ガス遮断器
【課題】アーク接触子の開極直後では電界緩和シールドによる電界緩和効果を抑えて通電接触子間における再発弧を回避することができ、アーク接触子の開極が進むと電界緩和シールドが軸方向に沿って移動することで電界緩和効果を発揮することが可能であり、これにより、アーク接触子における開極速度向上を抑制しつつ、良好な進み小電流遮断性能を確保したガス遮断器を提供する。
【解決手段】電界シールド４１は、浮動であって、中心軸方向に動作可能であり、基端部に結合されたコイルバネ４２により付勢され、遮断動作時にはコイルバネ４２が放勢されるに伴って中心軸方向において可動接触子部２０側へ動作するように構成されている。
【解決手段】電界シールド４１は、浮動であって、中心軸方向に動作可能であり、基端部に結合されたコイルバネ４２により付勢され、遮断動作時にはコイルバネ４２が放勢されるに伴って中心軸方向において可動接触子部２０側へ動作するように構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、電界シールドを備えたガス遮断器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、ガス遮断器では、遮断時の再点弧を回避して絶縁破壊を防ぐことが重要である。再点弧とは、商用周波電圧において電流零点後４分の１周期以上の時間が経過した後に生じる絶縁破壊現象である。この再点弧が起きると、大きな過電圧が発生するため、ガス遮断器には速やかな絶縁回復特性が要求されている。なお、電流零点後４分の１周期未満の時間で生じる絶縁破壊現象のことを再発弧と呼んでいる。この再発弧は過電圧レベルが低いので、ガス流が存在する限りにおいて発生が許容されるのが一般的である。
【０００３】
ところで、ガス遮断器では再点弧を回避すべく、アーク接触子間の速やかな絶縁回復特性を備えることが要求される。このため、アーク接触子の開極速度の向上が図られるが、操作エネルギーの省力化を図ることも重要であり、アーク接触子の開極速度を抑制することが要請されている。そこで、電界緩和用の電界シールドを設置したガス遮断器が提案されている。
【０００４】
［ガス遮断器の概略］
以下、電界シールドを設置した従来のガス遮断器について述べるが、その前に、ガス遮断器の概略に関して、図１７、図１８の断面図を用いて説明する。図１７はガス遮断器の遮断状態、図１８はガス遮断器の投入状態をそれぞれ示している。これら図１７、図１８に示すように、ガス遮断器は、対向接触子部１０及び可動接触子部２０が互いに対向配置して構成されている。可動接触子部２０の位置関係は、対向接触子部１０側の方向を前方（図１７の左方）、その反対側を後方（図１７の右方）と定義して説明する。
【０００５】
［対向接触子部１０の構成］
対向接触子部１０は、対向アーク接触子１１、対向通電接触子１２、支持部１３、サポート１４から構成される。サポート１４は、消弧性のガスが充填された容器（図示せず）の内壁部に固定されており、サポート１４内部に支持部１３が鉛直に伸びて取り付けられる。対向アーク接触子１１は、支持部１３の先端に固定され、容器の中心軸上に配置されている。対向通電接触子１２は、サポート１４の可動接触子部２０側の先端部に形成されており、且つ対向アーク接触子１１の周囲に配置されている。
【０００６】
［可動接触子部２０の構成］
可動接触子部２０には、中空の操作ロッド２５が配置されている。操作ロッド２５は、駆動装置（図示せず）に連結され、この駆動装置によって、軸方向（図１７の左右方向）に往復動するように構成されている。
【０００７】
操作ロッド２５の周囲にはシリンダ２４が配置されている。シリンダ２４は前端部で操作ロッド２５に連結され、シリンダ２４前方には中空且つ指状の可動アーク接触子２１が連結されている。この可動アーク接触子２１を包囲するように所定の間隔を持って絶縁ノズル２３が配置されている。さらに、絶縁ノズル２３の外周部には可動通電接触子２２が配置されている。なお、図１７中の符号２３ａは絶縁ノズル２３のスロート部における最小断面積部を示している。
【０００８】
シリンダ２４内部には円形平板状の固定ピストン３１が摺動自在に挿入されている。固定ピストン３１には後方に延びるピストン支持部３１ａが一体的に設けられている。固定ピストン３１は、ピストン支持部３１ａを介して図示していない容器内に固定されている。操作ロッド２５と共にシリンダ２４が往復動する時、固定ピストン３１は、その内周面で操作ロッド２５の外周面に対して摺動し、その外周面でシリンダ２４の内周面に対して摺動するように構成されている。この時、固定ピストン３１により圧縮されるシリンダ２４内部の空間を、機械的圧縮空間と呼んでいる。
【０００９】
［ガス遮断器の動作］
以上の構成を有するガス遮断器が投入動作または遮断動作を実施する場合、駆動装置（図示せず）からの駆動力を受けて操作ロッド２５が容器の中心軸上を移動する。操作ロッド２５の移動に伴って、可動アーク接触子２１、可動通電接触子２２、絶縁ノズル２３及びシリンダ２４が、操作ロッド２５と一体的に往復移動する。
【００１０】
ガス遮断器の遮断時には、容器側に固定された固定ピストン３１に対し、操作ロッド２５とシリンダ２４が一体的に後退する。ここで、シリンダ２４の内周面と固定ピストン３１の外周面が摺動しながら、両者が相対的に移動するため、固定ピストン３１がシリンダ２４内部の機械的圧縮空間を圧縮する。これにより、シリンダ２４内部には、十分な吹きつけ圧力が蓄圧される。
【００１１】
ガス遮断器の遮断動作が進行して、接触導通状態にあった対向アーク接触子１１と可動アーク接触子２１が開離すると、両アーク接触子１１、２１間の空間として定義されるアーク空間にアークが発生する。さらに遮断動作が進行すると、両アーク接触子１１、２１間の距離が十分に開いて適切な流路を形成する。
【００１２】
前述したようにシリンダ２４内部には十分な吹きつけ圧力を蓄圧しているため、この状態で電流零点を迎えると、シリンダ２４内部からのガス流が、可動アーク接触子２１と絶縁ノズル２３との間を通ってアーク空間に流れ込む。その結果、アーク空間に生じたアークは消弧に至り、事故電流遮断が完了する。
【００１３】
以上のようにしてガス遮断器が遮断動作を行うが、その際、遮断する電流が大きな事故電流であれば、アーク接触子１１、２１間には数ｋＡオーダーの大電流アークが発生する。ただし、アーク接触子１１、２１間の距離が大きく開いて適切なガス流路が形成され、かつシリンダ２４内部に高い吹きつけ圧力が蓄圧された後でなければ、たとえ電流零点を迎えても、大電流アークが消弧されることはない。つまり、アーク接触子１１、２１間の十分な距離と、シリンダ２４内部の十分な蓄圧が、大電流アークを消弧するための成立条件となる。
【００１４】
これに対して、ガス遮断器が遅れ負荷電流や極めて小さな事故電流を遮断する場合、あるいは進み小電流等の小電流を遮断する場合は、消弧の成立条件が、上記大電流遮断の場合とは異なっている。小電流等を遮断する場合は、両アーク接触子１１、２１間には数百Ａ以下の小電流アークが発生するに過ぎない。このため、アーク接触子１１、２１の開離直後であっても、微弱なガス流が存在すれば、十分な吹きつけ圧力を持たなくとも電流零点を迎えるだけで、簡単に小電流アークは消弧されることになる。
【００１５】
電流位相によっては、アーク時間（アーク接触子１１、２１間のアークが継続する時間）は、限りなくゼロに近くなる。したがって、両アーク接触子１１、２１の開離直後にアークが消弧されるということは、両アーク接触子１１、２１間の距離が極めて小さい状態で、両アーク接触子１１、２１間に回復電圧が印加されることに他ならない。
【００１６】
［再発弧］
このとき、両アーク接触子１１、２１間における回復電圧の大きさは、遮断対象となる電流の大きさに依存する。すなわち、ガス遮断器が、遅れ負荷電流や極めて小さな事故電流を遮断する場合は、数ｋＨｚの高い周波数の過渡回復電圧が、アーク接触子１１、２１間に印加されることが多い。
【００１７】
つまり、開極直後のアーク接触子１１、２１間の距離が小さい状態で、瞬時に過渡回復電圧が立ち上がる。したがって、この時に発生する再発弧（電流零点後４分の１周期未満の時間で生じる絶縁破壊現象）については許容せざるを得ない。ただし、この再発弧は、ガス流の存在しない通電接触子１２、２２で発生すると遮断不能になる可能性があるので、アーク接触子１１、２１間で発生させる必要がある。
【００１８】
［再点弧］
一方、ガス遮断器が、進み小電流等の小電流を遮断する場合は、系統からの高い回復電圧（商用周波数）が、アーク接触子１１、２１間に印加されることが多い。この回復電圧により、アーク接触子１１、２１間に再点弧（電流零点後４分の１周期以上の時間経過後に生じる絶縁破壊現象）が起きる可能性がある。
