JPH06196057A - ガス遮断器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 遮断性能が高く、且つ一度大電流を遮断した
後のシリンダ内ガス密度の回復が速く再閉路遮断が高性
能となる自力消弧形のガス遮断器を提供する。 【構成】 固定アーク接触子５に第１コイル６と、この
コイルに管台８を介して接続した第２コイル７とを電気
的に接続する。管台外周にフロートピストン２を移動自
在に配設する。シリンダ内空間Ａは、シリンダ１と管台
及びフロートピストンにより構成される。このフロート
ピストンは、遮断時に第２コイルに発生する磁界によ
り、絶縁ノズル３方向に移動し、シリンダ内空間を圧縮
する。遮断終了による磁界消滅時には、弾性部材１０の
付勢によりフロートピストンは初期位置に戻る。第１コ
イル６に発生する磁界によりアークが回転し、シリンダ
内空間Ａのガス圧力が効率的に上昇する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はアークの熱エネルギーを
利用した自力消弧形のガス遮断器に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在７２ｋＶ以上の高電圧送電系統の保
護用開閉器として、ＳＦ₆ ガスを消弧絶縁媒体としたパ
ッファ形ガス遮断器が広く使用されている。パッファ形
ガス遮断器は構造が単純で信頼性が高く、かつ遮断性能
が優れている。しかしながら、可動接触子と直結したパ
ッファシリンダによってガスを圧縮して高圧の吹き付け
ガス流を作りだしているため、大きな電流を遮断するた
めにはパッファシリンダ内のガス圧力を高めねばなら
ず、大きなエネルギーの駆動装置を必要として、経済性
が損なわれる問題点があった。

【０００３】これを解決するために、遮断のためにパッ
ファ形のような大きな駆動力を必要としないガス遮断器
の研究が行われ、一部は製品化されている。その一つと
して、図５及び図６に示すような、アークの熱エネルギ
ーを利用してシリンダ内のガス圧力を高めてガス流を得
る自力消弧形と称される消弧方式が提供されている。こ
こで、図５は自力消弧形ガス遮断器の消弧室の投入状
態、図６は開極動作中の状態を示す断面図である。ま
た、図中の１はシリンダ、３は絶縁ノズル、４は固定接
触子、５は固定アーク接触子、１１は可動接触子であ
る。すなわち、ガス遮断器の消弧室は、固定接触子部Ｘ
と可動接触子部Ｙとから構成され、固定接触子部Ｘは、
円筒状のシリンダ１と、その先端に絶縁ノズル３が配設
されている。また、シリンダ１と絶縁ノズル３とによっ
て包合されるシリンダ内空間Ａに、固定アーク接触子５
及びその内部に固定接触子４とが、シリンダ１と同心円
状に設けられている。一方、可動接触子部Ｙには、図示
しない機構部に接続された可動接触子１１が設けられ、
前記固定接触子部Ｘに接離可能に対向配置されている。
この可動接触子１１は、図示しない機構部の駆動力によ
り、投入方向（図中左側）または開極方向（図中右側）
のいずれかに直線駆動されるようになっている。また、
開極終了時の可動接触子１１の固定接触子部Ｘに対する
距離は、遮断器の定格電圧に対して十分な大きさとなる
ように構成されている。

【０００４】この様に構成されたガス遮断器において、
図５に示した投入状態では、電流は図示しない遮断器の
一方の端子から固定接触子４に導かれ、この固定接触子
４に接している可動接触子１１に流れ、遮断器の他方の
端子へと導かれる。この状態から、図示しない機構部を
駆動し、可動接触子１１を図中右側に移動させることに
より、図６に示すように電流遮断のための開極動作が起
こる。開極動作の初期には、固定接触子４と可動接触子
１１との開離により、前記接触子４，１１間にアーク１
２ａ（点線で示す）が発生する。更に開極が進むと、固
定アーク接触子５と可動接触子１１との開離により、前
記アーク１２ａは移動し、接触子５，１１間に発生する
アーク１２ｂとなる。この状態で、可動接触子１１が絶
縁ノズル３から抜け出していない時には、絶縁ノズル３
と可動接触子１１の隙間３ａの断面積が小さく、アーク
１２ｂによって発生した熱エネルギーによって発生した
高温のガスは膨脹してガス流１３ａとなり、シリンダ方
向に流れる。これにより、シリンダ内の空間Ａの圧力が
高められる。その後、開極が更に進んで可動接触子１１
が絶縁ノズル３から抜け出すと、電流の零点付近ではガ
スが絶縁ノズル３から高速で吹き出して、アーク１２ｂ
は冷却される。このようにして、電流は零点で遮断され
る。

