JPH03245427A - Buffer type gas-blast circuit breaker - Google Patents

Buffer type gas-blast circuit breaker

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JPH03245427A
JPH03245427A JP3828690A JP3828690A JPH03245427A JP H03245427 A JPH03245427 A JP H03245427A JP 3828690 A JP3828690 A JP 3828690A JP 3828690 A JP3828690 A JP 3828690A JP H03245427 A JPH03245427 A JP H03245427A
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JP
Japan
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nozzle
arc
energy
circuit breaker
puffer
Prior art date
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Application number
JP3828690A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshiaki Inohara
俊明 猪原
Toshiyuki Nakano
俊之 中野
Masayuki Ishikawa
雅之 石川
Tetsuya Nakamoto
哲哉 中本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Publication of JPH03245427A publication Critical patent/JPH03245427A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/70Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/7015Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid characterised by flow directing elements associated with contacts
    • H01H33/7076Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid characterised by flow directing elements associated with contacts characterised by the use of special materials

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  • Circuit Breakers (AREA)

Abstract

PURPOSE:To restrain deterioration of dielectric strength and breaking performance to the minimum at the time of exposure to an arc by making a nozzle of a heat resistant resin. CONSTITUTION:A nozzle is made of a tetrafluoroethylene resin 1 filled with a carbide boron nitride 2. A filing amount of the boron 2 mixed into the resin 1 is 20vol% or less, and an average particle diameter thereof is 10mum or less. Upon irradiation of arc energy 3 to the nozzle, a light reflection coefficient is so high that most of the energy irradiated to the nozzle is reflected to become reflected light 4 which cannot intrude into the nozzle. Although only a little amount of arc energy 5 intrudes into the nozzle, the energy 5 can be speedily diffused because of a remarkably high thermal conductivity of the carbon boron nitride, thereby preventing any concentration of heat on a local portion.

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的コ (産業上の利用分野) 本発明は、パッファ形ガス遮断器に係るものであって、
特に、その遮断時において消弧ガスをア一りに吹付ける
ノズルの耐アーク性の向上を可能としたパッファ形ガス
遮断器に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] [Object of the Invention (Industrial Application Field) The present invention relates to a puffer type gas circuit breaker,
In particular, the present invention relates to a puffer-type gas circuit breaker that can improve the arc resistance of a nozzle that sprays arc-extinguishing gas all the way when the circuit is shut off.

(従来の技術) ガス遮断器において、電流を遮断する動作を行うと、固
定及び可動電極間にアークが発生する。
(Prior Art) In a gas circuit breaker, when an operation is performed to interrupt current, an arc is generated between the fixed and movable electrodes.

このアークを消弧させるために、従来、弗素樹脂から成
る絶縁性のノズルからSF6ガスなどの絶縁ガス流をア
ークに吹付けるパッファ形ガス遮断器が採用されている
。このパッファ形ガス遮断器は、哨弧性ガスを充填した
容器内に接離可能な固定接触子及び可動接触子を有し、
可動接触子部に設けられたパッファピストンとパッファ
シリンダとから成るパッファ室を圧縮することによって
、消弧性ガスを圧縮してノズル部に導き、固定・可動接
触子間に発生したアークに吹付けて消弧せしめるもので
ある。
In order to extinguish this arc, a puffer type gas circuit breaker has conventionally been used in which a flow of insulating gas such as SF6 gas is sprayed onto the arc from an insulating nozzle made of fluororesin. This puffer type gas circuit breaker has a fixed contact and a movable contact that can be connected and separated in a container filled with arc-propelling gas,
By compressing the puffer chamber consisting of a puffer piston and a puffer cylinder installed in the movable contact section, arc-extinguishing gas is compressed and guided to the nozzle section, where it is sprayed onto the arc generated between the fixed and movable contact sections. This is to extinguish the arc.

ところで、このようなパッファ形ガス遮断器において、
弗素樹脂から成る絶縁物がアークに晒されると、アーク
から放射されたエネルギーが弗素樹脂の内部にまで浸透
して吸収され、ノズル内部にボイドの発生あるいは炭化
現象を引起こし、絶縁性能を著しく低下させると共に、
ノズル材料の損耗を引起こし、ガス流の状態を当初と異
なったものとして遮断性能の低下を引起こすという可能
性があった。
By the way, in such a puffer type gas circuit breaker,
When an insulator made of fluororesin is exposed to an arc, the energy radiated from the arc penetrates into the interior of the fluororesin and is absorbed, causing voids or carbonization inside the nozzle, significantly reducing insulation performance. Along with letting
There was a possibility that the nozzle material would be worn out and the gas flow state would be different from the original, resulting in a decrease in the shutoff performance.

