ガス遮断器
【課題】小さな駆動エネルギーで中小電流から大電流に至るまで確実に遮断可能な、コンパクト性及び遮断性能に優れたガス遮断器を提供する。
【解決手段】熱的昇圧室３１にはこの室内３１を主空間５２ａと従空間５２ｂに分割する分割部材５１が、熱的昇圧室３１の中心軸上に配置されている。分割部材５１は、熱的昇圧室３１内に収納される円筒部材から成り、中心側を主空間５２ａ、外周側を従空間５２ｂとする。主空間５２ａは、アーク空間側につながるガス流路１１と、隔壁３５の開口部３４ｂを経て機械的圧縮室３２とに空間的に接続されている。この主空間５２ａは、中小電流遮断時にもアークエネルギーによって昇圧可能な体積を持つ大きさに設定されている。
【解決手段】熱的昇圧室３１にはこの室内３１を主空間５２ａと従空間５２ｂに分割する分割部材５１が、熱的昇圧室３１の中心軸上に配置されている。分割部材５１は、熱的昇圧室３１内に収納される円筒部材から成り、中心側を主空間５２ａ、外周側を従空間５２ｂとする。主空間５２ａは、アーク空間側につながるガス流路１１と、隔壁３５の開口部３４ｂを経て機械的圧縮室３２とに空間的に接続されている。この主空間５２ａは、中小電流遮断時にもアークエネルギーによって昇圧可能な体積を持つ大きさに設定されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、消弧性ガスをアークに吹き付けるパッファ形のガス遮断器に係り、特に、機械的な圧縮作用とアーク熱による加熱昇圧作用を利用したガス遮断器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、パッファ形のガス遮断器とは、機械的操作力により消弧性ガスを圧縮すると共にアーク熱により消弧性ガスを昇圧してアークに吹き付ける遮断器である。このタイプのガス遮断器によれば、遮断時の駆動エネルギーを増大させることがないため、コンパクト化が容易であり、且つ優れた遮断性能を発揮することができる。したがって、従来から様々な提案がなされている。
【０００３】
例えば、特許文献１の技術は、アーク熱により昇圧させる空間を、可動接触子部側と、固定の対向接触子部側の両方に配置したものである。このガス遮断器では、可動接触子部側の昇圧空間を縮小化することによって可動接触子部の重量を低減させることができ、機器及び駆動系のコンパクト化が可能である。
【０００４】
また、特許文献２の技術は、ガス整流部材と逆止弁を組み合わせることでアークに曝されていない消弧性ガスをアークに吹き付けるようにしたものである。このガス遮断器によれば、比較的低温の消弧性ガスをアークに吹き付けることになるので、高い遮断性能を得ることができる。
【０００５】
ここで、パッファ形ガス遮断器の従来例について、図６〜図１０を用いて具体的に説明する。図６は遮断動作前の投入状態を示す断面図、図７は遮断動作初期の状態を示す断面図、図８は遮断動作が進み開極後の電流ピーク付近の状態を示す断面図、図９及び図１０はさらに遮断動作が進み電流零点に至った状態を示す断面図であり、特に図９は大電流遮断時、図１０は中小電流遮断時の状態を示している。
【０００６】
まず、パッファ形ガス遮断器の構成について説明する。図６に示すように、消弧性ガスが充填された容器（図示せず）内には、可動接触子部１として定義される第１接触子部、固定の対向接触子部２として定義される第２接触子部が、容器の中心軸上に対向して配置されている。なお、可動接触子部１及び対向接触子部２間の空間を、アークの発生するアーク空間とする。また、可動接触子部１の位置関係については、対向接触子部２側の方向を前方、その反対側を後方と定義して説明する。さらに消弧性ガスは任意のガスとする。
【０００７】
可動接触子部１には、中空の操作ロッド２６が設けられており、この操作ロッド２６は、図示していない駆動装置によって、その軸方向に往復運動するように構成されており、その中程に、該操作ロッド２６の中空部と、容器内の充填ガスと同圧力である充填ガス雰囲気空間１４（単純には容器の内部空間）とを連通するための開口部３４ｃが複数形成されている。また、操作ロッド２６において、開口部３４ｃと操作ロッド２６前端部との中間付近にはストッパ４２が固定されている。
【０００８】
操作ロッド２６の前端部にはフランジ２７が連結されており、フランジ２７の後方にはシリンダ２８が一体的に設けられている。シリンダ２８の中程には開口部３４ｂを有する隔壁３５が一体的に固着されている。この隔壁３５を介してシリンダ２８内の空間は、前後に分割されており、前方側に熱的昇圧室３１が、後方側に機械的圧縮室３２が、それぞれ設けられている。また、隔壁３５には開口部３４ｂが形成されている。この開口部３４ｂの機械的圧縮室３１側には浮動の逆止弁４１が設けられており、逆止弁４１の動作は、操作ロッド２６に固定されたストッパ４２と隔壁３５によって制限される。
【０００９】
後述するように遮断動作時にアーク空間にはアーク３８が発生するが、前記熱的昇圧室３１は、このアーク３８から取り込まれる熱ガスによる加熱昇圧作用によって蓄圧される空間である。一方、機械的圧縮室３２は遮断動作時に固定ピストン３３による機械的圧縮作用によって蓄圧される空間である。
【００１０】
また、機械的圧縮室３２内には円形平板状の固定ピストン３３が挿入されている。固定ピストン３３は、その内周面で操作ロッド２６の外周面に対して摺動すると共に、その外周面でシリンダ２８の内周面に対して摺動するように構成されている。この場合、固定ピストン３３は、その後方に一体的に設けられて軸方向に伸びるピストン支持部３３ｂによって、図示していない容器内に固定されている。さらに、固定ピストン３３には開口部３４ｅが形成されており、開口部３４ｅにはバネ４５で閉方向に蓄勢された放圧弁４４が設けられている。
【００１１】
フランジ２７の前方には、中空かつ指状の可動アーク接触子６が連結されており、可動アーク接触子６の外周基部に開口部３４ａが形成されている。この開口部３４ａの外周部分で、且つ前記可動アーク接触子６を包囲するようにして、スロート部９を有する絶縁ノズル８と、可動通電接触子４とが配置されている。可動アーク接触子６と絶縁ノズル８との間には、フランジ２７前方の開口部３４ａを経て、熱的昇圧室３１の内部空間とアーク空間とを接続するためのガス流路１１が形成されている。
【００１２】
対向接触子部２は、開口部３４ｄを設けたフランジ４０と、フランジ４０に固定された対向アーク接触子７、その周囲に配置され同様にフランジ４０に固定された対向通電接触子５から構成されている。
【００１３】
以上の構成を有するガス遮断器は、次のようにして遮断動作を実施する。すなわち、遮断動作が開始すると、操作ロッド２６が後方に移動し、この操作ロッド２６を含む可動接触子部１が一体的に移動する。これにより、固定された固定ピストン３３に対し、操作ロッド２６とシリンダ２８が一体的に移動することになり、シリンダ２８と固定ピストン３３が相対移動し、シリンダ２８内部後方に形成された機械的圧縮室３２が圧縮される。
【００１４】
図７に示した遮断動作の開始時点では、隔壁３５の開口部３４ｂに取り付けられた逆止弁４１は、浮動なので、慣性力により、可動接触子部１と一体に動作しない。つまり、逆止弁４１は相対的には前方に移動したことになり、ストッパ４２に当接して止まる。これにより、隔壁３５の開口部３４ｂは開状態となる。さらに、機械的圧縮室３２が昇圧し、機械的圧縮室３２から開口部３４ｂを経て、ガス流３９ａは機械的圧縮室３２内から熱的昇圧室３１に供給される。
【００１５】
次に、図８に示すように遮断動作が進行し、対向アーク接触子７と可動アーク接触子６が開離すると、両アーク接触子７、６間のアーク空間には大電流アーク３８が発生する。この時、大電流アーク３８により、アーク空間は高温高圧の状態にある。例えば大電流アーク３８の電流が５０ｋＡの場合、その温度は容易に１００００Ｋ以上に達する。
【００１６】
このため、アーク空間は熱的昇圧室３１より圧力が上昇し、絶縁ノズル８のスロート部９からガス流路１１及びフランジ２７の開口部３４ａを経て熱的昇圧室３１に至るガス流３９ｂが生じる。すなわち、大電流アーク３８の熱エネルギーの一部が熱的昇圧室３１に取り込まれることになる。
【００１７】
特に大電流遮断時には、熱的昇圧室３１は著しく昇圧し、熱的昇圧室３１と機械的圧縮室３２の間に、逆差圧が発生する。このため、逆止弁４１には後方への力が作用し、隔壁３５の開口部３４ｂは閉状態となる。これに対して中小電流遮断時（例えば２０ｋＡ以下）には、熱的昇圧室３１は急速に昇圧しないため、熱的昇圧室３１と機械的圧縮室３２の圧力は比較的均衡した状態にあり、逆止弁４１の動作は状態により変化する。
