ガス遮断器
【課題】開極動作直後の閉極動作時に高温の消弧性ガスをシリンダー内部の圧縮空間に吸入することを防止して“Ｏ−ＣＯ”遮断責務を達成する。
【解決手段】ピストン７内部にピストンスカート１７を固定する。ピストンスカート１７はピストン７の内部空間を内径側の排気空間Ｂと外径側の吸気空間Ｃとに分離する。開極動作時に、排気空間Ｂはアーク１８の発生空間から吸い込んだ高温ガスを密閉容器の自由空間まで排出する。また閉極動作時に、吸気空間Ｃは密閉容器の自由空間に存在する低温の消弧性ガスをシリンダー９内部の圧縮空間Ａまで吸気する。つまり、ピストンスカート１７によりピストン７の内部空間を２つに仕切ることで、開極動作直後に閉極動作を行っても吸気空間Ｃに高温の消弧性ガスが流れ込むことがない。
【解決手段】ピストン７内部にピストンスカート１７を固定する。ピストンスカート１７はピストン７の内部空間を内径側の排気空間Ｂと外径側の吸気空間Ｃとに分離する。開極動作時に、排気空間Ｂはアーク１８の発生空間から吸い込んだ高温ガスを密閉容器の自由空間まで排出する。また閉極動作時に、吸気空間Ｃは密閉容器の自由空間に存在する低温の消弧性ガスをシリンダー９内部の圧縮空間Ａまで吸気する。つまり、ピストンスカート１７によりピストン７の内部空間を２つに仕切ることで、開極動作直後に閉極動作を行っても吸気空間Ｃに高温の消弧性ガスが流れ込むことがない。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態はアークに消弧性ガスを吹き付けて消弧するガス遮断器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、７２ｋＶ以上の高電圧電力系統には保護用開閉器としてガス遮断器が広く使用されている。ガス遮断器は事故発生時に開極動作を行って電流を遮断するが、事故が復旧すれば閉極動作を行い、通電を再開させる。ただし、閉極動作を行った際、万が一事故から完全に復旧していなければ、ガス遮断器は直ちに２回目の開極動作を行い、電流を再度遮断する必要がある。
【０００３】
このような状況におけるガス遮断器の動作責務が、“Ｏ−ＣＯ”遮断である。“Ｏ−ＣＯ”遮断において、１回目の開極動作“Ｏ”と閉極動作“Ｃ”との時間的な間隔（“Ｏ−Ｃ”間）は、規格では０．３秒であり、２回目の開極動作“Ｏ”は厳しい遮断条件となる。
【０００４】
特に、電圧の立ち上がりの早いＳＬＦ（Ｓｈｏｒｔ Ｌｉｎｅ Ｆａｕｌｔ）遮断では、遮断条件の厳しさは増す傾向にある。したがって、“Ｏ−ＣＯ”遮断を動作責務に持つガス遮断器には、厳しい遮断条件下で優れた遮断性能を発揮することが求められる。
【０００５】
優れた遮断性能を持つガス遮断器としては、アークに消弧性ガスを吹き付けて消弧するパッファ形のガス遮断器が知られている。このようなガス遮断器の概要について説明する。
【０００６】
ガス遮断器には、消弧性ガスを封入した密閉容器が設けられている。密閉容器の内部には固定接触子部および可動接触子部が対向配置されている。可動接触子部には互いに相対移動するシリンダーおよびピストンが設けられている。シリンダー内部にはシリンダーおよびピストンの相対移動により消弧性ガスを圧縮する空間が形成される。また、シリンダーにおける固定接触子部側の端部には、前記圧縮空間と連通したノズルが取り付けられている。このノズルはシリンダー内部の圧縮空間で圧縮した消弧性ガスを２つの接触子部間に吹き付けるようにシリンダーに取り付けられている。
【０００７】
