(57)【要約】【課題】４サイクル程度の長い遮断可能時間を確保することで、事故に伴う大電流のみならず、通常の遮断器では遮断が困難な零ミス電流を遮断することができる発電機回路保護用のパッファ式ガス遮断器を提供する。【解決手段】絶縁ガスを充填する容器１内に同一軸上に設けられた固定側主接触子２及び可動側主接触子３並びに固定側アーク接触子４及び可動側アーク接触子５と、パッファシリンダ６と、パッファ室側排気孔７ａ及び操作ロッド側排気孔７ｂを有するパッファシャフト７と、操作ロッド側排気孔７ｂを閉鎖する圧力動作弁１５と、パッファピストン９と、開口部１１ａを有する流れ制御部１１と、絶縁ノズル１２とでパッファ式ガス遮断器を構成する。遮断動作完了時には、パッファ室１０内に所定の空間が形成され、パッファ室側排気孔７ａと開口部１１ａが連通し、操作ロッド側排気孔７ｂが圧力動作弁１５により閉鎖される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁ガスを充填する容器と、
前記容器内に対向配置され、同一軸上に設けられた固定側主接触子及び可動側主接触子と、
前記固定側主接触子及び前記可動側主接触子の内側にそれぞれ同心円状に設けられた固定側アーク接触子及び可動側アーク接触子と、
前記可動側アーク接触子が先端に設けられたパッファシリンダと、
前記パッファシリンダの内側に同心円状に設けられ、パッファ室側排気孔及び操作ロッド側排気孔を有するパッファシャフトと、
前記操作ロッド側排気孔を閉鎖する封止部材と、
前記パッファシリンダと前記パッファシャフトで形成される空間の内面を摺動するパッファピストンと、
前記パッファシリンダ、前記パッファシャフト及び前記パッファピストンで形成されたパッファ室において前記パッファ室側排気孔と連通可能な開口部を有し、前記パッファピストンに取付けられた流れ制御部と、
前記可動側アーク接触子と同心円状に設けられ、前記パッファ室内で圧縮された絶縁ガスを前記固定側アーク接触子及び前記可動側アーク接触子間に生じたアークに吹付ける絶縁ノズルを有し、
遮断動作完了時においては、前記パッファ室内に所定の空間が形成され、前記パッファ室側排気孔と前記開口部が連通し、かつ前記操作ロッド側排気孔が前記封止部材により閉鎖されることを特徴とするパッファ式ガス遮断器。
【請求項２】
前記封止部材は圧力動作弁であって、アーク発生時にはアーク空間の圧力の上昇により前記操作ロッド側排気孔を開放するが、遮断動作完了時以降にアーク空間の圧力が再度上昇しても前記操作ロッド側排気孔を閉鎖し続けることを特徴とする、請求項１に記載のパッファ式ガス遮断器。
【請求項３】
前記封止部材は前記パッファシャフトがその内周を摺動する排気閉止筒であって、遮断動作時のストロークの最終端近傍で前記操作ロッド側排気孔を閉鎖することを特徴とする、請求項１に記載のパッファ式ガス遮断器。
【請求項４】
前記パッファシャフト内の遮断部側に高温ガスで蒸発する蒸発部材を配置することを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のパッファ式ガス遮断器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はパッファ式ガス遮断器に係り、特に４サイクル程度の長い遮断可能時間を確保しつつ、事故に伴う大電流及び零ミス電流を遮断するための発電機回路保護用のパッファ式ガス遮断器に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な送変電用遮断器はアーク時間が１サイクルから１．５サイクルあれば遮断性能上必要十分である。一方、ＵＨＶ１１００ｋＶ系統用の高速自動接地装置（以下、ＨＳＧＳという）では、接地動作解除動作時（線路からの静電誘導電流の遮断時）に他回線で事故が発生すると、遮断する静電誘導電流に直流分が加わり、交流波形が零点を通過しない零ミス電流が発生する。零ミス電流は、電流零点が４サイクル程度の長い間生じないものであるため、通常の遮断器構成では遮断が不可能である。
【０００３】
