ガス遮断器
【課題】小型でありながら熱ガス流の冷却を効果的に行えるガス遮断器を提供する。
【解決手段】 消弧性ガス２が充填された円筒形のタンク１内にアーク接触子３ａ，４ａを通常運転時は接触状態に設け、電流遮断時、相対移動の開離で両接触子間に発生させたアークを消弧性ガス２を吹き付けて消弧し、消弧時生じた固定側熱ガス流１１ａをタンク１内に同軸に設けた排気筒１０１により固定アーク接触子３ａから離れる方向に導き出すよう構成したもので、排気筒１０１は、内側を内筒流路１０２ａとした内筒１０２と、該内筒１０２との間に外筒流路１０３ａを設けて同軸状に覆うカップ形状の外筒１０３と、内筒１０２の筒壁に形成した内外を連通する孔１０６を備えており、固定側熱ガス流１１ａが、内筒流路１０２ａを固定アーク接触子３ａから離れる方向に流れた後、折り返して外筒流路１０３ａを逆の方向に流れて排気筒１０１から排出される。
【解決手段】 消弧性ガス２が充填された円筒形のタンク１内にアーク接触子３ａ，４ａを通常運転時は接触状態に設け、電流遮断時、相対移動の開離で両接触子間に発生させたアークを消弧性ガス２を吹き付けて消弧し、消弧時生じた固定側熱ガス流１１ａをタンク１内に同軸に設けた排気筒１０１により固定アーク接触子３ａから離れる方向に導き出すよう構成したもので、排気筒１０１は、内側を内筒流路１０２ａとした内筒１０２と、該内筒１０２との間に外筒流路１０３ａを設けて同軸状に覆うカップ形状の外筒１０３と、内筒１０２の筒壁に形成した内外を連通する孔１０６を備えており、固定側熱ガス流１１ａが、内筒流路１０２ａを固定アーク接触子３ａから離れる方向に流れた後、折り返して外筒流路１０３ａを逆の方向に流れて排気筒１０１から排出される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流遮断時、消弧性ガスを吹き付けて発生したアークの消弧を行い、さらに発生した熱ガス流をアーク接触子から離れる方向に導き出すよう構成したガス遮断器に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力系統において電流開閉を行うガス遮断器には、接地された金属あるいは碍子等の密閉容器内に充填した消弧性ガスを吹き付けて電流遮断時に発生したアークの消弧を行い、電流遮断を行うものがある。そして、消弧性ガスの消弧媒質としてＳＦ６を用い、消弧の際にパッファシリンダとピストンとにより圧縮した消弧性ガスのＳＦ６ガスを接触子間に吹き付け、発生したアークの消弧を行うパッファ形ＳＦ６遮断器が主流となっている。またガス遮断器には、消弧性ガスとしてＳＦ６ガス以外、消弧媒質に空気を用いた空気遮断器や、地球温暖化効果の高いＳＦ６ガスに代わる代替ガスを用いたガス遮断器等がある。
【０００３】
こうしたガス遮断器の構造は、例えば図４に遮断動作途中における状態の断面図を示すように、基本的に軸円筒形状の各部品を持って構成されている。図４において、１は接地された金属製密閉容器のタンクであり、このタンク１内には、例えばＳＦ６ガス等の消弧性ガス２が充填され、さらに固定接触部３と可動接触部４とが軸方向に対向配置されており、固定接触部３には固定アーク接触子３ａ、可動接触部４には可動アーク接触子４ａがそれぞれ設けられている。そして、固定アーク接触子３ａと可動アーク接触子４ａは、通常運転時は接触導通状態となっており、遮断動作時には開離方向に相対移動して、両アーク接触子３ａ，４ａ間の空間にアーク５を発生させるようになっている。
【０００４】
また、可動接触部４側には、両アーク接触子３ａ，４ａ間のアーク５に対し消弧性ガス２をガス流にして吹き付けるガス流発生手段６が設置されており、ガス流発生手段６は、ピストン７とパッファシリンダ８、ピストン７により区画されてパッファシリンダ８内に形成されたパッファ室９、さらに絶縁ノズル１０を備えて構成されている。一方、固定接触部３側には、消弧の際に発生した熱ガス流１１の固定側熱ガス流１１ａが通過可能な金属製の円筒形状の排気筒１２が取り付けられている。また可動接触部４側には、熱ガス流１１の可動側熱ガス流１１ｂが通過可能な中空ロッド１３が、先端に可動アーク接触子４ａを備えるようにして設けられている。
【０００５】
このように構成されたガス遮断器での遮断過程は、可動接触部４が図４における左方向に後退移動して、可動アーク接触子４ａが固定アーク接触子３ａから開離し、両アーク接触子３ａ，４ａ間にアーク５を発生する。またパッファシリンダ８の左方向移動によりピストン７でパッファ室９を圧縮し、室内圧力が上昇する。これによりパッファ室９内の高圧力の消弧性ガス２が、ガス流発生手段６の先端側に設けられた絶縁ノズル１０から高温のアーク５に吹き付けられ、アーク５が消滅して電流遮断がなされる。また、消弧性ガス２は、消弧後、高温低密度の熱ガス流１１となって両アーク接触子３ａ，４ａ間から離れる方向に、固定側熱ガス流１１ａは排気筒１２内を冷却されながら流れ、排気筒１２の終端１２ａ部分からタンク１内に排出され、また可動側熱ガス流１１ｂは中空ロッド１３内に導かれて排出され、最終的にタンク１内に放出される。
【０００６】
そして、上述したガス遮断器については、設置面積の省スペース化、コストダウンのために小型化する傾向があり、また地球環境負荷低減の観点から材料の低減がなされ、さらに環境保全の面からもコンパクト化が強く要望されている。それに伴い、タンク１や排気筒１２のサイズを小型化すること進められている。
【０００７】
排気筒１２のサイズを小型化した場合、消弧で発生した固定側熱ガス流１１ａの冷却に要するボリュームが小さくなり、また、固定側熱ガス流１１ａが排気筒１２内で冷却される時間が短くなり、タンク１内に高温状態のまま排出されてしまうことになる。さらに、排気筒１２には電流遮断後の電力系統回路の過渡現象により発生する過渡回復電圧が印加されて高電位となるために、小型化により排気筒１２の終端１２ａにおける電界強度がより高くなってしまうことになる。その結果、排気筒１２の終端１２ａとタンク１との間で絶縁破壊の事故（以下、「地絡」と記す）が発生しやすかった。
【０００８】
また、図４に示すように密閉容器のタンク１が金属製ではなくて、タンクが碍子等の絶縁物でなるガス遮断器の場合は地絡の問題は生じないが、大電流遮断時に発生する非常に高温の熱ガス流１１に曝されて、碍子や付随部品に変質、溶損などの不具合が生じる虞があった。
【０００９】
このような課題を解決するものとして、排気筒の内面に熱ガスの流れ方向に交差する溝を４列以上設けた図５に示すもの（例えば、特許文献１参照）がある。このものでは、固定側熱ガス流１１ａが、排気筒１４内部を流れる際に溝１５により擾乱を受けて溝１５部分に存在する常温ガスと混合され、電界強度が特に高い溝１５を設けた排気筒１４表面付近で冷却され、それにより絶縁耐力が回復して地絡が防止できるとしている。
【００１０】
一方、消弧性ガスについては、地球温暖化の問題の観点から、地球温暖化効果の高いＳＦ６ガスの代替ガスを消弧媒質にすることが提案されているが、一般に提案されている代替ガスの絶縁耐力は、ＳＦ６ガスよりも低いことが知られている（例えば、非特許文献１参照）。このため、代替ガスを用いる場合には、地絡現象を回避するためにタンクの大型化をまねいてしまうことになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００５−２４３４６５号公報
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】電気学会技術報告書第８４１号「ＳＦ６の地球環境負荷とＳＦ６混合・代替ガス絶縁」２００１年５月２５日
