(57)【要約】【課題】熱パッファ室の位置が電極の極間の後方にあるものでは、熱ガスの取り込みや吹付ける場合に軸方向の長い通路や迂曲した長い通路を通して熱ガスの取り込みおよび吹付けを行う必要があり流路抵抗が高く十分な取り込みや吹付けが得られなかった。また熱パッファ室の位置が電極の極間の側方に配置されているものでは、熱ガスの排出口が電極軸の方向のため、ガスの流れは可動電極によって妨げられ、十分な排出能力が得られなかった。【解決手段】同一軸線上に接離自在に配置された固定側電極と可動側電極、両電極の開離時に両電極間で形成される空間部に向かって開口する開口部を有し、消弧性ガスの圧力を上昇させる第１熱パッファ室、消弧性ガスを第１熱パッファ室内からアークへ吹付ける絶縁物ノズルを備え、第１熱パッファ室の開口部を除いた空間部に、アークへ吹付けた後の消弧性ガスを軸線と交叉する方向に排出する排気口を設けたものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一軸線上に接離自在に配置された固定側電極と可動側電極、
両電極の開離時に両電極間で形成される空間部に向かって開口する開口部を有し、上記両電極間で発生したアーク熱を取り込み消弧性ガスの圧力を上昇させる第１熱パッファ室、及び上記電極部に設けられ、上記高圧消弧性ガスを上記第１熱パッファ室内から上記アークへ吹き付ける絶縁物ノズルを備え、
上記第１熱パッファ室の開口部を除いた上記空間部に、上記アークへ吹き付けた後の高圧消弧性ガスを上記軸線と交叉する方向に排出する排気口を設けたことを特徴とするパッファ形ガス遮断器。
【請求項２】
上記第１熱パッファ室は、一対で構成され上記開口部を上記空間部を介し互いに対向させて配置し、且つ上記排気口は、上記第１熱パッファから吹き出した上記高圧消弧性ガスに対し直交するよう配置したことを特徴とする請求項１記載のパッファ形ガス遮断器。
【請求項３】
上記固定側電極は、円筒状中空軸であることを特徴とする請求項１または請求項２記載のパッファ形ガス遮断器。
【請求項４】
上記固定側電極は、周方向に分割した円筒状中空軸であることを特徴とする請求項１または請求項２記載のパッファ形ガス遮断器。
【請求項５】
上記固定側電極の円筒状中空軸と連通し、この円筒状中空軸を通し上記アーク熱を取り込み発生した高圧消弧性ガスを上記アークへ吹き付ける第２熱パッファ室を設けたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のパッファ形ガス遮断器。
【請求項６】
上記第２熱パッファ室は、上記第１熱パッファ室と連通し、上記円筒状中空軸を通し上記高圧消弧性ガスを上記アークへ吹き付けるとともに上記第１熱パッファ室へ上記高圧消弧性ガスを補充することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のパッファ形ガス遮断器。
【請求項７】
上記第２熱パッファ室に、消耗性絶縁物を設けたことを特徴とする請求項５または請求項６記載のパッファ形ガス遮断器。
【請求項８】
上記第１熱パッファ室と連通し、この第１熱パッファ室へ高圧消弧性ガスを補充する機械パッファ室を設けたことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載のパッファ形ガス遮断器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電流を遮断するパッファ形ガス遮断器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
絶縁消弧ガスをアークに吹き付けるガス遮断器消弧室の構造として、機械パッファと呼ばれる駆動機構によって機械的な圧縮を行う部屋の他に、アークの熱を取り込むことによって圧力を上昇させる部屋を設け、その部屋の圧力で電流零点時にアークに対して吹き付けを行い消弧するという技術がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−３１４４３号公報
【特許文献２】特開２００１−２５０４５９号公報
【特許文献３】特開昭５８−８２４３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１で示されているようなアークの熱を取り込むことによって圧力を上昇させる部屋（熱パッファ室）の位置が電極（接触子）の極間の側方になく後方にあるものでは、熱ガスの取り込みや吹き付ける場合に長い通路を通して熱ガスの取り込みおよび吹き付けを行う必要があり、流路抵抗が高く十分な取り込みや吹き付けが得られないという問題がある。
