JPH05298975A - パッファ形ガス遮断器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 絶縁耐力並びにアークに晒された際の遮断性
能の低下を最小限に抑制することの可能なノズルを供え
たパッファ形ガス遮断器を提供する。 【構成】 絶縁ノズル１の母材である四弗化エチレン樹
脂２中に、高光反射率性の材料としてアルミナ（Ａｌ2
Ｏ3 ）４が、また低熱伝導率性の材料として窒化ホウ素
（ＢＮ）７が充填されている。これら各充填剤の充填量
としては、これら充填剤を混入することにより四弗化エ
チレン樹脂本来の機械的強度が低下することを勘案すれ
ばそれぞれの材料につき１０重量％が上限となる。ノズ
ル材料の光アブレーションは窒化ホウ素７が光を反射す
ることで抑制され、昇華はアルミナ４が熱伝導を妨げる
ことで抑制できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ノズル部分に改良を施
したパッファ形ガス遮断器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ガス遮断器において、電流を遮断する動
作を行なうと固定及び可動電極間にアークが発生する。
このアークを消弧させるために従来、弗素樹脂からなる
絶縁性のノズルからＳＦ６ガス流をアークに吹き付ける
パッファ形ガス遮断器が知られている。このパッファ形
ガス遮断器は、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な
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
ークに吹き付けて消弧せしめる消弧室を有するものであ
る。

【０００３】しかし、このようなパッファ形ガス遮断器
において、絶縁ノズルを構成する弗素樹脂などの絶縁物
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侵入して吸収され、ノズル内
部にボイドの発生あるいは炭化現象を引き起こし、絶縁
性能を著しく抵下させるとともにノズル材料の損耗を引
き起こし、ガス流の状態を当初と異なったものとしてし
まい、遮断性能の低下を引き起こすという可能性があっ
た。

【０００４】これを防ぐために特公平１−４５６９０号
公報に記載の発明では、ノズル中の少なくともアークに
晒される部分の表層部を、高熱伝導性無機粉末及び１μ
ｍ以下の平均粒径を有する顔料粒子とを含む弗素樹脂に
より構成し、顔料粒子により吸収されたアークエネルギ
ーを高熱伝導性無機粉末により速やかに拡散するととも
に、粒径の小さな顔料粒子を弗素樹脂及び無機粉末粒子
の間隙に充填することにより亀裂の発生を防いでいる。

【０００５】また、特公平１−３７８２２号公報に記載
の発明では、アークエネルギーがノズル内部に侵入して
吸収されることが本質的に絶縁を劣化させる原因である
として、ノズルを窒化ホウ素粉末を含む弗素樹脂から構
成して、その光反射率を６０％以上とし、アークエネル
ギーがノズルに吸収されることを防いでいる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、顔料粒
子を充填してアークエネルギーを吸収させるようにした
特公平１−４５６９０号の発明では、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、それがいかに速やか
に拡散されようとも、特公平１−３７８２２号公報に記
載のように、絶縁が劣化する原因となる可能性のあるこ
とは避けられない。また、特公平１−３７８２２号の発
明では、ノズルを窒化ホウ素粉末を含む弗素樹脂から構
成して組成物の光反射率を６０％以上としても、光反射
率を完全に１００％とすることは不可能であり、アーク
エネルギーが増大すれば吸収されたアークエネルギーに
よって弗素樹脂及び窒化ホウ素粉末粒子の間隙に亀裂が
発生する可能性のあることを避けることはできない。

【０００７】このように従来の技術は互いに矛盾した効
果を要求されており、これらを完全に満足することはで
きなかった。これらの矛盾は、従来技術がガス遮断器ノ
ズルとアークとの相互作用を十分に理解していないこと
からくるものであり、これらの要求を満足したパッファ
形ガス遮断器の出現が望まれていた。

【０００８】本発明は以上の課題に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、絶縁耐力並びにアークに晒された
際の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。

【０００９】

【課題を解決するための手設】上記の目的を達成するた
め、請求項１のパッファ形ガス遮断器は、複数の無機充
填剤を含む四弗化エチレン樹脂から絶縁ノズルを構成
し、かつこれらの無機充填剤のうちーつが窒化ホウ素
（ＢＮ）などの高光反射率性の材料で、他のーつがアル
ミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）などの前者に比較して低熱伝導率性
の材料からなるように構成した。

