(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トリフルオロヨードメタンを含有する消弧性ガスが充填された密閉容器内に配置された第１の固定接触子と、
前記第１の固定接触子に対向して前記密閉容器内に配置された筒状の第２の固定接触子と、
前記第２の固定接触子の外周面を軸方向に往復摺動可能に、かつ前記第１の固定接触子と接離可能に設けられた可動接触子と、
前記可動接触子と一体的に往復移動可能な可動ピストンが挿入され、前記第２の固定接触子の中空部を介して、前記第１の固定接触子と前記可動接触子とが開離した電流遮断時における前記第１の固定接触子と前記可動接触子との間のアーク発生空間と連通する吸い込みシリンダと、
前記第２の固定接触子の前記吸い込みシリンダ側端に設置され、前記吸い込みシリンダから前記アーク発生空間に向かうガスの流れを止め、前記アーク発生空間から前記吸い込みシリンダに向かうガスの流れを通す逆止弁と、
前記吸い込みシリンダの周壁および底壁の周囲に配置され、電流遮断動作時に発生するアークによって前記消弧性ガスが分解されて生成される分解物質を吸着する吸着剤とを備え、
前記吸い込みシリンダの周壁および底壁は、ガスを通過させる多孔質の材料からなり、
電流遮断動作時において、前記可動接触子と一体的に移動する前記可動ピストンと前記吸い込みシリンダとの相対移動により、前記アーク発生空間から前記第２の固定接触子の中空部を介して前記可動ピストンと前記吸い込みシリンダとで囲まれる第１のガス室へ至るガス流を発生させることで、前記アーク発生空間に発生する前記アークを消弧するとともに、前記アーク発生空間で生成した前記分解物質を前記第１のガス室内に吸引し、電流遮断状態から通電状態に移行する閉極動作時には、前記可動ピストンと前記吸い込みシリンダとの相対移動により圧縮された前記第１のガス室内の前記分解物質を含むガスを、前記吸い込みシリンダの周壁を通過させて前記吸着剤に接触させた後に前記密閉容器内に放出することを特徴とするガス開閉器。
【請求項２】
前記密閉容器内に固定された固定ピストンが挿入され、前記可動接触子および前記可動ピストンと一体的に前記第２の固定接触子の軸方向に往復移動可能な吹きつけシリンダをさらに備え、
前記吹きつけシリンダは、電流遮断動作時に前記吹きつけシリンダと前記固定ピストンとの相対移動により圧縮される前記固定ピストンと前記吹きつけシリンダとで囲まれる第２のガス室内の前記消弧性ガスを、前記アーク発生空間に発生したアークに向けて吹きつける吹き出し口を有することを特徴とする請求項１に記載のガス開閉器。
【請求項３】
前記消弧性ガスは、トリフルオロヨードメタンと二酸化炭素との混合ガス、またはトリフルオロヨードメタンと窒素との混合ガスであることを特徴とする請求項１または２に記載のガス開閉器。
【請求項４】
前記吸着剤は、多孔性無機化合物、イオン交換樹脂、活性炭、グラファイトから選ばれるいずれか１種、またはいずれか２種以上の組み合わせであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のガス開閉器。
【請求項５】
前記多孔性無機化合物は、ゼオライト、アルミナ、シリカ、シリカアルミナ、チタニア、マグネシア、ジルコニアから選ばれるいずれか１種、またはいずれか２種以上の組み合わせであることを特徴とする請求項４に記載のガス開閉器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流遮断機能を有するガス開閉器に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力系統において電流開閉を行うガス開閉器には、その使用目的や必要とされる機能に応じて、遮断器、断路器など様々なものが存在する。ここでは、７２ｋＶ以上の高電圧送電系統の保護用開閉器として広く使用されているパッファ形ガス遮断器を例に従来の技術を説明する。
【０００３】
図４は、従来のパッファ形ガス遮断器の内部構造を示す断面図である。図４において、中心線より左側が閉極状態、すなわち通常時の電流通電状態を示し、右側が開極状態、すなわち電流遮断時の状態を示している。
【０００４】
図４に示すパッファ形ガス遮断器は、固定接触子１と、この固定接触子１の軸心位置に設けられた固定アーク接触子２と、ピストン３と、このピストン３に嵌合されてピストン３とともにパッファ室４を構成するパッファシリンダ５と、固定接触子１と同軸に、かつ固定接触子１に対して接離可能に配設された可動接触子６と、この可動接触子６の内側に固定アーク接触子２に相対するように可動接触子６と同軸に設けられた可動アーク接触子７と、パッファシリンダ５の先端部から固定接触子１側に延設された絶縁ノズル８と、可動アーク接触子７の先端側外周部から固定アーク接触子２側に延設された内ノズル９とを備える。
