ガス遮断器
【課題】熱パッファ室の構造を見直して機械的強度を向上させることにより、遮断性能の向上および安定化を図る。
【解決手段】固定接触子４と可動接触子１１（チューリップ接触子）が開離したときに発生するアークのエネルギーにより加熱昇圧された消弧ガスを受け入れてアークに吹き付ける熱パッファ室１９を備えたガス遮断器であって、熱パッファ室１９を構成する壁面は、可動接触子１１を取り囲む円筒状の熱パッファシリンダ１４と、一端側が熱パッファシリンダ１４に一体的に接続され、他端側が内側に折り返されて可動接触子１１の先端側に向けて突出し、内面が湾曲面１６ｂに形成された絶縁ノズル１６と、絶縁ノズル１６よりも機械的強度に優れた絶縁材料により、絶縁ノズル１６の外面を覆うように設けられた補強部材１７と、を備えている。
【解決手段】固定接触子４と可動接触子１１（チューリップ接触子）が開離したときに発生するアークのエネルギーにより加熱昇圧された消弧ガスを受け入れてアークに吹き付ける熱パッファ室１９を備えたガス遮断器であって、熱パッファ室１９を構成する壁面は、可動接触子１１を取り囲む円筒状の熱パッファシリンダ１４と、一端側が熱パッファシリンダ１４に一体的に接続され、他端側が内側に折り返されて可動接触子１１の先端側に向けて突出し、内面が湾曲面１６ｂに形成された絶縁ノズル１６と、絶縁ノズル１６よりも機械的強度に優れた絶縁材料により、絶縁ノズル１６の外面を覆うように設けられた補強部材１７と、を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電力系統、電力機器の正常時の負荷電流を開閉するとともに、事故時の短絡電流を遮断することにより負荷側の設備を保護することを目的として使用されるガス遮断器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＳＦ６ガス等の消弧ガスを使用した遮断器では、シリンダ内の消弧ガスを機械的に圧縮しアークへ消弧ガスを吹き付ける機械パッファに併設して、遮断時に接触子間に生じるアークを囲むように熱パッファ室を設け、アークの熱エネルギーによって熱パッファ室を高圧力にし、内部の消弧ガスをアークへ吹き付ける熱パッファを備えたものが知られている。電流遮断時には機械パッファと熱パッファから吹き付けられる消弧ガスによってアークを構成するイオン化されたガスを除去するので、電流零点後にはアークは発生せず、電流遮断が完了する。パッファ式遮断器の遮断性能はアークへ消弧ガスを吹き付ける圧力に大きく影響されるため、機械パッファ室や熱パッファ室の圧力を高め、より高いアークへの消弧ガスの吹付圧力を得ることが遮断性能向上には不可欠となる。
【０００３】
従来の、熱パッファ形ガス遮断器として、例えば、図４のような構造のものが開示されている。図４の断面図に示すように、固定コンタクト３１と可動コンタクト３２を囲むように、上記の熱パッファ室に相当する昇圧室３３が形成されている。昇圧室３３を形成するノズル３４は、耐熱性に優れた絶縁材料からなり、円筒部３４ａと、その先端側で固定コンタクト３１側に向けて折り返されて中心孔を有する先端部３４ｂとで構成されている。ノズル３４の中心孔から可動コンタクト３２が昇圧室３３に出入りし、固定コンタクト３１と接触、開離する。
投入時は可動コンタクト３２によりノズル３４が塞がれている。電流遮断時は固定コンタクト３１から開離して両コンタクト間にアークが発生し、昇圧室３３内の消弧ガスが加熱されて内部のガス圧が上昇する。可動コンタクト３２が、更に図で下方へ移動してその先端がノズル３４から外れると、昇圧室３３内の高圧となった消弧ガスは、ノズル３４と可動コンタクト３２との隙間を通って外部へ放出されるが、このときの消弧ガス流により、アークが吹き消される。
昇圧室３３の内部が高温となったときに昇圧室３３が変形しないように、円筒部３４ａの内部に、機械的強度に優れた絶縁材料からなる補強部材３５が芯材として設けられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、機械パッファ室を有するものとしては、例えば、絶縁操作ロッドを介して連結されたシャフトに機械パッファシリンダが一体に形成され、機械パッファシリンダと摺動可能な固定ピストンと組み合わされて機械パッファ室が構成されると共に、シャフトの先端側には可動接触子が取り付けられ、可動接触子を包囲して内部が機械パッファ室と連通した絶縁ノズルが設けられ、可動接触子の中心軸線上に可動接触子と接離する固定接触子が対向設置されたパッファ式ガス遮断器が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−６９３２６号公報（第３頁、図２）
【特許文献２】特開平９−１８０６０２号公報（第２頁、図５）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
熱パッファ室を構成する部材には、耐熱性能，消弧性能，アーク暴露時の性能に優れた絶縁材料が用いられる。一般的に、耐熱性能，消弧性能，アーク暴露時の絶縁性能（特に沿面での絶縁性能）に優れた絶縁材料は機械的強度が弱いので、遮断時に生じるアークの高熱によって上昇する熱パッファ室の圧力によって変形しやすい。
特許文献１に示されたガス遮断器では、熱パッファ室（昇圧室３３）を構成する円筒部３４ａを機械的強度に優れた補強部材３５で補強することで、熱パッファ室の強度を増し、変形を防止するようにしている。しかしながら、図４から分かるように、熱パッファ室３３の内面は、断面形状が全て直線で構成されている。すなわち、熱パッファ室３３の側壁の円筒部３４ａと可動コンタクト３２が出入りする先端部３４ｂとは内面がエッジで繋がっている。このため、遮断時に生じるアークの熱によって熱パッファ室の圧力が一定値以上に上昇すると、熱パッファ室内の壁面同士の継ぎ目である角部に応力が集中するので、その角部からノズルが破損する虞があるという問題点があった。
【０００７】
また、特許文献２に示されたパッファ式ガス遮断器では、絶縁ノズル部の内面は曲面に形成されているが、絶縁ノズルで囲まれた室は、遮断動作時に機械パッファ室で圧縮された消弧性ガスをアークに吹き付ける流路を形成するのが主目的であり、このため、機械的強度については特に配慮されていない。この形状の絶縁ノズルで囲まれた空間を積極的に熱パッファ室として利用して、より高い遮断性能を実現しようとすると、絶縁ノズル部を大きくしなければならず、相似形状で単に大型化するだけでは、絶縁ノズル部の機械的強度が不足して変形し、アークへの消弧ガスの吹き付け圧力が不安定となり、ひいては遮断性能が不安定になる虞があるという問題点があった。
【０００８】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、熱パッファ室の構造を見直して機械的強度を向上させ、熱パッファ室の能力を高めて、遮断性能の向上および安定化図ったガス遮断器を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係るガス遮断器は、消弧ガスが充填された密閉タンク内に、固定接触子と可動接触子が接離可能に対向配置され、両接触子が開離したときに発生するアークのエネルギーにより加熱昇圧された消弧ガスを受け入れて電流零点でアークに吹き付ける熱パッファ室が、可動接触子側に設けられたガス遮断器において、熱パッファ室を構成する壁面は、可動接触子を取り囲む円筒状の熱パッファシリンダと、一端側が熱パッファシリンダに一体的に接続され、他端側が内側に折り返されて可動接触子の先端側に向けて突出し、内面が湾曲面に形成され、他端側の中心に固定接触子が出入りする貫通穴を有する絶縁ノズルと、絶縁ノズルよりも機械的強度に優れた絶縁材料により、絶縁ノズルの外面を覆うように設けられた補強部材と、を備えているものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明のガス遮断器によれば、熱パッファ室を構成する壁面は、可動接触子を取り囲む円筒状の熱パッファシリンダと、一端側が熱パッファシリンダに一体的に接続され、他端側が内側に折り返されて可動接触子の先端側に向けて突出し、内面が湾曲面に形成され、他端側の中心に固定接触子が出入りする貫通穴を有する絶縁ノズルと、絶縁ノズルよりも機械的強度に優れた絶縁材料により、絶縁ノズルの外面を覆うように設けられた補強部材とを備えているので、遮断動作時に発生するアークにより、熱パッファ室に流入する消弧ガスが高圧化しても、熱パッファ室の壁面を構成する絶縁ノズルが変形したり破損したりするのを抑制でき、熱パッファ室の圧力を高めることができるため、熱パッファ室によるアークへの消弧ガスの吹きつけ圧力が増大し、安定化することにより、遮断性能の優れたガス遮断器を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態1によるガス遮断器を示す部分断面図である。