【００１８】
さらにストロークが進み、図９及び図１０に示すように電流零点に達すると、大電流アーク３８は減衰する。そして、残留アークプラズマ状態となり、圧力、密度及び温度が減少する。これにより、絶縁ノズル８のスロート部９は十分に開口し、ガス流３９ｃは、熱的昇圧室３１からフランジ２７の開口部３４ａを経てガス流路１１に向かって流れる。
【００１９】
このガス流３９ｃは、ガス流路１１から対向アーク接触子７に向かって流れるガス流３９ｆと、操作ロッド２６の中空部から、操作ロッド２６に設けられた開口部３４ｃに向かって流れるガス流３９ｇとなる。これらの２方向のガス流３９ｆ、３９ｇによって、相乗的に強力に冷却されて消弧され、電流遮断が達成される。
【００２０】
ここで、図９に示す大電流遮断時には、熱的昇圧室３１は機械的圧縮室３２に比べて圧力が高い状態にあり、隔壁３５に取り付けられた逆止弁４１は閉状態であり、一方、固定ピストン３３に設けられた放圧弁４４は、機械的圧縮室３２の過剰圧力上昇により開状態となって、ガス流３９ｄは、機械的圧縮室３２から充填ガス雰囲気空間１４へと抜ける。したがって、機械的圧縮室３２の過剰圧力が遮断動作を妨害する反力になることを回避できる。
【００２１】
また、図１０に示す中小電流遮断時には、熱的昇圧室３１の圧力は電流零点近傍で次第に低下し、機械的圧縮室３２の圧力を下回るため、逆止弁４１は開状態となり、機械的圧縮室３２から熱的昇圧室３１へのガス流３９ａが発生する。なお、操作ロッド２６の開口部３４ｃを通過したガス流３９ｅは、充填ガス雰囲気空間１４へと流れ出る（図９及び図１０に図示）。
【００２２】
以上のようなガス遮断器においては、熱的昇圧室３１と機械的圧縮室３２が相補的に作用する。すなわち、中小電流遮断時のようにアークエネルギーが小さい場合、熱的昇圧室３１では大きな圧力上昇が期待できないので、機械的圧縮室３２からガス流３９ａを供給し、熱的昇圧室３１の圧力上昇を補うことができる。
【００２３】
一方、強力な吹付けが必要な大電流遮断時には、アークエネルギーが大きく、強力なガス流３９ｂがアーク空間から熱的昇圧室３１へと供給され、熱的昇圧室３１の圧力が極めて高くなる。この際、熱的昇圧室３１は逆止弁４１により、機械的圧縮室３２から切り離されるため、熱的昇圧室３１は効率的に昇圧することが可能である。そして、残留アークプラズマ状態となり絶縁ノズル８のスロート部９が十分に開口すると、強力なガス流３９ｃが熱的昇圧室３１からガス流路１１を経てアーク空間へと流れ、確実に電流を遮断することができる。
【００２４】
なお、逆止弁４１が閉じることにより機械的圧縮室３２へのアークエネルギーの流入が抑制されるため、機械圧縮室３２の昇圧もある程度抑制されることになり、遮断動作を妨害する反力を抑えることができる。なお、熱的昇圧室３１においては、構成部材に作用する圧力は相殺されるため、遮断動作を妨げることはない。
【００２５】
【特許文献１】特開２００１−６７９９６号公報
【特許文献２】特開２００３−３１７５８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２６】
しかしながら、以上のような従来のガス遮断器には次に示す問題点があった。すなわち、中小電流遮断時のように熱的昇圧室３１の圧力上昇が充分ではない場合、機械的昇圧室３２から熱的昇圧室３１へガス流３９ａを供給しようとするが、この際、熱的昇圧室３１を流れるガス流３９ｃは、熱的昇圧室３１を通過していくに従って圧力が低下していく。これにより、アーク３８に吹付けられるガス流３９ｆ、３９ｇの吹付け圧力は弱くなる。
【００２７】
つまり、機械的圧縮の視点から見ると、熱的昇圧室３１は機械的圧縮室３２のデッドボリュームとして作用することになり、全体として吹付け圧力の低下を招いていた。したがって、中小電流遮断時に十分な吹付け圧力を得るためには、機械的圧縮室３２の断面積を大きくするか、熱的昇圧室３１の体積を小さく構成する必要があった。
【００２８】
機械的圧縮室３２の断面積を大きくする場合には、駆動エネルギーが大きくなる問題がある。一方、熱的昇圧室３１の体積を小さくする場合には、中小電流に対する遮断性能は向上するが、その反面、大電流遮断時には圧力が過度に上昇するので、熱的昇圧室３１から流れ出るガス量が多くなる。熱的昇圧室３１から短時間でガス量が流れ出てしまうと、アーク３８の発生時間が長い場合には熱的昇圧室３１のガス密度および圧力が低下することになり、かえって遮断性能が低下する可能性があった。
【００２９】
本発明は、以上のような従来技術の課題を解決するために提案されたものであり、小さな駆動エネルギーで中小電流から大電流に至るまで確実に遮断可能な、コンパクト性及び遮断性能に優れたガス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】
【００３０】
上記目的を達成するために、本発明は、消弧性ガスが充填された密閉容器内に第１接触子部及び第２接触子部が対向して配置され、前記第１接触子部は、連結された駆動装置により遮断動作時及び投入動作時に動作するように構成され、前記第１接触子部には第１通電接触子及び第１アーク接触子が設置され、前記第２接触子部には前記第１通電接触子及び前記第１アーク接触子に対し接離自在な第２通電接触子及び第２アーク接触子が設置され、前記第１アーク接触子及び前記第２アーク接触子は、通常運転時は接触導通状態にあり、遮断動作時は開離すると共に前記第１接触子部及び前記第２接触子部間の空間として定義されるアーク空間にアークを発生するよう構成され、さらに前記第１接触子部には、遮断動作時に機械的圧縮作用により蓄圧される機械的圧縮室と、遮断動作時に前記アーク空間から取り込まれる熱ガスによる加熱昇圧作用により蓄圧される熱的昇圧室が、隔壁を介して配置され、前記隔壁には前記機械的圧縮室及び前記熱的昇圧室を連通させる隔壁開口部が形成され、前記隔壁開口部にはこれを閉塞する逆止弁が取り付けられ、前記アーク空間と前記熱的昇圧室とを接続するガス流路が設けられたガス遮断器において、次のような構成上の特徴を有している。
【００３１】
すなわち、前記熱的昇圧室には該室内を主空間と従空間に分割する分割部材が設置され、前記熱的昇圧室の前記主空間は、前記ガス流路と、前記隔壁開口部を経て前記機械的圧縮室とに接続され、前記従空間は、前記分割部材により前記ガス流路及び前記機械的圧縮室から隔てられており、前記分割部材には前記主空間と前記従空間とを連通させる連通部が形成されたことを特徴とするものである。
【００３２】
以上の構成を有する本発明においては、分割部材にて熱的昇圧室の内部空間を主空間と従空間に分割し、従空間側はアーク空間側に接続されるガス流路と機械的圧縮室から隔てているので、機械的昇圧室から熱的昇圧室を経てアーク空間へと流れるガス流は、主として主空間側に流れることになる。つまり、機械的圧縮室から見て熱的昇圧室の体積を実質的に小さくすることができ、中小電流遮断時でも高い吹付け圧力を確保することができる。
【００３３】
また、圧力上昇が大きい大電流遮断時には、主空間から分割部材の連通部を経て従空間までアークの熱エネルギーが行き渡ることになる。したがって、熱的昇圧室の主空間にてガス密度及び圧力が低下した際、熱的昇圧室の従空間から主空間側に熱エネルギーを供給することができる。したがって、アークの発生が長く続く場合でも、十分に良好な遮断性能を得ることが可能となる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明のガス遮断器によれば、熱的昇圧室を主空間と従空間とに分割し、従空間側は、ガス流路及び機械的圧縮室から隔てるといった極めて簡単な構成により、中小電流から大電流に至るまで、小さな駆動エネルギーで優れた遮断性能を得ることができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下には、本発明によるガス遮断器の複数の実施形態について、図１から図５を参照して具体的に説明する。なお、下記の実施形態において図６〜図１０に示した従来例と同一の部材に関しては同一部材を付して説明は省略する。また、可動接触子部１及び対向接触子部２の位置関係の定義についても同様であって、対向接触子部２側の方向を前方、その反対側を後方とする。
【００３６】
［１．第１の実施形態］
［１−１．構成］
