(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
消弧性ガスで充填された密閉タンク内に、棒状導体よりなる固定アーク接点と、この固定アーク接点の軸方向に移動可能であり固定アーク接点と接離する可動アーク接点と、この可動アーク接点の反固定アーク接点側に取り付けられ内部にパッファ室を形成するパッファシリンダと、パッファ室内に配されパッファシリンダが反固定アーク接点側へ移動するとともにパッファ室内の消弧性ガスを圧縮する固定ピストンと、固定アーク接点の外周を囲むとともに固定アーク接点と導通する固定通電接点と、可動アーク接点の外周を囲み、可動アーク接点と導通するとともに固定通電接点と接離する可動通電接点と、この可動通電接点および固定通電接点の外周を囲むとともに可動通電接点の移動方向に中心軸が向けられて配された絶縁筒と、この絶縁筒の軸方向の両端部に取り付けられそれぞれが固定通電接点側、固定ピストン側に固定された一対の金属シールドとにより構成され、遮断動作時に固定通電接点と可動通電接点とが開離した後で固定アーク接点と可動アーク接点とが開離し、固定アーク接点と可動アーク接点との開離間隙に生ずるアークがパッファシリンダからの圧縮ガスで吹き消されてなるパッファ形ガス遮断器において、前記絶縁筒が軸方向に繋がる３つの絶縁筒部からなり、両側の絶縁筒部がそれぞれ金属シールドに固定されるとともに中間の絶縁筒部が金属シールドの端部から軸方向に離れた位置で両側の絶縁筒部に接合され、両側の絶縁筒部の比誘電率が中間の絶縁筒部のそれより小さいことを特徴とするパッファ形ガス遮断器。
【請求項２】
請求項１に記載のパッファ形ガス遮断器において、両側の絶縁筒部がポリテトラフルオルエチレンよりなるとともに、中間の絶縁筒部がガラス繊維強化プラスチックよりなることを特徴とするパッファ形ガス遮断器。
【請求項３】
請求項１または２に記載のパッファ形ガス遮断器において、両側の絶縁筒部と中間の絶縁筒部との接合部が切欠き部の嵌め合い構造によって接合されたことを特徴とするパッファ形ガス遮断器。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載のパッファ形ガス遮断器において、両側の絶縁筒部と中間の絶縁筒部との接合部が両ねじの嵌め合い構造によって接合されたことを特徴とするパッファ形ガス遮断器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、消弧性ガスとしてＳＦ6 ガスが用いられている電力用のガス遮断器、特に、小形化することのできる遮断器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
パッファ形ガス遮断器は、消弧性ガスを圧縮し、この圧縮ガスをアーク接点の開離間隙に吹き付けてアークを吹き消し通電電流を遮断するものである。この遮断器の消弧性ガスとしては、ＳＦ6 ガスが非常に優れており、中小容量から大容量の遮断器にまで広く用いられている。
【０００３】
図５は、従来のパッファ形ガス遮断器の構成を示す要部断面図であり、遮断動作している途中の状態が示されている。ＳＦ6 ガスで充填された密閉タンク６内に、棒状導体よりなる固定アーク接点１１と、内腔１３Ａを備えた可動アーク接点１３とで一対の互いに接離可能なアーク接点が形成されている。可動アーク接点１３は、図５の上下方向に移動可能である。一方、固定アーク接点１１、可動アーク接点１３とそれぞれ導通する固定通電接点１０、可動通電接点１４が一対の通電接点を形成している。固定通電接点１０は固定アーク接点１１の周囲を囲むようにして設けられ、可動通電接点１４は可動アーク接点１３の周囲を囲み可動アーク接点１３とともに図５の上下方向に移動可能である。パッファ形ガス遮断器の通電時は、可動通電接点１４が図５の上方へ移動して固定通電接点１０の内部に挿入されて可動通電接点１４と固定通電接点１０とが接触し合うとともに、可動アーク接点１３の内腔１３Ａに固定アーク接点１１が挿入されて可動アーク接点１３と固定アーク接点１１とが接触し合うことによって通電状態が保たれている。図５では、パッファ形ガス遮断器の上下の構成の図示が省略されているが、固定通電接点１０および固定アーク接点１１に接続された図示されていない主回路導体が上方へ伸び、一方、可動通電接点１４および可動アーク接点１３に接続された図示されていないもう一方の主回路導体が下方へ伸び、電力回路の開閉が行われる。
