ガス遮断器
【課題】本発明の実施形態は、高速度再閉路責務における１回目の遮断により発生する高温ガスが自力室に残留する量を少なくすることで、自力室内の消弧性ガス１６のガス温度を低くし、２回目の遮断の際吹き付けるガスを低温化し極間の絶縁耐力を高めた消弧性能を有するガス遮断器を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の実施形態におけるガス遮断機は、消弧性ガスが充填された自力室と、消弧性ガスが充填され、前記自力室とは中間壁により遮られた機械室と、電流遮断動作時および投入動作時に前記機械室の体積を変化させるピストンと、前記中間壁に設けられ、前記自力室と前記機械室とを貫通する通気孔と、前記中間壁に設けられ、前記自力室から前記機械室への消弧性ガスの流入を妨げる第１のバルブと、を備える。
また、投入動作時に前記自力室に充填された消弧性ガスが前記機械室に、前記通気孔を介して流入する。
【解決手段】本発明の実施形態におけるガス遮断機は、消弧性ガスが充填された自力室と、消弧性ガスが充填され、前記自力室とは中間壁により遮られた機械室と、電流遮断動作時および投入動作時に前記機械室の体積を変化させるピストンと、前記中間壁に設けられ、前記自力室と前記機械室とを貫通する通気孔と、前記中間壁に設けられ、前記自力室から前記機械室への消弧性ガスの流入を妨げる第１のバルブと、を備える。
また、投入動作時に前記自力室に充填された消弧性ガスが前記機械室に、前記通気孔を介して流入する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、ガス遮断器に関する。
【背景技術】
【０００２】
電流遮断機能を有する開閉器には、その使用目的、必要とされる機能に応じて、負荷開閉器、断路器、遮断器など様々なものが存在する。その多くは消弧性ガス中に一対の接点を配置し、通電時には両者を接触状態に保つことで通電を行い、電流遮断動作時には接点を解離させて消弧性ガス中にアーク放電を発生させ、そのアークを消弧することで電流を遮断する方式である。
【０００３】
ここでは、７２ｋＶ以上の高電圧送電系統の保護用開閉器として広く使用されているパッファ形ガス遮断器を例にとり、図５を用いて従来の技術を説明する。図５はこのようなガス遮断器の断面構造図の一例であり、遮断動作途中の状態を示している。図５の各部は基本的に同軸円筒形状であるため、下部半分は省略した。
【０００４】
図５に示すように、接地された金属あるいは碍子等からなる密閉容器１５内には、消弧性ガス１６が充填されている。近年普及しているガス遮断器においては、消弧性ガス１６として、ＳＦ６ガスが使用されることが多い。ＳＦ６ガスは、アークを消滅させる性能（消弧性能）、および電気絶縁性能に優れており、特に高電圧送電系統に用いられる電流の開閉装置においては広く使用されている。
【０００５】
密閉容器１５内には可動アーク接触子１および固定アーク接触子２が対向して配置されている。可動アーク接触子１および固定アーク接触子２は通常運転（定常状態）時では接触導通状態にあり、遮断動作時は相対移動により開離すると共に可動アーク接触子１および固定アーク接触子２間の空間にアークプラズマ１７が発生する。
【０００６】
そして、自力室５は可動アーク接触子１、自力室容器４、および中間壁２３に囲われた空間であり、機械室１８は可動アーク接触子１、自力室容器４、ピストン１９、および中間壁２３に囲われた空間である。遮断動作時には自力室５の左側に設けられた機械室１８内の消弧性ガス１６をピストン１９により圧縮し、第１のバルブ２０から消弧性ガス１６を自力室５に噴出し、消弧性ガス１６をガス流１２ｂとしてアークプラズマ１７に吹付ける。この電流遮断動作時のピストン１９の移動方向１３を破線矢印として示す。
【０００７】
以上を含む構成を有するガス遮断器の遮断過程において、自力室圧力Ｐｔ１０は２つの方法により上昇される。ひとつの方法は固定アーク接触子２と可動アーク接触子１の間に発生する高温なアークプラズマ１７のエネルギーによる体積膨張によるもの、もうひとつの方法は機械室１８からの消弧性ガス１６の噴出によるものである。
【０００８】
これにより自力室５内に存在する消弧性ガス１６が高圧力のガス流１２ｂとなってノズル３および可動アーク接触子１の間を通過してアークプラズマ１７へ高速に吹き付けられる。アークプラズマ１７は消弧性ガス１６が吹き付けられることにより消滅し、電流が遮断できるようになる。一般的に、自力室圧力Ｐｔ１０が高いほど、消弧性ガス１６が強力にアークプラズマ１７へと吹付けられるため、より高い電流遮断性能が得られることが知られている。
【０００９】
なお、高温のアークプラズマ１７に吹付けられた消弧性ガス１６は高温状態となり、可動アーク接触子１内および固定アーク接触子２とノズル３の間を通過して、最終的には密閉容器１５内へ放散される。
【００１０】
また、近年はアークプラズマ１７の熱エネルギーを自力室５内に積極的にとりこむことで、より高い吹付け圧力を得る方式が提案されている。例えば、図示による詳細な説明は省略するが、遮断動作の初期に、可動アーク接触子１側の熱ガス流を自力室５の圧縮エネルギーとして利用する方法が開示されている。また、自力室５を軸方向に２分割し、アークアークプラズマ１７に近い方のパッファ室の容積を限定することで、特に大電流遮断動作時にアークプラズマ１７への高い吹付け圧力を獲得する方式も開示されている。
