WO2019150550A1 - ガス遮断器 - Google Patents

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WO2019150550A1
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contact
electric field
contact portion
arc
circuit breaker
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PCT/JP2018/003582
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French (fr)
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周也 真島
内井　敏之
田中　勉
加藤　紀光
孝倫 安岡
旭 島村
森　正
Original Assignee
株式会社東芝
東芝エネルギーシステムズ株式会社
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Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to a gas circuit breaker.
  • the gas circuit breaker that performs current switching in the power system mechanically disconnects the contacts in the disconnection process, and extinguishes arc discharge between the contacts caused by disconnecting the contacts by blowing arc-extinguishing gas.
  • An example of the most common gas circuit breaker is a type called a puffer type.
  • the puffer-type gas circuit breaker compresses the arc-extinguishing gas by a mechanical operating force, boosts the arc-extinguishing gas using the heat of the arc discharge, and blows the arc-extinguishing gas against the arc discharge. .
  • the puffer-type gas circuit breaker is opened from a state in which at least a pair of contacts are arranged opposite each other in a sealed container filled with an arc extinguishing gas, and the contacts are brought into contact with each other and conducted by mechanical operation. Release to interrupt current. Further, the puffer-type gas circuit breaker includes a pressure accumulating means for accumulating arc-extinguishing gas in the sealed container. The pressure accumulating means is provided with a puffer chamber whose volume decreases with the opening of the contact.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide a gas circuit breaker having a small size and low driving energy having an excellent current interruption performance.
  • the gas circuit breaker of the embodiment has a sealed container, a first contact portion and a second contact portion, an operation mechanism, an insulating nozzle, a pressure accumulating means, and an electric field shield.
  • the sealed container is filled with an arc extinguishing gas.
  • the first contact portion and the second contact portion are provided in a sealed container so as to be able to contact and separate from each other in a predetermined direction.
  • the first contact portion and the second contact portion are in contact with each other in the closed state and are separated from each other in the opened state.
  • the operation mechanism is connected to the first contact portion.
  • the operation mechanism opens the first contact portion and the second contact portion from the closed state to the open state.
  • the insulating nozzle is formed in a cylindrical shape.
  • the insulating nozzle is displaced in conjunction with the first contact portion in the separation process of the first contact portion and the second contact portion.
  • the insulating nozzle surrounds an arc discharge that is ignited between the first contact portion and the second contact portion in the open state.
  • the pressure accumulating means accumulates the arc extinguishing gas.
  • the pressure accumulating means discharges the arc extinguishing gas to the flow path inside the insulating nozzle and blows it against the arc discharge.
  • the electric field shield is attached to the insulating nozzle.
  • the electric field shield has a floating potential at least during a part of the breaking process.
  • the graph which shows the relationship between the elapsed time in interruption
  • Sectional drawing which shows the gas circuit breaker of 4th Embodiment.
  • Sectional drawing which shows the gas circuit breaker of 4th Embodiment.
  • the expanded sectional view which shows the gas circuit breaker of the modification of 4th Embodiment.
  • the expanded sectional view which shows the gas circuit breaker of the modification of 4th Embodiment.
  • FIG. 1 to 4 are sectional views showing a gas circuit breaker according to the first embodiment.
  • 1 shows a state in which the gas circuit breaker 1 is turned on
  • FIG. 2 shows a state immediately before opening the gas circuit breaker 1 in a closed state
  • FIG. 3 shows a state in which the gas circuit breaker 1 is opened
  • FIG. The fully open state of the gas circuit breaker 1 is shown.
  • the gas circuit breaker 1 is an open / close device that opens and closes an electric circuit of a power system.
  • the gas circuit breaker 1 includes a sealed container 2 filled with an arc-extinguishing gas, and a counter unit 3 and a movable unit 4 disposed in the sealed container 2.
  • the sealed container 2 has an internal space where the current flowing through the electric circuit is interrupted.
  • the sealed container 2 is formed of a metal material.
  • the sealed container 2 is grounded.
  • a pair of conductors 5 ⁇ / b> A and 5 ⁇ / b> B are drawn into the sealed container 2 from the outside of the sealed container 2.
  • the arc extinguishing gas is a gas excellent in arc extinguishing performance and insulation performance, for example, sulfur hexafluoride (SF 6 ) gas.
  • the arc extinguishing gas may be a substance having a global warming potential smaller than that of sulfur hexafluoride.
  • the substance having a global warming potential smaller than that of sulfur hexafluoride is, for example, air, carbon dioxide, oxygen, nitrogen and a mixed gas thereof.
  • the facing unit 3 and the movable unit 4 constitute a part of an electric circuit.
  • the opposing unit 3 includes an opposing contact portion 20 (second contact portion) that is electrically connected to the first conductor 5A.
  • the movable unit 4 includes a movable contact portion 50 (first contact portion) that is electrically connected to the second conductor 5B.
  • the gas circuit breaker 1 opens or closes an electric circuit and conducts or cuts off an electric current by bringing the opposing contact portion 20 and the movable contact portion 50 into contact with each other or opening them.
  • a state in which the opposed contact portion 20 and the movable contact portion 50 are in contact with each other is referred to as a closed state
  • a state in which the opposed contact portion 20 and the movable contact portion 50 are separated from each other is referred to as an open state.
  • the closed states a state that is applied when the electric circuit does not need to be interrupted is particularly referred to as an on state.
  • an on state a state in which the current interruption operation is completed is particularly referred to as a complete open state.
  • the process of separating the opposing contact part 20 and the movable contact part 50 from each other toward the fully open state from the input state is referred to as a separation process.
  • the opposing unit 3 and the movable unit 4 are each formed of a plurality of cylindrical or columnar members. Each of the cylindrical or columnar members is arranged with the central axis coincident.
  • the facing unit 3 and the movable unit 4 are arranged so as to face each other in the axial direction (predetermined direction) of the central axis.
  • the axial direction of the central axis is simply referred to as the axial direction.
  • a direction around the central axis is referred to as a circumferential direction.
  • the direction orthogonal to the central axis is referred to as the radial direction.
  • the direction in which the movable contact portion 50 is separated from the opposing contact portion 20 when viewed from the opposing unit 3 in the axial direction is referred to as a movable side, and the opposite side is referred to as an anti-movable side.
  • the direction in which the opposed contact portion 20 is separated from the movable contact portion 50 when viewed from the movable unit 4 in the axial direction is referred to as an opposite side, and the opposite side is referred to as an opposite side.
  • the opposing unit 3 includes a cooling cylinder 10, a support 12, and an opposing contact portion 20.
  • the cooling cylinder 10 is formed in a cylindrical shape from a metal material. Both ends of the cooling cylinder 10 are open in the axial direction.
  • the cooling cylinder 10 is coupled to and electrically connected to the first conductor 5A.
  • the support 12 is made of a metal material.
  • the support 12 includes a ring portion 13 and a protruding portion 14 that protrudes radially inward from the ring portion 13.
  • the ring portion 13 is formed to have substantially the same diameter as the cooling cylinder 10.
  • the ring portion 13 is coupled to an end portion on the movable side of the cooling cylinder 10.
  • the protruding portion 14 is formed integrally with the ring portion 13.
  • a counter arc contact 25 to be described later is attached to the tip of the protrusion 14.
  • the support 12 is electrically connected to the cooling cylinder 10.
  • the opposing contact portion 20 includes an opposing energizing contact 21 and an opposing arc contact 25.
  • the opposed energizing contact 21 is formed in a cylindrical shape from a metal material. Both ends of the opposed energizing contact 21 are open in the axial direction.
  • the opposing energizing contact 21 is formed with the same diameter as the cooling cylinder 10.
  • the opposed energizing contact 21 is coupled to the movable end of the ring portion 13 of the support 12.
  • a movable side end 21a (front end) of the opposed energizing contact 21 bulges inward in the radial direction.
  • the opposed energizing contact 21 is electrically connected to the cooling cylinder 10 via the support 12.
  • the counter arc contact 25 is formed in a cylindrical shape from a metal material.
  • the opposed arc contact 25 is disposed inside the opposed energized contact 21.
  • the counter arc contact 25 is supported by the support 12 and extends from the protrusion 14 of the support 12 toward the movable side.
  • An end edge of the movable side end portion 25 a (front end portion) of the counter arc contact 25 is positioned slightly on the side opposite to the movable side than the end edge of the movable side end portion 21 a of the counter energizing contact 21.
  • the end 25a on the movable side of the counter arc contact 25 is rounded.
  • the counter arc contact 25 is electrically connected to the cooling cylinder 10 via the support 12.
  • the movable unit 4 includes an operation rod 30 (operation mechanism), a cylinder 35, a piston 40, a movable contact portion 50, an insulating nozzle 60, a support portion 70, and an electric field shield 80.
  • the operating rod 30 is made of a metal material.
  • the operation rod 30 includes a solid portion 31 formed in a columnar shape and a hollow portion 32 formed in a cylindrical shape and connected to the solid portion 31.
  • the solid part 31 is provided on the opposite side of the hollow part 32.
  • the solid part 31 is connected to a driving device (both not shown) via an insulating rod at the opposite end, and is displaceable in the axial direction with respect to the sealed container 2.
  • the outer diameter of the hollow portion 32 substantially matches the outer diameter of the solid portion 31.
  • the inner diameter of the hollow portion 32 is larger than the outer diameter of the counter arc contact 25.
  • the opposite end of the hollow portion 32 is closed by the solid portion 31.
  • the opposite end of the hollow portion 32 opens toward the opposite side.
  • a first ventilation hole 32 a that communicates the inside and outside of the hollow portion 32 in the radial direction is formed at the opposite end of the hollow portion 32.
  • the first ventilation hole 32a is located on the opposite side of the piston 40 in the input
  • the cylinder 35 is formed in a cylindrical shape from a metal material.
  • the cylinder 35 includes a peripheral wall 36 that extends along the axial direction, and a bottom wall 37 that is connected to an end portion on the opposite side of the peripheral wall 36.
  • the inner diameter of the peripheral wall 36 is larger than the outer diameter of the operation rod 30.
  • the peripheral wall 36 surrounds the operation rod 30 from the outside in the radial direction.
  • the bottom wall 37 protrudes from the opposite end of the peripheral wall 36 toward the inside in the radial direction.
  • a through hole 37 a into which the operation rod 30 is inserted is formed at the center of the bottom wall 37. That is, the bottom wall 37 is formed in an annular plate shape.
  • the inner diameter of the through-hole 37 a matches the outer diameter of the operation rod 30.
  • the opposite end of the operating rod 30 is inserted and fixed in the through hole 37a. Accordingly, the cylinder 35 is fixed to the operation rod 30 and is electrically connected to the operation rod 30. The cylinder 35 is displaced in the axial direction in conjunction with the operation rod 30.
  • An exhaust hole 37 b penetrating in the axial direction is formed in the inner peripheral portion of the bottom wall 37. In the present embodiment, the exhaust hole 37b is continuous with the through hole 37a.
  • the piston 40 is disposed between the operation rod 30 and the peripheral wall 36 of the cylinder 35.
  • the piston 40 is formed in an annular plate shape extending in both the radial direction and the circumferential direction.
  • the inner diameter of the piston 40 matches the outer diameter of the operation rod 30.
  • the outer diameter of the piston 40 matches the inner diameter of the peripheral wall 36 of the cylinder 35.
  • the piston 40 is fixed in position with respect to the sealed container 2 via the support portion 70.
  • the cylinder 35, the piston 40, and the operation rod 30 define a puffer chamber 45 (pressure accumulation means) that accumulates arc extinguishing gas.
  • the puffer chamber 45 is variable in volume in conjunction with the displacement of the operation rod 30.
