WO2014050108A1 - ガス遮断器 - Google Patents

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WO2014050108A1
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arc
gas
pressure
electrode
circuit breaker
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内井　敏之
新海　健
崇文 飯島
森　正
腰塚　正
加藤　紀光
古田　宏
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株式会社 東芝
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    • H01H9/34—Stationary parts for restricting or subdividing the arc, e.g. barrier plate
    • H01H9/342—Venting arrangements for arc chutes

Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to a gas circuit breaker that improves the shut-off performance without causing thermal exhaust gas due to arc discharge to contribute to boosting of the puffer chamber.
  • a gas circuit breaker is used to perform current switching including an excessive accident current.
  • a puffer type gas circuit breaker in which an arc extinguishing gas is blown to extinguish arc discharge is widely used.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Publication No. 7-109744
  • Patent Document 1 Japanese Patent Publication No. 7-109744
  • FIG. (A)-(c) shows a rotationally symmetric shape with the center line as the axis of rotation, (a) is the energized state, (b) is the first half of the current interrupting operation, and (c) is the current interrupting operation. The second half of the state.
  • the puffer-type gas circuit breaker is provided with a counter arc electrode 2 and a counter energizing electrode 3, and these electrodes 2, 3 face the concentric axis on the movable arc.
  • the electrode 4 and the movable energizing electrode 5 are disposed so as to freely reciprocate.
  • These electrodes 2-5 are housed in a sealed container (not shown) filled with the arc extinguishing gas 1.
  • SF6 gas sulfur hexafluoride gas
  • electrical insulation performance is usually used, but other media may be used.
  • the movable arc electrode 4 is attached to the distal end portion of the hollow drive rod 6, and the movable energizing electrode 5 is attached to the distal end portion of the puffer cylinder 9.
  • An insulating nozzle 8 is attached to the tip of the puffer cylinder 9 inside the movable energizing electrode 5.
  • the movable arc electrode 4, the movable energizing electrode 5, the drive rod 6, the insulating nozzle 8, and the puffer cylinder 9 are integrally formed. This integrally configured portion is driven together with the movable side electrodes 4 and 5 and is therefore collectively referred to as a movable portion.
  • a fixed piston 15 is slidably installed in the puffer cylinder 9.
  • the fixed piston 15 is fixed in the sealed container independently of the movable part.
  • the fixed piston 15 is provided with an intake hole 17 and an intake valve 19.
  • a puffer chamber 22 is constituted by a space surrounded by the sliding surface 15 a of the drive rod 6, puffer cylinder 9 and fixed piston 15.
  • the puffer cylinder 9 and the fixed piston 15 serve as means for increasing the pressure of the arc-extinguishing gas 1 in the puffer chamber 22, and the puffer chamber 22 serves as a pressure accumulation space for storing the increased arc-extinguishing gas 1.
  • the insulating nozzle 8 serves as a means for rectifying and blowing the arc extinguishing gas 1 from the puffer chamber 22 toward the arc discharge 7.
  • the opposed arc electrode 2 and the movable arc electrode 4, and the opposed energizing electrode 3 and the movable energizing electrode 5 are in contact with each other and are in a current energized state in the on state (FIG. 6). (See (a)).
  • the movable arc electrode 4 and the movable energized electrode 5 are driven rightward in FIG.
  • the intake valve 19 provided in the fixed piston 15 operates when the pressure in the puffer chamber 22 becomes lower than the filling pressure of the arc extinguishing gas 1. Then, the intake hole 17 is opened, and the arc extinguishing gas 1 is replenished into the puffer chamber 22 by intake. For this reason, the arc extinguishing gas 1 can be quickly replenished into the puffer chamber 22 even during the charging operation immediately after the current interruption. Therefore, even when the puffer-type gas circuit breaker performs the high-speed reclosing operation, it is possible to ensure a sufficient gas flow rate of the blowing gas 21 at the time of the second interruption operation and to reliably extinguish the arc discharge 7. .
  • the pressure of the arc extinguishing gas 1 in the puffer chamber 22 must be increased to a blowing pressure sufficient to extinguish the arc discharge 7.
  • the mechanical vibration during the shut-off operation increases due to the installation of the strong drive mechanism. And the cost is high.
  • the puffer type gas circuit breaker it is required to reduce the driving operation force while maintaining a strong blowing pressure.
  • an action of increasing the pressure of the puffer chamber 22 by taking in the high-temperature thermal exhaust gas 20 generated by the arc discharge 7 is used.
  • the self-pressure boosting action in the puffer-type gas circuit breaker will be described with reference to FIG.
  • the counter arc electrode 2 does not sufficiently pass through the narrowest flow path portion (throat portion) of the insulating nozzle 8, and the heat around the arc discharge 7 is The exhaust gas 20 flows into the puffer chamber 22.
  • the internal pressure of the puffer chamber 22 is increased and the blowing pressure of the blowing gas 21 is maintained, and the driving operation force is reduced. be able to.
  • a gas circuit breaker of a type called a series puffer type limits the space where the self-pressurizing action is extended.
  • the serial puffer type gas circuit breaker is characterized in that the puffer chamber is divided into two spaces by the partition plate 10. 7, the same members as those of the puffer type gas circuit breaker shown in Fig. 6 are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted, and the center line is also rotated in Fig. 7 (a) to (c).
  • a rotationally symmetric shape is shown with an axis, where (a) is an energized state, (b) is a first half state of a current interrupting operation, and (c) is a second half state of the current interrupting operation.
  • the space into which the thermal exhaust gas 20 is taken in from the space where the arc discharge 7 is generated is the heat puffer chamber 11, and the fixed piston 15 is slidably installed on the opposite side.
  • a compression puffer chamber 12 Is a compression puffer chamber 12.
  • a communication hole 13 is opened in the partition plate 10 that partitions the heat puffer chamber 11 and the compression puffer chamber 12, and a check valve 14 is attached thereto.
  • the fixed piston 15 is provided with an exhaust hole 16 and a pressure release valve 18. The pressure release valve 18 is opened when the pressure in the compression puffer chamber 12 rises to a predetermined set value.
  • the counter arc electrode 2 in the first half of the current interruption operation, has the narrowest flow path portion (throat portion) of the insulating nozzle 8 as shown in FIG.
  • the heat exhaust gas 20 caused by the arc discharge 7 flows into the heat puffer chamber 11 without being completely removed. That is, the pressure in the heat puffer chamber 11 is remarkably increased by the self-pressure-increasing action by the arc heat, a pressure sufficient to extinguish the arc discharge 7 can be obtained, and a high pressure necessary for interrupting a large current is applied to the heat puffer chamber 11. Can be created in a closed space.
  • the check valve 14 is passively closed due to the pressure difference. Therefore, even if the pressure of the heat puffer chamber 11 rises, the influence does not reach the compression puffer chamber 12, and the driving force acting on the fixed piston 15 that slides in the compression puffer chamber 12 does not increase.
  • the check valve 14 opens and the compression puffer chamber is opened.
  • the arc extinguishing gas 1 flows into the heat puffer chamber 11 from 12, and a blowing gas 21 having a blowing pressure and a blowing gas amount necessary for interrupting the current can be blown onto the arc discharge 7.
  • the self-pressure boosting action due to arc heat is small, so the pressure rise in the heat puffer chamber 11 due to that action cannot be expected. Therefore, the pressure in the compression puffer chamber 12 is relatively higher than the pressure in the heat puffer chamber 11, and the check valve 14 is in an open state. As a result, the arc extinguishing gas 1 flows from the compression puffer chamber 12 into the heat puffer chamber 11 by the compression action of the fixed piston 15, and it is possible to ensure the blowing pressure necessary for interrupting the current.
  • (D) Driving operation force In order to reduce the driving operation force in the gas circuit breaker, it is important to realize a simplified configuration and to reduce the weight.
  • incidental parts such as the partition plate 10 and the check valve 14 are indispensable, so that the structure becomes complicated and the weight of the movable part tends to increase. If the weight of the movable part becomes heavy, a strong driving operation force is unavoidable. That is, in the conventional serial puffer type gas circuit breaker, simplification of the configuration is required in order to contribute to weight reduction of the movable part.
  • the arc extinguishing gas 1 flowing out from the compression puffer chamber 12 flows into the arc discharge 7 inside the insulating nozzle 8 after passing through the heat puffer chamber 11. For this reason, the flow area of the arc extinguishing gas 1 from the compression puffer chamber 12 through the communication hole 13 of the partition plate 10 to the arc discharge 7 is greatly expanded in the heat puffer chamber 11 portion, and smooth extinction is achieved. The flow of the arc gas 1 is hindered.
  • the thermal energy of the thermal exhaust gas 20 is small, so the pressure in the thermal puffer chamber 11 is low, and the arc extinguishing gas 1 flowing from the compression puffer chamber 12 causes the pressure in the thermal puffer chamber 11 to be reduced. It is consumed to increase the pressure to the same level as the chamber 12. Therefore, the pressure of the arc extinguishing gas 1 when sprayed to the arc discharge 7 side is considerably small, and it is difficult to exhibit an excellent interruption performance.
  • the blowing gas 21 is blown to the arc discharge 7 only by the pressure of the heat puffer chamber 11 when the large current region is cut off, and from the compression puffer chamber 12 when the small current region is cut off.
  • Arc extinguishing gas 1 is sprayed on arc discharge 7. That is, in the serial puffer type gas circuit breaker, the supply space of the arc extinguishing gas 1 is switched between the heat puffer chamber 11 and the compression puffer chamber 12 in accordance with the magnitude of the current to be cut off.
  • the above switching is performed by passively opening and closing the check valve 14 in accordance with the pressure difference between the heat puffer chamber 11 and the compression puffer chamber 12. Therefore, if the pressure difference between the heat puffer chamber 11 and the compression puffer chamber 12 is small in the medium current region, the supply source of the arc extinguishing gas 1 cannot be switched, and the operation of the check valve 14 becomes unstable. Become. Even with such an operation of the check valve 14, the flow of the arc extinguishing gas 1 may become unstable.
  • (F) Breaking performance during high-speed reclosing operation Furthermore, it is needless to say that the gas circuit breaker should have good breaking performance during high-speed reclosing operation.
  • the interruption performance at the time may be low, which is a problem. That is, the suction hole 17 and the intake valve 19 are formed in the fixed piston 15, and the arc-extinguishing gas 1 is replenished to the compression puffer chamber 12 side during the charging operation, but the arc-extinguishing gas is supplied to the heat puffer chamber 11 side. 1 is not replenished with inspiration. For this reason, the inside of the thermal puffer chamber 11 immediately after cutting off the current once is filled with the arc-extinguishing gas 1 that has been heated to a high temperature by the high-temperature arc discharge 7.
  • the gas circuit breaker according to the present embodiment has been proposed to solve all the problems described above. That is, the gas circuit breaker according to the present embodiment reduces the temperature of the blowing gas, improves durability, reduces maintenance, shortens the current interruption time, and reduces the driving operation force. It is an object of the present invention to provide a gas circuit breaker that stabilizes the flow of the gas and further improves the interruption performance during high-speed reclosing operation.
  • the present invention comprises the following arrangement. That is, A pair of arc electrodes are arranged opposite to each other in a hermetically sealed container filled with an arc extinguishing gas, the arc electrodes can be electrically energized, and an arc discharge can occur between both electrodes when the current is interrupted.
  • a pressure accumulating space for storing the pressurizing gas;
  • a thermal exhaust gas storage space for temporarily storing thermal exhaust gas generated by the heat of the arc discharge is provided, a pressurization gas circulation space is provided in communication with the pressure storage space, and the pressure storage space is closed or opened.
  • An openable opening / closing part is provided for The open / close portion is closed in the first half when the current is interrupted to prevent the thermal exhaust gas from flowing into the accumulator space, and is opened in the second half when the current is interrupted, and the booster in the accumulator space is opened. It is configured to guide gas to the arc discharge.
  • Sectional drawing which shows the structure of 1st Embodiment. Sectional drawing which shows the structure of 2nd Embodiment. Sectional drawing which shows the structure of 3rd Embodiment. The graph which shows an example of the displacement of a trigger electrode and piston in 3rd Embodiment. Sectional drawing which shows the structure of 5th Embodiment. Sectional drawing which shows the structure of the conventional puffer-type gas circuit breaker. Sectional drawing which shows the structure of the conventional serial puffer type gas circuit breaker.
