(57)【要約】【課題】構造を簡素化しても、タイミング良く、充分な圧力の絶縁ガスを吹き付けることが可能な遮断器を提供することを目的とする。【解決手段】上記の課題を解決するために、アーク接触子と、該アーク接触子に対向して配置されて、前記アーク接触子に対して開極または閉極される可動アーク接触子と、開極時において前記アーク接触子及び前記可動アーク接触子の間に位置するアーク発生空間と、開極時に該アーク発生空間に向かって噴射する絶縁ガスを収納するパッファ室と、前記アーク発生空間と前記パッファ室の間を連通させる流路に配置されて、該流路内を流れる前記絶縁ガスの方向に応じて回転方向が変化する回転フィンとを備えることを特徴とする。【選択図】  図１
2013218832.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アーク接触子と、
該アーク接触子に対向して配置されて、前記アーク接触子に対して開極または閉極される可動アーク接触子と、
開極時において前記アーク接触子及び前記可動アーク接触子の間に位置するアーク発生空間と、
開極時に該アーク発生空間に向かって噴射する絶縁ガスを収納するパッファ室と、
前記アーク発生空間と前記パッファ室の間を連通させる流路に配置されて、該流路内を流れる前記絶縁ガスの方向に応じて回転方向が変化する回転フィンとを備えることを特徴とする遮断器。
【請求項２】
請求項１に記載の遮断器であって、前記回転フィンは、前記流路が延伸する方向に対して傾いたフィンを備えていることを特徴とする遮断器。
【請求項３】
請求項２に記載の遮断器であって、前記傾いたフィンを固定している軸は、前記パッファ室に向かって径が拡大することを特徴とする遮断器。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか一つに記載の遮断器であって、前記回転フィンと連動して回転する他の回転フィンを前記パッファ室に備えることを特徴とする遮断器。
【請求項５】
請求項４に記載の遮断器であって、前記回転フィンと前記他の回転フィンは連結されていることを特徴とする遮断器。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか一つに記載の遮断器であって、
該遮断器は前記絶縁ガスを封入した絶縁タンク内に配置されることを特徴とする遮断器。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか一つに記載の遮断器であって、
前記パッファ室は開極時に容積が一定である熱パッファ室であることを特徴とする遮断器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は遮断器に関するものであり、特に遮断時に絶縁ガスを吹き付けてアークを消弧する遮断器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電力系統の高電圧・大電流化が進んでおり、必要な遮断性能を得るためにガス遮断器の大容量化が進んでいる。一方で、コスト低減のため、遮断部構造、排気・シールド構造の最適化による小型化も進められている。しかし機械圧縮だけで吹き付けガス圧力を得る従来の熱パッファ型ガス遮断器における装置の小型化には限界がある。高電圧・大電流の系統では、従来パッファ式で電流を遮断しているが、操作器の操作エネルギーの増加に伴い、電流遮断時に発生するアーク熱を利用して吹き付けガス圧力を形成する熱パッファ型ガス遮断器の開発が進められている。
【０００３】
熱パッファ型ガス遮断器では、アーク熱を利用して圧力形成するため、操作器の低操作力化が可能となり、操作器の小型化が見込まれる。しかしながら、ガス遮断器ではアークに絶縁ガスを吹き付ける際の圧力とそのタイミングが重要であるものの、従来の熱パッファ型ガス遮断器は、圧力のピーク値から圧力低下が大きく電流零点時に遮断に必要な圧力を十分に得られないことがある。
【０００４】