以上のようなガス遮断器では開極動作時に２つの接触子部間にアークが点弧する。また、開極動作時に可動接触子部ではシリンダーおよびピストンが相対的に近づくように移動し、圧縮空間内の消弧性ガスを昇圧させる。このガス圧縮作用により、ノズル部にガス流が発生する。開極動作が進み、電流ゼロ点に達するとき、圧縮空間のガス圧力は高まり、前記ノズルのガス流は高速となり、２つの接触部間に発生するアークに吹き付けられる。従ってアークは効果的に冷却され消弧に至る。なお、閉極動作時に可動接触子部ではシリンダーおよびピストンが相対的に離れるように移動し、圧縮空間内の消弧性ガスを降圧させる。これにより、圧縮空間内に消弧性ガスが吸い込まれる。
【０００８】
ところで、ノズルがアークに吹き付けた消弧性ガスはアークの熱に触れることで高温ガスとなる。この高温ガスは両接触部から遠ざかる方向に流れていき、最終的には接触子部から離れた密閉容器の自由空間に至る。このとき、高温ガスの一部は可動接触子部の近傍および内部を通過しながら密閉容器の自由空間に到達する。言い換えると、開極動作が完了してからしばらくの間は、アークの熱によって高温となった消弧性ガスが可動接触子部の近傍および内部に滞留することになる。
【０００９】
このような高温ガスは、ある程度の時間が経過すれば、密閉容器の自由空間に存在する低温の消弧性ガスに置換される。つまり、開極動作の完了後、長い時間が経てば、可動接触子部の近傍および内部には高温の消弧性ガスが存在することはない。したがって、ガス遮断器が閉極動作を行う際、シリンダーおよびピストンが相対的に離れるように移動することにより、シリンダー内部の圧縮空間は低温の消弧性ガスを吸い込むことができる。その結果、圧縮空間内の消弧性ガスは高い消弧絶縁性能を維持することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平１１−１２０８７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、ガス遮断器が“Ｏ−ＣＯ”遮断を実施する場合、次のような問題点が指摘されていた。上述したように、“Ｏ−ＣＯ”遮断における“Ｏ−Ｃ”間は規格では０．３秒であり、ガス遮断器は１回目の開極動作終了後、すかさず閉極動作を行わなくてはならない。このとき、１回目の開極動作時に発生したアークによる高温ガスは、閉極動作を行う時点で可動接触部の近傍に残存している。
【００１２】
したがって、閉極動作に際してシリンダー内部の圧縮空間に消弧性ガスが流入するとき、吸気する消弧性ガスの温度が高くなっていた。圧縮空間内の消弧性ガスの温度が高くなれば、消弧性ガスの消弧絶縁性能は低くなる。その結果、“Ｏ−ＣＯ”遮断における２回目の開極動作を行う場合に、ガス遮断器は消弧絶縁性能の低い消弧性ガスをアークに吹き付けて電流を遮断しなければならない。すなわち、“Ｏ−ＣＯ”遮断を実施するガス遮断器では優れた遮断性能を確保することが困難となっていた。
【００１３】
実施形態のガス遮断器は、上記の課題を解消するために提案されたものである。本実施形態は、開極動作直後に閉極動作を実施する場合でも、高温の消弧性ガスをシリンダー内部の圧縮空間に吸入することを防ぎ、２回目の開極動作時にも１回目の開極動作時と同様の遮断性能を確保して、“Ｏ−ＣＯ”遮断責務を達成することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、実施形態のガス遮断器は、次の特徴を有する。
（ａ）消弧性ガスが封入された密閉容器内に対向配置された固定接触子部および可動接触子部を有する。
（ｂ）前記固定接触子部に固定アーク接触子およびその周囲に配置された固定通電接触子を有する。
（ｃ）前記可動接触子部に可動アーク接触子およびその周囲に配置された可動通電接触子を有する。
（ｄ）前記可動接触子部に中空の操作ロッドを有する。
（ｅ）前記操作ロッドに連結されたシリンダーおよび当該シリンダーに摺動自在に配置されたピストンを有する。
