(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁ガスが充填された容器内に固定接触部および可動接触部が対向して配置され、前記固定接触部および前記可動接触部にはそれぞれ固定アーク接触子および可動アーク接触子が設けられ、前記固定アーク接触子および可動接触子は、通常運転時は接触導通状態にあり、遮断動作時は相対移動により解離すると共に両接触子間の空間にアークを発生するように構成され、前記可動接触部には前記アークを消弧せしめる消弧性ガスを前記アークに吹付けるガス流発生手段が設けられ、前記固定接触部には前記容器の外部と電気的に接続し且つ前記アークにより発生した熱ガス流を導く排気筒が取付けられたガス遮断器において、
前記排気筒の下流側端部の外側電界値が、下流側端部の内側電界値の１．５倍以上になるように構成されたことを特徴とするガス遮断器。
【請求項２】
前記排気筒の内部に、該排気筒と同電位である金属製のロッドが配置され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】
前記排気筒の下流側端部が、該排気筒と同電位であり複数の微小な孔を有する網状部材により覆われたことを特徴とする請求項１または２記載のガス遮断器。
【請求項４】
前記網状部材の開口面積の合計が、前記排気筒の内部断面積の８０％以上であるように構成されたことを特徴とする請求項３記載のガス遮断器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アークによる熱ガス流を導く排気筒を備えた電力用のガス遮断器に係り、特に、排気筒における対地絶縁性能の向上を図ったガス遮断器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、アークに消弧性ガスを噴射して消弧する方式のガス遮断器が知られている。このガス遮断器では、図５（遮断動作途中の状態）に示すように、絶縁ガス１４が充填されたタンク１０に固定接触部１５および可動接触部１６が対向して配置されている。これら固定接触部１５および可動接触部１６にはそれぞれ固定アーク接触子５および可動アーク接触子６が設けられている。固定アーク接触子５および可動アーク接触子６は、通常運転時は接触導通状態にあり、遮断動作時は相対移動により解離すると共に両接触子５，６間の空間にアーク１７が発生するように構成されている。アーク１７が発生するとき、周囲の絶縁ガス１４はアーク１７によって高温かつ低密度の熱ガス９となる。
【０００３】
前記アーク１７を消弧するガス流発生手段として、可動接触部１６にはパッファピストン１およびパッファシリンダ２からなるパッファ室３が設けられている。パッファ室３に連通してパッファピストン１の先端部には絶縁ノズル１８が設置されている。遮断過程において、パッファピストン１がパッファシリンダ２内空間を圧縮してパッファ室３の圧力を上昇させることにより絶縁ノズル１８から消弧性ガス４が両アーク接触子５，６間で発生したアーク１７に吹付けられ、アーク１７は消弧される。
【０００４】
また、固定接触部１５には絶縁ノズル１８と対向して排気筒８が配置されている。排気筒８はタンク１０の外部と電気的に接続されており、アーク１７による熱ガス９を内部に導いて冷却し下流側端部からタンク１０内に放出するようになっている。さらに、排気筒７の下流側端部には電界を低減させるために外方に突出してシールド８が設けられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
以上の方式のガス遮断器では、近年、設置面積の省スペース化およびコストダウンが求められており、これに応えるべく機器の小型化および開極・圧縮動作の低駆動力化が進められている。機器の小型化により、パッファシリンダ２の径が細くなると、パッファシリンダ２内空間のガス容量は小さくなり、しかも圧縮動作の駆動力を低く抑えているので、必然的にパッファ室３からの消弧性ガス４流量が減る。また、機器の小型化に伴って排気筒７の径が細くなると、熱ガス９冷却に寄与する冷たいガス容量が少なくなり、排気筒７における熱ガス９の冷却性能が低下する。この結果、熱ガス９は高温・低密度の状態のまま、排気筒７を通過してシールド８に到達することになり、シールド８付近のガス密度は低い値となる。
【０００６】
また、シールド８の内周部と外周部とではガス密度は異なっている。図６はシールド８の内周部および外周部におけるガス密度ρの変化の実測例を示している。同図において遮断電流波形を併せて示してある。電流零点において電流が遮断されると、そこから数ｍｓの期間、回路条件により決定される過渡的な過電圧がシールド８に印加される。シールド８内周部では低密度の熱ガス９が直接流れていくため、零点近傍においてガス密度ρｉｎは低くなっている。一方、シールド８外周部では熱ガス９が固まって高速で排出されるので、圧力の上昇が起こり、逆に外側のガス密度ρｏｕｔが高くなっている。
【０００７】
ところで、機器が小型化すればシールド８とタンク１０との距離が近くなるため、シールド８の電界値は増大する。図７は排気筒７の下流側端部の電気力線１１を示している。この図に示すように、電気力線１１はシールド８の内周部に入り込むため、シールド８の内側電界値Ｅｉｎは大きくなっている。タンク１０および排気筒７のサイズおよび位置関係が一定の場合、シールド８の内側電界値Ｅｉｎと外側電界値Ｅｏｕｔとは構造的に互いに相関があり、内側電界値Ｅｉｎが大きいと外側電界値Ｅｏｕｔは小さくなる。