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上述の排気筒１４内面に固定側熱ガス流１１ａの流れ方向に交差する溝１５を設けたガス遮断器では、冷却効果を高めるには、溝１５の容積を大きくして溝内に保持する常温ガスの量を増やすか、溝１５の数を増やすなどして擾乱発生の機会を増やす必要があり、いずれも排気筒１４を大型化しなければならず、ガス遮断器を小型化することができない。
【００１４】
また、ガス遮断器は電力系統故障により事故電流が発生した場合、電流を一旦遮断して数百ｍｓの後に再び投入動作を行うことがある。投入後に系統故障が除去されていなかった場合、再度事故電流遮断（以下、「高速再閉路遮断」と記す）を行うが、上述のガス遮断器で高速再閉路遮断を実施した場合、１度目の電流遮断で固定側熱ガス流１１ａと常温ガスの混合が行われ高温状態となっている溝１５部分の存在ガスが、２度目の電流遮断までの短時間で常温に回復する可能性が極めて低く、効果的な固定側熱ガス流１１ａの冷却を行えないことになる。
【００１５】
こうした状況に鑑みて本発明はなされたもので、その目的とするところは、小型でありながら熱ガス流の冷却を効果的に行うことが可能で、高速再閉路遮断を実施した場合でも安定して熱ガス流の冷却を行える信頼性の向上したガス遮断器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
この発明は上記目的を達成するものであって、消弧性ガスが充填された円筒形状の密閉容器内の軸方向に一対のアーク接触子を対向して設け、前記アーク接触子を通常運転時は接触状態にし、電流遮断時には相対移動により開離して前記アーク接触子間にアークを発生させると共に、前記アークをガス発生手段により前記消弧性ガスを吹き付けて消弧し、かつ前記消弧性ガスの吹き付けで生じた熱ガス流を前記密閉容器内に同軸に設けた金属製の排気筒により前記アーク接触子から離れる方向に導き出すよう構成したガス遮断器において、前記排気筒は、内側を内筒流路とした円筒形状の内筒と、該内筒を間に外筒流路を設けて覆う同軸のカップ形状の外筒とを備えると共に、前記内筒の筒壁に前記内筒流路と前記外筒流路とを連通する孔が形成されていて、前記熱ガス流が、前記内筒流路を前記アーク接触子から離れる方向に流れて前記内筒の先端部分で折り返した後、前記外筒流路を前記内筒流路とは逆の方向に流れて前記排気筒の終端部分から排出されることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、小型でありながら熱ガス流の冷却を効果的に行え、また高速再閉路遮断を実施した場合においても安定して熱ガス流の冷却を行うことができる信頼性の向上したガス遮断器を実現できる等の効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施形態における排気筒の要部を示す断面図である。
【図２】本発明の第２の実施形態における排気筒の要部を示す断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態における内筒を、排気筒の一部を断面にして示す正面図である。
【図４】従来の一般的なガス遮断器の例を示す断面図である。
【図５】従来のガス遮断器の他の例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、以下の各実施形態は、排気筒の構成のみが図４に示す一般的なガス遮断器と主として異なるため、従来と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、従来と異なる本発明の実施の形態の構成について説明する。
【００２０】
（第１の実施形態）
先ず本発明の第１の実施形態を、遮断途中における状態を示す図１により説明する。
【００２１】
図１に示すように、第１の実施形態のガス遮断器における固定接触部１００の排気筒１０１は、例えばＳＦ６ガス等の消弧性ガス２が充填され、接地された円筒形状の金属製密閉容器のタンク１内に同軸に設けられた金属製のもので、内側を内筒流路１０２ａとした円筒形状の内筒１０２と、内筒１０２との間の隙間を外筒流路１０３ａとして内筒１０２を覆う同軸のカップ形状の外筒１０３とで構成されている。これにより、カップ形状の外筒１０３の内底面１０３ｂと、この内底面１０３ｂに対向する円形状の内筒１０２の先端１０２ｂとの間に折り返し部１０４が形成され、内筒流路１０２ａから折り返し部１０４に形成された折り返し部流路１０４ａ、外筒流路１０３ａへと続き、カップ形状の外筒１０３の縁部分を終端１０３ｃとする連続した流路１０５が形成される。
【００２２】
そして、内筒１０２の筒壁には、内筒流路１０２ａと外筒流路１０３ａとを連通する同開口径の孔１０６が複数形成されている。複数形成された孔１０６は、内筒１０２の筒中心線Ｏaに対し直交する断面における筒壁の同一円周上に少なくとも２つ以上が対称配置となるよう、すなわち、同一円周上に孔間隔が均等になるようにして少なくとも２つ以上が配置されるように形成されている。なお、孔１０６の形成は、効率的な冷却が可能となるよう分布を持たせ、例えば筒壁に格子状配置に設けたり、千鳥状配置となるように設けたりするようにしてもよく、また開口径の異なる孔を分布させるように設けてもよい。
【００２３】
また、複数個の孔１０６の総開口面積Ｓは、内筒流路１０２ａの流路断面積Ｓ１の５％以上、３０％以下となっている。さらに、内筒流路１０２ａの流路断面積Ｓ１については、折り返し部流路１０４ａの流路断面積Ｓ２より小さく、またさらに、折り返し部流路１０４ａの流路断面積Ｓ２は、流路断面形状が円環状の外筒流路１０３ａの流路断面積Ｓ３より小さくなっている。すなわち、形成された孔１０６の総開口面積Ｓと、内筒流路１０２ａの流路断面積Ｓ１、折返し部流路１０４ａの流路断面積Ｓ２、外筒流路１０３ａの流路断面積Ｓ３の関係式は、
（０．０５）Ｓ１＜Ｓ＜（０．３）Ｓ１ かつ Ｓ＜Ｓ１＜Ｓ２＜Ｓ３
となっている。
【００２４】
そして、上述の構成を有する第１の実施形態のガス遮断器の遮断過程は、図４の一般的なガス遮断器を参照して説明すると、可動接触部４が図４の左方向に後退移動して、可動アーク接触子４ａが固定接触部１００の固定アーク接触子３ａから開離し、両アーク接触子３ａ，４ａ間にアーク５を発生する。発生したアーク５に対し高圧力の消弧性ガス２が絶縁ノズル１０を介してアーク５に吹き付けられ、アーク５が消滅して電流遮断がなされる。さらに、吹き付けにより生じた熱ガス流１１のうちの固定側熱ガス流１１ａは、高速で排気筒１０１の内筒１０２内を流れる。
【００２５】
このとき、固定側熱ガス流１１ａは極めて高速の流れとなっているため、内筒１０２の内部に存在する常温ガス１０７と容易に混合せず、固定側熱ガス流１１ａが常温ガス１０７を前方に押し出すように流れる。これにより、固定側熱ガス流１１ａと常温ガス１０７とはガス境界面１０８を介して明確に領域が区分けされる。さらに、常温ガス１０７が内筒１０２の先端１０２ｂで外側の外筒流路１０３ａへと折り返した状態では、内筒１０２内部を流れる固定側熱ガス流１１ａと常温ガス１０７とは、内筒１０２の筒壁内外面に沿う対向流となる。
【００２６】
そして、内筒１０２の筒壁に複数個の孔１０６が形成されているので、孔１０６を通じて対向流となっている固定側熱ガス流１１ａと常温ガス１０７との間で活発な熱交換が起こる。この活発な熱交換によって高温の固定側熱ガス流１１ａの熱が常温ガス１０７へと移動し、固定側熱ガス流１１ａは効果的に冷却される。こうして冷却されながら固定側熱ガス流１１ａは、内筒流路１０２ａから折り返し部流路１０４ａへ、さらに外筒流路１０３ａへと流路１０５を流れ、外筒１０３縁部分の終端１０３ｃからタンク１内へと流れて排気されることになる。