【００１９】
中でも、対向アーク接触子１１の先端が絶縁ノズル２３の最小断面積部２３ａ（図１７に図示）を通過する領域では、再点弧が発生し易いトラベル領域となっている。過電圧レベルの低い再発弧と違い、アーク接触子１１、２１間に再点弧が起きると、過渡的な過電圧が発生する場合があり、系統機器の信頼性を脅かすおそれがあった。
【００２０】
そこでガス遮断器では、十分な速さの絶縁回復特性を備え、アーク接触子間の速やかな絶縁回復を確保することにより、進み小電流遮断時における再点弧の回避が求められている。再点弧を回避する技術としては、アーク接触子の開極速度を向上させることが有効である。例えば特許文献１、２では、リンク機構などを用いて、特に速やかな絶縁回復が要求されるアーク接触子の開離直後における開極速度を大きく向上させている。
【００２１】
ところが、近年のガス遮断器は小型化が進められているので、小型化に伴ってアーク接触子の径も小さくなり、電界が厳しくなる傾向にある。その結果、アーク接触子の開極速度を一層速める必要がある。このような開極速度のさらなる向上は、操作エネルギーの増大を招くことになり、所望の機械的信頼性を確保することが困難となっていた。
【００２２】
したがってガス遮断器においては、操作エネルギーの低減化を図るべく、アーク接触子の開極速度向上の抑制が望まれており、これを実現しつつ、アーク接触子間の速やかな絶縁回復を確保することが要求されている。このような要求に応える従来技術として、特許文献３〜８等に記載されたガス遮断器が提案されている。
【００２３】
特許文献３、４に記載のガス遮断器では、遮断動作時に可動接触子部側を動かすだけではなく、対向接触子部もまた可動接触子部と反対向きに駆動させている（いわゆるデュアルモーション機構）。このようなガス遮断器によれば、各接触子部の絶対的な移動速度を抑制しつつ、両アーク接触子の相対的な開極速度を高めることが可能となり、操作エネルギーの省力化と良好な絶縁回復特性を両立させている。しかし、これらの従来技術には、部品点数が増加するといったコスト的な問題があり、また、機械的・絶縁的な信頼性を確保することも課題となっている。
【００２４】
さらに、特許文献５〜８のガス遮断器では、絶縁ノズルの形状を改良することで、ガス流に起因するアーク接触子先端近傍での圧力・密度低下を防止し、速やかな絶縁回復を実現している。しかし、最近のガス遮断器では、機械的圧縮による蓄圧依存度が低下し、アークエネルギーを用いた蓄圧の寄与が増加している。このため、進み小電流等の小電流遮断時には、蓄圧室の圧力上昇が弱く、もともと、ガス流に起因するアーク接触子先端近傍での圧力・密度低下の問題は無視できる程度である。したがって、これらの技術の有効性は必ずしも高いわけではない。
【００２５】
以上のような技術的な背景のもと、アーク接触子の開極速度を抑えつつ、アーク接触子間の速やかな絶縁回復を実現するガス遮断器として、アーク接触子の電界緩和を図ったものが広く採用されている。例えば、対向通電接触子１２を可動接触子部２０側に寄せて配置することで、対向アーク接触子１１と対向通電接触子１２の先端同士を結ぶ接線と中心軸のなす角度θを９０度よりも小さくしたガス遮断器が提案されている（ちなみに図１７に示したガス遮断器ではθは９０度である）。このようなガス遮断器によれば、対向アーク接触子１１の電界を緩和することが可能となる。
【００２６】
さらには、図１９や図２０に示すように、対向通電接触子１２の外周部分に、電界シールド１５、１６を設けたガス遮断器も提案されている。電界シールド１５、１６の先端部は、対向通電接触子１２の先端部よりも可動接触子部２０側に位置している。電界シールド１５は、その先端部が内側方向に円弧に描いて構成され、対向通電接触子１２の先端部を覆うように配置されている。また、電界シールド１６は、その先端部が外側方向に円弧に描いて構成されている。これらの電界シールド１５、１６を対向通電接触子１２の外周部分に設置することで、対向アーク接触子１１の電界を緩和することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２７】
【特許文献１】特開２００３−２１７４０８号公報
【特許文献２】特開２００４−５５４２０号公報
【特許文献３】特開２００３−１０９４７６号公報
【特許文献４】特開平５−２５０９６７号公報
【特許文献５】特開平８−２０３３９５号公報
【特許文献６】特開平７−３２０６１２号公報
【特許文献７】特開平５−１３５６６８号公報
【特許文献８】特開平５−７４２８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２８】
上述したように、アーク接触子間の速やかな絶縁回復を確保して再点弧を回避するガス遮断器では、操作エネルギーの省力化を図るためにアーク接触子の開極速度向上を抑制したいという要求がある。この要求に応えるガス遮断器として、対向アーク接触子１１の電界を緩和する電界シールド１５、１６を設置したものが提案されていた。
【００２９】
しかしながら、電界シールド１５、１６を設置したガス遮断器においては、次のような課題が指摘されていた。すなわち、電界シールド１５、１６を設置したことで、これに隣接する対向通電接触子１２の電界が大きくなることは否めない。その結果、ガス遮断器が、遅れ負荷電流や極めて小さな事故電流を遮断する場合に、アーク接触子１１、２１間に再発弧が起きるのではなく、通電接触子１２、２２間にて再発弧が起きてしまうといった問題が生じた。
【００３０】
既に述べたように遅れ負荷電流遮断時などに起きる再発弧は許容されているものの、それはあくまでも、ガス流が存在するアーク接触子１１、２１間で発生することを前提としている。すなわち、ガス流が存在しない通電接触子１２、２２間に再発弧が発生すれば、遮断不能になるおそれがある。このため、通電接触子１２、２２間での再発弧は、回避する必要がある。
【００３１】
したがって、アーク接触子１１、２１の開極直後は、対向通電接触子１２の電界増大を抑えることが要請されており、電界シールド１５、１６による対向アーク接触子１１の電界緩和には限界があった。具体的には、対向アーク接触子１１とシールド１５、１６の先端を結ぶ接線と中心軸のなす角度をシールド角度θとするとき、シールド角度θは直角に近い角度であって、小さくても８０度を超える程度に構成されることが多かった。
【００３２】
なお、電界シールド１５、１６による対向アーク接触子１１の電界緩和を制約したいのは、通電接触子１２、２２間での再発弧の発生を回避するためである。したがって、アーク接触子１１、２１の開極が進んだ後は、シールド１５、１６が電界緩和効果を発揮することが望ましく、確実な再点弧の回避が望まれる状況に変わりはない。
【００３３】
実施形態のガス遮断器は、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、アーク接触子の開極直後では電界シールドによる電界緩和効果を抑えて通電接触子間における再発弧を回避することができ、アーク接触子の開極が進むと電界シールドが軸方向に沿って移動することで電界緩和効果を発揮することが可能であり、これにより、アーク接触子における開極速度向上を抑制しつつ、良好な進み小電流遮断性能を確保したガス遮断器を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００３４】
前記目的を達成するために、実施形態のガス遮断器では、消弧性ガスが充填された密閉容器内の中心軸上に、第１通電接触子および第１アーク接触子を有する第１接触子部と、第２通電接触子および第２アーク接触子を有する第２接触子部とが対向して配置され、第２通電接触子近傍には第２通電接触子と同心の電界シールドが設けられたガス遮断器において、次のような特徴がある。
【００３５】
すなわち、電界シールドには、ガス遮断器の投入状態では蓄勢状態となり、ガス遮断器の遮断状態では放勢状態となる弾性体が取り付けられている。また、電界シールドは、浮動で、中心軸方向に動作可能であり、かつ前記弾性体により付勢されており、遮断動作時には弾性体が放勢されるに伴って中心軸方向において第１接触子側へ動作するように構成されている。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】第１の実施形態のガス遮断器にて遮断状態を示す断面図。
【図２】第１の実施形態にて投入動作時のプレアーク発生状態を示す断面図。
【図３】第１の実施形態にて投入動作の進んだ状態を示す断面図。
【図４】第１の実施形態にて投入状態を示す断面図。
【図５】第１の実施形態にて遮断動作の初期の状態を示す断面図。