  • the puffer chamber 45 increases the pressure of the arc extinguishing gas inside as the volume decreases with the displacement of the cylinder 35 and the operation rod 30 toward the opposite sides.
  • the arc extinguishing gas boosted in the puffer chamber 45 is discharged from the puffer chamber 45 through the exhaust hole 37 b of the cylinder 35.
  • the movable contact portion 50 includes a movable arc contact 51 and a movable energizing contact 55.
  • the movable arc contact 51 is formed in a cylindrical shape from a metal material. Both ends of the movable arc contact 51 are open in the axial direction.
  • the movable arc contact 51 is formed to have substantially the same diameter as the hollow portion 32 of the operation rod 30.
  • the movable arc contact 51 is coupled to the opposite end of the hollow portion 32 of the operation rod 30 and is electrically connected to the operation rod 30.
  • the opposite end 51a of the movable arc contact 51 bulges inward in the radial direction.
  • the inner diameter of the opposite end 51 a of the movable arc contact 51 coincides with the outer diameter of the opposed arc contact 25.
  • the movable arc contact 51 is displaced in the axial direction in conjunction with the operation rod 30.
  • the counter arc contact 25 and the movable arc contact 51 are provided so as to be able to contact and separate from each other in the axial direction as the operation rod 30 is displaced.
  • the counter arc contact 25 and the movable arc contact 51 are in contact with each other in the closed state, and are separated from each other in the open state.
  • the counter arc contact 25 and the movable arc contact 51 are brought into contact with each other and are conducted when the counter arc contact 25 is inserted into the opening of the movable arc contact 51.
  • the movable energizing contact 55 is formed in a cylindrical shape from a metal material.
  • the movable energizing contact 55 is disposed so as to surround the movable arc contact 51.
  • the movable energizing contact 55 is erected on the opposite side from the bottom wall 37 of the cylinder 35.
  • the movable energizing contact 55 is electrically connected to the cylinder 35.
  • the opposite end of the movable energizing contact 55 opens toward the opposite side.
  • the inner diameter of the movable energizing contact 55 is larger than the outer diameter of the movable arc contact 51.
  • the outer diameter of the movable energizing contact 55 coincides with the inner diameter of the movable-side end 21 a of the opposed energizing contact 21.
  • the edge of the opposite end 55 a of the movable energizing contact 55 is located slightly on the opposite side of the edge of the opposite end 51 a of the movable arc contact 51.
  • the opposite end 55a of the movable energizing contact 55 is rounded.
  • the movable energizing contact 55 is relatively fixed to the operation rod 30 via the cylinder 35.
  • the movable energizing contact 55 is displaced in the axial direction in conjunction with the operation rod 30.
  • the opposing energizing contact 21 and the movable energizing contact 55 are provided so as to be able to contact and separate from each other in the axial direction as the operating rod 30 is displaced.
  • the opposing energizing contact 21 and the movable energizing contact 55 are in contact with each other in the closed state and are separated from each other in the open state.
  • the opposed energized contact 21 and the movable energized contact 55 are separated from each other earlier than the opposed arc contact 25 and the movable arc contact 51 in the separation process (see FIG. 2).
  • the opposing energizing contact 21 and the movable energizing contact 55 are brought into contact with each other and become conductive when the movable energizing contact 55 is inserted into the opening of the opposing energizing contact 21.
  • the insulating nozzle 60 is formed in a cylindrical shape by an insulating material.
  • the insulating nozzle 60 is erected on the opposite side from the bottom wall 37 of the cylinder 35 between the movable arc contact 51 and the movable energization contact 55.
  • the opposite end of the insulating nozzle 60 opens toward the opposite side.
  • the insulating nozzle 60 is formed longer than the movable arc contact 51 and the movable energization contact 55 on the opposite side. That is, the opposite edge of the insulating nozzle 60 is located on the opposite side of the edge of the opposite end 51 a of the movable arc contact 51 and the edge 55 a of the opposite end 55 a of the movable energizing contact 55. positioned.
  • the insulating nozzle 60 is provided with a space in the radial direction with respect to the movable arc contact 51.
  • the insulating nozzle 60 is in close contact with the inner peripheral surface of the movable energizing contact 55 in the radial direction.
  • An exhaust hole 37b of the cylinder 35 is opened inside the insulating nozzle 60 in the radial direction.
  • the insulating nozzle 60 surrounds arc discharge described later in the open state.
  • the insulating nozzle 60 guides the arc extinguishing gas discharged from the puffer chamber 45 to arc discharge described later.
  • the interior of the insulating nozzle 60 includes a parallel portion 61, a reduced diameter portion 62, a throat portion 63, and an enlarged diameter portion 64 in order in the axial direction.
  • the parallel part 61 extends with a constant inner diameter from the end of the insulating nozzle 60 on the opposite side.
  • the opposite end of the parallel part 61 is located at substantially the same position in the axial direction as the opposite end of the movable arc contact 51.
  • the reduced diameter portion 62 extends from the opposite end of the parallel portion 61 so that the inner diameter gradually decreases toward the opposite side.
  • the parallel part 61 and the reduced diameter part 62 surround the movable arc contact 51.
  • the throat portion 63 is formed between the reduced diameter portion 62 and the enlarged diameter portion 64.
  • the throat portion 63 is a portion having the smallest inner diameter in the insulating nozzle 60.
  • the throat portion 63 passes through the movable side end portion 25a of the counter arc contact 25 in the separation process.
  • the inner diameter of the throat portion 63 is substantially the same as the inner diameter of the opposite end 51 a of the movable arc contact 51.
  • the enlarged diameter portion 64 extends from the throat portion 63 so that the inner diameter gradually increases toward the opposite side.
  • the interior of the insulating nozzle 60 forms a flow path for the arc extinguishing gas discharged from the puffer chamber 45.
  • the outer peripheral surface of the insulating nozzle 60 includes a large-diameter portion 66a, a small-diameter portion 66b, and an inclined portion 66c.
  • the large diameter portion 66a is formed from the intermediate portion of the insulating nozzle 60 to the end portion on the opposite side.
  • the large diameter portion 66 a extends with a constant outer diameter and is in close contact with the inner peripheral surface of the movable energizing contact 55.
  • the small diameter portion 66b is formed on the opposite side from the large diameter portion 66a.
  • the small diameter portion 66b is formed with a smaller diameter than the large diameter portion 66a and extends with a constant outer diameter.
  • the inclined portion 66c connects the end portion on the opposite side of the large diameter portion 66a and the end portion on the opposite side of the small diameter portion 66b.
  • the inclined portion 66c is provided at the same position as the enlarged diameter portion 64 in the axial direction.
  • the inclined portion 66c is gradually reduced in diameter from the opposite side toward the opposite side.
  • the support part 70 includes a movable part support 71 and a piston support 75.
  • the movable part support 71 is formed in a cylindrical shape from a metal material.
  • the movable portion support 71 includes a peripheral wall portion 72 that extends along the axial direction, a flange portion 73 that protrudes inward in the radial direction from the end portion on the opposite side of the peripheral wall portion 72, and a counter-opposite relationship with the flange portion 73.
  • a closing portion 74 that protrudes radially inward from the peripheral wall portion 72 at the side position.
  • the inner diameter of the peripheral wall portion 72 is larger than the outer diameter of the cylinder 35.
  • the flange 73 is formed integrally with the peripheral wall 72.
  • the flange 73 is located at the same position as the piston 40 in the axial direction.
  • the inner diameter of the flange 73 coincides with the outer diameter of the cylinder 35.
  • the cylinder 35 is inserted inside the collar portion 73 so as to be operable.
  • the flange 73 and the peripheral wall 72 are electrically connected to the cylinder 35.
  • the closing part 74 is formed in a disk shape.
  • the closing part 74 is fixed to the inner peripheral surface of the peripheral wall part 72.
  • An insertion hole 74 a through which the operation rod 30 is inserted is formed in the central portion of the blocking portion 74.
  • the inner diameter of the insertion hole 74 a matches the outer diameter of the operation rod 30.
  • the blocking portion 74 is disposed on the opposite side of the first ventilation hole 32a of the operation rod 30 in the fully open state (see FIG. 4).
  • the movable part support 71 is coupled to and electrically connected to the second conductor 5B.
  • the piston support 75 is formed in a cylindrical shape from a metal material.
  • the piston support 75 is erected on the opposite side from the closing part 74 of the movable part support 71.
  • the outer diameter of the piston support 75 coincides with the inner diameter of the peripheral wall 36 of the cylinder 35.
  • the inner diameter of the piston support 75 is larger than the outer diameter of the operation rod 30.
  • the piston support 75 is connected to the piston 40 at the opposite end.
  • the piston support 75 is integrally formed with the closing part 74 of the movable part support 71 and the piston 40.
  • a second ventilation hole 72 a penetrating in the radial direction is formed in the peripheral wall portion 72 of the movable portion support 71.
  • the second ventilation hole 72 a communicates the external space of the movable part support 71 and the internal space between the peripheral wall part 72 of the movable part support 71 and the piston support 75.
  • the piston support 75 is formed with a third ventilation hole 75a penetrating in the radial direction.
  • the third ventilation hole 75 a is formed in the vicinity of the opposite end of the piston support 75.
  • the third ventilation hole 75 a communicates the space between the piston support 75 and the operating rod 30 and the internal space between the peripheral wall portion 72 of the movable portion support 71 and the piston support 75.
  • the electric field shield 80 is attached to the opposite end of the insulating nozzle 60.
  • the electric field shield 80 is attached to the small diameter portion 66 b on the outer peripheral surface of the insulating nozzle 60.
  • the electric field shield 80 is formed of a metal material in an annular shape concentric with the insulating nozzle 60.
  • a metal material for forming the electric field shield 80 for example, aluminum or an aluminum alloy can be used.
  • a metal material for forming the electric field shield 80 a metal material containing at least magnesium may be used.
  • the electric field shield 80 is located between the opposed energizing contact 21 and the opposed arc contact 25 in the input state.
  • the electric field shield 80 is positioned between the movable side end 21a of the opposed energizing contact 21 and the movable side end 25a of the opposed arc contact 25 in the fully open state (see FIG. 4).
  • the opposite end surface of the electric field shield 80 is formed in a planar shape orthogonal to the axial direction.
  • the end surface on the opposite side of the electric field shield 80 is rounded and bulges toward the opposite side.
  • the outer diameter of the electric field shield 80 is smaller than the inner diameter of the opposed energizing contact 21.
  • the electric field shield 80 is not in contact with the opposing unit 3 in any state from the input state to the fully open state. That is, the entire period of the separation process is a non-contact period in which the electric field shield 80 is not in contact with the opposed energizing contact 21. The electric field shield 80 becomes a floating potential in the non-contact period of the separation process.
  • An insulating member 83 is disposed on the surface of the electric field shield 80.
  • the insulating member 83 is an insulating layer that covers the surface of the electric field shield 80.
  • an insulating material such as aluminum oxide (Al 2 O 3 ), ethylene propylene (EP) rubber, tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer (FEP), polyethylene terephthalate (PET), or the like can be used.
  • Aluminum oxide can be formed, for example, by subjecting the electric field shield 80 made of aluminum to an alumite treatment.
  • movement of the gas circuit breaker 1 is demonstrated.
  • the movable energizing contact 55 is inserted and contacted inside the opposed energizing contact 21, and the opposed arc contact 25 is inserted and contacted inside the movable arc contact 51.
  • the opposing unit 3 and the movable unit 4 are conducted, and an electric circuit is formed between the pair of conductors 5A and 5B.
  • the operating rod 30 When the gas circuit breaker 1 interrupts the current, the operating rod 30 is displaced to the opposite side, and the opposed contact part 20 and the movable contact part 50 are separated from each other.