【０００５】上述のような自力消弧形ガス遮断器では、
開極に必要な駆動力は可動接触子１１を動かすだけの大
きさでよい。従ってパッファ形に比べれば駆動装置のエ
ネルギーは格段に小さい。

【０００６】しかしながら、このような自力消弧形ガス
遮断器では、可動接触子１１が絶縁ノズル３から抜け出
した直後には、シリンダ内のガスが急激に吹き出すこと
になり、圧力が急激に低下してしまう。従って、そのと
き電流零点が通過した時には遮断性能が高いが、ノズル
が開口した後にはノズルから吹き出すガス量が大きいの
で、シリンダのガス圧力はあまり高くならない。従っ
て、広い遮断時間幅を得ることが難しいという短所があ
る。また、進み小電流など小さい電流を遮断する時に
は、熱エネルギーの発生量が少いためシリンダ内の圧力
が高くならず、遮断性能が不足するという問題もある。

【０００７】この問題を解決するために、図７に示すよ
うな磁気駆動形の自力消弧形ガス遮断器が提案されてい
る。なお、前述のガス遮断器と同一機能を有する部材に
ついては、同一の符号を節、説明は省略する。この方式
の固定接触子部Ｘでは、固定アーク接触子５の先端に耐
アーク部材５ａが設けられると共に、基部にコイル６が
配置され電気的に直列に接続されている。一方、可動接
触子部Ｙは、可動接触子１１の内部が中空に形成され、
その先端は開口して構成されている。また、先端部分
は、耐アーク部材１１ａが設けられ、その基部近傍に
は、中空部と外部とを連通する連通孔１１ｂが設けられ
ている。このような可動接触子１１は、開極時に図１の
投入状態から（図中右側）に直線駆動されるが、開極完
了時には、固定接触子部Ｘと可動接触子１１との距離
が、遮断器の定格電圧に対して十分な大きさとなるよう
に構成されている。

【０００８】以上のような構成を有するガス遮断器で
は、電流は図示しない遮断器の一方の端子から、この端
子に接続される固定接触子５に導かれ、さらにこの固定
接触子５に接している可動接触子１１に流れて、遮断器
の他の一方の端子へと導かれる。この状態から、電流遮
断を行う時には、可動接触子１１を図中右側（矢印１６
方向）に移動させることにより、開極動作が起こる。こ
の動作により、固定接触子４と可動接触子１１とが開離
すると、両接触子４，１１間にアーク１２ａが発生す
る。さらに開極が進み、固定アーク接触子５と可動接触
子１１の間に軸方向のギャップができると、アーク１２
ａは固定アーク接触子５と可動接触子１１間に移り、ア
ーク１２ｂとなる。この時、コイル６に遮断電流が流
れ、磁界１４が発生する。この磁界１４は、アーク１２
ｂに対して直行するため、アーク１２ｂが回転して絶縁
ノズル３付近のガスを効率的に加熱して膨脹し、高温ガ
スとなってシリンダ方向に流れるガス流１３ａとなり、
シリンダ内空間Ａの圧力を効果的に高める。この時、膨
脹した高温ガスの一部は可動接触子１１方向に流れるガ
ス流１３ｂとなり、可動接触子１１の開口部に流れ、中
空部を通って連通孔１１ｂから充気雰囲気中に吹き出さ
れる。

【０００９】このように構成されるガス遮断器では、前
述の図５に示したガス遮断器に比べてシリンダ内空間Ａ
の圧力を非常に高くすることができる。また、開極が進
んで絶縁ノズル３が開口した後でも、電流値の大きい期
間に圧力が高められる。このため、遮断性能を広い時間
幅で維持することができる。また進み小電流のような小
さい電流の遮断時には、圧力上昇による性能は期待でき
ないが、磁界によるアークの回転は維持されるため冷却
力が働く。したがって、消弧力が小電流から大電流まで
比較的安定して働くことになる。この方式の消弧室を具
備したガス遮断器は、最近３６ｋＶ以下の系統を中心に
使用されるようになってきた。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、７２ｋ
Ｖ以上の送電系統用の遮断器では、近距離線路故障のよ
うに高い吹き付け圧力を必要とする遮断責務があり、図
７のようにアークの回転による圧力上昇の効果だけに頼
り、圧縮装置を持たない方式では十分な時間幅と必要な
圧力上昇を得ることは難しく、遮断性能が不足すること
がある。

