(57)【要約】【課題】絶縁ノズル内部であって固定アーク接触子の周囲の領域の圧力低下の軽減を実現する。【解決手段】消弧性ガスが充填された密閉容器内に、互いに対向配置される固定アーク接触子及び可動アーク接触子と、消弧性ガスを蓄圧しガス流を発生させる蓄圧空間と、固定アーク接触子及び可動アーク接触子を取り囲むように配置され、ガス流をアークに誘導し吹き付ける絶縁ノズルと、消弧性ガスが充填され、絶縁ノズルと固定アーク接触子との間の領域に消弧性ガスを供給するガス供給手段と、を備える。固定アーク接触子は中空部分を有し、ガス供給手段は、固定アーク接触子の中空部分と、固定アーク接触子の可動アーク接触子側の先端近傍に設けられ、固定アーク接触子の中空部分と、絶縁ノズルと固定アーク接触子との間の領域とを連通する小孔と、を有する。【選択図】図１
2014179305.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
消弧性ガスが充填された密閉容器を有し、通電又は遮断を切り替えて電路を開閉するガス遮断器であって、
互いに対向配置され、前記遮断過程において、互いに開離させて両者の間に形成されるアーク空間にアークを発生させる第１のアーク接触子及び第２のアーク接触子と、
前記第２のアーク接触子よりも前記第１のアーク接触子側に設けられ、前記消弧性ガスを蓄圧し、前記アークを消弧させるためのガス流を発生させる少なくとも一つの蓄圧空間と、
前記第１のアーク接触子及び第２のアーク接触子を取り囲むように配置され、前記ガス流を前記アークに誘導し吹き付ける絶縁ノズルと、
前記消弧性ガスが充填され、前記絶縁ノズルと前記第２のアーク接触子との間の領域に前記消弧性ガスを供給するガス供給手段と、を備え、
前記第２のアーク接触子は、中空部分を有し、
前記ガス供給手段は、
前記第２のアーク接触子の中空部分と、
前記第２のアーク接触子の前記第１のアーク接触子側の先端近傍に設けられ、前記第２のアーク接触子の中空部分と、前記絶縁ノズルと前記第２のアーク接触子との間の領域とを連通する小孔と、を有することを特徴とするガス遮断器。
【請求項２】
前記第２のアーク接触子の前記アーク空間から離れた位置には、前記密閉容器内部と前記第２のアーク接触子の中空部分とを連通する給気穴を設けたことを特徴とする請求項１に記載のガス遮断器。
【請求項３】
前記第２のアーク接触子の中空部分の前記消弧性ガスを昇圧する昇圧機構を更に備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載のガス遮断器。
【請求項４】
前記絶縁ノズルは、前記第２のアーク接触子との間の一部の領域で圧力低下を発生させる形状を有し、
前記小孔は、前記第２のアーク接触子の前記絶縁ノズルと対向する位置に設けられたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のガス遮断器。
【請求項５】
前記蓄圧空間の少なくとも一つは、前記アークにより熱せられた消弧性ガスの熱エネルギーを取り込んで蓄圧することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のガス遮断器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、電力系統において電流遮断を行うガス遮断器に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力系統において、過大な事故電流を含む電流開閉のためにガス遮断器が使用されている。ガス遮断器は、遮断過程に接触子を機械的に切り離し、この切り離しによって発生したアークを絶縁媒体および消弧媒体の吹き付けによって消弧する。
【０００３】
上記のようなガス遮断器は、現在パッファ形と呼ばれるタイプが広く普及している。パッファ形ガス遮断器は、消弧性ガスが充填された密閉容器内に、固定アーク接触子及び固定通電接触子と、可動アーク接触子及び可動通電接触子とが対向して配置され、それぞれを機械的な駆動力によって接触又は離反させることで電流を導通し又は遮断する。
【０００４】
この遮断過程において、固定アーク接触子と可動アーク接触子が離反することで、両アーク接触子間にアークが発生する。このガス遮断器には、接触子の離反に伴って容積が減少し、内部の消弧性ガスが蓄圧される蓄圧空間と、両アーク接触子を取り囲むように配置され、蓄圧空間の消弧性ガスをアークに誘導する絶縁ノズルが設けられており、蓄圧空間で十分蓄圧された消弧性ガスを、絶縁ノズルを介してアークに強力に吹き付けることにより、両アーク接触子の絶縁性能を回復させ、アークを消弧し、電流の遮断を完了させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８―２０３３９５号公報
【特許文献２】特開平７―３２０６１２号公報
【特許文献３】特開平５―１３５６６８号公報
【特許文献４】特開平５―７４２８６号公報
【特許文献５】特公平７―９７４６６号公報
【特許文献６】特公平５―１０９７４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のような従来のガス遮断器には、以下に示すような課題があった。