特許文献２で示されているようにアークの熱を取り込むことによって圧力を上昇させる熱パッファ室の位置が電極の極間の側方に配置されているものもあるが、吹き付け時にアークにさらされた高温の熱ガスの排出口が電極軸の方向を向いている。そのため、可動電極の方向へのガスの流れは可動電極によって妨げられ、十分な排出能力が得られないという問題がある。
さらに、排出口が十分開くようにするために可動電極を長い距離動かす必要があり、消弧室が大きなものになるだけでなく、電極を動かす操作装置が大きなものとなったり、電極と操作装置の間をつないでいるリンク機構が複雑なものとなったりする問題がある。
【０００５】
さらにまた、特許文献３で示されているように絶縁ノズル内にアークと直角に吹付けるガス通路と吹出口を設けたものもあるが、特許文献１と同様に熱パッファ室の位置が電極（接触子）の極間の後方にあるので、熱ガスの取り込みや吹き付ける場合に迂曲した長い通路を通して熱ガスの取り込みおよび吹き付けを行う必要があり、流路抵抗が高く十分な取り込みや吹き付けが得られないという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係わるパッファ形ガス遮断器は、同一軸線上に接離自在に配置された固定側電極と可動側電極、両電極の開離時に両電極間で形成される空間部に向かって開口する開口部を有し、上記両電極間で発生したアーク熱を取り込み消弧性ガスの圧力を上昇させる第１熱パッファ室、及び上記電極部に設けられ、上記高圧消弧性ガスを上記第１熱パッファ室内から上記アークへ吹き付ける絶縁物ノズルを備え、上記第１熱パッファ室の開口部を除いた上記空間部に、上記アークへ吹き付けた後の高圧消弧性ガスを上記軸線と交叉する方向に排出する排気口を設けたものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明のガス遮断器によれば、遮断性能を高めることができるだけでなく、可動側電極は排気口を形成する距離だけ移動させればよいので移動量が短くてすみ、従って、これを駆動する操作装置も小型で低操作力にすることができる。また、第１熱パッファ室が電極の離間時に形成される側方の空間部に配置されるので消弧室全体も小さく構成することができ、小型の遮断器を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１におけるガス遮断器消弧室の断面図である。
【図２】図１におけるII―II線の断面図である。
【図３】この発明の実施の形態１におけるガス遮断器消弧室の斜視図である。
【図４】この発明の実施の形態１におけるガス遮断器消弧室を模式的に示した図で、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は、図４（Ａ）におけるIV―IV線の断面図である。
【図５】図４（Ｂ）におけるガス遮断器消弧室の動作を示した断面図である。
【図６】この発明の実施の形態２におけるガス遮断器消弧室を模式的に示した断面図である。
【図７】この発明の実施の形態３におけるガス遮断器消弧室を模式的に示した図で、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は、図７（Ａ）におけるVII―VII線の断面図である。
【図８】この発明の実施の形態４におけるガス遮断器消弧室を模式的に示した図で、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は、図８（Ａ）におけるVIII―VIII線の断面図である。
【図９】この発明の実施の形態５におけるガス遮断器消弧室の断面図である。
【図１０】この発明の実施の形態６におけるガス遮断器消弧室の断面図である。
【図１１】この発明の実施の形態７におけるガス遮断器消弧室の断面図である。
【図１２】この発明の実施の形態７におけるガス遮断器消弧室の変形例を示す断面図である。
【図１３】この発明の実施の形態８におけるガス遮断器消弧室の断面図である。
【図１４】この発明の実施の形態８におけるガス遮断器消弧室の変形例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面に基づいて、この発明の各実施の形態を説明する。
なお、各図間において、同一符号は同一あるいは相当部分を示す。
【００１０】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１におけるガス遮断器消弧室の断面図、図２は、図１におけるII―II線の断面図である。