【図６】第１の実施形態にて遮断動作時のアーク発生状態を示す断面図。
【図７】第１の実施形態にて遮断動作の進んだ状態を示す断面図。
【図８】角度θの遮断動作時の変化の例を示したグラフ。
【図９】第２の実施形態のガス遮断器にて遮断状態を示す断面図。
【図１０】第２の実施形態にて投入状態を示す断面図。
【図１１】第３の実施形態のガス遮断器にて遮断状態を示す断面図。
【図１２】第３の実施形態にて投入状態を示す断面図。
【図１３】第４の実施形態のガス遮断器にて遮断状態を示す断面図。
【図１４】第４の実施形態にて投入状態を示す断面図。
【図１５】第５の実施形態のガス遮断器にて遮断状態を示す断面図。
【図１６】第５の実施形態にて投入状態を示す断面図。
【図１７】従来のガス遮断器の遮断状態を示す断面図。
【図１８】従来のガス遮断器の投入状態を示す断面図。
【図１９】電界シールドを設けた従来のガス遮断器の断面図。
【図２０】電界シールドを設けた従来のガス遮断器の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、実施形態であるガス遮断器について、図面を参照して具体的に説明する。なお、下記の実施形態における基本的な構成は図１７〜図２０に示した従来のガス遮断器と同様であり、同一部材に関しては同一符号を付して説明は省略する。また、可動接触子部２０の位置関係についても、図１７と同様である。
【００３８】
［１］第１の実施形態
［１−１］構成
図１〜図７は、第１の実施形態の断面図であって、図１は遮断状態、図２は投入動作時のプレアーク発生状態、図３は投入動作の進んだ状態、図４は投入状態、図５は遮断動作の初期の状態、図６は遮断動作時のアーク発生状態、図７は遮断動作の進んだ状態を示している。
【００３９】
第１の実施形態は、図１〜図７に示すように、対向通電接触子１２の外側には、電界シールド４１が同心状に設けられている。電界シールド４１の先端部は外側方向に円弧に描いて構成されている。電界シールド４１の先端形状は、図２０に示した電界シールド１６のそれと、ほぼ同一の形状である。電界シールド４１の基端部には、引っ張りばねであるコイルバネ４２が結合されている。
【００４０】
また、電界シールド４１の基端部は、同じく同心に設けられたガイド４３に収納されており、ガイド４３の内壁部に沿って中心軸方向に移動するように規定されている。ガイド４３には電界シールド４１基端部に結合されたコイルバネ４２が収納されている。コイルバネ４２の弾性力によって電界シールド４１は可動接触子部２０側に付勢されている。
【００４１】
すなわち、電界シールド４１は、浮動であって、中心軸方向に動作可能であり、コイルバネ４２により付勢され、遮断動作時にはコイルバネ４２が放勢されるに伴って中心軸方向において可動接触子部２０側へ動作するように構成されている。さらに、可動接触子部２０の可動通電接触子２２の外側には、同心の突起部４４が取り付けられている。突起部４４は電界シールド４１と対向する位置に配置されており、リング状の部材から構成されている。
【００４２】
ところで、電界シールド４１および対向アーク接触子１１の可動接触子部２０側の先端を結ぶ接線と中心軸の成す角度をシールド角度θとしたとき、このシールド角度θは次のように設定されている。図１の遮断状態において、コイルバネ４２は自由長にあり、シールド角度θは７０度〜９０度の範囲に設定されるのが好適である。また、図４に示す投入状態では、シールド角度θは９０度〜１１０度となるように設定されるのが好適である。第１の実施形態では、遮断状態でのシールド角度θが８５度、投入状態でのシールド角度θが１０５度に設定されている。
【００４３】
［１−２］作用
以上の構成を有する第１の実施形態の投入動作および遮断動作について説明する。ガス遮断器が投入動作を開始すると、操作ロッド２５が前方に移動し、この操作ロッド２５を含む可動接触子部２０が一体的に前進する。図２に示すように対向アーク接触子１１と可動アーク接触子２１の距離が小さくなると、絶縁破壊に至り、アーク接触子１１、２１間にプレアーク５１が発生する。
【００４４】
さらに、投入動作が進行して図３に示した段階では、電界シールド４１と突起部４４の先端が係合する。電界シールド４１は突起部４４により図３中の左方向に押し込まれていき、同時にコイルバネ４２は引っ張りの向きに蓄勢される。図４に示した投入完了状態に至ると、シールド角度θは１０５度程度となる。
【００４５】
次に、ガス遮断器が遮断動作を開始すると、操作ロッド２５が後方に移動していき、操作ロッド２５を含む可動接触子部２０が一体的に後退する。これにより、固定された固定ピストン３１に対し、操作ロッド２５とシリンダ２４が一体的に移動することになり、シリンダ２４と固定ピストン３１が相対移動し、シリンダ２４内部に形成される機械的圧縮空間が圧縮される。
【００４６】
図５に示すように、遮断動作初期の段階では、突起部４４は電界シールド４１から開離する。電界シールド４１は蓄勢されたコイルバネ４２により付勢されているため、可動接触子部２０方向（図中の右方向）に移動を開始する。ここで、電界シールド４１の移動に際しての加速度は、電界シールド４１およびコイルバネ４２の質量、コイルバネ４２の荷重、電界シールド４１およびガイド４３の間の摺動摩擦力で決まる。
【００４７】
図６に示したように、アーク接触子１１、２１間の開離直後のギャップが短い状態では、電界シールド４１の変位はわずかであり、シールド角度θは未だ大きい状態にある。さらに遮断動作が進行し、図７の状態に至ると、電界シールド４１の移動も大きく進み、シールド角度θも小さくなっていく。その後、図１に示した完全遮断状態に至ると、コイルバネ４２は完全に放勢された状態となる。
【００４８】
図８は、電界シールド４１の移動によるシールド角度θの遮断動作時の変化の例を示したグラフである。投入状態において、シールド角度θは１０５度程度であり、遮断動作開始後、突起部４４が電界シールド４１から開離すると、シールド角度θは変化を開始し、アーク接触子１１、２１間の開離直後ではシールド角度θは未だ大きいものの、電界シールド４１の移動に連れて小さくなり、完全遮断状態では８５度程度となる。
【００４９】
特に、第１の実施形態では、進み小電流遮断時に再点弧の発生しやすいトラベル領域（図８のグラフにおいて可動部トラベル３０％を超えた付近）で、シールド角度θが９０度を下回るようになっている。これは、図７に示す如く、対向アーク接触子１１の先端が絶縁ノズル２３の最小断面積部２３ａを通過する領域において、電界シールド４１の動作が進行し、シールド角度θが９０度を下回ることを表している。
【００５０】
［１−３］効果
上記第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、ガス遮断器において小電流を遮断する時、両アーク接触子１１、２１の開離直後に電流零点を迎えると、アークが消弧される。
【００５１】
小電流遮断が、リアクトル遮断のような遅れ負荷電流遮断や、極めて小さな事故電流遮断であれば、数ｋＨｚの高周波の過渡回復電圧がアーク接触子１１、２１に印加される。この時、アーク接触子１１、２１の開極直後の段階では、電界シールド４１の変位は殆どなく、シールド角度θは１０５度程度と大きい。したがって、電界シールド４１の電界を抑制することができ、対向通電接触子１２の電界が大きくならない。その結果、再発弧はアーク接触子１１、２１間で確実に発生し、通電接触子１２、２２間や電界シールド４１付近にて、再発弧が発生する心配がない。これにより、次の電流零点を迎えれば、ガス流の存在により再び消弧される。
【００５２】
また、第１の実施形態における小電流遮断において、進み小電流遮断のように商用周波数の回復電圧が印加された場合には、電界シールド４１が移動した後なので、電界緩和効果を発揮する。すなわち、遮断動作が進み、対向アーク接触子１１が絶縁ノズル２３の最小断面積２３ａにさしかかると、高い電圧が印加された状態に至った頃には、コイルバネ４２の付勢力を受けた電界シールド４１が、アーク接触子１１、２１間の開離から時間遅れを持って移動し、シールド角度θは８５度程度と小さくなる。
【００５３】
このため、電界シールド４１は十分な電界緩和効果を発揮することができる。したがって、対向アーク接触子１１の電界を緩和させることができ、アーク接触子１１、２１間の再点弧を確実に回避することが可能となる。これにより、第１の実施形態では、アーク接触子１１、２１の開極速度を抑えて操作エネルギーを増大させることなく、アーク接触子１１、２１間の速やかな絶縁回復を実現することができる。
【００５４】