【００１１】また、通常７２ｋＶ以上の遮断器では、再
閉路遮断の責務が要求され、これは、１回目の遮断後、
わずかな時間の後投入して再び遮断することにより行
う。しかし、従来技術の自力消弧形のガス遮断器では、
大電流遮断の間にシリンダ内のガスが熱されて流出し、
その間のガスは補給されない。また、投入動作の時に
は、パッファ形のようにガスが吸い込まれる作用もな
い。このため、大電流の遮断後シリンダ内のガス密度は
低下することになる。このガス密度はシリンダ内のガス
温度の低下によって回復するが、再閉路遮断で１回目か
ら２回目の遮断までの短い時間に回復させることは困難
である。２回目の遮断までにシリンダ内のガス密度がほ
ぼ初期の値まで回復していないと、２回目の遮断性能は
１回目よりも著しく低くなり、再閉路遮断に失敗するこ
とになる。

【００１２】本発明は、上記の従来技術における課題を
解決するためになされたものであり、その目的は、遮断
性能が高く、且つ一度大電流を遮断した後のシリンダ内
のガス密度の回復が速く再閉路遮断が高性能となる自力
消弧形のガス遮断器を提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、消弧性ガスを充填した容器内に、可動
接触子を有する可動接触子部と、シリンダとその先端開
口部に設けられた絶縁ノズルと、シリンダ内部に設けら
れ、前記可動接触子と接触する固定接触子及び固定アー
ク接触子と、前記固定アーク接触子と電気的に接続して
設けられたコイルとを有する固定接触子部とが接離可能
に対向配置され、遮断器が電流遮断動作を行う際にコイ
ルに磁界を発生させて同時に発生するアークを回転させ
ることによりシリンダ内空間の圧力上昇が行われ、前記
シリンダ内空間の圧力を上昇させて圧縮することにより
圧縮ガスを固定接触子部と可動接触子部との接離部分に
供給して、アークを冷却し、これにより消弧が行われる
ガス遮断器において、前記コイルとして第１と第２のコ
イルが設けられ、前記第１のコイルの基部が、シリンダ
内部にシリンダと同心円状に配置された円筒状管台の絶
縁ノズル側端部に接続され、前記第２のコイルが管台の
他端部に第１のコイルと電気的に接続され、内周が管台
の外周面と、外周がシリンダの内周面と摺動自在となる
ように構成されたフロートピストンが、遮断前の初期位
置が第２コイルに隣接する管台外周に配置され、前記フ
ロートピストンに接して絶縁ノズルと逆方向に付勢する
弾性部材が設けられたことを特徴とする。

【００１４】

【作用】電流遮断時に第１のコイルに発生する磁界によ
り絶縁ノズル付近のアークが回転して、シリンダ内の圧
力を効果的に高める。また、第２のコイルに発生する磁
界により、フロートピストンに反発力が働き、フロート
ピストンが絶縁コイル方向に移動する。これにより、シ
リンダと管台及びフロートピストンとによって構成され
るシリンダ内空間の消弧性ガスが圧縮されて圧力が高め
られ、遮断性能が向上される。

【００１５】また電流の遮断終了後には、コイルに発生
する磁界が無くなるため、フロートピストンには弾性部
材の付勢力が働き、フロートピストンが元の位置に速や
かに復帰する。この時、消弧性ガスを前記シリンダ内空
間に吸い込み、遮断前の状態に復帰する。これにより、
再閉路遮断が確実に行われる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明によるガス遮断器の消弧室の一
実施例を、図面に基づき説明する。図１は本実施例の消
弧室の投入状態を示す断面図、図２は電流遮断のための
開極動作初期を示す断面図、図３は開極動作後期を示す
断面図である。なお、従来技術のガス遮断器と同一機能
を有する部材については、同一の符号を付し説明は省略
する。