ここで、パッファ室のガス圧力を電流零点で消弧に必要なガス圧力を維持できる様にしたものとして、特許文献１に記載されたものがある。該文献には、ガス遮断器の熱パッファ装置と開離コンタクタ間のアーク領域との間に位相制御装置を設け、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が記載されている。該文献では逆止弁を用いてガス吹き付けを制御する機構と、遮断電流の位相を感知して電流零点に合わせて逆止弁を開放するような制御機構が組込まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１６６１６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１ではガス遮断器の熱パッファ装置と開離コンタクタ間のアーク領域との間に位相制御装置や遮断電流の位相を感知して電流零点に合わせて逆止弁を開放するような制御機構を必要とする等、構造が複雑となる。
【０００７】
本発明では、構造を簡素化しても、タイミング良く、充分な圧力の絶縁ガスを吹き付けることが可能な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】
本発明に係る遮断器は、上記の課題を解決するために、アーク接触子と、該アーク接触子に対向して配置されて、前記アーク接触子に対して開極または閉極される可動アーク接触子と、開極時において前記アーク接触子及び前記可動アーク接触子の間に位置するアーク発生空間と、開極時に該アーク発生空間に向かって噴射する絶縁ガスを収納するパッファ室と、前記アーク発生空間と前記パッファ室の間を連通させる流路に配置されて、該流路内を流れる前記絶縁ガスの方向に応じて回転方向が変化する回転フィンとを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、電流遮断時において、熱パッファ室内のガス圧力のピーク値からの減衰を抑え、電流遮断に必要な圧力を維持する。またガス流路上に配置した回転フィンの駆動やそのタイミングはガス流を利用しているため複雑な制御機構や回転フィンを駆動させる動力源を新たに組込む必要がなく、安価に構成できるとともに、確実に動作させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例１に係る遮断器のアーク遮断部断面図である。
【図２】図１のガス遮断器の回転フィン設置部分の拡大図およびガス流路の説明図である。
【図３】図１及び図２においてガス流路上に設置した回転フィン概略図である。
【図４】実施例１に係る遮断器において接触子開極からの電流波形と熱パッファ室内の圧力の時間変化を示した説明図である。
【図５】図４において示したグラフにおける、各時間領域の熱パッファ室内とアーク空間の圧力とそのときの回転フィン回転方向とガスの流入出方向を示した説明図である。
【図６】実施例２における回転フィンの異なる形状を示した概略図と断面図である。
【図７】図６の回転フィンを配置したときの断面図と、その時の絶縁ガスの熱パッファ室内への流入の様子を示した説明図である。
【図８】実施例３における回転フィンの異なる形状を示した概略図である。
【図９】図８の回転フィンを配置したときの熱パッファ室内の断面図で、撹拌用のフィンの位置を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を交えて本発明の実施例について説明する。下記はあくまでも実施の例であり、発明の内容を下記具体的態様に限定することを意図する趣旨ではない。発明自体は、特許請求の範囲に記載された内容に即した限りにおいて種々の態様で実施することが可能であることは言うまでもない。
【実施例１】
【００１２】
実施例１について図１ないし図５を用いて説明する。図示を省略しているが、本実施例において遮断器はＳＦ6絶縁ガスが充填された絶縁タンク内に配置される。図１に示す様に、本実施例における遮断器は、接触子と、熱パッファ室１０と、接触子間に位置するアーク発生空間１４と、熱パッファ室とアーク発生空間とを連通させるガス流路１５とから概略構成される。
【００１３】
