JPH10269915A

JPH10269915A - ガス遮断器

Info

Publication number: JPH10269915A
Application number: JP7004997A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Ishikawa; 石川　　雅之; Yasushi Hayashi; 靖林
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1997-03-24
Filing date: 1997-03-24
Publication date: 1998-10-09

Abstract

(57)【要約】【課題】熱ガスが排出される際に生じる圧力上昇を緩
和して熱ガスをスムーズに排出でき、優れた絶縁回復性
能が得られるガス遮断器を提供する。【解決手段】ＳＦ6 ガス等の絶縁性ガスが満たされた
タンク１４中に、固定部２と可動部１２を設け、固定部
２に固定側アーク接触子６、通電金属支持物７及びシー
ルド電極８を設ける。金属支持物７に対して、固定側ア
ーク接触子６と同軸の排気筒を、金属支持物１５によっ
て等間隔に支持された外壁３及び内壁４の２層の筒によ
って構成し、その端部に固定側通電接触子１を設ける。
内壁４の熱ガスの排出側を、外壁３より短く形成する。
外壁３及び内壁４に小穴を千鳥状に、且つ排気筒の方位
角方向に均一に形成する。排気筒における小穴の面積を
約３００ｍ²、占積率３０％前後とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、大容量化が進んだ
電力系統に適したガス遮断器に係り、特に、遮断直後に
発生する高圧熱ガスを冷却・排出させるため、熱ガス排
出用の排気筒を備えたガス遮断器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ガス遮断器は、ＳＦ6 ガス等の絶縁性ガ
スを充填したタンク内に、遮断部が収容されたものであ
り、優れた遮断性能を有するため、高電圧の電力系統に
広く用いられている。かかるガス遮断器においては、電
流遮断時のアークに絶縁ガスが吹き付けられることによ
り熱ガスが生じるので、この熱ガスを冷却・排出する必
要がある。このため、通常のガス遮断器においては、遮
断部の固定側に、熱ガスの冷却・排出用の排気筒が遮断
部と同軸に設けられている。この排気筒は、遮断時に生
じる熱ガスが内部を通過し、冷ガスと混合されて冷却さ
れた後に、排気筒端部の排気口よりタンク内に排出され
るように構成されている。

【０００３】このようなガス遮断器として従来から提案
されているものの一例を、図８に従って以下に説明す
る。すなわち、絶縁性ガスを充填したタンク４４内に、
図示しない支持物によって支持された固定部３２と可動
部４２とが対向配置されている。固定部３２において
は、タンク４４内に絶縁支持された金属支持物３７に、
タンク４４と同軸の固定アーク接触子３６が設けられて
いる。

【０００４】そして、金属支持物３７には、固定アーク
接触子３６と同軸に且つこれを覆う位置に、金属製の排
気筒３３が設けられている。可動部４２側の排気筒３３
の端部には、固定側通電接触子３１が設けられ、他端に
はシールド電極３８が設けられている。また、排気筒３
３には、熱ガスがその中を通過する際、圧力の上昇を低
減させるための通気用窓３４が形成されている。

【０００５】一方、可動部４２には、固定アーク接触子
３６と同軸に且つ対向する位置に、可動側アーク接触子
４０が設けられている。この可動側アーク接触子４０の
周囲には絶縁性ガス吹き付け用のノズル９が設けられて
いる。そして、可動部４２には、固定側通電接触子３１
に対応する可動側通電接触子４１が設けられている。こ
のような可動部４２は、操作ロッド４３を介して駆動装
置（図示せず）に連結され、タンク４４の軸方向に移動
可能に設けられている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、都市の過密
化と変電所用地取得の困難性に伴い、ガス遮断器には、
更なる遮断能力の向上と本体のコンパクト化が要求さ
れ、絶縁設計の裕度が益々厳しくなっている。このた
め、上記のようなガス遮断器においても、その設計段階
において、熱ガスによる絶縁性能の低下を正確に考慮す
る必要がある。