【０００５】
固定接触子１と固定アーク接触子２とは、消弧性ガスが充填された図示しない密閉容器内に同軸に配設されている。パッファシリンダ５、可動接触子６および可動アーク接触子７は、密閉容器内に固定されたピストン３に嵌め込まれ、固定接触子１および固定アーク接触子２に相対し、かつ固定接触子１および固定アーク接触子２に対して接離可能に配設されている。
【０００６】
このように構成されたパッファ形ガス遮断器の閉極状態においては、図４の中心線の左側に示したように、固定接触子１と可動接触子６とが接触し、固定アーク接触子２と可動アーク接触子７とが接触している。これにより、電流は、固定接触子１と可動接触子６との間、および固定アーク接触子２と可動アーク接触子７との間を流れるように通電される。
【０００７】
電流を遮断する必要が生じた際には、パッファシリンダ５、可動接触子６、可動アーク接触子７、絶縁ノズル８、および内ノズル９が、図示しない駆動装置により図示下方向に一体的に移動する。これに伴い、パッファ室４の容積が漸次縮小され、パッファ室４内の消弧性ガスがピストン３により圧縮される。
【０００８】
この電流遮断動作において、固定接触子１と可動接触子６とがまず開極し、これにわずかに遅れて固定アーク接触子２と可動アーク接触子７とが開極する。そこで、極間に流れていた電流は固定アーク接触子２と可動アーク接触子７との間で点弧し、アークを発生する。
【０００９】
そして、パッファ室４で圧縮された消弧性ガスが、絶縁ノズル８と内ノズル９とにより形成されるガス流路１０を通って吹き出し口１１からアークに吹きつけられ、アークが冷却されて、電流が遮断される。このようにして、図４の中心線の右側に示した開極状態となる。
【００１０】
上記のような、消弧性ガスをアークに吹きつけて消弧するガス開閉器においては、消弧性ガスとして、アークを消滅させる性能（消弧性能）に優れ、また、無毒無害、不活性といった工業的に優れた特性を有する六フッ化硫黄（ＳＦ６）ガスが用いられることが多い。
【００１１】
しかし、ＳＦ６ガスは、 大きな地球温暖化作用を有することが知られている。地球温暖化作用の大きさは一般に地球温暖化係数、すなわち二酸化炭素（ＣＯ２）ガスを１とした場合の相対値により表され、ＳＦ６ガスの地球温暖化係数は２３９００に及ぶことが知られている。
【００１２】
このため、環境保全の観点からＳＦ６ガスの代替ガスの探索が行われており、その候補として、地球温暖化係数が５以下と小さく、低環境負荷であるトリフルオロヨードメタン（ＣＦ３Ｉ）ガスや、ＣＦ３Ｉを含有する混合ガスが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−１６４０４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、ＣＦ３ＩガスやＣＦ３Ｉを含有する混合ガスをガス開閉器の消弧性ガスとして用いると、電流遮断動作時に発生するアークによってＣＦ３Ｉの一部が分解して、ヨウ素（Ｉ２）等の分解物質が発生し、この分解物質がガス開閉器の内部に付着または充満することによって、ガス開閉器の遮断性能や絶縁耐力の低下を招くことがあった。
【００１４】
本発明は上記に鑑みてなされたもので、ＣＦ３ＩガスやＣＦ３Ｉを含有する混合ガスを消弧性ガスとして用いた場合でも、遮断性能や絶縁耐力の低下を抑制することができるガス開閉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】
【００１５】
上記目的を達成するため、本発明の請求項１に係るガス開閉器は、トリフルオロヨードメタンを含有する消弧性ガスが充填された密閉容器内に配置された第１の固定接触子と、前記第１の固定接触子に対向して前記密閉容器内に配置された筒状の第２の固定接触子と、前記第２の固定接触子の外周面を軸方向に往復摺動可能に、かつ前記第１の固定接触子と接離可能に設けられた可動接触子と、前記可動接触子と一体的に往復移動可能な可動ピストンが挿入され、前記第２の固定接触子の中空部を介して、前記第１の固定接触子と前記可動接触子とが開離した電流遮断時における前記第１の固定接触子と前記可動接触子との間のアーク発生空間と連通する吸い込みシリンダと、前記第２の固定接触子の前記吸い込みシリンダ側端に設置され、前記吸い込みシリンダから前記アーク発生空間に向かうガスの流れを止め、前記アーク発生空間から前記吸い込みシリンダに向かうガスの流れを通す逆止弁と、前記吸い込みシリンダの周壁および底壁の周囲に配置され、電流遮断動作時に発生するアークによって前記消弧性ガスが分解されて生成される分解物質を吸着する吸着剤とを備え、前記吸い込みシリンダの周壁および底壁は、ガスを通過させる多孔質の材料からなり、電流遮断動作時において、前記可動接触子と一体的に移動する前記可動ピストンと前記吸い込みシリンダとの相対移動により、前記アーク発生空間から前記第２の固定接触子の中空部を介して前記可動ピストンと前記吸い込みシリンダとで囲まれる第１のガス室へ至るガス流を発生させることで、前記アーク発生空間に発生する前記アークを消弧するとともに、前記アーク発生空間で生成した前記分解物質を前記第１のガス室内に吸引し、電流遮断状態から通電状態に移行する閉極動作時には、前記可動ピストンと前記吸い込みシリンダとの相対移動により圧縮された前記第１のガス室内の前記分解物質を含むガスを、前記吸い込みシリンダの周壁を通過させて前記吸着剤に接触させた後に前記密閉容器内に放出することを特徴とする。
【００１６】
本発明の請求項２に係るガス開閉器は、請求項１に記載のガス開閉器において、前記密閉容器内に固定された固定ピストンが挿入され、前記可動接触子および前記可動ピストンと一体的に前記第２の固定接触子の軸方向に往復移動可能な吹きつけシリンダをさらに備え、前記吹きつけシリンダは、電流遮断動作時に前記吹きつけシリンダと前記固定ピストンとの相対移動により圧縮される前記固定ピストンと前記吹きつけシリンダとで囲まれる第２のガス室内の前記消弧性ガスを、前記アーク発生空間に発生したアークに向けて吹きつける吹き出し口を有することを特徴とする。
【００１７】
本発明の請求項３に係るガス開閉器は、請求項１または２に記載のガス開閉器において、前記消弧性ガスは、トリフルオロヨードメタンと二酸化炭素との混合ガス、またはトリフルオロヨードメタンと窒素との混合ガスであることを特徴とする。
【００１８】
本発明の請求項４に係るガス開閉器は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のガス開閉器において、前記吸着剤は、多孔性無機化合物、イオン交換樹脂、活性炭、グラファイトから選ばれるいずれか１種、またはいずれか２種以上の組み合わせであることを特徴とする。
【００１９】
本発明の請求項５に係るガス開閉器は、請求項４に記載のガス開閉器において、前記多孔性無機化合物は、ゼオライト、アルミナ、シリカ、シリカアルミナ、チタニア、マグネシア、ジルコニアから選ばれるいずれか１種、またはいずれか２種以上の組み合わせであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のガス開閉器によれば、ＣＦ３ＩガスやＣＦ３Ｉを含有する混合ガスを消弧性ガスとして用いた場合でも、遮断性能や絶縁耐力の低下を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。以下の図面の記載において、同一または同等の部分には同一または同等の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、現実のものとは異なることに留意すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
【００２２】
また、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は、各構成部品の配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
【００２３】
図１は、本発明の実施の形態に係るガス開閉器の内部構造の閉極時（通電時）の状態を示す断面図、図２は、図１に示す内部構造の開極動作時（電流遮断動作時）の状態を示す断面図、図３は、図１に示す内部構造の閉極動作時の状態を示す断面図である。
【００２４】
図１〜図３に示す内部構造は、ＣＦ３Ｉを含有する消弧性ガス２０が充填された図示しない密閉容器内に収納されている。この内部構造において、密閉容器内に固定された導体板２１に立設された円柱状の固定接触子２２と、密閉容器内に固定された導体板２３に接続された円筒状の固定接触子２４とが、同軸に対向して配置されている。固定接触子２４の固定接触子２２に対向する側とは反対側の端部は、導体板２３の中央部を貫通して導体板２３に固定されている。また、導体板２１，２３は複数の絶縁柱２５により互いに接続されている。