（ｆ）前記シリンダー内部に前記シリンダーおよび前記ピストンの相対移動により消弧性ガスを圧縮する圧縮空間を有する。
（ｇ）前記圧縮空間に連通して配置され、前記固定アーク接触子および前記可動アーク接触子が開離した後に両アーク接触子間に点弧するアークに対し、前記圧縮空間で圧縮した消弧性ガスを吹き付けるノズルを有する。
（ｈ）前記ピストンに前記シリンダーに沿った空間を内径側と外径側とに分離するピストンスカートを有する。
（ｉ）前記ピストンスカートによって分離される内径側の空間として、前記アークの熱を受けて高温となった前記消弧性ガスを前記操作ロッドの中空部分を通過させて前記密閉容器の自由空間に排気する排気空間を有する。
（ｊ）前記ピストンスカートによって分離される外径側の空間として、前記密閉容器に存在する低温の前記消弧性ガスを前記圧縮空間に吸気する吸気空間を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１の実施形態に係るガス遮断器の開極状態と閉極状態を示した断面図。
【図２】第１の実施形態に係るガス遮断器の電流遮断動作時の状態を示した断面図。
【図３】第１の実施形態に係るガス遮断器の閉極動作時の状態を示した断面図。
【図４】第２の実施形態に係るガス遮断器の開極状態と閉極状態を示した断面図。
【図５】第３の実施形態に係るガス遮断器の開極状態と閉極状態を示した断面図。
【発明の実施するための形態】
【００１６】
（１）第１の実施形態
［構成］
図１〜図３を用いて、第１の実施形態に係るガス遮断器について説明する。図１〜図３においてガス遮断器の各部品は基本的に同軸円筒形状である。なお図１では、中心線上部が開極状態を示し、中心線下部が閉極状態を示している。
【００１７】
第１の実施形態は、密閉容器（図示せず）内部に消弧性ガスが封入されたパッファ形のガス遮断器である。密閉容器は内径の小さい円筒状の容器とする。つまり、本実施形態のガス遮断器は、碍子型遮断器など、小さい容器径が必要とされるガス遮断器が対象である。密閉容器の内部には固定接触子部１および可動接触子部２が互いに対向して配置されている。
【００１８】
固定接触子部１と可動接触子部２の位置関係は固定接触子部１側の方向を前方、可動接触子部２側の方向を後方と定義する。そのため、可動接触子部２の移動動作に関しては、固定接触子部１側に近づく方向（図１の左方向）に移動することを前進、可動接触子部２が固定接触子部１から離れる方向（図１の右方向）に移動することを後退とする。
【００１９】
（固定接触子部）
固定接触子部１は密閉容器の所定の位置に絶縁固定される固定部である。固定接触子部１においては、保持部６に、固定アーク接触子３と、固定通電接触子４と、シールド５が取り付けられている。
【００２０】
更に保持部６の中心部に固定アーク接触子３が取り付けられている。また、保持部６の周縁部に固定通電接触子４およびシールド５が設置されている。シールド５はその先端部（図１中の右端部）が固定通電接触子４の先端部（図１中の右端部）を囲む形状となっている。
【００２１】
（可動接触子部）
可動接触子部２は軸方向（図１の左右方向）に移動可能な可動部である。可動接触子部２には、ピストン７、操作ロッド８、シリンダー９、可動アーク接触子１０、ノズル１１、可動通電接触子１２およびピストンスカート１７が設けられている。
【００２２】
（ピストン）
ピストン７はシリンダー９内部に摺動自在に配置されている。ピストン７は可動接触子部２を構成する部材の中で、操作ロッド８からの駆動力を受けることなく、密閉容器の内壁側に固定されている。ピストン７は円筒形状のピストン支え７ａと、ピストン支え７ａの前端部に締結されるピストンフランジ７ｂとから構成される。
【００２３】