第１の実施形態に関して、図１及び図２を参照して説明する。図１、図２は本発明を適用したガス遮断器の断面図であり、遮断動作が進み電流零点に至った状態を示しており、より詳しくは、図１は大電流遮断時、図２は中小電流遮断時に対応するものである。
【００３７】
第１の実施形態の特徴は、次の点にある。すなわち、熱的昇圧室３１にはこの室内３１を主空間５２ａと従空間５２ｂに分割する分割部材５１が、熱的昇圧室３１の中心軸上に配置されている。分割部材５１は、熱的昇圧室３１内に収納される円筒部材から成り、中心側を主空間５２ａ、外周側を従空間５２ｂとする。
【００３８】
主空間５２ａは、アーク空間側につながるガス流路１１と、隔壁３５の開口部３４ｂを経て機械的圧縮室３２とに空間的に接続されている。この主空間５２ａは、中小電流遮断時にもアークエネルギーによって昇圧可能な体積を持つ大きさに設定されている。また、従空間５２ｂは、隔壁３５及び分割部材５１の外周面によって囲まれており、ガス流路１１及び機械的圧縮室３２に直接的には空間的に接続されていない。
【００３９】
分割部材５１の一端部は隔壁３５に固定されており、他端部はフランジ２７に対し所定のクリアランスを持って設けられている。このクリアランス部分が、主空間５２ａと従空間５２ｂとを連通させる連通部５０ａとなる。連通部５０ａはフランジ２７の開口部３４ａに近接して形成されている。なお、連通部５０ａの断面積は、ガス流路１１の開口部分の断面積、並びに主空間５２ａと機械的圧縮室３２とを接続する隔壁３５の開口部３４ｂの断面積のいずれよりも小さくなるように設定されている。
【００４０】
［１−２．作用］
以上の構成を有する第１の実施形態では、次のような遮断動作を実施する。すなわち、遮断動作が開始すると、操作ロッド２６が後方に移動し、この操作ロッド２６を含む可動接触子部１が一体的に移動する。これにより、固定された固定ピストン３３に対し、操作ロッド２６とシリンダ２８が一体的に移動することになり、シリンダ２８と固定ピストン３３が相対移動し、シリンダ２８内部後方に形成される機械的圧縮空間３２が圧縮される。
【００４１】
遮断動作の開始時点では、浮動の逆止弁４１は慣性力により、可動接触子部１と一体に動作しないため、開口部３４ｂが開状態となる（図２参照）。さらに、機械的圧縮室３２が昇圧し、機械的圧縮空間３２から開口部３４ｂを経て、ガス流３９ａが熱的昇圧室３１の主空間５２ａに供給される。次に、遮断動作が進行し、対向アーク接触子７と可動アーク接触子６が開離すると、両アーク接触子７、６間のアーク空間には大電流アーク３８が発生する。
【００４２】
このため、アーク空間のガス圧力が熱的昇圧室３１の主空間５２ａのガス圧力よりも上昇し、絶縁ノズル８のスロート部９からガス流路１１を通り、フランジ２７の開口部３４ａを経て、熱的昇圧室３１の主空間５２ａに至るガス流３９ｂが生じる。すなわち、大電流アーク３８のエネルギーの一部が熱的昇圧室３１の主空間５２ａに取り込まれることになる。
【００４３】
大電流遮断時には、熱的昇圧室３１の主空間５２ａは著しく昇圧し、熱的昇圧室３１の主空間５２ａと機械的圧縮室３２の間に、逆差圧が発生する。このため、逆止弁４１には後方への力が作用し、開口部３４ｂは閉となる。また、熱的昇圧室３１の主空間５２ａの圧力が著しく上昇すると、分割部材５１の連通部５０ａを経て従空間５２ｂにもガス流が流れ込み、従空間５２ｂ内の圧力も主空間５２ａに追随して上昇する。
【００４４】
一方、中小電流遮断時（例えば２０ｋＡ以下）でも、熱的昇圧室３１の主空間５２ａは昇圧し、主空間５２ａと機械的圧縮室３２の間に逆差圧が発生すると、逆止弁４１には、後方への力が作用し、開口部３４ｂは閉となる。ただし、中小電流遮断時の主空間５２ａの圧力上昇は大電流遮断時ほど著しくない。そのため、熱的昇圧室３１において主空間５２ａから従空間５２ｂに至るガス流は比較的弱く、主空間５２ａと従空間５２ｂには差圧が発生する。
【００４５】
さらにストロークが進み、図１及び図２に示すように電流零点に達すると、大電流アーク３８は減衰し、残留アークプラズマ状態となって、圧力、密度及び温度が減少する。これにより、絶縁ノズル８のスロート部９は十分に開口し、ガス流３９ｃは、熱的昇圧室３１の主空間５２ａからフランジ２７の開口部３４ａを経てガス流路１１に向かって流れる。
【００４６】
このガス流３９ｃは、可動アーク接触子６と絶縁ノズル８との間のガス流路１１から対向アーク接触子７に向かって流れるガス流３９ｆと、操作ロッド２６の中空部から、操作ロッド２６に設けられた開口部３４ｃに向かって流れるガス流３９ｇとなる。これらの２方向のガス流３９ｆ、３９ｇによって、相乗的に強力に冷却されて消弧され、電流遮断が達成される。
【００４７】
ここで、図１に示す大電流遮断時には、熱的昇圧室３１の主空間５２ａは機械的圧縮室３２に比べて圧力が高い状態にあり、隔壁３５に取り付けられた逆止弁４１は閉状態である。一方、固定ピストン３３に設けられた放圧弁４４は、機械的圧縮室３２の過剰圧力上昇により開状態となって、機械的圧縮室３２から充填ガス雰囲気空間１４へとガス流３９ｄが発生する。したがって、機械的圧縮室３２の過剰圧力が遮断動作を妨害する反力になることを回避できる。
【００４８】
なお、アーク３８の発生が長く続き、熱的昇圧室３１の主空間５２ａ内のガス密度及び圧力が低下してくると、主空間５２ａと同様の圧力を持つ従空間５２ｂから、分割部材５１の連通部５０ａを経て、主空間５２ａにガス流が供給される。したがって、主空間５２ａとフランジ２７の開口部３４ａを通って、ガス流路１１に至るガス流５３ａ（図１に図示）が発生する。その結果、アーク３８が長時間継続していても、これを確実に消弧することが可能である。
【００４９】
図２に示す中小電流遮断時には、熱的昇圧室３１の主空間５２ａの圧力は電流零点近傍で次第に低下し、機械的圧縮室３２の圧力を下回るため、逆止弁４１は開状態となり、機械的圧縮室３２から熱的昇圧室３１の主空間５２ａへ流れるガス流３９ａが発生する。ガス流３９ａは分割部材５１の内周面に沿って主空間５２ａを流れていき、主空間５２ａからフランジ２７の連通孔３４ａを経てガス流路１１に向かうガス流３９ｃとなる。
【００５０】
［１−３．効果］
以上の第１の実施形態によれば、次のような効果が得られる。すなわち、本実施形態では、熱的昇圧室３１の内部を２分割する分割部材５１を設け、これに形成した連通部５０ａの断面積を、ガス流路１１の開口部分の断面積、並びに機械的圧縮室３２と接続する開口部３４ｂの断面積よりも小さく設定しているので、前記ガス流３９ｃが主空間５２ａから従空間５２ｂに流れ込む量は極めて少ない。
【００５１】
つまり、機械的圧縮室３２から見て、熱的昇圧室３１側の体積は主空間５２ａだけとなって、実質的な体積の縮小化を図れる。主空間５２ａは中小電流遮断時にもアークエネルギーによって昇圧可能な体積で構成したので、アークエネルギーを用いて十分に昇圧することができるため、良好な遮断性能を得ることができる。したがって、中小電流遮断時での高い吹付け圧力を確保することができる。
【００５２】
また、大電流遮断時、特に長アーク時間においては、熱的昇圧室３１の主空間５２ａのガス密度および圧力が低下しても、熱的昇圧室３１の従空間５２ｂから、ガス流が供給されるため、良好な遮断性能を得ることができる。したがって、小さな駆動エネルギーであっても、小電流から大電流に至るすべての電流領域で、良好な遮断性能を示す大容量ガス遮断器を実現することができる。
【００５３】
［２．第２の実施形態］
［２−１．構成］
続いて、本発明によるガス遮断器の第２の実施形態を、図３により説明する。図３は遮断動作が進み開極後の電流ピーク付近の状態を示す断面図である。なお、第２の実施形態における基本構成は、前記第１の実施形態と同様である。
【００５４】
第２の実施形態では、分割部材５１ａにおいて、フランジ２７側端部近傍に設けた連通部５０ａに加えて、隔壁３５側端部近傍に連通部５０ｂを設けた点に特徴がある。連通部５０ａ及び５０ｂの断面積の和は、熱的昇圧室３１の主空間５２ａとガス流路１１を連通する開口部３４ａの断面積、並びに主空間５２ａと機械的圧縮室３２を連通する隔壁３５の開口部３４ｂの断面積のいずれよりも小さくなるように構成されている。
【００５５】
［２−２．作用及び効果］
上記第２の実施形態では、第１の実施の形態の作用効果に加えて、以下のような独自の作用効果が得られる。すなわち、大電流遮断時の開極後、図３に示すようにアーク空間から熱的昇圧室３１の主空間５２ａにはガス流３９ｂが流入するが、このガス流３９ｂは高温であり、非常に流速が速い。
【００５６】