【００２７】
このように内筒１０２に形成した複数個の孔１０６を介し、排気筒１０１内全ての常温ガス１０７で固定側熱ガス流１１ａを効果的に全体を均一に冷却することができることになり、また流路１０５の全長を折り返して流れるようにしていることから長くでき、冷却に費やされる時間も長くなって、固定側熱ガス流１１ａとなっている消弧性ガス２の絶縁耐力を十分に回復させることができる。その結果、ガス遮断器を小型化した場合でも、排気筒１０１の終端１０３ｃとタンク１との間での地絡発生を防止することができる。
【００２８】
さらに、高速再閉路遮断を実施した場合においても、排気筒１０１内全ての常温ガス１０７で固定側熱ガス流１１ａを安定して冷却することになるため、２回目の電流遮断となるも、冷却作用の低下を極僅かに抑えることができることになる。
【００２９】
また、排気筒１０１内部における固定側熱ガス流１１ａの流路１０５の断面積は、流れ方向に段階的に大きくなる構成となっているので、固定側熱ガス流１１ａは、常温ガス１０７と混合しながら途中で閉塞せずに流路１０５を円滑に流れ、タンク１へと排気されることになる。このため、アーク５の発生箇所から固定側熱ガス流１１ａは、流れを妨げられることなく流れて排気されることになり、消弧が速やかに行われ、アーク遮断性能の低下を招くことがない。さらに、内筒１０２からタンク１に至るまで流路１０５が狭まることなく連続しているため、外筒流路１０３ａを常温ガス１０７が勢いを失うことはなく、内筒流路１０２ａを流れる固定側熱ガス流１１ａと激しく混合されることになる。
【００３０】
またさらに、内筒１０２に形成された孔１０６の総開口面積Ｓは、内筒流路１０２ａの流路断面積Ｓ１の５％以上としているため、内筒１０２内を流れる固定側熱ガス流１１ａと、内筒１０２の外筒壁に沿った外筒流路１０３ａを流れる常温ガス１０７との接触面積は必要十分に確保でき、孔１０６を介しての固定側熱ガス流１１ａと常温ガス１０７との熱交換は活発に行われることになる。
【００３１】
また、孔１０６の総開口面積Ｓを、内筒流路１０２ａの流路断面積Ｓ１の３０％以下とすることで、孔１０６を通じて内筒１０２内を流れる固定側熱ガス流１１ａの大部分が、折返し部流路１０４ａを流れることなく外筒流路１０３ａへ短絡して流れ、タンク１へと排出されてしまうのが最低限に抑えられ、排気筒１０１内で固定側熱ガス流１１ａを十分に冷却することができる。
【００３２】
以上のように、本実施形態のガス遮断器は、小型でありながら熱ガス１１流の冷却を十分に行うことができ、また高速再閉路遮断を実施した場合においても、熱ガス流１１の冷却を効果的に行うことができる高い信頼性を有したものとなっている。
【００３３】
（第２の実施形態）
次に本発明の第２の実施形態を図２及び図３により説明する。
【００３４】
図２に遮断途中における状態を示すように、第２の実施形態のガス遮断器における固定接触部１１０の排気筒１１１は、第１の実施形態と同様に、消弧性ガス２が充填され、接地された円筒形状の金属製密閉容器のタンク１内に同軸に設けられた金属製のもので、内側を内筒流路１０２ａとした円筒形状の内筒１１２と、内筒１１２との間の隙間を外筒流路１０３ａとして内筒１１２を覆う同軸のカップ形状の外筒１１３とで構成されている。そして、カップ形状の外筒１１３の内底面１１３ａの中央部に、略円錐形状のフローガイド１１３ｂが内筒流路１０２ａ内方向に向けて突出するように設けられており、内底面１１３ａは、径方向断面がフローガイド１１３ｂからカップ形状の内側壁面１１３ｃにかけて、滑らかな連続した曲線を描くものとなっている。
【００３５】
これにより排気筒１１１内には、カップ形状の外筒１１３の内底面１１３ａと、この内底面１１３ａに対向する円形状の内筒１１２の先端１０２ｂとの間に折り返し部１１４が形成され、内筒流路１０２ａから折り返し部１１４に形成された折り返し部流路１１４ａ、外筒流路１０３ａへと続き、カップ形状の外筒１１３の縁部分を終端１０３ｃとする連続した流路１１５が形成される。
【００３６】
また、内筒１１２の筒壁には、内筒流路１０２ａと外筒流路１０３ａとを連通する同開口径の孔１１６が複数形成されている。複数形成された孔１１６は、内筒１１２内の内筒流路１０２ａを筒中心線Ｏa方向に流れる固定側熱ガス流１１ａの流れ方向に対して９０°以下の鋭角となる角度θを持つように、すなわち、流れ方向に対し漸次孔中心線Ｏbが内筒１１２の筒中心線Ｏaから９０°以下の鋭角の角度θ方向に遠ざかるように形成されている。さらに、複数の孔１１６は、内筒１１２の筒中心線Ｏaに対し直交する断面における筒壁の同一円周上に少なくとも２つ以上が対称配置となるように形成されていると共に、図３に示すように、筒壁に千鳥配置となるように形成されている。
【００３７】
そして、第１の実施形態と同様に、複数個の孔１１６の総開口面積Ｓは、内筒流路１０２ａの流路断面積Ｓ１の５％以上、３０％以下となっている。さらに、内筒流路１０２ａの流路断面積Ｓ１については、折り返し部流路１１４ａの流路断面積Ｓ２より小さく、またさらに、折り返し部流路１１４ａの流路断面積Ｓ２は、流路断面形状が円環状の外筒流路１０３ａの流路断面積Ｓ３より小さくなっている。すなわち、形成された孔１１６の総開口面積Ｓと、各流路１０２ａ，１１４ａ，１０３ａの各流路断面積Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３との関係式は、第１の実施形態と同じく、
（０．０５）Ｓ１＜Ｓ＜（０．３）Ｓ１ かつ Ｓ＜Ｓ１＜Ｓ２＜Ｓ３
となっている。
【００３８】
また、内筒１１２を覆う外筒１１３には、固定側熱ガス流１１ａの折り返し部流路１１４ａや外筒流路１０３ａがカップ形状内側に形成されており、カップ形状の底部外側部分には、外底面１１３ｄの中央部に、固定アーク接触子３ａに電流供給を行う高電圧導体１１７の一端が接続されている。なお、高電圧導体１１７は、その中間部が絶縁スペーサ１１８によってタンク１の内壁に絶縁支持されている。また図示しないが高電圧導体１１７の電流を計測する変流器等の計測部を底部外側部分に設けるようにしてもよい。
【００３９】
そして、上述の構成を有する第２の実施形態のガス遮断器の遮断過程は、第１の実施形態と同様に、可動接触部４の後退移動で可動アーク接触子４ａが固定接触部１００の固定アーク接触子３ａから開離し、両アーク接触子３ａ，４ａ間にアーク５を発生する。発生したアーク５に対し高圧力の消弧性ガス２が絶縁ノズル１０を介してアーク５に吹き付けられ、アーク５が消滅して電流遮断がなされる。さらに、吹き付けにより生じた熱ガス流１１のうちの固定側熱ガス流１１ａは、高速で排気筒１１１の内筒１１２内を流れる。
【００４０】
極めて高速の固定側熱ガス流１１ａの流れによって、内筒１１２内の常温ガス１０７と固定側熱ガス流１１ａとの間にガス境界面１０８が形成され、こうした状態で、固定側熱ガス流１１ａは、内筒流路１０２ａから折り返し部流路１１４ａで折り返して外筒流路１０３ａに流れ、内筒１１２の筒壁を介しての常温ガス１０７との対向流となる。対向流となった固定側熱ガス流１１ａと常温ガス１０７との間では、内筒１１２筒壁の複数個の孔１１６を介して熱交換が起こる。
【００４１】
このとき、孔１１６が固定側熱ガス流１１ａと常温ガス１０７の流れ方向に対して鋭角に形成されているので、固定側熱ガス流１１ａと常温ガス１０７は、孔１１６内に流れ込み易く、固定側熱ガス流１１ａの外筒流路１０３ａに向かおうとする流れと、常温ガス１０７の内筒流路１０２ａに向かおうとする流れが、孔１１６内で衝突する状態になる。この孔１１６内での衝突により活発な熱交換が行われ、固定側熱ガス流１１ａが常温ガス１０７により効果的に冷却される。