【０００７】ここで、林らが平成７年電気学会全国大会
へ提出した論文（１５０３）”大電流遮断における熱ガ
スの拡散過程に関する検討”の記載によれば、熱ガスの
拡散に関する測定と解析により、以下のような結果が明
らかになっている。この測定解析結果を、熱ガスの等温
度線分布を示す図９〜１１に従って説明する。なお、図
９及び図１０は排気筒に窓がないガス遮断器の場合、図
１１は排気筒に窓を設けたガス遮断器の場合を示す。

【０００８】すなわち、図９に示すように、排気筒５２
とノズル３９が配置され、排気筒５２に通気用窓が設け
られていないガス遮断器の場合、大電流遮断の時、遮断
部から排出される熱ガスは、冷ガスへの拡散が少なく、
排気筒５２の中を直進する。このため、図１０に示すよ
うに、排気筒５２中にある冷ガスは、排気筒５２の筒壁
方向へ圧縮され、筒壁近くに圧力上昇領域が形成され
る。

【０００９】そして、ノズル３９からのガスの吹き付け
が進み、排出される熱ガスの量が増えるに伴って、この
圧力上昇領域は膨脹するので、排気筒５２の出口部で熱
ガスの進路が塞がれ、熱ガスが極間に押し戻されて、極
間の絶縁性能が低下するという現象が生じる。かかる現
象が生じると、ノズル３９の吹き出し口部に大量の熱ガ
スが溜まり、固定側通電接触子の近傍において半径方向
に広く拡散するので、極間の絶縁回復が相対的に低下す
る可能性がある。

【００１０】これに対処するため、図１１に示すガス遮
断器においては、上記の図８に示したガス遮断器と同様
に、排気筒３５の筒壁に大きな通気用窓３５ａが形成さ
れている。このような構造の排気筒３５では、通気用窓
３５ａ部分において圧力上昇が緩和されるので、極間の
絶縁回復性能が向上する。しかし、通気用窓３５ａは、
排気筒３５の全周に設けることはできないため、図１１
に示すように、通気用窓３５ａが開いている部分では圧
力上昇領域は生じないが、他の部分では生じることにな
り、熱ガスが非軸対称な力を受けて通気用窓３５ａから
流出し、遮断器の対地絶縁に悪影響を与える可能性があ
る。

【００１１】本発明は以上のような従来技術の問題点を
解決するために提案されたものであり、その目的は、遮
断部の排気筒から熱ガスが排出される際に生じる圧力上
昇を緩和し、熱ガスをスムーズに排出させることによっ
て、優れた絶縁回復性能が得られるガス遮断器を提供す
ることにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は、絶縁性媒体を満たした密閉容器内に、可
動接触子を有する可動部と固定接触子を有する固定部と
によって構成された遮断部が収容され、前記可動接触子
を前記固定接触子に対して接離可能に駆動する操作機構
を備えたガス遮断器において、以下のような技術的特徴
を有する。

【００１３】すなわち、請求項１記載の発明は、前記遮
断部の一部又は全長を覆う排気筒が設けられ、前記排気
筒の周囲に、複数の小穴が千鳥状に形成されていること
を特徴とする。以上のような請求項１記載の発明では、
操作機構によって可動接触子を駆動し、固定接触子から
開離させることにより電流を遮断する際に、遮断部にお
いて発生する熱ガスが、遮断部を覆う排気筒内を通過し
て排出される。このとき、排気筒の周囲に千鳥状に形成
された複数の小穴によって、排気筒内の圧力上昇が低減
され、熱ガスの排出がスムーズに行われるので、遮断器
の極間の絶縁回復性能が向上する。また、径の小さな小
穴からは熱ガスが通過することが防止され、遮断器の対
地絶縁性能が向上する。

【００１４】請求項２記載の発明は、請求項１記載のガ
ス遮断器において、前記小穴が前記排気筒の方位角方向
に均一に配列されていることを特徴とする。以上のよう
な請求項２記載の発明では、排気筒の小穴が方位角方向
に均一に形成されているので、圧力上昇領域が軸対称と
なり、熱ガスが軸方向にスムーズに排出される。