【００１７】図１に示すように、固定接触子部Ｘには、
固定接触子４と固定アーク接触子５が設けられている。
固定接触子４は、支持部４ａを介して支持部材９に支持
されている。一方、先端に耐アーク部材５ａを有する固
定アーク接触子５は、基部が第１コイル６、管台８、第
２コイル７を介して支持部材９に支持されている。ま
た、固定アーク接触子５と第１コイル６及び第２コイル
７は、電気的に直列に接続されている。管台８は、両端
部に大径部を有し断面略コ字形となる円筒状に構成され
てシリンダと同心円状に配置されている。管台８の各大
径部により、第１及び第２コイルが支持されている。遮
断前の初期状態では、管台８の支持部材９側の大径部内
周面８ａに接して、内径が管台８の外周面と、外径がシ
リンダ１の内周面と摺動自在となるフロートピストン２
が設けられている。このフロートピストン２は、弾性部
材１０によって支持部材９側に付勢されている。このフ
ロートピストン２は、シリンダ１と管台８と共にシリン
ダ内部空間Ａを構成している。フロートピストン２の支
持部材９側の端面には、支持部材９方向に小径部２ａが
突出して設けられている。この小径部２ａの先端は、前
記第２コイルの外周位置となっている。なお、シリンダ
１内周面の一部には、フロートピストン２の固定接触子
部Ｘ先端（図中右側）方向の移動に対して、移動距離の
制限手段として段部１ａが設けられている。このような
固定接触子部Ｘでは、固定アーク接触子４及びその支持
部４ａの外径と、固定アーク接触子５及び第１コイル
６、管台８、第２コイル６の内径とは、確実なギャップ
を有して保たれ、直接接することが無いように構成され
ている。

【００１８】以上の様に構成される本実施例のガス遮断
器の作用効果は、以下のようになる。すなわち、図１に
示す投入状態では、電流は図示しない遮断器の一方の端
子から、この端子に接続される支持部材９を通り、支持
部４ａを介して固定接触子４に導かれ、この固定接触子
４に接している可動接触子１１に流れ、遮断器の他方の
端子へと導かれる。

【００１９】この状態から、電流遮断を行う時には、可
動接触子１１を図中右側（矢印方向）に移動させること
により、図２に示すような開極動作が起こる。この動作
により、固定接触子４と可動接触子１１とが開離する
と、両接触子４，１１間にアーク１２ａが発生する。さ
らに開極が進み、固定アーク接触子５と可動接触子１１
が開離すると、アーク１２ａは固定アーク接触子５と可
動接触子１１との間に移り、アーク１２ｂとなる。この
時、第１コイル６および第２コイル７に遮断電流が流
れ、それぞれに磁界１４，１５が発生する。固定接触子
４の付近では、アーク１２ｂに対する直交方向の磁界１
４によりアーク１２ｂが回転する。この回転により、シ
リンダ内空間Ａの圧力が高められる。これと共に、第２
コイル７に発生する磁界１５によって、フロートピスト
ン２の小径部２ａ周面に短絡電流が流れる。この電流と
コイルに流れる電流との間には反発力が生じ、この反発
力が弾性部材１０の付勢力より大きいため、フロートピ
ストン２は固定接触子部Ｘ先端方向（図中右側、矢印１
７ａ）に動かされる。これにより、シリンダ内空間Ａが
圧縮されて圧力が高められる。なお、フロートピストン
２は、電流が第２コイル７に流れている間は磁界が発生
してシリンダ内空間Ａを圧縮する方向に動き続けるが、
シリンダ１内周面に設けられた段部１ａにより一定位置
で停止させられる。これにより、シリンダ内空間Ａは、
遮断動作中に極端に圧縮されることは無く、一定の容積
以上となるように維持されている。

【００２０】開極動作後期には、図３に示すように、可
動接触子１１の移動により、シリンダ内空間Ａの圧縮さ
れた絶縁ガスは、可動接触子１１と絶縁ノズル３との開
離部分から膨脹してガス流１３ｃとなって外部方向に流
れる。このガス流１３ｃにより、アーク１２ｂが冷却さ
れて電流の零点で消滅することになり、遮断が完了す
る。

【００２１】さらに、図４に示すように、遮断完了とな
る開極終了時には、コイルに電流は流れないため、可動
接触子１１が停止すると略同時にフロートピストン２は
弾性部材１０の付勢力１７ｂにより、支持部材９方向に
押し戻され、図１に示した初期位置まで復帰する。この
フロートピストンの移動により、シリンダ内空間Ａが陰
圧となり、消弧室内の絶縁ガスがガス流１３ｄとなっ
て、絶縁ノズル３からシリンダ内空間Ａに吸入される。
これにより、シリンダ内空間Ａのガス密度は、電流遮断
前の初期値に速やかに復帰する。