【００１１】
これらの方式によると、パッファ室の圧力上昇にアークの熱エネルギーを積極的に活用することで、より高い吹付け圧力が得られ、遮断性能を向上させることができる。このため遮断器を小形化することができ、固定アーク接触子２の駆動に必要なエネルギーが低減されることにより、駆動装置は小形、低コストとなり、機械的な信頼性も向上する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開昭６２−２７６７１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上述した直列パッファ消弧方式は、体積が一定である自力室の後段に、遮断動作時に機械的に体積が圧縮される機械室を設け自力室に消弧性ガスを押し出し、アークプラズマへの消弧性ガスの吹き付け量を増大させるものである。この方式での高速度再閉路責務（O−(θ)−CO）においては、1回目の遮断により発生する高温ガスが自力室に残留し、2回目の遮断の際高温のままアークプラズマへ吹き付けられるため、極間の絶縁が不充分となる問題があった。
【００１４】
本発明の実施形態は、高速度再閉路責務における１回目の遮断により発生する高温ガスが自力室に残留する量を少なくすることで、自力室内の消弧性ガスのガス温度を低くし、２回目の遮断の際吹き付ける消弧性ガスを低温化し極間の絶縁耐力を高めた消弧性能を有する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】
【００１５】
本発明の実施形態におけるガス遮断機は、消弧性ガスが充填された自力室と、消弧性ガスが充填され、前記自力室とは中間壁により遮られた機械室と、電流遮断動作時および投入動作時に前記機械室の体積を変化させるピストンと、前記中間壁に設けられ、前記自力室と前記機械室とを貫通する通気孔と、前記中間壁に設けられ、前記自力室から前記機械室への消弧性ガスの流入を妨げる第１のバルブと、を備える。
【００１６】
また、投入動作時に前記自力室に充填された消弧性ガスが前記機械室に、前記通気孔を介して流入する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１の実施形態のガス遮断器を示す断面図。
【図２】第２の実施形態のガス遮断器を示す断面図。
【図３】第３の実施形態のガス遮断器の遮断動作前半を示す断面図。
【図４】第３の実施形態のガス遮断器の遮断動作後半を示す断面図。
【図５】従来のガス遮断器を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態におけるガス遮断器について図面を用いて説明する。
【００１９】
（第１の実施形態）
本実施形態のガス遮断器の構成について、図１を用いて説明する。なお、上述した従来のガス遮断器と異なる点は、自力室５と機械室１８とを遮る中間壁２３に通気孔２２を設けた点である。
【００２０】
接地された金属あるいは碍子等からなる密閉容器１５内には、消弧性ガス１６が充填されている。密閉容器１５内には可動アーク接触子１および固定アーク接触子２が対向して配置されている。可動アーク接触子１および固定アーク接触子２は通常運転時では接触導通状態にあり、遮断動作時は相対移動により開離すると共に可動アーク接触子１および固定アーク接触子２間の空間にアークプラズマ１７が発生する。
【００２１】
そして、遮断動作時には自力室５の左側に設けられた機械室１８中の消弧性ガス１６をピストン１９により圧縮し、第１のバルブ２０および通気孔２２から消弧性ガス１６を自力室５に噴出し、消弧性ガス１６をガス流１２ｂとしてアークプラズマ１７に吹きつける。ここでの第１のバルブ２０、下述する第２のバルブ２１等のバルブは、バネによって設置されている穴を塞いでおり、隣接する空間の圧力差が一定以上となった場合に、各バルブが開放される。例えば、第１のバルブ２０は、中間壁２３の自力室５側に設けられており、機械室１８内の消弧性ガス１６のガス圧（以下、機械室圧力Ｐｍ１１と言う）が自力室５内の消弧性ガス１６のガス圧（以下、自力室圧力Ｐｔ１０と言う）より大きくなった場合に開放され、内封された消弧性ガス１６は機械室１８から自力室５に流れ込む。
【００２２】
以上を含む構成を有するガス遮断器の遮断過程において、自力室圧力Ｐｔ１０は２つの方法により上昇される。ひとつの方法は固定アーク接触子２と可動アーク接触子１の間に発生する非常に高温なアークプラズマ１７のエネルギーによる体積膨張によるもの、もうひとつの方法は機械室１８から第１のバルブ２０または通気孔２２を通って消弧性ガス１６を噴出させるものである。
【００２３】
これにより自力室５内に存在する消弧性ガス１６が高圧力のガス流となってノズル３および可動アーク接触子１の間を通過してアークプラズマ１７に吹き付けられる。アークプラズマ１７は消弧性ガス１６が吹き付けられることにより消滅され、電流が遮断できるようになる。
【００２４】