図３は、ガス遮断器消弧室の斜視図で、この消弧室は、図には示されていないタンクの中に配置されており、また、タンクには例えばＳＦ６ガスのような絶縁消弧ガスが入っている。
【００１１】
図１〜図３において、第１熱パッファ室１は、絶縁物で構成されたパッファ筒２によって囲まれた断面扇形の上下一対の部屋２ａ，２ｂで構成され、後述する空間部Ｇを介し互いに対向して配置されている。
固定側電極３の形状は、円筒状でこの固定側電極３と可動側電極４は、通電経路であり、固定側電極３に対し接離自在になされた可動側電極４は、図には示されていない操作装置によって、開極指令が来たときに図の右方向に移動する。それによって固定側電極３と可動側電極４が離れると、両電極間にアークが点弧する。固定側電極３と可動側電極４の周囲には、それぞれ電極カバー７および電極カバー８が配置されており、例えばフィンガー状電極のように電極に軸方向にスリットが入れられている場合においてもそのスリットを通してガスの漏れがないようになっている。
可動側電極４が図の右方向に移動、すなわち両電極が開離すると、両電極間によって空間部Ｇが形成されるが、第１熱パッファ室１にはこの空間部Ｇに向かって電極軸の軸心方向に開口したパッファ開口２ｂ１（図３）が設けられ、このパッファ開口２ｂ１から両電極の軸線と交叉する方向、すなわちアークに向かって高圧消弧性ガスが吹き付けられる。パッファ開口２ｂ１以外の空間部分Ｇには、排気口９がアークへ吹き付けられた高圧消弧性ガスに対し直交する方向に配置されている。
【００１２】
また、固定側電極３と可動側電極４の先端部分を覆うように吹き付けノズル５および吹き付けノズル６が取り付けられており、第１熱パッファ室１からのガスの流れを制御している。吹き付けノズル５および６は絶縁物であり、例えば、ＰＴＦＥ（四フッ素化樹脂），ＰＯＭ（ポリアセタール樹脂）,アクリル樹脂であり、さらにはそれらに少量の添加物
が加わったものでもよい。
【００１３】
図４は、ガス遮断器消弧室を模式的に示した図で、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるIV―IV線の断面図で、電極軸の方から見た図である。
図４(B)に示すように、図１における第１熱パッファ室１は、上部と下部の熱パッファ
室１ａと熱パッファ室１ｂに分かれている。また、排気口９は、左方向の排気口９ａと右方向の排気口９ｂとがあり、高温の高圧消弧性ガスは後述するようにこのガスと直交する左右方向に排出されるようになっている（図５）。
【００１４】
次に動作について説明する。
まず、初期状態では可動側電極４は、図１の位置よりも左方向（一点鎖線で図示）にあり、固定側電極３と接触しており両電極中を電流が流れている。開極指令が来ると、上記したように可動側電極４は操作装置によって図１において右方向に移動する。移動したことにより可動側電極４が固定側電極３と離れると両電極間にアークが発生する。アークは、２００００Ｋにもおよぶ非常に高温であるため、アーク近傍のガスが熱せられ膨張し吹き付けノズル５と吹き付けノズル６の間を通って第１熱パッファ室１に取り込まれる。
【００１５】
取り込まれた高温の高圧消弧性ガスによって、もともと第１熱パッファ室１にあったガスも膨張しようとして第１熱パッファ室１の圧力が上昇する。また、吹き付けノズル５および吹き付けノズル６は、絶縁物であるためアークからの放射光や熱によって蒸発する。蒸発によって発生したガスも第１熱パッファ室１内に取り込まれ、第１熱パッファ室１の圧力を上昇させるのに寄与する。第１熱パッファ室１が固定側電極３と可動側電極４の側方、すなわち両電極間によって形成された空間部に配置されているためアークからの熱および蒸発ガスはスムーズに第１熱パッファ室１に取り込まれる。
【００１６】
さて、電流が交流である場合には、時間が経過し、電流値がピークとなる時刻を過ぎると電流値が減少し始める。やがて電流が零になる時刻、すなわち電流零点と呼ばれる時刻に至るが、その直前の時間領域においては電流が小さいためアークのエネルギーも小さくなる。
従って、その時間領域では第１熱パッファ室１内の圧力の方がアーク近傍の圧力よりも高くなるため第１熱パッファ室１からアークに向かって高圧消弧性ガスを吹き付ける流れが発生するようになる。この流れは第１熱パッファ室１から吹き付けノズル５および吹き付けノズル６の間を通ってアークに吹き付けられる。
【００１７】
高圧消弧性ガスは、図５に示すように上下の第１熱パッファ室１ａおよび熱パッファ室１ｂからアークに対して垂直（両電極の軸線と交叉する方向）に吹き付けており、アークをはさみ込むようになっているため安定した吹き付けを確保できる。吹き付けられた高圧消弧性ガスは、アークから熱を奪い排気口９ａ，９ｂを通って消弧室から外へ排気される。
