(57)【要約】【課題】パッファ室のガス圧力を電流零点時にも遮断に必要十分な大きさに維持する。【解決手段】ガス遮断器の熱パッファ装置と開離コンタクト間のアーク領域との間に位相制御弁装置を設け、遮断電流の位相に基づいたタイミングで開放し、電流零点においても熱パッファ装置内のガス圧力を維持するようにしたガス遮断器。位相制御弁装置は、軸方向あるいは周方向に移動してガス連通路の開口部を開閉する環状板部材を備え、環状板部材はガス通路開口部を常時閉じるよう偏倚させて逆止弁としても良い。【効果】電流零点で消弧に必要なガス圧力が維持でき遮断が確実であり、小型になる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁ガスを封入した密閉容器と、
上記密閉容器内に設けられた第１のコンタクトと、
上記第１のコンタクトに対して相対的に開離して間にアーク領域を形成する第２のコンタクトと、
上記第２のコンタクトを相対的に駆動して離接させる操作装置と、
上記アーク領域を囲むノズルと、
上記ノズルに連通し、開極時に上記絶縁ガスを上記アーク領域内のアークに吹き付けるパッファ装置と、
遮断すべき電流が発生したとき開極指令を発生する開極指令装置とを備えたガス遮断器において、
上記パッファ装置と上記アーク領域との間に設けられた位相制御弁装置と、
上記位相制御弁装置を遮断電流の位相に基づいたタイミングで開放し、もって電流零点においても上記パッファ装置内の上記絶縁ガスの圧力が消弧に有効な圧力に維持されるようにした位相制御弁装置操作装置とを備えたことを特徴とするガス遮断器。
【請求項２】
上記パッファ装置が、上記アーク領域に上記位相制御弁装置を介して連通した熱パッファ室と、上記熱パッファ室に連通した機械パッファ室と、上記第２のコンタクトを貫通して上記アーク領域に連通し、上記熱パッファ室に逆止弁を介して連通した蓄圧空間と、
上記第２のコンタクトを囲む中空円筒形のガイドと、上記ガイド周囲で上記熱パッファ室に形成された開口部を持ち、上記熱パッファ室を上記アーク領域へ連通させる連通路と
を備えたことを特徴とする請求項１記載のガス遮断器。
【請求項３】
上記位相制御弁装置が、内周縁部で上記ガイド上を軸方向に摺動し、外周縁部で上記熱パッファ室の上記開口部に対して離接して上記連通路を開閉する環状板部材を備えていることを特徴とする請求項２記載のガス遮断器。
【請求項４】
上記開口部が、上記ガイド周囲に部分的な開口を持ち、
上記位相制御弁装置が、上記連通路の上記開口部に対応した開口を持ち、上記連通路上を周方向に摺動して上記開口部の上記開口に上記開口を重ね合わせあるいはずらして上記連通路を開閉する環状板部材を備えていることを特徴とする請求項２記載のガス遮断器。
【請求項５】
上記位相制御弁装置が、上記開口部を常時閉じる方向に上記環状板部材を偏倚するバネを有する逆止弁を備えたことを特徴とする請求項３記載のガス遮断器。
【請求項６】
上記パッファ装置が、上記アーク領域に上記位相制御弁装置を介して連通した熱パッファ室と、上記熱パッファ室に連通した機械パッファ室と、上記第２のコンタクトを囲む中空円筒形のガイドと、上記ガイド周囲で上記熱パッファ室に形成された開口部を持ち、上記熱パッファ室を上記アーク領域へ連通させる連通路と、上記位相制御弁装置が、上記開口部を常時閉じる方向に上記環状板部材を偏倚するバネを有する逆止弁とを備えたことを特徴とする請求項１記載のガス遮断器。
【請求項７】
上記位相制御弁装置が、内周縁部で上記ガイド上を軸方向に摺動し、外周縁部で上記熱パッファ室の上記開口部に対して離接して上記連通路を開閉する環状板部材を備えていることを特徴とする請求項６記載のガス遮断器。
【請求項８】
上記第１のコンタクトが固定側であり、上記第２のコンタクトが可動側であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項記載のガス遮断器。
【請求項９】