【０００４】
また、図５において、遮断動作時には、可動通電接点１４が下降し、固定通電接点１０と可動通電接点１４とが開離した後で固定アーク接点１１と可動アーク接点１３が開離するように構成されている。すなわち、固定通電接点１０と可動通電接点１４が開離したときに、固定アーク接点１１と可動アーク接点１３との開離間隙１８だけにアークが移るようになっている。それによって、固定通電接点１０と可動通電接点１４とがアークによって損傷されることを防いでいる。遮断時に発生するアークを固定アーク接点１１と可動アーク接点１３との開離間隙１８だけに閉じ込め、このアークに後述される圧縮ガスを吹き付けて消弧がなされる。パッファ形とは、ｐｕｆｆの「吹き出す」の意から由来しており、圧縮された消弧性ガスをアークに吹き付けることによって大電流を遮断することから来ている。遮断終了後は、可動通電接点１４が図５の構成よりさらに下へ移動し、固定通電接点１１からさらに離れた位置まで下降する。
【０００５】
さらに、図５において、金属シールド７，９は、それぞれ固定通電接点１０，可動通電接点１４の外周を包囲し、密閉タンク６との間に発生する電界集中を緩和させている。金属シールド７，９はいずれも固定されたものであり、それぞれ金属シールド７は固定通電接点１０側に固定され、金属シールド９は固定ピストン１７側に固定されている。この金属シールド７，９に絶縁筒８が接着されている。絶縁筒８はガラス繊維強化プラスチックよりなり、アークの加熱によって発生した分解ガスを絶縁筒８内に閉じ込め、密閉タンク６に対する絶縁が低下するのを防いでいる。また、図５の下部に図示されていない駆動装置が連結されていて、可動通電接点１４および可動アーク接点１３をパッファシリンダ１５および排気筒１７とともに上下駆動させる。一方、固定ピストン１６は固定されたものであり、パッファシリンダ１５内部と排気筒１７との間にパッファ室１５Ａを形成している。このパッファ室１５Ａは、遮断時にパッファシリンダ１５が下方に移動することによって、パッファ室１５Ａ内のガスが圧縮される。この圧縮ガスが、パッファシリンダ１５の上部に形成された吹出し穴１５Ｂから開離間隙１８へ吹き出すようになっている。
【０００６】
図６は、図５の要部拡大断面図である。可動通電接点１４と可動アーク接点１３との間に、第一絶縁ノズル１２Ａと第二絶縁ノズル１２Ｂとが配され、その間に通気ガイド１９が形成されている。第一絶縁ノズル１２Ａは、中空の絶縁体よりなるとともに上方の開口部は絞られて固定アーク接点１１の出入りするノズル穴１２が形成され、下部の開口側からはパッファシリンダ１５の吹出し穴１５Ｂからパッファ室１５Ａ内の圧縮ガスを導き入れ、この圧縮ガスを通気ガイド１９中を矢印１９Ａのように通過させて開離間隙１８に導く。一方、第二絶縁ノズル１２Ｂは、可動アーク接点１３の外壁側を覆うようにして配されている。遮断時に、固定アーク接点１１と可動アーク接点１４との間にアークが発生するが、通気ガイド１９からの圧縮ガスによってアークが冷却され、固定アーク接点１１が第一絶縁ノズル１２Ａのノズル穴１２から抜け出た後に消弧される。なお、固定アーク接点１０の内壁に設けられた周回突起１０Ａは、可動アーク接点１４が上昇したときに可動アーク接点１４の外周面と固定アーク接点１０の周回突起１０Ａとが接触するようにさせるためのものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述したような従来の装置は、絶縁筒にかかる電界が高いという問題があった。