【００１５】請求項３記載の発明は、請求項１又は請求
項２記載のガス遮断器において、前記排気筒における前
記小穴の占積率が３０％であることを特徴とする。以上
のような請求項３記載の発明では、排気筒における小穴
の占積率が３０％なので、熱ガスが排出される際の排気
筒内の圧力上昇が約３０％低減され、熱ガスがスムーズ
に排出される。

【００１６】請求項４記載の発明は、請求項１〜３のい
ずれか１項に記載のガス遮断器において、前記排気筒に
おける通電部を除く筒壁にチタン合金が用いられている
ことを特徴とする。以上のような請求項４記載の発明で
は、排気筒にチタン合金が用いられているので、軽量で
強度が高く、耐蝕性が向上する。

【００１７】請求項５記載の発明は、請求項１〜４のい
ずれか１項に記載のガス遮断器において、前記排気筒
は、熱ガスの排出側の径が細い略円錐筒形状であること
を特徴とする。以上のような請求項５記載の発明では、
排気筒内を熱ガスが通過する際、排出側の径の細い部分
でガス流速が速くなるので、熱ガスがスムーズに排出さ
れる。

【００１８】請求項６記載の発明は、請求項１〜５のい
ずれか１項に記載のガス遮断器において、前記排気筒の
筒壁が多層構造であることを特徴とする。以上のような
請求項６記載の発明では、内層の筒壁によって熱ガスの
進路が斜めにならないように制御されるので、熱ガスの
排出がスムーズとなる。

【００１９】請求項７記載の発明は、請求項６記載のガ
ス遮断器において、前記排気筒における熱ガスの排出側
の内層筒壁が、外層筒壁よりも短いことを特徴とする。
以上のような請求項７記載の発明では、熱ガスの排出側
の内層筒壁が外装筒壁よりも短いので、熱ガスが排出さ
れる際の排気筒内の圧力分布が適切に制御される。

【００２０】請求項８記載の発明は、請求項６又は請求
項７記載のガス遮断器において、前記小穴の面積と粗密
が内層筒壁と外層筒壁とで異なることを特徴とする。以
上のような請求項８記載の発明では、排気筒における小
穴の面積と粗密が、内層筒壁と外層筒壁とで異なるの
で、小穴からの熱ガスの通過防止効果が高まり、遮断器
の対地絶縁性能が向上するとともに、小穴の面積と粗密
の調整により、排気筒内の圧力分布、熱ガスの温度・密
度分布を調整することができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明のガス遮断器の実施の形態
を図面に従って以下に説明する。

【００２２】（１）第１の実施の形態請求項１〜４、請求項６〜７記載の発明に対応する一つ
の実施の形態を第１の実施の形態として、図１〜５に従
って以下に説明する。なお、図１はガス遮断器の断面
図、図２は図１の固定部の詳細図、図３は図１の断面Ｃ
−Ｃ、図４は図１の矢視Ａ及び図５は図１の矢視Ｂを示
す図である。

【００２３】（構成）まず、本実施の形態の構成を説明
する。すなわち、図１及び図２に示すように、従来技術
と同様に、ＳＦ6 ガス等の絶縁性ガスが満たされたタン
ク１４の中に、固定部２と可動部１２が設けられ、固定
部２には固定側アーク接触子６、通電金属支持物７及び
シールド電極８が設けられている。

【００２４】そして、通電金属支持物７には、固定側ア
ーク接触子６と同軸に排気筒が設けられているが、この
排気筒は、図３に示すように、金属支持物１５及び金属
支持物５によって等間隔に支持された薄い金属筒製の外
壁３と内壁４との２層によって構成されている。この排
気筒における内壁４は、熱ガスの排出側が外壁３より短
く形成されている。これらの外壁３及び内壁４の通電部
を除く筒壁には、チタン合金が用いられている。そし
て、外壁３及び内壁４の可動部１２側の端部には、固定
側通電接触子１が設けられている。

【００２５】また、図４及び図５に示すように、外壁３
及び内壁４には、ともに直径が１０ｍｍ程度の小穴１８
が千鳥状に形成されている。この小穴１８は、排気筒の
方位角方向に均一に形成されている。そして、排気筒に
おける小穴１８の面積は約３００ｍ²、占積率３０％前
後となるように設定されている。

