収性の充填材として、例えば、二硫化モリブデンのような黒色顔料を添加することにより、アーク光の特に約300nm以下の紫外線成分を吸収することができる。これにより、ノズル内部への侵入を防ぎ、紫外光によるフッ素樹脂の分解を抑制することができる。同時に、ノズルの表層部で吸収した幅広い波長領域の光を熱に変換することにより、ノズルの表層部のみを効率良く熱分解し、アブレーションによるガス圧上昇への寄与を高めることができる。 By adding a black pigment such as molybdenum disulfide as a light-absorbing filler, it is possible to absorb an ultraviolet component of arc light, particularly about 300 nm or less. As a result, it is possible to prevent the invasion into the inside of the nozzle and suppress the decomposition of the fluororesin by ultraviolet light. At the same time, by converting the light in a wide wavelength range absorbed by the surface layer portion of the nozzle into heat, only the surface layer portion of the nozzle can be efficiently thermally decomposed, and the contribution to the increase in gas pressure due to ablation can be enhanced.

本発明は、光吸収性の充填材として二硫化タングステン(WS)を分散させたことを特徴とする。二硫化タングステンは二硫化モリブデンよりも、さらに耐熱性が高いことが知られている。また、二硫化タングステンは二硫化モリブデンよりも分子量が大きく、揮発性が低い。このため、高温のアークに曝された際の充填材の損耗も少なくなり、ノズルの耐久性が、さらに高くなる。 The present invention is characterized in that tungsten disulfide (WS 2 ) is dispersed as a light-absorbing filler. Tungsten disulfide is known to have higher heat resistance than molybdenum disulfide. In addition, tungsten disulfide has a larger molecular weight and lower volatility than molybdenum disulfide. Therefore, the wear of the filler when exposed to the high temperature arc is also reduced, and the durability of the nozzle is further improved.

充填材として二硫化タングステンのみを用いることもできるが、二硫化モリブデンや他の黒色顔料やフッ素樹脂の光分解に寄与すると考えられる短波長の紫外線を吸収する紫外線吸収顔料、フッ素樹脂の光分解に寄与しない紫外領域から可視領域、赤外領域にかけての光を吸収する有色顔料と組み合わせて用いることも可能である。各々、複数の顔料を組み合わせることで、全波長領域の光を効率良く吸収することが可能となる。紫外線吸収顔料が表面で紫外線を吸収することで、ノズル内部の光分解を抑制するとともに、有色顔料が可視領域、赤外領域も含めた波長の光を吸収することで、表面のみを効率良く熱分解することができる。紫外線吸収顔料としては、例えば、酸化チタン(TiO)、酸化亜鉛(ZnO)といった無機顔料のほか、有機系の紫外線吸収材も用いることができる。また、有色顔料としては、群青、コバルトブルーといった無機顔料のほか、フタロシアニン顔料といった有機顔料を用いることができる。なお、黒色顔料としてはカーボンが良く知られるが、ノズルには高い絶縁性能が要求されることから、絶縁性の充填材の方がより好ましく用いることができる。 Although only tungsten disulfide can be used as the filler, it can be used for photodecomposition of molybdenum disulfide, other black pigments, UV-absorbing pigments that absorb short-wavelength ultraviolet rays that are thought to contribute to the photo-decomposition of fluororesins, and fluororesins. It can also be used in combination with a colored pigment that absorbs light from the ultraviolet region to the visible region and the infrared region, which do not contribute. By combining a plurality of pigments, it is possible to efficiently absorb light in the entire wavelength region. The ultraviolet absorbing pigment absorbs ultraviolet rays on the surface to suppress photodecomposition inside the nozzle, and the colored pigment absorbs light of wavelengths including the visible region and the infrared region to efficiently heat only the surface. Can be disassembled. As the ultraviolet absorbing pigment, for example, an inorganic pigment such as titanium oxide (TiO 2 ) and zinc oxide (ZnO), as well as an organic ultraviolet absorbing material can be used. Further, as the colored pigment, in addition to an inorganic pigment such as ultramarine blue and cobalt blue, an organic pigment such as a phthalocyanine pigment can be used. Although carbon is well known as a black pigment, an insulating filler can be more preferably used because the nozzle is required to have high insulating performance.

また、同時に、光を反射する充填材として、白色顔料と組み合わせて用いることも可能である。紫外領域から赤外領域にかけて幅広い波長領域の光を反射する白色顔料を好ましく用いることができる。例えば、窒化ホウ素(BN)のような白色顔料を添加することで、紫外線を反射することができる。これにより、ノズル内部の光による劣化を防ぐことが可能となる。他に、アルミナ(Al)、酸化チタン(TiO)、酸化亜鉛(ZnO)などを好ましく用いることができる。 At the same time, it can also be used in combination with a white pigment as a filler that reflects light. A white pigment that reflects light in a wide wavelength range from the ultraviolet region to the infrared region can be preferably used. For example, by adding a white pigment such as boron nitride (BN), ultraviolet rays can be reflected. This makes it possible to prevent deterioration due to light inside the nozzle. In addition, alumina (Al 2 O 3 ), titanium oxide (TIO 2 ), zinc oxide (Zn O) and the like can be preferably used.