上記第２のコンタクトが可動側であり、上記第１のコンタクトが固定側であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項記載のガス遮断器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、位相制御により消弧ガスの吹き付けタイミングを制御するガス遮断器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の位相制御ガス遮断器においては、例えば特許文献１に記載されているように、遮断器本体内部における蓄圧空間のガス圧力がガスの種類に応じて設定される閾値以上に上昇した期間に、遮断すべき電流零点を迎えるようなタイミングで遮断器本体の開極指令を与えるような開極指令設定装置が設けられている。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−６７７１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような位相制御ガス遮断器にあっては、ガス遮断器を開極するのに必要な操作装置は、本体内部のパッファと称される蓄圧空間の消弧ガスを、アークからの熱入力による圧力反力に抗して圧縮を行うことにより実現され、そのような反力に対抗して圧力を制御するために大きな操作力の操作装置を用いる必要がある。しかしながらそのような操作装置は駆動のばらつきが大きくなることが考えられ、それらを小さく抑えて電流位相に同期させて制御することは難しく、また、遮断器は通常３相遮断器であるが、このような高精度の制御を行うには、各相を独立に駆動する３つの大型の高精度操作装置が必要となる。
【０００５】
また、操作装置により機械的な圧縮を行う蓄圧空間である機械パッファをまったく持たず、アーク熱によってのみ蓄圧を行う熱パッファのみを持つ遮断器や、熱パッファに補助的な手段として小電流を遮断するときにのみ用いる機械パッファを併用しているようなガス遮断器に対しては、アーク電流の時間変化によって圧力が変動するため蓄圧空間の圧力を遮断に必要な十分な圧力として電流零点時まで保持し、電流零点において放圧するというように時間的に制御することは困難であった。
【０００６】
この発明は、上述のような問題点を解決するためになされたものであり、その目的は遮断性能および位相制御機能を向上させた安価なガス遮断器を得ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明のガス遮断器は、絶縁ガスを封入した密閉容器と、上記密閉容器内に設けられた第１のコンタクトと、上記第１のコンタクトに対して相対的に開離して間にアーク領域を形成する第２のコンタクトと、上記第２のコンタクトを相対的に駆動して離接させる操作装置と、上記アーク領域を囲むノズルと、上記ノズルに連通し、開極時に上記絶縁ガスを上記アーク領域内のアークに吹き付けるパッファ装置と、遮断すべき電流が発生したとき開極指令を発生する開極指令装置とを備えたガス遮断器において、
上記パッファ装置と上記アーク領域との間に設けられた位相制御弁装置と、
上記位相制御弁装置を遮断電流の位相に基づいたタイミングで開放し、もって電流零点においても上記パッファ装置内の上記絶縁ガスの圧力が消弧に有効な圧力に維持されるようにした位相制御弁装置操作装置とを備えたことを特徴とするガス遮断器である。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、ガス遮断器の蓄圧空間からアークへのガス吹き出し口に、系統の電流位相に同期して開閉を行う位相制御弁が設けてあるので、蓄圧空間の圧力を遮断に必要な十分な圧力として電流零点時まで保持し、電流零点において放圧するというように時間的に制御する効果を奏するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１〜図３には本発明のガス遮断器の実施の形態を示し、図１はガス遮断器の全体を示すための概略図であり、図２は図１のガス遮断器本体の詳細を示す概略断面図、そして図３は図１のガス遮断器の動作を説明するグラフである。
【００１０】
図１において、本発明のガス遮断器はガス遮断器本体１と、このガス遮断器本体１が接続された導体の電流を検出する電流検出器２と、電流検出器２からの電流検出結果に応じて遮断すべき電流が発生したとき開極指令を発生する開極指令装置３とを備えている。