以上のように第１の実施形態によれば、アーク接触子１１、２１の開極速度を抑制しても、速やかな絶縁回復が得られ、良好な進み小電流遮断性能が得られる。と同時に、周波数の高い過渡回復電圧が印加される小電流遮断においては、通電接触子１２、２２や電界シールド４１における再発弧を回避することができる。したがって、遮断不能に陥る心配が無く、優れた信頼性を獲得することができる。
【００５５】
［２］第２の実施形態
［２−１］構成
図９、図１０は、第２の実施形態の断面図であって、図９は遮断状態、図１０は投入状態を示している。第２の実施形態の基本構成は、前記第１の実施形態と同様である。
【００５６】
第２の実施形態の構成上の特徴は、次の２点である。すなわち、突起部４４の先端に、対向接触子部１０方向に延びる先端絶縁物４５が設けられる。また、遮断状態において電界シールド４１の設置位置を可動接触子部２０寄りに設けることにより、上記第１の実施形態よりもシールド角度θを小さく設定されている。
【００５７】
シールド角度θに関しては、図９に示した遮断状態では、第２の実施形態ではシールド角度θが７５度程度となるように構成されている。また、図１０に示す投入状態に至る時、第２の実施形態では電界シールド４１と先端絶縁物４５とが係合状態にあり、これにより電界シールド４１の位置が規定され、シールド角度θが９５度程度となるように構成されている（図８のグラフ参照）。
【００５８】
［２−２］作用及び効果
以上のような第２実施の形態においては、第１の実施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、第２の実施形態によれば、シールド角度θを小さくしたことで、対向アーク接触子１１の電界緩和効果をいっそう高めることができる。
【００５９】
また、第２の実施形態の電界シールド４１は、可動接触子部２０寄りに位置しているが、ガス遮断器の投入動作に際して、先端絶縁物４５が電界シールド４１に係合することで、電界シールド４１は早い段階で図１０中の左方向に押し込むことができる。したがって、投入動作時に、電界シールド４１と突起部４４の間で、絶縁破壊してプレアーク５１が発生することがなく、電界シールド４１をいためる心配がない。
【００６０】
［３］第３の実施形態
［３−１］構成
図１１、図１２は、第３の実施形態の断面図であって、図１１は遮断状態、図１２は投入状態を示している。第３の実施形態の基本構成は、上記第１および第２の実施形態と同様である。第３の実施形態は、引っ張り方向に蓄勢されるコイルバネ４２に代えて、圧縮ばねからなるコイルバネ４６が、ガイド４３に収納された点に特徴がある。コイルバネ４６は電界シールド４１の移動により圧縮方向に蓄勢されるように構成されている。
【００６１】
［３−２］作用及び効果
以上のような第３実施の形態においては、第１および第２の実施の形態の作用効果に加えて、コイルバネ４６が圧縮ばねである分、引っ張りばねに比べてコンパクトであり、設置スペースを小さくすることができる。したがって、機器のコンパクト化に寄与することが可能である。
【００６２】
［４］第４の実施形態
［４−１］構成
図１３、図１４は、第４の実施形態の断面図であって、図１３は遮断状態、図１４は投入状態を示している。第４の実施形態の基本構成は、前記第１〜第３の実施形態と同様である。第４の実施形態の構成上の特徴は、小径の複数のコイルバネ４７が円周上にガイド４３内に配置された点にある。
【００６３】
［４−２］作用及び効果
第４の実施形態においては、第１〜第３の実施形態の作用効果に加え、次のような独自の作用効果が得られる。すなわち、分割して構成したコイルバネ４７を用いることにより、よりコンパクト化を進めることができ、組立性も向上する。しかも、コイルバネ４７の自重を軽くすることができるので、応答速度を速くすることができる。
【００６４】
［５］第５の実施形態
［５−１］構成
図１５、図１６は、第５の実施形態の断面図であって、図１５は遮断状態、図１６は投入状態を示している。第５の実施形態の基本構成は、上記第４の実施形態と同様である。
【００６５】
第５の実施形態は、次のような構成を持つ電界シールド４８を備えた点に特徴がある。電界シールド４８は、その先端が内側に丸まり対向通電接触子１２先端を覆うようにして設けられている。つまり、電界シールド４８の先端形状は、図１９に示した電界シールド１５のそれと、ほぼ同一の形状となっている。
【００６６】
［５−２］作用及び効果
第５の実施形態においては、第１〜第４の実施形態の作用効果に加えて、次のような独自の作用効果が得られる。すなわち、電界シールド４８は先端部が内側に丸まっている分だけ、電界シールド４８と対向アーク接触子１１の距離は近くなる。したがって、電界シールド４８による対向アーク接触子１１の電界緩和効果が高まる。また、電界シールド４８の先端部が対向通電接触子１２を覆うため、対向通電接触子１２が通電により痛んだ状態にあったとしても、通電接触子１２、２２間の絶縁破壊を回避することができる。
【００６７】
［６］その他の実施形態
本発明の実施形態は、上記の実施形態に限定されるものではなく、電界シールドの形状やシールド角度θ、電界シールドの移動加速度等は適宜変更可能である。また、対向接触子部を可動接触子部と反対側へ駆動して相対的な開極速度を向上させるデュアルモーション機構を備えたガス遮断器や、アークエネルギーを用いて上流の蓄圧を得るいわゆる自力効果を用いたタイプのガス遮断器にも適用可能である。
【符号の説明】
【００６８】
１０…対向接触子部
１１…対向アーク接触子
１２…対向通電接触子
１３…支持部
１４…サポート
１５、１６、４１、４８…電界シールド
２０…可動接触子部
２１…可動アーク接触子
２２…可動通電接触子
２３…絶縁ノズル
２４…シリンダ
２５…操作ロッド
３１…ピストン
４２、４６、４７…コイルバネ
４３…ガイド
４４…突起部
４５…先端絶縁物
５１…プレアーク
θ…シールド角度
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、電界シールドを備えたガス遮断器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、ガス遮断器では、遮断時の再点弧を回避して絶縁破壊を防ぐことが重要である。再点弧とは、商用周波電圧において電流零点後４分の１周期以上の時間が経過した後に生じる絶縁破壊現象である。この再点弧が起きると、大きな過電圧が発生するため、ガス遮断器には速やかな絶縁回復特性が要求されている。なお、電流零点後４分の１周期未満の時間で生じる絶縁破壊現象のことを再発弧と呼んでいる。この再発弧は過電圧レベルが低いので、ガス流が存在する限りにおいて発生が許容されるのが一般的である。
【０００３】
ところで、ガス遮断器では再点弧を回避すべく、アーク接触子間の速やかな絶縁回復特性を備えることが要求される。このため、アーク接触子の開極速度の向上が図られるが、操作エネルギーの省力化を図ることも重要であり、アーク接触子の開極速度を抑制することが要請されている。そこで、電界緩和用の電界シールドを設置したガス遮断器が提案されている。
【０００４】
［ガス遮断器の概略］
以下、電界シールドを設置した従来のガス遮断器について述べるが、その前に、ガス遮断器の概略に関して、図１７、図１８の断面図を用いて説明する。図１７はガス遮断器の遮断状態、図１８はガス遮断器の投入状態をそれぞれ示している。これら図１７、図１８に示すように、ガス遮断器は、対向接触子部１０及び可動接触子部２０が互いに対向配置して構成されている。可動接触子部２０の位置関係は、対向接触子部１０側の方向を前方（図１７の左方）、その反対側を後方（図１７の右方）と定義して説明する。
【０００５】
［対向接触子部１０の構成］
対向接触子部１０は、対向アーク接触子１１、対向通電接触子１２、支持部１３、サポート１４から構成される。サポート１４は、消弧性のガスが充填された容器（図示せず）の内壁部に固定されており、サポート１４内部に支持部１３が鉛直に伸びて取り付けられる。対向アーク接触子１１は、支持部１３の先端に固定され、容器の中心軸上に配置されている。対向通電接触子１２は、サポート１４の可動接触子部２０側の先端部に形成されており、且つ対向アーク接触子１１の周囲に配置されている。
【０００６】
［可動接触子部２０の構成］
可動接触子部２０には、中空の操作ロッド２５が配置されている。操作ロッド２５は、駆動装置（図示せず）に連結され、この駆動装置によって、軸方向（図１７の左右方向）に往復動するように構成されている。
【０００７】