（Ａ）大電流遮断性能確保と進み小電流過程での圧力低下抑制効果
故障電流遮断時のように数ｋＡオーダーの大電流アークの場合には、両アーク接触子間の距離が十分開いて適切な流路が形成され、かつ蓄圧空間に十分な吹き付け圧力が蓄圧された後でなければ、電流零点を迎えてもアークが消弧されることはない。
【０００７】
一方、進み小電流遮断のような数百Ａ以下の小電流アークの場合には、両アーク接触子の開離直後であっても、微弱なガス流の存在により、電流零点を迎えれば簡単にアークが消弧される。電流位相によっては、アークが継続するアーク時間は限りなく０に近くなり、アーク接触子開離直後にアークが消弧し、アーク接触子間の距離が極めて小さい状態で系統からの回復電圧（商用周波数）が印加される。
【０００８】
この回復電圧により、アーク接触子間に絶縁破壊（再点弧）が引き起こされる可能性がある。再点弧とは、商用周波電圧において電流零点後４分の１周期以上の時間が経過した後に生じる絶縁破壊現象である。この再点弧が起きると、過渡的な過電圧が発生する場合があり、系統機器に過電圧が印加され、系統機器の信頼性を脅かすことになる。そのため、ガス遮断器では、遮断時の再点弧を回避して絶縁破壊を防ぐことが重要となる。
【０００９】
そこで、ガス遮断器は、一般的に、再点弧を回避するために、アーク接触子の開極速度を向上し、アーク接触子間の速やかな絶縁回復を確保している。しかしながら、十分な開極速度を確保し、アーク接触子にかかる電界がさほど高くない場合でも絶縁破壊に至る場合がある。
【００１０】
すなわち、遮断動作が開始され、圧縮された蓄圧空間からガスが供給されると、アーク接触子周りの絶縁ノズル内部のガス流路では、圧力及び密度の低下が起こる。この圧力及び密度低下によって絶縁性及び消弧性を有する消弧性ガスが希薄になり、回復電圧に対するガスの絶縁耐力は低下し、アーク接触子間の絶縁破壊が引き起こされる虞がある。
【００１１】
このような課題に対し、特許文献１乃至４では、絶縁ノズルの形状について工夫することにより、進み小電流遮断時の圧力低下を改善しようとしている。すなわち、絶縁ノズル内に突出した突出部を設けて、ガス流の速度を落とすことで密度及び圧力低下を低減している。しかしながら、大電流遮断などの性能を確保するためにもガス流を高速にする絶縁ノズルの形状は重要であり、速度を落とす突出部を設けないスムーズな高速ガス流を実現し、大電流遮断の性能を確保できる絶縁ノズルの形状では、進み小電流時の圧力低下抑制効果は限定的なものになってしまっていた。
【００１２】
また、次のような課題も存在していた。
（Ｂ）小型・低操作力の自力型ガス遮断器における中小電流遮断過程の吹き付け圧力
近年では、アークの熱エネルギーを蓄圧空間に積極的に取り込むことで、より高い吹き付け圧力を得る方式が提案されている。例えば、遮断動作の初期に、可動アーク接触子側の熱ガス流を蓄圧空間の圧縮エネルギーとして利用する方法が提案されている（特許文献５）。
【００１３】
また、蓄圧空間を２つ有し、アーク空間に近い方の蓄圧空間の容積を限定することで、大電流遮断時にアークへの高い吹き付け圧力を獲得する方法などが提案されている（特許文献６）。２つの蓄圧空間のうち、アーク空間に近い蓄圧空間をパッファ室と呼ぶ。
【００１４】
これらの方法によると、パッファ室の圧力上昇にアークの熱エネルギーを積極的に活用することで、ガス遮断器を小型化・低操作力を達成することが可能となる。しかし、中小電流の遮断過程など、大電流遮断過程に比べてアークの熱エネルギーが小さい場合には、アークの熱エネルギーによるパッファ室の昇圧が不足する場合もある。
【００１５】
本実施形態に係るガス遮断器は、以上のような課題を解決するためになされたものである。本実施形態に係るガス遮断器の目的は、大電流遮断の性能を確保できる絶縁ノズル形状のまま、進み小電流遮断過程の局所的な圧力及び密度低下を抑制することのできるガス遮断器を提供することにある。さらに、小型・低操作力の自力型ガス遮断器において、中小電流遮断過程で吹き付け圧力が不足しても、十分な遮断性能を得ることのできるガス遮断器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記の目的を達成するために、本実施形態のガス遮断器は、消弧性ガスが充填された密閉容器を有し、通電又は遮断を切り替えて電路を開閉するガス遮断器であって、互いに対向配置され、前記遮断過程において、互いに開離させて両者の間に形成されるアーク空間にアークを発生させる第１のアーク接触子及び第２のアーク接触子と、前記第２のアーク接触子よりも前記第１のアーク接触子側に設けられ、前記消弧性ガスを蓄圧し、前記アークを消弧させるためのガス流を発生させる少なくとも一つの蓄圧空間と、前記第１のアーク接触子及び第２のアーク接触子を取り囲むように配置され、前記ガス流を前記アークに誘導し吹き付ける絶縁ノズルと、前記消弧性ガスが充填され、前記絶縁ノズルと前記第２のアーク接触子との間の領域に前記消弧性ガスを供給するガス供給手段と、を備え、前記第２のアーク接触子は、中空部分を有し、前記ガス供給手段は、前記第２のアーク接触子の中空部分と、前記第２のアーク接触子の前記第１のアーク接触子側の先端近傍に設けられ、前記第２のアーク接触子の中空部分と、前記絶縁ノズルと前記第２のアーク接触子との間の領域とを連通する小孔と、を有することを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１の実施形態に係るガス遮断器の全体構成を示す断面図であって、（ａ）は電流遮断動作中の状態を示すガス遮断器の断面図であり、（ｂ）は通常時の電流通電状態を示すガス遮断器の断面図である。
