(57)【要約】【課題】良好な遮断性能を有しながらもコンパクトであり、大容量かつ高電圧の開閉器を提供する。【解決手段】絶縁ノズル２６のスロート部Ｓ４にガス流路調節機構４１が配設されている。ガス流路調節機構４１は複数枚の絞り羽４２と、絞り羽４２を固定、制御する制御リング４３とを備え、写真機などに使用されているいわゆる虹彩絞り構造となっている。複数枚の絞り羽４２は互いに摺動可能であり、絞り羽４２により囲まれた領域が絶縁ノズル２６のスロート部Ｓ４となり、同部が消弧性ガスの少なくとも一つのガス流路となる。【選択図】　図１
2004039312.tif 000002
【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第１接触子および第２接触子を対向して配置し、前記第１接触子および第２接触子は通常運転時は接触導通状態にあり、開極動作時は相対移動しつつ開離すると共に両接触子間の空間として定義されるアーク空間にアークを発生するように構成し、前記アークを消弧せしめる消弧性ガスのガス流発生手段を設け、前記ガス流発生手段は少なくとも１つの蓄圧空間と、前記蓄圧空間の圧力を上昇せしめる少なくとも１つの圧力上昇手段と、前記蓄圧空間と前記アーク空間を結ぶ少なくとも１つの上流側ガス流路と、前記アーク空間と密閉容器内の充填圧と同圧力の空間として定義される下流空間を結ぶ少なくとも１つの下流側ガス流路とを有し、前記アーク空間を取り囲むように絶縁ノズルを設け、前記絶縁ノズル内部の少なくとも一部は前記消弧性ガスのガス流路となる開閉器において、
前記絶縁ノズル内部のガス流路断面積が前記接触子の開極動作と共に縮小し、前記接触子の閉極動作と共に拡大するように構成したことを特徴とする開閉器。
【請求項２】
前記絶縁ノズルは互いに摺動が可能な複数の絶縁部材からなり、
前記絶縁部材を互いに摺動させて前記絶縁部材が取り囲む領域の大きさを変化させるガス流路調節機構を備えたことを特徴とする請求項１に記載の開閉器。
【請求項３】
前記絶縁ノズル内部のガス流路を取り囲む部分は、温度に対する線膨張係数が負である材料からなることを特徴とする請求項１または２に記載の開閉器。
【請求項４】
前記温度に対する線膨張係数が負である材料は、繊維状に形成されたプラスチックであることを特徴とする請求項３に記載の開閉器。
【請求項５】
前記圧力上昇手段の少なくとも１つは、アーク部において発生する熱エネルギーによることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の開閉器。
【請求項６】
前記消弧性ガスは、ＳＦ６ガスよりも地球温暖化係数が低いガスのうちの１種類の純粋ガス、または２種類以上の混合ガス、または少なくとも１種類以上のガスとＳＦ６ガスとの混合ガスであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の開閉器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電流を遮断する機能を有する開閉器に係る。
【０００２】
【従来の技術】
電流遮断機能を有する開閉器には、使用目的あるいは必要とされる機能に応じて断路器や遮断器など様々なものが存在する。例えば、７２ｋＶ以上の高電圧送電系統の保護用開閉器としてパッファ型のガス遮断器が従来より知られている。このパッファ型ガス遮断器を例に取って、従来の技術を具体的に説明する。図１０〜図１３は従来のパッファ型ガス遮断器の一例を示す断面図であり、図１０は閉極状態を、図１１は開極動作初期の状態を、図１２は開極動作終了直後の状態を、図１３は開極動作終了後電流零点に至った状態をそれぞれ示している。
【０００３】