次に、上述したガス遮断器にて高速度再閉路責務（O−(θ)−CO）を実施する際の動作について説明する。
【００２５】
図１において１回目の遮断終了時にはピストン１９が、中間壁２３に近づき隙間を残して停止する。この時点で自力室５にはアークプラズマ１７により加熱された消弧性ガス１６が充満している。この電流遮断動作時のピストン１９の移動方向１３を破線矢印として示す。
【００２６】
その後の投入動作では、ピストン１９が移動方向１４に引かれるため、機械室圧力Ｐｍ１１が低くなり、自力室５に充満している消弧性ガス１６は、第２のバルブ２１および通気孔２２から機械室１８内へ供給される。このとき第２のバルブ２１のバネ強度と通気孔２２の径との関係により、投入動作時の機械室１８へ流れ込む消弧性ガス１６のうち第２のバルブ２１を通るものの割合を変えることが可能となる。この投入動作時のピストン１９の移動方向１４を実線矢印として示す。
【００２７】
その後２回目の遮断動作では、再度ピストン１９が移動方向１３に押され、遮断動作後半にバルブ２０が開き機械室１８内の消弧性ガス１６を自力室５に送り込む。自力室５に送り込まれた消弧性ガス１６は、動作以前に自力室５に充満していた低温の消弧性ガス１６を押し出し、ノズル３および可動アーク接触子１の間を通過してアークプラズマ１７に吹きつけられる。
【００２８】
本実施形態によれば、通気孔２２を中間壁２３に設けたため、投入動作時に自力室５に充満した高温の消弧性ガス１６を機械室１８に取り込むことによって、２回目の遮断動作時には、低温の消弧性ガス１６をアークプラズマ１７に対して吹きつけることが可能となる。そのため、絶縁性能の回復が早くなることから耐電圧が増加する。
【００２９】
また、第２のバルブ２１のバネ強度と、通気孔２２の径により、投入動作時の機械室１８へ流れ込む消弧性ガス１６のうち、第２のバルブ２１を通るものの割合を変えることが可能となる。また、通気孔２２を複数設けることによって、投入動作時の機械室１８へ流れ込む消弧性ガス１６のうち、第２のバルブ２１を通るものの割合を変えることも可能である。ここで、通気孔２２の自力室５側の径と機械室１８側の径を同一とせず、自力室５側の径を大きくすることによって、さらに多くの高温の消弧性ガス１６を機械室１８に取り込むことが可能となる。
【００３０】
なお、中間壁２３に設ける通気孔２２の位置は、遮断動作時にアークプラズマ１７により供給される高温の消弧性ガス１６のガス流１２ａの経路上に設けられることにより、さらに多くの高温の消弧性ガス１６を機械室１８に取り込むことが可能となる。ここで、ガス流１２ａの経路上とは、中間壁２３の中心より可動アーク接触子１側である。
【００３１】
（第２の実施形態）
本実施形態のガス遮断器の断面構成図を図２に示す。図２はガス遮断器の遮断動作途中の状態を示しており、図１に示す第１の実施形態と異なる点は、通気孔２２に第３のバルブ２４を設けた点である。その他の構成については、第１の実施形態と同一のため説明は省略する。
【００３２】
次に、上述したガス遮断器にて高速度再閉路責務（O−(θ)−CO）を実施する際の動作について説明する。
【００３３】
図２において１回目の遮断終了時にはピストン１９が、中間壁２３に近づき隙間を残して停止する。この時点で自力室５にはアークプラズマ１７により加熱された消弧性ガス１６が充満している。
【００３４】
その後の投入動作では、ピストン１９が移動方向１４に引かれるため、機械室圧力Ｐｍ１１が低くなり、第２のバルブ２１および第３のバルブ２４により、機械室１８内へ消弧性ガス１６が供給される。このとき第２のバルブ２１のバネ条件と第３のバルブ２４のバネ条件により投入動作時の機械室１８へ流れ込む消弧性ガス１６のうち第２のバルブ２１を通るものの割合を変えることが可能となる。
【００３５】
その後２回目の遮断動作では、再度ピストン１９が移動方向１３に押され、遮断動作後半に第１のバルブ２０が開き、機械室１８内の消弧性ガス１６を自力室５に送り込む。自力室５に送り込まれた消弧性ガス１６は、動作以前に自力室５に充満していた低温の消弧性ガス１６を押し出し、ノズル３および可動アーク接触子１の間を通過してアークプラズマ１７に吹きつけられる。
【００３６】
本実施形態によれば、第１の実施形態の効果に加え、第２のバルブ２１のバネ強度を強くすると、投入動作時に機械室１８内へのガス供給は主として自力室５から第３のバルブ２４を介して行われるため、最初の遮断により発生し自力室に滞留した高温ガスを次の投入で機械室１８側に送り込むことができる。また、遮断動作初期の段階で機械室１８から自力室５への消弧性ガス１６のリークが少なくなることから、遮断動作後半まで機械室１８内の消弧性ガス１６の圧力を高く保つことができ、広いアーク時間領域での消弧が可能となる。
【００３７】
なお、本実施形態では、通気孔２２に第３のバルブ２４を設けたが、機械室１８から自力室５への消弧性ガス１６の移動を防ぎ、自力室５から機械室１８へは移動可能とする逆止弁でも同様の効果が得られる。
【００３８】
（第３の実施形態）
本実施形態のガス遮断器の断面構成図を図３に示す。図３はガス遮断器の遮断動作途中の状態を示しており、図１に示す第１の実施形態と異なる点は、通気孔２２を廃し、第１のバルブ２０の構成を以下のように変更した点である。