【図２】第１の実施形態に係るガス遮断器のアーク空間周辺の拡大断面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図である。
【図４】第１の実施形態の変形例を説明するための図である。
【図５】第２の実施形態に係るガス遮断器を説明するための図であって、（ａ）は電流遮断動作中の状態を示すガス遮断器の断面図であり、（ｂ）は通常時の電流通電状態を示すガス遮断器の断面図である。
【図６】第３の実施形態に係るガス遮断器を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（第１の実施形態）
（構成）
図１は、本実施形態のガス遮断器を説明するための断面図である。以下、図１から図４を参照しつつ本実施形態のガス遮断器について説明する。図１（ａ）は、電流遮断動作中の状態を示し、図１（ｂ）は、遮断器の投入状態、すなわち電流通電状態を示している。
【００１９】
まず、本実施形態のガス遮断器の全体構成を概略的に説明すると、本実施形態のガス遮断器は、不図示の密閉容器内に消弧性ガスが充填されている。また、図１に示すように、円筒形状を主体とする形状を有する複数の部材で構成され、各部材は中心軸（以下、単に軸という。）を一致させて図示しない密閉容器内に配置されている。
【００２０】
以下、各部材の位置関係及び方向を説明するのに、固定接触子部１０側の方向を前方、その反対側の可動接触子部２０側の方向を後方と呼ぶ。固定接触子部１０とは、固定通電接触子１２及び固定アーク接触子１１をいう。可動接触子部２０とは、可動アーク接触子２１、可動通電接触子２２、絶縁ノズル２３、シリンダ２４、及び操作ロッド２５をいう。
【００２１】
消弧性ガスは、消弧性能及び絶縁性能に優れたガスであり、例えば六フッ化硫黄ガス（ＳＦ６ガス）が挙げられる。但し、ＳＦ６ガスは、二酸化炭素ガスの２３９００倍の地球温暖化効果を有すると言われており、環境保全の観点から、ＳＦ６ガスよりも地球温暖化係数の小さいガスを用いるようにしても良い。この地球温暖化係数の小さいガスとしては、空気、二酸化炭素、酸素、窒素またはそれらの混合ガス等が挙げられる。
【００２２】
密閉容器には、図１に示すように、固定通電接触子１２及び可動通電接触子２２が、また、固定アーク接触子１１及び可動アーク接触子２１が同軸上に延びるようにそれぞれ対向配置されている。
【００２３】
固定通電接触子１２及び可動通電接触子２２は、それぞれ端面が開口した円筒形状を有する導体であり、互いに開口を向かい合わせて同一軸上に配置されている。固定通電接触子１２の開口縁は内部に膨出しており、開口縁部分の内径と可動通電接触子２２の外径は一致している。
【００２４】
固定通電接触子１２及び可動通電接触子２２は、相対的に移動可能となっており、固定通電接触子１２の開口に可動通電接触子２２が差し込まれることで、固定通電接触子１２の内面と可動通電接触子２２の外面とが接触し、電気的に導通できる状態となる。
【００２５】
固定通電接触子１２は、中空で円筒形状の固定支え１４の円縁に筒形状が続くように固定されている。固定アーク接触子１１は、一端が丸みを帯びた円柱状の導体であり、固定支え１４の内壁面から突き出るように固定支持された支持部１３を介し、丸みを帯びた一端を後方にして固定支え１４内に固定支持されている。
【００２６】
固定アーク接触子１１は、中空部分５０を有する。固定アーク接触子１１の中空部分５０には、消弧性ガスが充填されている。図２は、固定アーク接触子１１と可動アーク接触子２１の近傍を拡大した拡大断面図である。図２に示すように、固定アーク接触子１１の可動アーク接触子２１側の先端近傍には、中空部分５０と外部とを連通する小孔５１が設けられている。固定アーク接触子１１の可動アーク接触子２１側の先端近傍とは、固定アーク接触子１１外部の領域５２に臨む位置をいう。領域５２とは、消弧性ガスの圧力や密度が低下する領域をいう。
【００２７】
固定アーク接触子１１は、中空部分５０に消弧性ガスを貯めるガスバッファとしての機能を有しており、中空部分５０と外部との圧力差によって、中空部分５０の消弧性ガスを、小孔５１を通じて外部の空間に供給できるようになっている。本実施形態においては、固定アーク接触子１１の中空部分５０と小孔５１とによって、固定アーク接触子１１の周りの領域５２に消弧性ガスを供給するガス供給機構となる。
【００２８】
