(57)【要約】【課題】ガス遮断器においては、より大きな電流を遮断するために吹付けガス圧を高める構成にしようとすると、圧力上昇に耐えるためにノズルの強度を高める必要がある。この場合、ノズルの強度を高めるために部材の厚みを増やすと、ノズルの寸法が大きくなり設計の自由度が低下する上に、重量の増加により遮断速度が遅くなり遮断性能が低下するという課題がある。【解決手段】本発明のガス遮断器では、本発明のガス遮断器では、消弧ガスの流れを制御するガス遮断器用ノズルにおいて、ノズル１の外周部の一部にノズルの材料よりも機械強度の高い材料３０を配置し、その部分が消弧ガスに直接触れないような保護材３１を配置する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性ガスを充填した密閉タンク内に，
接離可能な固定側アーク電極および可動側アーク電極と、
遮断動作時に前記絶縁性ガスの圧力を高める空間と、
前記固定側アーク電極と前記可動側アーク電極との開離によって発生したアークに圧力を高めた前記空間から流れる絶縁性ガスを案内するノズルを備えたガス遮断器において、
前記ノズルの外周部の一部に前記ノズルの材料よりも機械強度の高い材料を配置したことを特徴とするガス遮断器。
【請求項２】
請求項１に記載のガス遮断器において、
前記ノズル先端側の外周径がノズル取り付け側の外周径よりも小さな形状であることを特徴とするガス遮断器。
【請求項３】
請求項１又は２のいずれか１項におけるガス遮断器において、
前記機械強度の高い材料が絶縁性ガスに直接触れないように保護材を配置したことを特徴とするガス遮断器。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項におけるガス遮断器において、
前記機械強度の高い材料が、パラ系アラミド繊維、超高分子量ポリエチレン繊維、ポリアレート繊維、ＰＢＯ繊維、炭素繊維のいずれかであることを特徴とするガス遮断器。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項におけるガス遮断器において、
前記保護材が４フッ化エチレン樹脂のポリテトラフルオロエチレン材料であることを特徴とするガス遮断器。
【請求項６】
請求項３におけるガス遮断器おいて、
前記保護材が熱を加えることによって収縮する熱収縮チューブであることを特徴とするガス遮断器。
【請求項７】
請求項６におけるガス遮断器おいて、
前記熱収縮チューブがポリテトラフルオロエチレンであることを特徴とするガス遮断器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力系統における短絡電流の遮断に用いるガス遮断器に係り、特に、機械的な圧縮作用およびアーク熱による加熱昇圧作用、もしくはその両方を利用して電流を遮断する遮断器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、変電所や開閉所に設けられる電力用の開閉装置は、電力系統の短絡事故時に電流を遮断する遮断器、電力系統の開閉を行う断路器、点検時などに高電圧導体を接地する接地開閉器を具備している。その開閉装置の１つである遮断器は、速やかに事故電流を遮断することにより、電力系統の事故の波及を防止する役割を持つ。近年では、再生可能エネルギーの導入や、系統連系のループ化、電源増強により事故発生時の短絡遮断容量が増加する傾向にある。電力用の遮断器では、絶縁・遮断性能の高い六弗化硫黄（以下、ＳＦ６という）ガスを封入したタンク内に、通電導体や遮断部などの電気装置を収納したガス遮断器が主流となっている。
【０００３】
ガス遮断器の構成としては、電極間に生じるアークに、機械的な圧縮作用を利用して絶縁ガスであるＳＦ６ガスを吹き付けることで電流を遮断する機械パッファ方式、アーク自身の熱エネルギーで圧力を高める熱パッファ方式、双方を備えた方式がある。特に、機械パッファと熱パッファを併用した形のガス遮断器は、遮断動作に必要な操作エネルギーを、従来の機械的な圧縮作用のみを利用した方式とくらべて低減でき、遮断性能を向上することができる。
【０００４】
ＳＦ６ガスのアークへの効率的な吹付けのために、絶縁ノズルが使用される。絶縁ノズルは一般的にフッ素樹脂をベースにした有機材料で形成される。有機材料はアークにさらされると溶発し、溶発により発生したガスを利用してノズル内部や熱パッファ室の圧力を高めることで、遮断性能を向上させることができる。例えば、特許文献１および特許文献２に記載されたものがある。
【０００５】
特許文献１には、遮断動作初期の速度低下を防止しながら、ノズルのアブレーション効果を利用して遮断性能を向上するためのガス遮断器ついて記載されており、ノズルのスロート部までの吹付けガス流の上流側にアブレーション効果の低い絶縁材料を配置し圧力上昇を抑制し、下流側にアブレーション効果の高い絶縁材料を配置することで加速度が十分に高まったタイミングで強い吹付け力を得られるようにして遮断性能を向上させたパッファ型ガス遮断器について記載されている。