  • the movable arc contact 51, the movable energizing contact 55, the insulating nozzle 60, and the cylinder 35 are displaced to the opposite side in conjunction with the operating rod 30.
  • the cylinder 35 When the cylinder 35 is displaced to the opposite side, the volume of the puffer chamber 45 is reduced, and the arc extinguishing gas inside the puffer chamber 45 is increased in pressure.
  • the operating rod 30 is further displaced to the opposite side toward the fully open state, and the blocking operation is completed.
  • the position of the operating rod 30 in the fully open state is a position where the operating rod 30 is completely displaced to the opposite side by a drive device (not shown) connected to the operating rod 30.
  • the arc extinguishing gas blown to the arc discharge is divided into a flow path on the opposite unit 3 side and a flow path on the movable unit 4 side and discharged.
  • the flow path on the opposite unit 3 side reaches the inside of the sealed container 2 from the throat portion 63 inside the insulating nozzle 60 through the enlarged diameter portion 64 and the internal space of the cooling cylinder 10 in order.
  • the flow path on the movable unit 4 side opens from the opening on the opposite side of the movable arc contact 51 to the internal space of the movable arc contact 51, the space between the piston support 75 and the operating rod 30, and the peripheral wall of the movable part support 71. It passes through the space between the part 72 and the piston support 75 in order and reaches the sealed container 2.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of a potential distribution in the gas circuit breaker of the first embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a potential distribution in the gas circuit breaker of the comparative example.
  • the gas circuit breaker which concerns on 1st Example is the gas circuit breaker 1 of this embodiment.
  • the gas circuit breaker according to the comparative example is obtained by omitting the electric field shield 80 from the gas circuit breaker 1 according to the present embodiment. 5 and 6 show the fully open state.
  • an equipotential line enters between the opposed energizing contact 21 and the opposed arc contact 25.
  • equipotential lines are densely arranged in the vicinity of the movable end portion 25a of the counter arc contactor 25 as compared with other regions. That is, in the gas circuit breaker of the comparative example, the potential distribution in the insulating nozzle 60 is non-uniform, and dielectric breakdown is likely to occur between the opposed arc contact 25 and the movable arc contact 51.
  • the electric field shield is provided between the movable end portion 21 a of the opposed energizing contact 21 and the movable end portion 25 a of the opposed arc contact 25. 80 is arranged. Thereby, the penetration
  • FIG. 7 is a graph showing the electric field of the opposing arc contact.
  • the electric field of the counter-arc contactor 25 in the fully opened state in the gas circuit breaker of the comparative example is 100, complete opening in the gas circuit breakers of the first embodiment and the second embodiment to be described later is shown.
  • the electric field of the counter arc contactor 25 in a state is shown.
  • the electric field of the counter arc contact 25 in the fully open state, in the gas circuit breaker of the first embodiment, the electric field of the counter arc contact 25 can be reduced to about 79% compared to the comparative example. That is, by arranging the electric field shield 80 between the movable side end 21a of the opposed energizing contact 21 and the movable end 25a of the opposed arc contact 25, the electric field of the opposed arc contact 25 can be reduced. .
  • the gas circuit breaker 1 has a configuration including an electric field shield 80 attached to the insulating nozzle 60.
  • the electric field in the insulating nozzle 60 can be relaxed by the electric field shield 80.
  • the electric field shield 80 is at a floating potential during the entire separation process. Thereby, the electric field shield 80 does not slide on the opposing contact portion 20 in the separation process, and therefore does not receive a force in the direction opposite to the moving direction such as a frictional force. For this reason, the fall of the moving speed of the movable contact part 50 which operate
  • the gas circuit breaker 1 can be reduced in size and drive energy. As described above, it is possible to provide a gas circuit breaker 1 having excellent current interruption performance and reduced in size and driving energy.
  • the electric field shield 80 is positioned between the movable side end 21a of the opposed energizing contact 21 and the movable side end 25a of the opposed arc contact 25 in a fully open state. According to this configuration, the electric field of the counter arc contact 25 can be relaxed in the fully open state. Therefore, the withstand voltage in the fully open state is improved, and the current interruption performance of the gas circuit breaker 1 is improved. In addition, since the withstand voltage in the fully open state is improved, the distance between the opposed arc contact 25 and the movable arc contact 51 in the fully open state can be reduced, and the gas circuit breaker 1 can be downsized. .
  • an insulating member 83 is disposed on the surface of the electric field shield 80. Thereby, generation
  • the burden on the environment can be reduced.
  • a substance having a global warming potential smaller than that of sulfur hexafluoride may be inferior in arc extinguishing performance and electrical insulation performance than sulfur hexafluoride.
  • the current interruption performance can be improved by applying the configuration of the present embodiment, even when a substance having a global warming coefficient smaller than sulfur hexafluoride is used as the arc extinguishing gas, the current interruption performance is reduced. This can be suppressed.
  • the electric field shield 80 can be made lighter than when the electric field shield 80 is formed with aluminum. Thereby, the fall of the moving speed of the movable contact part 50 which operate
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing a gas circuit breaker according to the second embodiment.
  • FIG. 8 shows the opened state of the gas circuit breaker 101.
  • the gas circuit breaker 101 of the second embodiment shown in FIG. 8 is different from the gas circuit breaker 1 of the first embodiment in that the electric field shield 180 is attached to an intermediate portion in the axial direction of the insulating nozzle 60. Yes.
  • the gas circuit breaker 101 includes an electric field shield 180.
  • the electric field shield 180 is formed in a cylindrical shape concentric with the insulating nozzle 60.
  • the electric field shield 180 is attached to the outer peripheral surface of the insulating nozzle 60.
  • the electric field shield 180 extends to the opposite side from the same position as the opposite end of the insulating nozzle 60 in the axial direction.
  • the electric field shield 180 is located between the movable side end 21a of the opposed energizing contactor 21 and the movable side end 25a of the opposed arc contactor 25 in the fully open state from the middle of the separation process. ing.
  • the electric field shield 180 is positioned between the movable side end 21a of the opposed energizing contact 21 and the movable side end 25a of the opposed arc contact 25 in the middle of the separation process. . According to this configuration, the electric field shield 180 passes between the movable-side end 21 a of the opposed energizing contact 21 and the movable-side end 25 a of the opposed arc contact 25 during the separation process. As a result, the electric field at any position in the axial direction within the insulating nozzle 60 can be relaxed in any state in the open state.
  • the electric field shield 180 can be disposed at a position where the electric field of the high-temperature arc extinguishing gas in the insulating nozzle 60 is likely to be accumulated to improve the withstand voltage in the middle of the blocking operation. Therefore, the current interruption performance of the gas circuit breaker 101 can be improved.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing a gas circuit breaker according to a third embodiment.
  • FIG. 9 shows a fully open state of the gas circuit breaker 201.
  • the gas circuit breaker 201 of the third embodiment shown in FIG. 9 is different from the gas circuit breaker 1 of the first embodiment in that the electric field shield 280 contacts the opposite energizing contact 21 in the fully open state. .
  • the gas circuit breaker 201 includes an electric field shield 280.
  • the electric field shield 280 is attached to the opposite end of the insulating nozzle 60.
  • the electric field shield 280 is positioned between the movable side end 21a of the opposed energizing contact 21 and the movable side end 25a of the opposed arc contact 25 in a fully open state.
  • the outer diameter of the electric field shield 280 coincides with the inner diameter of the movable-side end 21 a of the opposed energizing contact 21. Thereby, the electric field shield 280 contacts the opposite energizing contact 21 only in the fully open state.
  • the period excluding the final stage in the separation process is a non-contact period in which the electric field shield 280 is not in contact with the opposite energizing contact 21.
  • the electric field shield 280 has the same potential as that of the counter contact portion 20 in the final stage of the separation process, and also has a floating potential in the non-contact period of the separation process.
  • FIG. 10 is a graph showing the relationship between the elapsed time in the blocking operation and the position of the operating rod.
  • the horizontal axis represents the elapsed time in the blocking operation.
  • the vertical axis is the position of the operating rod 30 in the axial direction, and is the relative position when the position of the operating rod 30 in the fully open state is 0 and the position of the operating rod 30 in the closed state is 100.
  • the dotted line is an opening operating characteristic curve before the configuration of the present embodiment is applied
  • the solid line is an opening operating characteristic curve when the configuration of the present embodiment is applied.
  • time point t0 indicates the interruption operation start time point (in-loading state)
  • time points t1 and t1 ′ indicate the time points when the counter arc contact 25 and the movable arc contact 51 are separated.
  • time points t2 and t2 ′ indicate the time points when a half cycle of the commercial frequency has elapsed from time points t1 and t1 ′, respectively.
  • the time point t ′ indicates the time point when the electric field shield 280 comes into contact with the opposite energizing contact 21 when the configuration of the present embodiment is applied.
  • time points t3 and t3 ′ indicate the end point of the breaking operation (completely open state), respectively.
  • the time point t ′ at which the electric field shield 280 comes into contact with the opposing energizing contact 21 is half the commercial frequency from the time t2 onward, that is, from the time when the opposing arc contact 25 and the movable arc contact 51 are separated. This is the point when more than a period has elapsed. That is, the electric field shield 280 has the same potential as that of the counter contact portion 20 after a half cycle of the commercial frequency has elapsed from the time t1 when the counter arc contact 25 and the movable arc contact 51 are separated.
  • the moving speed of the operating rod 30 is improved by applying the configuration of the present embodiment.
  • the time points t1 and t1 'are compared the opposing arc contact 25 and the movable arc contact 51 can be quickly separated.
  • the point in time at which a half cycle of the commercial frequency has elapsed since the opposing arc contact 25 and the movable arc contact 51 have been separated is shifted from t2 'to t2. Therefore, the opening speed from the opening to the half cycle can be improved, and the withstand voltage can be quickly increased.
  • the timing which makes the electric field shield 280 contact the opposing contact part 20 can also be advanced. Therefore, by applying the configuration of the present embodiment, it is possible to increase the withstand voltage between the opposed contact portion 20 and the movable contact portion 50 more quickly.
  • FIG. 11 is a diagram showing an example of a potential distribution in the gas circuit breaker of the second embodiment.
  • the gas circuit breaker according to the second example is the gas circuit breaker 201 of the present embodiment.
  • FIG. 11 illustrates a fully open state.
  • an electric field shield 280 is provided between the movable side end 21a of the opposed energizing contact 21 and the movable side end 25a of the opposed arc contact 25.
  • the electric field shield 280 has the same potential as the counter energizing contact 21 and the counter arc contact 25, compared with the first embodiment shown in FIG. Ingress of equipotential lines is further suppressed.
  • the equipotential lines are arranged more evenly in the axial direction than in the comparative example shown in FIG. 6 and the first embodiment shown in FIG. Accordingly, the electric field of the counter arc contact 25 is relaxed.
  • the electric field shield 280 is arranged between the movable side end 21 a of the counter energizing contact 21 and the movable side end 25 a of the counter arc contact 25.
  • the electric field of the counter arc contact 25 can be reduced to about 61% with respect to the comparative example.
  • the electric field of the counter arc contact 25 can be more relaxed than in the first embodiment.
  • the electric field shield 280 becomes a floating potential in a period excluding the final stage of the breaking process.
  • the electric field shield 280 does not slide on the opposed contact portion 20 during the period other than the final stage in the separation process, and therefore does not receive a force in the direction opposite to the moving direction such as a frictional force.