【図２】図１の要部を示す部分断面図である。
【図３】この発明の実施の形態２によるガス遮断器の要部を示す部分断面図である。
【図４】従来の熱パッファ形ガス遮断器の要部を示す部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１によるガス遮断器を示す部分断面図であり、開極時の状態を示している。
図において、ガス遮断器は、消弧ガス（絶縁ガス）が封入された円筒状のタンク１の長手方向の両側から第１及び第２の枝管１ａ、１ｂが上方に分岐し、第１の枝管１ａに第１のブッシング２ａが、第２の枝管１ｂには第２のブッシング２ｂが立設されている。
タンク１内には、可動電極ユニット３と固定接触子４とが、同一軸線上に対向配置されている。可動電極ユニット３はタンク１の一端側に絶縁支持部材５で支持され、第１のブッシング２ａの中心導体に電気的に接続されている。固定接触子４側は図示しない絶縁支持部材でタンク１に支持され、第２のブッシング２ｂの中心導体に電気的に接続されている。
【００１３】
可動電極ユニット３の可動部は、絶縁操作ロッド６に接続され、絶縁操作ロッド６はリンク７を介して、バネ機構や油圧機構によって動作する操作装置８に連結されている。タンク１側は消弧ガスが封入されているので、タンク１から絶縁操作ロッド６が引き出される部分には、気密を保ったまま摺動できるように、例えばＯリングなどのシール部品を有する摺動部材９が設けられている。
なお、消弧ガスとしては、ＳＦ６，ＣＯ２，ＣＦ３Ｉ，Ｎ２，Ｈ２，ＣＦ４，Ｏ２あるいはそれらを混合したガス（Ａｉｒを含む）が用いられる。
【００１４】
次に、可動電極ユニット３の詳細について説明する。
図２は、可動電極ユニット３部の詳細を示す部分断面図である。図において、一点鎖線で示す中心線より上側は、閉極状態を示し、中心線より下側は、開極途中の状態を示している。
図２に示す固定接触子４は、前述のように図示しない絶縁部材でタンク１側に支持固定されている。また、後述する機械パッファピストン２１も絶縁支持部材５側に支持されて固定されている。それ以外の構成部品は、開極動作時に絶縁操作ロッド６を介して駆動されて、固定接触子４から離れる方向に一体になって移動する。すなわち、この部分が可動電極ユニット３である。図２では、中心線より下側の開極動作時を示す部分図で、固定接触子４及び機械パッファピストン２１が右方向に移動するように表示されているが、実際は、固定接触子４と機械パッファピストン２１が中心線の上側と同じ位置に固定されており、可動電極ユニット３側が、図の左方向に相対的に移動するものである。
【００１５】
可動電極ユニット３は、その中心部に、可動接触子であるチューリップ接触子１１が、隔壁１２に取り付けられている。チューリップ接触子１１は、例えば、弾性を有する複数の接触フィンガーを備えて構成されており、可動電極ユニット３の駆動軸線を中心にして略４５°〜６０°の角度（頂角）で固定接触子４側に突出した円錐台の側面に沿って放射形状に配置され、スリットによって分離されている。チューリップ接触子１１の上記接触フィンガー間のスリットから消弧ガスが流通するのを防止するために、チューリップ接触子１１の接触フィンガーの内側の面に、絶縁材料で構成された漏斗状のガイド１３が取り付けられている。
【００１６】
隔壁１２の固定接触子４と対向する側には、円筒状の金属部材からなる熱パッファシリンダ１４が、チューリップ接触子１１を取り囲むように設けられ、それに連続して一体的にノズル１５が形成されている。熱パッファシリンダ１４とノズル１５とで囲まれた内側に、後述の熱パッファ室１９が形成されている。
ノズル１５は、絶縁ノズル１６と、補強部材１７と、絶縁カバー１８とで構成されているので、次に、ノズル１５の各構成部品の詳細について説明する。
【００１７】
絶縁ノズル１６は、一端側が、熱パッファシリンダ１４に一体的に接続される円筒部１６ａとなっており、その他端側（先端側）が内側に折り返されてチューリップ接触子１１の先端側に向けて突出し、内面が熱パッファシリンダ１４の内面と連続して、図２の方向から見て半円状の断面形状をした湾曲面１６ｂとなっている。他端側の中心には、固定接触子４が出入りするための、固定接触子４の外径より僅かに大きな内径の貫通穴１６ｃが設けられている。
補強部材１７は、絶縁ノズル１６よりも機械的強度に優れた絶縁材料により、絶縁ノズル１６の円筒部１６ａと湾曲面１６ｂ部分の外面を覆うように設けられている。湾曲面１６ｂの外面を覆う側は、少なくとも湾曲面１６ｂの一番深くなった底部近傍までをカバーする長さとしている。
絶縁カバー１８は、補強部材１７と異なる絶縁材料によって、補強部材１７の外面を覆うように形成されている。各絶縁材料の詳細は、後述する。
【００１８】
隔壁１２，チューリップ接触子１１（及びガイド１３），熱パッファシリンダ１４，及びノズル１５によって囲まれた空間が、熱パッファ室１９となる。チューリップ接触子１１の先端部と絶縁ノズル１６の内側に湾曲した先端部とで形成される開口部１９ａが、駆動軸線に対して垂直方向に開口している。
熱パッファ室１９は、遮断時に生じるアークＡの熱エネルギーを、開口部１９ａから内部に取り込んで熱パッファ室１９内部のガス圧を高めるとともに、高圧化した消弧ガスを開口部１９ａからアークＡに吹き付ける役目をする。
【００１９】
開口部１９ａの絶縁ノズル１６側の先端面は、その先端面を駆動軸線に垂直方向に延長した面（図２中に示す二点鎖線を含む面）が、図のように、熱パッファシリンダ１４の先端よりも隔壁１２側に位置するような形状としている。これは、アークＡによって高熱化した消弧ガスが熱パッファ室１９に入ったとき、熱パッファ室１９内面の熱パッファシリンダ１４と絶縁ノズル１６の結合部に高熱化した消弧ガスが直接当たることを防止し、熱パッファ室１９の破損を防止するためである。
【００２０】
隔壁１２の、熱パッファ室１９とは反対側には、２重円筒状の機械パッファシリンダ２０ａ，２０ｂが固着されており、内側の機械パッファシリンダ２０ａが絶縁操作ロッド６に連結されて駆動力が伝達され、それにより可動電極ユニット３が駆動されるようになっている。２重の機械パッファシリンダ２０ａ，２０ｂに挟まれた内側に、機械パッファピストン２１が摺動自在に設けられている。機械パッファピストン２１と機械パッファシリンダ２０ａ，２０ｂ及び隔壁１２によって囲まれた空間が、機械パッファ室２２である。機械パッファピストン２１は絶縁支持部材５側に固定されているので、機械パッファシリンダ２０ａ，２０ｂが駆動軸線方向に駆動されることにより、機械パッファ室２２の容積が変化する。隔壁１２には熱パッファ室１９と機械パッファ室２２とを連通する連通口１２ａが設けられており、その連通口１２ａには逆止弁２３が備えられている。逆止弁２３は、機械パッファ室２２から熱パッファ室１９へのみガス流通が可能となっている。
【００２１】
本願発明のガス遮断器は、従来多く見られたような、機械パッファをメインとして熱パッファでアシストする方式ではなく、熱パッファをメインとするものである。
機械パッファがメインであると、ガス遮断器の遮断容量が大きくなった場合、駆動操作部が大形化してガス遮断器の大形化に繋がる。そこで、熱パッファをメインとして、熱パッファの機能を向上させるように工夫した点が、本願発明の特徴点である。
このため、熱パッファ室１９の容積を機械パッファ室２２の容積以上としている。
【００２２】
チューリップ接触子１１の内側に設けたガイド１３と隔壁１２とに囲まれた空間は、開極時に発生するアークＡよって高圧となる圧力室２４である。