【００２２】以上のように、遮断時には、アークの回転
による圧力上昇と共にフロートピストン２による圧縮が
加わるので、シリンダ内空間Ａの圧力は効率的に上昇さ
れる。しかも、シリンダ内空間Ａの容積は一定以上に保
たれるので、圧力が急激に低下することなく、あらゆる
機会の遮断に対して必要な時間だけ高い圧力が保たれ
る。従って、従来技術に比べ格段に優れた遮断性能を得
ることができる。また、ガス圧力を効率的に上昇させる
ことができるため、機械的駆動力を低減でき、したがっ
て、装置全体を小型化・縮小化することが可能となる。

【００２３】また、開極終了後に速やかにシリンダ内空
間Ａのガス密度が初期値に戻るため、再閉路して再度遮
断を行う場合の遮断性能は、第１回目と同様となる。し
たがって、再閉路遮断性能の向上されたガス遮断器とな
る。

【００２４】ところで、進み小電流のような小さい電流
を遮断する時には、ピストンを動かすほどの力を得るこ
とはできないが、アークの回転によるシリンダ内空間Ａ
の圧力上昇作用が働くため、小電流においても良好な遮
断性能を得ることができる。

【００２５】なお、本発明は上述した実施例に限定され
るものではなく、具体的な各部材の形状、或いは各々の
取付け位置及び方法は適宜変更可能である。例えば、実
施例では可動接触子として中空の接触子を使用している
が、この部分に中空部を有しない接触子を用いることも
可能である。その場合、図２に示した開極初期には、可
動接触子１１方向に流れるガス流１３ｂは流路が無いた
め、シリンダ内空間Ａ方向に流れ、ガス流１３ａと共に
前記空間Ａの圧力上昇を行うことになり、高効率的にガ
スが圧縮される。

【００２６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、遮断性能
が高く、且つ一度大電流を遮断した後のシリンダ内のガ
ス密度の回復が速く、再閉路遮断が高性能となる自力消
弧形のガス遮断器を得ることができる。従って、小さい
駆動エネルギーで高電圧大容量の遮断器を得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のガス遮断器の一実施例を示し、投入状
態の断面図。

【図２】図１の開極初期状態の動作を示す断面図。

【図３】図１の開極後期状態の動作を示す断面図。

【図４】図１の開極終了状態の動作を示す断面図。

【図５】従来の自力消弧形のガス遮断器の一例を示す断
面図。

【図６】図６の開極動作を示す断面図。

【図７】従来の磁気駆動形のガス遮断器の開極動作を示
す断面図。

【符号の説明】

１ … シリンダ ２ … フロートピストン ３ … 絶縁ノズル ４ … 固定接触子 ５ … 固定アーク接触子 ６ … 第１コイル ７ … 第２コイル ８ … 管台 ９ … 支持部材 １０ … 弾性部材 １１ … 可動接触子 １２ａ，１２ｂ … アーク １３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ … ガス流 １４，１５ … 磁界 Ａ … シリンダ内空間 Ｘ … 固定接触子部 Ｙ … 可動接触子部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 池田 久利 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 (1)

【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、可動接
   触子を有する可動接触子部と、シリンダとその先端開口
   部に設けられた絶縁ノズルと、シリンダ内部に設けら
   れ、前記可動接触子と接触する固定接触子及び固定アー
   ク接触子と、前記固定アーク接触子と電気的に接続して
   設けられたコイルとを有する固定接触子部とが接離可能
   に対向配置され、遮断器が電流遮断動作を行う際にコイ
   ルに磁界を発生させて同時に発生するアークを回転させ
   ることによりシリンダ内空間の圧力上昇が行われ、前記
   シリンダ内空間の圧力を上昇させて圧縮することにより
   圧縮ガスを固定接触子部と可動接触子部との接離部分に
   供給して、アークを冷却し、これにより消弧が行われる
   ガス遮断器において、 前記コイルとして第１と第２のコイルが設けられ、 前記第１のコイルの基部が、シリンダ内部にシリンダと
   同心円状に配置された円筒状管台の絶縁ノズル側端部に
   接続され、 前記第２のコイルが管台の他端部に第１のコイルと電気
   的に接続され、 内周が管台の外周面と、外周がシリンダの内周面と摺動
   自在となるように構成されたフロートピストンが、遮断
   前の初期位置が第２コイルに隣接する管台外周に配置さ
   れ、 前記フロートピストンに接して絶縁ノズルと逆方向に付
   勢する弾性部材が設けられたことを特徴とするガス遮断
   器。