そのため、ガス流３９ｂは熱的昇圧室３１の主空間５２ａ内部を直進し、隔壁３５に衝突し、その後、連通部５０ｂを介して、熱的昇圧室３１の従空間５２ｂに流入するガス流５３ｂとなる。さらに時間が経過すると、熱的昇圧室３１の従空間５２ｂ内を、ガス流３９ｂとは反対方向に流れるガス流５３ｃのごとく進む。
【００５７】
以上のような過程で、高温のガス流３９ｂは、もともと熱的昇圧室３１の主空間５２ａ及び従空間５２ｂ内部に存在した冷たいガスと混合すると共に、冷たいガスを押していくことになる。したがって、ガス流５３ｃは従空間５２ｂを通過したことで低温となる。つまり、大電流遮断時の吹付けガスの温度を低く抑えることができ、遮断性能のさらなる向上が望める。
【００５８】
［３．第３の実施形態］
［３−１．構成］
次に本発明に係る第３の実施形態について図４を参照して説明する。図４は、遮断動作が進み、電流零点に至った状態を示す断面図である。なお、第３の実施形態に関しても、その基本構成は前記第１の実施形態と同様である。
【００５９】
第３の実施形態では、分割部材５１ｂは、隔壁３５側からフランジ２７側に向かって外周面が狭まっていく中空の略円錐形部材から構成されている。また、分割部材５１ｂの向かい合う底面部分は開口されており、狭い方の開口部がガス流路１１近傍に、広い方の開口部が隔壁３５の開口部３４ｂ近傍に、それぞれ配置されている。
【００６０】
［３−２．作用及び効果］
第３の実施形態においては、中小電流遮断における電流零点近傍で、機械的圧縮室３２から熱的昇圧室３１の主空間５２ａへと流入するガス流３９ａは、分割部材５１ｂの内壁によってガイドされながら、アーク空間に向かって流れるガス流３９ｃとなる。しかも、分割部材５１ｂでは、狭い方の開口部をガス流路１１近傍に、広い方の開口部を隔壁３５の開口部３４ｂ近傍に、それぞれ配置しているので、機械的圧縮室３２からガス流路１１に至るガス流は、勢いよくスムーズに流れることができる。これにより、アーク空間に効果的に機械圧縮室３２内の低温高密度ガスを供給することができ、中小電流遮断性能がさらに向上する。
【００６１】
［４．第４の実施形態］
［４−１．構成］
本発明による第４の実施形態に関して、図５を用いて説明する。図５は、遮断動作が進み、電流零点に至った状態を示す断面図である。なお、第４の実施形態に関しても、その基本構成は前記第１の実施形態と同様である。
【００６２】
第４の実施形態において、分割部材５１ｃには、連通部５０ａに隣接して連通部５０ｃが設けられており、連通部５０ａ、５０ｃにはそれぞれ、弾性体にて付勢された逆止弁５４ａ、５４ｂが取り付けられている。これら逆止弁５４ａ、５４ｂは、それぞれ相対する向きに構成されている。
【００６３】
［４−２．作用及び効果］
以上のような第４の実施形態においては、熱的昇圧室３１の主空間５２ａ及び従空間５２ｂの間に流れるガス流を、主空間５２ａ及び従空間５２ｂの差圧にて制御することが可能となる。
【００６４】
例えば、中小電流遮断時の圧力上昇においては、熱的昇圧室３１の主空間５２ａから従空間５２ｂの向きへ連通しないように逆止弁５４ｂの弾性体を設定することにより、熱的昇圧室３１の主空間５２ａの圧力をさらに効果的に昇圧することが可能となる。また、大電流遮断時において、熱的昇圧室３１の主空間５２ａの圧力が急上昇した際には、逆止弁５４ｂ側が開となるように設定すれば、高温ガス流が主空間５２ａから従空間５２ｂに流入するようになる。
【００６５】
さらには、電流零点において、主空間５２ａの圧力が低下した際に、逆止弁５４ａが開となるように設定すれば、従空間５２ｂから主空間５２ａにガスを供給することが可能となる。したがって、このような実施形態によれば、中小電流遮断においても大電流遮断においても、さらに遮断性能を向上することができる。
【００６６】
［５．他の実施形態］
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、各部材の形状や寸法、配置数等は適宜変更可能であり、各実施形態を自由に組合せても良い。例えば、分割部材の形状は、円筒形状や円錐形状だけでなく、角柱状や板状であっても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明に係る第１の実施形態の断面図であり、大電流遮断時に電流零点に至った状態を示す。
【図２】第１の実施の形態の断面図であり、中小電流遮断時に電流零点に至った状態を示す。
【図３】本発明に係る第２の実施形態の断面図であり、開極後の電流ピーク近傍に至った状態を示す。
【図４】本発明に係る第３の実施形態の断面図であり、中小電流遮断時に電流零点に至った状態を示す。
【図５】本発明に係る第５の実施形態の断面図であり、投入状態を示す。
【図６】従来のガス遮断器の断面図であり、遮断動作前の投入状態を示す。
【図７】従来のガス遮断器の断面図であり、遮断動作初期の状態を示す。
【図８】従来のガス遮断器の断面図であり、開極後の大電流期間における状態を示す。
【図９】従来のガス遮断器の断面図であり、大電流遮断において電流零点に至った状態を示す。
【図１０】従来のガス遮断器の断面図であり、中小電流遮断において電流零点に至った状態を示す。
【符号の説明】
【００６８】
１…可動接触子部
２…対向接触子部
４…可動通電接触子
５…対向通電接触子
６…可動アーク接触子
７…対向アーク接触子
８…絶縁ノズル
９…スロート部
１１…ガス流路
１４…充填ガス雰囲気空間
２６…操作ロッド
２７、４０…フランジ
２８…シリンダ
３１…熱的昇圧室
３２…機械的圧縮室
３３…固定ピストン
３４ａ〜３９ｄ…開口部
３５…隔壁
３８…アーク
３９ａ〜３９ｇ、５３ａ〜５３ｃ…ガス流
４１、５４ａ、５４ｂ…逆止弁
４２…ストッパ
４４…放圧弁
４５…バネ
５０ａ〜５０ｃ…連通部
５１、５１ａ〜５１ｃ…分割部材
５２ａ…主空間
５２ｂ…従空間
【技術分野】
【０００１】
本発明は、消弧性ガスをアークに吹き付けるパッファ形のガス遮断器に係り、特に、機械的な圧縮作用とアーク熱による加熱昇圧作用を利用したガス遮断器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、パッファ形のガス遮断器とは、機械的操作力により消弧性ガスを圧縮すると共にアーク熱により消弧性ガスを昇圧してアークに吹き付ける遮断器である。このタイプのガス遮断器によれば、遮断時の駆動エネルギーを増大させることがないため、コンパクト化が容易であり、且つ優れた遮断性能を発揮することができる。したがって、従来から様々な提案がなされている。
【０００３】
例えば、特許文献１の技術は、アーク熱により昇圧させる空間を、可動接触子部側と、固定の対向接触子部側の両方に配置したものである。このガス遮断器では、可動接触子部側の昇圧空間を縮小化することによって可動接触子部の重量を低減させることができ、機器及び駆動系のコンパクト化が可能である。
【０００４】
また、特許文献２の技術は、ガス整流部材と逆止弁を組み合わせることでアークに曝されていない消弧性ガスをアークに吹き付けるようにしたものである。このガス遮断器によれば、比較的低温の消弧性ガスをアークに吹き付けることになるので、高い遮断性能を得ることができる。
【０００５】
ここで、パッファ形ガス遮断器の従来例について、図６〜図１０を用いて具体的に説明する。図６は遮断動作前の投入状態を示す断面図、図７は遮断動作初期の状態を示す断面図、図８は遮断動作が進み開極後の電流ピーク付近の状態を示す断面図、図９及び図１０はさらに遮断動作が進み電流零点に至った状態を示す断面図であり、特に図９は大電流遮断時、図１０は中小電流遮断時の状態を示している。
【０００６】
まず、パッファ形ガス遮断器の構成について説明する。図６に示すように、消弧性ガスが充填された容器（図示せず）内には、可動接触子部１として定義される第１接触子部、固定の対向接触子部２として定義される第２接触子部が、容器の中心軸上に対向して配置されている。なお、可動接触子部１及び対向接触子部２間の空間を、アークの発生するアーク空間とする。また、可動接触子部１の位置関係については、対向接触子部２側の方向を前方、その反対側を後方と定義して説明する。さらに消弧性ガスは任意のガスとする。
【０００７】
可動接触子部１には、中空の操作ロッド２６が設けられており、この操作ロッド２６は、図示していない駆動装置によって、その軸方向に往復運動するように構成されており、その中程に、該操作ロッド２６の中空部と、容器内の充填ガスと同圧力である充填ガス雰囲気空間１４（単純には容器の内部空間）とを連通するための開口部３４ｃが複数形成されている。また、操作ロッド２６において、開口部３４ｃと操作ロッド２６前端部との中間付近にはストッパ４２が固定されている。