小孔５１は、領域５２に向けられており、固定アーク接触子１１の中空部分５０の消弧性ガスが領域５２に流れる流路となる。図２に示すように、小孔５１は軸方向から外れて傾けて設けられている。すなわち、図２のＡ−Ａ断面図である図３に示すように、本実施形態においては、小孔５１は、同一円周上に等間隔に６つ配置されている。なお、小孔５１は、その大きさや形状、個数、配置については適宜変更することができる。
【００２９】
例えば、小孔５１は、中空部分５０と外部の消弧性ガスの圧力や密度低下が発生する領域５２とを連通すればよい。また、小孔５１の形状を、固定アーク接触子１１の中空部分５０から外部にかけて、徐々にすぼめてノズルのようにしてもよい。これにより、消弧性ガスが小孔５１を通過する過程で消弧性ガスの速度を高め、素早く圧力低下及び密度低下を軽減し、絶縁性能を回復させる。
【００３０】
図４に示すように、固定アーク接触子１１の小孔５１から離れた位置には、密閉容器内部と固定アーク接触子１１の中空部分５０とを連通する給気穴５３を設けても良い。給気穴５３が設けられる小孔５１から離れた位置とは、固定アーク接触子１１の外壁において、圧力低下する領域５２から十分離れ、圧力低下していない領域に臨む位置をいう。すなわち、固定アーク接触子１１の給気穴５３外部と、中空部分５０との圧力差によって、密閉容器内部から給気穴５３を通じて中空部分５０に消弧性ガスが流入する位置をいう。
【００３１】
図１に示すように、可動アーク接触子２１は両端が開口した中空の円筒形状を有する導体である。電流遮断過程では、可動アーク接触子２１が固定アーク接触子１１から開離して両接触子１１、２１間にアークが発生するアーク空間が形成される。可動アーク接触子２１の内部空間は一端の開口を介してアーク空間と連通し、アーク空間からのガス排気流路の一つとなる。
【００３２】
可動アーク接触子２１の開口縁は内部に膨出し、その内径は固定アーク接触子１１の外径と一致する。可動アーク接触子２１は固定アーク接触子１１に対し相対的に移動が可能であり、固定アーク接触子１１が可動アーク接触子２１の開口に差し込まれることで、両接触子１１、２１が互いに接触し、導通できる状態となる。
【００３３】
なお、可動アーク接触子２１の先端は円周方向に分割され、指状電極となっている場合もある。その場合、可動アーク接触子２１は可撓性を有する。可動アーク接触子２１の開口縁の内径は、固定アーク接触子１１の外径より若干小さくされてすぼめられ、固定アーク接触子１１が可動アーク接触子２１の開口に差し込まれることで、両接触子１１、２１が互いに接触し、導通できる状態となる。
【００３４】
固定アーク接触子１１に対する可動アーク接触子２１の相対移動は、可動アーク接触子２１に固定支持された操作ロッド２５によって引き起こされる。操作ロッド２５は前方の一端が開口し後方の他端が有底の円筒形状を有し、内部が中空になっており、可動アーク接触子２１や固定アーク接触子１１と同軸上に配置されている。可動アーク接触子２１と操作ロッド２５は同径であり、可動アーク接触子２１は操作ロッド２５の前端の開口縁に立設している。
【００３５】
操作ロッド２５は、図示しない駆動装置によって軸方向に押し引きされ移動可能になっている。可動アーク接触子２１と可動通電接触子２２は、この操作ロッド２５の移動の程度に応じて、固定アーク接触子１１や固定通電接触子１２と接触し、又は離反する。
【００３６】
操作ロッド２５の全長のうち、固定接触子部１０側の一部の周囲には、シリンダ２４、操作ロッド２５、及びピストン３１によって囲まれたバームクーヘン形状の蓄圧空間２６が形成されている。
【００３７】
シリンダ２４は、一端面が有底の円筒形状を有する導体であり、有底である端面を前方にして、側面が操作ロッド２５を取り囲むように同軸上に配置されている。シリンダ２４の前端面は操作ロッド２５の前端と面一になるように揃えられて連結されている。シリンダ２４の前端面及び内周面が蓄圧空間２６の固定接触子部１０側の端面及び外周面となる。また、シリンダ２４の内部を貫くように操作ロッド２５が同軸上に配置され、操作ロッド２５の周面が蓄圧空間２６の内周面となる。ピストン３１は、ドーナツ形状を有する平板であり、ドーナツ形状の開口に操作ロッド２５が摺動可能に貫通し、外径がシリンダ２４の内径と一致する。すなわち、ピストン３１は蓄圧空間２６の操作ロッド２５の後方側の端面となる。
【００３８】
ピストン３１は、図１に示すように、ピストン支え３１ａを介してサポート３３によって密閉容器内に固定支持されている。ピストン支え３１ａは、ピストン３１から軸方向に直線的に延びる円筒形状で、途中から屈折してサポート３３に向けて延び、その先端がサポート３３で固定される。サポート３３は、一端面が有底の円筒形状であり、有底の端面を後方にして、前方の開口にシリンダ２４が嵌め込まれるようにして配置されている。サポート３３の後方の端面は開口しており、操作ロッド２５はこの開口に挿通されて、サポート３３内部を貫通している。
【００３９】
なお、サポート３３の前方の開口端には、概略円筒形状の導体である通電接触子２７が立設している。この通電接触子２７の前方開口端は内部に膨出しており、内径がシリンダ２４の外径と一致して接触し、シリンダ２４が摺動可能になっている。
【００４０】