【００３９】
この第１のバルブ２０は、バネにて中間壁２３に設けられた穴を塞ぎ、機械室１８から自力室５への消弧性ガス１６の移動を抑制する点は第１のバルブ２０と同様であるが、バネが自然長の場合も中間壁２３に設けられた穴を完全に塞いでいない。つまり、自力室圧力Ｐｔ１０が機械室圧力Ｐｍ１１より高い場合には、自力室５から機械室１８への消弧性ガス１６の流入は可能となる。ここで、バネが自然長の場合を示す定常状態での第１のバルブ２０と中間壁２３との隙間は、中間壁２３に設けられた穴の径がボルトのＪＩＳ規格Ｍ６、Ｍ８に対応する場合に、０．１ｍｍ〜１ｍｍ程度とすることが好ましい。
【００４０】
その他の構成については、第１の実施形態と同様であるため説明は省略する。
【００４１】
次に、上述したガス遮断器にて高速度再閉路責務（O−(θ)−CO）を実施する際の動作について説明する。
【００４２】
図３は1回目の遮断動作開始直後の様子を示したもので、ここから遮断動作が進展すると図４に示した位置までピストン１９が移動方向１３に移動し、機械室圧力Ｐｍ１１が上昇して自力室圧力Ｐｔ１０との差が設定圧力以上に達すると第１のバルブ２０が開く。ただし上述したように、図３の時点で第１のバルブ２０は完全に閉じた状態ではなく隙間があり、自力室５と機械室１８との間で常に消弧性ガス１６のやり取りが可能な構造となっている。１回目の遮断動作終了時にはピストン１９が、中間壁２３に近づき僅かの空間を残して停止する。この時点で自力室５にはアークにより加熱された消弧性ガス１６が充満している。
【００４３】
その後の投入動作では、ピストン１９が移動方向１３に引かれるため、機械室圧力Ｐｍ１１が低くなり、第２のバルブ２１に加えて第１のバルブ２０の隙間により、機械室１８内へ消弧性ガス１６が供給される。
【００４４】
その後２回目の遮断では再度ピストン１９が右向きに押され、遮断動作後半にバルブ２０が開き機械室１８内の消弧性ガス１６を自力室５に送り込む。自力室５に送り込まれた消弧性ガス１６は、動作以前に自力室５に充満していた低温の消弧性ガス１６を押し出し、ノズル３および可動アーク接触子１の間を通過してアークプラズマ１７に吹きつけられる。
【００４５】
本実施形態によれば、第１の実施形態の効果に加え、新たに通気孔２２を設ける必要がなく、ガス遮断器の作製工数を低減するとともに、中間壁２３の強度を向上させることが可能である。
【００４６】
なお、本実施形態のピストン１９が移動方向１３と移動方向１４に移動することにより、機械室１８の体積を変化させているが、ピストン１９が固定されており、動作時に可動アーク接触子１、ノズル３、自力室容器４、中間壁２３等の可動部が移動することにより、ピストン１９と可動部との相対位置を変化させ、機械室１８の体積を変化させても同様の効果を得ることが可能である。
【００４７】
本発明に係る実施形態によれば、高速度再閉路責務における１回目の遮断により発生する高温の消弧性ガス１６が自力室５に残留する量を少なくすることで、自力室５内の消弧性ガス１６のガス温度を低くし、２回目の遮断の際吹き付ける消弧性ガス１６を低温化し極間の絶縁耐力を高めた消弧性能を有するガス遮断器を提供することが可能となる。
【００４８】
以上、本発明のいくつかの実施形態について説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことが出来る。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４９】
１…可動アーク接触子
２…固定アーク接触子
３…ノズル
４…自力室容器
５…自力室
８…放圧バルブ
１０…自力室圧力Ｐｔ
１１…機械室圧力Ｐｍ
１２ａ、１２ｂ…ガス流
１３…電流遮断動作時ピストン移動方向
１４…投入動作時ピストン移動方向
１５…密閉容器
１６…消弧性ガス
１７…アークプラズマ
１８…機械室
１９…ピストン
２０…第１のバルブ
２１…第２のバルブ
２２…通気孔
２３…中間壁
２４…第３のバルブ
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、ガス遮断器に関する。
【背景技術】
【０００２】
電流遮断機能を有する開閉器には、その使用目的、必要とされる機能に応じて、負荷開閉器、断路器、遮断器など様々なものが存在する。その多くは消弧性ガス中に一対の接点を配置し、通電時には両者を接触状態に保つことで通電を行い、電流遮断動作時には接点を解離させて消弧性ガス中にアーク放電を発生させ、そのアークを消弧することで電流を遮断する方式である。
【０００３】
ここでは、７２ｋＶ以上の高電圧送電系統の保護用開閉器として広く使用されているパッファ形ガス遮断器を例にとり、図５を用いて従来の技術を説明する。図５はこのようなガス遮断器の断面構造図の一例であり、遮断動作途中の状態を示している。図５の各部は基本的に同軸円筒形状であるため、下部半分は省略した。
【０００４】