【００４２】
そして、固定側熱ガス流１１ａは、冷却されながら内筒流路１０２ａから折り返し部流路１１４ａへ、さらに外筒流路１０３ａへと流路１１５を流れ、外筒１１３縁部分の終端１０３ｃからタンク１内へと流れて排気される。なお、常温ガス１０７と固定側熱ガス流１１ａが流路１１５を流れる際、内底面１１３ａの中央に突出するフローガイド１１３ｂを設けたことにより、内底面１１３ａを半径方向に円滑に流れて折り返し、内筒流路１０２ａから外筒流路１０３ａへと停滞したり減速したりすることなく流れる。
【００４３】
このように内筒１１２に形成した複数個の孔１１６を介し、第１の実施形態と同様に、排気筒１１１内全ての常温ガス１０７で固定側熱ガス流１１ａを効果的に冷却することができる。また、一般的に準平等電界環境下においては、ガス絶縁上の最弱点部である最も高温度のガス部分によって絶縁耐力は決定付けられ、固定側熱ガス流１１ａの冷却に偏りがあるとガス遮断器の絶縁耐力は向上しないことになるが、内筒１１２には複数個の孔１１６が対称的に満遍なく形成されているため、固定側熱ガス流１１ａの冷却が一部分のみとなり、冷却不十分な部分が生じてしまうこともなく、固定側熱ガス流１１ａ全体を均一に冷却することができ、ガス遮断器の絶縁耐力を向上させることができる。
【００４４】
さらに、流路１１５が折り返して流す構成であるから、その流路長を長いものとすることができ、固定側熱ガス流１１ａが流れる時間が長くなり、冷却に費やされる時間も長くなって、固定側熱ガス流１１ａとなっている消弧性ガス２の絶縁耐力を十分に回復させることができる。その結果、ガス遮断器を小型化した場合でも、排気筒１１１の終端１０３ｃとタンク１との間での地絡発生を防止することができる。
【００４５】
またさらに、ガス遮断器は、上述のようにタンク１内に設けた排気筒１１１の外筒１１３の筒軸方向外側に、中間部が絶縁スペーサ１１８によってタンク１の内壁に絶縁支持されるようにして高電圧導体１１７等を配置することができることにより、ガス遮断器をより小型化したコンパクトなものとすることができる。
【００４６】
すなわち、ガス遮断器は、可動接触部４、ガス流発生手段６、固定接触部１１０や排気筒１１１等を備え、アークを消弧させ生じた熱ガス流１１を冷却する消弧室と呼ばれる部分以外にも、消弧室に外部から電流（固定アーク接触子３ａに供給する電流）を導くための高電圧導体１１７等の金属導体や、この金属導体を絶縁支持するための絶縁スペーサ１１８等の固体絶縁物、さらには金属導体の電流を計測する不図示の変流器など様々なコンポーネントから構成されている。そのため、図４に例示した従来の一般的なガス遮断器の排気筒１２のように単純な直円筒形のものでは、排気筒１２の熱ガス流１１を冷却して排気する筒軸方向に高温に弱い固体絶縁物や変流器などを配置せざるを得ない場合、広いデッドスペースを設けるべく、タンク１を大きくしなければならなくなる。しかし、本実施形態のように構成することで、その必要がなくなり、絶縁上などの必要最低限の距離を設けて配置すればよいことになる。
【００４７】
以上のように、本実施形態のガス遮断器は、第１の実施形態と同様に、小型でありながら熱ガス流１１の冷却を十分に行うことができ、また高速再閉路遮断を実施した場合においても、熱ガス流１１の冷却を効果的に行うことができる信頼性が向上したものとなっている。
【００４８】
なお、上記の各実施形態では、消弧性ガス２に、例えばＳＦ６ガス等を用いるとしているが、ＳＦ６ガスよりも地球温暖化係数（ＧＷＰ：Global Warming Potential）が小さいガス、例えば窒素や二酸化炭素、空気などを用いたり、天然に存在するガスのほうが人工ガスより環境の側面から考えると望ましいが、ＳＦ６ガスよりも地球温暖化係数が小さく比較的絶縁性能に優れた人工ガス、例えばＣＦ４等を用いたりするようにしてもよい。
【００４９】
また、上記の各実施形態の流路１０５，１１５は、各流路断面形状が流れ方向に不連続に広がって、各流路断面積Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３が段階的に大きくなる構成になっているが、各流路断面形状が流れ方向に沿って滑らかに、連続して広がり、各流路断面積が連続的に大きくなるように構成してもよく、さらにまた、上記の第１の実施形態において、タンク１内の外筒１０３の底部外側部分に、第２の実施形態と同様に、絶縁スペーサ１１８で絶縁支持するようにして高電圧導体１１７を設けたり、変流器等の計測部を設けたりするようにしてもよい。
【符号の説明】
【００５０】
１…タンク、２…消弧性ガス、３ａ…固定アーク接触子、４…可動接触部、４ａ…可動アーク接触子、５…アーク、１０…絶縁ノズル、１１…熱ガス流、１１ａ…固定側熱ガス流、１００，１１０…固定接触部、１０１，１１１…排気筒、１０２，１１２…内筒、１０２ａ…内筒流路、１０２ｂ…先端、１０３，１１３…外筒、１０３ａ…外筒流路、１０３ｂ，１１３ａ…内底面、１０３ｃ…終端、１０４，１１４…折り返し部、１０４ａ，１１４ａ…折り返し部流路、１０５，１１５…流路、１０６，１１６…孔、１０７…常温ガス、１０８…ガス境界面、１１３ｂ…フローガイド、１１３ｃ…内側壁面、１１３ｄ…外底面、１１７…高電圧導体、１１８…絶縁スペーサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流遮断時、消弧性ガスを吹き付けて発生したアークの消弧を行い、さらに発生した熱ガス流をアーク接触子から離れる方向に導き出すよう構成したガス遮断器に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力系統において電流開閉を行うガス遮断器には、接地された金属あるいは碍子等の密閉容器内に充填した消弧性ガスを吹き付けて電流遮断時に発生したアークの消弧を行い、電流遮断を行うものがある。そして、消弧性ガスの消弧媒質としてＳＦ６を用い、消弧の際にパッファシリンダとピストンとにより圧縮した消弧性ガスのＳＦ６ガスを接触子間に吹き付け、発生したアークの消弧を行うパッファ形ＳＦ６遮断器が主流となっている。またガス遮断器には、消弧性ガスとしてＳＦ６ガス以外、消弧媒質に空気を用いた空気遮断器や、地球温暖化効果の高いＳＦ６ガスに代わる代替ガスを用いたガス遮断器等がある。
【０００３】
こうしたガス遮断器の構造は、例えば図４に遮断動作途中における状態の断面図を示すように、基本的に軸円筒形状の各部品を持って構成されている。図４において、１は接地された金属製密閉容器のタンクであり、このタンク１内には、例えばＳＦ６ガス等の消弧性ガス２が充填され、さらに固定接触部３と可動接触部４とが軸方向に対向配置されており、固定接触部３には固定アーク接触子３ａ、可動接触部４には可動アーク接触子４ａがそれぞれ設けられている。そして、固定アーク接触子３ａと可動アーク接触子４ａは、通常運転時は接触導通状態となっており、遮断動作時には開離方向に相対移動して、両アーク接触子３ａ，４ａ間の空間にアーク５を発生させるようになっている。
【０００４】
また、可動接触部４側には、両アーク接触子３ａ，４ａ間のアーク５に対し消弧性ガス２をガス流にして吹き付けるガス流発生手段６が設置されており、ガス流発生手段６は、ピストン７とパッファシリンダ８、ピストン７により区画されてパッファシリンダ８内に形成されたパッファ室９、さらに絶縁ノズル１０を備えて構成されている。一方、固定接触部３側には、消弧の際に発生した熱ガス流１１の固定側熱ガス流１１ａが通過可能な金属製の円筒形状の排気筒１２が取り付けられている。また可動接触部４側には、熱ガス流１１の可動側熱ガス流１１ｂが通過可能な中空ロッド１３が、先端に可動アーク接触子４ａを備えるようにして設けられている。