  • a fixed arc electrode 30a is provided in place of the counter arc electrode 2, and a fixed arc electrode 30b is disposed to face the fixed arc electrode 30a.
  • the fixed arc electrode 30b is provided at the tip of a cylindrical member 40 that extends from the sliding surface 15a of the fixed piston 15 to the left in the drawing. That is, the fixed arc electrode 30b, the sliding surface 15a of the fixed piston 15, and the cylindrical member 40 are integrally provided.
  • the pair of fixed arc electrodes 30a and 30b is not a member included in a movable part including the movable energizing electrode 5 and the puffer cylinder 9, but a member fixed inside a sealed container (not shown). Further, the pressure in the sealed container is a single pressure, for example, the charging pressure of the arc extinguishing gas 1 at any part during normal operation.
  • a rod-shaped trigger electrode 31 having a diameter smaller than that of the fixed arc electrodes 30a, 30b is arranged so as to move between the electrodes while being in contact with the fixed arc electrodes 30a, 30b.
  • the trigger electrode 31 is brought into contact with the fixed arc electrodes 30a and 30b to short-circuit the two fixed arc electrodes 30a and 30b, thereby realizing an energized state. Further, when the current is interrupted, an arc discharge 7 is generated between the trigger electrode 31 and the fixed arc electrode 30a, and the arc discharge 7 is finally transferred from the trigger electrode 31 to the arc electrode 30b.
  • An insulating nozzle 32 is disposed so as to surround the trigger electrode 31.
  • the insulating nozzle 32 is provided on the surface of the trigger electrode 31 so as to be able to contact and separate.
  • the insulating nozzle 32 is not integrated into the movable portion including the movable energizing electrode 5 and the puffer cylinder 9, and is a sealed container (not shown) independent of the movable portion. It is fixed on the side.
  • a movable piston 33 fixed integrally with the puffer cylinder 9 is disposed inside the puffer cylinder 9.
  • the lower end portion of the movable piston 33 slides on the outer surface of the cylindrical member 40.
  • a buffer chamber 36 is formed on the left side of the movable piston 33, and a compression puffer chamber 12 is formed on the right side of the movable piston 33.
  • the buffer chamber 36 is configured by a space surrounded by the base of the insulating nozzle 32, the puffer cylinder 9, the movable piston 33, and the cylindrical member 40.
  • the buffer chamber 36 is a thermal exhaust gas storage space for temporarily storing (buffering) the thermal exhaust gas 20 generated by the heat of arc discharge.
  • the puffer cylinder 9 has an exhaust hole 37 adjacent to the movable energizing electrode 5.
  • the compression puffer chamber 12 on the right side of the movable piston 33 is constituted by a space surrounded by the movable piston 33, the puffer cylinder 9, the sliding surface 15a of the fixed piston 15, and the cylindrical member 40.
  • the arc extinguishing gas 1 is mechanically compressed by the movable piston 33 as the current interruption operation, that is, the opening driving proceeds, and the pressurizing gas 35 (shown in FIG. 1C) is generated. .
  • a blowout hole 34 is opened at the proximal end portion of the cylindrical member 40.
  • the pressurizing gas 35 in the compression puffer chamber 12 passes through the blow hole 34 and flows between the trigger electrode 31 and the cylindrical member 40 and is blown to the arc discharge 7.
  • a space between the trigger electrode 31 and the cylindrical member 40 through which the pressurized gas 35 flows through the blowing hole 34 is referred to as a pressurized gas circulation space 43.
  • a fixed arc electrode 30 b is disposed at the end of the pressurization gas circulation space 43.
  • the opening / closing part 41 is formed by the contact portion between the fixed arc electrode 30 b and the trigger electrode 31.
  • the opening / closing part 41 is configured to be openable and closable so as to close or open the compression puffer chamber 12 which is a pressure accumulation space.
  • the opening / closing part 41 is closed in the first half when the current is interrupted to prevent the heat exhaust gas 20 from flowing into the pressurized gas circulation space 43 and the buffer chamber 36, and is open in the second half when the current is interrupted.
  • the pressurizing gas 20 in the puffer chamber 12 is guided to the arc discharge 7.
  • an intake hole 17 and an intake valve 19 are provided in the compression puffer chamber 12 and the buffer chamber 36.
  • the intake valve 19 is configured to replenish the arc-extinguishing gas 1 into the chambers 12 and 36 only when the pressure in the chambers 12 and 36 is lower than the filling pressure in the sealed container. .
  • the puffer cylinder 9 When the first embodiment performs a current interruption operation, the puffer cylinder 9 is driven to open in the right direction in FIG. 1 by a driving operation mechanism (not shown), and the buffer chamber 36 on the left side of the movable piston 33 is driven to open. As the volume increases. Therefore, the buffer chamber 36 sucks the thermal exhaust gas 20 generated by the arc discharge 7, temporarily stores (buffers) it, and appropriately heats the exhaust gas 20 from the exhaust hole 37 opened in the puffer cylinder 9 due to an increase in the internal pressure of the buffer chamber 36. Exhaust. Further, when the puffer cylinder 9 is driven to open in the right direction in FIG. 1, the pressure is extinguished by the movable piston 33 and the arc extinguishing gas 1 in the compression puffer chamber 12 is boosted to generate the pressurizing gas 35.
  • the trigger electrode 31 is also driven to open in the right direction in FIG. 1 in conjunction with the puffer cylinder 9, and when the trigger electrode 31 is separated from the fixed arc electrode 30a on the left side in FIG. Fires (state shown in FIG. 1B).
  • the period during which the arc discharge 7 is ignited on the trigger electrode 31 is only the initial stage of the interruption process until the arc discharge 7 is transferred to the fixed arc electrode 30b.
  • the open / close portion 41 is in a closed state, and the pressure-increasing gas is removed except for a gap that cannot be avoided in the sliding operation between the electrodes 30b and 31.
  • the distribution space 43 is in a hermetically sealed state (states (a) and (b) in FIG. 1).
  • the opening / closing part 41 is in a closed state, preventing communication between the pressurizing gas circulation space 43 and the space where the arc discharge 7 is generated.
  • the heat exhaust gas 20 is prevented from entering the pressurization gas circulation space 43 by closing the opening / closing part 41.
  • the thermal exhaust gas 20 thermally expanded by the heat of the arc discharge 7 passes through the pressurization gas circulation space 43 and the blowout hole 34, apart from a gap that cannot be avoided in the operation of the electrodes 30b and 31, and the compression puffer chamber. 12 does not flow into the interior.
  • the arc discharge 7 generated between the fixed arc electrode 30a and the trigger electrode 31 is transferred from the trigger electrode 31 to the fixed arc electrode 30b when the fixed arc electrode 30b and the trigger electrode 31 are separated from each other, and the fixed arc electrodes 30a, 30b. In the meantime, an arc discharge 7 is generated (state shown in FIG. 1C).
  • the pressurized gas 35 in the compressed puffer chamber 12 compressed by the movable piston 33 is ejected from the inside of the fixed arc electrode 30b through the blowout hole 34 and the pressurized gas circulation space 43.
  • the insulating nozzle 32 rectifies the pressurizing gas 35 and strongly blows it to the arc discharge 7 so that the arc discharge 7 can be extinguished.
  • the pressurizing gas 35 that has passed through the pressurizing gas circulation space 43 is injected in the vicinity of the end near the fixed arc electrode 30b in the arc discharge 7, so that the arc discharge 7 can be extinguished more reliably. .
  • the first embodiment is characterized in that it does not use the self-pressure boosting action by arc heat. For this reason, the pressurization gas 35 sprayed on the arc discharge 7 is not thermally compressed by the hot exhaust gas 20, and may be a low-temperature gas whose pressure is only increased by the mechanical compression by the movable piston 33. it can.
  • the fixed arc electrodes 30a and 30b can be made thick without worrying about an increase in weight. For this reason, the durability of the arc electrodes 30a and 30b against a large current arc is remarkably improved. Furthermore, when the arc electrodes 30a and 30b are made thick, it is possible to greatly reduce the electric field concentration at the tips of the arc electrodes 30a and 30b when a high voltage is applied between the electrode gaps.
  • the required electrode gap interval can be shortened compared to the conventional gas circuit breaker.
  • the length of the arc discharge 7 is shortened, and the electric input power to the arc discharge 7 when the current is interrupted is reduced.
  • a decrease in the electrical input power to the arc discharge 7 leads to a reduction in the self-boosting action, which is not desirable in terms of current interruption performance.
  • the self-boosting action by the arc heat since the self-boosting action by the arc heat is not used, the reduction of the electric input power to the arc discharge 7 has no influence on the current interruption performance. Therefore, even if the fixed arc electrodes 30a and 30b are thickened, it is possible to obtain only the merit of greatly contributing to the improvement of thermal durability. Such a merit also applies when the insulating nozzle 32 is thickened.
  • compressed gas is generated in advance in a high-pressure reservoir tank by a compressor, and the open-circuit valve is synchronized when the current is cut off.
  • a configuration in which the gas is opened and the compressed gas is blown onto the arc discharge 7 can be considered.
  • additional components such as a reservoir tank, a compressor, and an electromagnetic valve are increased, which causes a problem such as an increase in equipment size and cost, and deterioration in maintainability.
  • the pressure in the sealed container is a single pressure at any part, for example, the charging pressure of the arc extinguishing gas 1 during normal operation, and the current interruption process
  • the pressurization gas 35 required only in the above is generated. Therefore, according to the first embodiment, the device can be made compact and the cost can be reduced, and the work load required for maintenance can be reduced.
  • the pressure and flow rate of the pressurizing gas 35 sprayed to the arc discharge 7 are always constant regardless of the current conditions. Further, the start timing of the pressurization of the pressurizing gas 35 is determined at the timing at which the tip end portion of the trigger electrode 31 passes through the fixed arc electrode 30b and the two are separated from each other. Therefore, the current interruption completion time is not prolonged unlike the conventional gas circuit breaker, and the request for shortening the current interruption completion time can be met.
  • the trigger electrode 31 has a smaller diameter than the fixed arc electrodes 30a and 30b, and is lighter than the conventional movable arc electrode 4 and driving rod 6. Further, since the insulating nozzle 32 is not included in the movable part in addition to the two fixed arc electrodes 30a and 30b, the weight of the movable part can be significantly reduced.
  • the driving operation force can be greatly reduced in terms of obtaining the opening speed of the movable part necessary for interrupting the current.
  • the cooling effect of the arc discharge 7 is remarkably enhanced by spraying the low-temperature pressurizing gas 35, the arc discharge 7 can be cut off at a lower pressure. It can contribute to reduction.
  • the low-temperature pressurization gas 35 ejected from the inside of the fixed arc electrode 30b is concentrated on the root portion of the arc discharge 7 located in the vicinity of the fixed arc electrode 30b and blown across from the inside to the outside. It will be attached.
  • the arc extinguishing gas 1 is blown from the outside to the arc discharge 7, which is rather along the longitudinal direction of the arc discharge 7. It becomes a flow.
  • the arc-extinguishing gas 1 flows so as to cross the root portion of the arc discharge 7 rather than the arc-extinguishing gas 1 flows in the longitudinal direction with respect to the arc discharge 7, the arc heat loss in the same portion becomes larger.
  • the entire arc discharge 7 does not have to be completely cooled, and the temperature at one point only needs to be sufficiently lowered.
  • the low-temperature pressurization gas 35 is concentrated so as to cross the arc discharge 7 from the inside to the outside, concentrating on the root portion of the arc discharge 7, and is ideal for current interruption. It is a configuration. According to the present embodiment as described above, it is possible to interrupt the arc with a lower pressure, and it is possible to reduce the driving operation force while maintaining excellent interrupting performance.
  • the state of the flow of the arc extinguishing gas 1 in the insulating nozzle has a great influence on the shutoff performance. Since the insulation nozzle 8 in the conventional gas circuit breaker is incorporated in the movable part, it is driven in the current interruption operation, and the flow of the arc-extinguishing gas 1 in the insulation nozzle 8 is the stroke position at the hour or the opening. It varies greatly depending on the speed of the. For this reason, it is impossible to always have an ideal flow path shape with respect to the flow of the arc extinguishing gas 1 over all current conditions.
  • the insulating nozzle 32 and the arc electrodes 30a and 30b are all fixed. Therefore, the relative position of each member does not change, and since no self-pressure boosting action due to arc heat is used, the pressure and flow rate of the pressurizing gas 35 sprayed to the arc discharge 7 are not limited to the current. Regardless of conditions, it is always constant. Therefore, it is possible to optimally design the flow path in the insulating nozzle 32 so as to be ideal for arc interruption.
