JPWO2020003347A1

JPWO2020003347A1 - ガス遮断器

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Publication number: JPWO2020003347A1
Application number: JP2018555552A
Authority: JP
Inventors: 大策山田; 光馬佐藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2018-06-25
Filing date: 2018-06-25
Publication date: 2020-07-30
Anticipated expiration: 2038-06-25
Also published as: JP6456581B1; WO2020003347A1; US11289291B2; US20210183600A1

Abstract

ガス遮断器（１００）は、動作軸（３０）に平行な第１の方向のうちの一方の側へ先端（１４）が向けられて動作軸（３０）上に配置された固定アークコンタクト（１２）と、動作軸（３０）上にて、固定アークコンタクト（１２）の先端（１４）に接触するときの位置と固定アークコンタクト（１２）の先端（１４）から離されたときの位置とを往復可能な可動アークコンタクト（２２）と、第１の方向に垂直な方向である第２の方向に磁極が配列されて設けられた永久磁石である第１の永久磁石（３２）および第２の永久磁石（３３）と、を備える。固定アークコンタクト（１２）は、先端（１４）から第１の方向のうちの他方の側へ向かうにしたがい動作軸（３０）から離れる向きへ漸次広げられた形状を有する。

Description

本発明は、絶縁ガスが封入されたタンク内に設けられた固定アークコンタクトと可動アークコンタクトとを有するガス遮断器に関するものである。

ガス遮断器は、タンク内に設けられた導体を流れている電流を遮断する際に、固定アークコンタクトに接触された状態の可動アークコンタクトを固定アークコンタクトから引き離す。遮断性能の向上のために、ガス遮断器では、可動アークコンタクトと固定アークコンタクトとの間に発生するアークを消滅させる消弧を迅速に行うための手段が講じられている。従来のガス遮断器では、タンク内の絶縁ガスが溜められるパッファ室と、可動アークコンタクトを覆う筒状のノズルとが設けられて、絶縁ガスの吹き付けによる消弧の迅速化が図られることがある。かかるガス遮断器は、パッファ室において圧力が高められた絶縁ガスをノズル内においてアークへ向けて吹き付けて、アークの発生により高温となった空間を冷却することによって、消弧を行う。

断路器あるいは接地開閉器では、アークの走行方向を電磁力の作用によって変化させ、アークを引き延ばすことによって遮断性能を向上させることが知られている。特許文献１には、永久磁石が発生させる磁界の向きと電流の向きとに応じた電磁力の作用によってアークの走行方向を変化させるガス絶縁断路器が開示されている。特許文献１の技術によると、永久磁石による磁界の向きを、可動アークコンタクトを動作させる動作軸の方向に直交させることで、動作軸を中心とする円周方向へアークが引き延ばされる。

特開２００２−３３４６３６号公報

ガス遮断器においても、絶縁ガスの吹き付けに加えて、永久磁石が用いられたアークの引き延ばしが行われることで、遮断性能のさらなる向上が可能となる。ただし、上記する従来のガス遮断器に特許文献１と同様の永久磁石が付加された場合、可動アークコンタクトと固定アークコンタクトとの間に発生したアークの周囲がノズルによって囲われているために、ノズル内の空間でアークが引き延ばされる。ガス遮断器には、アークの引き延ばしが可能な空間がノズル内に限られるために消弧の迅速化が難しいという事情がある。そのため、従来のガス遮断器に特許文献１の技術が適用されても、遮断性能の向上を図ることが難しいという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、遮断性能の向上を可能とするガス遮断器を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるガス遮断器は、動作軸に平行な第１の方向のうちの一方の側へ先端が向けられて動作軸上に配置された固定アークコンタクトと、動作軸上にて、固定アークコンタクトの先端に接触するときの位置と固定アークコンタクトの先端から離されたときの位置とを往復可能な可動アークコンタクトと、第１の方向に垂直な方向である第２の方向に磁極が配列されて設けられた永久磁石と、を備える。固定アークコンタクトは、先端から第１の方向のうちの他方の側へ向かうにしたがい動作軸から離れる向きへ漸次広げられた形状を有する。