【００１１】
ガス遮断器本体１は、絶縁ガスを封入した密閉容器４と、この密閉容器４内に設けられた固定コンタクトである第１コンタクト５と、固定の第１コンタクト５に対して開離して間にアーク領域６を形成する可動コンタクトである第２コンタクト７と、開極指令装置３からの開極指令を受けて可動の第２コンタクト７を駆動して固定の第１コンタクト５から開離させたり復旧作業により閉成させるなどして離接させる操作装置８と、開極指令装置３からの動作指令を受けて動作し、遮断電流の位相に基づいたタイミングで開放される位相制御弁装置９とを備えている。
【００１２】
図２において、ガス遮断器本体１は、アーク領域６を囲むノズル１１と、このノズル１１に連通し、可動の第２コンタクト７に取り付けられて共に作動し、開極時に絶縁ガスをアーク領域６内で開極した第１および第２コンタクト５および７間に形成されるアーク１２に吹き付けるパッファ装置１３とを備えている。
【００１３】
パッファ装置１３とアーク領域６との間には位相制御弁装置９が設けられていて、この位相制御弁装置９は遮断電流の位相に基づいたタイミングで開放する位相制御装置１４（図１参照）によって操作されるようにされ、後に詳述するように、電流零点においてもパッファ装置１３内の絶縁ガスの圧力が消弧に有効な圧力に維持されるようにしてある。
【００１４】
パッファ装置１３においては、ロッド状の第１コンタクト５に対して離接するほぼ環状の第２コンタクト７が、中空円筒管１５によって支持されており、中空円筒管１５は中空円筒管１５よりも径が大きくされ、内部に蓄圧空間１６を形成した円筒形の蓄圧容器１７に接続されて支持されている。第２コンタクト７と中空円筒管１５との外側には中空円筒形のガイド１８が設けられていて、蓄圧容器１７に接続されている。ガイド１８と蓄圧容器１７とは互いに固着され、連通しているので、第２コンタクト７は蓄圧空間１６に連通したガイド１８内部に中空円筒管１５によって支持されていると言える。
【００１５】
このように互いに接続されたガイド１８と蓄圧容器１７との外側には、環状の隔壁１９によって支持された中空円筒形部材であるシリンダ２０が設けられている。シリンダ２０の隔壁１９に対してコンタクト５および７から遠い側には、蓄圧容器１７の周囲に環状空間が形成されていて、その中に環状のピストン２１が挿入され、そこに機械パッファ室２２が形成されている。ピストン２１はロッド２３によって図示してない固定の支持構造に支持されていて、シリンダ２０が第２コンタクト７と共に動くのに対して固定である。
【００１６】
シリンダ２０の隔壁１９からコンタクト側に延びた部分の内部にはガイド１８の周囲に熱パッファ室２４が形成されている。シリンダ２０のコンタクト７に近い部分はシリンダ２０の円筒壁２５から周方向内側に環状の端壁２６が延びていて、端壁２６の内周縁とガイド１８との間には環状の吹き出し口である開口部２７が形成されている。端壁２６の内周縁にはまたノズル１１が接続されていて、ガイド１８とノズル１１との間に開口部２７を持ち、熱パッファ室２４をノズル１１内のアーク領域６へ連通させる連通路２８が形成されている。
【００１７】
パッファ装置１３はさらに、熱パッファ室２４と機械パッファ室２２とを連通させる逆止弁２９を備えていて、機械パッファ室２２内の絶縁ガスの圧力がピストン２１により圧縮されて所定値以上になったときに、機械パッファ室２２内の絶縁ガスを熱パッファ室２４に流せるようにしてある。
【００１８】
また、環状の第２コンタクト７内を貫通して延びてアーク領域６に連通した蓄圧空間１６は、熱パッファ室２４に逆止弁３０を介して連通している。また蓄圧容器１７は、背後に圧力調整弁３１を持っていて蓄圧空間１６の圧力調整ができるようにしてある。
【００１９】
位相制御弁装置９は、端壁２６とガイド１８との間の環状の開口部２７を閉じるようにシリンダ２０の端壁２６に沿って延びた環状板部材３５を備えている。この環状板部材３５は、内周縁部でガイド１８上を軸方向に摺動し、外周縁部で熱パッファ室２４の内側から開口部２７に対して離接して連通路２８を開閉するものである。位相制御弁装置９は、また一端で環状板部材３５に連結されて端壁２６を軸方向に可動に貫通して延びて他端が熱パッファ室２４の外部に出たロッド３６と、ロッド３６の他端に連結されてロッド３６を軸方向に駆動する電磁駆動装置３７とを備えている。