  • the thermal exhaust gas 20 from the arc discharge 7 is sucked and temporarily stored (buffer), and the pressure in the buffer chamber 36 increases. To do.
  • This increase in pressure becomes a force that pushes the movable piston 33 to the right side in FIG. 1, and acts as a force that assists the driving operation force of the movable portion. Therefore, the driving operation force required for the driving operation mechanism can be reduced.
  • the compression puffer chamber 12 and the buffer chamber 36 are provided with an intake hole 17 and an intake valve 19 so that the pressure in each chamber is higher than the filling pressure in the sealed container.
  • the arc extinguishing gas 1 is automatically replenished with intake air.
  • the low temperature arc extinguishing gas 1 is quickly replenished into the compression puffer chamber 12 during the charging operation. Therefore, there is no concern at all about the deterioration of the interruption performance even in the second interruption process in the high-speed reclosing duty.
  • Second embodiment (configuration)
  • the configuration of the second embodiment will be described with reference to FIG.
  • the main configuration is the same as that of the first embodiment, and the same members are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
  • the second embodiment is characterized in that, instead of the puffer cylinder 9, a puffer cylinder 38 in which the exhaust hole 37 for the thermal exhaust gas 20 is not provided is provided.
  • This effect of reducing the driving operation force is particularly noticeable under large current interruption conditions. That is, the higher the breaking current, the higher the opening speed, and the arc breaking is completed earlier. Therefore, damage to the fixed arc electrodes 30a and 30b and the insulating nozzle 32 can be further reduced.
  • the exhaust hole 37 of the thermal exhaust gas 20 is configured to be smaller. In this case, the gas amount of the thermal exhaust gas 20 flowing from the generation space of the arc discharge 7 is small. There is a concern that the heat exhaustability deteriorates due to the reduction. For this reason, it is necessary to design the size of the exhaust hole 37 appropriately within a range that does not impair the heat exhaustability from the arc discharge 7.
  • the operating speed of the puffer cylinder 9 and the movable piston 33 and the operating speed of the trigger electrode 31 are different, so that the puffer cylinder 9 and the movable piston 33 are opened ahead of the trigger electrode 31. It is configured. Such a configuration is not illustrated, but can be easily realized by using, for example, a shift link structure.
  • the third embodiment has the following unique operational effects in addition to the operational effects of the above-described embodiments. This will be described with reference to FIG. FIG. 4 shows an example of displacement (operation stroke) of the puffer cylinder 9, the movable piston 33 and the trigger electrode 31.
  • the puffer cylinder 9, the movable piston 33, and the trigger electrode 31 are integrally driven, so that the displacements of both draw the same curve.
  • the puffer cylinder 9, the movable piston 33, and the trigger electrode 31 draw an independent displacement curve.
  • the puffer cylinder 9 and the movable piston 33 are configured to open before the trigger electrode 31, so that the trigger electrode 31 passes through the fixed arc electrode 30b.
  • the arc extinguishing gas 1 in the compression puffer chamber 12 is increased to almost the final pressure.
  • the amount of gas that the thermal exhaust gas 20 from the arc discharge 7 flows back to the compression puffer chamber 12 is small, and when the pressurization of the pressurization gas 35 is started, the lower temperature pressurization gas 35 can be sprayed.
  • the example shown in FIG. 4 is merely an example, and various patterns of operation strokes of the trigger electrode 31, the puffer cylinder 9, and the movable piston 33 are conceivable.
  • the puffer cylinder 9, the movable piston 33, the trigger electrode 31, Is not operated as a single unit, but is configured to operate individually and independently, thereby enabling a more flexible design and further reducing the driving operation force.
  • the driving operation force can be greatly reduced with a simple structure, and excellent blocking performance and durability can be obtained. It is possible to provide a gas circuit breaker having both. Furthermore, the movable piston 33 and the trigger electrode 31 are not integrally operated, but are configured to operate independently, thereby enabling a more flexible design. In addition to the effects of the above embodiment, Further reduction of driving operation force can be realized.
  • the fourth embodiment is characterized by a drive operation mechanism that applies a compressive force to the puffer piston 9.
  • this drive operation mechanism at least the final stroke of the stroke in which the puffer piston 9 operates is prevented so that the puffer piston 9 does not reverse in the direction opposite to the compression direction of the pressurization gas 35 due to the pressure of the pressurization gas 35 in the compression puffer chamber 12.
  • the position of the puffer piston 9 is temporarily held at the position. Examples of a method for holding the position of the puffer piston 9 include a method of providing a check valve in the middle of the oil passage if the drive operation mechanism is a hydraulic operation mechanism.
  • the pressure rising gas 35 in the compression puffer chamber 12 compressed by the movable piston 33 is strongly applied to the arc discharge 7 at the same time that the tip of the trigger electrode 31 passes through the fixed arc electrode 30b.
  • High current interruption performance is obtained by being sprayed on.
  • the current zero point is reached every half cycle (for example, 10 ms in a 50 Hz power transmission system), it is required to achieve an arc time width that can be interrupted at least half a cycle or more. ing.
  • the current can be interrupted from the stage where the tip of the trigger electrode 31 passes through the fixed arc electrode 30b and the spraying of the pressurizing gas 35 is started, but at least the current after the half cycle An arc extinguishing gas having a sufficient pressure and amount to interrupt the arc even at the zero point needs to exist in the compression puffer chamber 12.
  • the pressurized gas 35 of sufficient pressure and quantity is generated in the compression puffer chamber 12, the necessary compressible time width can be achieved without continuing to compress the puffer piston 9 during a half cycle. However, during this time, the pressure of the pressurized gas 35 acts as a force that pushes back the movable piston 33 in the direction opposite to the compression direction.
  • the puffer piston 35 is pressurized until the pressurization gas 35 in the compression puffer chamber 12 passes through the blowout hole 34 and the pressurization gas circulation space 43 and is discharged to the arc discharge 7 to sufficiently reduce the pressure in the compression puffer chamber 12. It is necessary to hold the puffer piston 9 so that 9 does not reverse. For example, by adopting a method such as providing a check valve in the middle of the oil passage of the hydraulic operation mechanism, this retrograde can be prevented and the retrograde of the puffer piston 9 can be suppressed.
  • the fourth embodiment having the above-described configuration, in addition to the operational effect that the driving operation force can be greatly reduced with a simple structure and has both excellent blocking performance and durability, at least the final Since the position of the puffer piston 9 is temporarily held at the piston position, it is possible to prevent the puffer piston 9 from going backward in the direction opposite to the compression direction due to the pressure of the arc extinguishing gas that has been increased. .
  • an insulating puffer cylinder 44 made of an insulating material is disposed inside a puffer cylinder 38 in which no exhaust hole 37 is provided.
  • the insulating puffer cylinder 44 is a cylindrical member having a ring-shaped cross section, and is configured integrally with the trigger electrode 31, the movable energizing electrode 5, and the puffer cylinder 38.
  • a fixed piston 39 is disposed inside the insulating puffer cylinder 44.
  • the fixed piston 39 is fixed to the inner wall of a sealed container (not shown).
  • the fixed piston 39 slides on the inner wall surface of the insulating puffer cylinder 44 and divides the internal space of the insulating puffer cylinder 44 into two parts.
  • the buffer chamber 36 is formed on the right side of the fixed piston 39, and the compression puffer chamber 12 is formed on the left side of the fixed piston 39.
  • the fixed piston 39 is configured to compress the arc extinguishing gas 1 in the compression puffer chamber 12 by opening driving of the insulating puffer cylinder 44.
  • the compression puffer chamber 12 is sealed until the opening position reaches the latter half, and the thermal exhaust gas 20 is configured not to actively flow into the compression puffer chamber 12. That is, in the insulating puffer cylinder 44, a blowout hole 34 for the pressurized gas 35 is formed at the left end of the compression puffer chamber 12 on the left side.
  • the opening surface of the blowout hole 34 is provided at a position where it can come into contact with the outer peripheral portion of the fixed arc electrode 30a.
  • the opening surface of this blowout hole 34 constitutes the opening / closing part 41 in the fifth embodiment.
  • a gap is formed between the insulating puffer cylinder 44 and the cylindrical member 40, and the heat exhaust gas 20 is configured to flow there. Further, an inflow hole 45 for the thermal exhaust gas 20 is formed in the vicinity of the right end surface portion of the insulating puffer cylinder 44. The thermal exhaust gas 20 flows into the buffer chamber 36 through the inflow hole 45.
  • intake holes 17 and intake valves 19 are provided on both end faces of the insulating puffer cylinder 44.
  • the intake hole 17 and the intake valve 19 are configured to replenish the arc-extinguishing gas 1 by intake only when the internal pressures of the compression puffer chamber 12 and the buffer chamber 36 become lower than the filling pressure in the sealed container. .
  • the insulating nozzle 32 is omitted, and the blow-out hole 34 of the insulating puffer cylinder 44 plays a role of a rectifier that guides the pressurized gas 35 to the arc discharge 7.
  • the fixed arc electrode 30b and the cylindrical member 40 are provided integrally, but the sliding surface 15a of the fixed piston 15 is not provided at the end of the cylindrical member 40, and the current In the first half of the shut-off, the right end surface portion of the insulating buffer cylinder 44 in the figure slides on the cylindrical member 40. In the latter half of the current interruption, the cylindrical member 40 and the end surface portion of the insulating puffer cylinder 44 are separated from each other. By such dissociation between the cylindrical member 40 and the end surface portion of the insulating puffer cylinder 44, an exhaust hole 37 (shown in FIG. 5C) of the buffer chamber 36 is formed.
  • the charged state of the fifth embodiment is that the fixed arc electrode 30a and the fixed arc electrode 30b are separated from each other, and the trigger electrode 31 shorts the fixed arc electrodes 30a and 30b.
  • An energized state is realized (state shown in FIG. 5A).
  • the buffer chamber 36 temporarily stores (buffers) the thermal exhaust gas 20 (the state shown in FIG. 5B).
  • the trigger electrode 31 is also driven to open in the right direction in FIG. 1 in conjunction with the puffer cylinder 38 and the insulating puffer cylinder 44.
  • the trigger electrode 31 is separated from the left fixed arc electrode 30a in FIG.
  • the arc discharge 7 is ignited (state shown in FIG. 5B).
  • the period during which the arc discharge 7 is ignited on the trigger electrode 31 is only the initial stage of the interruption process until the arc discharge 7 is transferred to the fixed arc electrode 30b.
  • the fixed arc electrode 30a and the opening surface of the blowout hole 34 of the insulating puffer cylinder 44 are in contact with each other. Therefore, the contacted portion becomes the opening / closing portion 41, and the compression puffer chamber 12 is hermetically sealed except for a gap that cannot be avoided in the sliding operation between the fixed arc electrode 30a and the insulating puffer cylinder 44 ((( a) and (b) state).
  • the contact between the fixed arc electrode 30a and the opening surface of the blow-out hole 34 of the insulating puffer cylinder 44 prevents the compression puffer chamber 12 from communicating with the space where the arc discharge 7 is generated, and the fixed arc electrode 30a is insulated from the fixed arc electrode 30a.
  • the open / close portion 41 prevents the thermal exhaust gas 20 from entering the compression puffer chamber 12 apart from a gap that cannot be avoided in operation with the puffer cylinder 44.
  • the arc discharge 7 generated between the fixed arc electrode 30a and the trigger electrode 31 is transferred from the trigger electrode 31 to the fixed arc electrode 30b, and the arc discharge 7 is generated between the fixed arc electrodes 30a and 30b. Generate.
  • the blowing hole 34 of the insulating puffer cylinder 44 passes through the fixed arc electrode 30a, and the opening surface of the blowing hole 34 of the insulating puffer cylinder 44 is separated from the fixed arc electrode 30a. Thereby, the opening / closing part 41 changes from the closed state to the open state.
  • the cylindrical member 40 and the end surface portion of the insulating puffer cylinder 44 are separated from each other at the same timing as when the opening / closing portion 41 is opened, and the exhaust hole 37 of the buffer chamber 36 is opened. At this time, the pressurized gas 35 blown to the arc discharge 7 passes through the end surface portion of the insulating puffer cylinder 44 and is exhausted to the space in the sealed container (state of FIG. 5C).