機械パッファシリンダ２０ａの中心軸側の空間は、隔壁１２の中心に設けた連通穴により圧力室２４に繋がり、圧力室２４で発生する高圧のガスを排気する排気路２５となっており、絶縁操作ロッド６に連結される側に設けられた排気孔２０ｃによって外部と繋がっている。一方、この圧力室２４と排気路２５は、チューリップ接触子１１の先端側の開口部によって、アークＡが発生する空間とも繋がっている。
【００２３】
圧力室２４の体積をある一定以上確保することにより、アーク発生空間からの熱せられた消弧ガスの排出効率が高まる。前述のように、円錐状をしたチューリップ接触子１１の接触フィンガーの角度を４５°以上にすることにより、圧力室の体積を大きく確保することができる。一方、接触フィンガーの角度が６０°を超えると、投入動作時に固定接触子４と接触したときに軸方向の力の作用により折れや破損を生じやすくなるため、上記角度は６０°以下にするのが望ましい。
【００２４】
次に、遮断時の動作について説明する。
遮断器が投入されているときは、図２の軸線の上半分に示すように、固定接触子４にチューリップ接触子１１が嵌合し所定の接触圧で接触している。操作装置８に遮断指令が出されると、可動電極ユニット３が、軸線に沿って図２中で左方へ駆動される。
機械パッファピストン２１はタンク１側に固定されているので、機械パッファシリンダ２０ａ，２０ｂが左方に移動することにより、機械パッファ室２２内部の消弧ガスが圧縮される。連通口１２ａに設けられた逆止弁２３は熱パッファ室１９の圧力が機械パッファ室２２の圧力より高くなったときに閉鎖し、機械パッファ室２２への過剰な圧力がかからなくすることで操作装置８への過度の負担を低減するようになっている。
【００２５】
図２の軸線の下半分に示すように、チューリップ接触子１１が固定接触子４から離れると、両接触子間にアークＡが発生する。アークＡの熱エネルギーによって熱パッファ室１９の圧力は急激に上昇する。遮断動作の初期段階では熱パッファ室１９の圧力は機械パッファ室２２の圧力よりも高いので逆止弁２３は閉じている。高圧となった熱パッファ室１９の圧力によって、消弧ガスがアークＡに吹き付けられる。
瞬時電流の低下とともに熱パッファ室１９の圧力は低下し、熱パッファ室１９の圧力よりも機械パッファ室２２の圧力が高くなった時点で逆止弁２３が開き、機械パッファ室２２内部の圧縮された消孤ガスは、連通口１２ａを通って熱パッファ室１９に導かれ、更に、熱パッファ室１９の開口部１９ａを通ってアークＡに吹き付けられる。
この機械パッファ２２による消弧ガスの吹き付けは、電流零点前のみならず、その後も継続するので、アークを消弧した後、チューリップ接触子１１と固定接触子４との間の絶縁を急速に回復させる。これにより、消弧と同時にチューリップ接触子１１と固定接触子４との間で発生する再起電圧による再点弧が発生せず、遮断動作が完了する。
【００２６】
次に、本実施の形態のノズル１５の作用について説明する。
遮断動作時には、機械パッファ室２２から送り込まれる圧縮された消弧ガスと、アークＡの熱により上昇するガス圧力とによって、熱パッファ室１９は急速に高圧力となる。この高圧力は、熱パッファ室１９を外側に膨らませる方向に応力を生じさせる。
前述のように、本願のガス遮断器は熱パッファをメインとしているので、熱パッファ室１９の容積を大きくしているため、上記応力もそれに比例して大きくなるが、熱パッファ室１９の壁面を構成するノズル１５は、内面を湾曲面で構成した絶縁ノズル１６によって、特定の箇所に応力集中を起さなくなるため、絶縁ノズル１６の強度が維持されて破損することがない。
【００２７】
熱パッファ室１９の内面形状が本実施の形態のような湾曲面構造の場合、図２に示す熱パッファ室１９の軸方向長さＢと半径方向長さＣの比が、略同一から最大３：２程度とすれば、熱パッファ室１９内の消弧ガスの温度が均一化され、充分な遮断性能を得るために適した熱パッファ室の形状になることを検証した。
【００２８】
また、絶縁ノズル１６の外面を覆うように、絶縁ノズルよりも機械的強度が優れた絶縁材料、例えばＦＲＰのような材料よって形成される補強部材１７を設けているので、絶縁ノズル１６が外側に膨らむことを防止できる。
また、熱パッファシリンダ１４によっても、外壁が外側に膨らむのを防止できる。
これらによって、熱パッファ室１９の構造が強固になって機械的強度が向上するため、熱パッファ室１９の圧力上昇を大きくでき、熱パッファ室１９の開口部１９ａから、アークＡへ吹き付けられる消弧ガスの吹きつけ圧力を増大させ、安定化させることができる。
【００２９】
更に、図２の断面図に破線で示すように、熱パッファ室１９内部で高圧化された消弧ガスは、チューリップ接触子１１の傾斜部および絶縁ノズル１６内面先端の傾斜部を通り、開口部１９ａからアークＡへ向けて垂直方向に吹き付けられるが、両傾斜部の作用により、開口部１９ａを出た消弧ガスは、チューリップ接触子１１の方向と固定接触子４の方向とに別れることで、アークＡを分断する効果をもたらすとともに、アークＡによって熱せられて高温になったガスが左右２つの経路から排出されるので、効率よく熱ガスを排出することができる。
【００３０】
次に、圧力室２４の作用について説明する。本実施の形態では、前述のように、チューリップ接触子１１のフィンガー部を傾斜させて圧力室２４を大きく形成している。チューリップ接触子１１側に流れ出た熱ガスは、チューリップ接触子１１の開口部から圧力室２４に放出される。圧力室２４は、チューリップ接触子１１の固定接触子４側の開口部から排気路２５に向かって円錐状に広がる比較的広い空間であるため、チューリップ接触子１１側に流れる熱ガスは流れを妨げられることなく、速やかに排気路に排出される。
【００３１】
圧力室２４に流入した熱ガスは、少なくともその一部は一旦圧力室２４内に貯留される。遮断する電流が比較的小さい場合には、アークＡが点弧した場合でもアークＡの発熱量が少ないために熱パッファ室１９内にアークＡの熱が充分に流入せず、消弧するのに充分な吹き付け圧力が得られない場合がある。この場合、圧力室２４側に流出した熱ガスによる熱エネルギーを圧力室２４内で一時的に貯留するため、熱パッファ室１９よりも高い圧力上昇を得られ、この圧力室２４の圧力上昇がパッファの役割を果たすので、小電流遮断時には圧力室２４が消弧ガスを吹きつけて消弧を行うという効果がある。
【００３２】
次に、消弧ガスの材料とノズル１５を構成する材料との関係、および、補強部材１７の外面に設けた絶縁カバー１８の作用について説明する。
遮断器の消弧ガスにＳＦ６、ＣＦ３Ｉ、ＣＦ４のようなフッ素を含むガスを使用する場合は、アークによる消弧ガスの分解によってＳＦ４が生成される。
ここで、絶縁ノズルの材料を、例えば、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）等の有機高分子材料とすれば、その中に含まれる水素と反応して腐食性の高いＨＦが生じる。
【００３３】
補強部材１７をＦＲＰ等のようなＳｉＯ２を含む絶縁材料で形成した場合、ＳｉＯ２と上記ＨＦが反応を起こして補強部材は腐食され、また反応と同時に生じる水分が遮断器内の絶縁材料沿面に付着することにより沿面抵抗の低下を引き起こす要因となる。
この対策として、本実施の形態では、補強部材１７の外面を、補強部材１７と異なる絶縁材料からなる絶縁カバー１８で覆ったものである。これにより、消弧ガスとの接触が断たれ、上記のような補強部材１７の腐食や、沿面抵抗の低下を防ぐことができる。
【００３４】
また、遮断器の消弧ガスにＣＯ２、ＣＦ３Ｉ、ＣＦ４のような炭素を含むガスを用いる場合は、アークによる消弧ガスの分解によって炭素が析出される。更に、Ｏ２やＯ２を含む混合ガスを消弧ガスとして使うときにおいても、絶縁材料が還元されて炭素が発生する。
補強部材１７をＦＲＰ等のようなＳｉＯ２を含む絶縁材料で形成した場合、アークの熱エネルギーによりＳｉＯ２が溶け、その溶融箇所に炭素が取り込まれる。更に、アークの発生に伴い、金属電極である固定接触子４およびチューリップ接触子１１から、金属蒸気が発生し、上述の炭素と同様に、ＳｉＯ２の溶融箇所に取り込まれる。その結果、補強部材１７の沿面抵抗が低下し、遮断後に遮断器間に印加される高電圧によって補強部材１７の沿面で絶縁破壊が起こる懸念がある。