ピストン支え７ａの前端部内周面には雌ネジが設けられ、ピストンフランジ７ｂの外周部には雄ネジが設けられている。ピストン支え７ａの雌ネジとピストンフランジ７ｂの雄ネジとが締結されることで、ピストン７が組み立てられている。
【００２４】
ピストン支え７ａの後端部付近には後方通気穴７３が貫通されている。一方、ピストンフランジ７ｂには円周方向に沿って前方通気穴７４が開口されている。前方通気穴７４の前端面側には当該前方通気穴７４を開閉するためのバルブ１３が取り付けられている。バルブ１３の前方にはバルブ１３の位置を規制する止め輪１４が設けられている。
【００２５】
さらにピストンフランジ７ｂの中心部には挿通穴７ｃが開口され、この挿通穴７ｃに操作ロッド８のロッド部分が挿通されている。挿通穴７ｃには操作ロッド８と接するように摺動リング１６ａが固定されている。また、シリンダー９内周面の後端部にはピストン７外周面に接するように摺動リング１６ｂが設置されている。この摺動リング１６ａ、１６ｂに接しながら、操作ロッド８およびシリンダー９とピストン７とが相対的に移動する。
【００２６】
（操作ロッド）
操作ロッド８は中空部材からなる。操作ロッド８には後端部に駆動装置（図示せず）が連結されている。操作ロッド８は駆動装置から駆動力を受けて軸方向に往復運動する。
【００２７】
操作ロッド８前端部にはフランジ部８ａが設置されている。フランジ部８ａにはフランジ部８ａを貫通する通気穴８ｂが開口されている。通気穴８ｂはシリンダー９内部の圧縮空間Ａに面している。また、操作ロッド８のロッド部分の中央付近には排気穴８ｃが開口されている。この排気穴８ｃは、閉極時にはシリンダー９内部の圧縮空間Ａに位置し（図１の中心線下部の状態）、開極動作に伴い操作ロッド８が閉極時の位置から後退するとピストン７の内部空間に位置する（図１の中心線上部の状態）。
【００２８】
（シリンダー）
シリンダー９はその前端面に操作ロッド８のフランジ部８ａが連結されている。またシリンダー９内部にはピストン７が摺動自在に取り付けられている。シリンダー９内部には圧縮空間Ａが形成されている。圧縮空間Ａ内部の消弧性ガスは、シリンダー９およびピストン７が相対的に近づくように移動すると圧縮されてガス圧が上がり、反対にシリンダー９およびピストン７が相対的に遠のくように移動すると膨張してガス圧が下がる。圧縮空間Ａはピストン７の前端面、シリンダー９の内壁面および操作ロッド８のフランジ部８ａによって囲まれている。さらにシリンダー９前端部の前側には、可動アーク接触子１０、ノズル１１および可動通電接触子１２が同心円状に連結されている。
【００２９】
（可動アーク接触子）
可動アーク接触子１０は固定接触子部１側の固定アーク接触子３と対向し、この接触子３に対して接離自在に配置されている。可動アーク接触子１０は指状の中空部材からなり、前端部に開口部を有している。一般に可動アーク接触子１０の内径寸法は操作ロッド８のそれより小さく設定されている。
【００３０】
可動アーク接触子１０と操作ロッド８とは両者の中空部分が一致するように連結されている。図１中の符号Ｄは操作ロッド８および可動アーク接触子１０の内部空間を示している。また、可動アーク接触子１０の後端部にはフランジ部１０ｂが設けられている。フランジ部１０ｂには連通穴１０ａが開口されている。連通穴１０ａは操作ロッド８の通気穴８ｂと同一径であり、両者は一致している。
【００３１】
（ノズル）
ノズル１１は可動アーク接触子１０の連通穴１０ａを囲むようにして可動アーク接触子１０のフランジ部１０ｂの外周部に接続されている。前述したように連通穴１０ａは操作ロッド８の通気穴８ｂに連通し、通気穴８ｂはシリンダー９内部の圧縮空間Ａに面している。
【００３２】
そのため、圧縮空間Ａは通気穴８ｂおよび連通穴１０ａを介してノズル１１と可動アーク接触子１０とに挟まれた空間と連通している。したがって、ノズル１１内部の空間は圧縮空間Ａで圧縮した消弧性ガスが流れるガス吹き付け流路Ｅとなる。