図７は、図５における電位分布図であり、可動アーク接点１３に１００％の電位が、固定アーク接点１１に０％の電位が与えられ、有限要素法にて軸対称場（中心軸２１）として電界計算された結果である。電界計算は、密閉タンクの内部全体について行われ、固定アーク接点１１と可動アーク接点１３との間の開離間隙近傍の電位分布を拡大して示したのが図７である。計算された等電位線２０は９．０９％の等ピッチで引かれた線である。
【０００８】
図８は、図７の絶縁筒８周辺の拡大電位分布図であり、図７の電位分布を基にして、絶縁筒８の周辺がさらに詳細に電界計算されて得られた結果である。等電位線２０Ａは等ピッチで引かれた線である。絶縁筒８の沿面方向にかかる電界のうち、金属シールド７近辺の電界をＥ1 、金属シールド７から離れた部分の電界をＥ2 とする。図８の絶縁筒８の沿面における等電位線２０Ａ同士の間隙は、金属シールド７から離れた部分より金属シールド７近辺の方が広くなっている。そのために、Ｅ1 ＜Ｅ2 となり、絶縁筒８の中間部に高い電界がかかっている。絶縁筒８の沿面部に高い電界がかかると、交流の耐電圧試験や落雷、回路の開閉などによって遮断器に侵入して来る高電圧に絶縁筒８の沿面部の絶縁が耐えられなくなる恐れある。したがって、従来は、絶縁筒８の長さや密閉タンクとの離隔距離をこれ以上縮めるとができなかった。そのために、遮断器もこれ以上小形化することができなかった。
【０００９】
この発明の目的は、絶縁筒表面の電界を緩和させることにある。
【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、この発明によれば、消弧性ガスで充填された密閉タンク内に、棒状導体よりなる固定アーク接点と、この固定アーク接点の軸方向に移動可能であり固定アーク接点と接離する可動アーク接点と、この可動アーク接点の反固定アーク接点側に取り付けられ内部にパッファ室を形成するパッファシリンダと、パッファ室内に配されパッファシリンダが反固定アーク接点側へ移動するとともにパッファ室内の消弧性ガスを圧縮する固定ピストンと、固定アーク接点の外周を囲むとともに固定アーク接点と導通する固定通電接点と、可動アーク接点の外周を囲み、可動アーク接点と導通するとともに固定通電接点と接離する可動通電接点と、この可動通電接点および固定通電接点の外周を囲むとともに可動通電接点の移動方向に中心軸が向けられて配された絶縁筒と、この絶縁筒の軸方向の両端部に取り付けられそれぞれが固定通電接点側、固定ピストン側に固定された一対の金属シールドとにより構成され、遮断動作時に固定通電接点と可動通電接点とが開離した後で固定アーク接点と可動アーク接点とが開離し、固定アーク接点と可動アーク接点との開離間隙に生ずるアークがパッファシリンダからの圧縮ガスで吹き消されてなるパッファ形ガス遮断器において、前記絶縁筒が軸方向に繋がる３つの絶縁筒部からなり、両側の絶縁筒部がそれぞれ金属シールドに固定されるとともに中間の絶縁筒部が金属シールドの端部から軸方向に離れた位置で両側の絶縁筒部に接合され、両側の絶縁筒部の比誘電率が中間の絶縁筒部のそれより小さくなるようにするとよい。それによって中間の絶縁筒部のキャパシタンスが両側の絶縁筒部のそれより大きくなるので、絶縁筒にかかる電界が緩和される。
【００１１】
また、かかる構成において、両側の絶縁筒部がポリテトラフルオルエチレンよりなるとともに、中間の絶縁筒部がガラス繊維強化プラスチックよりなるようにしてもよい。ポリテトラフルオルエチレンの比誘電率が２、ガラス繊維強化プラスチックの比誘電率が５なので、絶縁筒にかかる電界が緩和される。
また、かかる構成において、両側の絶縁筒部と中間の絶縁筒部との接合部が切欠き部の嵌め合い構造によって接合されるようにしてもよい。それによって、絶縁筒が機械的に丈夫になる。