この場合も、補強部材１７と異なる絶縁材料で形成される絶縁カバー１８で補強部材１７を覆っているので、補強部材１７が直接アークによって高熱化したガスにさらされず、上記のような補強部材１７の沿面への炭素の付着が防止され、絶縁破壊を防ぐことができる。
【００３５】
なお、絶縁カバー１８を形成する材料は、アークＡによって熱せられて高温になったガスにより、表面が劣化して沿面抵抗が低下し難い材料、例えば、上述の絶縁ノズルに用いられる材料などが好ましい。
【００３６】
これまでの説明では、熱パッファ室１９と機械パッファ室２２を備えたガス遮断器について説明してきた。本実施の形態のガス遮断器では、前述のように熱パッファをメインにしたものであり、熱パッファ室１９の容積を十分大きくできるので、ガス遮断器の容量や仕様によっては、機械パッファ２２を省略することも可能である。熱パッファ室１９のみの圧力によって消弧ガスをアークに吹き付ける構成としても、アークの熱エネルギーによって熱パッファ室１９の圧力は充分に上昇させることができ、十分な消孤ガスの吹き付けが得られる。
【００３７】
以上のように、実施の形態１のガス遮断器によれば、消弧ガスが充填された密閉タンク内に、固定接触子と可動接触子が接離可能に対向配置され、両接触子が開離したときに発生するアークのエネルギーにより加熱昇圧された消弧ガスを受け入れて電流零点でアークに吹き付ける熱パッファ室が、可動接触子側に設けられたガス遮断器において、熱パッファ室を構成する壁面は、可動接触子を取り囲む円筒状の熱パッファシリンダと、一端側が熱パッファシリンダに一体的に接続され、他端側が内側に折り返されて可動接触子の先端側に向けて突出し、内面が湾曲面に形成され、他端側の中心に固定接触子が出入りする貫通穴を有する絶縁ノズルと、絶縁ノズルよりも機械的強度に優れた絶縁材料により、絶縁ノズルの外面を覆うように設けられた補強部材と、を備えているので、熱パッファ室の消弧ガスが高圧化してもノズルが変形、破損せず、従来と比べて熱パッファ室の圧力を高めることができるため、熱パッファによるアークへの消弧ガスの吹きつけ圧力を増大させ、安定化させることが可能となり、遮断性能の優れたガス遮断器を得ることができる。
【００３８】
また、補強部材の外面が、補強部材と異なる絶縁材料で形成された絶縁カバーにより覆われているので、遮断時に発生するアークによって、アーク周辺の消弧ガス，絶縁物，接触子の分解性生物（ＨＦ、炭素、金属蒸気等）が補強部材に付着して、機械的強度の劣化や沿面抵抗の低下を引き起こすことを防止することができる。
【００３９】
また、熱パッファ室の固定接触子が出入りする側とは反対側に、機械パッファシリンダと機械パッファピストンにより構成され、両接触子の開極動作により内部の消弧ガスが圧縮される機械パッファ室が設けられており、機械パッファ室と熱パッファ室との隔壁に形成された連通口に、機械パッファ室から熱パッファ室へのみ消弧ガスの流通が可能な逆止弁が備えられているので、上記の効果に加えて、遮断動作中の瞬時電流の低下とともに熱パッファ室の圧力が低下しても、機械パッファ室による消弧ガスの吹きつけは、電流零点後も継続するので、アークを消弧した後も両接触子間の絶縁を急速に回復させることができ、消弧と同時に両接触子間に発生する再起電圧による再点弧の発生を抑制した、遮断性能の優れたガス遮断器を得ることができる。
【００４０】
実施の形態２．
図３は、この発明の実施の形態２によるガス遮断器の可動電極ユニット部の詳細を示す部分断面図である。ガス遮断器の全体構成は実施の形態１の図１と同様である。図３は、実施の形態１の図２に相当する部分なので、同等部分は同一符号で示し、説明は省略して、相違点を中心に説明する。相違点は、熱パッファを構成する壁面の外面の形状である。
【００４１】
図３に示すように、熱パッファ室１９を構成する壁面であるノズル２６の先端側（隔壁１２から一番遠い側）の外周端部は、絶縁ノズル２７の内面の湾曲面に対応させて曲面に形成されている。絶縁ノズル２７，補強部材２８，絶縁カバー２９の各構成部材の外周端部となる側を曲面に形成したものである。ノズル２６の肉厚は、ほぼ同じ厚さになるような形状としている。
上記以外の、絶縁ノズル２７の内面の湾曲面２７ｂの形状や、補強部材２８が絶縁ノズル２７の外面を覆う範囲や、絶縁カバー２９が補強部材２８と異なる材料からなっている点などは、全て実施の形態１と同様である。
【００４２】
このような構成により、実施の形態１と同様に、遮断時にノズル２６が外側に膨れる方向に働く応力に対して、絶縁ノズル２７の内面が湾曲面に形成されているために応力集中が抑制され、補強部材２８によって変形が防止さされ、絶縁カバー２９によって補強部材２８の劣化を防止できる効果が得られることに加え、パッファ室１９を構成するノズル２６の先端側の外周端部を湾曲させて曲面に形成したことで、ノズルの外壁面上に電界が集中することを防止できる。
【００４３】
以上のように、実施の形態２によるガス遮断器によれば、熱パッファ室を構成する壁面の先端側の外周端部は、絶縁ノズルの内面の湾曲面に対応させて曲面に形成されているので、実施の形態１の効果に加えて、熱パッファ室を構成するノズルの外壁面上に電界が集中するのを防止できるため、遮断時に固定接触子と可動側導体との間に生じる高電界によって、ノズルの外壁面で沿面放電が生じることを防止することができる。
【００４４】
なお、実施の形態１及び実施の形態２において、絶縁カバー１８又は２９は、前述のように、補強部材の性能維持に効果を発揮するが、補強部材の機能のみからすれば、必ずしも必要でなく、省略することも可能である。
また、絶縁ノズル１６又は２７は、熱パッファシリンダ１４を介して隔壁１２に固定されているものとしたが、熱パッファシリンダ１４を絶縁材料として、絶縁ノズル１６、又は２７と一体に形成しても良い。
【符号の説明】
【００４５】
１ タンク １ａ 第１の枝管
１ｂ 第２の枝管 ２ａ 第１のブッシング
２ｂ 第２のブッシング ３ 可動電極ユニット
４ 固定接触子 ５ 絶縁支持部材
６ 絶縁操作ロッド ７ リンク
８ 操作装置 ９ 摺動部材
１１ チューリップ接触子（可動接触子） １２ 隔壁
１２ａ 連通口 １３ ガイド
１４ 熱パッファシリンダ １５，２６ ノズル
１６，２７ 絶縁ノズル １６ａ，２７ａ 円筒部
１６ｂ、２７ｂ 湾曲面 １６ｃ，２７ｃ 貫通穴
１７，２８ 補強部材 １８，２９ 絶縁カバー
１９ 熱パッファ室 １９ａ 開口部
２０ａ，２０ｂ 機械パッファシリンダ ２０ｃ 排気孔
２１ 機械パッファピストン ２２ 機械パッファ室
２３ 逆止弁 ２４ 圧力室
２５ 排気路 Ａ アーク。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電力系統、電力機器の正常時の負荷電流を開閉するとともに、事故時の短絡電流を遮断することにより負荷側の設備を保護することを目的として使用されるガス遮断器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＳＦ６ガス等の消弧ガスを使用した遮断器では、シリンダ内の消弧ガスを機械的に圧縮しアークへ消弧ガスを吹き付ける機械パッファに併設して、遮断時に接触子間に生じるアークを囲むように熱パッファ室を設け、アークの熱エネルギーによって熱パッファ室を高圧力にし、内部の消弧ガスをアークへ吹き付ける熱パッファを備えたものが知られている。電流遮断時には機械パッファと熱パッファから吹き付けられる消弧ガスによってアークを構成するイオン化されたガスを除去するので、電流零点後にはアークは発生せず、電流遮断が完了する。パッファ式遮断器の遮断性能はアークへ消弧ガスを吹き付ける圧力に大きく影響されるため、機械パッファ室や熱パッファ室の圧力を高め、より高いアークへの消弧ガスの吹付圧力を得ることが遮断性能向上には不可欠となる。
【０００３】
従来の、熱パッファ形ガス遮断器として、例えば、図４のような構造のものが開示されている。図４の断面図に示すように、固定コンタクト３１と可動コンタクト３２を囲むように、上記の熱パッファ室に相当する昇圧室３３が形成されている。昇圧室３３を形成するノズル３４は、耐熱性に優れた絶縁材料からなり、円筒部３４ａと、その先端側で固定コンタクト３１側に向けて折り返されて中心孔を有する先端部３４ｂとで構成されている。ノズル３４の中心孔から可動コンタクト３２が昇圧室３３に出入りし、固定コンタクト３１と接触、開離する。