  • moves integrally with the electric field shield 280 is suppressed. Therefore, a decrease in the opening speed of the opposed contact portion 20 and the movable contact portion 50 is suppressed, and the withstand voltage between the opposed contact portion 20 and the movable contact portion 50 can be quickly increased. Therefore, the dielectric breakdown between the opposing contact part 20 and the movable contact part 50 is suppressed, and the current interruption performance of the gas circuit breaker 201 can be improved.
  • the electric field shield 280 has the same potential as that of the opposed contact portion 20 in the fully open state.
  • the electric field of the opposing arc contact 25 can be further reduced as compared with the configuration in which the electric field shield has a floating potential in the fully open state. Therefore, the withstand voltage in the fully open state is improved, and the current interrupting performance of the gas circuit breaker 201 is improved.
  • the withstand voltage in the fully open state is improved, the distance between the opposed arc contact 25 and the movable arc contact 51 in the fully open state can be shortened, and the gas circuit breaker 201 can be downsized. .
  • the electric field shield 280 has the same potential as that of the counter contact portion 20 after a half cycle of the commercial frequency has elapsed from the time t1 when the counter contact portion 20 and the movable contact portion 50 are separated in the separation process. .
  • the electric field shield 280 does not slide on another member during a period from the time point t1 to the time point t2 at which a half cycle of the commercial frequency elapses, thereby preventing the movement speed of the operating rod 30 from being lowered.
  • FIGS. 12 and 13 are cross-sectional views showing a gas circuit breaker according to a fourth embodiment.
  • 12 shows a state in which the gas circuit breaker 301 is turned on
  • FIG. 13 shows a state in which the gas circuit breaker 301 is fully opened.
  • the gas circuit breaker 301 of the fourth embodiment shown in FIGS. 12 and 13 is different from the gas circuit breaker 1 of the first embodiment in that the electric field shield 380 is in contact with the opposite energizing contact 321 in the fully open state. Is different.
  • the gas circuit breaker 301 of the fourth embodiment is different from the gas circuit breaker 1 of the first embodiment in that it contacts the shield contactor 323 in the closed state.
  • the gas circuit breaker 301 includes an opposing contact portion 320 and an electric field shield 380.
  • the opposing contact portion 320 includes an opposing energizing contact 321, an opposing arc contact 25, and a shield contact 323.
  • the opposing energizing contact 321 is formed in a cylindrical shape from a metal material. Both ends of the opposed energizing contact 321 are open in the axial direction. The opposed energizing contact 321 is formed to have a slightly larger diameter than the cooling cylinder 10. The opposing energizing contact 321 is coupled to the movable end of the ring portion 13 of the support 12. An end 321a on the movable side of the opposed energizing contact 321 bulges inward in the radial direction. The opposing energizing contact 321 is electrically connected to the cooling cylinder 10 via the support 12.
  • the shield contact 323 is formed in a cylindrical shape from a metal material. Both ends of the shield contact are open in the axial direction.
  • the shield contact 323 is formed with the same diameter as the cooling cylinder 10.
  • the shield contact 323 is disposed inside the opposed energizing contact 321.
  • the outer diameter of the shield contact 323 is substantially the same as the inner diameter of the opposed energizing contact 321.
  • the shield contact 323 is coupled to the movable end of the ring portion 13 of the support 12.
  • the movable-side end 323a of the shield contact 323 is provided on the opposite side to the movable-side end 321a of the opposed energizing contact 321.
  • the movable end 323a of the shield contact 323 bulges inward in the radial direction.
  • the inner diameter of the movable end 323 a of the shield contact 323 is the same as the inner diameter of the movable end 321 a of the opposed energizing contact 321.
  • the shield contact 323 is electrically connected to the cooling cylinder 10 via the support 12.
  • the electric field shield 380 is attached to the opposite end of the insulating nozzle 60.
  • the electric field shield 380 is located between the movable side end 321a of the opposed energizing contact 321 and the movable side end 25a of the opposed arc contact 25 in the fully open state (see FIG. 13).
  • the electric field shield 380 is located at the same position in the axial direction as the movable-side end 323a of the shield contact 323 in the input state.
  • the outer diameter of the electric field shield 380 coincides with the inner diameters of the movable-side end portion 321a of the opposing energizing contact 321 and the movable-side end portion 323a of the shield contactor 323, respectively.
  • the electric field shield 380 contacts the opposing energizing contact 321 in the fully open state (see FIG. 13).
  • the electric field shield 380 contacts the shield contact 323 in the closing state (closed state). That is, the period excluding the initial stage and the final stage in the separation process is a non-contact period in which the electric field shield 380 is not in contact with the opposing energizing contact 321 and the shield contact 323.
  • the electric field shield 380 has the same potential as that of the opposing contact portion 20 in the initial stage and the final stage of the breaking process, and becomes a floating potential in the non-contact period of the breaking process.
  • the electric field shield 380 is separated from the shield contact 323 in a state where at least the counter arc contact 25 and the movable arc contact 51 are in contact with each other. Similar to the electric field shield 280 of the third embodiment, the electric field shield 380 is connected to the counter contact portion 20 after a half cycle or more of the commercial frequency has elapsed since the opposing arc contact 25 and the movable arc contact 51 are separated. It becomes the same potential.
  • the electric field shield 380 becomes a floating potential in a period excluding the initial stage and the final stage of the breaking process.
  • the electric field shield 380 does not slide on the opposing contact portion 320 during a period other than the initial stage and the final stage in the separation process, and therefore does not receive a force in the direction opposite to the moving direction such as a frictional force.
  • moves integrally with the electric field shield 380 is suppressed. Therefore, a decrease in the opening speed of the opposed contact portion 320 and the movable contact portion 50 is suppressed, and the withstand voltage between the opposed contact portion 320 and the movable contact portion 50 can be quickly increased. Therefore, the dielectric breakdown between the opposing contact part 320 and the movable contact part 50 is suppressed, and the current interruption performance of the gas circuit breaker 301 can be improved.
  • the electric field shield 380 has the same potential as that of the opposed contact portion 320 in the closed state. This prevents the electric field shield 380 from being charged in the input state. Therefore, it is possible to suppress dielectric breakdown between the electric field shield 380 having a floating potential and the movable contact portion 50 in the separation process.
  • the conduction structure between the electric field shield 380 and the opposed contact portion 320 is not limited to the example shown in FIG.
  • a part of the electric field shield 380 is urged outward in the radial direction by a conductive urging member 381 such as a coil spring or a leaf spring and pressed against the shield contact 323. You may let them.
  • the electric field shield 380 and the opposing contact portion 20 may be electrically connected using a biasing member 391 that has conductivity and expands and contracts along the axial direction.
  • the biasing member 391 and the conductive member 392 are disposed between the electric field shield 380 and the support 12.
  • the conductive member 392 is disposed to face the surface of the electric field shield 380 that faces the opposite side.
  • a first end of the biasing member 391 is connected to the support 12.
  • a second end of the biasing member 391 is connected to the conduction member 392.
  • the urging member 391 urges the conduction member 392 toward the electric field shield 380.
  • the electric field shield 380 is electrically connected to the opposed contact portion 20 via the support 12.
  • the conductive member 392 is disposed to face the surface of the support 12 that faces the movable side.
  • the first end of the biasing member 391 is connected to the conduction member 392.
  • the second end of the biasing member 391 is connected to the electric field shield 380.
  • the urging member 391 urges the conduction member 392 toward the support 12.
  • the electric field shield 380 is electrically connected to the opposed contact portion 20 via the support 12.
  • the natural length of the biasing member 391 is set so that the electric field shield 380 does not conduct to the counter contact portion 20 at least in the open state.
  • the electric field shield is formed in the annular
  • the electric field shield may be provided in pieces in the circumferential direction.
  • the position of the opposing unit 3 is fixed with respect to the sealed container 2, but the present invention is not limited to this.
  • the opposing unit may be connected to the movable unit via a link or the like, and may be formed to be displaced to the non-movable side by displacing the operation rod to the non-opposing side.
  • the insulating member 83 is disposed on the surface of the electric field shield 80, but the present invention is not limited to this. That is, the insulating member may not be disposed on the surface of the electric field shield.
  • the gas circuit breaker is attached to the insulating nozzle and has an electric field shield that becomes a floating potential at least during a part of the separation process, so that the current interruption performance is improved, It is possible to reduce the size and drive energy. Therefore, it is possible to provide a gas circuit breaker with excellent current interruption performance and reduced size and low driving energy.

