(57)【要約】【課題】小型でかつ小さな駆動力でも小電流領域において優れた電流遮断性能を有するガス遮断器を提供する。【解決手段】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４および固定通電接触子２が、可動アーク接触子３および可動通電接触子１と同心軸上に向かい合って配置されている。固定アーク接触子４と可動アーク接触子３の開離時において、両アーク接触子間に発生したアーク放電に対して、消弧性ガスを吹付ける絶縁ノズル５が設けられている。絶縁ノズル５に対して消弧性ガスを送り込むための蓄圧手段が設けられている。アーク放電によって発生した分解生成物の捕獲又は排出部が設けられている。分解生成物の捕獲又は排出部は、例えば、絶縁ノズル５内面の吹付け流路が軸方向から径方向へ変換される部分に設けられた凹部状の捕獲部１６である。【選択図】図１
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【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内に、固定アーク接触子および固定通電接触子が、可動アーク接触子および可動通電接触子と同心軸上に向かい合って配置され、
固定アーク接触子と可動アーク接触子の開離時において、両アーク接触子間に発生したアーク放電に対して、前記消弧性ガスを吹付ける絶縁ノズルが設けられ、
前記絶縁ノズルに対して消弧性ガスを送り込むための蓄圧手段が設けられ、
アーク放電によって発生した分解生成物の捕獲又は排出部が設けられていることを特徴とするガス遮断器。
【請求項２】
前記分解生成物の捕獲又は排出部が、絶縁ノズル内面の吹付け流路が軸方向から径方向へ変換される部分に設けられた凹部状の捕獲部である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】
前記分解生成物の捕獲又は排出部が、絶縁ノズル下流の内面に、分解生成物の可動側への流れ込みを阻止する捕獲テーパー部であることを特徴とする請求項１に記載のガス遮断器。
【請求項４】
前記分解生成物の捕獲又は排出部が、固定アーク接触子の根元付近に、動作時のガス流路を径方向に変換する排気テーパー部であることを特徴とする請求項１に記載のガス遮断器。
【請求項５】
前記分解生成物の捕獲又は排出部が、消弧室の固定側に設けられた筒状の拡散板と、その拡散板に形成された排気穴を備えていることを特徴とする請求項１に記載のガス遮断器。
【請求項６】
前記分解生成物の捕獲又は排出部が、消弧室の固定側に設けられた固定通電接触子および／又はそれを支持する冷却筒に設けられた排気穴であることを特徴とする請求項１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、消弧性ガスを吹付けるための蓄圧手段を有するガス遮断器に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力系統において電流開閉を行うガス遮断器においては、現在パッファ形と呼ばれるタイプが広く普及している。このパッファ形ガス遮断器は、遮断過程で生じるアーク放電に対して消弧性ガスを吹付けるための蓄圧手段を有する。この蓄圧手段は、例えば、特許文献１に示すように、パッファシリンダと、その内部に配置されたパッファピストンと、これらパッファシリンダおよびパッファピストンによって囲まれたパッファ室（消弧室）から構成されている。
【０００３】
一般に、パッファ室内のガス圧力が高くなるほど遮断性能が上昇する傾向にある。遮断時においては、固定状態にあるパッファピストンに対してパッファシリンダが移動することによりパッファ室内が高圧になる。また、固定アーク接触子と可動アーク接触子間で発生したアーク放電によって発生した高熱のガスもパッファ室内に流入するので、パッファ室内はより高圧になる。この高圧力となったガスがパッファ室から絶縁ノズルを介してアーク放電に対して強力に吹付けられて、消弧に至り、電流遮断が完了する。
【０００４】
ガス遮断器において、小電流を遮断する場合、固定アーク接触子と可動アーク接触子の間隔が狭い段階で電流は遮断され、同時に大きな回復電圧が接触子間に印加される。そのため、開離した接触子間で閃絡しないように、遮断器の電界分布および開極速度を設計している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−２１６３６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のようなガス遮断器では、大電流遮断時に絶縁ノズル、固定アーク接触子および可動アーク接触子が蒸発して分解生成物が発生する。現状では、固定アーク接触子と可動アーク接触子の間に分解生成物が存在する状態でも、ガス遮断器の性能を確保できるように設計している。ただし、固定アーク接触子と可動アーク接触子間の電界が極度に高い領域にある分解生成物の量を低減することが可能であれば、遮断器の絶縁性能を大きく向上することができる。