  • the blowout hole 34 strongly blows the low-temperature pressurization gas 35 in the compression puffer chamber 12 to the arc discharge 7, and extinguishes the arc discharge 7 while efficiently cooling it, thereby interrupting the current. it can.
  • the pressurizing gas 35 in the compressed puffer chamber 12 is injected in the vicinity of the end near the fixed arc electrode 30a in the arc discharge 7, the arc discharge 7 can be more reliably extinguished.
  • the breaking current is small, the heat generated by the arc discharge 7 is small, and the pressure of the thermally exhausted thermal exhaust gas 20 is small. Therefore, since the volume of the buffer chamber 36 into which the thermal exhaust gas 20 flows is expanded by driving the insulating puffer cylinder 44, there is a possibility that the pressure in the same portion becomes a negative pressure. In this case, the arc-extinguishing gas 1 is quickly replenished into the buffer chamber 36 from the intake valve 19 and the intake hole 17, and the generation of the driving reaction force due to the negative pressure in the same portion is suppressed.
  • the pressure of the thermal exhaust gas 20 acts on the wall surface portion near the inflow hole 45 of the insulating puffer cylinder 44 and can act as a driving force of the insulating puffer cylinder 44.
  • the insulating buffer cylinder 44 is made of an insulating material, even if it exists between the electrodes in an open state, the electrical insulation is not threatened.
  • the pressurized gas 35 blown to the arc discharge 7 can be completely compressed by mechanical compression, and the thermal exhaust gas 20 thermally expanded by the heat of the arc discharge 7. Does not flow into the compression puffer chamber 12. Furthermore, the pressure of the thermal exhaust gas 20 can act as a force assisting the driving operation. Therefore, it is possible to provide a gas circuit breaker that can greatly reduce the driving operation force with a simple structure and that has both excellent breaking performance and durability. As described above, according to the fifth embodiment, it is possible to obtain the same effects as the effects described in the first embodiment.

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Abstract

　消弧性ガス１が充填された密閉容器内に一対の固定アーク電極(３０ａ)、(３０ｂ)を対向して配置する。消弧性ガス(１)を昇圧させた昇圧ガス(３５)を溜める圧縮パッファ室(１２)と、圧縮パッファ室(１２)からアーク放電(７)に向けて昇圧ガス(３５)を導く絶縁ノズル(３２)とを備える。アーク放電(７)の熱によって生成される熱排ガス(２０)を一時的に貯留させるバッファ室(３６)を設ける。圧縮パッファ室(１２)に連通して昇圧ガス流通空間(４３)を設ける。昇圧ガス流通空間(４３)は電流遮断時の前半には開閉部４１が閉塞状態にあることで熱排ガス(２０)が流入することを防ぎ、電流遮断時の後半には開閉部(４１)が開いて昇圧ガス(３５)を流す。

Description

ガス遮断器
　本発明の実施形態は、アーク放電による熱排ガスをパッファ室の昇圧に寄与させることなく、遮断性能の向上を図ったガス遮断器に関する。
　一般に電力系統においては、過大な事故電流を含む電流開閉を行うためにガス遮断器が使用されている。ガス遮断器のタイプとしては、消弧性ガスを吹付けてアーク放電を消弧するパッファ形ガス遮断器が普及している。
例えば、日本国の公告特許公報(特公平７－１０９７４４号公報 (以下、特許文献１という)がある。ここで図６を参照して、パッファ形ガス遮断器について具体的に説明する。図６の（ａ）－（ｃ）では中心線を回転軸とした回転対称形状を示しており、（ａ）は通電状態、（ｂ）は電流遮断動作の前半の状態、（ｃ）は電流遮断動作の後半の状態である。
　図６（ａ）－（ｃ）に示すように、パッファ形ガス遮断器には、対向アーク電極２および対向通電電極３が設けられ、これらの電極２、３と同心軸上に向かい合って可動アーク電極４および可動通電電極５が往復動自在に配置されている。これらの電極２－５は、消弧性ガス１が充填された密閉容器内（図示せず）に収納されている。消弧性ガス１としては通常、アーク遮断性能（消弧性能）および電気絶縁性能ともに優れたＳＦ６ガス（六フッ化硫黄ガス）が使用されるが、その他の媒体もあり得る。
　可動アーク電極４は中空状の駆動ロッド６の先端部に取り付けられ、可動通電電極５はパッファシリンダ９の先端部に取り付けられている。また、パッファシリンダ９の先端部には可動通電電極５の内側に絶縁ノズル８が取り付けられている。これら可動アーク電極４、可動通電電極５、駆動ロッド６、絶縁ノズル８およびパッファシリンダ９は一体的に構成されている。この一体的に構成された部分は、可動側の電極４、５と共に駆動するので、まとめて可動部と呼ぶ。また、パッファシリンダ９内には固定ピストン１５が摺動自在に設置されている。固定ピストン１５は前記可動部とは独立して密閉容器内に固定されている。固定ピストン１５には吸気穴１７および吸気バルブ１９が設けられている。
　駆動ロッド６、パッファシリンダ９および固定ピストン１５の摺動面１５ａによって囲まれた空間によってパッファ室２２が構成される。パッファシリンダ９および固定ピストン１５がパッファ室２２内の消弧性ガス１を昇圧させる手段となり、パッファ室２２が昇圧した消弧性ガス１を溜めておく蓄圧空間となる。絶縁ノズル８はパッファ室２２からアーク放電７に向けて消弧性ガス１を整流し吹付ける手段となる。
　以上の構成を有するパッファ形ガス遮断器では、投入状態において、対向アーク電極２と可動アーク電極４、並びに対向通電電極３と可動通電電極５が、互いに接触して電流通電状態にある（図６（ａ）参照）。この通電状態から電流遮断動作を実施する場合、可動アーク電極４および可動通電電極５が、駆動ロッド６によって図６の右方向に駆動する。
　駆動ロッド６の駆動が進み、対向アーク電極２と可動アーク電極４とが離れると、アーク電極２、４間にアーク放電７が発生する。また、遮断動作に伴ってパッファシリンダ９および固定ピストン１５が相対的に近づくことで、パッファ室２２内の容積が減少して室内の消弧性ガス１を機械的に圧縮する（図６（ｂ）参照）。絶縁ノズル８はパッファ室２２で圧縮された消弧性ガス１を整流し、吹付けガス２１としてアーク放電７に吹付け、アーク放電７を消弧する（図６（ｃ）参照）。
　また、パッファ形ガス遮断器が投入動作を行う場合は、パッファ室２２の圧力が消弧性ガス１の充填圧力よりも低くなった時点で、固定ピストン１５に設けられた吸気バルブ１９が動作して吸気穴１７が開き、パッファ室２２内に消弧性ガス１を吸気補充する。このため、電流遮断直後の投入動作時でもパッファ室２２内に消弧性ガス１を速やかに補充することが可能となる。したがって、パッファ形ガス遮断器が高速再閉路動作を実施する場合でも、二回目の遮断動作時に十分な吹付けガス２１のガス流量を確保して、アーク放電７を確実に消弧することができる。
　ところで、パッファ形ガス遮断器が大電流を遮断する場合、パッファ室２２内の消弧性ガス１の圧力を、アーク放電７を消弧せしめるに十分な吹付け圧力まで、高めなくてならない。このとき、単に強力な駆動機構を用いて消弧性ガス１の吹付け圧力を強くしようとすると、強力な駆動機構を設置したことが原因となって、遮断動作時の機械的振動が増大し、しかもコストが高くなる。
　そこでパッファ形ガス遮断器においては、強い吹付け圧力を維持しつつ駆動操作力の低減化を図ることが要請されている。この要請に応えるために、アーク放電７によって発生した高温の熱排ガス２０を取り込むことでパッファ室２２の圧力を昇圧させる作用いわゆる自力昇圧作用が利用されている。以下、パッファ形ガス遮断器における自力昇圧作用について図６の（ｂ）を用いて説明する。
　すなわち、図６（ｂ）に示す通り、電流遮断動作の前半では、対向アーク電極２は絶縁ノズル８の最狭流路部（スロート部）を十分に抜けておらず、アーク放電７周囲の熱排ガス２０はパッファ室２２の内部に流入する。この結果、大きな駆動操作力を発揮する強力な駆動機構を用いることなく、パッファ室２２の内部圧力が高くなって吹付けガス２１の吹付け圧力を維持しつつ、駆動操作力の低減化を図ることができる。
　また、直列パッファ形と呼ばれる方式のガス遮断器（例えば、日本国の公告特許公報(特公平７－９７４６６号公報(以下、特許文献２という)がある)では、自力昇圧作用が及ぶ空間を制限して、さらに駆動操作力の低減化を進めることができる。直列パッファ形ガス遮断器とは、図７に示すように、パッファ室を仕切り板１０によって２つの空間に分割した点に特徴がある。なお、図７において、図６に示したパッファ形ガス遮断器と同一の部材に関しては同一符号を付して説明は省略する。また図７の（ａ）－（ｃ）でも中心線を回転軸とした回転対称形状を示しており、（ａ）は通電状態、（ｂ）は電流遮断動作の前半の状態、（ｃ）は電流遮断動作の後半の状態である。
　２分割されたパッファ室の空間のうち、アーク放電７の発生した空間から熱排ガス２０が取り込まれる空間を熱パッファ室１１とし、それとは反対側で固定ピストン１５が摺動自在に設置された空間を圧縮パッファ室１２とする。熱パッファ室１１と圧縮パッファ室１２とを仕切る仕切り板１０には連通孔１３が開口され、ここに逆止弁１４が取り付けられている。また、固定ピストン１５には排気穴１６と放圧バルブ１８が設置されている。放圧バルブ１８は、圧縮パッファ室１２の圧力が予め決められた設定値まで上昇すると開放するようになっている。