パッファ型ガス遮断器には、消弧性ガスが充填された容器（図示せず）が設けられ、この容器内に固定接触子部１０として定義される第１接触子部、可動接触子部２０として定義される第２接触子部が対向配置されている。消弧性ガスとしては、アーク遮断性能および電気絶縁性能ともに優れたＳＦ６ガスが使用されることが通常である。なお、以下、可動接触子部２０の位置関係について、固定接触子部１０側の方向を前方、その反対側を後方と定義して説明する。
【０００４】
固定接触子部１０は、固定アーク接触子１１とその周囲に配置された固定通電接触子１２から構成されている。固定通電接触子１２には導体１３が固定されており、図示していないガス遮断器の口出し部に接続される。一方、可動接触子部２０は、中空の操作ロッド２１とこの操作ロッド２１の周囲に配置されて前端部で操作ロッド２１に連結されたフランジ２２、フランジ２２の後方に連結されたパッファシリンダ２３、フランジ２２の前方に連結された中空かつ指状の可動アーク接触子２４とその周囲に配置された可動通電接触子２５、可動アーク接触子２４を包囲する絶縁ノズル２６、およびパッファシリンダ２３内に挿入された固定ピストン２７から構成されている。固定ピストン２７はフランジ１４に固定されている。また、フランジ１４には通電部２８が固定されており、パッファシリンダ２３と接触通電および摺動通電可能になっている。また、フランジ１４には導体２９が固定されており、図示していないガス遮断器の口出し部に接続されている。
【０００５】
以上のような可動接触子部２０のうち、操作ロッド２１は、図示していない駆動装置によって、その軸方向に往復運動するように構成されており、その中程にその中空部と充填ガス雰囲気空間とを連通する複数の連通穴２１ａが形成されている。また、可動アーク接触子２４と絶縁ノズル２６との間には、パッファシリンダ２３内部の圧縮空間Ｓ１で圧縮された消弧性ガスをガス流として、フランジ２２に設けられた連通穴２２ａを経てアーク空間Ｓ２に導くための上流側ガス流路Ｓ３が設けられている。
【０００６】
なお、前記絶縁ノズル２６は独立した一体部品である。そのため、開極動作および閉極動作に関係無く、その形状が変化することはない。また、閉極状態では固定アーク接触子１１は絶縁ノズル２６内部に入り込むようになっている。したがって、絶縁ノズル２６の最小断面積部であるスロート部Ｓ４の径は、固定アーク接触子１１の径よりも必ず大きくなるように構成されている。
【０００７】
さらに、固定ピストン２７は円形平板状に形成されており、その内周面で操作ロッド２１の外周面に対して摺動すると共に、その外周面でパッファシリンダ２３の内周面に対して摺動するように構成されている。この場合、固定ピストン２７は、その後方に一体的に設けられて軸方向に伸びるピストン支持部２７ａによって図示していない容器内に固定されている。そして、このように固定された固定ピストン２７に対し、操作ロッド２１とパッファシリンダ２３が一体的に移動することによりパッファシリンダ２３と固定ピストン２７が相対移動し、それによってパッファシリンダ２３内部に形成される圧縮空間Ｓ１が圧縮されるようになっている。
【０００８】
以上のような構成を有するガス遮断器の閉極時の通電状態について説明する。電流はガス遮断器の片側の口出し部から導入され、例えば、導体１３側から入り、固定通電接触子１２、可動通電接触子２５、フランジ２２、パッファシリンダ２３、通電部２８、フランジ１４および導体２９を通って、ガス遮断器の反対側の口出し部から出ていく。
【０００９】
次に、開極動作について説明する。まず、開極動作途中の初期状態においては、操作ロッド２１が後方に移動しており、この操作ロッド２１を含む可動接触子部２０が一体的に移動している。図１１はこのような開極動作によって固定アーク接触子１１と可動アーク接触子２４が開離した後の状態を示しており、両アーク接触子１１、２４間のアーク空間Ｓ２には大電流アーク３０が発生している。ここで、パッファシリンダ２３内部の圧縮空間Ｓ１の圧力は、パッファシリンダ２３と固定ピストン２７との相対移動による機械的な圧縮作用によって昇圧されることになる。またこの時、大電流アーク３０によりアーク空間Ｓ２は高温高圧の状態にある。例えば大電流アーク３０の電流が５０ｋＡの場合、その温度は容易に１００００Ｋ以上に達する。このため、アーク空間Ｓ２は圧縮空間Ｓ１より圧力が上昇し、操作ロッド２１の内部空間から連通穴２１ａを経て圧縮空間Ｓ１に至るガス流３２ａが生じる。すなわち、大電流アーク３０のエネルギーのうちの一部が圧縮空間Ｓ１に取り込まれる。
