(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
消弧ガスが密閉された容器と、該容器内に収納され、互いに接離可能な第１及び第２アーク接触子と、該第１及び第２アーク接触子の少なくともいずれか一方を駆動させる操作手段と、前記第１及び第２アーク接触子間に発生するアークを消弧するためのガス流形成手段とを備え、前記ガス流形成手段は、蓄圧手段と該蓄圧手段から前記アークへガス流を誘導する絶縁ノズル及び接触子カバーで構成され、前記絶縁ノズルは、ガス流を絞るためのスロート部と該スロート部から前記蓄圧手段までを連絡する上流部とを有するパッファ形ガス遮断器において、
前記接触子カバーが、前記スロート部よりも大きい黒色濃度指数が１．０以上の材料で構成されていることを特徴とするパッファ形ガス遮断器。
【請求項２】
消弧ガスが密閉された容器と、該容器内に収納され、互いに接離可能な第１及び第２アーク接触子と、該第１及び第２アーク接触子の少なくともいずれか一方を駆動させる操作手段と、前記第１及び第２アーク接触子間に発生するアークを消弧するためのガス流形成手段とを備え、前記ガス流形成手段は、蓄圧手段と該蓄圧手段から前記アークへガス流を誘導する絶縁ノズル及び接触子カバーで構成され、前記絶縁ノズルは、ガス流を絞るためのスロート部と、該スロート部から前記蓄圧手段までを連絡する上流部とを有するパッファ形ガス遮断器において、
前記絶縁ノズルの上流部と前記接触子カバーが、前記スロート部よりも大きい黒色濃度指数が１．０以上の材料で構成されていることを特徴とするパッファ形ガス遮断器。
【請求項３】
前記絶縁ノズルのスロート部が０.２ 以下の黒色濃度指数を有する材料で構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のパッファ形ガス遮断器。
【請求項４】
前記絶縁ノズルの前記上流部の内側と前記接触子カバーの外側に凹凸を設けたことを特徴とする請求項２記載のパッファ形ガス遮断器。
【請求項５】
前記接触子カバーの外側に凹凸を設けたことを特徴とする請求項１記載のパッファ形ガス遮断器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はパッファ形ガス遮断器に係り、特に、電力系統で発生する短絡電流の遮断に用いられるガス遮断器に好適なパッファ形ガス遮断器に関する。
【背景技術】
【０００２】
高電圧の電力系統に適用されるガス遮断器は、開極動作に併せて機械圧縮により消弧性ガスの圧力を高めてアークに吹付けるパッファ形ガス遮断器が用いられている。
【０００３】
従来のパッファ形ガス遮断器を図１５，図１６，図１７により説明する。図１５はパッファ形ガス遮断器の全体構成である。該図に示す如く、パッファ形ガス遮断器の遮断部
１６は、絶縁・消弧ガスが封入されている円筒状の金属容器１１内に配置され、絶縁支持体１２によって金属容器１１から電気的に絶縁支持されている。このようにして支持された遮断部１６の両端は、ブッシング１３と導体１４を通じて金属容器１１外へ導出される。
【０００４】
図１６及び図１７はパッファ形ガス遮断器の遮断部１６の構造であり、図１６は投入状態、図１７は開極動作状態を示すものである。パッファ形ガス遮断器の遮断部１６は、第１アーク接触子１と、この第１アーク接触子１と対向する第２アーク接触子４と、第２アーク接触子の周辺に備えられた絶縁ノズル２と、シャフト５ｂと一体となり、絶縁ノズル２が取付けられたパッファシリンダ５と、パッファシリンダ５の内側に備えたパッファピストン７と、パッファシリンダ５に連結された絶縁操作ロッド８とで概略構成されている。
【０００５】
電力系統に故障が発生し故障電流が流れると、ガス遮断器に開極指令が送られ、ガス遮断器が図１６に示す投入状態から開極動作を開始する。ガス遮断器は油圧やバネに蓄積されたエネルギーにより、絶縁操作ロッド８を介してパッファシリンダ５を駆動し、同時に第１アーク接触子１と第２アーク接触子４を高速で開離する。このとき、図１７に示すようにパッファシリンダ５とパッファピストン７に囲まれたパッファ室６内の消弧性ガスが圧縮され、高い吹付け圧力が形成される。高圧となった消弧性ガスは絶縁ノズル２に誘導され、第１アーク接触子１と第２アーク接触子４間に点弧されたアーク９に吹付けられる。そして、アーク９が冷却されて、故障電流が零となる電流零点において電流が遮断される。