【０００８】
操作ロッド２６の前端部にはフランジ２７が連結されており、フランジ２７の後方にはシリンダ２８が一体的に設けられている。シリンダ２８の中程には開口部３４ｂを有する隔壁３５が一体的に固着されている。この隔壁３５を介してシリンダ２８内の空間は、前後に分割されており、前方側に熱的昇圧室３１が、後方側に機械的圧縮室３２が、それぞれ設けられている。また、隔壁３５には開口部３４ｂが形成されている。この開口部３４ｂの機械的圧縮室３１側には浮動の逆止弁４１が設けられており、逆止弁４１の動作は、操作ロッド２６に固定されたストッパ４２と隔壁３５によって制限される。
【０００９】
後述するように遮断動作時にアーク空間にはアーク３８が発生するが、前記熱的昇圧室３１は、このアーク３８から取り込まれる熱ガスによる加熱昇圧作用によって蓄圧される空間である。一方、機械的圧縮室３２は遮断動作時に固定ピストン３３による機械的圧縮作用によって蓄圧される空間である。
【００１０】
また、機械的圧縮室３２内には円形平板状の固定ピストン３３が挿入されている。固定ピストン３３は、その内周面で操作ロッド２６の外周面に対して摺動すると共に、その外周面でシリンダ２８の内周面に対して摺動するように構成されている。この場合、固定ピストン３３は、その後方に一体的に設けられて軸方向に伸びるピストン支持部３３ｂによって、図示していない容器内に固定されている。さらに、固定ピストン３３には開口部３４ｅが形成されており、開口部３４ｅにはバネ４５で閉方向に蓄勢された放圧弁４４が設けられている。
【００１１】
フランジ２７の前方には、中空かつ指状の可動アーク接触子６が連結されており、可動アーク接触子６の外周基部に開口部３４ａが形成されている。この開口部３４ａの外周部分で、且つ前記可動アーク接触子６を包囲するようにして、スロート部９を有する絶縁ノズル８と、可動通電接触子４とが配置されている。可動アーク接触子６と絶縁ノズル８との間には、フランジ２７前方の開口部３４ａを経て、熱的昇圧室３１の内部空間とアーク空間とを接続するためのガス流路１１が形成されている。
【００１２】
対向接触子部２は、開口部３４ｄを設けたフランジ４０と、フランジ４０に固定された対向アーク接触子７、その周囲に配置され同様にフランジ４０に固定された対向通電接触子５から構成されている。
【００１３】
以上の構成を有するガス遮断器は、次のようにして遮断動作を実施する。すなわち、遮断動作が開始すると、操作ロッド２６が後方に移動し、この操作ロッド２６を含む可動接触子部１が一体的に移動する。これにより、固定された固定ピストン３３に対し、操作ロッド２６とシリンダ２８が一体的に移動することになり、シリンダ２８と固定ピストン３３が相対移動し、シリンダ２８内部後方に形成された機械的圧縮室３２が圧縮される。
【００１４】
図７に示した遮断動作の開始時点では、隔壁３５の開口部３４ｂに取り付けられた逆止弁４１は、浮動なので、慣性力により、可動接触子部１と一体に動作しない。つまり、逆止弁４１は相対的には前方に移動したことになり、ストッパ４２に当接して止まる。これにより、隔壁３５の開口部３４ｂは開状態となる。さらに、機械的圧縮室３２が昇圧し、機械的圧縮室３２から開口部３４ｂを経て、ガス流３９ａは機械的圧縮室３２内から熱的昇圧室３１に供給される。
【００１５】
次に、図８に示すように遮断動作が進行し、対向アーク接触子７と可動アーク接触子６が開離すると、両アーク接触子７、６間のアーク空間には大電流アーク３８が発生する。この時、大電流アーク３８により、アーク空間は高温高圧の状態にある。例えば大電流アーク３８の電流が５０ｋＡの場合、その温度は容易に１００００Ｋ以上に達する。
【００１６】
このため、アーク空間は熱的昇圧室３１より圧力が上昇し、絶縁ノズル８のスロート部９からガス流路１１及びフランジ２７の開口部３４ａを経て熱的昇圧室３１に至るガス流３９ｂが生じる。すなわち、大電流アーク３８の熱エネルギーの一部が熱的昇圧室３１に取り込まれることになる。
【００１７】
特に大電流遮断時には、熱的昇圧室３１は著しく昇圧し、熱的昇圧室３１と機械的圧縮室３２の間に、逆差圧が発生する。このため、逆止弁４１には後方への力が作用し、隔壁３５の開口部３４ｂは閉状態となる。これに対して中小電流遮断時（例えば２０ｋＡ以下）には、熱的昇圧室３１は急速に昇圧しないため、熱的昇圧室３１と機械的圧縮室３２の圧力は比較的均衡した状態にあり、逆止弁４１の動作は状態により変化する。
【００１８】
さらにストロークが進み、図９及び図１０に示すように電流零点に達すると、大電流アーク３８は減衰する。そして、残留アークプラズマ状態となり、圧力、密度及び温度が減少する。これにより、絶縁ノズル８のスロート部９は十分に開口し、ガス流３９ｃは、熱的昇圧室３１からフランジ２７の開口部３４ａを経てガス流路１１に向かって流れる。
【００１９】
このガス流３９ｃは、ガス流路１１から対向アーク接触子７に向かって流れるガス流３９ｆと、操作ロッド２６の中空部から、操作ロッド２６に設けられた開口部３４ｃに向かって流れるガス流３９ｇとなる。これらの２方向のガス流３９ｆ、３９ｇによって、相乗的に強力に冷却されて消弧され、電流遮断が達成される。
【００２０】
ここで、図９に示す大電流遮断時には、熱的昇圧室３１は機械的圧縮室３２に比べて圧力が高い状態にあり、隔壁３５に取り付けられた逆止弁４１は閉状態であり、一方、固定ピストン３３に設けられた放圧弁４４は、機械的圧縮室３２の過剰圧力上昇により開状態となって、ガス流３９ｄは、機械的圧縮室３２から充填ガス雰囲気空間１４へと抜ける。したがって、機械的圧縮室３２の過剰圧力が遮断動作を妨害する反力になることを回避できる。
【００２１】
また、図１０に示す中小電流遮断時には、熱的昇圧室３１の圧力は電流零点近傍で次第に低下し、機械的圧縮室３２の圧力を下回るため、逆止弁４１は開状態となり、機械的圧縮室３２から熱的昇圧室３１へのガス流３９ａが発生する。なお、操作ロッド２６の開口部３４ｃを通過したガス流３９ｅは、充填ガス雰囲気空間１４へと流れ出る（図９及び図１０に図示）。
【００２２】
以上のようなガス遮断器においては、熱的昇圧室３１と機械的圧縮室３２が相補的に作用する。すなわち、中小電流遮断時のようにアークエネルギーが小さい場合、熱的昇圧室３１では大きな圧力上昇が期待できないので、機械的圧縮室３２からガス流３９ａを供給し、熱的昇圧室３１の圧力上昇を補うことができる。
【００２３】
一方、強力な吹付けが必要な大電流遮断時には、アークエネルギーが大きく、強力なガス流３９ｂがアーク空間から熱的昇圧室３１へと供給され、熱的昇圧室３１の圧力が極めて高くなる。この際、熱的昇圧室３１は逆止弁４１により、機械的圧縮室３２から切り離されるため、熱的昇圧室３１は効率的に昇圧することが可能である。そして、残留アークプラズマ状態となり絶縁ノズル８のスロート部９が十分に開口すると、強力なガス流３９ｃが熱的昇圧室３１からガス流路１１を経てアーク空間へと流れ、確実に電流を遮断することができる。
【００２４】
なお、逆止弁４１が閉じることにより機械的圧縮室３２へのアークエネルギーの流入が抑制されるため、機械圧縮室３２の昇圧もある程度抑制されることになり、遮断動作を妨害する反力を抑えることができる。なお、熱的昇圧室３１においては、構成部材に作用する圧力は相殺されるため、遮断動作を妨げることはない。
【００２５】
【特許文献１】特開２００１−６７９９６号公報
【特許文献２】特開２００３−３１７５８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２６】
しかしながら、以上のような従来のガス遮断器には次に示す問題点があった。すなわち、中小電流遮断時のように熱的昇圧室３１の圧力上昇が充分ではない場合、機械的昇圧室３２から熱的昇圧室３１へガス流３９ａを供給しようとするが、この際、熱的昇圧室３１を流れるガス流３９ｃは、熱的昇圧室３１を通過していくに従って圧力が低下していく。これにより、アーク３８に吹付けられるガス流３９ｆ、３９ｇの吹付け圧力は弱くなる。
【００２７】
つまり、機械的圧縮の視点から見ると、熱的昇圧室３１は機械的圧縮室３２のデッドボリュームとして作用することになり、全体として吹付け圧力の低下を招いていた。したがって、中小電流遮断時に十分な吹付け圧力を得るためには、機械的圧縮室３２の断面積を大きくするか、熱的昇圧室３１の体積を小さく構成する必要があった。
【００２８】