接触子は、固定または可動させることが可能な電極側としてのアーク接触子１及び該アーク接触子１の外周側に配置される主接触子２と、通電状態（閉極状態）においてアーク接触子１と接触する可動アーク接触子４と、通電状態（閉極状態）において主接触子２と接触するパッファシリンダ５から構成され、アーク接触子１と可動アーク接触子４、主接触子２とパッファシリンダ５がそれぞれ電気的に接続されている。
【００１４】
熱パッファ室１０は、上記パッファシリンダ５と、パッファシリンダ５の内周側の中央に配置されて、内部が中空となっており、該中空内に絶縁ガスが入り込む中空ロッド８と、下述する機械パッファ室１３との境界となる仕切り１８とから構成されている。仕切り１８には、機械パッファ室１３からのガスが熱パッファ室１０に入ることは許容し、熱パッファ室１０から機械パッファ室１３にガスが排出されることは防止する逆止弁７が設けられる。
【００１５】
図２に示す様に、中空ロッド８の先端には可動アーク接触子４が接続されている。アーク発生空間１４は、絶縁ガスが中空ロッド８の外周側空間からアーク接触子の解離位置に流れる様に、内径側に向かって屈曲している絶縁カバー６と、上記パッファシリンダ５に接続されると共に、絶縁カバー６の外周側を覆い、更にアーク接触子１側に絶縁カバー６よりも突出する絶縁ノズル３とから形成される。
【００１６】
そして、熱パッファ室１０とアーク発生空間１４は、絶縁ノズル３と絶縁カバー６との間に形成されるガス流路１５を通じて連通されている。ガス流路１５上には中空ロッド８を中心に回転する回転フィン９が配置されている。回転フィン９は、絶縁カバー６と可動アーク接触子４、及び絶縁ノズル３とパッファシリンダ５の両方によって固定されている。本実施例では両方に固定される場合について説明するが、少なくともいずれか一方に固定されていれば足りる。図３に示す様に、回転フィン９は、流路内を流れる絶縁ガスの方向（熱パッファ室１０からアーク発生空間１４に向かって、またはアーク発生空間１４から熱パッファ室１０に向かって、のいずれかの方向）に応じて回転方向が変化する様に、流路が延伸する方向に対して傾いたフィン構造となっている。
【００１７】
熱パッファ室１０は逆止弁７を通じて機械パッファ室１３と接続されている。機械パッファ室１３は、中空ロッド８と、パッファシリンダ５と、仕切り１８と、仕切り１８の反対側に設けられるピストン１１から形成されている。ピストン１１は固定されており、機械パッファ室１３内の圧力形成は当該ピストン１１により行われ、図示されていない操作器と接続された絶縁ロッド１２から絶縁ロッド１２に可動アーク接触子の他端が接続された中空ロッド８を通じて可動側全体が動くことで熱パッファ室１０内の絶縁ガスが圧縮される。
【００１８】
次に、上記の様に構成された遮断器について、遮断器動作に伴う、アーク発生現象とアーク電流遮断までの過程について説明する。電流遮断時には可動側若しくは電極側、又はその両方が動き、アーク接触子１と可動アーク接触子４が接触状態から物理的に開離された状態に移行する。開離した後も、アーク接触子１と可動アーク接触子４間には電流が流れ、アーク発生空間１４内にアークが発生する。その際、発生したアーク熱によりアーク発生空間１４周辺の絶縁ガスが熱膨張し、ガス流路１５で繋がれた熱パッファ室１０内のガス圧力が高まる。電流を消弧する電流零点が近づくとアークへのエネルギー供給が少なくなり、アーク発生空間１４内の圧力も低くなる。そして、熱パッファ室１０内のガス圧力の方が高くなると熱パッファ室１０から圧縮された絶縁ガスがアーク発生空間１４内に向かってガス流路１５を通じて吹き出し始める。吹き付けられた絶縁ガスによりアークの消弧が行われる。
【００１９】
図４及び図５を用いてガス流路１５に配置した回転フィン９の動作について説明する。図４における点線は本実施例で用いている回転フィンがない場合におけるアーク発生空間１４内の圧力の時間変化を表している。一方実線は、本実施例で用いている回転フィンがある場合におけるアーク発生空間１４内の圧力の時間変化を表す。更に正弦カーブは交流電流波形に対応する。簡素な構造で、上記効果を得られたのは、絶縁ガスを吹き付ける時点の前後におけるアーク発生空間とパッファ室の圧力の関係性に着目したことに特に起因するものである。