【００２５】
固定接触子２４には、その外周面を電気的に接触しながら軸方向に往復摺動可能、かつ固定接触子２２と接離可能な可動接触子２６が外挿されている。可動接触子２６の周囲には、可動接触子２６と一体的に固定接触子２４の軸方向に往復移動可能な吹きつけシリンダ２７が設けられている。
【００２６】
吹きつけシリンダ２７には、固定ピストンロッド２８により導体板２３の一方面側に固定されたドーナツ状の固定ピストン２９が挿入され、この固定ピストン２９と吹きつけシリンダ２７とで囲まれるガス室３０が形成されている。
【００２７】
導体板２３の他方面側には、導体板２３を蓋とする吸い込みシリンダ３１が設けられ、固定接触子２４の導体板２３側の端部が吸い込みシリンダ３１内に開口しており、固定接触子２４内部の中空部２４ａを介して、電流遮断時においてアークが発生する固定接触子２２と可動接触子２６との間のアーク発生空間３２と、吸い込みシリンダ３１とが連通するようになっている。
【００２８】
吸い込みシリンダ３１には、導体板２３を軸方向に移動可能に貫通する駆動ロッド３３により吹きつけシリンダ２７と連結された可動ピストン３４が挿入されており、可動ピストン３４と吸い込みシリンダ３１とで囲まれるガス室３５が形成されている。
【００２９】
可動ピストン３４には、吸い込みシリンダ３１の底壁３１ａを貫通して図示下方に延びる駆動ロッド３６が接続されており、この駆動ロッド３６を介して、図示しない駆動装置により、可動接触子２６、吹きつけシリンダ２７、および可動ピストン３４が一体的に図示上下方向に往復移動可能に構成されている。
【００３０】
吹きつけシリンダ２７には、電流遮断時に吹きつけシリンダ２７と固定ピストン２９との相対移動により圧縮されるガス室３０内の消弧性ガス２０を、固定接触子２２と可動接触子２６との間のアーク発生空間３２に向けて吹きつける吹き出し口２７ａが設けられている。
【００３１】
固定接触子２４の吸い込みシリンダ３１側端の開口部には、逆止弁３７が設置されている。逆止弁３７は、吸い込みシリンダ３１からアーク発生空間３２に向かうガスの流れを止め、アーク発生空間３２から吸い込みシリンダ３１に向かうガスの流れを通す。
【００３２】
吸い込みシリンダ３１の外側には、一端が導体板２３に固定された絶縁筒３８と、この絶縁筒３８の他端側に取り付けられた絶縁体からなる仕切板３９とが設けられている。そして、吸い込みシリンダ３１の底壁３１ａ、周壁３１ｂ、絶縁筒３８および仕切板３９で囲まれる空間には、電流遮断動作時に発生するアークによって消弧性ガス２０に含まれるＣＦ３Ｉが分解されて生成されるＩ２等の分解物質を吸着する吸着剤４０が充填されている。
【００３３】
吸着剤４０は、多孔性無機化合物、イオン交換樹脂、活性炭、グラファイトから選ばれるいずれか１種、またはいずれか２種以上の組み合わせとすることができる。また、多孔性無機化合物の具体例としては、ゼオライト、アルミナ、シリカ、シリカアルミナ、チタニア、マグネシア、ジルコニアから選ばれるいずれか１種、またはいずれか２種以上の組み合わせとすることができる。
【００３４】
また、吸着剤４０は、粉末状、粒状、顆粒状、粉砕品等の種々の形態で使用することができる。
【００３５】
吸い込みシリンダ３１の底壁３１ａ、周壁３１ｂ、絶縁筒３８、および仕切板３９は、ガスを通過させ、吸着剤４０は通過させない多孔質の絶縁材料からなる。多孔質の絶縁材料としては、例えばガラスエポキシ樹脂が挙げられる。また、絶縁筒３８には、複数の小孔３８ａが設けられている。
【００３６】
ＣＦ３Ｉを含有する消弧性ガス２０としては、ＣＦ３Ｉガス、ＣＦ３ＩガスとＣＯ２ガスとの混合ガス、ＣＦ３ＩガスとＮ２ガスとの混合ガス等を用いることができる。
【００３７】
次に、本実施の形態に係るガス開閉器の動作について説明する。
【００３８】
通常通電時、すなわち閉極時は、図１に示すように、可動接触子２６が固定接触子２２，２４に接触している。この状態で、電流は、ガス開閉器の片側の口出し部（図示せず）から導入され、導体板２１、固定接触子２２、可動接触子２６、固定接触子２４、導体板２３を通って、ガス開閉器の反対側の口出し部（図示せず）から出ていく。
【００３９】
電流遮断動作時には、閉極状態から、図２に示すように、可動接触子２６、吹きつけシリンダ２７、および可動ピストン３４が、駆動ロッド３６を介して図示しない駆動装置により図示下方向に一体的に移動し、固定接触子２２と可動接触子２６とが離れる。この時、固定接触子２２と可動接触子２６との間のアーク発生空間３２にアークが発生する。この際、アーク発生空間３２では、発生したアークによって消弧性ガス２０に含まれるＣＦ３Ｉの一部が分解されてＩ２等の分解物質が生成される。