【０００５】
このように構成されたガス遮断器での遮断過程は、可動接触部４が図４における左方向に後退移動して、可動アーク接触子４ａが固定アーク接触子３ａから開離し、両アーク接触子３ａ，４ａ間にアーク５を発生する。またパッファシリンダ８の左方向移動によりピストン７でパッファ室９を圧縮し、室内圧力が上昇する。これによりパッファ室９内の高圧力の消弧性ガス２が、ガス流発生手段６の先端側に設けられた絶縁ノズル１０から高温のアーク５に吹き付けられ、アーク５が消滅して電流遮断がなされる。また、消弧性ガス２は、消弧後、高温低密度の熱ガス流１１となって両アーク接触子３ａ，４ａ間から離れる方向に、固定側熱ガス流１１ａは排気筒１２内を冷却されながら流れ、排気筒１２の終端１２ａ部分からタンク１内に排出され、また可動側熱ガス流１１ｂは中空ロッド１３内に導かれて排出され、最終的にタンク１内に放出される。
【０００６】
そして、上述したガス遮断器については、設置面積の省スペース化、コストダウンのために小型化する傾向があり、また地球環境負荷低減の観点から材料の低減がなされ、さらに環境保全の面からもコンパクト化が強く要望されている。それに伴い、タンク１や排気筒１２のサイズを小型化すること進められている。
【０００７】
排気筒１２のサイズを小型化した場合、消弧で発生した固定側熱ガス流１１ａの冷却に要するボリュームが小さくなり、また、固定側熱ガス流１１ａが排気筒１２内で冷却される時間が短くなり、タンク１内に高温状態のまま排出されてしまうことになる。さらに、排気筒１２には電流遮断後の電力系統回路の過渡現象により発生する過渡回復電圧が印加されて高電位となるために、小型化により排気筒１２の終端１２ａにおける電界強度がより高くなってしまうことになる。その結果、排気筒１２の終端１２ａとタンク１との間で絶縁破壊の事故（以下、「地絡」と記す）が発生しやすかった。
【０００８】
また、図４に示すように密閉容器のタンク１が金属製ではなくて、タンクが碍子等の絶縁物でなるガス遮断器の場合は地絡の問題は生じないが、大電流遮断時に発生する非常に高温の熱ガス流１１に曝されて、碍子や付随部品に変質、溶損などの不具合が生じる虞があった。
【０００９】
このような課題を解決するものとして、排気筒の内面に熱ガスの流れ方向に交差する溝を４列以上設けた図５に示すもの（例えば、特許文献１参照）がある。このものでは、固定側熱ガス流１１ａが、排気筒１４内部を流れる際に溝１５により擾乱を受けて溝１５部分に存在する常温ガスと混合され、電界強度が特に高い溝１５を設けた排気筒１４表面付近で冷却され、それにより絶縁耐力が回復して地絡が防止できるとしている。
【００１０】
一方、消弧性ガスについては、地球温暖化の問題の観点から、地球温暖化効果の高いＳＦ６ガスの代替ガスを消弧媒質にすることが提案されているが、一般に提案されている代替ガスの絶縁耐力は、ＳＦ６ガスよりも低いことが知られている（例えば、非特許文献１参照）。このため、代替ガスを用いる場合には、地絡現象を回避するためにタンクの大型化をまねいてしまうことになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００５−２４３４６５号公報
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】電気学会技術報告書第８４１号「ＳＦ６の地球環境負荷とＳＦ６混合・代替ガス絶縁」２００１年５月２５日
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上述の排気筒１４内面に固定側熱ガス流１１ａの流れ方向に交差する溝１５を設けたガス遮断器では、冷却効果を高めるには、溝１５の容積を大きくして溝内に保持する常温ガスの量を増やすか、溝１５の数を増やすなどして擾乱発生の機会を増やす必要があり、いずれも排気筒１４を大型化しなければならず、ガス遮断器を小型化することができない。
【００１４】
また、ガス遮断器は電力系統故障により事故電流が発生した場合、電流を一旦遮断して数百ｍｓの後に再び投入動作を行うことがある。投入後に系統故障が除去されていなかった場合、再度事故電流遮断（以下、「高速再閉路遮断」と記す）を行うが、上述のガス遮断器で高速再閉路遮断を実施した場合、１度目の電流遮断で固定側熱ガス流１１ａと常温ガスの混合が行われ高温状態となっている溝１５部分の存在ガスが、２度目の電流遮断までの短時間で常温に回復する可能性が極めて低く、効果的な固定側熱ガス流１１ａの冷却を行えないことになる。
【００１５】
こうした状況に鑑みて本発明はなされたもので、その目的とするところは、小型でありながら熱ガス流の冷却を効果的に行うことが可能で、高速再閉路遮断を実施した場合でも安定して熱ガス流の冷却を行える信頼性の向上したガス遮断器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
この発明は上記目的を達成するものであって、消弧性ガスが充填された円筒形状の密閉容器内の軸方向に一対のアーク接触子を対向して設け、前記アーク接触子を通常運転時は接触状態にし、電流遮断時には相対移動により開離して前記アーク接触子間にアークを発生させると共に、前記アークをガス発生手段により前記消弧性ガスを吹き付けて消弧し、かつ前記消弧性ガスの吹き付けで生じた熱ガス流を前記密閉容器内に同軸に設けた金属製の排気筒により前記アーク接触子から離れる方向に導き出すよう構成したガス遮断器において、前記排気筒は、内側を内筒流路とした円筒形状の内筒と、該内筒を間に外筒流路を設けて覆う同軸のカップ形状の外筒とを備えると共に、前記内筒の筒壁に前記内筒流路と前記外筒流路とを連通する孔が形成されていて、前記熱ガス流が、前記内筒流路を前記アーク接触子から離れる方向に流れて前記内筒の先端部分で折り返した後、前記外筒流路を前記内筒流路とは逆の方向に流れて前記排気筒の終端部分から排出されることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、小型でありながら熱ガス流の冷却を効果的に行え、また高速再閉路遮断を実施した場合においても安定して熱ガス流の冷却を行うことができる信頼性の向上したガス遮断器を実現できる等の効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施形態における排気筒の要部を示す断面図である。
【図２】本発明の第２の実施形態における排気筒の要部を示す断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態における内筒を、排気筒の一部を断面にして示す正面図である。
【図４】従来の一般的なガス遮断器の例を示す断面図である。
【図５】従来のガス遮断器の他の例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、以下の各実施形態は、排気筒の構成のみが図４に示す一般的なガス遮断器と主として異なるため、従来と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、従来と異なる本発明の実施の形態の構成について説明する。
【００２０】
（第１の実施形態）
先ず本発明の第１の実施形態を、遮断途中における状態を示す図１により説明する。
【００２１】