【００２６】（作用効果）以上のような構成を有する本
実施の形態の作用効果を、図６に従って以下に説明す
る。なお、図６は、遮断部における熱ガスの等温度線分
布を示す図である。すなわち、本実施の形態において
は、熱ガスが通過する固定部２の排気筒の外壁３と内壁
４の周囲に、多数の小穴１８が千鳥状に形成されている
ので、この小穴１８によって排気筒内の圧力上昇が緩和
される。特に、排気筒における小穴１８の占積率は３０
％前後になるように設計されているので、熱ガスが排出
される際、排気筒内の圧力上昇は約３０％低減される。
従って、遮断器の極間の絶縁回復性能を向上させること
ができる。

【００２７】また、排気筒の小穴１８の直径は１０ｍｍ
程度と小さく、質量密度の小さい熱ガスは通過しにくい
ので、遮断器の対地絶縁性能が向上する。たとえ熱ガス
が小穴１８を通過したとしても、筒壁の小穴１８は千鳥
状に設けられているため、流出された熱ガスと冷ガスと
の混合効果が良好となり、効率よく冷却されるので、熱
ガスの対地絶縁に与える影響を最小限度に抑えることが
できる。

【００２８】また、千鳥状の小穴１８は、排気筒の方位
角方向に均一に形成されているので、圧力上昇領域は軸
対称となり、熱ガスを軸方向にスムーズに排出させるこ
とができる。特に、熱ガスが排出された後も、冷ガスが
軸対称に入り易く、排気筒内の残留ガスの温度を均一に
低減でき、筒壁に大きい窓を形成した従来技術に比べ
て、遮断器を再閉路した後の遮断性能の向上を図ること
ができる。

【００２９】また、排気筒は外層３と内層４の二層構造
とになっているので、内層４の筒壁によって熱ガスの進
路が斜めにならないように制御される。特に、本実施の
形態においては、内層６４の排出側が外層６３より短く
形成されているので、排気筒内の圧力分布が適切に制御
され、熱ガスの排出がスムーズとなる。

【００３０】また、排気筒の外層３と内層４には薄い金
属板を用いているため、固定部２の軽量化が可能とな
る。特に、排気筒における通電部を除く筒壁に、チタン
合金を用いているので、軽量で強度が高く、耐蝕性に優
れた筒壁となる。

【００３１】（２）第２の実施の形態請求項１〜７記載の発明に対応する一つの実施の形態を
第２の実施の形態として、図１１に従って以下に説明す
る。なお、上記の第１の実施の形態と同様の部材は説明
を省略する。

【００３２】（構成）まず、本実施の形態の構成を説明
する。すなわち、本実施の形態においては、シールド電
極６８を備えた通電金属支持物６７に対して、熱ガスの
排出側の径が細い円錐状の外壁６３及び内壁６４が、固
定部アーク接触子６６と同軸に設けられている。この外
壁６３及び内壁６４は、金属支持物６５によって等間隔
に支持され、その端部に固定側通電接触子６１が設けら
れている。そして、内壁６４は、その熱ガスの排出側が
外壁３より短く形成されている。

【００３３】さらに、排気筒の内壁６４と外壁６３に
は、上記実施の形態と同様に、チタン合金が用いられる
とともに、図４と図５に示すように、半径１０ｍｍ前後
の小穴１８が千鳥状に形成されている。この小穴１８
は、排気筒の方位角方向に均一に形成されていて、排気
筒における占積率は３０％前後に設定されている。

【００３４】（作用効果）以上のような本実施の形態の
作用効果は以下の通りである。すなわち、第１の実施の
形態と同様の作用効果を奏するとともに、排気筒の外層
３及び内層４が、熱ガスの排出側の径が細い円錐状に形
成されているため、排出側のガス流速が速くなり、圧力
上昇領域を通過しやすくなる。従って、熱ガスがスムー
ズに排出されるので、絶縁回復性能がより一層向上す
る。