図５に示すように、接地された金属あるいは碍子等からなる密閉容器１５内には、消弧性ガス１６が充填されている。近年普及しているガス遮断器においては、消弧性ガス１６として、ＳＦ６ガスが使用されることが多い。ＳＦ６ガスは、アークを消滅させる性能（消弧性能）、および電気絶縁性能に優れており、特に高電圧送電系統に用いられる電流の開閉装置においては広く使用されている。
【０００５】
密閉容器１５内には可動アーク接触子１および固定アーク接触子２が対向して配置されている。可動アーク接触子１および固定アーク接触子２は通常運転（定常状態）時では接触導通状態にあり、遮断動作時は相対移動により開離すると共に可動アーク接触子１および固定アーク接触子２間の空間にアークプラズマ１７が発生する。
【０００６】
そして、自力室５は可動アーク接触子１、自力室容器４、および中間壁２３に囲われた空間であり、機械室１８は可動アーク接触子１、自力室容器４、ピストン１９、および中間壁２３に囲われた空間である。遮断動作時には自力室５の左側に設けられた機械室１８内の消弧性ガス１６をピストン１９により圧縮し、第１のバルブ２０から消弧性ガス１６を自力室５に噴出し、消弧性ガス１６をガス流１２ｂとしてアークプラズマ１７に吹付ける。この電流遮断動作時のピストン１９の移動方向１３を破線矢印として示す。
【０００７】
以上を含む構成を有するガス遮断器の遮断過程において、自力室圧力Ｐｔ１０は２つの方法により上昇される。ひとつの方法は固定アーク接触子２と可動アーク接触子１の間に発生する高温なアークプラズマ１７のエネルギーによる体積膨張によるもの、もうひとつの方法は機械室１８からの消弧性ガス１６の噴出によるものである。
【０００８】
これにより自力室５内に存在する消弧性ガス１６が高圧力のガス流１２ｂとなってノズル３および可動アーク接触子１の間を通過してアークプラズマ１７へ高速に吹き付けられる。アークプラズマ１７は消弧性ガス１６が吹き付けられることにより消滅し、電流が遮断できるようになる。一般的に、自力室圧力Ｐｔ１０が高いほど、消弧性ガス１６が強力にアークプラズマ１７へと吹付けられるため、より高い電流遮断性能が得られることが知られている。
【０００９】
なお、高温のアークプラズマ１７に吹付けられた消弧性ガス１６は高温状態となり、可動アーク接触子１内および固定アーク接触子２とノズル３の間を通過して、最終的には密閉容器１５内へ放散される。
【００１０】
また、近年はアークプラズマ１７の熱エネルギーを自力室５内に積極的にとりこむことで、より高い吹付け圧力を得る方式が提案されている。例えば、図示による詳細な説明は省略するが、遮断動作の初期に、可動アーク接触子１側の熱ガス流を自力室５の圧縮エネルギーとして利用する方法が開示されている。また、自力室５を軸方向に２分割し、アークアークプラズマ１７に近い方のパッファ室の容積を限定することで、特に大電流遮断動作時にアークプラズマ１７への高い吹付け圧力を獲得する方式も開示されている。
【００１１】
これらの方式によると、パッファ室の圧力上昇にアークの熱エネルギーを積極的に活用することで、より高い吹付け圧力が得られ、遮断性能を向上させることができる。このため遮断器を小形化することができ、固定アーク接触子２の駆動に必要なエネルギーが低減されることにより、駆動装置は小形、低コストとなり、機械的な信頼性も向上する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開昭６２−２７６７１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上述した直列パッファ消弧方式は、体積が一定である自力室の後段に、遮断動作時に機械的に体積が圧縮される機械室を設け自力室に消弧性ガスを押し出し、アークプラズマへの消弧性ガスの吹き付け量を増大させるものである。この方式での高速度再閉路責務（O−(θ)−CO）においては、1回目の遮断により発生する高温ガスが自力室に残留し、2回目の遮断の際高温のままアークプラズマへ吹き付けられるため、極間の絶縁が不充分となる問題があった。
【００１４】
本発明の実施形態は、高速度再閉路責務における１回目の遮断により発生する高温ガスが自力室に残留する量を少なくすることで、自力室内の消弧性ガスのガス温度を低くし、２回目の遮断の際吹き付ける消弧性ガスを低温化し極間の絶縁耐力を高めた消弧性能を有する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】
【００１５】
本発明の実施形態におけるガス遮断機は、消弧性ガスが充填された自力室と、消弧性ガスが充填され、前記自力室とは中間壁により遮られた機械室と、電流遮断動作時および投入動作時に前記機械室の体積を変化させるピストンと、前記中間壁に設けられ、前記自力室と前記機械室とを貫通する通気孔と、前記中間壁に設けられ、前記自力室から前記機械室への消弧性ガスの流入を妨げる第１のバルブと、を備える。
【００１６】
また、投入動作時に前記自力室に充填された消弧性ガスが前記機械室に、前記通気孔を介して流入する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１の実施形態のガス遮断器を示す断面図。
【図２】第２の実施形態のガス遮断器を示す断面図。