【００２０】
領域Ａは、アーク発生空間１４内から熱パッファ室１０にガスが流入する際の熱パッファ室１０内の圧力の振る舞いについて示している。アーク発生による周囲のガスの膨張に伴い、ガス流路１５を通じてアーク発生空間１４から熱パッファ室１０内に絶縁ガスが流入し、熱パッファ室１０内でガス圧力が高まり、吹き付けガス圧力が形成される。アーク発生空間１４内から熱パッファ室１０への絶縁ガス流入に伴い、ガス流路１５上の回転フィン９は力を受けて一定の回転方向に回転し始める。回転方向はガス流入を促す方向となる。
【００２１】
領域Ｂはアーク発生空間１４側の圧力の方が熱パッファ室１０内の圧力より低くなり、熱パッファ室１０からアーク発生空間１４に向かって絶縁ガス流出が始まろうとする時点に対応する。この時、圧力差が生じているので、熱パッファ室１０内のガスはアーク発生空間１４側に流出しようとするが、回転フィン９がそれまでの慣性で回転しており、熱パッファ室１０からアーク発生空間１４へのガス流入は妨げる方向（アーク発生空間１４から熱パッファ室１０へのガス流入を促す方向の慣性を維持しているため）になる。従って、一定の時間はガス流入する方向に回転をし続け、熱パッファ室１０からアーク発生空間１４へのガス流出を妨げる。この慣性により、回転フィン９が元々の回転方向を維持し、熱パッファ室１０からアーク発生空間１４へのガス流入を妨げる時間が領域Ｂである。即ち、領域Ｂ内では、熱パッファ室１０からのガス流出は発生せず、熱パッファ室１０内の圧力はピーク値から減衰しない。
【００２２】
領域Ｃでは回転フィン９はガス流出方向からの力を受けて、領域ＡまたはＢにおける時点と逆方向の回転を始める。即ち、回転フィン９はガス流出を促す方向の回転となる。この領域から熱パッファ室１０からのアーク発生空間１４へのガス流出が始まり、アークに絶縁ガスが吹き付けられる。回転フィン９がない場合、図４の点線に示す様に、領域Ｂに相当する時点で熱パッファ室１０からアーク発生空間１４へのガス流出が始まっており、電流零点を迎える領域Ｃでは圧力が低下してしまっている。一方で、本実施例では図４の実線に示す様に、回転フィン９を用いて回転フィン９の慣性を利用することで、回転フィン９がない場合と比較して熱パッファ室１０からアーク発生空間１４へのガス流出が始まるタイミングを遅くでき、電流零点で高い圧力を維持できる。
【００２３】
以上を総合すると、次の様になる。遮断器の熱パッファ室１０から絶縁ノズル３部分に通じるガス流路１５上に、回転可能なフィン状の構造物を配置する。電流遮断時に生じたアークの熱により加熱された絶縁ガスが熱パッファ室１０内に流入する。それに伴い回転フィン９が流入するガス流の力を受けて、ガス流入を促す方向に回転する。電流零点に近づくとアークからのエネルギー供給が少なくなり、アーク発生空間１４側の圧力の方が低くなるとガス流の流れが反転し、熱パッファ室からのガス流出が始まる。しかし、回転フィン９は慣性でガス流入を促す方向に回転しており、熱パッファ室１０内から流出しようとするガスの流出は、流出ガスの力により回転フィン９が反転するまでの間妨げられる。即ち、回転フィン９が、熱パッファ室１０内からのガス流出が妨げ、熱パッファ室１０内においてピーク圧力からの圧力減衰を抑える機構となる。
【００２４】
本実施例では、アーク発生空間とパッファ室の間を連通させる流路に配置されて、流路内を流れる絶縁ガスの方向に応じて回転方向が変化する回転フィンを設けており、回転フィン動作による圧力制御のタイミングと回転フィンの動力源はガス流を利用しているため機構が簡便となる。故に、簡素な構造で、タイミング良く、充分な圧力の絶縁ガスを吹き付けることが可能になる。
【００２５】
本実施例では、流路内を流れる絶縁ガスの方向に応じて回転方向が変化する具体的形態として、流路が延伸する方向に対して傾いたフィン構造を採用したが、他の構造であっても良いことは言うまでもない。本実施例の様に構成することで、簡素な構造により実現できると言う利点がある。
【００２６】
本実施例では絶縁ガスとしてＳＦ6を使用したが、絶縁ガスの種類はＳＦ6に限られるものでなく、乾燥空気・窒素ガス等他の絶縁ガスを使用できることは言うまでもない。