また、排気口９は、図５に示すように排気口９ａと排気口９ｂというように左右に均等に配置されているため、排出されるガスも均等に左右に流出するようになる。排気口９ａおよび排気口９ｂよりも外には流れを妨げるような障害物がないため高温ガスの排出がスムーズに行われる。従って、排気能力が高くなりアークの冷却効果が高まるため電流零点における電流遮断能力が高まる。
【００１８】
このような構成にすることによって、遮断性能を高めることができるだけでなく、可動側電極４は絶縁が確保され、かつ、排気口９が開く程度の距離を移動するだけでよいので移動量が短くてよくなる。従って、これを駆動する操作装置も小型で低操作力にすることができる。また、第１熱パッファ室１が両電極側方の空間部に配置されているので消弧室全体も小さく構成することができ、小型の遮断器を構成することができる。
さらに、遮断器の小型化により、地球温暖化係数の高いＳＦ６ガスを削減でき、点検時におけるＳＦ６ガスの回収、再充填時の負荷の低減が可能となり、さらにまた、装置全体の構成が簡素化されるので、部品点数の削減が可能となる等の効果がある。
【００１９】
実施の形態２．
図６は、この発明の実施の形態２によるガス遮断器消弧室を模式的に示した断面図である。
この実施の形態２は、実施の形態１の図４における排気口９ａおよび排気口９ｂに、排気口調整板１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄを取り付けたものである。これにより排気口９からの排気量を調整することができるため、最適な遮断性能になるように調整することができる。
【００２０】
実施の形態３．
図７は、この発明の実施の形態３におけるガス遮断器消弧室を模式的に示した図で、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるVII―VII線の断面図である。
円筒状中空軸である固定側電極１１は、周方向に分割されその先端部あるいは筒体部全体が図７（Ｂ）のように上下に分かれている。これによりアークが細くなったときに電極先端の一部分にのみアークの端部があるような場合でも、上下どちらかの先端にあることになる。この時、第１熱パッファ室１ａ、１ｂからアークへの吹き付け方向は上下（図５、図７（Ｂ）参照）からであるので、アークに対して効率的に高圧消弧性ガスが当たることになり冷却効果が増大するため遮断性能が向上する。
【００２１】
実施の形態４．
図８は、この発明の実施の形態４におけるガス遮断器消弧室を模式的に示した図で、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるVIII―VIII線の断面図である。
円筒状中空軸である固定側電極１２は、周方向に分割されその先端部あるいは、筒体部全体が図８（Ｂ）で示すように左右１２ａ，１２ｂに分かれている。これによりアークが細くなったときに電極先端の一部分にのみアークの端部があるような場合でも、左右どちらかの先端にあることになる。排気口９への吹き出し口は左右方向（図５、図８（Ｂ）参照）であるので、アークによって高温になった高圧消弧性ガスが効率的に排出されることになり冷却効果が増大するため遮断性能が向上する。
【００２２】
実施の形態５．
図９は、この発明の実施の形態５におけるガス遮断器消弧室の断面図である。
実施の形態１における図１の左方に、第２熱パッファ室１３を取り付けている。また、円筒状の固定側電極３の内部空間１４には、第２熱パッファ室１３への連通路１５が設けられている。これにより、固定側電極３と可動側電極４との間に点弧したアークが、上記内部空間１４から連通路１５を通してアークからの熱および吹き付けノズル５や吹き付けノズル６からの高圧消弧性ガスが第２熱パッファ室１３に取り込まれる。それにより第２熱パッファ室１３の圧力が上昇する。実施の形態１における第１熱パッファ室１の動作と同様、電流零点直前においては、アーク近傍の圧力が低下することにより第２熱パッファ室１３からアークへ吹き付ける流れが発生するようになる。従って、第１熱パッファ室１と第２熱パッファ室１３の両方からのアークへの吹き付けがあるため遮断性能が高くなる。
【００２３】
実施の形態６．
図１０は、この発明の実施の形態６におけるガス遮断器消弧室の断面図である。
実施の形態５に対して、この実施の形態６では第２熱パッファ室１３と第１熱パッファ室１との間には両者を連通する還流路１６を設けている。還流路１６には逆止弁１７が取り付けられており、第２熱パッファ室１３の方が、第１熱パッファ室１よりも高い圧力になったときに第２熱パッファ室１３から第１熱パッファ室１にガスが流れ込む（高圧消弧性ガスの補充）。
