(57)【要約】【課題】両接触子の軸を容易に合わせることができ、かつ小形でありながら高い絶縁性を確保することが可能なガス遮断器を提供する。【解決手段】筒状の絶縁物である絶縁筒１２により可動接触子部３と軸が合った状態で固定されるガス遮断器において、絶縁筒１２の下側の側面に開口部２２を設けた。この絶縁筒１２の円周方向に対する開口部２２の開口角度Ｑは６０°以上で構成し、開口部２２の軸方向の長さＬ（ｍ）は、両接触子部間に印加され得る最大の直流電圧をＵ（Ｖ）とした場合、「４×１０-8 ×Ｕ」以上となるような長さで構成する。また、開口部の縁２３は角張らず、丸く滑らかに形成している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉された容器内に絶縁ガスが充填されるとともに、第１の接触子部と第２の接触子部が対向して配置され、前記第１の接触子部と第２の接触子部とにはそれぞれ第１のアーク接触子と第２のアーク接触子とが設けられ、前記第１のアーク接触子と第２のアーク接触子とは通常運転時には接触導通状態にあり電流遮断動作時においては相対移動により開離するように構成され、前記第１の接触子部と第２の接触子部は筒状の絶縁物からなる絶縁筒により互いに絶縁保持されるよう構成されたガス遮断器において、
前記絶縁筒の側面であって、前記第１のアーク接触子と第２のアーク接触子とが開閉動作により摺動する位置の近傍に開口部を設けたことを特徴とするガス遮断器。
【請求項２】
前記第１接触子部と第２接触子部とは、その軸を水平にして配置され、
前記開口部は、前記第１接触子部と第２接触子部とに対して前記絶縁筒の下側に設けられ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】
前記開口部は、前記絶縁筒の円周方向に対する開口角度を６０°以上として設けられたことを特徴とする請求項２に記載のガス遮断器。
【請求項４】
前記開口部の絶縁筒軸方向に対する長さＬ（ｍ）は、前記第１の接触子部と第２の接触子部とに印加される最大の直流電圧をＵ（Ｖ）とした場合、
Ｌ（ｍ）＝４×１０-8 ×Ｕ（Ｖ）
によって求められる値以上であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のガス遮断器。
【請求項５】
前記密閉容器の前記開口部の下側の位置に、前記開口部より面積が大きい凹部が設けられたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のガス遮断器。
【請求項６】
前記凹部には、開閉可能な蓋が設けられたことを特徴とする請求項５に記載のガス遮断器。
【請求項７】
前記開口部の縁部を、丸みを付けて成形したことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のガス遮断器。
【請求項８】
前記第１のアーク接触子と第２のアーク接触子の外周には、これら２つのアーク接触子が開離する際に、アーク接触子間に発生するアークに対して吹き付けられる高圧力のガス流を整流させるノズルが設けられ、
このノズルには、前記アークと、前記絶縁筒の開口部とを結ぶ経路に、前記ガス流を遮る覆いが設けられたことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のガス遮断器。
【請求項９】
密閉容器内に充填された前記絶縁ガスとして、六弗化硫黄ガスよりも地球温暖化係数の小さいガスを使用したことを特徴とする請求項１乃至８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】
本発明は、電力送電システムにおいて電流開閉を行うガス遮断器であって、小形かつ高い絶縁性を確保する技術の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガス遮断器は、電力送配電システムにおいて、電流開閉を行うスイッチの役割を果たす機器である。ここでは、７２ｋＶ以上の高電圧送電系統の保護用開閉器として広く使用されているパッファ形ガス遮断器を例にとって説明する。