【００１０】また、請求項２のパッファ形ガス遮断器
は、前記充填剤のうち、高光反射率性の材料を、ノズル
母材の少なくとも内壁全体に充填し、低熱伝導率性の材
料の充填量を場所ごとに変化させて主にノズルスロート
部に充填するように構成した。

【００１１】

【作用】上記の構成を有する請求項１のパッファ形ガス
遮断器では、ノズル部材で発生する複数の損耗機構を差
別化し、それぞれの損耗現象を抑制するのに適した複数
の充填剤を充填することにより、絶縁耐力並びにアーク
に晒された際の遮断性能の低下を最少限に抑制すること
が可能となる。

【００１２】また、請求項２のパッファ形ガス遮断器で
は、光エネルギーによる光アブレーションが発生するノ
ズルの内壁全体に高光反射率性の材料を充填し、アーク
とノズルとの間で熱伝導による熱の授受が発生し得るス
ロート部には低熱伝導率性の材料を充填したので、アー
クエネルギーを効果的に反射並びに遮断することが可能
となり、ノズルの劣化を防止できる。

【００１３】

【実施例】

（１）第１実施例

【００１４】以下、図１を用いて本発明の第１実施例の
構成を説明する。図１は、第１実施例によるパッファ形
ガス遮断器のノズル部分を拡大して示す断面図である。
同図中１は絶縁ノズルであり、この絶縁ノズル１の母材
である四弗化エチレン樹脂２中に、高光反射率性の材料
としてアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）４が、また低熱伝導率性
の材料として窒化ホウ素（ＢＮ）７が充填されている。
これら各充填剤の充填量としては、これら充填剤を混入
することにより四弗化エチレン樹脂本来の機械的強度が
低下することを勘案すればそれぞれの材料につき１０重
量％が上限となる。

【００１５】次に、図２及び図３を用いて本実施例の作
用を説明する。図２には投入状態におけるガス遮断器の
ノズル１、可動及び固定アーク接触子８及び９の状況を
示す。この状態では、電流は接触状態にある可動及び同
定アーク接触子８及び９を通じて流れ、電極間にアーク
は存在しない。このガス遮断器に遮断指令が付与され、
図示していない駆動機構が動作して遮断動作を行なう
と、図２中の絶縁ノズル１及び可動アーク接触子８が一
体となって図中左方へ駆動される。この結果、可動アー
ク接触子８と固定アーク接触子９が解離し、両接触子間
にアーク１０が発生する。この時、電力送電系統におけ
る短絡電流は数万アンぺアにも達し、この電流を遮断す
る際に発生するアークの温度は２００００℃を越える場
合もある。そのため、この様な高温のアークの周囲にあ
る絶縁ノズル１はアーク１０から発生する熱に晒され
る。

【００１６】一般に、熱の移動には対流、放射、熱伝導
の三種類があることは良く知られている。このうち、対
流は高温のガスの移動に伴う熱の移動であり、ガス遮断
器においては、図３中図示していないパッファシリンダ
内のガスの圧縮に伴い、 (1) ガス流路１１からノズル１と固定アーク接触子９と
の間隙１２を通じて、ノズル下流測へ流れるガス流１
３、(2) ガス流路１１から可動アーク接触子８の中空部
１４を通じて、図示していない図３左方へ流れるガス流
１５、の二つのガス流に依存し、ノズル１とアーク１０
の間の熱の授受には寄与しない。従って、残る放射及び
熱伝導が、絶縁ノズル１とアーク１０の間の熱の授受に
寄与する。

【００１７】熱伝導により熱がアーク１０から絶縁ノズ
ル１に伝達すると、その部分のノズル母材２の温度が上
昇する。この結果、ノズル母材である四弗化エチレン樹
脂の温度が昇華温度に達すると、昇華によるノズルの損
耗が起こる。一方、放射による熱放散は、アーク１０全
休から光エネルギーとして行なわれる。この光エネルギ
ーは、ノズル材料に吸収されると母材である四弗化エチ
レン樹脂中のＣ−Ｃ結合鎖を断ち切り、低分子量の誘導
体を生成する。これは光アブレーションと呼ばれる現象
であり、これもまたノズル損耗の一因である。以上の考
察により、ノズル損耗の機構として、光エネルギーによ
る光アブレーション及び熱伝導による温度上昇に基づく
昇華が発生することが理解できる。