【００１０】
このように開極動作が進むと、パッファシリンダ２３内部の圧縮空間Ｓ１は機械的な圧縮作用に加えて、熱的作用により昇圧される。このように圧縮空間Ｓ１が十分に昇圧された状態で、図１２に示すように開極動作がさらに進み、絶縁ノズル２６のスロート部Ｓ４が開口すると、可動アーク接触子２４と絶縁ノズル２６との間の上流側ガス流路Ｓ３から固定アーク接触子１１に向かって流れるガス流３２ｂが発生する。その一方で、可動アーク接触子２４の中空部から、操作ロッド２１に設けられた連通穴２１ａに向かって流れるガス流３２ｃも発生する。ただし、この段階ではアーク空間Ｓ２が径の大きな大電流アーク３０によりほぼ閉塞された状態にあるため、ガス流３２ｂ、３２ｃは弱い流れである。
【００１１】
さらに、図１３に示すように電流零点に達すると、大電流アーク３０は減衰し、残留アークプラズマ３１となって、圧力、密度及び温度が減少する。これにより絶縁ノズル２６のスロート部Ｓ４は十分に開口し、強力なガス流３２ｄ、３２ｅが発生し、これらの２方向のガス流３２ｄ、３２ｅによって、相乗的に強力に冷却されて消弧され、電流遮断が達成される。
【００１２】
ところで、ガス遮断器において電流通電容量を上げるためには固定アーク接触子１１の径を太くすることが重要である。また、高電圧化を図る場合、接触子１１，２４間で絶縁破壊の発生を避けるために、固定アーク接触子１１の径を太くして、接触子先端の電界値を低減させる必要があった。しかしながら前述した通り、閉極動作中、固定アーク接触子１１が絶縁ノズル２６のスロート部Ｓ４に当たることなく通過するように、接触子１１よりもスロート部Ｓ４の方を大きくしなくてはならない。したがって、前記蓄圧空間Ｓ１から見た下流側の流路断面積は増大することになる。このため、固定アーク接触子１１の径を太くすれば、蓄圧空間Ｓ１の圧力は上がり難くなって、遮断性能が低下するおそれがある。また、絶縁ノズル２６のスロート部Ｓ４におけるガス流量も増大するため、たとえ蓄圧空間Ｓ１の圧力が上昇したとしても、急速な圧力低下が起こり、アーク遮断可能期間を長く保つことが困難であった。
【００１３】
これらをまとめると、開閉器の電流遮断性能を向上させるためには、（１）蓄圧空間Ｓ１を高圧力に昇圧することと、（２）その圧力を長い期間維持することがポイントである。つまり、アークに消弧性ガスを吹付けてアークプラズマを消滅させ電流遮断を行う開閉器では、蓄圧空間Ｓ１の圧力と体積が電流遮断性能に対する重要なパラメータとなる。一方、通電容量を向上させるために、あるいは、極間絶縁性を向上させるために太いアーク接触子を採用した場合、必然的にノズルスロート径も大きくなるので、スロート部Ｓ４におけるガス流量が増大し、前記（１）、（２）を達成させることが難しかった。そこで従来では、蓄圧空間Ｓ１において圧縮エネルギーを高めて消弧性ガスの吹付け力を強めることにより、優れた電流遮断性能を確保している。また、蓄圧空間Ｓ１のガスボリューム体積を大きくしてガス容量を増大させ、これによってアーク遮断が可能な期間の長期化を図っている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、以上の従来技術には次のような問題点があった。すなわち、消弧性ガスを圧縮する蓄圧空間を有する開閉器において、優れた電流遮断性能を得るためには蓄圧空間のガス圧縮エネルギーおよびガス容量を増大させることが重要であるが、その反面、大きな駆動力が必要となり、駆動装置やパッファシリンダ２３の大型化を招いた。このため、遮断性能の向上とコンパクト化の両立が課題となっていた。特に、大容量・高電圧の開閉器では、アーク接触子の大径化に伴ってノズルスロート部におけるガス流量が増えるので、前記課題を解決することが急務となっていた。