【０００８】
一般にガス遮断器の絶縁性能は電界強度が小さく、またガス密度が大きいほど良好である。しかしながら、ガス遮断器を小型・低駆動力化した場合、排気筒７における熱ガス９の冷却性能が低下し易いので、排気筒７下流側端部のシールド８付近ではガス密度が小さくなる。しかも、シールド８内周部は電気力線１１が内側に入り込むので電界値の方は大きくなる。このため、排気筒７下流側端部のシールド８と接地されたタンク１０との間の対地絶縁性能を確保することは困難となっていた。
【０００９】
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、小型・低駆動力でありながら、排気筒下流側端部において優れた対地絶縁性能を確保することができ、信頼性の向上を図ったガス遮断器を提供することにある。
【００１０】
【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、絶縁ガスが充填された容器内に固定接触部および可動接触部が対向して配置され、前記固定接触部および前記可動接触部にはそれぞれ固定アーク接触子および可動アーク接触子が設けられ、前記固定アーク接触子および可動接触子は、通常運転時は接触導通状態にあり、遮断動作時は相対移動により解離すると共に両接触子間の空間にアークを発生するように構成され、前記可動接触部には前記アークを消弧せしめる消弧性ガスを前記アークに吹付けるガス流発生手段が設けられ、前記固定接触部には前記容器の外部と電気的に接続し且つ前記アークにより発生した熱ガス流を前記固定接触部の下流側に導く排気筒が取付けられたガス遮断器において、次のような技術的な特徴を有している。
【００１１】
請求項１記載の発明は、前記排気筒の下流側端部の外側電界値が、下流側端部の内側電界値の１．５倍以上になるように構成されたことを特徴としている。
このような請求項１の発明においては、外側電界値を内側電界値の１．５倍以上とすることにより、ガス密度が低い排気筒下流側端部の内周部で電界値を小さくし、ガス密度が高い排気筒下流側端部の外周部で電界値を大きくすることができる。これにより、排気筒下流側端部の内周と外周の両側で優れた対地絶縁性能を確保することが可能である。
【００１２】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のガス遮断器において、前記排気筒の内部に、該排気筒と同電位である金属製のロッドが配置されたことを特徴としている。
このような請求項２の発明では、金属製のロッドにより排気筒下流側端部の内周部へ電気力線が入り込むことを防止でき、排気筒下流側端部の内側電界値を小さくすることができる。したがって、外側電界値を内側電界値の１．５倍以上とすることが容易になり、排気筒下流側端部の対地絶縁性能が向上する。
【００１３】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載のガス遮断器において、前記排気筒の下流側端部が、該排気筒と同電位であり複数の微小な孔を有する網状部材により覆われたことを特徴としている。
このような請求項３の発明によれば、網状部材が排気筒下流側端部の内周部へ電気力線が入り込むことを防ぐことができる。そのため、排気筒下流側端部の内側電界値は事実上ゼロとなり、排気筒下流側端部の外側電界値を、簡単に内側電界値の１．５倍以上とすることができ、排気筒下流側端部における対地絶縁性能が向上する。
【００１４】
請求項４記載の発明は、請求項３記載のガス遮断器において、前記網状部材の開口面積の合計が、前記排気筒の内部断面積の８０％以上であるように構成されたことを特徴としている。
このような請求項４の発明では、網状部材の開口面積の合計を排気筒の内部断面積の８０％以上としたので、排気筒からの熱ガス排気を妨げることがなく、排気筒による熱ガス冷却性能が低下するおそれがない。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるガス遮断器の実施の形態の一例について、図１〜図４を参照にして具体的に説明する。なお、図５に示した従来例と同一の部材に関しては同一符号を付し、説明は省略する。
【００１６】
（１）第１の実施の形態…請求項１対応
＜構成＞
図１を用いて本発明の第１の実施の形態を説明する。図１はガス遮断器の排気筒７周辺部分のみを取り上げて示している。排気筒７の下流側端部には外方に広がった形状を有するシールド１８が設けられている。シールド１８付近では電気力線１１は外側で勾配が密に、逆に内側で疎になっており、シールド１８の外側電界値Ｅｏｕｔは内側電界値Ｅｉｎの１．５倍以上に設定されている。
【００１７】
＜作用効果＞
一般に常温、常圧力の平等電界下においては、絶縁破壊電圧Ｖ ＢＤは下記の式で表される。
【数１】
Ｖ ＢＤ＝ｋ（Ｅ／ρ）                    …式１
ρはガス密度、Ｅは電界値、ｋは定数である。この式１はＥ／ρの値さえ変わらなければ、耐電圧性能は変わらないことを示している。例えば、前述した図６に示した実測例では零点近傍におけるシールド外側のガス密度ρｏｕｔは内側のガス密度ρｉｎの約１０倍の値となっている。この場合、理論的には外側電界値を内側電界値の１０倍大きくとっても、シールドにおける耐電圧性能は変わらないといえる。