操作ロッド２５の周囲にはシリンダ２４が配置されている。シリンダ２４は前端部で操作ロッド２５に連結され、シリンダ２４前方には中空且つ指状の可動アーク接触子２１が連結されている。この可動アーク接触子２１を包囲するように所定の間隔を持って絶縁ノズル２３が配置されている。さらに、絶縁ノズル２３の外周部には可動通電接触子２２が配置されている。なお、図１７中の符号２３ａは絶縁ノズル２３のスロート部における最小断面積部を示している。
【０００８】
シリンダ２４内部には円形平板状の固定ピストン３１が摺動自在に挿入されている。固定ピストン３１には後方に延びるピストン支持部３１ａが一体的に設けられている。固定ピストン３１は、ピストン支持部３１ａを介して図示していない容器内に固定されている。操作ロッド２５と共にシリンダ２４が往復動する時、固定ピストン３１は、その内周面で操作ロッド２５の外周面に対して摺動し、その外周面でシリンダ２４の内周面に対して摺動するように構成されている。この時、固定ピストン３１により圧縮されるシリンダ２４内部の空間を、機械的圧縮空間と呼んでいる。
【０００９】
［ガス遮断器の動作］
以上の構成を有するガス遮断器が投入動作または遮断動作を実施する場合、駆動装置（図示せず）からの駆動力を受けて操作ロッド２５が容器の中心軸上を移動する。操作ロッド２５の移動に伴って、可動アーク接触子２１、可動通電接触子２２、絶縁ノズル２３及びシリンダ２４が、操作ロッド２５と一体的に往復移動する。
【００１０】
ガス遮断器の遮断時には、容器側に固定された固定ピストン３１に対し、操作ロッド２５とシリンダ２４が一体的に後退する。ここで、シリンダ２４の内周面と固定ピストン３１の外周面が摺動しながら、両者が相対的に移動するため、固定ピストン３１がシリンダ２４内部の機械的圧縮空間を圧縮する。これにより、シリンダ２４内部には、十分な吹きつけ圧力が蓄圧される。
【００１１】
ガス遮断器の遮断動作が進行して、接触導通状態にあった対向アーク接触子１１と可動アーク接触子２１が開離すると、両アーク接触子１１、２１間の空間として定義されるアーク空間にアークが発生する。さらに遮断動作が進行すると、両アーク接触子１１、２１間の距離が十分に開いて適切な流路を形成する。
【００１２】
前述したようにシリンダ２４内部には十分な吹きつけ圧力を蓄圧しているため、この状態で電流零点を迎えると、シリンダ２４内部からのガス流が、可動アーク接触子２１と絶縁ノズル２３との間を通ってアーク空間に流れ込む。その結果、アーク空間に生じたアークは消弧に至り、事故電流遮断が完了する。
【００１３】
以上のようにしてガス遮断器が遮断動作を行うが、その際、遮断する電流が大きな事故電流であれば、アーク接触子１１、２１間には数ｋＡオーダーの大電流アークが発生する。ただし、アーク接触子１１、２１間の距離が大きく開いて適切なガス流路が形成され、かつシリンダ２４内部に高い吹きつけ圧力が蓄圧された後でなければ、たとえ電流零点を迎えても、大電流アークが消弧されることはない。つまり、アーク接触子１１、２１間の十分な距離と、シリンダ２４内部の十分な蓄圧が、大電流アークを消弧するための成立条件となる。
【００１４】
これに対して、ガス遮断器が遅れ負荷電流や極めて小さな事故電流を遮断する場合、あるいは進み小電流等の小電流を遮断する場合は、消弧の成立条件が、上記大電流遮断の場合とは異なっている。小電流等を遮断する場合は、両アーク接触子１１、２１間には数百Ａ以下の小電流アークが発生するに過ぎない。このため、アーク接触子１１、２１の開離直後であっても、微弱なガス流が存在すれば、十分な吹きつけ圧力を持たなくとも電流零点を迎えるだけで、簡単に小電流アークは消弧されることになる。
【００１５】
電流位相によっては、アーク時間（アーク接触子１１、２１間のアークが継続する時間）は、限りなくゼロに近くなる。したがって、両アーク接触子１１、２１の開離直後にアークが消弧されるということは、両アーク接触子１１、２１間の距離が極めて小さい状態で、両アーク接触子１１、２１間に回復電圧が印加されることに他ならない。
【００１６】
［再発弧］
このとき、両アーク接触子１１、２１間における回復電圧の大きさは、遮断対象となる電流の大きさに依存する。すなわち、ガス遮断器が、遅れ負荷電流や極めて小さな事故電流を遮断する場合は、数ｋＨｚの高い周波数の過渡回復電圧が、アーク接触子１１、２１間に印加されることが多い。
【００１７】
つまり、開極直後のアーク接触子１１、２１間の距離が小さい状態で、瞬時に過渡回復電圧が立ち上がる。したがって、この時に発生する再発弧（電流零点後４分の１周期未満の時間で生じる絶縁破壊現象）については許容せざるを得ない。ただし、この再発弧は、ガス流の存在しない通電接触子１２、２２で発生すると遮断不能になる可能性があるので、アーク接触子１１、２１間で発生させる必要がある。
【００１８】
［再点弧］
一方、ガス遮断器が、進み小電流等の小電流を遮断する場合は、系統からの高い回復電圧（商用周波数）が、アーク接触子１１、２１間に印加されることが多い。この回復電圧により、アーク接触子１１、２１間に再点弧（電流零点後４分の１周期以上の時間経過後に生じる絶縁破壊現象）が起きる可能性がある。
【００１９】
中でも、対向アーク接触子１１の先端が絶縁ノズル２３の最小断面積部２３ａ（図１７に図示）を通過する領域では、再点弧が発生し易いトラベル領域となっている。過電圧レベルの低い再発弧と違い、アーク接触子１１、２１間に再点弧が起きると、過渡的な過電圧が発生する場合があり、系統機器の信頼性を脅かすおそれがあった。
【００２０】
そこでガス遮断器では、十分な速さの絶縁回復特性を備え、アーク接触子間の速やかな絶縁回復を確保することにより、進み小電流遮断時における再点弧の回避が求められている。再点弧を回避する技術としては、アーク接触子の開極速度を向上させることが有効である。例えば特許文献１、２では、リンク機構などを用いて、特に速やかな絶縁回復が要求されるアーク接触子の開離直後における開極速度を大きく向上させている。
【００２１】
ところが、近年のガス遮断器は小型化が進められているので、小型化に伴ってアーク接触子の径も小さくなり、電界が厳しくなる傾向にある。その結果、アーク接触子の開極速度を一層速める必要がある。このような開極速度のさらなる向上は、操作エネルギーの増大を招くことになり、所望の機械的信頼性を確保することが困難となっていた。
【００２２】
したがってガス遮断器においては、操作エネルギーの低減化を図るべく、アーク接触子の開極速度向上の抑制が望まれており、これを実現しつつ、アーク接触子間の速やかな絶縁回復を確保することが要求されている。このような要求に応える従来技術として、特許文献３〜８等に記載されたガス遮断器が提案されている。
【００２３】
特許文献３、４に記載のガス遮断器では、遮断動作時に可動接触子部側を動かすだけではなく、対向接触子部もまた可動接触子部と反対向きに駆動させている（いわゆるデュアルモーション機構）。このようなガス遮断器によれば、各接触子部の絶対的な移動速度を抑制しつつ、両アーク接触子の相対的な開極速度を高めることが可能となり、操作エネルギーの省力化と良好な絶縁回復特性を両立させている。しかし、これらの従来技術には、部品点数が増加するといったコスト的な問題があり、また、機械的・絶縁的な信頼性を確保することも課題となっている。
【００２４】
さらに、特許文献５〜８のガス遮断器では、絶縁ノズルの形状を改良することで、ガス流に起因するアーク接触子先端近傍での圧力・密度低下を防止し、速やかな絶縁回復を実現している。しかし、最近のガス遮断器では、機械的圧縮による蓄圧依存度が低下し、アークエネルギーを用いた蓄圧の寄与が増加している。このため、進み小電流等の小電流遮断時には、蓄圧室の圧力上昇が弱く、もともと、ガス流に起因するアーク接触子先端近傍での圧力・密度低下の問題は無視できる程度である。したがって、これらの技術の有効性は必ずしも高いわけではない。
【００２５】
以上のような技術的な背景のもと、アーク接触子の開極速度を抑えつつ、アーク接触子間の速やかな絶縁回復を実現するガス遮断器として、アーク接触子の電界緩和を図ったものが広く採用されている。例えば、対向通電接触子１２を可動接触子部２０側に寄せて配置することで、対向アーク接触子１１と対向通電接触子１２の先端同士を結ぶ接線と中心軸のなす角度θを９０度よりも小さくしたガス遮断器が提案されている（ちなみに図１７に示したガス遮断器ではθは９０度である）。このようなガス遮断器によれば、対向アーク接触子１１の電界を緩和することが可能となる。
【００２６】
さらには、図１９や図２０に示すように、対向通電接触子１２の外周部分に、電界シールド１５、１６を設けたガス遮断器も提案されている。電界シールド１５、１６の先端部は、対向通電接触子１２の先端部よりも可動接触子部２０側に位置している。電界シールド１５は、その先端部が内側方向に円弧に描いて構成され、対向通電接触子１２の先端部を覆うように配置されている。また、電界シールド１６は、その先端部が外側方向に円弧に描いて構成されている。これらの電界シールド１５、１６を対向通電接触子１２の外周部分に設置することで、対向アーク接触子１１の電界を緩和することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２７】