【００１５】
さらに現在、消弧性ガスとしてＳＦ６ガスが広く使用されているが、ＳＦ６ガスの地球温暖化係数は２３，９００と非常に高いことが知られている。したがって、１９９７年１２月に開催された地球温暖化防止に関する京都会議（ＣＯＰ３）において温室効果ガスとして削減対象に指定された。しかしながら、ＳＦ６ガスは今のところ実用的に最も優れたアーク遮断媒体と認識されており、ＳＦ６に比べて地球温暖化係数が小さく環境にやさしい他の代替ガス、例えば空気、Ｎ２、ＣＯ２などをアーク遮断媒体として採用した場合、ＳＦ６ガスを使用した場合に比べて遮断性能は低下してしまう。また、ＳＦ６ガスよりも分子量が小さいガスを代替ガスとして用いた場合、ガス流速が速くなるため、蓄圧空間の圧力が早期に低下してしまうといった懸念がある。したがって、ＳＦ６と同等レベルのアーク遮断性能を得るためにはさらに強力な吹付け力が必要となり、この点からも機器の大型化が問題となっていた。
【００１６】
本発明は、以上の問題点を解消するために提案されたものであり、その目的は、良好な遮断性能を有しながらもコンパクトであり、大容量かつ高電圧の開閉器を提供することにある。また、本発明の他の目的は、地球環境への負荷を軽減し環境調和に適した開閉器を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、消弧性ガスが充填された密閉容器内に第１接触子および第２接触子を対向して配置し、前記第１接触子および第２接触子は通常運転時は接触導通状態にあり、開極動作時は相対移動しつつ開離すると共に両接触子間の空間として定義されるアーク空間にアークを発生するように構成し、前記アークを消弧せしめる消弧性ガスのガス流発生手段を設け、前記ガス流発生手段は少なくとも１つの蓄圧空間と、前記蓄圧空間の圧力を上昇せしめる少なくとも１つの圧力上昇手段と、前記蓄圧空間と前記アーク空間を結ぶ少なくとも１つの上流側ガス流路と、前記アーク空間と密閉容器内の充填圧と同圧力の空間として定義される下流空間を結ぶ少なくとも１つの下流側ガス流路とを有し、前記アーク空間を取り囲むように絶縁ノズルを設け、前記絶縁ノズル内部の少なくとも一部は前記消弧性ガスのガス流路となる開閉器において、次のような技術的な特徴を有している。
【００１８】
請求項１の発明では、前記絶縁ノズル内部のガス流路断面積が前記接触子の開極動作と共に縮小し、前記接触子の閉極動作と共に拡大するように構成したことを特徴としている。
以上のような請求項１の発明によれば、絶縁ノズル内部のガス流路断面積が接触子の開極動作に応じて縮小するため、電流遮断動作中に蓄圧空間の圧力は従来よりも高くなる。また、ガス流路断面積の縮小に伴って絶縁ノズルのスロート部におけるガス流量を抑制することができるため、蓄圧空間は高圧状態を長期間にわたって維持することが可能となる。したがって、たとえ太いアーク接触子を使用した大容量・高電圧の開閉器の場合でも、駆動力やガス容量を増大させることなく、優れた遮断性能を発揮可能である。これにより、良好な電流遮断性能とコンパクト化とを同時に果たすことができる。しかも、本発明では電流遮断時に絶縁ノズル内部で強制的にアーク径を絞り込むことができる。このため、アーク径が細くなってアークが速やかに消滅し易くなり、アーク遮断性能のさらなる向上が可能である。
【００１９】
一方、接触子の閉極動作時には、絶縁ノズル内部のガス流路断面積は拡大するため、再び接触子の径以上にまで絶縁ノズル内部が広がる。したがって、接触子が絶縁ノズルの内部に衝突することが無く、スムーズ且つ安全に閉極動作を行うことができる。
【００２０】