【０００３】
図７は、従来のガス遮断器の容器軸方向の断面構造図であり、図８は、容器の軸方向に直交する断面の構造図である。図７に示される各部品は基本的に同軸円筒形状である。また、図７において、中心線の上半分と下半分とは異なる状態を示すものであり、上半分は遮断器投入状態、すなわち通電状態を示しており、下半分は遮断動作中の状態を示している。
【０００４】
接地された金属からなる密閉容器１内には、絶縁ガスＡが充填されている。絶縁ガスＡとしては、絶縁性能およびアーク遮断性能（消弧性能）が非常に優れているＳＦ6 ガスが使用されることが多い。また、近年では、ＳＦ6 ガス（六弗化硫黄ガス）が高い地球温暖化作用を有することから、地球環境への影響を考え、ＳＦ6 ガスよりも地球温暖化作用の小さいガス、例えばＣＯ2 ガスなどを使用することも検討されている（非特許文献１）。
【０００５】
密閉容器１内には、固定通電接触子２ａと、固定アーク接触子２ｂと、固定フレーム２ｃ等で構成される固定接触子部２が設けられ、これが容器１に絶縁固定されている。また、可動通電接触子３ａ、可動アーク接触子３ｂ、絶縁ノズル３ｃ、パッファシリンダ３ｄが、駆動ロッド３ｅに取付けられ構成される可動接触子部３が、密閉容器１内に移動可能に、かつ容器から支持絶縁物１１ａにより絶縁支持され、さらに、固定接触子部２に対向して設置されている。対向配置された両接触子部は一般的に水平又は垂直に配置されるが、図７に示される接触子部は水平に配置した例である。
【０００６】
ここで、固定接触子部２は、密閉容器１および可動接触子部３と電気的に絶縁され、かつ可動接触子部３が投入可能なように両者の軸が合致した状態で固定保持されている必要がある。このためには、固定接触子部２は、一般的に、図７に示めされるように、筒状の絶縁物である絶縁筒１２により可動接触子部３と軸が合った状態で固定される（特許文献１参照）。あるいは、図９のように、支持絶縁物１１ｂにより、密閉容器１側に対して直接固定される場合もある。
【０００７】
このようなガス遮断器において、電流は、導体４ａ，４ｂと図示しないブッシングを介して外部に引き出される。可動接触子部３の可動は、駆動ロッド３ｅが、図示されていない絶縁操作棒を介して、駆動装置５内の可動部に連結されることにより達成される。
【０００８】
固定アーク接触子２ｂおよび可動アーク接触子３ｂは、遮断器投入時では接触導通状態にあり、遮断動作時においては相対移動により開離するように構成されている。
【０００９】
さらに、この動作とともに、固定されているピストン７がパッファシリンダ３ｄの内部空間を圧縮して同部の圧力を上昇させる。そして、パッファシリンダ３ｄ内に存在する絶縁ガスＡが高圧力のガス流８となり、ノズル３ｃによって整流されアーク接触子２ｂ，３ｂ間に発生したアーク６に対して強力に吹き付けられる。これにより、アーク接触子２ｂ，３ｂ間に発生した導電性のアーク６は消滅し電流は遮断される。
【００１０】
なお、以上の説明においては、固定接触子部２の構成要素である固定通電接触子２ａ、固定アーク接触子２ｂは動作しないものとしたが、可動接触子部３の動作に伴い、逆方向、すなわち図７および９の左向きに動作し、両者の相対的な開離速度を高める方式も存在する。
【非特許文献１】内井、河野、中本、溝口、「環境低負荷型７２ｋＶ級ＣＯ2 ガス遮断器モデルの開発」、電気学会論文Ｂ、１２４巻、３号、ＰＰ．４７６〜４８４、２００４年
【特許文献１】特開２０００−１１３７８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、接触子部が地面に対し横向きに配置されたガス遮断器において、図７に示すように絶縁筒１２により固定接触子部２を絶縁支持した場合、可動接触子部３の投入および遮断動作の繰り返しにより摺動部分から発生する金属異物２１が当該絶縁筒１２の内面に堆積し、両接触子間の絶縁性が低下する懸念があった。
【００１２】