本発明によれば、遮断性能の向上が可能となる、という効果を奏する。

本発明の実施の形態１にかかるガス遮断器の要部断面図図１に示すガス遮断器が有する固定アークコンタクトの拡大図図２に示すIII−III線における固定アークコンタクトの断面図図１に示すガス遮断器における消弧について説明する図図２に示す固定アークコンタクトに設けられた永久磁石の作用によるアークの移動について説明する図図２に示す固定アークコンタクトに設けられた永久磁石の作用によるアークの移動について説明する図本発明の実施の形態２にかかるガス遮断器が有する固定アークコンタクトを示す図図８は、図７に示すVIII−VIII線における固定アークコンタクトの断面図

以下に、本発明の実施の形態にかかるガス遮断器を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかるガス遮断器１００の要部断面図である。図１には、ガス遮断器１００のうち消弧室に設けられる構成の一部を示している。消弧室は、金属製の容器であるタンク内に配置されている。ガス遮断器１００は、タンク内に設けられた導体への交流電流の投入と、導体を流れる交流電流の遮断とを行う。図１では、消弧室、タンクおよび導体の図示を省略している。タンクには、絶縁ガスが封入される。絶縁ガスは、六フッ化硫黄（ＳＦ_６）ガスなどの、電気的な絶縁性と消弧性とを有するガスである。

図１と、後述する図２以降とにおいて、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、互いに垂直な３軸とする。Ｘ軸に平行な方向を、第１の方向であるＸ軸方向とする。Ｙ軸に平行な方向を、第２の方向であるＹ軸方向とする。Ｚ軸に平行な方向を、第３の方向であるＺ軸方向とする。Ｘ軸方向のうち矢印で示す方向をプラスＸ方向、矢印とは逆の方向をマイナスＸ方向とする。Ｙ軸方向のうち矢印で示す方向をプラスＹ方向、矢印とは逆の方向をマイナスＹ方向とする。Ｚ軸方向のうち矢印で示す方向をプラスＺ方向、矢印とは逆の方向をマイナスＺ方向とする。図１には、ＸＹ断面を表している。

ガス遮断器１００は、筒状の固定主コンタクト１１と、固定主コンタクト１１の内側に配置された固定アークコンタクト１２と、固定主コンタクト１１および固定アークコンタクト１２を覆う固定シールド１３とを備える。固定主コンタクト１１と固定アークコンタクト１２とは、消弧室において固定されたコンタクトである固定コンタクト１０を構成する。固定コンタクト１０は、導体に接続されている。固定シールド１３は、導体の通電時に生じる電界から固定主コンタクト１１と固定アークコンタクト１２とをシールドする。

ガス遮断器１００は、筒状の可動主コンタクト２１と、可動主コンタクト２１の内側に配置された可動アークコンタクト２２と、可動主コンタクト２１および可動アークコンタクト２２を覆う可動シールド２３とを備える。可動主コンタクト２１と可動アークコンタクト２２とは、消弧室において可動とされたコンタクトである可動コンタクト２０を構成する。可動コンタクト２０は、導体に接続されている。可動シールド２３は、導体の通電時に生じる電界から可動主コンタクト２１と可動アークコンタクト２２とをシールドする。

ガス遮断器１００は、固定コンタクト１０へ可動コンタクト２０を接触させることによって電流を投入し、固定コンタクト１０から可動コンタクト２０を引き離すことによって電流を遮断する。固定主コンタクト１１のうちマイナスＸ方向側の端は、投入時において可動主コンタクト２１を嵌め込み可能に開放されている。ガス遮断器１００は、可動コンタクト２０を動作させる駆動装置を有する。図１では、駆動装置の図示を省略している。

可動アークコンタクト２２は、動作軸３０上にて、固定アークコンタクト１２の先端１４に接触するときの位置と固定アークコンタクト１２の先端１４から離されたときの位置とを往復可能とされている。可動アークコンタクト２２は、Ｘ軸に平行な動作軸３０に沿って移動する。可動アークコンタクト２２は、固定アークコンタクト１２を挿抜可能な筒形状をなしている。