投入時は可動コンタクト３２によりノズル３４が塞がれている。電流遮断時は固定コンタクト３１から開離して両コンタクト間にアークが発生し、昇圧室３３内の消弧ガスが加熱されて内部のガス圧が上昇する。可動コンタクト３２が、更に図で下方へ移動してその先端がノズル３４から外れると、昇圧室３３内の高圧となった消弧ガスは、ノズル３４と可動コンタクト３２との隙間を通って外部へ放出されるが、このときの消弧ガス流により、アークが吹き消される。
昇圧室３３の内部が高温となったときに昇圧室３３が変形しないように、円筒部３４ａの内部に、機械的強度に優れた絶縁材料からなる補強部材３５が芯材として設けられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、機械パッファ室を有するものとしては、例えば、絶縁操作ロッドを介して連結されたシャフトに機械パッファシリンダが一体に形成され、機械パッファシリンダと摺動可能な固定ピストンと組み合わされて機械パッファ室が構成されると共に、シャフトの先端側には可動接触子が取り付けられ、可動接触子を包囲して内部が機械パッファ室と連通した絶縁ノズルが設けられ、可動接触子の中心軸線上に可動接触子と接離する固定接触子が対向設置されたパッファ式ガス遮断器が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−６９３２６号公報（第３頁、図２）
【特許文献２】特開平９−１８０６０２号公報（第２頁、図５）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
熱パッファ室を構成する部材には、耐熱性能，消弧性能，アーク暴露時の性能に優れた絶縁材料が用いられる。一般的に、耐熱性能，消弧性能，アーク暴露時の絶縁性能（特に沿面での絶縁性能）に優れた絶縁材料は機械的強度が弱いので、遮断時に生じるアークの高熱によって上昇する熱パッファ室の圧力によって変形しやすい。
特許文献１に示されたガス遮断器では、熱パッファ室（昇圧室３３）を構成する円筒部３４ａを機械的強度に優れた補強部材３５で補強することで、熱パッファ室の強度を増し、変形を防止するようにしている。しかしながら、図４から分かるように、熱パッファ室３３の内面は、断面形状が全て直線で構成されている。すなわち、熱パッファ室３３の側壁の円筒部３４ａと可動コンタクト３２が出入りする先端部３４ｂとは内面がエッジで繋がっている。このため、遮断時に生じるアークの熱によって熱パッファ室の圧力が一定値以上に上昇すると、熱パッファ室内の壁面同士の継ぎ目である角部に応力が集中するので、その角部からノズルが破損する虞があるという問題点があった。
【０００７】
また、特許文献２に示されたパッファ式ガス遮断器では、絶縁ノズル部の内面は曲面に形成されているが、絶縁ノズルで囲まれた室は、遮断動作時に機械パッファ室で圧縮された消弧性ガスをアークに吹き付ける流路を形成するのが主目的であり、このため、機械的強度については特に配慮されていない。この形状の絶縁ノズルで囲まれた空間を積極的に熱パッファ室として利用して、より高い遮断性能を実現しようとすると、絶縁ノズル部を大きくしなければならず、相似形状で単に大型化するだけでは、絶縁ノズル部の機械的強度が不足して変形し、アークへの消弧ガスの吹き付け圧力が不安定となり、ひいては遮断性能が不安定になる虞があるという問題点があった。
【０００８】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、熱パッファ室の構造を見直して機械的強度を向上させ、熱パッファ室の能力を高めて、遮断性能の向上および安定化図ったガス遮断器を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係るガス遮断器は、消弧ガスが充填された密閉タンク内に、固定接触子と可動接触子が接離可能に対向配置され、両接触子が開離したときに発生するアークのエネルギーにより加熱昇圧された消弧ガスを受け入れて電流零点でアークに吹き付ける熱パッファ室が、可動接触子側に設けられたガス遮断器において、熱パッファ室を構成する壁面は、可動接触子を取り囲む円筒状の熱パッファシリンダと、一端側が熱パッファシリンダに一体的に接続され、他端側が内側に折り返されて可動接触子の先端側に向けて突出し、内面が湾曲面に形成され、他端側の中心に固定接触子が出入りする貫通穴を有する絶縁ノズルと、絶縁ノズルよりも機械的強度に優れた絶縁材料により、絶縁ノズルの外面を覆うように設けられた補強部材と、を備えているものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明のガス遮断器によれば、熱パッファ室を構成する壁面は、可動接触子を取り囲む円筒状の熱パッファシリンダと、一端側が熱パッファシリンダに一体的に接続され、他端側が内側に折り返されて可動接触子の先端側に向けて突出し、内面が湾曲面に形成され、他端側の中心に固定接触子が出入りする貫通穴を有する絶縁ノズルと、絶縁ノズルよりも機械的強度に優れた絶縁材料により、絶縁ノズルの外面を覆うように設けられた補強部材とを備えているので、遮断動作時に発生するアークにより、熱パッファ室に流入する消弧ガスが高圧化しても、熱パッファ室の壁面を構成する絶縁ノズルが変形したり破損したりするのを抑制でき、熱パッファ室の圧力を高めることができるため、熱パッファ室によるアークへの消弧ガスの吹きつけ圧力が増大し、安定化することにより、遮断性能の優れたガス遮断器を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態1によるガス遮断器を示す部分断面図である。
【図２】図１の要部を示す部分断面図である。
【図３】この発明の実施の形態２によるガス遮断器の要部を示す部分断面図である。
【図４】従来の熱パッファ形ガス遮断器の要部を示す部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１によるガス遮断器を示す部分断面図であり、開極時の状態を示している。
図において、ガス遮断器は、消弧ガス（絶縁ガス）が封入された円筒状のタンク１の長手方向の両側から第１及び第２の枝管１ａ、１ｂが上方に分岐し、第１の枝管１ａに第１のブッシング２ａが、第２の枝管１ｂには第２のブッシング２ｂが立設されている。
タンク１内には、可動電極ユニット３と固定接触子４とが、同一軸線上に対向配置されている。可動電極ユニット３はタンク１の一端側に絶縁支持部材５で支持され、第１のブッシング２ａの中心導体に電気的に接続されている。固定接触子４側は図示しない絶縁支持部材でタンク１に支持され、第２のブッシング２ｂの中心導体に電気的に接続されている。
【００１３】
可動電極ユニット３の可動部は、絶縁操作ロッド６に接続され、絶縁操作ロッド６はリンク７を介して、バネ機構や油圧機構によって動作する操作装置８に連結されている。タンク１側は消弧ガスが封入されているので、タンク１から絶縁操作ロッド６が引き出される部分には、気密を保ったまま摺動できるように、例えばＯリングなどのシール部品を有する摺動部材９が設けられている。
なお、消弧ガスとしては、ＳＦ６，ＣＯ２，ＣＦ３Ｉ，Ｎ２，Ｈ２，ＣＦ４，Ｏ２あるいはそれらを混合したガス（Ａｉｒを含む）が用いられる。
【００１４】
次に、可動電極ユニット３の詳細について説明する。
図２は、可動電極ユニット３部の詳細を示す部分断面図である。図において、一点鎖線で示す中心線より上側は、閉極状態を示し、中心線より下側は、開極途中の状態を示している。
図２に示す固定接触子４は、前述のように図示しない絶縁部材でタンク１側に支持固定されている。また、後述する機械パッファピストン２１も絶縁支持部材５側に支持されて固定されている。それ以外の構成部品は、開極動作時に絶縁操作ロッド６を介して駆動されて、固定接触子４から離れる方向に一体になって移動する。すなわち、この部分が可動電極ユニット３である。図２では、中心線より下側の開極動作時を示す部分図で、固定接触子４及び機械パッファピストン２１が右方向に移動するように表示されているが、実際は、固定接触子４と機械パッファピストン２１が中心線の上側と同じ位置に固定されており、可動電極ユニット３側が、図の左方向に相対的に移動するものである。