また、このような金属異物２１が存在した場合においても十分な絶縁性を維持しようとすると、絶縁物の沿面方向の電界をあらかじめ低く抑えて設計する必要があった。このためには、沿面距離を長く取る、すなわち絶縁筒１２の軸方向長さを長く構成する必要があり、結果として、ガス遮断器を小形化するのが困難となっていた。
【００１３】
一方、図９に示すように支持絶縁物１１ｂにより、固定接触子部２を密閉容器１側から固定した場合、固定接触子部２と可動接触子部３は固体絶縁物ではなくガスで絶縁されるため、異物が停滞することもなく、安定した絶縁性を維持することができる。
【００１４】
しかしながら、この構成の場合、両接触子を保持する部分が互いに離れているため、両接触子の軸を合わせることが極めて難しかった。接触子の軸ずれは、投入時において接触子にかかる機械的衝撃が大きくなるなどの不具合の原因となり、結果として安定した品質を保つことが困難であった。
【００１５】
また、このような構成の場合、接触子の軸ずれ量は密閉容器１、支持絶縁物１１ａ、１１ｂなどの部品の加工精度に依存するため、軸ずれ量がばらつきが発生し、管理し難いという課題があった。
【００１６】
本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであり、その目的は、両接触子の軸を容易に合わせることができ、かつ小形でありながら高い絶縁性を確保することが可能なガス遮断器を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成するため、本発明は、密閉された容器内に絶縁ガスが充填されるとともに、第１の接触子部と第２の接触子部が対向して配置され、前記第１の接触子部と第２の接触子部とにはそれぞれ第１のアーク接触子と第２のアーク接触子とが設けられ、前記第１のアーク接触子と第２のアーク接触子とは通常運転時には接触導通状態にあり電流遮断動作時においては相対移動により開離するように構成され、前記第１の接触子部と第２の接触子部は筒状の絶縁物からなる絶縁筒により互いに絶縁保持されるよう構成されたガス遮断器において、前記絶縁筒の側面であって、前記第１のアーク接触子と第２のアーク接触子とが開閉動作により摺動する位置の近傍に開口部を設けたことを特徴とする
【００１８】
このような本発明のガス遮断器においては、第１のアーク接触子と第２のアーク接触子との開閉動作により摺動部分から金属異物が発生するが、この金属異物は、絶縁筒側面に設けられた開口部から排出され、絶縁筒内面に停滞することがない。したがって、ガス遮断器の小形化を維持しつつ、安定した絶縁性を維持することが可能となる。
【発明の効果】
【００１９】
以上のような本発明では、両接触子の軸を容易に合わせることができ、かつ小形でありながら高い絶縁性を確保することが可能なガス遮断器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明に係る代表的な実施形態について、図１〜図６を参照して具体的に説明する。
【００２１】
（１）第１の実施形態
（１−１）構成
本発明の第１の実施形態におけるガス遮断器について図１および図２を用いて説明する。図１は、ガス遮断器における密閉容器の軸方向の断面構造図であり、図２は同じく密閉容器１の軸に直交する方向の断面構造図である。なお、すでに説明した従来のガス遮断器と同一の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００２２】
本実施形態のガス遮断器の基本的な構成は、図７に示した従来のガス遮断器と同一であり、筒状の絶縁物である絶縁筒１２により可動接触子部３と軸が合った状態で固定されるタイプのガス遮断器である。このような本実施形態の特徴的構成は、絶縁筒１２の下側の側面であって、固定アーク接触子２ｂと可動アーク接触子３ｂとが開閉動作により摺動する位置の近傍に開口部２２を設けた点にある。
【００２３】
図２の断面図に示すように、この絶縁筒１２の円周方向に対する開口部２２の開口角度Ｑは６０°以上で構成し、開口部２２の軸方向の長さＬ（ｍ）は、両接触子部間に印加され得る最大の直流電圧をＵ（Ｖ）とした場合、「４×１０-8 ×Ｕ」以上となるような長さで構成する。また、開口部の縁２３は角張らず、丸く滑らかに形成している。