機械的圧縮室３２の断面積を大きくする場合には、駆動エネルギーが大きくなる問題がある。一方、熱的昇圧室３１の体積を小さくする場合には、中小電流に対する遮断性能は向上するが、その反面、大電流遮断時には圧力が過度に上昇するので、熱的昇圧室３１から流れ出るガス量が多くなる。熱的昇圧室３１から短時間でガス量が流れ出てしまうと、アーク３８の発生時間が長い場合には熱的昇圧室３１のガス密度および圧力が低下することになり、かえって遮断性能が低下する可能性があった。
【００２９】
本発明は、以上のような従来技術の課題を解決するために提案されたものであり、小さな駆動エネルギーで中小電流から大電流に至るまで確実に遮断可能な、コンパクト性及び遮断性能に優れたガス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】
【００３０】
上記目的を達成するために、本発明は、消弧性ガスが充填された密閉容器内に第１接触子部及び第２接触子部が対向して配置され、前記第１接触子部は、連結された駆動装置により遮断動作時及び投入動作時に動作するように構成され、前記第１接触子部には第１通電接触子及び第１アーク接触子が設置され、前記第２接触子部には前記第１通電接触子及び前記第１アーク接触子に対し接離自在な第２通電接触子及び第２アーク接触子が設置され、前記第１アーク接触子及び前記第２アーク接触子は、通常運転時は接触導通状態にあり、遮断動作時は開離すると共に前記第１接触子部及び前記第２接触子部間の空間として定義されるアーク空間にアークを発生するよう構成され、さらに前記第１接触子部には、遮断動作時に機械的圧縮作用により蓄圧される機械的圧縮室と、遮断動作時に前記アーク空間から取り込まれる熱ガスによる加熱昇圧作用により蓄圧される熱的昇圧室が、隔壁を介して配置され、前記隔壁には前記機械的圧縮室及び前記熱的昇圧室を連通させる隔壁開口部が形成され、前記隔壁開口部にはこれを閉塞する逆止弁が取り付けられ、前記アーク空間と前記熱的昇圧室とを接続するガス流路が設けられたガス遮断器において、次のような構成上の特徴を有している。
【００３１】
すなわち、前記熱的昇圧室には該室内を主空間と従空間に分割する分割部材が設置され、前記熱的昇圧室の前記主空間は、前記ガス流路と、前記隔壁開口部を経て前記機械的圧縮室とに接続され、前記従空間は、前記分割部材により前記ガス流路及び前記機械的圧縮室から隔てられており、前記分割部材には前記主空間と前記従空間とを連通させる連通部が形成されたことを特徴とするものである。
【００３２】
以上の構成を有する本発明においては、分割部材にて熱的昇圧室の内部空間を主空間と従空間に分割し、従空間側はアーク空間側に接続されるガス流路と機械的圧縮室から隔てているので、機械的昇圧室から熱的昇圧室を経てアーク空間へと流れるガス流は、主として主空間側に流れることになる。つまり、機械的圧縮室から見て熱的昇圧室の体積を実質的に小さくすることができ、中小電流遮断時でも高い吹付け圧力を確保することができる。
【００３３】
また、圧力上昇が大きい大電流遮断時には、主空間から分割部材の連通部を経て従空間までアークの熱エネルギーが行き渡ることになる。したがって、熱的昇圧室の主空間にてガス密度及び圧力が低下した際、熱的昇圧室の従空間から主空間側に熱エネルギーを供給することができる。したがって、アークの発生が長く続く場合でも、十分に良好な遮断性能を得ることが可能となる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明のガス遮断器によれば、熱的昇圧室を主空間と従空間とに分割し、従空間側は、ガス流路及び機械的圧縮室から隔てるといった極めて簡単な構成により、中小電流から大電流に至るまで、小さな駆動エネルギーで優れた遮断性能を得ることができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下には、本発明によるガス遮断器の複数の実施形態について、図１から図５を参照して具体的に説明する。なお、下記の実施形態において図６〜図１０に示した従来例と同一の部材に関しては同一部材を付して説明は省略する。また、可動接触子部１及び対向接触子部２の位置関係の定義についても同様であって、対向接触子部２側の方向を前方、その反対側を後方とする。
【００３６】
［１．第１の実施形態］
［１−１．構成］
第１の実施形態に関して、図１及び図２を参照して説明する。図１、図２は本発明を適用したガス遮断器の断面図であり、遮断動作が進み電流零点に至った状態を示しており、より詳しくは、図１は大電流遮断時、図２は中小電流遮断時に対応するものである。
【００３７】
第１の実施形態の特徴は、次の点にある。すなわち、熱的昇圧室３１にはこの室内３１を主空間５２ａと従空間５２ｂに分割する分割部材５１が、熱的昇圧室３１の中心軸上に配置されている。分割部材５１は、熱的昇圧室３１内に収納される円筒部材から成り、中心側を主空間５２ａ、外周側を従空間５２ｂとする。
【００３８】
主空間５２ａは、アーク空間側につながるガス流路１１と、隔壁３５の開口部３４ｂを経て機械的圧縮室３２とに空間的に接続されている。この主空間５２ａは、中小電流遮断時にもアークエネルギーによって昇圧可能な体積を持つ大きさに設定されている。また、従空間５２ｂは、隔壁３５及び分割部材５１の外周面によって囲まれており、ガス流路１１及び機械的圧縮室３２に直接的には空間的に接続されていない。
【００３９】
分割部材５１の一端部は隔壁３５に固定されており、他端部はフランジ２７に対し所定のクリアランスを持って設けられている。このクリアランス部分が、主空間５２ａと従空間５２ｂとを連通させる連通部５０ａとなる。連通部５０ａはフランジ２７の開口部３４ａに近接して形成されている。なお、連通部５０ａの断面積は、ガス流路１１の開口部分の断面積、並びに主空間５２ａと機械的圧縮室３２とを接続する隔壁３５の開口部３４ｂの断面積のいずれよりも小さくなるように設定されている。
【００４０】
［１−２．作用］
以上の構成を有する第１の実施形態では、次のような遮断動作を実施する。すなわち、遮断動作が開始すると、操作ロッド２６が後方に移動し、この操作ロッド２６を含む可動接触子部１が一体的に移動する。これにより、固定された固定ピストン３３に対し、操作ロッド２６とシリンダ２８が一体的に移動することになり、シリンダ２８と固定ピストン３３が相対移動し、シリンダ２８内部後方に形成される機械的圧縮空間３２が圧縮される。
【００４１】
遮断動作の開始時点では、浮動の逆止弁４１は慣性力により、可動接触子部１と一体に動作しないため、開口部３４ｂが開状態となる（図２参照）。さらに、機械的圧縮室３２が昇圧し、機械的圧縮空間３２から開口部３４ｂを経て、ガス流３９ａが熱的昇圧室３１の主空間５２ａに供給される。次に、遮断動作が進行し、対向アーク接触子７と可動アーク接触子６が開離すると、両アーク接触子７、６間のアーク空間には大電流アーク３８が発生する。
【００４２】
このため、アーク空間のガス圧力が熱的昇圧室３１の主空間５２ａのガス圧力よりも上昇し、絶縁ノズル８のスロート部９からガス流路１１を通り、フランジ２７の開口部３４ａを経て、熱的昇圧室３１の主空間５２ａに至るガス流３９ｂが生じる。すなわち、大電流アーク３８のエネルギーの一部が熱的昇圧室３１の主空間５２ａに取り込まれることになる。
【００４３】
大電流遮断時には、熱的昇圧室３１の主空間５２ａは著しく昇圧し、熱的昇圧室３１の主空間５２ａと機械的圧縮室３２の間に、逆差圧が発生する。このため、逆止弁４１には後方への力が作用し、開口部３４ｂは閉となる。また、熱的昇圧室３１の主空間５２ａの圧力が著しく上昇すると、分割部材５１の連通部５０ａを経て従空間５２ｂにもガス流が流れ込み、従空間５２ｂ内の圧力も主空間５２ａに追随して上昇する。
【００４４】
一方、中小電流遮断時（例えば２０ｋＡ以下）でも、熱的昇圧室３１の主空間５２ａは昇圧し、主空間５２ａと機械的圧縮室３２の間に逆差圧が発生すると、逆止弁４１には、後方への力が作用し、開口部３４ｂは閉となる。ただし、中小電流遮断時の主空間５２ａの圧力上昇は大電流遮断時ほど著しくない。そのため、熱的昇圧室３１において主空間５２ａから従空間５２ｂに至るガス流は比較的弱く、主空間５２ａと従空間５２ｂには差圧が発生する。
【００４５】
さらにストロークが進み、図１及び図２に示すように電流零点に達すると、大電流アーク３８は減衰し、残留アークプラズマ状態となって、圧力、密度及び温度が減少する。これにより、絶縁ノズル８のスロート部９は十分に開口し、ガス流３９ｃは、熱的昇圧室３１の主空間５２ａからフランジ２７の開口部３４ａを経てガス流路１１に向かって流れる。