【００３３】
（可動通電接触子）
可動通電接触子１２はノズル１１の外周部に設置されている。可動通電接触子１２は固定通電接触子４と対向して、この接触子４に接離自在に配置されている。
【００３４】
（ピストンスカート）
ピストンスカート１７は、ピストンフランジ７ｂにおいてシリンダー９内部の圧縮空間Ａと向き合う面と反対側の面（図１の右側の面）に取り付けられている。ピストンスカート１７は軸方向に延びる略円筒形状の部材であり、高融点性を考慮して、鉄鋼材料とされる場合が多い。ピストンスカート１７はピストン７の内部空間を内径側の空間と外径側の空間に分離する仕切り部材である。ピストンスカート１７の前端部付近には円盤状の保持部１７ａが設置されている。保持部１７ａには通気穴１７ｂが貫通されている。
【００３５】
ピストンスカート１７の後端部１７ｃは外径側に直角に折れて形成されている。この後端部１７ｃはピストン支え７ａの後方通気穴７３の後部寄りに配置されている。また、ピストンスカート１７の後端部１７ｃにおいて略円筒形状の開口部分が排気口１７ｅとなっている。
【００３６】
前記ピストンスカート１７はピストン７の内部に対し次のように固定される。まず、ピストンスカート１７はピストン支え７ａの内部に挿入され、ピストンスカート１７の保持部１７ａがピストン支え７ａの内径部分から雌ネジに切り替わる境目の箇所に当接される。
【００３７】
その上で、ピストン支え７ａの雌ネジとピストンフランジ７ｂの雄ネジとが締結されることによりピストン７が組み立てられる。ピストン支え７ａとピストンフランジ７ｂとのネジ締結が完了した時点で、ピストン支え７ａとピストンフランジ７ｂとの間にピストンスカート１７の保持部１７ａが挟み込まれ、ネジの締結力によりピストンスカート１７がピストン７内部に固定される。
【００３８】
以上のようにしてピストンスカート１７がピストン７に固定されるとき、ピストンスカート１７の前端部１７ｄはピストンフランジ７ｂの内径部右側の突起外径部に対しガス漏れが起きないように隙間なく嵌合される。また、ピストンスカート１７の後端部１７ｃはピストン支え７ａの内径部に対し、やはりガス漏れが起きないように隙間なく嵌合される。
【００３９】
ピストンスカート１７によって分離されるピストン７の内部空間のうち、内径側の空間を消弧性ガスの排気空間Ｂ、外径側の空間を消弧性ガスの吸気空間Ｃとする。排気空間Ｂはピストンスカート１７の内周面と操作ロッド８の外周面とによって囲まれている。
【００４０】
排気空間Ｂは操作ロッド８の排気穴８ｃを介して操作ロッド８および可動アーク接触子１０の内部空間Ｄに連通されている。また、排気空間Ｂはピストンスカート１７の排気口１７ｅを介して密閉容器の自由空間に連通されている。つまり排気空間Ｂは、操作ロッド８および可動アーク接触子１０の内部空間Ｄと密閉容器の自由空間とをつなぐ空間である。
【００４１】
一方、吸気空間Ｃはピストン支え７ａの内周面とピストンスカート１７の外周面とによって囲まれている。吸気空間Ｃはピストン支え７ａの後方通気穴７３を介して密閉容器の自由空間に連通されている。また、吸気空間Ｃはピストンフランジ７ｂの前方通気穴７４を介してシリンダー９内部の圧縮空間Ａに連通されている。
【００４２】
ただし、前方通気穴７４はバルブ１３によって開閉される。つまり吸気空間Ｃは、バルブ１３が前方に移動して前方通気穴７４が開口状態にあるとき、密閉容器の自由空間とシリンダー９内部の圧縮空間Ａとをつなぐ空間となる。このような吸気空間Ｃは低温の消弧性ガスが流れる低温ガス吸入路となる（図３にガス流２１を図示）。
【００４３】
［作用］
以上のような構成を有する第１の実施形態の“Ｏ−ＣＯ”遮断動作について、図２、図３を用いて説明する。