【００２４】
さらに、密閉容器１の開口部２２と対向する位置に、開口部２２よりも大きい面積からなる凹部２４が設けられ、金属異物２１が溜められるようになっている。また、この凹部２４には、蓋２５が着脱自在に取り付けられている。
【００２５】
（１−２）作用効果
［開口部及び凹部を設けた装置構成上の作用効果］
以上のような構成からなる本実施形態のガス遮断器においては、上述のとおり、可動接触子部３の投入および遮断動作の繰り返しにより摺動部分から金属異物２１が発生するが、この金属異物２１は、絶縁筒１２の下側側面に開口部２２が設けられているため、絶縁筒内面に停滞することがない。すなわち、金属異物２１は、開口部２２を通して落下し、その下の凹部２４の中に堆積される。
【００２６】
また、本実施形態においては、図２に示すように、開口部２２の開口角度Ｑを概ね６０°以上の開口角度を設けているため、開口部２２の開口角度Ｑを大きく構成することによる絶縁筒の機械的な強度が低下するという弊害を防止しつつ、絶縁筒１２内における金属異物２１の停滞を防止することができる。
【００２７】
一方、開口部２２の下に設けた凹部２４は、開口部２２より広い面積を確保して構成されているため、開口部２２を通じて落下した金属異物は漏れなく凹部２４の中に堆積されることとなる。
【００２８】
ここで、接地された金属である密閉容器１の内面に金属異物２１が堆積した場合、金属異物２１は密閉容器１内面の電界によって浮上し、浮上した金属異物が高電圧部に接触すると絶縁破壊が引き起こされる可能性がある。そこで、本実施形態においては、金属異物２１は凹部２４の中に堆積するが、凹部２４の中の電界は静電シールドの効果により低く抑えられているため、金属異物２１が浮上し不具合を生じることは無い。
【００２９】
また、開口部の縁２３は角張らず、丸みを付けて成形することで、開口部の縁部分に電界の集中を避けることができるのみならず、絶縁物に荷重がかけられた際の応力の集中を避けることができ、機械的な信頼性も確保することができる。
【００３０】
また、従来のガス遮断器においては、電流遮断を行うと、アーク接触子がアークにより溶損するため、定期的に、あるいは遮断した電流量に応じて、アーク接触子を点検し、必要であれば交換することが必要であるが、本実施形態では、この凹部２４に、開閉可能な蓋２５を設けたため、蓋２５を開けた部分から開口部２２を通じてアーク接触子の状態を容易に点検、交換することが可能である。また、凹部２４に堆積した金属異物２１は、蓋２５を開放することで容易に回収除去することができる。
【００３１】
なお、本実施形態のガス遮断器では、筒状の絶縁物である絶縁筒１２により可動接触子部３と軸が合った状態で固定されるタイプで構成しているため、ガス遮断器の両接触子部を互いに離れた支持絶縁物ではなく、絶縁筒により保持することができる。よって、組立て時において、接触子の軸を安定かつ容易に合わせることができる。
【００３２】
［開口部を設けた場合の電界分布について］
ここで、図３と図４を用いて、ガス中に置かれた固体絶縁物の両端に交流電圧、すなわち通常運転時の電圧が印加された場合の電位分布の例を示す。図３は、絶縁筒１２に開口部を設けない場合の電位分布を示し、図４は、絶縁筒１２に開口部２２を設けた場合を電位分布を示す。また、図３及び図４において、固体絶縁物３２は絶縁筒１２に、両端の電極３１は接触子に相当し、等電位線３３の密な部分では電界が高く、疎な部分では電界が低いことを示している。
【００３３】
図３と図４との対比からわかる通り、図４の固体絶縁物３２に開口部を設けた場合には、固体絶縁物３２の沿面方向の電界が、図３の開口部なしの場合に比較して低くなる、すなわち等電位線３３が疎になっている。一方、図４に表れるように、開口部のガスギャップにおける電界は高く、すなわち等電位線３３が密になるものの、一般的にガスの耐電圧性は、固体絶縁物沿面における耐電圧性に比べて高い。
【００３４】