【００１２】
また、かかる構成において、両側の絶縁筒部と中間の絶縁筒部との接合部が両ねじの嵌め合い構造によって接合されるようにしてもよい。それによっても、絶縁筒が機械的に丈夫になる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を実施例に基づいて説明する。図１は、この発明の実施例にかかるパッファ形ガス遮断器の構成を示す要部断面図である。絶縁筒８０が軸方向に繋がる３つの絶縁筒部８０Ａ，８０Ｂ，８０Ｃとから構成されている。両側の絶縁筒部８０Ａ，８０Ｃがそれぞれ金属シールド７，９に固定され、中間の絶縁筒部８０Ｂは金属シールド７，９の端部から軸方向に離れた位置の接合部２３で両側の絶縁筒部８０Ａ，８０Ｃに接合されている。両側の絶縁筒部８０Ａ，８０Ｃはポリテトラフルオルエチレンにより形成されているとともに、中間の絶縁筒部８０Ｂはガラス繊維強化プラスチックにより形成されている。ポリテトラフルオルエチレンの比誘電率は２であり、ガラス繊維強化プラスチックの比誘電率は５なので、両側の絶縁筒部８０Ａ，８０Ｃの比誘電率が中間の絶縁筒部８０Ｂのそれより小さくなっている。
【００１４】
図２は、図１の要部拡大断面図である。両側の絶縁筒部８０Ａと中間の絶縁筒部８０Ｂとの接合部２３は、接着材にて気密に接合されている。図示されていないもう一つの下部の接合部２３も、同様に接着材にて気密に接合されている。図１および図２のその他は、それぞれ図５および図６の従来の構成と同じであり、従来と同じ部分は同一参照符号を付けることによって詳細な説明は省略する。
【００１５】
図９は、図２の絶縁筒周辺の拡大電位分布図であり、図８に対応する図である。図９の絶縁筒８０Ａ，８０Ｂの沿面における等電位線２０Ａ同士の間隙は、金属シールド７から離れた部分より金属シールド７の近辺部分の方が僅かに狭くなっている。そのために、金属シールド７近辺の電界Ｅ1 が金属シールド７から離れた部分の電界Ｅ2 より僅かに高くなっている。そのために、Ｅ1 ＞Ｅ2 となっているが、この実施例におけるＥ1 の値は、図８の従来例におけるＥ2 の値より１０％緩和されている。そのために、図１の構成は、絶縁筒の長さや密閉タンクとの離隔距離を従来の場合より縮めることができ、遮断器全体も従来より小形化することができるようになった。
【００１６】
図１０は、図１の実施例における絶縁筒沿面の電界が緩和される理由を説明する等価回路図である。金属シールド７，９間のキャパシタンスが、絶縁筒部分とその他の部分とに分けて表されている。絶縁筒の部分は絶縁筒部８０ＡのキャパシタンスＣ1 と、中間の絶縁筒部８０ＢのキャパシタンスＣ2 と、絶縁筒部８０ＣのキャパシタンスＣ3 との直列キャパシタンスで表され、絶縁筒以外の部分は、キャパシタンスＣ0 でもって全て一括して表されている。絶縁筒部８０Ａにかかる電圧Ｖ1 ，絶縁筒部８０Ｂにかかる電圧Ｖ2 ，絶縁筒部８０Ｃにかかるに電圧Ｖ3 は、それぞれキャパシタンスＣ1 とＣ2 とＣ3 との分圧でもってほぼ決まっている。したがって、キャパシタンスＣ1 ，Ｃ3 が小さくなる程、両側の絶縁筒部８０Ａ，８０Ｃにかかる電圧Ｖ1 ，Ｖ3 が大きくなり、中間の絶縁筒部８０Ｂにかかる電圧Ｖ2 が小さくなる。絶縁筒部８０Ａおよび絶縁筒部８０Ｃの比誘電率は２であり、従来の場合（比誘電率が５）と比べて小さくなっているので、キャパシタンスＣ1 とＣ2 が従来より小さくなっている。そのために、絶縁筒部８０Ｂにかかる電圧Ｖ2 が小さくなり、それに伴って、中間の絶縁筒８０Ｂの沿面電界が従来より緩和される。
【００１７】