【００４４】
（１回目の開極動作）
図２に示すように、第１の実施形態が、“Ｏ−ＣＯ”遮断における１回目の開極動作を開始すると、操作ロッド８は駆動装置から駆動力を受けて、図２の右方向（矢印Ｘ１方向）に後退する。これに伴い、操作ロッド８に連結されたシリンダー９、可動アーク接触子１０、ノズル１１、可動通電接触子１２は一体的に矢印Ｘ１方向に後退する。
【００４５】
開極動作が進むと、２つの通電接触子４、１２が開離し、さらには２つのアーク接触子３、１０が開離する。アーク接触子３、１０が開離すると、これら接触子３、１０間にアーク１８が点弧する。また、開極動作時には、後退するシリンダー９と、密閉容器に固定されたピストン７との相対的な距離が縮まる。そのため、機械的な圧縮作用によって圧縮空間Ａ内の消弧性ガスが昇圧し、圧縮空間Ａ内からノズル１１内のガス吹き付け流路Ｅを通って密閉容器の自由空間に消弧性ガスが噴出する。
【００４６】
さらに開極動作が進み、電流ゼロ点に達すると、昇圧されて高圧力となった圧縮空間Ａ内の消弧性ガスが通気穴８ｂおよび連通穴１０ａから圧縮空間Ａを出て、ノズル１１内部のガス吹き付け流路Ｅに流れる。なお、圧縮空間Ａ内部の圧力が高いため、バルブ１３は前方通気穴７４を閉塞している。この結果、ノズル１１が高圧力の消弧性ガスをアーク１８に強く吹き付ける。この消弧性ガスの吹き付けによってアーク１８は消弧され、電流が遮断される。
【００４７】
圧縮空間Ａから流出し、ガス吹き付け流路Ｅを通るガス流１９は、アーク１８の熱を受けて高温ガスとなる。この高温ガスはノズル１１内部を固定接触子部１向きに流れる高温ガス流１９ａと、可動アーク接触子１０と操作ロッド８の内部空間Ｄを流れる高温ガス流１９ｂとなる。これらの高温ガスは接触子部１、２から遠ざかり、最終的には密閉容器の自由空間に至る。ノズル１１内部を流れる高温ガス流１９ａは、ノズル１１の先端部から固定アーク接触子３側に向かい、アーク接触子３、１０から遠ざかるように図２中の左方向に向かう。また、開極動作時、操作ロッド８の後退に伴って排気穴８ｃはシリンダー９内の圧縮空間Ａからピストン７内径側の排気空間Ｂに移動していることから、可動アーク接触子１０と操作ロッド８の内部空間Ｄを流れる高温ガス流１９ｂは、ピストンスカート１７の高温ガス排出空間Ｂを通り、更に、ピストンスカート１７の排気口１７ｅを通って、密閉容器内の自由空間に排出される。
【００４８】
（閉極動作）
次に図３を用いて、“Ｏ−ＣＯ”遮断における閉極動作について説明する。閉極動作では、操作ロッド８は駆動装置から駆動力を受けて、図３に示した左方向（矢印Ｘ２方向）に前進する。これに伴い、操作ロッド８に連結されたシリンダー９、可動アーク接触子１０、ノズル１１、可動通電接触子１２は一体的に矢印Ｘ２方向に前進する。このとき、前進するシリンダー９と密閉容器に固定されたピストン７とは相対的に離れるように移動する。そのため、圧縮空間Ａの容積は大きくなり、内部の消弧性ガスは膨張して降圧する。
【００４９】
圧縮空間Ａ内部の圧力が低くなると、バルブ１３は前方に移動し（バルブ１３の位置は止め輪１４が規制する）、前方通気穴７４は開口している。したがって、ピストンスカート１７外径側の吸気空間Ｃとシリンダー９内部の圧縮空間Ａとは連通し、ピストン支え７ａの後方通気穴７３から、吸気空間Ｃを通って流れる低温の消弧性ガス流２１は、前方通気穴７４を抜けて圧縮空間Ａに流入し、次の開極動作前に圧縮空間Ａの圧力を密閉容器内の自由空間の圧力と等しくする。
【００５０】
以上述べたように、第１の実施形態が開極動作を実施するとき、可動アーク接触子１０内から操作ロッド８内に通ずる空間Ｄを流れる高温ガス流は、ピストンスカート１７内の高温ガス排気空間Ｂを通る高温ガス流１９ｂとなって、密閉容器の自由空間に至る。また第１の実施形態が閉極動作を実施するときは、低温ガスが密閉容器の自由空間からピストンスカート１７外径側の吸気空間Ｃを通って圧縮空間Ａに入る。