シリンダ２４の前端面である固定接触子部１０側の端面には、絶縁ノズル２３が立設している。絶縁ノズル２３は蓄圧空間２６で発生したガス流をアーク空間へ誘導する整流手段である。絶縁ノズル２３は可動アーク接触子２１を包囲するように、軸方向に固定アーク接触子１１側へ延び、可動アーク接触子２１の先端を通過後、内径が固定アーク接触子１１の外径よりも若干大きい程度まで窄み、最小内径部分となるスロート部に至ったところで先端に向けて直線的に拡がる形状となっている。換言すると、絶縁ノズル２３は、領域５２で圧力低下を発生させる形状を有する。
【００４１】
絶縁ノズル２３が囲む内部空間は、アーク空間、及び、シリンダ２４の固定接触子部１０側の端面に形成された貫通孔２４ａによって蓄圧空間２６と連通する。すなわち、絶縁ノズル２３と可動アーク接触子２１との間が、蓄圧空間２６とアーク空間とを繋げるガス流路となる。
【００４２】
ここで、駆動装置によって、操作ロッド２５を介してシリンダ２４の固定接触子部１０側の端面が、ピストン３１に対して軸方向に相対的に移動することで蓄圧空間２６の容積は可変となる。蓄圧空間２６の容積が減少して圧縮されると、内部に充填された消弧性ガスのガス圧が高められて蓄圧し、ガス流が発生するようになっている。
【００４３】
（作用）
以上の構成を有するガス遮断器の電流遮断動作を以下に説明する。
電流遮断動作は、数ｋＡオーダーの事故電流、進み小電流、リアクトル遮断等の遅れ負荷電流、又は極めて小さな事故電流の遮断を要する場合など、ガス遮断器を電流の通電状態から遮断状態に切り替える操作である。
【００４４】
通電状態から電流遮断動作を行う場合、駆動装置を駆動させる。駆動装置により、可動接触子部２０が固定接触子部１０に対し軸方向に移動する。すなわち、固定通電接触子１２に対して可動通電接触子２２が開離するとともに、固定アーク接触子１１に対して可動アーク接触子２１が開離し、両アーク接触子１１、２１間のアーク空間にアークが発生する。このアークは非常に高温であるため、アークから高温のガスが発生するとともに、加熱された周りの消弧性ガスも高温となる。
【００４５】
また、このとき、可動接触子部２０の移動によって、シリンダ２４の固定接触子部１０側の端面がピストン３１に対して近づくように移動するため、蓄圧空間２６の容積が減少して圧縮され、蓄圧空間２６内の消弧性ガスが蓄圧される。遮断動作が進行し、両アーク接触子１１、２１間の距離が十分開き、かつ蓄圧空間２６に十分蓄圧されると、蓄圧空間２６内にガス流が発生する。このガス流は、絶縁ノズル２３と両アーク接触子１１、２１との間に形成されるガス流路を通じ、アークに対して強力に吹き付けられる。その後、アーク空間の高温のガスは、可動接触子部２０側と固定接触子部１０側へと排出される。
【００４６】
アーク空間、可動アーク接触子２１内部の空間、操作ロッド２５の中空部分は直列に連通しており、可動接触子部２０側へ排出される高温ガスは、アーク空間から可動アーク接触子２１内部を通じて操作ロッド２５の中空部分へと流入する。
【００４７】
操作ロッド２５の周壁には、操作ロッド２５の中空部分とサポート３３の内部空間とを連通する連通穴２５ａが設けられ、また、サポート３３の側壁にはサポート３３内部の空間と外部の空間とを連通する排気穴３３ａが設けられており、操作ロッド２５の中空部分から、その一部の周囲のサポート３３の内部空間を介して、密閉容器内部までが連通している。このため、操作ロッド２５の中空部分に流入した高温ガスは、連通穴２５ａ、排気穴３３ａを通じて密閉容器内へと排気される。
【００４８】
一方、固定接触子部１０側への高温ガスは、絶縁ノズル２３及び固定支え１４の内部を通った後、密閉容器内に排出される。
【００４９】
遮断過程後半では、電流零点に向けてアークが小さくなり、蓄圧空間２６からのガスの吹き付けにより消弧に至り、電流遮断が完了する。
【００５０】
以上のように、遮断動作過程において、絶縁ノズル２３の内部空間は、高温ガスがアーク空間に供給され、排出するガス流路となるが、蓄圧空間２６から噴出した高速な流れにより、ガス流路のうち、絶縁ノズル２３のスロートより前方側で消弧性ガスが希薄になり、消弧性ガスの圧力及び密度の低下が生じる。特に、絶縁ノズル２３と固定アーク接触子１１とで挟まれる領域５２で、高速なガス流が流れることによって圧力及び密度低下が生じる。
【００５１】
一方、遮断動作過程において、固定アーク接触子１１の中空部分５０の圧力は、領域５２を除く密閉容器内の圧力と同程度であるため、中空部分５０と領域５２の間で圧力差が生じる。この圧力差によって、領域５２に臨む小孔５１を介して、中空部分５０から領域５２に消弧性ガスが供給されるので、領域５２の圧力低下は軽減されるとともに領域５２に存在する消弧性ガス密度が高められる。これにより、領域５２、ひいてはアーク空間での絶縁耐力の低下を防止することができる。
【００５２】
また、例えば、小孔５１の形状を、固定アーク接触子１１の中空部分５０から外部にかけて、徐々にすぼめてノズルのようにすることにより、消弧性ガスが小孔５１を通過する過程で消弧性ガスの速度を高めることができ、領域５２により素早くガスを供給することができるとともに、より多くの消弧性ガスを供給することができる。その結果、領域５２での局所的な圧力低下による絶縁耐力の低下を、より素早くかつ確実に防止することができる。