【００３５】（３）他の実施の形態本発明は以上のような実施の形態に限定されるものでは
なく、各部材の材質、形状、数量等は適宜変更可能であ
る。例えば、小穴の形状は円形、楕円形、多角形でもよ
く、突起部にこれらの穴を形成したものであってもよ
い。さらに、これらの多種類の穴を組み合わせて形成す
ることも可能である。

【００３６】そして、小穴の数、大きさ及び占積率、筒
壁の材質、形状、大きさ及び層の数等は、上記実施の形
態には限定されず、設計の段階で適宜変更可能である。
例えば、小穴の粗密及び内層の長さを調整することによ
り、排気筒内の圧力分布を制御し、遮断電流が一定であ
る条件の下で、熱ガスの半径方向及び軸方向の温度・密
度分布を調整することができる。特に、請求項９記載の
発明に対応する実施の形態として、排気筒の各層によっ
て小穴の面積と粗密を異なるように構成することによ
り、熱ガスの排出量、速度、圧力分布等を調節すること
も可能である。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
遮断部の排気筒から熱ガスが排出される際に生じる圧力
上昇を緩和し、熱ガスをスムーズに排出させることによ
って、優れた絶縁回復性能が得られるガス遮断器を提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のガス遮断器の第１の実施の形態を示す
縦断面図である。

【図２】図１における固定部の詳細図である。

【図３】図１におけるＣ−Ｃ断面図である。

【図４】図１におけるＡ矢視図である。

【図５】図１におけるＢ矢視図である。

【図６】本発明のガス遮断器における熱ガス拡散の分布
を示す図である。

【図７】本発明のガス遮断器の第２の実施の形態を示す
縦断面図である。

【図８】従来のガス遮断器の一例を示す縦断面図であ
る。

【図９】排気筒に窓がないガス遮断器における熱ガスの
進路を示す図である。

【図１０】図７において、熱ガスが排気筒から排出され
る様子を示す図である。

【図１１】排気筒に窓が形成されているガス遮断器にお
ける熱ガス拡散の分布を示す図である。

【符号の説明】

１，３１，６１…固定側通電接触子２，３２…固定部３，６３…外壁４，６４…内壁５，１５，６７…金属支持物６，３６，６６…固定側アーク接触子７，６５，３７…通電金属支持物８，３８，６８…シールド電極９，３９…ノズル１０，４０…可動側アーク接触子１１，４１…可動側通電接触子１２，４２…可動部１３，４３…操作ロッド１４，４４…タンク１８…小穴３３，３５，５２…排気筒３４，３５ａ…通気用窓

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁性媒体を満たした密閉容器内に、可
動接触子を有する可動部と固定接触子を有する固定部と
によって構成された遮断部が収容され、前記可動接触子
を前記固定接触子に対して接離可能に駆動する操作機構
を備えたガス遮断器において、前記遮断部の一部又は全長を覆う排気筒が設けられ、前記排気筒の周囲に、複数の小穴が千鳥状に形成されて
いることを特徴とするガス遮断器。
【請求項２】前記小穴が前記排気筒の方位角方向に均
一に配列されていることを特徴とする請求項１記載のガ
ス遮断器。
【請求項３】前記排気筒における前記小穴の占積率が
３０％であることを特徴とする請求項１又は請求項２記
載のガス遮断器。
【請求項４】前記排気筒における通電部を除く筒壁に
チタン合金が用いられていることを特徴とする請求項１
〜３のいずれか１項に記載のガス遮断器。
【請求項５】前記排気筒は、熱ガスの排出側の径が細
い略円錐筒形状であることを特徴とする請求項１〜４の
いずれか１項に記載のガス遮断器。
【請求項６】前記排気筒の筒壁が多層構造であること
を特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のガス
遮断器。
【請求項７】前記排気筒における熱ガスの排出側の内
層筒壁が、外層筒壁よりも短いことを特徴とする請求項
６記載のガス遮断器。
【請求項８】前記小穴の面積と粗密が内層筒壁と外層
筒壁とで異なることを特徴とする請求項６又は請求項７
記載のガス遮断器。