二硫化タングステンと組み合わせる光吸収性の充填材、あるいは光反射性の充填材として耐熱性が高いものを選ぶことによって、ノズルの耐熱性、耐久性をより高くすることができる。 By selecting a light-absorbing filler combined with tungsten disulfide or a light-reflecting filler having high heat resistance, the heat resistance and durability of the nozzle can be further improved.

なお、充填材は、絶縁物であることが望ましい。 The filler is preferably an insulating material.

光を吸収する充填材の粒径は、光の波長よりも十分に大きいほうが好ましく、平均粒径が1〜30μmのものを好ましく用いることができる。光を反射する充填材の粒径は、光の波長よりも十分に大きいほうが好ましく、平均粒径が1〜30μmのものを好ましく用いることができる。なお、粒径は、レーザー回折法により測定した。平均粒径は、個数基準のメジアン径D50を採用した。 The particle size of the filler that absorbs light is preferably sufficiently larger than the wavelength of light, and those having an average particle size of 1 to 30 μm can be preferably used. The particle size of the filler that reflects light is preferably sufficiently larger than the wavelength of light, and those having an average particle size of 1 to 30 μm can be preferably used. The particle size was measured by a laser diffraction method. For the average particle size, a median diameter D 50 based on the number was adopted.

なお、本発明は、上記の実施形態において例示したものに限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記の例は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、上記の例の構成の一部を他の例の構成に置き換えることが可能であり、また、上記の例の構成に他の例の構成を加えることも可能である。また、それぞれの例に示す構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。本実施例では記載していないが、固定子と接触子は共に駆動する双駆動式のガス遮断器についても本発明は適用可能である。 The present invention is not limited to those exemplified in the above embodiments, and includes various modifications. For example, the above examples have been described in detail for the purpose of explaining the present invention in an easy-to-understand manner, and are not necessarily limited to those having all the described configurations. Further, it is possible to replace a part of the configuration of the above example with the configuration of another example, and it is also possible to add the configuration of another example to the configuration of the above example. In addition, it is possible to add / delete / replace some of the configurations shown in each example with other configurations. Although not described in this embodiment, the present invention can also be applied to a twin-drive type gas circuit breaker in which both the stator and the contact are driven.

1:固定接触子、2:可動接触子、4:操作ロッド、5:パッファシリンダ、6:パッファピストン、7:パッファ室、9:貫通孔、10:ノズル、11:通電用可動接触子、12:スロート部、13:通電用固定接触子。 1: Fixed contact, 2: Movable contact, 4: Operation rod, 5: Puffer cylinder, 6: Puffer piston, 7: Puffer chamber, 9: Through hole, 10: Nozzle, 11: Movable contact for energization, 12 : Throat part, 13: Fixed contact for energization.

Claims (7)

電流を断続する第一の接触子と、
前記第一の接触子と接離可能に対向して配置される第二の接触子と、
前記第一及び第二の接触子との接離部を包囲して筒状のノズルと、を備えるガス遮断器であって、
前記ガス遮断器が開極の際に前記第一の接触子と前記第二の接触子との間に発生するアークを消弧する機能を有し、
前記ノズルは、マトリックス樹脂二硫化タングステン(WSが充填材として分散された成形材で構成されているガス遮断器。
With the first contact that interrupts the current,
A second contact that is arranged so as to be separably opposed to the first contact,
A gas circuit breaker comprising a cylindrical nozzle that surrounds the contact / detachment portions with the first and second contacts.
The gas circuit breaker has a function of extinguishing an arc generated between the first contactor and the second contactor when the pole is opened.
The nozzle is tungsten disulfide to the matrix resin (WS 2) is a gas circuit breaker is configured in a distributed profiled as a filler.
請求項1に記載のガス遮断器であって、
前記マトリックス樹脂が絶縁物で構成されていることを特徴とするガス遮断器。
The gas circuit breaker according to claim 1.
A gas circuit breaker characterized in that the matrix resin is composed of an insulating material.
請求項1または2に記載のガス遮断器であって、
前記マトリックス樹脂がフッ素樹脂からなること特徴とするガス遮断器。
The gas circuit breaker according to claim 1 or 2.
A gas circuit breaker characterized in that the matrix resin is made of a fluororesin.
請求項に記載のガス遮断器であって、
前記フッ素樹脂がポリテトラフルオロエチレン(PTFE)であることを特徴とするガス遮断器。
The gas circuit breaker according to claim 3.
A gas circuit breaker characterized in that the fluororesin is polytetrafluoroethylene (PTFE).
請求項乃至のいずれか1項に記載のガス遮断器であって、
前記充填材として黒色顔料を添加することを特徴とするガス遮断器。
The gas circuit breaker according to any one of claims 1 to 4.
A gas circuit breaker characterized by adding a black pigment as the filler.
請求項乃至のいずれか1項に記載のガス遮断器であって、
前記充填材として紫外線吸収剤を添加することを特徴とするガス遮断器。
The gas circuit breaker according to any one of claims 1 to 4.
A gas circuit breaker characterized by adding an ultraviolet absorber as the filler.
請求項乃至のいずれか1項に記載のガス遮断器であって、
前記充填材の平均粒径が1〜30μmであることを特徴とするガス遮断器。
The gas circuit breaker according to any one of claims 1 to 6.
A gas circuit breaker characterized in that the average particle size of the filler is 1 to 30 μm.
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