請求項２の発明では、請求項１に記載の開閉器において、前記絶縁ノズルは互いに摺動が可能な複数の絶縁部材からなり、前記絶縁部材を互いに摺動させて前記絶縁部材が取り囲む領域の大きさを変化させるガス流路調節機構を備えたことを特徴としている。
このような請求項２の発明によれば、請求項１の発明の持つ作用効果に加えて、ガス流路調節機構により絶縁ノズル内部のガス流路の大きさを機械的に自在に調整することができるため、絶縁ノズル内部のガス流路断面積の縮小および拡大を機械的に円滑に行うことができる。
【００２１】
請求項３の発明では、請求項１または２に記載の開閉器において、前記絶縁ノズル内部のガス流路を取り囲む部分は、温度に対する線膨張係数が負である材料からなることを特徴としている。
このような請求項３の発明では、絶縁ノズル内部のガス流路を取り囲む部分は温度に対する線膨張係数が負であるため、アークの高熱に曝されると、収縮することになり、ことともに絶縁ノズル内部のガス流路も縮小する。一方、接触子を閉極する際にはアークは既に消滅しているので、絶縁ノズル内部のガス流路を取り囲む部分の温度は十分に下がっており、当初の長さにまで復帰している。したがって、アーク接触子が絶縁ノズル内部に当たることは無く、スムーズに閉極動作を完了することができる。このような発明によれば、機械的動作に頼ることなく、温度差によってガス流路断面積を確実に縮小あるいは拡大させることができる。
【００２２】
請求項４の発明では、請求項３に記載の開閉器において、前記温度に対する線膨張係数が負である材料は、繊維状に形成されたプラスチックであることを特徴としている。
このような請求項４の発明によれば、繊維状に形成されたプラスチックにより、請求項３の持つ作用効果を簡単に得ることができる。
【００２３】
請求項５の発明では、請求項１〜４のいずれか１項に記載の開閉器において、前記圧力上昇手段の少なくとも１つは、アーク部において発生する熱エネルギーによることを特徴としている。
前記圧力上昇手段は、従来の技術で述べたように、ピストンの圧縮などによる機械的手段や、アーク部において発生する熱エネルギーを利用した熱的手段などが代表的なものとしてあげられる。開閉器の小形化および低駆動力化を実現するためには、できるだけ機械的手段に頼らず、可能な限り後者の熱的手段を有効利用することが好ましいが、この場合、高い圧力を長期間にわたって維持することが技術的により困難となる。そこで請求項５の発明では、電流遮断時に絶縁ノズル内部のガス流路の絞り込むことにより、たとえ熱エネルギーを圧力上昇手段として支配的に利用した場合においても高い圧力を長期間にわたって維持することが可能となり、より小形化、低駆動力化を図ることが可能となる。
【００２４】
請求項６の発明では、請求項１〜５のいずれか１項に記載の開閉器において、前記消弧性ガスは、ＳＦ６ガスよりも地球温暖化係数が低いガスのうちの１種類の純粋ガス、または２種類以上の混合ガス、または少なくとも１種類以上のガスとＳＦ６ガスとの混合ガスであることを特徴とする。
このような請求項６の発明によれば、ＳＦ６ガスよりも地球温暖化係数が低い純粋ガスあるいは混合ガスを使用するため、地球環境への負荷を低減することができる。また、絶縁ノズル内部のガス流路断面積を電流遮断時において絞り込むことにより、従来よりも高い吹付け圧力を得ることができ、且つ強制的にアークも細く絞り込んで遮断性能の低下を補うことができる。これにより、ＳＦ６ガスより遮断性能の低いガス、あるいは分子量の小さいガスを消弧媒体として使用する場合でも、良好な遮断性能を得ることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下には、本発明における開閉器の複数の実施の形態について、図を参照して具体的に説明する。なお、下記の実施の形態はいずれも、図１０〜図１３に示した従来例と同じく、パッファ型ガス遮断器に適用されており、基本的な構造および動作は従来例と同様である。したがって、同一の部材に関しては同一符号を付して説明は省略する。