このようなことから、本実施形態においては、絶縁筒１２に開口部２２を設けて固体絶縁物沿面の電界を低く抑えることで、両電極３１間の絶縁性を飛躍的に高めることができる。すなわち、印加される電界が同一であれば、両電極３１間の距離を短くすることができ、結果として高い絶縁性を維持したまま全体を小形化することが可能である。
【００３５】
以上のように、本実施形態におけるガス遮断器においては、開口部２２により金属異物２１が停滞する可能性が低くなることに加え、たとえ開口部２２の周辺に金属異物２１が停滞してしまった場合でも、開口部２２周辺の電界は低く抑えられているため、十分高い絶縁性を維持することができる。
【００３６】
ところで、絶縁筒１２には通常運転時における交流電圧以外にも、直流電圧、すなわち一定電圧が長時間にわたって印加される場合がある。この場合、電位分布はガスおよび固体絶縁物の抵抗率により決定される。
【００３７】
図５は、図４と絶縁筒１２及び開口部の構成を全く同じにして、直流電圧が十分長時間印加された後、すなわち完全に直流場に遷移した後の電位分布を示したものである。一般にガスは、固体絶縁物に比べ抵抗率がはるかに高いため、図５に示すように直流場においては、固体絶縁物の開口部におけるガスギャップに電界が集中する。したがって、直流電圧の印加を想定した場合においても十分高い絶縁性を維持するためには、当該開口部のギャップ距離はある程度の長さを確保し、電界は概ね２５ＭＶ／ｍ以下に抑える必要がある。
【００３８】
そこで、本実施形態のガス遮断器では、両接触子部間に印加されうる最大の直流電圧をＵ（Ｖ）とした場合、絶縁筒１２の開口部２２の軸方向の長さＬ（ｍ）を「４×１０-8 ×Ｕ」以上となるように構成することで、直流電圧の印加を想定した場合においても十分高い絶縁性を維持することができる。
【００３９】
以上示したとおり、本実施形態によれば、接触子の軸を安定かつ容易に合わせることができ、かつ小形でありながら高い絶縁性を確保することが可能なガス遮断器を提供することができる。また、アーク接触子を容易に点検、交換することが可能である。
【００４０】
（２）第２の実施形態
（２−１）構成
本発明の第２の形態を図６を用いて説明する。図６において、中心線の上半分と下半分とは異なる遮断器の構成を示すものであり、中心線より上側には第１の実施形態において説明したガス遮断器の遮断動作中の状態を表し、中心線より下側に本実施形態におけるガス遮断器の遮断動作中の状態を表す。なお、図において中心線より上側に表される第１の実施形態の構成においては、上述の通り本来、開口部を絶縁筒１２の下側に設けたものであるが、ここでは、本実施形態の構成と対比説明する便宜上、上側に開口部を示したものである。
【００４１】
図６に示す通り、本実施形態における基本的な構成は第１の形態と同様であるが、アーク６から絶縁筒１２の開口部２２に至る経路において、ガスの流れを妨げる覆い２７を設けた点に特徴を有する。具体的には、図６に示すように、ノズル３ｃの先端部に、ノズル３ｃの外周方向に向けて、円盤状に覆い２７を設けたものである。この覆い２７は、固定アーク接触子２ｂおよび可動アーク接触子３ｂが開離する際に、これらアーク接触子間に発生するアークと、絶縁筒１２の開口部２２との経路を遮る位置に設けられている。
【００４２】
なお、このノズル３ｃは、上述のとおり、固定アーク接触子２ｂおよび可動アーク接触子３ｂの遮断動作時における相対移動により開離し、両接触子２ｂ，３ｂ間にアーク６が発生する際、これに吹き付けられるパッファシリンダ３ｄ内からの高圧力のガス流８を、整流させるものである。
【００４３】
（２−２）作用効果
一般的にアークは非常に高温であり、特に大電流遮断時にアーク６へと吹付けられた絶縁ガスＡは高温、高圧のガスとなってノズル３ｃより排出される。高温のガスは密度が低いため、常温のガスにくらべて絶縁性が著しく低下していることが明らかになっている。
【００４４】
ここで、図１に示した第１の実施形態においては、絶縁筒１２に開口部２２があることで、ノズルから開口部２２へ至る高温ガスの流れ２６が生じ易い。このため、絶縁筒１２の沿面及び通電接触子２ａ、３ａ間の絶縁性が低下する恐れがあった。