【００５３】
なお、固定アーク接触子１１の中空部分５０から領域５２にガスが供給されることで、中空部分５０の圧力は低下する。本実施形態では、小孔５１から離れた位置に給気穴５３を設けたことにより、この圧力低下を補うことができる。
【００５４】
すなわち、給気穴５３が露出している密閉容器内の圧力低下していない領域と、中空部分５０との圧力差によって、密閉容器内に充填された消弧性ガスが給気穴５３を通じて中空部分５０に供給されることで、中空部分５０の圧力低下を補うことができる。これにより、継続的に領域５２に消弧性ガスを供給することができる。
【００５５】
（効果）
以上のように、進み小電流遮断過程では、領域５２の圧力及び密度の低下によって消弧性ガスの絶縁耐力が低下し、両アーク接触子１１、２１間の絶縁破壊が引き起こされる可能性があるが、本実施形態のガス遮断器によれば、固定アーク接触子１１に、中空部分５０と小孔５１とを有するガス供給機構を設けたことにより、遮断動作過程で絶縁ノズル２３と固定アーク接触子１１との間であって圧力が低下する領域５２に、消弧性ガスを供給することができる。これにより、当該領域５２の圧力低下を軽減でき、ひいてはアーク空間の圧力低下も軽減でき、良好な遮断性能を得ることができる。
【００５６】
また、固定アーク接触子１１のアーク空間から離れた位置に、密閉容器内部と中空部分５０とを連通する給気穴５３を設けたことにより、密閉容器内の消弧性ガスを、給気穴５３を通じて中空部分５０に供給することができる。このため、小孔５１を通じて領域５２に供給して圧力低下した中空部分５０の圧力を高めることができる。これにより、中空部分５０と領域５２との間で圧力差が回復するので、継続的に領域５２にガスを供給することができる。
【００５７】
（第２の実施形態）
（構成）
第２の実施形態について、図５を用いて説明する。図５（ａ）は電流遮断動作中の状態を示すガス遮断器の断面図であり、図５（ｂ）は通常時の電流通電状態を示すガス遮断器の断面図である。第２の実施形態は、前述の第１の実施形態と基本構成は同じである。第１の実施形態と異なる点のみを説明し、第１の実施形態と同じ部分については同じ符号を付して詳細な説明は省略する。
【００５８】
第２の実施形態に係るガス遮断器は、アークの熱エネルギーを蓄圧空間に取り込む自力型のガス遮断器であり、容積不変の蓄圧空間２６ａと容積可変の蓄圧空間２６ｂとを有している。図５に示すように、これらの蓄圧空間２６ａ、２６ｂは、第１の実施形態の蓄圧空間２６と同様に、シリンダ２４、操作ロッド２５、及びピストン３１によって囲まれる空間であり、両空間２６ａ、２６ｂはシリンダ２４内に固定された隔壁２８によって隔てられて形成される。
【００５９】
蓄圧空間２６ａ、２６ｂは、内部の消弧性ガスが蓄圧され、ガス流を発生させる点で共通するが、蓄圧する作用が異なっている。
【００６０】
蓄圧空間２６ａは、２つの蓄圧空間のうち、図５に示すように、アーク空間に近い方（前方側）であり、シリンダ２４の端面と側壁、操作ロッド２５の外壁、及び隔壁２８に囲まれて形成される。後述するように、隔壁２８は、シリンダ２４と操作ロッド２５に固定されており、シリンダ２４が軸方向に移動しても、シリンダ２４の前端面と隔壁２８との間の距離は不変である。すなわち、蓄圧空間２６ａは容積不変になっている。
【００６１】
蓄圧空間２６ａは、シリンダ２４の貫通孔２４ａを介してアーク空間と連通している。このため、アークによって熱せられた消弧性ガスを、貫通孔２４ａを通じて取り込めるようになっている。蓄圧空間２６ａは容積不変であるので、取り込まれたガスによって蓄圧される。すなわち、蓄圧空間２６ａは、アークの熱エネルギーを活用して蓄圧する。
【００６２】
隔壁２８は、ドーナツ形状の壁であり、外径がシリンダ２４の内径と一致し、内径が操作ロッド２５の外径と一致する。隔壁２８はシリンダ２４内壁と操作ロッド２５外壁との間に嵌め込まれ、その外周においてはシリンダ２４に、内周においては操作ロッド２５に固定されている。
【００６３】
一方、蓄圧空間２６ｂは、２つの蓄圧空間のうち、図５に示すように、アーク空間から遠い方（後方側）であり、隔壁２８を介して蓄圧空間２６ａの隣に配置される。蓄圧空間２６ｂは、隔壁２８、ピストン３１、シリンダ２４の側壁、及び操作ロッド２５の外壁に囲まれて形成される。後述するように、隔壁２８はシリンダ２４及び操作ロッド２５に固定されており、操作ロッド２５の軸方向の移動に伴って隔壁２８がピストン３１に近づくので、蓄圧空間２６ｂの容積が可変となる。すなわち、蓄圧空間２６ｂは、機械的な作用によって蓄圧する。
【００６４】
隔壁２８には、蓄圧空間２６ａ、２６ｂを連通する開口２９が設けられている。可動接触部２０が軸方向に移動し、蓄圧空間２６ｂの容積が減少して圧縮され、蓄圧空間２６ｂで発生したガス流は開口２９を通じて蓄圧空間２６ａに流れ込むようになっている。
【００６５】
（作用効果）