【００１８】ところが、前記のような構成を有する本発
明の第１実施例によれば、絶縁ノズル１の母材２内部に
は、高光反射率性の材料である窒化ホウ素（ＢＮ）７及
び低熱伝導率性の材料であるアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）４
が、それぞれ充填されているため、光アブレーションは
窒化ホウ素７が光を反射することで抑制され、昇華はア
ルミナ４が熱伝導を妨げることで抑制できる。このよう
に、絶縁ノズル１の複数の損耗機構に応じて、それぞれ
の損耗を最小限に抑えることの可能な充填剤を充墳する
ことにより、絶縁耐力並びにアークに晒された際の遮断
性能の低下を最小限に抑制することが可能となる。

【００１９】なお、ガス遮断器のノズルを四弗化エチレ
ン樹脂に窒化ホウ素を充填し、さらにアルミナ等他の材
料を充填して構成することは、例えば前述の特公平１−
３７８２２号公報にも記述が見られるが、過去において
提案された複数の充填材を用いる発明は、単に単一の現
象を複数の充填剤で抑制するすることを目的としただけ
のものであり、本発明におけるようにガス遮断器のノズ
ルとアークとの相互作用の十分な理解に立脚して、ノズ
ルの複数の損耗機構に応じてそれぞれの損耗を最小限に
抑えることの可能な複数の充填剤を充填したものとは本
質的に異なるものである。

【００２０】以上述べた如く、前記の第１実施例におい
ては、ガス遮断器ノズルとアークとの相互作用の十分な
理解に立脚して、ノズル部材の複数の損耗機構を差別化
し、絶縁ノズルを２種類以上の無機充填剤を含む四弗化
エチレン樹脂から構成し、かつこれらの無機充填剤のう
ち一つを窒化ホウ素（ＢＮ）などの高光反射率性の材
料、他の一つをアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）などの前者に比
較して低熱伝導率性の材料としたので、ガス遮断器ノズ
ルとアークとの相互作用の十分な理解に立脚して、ノズ
ルの複数の損耗機構に応じてそれぞれの損耗を最小限に
抑えることの可能な複数の充填剤を充填することによ
り、絶縁耐力並びにアークに晒された際の遮断性能の低
下を最少限に抑制することの可能なノズルを供えたパッ
ファ形ガス遮断器を提供することが可能となった。 （２）第２実施例

【００２１】次に、本発明の第２実施例を図４及び図５
に従って説明する。この第２実施例は、高光反射率性の
材料を、ノズル母材の少なくとも内壁全体に充填し、低
熱伝導率性の材料の充填量を場所ごとに変化させて主に
ノズルスロート部に充填するように構成したもので、本
発明の請求項２に対応する。即ち、図４に示すように、
絶縁ノズル１における内壁全体（ノズルスロート部３、
上流側５及び下流側６の内壁部）に高光反射率性の材料
であるアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）４が、またノズルのスロ
ート部３には低熱伝導率性の材料として窒化ホウ素（Ｂ
Ｎ）７が充填されている。これら各充填剤の充填量とし
ては、これら充填剤を混入することにより四弗化エチレ
ン樹脂本来の機械的強度が低下することを勘案すれば、
前記第１実施例と同様にそれぞれの材料につき１０重量
％が上限となる。

【００２２】このような構成を有する第２実施例では、
前記第１実施例と同様にして遮断器の投入、遮断が行わ
れる。その際、ノズル内部の断面積とアーク径の関係を
検討すると、図５に示すように、スロート部３ではアー
ク１０はノズル内部空間を満たし、アーク境界がノズル
内壁と接触している。一方、上流側５及び下流側６で
は、アーク境界はノズル内壁から離れておりアーク１０
とノズル内壁との間にはガス層が存在する。このような
状態では、アークから発生した熱は周囲の物質を介して
拡散していく。スロート部３ではアーク１０がノズルに
接触しているために、アーク１０から発生した熱は熱伝
導によりノズルへと伝達され、ノズルで吸収される。一
方、上流側５及び下流側６ではアークから発生した熱は
一旦周囲のガス層に吸収される。

【００２３】パッファ形ガス遮断器では、上流側ガス圧
力が十分に高くガス流は音速に近い速度となっているた
め、このガス層の温度が上昇して更にこれからノズルへ
と熱伝導が起こる前にガス流はノズル外部へ流出してし
まい、従ってガスからノズルへの熱伝導は起こり得な
い。以上の理由から、アークとノズルとの間に熱伝導に
よる熱の授受が発生し得るのは、スロート部３のみに限
定されることがわかる。