【００４０】
同時に、吹きつけシリンダ２７と固定ピストン２９との相対移動により、ガス室３０の容積が漸次縮小されてガス室３０内の消弧性ガス２０が固定ピストン２９により圧縮され、この圧縮された消弧性ガス２０が吹き出し口２７ａからアーク発生空間３２のアークに吹きつけられる。
【００４１】
一方、吸い込みシリンダ３１側では、可動ピストン３４と吸い込みシリンダ３１との相対移動により、ガス室３５の容積が漸次拡大されてガス室３５内の圧力が下がり、逆止弁３７が開き、アーク発生空間３２から固定接触子２４の中空部２４ａを通過してガス室３５に至るガス流が生じる。
【００４２】
このように、吹き出し口２７ａから消弧性ガス２０をアークに吹きつけ、同時にアーク発生空間３２からガス室３５へのガス流を発生させることで、アークを消弧して電流を遮断するとともに、アーク発生空間３２で生成した分解物質を密閉容器内に飛散させずにガス室３５内に吸引する。
【００４３】
電流を遮断した後、再び通電状態に移行する閉極動作時には、可動接触子２６、吹きつけシリンダ２７、および可動ピストン３４が、駆動ロッド３６を介して図示しない駆動装置により図示上方向に一体的に移動する。
【００４４】
この際、図３に示すように、逆止弁３７は閉じ、可動ピストン３４と吸い込みシリンダ３１との相対移動により圧縮されたガス室３５内の分解物質を含むガスが、吸い込みシリンダ３１の多孔質材料からなる周壁３１ｂを通過し、吸い込みシリンダ３１の周囲に配置された吸着剤４０に接触して分解物質が除去された後、絶縁筒３８、仕切板３９、および小孔３８ａを通過して密閉容器内に放出される。密閉容器内に放出されたガスは、消弧性ガス２０として再度利用される。
【００４５】
上記説明のように本実施の形態によれば、電流遮断動作時に発生するアークによって消弧性ガス２０に含まれるＣＦ３Ｉの一部が分解されて生成されるＩ２等の分解物質をガス室３５に回収し、閉極動作時にガス室３５内の分解物質を含むガスを吸着剤４０に接触させて分解物質を除去してから密閉容器内に放出するので、ＣＦ３ＩガスやＣＦ３Ｉを含有する混合ガスを消弧性ガスとして用いた場合でも、分解物質がガス開閉器の内部に付着または充満することによるガス開閉器の遮断性能や絶縁耐力の低下を抑制することができる。
【００４６】
なお、本発明は上記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。
【００４７】
具体的には、上記実施の形態で説明したガス開閉器の吹きつけシリンダ２７および固定ピストン２９を省略し、これとは別に、可動接触子２６と可動ピストン３４とを一体的に移動させる機構を設けるようにしてもよい。
【００４８】
この場合、電流遮断時において、アークへの消弧性ガス２０の吹きつけはないが、可動ピストン３４と吸い込みシリンダ３１との相対移動により発生するアーク発生空間３２からガス室３５へのガス流によりアークを消弧して電流を遮断するとともに、アーク発生空間３２で生成した分解物質を密閉容器内に飛散させずにガス室３５内に吸引することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施の形態に係るガス開閉器の内部構造の閉極時（通電時）の状態を示す断面図である。
【図２】図１に示す内部構造の開極動作時（電流遮断動作時）の状態を示す断面図である。
【図３】図１に示す内部構造の閉極動作時の状態を示す断面図である。
【図４】従来のパッファ形ガス遮断器の内部構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５０】
２０  消弧性ガス
２１，２３  導体板
２２，２４  固定接触子
２５  絶縁柱
２６  可動接触子
２７  吹きつけシリンダ
２７ａ  吹き出し口
２８  固定ピストンロッド
２９  固定ピストン
３０，３５  ガス室
３１  吸い込みシリンダ
３２  アーク発生空間
３３，３６  駆動ロッド
３４  可動ピストン
３７  逆止弁
３８  絶縁筒
３９  仕切板
４０  吸着剤
【図１】
0005051911.tif 000002
【図２】
0005051911.tif 000003
【図３】
0005051911.tif 000004
【図４】
0005051911.tif 000005