【０００７】
本発明の実施形態の目的は、ガス遮断器が大電流遮断を実施した後でも、アーク接触子間に分解生成物が多量に存在しないような構造を持ち、小型でかつ小さな駆動力でも小電流領域において優れた電流遮断性能を有す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】
【０００８】
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内に、固定アーク接触子および固定通電接触子が、可動アーク接触子および可動通電接触子と同心軸上に向かい合って配置され、固定アーク接触子と可動アーク接触子の開離時において、両アーク接触子間に発生したアーク放電に対して、前記消弧性ガスを吹付ける絶縁ノズルが設けられ、前記絶縁ノズルに対して消弧性ガスを送り込むための蓄圧手段が設けられ、アーク放電によって発生した分解生成物の捕獲又は排出部が設けられていることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施形態のガス遮断器を示す断面図で、左半分は遮断状態、右半分は遮断過程の途中の状態を示す。
【図２】第２実施形態のガス遮断器を示す断面図で、左半分は遮断状態、右半分は遮断過程の途中の状態を示す。
【図３】第３実施形態のガス遮断器を示す断面図で、左半分は遮断状態、右半分は遮断過程の途中の状態を示す。
【図４】第４実施形態のガス遮断器を示す断面図で、左半分は遮断状態、右半分は遮断過程の途中の状態を示す。
【図５】第５実施形態のガス遮断器を示す断面図で、左半分は遮断状態、右半分は遮断過程の途中の状態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（１）第１実施形態
（１−１）構成
本実施形態のパッファ形ガス遮断器の構成を図１に示す。図１の中心線の右側が小電流遮断時における遮断過程の途中の状態、中心線の左側が遮断状態を示している。
【００１１】
本実施形態のガス遮断器は、消弧性ガスが充填された図示しないガスタンク内に、対向配置された可動通電接触子１、可動アーク接触子３および固定通電接触子２、固定アーク接触子４を有する。可動通電接触子１、可動アーク接触子３およびその外周に設置された絶縁ノズル５は、パッファシリンダ６に固定されている。パッファシリンダ６および操作ロッド７は図示しない絶縁ロッドを介して操作機構と接続されている。
【００１２】
パッファ形ガス遮断器では、絶縁媒体および消弧媒体としてはＳＦ６ガス（六弗化硫黄ガス）が主に用いられ、さらにＳＦ６ガス以外のガスを絶縁媒体および消弧媒体にしたり各種ガスを混合したりする場合もある。
【００１３】
パッファピストン１０は固定部であるピストン支え１２に固定されている。操作ロッド７は中空部７ａと中実部７ｂより構成され、中空部７ａには排気穴１１が設けられており、中空部７ａとピストン支え１２内部とが連通している。固定通電接触子２、固定アーク接触子４と冷却筒１３は電極支え１４で結合されており、図示しない絶縁筒を介して間接的にガスタンクに固定されている。
【００１４】
絶縁ノズル５の内面の吹付け流路が軸方向から径方向へ変換される部分に、凹部状の捕獲部１６が設けられている。捕獲部１６の形状は図１中に記載の角度α（軸に対する溝の角度）が９０°以下となるように形成する。すなわち、従来技術においては、この角度αが、９０°を超える大きさであり、絶縁ノズル５の内面が、可動アーク接触子３の先端部近傍から絶縁ノズル５の細径部に向かってなだらかに窄まっている形状である。これに対して、本実施形態では、細径部の可動アーク接触子３側の内面に、絶縁ノズル５の先端側に向かって逆Ｖ字形に凹んだ捕獲部１６が形成されている。
【００１５】
（１−２）作用
本実施形態の遮断器が投入状態から開極動作を始めると、可動部は図示しない操作機構側（図１で下方向）に移動する。図１の右半分に示す遮断過程途中では、固定アーク接触子４と可動アーク接触子３との間にアーク放電が発生する。このアーク放電は非常に高温であるため、アーク放電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。
【００１６】
このように発生した高温ガスはパッファ室９に流入するとともに、可動アーク接触子３および中空部７ａを通った後、排気穴１１を通じてピストン支え１２内を経て図示しないタンク空間へと流れ出す。流れ込んだ高温ガスによってパッファ室９内のガス圧力は高められるとともに、可動部の移動によってパッファ室９容積が縮小されるためにパッファ室９内のガスが圧縮されてガス圧力が高められる。この高圧力となったガスが、パッファ室９から絶縁ノズル５を介してアーク放電に対して強力に吹付けられ、その結果、アーク放電が消弧されて、電流遮断が完了する。
【００１７】