【００２４】一方、放射による熱拡散は、アーク全体か
ら光エネルギーとして行われ、その大部分は透明なガス
層を透過してノズル母材に達する。この光エネルギーは
ノズル材料に吸収されて母材である四弗化エチレン樹脂
中のＣ−Ｃ結合鎖を断ち切り、光アブレーションを発生
させる。

【００２５】このような考察から、ノズル損耗の機構と
して光エネルギーによる光アブレーションが内壁全体で
発生し、これに加えて熱伝導による温度上昇に基づく昇
華がスロート部３で集中的に発生することが理解でき
る。従って、この第２実施例においては、スロート部
３、上流側５及び下流側６各部のノズル内壁に高光反射
率性の材料である窒化ホウ素７が、またスロート部３に
は低熱伝導性の材料であるアルミナ４が、それぞれ充填
されているので、内壁全体で発生する光アブレーション
は窒化ホウ素７が光を反射することで抑制され、スロー
ト部３で集中的に発生する昇華はアルミナ４が熱伝導を
妨げることによって抑制される。この結果、ノズルの場
所ごとに異なる損耗機構に応じて、それぞれの最小限に
押さえることが可能な充填剤を充填することにより、絶
縁耐力並びにアークに晒された際の遮断性能の低下を最
小限に抑制することができる。 （３）他の実施例

【００２６】以上述べた本発明の各一実施例において
は、高光反射率性の材料として窒化ホウ素（ＢＮ）を、
低熱伝導率性の材料としてアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）を、
それぞれ用いたが、高光反射率性の材料として窒化アル
ミニウム（ＡｌＮ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）等を
用い、低熱伝導率性の材料としてこれより熱伝導率の低
い無機材料を用いた場合でも同様の効果を得られること
は言うまでもない。

【００２７】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、ガ
ス遮断器ノズルとアークとの相互作用の十分な理解に立
脚して、ノズル部材の複数の損耗機構を差別化し、絶縁
ノズルを２種類以上の無機充填剤を含む四弗化エチレン
樹脂から構成し、かつこれらの無機充填剤のうち一つを
高光反射率性の材料、他の一つを前者に比較して低熱伝
導率性の材料としたので、絶縁耐力並びにアークに晒さ
れた際の遮断性能の低下を最小限に抑制することの可能
なノズルを供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。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例のノズル部分の拡大断面
図。

【図２】本発明の第１実施例の投入状態を示す部分拡大
断面図。

【図３】本発明の第１実施例の遮断動作中の状態を示す
部分拡大断面図。

【図４】本発明の第２実施例のノズル部分の拡大断面
図。

【図５】本発明の第２実施例の遮断動作中の状態を示す
部分拡大断面図。

【符号の説明】

１…ノズル ２…四弗化エチレン樹脂 ４…アルミナ ７…窒化ホウ素 ８…可動アーク接触子 ９…固定アーク接触子 １０…アーク １１…ガス流路 １２…ノズルと固定アーク接触子との間隙 １３…ガス流の一部 １４…可動アーク接触子の中空部 １５…ガス流の一部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 猪原 俊明 神奈川県川崎市川崎区浮島町２番１号 株 式会社東芝浜川崎工場内 (72)発明者 平野 嘉彦 神奈川県川崎市川崎区浮島町２番１号 株 式会社東芝浜川崎工場内 (72)発明者 戸田 弘明 神奈川県川崎市川崎区浮島町２番１号 株 式会社東芝浜川崎工場内 (72)発明者 中本 哲哉 神奈川県川崎市川崎区浮島町２番１号 株 式会社東芝浜川崎工場内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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な
   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
   ークに吹き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２種類以上の無機充填剤を舎む四弗化エチ
   レン樹脂からなり、かつこれらの無機充填剤のうち一つ
   が高光反射率性の材料であり、他の一つが前者に比較し
   て低熱伝導率性の材料であることを特徴としてなるパッ
   ファ形ガス遮断器。
2. 【請求項２】 前記充填剤のうち、高光反射率性の材料
   を、ノズル母材の少なくとも内壁全体に充填し、低熱伝
   導率性の材料の充填量を場所ごとに変化させて主にノズ
   ルスロート部に充填するように構成したことを特徴とし
   てなる請求項１のパッファ形ガス遮断器。