　以上のように構成された直列パッファ形ガス遮断器において、電流遮断動作の前半では、図７（ｂ）に示すとおり、対向アーク電極２は絶縁ノズル８の最狭流路部（スロート部）を完全に抜けておらず、アーク放電７による熱排ガス２０が熱パッファ室１１内部に流入する。すなわち、アーク熱による自力昇圧作用によって熱パッファ室１１の圧力は著しく上昇し、アーク放電７を消弧せしめるに十分な圧力を得ることができ、大電流遮断に必要な高い圧力を熱パッファ室１１の閉じた空間内で生み出すことが可能である。
　ここで熱パッファ室１１の圧力が圧縮パッファ室１２の圧力よりも高い間は、圧力差によって逆止弁１４は受動的に閉じている。したがって、熱パッファ室１１の圧力が上昇しても、その影響が圧縮パッファ室１２に及ぶことはなく、圧縮パッファ室１２内を摺動する固定ピストン１５に働く駆動力が増大することはない。そして電流遮断動作が進み、圧縮パッファ室１２内の圧力が高くなっていき、圧縮パッファ室１２の圧力の方が熱パッファ室１１の圧力を超えると、逆止弁１４は開いて、圧縮パッファ室１２から熱パッファ室１１に消弧性ガス１が流入して、電流遮断に必要な吹付け圧力および吹付けガス量を持つ吹付けガス２１を、アーク放電７に吹付けることができる。
　ところで圧縮パッファ室１２の圧力が予め決められた設定値まで上昇すれば、放圧バルブ１８は開放する。このため、圧縮パッファ室１２の圧力は常に設定値以下に抑えられ、固定ピストン１５には放圧バルブ１８で制限される圧力しかかからない。したがって圧縮パッファ室１２内の圧力は過度に高圧となることはなく、駆動機構の負荷は大きくならない。
　また、直列パッファ形ガス遮断器において小電流を遮断する場合には、アーク熱による自力昇圧作用は小さいので、その作用による熱パッファ室１１の圧力上昇は期待できない。したがって、圧縮パッファ室１２の圧力の方が熱パッファ室１１の圧力よりも相対的に高くなり、逆止弁１４は開いた状態にある。これにより、固定ピストン１５の圧縮作用により圧縮パッファ室１２から熱パッファ室１１に消弧性ガス１が流れ込み、電流遮断に必要な吹付け圧力を確保することができる。
特公平７－１０９７４４号公報 特公平７－９７４６６号公報
　しかしながら、従来のガス遮断器には次のような課題の解決を図ることが待たれていた。
（Ａ）吹付けガスの温度
　従来のガス遮断器では、アークからの熱排ガス２０をパッファ室２２あるいは熱パッファ室１１に取り込むので、高温化した吹付けガス２１をアーク放電７へ吹付けることになる。そのため、アーク放電７の冷却効率は低くなって、遮断性能が低下するおそれがある。
（Ｂ）吹付けガスの温度による耐久性とメンテナンスへの影響
　また、高温化した吹付けガス２１をアーク放電７に吹付けることで、アーク放電７周辺の温度も上昇する。その結果、アーク電極２、４や絶縁ノズル８が高熱にさらされて劣化し易くなり、メンテナンスを頻繁に行う必要が生じた。これは耐久性の向上とメンテナンスの低減化を求める使用者のニーズと逆行するものである。
（Ｃ）電流遮断時間
　さらに、パッファ室２２内や熱パッファ室１１内の圧力を昇圧させるには、ある程度の時間がかかってしまう。そのため、電流遮断が完了するまでの時間が長くなることがある。ガス遮断器は電力系統における過大な事故電流を速やかに遮断するための機器なので、ガス遮断器の基本機能からみて電流遮断が完了するまでの時間を短縮化することが常に要請されている。
（Ｄ）駆動操作力
　また、ガス遮断器において駆動操作力を低減化するためには、構成の簡略化を実現して軽量化を図ることが重要である。例えば、パッファ室を２分割した直列パッファ形ガス遮断器では、仕切り板１０や逆止弁１４などの付帯部品が不可欠なので、構造が複雑化して可動部の重量が重くなる傾向にある。可動部の重量が重くなれば、強い駆動操作力が必要とならざるを得ない。つまり従来の直列パッファ形ガス遮断器では、可動部を軽量化に寄与するべく、構成の簡略化が求められている。
（Ｅ）ガス流の流れ方
　さらに、アーク放電７に吹付けガス２１を吹付けるパッファ形ガス遮断器では、機器内部の消弧性ガス１の流れに関しても、それを安定化させることが重視される。特に、直列パッファ形ガス遮断器においては、消弧性ガスの流れが不安定となり易く、その改善が望まれていた。
　すなわち、直列パッファ形ガス遮断器では圧縮パッファ室１２から流れ出した消弧性ガス１が、熱パッファ室１１を経由してから、絶縁ノズル８内部のアーク放電７へと流れ込む。このため、圧縮パッファ室１２から仕切り板１０の連通孔１３を抜けてアーク放電７へと至る消弧性ガス１の流路面積は、熱パッファ室１１部分で大きく広がることになり、スムーズな消弧性ガス１の流れが妨げられる。
　しかも、小電流を遮断する場合、熱排ガス２０の熱エネルギーが小さいので熱パッファ室１１の圧力は低く、圧縮パッファ室１２から流れ込んだ消弧性ガス１は、熱パッファ室１１の圧力を圧縮パッファ室１２と同等の圧力にまで上昇させるために消費されてしまう。したがって、アーク放電７側へ吹付ける際の消弧性ガス１の圧力はかなり小さくなって、優れた遮断性能を発揮することは難しかった。
　また、直列パッファ形ガス遮断器においては、大電流領域の遮断時には熱パッファ室１１の圧力のみで吹付けガス２１をアーク放電７に吹付け、小電流領域の遮断時には、圧縮パッファ室１２からの消弧性ガス１をアーク放電７に吹付ける。つまり、直列パッファ形ガス遮断器では、遮断する電流の大きさに応じて、消弧性ガス１の供給空間が熱パッファ室１１と圧縮パッファ室１２とで切り替えられている。
　以上の切り替えは、熱パッファ室１１と圧縮パッファ室１２との圧力差に応じて逆止弁１４が受動的に開閉することによって行っている。したがって、中電流の領域において熱パッファ室１１と圧縮パッファ室１２との圧力差が小さいと、消弧性ガス１の供給源の切り替えがどちらつかずとなり、逆止弁１４の動作が不安定になる。このような逆止弁１４の動作によっても、消弧性ガス１の流れが不安定となるおそれがあった。
（Ｆ）高速再閉路動作時の遮断性能
　さらに、ガス遮断器では高速再閉路動作時の遮断性能について良好であることが望まれるのは言うまでもないが、直列パッファ形ガス遮断器では高速再閉路動作時の遮断性能が低い場合があり、問題となっている。すなわち、固定ピストン１５に吸気穴１７と吸気バルブ１９を形成しており、投入動作時には圧縮パッファ室１２側に消弧性ガス１を吸気補充するものの、熱パッファ室１１側には消弧性ガス１を吸気補充することはない。このため、一回電流を遮断した直後の熱パッファ室１１の内部は、高温のアーク放電７によって高温となった消弧性ガス１が充満している。
　したがって、熱パッファ室１１内部のガスが、低温で密度の高い消弧性ガス１に置換されない状態で二回目の電流遮断を行うと、高温で低密度状態の消弧性ガス１をアーク放電７へと吹付けることになる。高温で低密度のガスはその消弧性能、電気絶縁性能が低い。このため、直列パッファ形ガス遮断器では高速再閉路動作時の遮断性能が低下するおそれがあった。
　本実施形態に係るガス遮断器は、以上述べた課題を全て解決するために提案されたものである。すなわち、本実施形態に係るガス遮断器は、吹付けガスを低温化し、耐久性の向上とメンテナンスの低減化、電流遮断時間の短縮化ならびに駆動操作力の低減化を図ると共に、消弧性ガスの流れを安定化させ、さらには高速再閉路動作時の遮断性能を向上させたガス遮断器を提供することを目的とするものである。
　上記目的を達成するために、本発明は次の構成を具備する。即ち、
　消弧性ガスが充填された密閉容器内に一対のアーク電極が対向して配置され、前記アーク電極は電気的に通電可能であり、電流遮断時には両電極間にアーク放電が発生しうるように構成され、前記アーク放電に対し消弧性ガスを吹付けるために、前記消弧性ガスを昇圧させて昇圧ガスを生成する昇圧手段と、
　前記昇圧ガスを溜めておく蓄圧空間と、
　前記蓄圧空間から前記アーク放電に向けて前記昇圧ガスを導く整流手段と
が設けられたガス遮断器において、
　前記アーク放電の熱によって生成される熱排ガスを一時的に貯留させる熱排ガス貯留空間が設けられ、前記蓄圧空間に連通して昇圧ガス流通空間が設けられ、前記蓄圧空間を閉塞状態あるいは開放状態とするための開閉自在な開閉部
が設けられ、
　前記開閉部は、電流遮断時の前半には閉塞状態となって前記蓄圧空間内への前記熱排ガスの流入を防ぎ、電流遮断時の後半には開放状態となって前記蓄圧空間内の前記昇圧ガスを前記アーク放電に導くように構成されたことを特徴とする。
第１の実施形態の構造を示す断面図。 第２の実施形態の構造を示す断面図。 第３の実施形態の構造を示す断面図。 第３の実施形態におけるトリガー電極とピストンの変位の一例を示すグラフ。 第５の実施形態の構造を示す断面図。 従来のパッファ形ガス遮断器の構造を示す断面図。 従来の直列パッファ形ガス遮断器の構造を示す断面図。
（１）第１の実施形態
（構成）
　本発明に係る第１の実施形態について図１を用いてその構成を説明する。なお、第１の実施形態の主要構成は図６および図７に示した従来のガス遮断器と類似しているため、図６および図７に示した従来のガス遮断器と同一の部材に関しては同一符号を付して説明は省略する。図１の（ａ）－（ｃ）も、図６および図７の（ａ）－（ｃ）と同様、中心線を回転軸とした回転対称形状を示しており、（ａ）は通電状態、（ｂ）は電流遮断動作の前半の状態、（ｃ）は電流遮断動作の後半の状態である。
　第１の実施形態では、対向アーク電極２に代えて固定アーク電極３０ａが設けられ、この固定アーク電極３０ａに対向して固定アーク電極３０ｂが配置されている。固定アーク電極３０ｂは固定ピストン１５の摺動面１５ａから図中左側に延びる円筒部材４０の先端部に設けられている。つまり固定アーク電極３０ｂと固定ピストン１５の摺動面１５ａと円筒部材４０とは一体的に設けられている。
　一対の固定アーク電極３０ａ、３０ｂは、可動通電電極５やパッファシリンダ９を含む可動部に含まれる部材ではなく、密閉容器（図示せず）の内部に固定される部材である。また、密閉容器内の圧力は通常運転時においていずれの部分でも単一の圧力、例えば消弧性ガス１の充気圧力となっている。
　固定アーク電極３０ａ、３０ｂの内側には、固定アーク電極３０ａ、３０ｂより径の小さなロッド形状のトリガー電極３１が、固定アーク電極３０ａ、３０ｂに接しながら電極間を移動するように配置されている。トリガー電極３１は固定アーク電極３０ａ、３０ｂと接触して２つの固定アーク電極３０ａ、３０ｂを短絡することで通電状態を実現するようになっている。また、電流遮断時にはトリガー電極３１と固定アーク電極３０ａの間にアーク放電７が発生し、アーク放電７は最終的にはトリガー電極３１から前記アーク電極３０ｂに転移するようになっている。
　トリガー電極３１を囲むようにして絶縁ノズル３２が配置されている。絶縁ノズル３２はトリガー電極３１の表面に接離自在に設けられている。絶縁ノズル３２は固定アーク電極３０ａ、３０ｂと同じく、可動通電電極５やパッファシリンダ９を含む可動部側に一体的に組み込まれておらず、可動部とは独立して密閉容器（図示せず）側に固定されている。
　パッファシリンダ９の内側には、パッファシリンダ９と一体的に固定された可動ピストン３３が配置されている。可動ピストン３３の下端部は円筒部材４０の外表面に摺動するようになっている。可動ピストン３３の左側にはバッファ室３６が形成され、可動ピストン３３の右側には圧縮パッファ室１２が形成されている。
　バッファ室３６は、絶縁ノズル３２の基部、パッファシリンダ９、可動ピストン３３および円筒部材４０によって囲まれた空間によって構成される。バッファ室３６とは、アーク放電の熱によって生成される熱排ガス２０を一時的に貯留（バッファ）させる熱排ガス貯留空間である。また、パッファシリンダ９には可動通電電極５に隣接して排気穴３７が開口されている。
　可動ピストン３３右側の圧縮パッファ室１２は、可動ピストン３３、パッファシリンダ９、固定ピストン１５の摺動面１５ａおよび円筒部材４０によって囲まれた空間によって構成される。圧縮パッファ室１２では、電流遮断動作つまり開極駆動が進むにつれて可動ピストン３３により機械的に消弧性ガス１が圧縮されて、昇圧ガス３５（図１の（ｃ）に示す）が生成される。
　ところで、円筒部材４０の基端部には吹出し穴３４が開口されている。圧縮パッファ室１２内の昇圧ガス３５は、この吹出し穴３４を抜けてトリガー電極３１と円筒部材４０との間を流れ、アーク放電７に吹付けられるように構成されている。吹出し穴３４を抜けて昇圧ガス３５が流れるトリガー電極３１と円筒部材４０との間の空間を、昇圧ガス流通空間４３とする。