【特許文献１】特開２００３−２１７４０８号公報
【特許文献２】特開２００４−５５４２０号公報
【特許文献３】特開２００３−１０９４７６号公報
【特許文献４】特開平５−２５０９６７号公報
【特許文献５】特開平８−２０３３９５号公報
【特許文献６】特開平７−３２０６１２号公報
【特許文献７】特開平５−１３５６６８号公報
【特許文献８】特開平５−７４２８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２８】
上述したように、アーク接触子間の速やかな絶縁回復を確保して再点弧を回避するガス遮断器では、操作エネルギーの省力化を図るためにアーク接触子の開極速度向上を抑制したいという要求がある。この要求に応えるガス遮断器として、対向アーク接触子１１の電界を緩和する電界シールド１５、１６を設置したものが提案されていた。
【００２９】
しかしながら、電界シールド１５、１６を設置したガス遮断器においては、次のような課題が指摘されていた。すなわち、電界シールド１５、１６を設置したことで、これに隣接する対向通電接触子１２の電界が大きくなることは否めない。その結果、ガス遮断器が、遅れ負荷電流や極めて小さな事故電流を遮断する場合に、アーク接触子１１、２１間に再発弧が起きるのではなく、通電接触子１２、２２間にて再発弧が起きてしまうといった問題が生じた。
【００３０】
既に述べたように遅れ負荷電流遮断時などに起きる再発弧は許容されているものの、それはあくまでも、ガス流が存在するアーク接触子１１、２１間で発生することを前提としている。すなわち、ガス流が存在しない通電接触子１２、２２間に再発弧が発生すれば、遮断不能になるおそれがある。このため、通電接触子１２、２２間での再発弧は、回避する必要がある。
【００３１】
したがって、アーク接触子１１、２１の開極直後は、対向通電接触子１２の電界増大を抑えることが要請されており、電界シールド１５、１６による対向アーク接触子１１の電界緩和には限界があった。具体的には、対向アーク接触子１１とシールド１５、１６の先端を結ぶ接線と中心軸のなす角度をシールド角度θとするとき、シールド角度θは直角に近い角度であって、小さくても８０度を超える程度に構成されることが多かった。
【００３２】
なお、電界シールド１５、１６による対向アーク接触子１１の電界緩和を制約したいのは、通電接触子１２、２２間での再発弧の発生を回避するためである。したがって、アーク接触子１１、２１の開極が進んだ後は、シールド１５、１６が電界緩和効果を発揮することが望ましく、確実な再点弧の回避が望まれる状況に変わりはない。
【００３３】
実施形態のガス遮断器は、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、アーク接触子の開極直後では電界シールドによる電界緩和効果を抑えて通電接触子間における再発弧を回避することができ、アーク接触子の開極が進むと電界シールドが軸方向に沿って移動することで電界緩和効果を発揮することが可能であり、これにより、アーク接触子における開極速度向上を抑制しつつ、良好な進み小電流遮断性能を確保したガス遮断器を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００３４】
前記目的を達成するために、実施形態のガス遮断器では、消弧性ガスが充填された密閉容器内の中心軸上に、第１通電接触子および第１アーク接触子を有する第１接触子部と、第２通電接触子および第２アーク接触子を有する第２接触子部とが対向して配置され、第２通電接触子近傍には第２通電接触子と同心の電界シールドが設けられたガス遮断器において、次のような特徴がある。
【００３５】
すなわち、電界シールドには、ガス遮断器の投入状態では蓄勢状態となり、ガス遮断器の遮断状態では放勢状態となる弾性体が取り付けられている。また、電界シールドは、浮動で、中心軸方向に動作可能であり、かつ前記弾性体により付勢されており、遮断動作時には弾性体が放勢されるに伴って中心軸方向において第１接触子側へ動作するように構成されている。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】第１の実施形態のガス遮断器にて遮断状態を示す断面図。
【図２】第１の実施形態にて投入動作時のプレアーク発生状態を示す断面図。
【図３】第１の実施形態にて投入動作の進んだ状態を示す断面図。
【図４】第１の実施形態にて投入状態を示す断面図。
【図５】第１の実施形態にて遮断動作の初期の状態を示す断面図。
【図６】第１の実施形態にて遮断動作時のアーク発生状態を示す断面図。
【図７】第１の実施形態にて遮断動作の進んだ状態を示す断面図。
【図８】角度θの遮断動作時の変化の例を示したグラフ。
【図９】第２の実施形態のガス遮断器にて遮断状態を示す断面図。
【図１０】第２の実施形態にて投入状態を示す断面図。
【図１１】第３の実施形態のガス遮断器にて遮断状態を示す断面図。
【図１２】第３の実施形態にて投入状態を示す断面図。
【図１３】第４の実施形態のガス遮断器にて遮断状態を示す断面図。
【図１４】第４の実施形態にて投入状態を示す断面図。
【図１５】第５の実施形態のガス遮断器にて遮断状態を示す断面図。
【図１６】第５の実施形態にて投入状態を示す断面図。
【図１７】従来のガス遮断器の遮断状態を示す断面図。
【図１８】従来のガス遮断器の投入状態を示す断面図。
【図１９】電界シールドを設けた従来のガス遮断器の断面図。
【図２０】電界シールドを設けた従来のガス遮断器の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、実施形態であるガス遮断器について、図面を参照して具体的に説明する。なお、下記の実施形態における基本的な構成は図１７〜図２０に示した従来のガス遮断器と同様であり、同一部材に関しては同一符号を付して説明は省略する。また、可動接触子部２０の位置関係についても、図１７と同様である。
【００３８】
［１］第１の実施形態
［１−１］構成
図１〜図７は、第１の実施形態の断面図であって、図１は遮断状態、図２は投入動作時のプレアーク発生状態、図３は投入動作の進んだ状態、図４は投入状態、図５は遮断動作の初期の状態、図６は遮断動作時のアーク発生状態、図７は遮断動作の進んだ状態を示している。
【００３９】
第１の実施形態は、図１〜図７に示すように、対向通電接触子１２の外側には、電界シールド４１が同心状に設けられている。電界シールド４１の先端部は外側方向に円弧に描いて構成されている。電界シールド４１の先端形状は、図２０に示した電界シールド１６のそれと、ほぼ同一の形状である。電界シールド４１の基端部には、引っ張りばねであるコイルバネ４２が結合されている。
【００４０】
また、電界シールド４１の基端部は、同じく同心に設けられたガイド４３に収納されており、ガイド４３の内壁部に沿って中心軸方向に移動するように規定されている。ガイド４３には電界シールド４１基端部に結合されたコイルバネ４２が収納されている。コイルバネ４２の弾性力によって電界シールド４１は可動接触子部２０側に付勢されている。
【００４１】
すなわち、電界シールド４１は、浮動であって、中心軸方向に動作可能であり、コイルバネ４２により付勢され、遮断動作時にはコイルバネ４２が放勢されるに伴って中心軸方向において可動接触子部２０側へ動作するように構成されている。さらに、可動接触子部２０の可動通電接触子２２の外側には、同心の突起部４４が取り付けられている。突起部４４は電界シールド４１と対向する位置に配置されており、リング状の部材から構成されている。
【００４２】
ところで、電界シールド４１および対向アーク接触子１１の可動接触子部２０側の先端を結ぶ接線と中心軸の成す角度をシールド角度θとしたとき、このシールド角度θは次のように設定されている。図１の遮断状態において、コイルバネ４２は自由長にあり、シールド角度θは７０度〜９０度の範囲に設定されるのが好適である。また、図４に示す投入状態では、シールド角度θは９０度〜１１０度となるように設定されるのが好適である。第１の実施形態では、遮断状態でのシールド角度θが８５度、投入状態でのシールド角度θが１０５度に設定されている。
【００４３】
［１−２］作用