【００２６】
（第１の実施の形態）…請求項１、２、５の発明に対応
＜構成＞
図１は第１の実施の形態の閉極状態、図２は電流遮断動作中の様子を示している。本実施の形態における特徴は、絶縁ノズル２６のスロート部Ｓ４にガス流路調節機構４１が配設された点にある。図３に閉極状態におけるガス流路調節機構４１の正面図を、図４に電流遮断動作中におけるガス流路調節機構４１の正面図をそれぞれ示す。ガス流路調節機構４１は複数枚の絞り羽４２と、絞り羽４２を固定、制御する制御リング４３とを備え、写真機などに使用されているいわゆる虹彩絞り構造となっている。複数枚の絞り羽４２は互いに摺動可能であり、絞り羽４２により囲まれた領域が絶縁ノズル２６のスロート部Ｓ４となり、同部が消弧性ガスの少なくとも一つのガス流路となる。制御リング４３は回転自在であり、その回転により絞り羽４２にて囲まれた領域（つまり、スロート部Ｓ４）の断面積を連続的に変化させるようになっている。
【００２７】
より詳しくは、ガス流路調節機構４１は遮断器の開極動作および閉極動作と連動して機械的に動作し、開極動作中には制御リング４３が反時計回転方向に回転し、絞り羽４２が絞られてスロート部Ｓ４のガス流路断面積が縮小する（図３の状態から図４の状態へ移行する）。一方、閉極動作中には制御リング４３が時計回転方向に回転し、絞り羽４２が開いてスロート部Ｓ４のガス流路断面積が拡大する（図４の状態から図３の状態へ移行する）。なお、絞り羽４２が最も開いた場合のスロート部Ｓ４の断面積は、固定アーク接触子１１の径よりも大きくなるように構成されている。また、密閉容器内に充填される消弧性ガスは、第１の実施の形態では現在広く使用されているＳＦ６ガスとする。
【００２８】
＜作用効果＞
以上のような構成を有する第１の実施の形態の作用効果は次の通りである。すなわち、遮断器の開極時には動作に応じて制御リング４３が反時計回転方向に回転し、絞り羽４２が絞られてスロート部Ｓ４のガス流路断面積が縮小する。このため、電流遮断動作中に蓄圧空間Ｓ１の圧力は従来よりも高くなる。また、前記スロート部Ｓ４でのガス流量を抑制することから、蓄圧空間Ｓ１の高圧状態をより長期間にわたって維持することができる。したがって、第１の実施の形態を大容量・高電圧の開閉器に適用した場合、駆動力およびガス容量の増大を回避しつつ、優れた遮断性能を発揮できる。これにより、良好な電流遮断性能とコンパクト化とを両立させることができる。しかも、第１の実施の形態ではガス流路調節機構４１の絞り羽４２が電流遮断時にスロート部Ｓ４でアーク径を強制的に絞り込み、アーク径を細くすることができる。このため、アークを速やかに消滅させることが容易となり、アーク遮断性能はいっそう向上する。
【００２９】
一方、遮断器の閉極動作時には制御リング４３が時計回転方向に回転し、絞り羽４２が開いてスロート部Ｓ４のガス流路断面積は再び固定アーク接触子１１の径以上にまで拡大する。このため、固定アーク接触子１１が絶縁ノズル２６の内部に接触することは無く、スムーズ且つ安全に閉極動作を完了することができる。
【００３０】
以上述べたように、第１の実施の形態によれば、良好な遮断性能を確保すると同時に、コンパクト化に優れた大容量・高電圧な開閉器を提供することができる。なお、第１の実施の形態における本質的なポイントは、接触子の開極および閉極動作に応じてスロート部Ｓ４の径が機械的に変化することにあり、上記実施の形態で取り上げた虹彩絞り構造以外にもスロート径を機械的に制御する構造、例えば複数枚の部材がスロート部Ｓ４の半径方向に沿って往復移動する構造などが考えられることを付記しておく。
【００３１】
（第２の実施の形態）…請求項１、３、４、５、６の発明に対応
＜構成＞