【０００６】
特許文献２には、電気的強度および機械的強度に優れたガス遮断器用ノズルについて記載されており、機械的強度の要求される部分にガラス繊維を配合した機械的強度の高い材料を配置し、アークに近いノズルスロート部分にはアーク損耗の少ない材料を配置している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−２３２０３１号公報
【特許文献２】特開２００２−３７３５６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１では、遮断電流が増えた場合のノズルの機械的強度の確保が課題となる。また、特許文献２では、機械的強度の増強のために配合したガラス繊維がＳＦ６ガスの分解ガスと反応して、ガラス繊維が損傷し、機械的特性が低下する可能性がある。
【０００９】
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、ノズルの寸法や重量を増やさずにノズルの機械的強度を高めると共に、ＳＦ６ガスの分解ガスの影響を受けないようにして、遮断性能に優れた、信頼性の高い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】
【００１０】
本発明のガス遮断器では、ＳＦ６ガスの流れを制御するガス遮断器用ノズルにおいて、ノズルの外周部の一部にノズルの材料よりも機械強度の高い材料を配置し、その部分がＳＦ６ガスに直接触れないような保護材を配置することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のノズル構造であれば、ノズルの内圧により変形する部分を局所的に強化することでノズル全体の厚みを薄くできるので、可動部が軽量化され、同じ操作器の操作力でも遮断速度を高速化でき、遮断性能が向上する。また、ノズルの強度を増やすために部材の厚みを増やす必要がないため、設計の自由度が確保される。さらに、補強材料が直接消弧性ガスに直接触れないため、補強材料の劣化がなく、耐久性と信頼性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例１のガス遮断器の構成を示す概略図
【図２】ノズルの内圧上昇によるノズルの変形例を示す断面図
【図３】実施例１を示すノズルの断面図
【図４】実施例２を示すノズルの断面図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明を説明する。下記はあくまでも実施の例であり、発明の内容を下記具体的態様に限定することを意図する趣旨ではない。発明自体は、特許請求の範囲に記載された内容に即した限りにおいて種々の態様で実施することが可能である。
【実施例１】
【００１４】
図１に実施例１のガス遮断器の構成（投入位置、遮断位置）を示す概略図を記載する。ガス遮断器は絶縁ガスが充填されたタンク１０内に収納されている。固定側アーク電極５と可動側アーク電極４は電気的に接続されているが、電力系統の短絡故障時に開極指令が伝えられるとシャフト６を介して操作器７により可動部２０を操作器方向に動作し、固定側アーク電極５と可動側アーク電極４が物理的に開離された状態に移行する。可動部２０は、ノズル１、可動側アーク電極４、シリンダ１１、可動側主接触子２、固定側主接触子３、可動子カバー１２からなる。
【００１５】
電極が開離した後も、固定側アーク電極５と可動側アーク電極４間には電流が流れ、アークが発生する。ガス遮断器はアークに高圧の絶縁ガスを吹き付けて消弧する。吹付け圧力を形成するため、アーク熱を取り込んで圧力を上昇させる熱パッファ室９と空間の機械的圧縮で圧力を高める機械パッファ室８が設けられている。機械パッファ室８と熱パッファ室９の間には図示していない逆止弁が設けてあり、熱パッファ室９の圧力が機械パッファ室８の圧力よりも低い場合は、逆止弁は開いていて、機械パッファ室８から熱パッファ室９、ノズル１を通して絶縁ガスがアークに吹き付けられる。熱パッファ室９の圧力が機械パッファ室８の圧力よりも高い場合は、逆止弁が閉じて、熱パッファ室９から機械パッファ室８に高温になった絶縁ガスが機械パッファ室８に入らないようになっている。この場合は，熱パッファ室９の圧力でノズル１を通して絶縁ガスをアークに吹き付ける。機械パッファ室８の操作器側には機械パッファ室の圧力上昇が過剰にならないように図示していない放圧弁が設けられていて操作器７への反力が抑制され、操作器７の低操作力を実現している。
【００１６】