【００１８】
ただし、実際のガス遮断器においては、高温・高圧ガスであること、不平等電界であることなどの理由により、上記式１により求められる耐電圧値よりシールド耐電圧値は劣ることが予想される。また、密度変化の様子は形状や電流条件などに依存する。そこで本発明に係る第１の実施の形態においては、裕度をもって外側電界値Ｅｏｕｔを内側電界値Ｅｉｎの概ね１．５倍以上となるように構成している。
【００１９】
上記第１の実施の形態によれば、シールド１８内周部のガス密度が低くなった場合でも、内側電界値Ｅｉｎが小さいため、高い対地絶縁性能を確保することができる。一方、外側電界値Ｅｏｕｔは内側電界値Ｅｉｎの１．５倍以上と高いが、シールド１８外周部は熱ガス流９の排出によりガス密度が高くなっているため、この部分においても高い対地絶縁性能を確保することが可能である。したがって、低密度の熱ガス９の影響が顕著となる小型・低駆動力なガス遮断器においても、シールド１８は内周と外周の両側で優れた対地絶縁性能を確保することができ、信頼性を高めることができる。
【００２０】
（２）第２の実施の形態…請求項２対応
＜構成＞
図２を用いて本発明の第２の実施の形態を説明する。図２においてはガス遮断器の排気筒７周辺部分のみを取り上げて示している。第２の実施の形態では、排気筒７の中心軸上にはシールド８と同電位の金属製の電界緩和ロッド１２が固定アーク接触子５の固定部などに強固に固定、配置されている。電界緩和ロッド１２は先端が排気筒７の最下流面に達する程度の長さと、高速で排出される熱ガス９の流れに十分耐えられる強度とを有しており、その先端はロッド径を直径とする曲面となっている。
【００２１】
＜作用効果＞
以上の第２の実施の形態では、電界緩和ロッド１２によりシールド８の内周部へ電気力線が入り込むことを防止できる。したがって、シールド８の内側電界値Ｅｉｎを小さくすることができ、相対的に外側電界値Ｅｏｕｔは大きくなる。この結果、外側電界値Ｅｏｕｔを内側電界値Ｅｉｎの１．５倍以上とすることが容易になり、シールド８付近のガス密度が低くなった場合でもシールド８は対地絶縁性能を確保することができる。また、電界緩和ロッド１２の先端はロッド径と等しい大きな曲率であるため電界強度は弱く、この部分における対地絶縁性能も確保できる。したがって、小型・低駆動力化により排気筒７の冷却性能が低下してシールド８は優れた対地絶縁性能を確保することができ、信頼性が向上する。
【００２２】
（３）第３の実施の形態…請求項３、４対応
＜構成＞
図４および図５を用いて本発明の第３の実施の形態を説明する。図４においては遮断器の排気筒７周辺部分のみを取り上げて示している。図５は網シールドの上部構造図を示す。第３の実施の形態の特徴は、排気筒７の下流側端部に、熱ガス９を排気可能な網シールド１３が設けられた点にある。網シールド１３が占有する面積は排気筒７の内部断面積の２０％以下、つまり網シールド１３の開口面積の合計が排気筒７の内部断面積の８０％以上であるように構成されている。
【００２３】
＜作用効果＞
以上のような第３の実施の形態では、電気力線１１は網シールド１３の内側に入り込めず、シールド８内周部の電界は事実上ゼロとなる。したがって、外側電界値Ｅｏｕｔを内側電界値Ｅｉｎの１．５倍以上にすることが極めて容易であり、シールド８における対地絶縁性能を確保することができる。また、網シールド１３の開口面積の合計が排気筒７の内部断面積の８０％以上なので、排気筒７からの熱ガス９排出に際して、網シールド１３が障害となることがなく、排気筒７の冷却性能が低下しない。したがって、低密度の熱ガス９の影響が顕著となる小型・低駆動力なガス遮断器においても、シールド８は優れた対地絶縁性能を確保でき、信頼性を高めることができる。
【００２４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、排気筒の下流側端部の外側電界値を下流側端部の内側電界値の１．５倍以上とすることにより、小型・低駆動力でありながら、排気筒下流側端部において優れた対地絶縁性能を確保することができ、信頼性の向上を図ったガス遮断器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の排気筒の断面図。
【図２】本発明の第２の実施の形態の排気筒の断面図。
【図３】本発明の第３の実施の形態の排気筒の断面図。
【図４】第３の実施の形態における網シールドの平面図。
【図５】従来のガス遮断器の断面図。
【図６】遮断電流波形とシールド内側および外側における密度変化の実測例とを示したグラフ。
【図７】従来のガス遮断器における排気筒の断面図。
【符号の説明】
１…パッファピストン
２…パッファシリンダ
３…パッファ室
４…消弧性ガス
５…固定アーク接触子
６…可動アーク接触子
７…排気筒
８，１８…シールド
９…熱ガス
１０…タンク
１１…電気力線
１２…電界緩和ロッド
１３…網シールド
１４…絶縁ガス
１５…固定接触部
１６…可動接触部
１７…アーク
【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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