図３は、この発明の異なる実施例にかかるパッファ形ガス遮断器の構成を示す要部断面図である。絶縁筒８１が軸方向に繋がる３つの絶縁筒部８１Ａ，８１Ｂ，８１Ｃとから構成され，両側の絶縁筒部８１Ａ，８１Ｃはポリテトラフルオルエチレンより形成されているとともに、中間の絶縁筒部８１Ｂはガラス繊維強化プラスチックより形成されている。両側の絶縁筒部８１Ａ，８１Ｃと中間の絶縁筒部８１Ｂとの接合部２５が切欠き部の嵌め合い構造になっている。図３のその他は、図１の構成と同じである。絶縁筒部８１Ａ，８１Ｃと絶縁筒部８１Ｂとの端部が切り欠かれ、接着材を介して互いに嵌め合わされている。この接合構成によって絶縁筒８１が機械的に丈夫になる。なお、接合部２５における切欠き部にねじ部を形成し、両ねじの嵌合によって接合させる構造にしてもよい。
【００１８】
図４は、この発明のさらに異なる実施例にかかるパッファ形ガス遮断器の構成を示す要部断面図である。絶縁筒８２が軸方向に繋がる３つの絶縁筒部８２Ａ，８２Ｂ，８２Ｃとから構成され，両側の絶縁筒部８２Ａ，８２Ｃはポリテトラフルオルエチレンより形成されているとともに、中間の絶縁筒部８２Ｂはガラス繊維強化プラスチックより形成されている。両側の絶縁筒部８２Ａ，８２Ｃの外径端部にねじ部を形成するとともに、中間の絶縁筒部８２Ｂの内径端部にもねじ部を形成し、接合部２６は、絶縁筒部８２Ａ，８２Ｃと絶縁筒部８２Ｂとのねじ止めによって接合されている。図４のその他は、図１の構成と同じである。この接合構成によっても絶縁筒８２が機械的に丈夫になる。なお、接合部２６は、接着材を介して接合させる構造にしてもよい。
【００１９】
【発明の効果】
この発明は前述のように、絶縁筒が軸方向に繋がる３つの絶縁筒部からなり、両側の絶縁筒部がそれぞれ金属シールドに固定されるとともに中間の絶縁筒部が金属シールドの端部から軸方向に離れた位置で両側の絶縁筒部に接合され、両側の絶縁筒部の比誘電率が中間の絶縁筒部のそれより小さくなるようにすることによって、絶縁筒にかかる電界が緩和され、遮断器を縮小化することができる。
【００２０】
また、かかる構成において、両側の絶縁筒部がポリテトラフルオルエチレンよりなるとともに、中間の絶縁筒部がガラス繊維強化プラスチックよりなるようにしてもよい。ポリテトラフルオルエチレンの比誘電率が２、ガラス繊維強化プラスチックの比誘電率が５なので、絶縁筒の中間部にかかる電界が緩和される。
また、かかる構成において、両側の絶縁筒部と中間の絶縁筒部との接合部が切欠き部の嵌め合い構造によって接合されることによって、絶縁筒か機械的に丈夫になり、遮断器の信頼性が向上する。
【００２１】
また、かかる構成において、両側の絶縁筒部と中間の絶縁筒部との接合部が両ねじの嵌め合い構造によって接合されることによっても、絶縁筒か機械的に丈夫になり、遮断器の信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例にかかるパッファ形ガス遮断器の構成を示す要部断面図
【図２】図１の要部拡大断面図
【図３】この発明の異なる実施例にかかるパッファ形ガス遮断器の構成を示す要部断面図
【図４】この発明のさらに異なる実施例にかかるパッファ形ガス遮断器の構成を示す要部断面図
【図５】従来のパッファ形ガス遮断器の構成を示す要部断面図
【図６】図５の要部拡大断面図
【図７】図５の装置における電位分布図
【図８】図７の絶縁筒周辺の拡大電位分布図
【図９】図２の絶縁筒周辺の拡大電位分布図
【図１０】図１の実施例における絶縁筒沿面の電界が緩和される理由を説明する等価回路図
【符号の説明】
６：密閉タンク、７，９：シールド、８：絶縁筒、１０：固定通電接点、１１：固定アーク接点、１３：可動アーク接点、１４：可動通電接点、１５：パッファシリンダ、１５Ａ：パッファ室、１６：固定ピストン、８０，８１，８２：絶縁筒、８０Ａ，８０Ｃ，８１Ａ，８１Ｃ，８２Ａ，８２Ｃ：両端の絶縁筒部、８０Ｂ，８１Ｂ，８２Ｂ：中間の絶縁筒部
【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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