特許文献１には、４サイクル程度の長い遮断可能時間を確保することを可能とするＨＳＧＳの構成が開示されている。すなわち、略円筒状のつば部とシャフト部を有するパッファシリンダと、固定されたピストンで第一のパッファ室を形成し、ピストンを外部空間に対して密封された円筒形状として、遮断部の遮断位置においてパッファシリンダのつば部に収納されるように構成し、その内部空間を第２のパッファ室として第１のパッファ室と連通させるようにした。これにより、パッファシリンダのつば収納部に第２のパッファ室を設け、第２のパッファ室に蓄積したガスを極間に吹付け続けることが可能となり、有効アーク時間幅を長くすることが可能となる。
【０００４】
この従来技術に係るＨＳＧＳのパッファ圧力変化を示す特性図を図１１に示す。Ｓは遮断部が投入位置“Ｃ”から遮断位置“Ｏ”に至るまでの可動電極の変位を表し、その時の圧力上昇Ｐは、点線が第１のパッファ室のみの構成のとき、実線は第２のパッファ室を付加したときのパッファ圧力波形を示している。この様にして、従来パッファシリンダのつば収納部でしかなかった部分に新たに第２のパッファ室を設け、パッファ室を大きくすることによって、従来の遮断器と同程度の大きさで、重量もほとんど増大することなく零ミス電流を遮断することが可能となる。
【０００５】
この従来技術の遮断性能の特徴としては、図１１に示すように、長アーク時間のパッファ圧力が漸減していることが挙げられる。このため、大電流遮断を目的としないＨＳＧＳにおいては特に問題なく適用することができるが、発電機回路保護用の遮断器のように４サイクル程度の長い遮断可能時間を確保しつつ、事故発生時の大電流を遮断する債務を負うものには適さないという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−３１００００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記問題点に鑑み、本件発明は、とりわけ、４サイクル程度の長い遮断可能時間を確保することで通常の遮断器では遮断が困難な零ミス電流を遮断することが可能であり、かつ、事故発生時の大電流の遮断も可能な発電機回路保護用のパッファ式ガス遮断器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のパッファ式ガス遮断器は、絶縁ガスを充填する容器と、前記容器内に対向配置され、同一軸上に設けられた固定側主接触子及び可動側主接触子と、前記固定側主接触子及び前記可動側主接触子の内側にそれぞれ同心円状に設けられた固定側アーク接触子及び可動側アーク接触子と、前記可動側アーク接触子が先端に設けられたパッファシリンダと、前記パッファシリンダの内側に同心円状に設けられ、パッファ室側排気孔及び操作ロッド側排気孔を有するパッファシャフトと、前記操作ロッド側排気孔を閉鎖する封止部材と、前記パッファシリンダと前記パッファシャフトで形成される空間の内面を摺動するパッファピストンと、前記パッファシリンダ、前記パッファシャフト及び前記パッファピストンで形成されたパッファ室において前記パッファ室側排気孔と連通可能な開口部を有し、前記パッファピストンに取付けられた流れ制御部と、前記可動側アーク接触子と同心円状に設けられ、前記パッファ室内で圧縮された絶縁ガスを前記固定側アーク接触子及び前記可動側アーク接触子間に生じたアークに吹付ける絶縁ノズルを有し、遮断動作完了時においては、前記パッファ室内に所定の空間が形成され、前記パッファ室側排気孔と前記開口部が連通し、かつ前記操作ロッド側排気孔が前記封止部材により閉鎖されることを特徴とする。
【０００９】
好ましくは、前記封止部材は圧力動作弁であって、アーク発生時にはアーク空間の圧力の上昇により前記操作ロッド側排気孔を開放するが、遮断動作完了時以降にアーク空間の圧力が再度上昇しても前記操作ロッド側排気孔を閉鎖し続けることを特徴とする。ここで、アーク空間とは、固定側アーク接触子４、可動側アーク接触子５、及び絶縁ノズル１２に囲まれた空間をいう。
【００１０】
また、好ましくは、前記封止部材は前記パッファシャフトがその内周を摺動する排気閉止筒であって、遮断動作時のストロークの最終端近傍で前記操作ロッド側排気孔を閉鎖することを特徴とする。
【００１１】