これを防ぐために特公昭49−17654号公報に記載
の発明では、四弗化エチレン樹脂にアルミナ粉末を0.
1重量%〜50重量%均一に分散することにより、アー
クエネルギーがノズル内部に侵入するの遮断した耐アー
ク性に優れた四弗化エチレン樹脂製のノズルが提案され
ている。また、特公昭48−38216号公報に記載の
発明では、CaF2 、 MgF’2.SbS、BaS
O4,BN(窒化ホウ素)等の充填剤を、四弗化エチレ
ン−エチレン共重合体に充填することにより、耐アーク
性能を向上させたノズルが提案されている。更に、特公
昭53−28216号公報に記載の発明では、弗素樹脂
に無機質充填剤を混入することで、耐アーク性能に優れ
たノズルを得る提案がなされている。
In order to prevent this, in the invention described in Japanese Patent Publication No. 17654/1986, 0.00% alumina powder is added to tetrafluoroethylene resin.
A nozzle made of polytetrafluoroethylene resin has been proposed that has excellent arc resistance and is uniformly dispersed in a range of 1% to 50% by weight to prevent arc energy from entering the nozzle. Further, in the invention described in Japanese Patent Publication No. 48-38216, CaF2, MgF'2. SbS, BaS
Nozzles have been proposed that have improved arc resistance by filling tetrafluoroethylene-ethylene copolymers with fillers such as O4 and BN (boron nitride). Furthermore, the invention described in Japanese Patent Publication No. 53-28216 proposes to obtain a nozzle with excellent arc resistance by mixing an inorganic filler into a fluororesin.

これらの従来技術は、いずれもアークから発生するエネ
ルギー線がノズルに照射された場合でも、ノズルを構成
する四弗化エチレン樹脂や弗素樹脂混入されたアルミナ
等の充填剤によって遮蔽され、ノズルの深部にまでは劣
化が進行しないことを意図したものである。
In all of these conventional technologies, even when the nozzle is irradiated with energy rays generated from an arc, they are shielded by the filler such as tetrafluoroethylene resin or alumina mixed with fluororesin that makes up the nozzle, and the energy rays do not reach the deep part of the nozzle. The intention is to prevent deterioration from progressing until

(発明が解決しようとする課題) 確かに、前記のようなアルミナ粉末を充填する技術によ
れば、アークエネルギーの遮蔽効果は発揮されるものの
、近年進められているガス遮断器の大容量化によってア
ークエネルギーが将来において現状以上に増大すれば、
その効果にも限界を生じ、ノズルの持つ重要機能である
絶縁性能が低下する可能性が認められる。そのため、前
記のようなアルミナ粉末等の充填剤に代わり、ガス遮断
器の大容量化にも対応できるノズル材料の開発が要望さ
れている。
(Problem to be solved by the invention) Although it is true that the technique of filling alumina powder as described above has the effect of shielding arc energy, the recent increase in the capacity of gas circuit breakers If arc energy increases beyond the current level in the future,
It is recognized that there is a limit to its effectiveness, and that the insulation performance, which is an important function of the nozzle, may deteriorate. Therefore, there is a demand for the development of a nozzle material that can accommodate larger capacity gas circuit breakers in place of fillers such as alumina powder as described above.

本発明は以上の課題に鑑みて提案されたもので、その目
的は、アークに晒された際の絶縁耐力並びに遮断性能の
低下を最小限に抑制することの可能なノズルを備えたパ
ッファ形ガス遮断器を提供することにある。
The present invention was proposed in view of the above problems, and its purpose is to provide a puffer-shaped gas with a nozzle that can minimize the deterioration of dielectric strength and breaking performance when exposed to arc. Our goal is to provide circuit breakers.

[発明の構成] (課題を解決するための手段) 上記の目的を達成するため、本発明のパッファ形ガス遮
断器では、炭窒化ホウ素(BNC)粉末を含む四弗化エ
チレン樹脂などの耐熱性樹脂によってノズルを構成する
[Structure of the Invention] (Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, the puffer type gas circuit breaker of the present invention uses a heat-resistant ethylene tetrafluoride resin containing boron carbonitride (BNC) powder. The nozzle is made of resin.