大電流遮断時には、このようなアーク放電に伴い、高温ガスに曝された絶縁ノズル５、固定アーク接触子４および可動アーク接触子３が蒸発して分解生成物１５が発生する。小電流遮断時に、可動側のパッファ室９や可動アーク接触子３近傍にある分解生成物１５は、固定側の極性と反対極性に帯電する。捕獲部１６の存在しない構成では、帯電した分解生成物１５が固定アーク接触子４に向って移動し、極度に高電界の領域まで達するため、絶縁的に過酷な状況を形成していた。一方、本実施形態では、絶縁ノズル５内面に捕獲部１６を設けることで、帯電した分解生成物１５がパッファ室９内部からアーク接触子間３，４に流入する量を大幅に低減することができる。
【００１８】
特に、凹部状の捕獲部１６の角度αを９０°以下に構成していることで、仮に捕獲部１６からアーク接触子３，４間に分解生成物１５が流出したとしても、操作ロッド７の中空部７ａ側に移動させることができるため、小電流遮断時の絶縁性能の向上が期待される。
【００１９】
（１−３）効果
本実施形態によれば、小電流遮断時にパッファ室９や可動アーク接触子３近傍に存在した分解生成物１５が、アーク接触子３，４間の高電界な位置に流入することを防ぐことができ、小さな駆動力でも優れた小電流遮断性能を有するガス遮断器を提供することができる。
【００２０】
（２）第２実施形態
（２−１）構成
第２実施形態について図２を用いて説明する。図２は、中心線の右側が小電流遮断時における遮断過程の途中の状態、中心線の左側が遮断状態を示している。
【００２１】
本実施形態は、絶縁ノズル５の内面の下流領域に、捕獲テーパー部１７を設けた構成となっている。捕獲テーパー部１７の形状は、図２中に記載の角度β（絶縁ノズル５の中心軸に対する捕獲テーパー部１７の角度）が８°以上となるように形成する。すなわち、例えば図１に示すように、絶縁ノズル５の内周面の形状は、通常は、絶縁ノズル５の先端部から可動アーク接触子３側にかけて同じ角度で形成されており、先端側が広がったラッパ状をなしている。本実施形態では、この絶縁ノズル５の内面に、絶縁ノズル５の内径が可動アーク接触子３側に向かって急激に狭くなるような捕獲テーパー部１７を形成する。
【００２２】
（２−２）作用
本実施形態のガス遮断器において、小電流遮断時に可動側のパッファ室９や可動アーク接触子３近傍にある分解生成物１５は、固定側の極性と反対極性に帯電する。
【００２３】
従来の絶縁ノズルでは、帯電した分解生成物１５が固定アーク接触子４に向って移動し、高電界な領域まで達するため、絶縁的に過酷な状況を形成していた。本実施形態では、絶縁ノズル５の内周に捕獲テーパー部１７を設けることで、図２の右半分に示すように、一度上流から固定側下流まで移動した分解生成物１５の大部分は、図２の左半分に示すように、捕獲テーパー部１７によりトラップされるため、可動側のパッファ室９や可動アーク接触子３近傍まで戻ってくる分解生成物１５の量を大きく低減することができる。
【００２４】
（２−３）効果
本実施形態によれば、小電流遮断時にパッファ室９や可動アーク接触子３近傍に存在する帯電した分解生成物１５の量を低減することができ、小電流遮断時の絶縁性能の向上が期待される。その結果、小さな駆動力でも優れた小電流遮断性能を有するガス遮断器を提供することができる。
【００２５】
（３）第３実施形態
（３−１）構成
第３実施形態について図３を用いて説明する。図３は、中心線の右側が小電流遮断時における遮断過程の途中の状態、中心線の左側が遮断状態を示している。
【００２６】
本実施形態では、固定アーク接触子４の根元に分解生成物１５を径方向に移動させる排気テーパー部１８を設けた構成となっている。一般に、固定アーク接触子４は、その先端部から根元まで同じ太さで形成されているが、本実施形態では、固定アーク接触子４の根元部分に、先端側から根元にかけて円錐状に広がった排気テーパー部１８が設けられている。
【００２７】
（３−２）作用
本実施形態において、小電流遮断時に可動側のパッファ室９や可動アーク接触子３近傍にある分解生成物１５は、固定側の極性と反対極性に帯電する。従来形状のままでは、帯電した分解生成物１５が固定アーク接触子４に向って移動し、高電界な領域まで達するため、絶縁的に過酷な状況を形成していた。本実施形態では、遮断動作時に上流から固定側下流まで分解生成物１５が移動する過程において、排気テーパー部１８に案内されて、分解生成物１５の大部分が絶縁ノズル５内径より径方向に外側に移動する。そのため、可動側のパッファ室９や可動アーク接触子３近傍まで戻ってくる分解生成物１５の量を大きく低減することができる。
【００２８】
（３−３）効果
本実施形態においても前記各実施形態と同様に、小電流遮断時にパッファ室９や可動アーク接触子３近傍に存在する帯電した分解生成物１５の量を低減することができ、小電流遮断時の絶縁性能の向上が期待できる。
【００２９】
（４）第４実施形態
（４−１）構成