【０００６】
ここで、絶縁ノズル２は四フッ化エチレン樹脂などで作られており、電流遮断中のアーク９から生じる輻射エネルギーが絶縁ノズル２に吸収されると、絶縁ノズル２にボイドと炭化が発生して沿面絶縁性能が低下する場合がある。また、絶縁ノズル２に輻射エネルギーが吸収されると絶縁ノズル２の材料が溶発（アブレーション）し、絶縁ノズルの内径が拡大する。特に、内径が最も小さいノズルスロート部分ではアークとの距離が近いため、他の部位より内径の拡大が顕著である。ノズルスロート部の内径が拡大すると、パッファ室６内で短絡電流の遮断に必要な吹付け圧力を形成できなくなり、電流遮断性能が低下する場合がある。これまでに、絶縁ノズル２に生じるボイド，炭化およびノズルスロート部における内径の拡大を抑制するため、絶縁ノズル２を構成する四フッ化エチレン樹脂に無機材料の充填材を混合させることが実施されている。
【０００７】
例えば、特公昭４９−１７６５４号公報では四フッ化エチレン樹脂に混合する充填材としてアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）が推奨され、特公昭４８−３８２１６号公報では弗化カルシウム（ＣａＦ2），弗化マグネシウム（ＭｇＦ2），硫化鉛（ＰｂＳ），硫酸バリウム
（ＢａＳＯ4），窒化ボロン（ＢＮ）などが推奨されている。特に、窒化ボロン（ＢＮ）を充填したものは光の反射率が６０％と高いため、アーク９からの輻射エネルギーが絶縁ノズル２の内部に侵入し吸収されるのを防止している。
【０００８】
これら光反射材を四フッ化エチレン樹脂に均等に混入させるだけではなく、ノズル内側のみに光反射材を充填させたものや内側から外側へ段階的に光反射材を充填させたものが、特開平５−９４７４３号公報と特開平５−７４２８７号公報で提案されている。また、絶縁ノズル２をパッファシリンダ５に近い部分と他の部分で２分割し、他の部分のみを光反射材を混入させた四フッ化エチレン樹脂構成したものが、特開２００３−２９７１９８号公報で提案されている。
【０００９】
他方、図１８に示すように、アーク９からの輻射エネルギーにより絶縁ノズル２内周側のガス空間にアブレーションガス１０ａが放出されると、絶縁ノズルのスロート内周側のガス空間の圧力が高まる。このガス圧力がパッファ室６内のガス圧力より高くなると、アーク９により加熱された高温のアブレーションガス１０ａがパッファ室６へ逆流１０ｂし、パッファ室６内のガスを加熱する。これにより、高い吹付け圧力を発生させ、より大きな短絡電流の遮断を可能にする。したがって、アブレーションガス１０ａの発生とパッファ室６への逆流を有効活用すれば、ガス遮断器の小形・低操作力化が可能となる。
【００１０】
【特許文献１】特公昭４９−１７６５４号公報
【特許文献２】特開平５−９４７４３号公報
【特許文献３】特開平５−７４２８７号公報
【特許文献４】特開２００３−２９７１９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、アークに曝される部分に光反射材を充填した絶縁ノズルでは、アークによる絶縁ノズルのアブレーションが抑制されるため、圧縮室内の圧力上昇が小さくなる問題があった。
【００１２】
本発明の目的は、短絡電流の遮断時にノズルスロート部の内径が拡大するのを防止しつつ、高い吹付け圧力を発生させ、高い遮断性能を安定して発揮できるパッファ形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】
【００１３】
前記目的を達成するために、本発明は、消弧ガスが密閉された容器内に、接離可能な第１アーク接触子と第２アーク接触子を有し、前記アーク接触子のいずれか一方または両方を駆動させる操作手段を有し、前記アーク接触子間に発生するアークを消弧するためのガス流形成手段を有し、前記ガス流形成手段は蓄圧手段と前記蓄圧手段から前記アークヘガス流を誘導する絶縁ノズルで構成され、前記絶縁ノズルは、ガス流を絞るためのスロート部と前記スロート部から前記蓄圧手段までを連絡する上流部とを有する、パッファ形ガス遮断器において、次のような特徴を有している。
（１）前記蓄圧手段と前記スロート部で挿まれた空間に前記スロート部よりも黒色濃度指数の大きい材料で形成された部材を設けたことを特徴とする。