図１に示すように、第１の実施形態のガス遮断器における固定接触部１００の排気筒１０１は、例えばＳＦ６ガス等の消弧性ガス２が充填され、接地された円筒形状の金属製密閉容器のタンク１内に同軸に設けられた金属製のもので、内側を内筒流路１０２ａとした円筒形状の内筒１０２と、内筒１０２との間の隙間を外筒流路１０３ａとして内筒１０２を覆う同軸のカップ形状の外筒１０３とで構成されている。これにより、カップ形状の外筒１０３の内底面１０３ｂと、この内底面１０３ｂに対向する円形状の内筒１０２の先端１０２ｂとの間に折り返し部１０４が形成され、内筒流路１０２ａから折り返し部１０４に形成された折り返し部流路１０４ａ、外筒流路１０３ａへと続き、カップ形状の外筒１０３の縁部分を終端１０３ｃとする連続した流路１０５が形成される。
【００２２】
そして、内筒１０２の筒壁には、内筒流路１０２ａと外筒流路１０３ａとを連通する同開口径の孔１０６が複数形成されている。複数形成された孔１０６は、内筒１０２の筒中心線Ｏaに対し直交する断面における筒壁の同一円周上に少なくとも２つ以上が対称配置となるよう、すなわち、同一円周上に孔間隔が均等になるようにして少なくとも２つ以上が配置されるように形成されている。なお、孔１０６の形成は、効率的な冷却が可能となるよう分布を持たせ、例えば筒壁に格子状配置に設けたり、千鳥状配置となるように設けたりするようにしてもよく、また開口径の異なる孔を分布させるように設けてもよい。
【００２３】
また、複数個の孔１０６の総開口面積Ｓは、内筒流路１０２ａの流路断面積Ｓ１の５％以上、３０％以下となっている。さらに、内筒流路１０２ａの流路断面積Ｓ１については、折り返し部流路１０４ａの流路断面積Ｓ２より小さく、またさらに、折り返し部流路１０４ａの流路断面積Ｓ２は、流路断面形状が円環状の外筒流路１０３ａの流路断面積Ｓ３より小さくなっている。すなわち、形成された孔１０６の総開口面積Ｓと、内筒流路１０２ａの流路断面積Ｓ１、折返し部流路１０４ａの流路断面積Ｓ２、外筒流路１０３ａの流路断面積Ｓ３の関係式は、
（０．０５）Ｓ１＜Ｓ＜（０．３）Ｓ１ かつ Ｓ＜Ｓ１＜Ｓ２＜Ｓ３
となっている。
【００２４】
そして、上述の構成を有する第１の実施形態のガス遮断器の遮断過程は、図４の一般的なガス遮断器を参照して説明すると、可動接触部４が図４の左方向に後退移動して、可動アーク接触子４ａが固定接触部１００の固定アーク接触子３ａから開離し、両アーク接触子３ａ，４ａ間にアーク５を発生する。発生したアーク５に対し高圧力の消弧性ガス２が絶縁ノズル１０を介してアーク５に吹き付けられ、アーク５が消滅して電流遮断がなされる。さらに、吹き付けにより生じた熱ガス流１１のうちの固定側熱ガス流１１ａは、高速で排気筒１０１の内筒１０２内を流れる。
【００２５】
このとき、固定側熱ガス流１１ａは極めて高速の流れとなっているため、内筒１０２の内部に存在する常温ガス１０７と容易に混合せず、固定側熱ガス流１１ａが常温ガス１０７を前方に押し出すように流れる。これにより、固定側熱ガス流１１ａと常温ガス１０７とはガス境界面１０８を介して明確に領域が区分けされる。さらに、常温ガス１０７が内筒１０２の先端１０２ｂで外側の外筒流路１０３ａへと折り返した状態では、内筒１０２内部を流れる固定側熱ガス流１１ａと常温ガス１０７とは、内筒１０２の筒壁内外面に沿う対向流となる。
【００２６】
そして、内筒１０２の筒壁に複数個の孔１０６が形成されているので、孔１０６を通じて対向流となっている固定側熱ガス流１１ａと常温ガス１０７との間で活発な熱交換が起こる。この活発な熱交換によって高温の固定側熱ガス流１１ａの熱が常温ガス１０７へと移動し、固定側熱ガス流１１ａは効果的に冷却される。こうして冷却されながら固定側熱ガス流１１ａは、内筒流路１０２ａから折り返し部流路１０４ａへ、さらに外筒流路１０３ａへと流路１０５を流れ、外筒１０３縁部分の終端１０３ｃからタンク１内へと流れて排気されることになる。
【００２７】
このように内筒１０２に形成した複数個の孔１０６を介し、排気筒１０１内全ての常温ガス１０７で固定側熱ガス流１１ａを効果的に全体を均一に冷却することができることになり、また流路１０５の全長を折り返して流れるようにしていることから長くでき、冷却に費やされる時間も長くなって、固定側熱ガス流１１ａとなっている消弧性ガス２の絶縁耐力を十分に回復させることができる。その結果、ガス遮断器を小型化した場合でも、排気筒１０１の終端１０３ｃとタンク１との間での地絡発生を防止することができる。
【００２８】
さらに、高速再閉路遮断を実施した場合においても、排気筒１０１内全ての常温ガス１０７で固定側熱ガス流１１ａを安定して冷却することになるため、２回目の電流遮断となるも、冷却作用の低下を極僅かに抑えることができることになる。
【００２９】
また、排気筒１０１内部における固定側熱ガス流１１ａの流路１０５の断面積は、流れ方向に段階的に大きくなる構成となっているので、固定側熱ガス流１１ａは、常温ガス１０７と混合しながら途中で閉塞せずに流路１０５を円滑に流れ、タンク１へと排気されることになる。このため、アーク５の発生箇所から固定側熱ガス流１１ａは、流れを妨げられることなく流れて排気されることになり、消弧が速やかに行われ、アーク遮断性能の低下を招くことがない。さらに、内筒１０２からタンク１に至るまで流路１０５が狭まることなく連続しているため、外筒流路１０３ａを常温ガス１０７が勢いを失うことはなく、内筒流路１０２ａを流れる固定側熱ガス流１１ａと激しく混合されることになる。
【００３０】
またさらに、内筒１０２に形成された孔１０６の総開口面積Ｓは、内筒流路１０２ａの流路断面積Ｓ１の５％以上としているため、内筒１０２内を流れる固定側熱ガス流１１ａと、内筒１０２の外筒壁に沿った外筒流路１０３ａを流れる常温ガス１０７との接触面積は必要十分に確保でき、孔１０６を介しての固定側熱ガス流１１ａと常温ガス１０７との熱交換は活発に行われることになる。
【００３１】
また、孔１０６の総開口面積Ｓを、内筒流路１０２ａの流路断面積Ｓ１の３０％以下とすることで、孔１０６を通じて内筒１０２内を流れる固定側熱ガス流１１ａの大部分が、折返し部流路１０４ａを流れることなく外筒流路１０３ａへ短絡して流れ、タンク１へと排出されてしまうのが最低限に抑えられ、排気筒１０１内で固定側熱ガス流１１ａを十分に冷却することができる。
【００３２】
以上のように、本実施形態のガス遮断器は、小型でありながら熱ガス１１流の冷却を十分に行うことができ、また高速再閉路遮断を実施した場合においても、熱ガス流１１の冷却を効果的に行うことができる高い信頼性を有したものとなっている。
【００３３】
（第２の実施形態）
次に本発明の第２の実施形態を図２及び図３により説明する。
【００３４】
図２に遮断途中における状態を示すように、第２の実施形態のガス遮断器における固定接触部１１０の排気筒１１１は、第１の実施形態と同様に、消弧性ガス２が充填され、接地された円筒形状の金属製密閉容器のタンク１内に同軸に設けられた金属製のもので、内側を内筒流路１０２ａとした円筒形状の内筒１１２と、内筒１１２との間の隙間を外筒流路１０３ａとして内筒１１２を覆う同軸のカップ形状の外筒１１３とで構成されている。そして、カップ形状の外筒１１３の内底面１１３ａの中央部に、略円錐形状のフローガイド１１３ｂが内筒流路１０２ａ内方向に向けて突出するように設けられており、内底面１１３ａは、径方向断面がフローガイド１１３ｂからカップ形状の内側壁面１１３ｃにかけて、滑らかな連続した曲線を描くものとなっている。
【００３５】
これにより排気筒１１１内には、カップ形状の外筒１１３の内底面１１３ａと、この内底面１１３ａに対向する円形状の内筒１１２の先端１０２ｂとの間に折り返し部１１４が形成され、内筒流路１０２ａから折り返し部１１４に形成された折り返し部流路１１４ａ、外筒流路１０３ａへと続き、カップ形状の外筒１１３の縁部分を終端１０３ｃとする連続した流路１１５が形成される。
【００３６】