【図３】第３の実施形態のガス遮断器の遮断動作前半を示す断面図。
【図４】第３の実施形態のガス遮断器の遮断動作後半を示す断面図。
【図５】従来のガス遮断器を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態におけるガス遮断器について図面を用いて説明する。
【００１９】
（第１の実施形態）
本実施形態のガス遮断器の構成について、図１を用いて説明する。なお、上述した従来のガス遮断器と異なる点は、自力室５と機械室１８とを遮る中間壁２３に通気孔２２を設けた点である。
【００２０】
接地された金属あるいは碍子等からなる密閉容器１５内には、消弧性ガス１６が充填されている。密閉容器１５内には可動アーク接触子１および固定アーク接触子２が対向して配置されている。可動アーク接触子１および固定アーク接触子２は通常運転時では接触導通状態にあり、遮断動作時は相対移動により開離すると共に可動アーク接触子１および固定アーク接触子２間の空間にアークプラズマ１７が発生する。
【００２１】
そして、遮断動作時には自力室５の左側に設けられた機械室１８中の消弧性ガス１６をピストン１９により圧縮し、第１のバルブ２０および通気孔２２から消弧性ガス１６を自力室５に噴出し、消弧性ガス１６をガス流１２ｂとしてアークプラズマ１７に吹きつける。ここでの第１のバルブ２０、下述する第２のバルブ２１等のバルブは、バネによって設置されている穴を塞いでおり、隣接する空間の圧力差が一定以上となった場合に、各バルブが開放される。例えば、第１のバルブ２０は、中間壁２３の自力室５側に設けられており、機械室１８内の消弧性ガス１６のガス圧（以下、機械室圧力Ｐｍ１１と言う）が自力室５内の消弧性ガス１６のガス圧（以下、自力室圧力Ｐｔ１０と言う）より大きくなった場合に開放され、内封された消弧性ガス１６は機械室１８から自力室５に流れ込む。
【００２２】
以上を含む構成を有するガス遮断器の遮断過程において、自力室圧力Ｐｔ１０は２つの方法により上昇される。ひとつの方法は固定アーク接触子２と可動アーク接触子１の間に発生する非常に高温なアークプラズマ１７のエネルギーによる体積膨張によるもの、もうひとつの方法は機械室１８から第１のバルブ２０または通気孔２２を通って消弧性ガス１６を噴出させるものである。
【００２３】
これにより自力室５内に存在する消弧性ガス１６が高圧力のガス流となってノズル３および可動アーク接触子１の間を通過してアークプラズマ１７に吹き付けられる。アークプラズマ１７は消弧性ガス１６が吹き付けられることにより消滅され、電流が遮断できるようになる。
【００２４】
次に、上述したガス遮断器にて高速度再閉路責務（O−(θ)−CO）を実施する際の動作について説明する。
【００２５】
図１において１回目の遮断終了時にはピストン１９が、中間壁２３に近づき隙間を残して停止する。この時点で自力室５にはアークプラズマ１７により加熱された消弧性ガス１６が充満している。この電流遮断動作時のピストン１９の移動方向１３を破線矢印として示す。
【００２６】
その後の投入動作では、ピストン１９が移動方向１４に引かれるため、機械室圧力Ｐｍ１１が低くなり、自力室５に充満している消弧性ガス１６は、第２のバルブ２１および通気孔２２から機械室１８内へ供給される。このとき第２のバルブ２１のバネ強度と通気孔２２の径との関係により、投入動作時の機械室１８へ流れ込む消弧性ガス１６のうち第２のバルブ２１を通るものの割合を変えることが可能となる。この投入動作時のピストン１９の移動方向１４を実線矢印として示す。
【００２７】
その後２回目の遮断動作では、再度ピストン１９が移動方向１３に押され、遮断動作後半にバルブ２０が開き機械室１８内の消弧性ガス１６を自力室５に送り込む。自力室５に送り込まれた消弧性ガス１６は、動作以前に自力室５に充満していた低温の消弧性ガス１６を押し出し、ノズル３および可動アーク接触子１の間を通過してアークプラズマ１７に吹きつけられる。
【００２８】
本実施形態によれば、通気孔２２を中間壁２３に設けたため、投入動作時に自力室５に充満した高温の消弧性ガス１６を機械室１８に取り込むことによって、２回目の遮断動作時には、低温の消弧性ガス１６をアークプラズマ１７に対して吹きつけることが可能となる。そのため、絶縁性能の回復が早くなることから耐電圧が増加する。
【００２９】
また、第２のバルブ２１のバネ強度と、通気孔２２の径により、投入動作時の機械室１８へ流れ込む消弧性ガス１６のうち、第２のバルブ２１を通るものの割合を変えることが可能となる。また、通気孔２２を複数設けることによって、投入動作時の機械室１８へ流れ込む消弧性ガス１６のうち、第２のバルブ２１を通るものの割合を変えることも可能である。ここで、通気孔２２の自力室５側の径と機械室１８側の径を同一とせず、自力室５側の径を大きくすることによって、さらに多くの高温の消弧性ガス１６を機械室１８に取り込むことが可能となる。
【００３０】
なお、中間壁２３に設ける通気孔２２の位置は、遮断動作時にアークプラズマ１７により供給される高温の消弧性ガス１６のガス流１２ａの経路上に設けられることにより、さらに多くの高温の消弧性ガス１６を機械室１８に取り込むことが可能となる。ここで、ガス流１２ａの経路上とは、中間壁２３の中心より可動アーク接触子１側である。