（２）前記接触子カバーが、前記スロート部よりも黒色濃度指数の大きい材料で構成されたことを特徴とする。
（３）前記絶縁ノズルの上流部の少なくとも一部が、前記スロート部よりも黒色濃度指数の大きい材料で構成されたことを特徴とする。
（４）前記絶縁ノズルの上流部と前記接触子カバーが、前記スロート部よりも黒色濃度指数の大きい材料で構成されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
短絡電流の遮断時に発生する輻射エネルギーによって、絶縁ノズルから多量のアブレーションガスを発生させても、スロート部の内径拡大を防止できるため、高い電流遮断性能を安定して発揮できるパッファ形ガス遮断器を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明のパッファ形ガス遮断器は、スロート部と蓄圧手段とで挿まれた空間に、前記スロート部よりも黒色濃度指数の大きい材料で形成された部材を設けることにより、前記スロート部の内径の拡大の防止しつつ、前記部材からの多量のアブレーションガスにより、高い電流遮断性能を安定して発揮できる。
［実施例１］
図１は本発明を適用したパッファ形遮断器の遮断部１６の拡大図である。ここで、絶縁ノズル２の内径が最も小さい部位をスロート部２ｂ、絶縁ノズル２がスロート部２ｂからパッファシリンダ５に取付けられる部分までの部位を上流部２ｃ，スロート部２ｂから第１アーク接触子１に対向するノズル先端までの部位を下流部２ａと定義する。図１の実施形態による絶縁ノズル２は、下流部２ａとスロート部２ｂと上流部２ｃで構成される。
【００１６】
本実施例では、下流部２ａは、充填材を含まない純四フッ化エチレン樹脂、前記スロート部２ｂは黒色濃度指数が０.２ 以下となるように充填材としてＢＮを１重量％以上混入した四フッ化エチレン樹脂、上流部２ｃはスロート部２ｂよりも大きい黒色濃度指数Ｄとなるように充填剤を混入した四フッ化エチレン樹脂で構成されている。
【００１７】
ここで、黒色濃度指数Ｄとは、標準白色（酸化マグネシウム）の光反射量Ｗと被測定物の光反射量Ｂから、下記式で求められる数値である（特公平５−８４００１号公報参照）。そして、黒色濃度指数Ｄが大きいと光吸収率が高い。ここで、純四フッ化エチレン樹脂では０.２１、ＢＮを２重量％充填した四フッ化エチレン樹脂では０.１７、カーボンを
０.１重量％充填した四フッ化エチレン樹脂では１.６２と測定される。また、その他の充填材としては、ＭｏＳ2とＡｌ2Ｏ3とＣａＦ2とＣｏ／Ａｌ2Ｏ3とが考えられる。
【００１８】
【数１】
0004634259.tif 000002
【００１９】
次に、図１の絶縁ノズル２の電流遮断時の効果について、図２で説明する。この実施形態でも図１７に示したように、電流遮断中は第１アーク接触子１とそれに対向した第２アーク接触子４の間にアーク９が発生する。スロート部２ｂは、内径が最も小さいためアーク９との距離が最も近くアーク９から発生した輻射エネルギー１５が最も強く照射される。
【００２０】
しかし、絶縁ノズル２のスロート部２ｂは、黒色濃度指数０.２ 以下となるよう充填材としてＢＮを１重量％以上混入した四フッ化エチレン樹脂で構成されているため、照射された輻射エネルギー１５の大部分が反射される。これが、スロート部２ｂでのカーボンの発生と内径拡大を抑制し、絶縁ノズル２の沿面絶縁耐力低下と吹付け圧力の低下を抑制する。
【００２１】
一方、スロート部２ｂよりも黒色濃度指数Ｄの大きい四フッ化エチレン樹脂で構成された上流部２ｃとシャフト５ｂに取付けられた接触子カバー３は、輻射エネルギー１５を積極的に吸収する。そのため、絶縁ノズル２の上流部２ｃと接触子カバー３から第１アーク接触子と第２アーク接触子の間のガス空間に、アブレーションガス１０ａが多量に発生する。このアブレーションガス１０ａがアーク９で加熱されると、前記絶縁ノズル２の内周側のガス空間の圧力を高める。この圧力がパッファ室６内の圧力より高くなると加熱されたアブレーションガス１０ａが矢印１０ｂの如く、パッファ室６に逆流する。この逆流ガスはパッファ室６内のガスを加熱するため、パッファ室６内で高い圧力を形成する。
【００２２】