固定アークコンタクト１２は、動作軸３０上に配置されている。固定アークコンタクト１２のＹＺ断面における中心と、可動アークコンタクト２２のＹＺ断面における中心とは、動作軸３０上に位置している。固定アークコンタクト１２は、Ｘ軸方向のうちの一方の側であるマイナスＸ方向の側へ先端１４が向けられて配置されている。なお、固定アークコンタクト１２のうち動作軸３０上にある端の一点のみならず、当該一点の周囲の部分を含めて、先端１４と称する場合がある。

固定アークコンタクト１２は、先端１４から、Ｘ軸方向のうちの他方の側であるプラスＸ方向の側へ向かうにしたがい動作軸３０から離れる向きへ漸次広げられた形状を有する。固定アークコンタクト１２のうちプラスＸ方向側の端部である根元部は、固定シールド１３に固定されている。図１では、根元部の図示を省略している。

可動主コンタクト２１のうちプラスＸ方向側の端部には、筒状のノズル３１が取り付けられている。ノズル３１は、可動主コンタクト２１からプラスＸ方向へ延ばされている。可動アークコンタクト２２のうちプラスＸ方向側の部分は、ノズル３１のうちマイナスＸ方向側の部分によって覆われている。ノズル３１は、可動コンタクト２０とともに移動する。固定コンタクト１０との接触のために可動コンタクト２０を移動させることにより、固定アークコンタクト１２は、ノズル３１の内部へ挿入される。ノズル３１の材料には、ポリテトラフルオロエチレン（polytetrafluoroethylene，ＰＴＦＥ）等の樹脂が使用されている。

可動主コンタクト２１には、絶縁ガスが溜められるパッファ室２４と、パッファ室２４と可動主コンタクト２１の内壁との間を貫く吹出口２５とが設けられている。固定コンタクト１０から可動コンタクト２０が引き離されたときに、パッファ室２４に絶縁ガスが押し込められることによって、パッファ室２４の内部の絶縁ガスの圧力が高められる。パッファ室２４の内部にて圧力が高められた絶縁ガスは、パッファ室２４から吹出口２５を通ってノズル３１へ吹き出される。吹出口２５は、図１に示す断面内の位置以外の位置にも設けられている。

固定アークコンタクト１２には、第１の永久磁石３２と第２の永久磁石３３とが設けられている。第１の永久磁石３２は、Ｙ軸方向のうちの一方の側であるプラスＹ方向の側において固定アークコンタクト１２の表面に嵌め込まれている。第２の永久磁石３３は、Ｙ軸方向のうちの他方の側であるマイナスＹ方向の側において固定アークコンタクト１２の表面に嵌め込まれている。図１と、後述する図２以降とにおいて、破線は、第１の永久磁石３２と第２の永久磁石３３との間における磁力線を表している。

次に、固定アークコンタクト１２の詳細について説明する。図２は、図１に示すガス遮断器１００が有する固定アークコンタクト１２の拡大図である。図３は、図２に示すIII−III線における固定アークコンタクト１２の断面図である。図２には、ＸＹ断面を表している。図３には、ＹＺ断面を表している。図２および図３では、断面を示すハッチングを省略している。

固定アークコンタクト１２のうち、先端１４を含む部分１６の材料には、アークによる溶融が生じにくい金属であるタングステン等が使用されている。固定アークコンタクト１２のうち部分１６よりもプラスＸ方向側の部分１７の材料には、アルミニウムまたは銅等の金属が使用されている。アルミニウムまたは銅が使用されることで、磁力へ及ぼす影響を少なくすることができる。第１の永久磁石３２と第２の永久磁石３３とは、部分１７のうち部分１６との接合箇所に嵌め込まれている。固定主コンタクト１１の材料には、固定アークコンタクト１２を構成する材料よりも電気抵抗が低い金属が使用されている。