また、内筒１１２の筒壁には、内筒流路１０２ａと外筒流路１０３ａとを連通する同開口径の孔１１６が複数形成されている。複数形成された孔１１６は、内筒１１２内の内筒流路１０２ａを筒中心線Ｏa方向に流れる固定側熱ガス流１１ａの流れ方向に対して９０°以下の鋭角となる角度θを持つように、すなわち、流れ方向に対し漸次孔中心線Ｏbが内筒１１２の筒中心線Ｏaから９０°以下の鋭角の角度θ方向に遠ざかるように形成されている。さらに、複数の孔１１６は、内筒１１２の筒中心線Ｏaに対し直交する断面における筒壁の同一円周上に少なくとも２つ以上が対称配置となるように形成されていると共に、図３に示すように、筒壁に千鳥配置となるように形成されている。
【００３７】
そして、第１の実施形態と同様に、複数個の孔１１６の総開口面積Ｓは、内筒流路１０２ａの流路断面積Ｓ１の５％以上、３０％以下となっている。さらに、内筒流路１０２ａの流路断面積Ｓ１については、折り返し部流路１１４ａの流路断面積Ｓ２より小さく、またさらに、折り返し部流路１１４ａの流路断面積Ｓ２は、流路断面形状が円環状の外筒流路１０３ａの流路断面積Ｓ３より小さくなっている。すなわち、形成された孔１１６の総開口面積Ｓと、各流路１０２ａ，１１４ａ，１０３ａの各流路断面積Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３との関係式は、第１の実施形態と同じく、
（０．０５）Ｓ１＜Ｓ＜（０．３）Ｓ１ かつ Ｓ＜Ｓ１＜Ｓ２＜Ｓ３
となっている。
【００３８】
また、内筒１１２を覆う外筒１１３には、固定側熱ガス流１１ａの折り返し部流路１１４ａや外筒流路１０３ａがカップ形状内側に形成されており、カップ形状の底部外側部分には、外底面１１３ｄの中央部に、固定アーク接触子３ａに電流供給を行う高電圧導体１１７の一端が接続されている。なお、高電圧導体１１７は、その中間部が絶縁スペーサ１１８によってタンク１の内壁に絶縁支持されている。また図示しないが高電圧導体１１７の電流を計測する変流器等の計測部を底部外側部分に設けるようにしてもよい。
【００３９】
そして、上述の構成を有する第２の実施形態のガス遮断器の遮断過程は、第１の実施形態と同様に、可動接触部４の後退移動で可動アーク接触子４ａが固定接触部１００の固定アーク接触子３ａから開離し、両アーク接触子３ａ，４ａ間にアーク５を発生する。発生したアーク５に対し高圧力の消弧性ガス２が絶縁ノズル１０を介してアーク５に吹き付けられ、アーク５が消滅して電流遮断がなされる。さらに、吹き付けにより生じた熱ガス流１１のうちの固定側熱ガス流１１ａは、高速で排気筒１１１の内筒１１２内を流れる。
【００４０】
極めて高速の固定側熱ガス流１１ａの流れによって、内筒１１２内の常温ガス１０７と固定側熱ガス流１１ａとの間にガス境界面１０８が形成され、こうした状態で、固定側熱ガス流１１ａは、内筒流路１０２ａから折り返し部流路１１４ａで折り返して外筒流路１０３ａに流れ、内筒１１２の筒壁を介しての常温ガス１０７との対向流となる。対向流となった固定側熱ガス流１１ａと常温ガス１０７との間では、内筒１１２筒壁の複数個の孔１１６を介して熱交換が起こる。
【００４１】
このとき、孔１１６が固定側熱ガス流１１ａと常温ガス１０７の流れ方向に対して鋭角に形成されているので、固定側熱ガス流１１ａと常温ガス１０７は、孔１１６内に流れ込み易く、固定側熱ガス流１１ａの外筒流路１０３ａに向かおうとする流れと、常温ガス１０７の内筒流路１０２ａに向かおうとする流れが、孔１１６内で衝突する状態になる。この孔１１６内での衝突により活発な熱交換が行われ、固定側熱ガス流１１ａが常温ガス１０７により効果的に冷却される。
【００４２】
そして、固定側熱ガス流１１ａは、冷却されながら内筒流路１０２ａから折り返し部流路１１４ａへ、さらに外筒流路１０３ａへと流路１１５を流れ、外筒１１３縁部分の終端１０３ｃからタンク１内へと流れて排気される。なお、常温ガス１０７と固定側熱ガス流１１ａが流路１１５を流れる際、内底面１１３ａの中央に突出するフローガイド１１３ｂを設けたことにより、内底面１１３ａを半径方向に円滑に流れて折り返し、内筒流路１０２ａから外筒流路１０３ａへと停滞したり減速したりすることなく流れる。
【００４３】
このように内筒１１２に形成した複数個の孔１１６を介し、第１の実施形態と同様に、排気筒１１１内全ての常温ガス１０７で固定側熱ガス流１１ａを効果的に冷却することができる。また、一般的に準平等電界環境下においては、ガス絶縁上の最弱点部である最も高温度のガス部分によって絶縁耐力は決定付けられ、固定側熱ガス流１１ａの冷却に偏りがあるとガス遮断器の絶縁耐力は向上しないことになるが、内筒１１２には複数個の孔１１６が対称的に満遍なく形成されているため、固定側熱ガス流１１ａの冷却が一部分のみとなり、冷却不十分な部分が生じてしまうこともなく、固定側熱ガス流１１ａ全体を均一に冷却することができ、ガス遮断器の絶縁耐力を向上させることができる。
【００４４】
さらに、流路１１５が折り返して流す構成であるから、その流路長を長いものとすることができ、固定側熱ガス流１１ａが流れる時間が長くなり、冷却に費やされる時間も長くなって、固定側熱ガス流１１ａとなっている消弧性ガス２の絶縁耐力を十分に回復させることができる。その結果、ガス遮断器を小型化した場合でも、排気筒１１１の終端１０３ｃとタンク１との間での地絡発生を防止することができる。
【００４５】
またさらに、ガス遮断器は、上述のようにタンク１内に設けた排気筒１１１の外筒１１３の筒軸方向外側に、中間部が絶縁スペーサ１１８によってタンク１の内壁に絶縁支持されるようにして高電圧導体１１７等を配置することができることにより、ガス遮断器をより小型化したコンパクトなものとすることができる。
【００４６】
すなわち、ガス遮断器は、可動接触部４、ガス流発生手段６、固定接触部１１０や排気筒１１１等を備え、アークを消弧させ生じた熱ガス流１１を冷却する消弧室と呼ばれる部分以外にも、消弧室に外部から電流（固定アーク接触子３ａに供給する電流）を導くための高電圧導体１１７等の金属導体や、この金属導体を絶縁支持するための絶縁スペーサ１１８等の固体絶縁物、さらには金属導体の電流を計測する不図示の変流器など様々なコンポーネントから構成されている。そのため、図４に例示した従来の一般的なガス遮断器の排気筒１２のように単純な直円筒形のものでは、排気筒１２の熱ガス流１１を冷却して排気する筒軸方向に高温に弱い固体絶縁物や変流器などを配置せざるを得ない場合、広いデッドスペースを設けるべく、タンク１を大きくしなければならなくなる。しかし、本実施形態のように構成することで、その必要がなくなり、絶縁上などの必要最低限の距離を設けて配置すればよいことになる。
【００４７】
以上のように、本実施形態のガス遮断器は、第１の実施形態と同様に、小型でありながら熱ガス流１１の冷却を十分に行うことができ、また高速再閉路遮断を実施した場合においても、熱ガス流１１の冷却を効果的に行うことができる信頼性が向上したものとなっている。
【００４８】
なお、上記の各実施形態では、消弧性ガス２に、例えばＳＦ６ガス等を用いるとしているが、ＳＦ６ガスよりも地球温暖化係数（ＧＷＰ：Global Warming Potential）が小さいガス、例えば窒素や二酸化炭素、空気などを用いたり、天然に存在するガスのほうが人工ガスより環境の側面から考えると望ましいが、ＳＦ６ガスよりも地球温暖化係数が小さく比較的絶縁性能に優れた人工ガス、例えばＣＦ４等を用いたりするようにしてもよい。
【００４９】