第４実施形態について図４を用いて説明する。図４は、中心線の右側が小電流遮断時における遮断過程の途中の状態、中心線の左側が遮断状態を示している。本実施形態では、固定アーク接触子４の外周に、絶縁ノズル５の外径と同程度の内径の拡散板１９を設置し、その拡散板１９に分解生成物１５を径方向に導く排気穴２０を設けている。拡散板１９は、図４の右半分に示すように、遮断器の投入時および遮断過程の途中では、絶縁ノズル５の外周によって排気穴２０が塞がれるような内径を有し、遮断過程に入って絶縁ノズル５が拡散板１９から抜け出て行くに従い排気穴２０が開口して、拡散板１９内部のガスが分解生成物１５と共に、拡散板１９の外側に排出される構成である。
【００３０】
（４−２）作用
本実施形態によれば、拡散板１９および排気穴２０を設けることで、遮断動作時に上流から固定側下流まで分解生成物１５が移動する過程において、大部分が絶縁ノズル５内径より径方向に外側に移動するため、可動側のパッファ室９や可動アーク接触子３近傍まで戻ってくる分解生成物１５の量を大きく低減することができる。
【００３１】
（４−３）効果
本実施形態においても前記各実施形態と同様に、小電流遮断時にパッファ室９や可動アーク接触子３近傍に存在する帯電した分解生成物１５の量を低減することができ、小電流遮断時の絶縁性能の向上が期待できる。
【００３２】
（５）第５実施形態
（５−１）構成
第５実施形態について図５を用いて説明する。図５は、中心線の右側が小電流遮断時における遮断過程の途中の状態、中心線の左側が遮断状態を示している。本実施形態では、固定側下流の通電部、固定通電接触子２に分解生成物１５を径方向に導く排気穴２０を設けた構成となっている。なお、本実施形態の変形例として、固定通電接触子２とそれを支持する冷却筒１３の何れか、又は両方に排気穴２０を設けることも可能である。
【００３３】
（５−２）作用
本実施形態によれば、固定通電接触子２とそれを支持する冷却筒１３の何れか又は両方に排気穴２０を設けることで、遮断動作時に上流から固定側下流まで分解生成物１５が移動する過程において、径方向に移動しやすくなるため、可動側のパッファ室９や可動アーク接触子３近傍まで戻ってくる分解生成物１５の量を大きく低減することができる。
【００３４】
（５−３）効果
本実施形態においても、前記各実施形態と同様に、小電流遮断時にパッファ室９や可動アーク接触子３近傍に存在する帯電した分解生成物１５の量を低減することができ、小電流遮断時の絶縁性能の向上が期待できる。
【００３５】
（６）第６実施形態
（６−１）構成
本実施形態は、前記第１実施形態から第５実施形態に示した構成に加えて、消弧性ガスとして、ＳＦ６ガスよりも地球温暖化係数の小さいガスを使用することを特徴とする。
【００３６】
（６−２）作用
従来、消弧性ガスとしては、優れた消弧性能および電気絶縁性能を有するＳＦ６ガスが使用されている。しかしながら、ＳＦ６ガスは二酸化炭素ガスの２３，９００倍の地球温暖化効果を有するといわれており、代替ガスを用いた遮断器が望まれている。しかしながら、環境への影響が小さいガス、具体的にはＳＦ６ガスよりも地球温暖化係数の小さい空気、窒素、二酸化炭素などを代替として使用すると、消弧性能および電気絶縁性能がＳＦ６ガスよりも劣るため、遮断性能が劣化することが懸念される。
【００３７】
ＳＦ６ガス以外のガスを使用して、従来機器と同等の遮断性能を得るためには、パッファシリンダ６やパッファピストン１０などの構成部材を大きくしたり、大きな駆動力で可動部を駆動する必要がでてくる。本実施形態では、第１から第５の実施形態で説明した構成とすることで、分解生成物１５による遮断性能の低下を抑止することができるため、消弧性能および電気絶縁性能がＳＦ６ガスよりも劣る絶縁ガスを使用しても、小電流遮断時において十分な絶縁性能を確保できる。
【００３８】
（６−３）効果
本実施形態によれば、消弧性ガスとしてＳＦ６ガスよりも地球温暖化係数の小さいガスを使用しながらも、機器の大形化、駆動力の増大を防ぐことができる。
【００３９】
（７）他の実施形態
本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。例えば、パッファ形以外のガス遮断器に対しても、本発明を適用することは可能である。また、前記各実施形態の複数を適宜組み合わせたものも、本発明に包含される。
【符号の説明】
【００４０】
１…可動通電接触子
２…固定通電接触子
３…可動アーク接触子
４…固定アーク接触子
５…絶縁ノズル
６…パッファシリンダ
７…操作ロッド
７ａ…中空部
７ｂ…中実部
９…パッファ室
１０……パッファピストン
１１…排気穴
１２…ピストン支え
１３…冷却筒
１４…電極支え
１５…分解生成物
１６…捕獲部
１７…捕獲テーパー部
１８…排気テーパー部
１９…拡散板
２０…排気穴
【図５】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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