Abstract

実施形態のガス遮断器は、密閉容器と、第１接触子部および第２接触子部と、操作機構と、絶縁ノズルと、蓄圧手段と、電界シールドと、を持つ。第１接触子部および第２接触子部は、閉極状態で互いに接触するとともに、開極状態で互いに開離する。絶縁ノズルは、第１接触子部および第２接触子部の開離過程において第１接触子部に連動して変位する。絶縁ノズルは、第１接触子部と第２接触子部との間で発弧するアーク放電を囲む。電界シールドは、絶縁ノズルに取り付けられている。電界シールドは、少なくとも開離過程の一部の期間において浮遊電位となる。

Description

ガス遮断器
　本発明の実施形態は、ガス遮断器に関する。
　電力系統において電流開閉を行うガス遮断器は、遮断過程において接触子を機械的に切り離し、接触子の切り離しによって生じる接触子間のアーク放電を消弧性ガスの吹き付けによって消弧する。最も一般的なガス遮断器の例としてパッファ形と呼ばれるタイプのものが挙げられる。パッファ形のガス遮断器は、機械的な操作力により消弧性ガスを圧縮するとともに、アーク放電の熱を利用して消弧性ガスを昇圧し、アーク放電に対して消弧性ガスを吹き付ける。
　パッファ形のガス遮断器は、消弧性ガスが充填された密閉容器内に、少なくとも一対の接触子が対向配置され、機械的な操作により、各接触子を互いに接触して導通する状態から開離させて電流を遮断する。さらに、パッファ形のガス遮断器は、消弧性ガスを蓄圧する蓄圧手段を密閉容器内に備えている。蓄圧手段は、接触子の開離に伴って容積が減少するパッファ室を備えている。
　ところで、近年では、ガス遮断器において小型化および低駆動エネルギー化が求められている。しかしながら、ガス遮断器を小型化すると、接触子も小型化するため、接触子への電界集中が顕著となる。しかも、パッファ形のガス遮断器を小型化すると、パッファ室の容積が減少し、アーク放電への消弧性ガスの吹き付けが不十分となる可能性がある。また、ガス遮断器の駆動エネルギーを小さくすると、接触子の開離速度が低下して接触子間の絶縁回復特性が悪化する。さらに、パッファ形のガス遮断器の駆動エネルギーを小さくすると、パッファ室における消弧性ガスの蓄圧が不十分となる可能性がある。よって、ガス遮断器において小型化および低駆動エネルギー化を図ると、現状の技術のままでは接触子間の絶縁破壊が生じやすくなる。
日本国特開平１０－２６９９１３号公報 日本国特開平１１－１１１１２７号公報
　本発明が解決しようとする課題は、優れた電流遮断性能を有する小型化および低駆動エネルギー化されたガス遮断器を提供することである。
　実施形態のガス遮断器は、密閉容器と、第１接触子部および第２接触子部と、操作機構と、絶縁ノズルと、蓄圧手段と、電界シールドと、を持つ。密閉容器は、消弧性ガスが充填されている。第１接触子部および第２接触子部は、密閉容器内において所定方向に互いに接離可能に設けられている。第１接触子部および第２接触子部は、閉極状態で互いに接触するとともに、開極状態で互いに開離する。操作機構は、第１接触子部に接続されている。操作機構は、第１接触子部と第２接触子部とを閉極状態から開極状態へ開離させる。絶縁ノズルは、筒状に形成されている。絶縁ノズルは、第１接触子部および第２接触子部の開離過程において第１接触子部に連動して変位する。絶縁ノズルは、開極状態において第１接触子部と第２接触子部との間で発弧するアーク放電を囲む。蓄圧手段は、消弧性ガスを蓄圧する。蓄圧手段は、消弧性ガスを絶縁ノズルの内部の流路に放出してアーク放電に対して吹き付ける。電界シールドは、絶縁ノズルに取り付けられている。電界シールドは、少なくとも開離過程の一部の期間において浮遊電位となる。
第１の実施形態のガス遮断器を示す断面図。 第１の実施形態のガス遮断器を示す断面図。 第１の実施形態のガス遮断器を示す断面図。 第１の実施形態のガス遮断器を示す断面図。 第１実施例のガス遮断器における電位分布の一例を示す図。 比較例のガス遮断器における電位分布の一例を示す図。 対向アーク接触子の電界を示すグラフ。 第２の実施形態のガス遮断器を示す断面図。 第３の実施形態のガス遮断器を示す断面図。 遮断動作における経過時間と操作ロッドの位置との関係を示すグラフ。 第２実施例のガス遮断器における電位分布の一例を示す図。 第４の実施形態のガス遮断器を示す断面図。 第４の実施形態のガス遮断器を示す断面図。 第４の実施形態の変形例のガス遮断器を示す拡大断面図。 第４の実施形態の変形例のガス遮断器を示す拡大断面図。 第４の実施形態の変形例のガス遮断器を示す拡大断面図。
　以下、実施形態のガス遮断装置を、図面を参照して説明する。なお以下の説明では、同一または類似の機能を有する構成に同一の符号を付す。そして、それら構成の重複する説明は省略する場合がある。
（第１の実施形態）
　図１から図４は、第１の実施形態のガス遮断器を示す断面図である。なお、図１はガス遮断器１の投入状態を示し、図２はガス遮断器１の閉極状態における開極直前を示し、図３はガス遮断器１の開極状態を示し、図４はガス遮断器１の完全開極状態を示している。
　図１に示すように、ガス遮断器１は、電力系統の電気回路を開閉する開閉装置である。ガス遮断器１は、消弧性ガスが充填された密閉容器２と、密閉容器２内に配置された対向ユニット３および可動ユニット４と、を備えている。
　密閉容器２は、電気回路を流れる電流の遮断が行われる内部空間を有する。密閉容器２は、金属材料により形成されている。密閉容器２は、接地されている。密閉容器２の内部には、一対の導体５Ａ，５Ｂが密閉容器２の外部から引き込まれている。
　消弧性ガスは、消弧性能および絶縁性能に優れたガスであり、例えば六フッ化硫黄（ＳＦ６）ガスである。ただし、消弧性ガスは、六フッ化硫黄よりも地球温暖化係数の小さい物質であってもよい。六フッ化硫黄よりも地球温暖化係数の小さい物質は、例えば空気や、二酸化炭素、酸素、窒素およびその混合ガス等である。
　図１から図４に示すように、対向ユニット３および可動ユニット４は、電気回路の一部を構成している。対向ユニット３は、第１導体５Ａに導通した対向接触子部２０（第２接触子部）を備えている。可動ユニット４は、第２導体５Ｂに導通した可動接触子部５０（第１接触子部）を備えている。ガス遮断器１は、対向接触子部２０および可動接触子部５０を互いに接触または開離させることで、電気回路の開閉し、電流を導通または遮断する。以下の説明では、対向接触子部２０および可動接触子部５０が互いに接触した状態を閉極状態といい、対向接触子部２０および可動接触子部５０が互いに開離した状態を開極状態という。また、閉極状態のうち、電気回路を遮断させる必要がない場合に適用される状態を特に投入状態という。また、開極状態のうち、電流の遮断動作が完了した状態を特に完全開極状態という。また、投入状態から完全開極状態に向けて対向接触子部２０および可動接触子部５０を互いに開離させる過程を開離過程という。
　図１に示すように、対向ユニット３および可動ユニット４は、それぞれ複数の円筒状または円柱状の部材により形成されている。円筒状または円柱状の各部材は、中心軸を一致させて配置されている。対向ユニット３および可動ユニット４は、上記中心軸の軸方向（所定方向）で対向するように配置されている。なお、以下の説明では、上記中心軸の軸方向を単に軸方向と称する。また、上記中心軸周りを周回する方向を周方向と称する。また、上記中心軸に直交する方向を径方向と称する。また、対向ユニット３に関する説明において、軸方向における対向ユニット３から見て対向接触子部２０から可動接触子部５０が開離する方向を可動側と称し、その反対側を反可動側と称する。また、可動ユニット４に関する説明において、軸方向における可動ユニット４から見て可動接触子部５０から対向接触子部２０が開離する方向を対向側と称し、その反対側を反対向側と称する。
　対向ユニット３は、冷却筒１０と、サポート１２と、対向接触子部２０と、を備えている。
　冷却筒１０は、金属材料により、円筒状に形成されている。冷却筒１０の両端は、軸方向に開口している。冷却筒１０は、第１導体５Ａに結合されて導通している。
　サポート１２は、金属材料により形成されている。サポート１２は、リング部１３と、リング部１３から径方向内側に向かって突出した突出部１４と、を備えている。リング部１３は、冷却筒１０と略同径に形成されている。リング部１３は、冷却筒１０の可動側の端部に結合している。突出部１４は、リング部１３と一体形成されている。突出部１４の先端には、後述する対向アーク接触子２５が取り付けられる。サポート１２は、冷却筒１０に導通している。
　対向接触子部２０は、対向通電接触子２１と、対向アーク接触子２５と、を備えている。
　対向通電接触子２１は、金属材料により、円筒状に形成されている。対向通電接触子２１の両端は、軸方向に開口している。対向通電接触子２１は、冷却筒１０と同径に形成されている。対向通電接触子２１は、サポート１２のリング部１３の可動側の端部に結合している。対向通電接触子２１の可動側の端部２１ａ（先端部）は、径方向の内側に向かって膨出している。対向通電接触子２１は、サポート１２を介して冷却筒１０に導通している。
　対向アーク接触子２５は、金属材料により、円柱状に形成されている。対向アーク接触子２５は、対向通電接触子２１の内側に配置されている。対向アーク接触子２５は、サポート１２に支持され、サポート１２の突出部１４から可動側に向かって延びている。対向アーク接触子２５の可動側の端部２５ａ（先端部）の端縁は、対向通電接触子２１の可動側の端部２１ａの端縁よりも僅かに反可動側に位置している。対向アーク接触子２５の可動側の端部２５ａは、丸みを帯びている。対向アーク接触子２５は、サポート１２を介して冷却筒１０に導通している。
　可動ユニット４は、操作ロッド３０（操作機構）と、シリンダ３５と、ピストン４０と、可動接触子部５０と、絶縁ノズル６０と、支持部７０と、電界シールド８０と、を備えている。
　操作ロッド３０は、金属材料により形成されている。操作ロッド３０は、円柱状に形成された中実部３１と、円筒状に形成され、中実部３１に連設された中空部３２と、を備えている。中実部３１は、中空部３２の反対向側に設けられている。中実部３１は、反対向側の端部において絶縁ロッドを介して駆動装置（いずれも不図示）に接続され、密閉容器２に対して軸方向に変位可能になっている。中空部３２の外径は、中実部３１の外径と略一致している。中空部３２の内径は、対向アーク接触子２５の外径よりも大きい。中空部３２の反対向側の端部は、中実部３１により閉塞されている。中空部３２の対向側の端部は、対向側に向けて開口している。中空部３２の反対向側の端部には、中空部３２の内外を径方向に連通する第１通風孔３２ａが形成されている。第１通風孔３２ａは、投入状態においてピストン４０よりも反対向側に位置している。
　シリンダ３５は、金属材料により、円筒状に形成されている。シリンダ３５は、軸方向に沿って延在する周壁３６と、周壁３６の対向側の端部に連設された底壁３７と、を備えている。周壁３６の内径は、操作ロッド３０の外径よりも大きい。周壁３６は、操作ロッド３０を径方向の外側から囲っている。底壁３７は、周壁３６の対向側の端部から、径方向の内側に向かって張り出している。底壁３７の中心部には、操作ロッド３０が挿入された貫通孔３７ａが形成されている。つまり、底壁３７は、円環板状に形成されている。貫通孔３７ａの内径は、操作ロッド３０の外径と一致している。貫通孔３７ａには、操作ロッド３０の対向側の端部が挿入されて固定されている。これにより、シリンダ３５は、操作ロッド３０に固定されているとともに、操作ロッド３０に導通している。シリンダ３５は、操作ロッド３０に連動して軸方向に変位する。底壁３７の内周部には、軸方向に貫通する排気孔３７ｂが形成されている。本実施形態では、排気孔３７ｂは、貫通孔３７ａに連なっている。
　ピストン４０は、操作ロッド３０と、シリンダ３５の周壁３６と、の間に配置されている。ピストン４０は、径方向および周方向の双方向に延びる円環板状に形成されている。ピストン４０の内径は、操作ロッド３０の外径と一致している。ピストン４０の外径は、シリンダ３５の周壁３６の内径と一致している。ピストン４０は、支持部７０を介して密閉容器２に対して位置固定されている。
　シリンダ３５、ピストン４０および操作ロッド３０は、消弧性ガスを蓄圧するパッファ室４５（蓄圧手段）を画成している。パッファ室４５は、操作ロッド３０の変位に連動して容積可変である。パッファ室４５は、シリンダ３５および操作ロッド３０の反対向側への変位に伴って容積が減少することで、内部の消弧性ガスを昇圧する。パッファ室４５内で昇圧した消弧性ガスは、シリンダ３５の排気孔３７ｂを通じてパッファ室４５から放出される。