【００３１】
（第２の実施形態）
本実施形態のガス遮断器の断面構成図を図２に示す。図２はガス遮断器の遮断動作途中の状態を示しており、図１に示す第１の実施形態と異なる点は、通気孔２２に第３のバルブ２４を設けた点である。その他の構成については、第１の実施形態と同一のため説明は省略する。
【００３２】
次に、上述したガス遮断器にて高速度再閉路責務（O−(θ)−CO）を実施する際の動作について説明する。
【００３３】
図２において１回目の遮断終了時にはピストン１９が、中間壁２３に近づき隙間を残して停止する。この時点で自力室５にはアークプラズマ１７により加熱された消弧性ガス１６が充満している。
【００３４】
その後の投入動作では、ピストン１９が移動方向１４に引かれるため、機械室圧力Ｐｍ１１が低くなり、第２のバルブ２１および第３のバルブ２４により、機械室１８内へ消弧性ガス１６が供給される。このとき第２のバルブ２１のバネ条件と第３のバルブ２４のバネ条件により投入動作時の機械室１８へ流れ込む消弧性ガス１６のうち第２のバルブ２１を通るものの割合を変えることが可能となる。
【００３５】
その後２回目の遮断動作では、再度ピストン１９が移動方向１３に押され、遮断動作後半に第１のバルブ２０が開き、機械室１８内の消弧性ガス１６を自力室５に送り込む。自力室５に送り込まれた消弧性ガス１６は、動作以前に自力室５に充満していた低温の消弧性ガス１６を押し出し、ノズル３および可動アーク接触子１の間を通過してアークプラズマ１７に吹きつけられる。
【００３６】
本実施形態によれば、第１の実施形態の効果に加え、第２のバルブ２１のバネ強度を強くすると、投入動作時に機械室１８内へのガス供給は主として自力室５から第３のバルブ２４を介して行われるため、最初の遮断により発生し自力室に滞留した高温ガスを次の投入で機械室１８側に送り込むことができる。また、遮断動作初期の段階で機械室１８から自力室５への消弧性ガス１６のリークが少なくなることから、遮断動作後半まで機械室１８内の消弧性ガス１６の圧力を高く保つことができ、広いアーク時間領域での消弧が可能となる。
【００３７】
なお、本実施形態では、通気孔２２に第３のバルブ２４を設けたが、機械室１８から自力室５への消弧性ガス１６の移動を防ぎ、自力室５から機械室１８へは移動可能とする逆止弁でも同様の効果が得られる。
【００３８】
（第３の実施形態）
本実施形態のガス遮断器の断面構成図を図３に示す。図３はガス遮断器の遮断動作途中の状態を示しており、図１に示す第１の実施形態と異なる点は、通気孔２２を廃し、第１のバルブ２０の構成を以下のように変更した点である。
【００３９】
この第１のバルブ２０は、バネにて中間壁２３に設けられた穴を塞ぎ、機械室１８から自力室５への消弧性ガス１６の移動を抑制する点は第１のバルブ２０と同様であるが、バネが自然長の場合も中間壁２３に設けられた穴を完全に塞いでいない。つまり、自力室圧力Ｐｔ１０が機械室圧力Ｐｍ１１より高い場合には、自力室５から機械室１８への消弧性ガス１６の流入は可能となる。ここで、バネが自然長の場合を示す定常状態での第１のバルブ２０と中間壁２３との隙間は、中間壁２３に設けられた穴の径がボルトのＪＩＳ規格Ｍ６、Ｍ８に対応する場合に、０．１ｍｍ〜１ｍｍ程度とすることが好ましい。
【００４０】
その他の構成については、第１の実施形態と同様であるため説明は省略する。
【００４１】
次に、上述したガス遮断器にて高速度再閉路責務（O−(θ)−CO）を実施する際の動作について説明する。
【００４２】
図３は1回目の遮断動作開始直後の様子を示したもので、ここから遮断動作が進展すると図４に示した位置までピストン１９が移動方向１３に移動し、機械室圧力Ｐｍ１１が上昇して自力室圧力Ｐｔ１０との差が設定圧力以上に達すると第１のバルブ２０が開く。ただし上述したように、図３の時点で第１のバルブ２０は完全に閉じた状態ではなく隙間があり、自力室５と機械室１８との間で常に消弧性ガス１６のやり取りが可能な構造となっている。１回目の遮断動作終了時にはピストン１９が、中間壁２３に近づき僅かの空間を残して停止する。この時点で自力室５にはアークにより加熱された消弧性ガス１６が充満している。
【００４３】
その後の投入動作では、ピストン１９が移動方向１３に引かれるため、機械室圧力Ｐｍ１１が低くなり、第２のバルブ２１に加えて第１のバルブ２０の隙間により、機械室１８内へ消弧性ガス１６が供給される。
【００４４】
その後２回目の遮断では再度ピストン１９が右向きに押され、遮断動作後半にバルブ２０が開き機械室１８内の消弧性ガス１６を自力室５に送り込む。自力室５に送り込まれた消弧性ガス１６は、動作以前に自力室５に充満していた低温の消弧性ガス１６を押し出し、ノズル３および可動アーク接触子１の間を通過してアークプラズマ１７に吹きつけられる。
【００４５】
本実施形態によれば、第１の実施形態の効果に加え、新たに通気孔２２を設ける必要がなく、ガス遮断器の作製工数を低減するとともに、中間壁２３の強度を向上させることが可能である。
【００４６】