図５は、第２の実施の形態の閉極状態、図６は電流遮断動作中の様子を示している。第２の実施の形態における特徴は、絶縁ノズル２６のスロート部Ｓ４に絞りリング４４が配置され、この絞りリング４４は温度に対する線膨張係数が負である繊維状のプラスチック材料から構成される点にある。なお、絞りリング４４はカーボンを含まない顔料により黒に着色されている。
【００３２】
ここで、図７に閉極状態における絞りリング４４の形状を、図８に電流遮断動作中における絞りリング４４の形状をそれぞれ示す。絞りリング４４は、絶縁ノズル２６と同軸上に配置され、絶縁ノズル２６内側に切られた溝に嵌め込まれている。絞りリング４４の内穴が絶縁ノズル２６のスロート部Ｓ４となり、同部が消弧性ガスの少なくとも一つのガス流路となるように構成される。なお、常温状態における絞りリング４４の内穴の径は、固定アーク接触子１１の径よりも大きくなるように構成されている。また、絞りリング４４の線膨張係数および材料長変化の温度特性は図９に示す通りである。
【００３３】
第２の実施の形態において、密閉容器内に充填されている消弧性ガスは、ＳＦ６ガスよりも地球温暖化係数が低いガスのうちの１種類の純粋ガス、または２種類以上の混合ガスである。例えば、ＣＯ２、Ｎ２、Ｏ２、Ｈ２、Ｈｅ、Ａｒなどの純粋ガス、もしくは混合ガスを消弧性ガスとして使用している。
【００３４】
＜作用効果＞
電流遮断時において発生するアークの温度は電流波高値付近では１０，０００Ｋ以上にまで達する。絞りリング４４は温度に対する線膨張係数が負である材料から作られているため、電流遮断時にアークの高熱に曝された際には同部材の長さが収縮し、その内穴にあたる絶縁ノズル２６のスロート部Ｓ４が絞られる。したがって、上記第１の実施の形態と同様、絶縁ノズル２６におけるガス流路断面積を縮小することができる。このため、電流遮断動作中に蓄圧空間Ｓ１の圧力は従来よりも高くなる。また、ノズルスロート部Ｓ４でのガス流量の抑制により、蓄圧空間Ｓ１の高圧状態をより長期間にわたって維持可能となる。しかも、絞りリング４４がスロート部Ｓ４でアーク径を強制的に絞り込みアーク径を細くするため、さらに高いアーク遮断性能が実現される。
【００３５】
ところで、絞りリング４４の温度が上昇する過程としては、アーク３０からの直接的な熱伝達に加えて、アーク３０およびそれに伴う高温・高圧ガスからの輻射吸収によるものが考えられる。本実施の形態における絞りリング４４は黒に着色されているため、輻射吸収による熱移動が効率的に行われ、速やかに絞りリング４４の温度が上昇して内穴径を絞ることができる。なお、絞りリング４４を黒着色している顔料はカーボンを含まないので、たとえ絞りリング４４の材料が熱分解しアーク空間Ｓ２に混入した場合においても電気的な悪影響を及ぼすことがない。
【００３６】
一方、電流遮断後に接触子を閉極する際には、アークは既に消滅しているため、絞りリング４４の温度は十分に下がっており、当初の長さにまで復帰している。したがって、絞りリング４４の内穴の径は再び固定アーク接触子１１の径以上にまで復帰する。このため、固定アーク接触子１１が絶縁ノズル２６内部に当たることは無く、スムーズ且つ安全に閉極動作を完了することができる。
【００３７】
以上述べたように、第２の実施の形態によれば、太い固定アーク接触子１１を使用した場合でも、電流遮断動作時には温度による絞りリング４４の径変化により、絶縁ノズル２６内部のガス流路断面積を絞ることで、高いガス吹付け力を長い時間にわたって得ることができ、良好な遮断性能を獲得することができる。これにより、良好な遮断性能を有しながらも、コンパクト化および環境調和性に優れた大容量・高電圧な開閉器を提供することができる。
【００３８】
なお、第２の実施の形態においては、電流遮断時にアークから発生する様々な形態のエネルギーを利用してスロートＳ４の径を材料的に変化させることが本質的なポイントであり、高温のアークに曝された際に、絞りリング４４が速やかに温度上昇し、その内穴径が変化することが重要である。このため、本実施の形態で取り上げたもの以外にもノズルスロート部Ｓ４を構成する材料および形状が考えられることを付記しておく。