　可動接触子部５０は、可動アーク接触子５１と、可動通電接触子５５と、を備えている。
　可動アーク接触子５１は、金属材料により円筒状に形成されている。可動アーク接触子５１の両端は、軸方向に開口している。可動アーク接触子５１は、操作ロッド３０の中空部３２と略同径に形成されている。可動アーク接触子５１は、操作ロッド３０の中空部３２の対向側の端部に結合し、操作ロッド３０に導通している。可動アーク接触子５１の対向側の端部５１ａは、径方向の内側に向かって膨出している。可動アーク接触子５１の対向側の端部５１ａの内径は、対向アーク接触子２５の外径と一致している。
　可動アーク接触子５１は、操作ロッド３０に連動して、軸方向に変位する。対向アーク接触子２５および可動アーク接触子５１は、操作ロッド３０の変位に伴って軸方向に互いに接離可能に設けられている。対向アーク接触子２５および可動アーク接触子５１は、閉極状態で互いに接触するとともに、開極状態で互いに開離する。対向アーク接触子２５および可動アーク接触子５１は、対向アーク接触子２５が可動アーク接触子５１の開口に挿入されることで、互いに接触して導通する。
　可動通電接触子５５は、金属材料により、円筒状に形成されている。可動通電接触子５５は、可動アーク接触子５１を囲うように配置されている。可動通電接触子５５は、シリンダ３５の底壁３７から対向側に立設されている。可動通電接触子５５は、シリンダ３５に導通している。可動通電接触子５５の対向側の端部は、対向側に向けて開口している。可動通電接触子５５の内径は、可動アーク接触子５１の外径よりも大きい。可動通電接触子５５の外径は、対向通電接触子２１の可動側の端部２１ａの内径に一致している。可動通電接触子５５の対向側の端部５５ａの端縁は、可動アーク接触子５１の対向側の端部５１ａの端縁よりも僅かに反対向側に位置している。可動通電接触子５５の対向側の端部５５ａは、丸みを帯びている。
　可動通電接触子５５は、シリンダ３５を介して操作ロッド３０に相対固定されている。可動通電接触子５５は、操作ロッド３０に連動して、軸方向に変位する。対向通電接触子２１および可動通電接触子５５は、操作ロッド３０の変位に伴って軸方向に互いに接離可能に設けられている。対向通電接触子２１および可動通電接触子５５は、投入状態で互いに接触するとともに、開極状態で互いに開離する。対向通電接触子２１および可動通電接触子５５は、開離過程において対向アーク接触子２５および可動アーク接触子５１よりも早く互いに開離する（図２参照）。対向通電接触子２１および可動通電接触子５５は、可動通電接触子５５が対向通電接触子２１の開口に挿入されることで、互いに接触して導通する。
　絶縁ノズル６０は、絶縁材料により、円筒状に形成されている。絶縁ノズル６０は、可動アーク接触子５１と可動通電接触子５５との間において、シリンダ３５の底壁３７から対向側に立設されている。絶縁ノズル６０の対向側の端部は、対向側に向けて開口している。絶縁ノズル６０は、可動アーク接触子５１および可動通電接触子５５よりも対向側に長く形成されている。つまり、絶縁ノズル６０の対向側の端縁は、可動アーク接触子５１の対向側の端部５１ａの端縁、および可動通電接触子５５の対向側の端部５５ａの端縁よりも対向側に位置している。絶縁ノズル６０は、可動アーク接触子５１に対して径方向に間隔をあけて設けられている。絶縁ノズル６０は、可動通電接触子５５の内周面に径方向で密接している。絶縁ノズル６０の径方向内側には、シリンダ３５の排気孔３７ｂが開口している。絶縁ノズル６０は、開極状態において後述するアーク放電を囲む。絶縁ノズル６０は、パッファ室４５から放出された消弧性ガスを、後述するアーク放電に案内する。
　絶縁ノズル６０の内部は、軸方向において順に、平行部６１と、縮径部６２と、スロート部６３と、拡径部６４と、を備えている。平行部６１は、絶縁ノズル６０の反対向側の端部から、一定の内径で延在している。平行部６１の対向側の端部は、可動アーク接触子５１の対向側の端部と、軸方向において略同じ位置に位置している。縮径部６２は、平行部６１の対向側の端部から、対向側に向かって内径が漸次縮小するように延びている。平行部６１および縮径部６２は、可動アーク接触子５１を包囲している。
　スロート部６３は、縮径部６２と拡径部６４との間に形成されている。スロート部６３は、絶縁ノズル６０において内径が最小の部分である。スロート部６３は、開離過程において対向アーク接触子２５の可動側の端部２５ａが通過する。スロート部６３の内径は、可動アーク接触子５１の対向側の端部５１ａの内径と略一致している。拡径部６４は、スロート部６３から、対向側に向かって内径が漸次拡大するように延びている。絶縁ノズル６０の内部は、パッファ室４５から放出された消弧性ガスの流路を形成している。
　絶縁ノズル６０の外周面は、大径部６６ａと、小径部６６ｂと、傾斜部６６ｃと、を備えている。大径部６６ａは、絶縁ノズル６０の中間部から反対向側の端部に亘って形成されている。大径部６６ａは、一定の外径で延在し、可動通電接触子５５の内周面に密接している。小径部６６ｂは、大径部６６ａよりも対向側に形成されている。小径部６６ｂは、大径部６６ａよりも小径に形成され、一定の外径で延在している。傾斜部６６ｃは、大径部６６ａの対向側の端部と、小径部６６ｂの反対向側の端部と、を接続している。傾斜部６６ｃは、軸方向において、拡径部６４と同じ位置に設けられている。傾斜部６６ｃは、反対向側から対向側に向かうに従い漸次縮径している。
　支持部７０は、可動部支え７１と、ピストン支え７５と、を備えている。
　可動部支え７１は、金属材料により、円筒状に形成されている。可動部支え７１は、軸方向に沿って延在する周壁部７２と、周壁部７２の対向側の端部から径方向の内側に向かって張り出す鍔部７３と、鍔部７３よりも反対向側の位置において周壁部７２から径方向の内側に向かって張り出す閉塞部７４と、を備えている。周壁部７２の内径は、シリンダ３５の外径よりも大きい。鍔部７３は、周壁部７２と一体形成されている。鍔部７３は、軸方向においてピストン４０と同じ位置に位置している。鍔部７３の内径は、シリンダ３５の外径に一致している。鍔部７３の内側には、シリンダ３５が動作可能なように挿通されている。鍔部７３および周壁部７２は、シリンダ３５に導通している。
　閉塞部７４は、円板状に形成されている。閉塞部７４は、周壁部７２の内周面に固定されている。閉塞部７４の中心部には、操作ロッド３０が挿通された挿通孔７４ａが形成されている。挿通孔７４ａの内径は、操作ロッド３０の外径と一致している。閉塞部７４は、完全開極状態における操作ロッド３０の第１通風孔３２ａよりも反対向側に配置されている（図４参照）。可動部支え７１は、第２導体５Ｂに結合されて導通している。
　ピストン支え７５は、金属材料により、円筒状に形成されている。ピストン支え７５は、可動部支え７１の閉塞部７４から、対向側に立設されている。ピストン支え７５の外径は、シリンダ３５の周壁３６の内径と一致している。ピストン支え７５の内径は、操作ロッド３０の外径よりも大きい。ピストン支え７５は、対向側の端部においてピストン４０と連なっている。本実施形態では、ピストン支え７５は、可動部支え７１の閉塞部７４、およびピストン４０と一体形成されている。
　可動部支え７１の周壁部７２には、径方向に貫通する第２通風孔７２ａが形成されている。第２通風孔７２ａは、可動部支え７１の外部空間と、可動部支え７１の周壁部７２とピストン支え７５との間の内部空間と、を連通している。また、ピストン支え７５には、径方向に貫通する第３通風孔７５ａが形成されている。第３通風孔７５ａは、ピストン支え７５における反対向側の端部近傍に形成されている。第３通風孔７５ａは、ピストン支え７５と操作ロッド３０との間の空間と、可動部支え７１の周壁部７２とピストン支え７５との間の内部空間と、を連通している。
　電界シールド８０は、絶縁ノズル６０の対向側の端部に取り付けられている。図示の例では、電界シールド８０は、絶縁ノズル６０の外周面の小径部６６ｂに取り付けられている。電界シールド８０は、金属材料により、絶縁ノズル６０と同心の円環状に形成されている。電界シールド８０を形成する金属材料としては、例えばアルミニウムやアルミニウム合金等を用いることができる。また、電界シールド８０を形成する金属材料として、少なくともマグネシウムを含む金属材料を用いてもよい。
　電界シールド８０は、投入状態において、対向通電接触子２１と対向アーク接触子２５との間に位置している。電界シールド８０は、完全開極状態において、対向通電接触子２１の可動側の端部２１ａと対向アーク接触子２５の可動側の端部２５ａとの間に位置している（図４参照）。電界シールド８０の対向側の端面は、軸方向に直交する平面状に形成されている。電界シールド８０の反対向側の端面は、丸みを帯びて反対向側に向かって膨出している。電界シールド８０の外径は、対向通電接触子２１の内径よりも小さい。これにより、電界シールド８０は、投入状態から完全開極状態までのいずれの状態においても、対向ユニット３に非接触となる。すなわち、開離過程の全ての期間は、電界シールド８０が対向通電接触子２１に接触しない非接触期間となる。電界シールド８０は、開離過程の非接触期間において浮遊電位となる。
　電界シールド８０の表面には、絶縁部材８３が配置されている。絶縁部材８３は、電界シールド８０の表面を覆う絶縁層である。絶縁部材８３は、例えば酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）やエチレンプロピレン（ＥＰ）ゴム、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の絶縁材料を用いることができる。酸化アルミニウムは、例えばアルミニウムにより形成された電界シールド８０に対してアルマイト処理を施すことにより形成できる。
　続いて、ガス遮断器１の遮断動作について説明する。
　投入状態では、可動通電接触子５５が対向通電接触子２１の内側に挿入されて接触し、対向アーク接触子２５が可動アーク接触子５１の内側に挿入されて接触している。これにより、対向ユニット３と可動ユニット４とが導通し、一対の導体５Ａ，５Ｂ間に電路を形成する。
　ガス遮断器１は、電流を遮断する場合、操作ロッド３０を反対向側に変位させ、対向接触子部２０および可動接触子部５０を互いに開離させる。操作ロッド３０を反対向側に変位させると、可動アーク接触子５１、可動通電接触子５５、絶縁ノズル６０およびシリンダ３５が操作ロッド３０に連動して反対向側に変位する。シリンダ３５が反対向側に変位すると、パッファ室４５の容積が減少し、パッファ室４５内部の消弧性ガスが昇圧される。
　図２に示すように、投入状態から操作ロッド３０を反対向側に変位させると、対向通電接触子２１と可動通電接触子５５とが開離する。この状態では、対向アーク接触子２５と可動アーク接触子５１とが互いに接触して導通しているので、一対の導体５Ａ，５Ｂ間に電路が形成されている。
　図３に示すように、さらに操作ロッド３０を反対向側に変位させると、対向アーク接触子２５と可動アーク接触子５１とが開離し、閉極状態から開極状態に移行する。対向アーク接触子２５と可動アーク接触子５１とが開離すると、対向アーク接触子２５と可動アーク接触子５１との間で、アーク放電が発弧する。アーク放電が発弧すると、周囲の消弧性ガスが加熱され、膨張する。膨張した消弧性ガスの一部は、パッファ室４５に流入する。これにより、パッファ室４５内部の消弧性ガスがさらに昇圧される。
　遮断動作が進行すると、対向アーク接触子２５と可動アーク接触子５１との距離が開くとともに、電流が電流零点に向けて小さくなり、アーク放電が小さくなる。アーク放電が小さくなると、消弧性ガスのパッファ室４５への流入が停止し、パッファ室４５から高圧の消弧性ガスが放出される。パッファ室４５から放出された消弧性ガスは、絶縁ノズル６０と可動アーク接触子５１との間に形成された流路を通って、アーク放電に吹き付けられる。これにより、アーク放電が消弧に至り、電流が遮断される。そして、図４に示すように、完全開極状態に向けて、さらに操作ロッド３０を反対向側に変位させ、遮断動作が完了する。なお、完全開極状態における操作ロッド３０の位置は、操作ロッド３０に接続された駆動装置（不図示）により操作ロッド３０が反対向側へ変位し切った位置である。
　図３に示すように、アーク放電に吹き付けられた消弧性ガスは、対向ユニット３側の流路と可動ユニット４側の流路とに分かれて排出される。対向ユニット３側の流路は、絶縁ノズル６０の内部のスロート部６３から、拡径部６４、および冷却筒１０の内部空間を順に経て、密閉容器２内に至る。可動ユニット４側の流路は、可動アーク接触子５１の対向側の開口から、可動アーク接触子５１の内部空間、ピストン支え７５と操作ロッド３０との間の空間、および可動部支え７１の周壁部７２とピストン支え７５との間の空間を順に経て、密閉容器２内に至る。