　昇圧ガス流通空間４３の端部には固定アーク電極３０ｂが配置される。このとき、固定アーク電極３０ｂとトリガー電極３１との接触部分によって開閉部４１が形成される。開閉部４１は、蓄圧空間である圧縮パッファ室１２を閉塞状態あるいは開放状態とするために開閉自在に構成されている。すなわち、開閉部４１は、電流遮断時の前半には閉塞状態となって昇圧ガス流通空間４３およびバッファ室３６への熱排ガス２０の流入を防ぎ、電流遮断時の後半には開放状態となってパッファ室１２内の昇圧ガス２０をアーク放電７に導くようになっている。
　圧縮パッファ室１２およびバッファ室３６には、吸気穴１７および吸気バルブ１９が設けられている。吸気バルブ１９は、各室１２、３６内の圧力が密閉容器内の充填圧力よりも低くなる際に限り、消弧性ガス１を各室１２、３６内に吸気補充するように構成されている。
（投入状態）
　第１の実施形態の投入状態では、固定アーク電極３０ａと固定アーク電極３０ｂは離れた状態にあり、トリガー電極３１が固定アーク電極３０ａ、３０ｂを短絡することで通電状態を実現する（図１（ａ）の状態）。
（電流遮断動作）
　第１の実施形態が電流遮断動作を行う場合、駆動操作機構（図示せず）によってパッファシリンダ９が図１の右方向に開極駆動して、可動ピストン３３左側のバッファ室３６は開極駆動とともに容積が拡大する。そのため、バッファ室３６はアーク放電７により発生した熱排ガス２０を吸引し、一時的に貯留（バッファ）して、バッファ室３６の内圧上昇によってパッファシリンダ９に開口した排気穴３７から適宜熱排ガス２０を排気する。また、パッファシリンダ９が図１の右方向に開極駆動することで、可動ピストン３３により圧縮されて圧縮パッファ室１２内の消弧性ガス１を昇圧させて昇圧ガス３５を生成する。
（図１の（ｂ）、（ｃ）の状態）。
　パッファシリンダ９と連動してトリガー電極３１も図１の右方向に開極駆動し、トリガー電極３１が図１の左側の固定アーク電極３０ａから開離すると、両電極３１、３０ａ間にアーク放電７が点弧する（図１（ｂ）の状態）。トリガー電極３１にアーク放電７が点弧している期間は、固定アーク電極３０ｂにアーク放電７が転移されるまでの遮断過程の初期のみである。この時点では、固定アーク電極３０ｂとトリガー電極３１とが接しているため、開閉部４１は閉塞状態にあり、電極３０ｂ、３１同士の摺動動作上、避けることができない隙間を除いて、昇圧ガス流通空間４３は密閉状態にある（図１の（ａ）、（ｂ）の状態）。
　すなわち、固定アーク電極３０ｂとトリガー電極３１とが接触することで、開閉部４１は閉じた状態にあり、昇圧ガス流通空間４３とアーク放電７の発生空間との連通を妨げている。つまり、開閉部４１が閉じることで、昇圧ガス流通空間４３へ熱排ガス２０が侵入することを防いでいる。これにより、アーク放電７の熱により熱膨張した熱排ガス２０は、電極３０ｂ、３１同士の動作上避けることができない隙間を別にして、昇圧ガス流通空間４３および吹出し穴３４を通って圧縮パッファ室１２内に流入しないようになっている。
　固定アーク電極３０ａとトリガー電極３１との間に発生したアーク放電７は、固定アーク電極３０ｂとトリガー電極３１とが離れると、トリガー電極３１から固定アーク電極３０ｂに転移し、固定アーク電極３０ａ、３０ｂ間にアーク放電７を生成する（図１（ｃ）の状態）。
　固定アーク電極３０ｂとトリガー電極３１とが離れると、昇圧ガス流通空間４３へ熱排ガス２０が侵入することを防いでいた開閉部４１は開放状態となる。つまり、固定アーク電極３０ｂとトリガー電極３１との接触が解消され、昇圧ガス流通空間４３とアーク放電７の発生空間とが連通する。したがって、吹出し穴３４を介して圧縮パッファ室１２とアーク放電７の発生空間とが繋がる（図１の（ｃ）の状態）。
　これにより、可動ピストン３３により圧縮された圧縮パッファ室１２内の昇圧ガス３５が、吹出し穴３４および昇圧ガス流通空間４３を通って固定アーク電極３０ｂの内側から噴出する。そして、絶縁ノズル３２が昇圧ガス３５を整流してアーク放電７へと強力に吹付け、アーク放電７を消弧することができる。このとき、昇圧ガス流通空間４３を通った昇圧ガス３５は、アーク放電７において固定アーク電極３０ｂ寄りの端部近傍に噴射されるので、より確実にアーク放電７を消弧することが可能である。
（作用効果）
　上記のような第１の実施形態の作用効果は次の通りである。
（ａ）吹付けガスの低温化を図る
　第１の実施形態はアーク熱による自力昇圧作用を利用していない点に特徴がある。このため、アーク放電７に吹付けられる昇圧ガス３５は、熱排ガス２０による熱的な圧縮はなされておらず、可動ピストン３３による機械的圧縮によって圧力が高められただけの低温ガスとすることができる。
　固定アーク電極３０ｂとトリガー電極３１の摺動隙間から、圧縮パッファ室１２に、ごく僅かの熱排ガス２０が流入する可能性は否定できないが、その影響は非常に小さい。したがって、アーク放電７へ吹付けられる昇圧ガス３５の温度は、自力昇圧作用を利用した従来の吹付けガス２１の温度に比べて、はるかに低くなる。その結果、昇圧ガス３５の吹付けによるアーク放電７の冷却効果を著しく高めることができる。
（ｂ）耐久性の向上とメンテナンスの低減化を図る
　本実施形態においては、低温の昇圧ガス３５を吹付けたことで、アーク放電７周辺の温度が低温化する。そのため、電流遮断に伴う固定アーク電極３０ａ、３０ｂおよび絶縁ノズル３２の劣化を著しく軽減することができ、耐久性が向上する。その結果、固定アーク電極３０ａ、３０ｂおよび絶縁ノズル３２のメンテナンス頻度を落とすことが可能となり、メンテナンスの負担を低減化することができる。
　また、密閉容器側に固定されたアーク電極３０ａ、３０ｂは可動部の重量には影響しないので、重量増大を懸念せずに、固定アーク電極３０ａ、３０ｂを太く構成することができる。このため大電流アークに対するアーク電極３０ａ、３０ｂの耐久性は著しく向上する。さらに、アーク電極３０ａ、３０ｂを太く構成した場合、電極ギャップ間に高電圧が印加されたときのアーク電極３０ａ、３０ｂ先端における電界集中を大きく緩和することが可能である。
　したがって、従来のガス遮断器に比べて必要となる電極ギャップ間隔を短くすることができる。その結果、アーク放電７の長さは短くなり、電流遮断時におけるアーク放電７への電気的入力パワーは小さくなる。アーク熱による自力昇圧作用を利用するガス遮断器であれば、アーク放電７への電気的入力パワーが減ることは、自力昇圧作用の低下につながるので、電流遮断性能上は望ましいことではない。
　しかしながら、本実施形態においては、アーク熱による自力昇圧作用を利用していないので、アーク放電７への電気的入力パワーが減ることは、電流遮断性能上は何ら影響を及ぼすことがない。したがって、固定アーク電極３０ａ、３０ｂを太くしたにせよ、熱的な耐久性向上に大きく寄与するといったメリットだけを得ることが可能である。このようなメリットは絶縁ノズル３２を太くした場合も当てはまる。
　ところで、アーク熱の自力昇圧作用を利用しないで消弧性ガス１を昇圧させるには、高圧のリザーバタンクに圧縮ガスをコンプレッサにより事前に生成しておき、電流遮断時に、開路バルブを同期して開き、圧縮ガスをアーク放電７へと吹付ける構成などが考えられる。しかし、このような構成を実現するためにはリザーバタンク、コンプレッサ、電磁バルブなどの付帯部品が増えるので、機器の大形化やコスト増大を招いて、メンテナンス性の悪化といった不具合が発生する。
　これに対して、第１の実施形態では、密閉容器内の圧力は通常運転時において、いずれの部分でも単一の圧力、例えば消弧性ガス１の充気圧力となっており、電流遮断過程においてのみ必要な昇圧ガス３５が生成されるといった極めてシンプルな構成を実現することができる。したがって、第１の実施形態によれば、機器のコンパクト化やコストの低減を図ることができ、メンテナンスに要する作業負担を低減化することができる。
（ｃ）電流遮断時間の短縮化を図る
　前述した通り、アーク熱による自力昇圧作用を利用して、パッファ室内の消弧性ガス１を、遮断に必要な高い吹付け圧力にまで昇圧させる場合は、ある程度の時間がかかってしまう。そのため、従来のアーク熱による自力昇圧作用を伴った遮断方式においては、電流遮断が完了するまでの時間が伸びる傾向にあった。
　ところが、本実施形態によれば、アーク熱による自力昇圧作用を利用していないので、アーク放電７へと吹付けられる昇圧ガス３５の圧力や流量は、電流条件によらず常に一定である。また、昇圧ガス３５の吹付け開始タイミングも、トリガー電極３１の先端部が固定アーク電極３０ｂを通過して両者が離れるタイミングで決まるので、電流条件によらず常に一定である。したがって、従来のガス遮断器のように電流遮断の完了時間が長引くことはなく、電流遮断の完了時間の短縮化という要請に応えることができる。
（ｄ）駆動操作力の低減化を図る
　トリガー電極３１は固定アーク電極３０ａ、３０ｂより径が小さく、従来の可動アーク電極４および駆動ロッド６と比べて軽量で済む。また、２つの固定アーク電極３０ａ、３０ｂに加えて、絶縁ノズル３２も可動部に含まれないので、可動部の重量を大幅に低減することが可能である。
　このように可動部の軽量化を進めた本実施形態では、電流遮断に必要な可動部の開極速度を得る面で、駆動操作力を大幅に低減することができる。しかも本実施形態では、低温の昇圧ガス３５の吹付けによりアーク放電７の冷却効果を著しく高めたので、より低い圧力でアーク放電７を遮断することが可能となり、この点からも駆動操作力の低減に寄与することができる。
　また、本実施形態では、固定アーク電極３０ｂの内側から噴出した低温の昇圧ガス３５は、固定アーク電極３０ｂ近傍に位置するアーク放電７の根元部に集中して、内側から外側に横切るように吹付けられる様相となる。一方、図６および図７に示した従来のガス遮断器においては、消弧性ガス１はアーク放電７に対して外側から吹付けられ、どちらかというと、アーク放電７の長手方向に沿った流れとなる。
　アーク放電７に対して長手方向に消弧性ガス１が流れるよりも、アーク放電７の根元部を横切るように消弧性ガス１が流れるほうが、同部におけるアークの熱損失は大きくなる。両アーク電極３０ａ、３０ｂ間の導電率を低下させて電流を遮断するためには、アーク放電７全体がまんべんなく冷却される必要はなく、どこか一箇所の温度が十分に低下すればよい。
　この知見に基づいて、本実施形態では、アーク放電７の根元部に集中して、低温の昇圧ガス３５がアーク放電７を内側から外側へと横切るように流れており、電流遮断において理想的な構成である。このような本実施形態によれば、より低い圧力でアークを遮断することが可能となり、優れた遮断性能を維持しつつ、駆動操作力の低減化を図ることができる。
　ところで、絶縁ノズル内の消弧性ガス１の流れの様相が遮断性能に非常に大きく影響することが知られている。従来のガス遮断器における絶縁ノズル８は、可動部に組み込まれているため、電流遮断動作において駆動されており、絶縁ノズル８内の消弧性ガス１の流れは毎時のストローク位置、あるいは開極のスピードなどによって大きく変動する。このため、全ての電流条件にわたって、消弧性ガス１の流れに関して、常に理想的な流路形状とすることは不可能である。
　これに対して、本実施形態では、絶縁ノズル３２とアーク電極３０ａ、３０ｂが全て固定されている。そのため、各部材の相対的な位置が変わることがなく、また、アーク熱による自力昇圧作用を一切利用していないので、アーク放電７へと吹付けられる昇圧ガス３５の圧力や流量についても、電流条件によらず、常に一定である。したがって、アーク遮断にとって理想的となるように、絶縁ノズル３２内の流路を最適に設計することが可能である。
　また、可動ピストン３３左側のバッファ室３６は、開極駆動とともにその容積が拡大するため、アーク放電７からの熱排ガス２０を吸引して一次貯留（バッファ）し、バッファ室３６内の圧力が上昇する。この圧力上昇は、可動ピストン３３を図１の右側に押す力となり、可動部の駆動操作力を補助する力として作用することになる。したがって、駆動操作機構に要求される駆動操作力を低減させることができる。
　なお、排気穴３７の開口部を大きく開ければ、熱排ガス２０の排気性は高まるが、その反面、バッファ室３６の圧力上昇による駆動操作力の補助作用はほとんど期待できなくなる。ただし、その場合でも少なくとも駆動操作力の反力として作用することは一切ない。したがって、アーク放電７による熱排ガス２０の発生が、常に駆動操作力の反力として作用する従来のガス遮断器と比べて、駆動操作力の低減化を図ることができる。