黒色濃度指数Ｄとアブレーション量の実験結果を図３に示す。横軸は黒色濃度指数Ｄ、縦軸はアブレーション量である。該図に示す如く、黒色濃度指数Ｄが大きいほどアブレーション量が多いことが明らかである。次に、黒色濃度指数Ｄの大きさが電流遮断時の圧力上昇に与える影響を図４に示す。横軸は黒色濃度指数Ｄ、縦軸は圧力上昇値の相対値である。ここで、黒色濃度指数Ｄ＝０.１７のときを基準値１.０としている。該図の如く、黒色濃度指数Ｄの小さい材料を充填した四フッ化エチレン樹脂よりも黒色濃度指数Ｄの大きい材料を充填した四フッ化エチレン樹脂のほうが、アブレーションガス１０ａの発生量が多くなり、圧力上昇が大きいことが明らかである。そして、黒色濃度指数Ｄが１.０ 以上となると、従来よりも圧力上昇が１.５ 倍以上となるのでアブレーションガスの逆流が十分発生し、遮断性能が向上する。
【００２３】
さらに、絶縁ノズル２のべース樹脂を四フッ化エチレン樹脂で統一しているので、誘電率が一定となり、絶縁性能を低下させずに黒色濃度指数Ｄを変化できる。
【００２４】
上記のように、本実施形態によれば、第１アーク接触子１と第２アーク接触子４の開離により発生したアーク９の輻射エネルギー１５をよく吸収する部材を用いてアブレーションガス１０ａを多量に発生させることが可能であり、そのアブレーションガスは吹付け圧力を効果的に上昇させるため、操作力の低減と、遮断器の小型化が可能となる。さらに、絶縁ノズル２のスロート部２ｂの内径拡大も防止できる。すなわち、高い電流遮断性能を安定して発揮できる。
［実施例２］
なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、具体的な部材の形状，材料および取付け位置が変更可能である。その第２の実施例を図５に示す。本実施例では、絶縁ノズル２は、上流部２ｃとスロート部２ｂと下流部２ａで構成され、スロート部２ｂのみが黒色濃度指数０.２ 以下となっており、アブレーションガスを多く発生させても、前記絶縁ノズル２のスロート部２ｂの内径拡大を防止できる。
［実施例３］
第３の実施例を図６に示す。本実施例では、絶縁ノズル２は、上流部２ｃとスロート部２ｂと下流部２ａで構成される。そして、上流部２ｃの内周側はスロート部２ｂより黒色濃度指数Ｄが大きくなるように充填剤を混入した四フッ化エチレン樹脂で構成され、その上流外周部２ｄは黒色濃度指数Ｄがスロート部２ｂと同等かそれよりも小さくなるように充填剤を混入した四フッ化エチレン樹脂で構成されている。この実施例では上流部が半径方向に上流外周部２ｄと上流内周部２ｅの２層構造となっているため、上流内周部２ｅが交換できる。
［実施例４］
第４の実施例を図７に示す。本実施例では、絶縁ノズル２が上流部とスロート部の両方２ｆが０.２以下の黒色濃度指数となるようにＢＮなどの充填剤を１重量％以上混入した四フッ化エチレン樹脂で構成され、接触子カバー３がノズルスロートよりも黒色濃度指数の大きい四フッ化エチレン樹脂で構成されたものである。前記アークから発生した前記輻射エネルギーが、黒色濃度指数Ｄの小さい絶縁前記上流部とスロート部の両方２ｆで反射され、黒色濃度指数Ｄの大きい接触子カバー３に効率よく照射され、接触子カバー３のアブレーションの発生量が増加する。絶縁ノズル２全体の内径の拡大を防止しつつ、アブレーションガスを多く発生させることができ、電流遮断性能を向上できる。
［実施例５］
第５の実施例を図８に示す。本実施例では、接触子カバー３のみがスロート部２ｂより大きな黒色濃度係数を有する四フッ化エチレン樹脂で作られたものであり、接触子カバー３のみ交換するため、従来の絶縁ノズル２を使用しても、アブレーションを多く発生させることができ、電流遮断性能を向上できる。
［実施例６］
第６の実施例を図９と図１０に示す。図９は遮断部１６の断面図であり、図１０は接触子カバー３の断面図である。この実施例では、接触子カバー３が絶縁ノズル２のスロート部２ｂよりも大きい黒色濃度指数を有する四フッ化エチレン樹脂で構成されており、その外周部に同材料で構成された樹脂製の凹凸３ａを設けることで、光を受ける表面積を大きくしたものである。表面積が大きいためアブレーションガスの発生量が多い。
［実施例７］