本実施形態に係るガス遮断器は、第１の実施形態と同様の作用効果を奏する。本実施形態のガス遮断器は、アークの熱エネルギーを蓄圧空間に取り込む自力型のガス遮断器であり、アークに強力に吹き付けるガス流は、アークの熱エネルギーによる蓄圧空間２６ａが主体として発生させる。
【００６６】
すなわち、遮断動作過程において、駆動装置によって操作ロッド２５を後方に移動させることによって、固定アーク接触子１１と可動アーク接触子２１は開離し、両アーク接触子１１、２１間のアーク空間にアークが発生するとともに高圧、高温のガスが発生する。
【００６７】
発生した高温ガスは、絶縁ノズル２３と可動アーク接触子２１との間のガス流路とシリンダ２４の貫通孔２４ａを介して蓄圧空間２６ａに流れ込み、蓄圧空間２６ａはアークの熱エネルギーによって高温にされたガスで蓄圧される。
【００６８】
一方、操作ロッド２５の移動によって、蓄圧空間２６ｂの容積が減少して蓄圧空間２６ｂ内も蓄圧され、ガス流が発生し、隔壁２８の開口２９を通じて蓄圧空間２６ａに流れ込むことにより蓄圧空間２６ａでさらに蓄圧される。
【００６９】
蓄圧空間２６ａで十分蓄圧されてアーク空間よりも高圧になると、蓄圧空間２６ａから貫通孔２４ａ及び絶縁ノズル２３と可動アーク接触子２１との間のガス流路を通じてアークに対して強力に吹き付けられる。この吹き付けによってアークが消弧され、電流遮断が完了する。
【００７０】
アークの熱エネルギーによって蓄圧する自力型のガス遮断器においては、アークの熱エネルギーが比較的小さい中電流遮断過程では、蓄圧空間２６ａの圧力上昇は大電流遮断過程に比べて小さい。そのため、アーク空間に残存する高温ガスをすべて吹き流すことができず、電流零点後にも領域５２に高温ガスが残存する場合がある。
【００７１】
本実施形態では、第１の実施形態と同様に、固定アーク接触子１１の中空部分５０には消弧性ガスが充填されており、この消弧性ガスは領域５２に残存する高温ガスに比べて低温である。このため、中空部分５０から領域５２に当該低温ガスが供給されることにより、領域５２の高温ガスを冷却することができる。これにより、領域５２に残存していた高温ガスは無くなり、またアーク空間に残存していた高温ガスも無くなり、良好な遮断性能が得られる。
【００７２】
ここで、第１の実施形態と同様に、固定アーク接触子１１の小孔５１は、固定アーク接触子１１の先端近傍に軸方向からずらして設けられているので、高温ガスが直接小孔５１を通じて固定アーク接触子１１の中空部分５０に流入することを抑制する。これにより、固定アーク接触子１１の中空部分５０の消弧性ガスが高温に熱せられることなく、領域５２に低温のままの消弧性ガスを供給し、固定アーク接触子１１周りの高温ガスを冷却することができる。
【００７３】
また、固定アーク接触子１１のアーク空間から離れた位置に、密閉容器内部と中空部分５０とを連通する給気穴５３を設けたことにより、密閉容器内の、高温ガスに晒されていない低温の消弧性ガスが給気穴５３を通じて中空部分５０に供給されるので、継続的に領域５２に低温ガスを供給し、良好な遮断性能を得ることができる。
【００７４】
（第３の実施形態）
（構成）
第３の実施形態について、図６を用いて説明する。第３の実施形態は、前述の第２の実施形態と基本構成は同じである。第２の実施形態と異なる点のみを説明し、同じ部分については同じ符号を付して詳細な説明は省略する。
【００７５】
図６に示すように、固定アーク接触子１１には、中空部分５０の消弧性ガスを昇圧する昇圧機構が設けられている。本実施形態では、この昇圧機構は、シリンダ５４と、このシリンダ５４に摺動可能に嵌め込まれたピストン５５とから構成される。シリンダ５４は一端が有底の円筒形状であり、固定アーク接触子１１と同軸上に、有底の一端面が固定アーク接触子１１と連結している。固定アーク接触子１１と連結している一端面は開口を有し、シリンダ５４内部はこの開口を介して固定アーク接触子１１の中空部分５０と連通している。
【００７６】
ピストン５５は、円形の平板５５ａと棒状の軸５５ｂとから構成される。平板５５ａは、その径がシリンダ５４の内径と一致し、摺動可能にシリンダ５４内に嵌め込まれている。棒状の軸５５ｂは、固定アーク接触子１１と同軸上に配置され、平板５５ａから前方に延びるように接続されており、その先端が図示しない駆動機構によって接続されている。
【００７７】
シリンダ５４と平板５５ａとによって囲まれるシリンダ５４内の空間は、駆動機構によって軸５５ｂを介して平板５５ａが軸方向に移動してその容積が可変となる。
【００７８】
（作用効果）
本実施形態によれば、第１、２の実施形態と同様な作用効果に加えて、以下のような作用効果を奏することができる。すなわち、昇圧機構が設けられたことにより、固定アーク接触子１１の中空部分５０内を昇圧することができ、高圧、かつアークに曝された高温ガスに比べて低温のガスを供給することができる。
【００７９】
そのため、固定アーク接触子１１の中空部分５０と、領域５２との間の圧力差を大きくすることができ、より多くの消弧性ガスを領域５２に供給することができる。これにより、領域５２に発生した圧力低下及び密度低下を軽減できるので、領域５２で絶縁耐力の低下を防止することができ、良好な遮断性能を得ることができる。