【００１５】
可動電極ユニット３は、その中心部に、可動接触子であるチューリップ接触子１１が、隔壁１２に取り付けられている。チューリップ接触子１１は、例えば、弾性を有する複数の接触フィンガーを備えて構成されており、可動電極ユニット３の駆動軸線を中心にして略４５°〜６０°の角度（頂角）で固定接触子４側に突出した円錐台の側面に沿って放射形状に配置され、スリットによって分離されている。チューリップ接触子１１の上記接触フィンガー間のスリットから消弧ガスが流通するのを防止するために、チューリップ接触子１１の接触フィンガーの内側の面に、絶縁材料で構成された漏斗状のガイド１３が取り付けられている。
【００１６】
隔壁１２の固定接触子４と対向する側には、円筒状の金属部材からなる熱パッファシリンダ１４が、チューリップ接触子１１を取り囲むように設けられ、それに連続して一体的にノズル１５が形成されている。熱パッファシリンダ１４とノズル１５とで囲まれた内側に、後述の熱パッファ室１９が形成されている。
ノズル１５は、絶縁ノズル１６と、補強部材１７と、絶縁カバー１８とで構成されているので、次に、ノズル１５の各構成部品の詳細について説明する。
【００１７】
絶縁ノズル１６は、一端側が、熱パッファシリンダ１４に一体的に接続される円筒部１６ａとなっており、その他端側（先端側）が内側に折り返されてチューリップ接触子１１の先端側に向けて突出し、内面が熱パッファシリンダ１４の内面と連続して、図２の方向から見て半円状の断面形状をした湾曲面１６ｂとなっている。他端側の中心には、固定接触子４が出入りするための、固定接触子４の外径より僅かに大きな内径の貫通穴１６ｃが設けられている。
補強部材１７は、絶縁ノズル１６よりも機械的強度に優れた絶縁材料により、絶縁ノズル１６の円筒部１６ａと湾曲面１６ｂ部分の外面を覆うように設けられている。湾曲面１６ｂの外面を覆う側は、少なくとも湾曲面１６ｂの一番深くなった底部近傍までをカバーする長さとしている。
絶縁カバー１８は、補強部材１７と異なる絶縁材料によって、補強部材１７の外面を覆うように形成されている。各絶縁材料の詳細は、後述する。
【００１８】
隔壁１２，チューリップ接触子１１（及びガイド１３），熱パッファシリンダ１４，及びノズル１５によって囲まれた空間が、熱パッファ室１９となる。チューリップ接触子１１の先端部と絶縁ノズル１６の内側に湾曲した先端部とで形成される開口部１９ａが、駆動軸線に対して垂直方向に開口している。
熱パッファ室１９は、遮断時に生じるアークＡの熱エネルギーを、開口部１９ａから内部に取り込んで熱パッファ室１９内部のガス圧を高めるとともに、高圧化した消弧ガスを開口部１９ａからアークＡに吹き付ける役目をする。
【００１９】
開口部１９ａの絶縁ノズル１６側の先端面は、その先端面を駆動軸線に垂直方向に延長した面（図２中に示す二点鎖線を含む面）が、図のように、熱パッファシリンダ１４の先端よりも隔壁１２側に位置するような形状としている。これは、アークＡによって高熱化した消弧ガスが熱パッファ室１９に入ったとき、熱パッファ室１９内面の熱パッファシリンダ１４と絶縁ノズル１６の結合部に高熱化した消弧ガスが直接当たることを防止し、熱パッファ室１９の破損を防止するためである。
【００２０】
隔壁１２の、熱パッファ室１９とは反対側には、２重円筒状の機械パッファシリンダ２０ａ，２０ｂが固着されており、内側の機械パッファシリンダ２０ａが絶縁操作ロッド６に連結されて駆動力が伝達され、それにより可動電極ユニット３が駆動されるようになっている。２重の機械パッファシリンダ２０ａ，２０ｂに挟まれた内側に、機械パッファピストン２１が摺動自在に設けられている。機械パッファピストン２１と機械パッファシリンダ２０ａ，２０ｂ及び隔壁１２によって囲まれた空間が、機械パッファ室２２である。機械パッファピストン２１は絶縁支持部材５側に固定されているので、機械パッファシリンダ２０ａ，２０ｂが駆動軸線方向に駆動されることにより、機械パッファ室２２の容積が変化する。隔壁１２には熱パッファ室１９と機械パッファ室２２とを連通する連通口１２ａが設けられており、その連通口１２ａには逆止弁２３が備えられている。逆止弁２３は、機械パッファ室２２から熱パッファ室１９へのみガス流通が可能となっている。
【００２１】
本願発明のガス遮断器は、従来多く見られたような、機械パッファをメインとして熱パッファでアシストする方式ではなく、熱パッファをメインとするものである。
機械パッファがメインであると、ガス遮断器の遮断容量が大きくなった場合、駆動操作部が大形化してガス遮断器の大形化に繋がる。そこで、熱パッファをメインとして、熱パッファの機能を向上させるように工夫した点が、本願発明の特徴点である。
このため、熱パッファ室１９の容積を機械パッファ室２２の容積以上としている。
【００２２】
チューリップ接触子１１の内側に設けたガイド１３と隔壁１２とに囲まれた空間は、開極時に発生するアークＡよって高圧となる圧力室２４である。
機械パッファシリンダ２０ａの中心軸側の空間は、隔壁１２の中心に設けた連通穴により圧力室２４に繋がり、圧力室２４で発生する高圧のガスを排気する排気路２５となっており、絶縁操作ロッド６に連結される側に設けられた排気孔２０ｃによって外部と繋がっている。一方、この圧力室２４と排気路２５は、チューリップ接触子１１の先端側の開口部によって、アークＡが発生する空間とも繋がっている。
【００２３】
圧力室２４の体積をある一定以上確保することにより、アーク発生空間からの熱せられた消弧ガスの排出効率が高まる。前述のように、円錐状をしたチューリップ接触子１１の接触フィンガーの角度を４５°以上にすることにより、圧力室の体積を大きく確保することができる。一方、接触フィンガーの角度が６０°を超えると、投入動作時に固定接触子４と接触したときに軸方向の力の作用により折れや破損を生じやすくなるため、上記角度は６０°以下にするのが望ましい。
【００２４】
次に、遮断時の動作について説明する。
遮断器が投入されているときは、図２の軸線の上半分に示すように、固定接触子４にチューリップ接触子１１が嵌合し所定の接触圧で接触している。操作装置８に遮断指令が出されると、可動電極ユニット３が、軸線に沿って図２中で左方へ駆動される。
機械パッファピストン２１はタンク１側に固定されているので、機械パッファシリンダ２０ａ，２０ｂが左方に移動することにより、機械パッファ室２２内部の消弧ガスが圧縮される。連通口１２ａに設けられた逆止弁２３は熱パッファ室１９の圧力が機械パッファ室２２の圧力より高くなったときに閉鎖し、機械パッファ室２２への過剰な圧力がかからなくすることで操作装置８への過度の負担を低減するようになっている。
【００２５】
図２の軸線の下半分に示すように、チューリップ接触子１１が固定接触子４から離れると、両接触子間にアークＡが発生する。アークＡの熱エネルギーによって熱パッファ室１９の圧力は急激に上昇する。遮断動作の初期段階では熱パッファ室１９の圧力は機械パッファ室２２の圧力よりも高いので逆止弁２３は閉じている。高圧となった熱パッファ室１９の圧力によって、消弧ガスがアークＡに吹き付けられる。
瞬時電流の低下とともに熱パッファ室１９の圧力は低下し、熱パッファ室１９の圧力よりも機械パッファ室２２の圧力が高くなった時点で逆止弁２３が開き、機械パッファ室２２内部の圧縮された消孤ガスは、連通口１２ａを通って熱パッファ室１９に導かれ、更に、熱パッファ室１９の開口部１９ａを通ってアークＡに吹き付けられる。
この機械パッファ２２による消弧ガスの吹き付けは、電流零点前のみならず、その後も継続するので、アークを消弧した後、チューリップ接触子１１と固定接触子４との間の絶縁を急速に回復させる。これにより、消弧と同時にチューリップ接触子１１と固定接触子４との間で発生する再起電圧による再点弧が発生せず、遮断動作が完了する。
【００２６】
次に、本実施の形態のノズル１５の作用について説明する。
遮断動作時には、機械パッファ室２２から送り込まれる圧縮された消弧ガスと、アークＡの熱により上昇するガス圧力とによって、熱パッファ室１９は急速に高圧力となる。この高圧力は、熱パッファ室１９を外側に膨らませる方向に応力を生じさせる。