固定アークコンタクト１２は、動作軸３０を中心とする円錐形状を、頂点付近に丸みを持たせるように変形させた形状をなしている。図２に示すＸＹ断面において、固定アークコンタクト１２のうち丸みを持たせた先端１４付近よりもプラスＸ方向側における側面１５は、プラスＸ方向へ向かうにしたがって動作軸３０から離れるように傾けられた直線をなしている。固定アークコンタクト１２の側面１５は、図２に示すＸＹ断面において曲線をなすものであっても良い。固定アークコンタクト１２の形状は、先端１４からプラスＸ方向の側へ向かうにしたがい動作軸３０から離れる向きへ漸次広げられた形状であれば良く、図２に示す形状に限られない。以下の説明にて、固定アークコンタクト１２が有する形状を、テーパ形状と称することがある。図３に示すように、固定アークコンタクト１２のＹＺ断面は円形をなしている。固定アークコンタクト１２のＹＺ断面は円形以外の形状であっても良い。

第１の永久磁石３２と第２の永久磁石３３とは、互いに引き付け合うように磁極が揃えられている。第１の永久磁石３２は、第２の永久磁石３３の側であるマイナスＹ方向側にＳ極３２ａ、プラスＹ方向側にＮ極３２ｂをそれぞれ向けて配置されている。第２の永久磁石３３は、第１の永久磁石３２の側であるプラスＹ方向側にＮ極３３ｂ、マイナスＹ方向側にＳ極３３ａをそれぞれ向けて配置されている。このように、第１の永久磁石３２および第２の永久磁石３３は、Ｙ軸方向に磁極が配列されて設けられている。第１の永久磁石３２と第２の永久磁石３３とは、互いの磁力によって固定アークコンタクト１２に保持される。

次に、ガス遮断器１００の動作について説明する。固定コンタクト１０と可動コンタクト２０との接触によって導体へ電流が投入されているとき、固定主コンタクト１１に可動主コンタクト２１が嵌め込まれるとともに、可動アークコンタクト２２に固定アークコンタクト１２が挿入されている。固定主コンタクト１１の抵抗が、固定アークコンタクト１２の部分１６の抵抗よりも低いことにより、固定コンタクト１０と可動コンタクト２０とでは、固定主コンタクト１１と可動主コンタクト２１との間において電流が流れる。固定コンタクト１０と可動コンタクト２０とにおいて、Ｘ軸方向へ電流が流れる。

かかる状態から、可動コンタクト２０が駆動装置によってマイナスＸ方向へ移動するときに、固定コンタクト１０と可動コンタクト２０との間では、固定主コンタクト１１からの可動主コンタクト２１の引き離しよりも後に、可動アークコンタクト２２が固定アークコンタクト１２から引き離される。可動主コンタクト２１が固定主コンタクト１１から引き離されたときに、固定アークコンタクト１２と可動アークコンタクト２２との接触が残されていることにより、電流の流れは、固定主コンタクト１１と可動主コンタクト２１との間から、固定アークコンタクト１２と可動アークコンタクト２２との間へ移される。

固定アークコンタクト１２と可動アークコンタクト２２との間へ電流の流れが移されてから、可動アークコンタクト２２が固定アークコンタクト１２から引き離されたときに、固定アークコンタクト１２と可動アークコンタクト２２との間にアークが発生する。

図４は、図１に示すガス遮断器１００における消弧について説明する図である。図４では、図１に示すガス遮断器１００のうちの一部の構成については図示を省略している。アーク３５の発生当初において、アーク３５は、可動アークコンタクト２２から、固定アークコンタクト１２のうち先端１４付近へ向けて走行する。

ノズル３１の内部空間は、図１に示す吹出口２５からのガス流３６をアーク３５へ向かわせるように、可動アークコンタクト２２よりもプラスＸ方向側に位置するくびれ部３７において狭められている。また、アーク３５へ向かわせたガス流３６を固定アークコンタクト１２の周囲へ向かわせるように、ノズル３１の内部空間は、くびれ部３７からプラスＸ方向へ向かうにしたがって漸次広げられている。このように、固定アークコンタクト１２のうちプラスＸ方向側の根元部のほうへガス流３６が向かい易くなるように、ノズル３１の内部空間におけるガス流３６の進行が制御されている。

図５および図６は、図２に示す固定アークコンタクト１２に設けられた永久磁石の作用によるアーク３５の移動について説明する図である。図５には、固定アークコンタクト１２をマイナスＸ方向側から見た状態を示している。図６には、固定アークコンタクト１２のうち先端１４を含む部分におけるＸＹ断面を示している。