以上の構成を有する第１の実施形態の投入動作および遮断動作について説明する。ガス遮断器が投入動作を開始すると、操作ロッド２５が前方に移動し、この操作ロッド２５を含む可動接触子部２０が一体的に前進する。図２に示すように対向アーク接触子１１と可動アーク接触子２１の距離が小さくなると、絶縁破壊に至り、アーク接触子１１、２１間にプレアーク５１が発生する。
【００４４】
さらに、投入動作が進行して図３に示した段階では、電界シールド４１と突起部４４の先端が係合する。電界シールド４１は突起部４４により図３中の左方向に押し込まれていき、同時にコイルバネ４２は引っ張りの向きに蓄勢される。図４に示した投入完了状態に至ると、シールド角度θは１０５度程度となる。
【００４５】
次に、ガス遮断器が遮断動作を開始すると、操作ロッド２５が後方に移動していき、操作ロッド２５を含む可動接触子部２０が一体的に後退する。これにより、固定された固定ピストン３１に対し、操作ロッド２５とシリンダ２４が一体的に移動することになり、シリンダ２４と固定ピストン３１が相対移動し、シリンダ２４内部に形成される機械的圧縮空間が圧縮される。
【００４６】
図５に示すように、遮断動作初期の段階では、突起部４４は電界シールド４１から開離する。電界シールド４１は蓄勢されたコイルバネ４２により付勢されているため、可動接触子部２０方向（図中の右方向）に移動を開始する。ここで、電界シールド４１の移動に際しての加速度は、電界シールド４１およびコイルバネ４２の質量、コイルバネ４２の荷重、電界シールド４１およびガイド４３の間の摺動摩擦力で決まる。
【００４７】
図６に示したように、アーク接触子１１、２１間の開離直後のギャップが短い状態では、電界シールド４１の変位はわずかであり、シールド角度θは未だ大きい状態にある。さらに遮断動作が進行し、図７の状態に至ると、電界シールド４１の移動も大きく進み、シールド角度θも小さくなっていく。その後、図１に示した完全遮断状態に至ると、コイルバネ４２は完全に放勢された状態となる。
【００４８】
図８は、電界シールド４１の移動によるシールド角度θの遮断動作時の変化の例を示したグラフである。投入状態において、シールド角度θは１０５度程度であり、遮断動作開始後、突起部４４が電界シールド４１から開離すると、シールド角度θは変化を開始し、アーク接触子１１、２１間の開離直後ではシールド角度θは未だ大きいものの、電界シールド４１の移動に連れて小さくなり、完全遮断状態では８５度程度となる。
【００４９】
特に、第１の実施形態では、進み小電流遮断時に再点弧の発生しやすいトラベル領域（図８のグラフにおいて可動部トラベル３０％を超えた付近）で、シールド角度θが９０度を下回るようになっている。これは、図７に示す如く、対向アーク接触子１１の先端が絶縁ノズル２３の最小断面積部２３ａを通過する領域において、電界シールド４１の動作が進行し、シールド角度θが９０度を下回ることを表している。
【００５０】
［１−３］効果
上記第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、ガス遮断器において小電流を遮断する時、両アーク接触子１１、２１の開離直後に電流零点を迎えると、アークが消弧される。
【００５１】
小電流遮断が、リアクトル遮断のような遅れ負荷電流遮断や、極めて小さな事故電流遮断であれば、数ｋＨｚの高周波の過渡回復電圧がアーク接触子１１、２１に印加される。この時、アーク接触子１１、２１の開極直後の段階では、電界シールド４１の変位は殆どなく、シールド角度θは１０５度程度と大きい。したがって、電界シールド４１の電界を抑制することができ、対向通電接触子１２の電界が大きくならない。その結果、再発弧はアーク接触子１１、２１間で確実に発生し、通電接触子１２、２２間や電界シールド４１付近にて、再発弧が発生する心配がない。これにより、次の電流零点を迎えれば、ガス流の存在により再び消弧される。
【００５２】
また、第１の実施形態における小電流遮断において、進み小電流遮断のように商用周波数の回復電圧が印加された場合には、電界シールド４１が移動した後なので、電界緩和効果を発揮する。すなわち、遮断動作が進み、対向アーク接触子１１が絶縁ノズル２３の最小断面積２３ａにさしかかると、高い電圧が印加された状態に至った頃には、コイルバネ４２の付勢力を受けた電界シールド４１が、アーク接触子１１、２１間の開離から時間遅れを持って移動し、シールド角度θは８５度程度と小さくなる。
【００５３】
このため、電界シールド４１は十分な電界緩和効果を発揮することができる。したがって、対向アーク接触子１１の電界を緩和させることができ、アーク接触子１１、２１間の再点弧を確実に回避することが可能となる。これにより、第１の実施形態では、アーク接触子１１、２１の開極速度を抑えて操作エネルギーを増大させることなく、アーク接触子１１、２１間の速やかな絶縁回復を実現することができる。
【００５４】
以上のように第１の実施形態によれば、アーク接触子１１、２１の開極速度を抑制しても、速やかな絶縁回復が得られ、良好な進み小電流遮断性能が得られる。と同時に、周波数の高い過渡回復電圧が印加される小電流遮断においては、通電接触子１２、２２や電界シールド４１における再発弧を回避することができる。したがって、遮断不能に陥る心配が無く、優れた信頼性を獲得することができる。
【００５５】
［２］第２の実施形態
［２−１］構成
図９、図１０は、第２の実施形態の断面図であって、図９は遮断状態、図１０は投入状態を示している。第２の実施形態の基本構成は、前記第１の実施形態と同様である。
【００５６】
第２の実施形態の構成上の特徴は、次の２点である。すなわち、突起部４４の先端に、対向接触子部１０方向に延びる先端絶縁物４５が設けられる。また、遮断状態において電界シールド４１の設置位置を可動接触子部２０寄りに設けることにより、上記第１の実施形態よりもシールド角度θを小さく設定されている。
【００５７】
シールド角度θに関しては、図９に示した遮断状態では、第２の実施形態ではシールド角度θが７５度程度となるように構成されている。また、図１０に示す投入状態に至る時、第２の実施形態では電界シールド４１と先端絶縁物４５とが係合状態にあり、これにより電界シールド４１の位置が規定され、シールド角度θが９５度程度となるように構成されている（図８のグラフ参照）。
【００５８】
［２−２］作用及び効果
以上のような第２実施の形態においては、第１の実施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、第２の実施形態によれば、シールド角度θを小さくしたことで、対向アーク接触子１１の電界緩和効果をいっそう高めることができる。
【００５９】
また、第２の実施形態の電界シールド４１は、可動接触子部２０寄りに位置しているが、ガス遮断器の投入動作に際して、先端絶縁物４５が電界シールド４１に係合することで、電界シールド４１は早い段階で図１０中の左方向に押し込むことができる。したがって、投入動作時に、電界シールド４１と突起部４４の間で、絶縁破壊してプレアーク５１が発生することがなく、電界シールド４１をいためる心配がない。
【００６０】
［３］第３の実施形態
［３−１］構成
図１１、図１２は、第３の実施形態の断面図であって、図１１は遮断状態、図１２は投入状態を示している。第３の実施形態の基本構成は、上記第１および第２の実施形態と同様である。第３の実施形態は、引っ張り方向に蓄勢されるコイルバネ４２に代えて、圧縮ばねからなるコイルバネ４６が、ガイド４３に収納された点に特徴がある。コイルバネ４６は電界シールド４１の移動により圧縮方向に蓄勢されるように構成されている。
【００６１】
［３−２］作用及び効果
以上のような第３実施の形態においては、第１および第２の実施の形態の作用効果に加えて、コイルバネ４６が圧縮ばねである分、引っ張りばねに比べてコンパクトであり、設置スペースを小さくすることができる。したがって、機器のコンパクト化に寄与することが可能である。
【００６２】
［４］第４の実施形態
［４−１］構成
図１３、図１４は、第４の実施形態の断面図であって、図１３は遮断状態、図１４は投入状態を示している。第４の実施形態の基本構成は、前記第１〜第３の実施形態と同様である。第４の実施形態の構成上の特徴は、小径の複数のコイルバネ４７が円周上にガイド４３内に配置された点にある。
【００６３】
［４−２］作用及び効果
第４の実施形態においては、第１〜第３の実施形態の作用効果に加え、次のような独自の作用効果が得られる。すなわち、分割して構成したコイルバネ４７を用いることにより、よりコンパクト化を進めることができ、組立性も向上する。しかも、コイルバネ４７の自重を軽くすることができるので、応答速度を速くすることができる。
【００６４】
［５］第５の実施形態
［５−１］構成