【００４５】
そこで、本実施形態のガス遮断器では、ノズル３ｃの先端部に、ノズル３ｃの外周方向に向けて、覆い２７を設けたことで、絶縁筒１２に開口部２２を設けた場合においても、開口部２２へ至る高温ガスの流れ２６を抑制することができ、絶縁性の低下を防止することができる。
【００４６】
以上の通り、本実施形態によれば、第１の実施形態における効果に加え、絶縁筒１２の開口部２２側に流れ込む高温ガスにより絶縁性が低下するのを防止することができ、さらに品質の高いガス遮断器を提供することができる。
【００４７】
（３）他の実施形態
本発明は、上記のような実施形態に限定されるものではなく、例えば以下の態様も含むものである。すなわち、上記実施形態においては、絶縁ガスＡとしてＳＦ6 ガスを用いて構成しているが、本発明では、ＳＦ6 ガスに限られず、これよりも地球温暖化係数の小さいガスを使用することも可能である。例えば絶縁ガスＡとしてＣＯ2 ガスを用いたものである。
【００４８】
ここで、密閉容器１に封入する絶縁ガスとしては、絶縁および消弧性能に優れたＳＦ6 ガスを使用することが多い。しかしながら、ＳＦ6 ガスはＣＯ2 ガスの２３，９００倍の地球温暖化作用を有するといわれており、その使用を削減することが望まれている。
【００４９】
しかしながら、ＳＦ6 ガスに比べて環境への影響が小さいガス、例えば空気、Ｎ2 ガス、ＣＯ2 ガスなどを代替として使用すると、ガス自身の絶縁性能がＳＦ6 ガスよりも劣るため、絶縁筒沿面の絶縁性が低下する懸念があった。逆に、代替ガスを使用した場合においても絶縁筒沿面の十分な絶縁性を維持しようとすると、絶縁物の沿面方向の電界をあらかじめ低く抑えて設計する、つまり絶縁筒１２の軸方向長さを長くする必要があり、結果としてガス遮断器を小形化するのが困難であった。
【００５０】
本発明においては、第１及び第２の実施形態で示したガス遮断器の構成を採用することにより、絶縁ガスとして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、絶縁筒沿面の絶縁性の低下、およびガス遮断器の大形化を防ぐことが可能となる。これにより、本発明では、地球温暖化への影響が低減され、かつ、小形で品質の高いガス遮断器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の第１の実施形態におけるガス遮断器の軸方向の断面構造図。
【図２】本発明の第１の実施形態におけるガス遮断器の軸直交方向の断面構造図。
【図３】本発明の第１の実施形態におけるガス遮断器の作用を示す開口部を設けない場合の絶縁物周辺の電位分布を示す模式図。
【図４】本発明の第１の実施形態におけるガス遮断器の作用を示す開口部を設けた場合の絶縁物周辺の電位分布を示す模式図。
【図５】本発明の第１の実施形態におけるガス遮断器の作用を示す開口部を設けた場合の絶縁物周辺の直流場電位分布を示す模式図。
【図６】本発明の第２の実施形態におけるガス遮断器の軸方向断面構造図。
【図７】従来のガス遮断器の軸方向断面構造図。
【図８】従来のガス遮断器の軸直交方向断面構造図。
【図９】従来のガス遮断器の軸方向断面構造図。
【符号の説明】
【００５２】
１…密閉容器
２…固定接触子部
２ａ…固定通電接触子
２ｂ…固定アーク接触子
２ｃ…固定フレーム
３…可動接触子部
３ａ…可動通電接触子
３ｂ…可動アーク接触子
３ｃ…ノズル
３ｄ…パッファシリンダ
３ｅ…駆動ロッド
４ａ、４ｂ…導体
５…駆動装置部
６…アーク
７…ピストン
８…ガス流
９…接触子部
１１ａ、１１ｂ…支持絶縁物
１２…絶縁筒
２１…金属異物
２２…開口部
２３…縁
２４…凹部
２５…蓋
２６…高温ガスの流れ
２７…覆い
３１…電極
３２…固体絶縁物
３３…等電位線
Ａ…絶縁ガス
Ｌ…開口部ギャップ長
Ｑ…開口角度
【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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