（ｅ）ガス流の安定化を図る
　さらに、本実施形態では、圧縮パッファ室１２内の圧力を調整する際などにおいて複雑なバルブ制御が不要であり、しかも消弧性ガス１の吹付け圧力上昇にアーク熱による自力昇圧作用も利用していない。したがって、遮断電流条件に関係なく、常に同等の吹付けガス圧力およびガス流量を安定して得ることができる。このため、遮断電流の大きさによる性能の不安定性は全く生じることがない。
（ｆ）高速再閉路動作時の遮断性能の向上
　さらには、圧縮パッファ室１２およびバッファ室３６には、吸気穴１７および吸気バルブ１９を設け、各室内の圧力が密閉容器内の充填圧力よりも低くなると、消弧性ガス１を自動的に吸気補充している。このため、投入動作時には低温の消弧性ガス１が圧縮パッファ室１２内に速やかに補充される。よって、高速再閉路責務における二回目の遮断過程においても、遮断性能の劣化は全く懸念されない。
　以上のように、本実施形態では、従来のガス遮断器が持つ全ての課題を同時に解消することができる。すなわち、本実施形態によれば、吹付けガスの低温化とシンプルな構造を実現して駆動操作力を大幅に低減することでき、消弧性ガスの流れの安定化を図り、優れた遮断性能と耐久性とを兼ね備えたガス遮断器を提供することができる。
（２）第２の実施形態
（構成）
　第２の実施形態について図２を用いてその構成を説明する。主要構成は第１の実施形態と同様であって、同一部材には同一符号を付して説明は省略する。第２の実施形態は、パッファシリンダ９に代えて、熱排ガス２０の排気穴３７が設けられていないパッファシリンダ３８を備えた点に特徴である。
（作用効果）
　第２の実施形態では、排気穴３７が設けられていないパッファシリンダ３８を備えたことで、アーク放電２０により生じる熱排ガス２０はバッファ室３６内に流入して溜まり、バッファ室３６の圧力が大きく上昇する。この圧力上昇は、可動部の駆動操作力を補助する力として作用されるため、駆動操作機構に要求される力を大幅に低減させることができる。つまり、アーク放電７からの熱排ガス２０による圧力上昇を、積極的に駆動操作力に転化させることができ、さらなる駆動操作力の低減が可能となる。
　この駆動操作力の低減効果は大電流遮断条件において特に顕著に得られる。つまり遮断電流が大きくなるほど開極速度は高まり、アーク遮断がより早く完了することとなる。したがって、固定アーク電極３０ａ、３０ｂや絶縁ノズル３２の損傷をさらに低減することができる。
　なお、バッファ室３６の圧力上昇を高めるためには、熱排ガス２０の排気穴３７をより小さく構成することとなるが、この場合は、アーク放電７の発生空間から流れる熱排ガス２０のガス量が低減して、熱排気性が劣化してしまう懸念がある。このため、排気穴３７の大きさはアーク放電７からの熱排気性を損なわない範囲で、適切に設計する必要がある。
（３）第３の実施形態
（構成）
　第３の実施形態について図３を用いてその構成を説明する。第３の実施形態の特徴的な構成は、パッファシリンダ９および可動ピストン３３と、トリガー電極３１とが、連動するものの、両方が個別に独立して動作するように構成した点にある。
　このため、パッファシリンダ９および可動ピストン３３の動作速度と、トリガー電極３１の動作速度とは、異なるようになっており、パッファシリンダ９および可動ピストン３３がトリガー電極３１より先行して開極するように構成されている。このような構成は、図示はしていないが、例えば変速リンク構造などを用いることで容易に実現可能である。
（作用効果）
　第３の実施形態は、上記の実施形態の持つ作用効果に加えて、次のような独自の作用効果がある。これについて図４を用いて説明する。図４はパッファシリンダ９および可動ピストン３３とトリガー電極３１の変位（動作ストローク）の一例を示している。
　上記の第１の実施形態では、パッファシリンダ９および可動ピストン３３とトリガー電極３１が一体駆動されたので、当然ながら、両者の変位は同じカーブを描くことになる。これに対して、第３の実施形態においてパッファシリンダ９および可動ピストン３３と、トリガー電極３１とは、互いに独立した変位カーブを描くようになっている。
　図４に示すように、第３の実施形態では、パッファシリンダ９および可動ピストン３３がトリガー電極３１より先行して開極するように構成したので、トリガー電極３１が固定アーク電極３０ｂを通過する昇圧ガス３５の吹付け開始の段階で、圧縮パッファ室１２内の消弧性ガス１が、ほぼ最終的な圧力にまで昇圧されている。
　したがって、アーク放電７からの熱排ガス２０が圧縮パッファ室１２へ逆流するガス量は少なく、昇圧ガス３５の吹付けを開始した時点で、より低温の昇圧ガス３５の吹付けを実現することができる。なお、図４で示した例はあくまでも一例に過ぎず、トリガー電極３１、パッファシリンダ９および可動ピストン３３の動作ストロークのパターンとしては種々考えられる。
　例えば低温の圧縮ガス吹付けに重きを置くのであれば、図４に示すようにトリガー電極３１よりもパッファシリンダ９および可動ピストン３３を先行して開極することが好ましい。逆に電極間の絶縁回復をより速く達成することに重きを置くのであれば、パッファシリンダ９および可動ピストン３３よりもトリガー電極３１を先行して開極する方が好ましい。
　これらの開極タイミングの設定は各ガス遮断器の設計思想に応じて、適宜決定されるべき内容であるが、いずれにせよ、本実施形態ではパッファシリンダ９および可動ピストン３３と、トリガー電極３１とが一体で動作するのではなく、個別に独立して動作するように構成することで、よりフレキシブルな設計が可能となり、さらなる駆動操作力の低減が実現できる。
　上記の構成を有する第３の実施形態によれば、前記第１および第２の実施形態と同様、シンプルな構造で駆動操作力を大幅に低減することでき、かつ優れた遮断性能と耐久性とを兼ね備えたガス遮断器を提供することができる。さらに、可動ピストン３３とトリガー電極３１を一体的に動作させるのではなく、個別に独立して動作するよう構成することで、よりフレキシブルな設計が可能となり、上記実施形態の作用効果に加えて、さらなる駆動操作力の低減が実現できる。
（４）第４の実施形態
（構成）
　第４の実施形態は、パッファピストン９に圧縮力を作用させる駆動操作機構に特徴がある。この駆動操作機構では、圧縮パッファ室１２内の昇圧ガス３５の圧力によってパッファピストン９が昇圧ガス３５の圧縮方向と反対に逆行してしまわないように、パッファピストン９が動作するストロークのうち少なくとも最終位置において一時的に、パッファピストン９の位置を保持しておくように構成されている。パッファピストン９の位置を保持する方法としては例えば、駆動操作機構が油圧操作機構であれば、油路の途中に逆止弁を設けるなどの方法が挙げられる。
（作用効果）
　前述した通り、本実施形態においては、トリガー電極３１の先端部が固定アーク電極３０ｂを通過する同時に、可動ピストン３３により圧縮された圧縮パッファ室１２内の昇圧ガス３５が、アーク放電７へと強力に吹付けられることで、高い電流遮断性能を得ている。
　ところで、交流用のガス遮断器においては、半サイクル（例えば５０Ｈｚの電力送電系統では、１０ｍｓ）ごとに電流零点を迎えるため、少なくとも半サイクル以上、遮断可能なアーク時間幅を達成することが要求されている。本実施形態においては、トリガー電極３１の先端部が固定アーク電極３０ｂを通過して、昇圧ガス３５の吹付けが開始される段階から電流遮断が可能となるが、少なくとも、その半サイクル後の電流零点でもアークを遮断するのに十分な圧力と量の消弧性ガスが圧縮パッファ室１２に存在している必要がある。
　圧縮パッファ室１２に十分な圧力と量の昇圧ガス３５が生成されていれば、半サイクルの間、パッファピストン９を圧縮し続けなくとも、必要な圧縮可能時間幅を達成することができる。ただし、この間は昇圧ガス３５の圧力が可動ピストン３３を圧縮方向と反対方向に押し戻す力として働く。
　このため、圧縮パッファ室１２内の昇圧ガス３５が吹出し穴３４および昇圧ガス流通空間４３を抜けてアーク放電７へと放出されて圧縮パッファ室１２内の圧力が十分に低下するまでは、パッファピストン９が逆行しないようにパッファピストン９を保持しておく必要がある。例えば、油圧操作機構の油路の途中に逆止弁を設けるなどの方法を採ることにより、この逆行を防止して、パッファピストン９の逆行を抑制することができる。
　上記の構成を有する第４の実施形態によれば、シンプルな構造で駆動操作力を大幅に低減することでき、かつ優れた遮断性能と耐久性とを兼ね備えたといった作用効果に加えて、少なくとも最終ピストン位置において一時的に、パッファピストン９の位置を保持しておくので、昇圧された消弧性ガスの圧力によって、パッファピストン９が圧縮方向と反対に逆行してしまうことを防止することができる。
（５）第５の実施形態
（構成）
　第５の実施形態について図５を用いて、その構成を説明する。第５の実施形態では、排気穴３７が設けられていないパッファシリンダ３８の内側に、絶縁物からなる絶縁パッファシリンダ４４が配置されている。絶縁パッファシリンダ４４はその断面がリング状となる円筒状部材であり、トリガー電極３１、可動通電電極５およびパッファシリンダ３８と一体的に構成されている。
　絶縁パッファシリンダ４４の内部には固定ピストン３９が配置されている。固定ピストン３９は図示されない密閉容器の内壁に固定されている。固定ピストン３９は絶縁パッファシリンダ４４の内壁面に摺動しつつ、絶縁パッファシリンダ４４の内部空間を２分割するようになっている。第５の実施形態では、上記第１の実施形態とは反対に、固定ピストン３９の右側にバッファ室３６が形成され、固定ピストン３９の左側には圧縮パッファ室１２が形成されている。固定ピストン３９は絶縁パッファシリンダ４４の開極駆動により、圧縮パッファ室１２内の消弧性ガス１を圧縮するように構成されている。
　圧縮パッファ室１２は開極位置が後半に差し掛かるまでは密閉されており、且つ熱排ガス２０が圧縮パッファ室１２内に積極的に流入しないように構成されている。すなわち、絶縁パッファシリンダ４４において、左側にある圧縮パッファ室１２の左側端部には昇圧ガス３５の吹出し穴３４が形成されている。吹出し穴３４の開口面は固定アーク電極３０ａの外周部と当接可能な位置に設けられている。この吹出し穴３４の開口面が第５の実施形態における開閉部４１を構成する。
　また、絶縁パッファシリンダ４４と円筒部材４０とに間には隙間が形成されており、ここに熱排ガス２０が流れるように構成されている。さらに、絶縁パッファシリンダ４４の右側の端面部付近には熱排ガス２０の流入穴４５が形成されている。この流入穴４５を介して熱排ガス２０がバッファ室３６内部に流れ込むようになっている。
　また、絶縁パッファシリンダ４４の両端面には吸気穴１７および吸気バルブ１９が設置されている。吸気穴１７および吸気バルブ１９は、圧縮パッファ室１２およびバッファ室３６の内圧が、密閉容器内の充填圧力よりも低くなる際に限り、消弧性ガス１を吸気補充するように構成されている。なお、第５の実施形態では絶縁ノズル３２が省かれており、絶縁パッファシリンダ４４の吹出し穴３４が昇圧ガス３５をアーク放電７に導く整流手段の役割を果たすようになっている。
　第５の実施形態では、固定アーク電極３０ｂと円筒部材４０とは一体的に設けられているが、円筒部材４０の端部には固定ピストン１５の摺動面１５ａは設けられておらず、電流遮断時の前半では絶縁パッファシリンダ４４の図中右側の端面部が円筒部材４０に摺動するようになっている。そして電流遮断時の後半になると、円筒部材４０と絶縁パッファシリンダ４４の端面部とは離れるようになっている。このような円筒部材４０と絶縁パッファシリンダ４４の端面部との解離により、バッファ室３６の排気穴３７（図５の（ｃ）に図示）が形成される。
（投入状態）
　第５の実施形態の投入状態は、上記第１の実施形態と同様、固定アーク電極３０ａと固定アーク電極３０ｂは離れた状態にあり、トリガー電極３１が固定アーク電極３０ａ、３０ｂを短絡することで通電状態を実現する（図５（ａ）の状態）。
（電流遮断動作）
　第５の実施形態が電流遮断動作を行う場合、駆動操作機構（図示せず）によってパッファシリンダ３８および絶縁パッファシリンダ４４が図５の右方向に開極駆動して、固定ピストン３９右側のバッファ室３６は開極駆動とともに容積が拡大する。また、パッファシリンダ３８および絶縁パッファシリンダ４４が図５の右方向に開極駆動することで、固定ピストン３９が圧縮パッファ室１２内の消弧性ガス１を圧縮して昇圧ガス３５を生成する。