(作用) 本発明のパッファ形ガス遮断器では、ノズルを構成する
四弗化エチレン樹脂などの耐熱性樹脂には炭窒化ホウ素
が充填剤として混入されているが、この炭窒化ホウ素は
融点が非常に高く熱伝導率も高いため、ノズルに侵入し
たアークエネルギーは速やかに拡散される。また、この
充填剤は化学的にも安定であるため、アークに晒された
際に部分的に生じる四弗化エチレン樹脂などの非常に高
温の分解ガスにも反応することがなく、これらの特性に
より、ノズルとして優れた耐アーク性能を発揮する。
(Function) In the puffer type gas circuit breaker of the present invention, boron carbonitride is mixed as a filler in the heat-resistant resin such as tetrafluoroethylene resin constituting the nozzle, but this boron carbonitride has a very high melting point. Because it has a high thermal conductivity and high thermal conductivity, the arc energy that enters the nozzle is quickly diffused. Additionally, this filler is chemically stable, so it does not react with extremely hot decomposed gases such as tetrafluoroethylene resin that partially form when exposed to an arc, and these properties This provides excellent arc resistance as a nozzle.

(実施例) 以下、第1図及び第2図を用いて本発明の一実施例を説
明する。
(Example) Hereinafter, an example of the present invention will be described using FIGS. 1 and 2.

本実施例によるガス遮断器のノズルには、四弗化エチレ
ン樹脂に炭窒化ホウ素を充填した材料が用いられている
。即ち、第1図は、本実施例のパッファ形ガス遮断器の
ノズル内部の粒子構成の概略を示す拡大断面図で、本実
施例において、四弗化エチレン樹脂1内に混入される炭
窒化ホウ素2の充填量は20容量%以下で、しかも炭窒
化ホウ素2の平均粒径は10μm以下となっている。な
お、四弗化エチレン粒子の粒径は、一般的に10〜10
0μmであるから、四弗化エチレン粒子の間隙を炭窒化
ホウ素粒子が埋めた構造となっている。
The nozzle of the gas circuit breaker according to this embodiment uses a material in which tetrafluoroethylene resin is filled with boron carbonitride. That is, FIG. 1 is an enlarged cross-sectional view showing the outline of the particle structure inside the nozzle of the puffer type gas circuit breaker of this example. The filling amount of boron carbonitride 2 is 20% by volume or less, and the average particle size of boron carbonitride 2 is 10 μm or less. In addition, the particle size of tetrafluoroethylene particles is generally 10 to 10
Since it is 0 μm, the structure is such that boron carbonitride particles fill the gaps between the tetrafluoroethylene particles.

次に、第1図を用いて本実施例の作用を説明する。本実
施例のノズルにアークエネルギー3が照射された場合、
炭窒化ホウ素粒子は白色であるため光反射率は高い。こ
の結果、ノズルに入射したアークエネルギーの大部分は
反射され、反射光4となってノズル内部に侵入しない。
Next, the operation of this embodiment will be explained using FIG. When the nozzle of this example is irradiated with arc energy 3,
Since boron carbonitride particles are white, their light reflectance is high. As a result, most of the arc energy incident on the nozzle is reflected, becomes reflected light 4, and does not enter into the inside of the nozzle.

わずかなアークエネルギー5がノズルの内部に侵入する
が、炭窒化ホウ素の熱伝導率は、ノズルがアークに晒さ
れる数百度の温度領域で27[W/m−K]と、従来知
られていた窒化ホウ素の約3倍と非常に高いため、速や
かに拡散され、熱が局部に集中することがない。
Although a small amount of arc energy5 penetrates into the interior of the nozzle, the thermal conductivity of boron carbonitride was previously known to be 27 [W/m-K] in the temperature range of several hundred degrees where the nozzle is exposed to the arc. Since it has a very high temperature of about three times that of boron nitride, it is quickly diffused and heat is not concentrated locally.