【００２０】
このように構成されたガス遮断器において、遮断すべき電流の発生は電流検出器２によって検出され、開極指令装置３がガス遮断器本体１の操作装置８に遮断指令を発する。操作装置８は、第２コンタクト７を第１コンタクト５から開離させ、同時にパッファ装置１３を駆動させ、熱パッファ室２４、ノズル１１、ガイド１８、中空円筒管１５、蓄圧空間１６、逆止弁３０、圧力調整弁３１、パッファシリンダであるシリンダ２０、位相制御弁装置９および逆止弁２９を一体として駆動する。
【００２１】
第２コンタクト７と第１コンタクト５が開離すると、その間にアーク１２が発生する。アーク１２による熱が第２コンタクト７の内部を通り中空円筒管１５を介して、蓄圧空間１６に流入する。蓄圧空間１６の圧力は上昇して熱パッファ室２４の圧力より高くなるため逆止弁３０が開きガスが熱パッファ室２４流入する。過剰な圧力上昇は圧力調整弁３１の動作圧力で制御される。熱パッファ室２４にガスが流入することで熱パッファ室２４の圧力も上昇する。遮断する電流がある一定以上の遮断電流値である場合には機械パッファ室２２において圧縮されたガスよりも高い圧力となり、その場合には逆止弁２９は開かない。
【００２２】
従って、機械パッファ室２２の内部ガスを圧縮する力としては逆止弁２９がないことにより熱が機械パッファ室２２に流れ込む場合に比べて小さな力でよい。また逆に、ある一定以下の遮断電流値である場合には機械パッファ室２２の圧力によって熱パッファ室２４の圧力上昇を補助することができる。
【００２３】
ところで、交流電流が半サイクルのなかのピークを越えて減少する過程においてはアーク１２から蓄圧空間１６への熱の流入も小さくなり蓄圧空間１６の圧力は減少しはじめる。蓄圧空間１６の圧力が熱パッファ室２４の圧力よりも小さくなった場合には逆止弁３０が閉じるため熱パッファ室２４の圧力は減少しないので、ある一定の圧力以上を保持して電流零点を迎えることになる。以下で説明するように位相制御装置１４からの動作指令を受けて電磁駆動装置３７が環状板部材３５を駆動して位相制御弁装置９を開くと、熱パッファ室２４の高圧力によって消弧ガスが開口部２７を通って連通路２８から流出してアーク１２に吹き付けられ、電流零点において消弧が行われる。
【００２４】
一方、位相制御装置１４は内部にプログラマブルなマイクロコンピュータを備えており、電流検出器２から得た交流電流のデータから、振幅、位相、直流分などを取得して電流波形を求め、遮断ポイントとなる電流零点のタイミングを予測したり、半サイクルごとに来る電流零点の時間位置を検出したりするなどして、遮断ポイントとなる電流零点のタイミングを予測し、その予測した遮断ポイントのタイミングと予め求めておいた位相制御弁装置９が開くのにかかる時間やノズルの吹き出し口から吹き付け口を通ってアーク６へ吹き付ける流れが消弧にとって十分なものになるまでの時間から弁を開く動作開始の指令を出力するタイミングを求めて、そのタイミングが到来したときに弁を開く指令を電磁駆動装置３７に出力する。
【００２５】
このように構成すれば、電流位相に同期して位相制御弁装置９を駆動できるので図３に示すように熱パッファ室２４の圧力を遮断に必要な程度に保持して、消弧することができ、消弧性能が向上したガス遮断器を得ることができる。
【００２６】
また、このような位相制御弁装置９を設けた消弧室を３相分用いれば、操作装置８は３台の消弧室に対して１つあればよい、各相の位相制御弁装置９と、それを駆動する小型の電磁駆動装置３７のみを各相に設けることで各相それぞれの電流零点において消弧性能の高い遮断器を得ることができる。
【００２７】
ところで蓄圧空間１６は図１では熱パッファ室２４に匹敵するような大きさで示されているが、必要な圧力が得られる場合には中空円筒管１５あるいはガイド１８と同様な径であってもよい。また、遮断器を適用する遮断電流定格によって過剰な圧力上昇がない場合には圧力調整弁３１がなくてもよい。さらに、熱パッファ室２４のみの圧力で小電流遮断においても十分な消弧性能が得られる場合には、機械パッファ室２２は不要となり、パッファピストンであるピストン２１はなくてもよい。