また、好ましくは、前記パッファシャフト内の遮断部側に高温ガスで蒸発する蒸発部材を配置することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、零ミス電流遮断の過程において、遮断動作が完了しても、遮断部に残存するアークを利用して、パッファ室内にガス圧力を維持することで絶縁ノズルから消弧性ガスを長時間にわたって吹き続けることができる。これにより、事故発生時に生じる大電流のみならず、通常の遮断器では遮断が困難な零ミス電流を遮断することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は本発明の第１実施例に係るパッファ式ガス遮断器の全体構成を示す断面図である。
【図２】図２は本発明の第１実施例に係るパッファ式ガス遮断器の投入状態を示す断面図である。
【図３】図３は本発明の第１実施例に係るパッファ式ガス遮断器の遮断動作開始時（アーク発生時）を示す断面図である。
【図４】図４は本発明の第１実施例に係るパッファ式ガス遮断器の遮断動作完了時を示す断面図である。
【図５】図５は本発明に係るパッファ式ガス遮断器の流れ制御部１１の詳細図である。
【図６】図６は従来方式のパッファ圧力曲線Ｐ１と本発明に係るパッファ式ガス遮断器のパッファ圧力曲線Ｐ２の特性を比較する図である。
【図７】図７は本発明の第２実施例に係るパッファ式ガス遮断器の投入状態を示す断面図である。
【図８】図８は本発明の第２実施例に係るパッファ式ガス遮断器の遮断動作開始時（アーク発生時）を示す断面図である。
【図９】図９は本発明の第２実施例に係るパッファ式ガス遮断器の遮断動作完了時を示す断面図である。
【図１０】図１０は本発明の第３実施例に係るパッファ式ガス遮断器の遮断部を示す断面図である。
【図１１】図１１は従来例のＨＳＧＳのパッファ圧力変化を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１４】
以下、本発明のパッファ式ガス遮断器を図面に基づいて説明する。図１は、本発明によるパッファ式ガス遮断器の一実施例の遮断部投入状態を示す。
【００１５】
ＳＦ６ガス等の絶縁ガスを充填した容器１内にそれぞれ環状の固定側主接触子２及び可動側主接触子３が対向して同一軸上に設けられる。固定側主接触子２の内側には同心円状に固定側アーク接触子４が設けられる。可動側主接触子３の内側には同心円状に可動側アーク接触子５が設けられる。
【００１６】
固定側主接触子２及び固定側アーク接触子４は、固定側導体１３と電気的に接続される。可動側主接触子３及び可動側アーク接触子５は、パッファシリンダ６を介して可動側導体１４と電気的に接続される。
【００１７】
可動側アーク接触子５はパッファシリンダ６の先端に設けられる。パッファシリンダ６の内側にはパッファシャフト７が同心円状に設けられ、一端をパッファシリンダ６に固定されている。パッファシャフト７の他端は絶縁操作ロッド８に連結され、これにより操作器（不図示）の駆動力が可動側に伝えられる。パッファシャフト７内は中空であり、この中空空間は遮断部で生じたアークによる高温ガスの排気路としての役割を有する。
【００１８】
パッファシャフト７は、アークによる高温ガスを排出するためのパッファ室側排気孔７ａ及び操作ロッド側排気孔７ｂを有する。パッファシャフト７の中空内かつ操作器側端部には、円錐形状の弁１５ａと復帰ばね１５ｂとで構成される圧力動作弁１５が設けられる。
【００１９】
この圧力動作弁１５は、図３で示すアーク発生時においては遮断部で発生する高圧の絶縁ガスに押され操作ロッド側排気孔７ｂを開放するが、図４で示す遮断動作完了時以降では操作ロッド側排気孔７ｂを閉鎖する封止部材としての役目を有する。とりわけ、遮断動作完了時以降において、零ミス電流により遮断部のガス圧力が再度上昇した場合でも、操作ロッド側排気孔７ｂを閉鎖し続けるように構成するのが好ましい。こうすることで、遮断動作完了後もパッファ室１０内の圧力を比較的に高く維持し、遮断部に残存するアークに対し長時間にわたって絶縁ガスを吹付けることが可能となる。
【００２０】
図４に示す遮断動作完了状態では、固定側アーク接触子４と可動側アーク接触子５の間に残存するアークによって加熱された比較的高圧の絶縁ガスがパッファシャフト７内を流れ、連通するパッファ室側排気孔７ａ及び開口部１１ａからパッファ室１０内に流入する。
【００２１】