【００４６】
このガス流３９ｃは、可動アーク接触子６と絶縁ノズル８との間のガス流路１１から対向アーク接触子７に向かって流れるガス流３９ｆと、操作ロッド２６の中空部から、操作ロッド２６に設けられた開口部３４ｃに向かって流れるガス流３９ｇとなる。これらの２方向のガス流３９ｆ、３９ｇによって、相乗的に強力に冷却されて消弧され、電流遮断が達成される。
【００４７】
ここで、図１に示す大電流遮断時には、熱的昇圧室３１の主空間５２ａは機械的圧縮室３２に比べて圧力が高い状態にあり、隔壁３５に取り付けられた逆止弁４１は閉状態である。一方、固定ピストン３３に設けられた放圧弁４４は、機械的圧縮室３２の過剰圧力上昇により開状態となって、機械的圧縮室３２から充填ガス雰囲気空間１４へとガス流３９ｄが発生する。したがって、機械的圧縮室３２の過剰圧力が遮断動作を妨害する反力になることを回避できる。
【００４８】
なお、アーク３８の発生が長く続き、熱的昇圧室３１の主空間５２ａ内のガス密度及び圧力が低下してくると、主空間５２ａと同様の圧力を持つ従空間５２ｂから、分割部材５１の連通部５０ａを経て、主空間５２ａにガス流が供給される。したがって、主空間５２ａとフランジ２７の開口部３４ａを通って、ガス流路１１に至るガス流５３ａ（図１に図示）が発生する。その結果、アーク３８が長時間継続していても、これを確実に消弧することが可能である。
【００４９】
図２に示す中小電流遮断時には、熱的昇圧室３１の主空間５２ａの圧力は電流零点近傍で次第に低下し、機械的圧縮室３２の圧力を下回るため、逆止弁４１は開状態となり、機械的圧縮室３２から熱的昇圧室３１の主空間５２ａへ流れるガス流３９ａが発生する。ガス流３９ａは分割部材５１の内周面に沿って主空間５２ａを流れていき、主空間５２ａからフランジ２７の連通孔３４ａを経てガス流路１１に向かうガス流３９ｃとなる。
【００５０】
［１−３．効果］
以上の第１の実施形態によれば、次のような効果が得られる。すなわち、本実施形態では、熱的昇圧室３１の内部を２分割する分割部材５１を設け、これに形成した連通部５０ａの断面積を、ガス流路１１の開口部分の断面積、並びに機械的圧縮室３２と接続する開口部３４ｂの断面積よりも小さく設定しているので、前記ガス流３９ｃが主空間５２ａから従空間５２ｂに流れ込む量は極めて少ない。
【００５１】
つまり、機械的圧縮室３２から見て、熱的昇圧室３１側の体積は主空間５２ａだけとなって、実質的な体積の縮小化を図れる。主空間５２ａは中小電流遮断時にもアークエネルギーによって昇圧可能な体積で構成したので、アークエネルギーを用いて十分に昇圧することができるため、良好な遮断性能を得ることができる。したがって、中小電流遮断時での高い吹付け圧力を確保することができる。
【００５２】
また、大電流遮断時、特に長アーク時間においては、熱的昇圧室３１の主空間５２ａのガス密度および圧力が低下しても、熱的昇圧室３１の従空間５２ｂから、ガス流が供給されるため、良好な遮断性能を得ることができる。したがって、小さな駆動エネルギーであっても、小電流から大電流に至るすべての電流領域で、良好な遮断性能を示す大容量ガス遮断器を実現することができる。
【００５３】
［２．第２の実施形態］
［２−１．構成］
続いて、本発明によるガス遮断器の第２の実施形態を、図３により説明する。図３は遮断動作が進み開極後の電流ピーク付近の状態を示す断面図である。なお、第２の実施形態における基本構成は、前記第１の実施形態と同様である。
【００５４】
第２の実施形態では、分割部材５１ａにおいて、フランジ２７側端部近傍に設けた連通部５０ａに加えて、隔壁３５側端部近傍に連通部５０ｂを設けた点に特徴がある。連通部５０ａ及び５０ｂの断面積の和は、熱的昇圧室３１の主空間５２ａとガス流路１１を連通する開口部３４ａの断面積、並びに主空間５２ａと機械的圧縮室３２を連通する隔壁３５の開口部３４ｂの断面積のいずれよりも小さくなるように構成されている。
【００５５】
［２−２．作用及び効果］
上記第２の実施形態では、第１の実施の形態の作用効果に加えて、以下のような独自の作用効果が得られる。すなわち、大電流遮断時の開極後、図３に示すようにアーク空間から熱的昇圧室３１の主空間５２ａにはガス流３９ｂが流入するが、このガス流３９ｂは高温であり、非常に流速が速い。
【００５６】
そのため、ガス流３９ｂは熱的昇圧室３１の主空間５２ａ内部を直進し、隔壁３５に衝突し、その後、連通部５０ｂを介して、熱的昇圧室３１の従空間５２ｂに流入するガス流５３ｂとなる。さらに時間が経過すると、熱的昇圧室３１の従空間５２ｂ内を、ガス流３９ｂとは反対方向に流れるガス流５３ｃのごとく進む。
【００５７】
以上のような過程で、高温のガス流３９ｂは、もともと熱的昇圧室３１の主空間５２ａ及び従空間５２ｂ内部に存在した冷たいガスと混合すると共に、冷たいガスを押していくことになる。したがって、ガス流５３ｃは従空間５２ｂを通過したことで低温となる。つまり、大電流遮断時の吹付けガスの温度を低く抑えることができ、遮断性能のさらなる向上が望める。
【００５８】
［３．第３の実施形態］
［３−１．構成］
次に本発明に係る第３の実施形態について図４を参照して説明する。図４は、遮断動作が進み、電流零点に至った状態を示す断面図である。なお、第３の実施形態に関しても、その基本構成は前記第１の実施形態と同様である。
【００５９】
第３の実施形態では、分割部材５１ｂは、隔壁３５側からフランジ２７側に向かって外周面が狭まっていく中空の略円錐形部材から構成されている。また、分割部材５１ｂの向かい合う底面部分は開口されており、狭い方の開口部がガス流路１１近傍に、広い方の開口部が隔壁３５の開口部３４ｂ近傍に、それぞれ配置されている。
【００６０】
［３−２．作用及び効果］
第３の実施形態においては、中小電流遮断における電流零点近傍で、機械的圧縮室３２から熱的昇圧室３１の主空間５２ａへと流入するガス流３９ａは、分割部材５１ｂの内壁によってガイドされながら、アーク空間に向かって流れるガス流３９ｃとなる。しかも、分割部材５１ｂでは、狭い方の開口部をガス流路１１近傍に、広い方の開口部を隔壁３５の開口部３４ｂ近傍に、それぞれ配置しているので、機械的圧縮室３２からガス流路１１に至るガス流は、勢いよくスムーズに流れることができる。これにより、アーク空間に効果的に機械圧縮室３２内の低温高密度ガスを供給することができ、中小電流遮断性能がさらに向上する。
【００６１】
［４．第４の実施形態］
［４−１．構成］
本発明による第４の実施形態に関して、図５を用いて説明する。図５は、遮断動作が進み、電流零点に至った状態を示す断面図である。なお、第４の実施形態に関しても、その基本構成は前記第１の実施形態と同様である。
【００６２】
第４の実施形態において、分割部材５１ｃには、連通部５０ａに隣接して連通部５０ｃが設けられており、連通部５０ａ、５０ｃにはそれぞれ、弾性体にて付勢された逆止弁５４ａ、５４ｂが取り付けられている。これら逆止弁５４ａ、５４ｂは、それぞれ相対する向きに構成されている。
【００６３】
［４−２．作用及び効果］
以上のような第４の実施形態においては、熱的昇圧室３１の主空間５２ａ及び従空間５２ｂの間に流れるガス流を、主空間５２ａ及び従空間５２ｂの差圧にて制御することが可能となる。
【００６４】
例えば、中小電流遮断時の圧力上昇においては、熱的昇圧室３１の主空間５２ａから従空間５２ｂの向きへ連通しないように逆止弁５４ｂの弾性体を設定することにより、熱的昇圧室３１の主空間５２ａの圧力をさらに効果的に昇圧することが可能となる。また、大電流遮断時において、熱的昇圧室３１の主空間５２ａの圧力が急上昇した際には、逆止弁５４ｂ側が開となるように設定すれば、高温ガス流が主空間５２ａから従空間５２ｂに流入するようになる。
【００６５】
さらには、電流零点において、主空間５２ａの圧力が低下した際に、逆止弁５４ａが開となるように設定すれば、従空間５２ｂから主空間５２ａにガスを供給することが可能となる。したがって、このような実施形態によれば、中小電流遮断においても大電流遮断においても、さらに遮断性能を向上することができる。
【００６６】
［５．他の実施形態］
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、各部材の形状や寸法、配置数等は適宜変更可能であり、各実施形態を自由に組合せても良い。例えば、分割部材の形状は、円筒形状や円錐形状だけでなく、角柱状や板状であっても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明に係る第１の実施形態の断面図であり、大電流遮断時に電流零点に至った状態を示す。