【００２８】
以上のように、この発明によれば、ガス遮断器本体１の蓄圧空間１６からアーク１２へのガス流路の開口部２７に、系統の電流位相に同期して開閉を行う位相制御弁装置９が設けてあるので、図３に示すように、蓄圧空間の圧力を遮断に必要な十分な圧力として電流零点時まで保持し、電流零点において放圧するというように時間的に制御することができ、電流零点においてパッファ室に消弧に十分な圧力を維持できるので、遮断性能および位相制御機能を向上させた安価なガス遮断器を得ることができる。
【００２９】
実施の形態２．
図４に示すガス遮断器本体１においては、アーク１２によりアーク領域６の高温ガスの圧力が熱パッファ室２４の圧力よりも高くなったときに、アーク１２から熱パッファ室２４へ高温ガスが流入することができるように、電磁駆動装置３７とは無関係に、環状板部材３５が連通路２８の開口部２７を閉じた閉位置と、開口部２７を開放した開位置とに移動できるようにしてあり、位相制御弁装置９が逆止弁の作用をするようしてある。また、図２の蓄圧空間１６および逆止弁３０、さらに圧力調整弁３１が設けられておらず、中空円筒形のガイド１８が連続的に延びた構造となっている。その他の構成は図２のガス遮断器本体１と同様である。
【００３０】
図示の例では、位相制御弁装置９は、シリンダ２０の端壁２６と環状板部材３５との間に設けられて、環状板部材３５を開口部２７を閉じる方向に偏倚する引っ張りバネ３９を備えている。また環状板部材３５と電磁駆動装置３７から延びたロッド３６との間の連結関係は、環状板部材３５がロッド３６に対して図で右方向に移動できるが、ロッド３６に対して図で左方向には移動できないようにしてある。このような構成により、アーク領域６の圧力が高くなったとき、引っ張りバネ３９が伸びて環状板部材３５が開口部２７から開離し、高圧の高温ガスが熱パッファ室２４内に流入できるようになる。熱パッファ室２４の圧力が高まって、引っ張りバネ３９が作用するようになると環状板部材３５が閉位置になる。
【００３１】
電磁駆動装置３７による開閉は、逆止弁作用における開閉とは関係なく行うことができ、引っ張りバネ３９を介して行っても良いし、ロッド３６とは別の駆動棒などを用いても良い。また圧縮ばねを用いることもできる。このように、この例においては、位相制御弁装置９が、開口部２７を常時閉じる方向に環状板部材３５を偏倚するバネ３９を有する逆止弁を備えているということができる。また、位相制御弁装置９が、内周縁部でガイド１８上を軸方向に摺動し、外周縁部で熱パッファ室２４に開いた開口部２７に対して離接して連通路２８を開閉する環状板部材３５を備えているということもできる。
【００３２】
このようにすると、アーク１２の熱を直接にアーク領域６から連通路２８を通って熱パッファ室２４に取り込むことができるので、図２に示す例のように熱パッファ室２４の圧力を上昇させるために蓄圧空間１６から熱パッファ室２４へ逆止弁３０によってガスを流入させる必要はなくなる。従って、図２の蓄圧空間１６および逆止弁３０、さらに圧力調整弁３１は不要であり、小型の消弧室を構成でき、ガス遮断器本体を小型にできる。
【００３３】
実施の形態３．
図５に示すのはガス遮断器本体１に用いられる位相制御弁装置９の別の例である。この例では、ガス遮断器本体１の熱パッファ室２４に向かって開いた連通路２８の開口部２７が、ガイド１８の周囲に部分的な開口４１を持っている。この部分的な開口４１は、互いに周方向に開口４１の直径よりも大きな距離だけ離間して設けられた複数の円形の穴である。開口部２７そのものをこのような断面形にすることもできるし、環状の開口部２７に円形の穴である開口４１を持った環状の板部材を取り付けて開口部２７の開口４１とすることもできる。
【００３４】
位相制御弁装置９の環状板部材４２は、連通路２８の開口部２７の開口４１に対応した数および形の開口４３を持ち、開口部２７の開口４１に、環状板部材４２の開口４３を重ね合わせると、アーク領域６と熱パッファ室２４とが連通した開位置となり、開口４１と４３とを互いにずらすと開口部２７が閉ざされた閉位置となる。