開極動作の初期において、固定側電極３と可動側電極４との間の距離があまり開いていない場合には、吹き付けノズル５と吹き付けノズル６の間の空間が可動側電極４によって塞がれていたり、塞がれていなくても隙間が狭かったりする場合がある。そのときにアークによって熱せられたガスおよび吹き付けノズル６のアーク熱による蒸発ガスは、第２熱パッファ室１３に第１熱パッファ室１よりも早く取り込まれるので、第２熱パッファ室１３の方が第１熱パッファ室１よりも高い圧力となる。このとき逆止弁１７が開き上記のように第２熱パッファ室１３から還流路１６を通して第１熱パッファ室１へ高圧消弧性ガスが取り込まれる。このように構成することにより、開極初期においても第１熱パッファ室１の圧力が上昇し、アークが点弧している時間が短い状態で遮断可能となる。
【００２４】
実施の形態７．
図１１は、この発明の実施の形態７におけるガス遮断器消弧室の断面図、図１２は、この実施の形態７におけるガス遮断器消弧室の変形例を示す断面図である。
この実施の形態７では、実施の形態５において第２熱パッファ室１３に消耗性絶縁物１８が設けられている。
消耗性絶縁物１８としては、例えば、ＰＴＦＥ,ＰＯＭ, ポリエチレン, ポリプロピレ
ン, ナイロンなどであり、さらにそれらに添加物が入っているものでもよい。
アークによって熱せられたガスおよび吹き付けノズル６のアーク熱による蒸発ガスが、連通路１５を通って第２熱パッファ室１３に入り消耗性絶縁物１８に当たると第２熱パッファ室１３の室内全体に広がるようになる。従って、高圧消弧性ガスは高温であるため消耗性絶縁物１８が蒸発する。消耗性絶縁物１８が蒸発したガスにより第２熱パッファ室１３の圧力がさらに上昇するため遮断性能が高くなる。
ところで、図１０に示した実施の形態６に、消耗性絶縁物１８を図１２に示すように設けてもよい。
【００２５】
実施の形態８．
図１３は、この発明の実施の形態８におけるガス遮断器消弧室の断面図、図１４は、この実施の形態８におけるガス遮断器消弧室の変形例を示す断面図である。
この実施の形態８は、第１熱パッファ室へ高圧消弧性ガスを補充するため第１熱パッファ室１に機械パッファ室２０を付加したものである。
機械パッファ室２０は、パッファシリンダ２１とピストン２２によって構成される。
図に示されていない操作装置により開極動作に連動してピストン２２が図において左方向に移動する。機械パッファ室２０と第１熱パッファ室１とは連通口２３によって結ばれている。さらに連通口２３には、逆止弁２４が取り付けられており機械パッファ室２０の圧力が第１熱パッファ室１の圧力より高くなったときに開く。
【００２６】
開極動作に連動してピストン２２が左方向に移動することで、機械パッファ室２０の内部の消弧ガスが圧縮され、内部の圧力が上昇する。
遮断する電流が比較的小電流である場合で第１熱パッファ室１の圧力が十分上昇しない場合や、電流零点近傍で第１熱パッファ室１の圧力が低下した場合や、またアークの点弧時間が長く、消弧に至るタイミングまでに１度電流零点を通過して圧力が低下した場合で、機械パッファ室２０の圧力が第１熱パッファ室１の圧力よりも高くなったときに逆止弁２４が開く。すると連通口２３を通して消弧ガスが機械パッファ室２０から第１熱パッファ室１へ流れ込み、第１熱パッファ室１の圧力を消弧するのに十分な圧力に維持することができるようになる。そのため小電流遮断やアークが長く点弧した場合でも遮断性能を保持することができる遮断器を構成することができる。
図１４は、実施の形態７の図１２で示された形態に対して機械パッファ室２０を設けた例である。このように構成することによって小電流から大電流まで高い遮断性能をもつ遮断器を構成することが可能となる。
【符号の説明】
【００２７】
１、１ａ、１ｂ  第１熱パッファ室
２、２ａ、２ｂ  パッファ筒
２ｂ１  パッファ開口
３  円筒状固定側電極
４  可動側電極
５、６  吹きつけノズル（絶縁ノズル）
７、８  電極カバー
９、９ａ、９ｂ  排気口
１０、１０ａ  １０ｂ  １０ｃ  １０ｄ  排気口調整板
１１、１１ａ、１１ｂ  固定側電極
１２、１２ａ、１２ｂ  固定側電極
１３  第２熱パッファ室
１４  円筒状固定側電極の内部空間
１５  連通路
１６  還流路
１７  逆止弁
１８  消耗性絶縁物
２０  機械パッファ室
２１  パッファシリンダ
２２  ピストン
２３  連通口
２４  逆止弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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