【実施例２】
【００２７】
本実施例では、実施例１において説明した熱パッファ室１０内のガス圧力のピーク値からの減衰を抑える機構に加え、回転フィン９によりガス流入方向制御を行い、熱ガスの温度上昇抑制作用を奏する様にしている。他の部分については実施例１と同様であり、ここでの重複説明は省略する。尚、詳述するまでもなく実施例１と同様の効果を奏することが可能である。実施例２について図６及び図７を用いて説明する。  
図６に示す様に、本実施例に係る回転フィン２９は、ガス流が熱パッファ室１０内において、ガス流を外周方向に導く様、回転フィンの軸は熱パッファ室１０に向かって径が拡大するテーパ状に形成されている。
【００２８】
熱ガスは流路に沿って熱パッファ室側にガス流入するが、回転フィンの軸に図６のようなテーパを付けることにより、ガス流入方向を制御する。具体的には図７に示す様に、熱パッファ室１０へのガス流入時において、ガスがガス流路１５に沿って流入するのではなく、外周方向にガスを流入させ、熱パッファ室１０内の絶縁ガスが均一に拡散される。アーク熱により熱せられた絶縁ガスと熱パッファ室１０内の低温の絶縁ガスを均一に拡散させることで、熱パッファ室内で絶縁ガスを冷却し、局所的な温度上昇を抑えることができる。これにより、アークに対して、より低温の絶縁ガスを吹き付けることができ、遮断性能を向上させることができる。
【実施例３】
【００２９】
本実施例では、実施例１において説明した回転フィンに連動して回転するガス撹拌用の回転フィンによる熱ガスの温度上昇抑制効果について図８及び図９を用いて説明する。尚、他の部分については実施例１と同様であり、ここでの重複説明は省略する。実施例２で述べた場合と同様に、詳述するまでもなく実施例１と同様の効果を奏することが可能である。図８の回転フィンにはガス流により回転フィン３９が回転したときに連動して回転する撹拌用の回転フィン３８が円筒状の支持部３５を介して連結されている。ガス流の力により図８の回転フィン３９が回転すると同時に撹拌用回転フィン３８が回転する。撹拌用の回転翼３６により流入してきた熱ガスを撹拌し、熱パッファ室内の低温の絶縁ガスと熱ガスを混合させ、温度上昇を抑制し、絶縁ガスの遮断性能低下を抑えることが可能となる。
【００３０】
本実施例では実施例１の態様と組合せて使用する場合について説明しているが、実施例２の態様と組合せて使用することも無論可能である。この場合、双方の効果により、一層熱パッファ室１０内の温度を均一化することができ、絶縁ガスの遮断性能低下をさせることができる。
【００３１】
上記各実施例では、熱パッファ型遮断器を例について説明しているが、本発明の適用は熱パッファ型遮断器に限られるものではない。但し、熱パッファ型遮断器では、圧力についてピーク値からの圧力低下が大きく電流零点時に遮断に必要な圧力を十分に得られないことがあるため、本発明を適用し、ピーク値からの圧力低下を小さくして電流零点時に遮断に必要な圧力を維持する様にすることは好適である。
【符号の説明】
【００３２】
１  アーク接触子
２  主接触子
３  絶縁ノズル
４  可動アーク接触子
５  パッファシリンダ
６  絶縁カバー
７  逆止弁
８  中空ロッド
９、２９、３８、３９  回転フィン
１０  熱パッファ室
１１  ピストン
１２  絶縁ロッド
１３  機械パッファ室
１４  アーク発生空間
１５  ガス流路
１６、２７、３７  回転翼
１７  回転翼固定用中空ロッド
１８  仕切り
３５  支持部
３６  撹拌用の回転翼
【図１】
2013218832.tif 000003
【図２】
2013218832.tif 000004
【図３】
2013218832.tif 000005
【図４】
2013218832.tif 000006
【図５】
2013218832.tif 000007
【図６】
2013218832.tif 000008
【図７】
2013218832.tif 000009
【図８】
2013218832.tif 000010
【図９】
2013218832.tif 000011