【００３５】
環状板部材４２の開位置および閉位置間の移動は、環状板部材４２を連通路２８の開口部２７上でガイド１８の回りに周方向に摺動させることにより行う。このために、環状板部材４２には周方向に延びた駆動ロッド４４が連結され、駆動ロッド４４には電磁駆動装置３７が連結されている。図５の位置では環状板部材４２の開口４３が開口部２７の開口４１の間に位置していて互いにずれた閉位置にある。電磁駆動装置３７が駆動ロッド４４を図で右方向に押せば、環状板部材４２の開口４３が周方向に右回りに移動して開口部２７の開口４１と重なり合い、開口部２７が開放された開位置となる。
【００３６】
このようにすると、熱パッファ室２４の圧力に抗して弁を開く必要がないので、位相制御弁装置の操作力が小さくてよく、より小さな力の電磁駆動装置３７を用いてもよいので小型の消弧室を構成でき、ガス遮断器本体を小型にできる。
【００３７】
実施の形態４．
図６に示すガス遮断器本体１においては、パッファ装置１３が取り付けられている第２のコンタクト７が固定された固定コンタクトであり、第１のコンタクト５が可動の可動コンタクトである。このため、操作装置８が操作ロッドを介してパッファ装置１３のピストン２１と可動コンタクトである第１コンタクト５とに連結されていて、パッファ装置１３と固定コンタクトである第２コンタクト７とは固定の構造材に強固に固定支持されている。
【００３８】
この例では、例えば図１乃至３に関連して説明したガス遮断器において操作装置８が開極動作を開始すると、固定の第１コンタクト５およびピストン２１以外の、パッファ装置１３を構成する部品が一体となって動かされる。図６に示すガス遮断器本体においては、これとは逆に、第１コンタクト５およびピストン２１が操作装置８によって駆動されるようにしてある。このような構成により、大がかりなパッファ装置１３全体を駆動するための力が操作装置８に不要になるだけでなく、位相制御弁装置９の電磁駆動装置３７が固定されているので機械的な安定を保つこともでき、精度の高い制御が可能になる。
【００３９】
これまで説明したそれぞれの実施の形態においては、電流零点において熱パッファ室２４に消弧に十分な圧力を維持できるという優れた効果とともに、それぞれの実施の形態特有の優れた効果が得られる。また、それぞれの実施の形態は別々な例として説明したが、のそれぞれの特徴を適宜任意に組み合わせて用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明のガス遮断器の概略図である。
【図２】図１のガス遮断器に使用できるガス遮断器本体の実施の形態を示す概略断面図である。
【図３】図１のガス遮断器の動作を示す時間の経過に対する電流の変化および熱パッファ室内の圧力の変化を位相制御弁装置無しの場合と比較して示したグラフである。
【図４】本発明のガス遮断器において位相制御弁装置に逆止弁作用を持たせた例を示す概略断面図である。
【図５】本発明のガス遮断器において位相制御装置の環状板部材が周方向に作動する例を示す概略図である。
【図６】本発明のガス遮断器においてパッファ装置側のコンタクトを固定側とした例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  ガス遮断器本体、２  電流検出器、３  開極指令装置、４  密閉容器、５  第１のコンタクト、６  アーク領域、７  第２のコンタクト、８  操作装置、９  位相制御弁装置、１１  ノズル、１２  アーク、１３  パッファ装置、１４  位相制御弁操作装置、１６  蓄圧空間、１８  ガイド、１９  隔壁、２０  シリンダ、２１  ピストン、２２  機械パッファ室、２４  熱パッファ室、２７  開口部、２８  連通路、３０  逆止弁、３５、４２  環状板部材、３７  電磁駆動装置、３９  バネ、４１、４３  開口。
【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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