その後、絶縁ガスはパッファ室１０から排気孔１６を介して放出され、絶縁ノズル１２に沿って流出し残存するアークに対し吹付けられる。このサイクルは、固定側主接触子２と可動側主接触子３の間にアークが残存する間にわたって続けられる。このため長時間にわたって固定側アーク接触子４と可動側アーク接触子５の間に比較的高圧の絶縁ガスを吹付けることができる。
【００２２】
パッファシャフト７及びパッファシリンダ６で形成される空間の内面をパッファピストン９が摺動する。このパッファシャフト７、パッファシリンダ６及びパッファピストン９で形成された空間をパッファ室１０という。パッファピストン９の先端には流れ制御部１１が配される。遮断動作完了時におけるパッファ室１０の容積は定格遮断電流に応じて適宜調整されるが、概ね、投入時のパッファ室１０の容積と比較して３０％から５０％の範囲内である。
【００２３】
流れ制御部１１の詳細な構成を図５に示す。流れ制御部１１は、開口部１１ａとフローガイド１１ｂを有する。開口部１１ａは図４に示すように、遮断動作完了時において、パッファ室側排気孔７ａと連通するように構成される。フローガイド１１ｂの形状は湾曲状であるのが好ましい。フローガイド１１ｂを湾曲形状にすることで、パッファ室１０に流入した高温高圧の絶縁ガスが排気孔１６を通って遮断部に還流しやすくなる。
【００２４】
図１〜４に示す絶縁ノズル１２は、可動側主接触子３と可動側アーク接触子５の間にこれらと同心円状に設けられ、パッファ室１０内で圧縮された絶縁ガスを固定側アーク接触子４及び可動側アーク接触子５間に生じたアークに吹付けるように構成される。
【００２５】
次に、図２〜図４を参照して本発明のパッファ式ガス遮断器の動作を説明する。図２は投入状態、すなわち遮断部の通電状態を示す。この状態において、電流経路は、図１に示すように、固定側導体１３、固定側主接触子２、可動側主接触子３、パッファシリンダ６、可動側導体１４を結ぶ経路で形成される。
【００２６】
図２の状態から絶縁操作ロッド８が紙面右側に移動することで、可動側が紙面右方向に移動し、図３に示すアーク発生時の状態に移行する。この状態では固定側アーク接触子４及び可動側アーク接触子５の間にアークが発生し、遮断部が高温高圧状態となる。これにより、圧力動作弁１５が紙面右方向に押され、操作ロッド側排気孔７ｂが開放されることで高圧の絶縁ガスがパッファシャフト７から放出される。
【００２７】
その後、可動側が紙面右方向にさらに移動し、固定側アーク接触子４と可動側アーク接触子５の位置関係が図３と図４の状態のほぼ中間になる。このとき、高圧の絶縁ガスはパッファ室側排気孔７ａからパッファ室１０及び排気孔１６を経て絶縁ノズル１２沿いにアークに対して吹付けられる。以上が大電流遮断のメカニズムである。
【００２８】
さらに、可動側が紙面右方向にさらに移動し、図４に示す遮断動作完了時に移行する。この状態では、遮断部の圧力が図３に示すアーク発生時と比較して低くなるため、圧力動作弁１５が復帰し操作ロッド側排気孔７ｂが閉鎖される。また、流れ制御部１１の開口部１１ａとパッファシャフト７のパッファ室側排気孔７ａが連通する。
【００２９】
この状態において、固定側アーク接触子４と可動側アーク接触子５の間にアークが残存すると、そのアークによって加熱された比較的高圧の絶縁ガスがパッファシャフト７内を流れ、連通するパッファ室側排気７ａ及び開口部１１ａからパッファ室１０内に流入する。
【００３０】
その後、絶縁ガスはパッファ室１０から排気孔１６を介して放出され、絶縁ノズル１２に沿って流出し残存するアークに対し吹付けられる。このサイクルは、固定側アーク接触子４と可動側アーク接触子５の間にアークが残存する間にわたって続けられる。このため長時間にわたって固定側アーク接触子４と可動側アーク接触子５の間に比較的高圧の絶縁ガスを吹付けることができる。
【００３１】
以下、図６を用いて従来方式のパッファ圧力曲線Ｐ１と本実施例のパッファ圧力曲線Ｐ２の特性を比較する。遮断器の遮断動作ストロークをＸ曲線に示す。従来方式のパッファ圧力曲線Ｐ１では遮断動作後半にはガス圧力が漸減する。これに対し、本実施例ではパッファ圧力曲線Ｐ２に示すように遮断動作後半でも再度ガス圧が上昇する。
【００３２】