　図５は、第１実施例のガス遮断器における電位分布の一例を示す図である。図６は、比較例のガス遮断器における電位分布の一例を示す図である。なお、第１実施例に係るガス遮断器は、本実施形態のガス遮断器１である。また、比較例に係るガス遮断器は、本実施形態に係るガス遮断器１から電界シールド８０を省略したものである。図５および図６では、完全開極状態を図示している。
　図６に示すように、比較例のガス遮断器では、対向通電接触子２１と対向アーク接触子２５との間に等電位線が入り込んでいる。これにより、絶縁ノズル６０内において、対向アーク接触子２５の可動側の端部２５ａ近傍に等電位線が他の領域と比べて密に配置されている。すなわち、比較例のガス遮断器では、絶縁ノズル６０内の電位分布が不均一となっており、対向アーク接触子２５と可動アーク接触子５１との間で絶縁破壊が生じやすい。これに対して、図５に示す第１実施例のガス遮断器では、対向通電接触子２１の可動側の端部２１ａと対向アーク接触子２５の可動側の端部２５ａとの間に電界シールド８０が配置されている。これにより、対向通電接触子２１と対向アーク接触子２５との間への等電位線の入り込みが抑制される。その結果、絶縁ノズル６０内において、図６に示す比較例と比べて、等電位線が軸方向で均等に配置される。よって、対向アーク接触子２５の電界が緩和される。
　図７は、対向アーク接触子の電界を示すグラフである。図７では、比較例のガス遮断器における完全開極状態の対向アーク接触子２５の電界を１００とした場合の、第１実施例および後述する第２実施例それぞれのガス遮断器における完全開極状態の対向アーク接触子２５の電界を示す。
　図７に示すように、完全開極状態において、第１実施例のガス遮断器では、比較例に対して対向アーク接触子２５の電界を約７９％まで緩和することができる。すなわち、対向通電接触子２１の可動側の端部２１ａと対向アーク接触子２５の可動側の端部２５ａとの間に電界シールド８０を配置することで、対向アーク接触子２５の電界を緩和できる。
　本実施形態では、ガス遮断器１は、絶縁ノズル６０に取り付けられた電界シールド８０を備える構成を採用した。この構成によれば、電界シールド８０により絶縁ノズル６０内の電界を緩和できる。しかも、電界シールド８０は、開離過程の全ての期間において浮遊電位となる。これにより、電界シールド８０は、開離過程において対向接触子部２０に摺動しないので、摩擦力等の移動方向とは反対方向の力を受けない。このため、電界シールド８０と一体となって動作する可動接触子部５０の移動速度の低下が抑制される。よって、対向接触子部２０および可動接触子部５０の開離速度の低下が抑制され、対向接触子部２０と可動接触子部５０との間の絶縁耐圧を速やかに高めることが可能となる。よって、対向接触子部２０と可動接触子部５０との間の絶縁破壊が抑制され、ガス遮断器１の電流遮断性能を向上させることができる。
　そして、上述したように、ガス遮断器１の電流遮断性能が向上するので、パッファ室４５の小型化に伴う消弧性ガスの吹き付け量の減少、および駆動エネルギーの低減に伴うパッファ室４５における消弧性ガスの蓄圧低下が許容される。したがって、ガス遮断器１の小型化および低駆動エネルギー化が可能となる。
　以上により、優れた電流遮断性能を有する小型化および低駆動エネルギー化されたガス遮断器１を提供できる。
　また、電界シールド８０は、完全開極状態において、対向通電接触子２１の可動側の端部２１ａと対向アーク接触子２５の可動側の端部２５ａとの間に位置する。この構成によれば、完全開極状態において、対向アーク接触子２５の電界を緩和できる。よって、完全開極状態における絶縁耐圧が向上し、ガス遮断器１の電流遮断性能が向上する。また、完全開極状態における絶縁耐圧が向上するので、完全開極状態における対向アーク接触子２５と可動アーク接触子５１との距離を縮めることができ、ガス遮断器１を小型化することができる。
　また、電界シールド８０の表面には、絶縁部材８３が配置されている。これにより、電界シールド８０における絶縁破壊の発生を抑制できる。
　また、消弧性ガスとして、六フッ化硫黄よりも地球温暖化係数の小さい物質を用いることで、環境への負荷を低減できる。なお、例えば六フッ化硫黄よりも地球温暖化係数の小さい物質は、六フッ化硫黄よりも消弧性能および電気絶縁性能が劣る場合がある。しかしながら、本実施形態の構成を適用することで電流遮断性能を向上できるので、消弧性ガスとして六フッ化硫黄よりも地球温暖化係数の小さい物質を用いた場合でも、電流遮断性能が低下することを抑制できる。
　また、マグネシウムを含む金属材料により電界シールド８０を形成することで、アルミニウムにより電界シールド８０を形成した場合よりも、電界シールド８０を軽量化することができる。これにより、電界シールド８０と一体となって動作する可動接触子部５０の移動速度の低下が抑制される。よって、対向接触子部２０および可動接触子部５０の開離速度の低下が抑制され、対向接触子部２０と可動接触子部５０との間の絶縁耐圧をより速やかに高めることが可能となる。
（第２の実施形態）
　図８は、第２の実施形態のガス遮断器を示す断面図である。なお、図８はガス遮断器１０１の開極状態を示している。
　図８に示す第２の実施形態のガス遮断器１０１は、電界シールド１８０が絶縁ノズル６０における軸方向の中間部に取り付けられている点で、第１の実施形態のガス遮断器１と異なっている。
　図８に示すように、ガス遮断器１０１は、電界シールド１８０を備える。電界シールド１８０は、絶縁ノズル６０と同心の円筒状に形成されている。電界シールド１８０は、絶縁ノズル６０の外周面に取り付けられている。電界シールド１８０は、軸方向における絶縁ノズル６０の対向側の端部と同じ位置から反対向側に延びている。電界シールド１８０は、開離過程の途中の状態から完全開極状態において、対向通電接触子２１の可動側の端部２１ａと対向アーク接触子２５の可動側の端部２５ａとの間に位置している。
　本実施形態では、電界シールド１８０は、開離過程の途中の状態において、対向通電接触子２１の可動側の端部２１ａと対向アーク接触子２５の可動側の端部２５ａとの間に位置する。この構成によれば、開離過程の途中で、電界シールド１８０が対向通電接触子２１の可動側の端部２１ａと対向アーク接触子２５の可動側の端部２５ａとの間を通過する。これにより、開極状態の任意の状態において、絶縁ノズル６０内における軸方向の任意の位置の電界を緩和できる。よって、例えば絶縁ノズル６０内における高温の消弧性ガスが溜まりやすい箇所の電界を緩和する位置に電界シールド１８０を配置して、遮断動作の途中の状態の絶縁耐圧を向上させることができる。したがって、ガス遮断器１０１の電流遮断性能を向上させることができる。
（第３の実施形態）
　図９は、第３の実施形態のガス遮断器を示す断面図である。なお、図９はガス遮断器２０１の完全開極状態を示している。
　図９に示す第３の実施形態のガス遮断器２０１は、電界シールド２８０が完全開極状態において対向通電接触子２１に接触する点で、第１の実施形態のガス遮断器１と異なっている。
　図９に示すように、ガス遮断器２０１は、電界シールド２８０を備える。電界シールド２８０は、絶縁ノズル６０の対向側の端部に取り付けられている。電界シールド２８０は、完全開極状態において、対向通電接触子２１の可動側の端部２１ａと対向アーク接触子２５の可動側の端部２５ａとの間に位置している。電界シールド２８０の外径は、対向通電接触子２１の可動側の端部２１ａの内径と一致している。これにより、電界シールド２８０は、完全開極状態においてのみ対向通電接触子２１に接触する。すなわち、開離過程のうち最終段階を除く期間は、電界シールド２８０が対向通電接触子２１に接触しない非接触期間となる。電界シールド２８０は、開離過程の最終段階において対向接触子部２０と同電位となるとともに、開離過程の非接触期間において浮遊電位となる。
　図１０は、遮断動作における経過時間と操作ロッドの位置との関係を示すグラフである。
　図１０において、横軸は遮断動作における経過時間である。縦軸は軸方向における操作ロッド３０の位置であって、完全開極状態の操作ロッド３０の位置を０とし、投入状態の操作ロッド３０の位置を１００としたときの相対位置である。また、点線は本実施形態の構成の適用前の開極動作特性曲線で、実線は本実施形態の構成を適用した場合の開極動作特性曲線を示す。また、時点ｔ０は遮断動作開始時点（投入状態）を示し、時点ｔ１，ｔ１’はそれぞれ対向アーク接触子２５および可動アーク接触子５１が開離した時点を示している。また、時点ｔ２，ｔ２’はそれぞれ時点ｔ１，ｔ１’から商用周波数の半周期経過した時点を示している。また、時点ｔ’は本実施形態の構成を適用した場合において電界シールド２８０が対向通電接触子２１に接触した時点を示している。また、時点ｔ３，ｔ３’はそれぞれ遮断動作終了時点（完全開極状態）を示している。
　図１０に示すように、電界シールド２８０が対向通電接触子２１に接触した時点ｔ’は、時点ｔ２以降、すなわち対向アーク接触子２５および可動アーク接触子５１が開離する時点から商用周波数の半周期以上経過した時点である。つまり、電界シールド２８０は、対向アーク接触子２５および可動アーク接触子５１が開離する時点ｔ１から商用周波数の半周期以上経過後に、対向接触子部２０と同電位となる。
　また、図１０に示すように、本実施形態の構成を適用することで、操作ロッド３０の移動速度が向上している。これにより、時点ｔ１，ｔ１’を比較すると、対向アーク接触子２５および可動アーク接触子５１を速やかに開離させることができる。その結果、対向アーク接触子２５および可動アーク接触子５１が開離してから商用周波数の半周期経過した時点がｔ２’からｔ２にシフトする。よって、開極から半周期までの開極速度を向上することができ、絶縁耐圧を速やかに高めることが可能となる。さらに電界シールド２８０を対向接触子部２０に接触させるタイミングを早めることもできる。したがって、本実施形態の構成を適用することで、対向接触子部２０と可動接触子部５０との間の絶縁耐圧をより速やかに高めることが可能となる。
　図１１は、第２実施例のガス遮断器における電位分布の一例を示す図である。なお、第２実施例に係るガス遮断器は、本実施形態のガス遮断器２０１である。図１１では、完全開極状態を図示している。
　図１１に示すように、第２実施例のガス遮断器では、対向通電接触子２１の可動側の端部２１ａと対向アーク接触子２５の可動側の端部２５ａとの間に電界シールド２８０が配置されている。電界シールド２８０は、対向通電接触子２１および対向アーク接触子２５と同電位なので、図５に示す第１実施例と比較して、対向通電接触子２１と対向アーク接触子２５との間への等電位線の入り込みがより一層抑制される。これにより、絶縁ノズル６０内において、図６に示す比較例、および図５に示す第１実施例と比べて、等電位線が軸方向でより均等に配置される。よって、対向アーク接触子２５の電界が緩和される。
　図７に示すように、第２実施例によれば、対向通電接触子２１の可動側の端部２１ａと対向アーク接触子２５の可動側の端部２５ａとの間に電界シールド２８０を配置することで、比較例に対して対向アーク接触子２５の電界を約６１％まで緩和することができる。また、第１実施例に対して対向アーク接触子２５の電界をより緩和することができる。
　本実施形態によれば、電界シールド２８０は、開離過程の最終段階を除く期間において浮遊電位となる。これにより、電界シールド２８０は、開離過程のうち最終段階を除く期間において対向接触子部２０に摺動しないので、摩擦力等の移動方向とは反対方向の力を受けない。このため、電界シールド２８０と一体となって動作する可動接触子部５０の移動速度の低下が抑制される。よって、対向接触子部２０および可動接触子部５０の開離速度の低下が抑制され、対向接触子部２０と可動接触子部５０との間の絶縁耐圧を速やかに高めることが可能となる。よって、対向接触子部２０と可動接触子部５０との間の絶縁破壊が抑制され、ガス遮断器２０１の電流遮断性能を向上させることができる。
　また、電界シールド２８０は、完全開極状態において対向接触子部２０と同電位となる。これにより、電界シールドが完全開極状態において浮遊電位となる構成と比較して、より一層対向アーク接触子２５の電界を緩和することができる。よって、完全開極状態における絶縁耐圧が向上し、ガス遮断器２０１の電流遮断性能が向上する。また、完全開極状態における絶縁耐圧が向上するので、完全開極状態における対向アーク接触子２５と可動アーク接触子５１との距離を縮めることができ、ガス遮断器２０１を小型化することができる。