なお、本実施形態のピストン１９が移動方向１３と移動方向１４に移動することにより、機械室１８の体積を変化させているが、ピストン１９が固定されており、動作時に可動アーク接触子１、ノズル３、自力室容器４、中間壁２３等の可動部が移動することにより、ピストン１９と可動部との相対位置を変化させ、機械室１８の体積を変化させても同様の効果を得ることが可能である。
【００４７】
本発明に係る実施形態によれば、高速度再閉路責務における１回目の遮断により発生する高温の消弧性ガス１６が自力室５に残留する量を少なくすることで、自力室５内の消弧性ガス１６のガス温度を低くし、２回目の遮断の際吹き付ける消弧性ガス１６を低温化し極間の絶縁耐力を高めた消弧性能を有するガス遮断器を提供することが可能となる。
【００４８】
以上、本発明のいくつかの実施形態について説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことが出来る。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４９】
１…可動アーク接触子
２…固定アーク接触子
３…ノズル
４…自力室容器
５…自力室
８…放圧バルブ
１０…自力室圧力Ｐｔ
１１…機械室圧力Ｐｍ
１２ａ、１２ｂ…ガス流
１３…電流遮断動作時ピストン移動方向
１４…投入動作時ピストン移動方向
１５…密閉容器
１６…消弧性ガス
１７…アークプラズマ
１８…機械室
１９…ピストン
２０…第１のバルブ
２１…第２のバルブ
２２…通気孔
２３…中間壁
２４…第３のバルブ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
消弧性ガスが充填された自力室と、
消弧性ガスが充填され、前記自力室とは中間壁により隔てられた機械室と、
電流遮断動作時および投入動作時に前記機械室の体積を変化させるピストンと、
前記中間壁に設けられ、前記自力室と前記機械室とを貫通する通気孔と、
前記中間壁に設けられ、前記自力室から前記機械室への消弧性ガスの流入を妨げる第１のバルブと、
を備え、
投入動作時に前記自力室に充填された消弧性ガスが前記機械室に、前記通気孔を介して流入するガス遮断器。
【請求項２】
前記通気孔は、電流遮断動作時に発生したアークプラズマにより熱せられた消弧性ガスが前記自力室に流入する際の、ガス流経路上に設けた請求項１記載のガス遮断器。
【請求項３】
前記通気孔には第２のバルブを設け、
前記第２のバルブは、前記機械室から前記自力室への消弧性ガスの流入を妨げる請求項１または２記載のガス遮断器。
【請求項４】
消弧性ガスが充填された自力室と、
消弧性ガスが充填され、前記自力室とは中間壁により遮られた機械室と、
電流遮断動作時および投入動作時に前記機械室の体積を変化させるピストンと、
前記中間壁に設けられ、定常状態は前記自力室から前記機械室への消弧性ガスの流入を抑制する第１のバルブと、
を備え、
投入動作時に前記自力室に充填された消弧性ガスが前記機械室に、前記第１のバルブを介して流入するガス遮断器。
【請求項１】
消弧性ガスが充填された自力室と、
消弧性ガスが充填され、前記自力室とは中間壁により隔てられた機械室と、
電流遮断動作時および投入動作時に前記機械室の体積を変化させるピストンと、
前記中間壁に設けられ、前記自力室と前記機械室とを貫通する通気孔と、
前記中間壁に設けられ、前記自力室から前記機械室への消弧性ガスの流入を妨げる第１のバルブと、
を備え、
投入動作時に前記自力室に充填された消弧性ガスが前記機械室に、前記通気孔を介して流入するガス遮断器。
【請求項２】
前記通気孔は、電流遮断動作時に発生したアークプラズマにより熱せられた消弧性ガスが前記自力室に流入する際の、ガス流経路上に設けた請求項１記載のガス遮断器。
【請求項３】
前記通気孔には第２のバルブを設け、
前記第２のバルブは、前記機械室から前記自力室への消弧性ガスの流入を妨げる請求項１または２記載のガス遮断器。
【請求項４】
消弧性ガスが充填された自力室と、
消弧性ガスが充填され、前記自力室とは中間壁により遮られた機械室と、
電流遮断動作時および投入動作時に前記機械室の体積を変化させるピストンと、
前記中間壁に設けられ、定常状態は前記自力室から前記機械室への消弧性ガスの流入を抑制する第１のバルブと、
を備え、
投入動作時に前記自力室に充填された消弧性ガスが前記機械室に、前記第１のバルブを介して流入するガス遮断器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−８４２８２（Ｐ２０１２−８４２８２Ａ）
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２２７９８７（Ｐ２０１０−２２７９８７）
【出願日】平成２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【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４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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