図１５、図１６は、第５の実施形態の断面図であって、図１５は遮断状態、図１６は投入状態を示している。第５の実施形態の基本構成は、上記第４の実施形態と同様である。
【００６５】
第５の実施形態は、次のような構成を持つ電界シールド４８を備えた点に特徴がある。電界シールド４８は、その先端が内側に丸まり対向通電接触子１２先端を覆うようにして設けられている。つまり、電界シールド４８の先端形状は、図１９に示した電界シールド１５のそれと、ほぼ同一の形状となっている。
【００６６】
［５−２］作用及び効果
第５の実施形態においては、第１〜第４の実施形態の作用効果に加えて、次のような独自の作用効果が得られる。すなわち、電界シールド４８は先端部が内側に丸まっている分だけ、電界シールド４８と対向アーク接触子１１の距離は近くなる。したがって、電界シールド４８による対向アーク接触子１１の電界緩和効果が高まる。また、電界シールド４８の先端部が対向通電接触子１２を覆うため、対向通電接触子１２が通電により痛んだ状態にあったとしても、通電接触子１２、２２間の絶縁破壊を回避することができる。
【００６７】
［６］その他の実施形態
本発明の実施形態は、上記の実施形態に限定されるものではなく、電界シールドの形状やシールド角度θ、電界シールドの移動加速度等は適宜変更可能である。また、対向接触子部を可動接触子部と反対側へ駆動して相対的な開極速度を向上させるデュアルモーション機構を備えたガス遮断器や、アークエネルギーを用いて上流の蓄圧を得るいわゆる自力効果を用いたタイプのガス遮断器にも適用可能である。
【符号の説明】
【００６８】
１０…対向接触子部
１１…対向アーク接触子
１２…対向通電接触子
１３…支持部
１４…サポート
１５、１６、４１、４８…電界シールド
２０…可動接触子部
２１…可動アーク接触子
２２…可動通電接触子
２３…絶縁ノズル
２４…シリンダ
２５…操作ロッド
３１…ピストン
４２、４６、４７…コイルバネ
４３…ガイド
４４…突起部
４５…先端絶縁物
５１…プレアーク
θ…シールド角度
【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の中心軸上に、第１接触子部および第２接触子部が対向して配置され、前記第１接触子部には第１通電接触子および第１アーク接触子が、前記第２接触子部には第２通電接触子および第２アーク接触子が、それぞれ設けられ、少なくとも前記第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、さらに、前記第１アーク接触子および第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ともに、両接触子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に構成されたガス遮断器において、
前記第２通電接触子近傍には、前記第２通電接触子と同心に、浮動で、中心軸方向に動作可能な電界シールドが設けられ、
前記電界シールドには弾性体が取り付けられ、
前記弾性体はガス遮断器の投入状態では蓄勢状態、ガス遮断器の遮断状態では放勢状態となるよう構成され、
前記電界シールドは、前記弾性体により付勢され、遮断動作時に前記弾性体が放勢されるに伴って中心軸方向において前記第１接触子側へ動作す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】
前記第１アーク接触子および前記電界シールドの前記第２接触子部側の先端を結ぶ接線と中心軸の成す角度をθとしたとき、投入状態におけるθは、９０度〜１１０度であり、遮断状態におけるθは７０度〜９０度であるように構成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】
前記アーク接触子間に消弧性ガスを供給するための絶縁ノズルが配置され、
前記第１アーク接触子の前記第２接触子部側の先端部が、前記絶縁ノズルの最小断面積部を通過する時の前記角度θは７０度〜９０度であるように構成されたことを特徴とする請求項２記載のガス遮断器。
【請求項４】
前記第２接触子部には、前記第１接触子部に対向して、先端部に絶縁物を備えた突起部が設けられ、
投入動作時、前記突起部の絶縁物と前記電界シールドは係合され、前記弾性体が蓄勢されるよう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】
前記弾性体は、コイルバネで構成され、圧縮方向に蓄勢されるように構成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】
前記弾性体は、小径の複数のコイルバネで構成され、前記コイルバネは円周上に配置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７】
前記電界シールドは、前記第１通電接触子の前記第２接触子部側の先端を覆うように構成されたことを特徴とする請求項１〜６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の中心軸上に、第１接触子部および第２接触子部が対向して配置され、前記第１接触子部には第１通電接触子および第１アーク接触子が、前記第２接触子部には第２通電接触子および第２アーク接触子が、それぞれ設けられ、少なくとも前記第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、さらに、前記第１アーク接触子および第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ともに、両接触子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に構成されたガス遮断器において、
前記第２通電接触子近傍には、前記第２通電接触子と同心に、浮動で、中心軸方向に動作可能な電界シールドが設けられ、
前記電界シールドには弾性体が取り付けられ、
前記弾性体はガス遮断器の投入状態では蓄勢状態、ガス遮断器の遮断状態では放勢状態となるよう構成され、
前記電界シールドは、前記弾性体により付勢され、遮断動作時に前記弾性体が放勢されるに伴って中心軸方向において前記第１接触子側へ動作す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】
前記第１アーク接触子および前記電界シールドの前記第２接触子部側の先端を結ぶ接線と中心軸の成す角度をθとしたとき、投入状態におけるθは、９０度〜１１０度であり、遮断状態におけるθは７０度〜９０度であるように構成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】
前記アーク接触子間に消弧性ガスを供給するための絶縁ノズルが配置され、
前記第１アーク接触子の前記第２接触子部側の先端部が、前記絶縁ノズルの最小断面積部を通過する時の前記角度θは７０度〜９０度であるように構成されたことを特徴とする請求項２記載のガス遮断器。
【請求項４】
前記第２接触子部には、前記第１接触子部に対向して、先端部に絶縁物を備えた突起部が設けられ、
投入動作時、前記突起部の絶縁物と前記電界シールドは係合され、前記弾性体が蓄勢されるよう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】
前記弾性体は、コイルバネで構成され、圧縮方向に蓄勢されるように構成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】
前記弾性体は、小径の複数のコイルバネで構成され、前記コイルバネは円周上に配置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７】
前記電界シールドは、前記第１通電接触子の前記第２接触子部側の先端を覆うように構成されたことを特徴とする請求項１〜６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１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２０１２−１４６４０５（Ｐ２０１２−１４６４０５Ａ）
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８３２（Ｐ２０１１−１８３２）
【出願日】平成２３年１月７日（２０１１．１．７）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月７日（２０１１．１．７）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]