　電流遮断時の前半では絶縁パッファシリンダ４４の図中右側の端面部が円筒部材４０に摺動しており、バッファ室３６には流入穴４５からアーク放電７により発生した熱排ガス２０が流れ込む。したがって、バッファ室３６は一時的に熱排ガス２０を貯留（バッファ）する（図５の（ｂ）の状態）。
　パッファシリンダ３８および絶縁パッファシリンダ４４と連動してトリガー電極３１も図１の右方向に開極駆動し、トリガー電極３１が図５の左側の固定アーク電極３０ａから開離すると、両電極３１、３０ａ間にアーク放電７が点弧する（図５（ｂ）の状態）。トリガー電極３１にアーク放電７が点弧している期間は、固定アーク電極３０ｂにアーク放電７が転移されるまでの遮断過程の初期のみである。
　この時点では、固定アーク電極３０ａと絶縁パッファシリンダ４４の吹出し穴３４の開口面とが接している。そのため、接触した部分が開閉部４１となり、固定アーク電極３０ａと絶縁パッファシリンダ４４との摺動動作上、避けることができない隙間を除き、圧縮パッファ室１２を密閉状態にしている（図５の（ａ）、（ｂ）の状態）。
　すなわち、固定アーク電極３０ａと絶縁パッファシリンダ４４の吹出し穴３４の開口面とが接触することで、圧縮パッファ室１２とアーク放電７の発生空間との連通を妨げており、固定アーク電極３０ａと絶縁パッファシリンダ４４との動作上避けることができない隙間を別にして、前記開閉部４１が圧縮パッファ室１２へ熱排ガス２０が侵入することを防いでいる。
　電流遮断動作が進むと、固定アーク電極３０ａとトリガー電極３１との間に発生したアーク放電７は、トリガー電極３１から固定アーク電極３０ｂに転移し、固定アーク電極３０ａ、３０ｂ間にアーク放電７を生成する。電流遮断動作が後半に差し掛かると、絶縁パッファシリンダ４４の吹出し穴３４が固定アーク電極３０ａを抜けて、固定アーク電極３０ａから絶縁パッファシリンダ４４の吹出し穴３４の開口面が離れる。これにより、開閉部４１は閉塞状態から開放状態となる。
　また、開閉部４１が開放状態となるタイミングと同程度のタイミングで、円筒部材４０と絶縁パッファシリンダ４４の端面部とが離れ、バッファ室３６の排気穴３７が開放される。このとき、アーク放電７へ吹付けられた昇圧ガス３５は絶縁パッファシリンダ４４の端面部を通り越して密閉容器内の空間に排気される（図５（ｃ）の状態）。
　これにより、吹出し穴３４は、圧縮パッファ室１２内の低温の昇圧ガス３５をアーク放電７へと強力に吹付け、アーク放電７を効率よく冷却しつつ消弧して、電流を遮断することができる。しかも、圧縮パッファ室１２内の昇圧ガス３５は、アーク放電７において固定アーク電極３０ａ寄りの端部近傍に噴射されるので、より確実にアーク放電７の消弧を実現することができる。
（作用効果）
　以上のような第５の実施形態では、絶縁パッファシリンダ４４の開極駆動に伴い、固定ピストン３９によって、圧縮パッファ室１２内に高圧力の昇圧ガス３５が生成される。この昇圧作用にはアーク熱による自力昇圧作用を一切利用していないので、低温の圧縮ガスを生成することができる。
　遮断電流が小さい場合には、アーク放電７の発生熱は小さく、熱膨張した熱排ガス２０の圧力は小さい。したがって、絶縁パッファシリンダ４４の駆動により、熱排ガス２０が流れ込むバッファ室３６の体積は拡大するため、同部の圧力は負圧となる可能性がある。この場合は、吸気バルブ１９と吸気穴１７から消弧性ガス１が速やかにバッファ室３６に補充され、同部が負圧になることによる駆動反力の発生を抑制する。
　一方、遮断電流が大きい場合には、熱排ガス２０の圧力は、絶縁パッファシリンダ４４の流入穴４５寄りの壁面部へ作用し、絶縁パッファシリンダ４４の駆動力として作用することができる。また、第５の実施形態では絶縁パッファシリンダ４４を絶縁物から構成しているため、開極状態で電極間に存在しても、電気絶縁性を脅かすことはない。
　以上述べたとおり、第５の実施形態によると、アーク放電７へ吹付けられる昇圧ガス３５の圧縮は完全に機械的な圧縮により行うことができ、アーク放電７の熱により熱膨張した熱排ガス２０は圧縮パッファ室１２には流入していない。さらに、熱排ガス２０の圧力は駆動操作を補助する力として作用することができる。したがって、シンプルな構造で駆動操作力を大幅に低減することでき、かつ優れた遮断性能と耐久性とを兼ね備えたガス遮断器を提供することができる。このように第５の実施形態によっても、前記第１の実施形態に記した作用効果と全く同様の作用効果を得ることができる。
（６）他の実施形態
　以上述べた実施形態の構成において最も重要な点は、アーク放電７へ吹付けられる消弧性ガス１つまり昇圧ガス３５の圧縮を機械的な圧縮を主体として行い、アーク放電７の熱により熱膨張した消弧性ガス１つまり熱排ガス２０は、蓄圧空間である圧縮パッファ室１２に積極的には流入しないように構成したことである。また、アーク放電７の熱により熱膨張した消弧性ガス１の圧力が、ガス遮断器の可動部の駆動操作反力として作用しない、もしくは駆動操作を補助する力として作用するよう構成したことも、構成上の重要な点である。
　上記の実施形態は、以上の構成を有することを特徴としたものであり、本明細書において一例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図するものではない。すなわち、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことが可能である。これらの実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
１…消弧性ガス
２…対向アーク電極
３…対向通電電極
４…可動アーク電極
５…可動通電電極
６…駆動ロッド
７…アーク放電
８、３２…絶縁ノズル
９、３８…パッファシリンダ
１０…仕切り板
１１…熱パッファ室
１２…圧縮パッファ室
１３…連通孔
１４…逆止弁
１５…固定ピストン
１６…排気穴
１７…吸気穴
１８…放圧バルブ
１９…吸気バルブ
２０…熱排ガス
２１…吹付けガス
２２…パッファ室
３０ａ、３０ｂ…固定アーク電極
３１…トリガー電極
３３…可動ピストン
３４…吹出し穴
３５…昇圧ガス
３６…バッファ室
３７…排気穴
３９…固定ピストン
４０…円筒部材
４１…閉塞部
４３…昇圧ガス流通空間
４４…絶縁パッファシリンダ
４５…流入穴

Claims (10)

  1. 　消弧性ガスが充填された密閉容器内に一対のアーク電極が対向して配置され、前記アーク電極は電気的に通電可能であり、電流遮断時には両電極間にアーク放電が発生しうるように構成され、前記アーク放電に対し消弧性ガスを吹付けるために、前記消弧性ガスを昇圧させて昇圧ガスを生成する昇圧手段と、
    　前記昇圧ガスを溜めておく蓄圧空間と、
    　前記蓄圧空間から前記アーク放電に向けて前記昇圧ガスを導く整流手段と
    が設けられたガス遮断器において、
    　前記アーク放電の熱によって生成される熱排ガスを一時的に貯留させるために設けられる熱排ガス貯留空間と、
    　前記蓄圧空間を閉塞状態あるいは開放状態とするために設けられる開閉自在な開閉部と
    　を具備し、
    　前記開閉部は、電流遮断時の前半には閉塞状態となって前記蓄圧空間内への前記熱排ガスの流入を防ぎ、電流遮断時の後半には開放状態となって前記蓄圧空間内の前記昇圧ガスを前記アーク放電に導くように構成されるガス遮断器。
  2. 　前記熱排ガス貯留空間には、前記熱排ガスを当該熱排ガス貯留空間の外部に逃がす排気穴が形成される請求項１に記載のガス遮断器。
  3. 　前記密閉容器内の圧力は、通常運転時にはいずれの部分においても単一の圧力となるように構成され、
    　前記昇圧手段は電流遮断時に機械的な圧縮により前記昇圧ガスを生成するように構成される請求項１または２に記載のガス遮断器。
  4. 　前記昇圧手段は、
    　　可動自在なパッファシリンダと、
    　　このパッファシリンダと一体的に設けられる可動ピストンと、
    　　この可動ピストンに対向して前記パッファシリンダ内部に摺動自在に配置され且つ前記密閉容器内に固定される固定ピストンと
    　　から構成され、
    　前記熱排ガス貯留空間は、
    　　前記可動ピストンに隣接して設けられ、貯留させた前記熱排ガスの圧力が前記パッファシリンダおよび前記可動ピストンの駆動操作を補助する力として作用するように構成される請求項１または２に記載のガス遮断器。
  5. 　前記昇圧手段は、
    　　可動自在なパッファシリンダと、
    　　このパッファシリンダと一体的に設けられる可動ピストンと、
    　　この可動ピストンに対向して前記パッファシリンダ内部に摺動自在に配置され且つ前記密閉容器内に固定される固定ピストンと
    　　から構成され、
    　前記可動ピストンと前記アーク電極は、電流遮断時において互いに連動して移動するものの、両者の移動速度が異なるように構成される請求項１または２に記載のガス遮断器。
  6. 　前記整流手段は、前記密閉容器内に固定された絶縁ノズルから構成される請求項１または２に記載のガス遮断器。
  7. 　前記一対のアーク電極は前記密閉容器内に固定されており、
    　前記一対のアーク電極の内側には前記アーク電極より径の小さなトリガー電極が前記アーク電極間を移動自在に配置され、
    　前記トリガー電極は前記一対のアーク電極と接触して両アーク電極を短絡することで通電状態を実現し、電流遮断時には当該トリガー電極と一方の前記アーク電極の間にアーク放電が発生し、前記アーク放電は最終的には前記トリガー電極から他方の前記アーク電極に転移するように構成され、
    　前記開閉部は、最終的に前記トリガー電極から前記アーク放電が転移される側の前記アーク電極と、前記トリガー電極との接触する部分からなり、前記トリガー電極から前記アーク放電が前記アーク電極に転移された時点で開放状態となり、前記昇圧ガス流通空間から流れる前記昇圧ガスが前記アーク放電の終端部近傍に吹付けられるように構成される請求項１または２に記載のガス遮断器。
  8. 　前記昇圧手段は、
    　　可動自在なパッファシリンダと、
    　　このパッファシリンダと一体的に設け絶縁物からなる絶縁パッファシリンダと、
    　　この絶縁パッファシリンダ内部に摺動自在に配置され且つ前記密閉容器内に固定される固定ピストンと
    　　から構成され、
    　　前記絶縁パッファシリンダの内部空間は前記固定ピストンにより前記熱排ガス貯留空間と前記蓄圧空間とに分割され、
    　　前記絶縁パッファシリンダにおいて、前記熱排ガス貯留空間側には当該熱排ガス貯留空間に前記熱排ガスを取り込む流入穴が設けられ、前記蓄圧空間側には前記開閉部が設けられる請求項１または２に記載のガス遮断器。
  9. 　前記一対のアーク電極は前記密閉容器内に固定されており、
    　前記一対のアーク電極の内側には前記アーク電極より径の小さなトリガー電極が前記アーク電極間を移動自在に配置され、
    　前記トリガー電極は前記一対のアーク電極と接触して両アーク電極を短絡することで通電状態を実現し、電流遮断時には当該トリガー電極と一方の前記アーク電極の間にアーク放電が発生し、前記アーク放電は最終的には前記トリガー電極から他方の前記アーク電極に転移するように構成され、
    　前記絶縁パッファシリンダの前記開閉部は、最初から前記トリガー電極との間で前記アーク放電が発生する側の前記アーク電極との接触によって閉塞状態にあり、前記トリガー電極から前記アーク放電が前記アーク電極に転移された時点で開放状態となり、前記昇圧ガス流通空間から流れる前記昇圧ガスが前記アーク放電の終端部近傍に吹付けられるように構成される請求項８に記載のガス遮断器。
  10. 　前記昇圧手段には機械的な圧縮により前記昇圧ガスを生成するピストンが設けられ、
    　前記ピストンには当該ピストンに圧縮力を作用させる駆動操作機構が接続され、
    　前記駆動操作機構は、前記昇圧ガスの圧力により前記ピストンが圧縮方向と反対に逆行しないように、ピストンが動作するストロークのうち少なくとも最終位置において一時的に、前記ピストンの位置を保持するように構成される請求項１または２に記載のガス遮断器。
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