固定アークコンタクト１２のうち先端１４の付近における磁界の向きは、マイナスＹ方向となる。固定コンタクト１０から可動コンタクト２０が引き離されたときの電流の方向がＸ軸方向であることから、アーク３５は、Ｚ軸方向の電磁力を受ける。アーク３５の走行方向は、電磁力を受けることによってＺ軸方向へ曲げられる。固定コンタクト１０から可動コンタクト２０が引き離されたときの交流の向きに応じて、アーク３５の走行方向は、プラスＺ方向とマイナスＺ方向とのどちらかへ曲げられる。図５および図６に示す例では、図５にて実線矢印によって示すように、マイナスＺ方向の電磁力が生じているものとする。

マイナスＺ方向の電磁力がアーク３５に作用することによって、図４に示すように、アーク３５の走行方向は、先端１４付近へ向かうときよりもマイナスＺ方向へ曲げられる。プラスＸ方向へ向かうにしたがい動作軸３０から離れる向きの勾配を側面１５に持たせたことで、かかる勾配を有しない場合と比べて、動作軸３０から離れる向きであるマイナスＺ方向の電磁力を受けたアーク３５を、側面１５のうちプラスＸ方向側の位置へ向かわせ易くすることができる。固定アークコンタクト１２をテーパ形状としたことで、固定アークコンタクト１２の根元部のほうへのアーク３５の走行を促すことが可能となる。

ガス遮断器１００は、固定アークコンタクト１２をテーパ形状としたことと、ノズル３１によってガス流３６の進行方向が制御されたこととの相乗効果によって、根元部のほうへのアーク３５の走行を促すことができる。根元部のほうへのアーク３５の走行が促されることで、アーク３５の発生によって高温になっているノズル３１内の空間領域よりも低温な空間領域へアーク３５を向かわせることができる。これにより、アーク３５の冷却を促すことができるため、迅速な消弧が可能となる。

図５および図６において、アーク３５の走行方向がＺ軸方向へ曲げられることで、固定アークコンタクト１２のうちプラスＹ方向側の表面に位置する第１の永久磁石３２と、固定アークコンタクト１２のうちマイナスＹ方向側の表面に位置する第２の永久磁石３３とへのアーク３５の走行が抑制される。このため、第１の永久磁石３２と第２の永久磁石３３とがアーク３５にさらされることを抑制できる。第１の永久磁石３２と第２の永久磁石３３とを固定アークコンタクト１２の表面に設けることで、第１の永久磁石３２と第２の永久磁石３３とを備える固定アークコンタクト１２の容易な組み立てが可能となる。

第１の永久磁石３２と第２の永久磁石３３とは、固定アークコンタクト１２以外に設けられても良い。第１の永久磁石３２と第２の永久磁石３３との位置は、アーク３５に電磁力を及ぼすことが可能な位置であれば良いものとする。第１の永久磁石３２と第２の永久磁石３３とは、固定シールド１３、可動アークコンタクト２２、可動シールド２３およびタンクのいずれかに設けられても良い。

実施の形態１によると、ガス遮断器１００は、プラスＸ方向へ向かうにしたがい動作軸３０から離れる向きへ漸次広げられた形状の固定アークコンタクト１２と、Ｙ軸方向に磁極が配列された第１の永久磁石３２および第２の永久磁石３３とが設けられたことにより、迅速な消弧が可能となる。これにより、ガス遮断器１００は、迅速な消弧によって、遮断性能の向上が可能となるという効果を奏する。

実施の形態２．
図７は、本発明の実施の形態２にかかるガス遮断器１００が有する固定アークコンタクト４０を示す図である。図８は、図７に示すVIII−VIII線における固定アークコンタクト４０の断面図である。実施の形態２において、永久磁石４１は、固定アークコンタクト４０の内部に埋め込まれて設けられている。実施の形態２にかかるガス遮断器１００は、実施の形態１の固定アークコンタクト１２に代えて固定アークコンタクト４０が設けられている以外は、実施の形態１のガス遮断器１００と同様の構成を備える。実施の形態２では、上記の実施の形態１と同一の構成要素には同一の符号を付し、実施の形態１とは異なる構成について主に説明する。図７には、ＸＹ断面を表している。図８には、ＹＺ断面を表している。図７および図８では、断面を示すハッチングを省略している。