第７の実施例を図１１と図１２に示す。図１１は可動部の断面図であり、図１２は接触子カバー３と絶縁ノズル２の上流部２ｃの断面図である。この実施例では、絶縁ノズル２のスロート部２ｂよりも大きい黒色濃度指数を有する四フッ化エチレン樹脂で、接触子カバー３と絶縁ノズル２の上流部２ｃが作られており、接触子カバー３の外周部と絶縁ノズル２の上流部２ｃの内周部の両方に前記凹凸３ａ、２ｇを設けることで、光を受ける表面積を前記第５の変形例より大きくしたものである。上記第６の実施例より光を受ける表面積が大きくなるため、第６の実施例よりアブレーションガスの発生量が多い。
［実施例８］
第８の実施例を図１３に示す。この実施例では、絶縁ノズル２のスロート部よりも大きい黒色濃度指数を有する四フッ化エチレン樹脂で接触子カバー３が構成されており、前記接触子カバー３の外周側に凹凸３ａを内周方向に沿って設けることで光を受ける表面積を大きくしたものである。光を受ける表面積が大きいためアブレーションガスの発生量が多い。
［実施例９］
第９の実施例を図１４に示す。この実施例では、絶縁ノズル２のスロート部２ｂよりも大きい黒色濃度指数を有する四フッ化エチレン樹脂で上流部２ｃと前記接触子カバー３が作られており、上流部２ｃの内周側と接触子カバー３の外周側の円周方向に沿って凹凸３ａ設けることで、光を受ける表面積を上記第７の変形例よりも大きくしたものである。そのため、第８の実施例よりアブレーションガスの発生量が更に多い。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明によると、短絡電流の遮断に必要な高い吹付け圧力形成とノズルスロート部の内径拡大の抑制が両方実現するため、高い電流遮断性能を安定して発揮できるパッファ形ガス遮断器を提供できる。また、パッファピストンでパッファシリンダが圧縮されないガス遮断器やパッファシリンダを２室に分割したガス遮断器にも本発明は適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明による第１の実施例を示すパッファ形ガス遮断器の遮断部の断面図である。
【図２】本発明によるパッファ形ガス遮断器の絶縁ノズル付近の拡大断面図である。
【図３】黒色濃度指数とアブレーション量の関係を示す特性図である。
【図４】黒色濃度指数と圧力上昇の関係を示す特性図である。
【図５】第２の実施例を示すパッファ形ガス遮断器の絶縁ノズル付近の断面図である。
【図６】第３の実施例を示すパッファ形ガス遮断器の絶縁ノズル付近の断面図である。
【図７】第４の実施例を示すパッファ形ガス遮断器の絶縁ノズル付近の断面図である。
【図８】第５の実施例を示すパッファ形ガス遮断器の絶縁ノズル付近の断面図である。
【図９】第６の実施例を示すパッファ形ガス遮断器の絶縁ノズル付近の断面図である。
【図１０】第６の実施例を示すパッファ形ガス遮断器の可動子カバーの断面図である。
【図１１】第７の実施例を示すパッファ形ガス遮断器の絶縁ノズル付近の断面図である。
【図１２】第７の実施例を示すパッファ形ガス遮断器の絶縁ノズルと可動子カバーの断面図である。
【図１３】第８の実施例を示すパッファ形ガス遮断器の絶縁ノズル付近の断面図である。
【図１４】第９の実施例を示すパッファ形ガス遮断器の絶縁ノズル付近の断面図である。
【図１５】従来のパッファ形ガス遮断器の全体構成を示す断面図である。
【図１６】従来のパッファ形ガス遮断器の遮断部の投入状態を示す断面図である。
【図１７】従来のパッファ形ガス遮断器の遮断部の遮断動作時の状態を示す断面図である。
【図１８】従来のパッファ形ガス遮断器の遮断部でアークが発生した状態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１…第１アーク接触子、２…絶縁ノズル、２ａ…下流部、２ｂ…スロート部、２ｃ…上流部、２ｄ…上流外周部、２ｅ…上流内周部、２ｆ…上流部とスロート部、２ｇ…ノズル上流部内周凹凸、３…接触子カバー、３ａ…接触子カバー凹凸、４…第２アーク接触子、５…パッファシリンダ、５ｂ…シャフト、６…パッファ室、７…パッファピストン、８…絶縁操作ロッド、９…アーク、１０ａ…アブレーションガス、１１…円筒状の金属容器、１２…絶縁支持体、１３…ブッシング、１４…導体、１５…輻射エネルギー、１６…遮断部。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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