また、上記の各実施形態の流路１０５，１１５は、各流路断面形状が流れ方向に不連続に広がって、各流路断面積Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３が段階的に大きくなる構成になっているが、各流路断面形状が流れ方向に沿って滑らかに、連続して広がり、各流路断面積が連続的に大きくなるように構成してもよく、さらにまた、上記の第１の実施形態において、タンク１内の外筒１０３の底部外側部分に、第２の実施形態と同様に、絶縁スペーサ１１８で絶縁支持するようにして高電圧導体１１７を設けたり、変流器等の計測部を設けたりするようにしてもよい。
【符号の説明】
【００５０】
１…タンク、２…消弧性ガス、３ａ…固定アーク接触子、４…可動接触部、４ａ…可動アーク接触子、５…アーク、１０…絶縁ノズル、１１…熱ガス流、１１ａ…固定側熱ガス流、１００，１１０…固定接触部、１０１，１１１…排気筒、１０２，１１２…内筒、１０２ａ…内筒流路、１０２ｂ…先端、１０３，１１３…外筒、１０３ａ…外筒流路、１０３ｂ，１１３ａ…内底面、１０３ｃ…終端、１０４，１１４…折り返し部、１０４ａ，１１４ａ…折り返し部流路、１０５，１１５…流路、１０６，１１６…孔、１０７…常温ガス、１０８…ガス境界面、１１３ｂ…フローガイド、１１３ｃ…内側壁面、１１３ｄ…外底面、１１７…高電圧導体、１１８…絶縁スペーサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
消弧性ガスが充填された円筒形状の密閉容器内の軸方向に一対のアーク接触子を対向して設け、前記アーク接触子を通常運転時は接触状態にし、電流遮断時には相対移動により開離して前記アーク接触子間にアークを発生させると共に、前記アークをガス発生手段により前記消弧性ガスを吹き付けて消弧し、かつ前記消弧性ガスの吹き付けで生じた熱ガス流を前記密閉容器内に同軸に設けた金属製の排気筒により前記アーク接触子から離れる方向に導き出すよう構成したガス遮断器において、
前記排気筒は、内側を内筒流路とした円筒形状の内筒と、該内筒との間に外筒流路を設けて同軸状に覆うカップ形状の外筒とを備えると共に、前記内筒の筒壁に前記内筒流路と前記外筒流路とを連通する孔が形成されていて、前記熱ガス流が、前記内筒流路を前記アーク接触子から離れる方向に流れて前記内筒の先端部分で折り返した後、前記外筒流路を前記内筒流路とは逆の方向に流れて前記排気筒の終端部分から排出されることを特徴とするガス遮断器。
【請求項２】
前記孔の総開口面積は、前記内筒流路の流路断面積の５％以上、３０％以下であって、かつ前記内筒流路と前記外筒流路の流路断面積が、前記熱ガス流の流れ方向に沿って漸次増大していることを特徴とする請求項１記載のガス遮断器。
【請求項３】
前記孔は、孔方向が前記熱ガス流の前記内筒内部における流れ方向に対して鋭角となっていることを特徴とする請求項１または請求項２記載のガス遮断器。
【請求項４】
前記孔は、筒中心線に直交する断面における前記筒壁の同一円周上に、少なくとも２つ以上が対称配置となるように形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のガス遮断器。
【請求項５】
前記孔は、前記筒壁に千鳥配置となるように形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のガス遮断器。
【請求項６】
前記外筒は、カップ形状の内底面中央部に、前記内筒流路内方向に向けて突出する略円錐形状のフローガイドが設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のガス遮断器。
【請求項７】
前記密閉容器内の前記外筒の底部外側部分に、前記アーク接触子に給電する金属導体、または前記金属導体を絶縁支持する固体絶縁物、または前記金属導体の電流を計測する変流器のいずれかを配置したことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のガス遮断器。
【請求項８】
前記消弧性ガスをＳＦ６ガスよりも地球温暖化係数の小さいガスで形成したことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載のガス遮断器。
【請求項１】
消弧性ガスが充填された円筒形状の密閉容器内の軸方向に一対のアーク接触子を対向して設け、前記アーク接触子を通常運転時は接触状態にし、電流遮断時には相対移動により開離して前記アーク接触子間にアークを発生させると共に、前記アークをガス発生手段により前記消弧性ガスを吹き付けて消弧し、かつ前記消弧性ガスの吹き付けで生じた熱ガス流を前記密閉容器内に同軸に設けた金属製の排気筒により前記アーク接触子から離れる方向に導き出すよう構成したガス遮断器において、
前記排気筒は、内側を内筒流路とした円筒形状の内筒と、該内筒との間に外筒流路を設けて同軸状に覆うカップ形状の外筒とを備えると共に、前記内筒の筒壁に前記内筒流路と前記外筒流路とを連通する孔が形成されていて、前記熱ガス流が、前記内筒流路を前記アーク接触子から離れる方向に流れて前記内筒の先端部分で折り返した後、前記外筒流路を前記内筒流路とは逆の方向に流れて前記排気筒の終端部分から排出されることを特徴とするガス遮断器。
【請求項２】
前記孔の総開口面積は、前記内筒流路の流路断面積の５％以上、３０％以下であって、かつ前記内筒流路と前記外筒流路の流路断面積が、前記熱ガス流の流れ方向に沿って漸次増大していることを特徴とする請求項１記載のガス遮断器。
【請求項３】
前記孔は、孔方向が前記熱ガス流の前記内筒内部における流れ方向に対して鋭角となっていることを特徴とする請求項１または請求項２記載のガス遮断器。
【請求項４】
前記孔は、筒中心線に直交する断面における前記筒壁の同一円周上に、少なくとも２つ以上が対称配置となるように形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のガス遮断器。
【請求項５】
前記孔は、前記筒壁に千鳥配置となるように形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のガス遮断器。
【請求項６】
前記外筒は、カップ形状の内底面中央部に、前記内筒流路内方向に向けて突出する略円錐形状のフローガイドが設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のガス遮断器。
【請求項７】
前記密閉容器内の前記外筒の底部外側部分に、前記アーク接触子に給電する金属導体、または前記金属導体を絶縁支持する固体絶縁物、または前記金属導体の電流を計測する変流器のいずれかを配置したことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のガス遮断器。
【請求項８】
前記消弧性ガスをＳＦ６ガスよりも地球温暖化係数の小さいガスで形成したことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載のガス遮断器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−６９３４８（Ｐ２０１２−６９３４８Ａ）
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１２５４９（Ｐ２０１０−２１２５４９）
【出願日】平成２２年９月２２日（２０１０．９．２２）
【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４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２２日（２０１０．９．２２）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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