前述のように、本願のガス遮断器は熱パッファをメインとしているので、熱パッファ室１９の容積を大きくしているため、上記応力もそれに比例して大きくなるが、熱パッファ室１９の壁面を構成するノズル１５は、内面を湾曲面で構成した絶縁ノズル１６によって、特定の箇所に応力集中を起さなくなるため、絶縁ノズル１６の強度が維持されて破損することがない。
【００２７】
熱パッファ室１９の内面形状が本実施の形態のような湾曲面構造の場合、図２に示す熱パッファ室１９の軸方向長さＢと半径方向長さＣの比が、略同一から最大３：２程度とすれば、熱パッファ室１９内の消弧ガスの温度が均一化され、充分な遮断性能を得るために適した熱パッファ室の形状になることを検証した。
【００２８】
また、絶縁ノズル１６の外面を覆うように、絶縁ノズルよりも機械的強度が優れた絶縁材料、例えばＦＲＰのような材料よって形成される補強部材１７を設けているので、絶縁ノズル１６が外側に膨らむことを防止できる。
また、熱パッファシリンダ１４によっても、外壁が外側に膨らむのを防止できる。
これらによって、熱パッファ室１９の構造が強固になって機械的強度が向上するため、熱パッファ室１９の圧力上昇を大きくでき、熱パッファ室１９の開口部１９ａから、アークＡへ吹き付けられる消弧ガスの吹きつけ圧力を増大させ、安定化させることができる。
【００２９】
更に、図２の断面図に破線で示すように、熱パッファ室１９内部で高圧化された消弧ガスは、チューリップ接触子１１の傾斜部および絶縁ノズル１６内面先端の傾斜部を通り、開口部１９ａからアークＡへ向けて垂直方向に吹き付けられるが、両傾斜部の作用により、開口部１９ａを出た消弧ガスは、チューリップ接触子１１の方向と固定接触子４の方向とに別れることで、アークＡを分断する効果をもたらすとともに、アークＡによって熱せられて高温になったガスが左右２つの経路から排出されるので、効率よく熱ガスを排出することができる。
【００３０】
次に、圧力室２４の作用について説明する。本実施の形態では、前述のように、チューリップ接触子１１のフィンガー部を傾斜させて圧力室２４を大きく形成している。チューリップ接触子１１側に流れ出た熱ガスは、チューリップ接触子１１の開口部から圧力室２４に放出される。圧力室２４は、チューリップ接触子１１の固定接触子４側の開口部から排気路２５に向かって円錐状に広がる比較的広い空間であるため、チューリップ接触子１１側に流れる熱ガスは流れを妨げられることなく、速やかに排気路に排出される。
【００３１】
圧力室２４に流入した熱ガスは、少なくともその一部は一旦圧力室２４内に貯留される。遮断する電流が比較的小さい場合には、アークＡが点弧した場合でもアークＡの発熱量が少ないために熱パッファ室１９内にアークＡの熱が充分に流入せず、消弧するのに充分な吹き付け圧力が得られない場合がある。この場合、圧力室２４側に流出した熱ガスによる熱エネルギーを圧力室２４内で一時的に貯留するため、熱パッファ室１９よりも高い圧力上昇を得られ、この圧力室２４の圧力上昇がパッファの役割を果たすので、小電流遮断時には圧力室２４が消弧ガスを吹きつけて消弧を行うという効果がある。
【００３２】
次に、消弧ガスの材料とノズル１５を構成する材料との関係、および、補強部材１７の外面に設けた絶縁カバー１８の作用について説明する。
遮断器の消弧ガスにＳＦ６、ＣＦ３Ｉ、ＣＦ４のようなフッ素を含むガスを使用する場合は、アークによる消弧ガスの分解によってＳＦ４が生成される。
ここで、絶縁ノズルの材料を、例えば、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）等の有機高分子材料とすれば、その中に含まれる水素と反応して腐食性の高いＨＦが生じる。
【００３３】
補強部材１７をＦＲＰ等のようなＳｉＯ２を含む絶縁材料で形成した場合、ＳｉＯ２と上記ＨＦが反応を起こして補強部材は腐食され、また反応と同時に生じる水分が遮断器内の絶縁材料沿面に付着することにより沿面抵抗の低下を引き起こす要因となる。
この対策として、本実施の形態では、補強部材１７の外面を、補強部材１７と異なる絶縁材料からなる絶縁カバー１８で覆ったものである。これにより、消弧ガスとの接触が断たれ、上記のような補強部材１７の腐食や、沿面抵抗の低下を防ぐことができる。
【００３４】
また、遮断器の消弧ガスにＣＯ２、ＣＦ３Ｉ、ＣＦ４のような炭素を含むガスを用いる場合は、アークによる消弧ガスの分解によって炭素が析出される。更に、Ｏ２やＯ２を含む混合ガスを消弧ガスとして使うときにおいても、絶縁材料が還元されて炭素が発生する。
補強部材１７をＦＲＰ等のようなＳｉＯ２を含む絶縁材料で形成した場合、アークの熱エネルギーによりＳｉＯ２が溶け、その溶融箇所に炭素が取り込まれる。更に、アークの発生に伴い、金属電極である固定接触子４およびチューリップ接触子１１から、金属蒸気が発生し、上述の炭素と同様に、ＳｉＯ２の溶融箇所に取り込まれる。その結果、補強部材１７の沿面抵抗が低下し、遮断後に遮断器間に印加される高電圧によって補強部材１７の沿面で絶縁破壊が起こる懸念がある。
この場合も、補強部材１７と異なる絶縁材料で形成される絶縁カバー１８で補強部材１７を覆っているので、補強部材１７が直接アークによって高熱化したガスにさらされず、上記のような補強部材１７の沿面への炭素の付着が防止され、絶縁破壊を防ぐことができる。
【００３５】
なお、絶縁カバー１８を形成する材料は、アークＡによって熱せられて高温になったガスにより、表面が劣化して沿面抵抗が低下し難い材料、例えば、上述の絶縁ノズルに用いられる材料などが好ましい。
【００３６】
これまでの説明では、熱パッファ室１９と機械パッファ室２２を備えたガス遮断器について説明してきた。本実施の形態のガス遮断器では、前述のように熱パッファをメインにしたものであり、熱パッファ室１９の容積を十分大きくできるので、ガス遮断器の容量や仕様によっては、機械パッファ２２を省略することも可能である。熱パッファ室１９のみの圧力によって消弧ガスをアークに吹き付ける構成としても、アークの熱エネルギーによって熱パッファ室１９の圧力は充分に上昇させることができ、十分な消孤ガスの吹き付けが得られる。
【００３７】
以上のように、実施の形態１のガス遮断器によれば、消弧ガスが充填された密閉タンク内に、固定接触子と可動接触子が接離可能に対向配置され、両接触子が開離したときに発生するアークのエネルギーにより加熱昇圧された消弧ガスを受け入れて電流零点でアークに吹き付ける熱パッファ室が、可動接触子側に設けられたガス遮断器において、熱パッファ室を構成する壁面は、可動接触子を取り囲む円筒状の熱パッファシリンダと、一端側が熱パッファシリンダに一体的に接続され、他端側が内側に折り返されて可動接触子の先端側に向けて突出し、内面が湾曲面に形成され、他端側の中心に固定接触子が出入りする貫通穴を有する絶縁ノズルと、絶縁ノズルよりも機械的強度に優れた絶縁材料により、絶縁ノズルの外面を覆うように設けられた補強部材と、を備えているので、熱パッファ室の消弧ガスが高圧化してもノズルが変形、破損せず、従来と比べて熱パッファ室の圧力を高めることができるため、熱パッファによるアークへの消弧ガスの吹きつけ圧力を増大させ、安定化させることが可能となり、遮断性能の優れたガス遮断器を得ることができる。
【００３８】
また、補強部材の外面が、補強部材と異なる絶縁材料で形成された絶縁カバーにより覆われているので、遮断時に発生するアークによって、アーク周辺の消弧ガス，絶縁物，接触子の分解性生物（ＨＦ、炭素、金属蒸気等）が補強部材に付着して、機械的強度の劣化や沿面抵抗の低下を引き起こすことを防止することができる。
【００３９】
また、熱パッファ室の固定接触子が出入りする側とは反対側に、機械パッファシリンダと機械パッファピストンにより構成され、両接触子の開極動作により内部の消弧ガスが圧縮される機械パッファ室が設けられており、機械パッファ室と熱パッファ室との隔壁に形成された連通口に、機械パッファ室から熱パッファ室へのみ消弧ガスの流通が可能な逆止弁が備えられているので、上記の効果に加えて、遮断動作中の瞬時電流の低下とともに熱パッファ室の圧力が低下しても、機械パッファ室による消弧ガスの吹きつけは、電流零点後も継続するので、アークを消弧した後も両接触子間の絶縁を急速に回復させることができ、消弧と同時に両接触子間に発生する再起電圧による再点弧の発生を抑制した、遮断性能の優れたガス遮断器を得ることができる。