【００３９】
さらに第２の実施の形態では、ＳＦ６ガスよりも地球温暖化係数が低い純粋ガスあるいは混合ガスを使用しているため、地球環境への負荷を従来よりも低減することができる。この時、ＳＦ６の純粋ガス以外のガス、あるいは分子量の小さいガスを使用したことにより遮断性能の低下が予想されるが、本実施の形態では先の述べたように絶縁ノズル２６内部のガス流路断面積を電流遮断時において絞り込むことで従来よりも高い吹付け圧力を確保し、なおかつ強制的にアーク３０を細く絞り込むことによって、遮断性能の低下を補うことができる。これにより代替ガスを消弧媒体として使用した場合でも、良好な遮断性能を得ることができる。したがって、地球温暖化に対する影響を小さくすることが可能であり、環境調和に適した開閉器を提供することができる。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、絶縁ノズル内部のガス流路断面積を、接触子の開極動作と共に縮小し、閉極動作と共に拡大するように構成することにより、良好な遮断性能を有しながらもコンパクトな大容量かつ高電圧開閉器を提供することができる。さらに、地球環境への負荷を低減したコンパクトかつ高性能な開閉器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１の実施の形態の断面図（閉極状態）。
【図２】第１の実施の形態の断面図（電流遮断動作中の状態）。
【図３】第１の実施の形態におけるガス流路調節機構の正面図（閉極状態）。
【図４】第１の実施の形態におけるガス流路調節機構の正面図（電流遮断動作中の状態）。
【図５】本発明に係る第２の実施の形態の断面図（閉極状態）。
【図６】第２の実施の形態の断面図（電流遮断動作中の状態）。
【図７】第２の実施の形態における絞りリングの正面図（閉極状態）。
【図８】第２の実施の形態における絞りリングの正面図（電流遮断動作中の状態）。
【図９】第２の実施の形態における絞りリング材料の線膨張係数および材料長変化の温度特性を示すグラフ。
【図１０】従来の開閉器の例としてのパッファ形遮断器の断面図（閉極状態）。
【図１１】従来の開閉器の例としてのパッファ形遮断器の断面図（開極動作の初期状態）。
【図１２】従来の開閉器の例としてのパッファ形遮断器の断面図（開極動作終了直後の状態）。
【図１３】従来の開閉器の例としてのパッファ形遮断器の断面図（開極動作終了後電流零点に至った状態）。
【符号の説明】
１０…固定接触子部（第１接触子部）
１１…固定アーク接触子
１２…固定通電接触子
１３…導体
１４…フランジ
２０…可動接触子部（第２接触子部）
２１…操作ロッド
２２…フランジ
２３…パッファシリンダ
２４…可動アーク接触子
２５…可動通電接触子
２６…絶縁ノズル
２７…固定ピストン
３０…アーク
３１…残留アークプラズマ
３２ａ〜３２ｅ…ガス流
４１…ガス流路調節機構
４２…絞り羽
４３…制御リング
４４…絞りリング
Ｓ１…蓄圧空間
Ｓ２…アーク空間
Ｓ３…上流側ガス流路
Ｓ４…スロート部
【図１】
2004039312.tif 000003
【図２】
2004039312.tif 000004
【図３】
2004039312.tif 000005
【図４】
2004039312.tif 000006
【図５】
2004039312.tif 000007
【図６】
2004039312.tif 000008
【図７】
2004039312.tif 000009
【図８】
2004039312.tif 000010
【図９】
2004039312.tif 000011
【図１０】
2004039312.tif 000012
【図１１】
2004039312.tif 000013
【図１２】
2004039312.tif 000014
【図１３】
2004039312.tif 000015