以−Lの作用により、本実施例におけるパッファ形ガス
遮断器では、ノズルに吸収されるアークエネルギーを最
小限に抑えることが可能となると共に、吸収されたわず
かなアークエネルギーを速やかに拡散することが可能と
なり、アークに晒された際の絶縁耐力並びに遮断性能の
低下を最小限に抑制することが可能となる。
Due to the effects of the following L, the puffer type gas circuit breaker in this embodiment can minimize the arc energy absorbed by the nozzle, and can quickly diffuse the small amount of arc energy absorbed. This makes it possible to minimize the deterioration of dielectric strength and interrupting performance when exposed to arc.

特に、本実施fi1で採用した炭窒化ホウ素は、は、表
1に示す通り、融点が約3000℃と非常に高くかつ熱
伝導性が高く、電気特性も優れている。
In particular, boron carbonitride employed in this embodiment fi1 has a very high melting point of about 3000° C., high thermal conductivity, and excellent electrical properties, as shown in Table 1.

更に化学的にも安定なためアークに晒された際に部分的
に生じる四弗化エチレン樹脂の非常に高温の分解ガスに
も反応しないという優れた特性を有しており、これらの
特性のためノズルとして優れた耐アーク性能が得られる
。(以下余白)表1(充填剤の特性比較) BN・・・窒化ホウ素 * PTFE・・・四弗化エチレン樹脂BNC・・・炭
窒化ホウ素 ■数百度の温度領域でのデータ ■同容量%混入した時のノズル相の熱伝導性また、四弗
化エチレン樹脂にズ・1する炭窒化ホウ素の充填量と、
一定のエネルギーを注入した場合の材料の消耗量及び引
っ張り強さの関係を第2図に示す。この図から明らかな
通り、一定のエネルギーを注入した場合の材料の消耗量
は指数関数的に小さくなり、反面引っ張り強さは充填量
の増加に従って低下している。パッファ形ガス遮断器は
遮断時に大きなガス流を伴いノズルは大きな衝撃力を受
けることから、機械的強度に優れたものが要求される。
Furthermore, because it is chemically stable, it has the excellent property of not reacting to the extremely high temperature decomposition gas of tetrafluoroethylene resin that is partially generated when exposed to an arc. Excellent arc resistance performance can be obtained as a nozzle. (Left below) Table 1 (Characteristic comparison of fillers) BN...Boron nitride* PTFE...Tetrafluoroethylene resin BNC...Boron carbonitride ■Data in a temperature range of several hundred degrees■Same volume % mixing The thermal conductivity of the nozzle phase when
Figure 2 shows the relationship between the amount of material consumption and tensile strength when a certain amount of energy is injected. As is clear from this figure, the amount of material consumed when a constant amount of energy is injected decreases exponentially, while the tensile strength decreases as the filling amount increases. When a puffer type gas circuit breaker is shut off, a large gas flow occurs and the nozzle is subjected to a large impact force, so it is required to have excellent mechanical strength.

従って、無制限に充填剤を加えることができる訳ではな
く、これらのデータと成型性(充填量が多いほど成型が
難しくなる)それに電気特性(充填量が少ないほど誘電
率が小さく電気的には望ましい)から、炭窒化ホウ素の
充填量は20容量%以下、望ましくは3〜15%が適し
ている。なお、第2図から明らかな通り、本発用の炭窒
化ホウ素(BNC)は、従来の窒化ホウ素(BN)に比
較し、同容量比同一条件で成型した場合、ノズル全体の
機械的強度が優れている。
Therefore, it is not possible to add fillers without limit, and these data, moldability (the larger the amount of filling, the more difficult it is to mold), and electrical properties (the smaller the amount of filling, the smaller the dielectric constant, which is desirable electrically) ), it is suitable that the filling amount of boron carbonitride is 20% by volume or less, preferably 3 to 15%. As is clear from Figure 2, compared to conventional boron nitride (BN), the mechanical strength of the entire nozzle is lower when the boron carbonitride (BNC) used in this invention is molded under the same capacity ratio and under the same conditions. Are better.

更に、炭窒化ホウ素の平均粒径は機械的強度と大きな関
連があり、加工性(加工表面の平滑度)や耐アーク性も
検討して、平均粒径は10μm以下が最適であることが
判明した。
Furthermore, the average particle size of boron carbonitride has a strong relationship with mechanical strength, and after considering workability (smoothness of the machined surface) and arc resistance, it was found that an average particle size of 10 μm or less is optimal. did.