【図２】第１の実施の形態の断面図であり、中小電流遮断時に電流零点に至った状態を示す。
【図３】本発明に係る第２の実施形態の断面図であり、開極後の電流ピーク近傍に至った状態を示す。
【図４】本発明に係る第３の実施形態の断面図であり、中小電流遮断時に電流零点に至った状態を示す。
【図５】本発明に係る第５の実施形態の断面図であり、投入状態を示す。
【図６】従来のガス遮断器の断面図であり、遮断動作前の投入状態を示す。
【図７】従来のガス遮断器の断面図であり、遮断動作初期の状態を示す。
【図８】従来のガス遮断器の断面図であり、開極後の大電流期間における状態を示す。
【図９】従来のガス遮断器の断面図であり、大電流遮断において電流零点に至った状態を示す。
【図１０】従来のガス遮断器の断面図であり、中小電流遮断において電流零点に至った状態を示す。
【符号の説明】
【００６８】
１…可動接触子部
２…対向接触子部
４…可動通電接触子
５…対向通電接触子
６…可動アーク接触子
７…対向アーク接触子
８…絶縁ノズル
９…スロート部
１１…ガス流路
１４…充填ガス雰囲気空間
２６…操作ロッド
２７、４０…フランジ
２８…シリンダ
３１…熱的昇圧室
３２…機械的圧縮室
３３…固定ピストン
３４ａ〜３９ｄ…開口部
３５…隔壁
３８…アーク
３９ａ〜３９ｇ、５３ａ〜５３ｃ…ガス流
４１、５４ａ、５４ｂ…逆止弁
４２…ストッパ
４４…放圧弁
４５…バネ
５０ａ〜５０ｃ…連通部
５１、５１ａ〜５１ｃ…分割部材
５２ａ…主空間
５２ｂ…従空間
【特許請求の範囲】
【請求項１】
消弧性ガスが充填された密閉容器内に第１接触子部及び第２接触子部が対向して配置され、前記第１接触子部は、連結された駆動装置により遮断動作時及び投入動作時に動作するように構成され、前記第１接触子部には第１通電接触子及び第１アーク接触子が設置され、前記第２接触子部には前記第１通電接触子及び前記第１アーク接触子に対し接離自在な第２通電接触子及び第２アーク接触子が設置され、前記第１アーク接触子及び前記第２アーク接触子は、通常運転時は接触導通状態にあり、遮断動作時は開離すると共に前記第１接触子部及び前記第２接触子部間の空間として定義されるアーク空間にアークを発生するよう構成され、さらに前記第１接触子部には、遮断動作時に機械的圧縮作用により蓄圧される機械的圧縮室と、遮断動作時に前記アーク空間から取り込まれる熱ガスによる加熱昇圧作用により蓄圧される熱的昇圧室が、隔壁を介して配置され、前記隔壁には前記機械的圧縮室及び前記熱的昇圧室を連通させる隔壁開口部が形成され、前記隔壁開口部にはこれを閉塞する逆止弁が取り付けられ、前記アーク空間と前記熱的昇圧室とを接続するガス流路が設けられたガス遮断器において、
前記熱的昇圧室には該室内を主空間と従空間に分割する分割部材が設置され、
前記熱的昇圧室の前記主空間は、前記ガス流路と、前記隔壁開口部を経て前記機械的圧縮室とに接続され、
前記従空間は、前記分割部材により前記ガス流路及び前記機械的圧縮室から隔てられており、
前記分割部材には前記主空間と前記従空間とを連通させる連通部が形成されたことを特徴とするガス遮断器。
【請求項２】
前記連通部の断面積は、前記ガス流路の開口部分の断面積、並びに前記隔壁開口部の断面積のいずれよりも小さくなるように構成されたことを特徴とする請求項１に記載のガス遮断器。
【請求項３】
前記連通部は、前記分割部材において少なくとも、前記ガス流路近傍と、前記隔壁開口部近傍に形成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載のガス遮断器。
【請求項４】
前記分割部材は、前記熱的昇圧室における中心軸に対して回転対称形に構成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のガス遮断器。
【請求項５】
前記分割部材は、向かい合う開口部を有する中空部材から構成され、一方の開口部が前記ガス流路近傍に、他方の開口部が前記隔壁開口部近傍に、それぞれ配置されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のガス遮断器。
【請求項６】
前記分割部材には少なくとも２箇所に前記連通部が形成され、
前記連通部にはそれぞれ、弾性体で閉方向に付勢された逆止弁が取り付けられ、
前記逆止弁のうち少なくとも１組は、相対する向きに構成されたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のガス遮断器。
【請求項１】
消弧性ガスが充填された密閉容器内に第１接触子部及び第２接触子部が対向して配置され、前記第１接触子部は、連結された駆動装置により遮断動作時及び投入動作時に動作するように構成され、前記第１接触子部には第１通電接触子及び第１アーク接触子が設置され、前記第２接触子部には前記第１通電接触子及び前記第１アーク接触子に対し接離自在な第２通電接触子及び第２アーク接触子が設置され、前記第１アーク接触子及び前記第２アーク接触子は、通常運転時は接触導通状態にあり、遮断動作時は開離すると共に前記第１接触子部及び前記第２接触子部間の空間として定義されるアーク空間にアークを発生するよう構成され、さらに前記第１接触子部には、遮断動作時に機械的圧縮作用により蓄圧される機械的圧縮室と、遮断動作時に前記アーク空間から取り込まれる熱ガスによる加熱昇圧作用により蓄圧される熱的昇圧室が、隔壁を介して配置され、前記隔壁には前記機械的圧縮室及び前記熱的昇圧室を連通させる隔壁開口部が形成され、前記隔壁開口部にはこれを閉塞する逆止弁が取り付けられ、前記アーク空間と前記熱的昇圧室とを接続するガス流路が設けられたガス遮断器において、
前記熱的昇圧室には該室内を主空間と従空間に分割する分割部材が設置され、
前記熱的昇圧室の前記主空間は、前記ガス流路と、前記隔壁開口部を経て前記機械的圧縮室とに接続され、
前記従空間は、前記分割部材により前記ガス流路及び前記機械的圧縮室から隔てられており、
前記分割部材には前記主空間と前記従空間とを連通させる連通部が形成されたことを特徴とするガス遮断器。
【請求項２】
前記連通部の断面積は、前記ガス流路の開口部分の断面積、並びに前記隔壁開口部の断面積のいずれよりも小さくなるように構成されたことを特徴とする請求項１に記載のガス遮断器。
【請求項３】
前記連通部は、前記分割部材において少なくとも、前記ガス流路近傍と、前記隔壁開口部近傍に形成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載のガス遮断器。
【請求項４】
前記分割部材は、前記熱的昇圧室における中心軸に対して回転対称形に構成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のガス遮断器。
【請求項５】
前記分割部材は、向かい合う開口部を有する中空部材から構成され、一方の開口部が前記ガス流路近傍に、他方の開口部が前記隔壁開口部近傍に、それぞれ配置されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のガス遮断器。
【請求項６】
前記分割部材には少なくとも２箇所に前記連通部が形成され、
前記連通部にはそれぞれ、弾性体で閉方向に付勢された逆止弁が取り付けられ、
前記逆止弁のうち少なくとも１組は、相対する向きに構成されたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のガス遮断器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００９−９９４９９（Ｐ２００９−９９４９９Ａ）
【公開日】平成２１年５月７日（２００９．５．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２７２４９４（Ｐ２００７−２７２４９４）
【出願日】平成１９年１０月１９日（２００７．１０．１９）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年５月７日（２００９．５．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１０月１９日（２００７．１０．１９）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]