図２にノズル１の内圧が高くなった場合のノズル１の変形例を示す断面図を記載する。ノズル１は断面図で示す。この場合、アーク熱によって高まった熱パッファ室９の絶縁ガスを、ノズル１を通して固定側アーク電極５と可動側アーク電極４の間に発生するアークに吹き付けて電流を遮断する。このとき、ノズル１の保持部分とノズル１の断面積から、内部圧力が上昇すると、比較的厚みの薄いノズル１のノズル膨らみ部４０が変形する。遮断する電流が増えた場合、内部圧力もより高まるため、ノズル１のノズル膨らみ部４０の変形も大きくなる。ノズル１の材料としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂が使用されることが多く、アークに対する消耗を防ぐために窒化ホウ素（ＢＮ）などを混ぜる場合がある。窒化ホウ素が添加されたＰＴＦＥは、純ＰＴＦＥよりも機械的強度が低下する。そのため、遮断性能を向上させる目的で絶縁ガスの吹き付け量を増やすために熱パッファ室９の圧力上昇を高めた場合には、ノズル１の機械的強度を高めるために窒化ホウ素の添加量を減らすか、ノズル１のノズル膨らみ部４０の厚みを増やす必要がある。ノズルの強度を高めるために部材の厚みを増やすと、ノズルの寸法が大きくなり設計の自由度が低下する上に、重量の増加により遮断速度が遅くなり遮断性能が低下するという課題がある。
【００１７】
図３に、実施例１によるノズル１の構成を示す。図３に示すノズル１のノズル膨らみ部４０に機械的強度に影響しない程度の窪み３２をノズル１の外周部の一部に設け、この窪み３２に機械的強度の高い材料３０を配置し、さらに機械的強度の高い材料３０が直接ＳＦ６ガスや、ＳＦ６の分解ガスに触れないように保護材３１が配置されている。このような構成にすることで、ノズル１のノズル膨らみ部４０の厚みを増やすことなくノズル１の内圧上昇に対する機械的強度を高めることができるので、可動部を軽量化でき、遮断速度を速められるので、遮断性能を向上させることができる。
【００１８】
機械的強度の高い材料３０としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂よりも機械的強度の高いものとして、パラ系アラミド繊維、超高分子量ポリエチレン繊維、ポリアレート繊維、ＰＢＯ繊維、炭素繊維が使用できる適用できる。ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂よりも機械的強度の高いものであれば、上述したものに限らず使用できる。
【００１９】
機械的強度の高い材料３０が直接ＳＦ６ガスや、ＳＦ６の分解ガスに触れないようにする保護材３１としては、４フッ化エチレン樹脂のポリテトラフルオロエチレン（ＰＦＡ）材料が使用できる。ＰＦＡ材は、ＰＴＦＥと同じフッ素樹脂であり、ＰＴＦＥと同じように、優れた耐熱性、耐薬品性、耐候性を有している。さらに、ＰＴＦＥは融点以上の温度でも流動化しないが、ＰＦＡは溶融流動性があり、ＰＴＦＥに対する接着剤としても利用できるので、機械的強度の高い材料３０を安定的に固定することができ、高い信頼性を確保することができる。また、保護材３１に熱を加えることによって収縮するポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）性のチューブを使用することもできる。この場合は、ＰＦＡよりも作業工程を短縮、簡略化できるので、高い作業効率を実現することができる。
【００２０】
本実施例によれば、ノズルの内圧により変形する部分を局所的に強化することでノズル全体の厚みを薄くできるので、可動部が軽量化され、同じ操作器の操作力でも遮断速度を高速化でき、遮断性能が向上する。また、ノズルの強度を増やすために部材の厚みを増やす必要がないため、設計の自由度が確保される。さらに、補強材料が直接消弧性ガスに直接触れないため、補強材料の劣化がなく、耐久性と信頼性を確保することができる。
【実施例２】
【００２１】
図４に、実施例２を示すノズル１の断面図を示す。前記ノズル先端側外周径５０がノズル取り付け側外周径５１よりも小さい形状としている。このような形状にすることで、環状にした機械的強度の高い材料３０や保護材３１をノズル先端側から挿入、スライドさせて配置することができ、組立性の向上をはかることができる。
【００２２】
本実施例によれば、実施例１の効果に加えて、組立性の向上をはかることができる。
【００２３】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００２４】
１：ノズル
２：可動側主接触子
３：固定側主接触子
４：可動側アーク電極
５：固定側アーク電極
６：シャフト
７：操作器
８：機械パッファ室
９：熱パッファ室
１０：タンク
１１：シリンダ
１２：可動子カバー
２０：可動部
３０：機械的強度の高い材料
３１：保護材
３２：窪み
４０：ノズル膨らみ部
５０：ノズル先端側外周径
５１：ノズル取り付け側外周径
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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