　また、電界シールド２８０は、開離過程において、対向接触子部２０と可動接触子部５０とが開離した時点ｔ１から商用周波数の半周期以上経過後に、対向接触子部２０と同電位となる。これにより、時点ｔ１から商用周波数の半周期経過する時点ｔ２までの期間に電界シールド２８０が他の部材に摺動しないので、操作ロッド３０の移動速度が低下することを防止される。よって、時点ｔ２までの期間の対向接触子部２０および可動接触子部５０の開離速度の低下が抑制され、対向接触子部２０と可動接触子部５０との間の絶縁耐圧を速やかに高めることが可能となる。したがって、小電流遮断後に印加される回復電圧による絶縁破壊を抑制でき、遮断性能を向上させることができる。
（第４の実施形態）
　図１２および図１３は、第４の実施形態のガス遮断器を示す断面図である。なお、図１２はガス遮断器３０１の投入状態を示し、図１３はガス遮断器３０１の完全開極状態を示している。
　図１２および図１３に示す第４の実施形態のガス遮断器３０１は、電界シールド３８０が完全開極状態において対向通電接触子３２１に接触する点で、第１の実施形態のガス遮断器１と異なっている。また、第４の実施形態のガス遮断器３０１は、閉極状態においてシールド接触子３２３に接触する点で、第１の実施形態のガス遮断器１と異なっている。
　図１２に示すように、ガス遮断器３０１は、対向接触子部３２０と、電界シールド３８０と、を備えている。対向接触子部３２０は、対向通電接触子３２１と、対向アーク接触子２５と、シールド接触子３２３と、を備えている。
　対向通電接触子３２１は、金属材料により、円筒状に形成されている。対向通電接触子３２１の両端は、軸方向に開口している。対向通電接触子３２１は、冷却筒１０よりも僅かに大径に形成されている。対向通電接触子３２１は、サポート１２のリング部１３の可動側の端部に結合している。対向通電接触子３２１の可動側の端部３２１ａは、径方向の内側に向かって膨出している。対向通電接触子３２１は、サポート１２を介して冷却筒１０に導通している。
　シールド接触子３２３は、金属材料により、円筒状に形成されている。シールド接触子の両端は、軸方向に開口している。シールド接触子３２３は、冷却筒１０と同径に形成されている。シールド接触子３２３は、対向通電接触子３２１の内側に配置されている。シールド接触子３２３の外径は、対向通電接触子３２１の内径と略一致している。シールド接触子３２３は、サポート１２のリング部１３の可動側の端部に結合している。シールド接触子３２３の可動側の端部３２３ａは、対向通電接触子３２１の可動側の端部３２１ａよりも反可動側に設けられている。シールド接触子３２３の可動側の端部３２３ａは、径方向の内側に向かって膨出している。シールド接触子３２３の可動側の端部３２３ａの内径は、対向通電接触子３２１の可動側の端部３２１ａの内径と一致している。シールド接触子３２３は、サポート１２を介して冷却筒１０に導通している。
　電界シールド３８０は、絶縁ノズル６０の対向側の端部に取り付けられている。電界シールド３８０は、完全開極状態において、対向通電接触子３２１の可動側の端部３２１ａと対向アーク接触子２５の可動側の端部２５ａとの間に位置している（図１３参照）。電界シールド３８０は、投入状態において、シールド接触子３２３の可動側の端部３２３ａと軸方向の同じ位置に位置している。電界シールド３８０の外径は、対向通電接触子３２１の可動側の端部３２１ａ、およびシールド接触子３２３の可動側の端部３２３ａそれぞれの内径と一致している。これにより、電界シールド３８０は、完全開極状態において対向通電接触子３２１に接触する（図１３参照）。また、電界シールド３８０は、投入状態（閉極状態）においてシールド接触子３２３に接触する。すなわち、開離過程ののうち初期段階および最終段階を除く期間は、電界シールド３８０が対向通電接触子３２１およびシールド接触子３２３に接触しない非接触期間となる。電界シールド３８０は、開離過程の初期段階および最終段階において対向接触子部２０と同電位となるとともに、開離過程の非接触期間において浮遊電位となる。
　電界シールド３８０は、開離過程において、少なくとも対向アーク接触子２５と可動アーク接触子５１とが接触している状態で、シールド接触子３２３から開離する。電界シールド３８０は、第３の実施形態の電界シールド２８０と同様に、対向アーク接触子２５および可動アーク接触子５１が開離する時点から商用周波数の半周期以上経過後に、対向接触子部２０と同電位となる。
　本実施形態によれば、電界シールド３８０は、開離過程の初期段階および最終段階を除く期間において浮遊電位となる。これにより、電界シールド３８０は、開離過程のうち初期段階および最終段階を除く期間において対向接触子部３２０に摺動しないので、摩擦力等の移動方向とは反対方向の力を受けない。このため、電界シールド３８０と一体となって動作する可動接触子部５０の移動速度の低下が抑制される。よって、対向接触子部３２０および可動接触子部５０の開離速度の低下が抑制され、対向接触子部３２０と可動接触子部５０との間の絶縁耐圧を速やかに高めることが可能となる。よって、対向接触子部３２０と可動接触子部５０との間の絶縁破壊が抑制され、ガス遮断器３０１の電流遮断性能を向上させることができる。
　また、電界シールド３８０は、閉極状態において対向接触子部３２０と同電位となる。これにより、電界シールド３８０が投入状態において帯電することを防止できる。よって、開離過程において、浮遊電位の電界シールド３８０と可動接触子部５０との間で絶縁破壊が生じることを抑制できる。
　なお、電界シールド３８０と対向接触子部３２０との導通構造は、図１２に示す例に限定されない。例えば、図１４に示すように、電界シールド３８０の一部を、コイルばねや板ばね等の導電性を有する付勢部材３８１により径方向の外側に向けて付勢してシールド接触子３２３に圧接させてもよい。
　また、図１５および図１６に示すように、導電性を有し軸方向に沿って伸縮する付勢部材３９１を用いて、電界シールド３８０と対向接触子部２０とを導通させてもよい。具体的に、図１５に示す例では、電界シールド３８０とサポート１２との間に付勢部材３９１および導通部材３９２を配置する。導通部材３９２は、電界シールド３８０の対向側を向く面に対向配置される。付勢部材３９１の第１端部は、サポート１２に接続する。付勢部材３９１の第２端部は、導通部材３９２に接続する。付勢部材３９１は、導通部材３９２を電界シールド３８０に向けて付勢する。これにより、電界シールド３８０は、サポート１２を介して対向接触子部２０に導通する。
　また、図１６に示す例では、導通部材３９２は、サポート１２の可動側を向く面に対向配置される。付勢部材３９１の第１端部は、導通部材３９２に接続する。付勢部材３９１の第２端部は、電界シールド３８０に接続する。付勢部材３９１は、導通部材３９２をサポート１２に向けて付勢する。これにより、電界シールド３８０は、サポート１２を介して対向接触子部２０に導通する。なお、図１５および図１６に示すいずれの構成においても、付勢部材３９１の自然長は、少なくとも開極状態において電界シールド３８０が対向接触子部２０に導通しないように設定される。
　なお、上記実施形態では、電界シールドが円環状に形成されているが、これに限定されない。例えば、電界シールドは、周方向において断片的に設けられていてもよい。
　また、上記実施形態では、対向ユニット３が密閉容器２に対して位置固定されているが、これに限定されない。対向ユニットは、可動ユニットにリンク等を介して連結され、操作ロッドを反対向側に変位させることで反可動側に変位するように形成されていてもよい。
　また、上記実施形態では、電界シールド８０の表面に絶縁部材８３が配置されているが、これに限定されない。すなわち、電界シールドの表面には絶縁部材が配置されていなくてもよい。
　以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、ガス遮断器は、絶縁ノズルに取り付けられ、少なくとも開離過程の一部の期間において浮遊電位となる電界シールドを持つので、電流遮断性能が向上し、小型化および低駆動エネルギー化が可能となる。したがって、優れた電流遮断性能を有する小型化および低駆動エネルギー化されたガス遮断器を提供できる。
　本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、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。

Claims (9)

  1. 　消弧性ガスが充填された密閉容器と、
    　前記密閉容器内において所定方向に互いに接離可能に設けられ、閉極状態で互いに接触するとともに、開極状態で互いに開離する第１接触子部および第２接触子部と、
    　前記第１接触子部に接続され、前記第１接触子部と前記第２接触子部とを前記閉極状態から前記開極状態へ開離させる操作機構と、
    　筒状に形成され、前記第１接触子部および前記第２接触子部の開離過程において前記第１接触子部に連動して変位するとともに、前記開極状態において前記第１接触子部と前記第２接触子部との間で発弧するアーク放電を囲む絶縁ノズルと、
    　前記消弧性ガスを蓄圧するとともに、前記消弧性ガスを前記絶縁ノズルの内部の流路に放出して前記アーク放電に対して吹き付ける蓄圧手段と、
    　前記絶縁ノズルに取り付けられ、少なくとも前記開離過程の一部の期間において浮遊電位となる電界シールドと、
    　を備えるガス遮断器。
  2. 　前記電界シールドは、前記第１接触子部と前記第２接触子部との開離が完了した完全開極状態において、前記第２接触子部と同電位となる、
    　請求項１に記載のガス遮断器。
  3. 　前記電界シールドは、前記開離過程において、前記第１接触子部と前記第２接触子部とが開離する時点から商用周波数の半周期以上経過後に、前記第２接触子部と同電位となる、
    　請求項２に記載のガス遮断器。
  4. 　前記電界シールドは、前記閉極状態において、前記第２接触子部と同電位となる、
    　請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のガス遮断器。
  5. 　前記第２接触子部は、
    　　前記所定方向に沿って伸びる筒状に形成された通電接触子と、
    　　前記通電接触子の内側に配置され、前記所定方向に沿って伸びるアーク接触子と、
    　を備え、
    　前記通電接触子および前記アーク接触子は、それぞれ前記所定方向における前記第２接触子部から見て前記第１接触子部が開離する方向に位置する先端部を有し、
    　前記電界シールドは、前記第１接触子部と前記第２接触子部との開離が完了した完全開極状態において、前記通電接触子の前記先端部と前記アーク接触子の前記先端部との間に位置する、
    　請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のガス遮断器。
  6. 　前記第２接触子部は、
    　　前記所定方向に沿って伸びる筒状に形成された通電接触子と、
    　　前記通電接触子の内側に配置され、前記所定方向に沿って伸びるアーク接触子と、
    　を備え、
    　前記通電接触子および前記アーク接触子は、それぞれ前記所定方向における前記第２接触子部から見て前記第１接触子部が開離する方向に位置する先端部を有し、
    　前記電界シールドは、前記開離過程の途中の状態において、前記通電接触子の前記先端部と前記アーク接触子の前記先端部との間に位置する、
    　請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のガス遮断器。
  7. 　前記電界シールドの表面には、絶縁部材が配置されている、
    　請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のガス遮断器。
  8. 　前記消弧性ガスは、六フッ化硫黄よりも地球温暖化係数の小さい物質である、
    　請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のガス遮断器。
  9. 　前記電界シールドは、少なくともマグネシウムを含む金属材料により形成されている、
    　請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のガス遮断器。
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