(他の実施例) 前記実施例においては、四弗化エチレンに充填する炭窒
化ホウ素の平均粒子径を10μm以下としたが、この粒
子径には特に限定がなく、本実施例のように1種類の粒
径等級からなる炭窒化ホウ素を使用しても良いし、複数
種類の平均粒子径を有する炭窒化ホウ素を充填しても良
い。更に、このような炭窒化ホウ素に加えて、繊維や他
の無機質充填剤、B2O3、MgO1Mgなどを添加す
ることも可能である。また、ノズルを構成する樹脂とし
ても、前記四弗化エチレン樹脂以外に、池の耐熱性の優
れた弗素系樹脂や他の耐熱性樹脂の使用も可能である。
(Other Examples) In the above examples, the average particle size of boron carbonitride filled in tetrafluoroethylene was set to 10 μm or less, but there is no particular limitation on this particle size, and as in this example, 1 μm or less was used. Boron carbonitride having different particle size grades may be used, or boron carbonitride having different average particle sizes may be filled. Furthermore, in addition to such boron carbonitride, it is also possible to add fibers, other inorganic fillers, B2O3, MgO1Mg, etc. Further, as the resin constituting the nozzle, in addition to the above-mentioned tetrafluoroethylene resin, it is also possible to use a fluorine-based resin having excellent heat resistance or other heat-resistant resins.

[発明の効果] 以上説明した如く、本発明においては、ノズルを炭窒化
ホウ素によって構成したので、ノズルに吸収されるアー
クエネルギーを最小限に抑えることが可能となると共に
、吸収されたわずかなアークエネルギーを速やかに拡散
することが可能となり、アークに晒された際の絶縁耐力
並びに遮断性能の低下を最小限に抑制することの可能な
ノズルを備えたパッファ形ガス遮断器を提供することが
可能となる。
[Effects of the Invention] As explained above, in the present invention, since the nozzle is made of boron carbonitride, it is possible to minimize the arc energy absorbed by the nozzle, and to minimize the amount of arc energy absorbed by the nozzle. It is possible to provide a puffer-type gas circuit breaker equipped with a nozzle that can quickly diffuse energy and minimize deterioration in dielectric strength and breaking performance when exposed to arc. becomes.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は、本発明のガス遮断器の一実施例におけるノズ
ル内部の粒子構成及び入射したアークエネルギーの進行
経路を示す拡大断面図、第2図は、炭窒化ホウ素の充填
量と一定のエネルギーを注入した場合の材料の消耗量及
び引っ張り強さの関係を示すグラフである。 1・・・四弗化エチレン樹脂、2・・・炭窒化ホウ素粒
子、3・・・ノズル表面へ入射するアークエネルギー4
・・・反射されたアークエネルギー 5・・・ノズル内
部へ浸透したアークエネルギー
Fig. 1 is an enlarged sectional view showing the particle structure inside the nozzle and the traveling path of the incident arc energy in an embodiment of the gas circuit breaker of the present invention, and Fig. 2 shows the filling amount of boron carbonitride and the constant energy. It is a graph showing the relationship between the amount of material consumption and tensile strength when injected. 1... Tetrafluoroethylene resin, 2... Boron carbonitride particles, 3... Arc energy incident on the nozzle surface 4
...Reflected arc energy 5...Arc energy that penetrated into the nozzle

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)消弧性ガスを充填した容器内に接離可能な固定接
触子及び可動接触子を有し、可動接触子部に設けられた
パッファピストンとパッファシリンダとから成るパッフ
ァ室を圧縮することによって、消弧性ガスを圧縮してノ
ズル部に導き、固定・可動接触子間に発生したアークに
吹付けて消弧せしめる消弧室を有するパッファ形ガス遮
断器において、 前記ノズルが、炭窒化ホウ素粉末を含む耐熱性樹脂によ
って構成されていることを特徴とするパッファ形ガス遮
断器。
(1) A container filled with arc-extinguishing gas has a fixed contact and a movable contact that can be moved in and out, and compresses a puffer chamber consisting of a puffer piston and a puffer cylinder provided in the movable contact. In a puffer-type gas circuit breaker having an arc-extinguishing chamber that compresses arc-extinguishing gas and guides it to the nozzle part and extinguishes the arc generated between the fixed and movable contacts, the nozzle is carbonitrided. A puffer-type gas circuit breaker characterized by being made of a heat-resistant resin containing boron powder.
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