【００４０】
実施の形態２．
図３は、この発明の実施の形態２によるガス遮断器の可動電極ユニット部の詳細を示す部分断面図である。ガス遮断器の全体構成は実施の形態１の図１と同様である。図３は、実施の形態１の図２に相当する部分なので、同等部分は同一符号で示し、説明は省略して、相違点を中心に説明する。相違点は、熱パッファを構成する壁面の外面の形状である。
【００４１】
図３に示すように、熱パッファ室１９を構成する壁面であるノズル２６の先端側（隔壁１２から一番遠い側）の外周端部は、絶縁ノズル２７の内面の湾曲面に対応させて曲面に形成されている。絶縁ノズル２７，補強部材２８，絶縁カバー２９の各構成部材の外周端部となる側を曲面に形成したものである。ノズル２６の肉厚は、ほぼ同じ厚さになるような形状としている。
上記以外の、絶縁ノズル２７の内面の湾曲面２７ｂの形状や、補強部材２８が絶縁ノズル２７の外面を覆う範囲や、絶縁カバー２９が補強部材２８と異なる材料からなっている点などは、全て実施の形態１と同様である。
【００４２】
このような構成により、実施の形態１と同様に、遮断時にノズル２６が外側に膨れる方向に働く応力に対して、絶縁ノズル２７の内面が湾曲面に形成されているために応力集中が抑制され、補強部材２８によって変形が防止さされ、絶縁カバー２９によって補強部材２８の劣化を防止できる効果が得られることに加え、パッファ室１９を構成するノズル２６の先端側の外周端部を湾曲させて曲面に形成したことで、ノズルの外壁面上に電界が集中することを防止できる。
【００４３】
以上のように、実施の形態２によるガス遮断器によれば、熱パッファ室を構成する壁面の先端側の外周端部は、絶縁ノズルの内面の湾曲面に対応させて曲面に形成されているので、実施の形態１の効果に加えて、熱パッファ室を構成するノズルの外壁面上に電界が集中するのを防止できるため、遮断時に固定接触子と可動側導体との間に生じる高電界によって、ノズルの外壁面で沿面放電が生じることを防止することができる。
【００４４】
なお、実施の形態１及び実施の形態２において、絶縁カバー１８又は２９は、前述のように、補強部材の性能維持に効果を発揮するが、補強部材の機能のみからすれば、必ずしも必要でなく、省略することも可能である。
また、絶縁ノズル１６又は２７は、熱パッファシリンダ１４を介して隔壁１２に固定されているものとしたが、熱パッファシリンダ１４を絶縁材料として、絶縁ノズル１６、又は２７と一体に形成しても良い。
【符号の説明】
【００４５】
１ タンク １ａ 第１の枝管
１ｂ 第２の枝管 ２ａ 第１のブッシング
２ｂ 第２のブッシング ３ 可動電極ユニット
４ 固定接触子 ５ 絶縁支持部材
６ 絶縁操作ロッド ７ リンク
８ 操作装置 ９ 摺動部材
１１ チューリップ接触子（可動接触子） １２ 隔壁
１２ａ 連通口 １３ ガイド
１４ 熱パッファシリンダ １５，２６ ノズル
１６，２７ 絶縁ノズル １６ａ，２７ａ 円筒部
１６ｂ、２７ｂ 湾曲面 １６ｃ，２７ｃ 貫通穴
１７，２８ 補強部材 １８，２９ 絶縁カバー
１９ 熱パッファ室 １９ａ 開口部
２０ａ，２０ｂ 機械パッファシリンダ ２０ｃ 排気孔
２１ 機械パッファピストン ２２ 機械パッファ室
２３ 逆止弁 ２４ 圧力室
２５ 排気路 Ａ アーク。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
消弧ガスが充填された密閉タンク内に、固定接触子と可動接触子が接離可能に対向配置され、前記両接触子が開離したときに発生するアークのエネルギーにより加熱昇圧された前記消弧ガスを受け入れて電流零点で前記アークに吹き付ける熱パッファ室が、前記可動接触子側に設けられたガス遮断器において、
前記熱パッファ室を構成する壁面は、
前記可動接触子を取り囲む円筒状の熱パッファシリンダと、
一端側が前記熱パッファシリンダに一体的に接続され、他端側が内側に折り返されて前記可動接触子の先端側に向けて突出し、内面が湾曲面に形成され、前記他端側の中心に前記固定接触子が出入りする貫通穴を有する絶縁ノズルと、
前記絶縁ノズルよりも機械的強度に優れた絶縁材料により、前記絶縁ノズルの外面を覆うように設けられた補強部材と、を備えていることを特徴とするガス遮断器。
【請求項２】
請求項1記載のガス遮断器において、
前記補強部材の外面が、前記補強部材とは異なる絶縁材料で形成された絶縁カバーにより覆われていることを特徴とするガス遮断器。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のガス遮断器において、
前記熱パッファ室を構成する壁面の先端側の外周端部は、前記絶縁ノズルの内面の前記湾曲面に対応させて曲面に形成されていることを特徴とするガス遮断器。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のガス遮断器において、
前記熱パッファ室の前記固定接触子が出入りする側とは反対側に、機械パッファシリンダと機械パッファピストンにより構成され、前記両接触子の開極動作により内部の消弧ガスが圧縮される機械パッファ室が設けられており、
前記機械パッファ室と前記熱パッファ室との隔壁に形成された連通口に、前記機械パッファ室から前記熱パッファ室へのみ前記消弧ガスの流通が可能な逆止弁が備えられていることを特徴とするガス遮断器。
【請求項１】
消弧ガスが充填された密閉タンク内に、固定接触子と可動接触子が接離可能に対向配置され、前記両接触子が開離したときに発生するアークのエネルギーにより加熱昇圧された前記消弧ガスを受け入れて電流零点で前記アークに吹き付ける熱パッファ室が、前記可動接触子側に設けられたガス遮断器において、
前記熱パッファ室を構成する壁面は、
前記可動接触子を取り囲む円筒状の熱パッファシリンダと、
一端側が前記熱パッファシリンダに一体的に接続され、他端側が内側に折り返されて前記可動接触子の先端側に向けて突出し、内面が湾曲面に形成され、前記他端側の中心に前記固定接触子が出入りする貫通穴を有する絶縁ノズルと、
前記絶縁ノズルよりも機械的強度に優れた絶縁材料により、前記絶縁ノズルの外面を覆うように設けられた補強部材と、を備えていることを特徴とするガス遮断器。
【請求項２】
請求項1記載のガス遮断器において、
前記補強部材の外面が、前記補強部材とは異なる絶縁材料で形成された絶縁カバーにより覆われていることを特徴とするガス遮断器。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のガス遮断器において、
前記熱パッファ室を構成する壁面の先端側の外周端部は、前記絶縁ノズルの内面の前記湾曲面に対応させて曲面に形成されていることを特徴とするガス遮断器。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のガス遮断器において、
前記熱パッファ室の前記固定接触子が出入りする側とは反対側に、機械パッファシリンダと機械パッファピストンにより構成され、前記両接触子の開極動作により内部の消弧ガスが圧縮される機械パッファ室が設けられており、
前記機械パッファ室と前記熱パッファ室との隔壁に形成された連通口に、前記機械パッファ室から前記熱パッファ室へのみ前記消弧ガスの流通が可能な逆止弁が備えられていることを特徴とするガス遮断器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−５４０９７（Ｐ２０１２−５４０９７Ａ）
【公開日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１９５７２８（Ｐ２０１０−１９５７２８）
【出願日】平成２２年９月１日（２０１０．９．１）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月１日（２０１０．９．１）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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