固定アークコンタクト４０は、第１の永久磁石３２と第２の永久磁石３３とに代えて永久磁石４１が設けられている以外は、実施の形態１の固定アークコンタクト１２と同様の構成を備える。永久磁石４１は、マイナスＹ方向側にＳ極４１ａ、プラスＹ方向側にＮ極４１ｂをそれぞれ向けて配置されている。永久磁石４１は、Ｙ軸方向に磁極が配列されて設けられている。永久磁石４１は、部分１６の内部に配置されている。永久磁石４１のうちプラスＸ方向側の端と、部分１６のうちプラスＸ方向側の端とは、部分１７のうちマイナスＸ方向側の端に貼り付けられている。

永久磁石４１は、実施の形態１の第１の永久磁石３２および第２の永久磁石３３と同様に、マイナスＹ方向の向きの磁界を生じさせる。実施の形態２においても、ガス遮断器１００は、Ｚ軸方向の電磁力を生じさせて、アーク３５の走行方向を曲げることができる。

実施の形態２では、固定アークコンタクト４０の内部に永久磁石４１が埋め込まれていることで、永久磁石４１がアークに直接さらされることを抑制できる。固定アークコンタクト４０の内部に永久磁石４１が配置されていることで、永久磁石４１の磁力が通電に及ぼす影響を少なくすることができる。

実施の形態２によると、ガス遮断器１００は、固定アークコンタクト４０と永久磁石４１とが設けられたことにより、迅速な消弧が可能となる。これにより、ガス遮断器１００は、迅速な消弧によって、遮断性能の向上が可能となるという効果を奏する。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１０固定コンタクト、１１固定主コンタクト、１２，４０固定アークコンタクト、１３固定シールド、１４先端、１５側面、１６，１７部分、２０可動コンタクト、２１可動主コンタクト、２２可動アークコンタクト、２３可動シールド、２４パッファ室、２５吹出口、３０動作軸、３１ノズル、３２第１の永久磁石、３２ａ，３３ａ，４１ａＳ極、３２ｂ，３３ｂ，４１ｂＮ極、３３第２の永久磁石、３５アーク、３６ガス流、３７くびれ部、４１永久磁石、１００ガス遮断器。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるガス遮断器は、動作軸に平行な第１の方向のうちの一方の側へ先端が向けられて動作軸上に配置された固定アークコンタクトと、動作軸上にて、固定アークコンタクトの先端に接触するときの位置と固定アークコンタクトの先端から離されたときの位置とを往復可能な可動アークコンタクトと、第１の方向に垂直な方向である第２の方向に磁極が配列されて設けられた永久磁石と、を備える。固定アークコンタクトは、先端から第１の方向のうちの他方の側へ向かうにしたがい動作軸から離れる向きへ漸次広げられたテーパ形状を有する。

Claims

動作軸に平行な第１の方向のうちの一方の側へ先端が向けられて前記動作軸上に配置された固定アークコンタクトと、
前記動作軸上にて、前記固定アークコンタクトの前記先端に接触するときの位置と前記固定アークコンタクトの前記先端から離されたときの位置とを往復可能な可動アークコンタクトと、
前記第１の方向に垂直な方向である第２の方向に磁極が配列されて設けられた永久磁石と、
を備え、
前記固定アークコンタクトは、前記先端から前記第１の方向のうちの他方の側へ向かうにしたがい前記動作軸から離れる向きへ漸次広げられた形状を有することを特徴とするガス遮断器。
前記永久磁石は、前記固定アークコンタクトに設けられていることを特徴とする請求項１に記載のガス遮断器。
前記永久磁石は、
前記第２の方向のうちの一方の側において前記固定アークコンタクトの表面に嵌め込まれた第１の永久磁石と、
前記第２の方向のうちの他方の側において前記固定アークコンタクトの表面に嵌め込まれた第２の永久磁石と、
を有することを特徴とする請求項２に記載のガス遮断器。
前記永久磁石は、前記固定アークコンタクトの内部に埋め込まれて設けられていることを特徴とする請求項２に記載のガス遮断器。