【００８０】
また、中空部分５０の消弧性ガスはアークに曝されていないので、領域５２に高温ガスが残存する場合でも、中空部分５０から領域５２の高温ガスに低温ガスを吹き付けて冷却することができる。これにより、熱せられることによって損なわれた消弧性ガスの絶縁性能を回復することができる。
【００８１】
また、高温ガスは固定アーク接触子１１の先端の方に向けて吹き付けられるが、小孔５１は軸方向からずらして設けられているので、高温ガスが直接小孔５１を通じて固定アーク接触子１１の中空部分５０に流入することを抑制することができる。これにより、固定アーク接触子１１の中空部分５０の消弧性ガスが高温に熱せられることなく、領域５２に低温のままの消弧性ガスを供給し、固定アーク接触子１１周りの高温ガスを冷却することができる。その結果、固定アーク接触子１１周りの高温ガスは残存しなくなり、良好な遮断性能が得られる。
【００８２】
（その他の実施形態）
本明細書においては、本発明に係る複数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って、発明の範囲を限定することを意図していない。具体的には、第１乃至第３の実施形態を全て又はいずれかを組み合わせたものも包含される。以上のような実施形態は、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、変更を行うことができる。これらの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。
【００８３】
例えば、第１乃至第３の実施形態では、固定接触子部１０を固定して、可動接触子部２０のみ軸方向に移動させるよう構成したが、固定接触子部１０に対して可動接触子部２０が相対的に移動するように、固定接触子部１０も軸方向に移動させ、相対的開極速度を向上させようとするいわゆるデュアルモーション機構にしても良い。
【００８４】
絶縁ノズル２３の形状は、第１乃至第３の実施形態の例示に限られず、絶縁ノズル２３の内部であって固定アーク接触子１１との間の一部の領域で圧力低下を発生させる形状であれば、特に有効に作用する。すなわち、第１乃至第３の実施形態に係るガス供給手段は、大電流遮断性能が確保できる形状であって、進み小電流過程での圧力低下抑制効果が限定的な形状である絶縁ノズルを有するガス遮断器に対して、特に有効である。
【００８５】
また、第１乃至第３の実施形態では、小孔５１を固定アーク接触子１１の先端近傍に設けたが、先端も含まれる。先端から中空部分５０内の消弧性ガスを中空部分５０の外部に供給することができる。絶縁ノズル２３の内部空間では、遮断過程において、ガス流が流れており、供給した消弧性ガスは、このガス流に沿って圧力及び密度低下する領域５２に運ばれ、圧力及び密度低下を低減することができる。
【００８６】
第２の実施形態では、アークの熱エネルギーを取り込む蓄圧空間と、駆動装置による機械的作用による蓄圧空間の２つの蓄圧空間を有するガス遮断器を示したが、蓄圧空間の数は特に限られず、またアークの熱エネルギーを取り込む蓄圧空間一つだけでも良い。
【００８７】
また、第２の実施形態において、アークが発生する遮断動作初期にアークの熱エネルギーをより積極的に取り込むために、操作ロッド２５の連通穴２５ａを、操作ロッド２５の中空部分と蓄圧空間２６ａと連通するように、操作ロッド２５の側壁に設けても良い。これにより、アークの熱により発生した高温ガス流を、アーク空間から可動アーク接触子２１内部及び連通穴２５ａを通じて蓄圧空間２６ａに取り込むことができる。このようなガス遮断器でも領域５２に残存する高温ガスを有効に冷却できる。
【００８８】
なお、操作ロッド２５の中空部分の連通穴２５ａ後方側に、高温ガス流を連通穴２５ａに誘導するフローガイドを設けても良い。
【００８９】
第３の実施形態では、昇圧機構として、シリンダ５４とピストン５５とに構成される態様を示したが、ガス供給機構となる固定アーク接触子１１の中空部分５０の消弧性ガスを昇圧することができれば、アークの熱エネルギーを利用した昇圧機構などを用いても良い。
【符号の説明】
【００９０】
１０  固定接触子部
１１  固定アーク接触子
１２  固定通電接触子
１３  支持部
１４  固定支え
２０  可動接触子部
２１  可動アーク接触子
２２  可動通電接触子
２３  絶縁ノズル
２４  シリンダ
２４ａ  貫通孔
２５  操作ロッド
２５ａ  連通穴
２６  蓄圧空間
２６ａ  蓄圧空間
２６ｂ  蓄圧空間
２７  通電接触子
２８  隔壁
２９  開口
３１  ピストン
３１ａ  ピストン支え
３３  サポート
３３ａ  排気穴
５０  固定アーク接触子の中空部分
５１  小孔
５２  絶縁ノズルと固定アーク接触子の間の領域
５３  給気穴
５４  シリンダ
５５  ピストン
５５ａ  平板
５５ｂ  軸
【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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