次に、図６を用いて本発明のパッファ式遮断器が零ミス電流Ｉｚｍｉｓｓを遮断するメカニズムを従来技術との対比で説明する。図６では、零ミス電流発生後の波形がＡ点で初めて零線を通過する。このとき、従来方式によればパッファ圧力曲線Ｐ１上のＰ１Ａ点の圧力がパッファ室に残存する。この場合、パッファ室１０の圧力が十分でないため電流遮断ができないおそれがある。
【００３３】
一方、本発明のパッファ室を有するパッファ式遮断器を用いた場合には、電流零点に相当するパッファ室の圧力はＰ２Ａ点で示される。図６からＰ２Ａ点はＰ１Ａ点の圧力と比較して遥かに高いことがわかる。よって、本発明のパッファ室を有するパッファ式遮断器を用いた場合には、従来例のパッファ圧力より高い圧力で長時間絶縁ガスを吹き続けることが可能となる。これにより事故により生じる大電流のみならず、通常の遮断器では遮断が困難な零ミス電流を遮断することが可能となる。また、アークの再点弧を防ぐことが可能となる。
【実施例２】
【００３４】
図７〜図９に、本発明の第２の実施例を示す。なお、第１の実施例と同様の部分については同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。実施例２では、実施例１の圧力動作弁１５に代え排気閉止筒１８を用いる。排気閉止筒１８は、パッファシャフト７がその内周を摺動する排気閉止筒であって、遮断動作時のストロークの最終端近傍で操作ロッド側排気孔７ｂを封止する。
【００３５】
実施例１同様に、排気閉止筒１８は、図９で示す遮断動作完了時以降において操作ロッド側排気孔７ｂを閉鎖する封止部材としての役目を有する。より好ましくは、遮断動作完了時以降において再度遮断部の電圧が上昇し始めるタイミングで操作ロッド側排気孔７ｂを閉鎖する。
【００３６】
こうすることで、遮断動作完了後もパッファ室１０内の圧力を比較的に高く維持し、遮断部に残存するアークに対し長時間にわたって絶縁ガスを吹付けることが可能となる。本実施例は、実施例１に示す効果に加え、構造が簡潔となるため、信頼性の向上及び製造コストの低減につながる。
【実施例３】
【００３７】
図１０に、本発明の第３の実施例を示す。なお、第１及び第２の実施例と同様の部分については同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。実施例３ではパッファシャフト７内の遮断部側に高温ガスで蒸発するポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などの蒸発部材１９を配置する。
【００３８】
遮断動作をする際、アークで発生する高温ガスがパッファシャフト７内に流入し、蒸発部材１９の温度が上昇して蒸発ガスを発生させる。この蒸発ガスをパッファ室側排気孔７ａ及び開口部１１ａを通してパッファ室１０に送り込むことで、パッファ室１０内のガス温度を更に上昇させることが可能となり、ガス圧をより高くすることができる。これにより、第１及び第２の実施例に示す効果に加え、より効率よく大電流及び零ミス電流を遮断することが可能となる。また、より確実に大電流遮断後のアークの再点弧を防ぐことが可能となる。
【符号の説明】
【００３９】
１      容器
２      固定側主接触子
３      可動側主接触子
４      固定側アーク接触子
５      可動側アーク接触子
６      パッファシリンダ
７      パッファシャフト
７ａ    パッファ室側排気孔
７ｂ    操作ロッド側排気孔
８      絶縁操作ロッド
９      パッファピストン
１０    パッファ室
１１    流れ制御部
１１ａ  開口部
１１ｂ  フローガイド
１２    絶縁ノズル
１３    固定側導体
１４    可動側導体
１５    圧力動作弁
１６    排気孔
１８    排気閉止筒
１９    蒸発部材
【図１】
2015005327.tif 000003
【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】
2015005327.tif 000009
【図８】
2015005327.tif 000010
【図９】
2015005327.tif 000011
【図１０】
2015005327.tif 000012
【図１１】
2015005327.tif 000013