【００５１】
［効果］
このような第１の実施形態では、ピストンスカート１７の前端部１７ｄおよび後端部１７ｃがピストンフランジ７ｂおよびピストン支え７ａに隙間なく嵌合しており、排気空間Ｂと吸気空間Ｃとの間でガス漏れが起きることがほとんどない。すなわち、ピストンスカート１７がピストン７の内部空間を２つに仕切る隔壁となっており、高温ガス流出用の排気空間Ｂと低温ガス流入用の吸気空間Ｃとの間で消弧性ガスが混じる懸念がない。
【００５２】
そのため、第１の実施形態が“Ｏ−ＣＯ”遮断を実施する際、１回目の開極直後に閉極動作を行ったとしても、排気空間Ｂ側に存在する温度の下がりきっていない消弧性ガスが、吸気空間Ｃ側に混入することがなく、シリンダー９内部の圧縮空間Ａに高温の消弧性ガスを流れこむ心配がない。
【００５３】
以上の第１の実施形態によれば、閉極動作に際して、密閉容器の自由空間から低温の消弧性ガスのみを圧縮空間Ａに吸入することができ、圧縮空間Ａ内の消弧性ガスの消弧絶縁性能を維持することが可能である。したがって、“Ｏ−ＣＯ”遮断における２回目の開極動作を行う際、ガス遮断器は消弧絶縁性能の高い（つまり低温の）消弧性ガスを圧縮空間Ａからアーク１８に吹き付けて、電流を遮断することができる。これにより、“Ｏ−ＣＯ”遮断における２回目の開極動作であっても、１回目の開極動作と同様、優れた遮断性能を発揮することができる。
【００５４】
しかも、第１の実施形態では、ピストン支え７ａの内部にシリンダー状のピストンスカート１７を取り付けるだけで、排気空間Ｂと吸気空間Ｃとの分離を実現している。そのため、碍子型遮断器のような内径の小さい密閉容器を使用するガス遮断器であっても、“Ｏ−ＣＯ”遮断における２回目の開極動作における遮断性能を確実に発揮することができる。
【００５５】
（２）第２の実施形態
［構成］
続いて、第２の実施形態について図４を用いて説明する。図４は第２の実施形態に係るガス遮断器を示している。第２の実施形態ではピストンスカート１７が設けられている。ピストンスカート１７は保持部１７ａを省いており、ピストンスカート１７の左方先端が、溶接部１７ｆにおいて、ピストンフランジ７ｂに溶接されている。すなわち、第２の実施形態の基本的な構成は第１の実施形態と同様である。
【００５６】
［作用および効果］
以上の構成を有する第２の実施形態は、上記第１の実施形態に加えて、次のような作用効果がある。すなわち、第２の実施形態では、ピストンスカート１７とピストン７とを溶接部１７ｆによって溶接している。このため、ピストン支え７ａとピストンフランジ７ｂとのネジ締結が不要であり、ネジ締結時の間隙にピストンスカート１７を挟み込むといったピストンスカート１７の固定作業を省略することができる。したがって、第２の実施形態では上記第１の実施形態と比べて、組立性が向上する。
【００５７】
さらに、第２の実施の形態においては、溶接部１７ｆによってピストンスカート１７をピストンフランジ７ｂに対し溶接するので、溶接部分からガスが漏れる心配がない。したがって、吸気空間Ｃに吸入した低温の消弧性ガスは排気空間Ｂを流れる高温ガスの影響を受けることなく、高い消弧絶縁性能をより確実に維持することが可能である。
【００５８】
（３）第３の実施形態
［構成］
次に図５を参照して第３の実施形態を説明する。図５に示した第３の実施形態は、碍子型遮断器のような内径の小さい密閉容器ではなく、比較的径の大きい密閉容器を使用したガス遮断器である。第３の実施形態における基本的な構成は第１の実施形態のそれと同様である。図５では中心線上部が開極状態を示し、中心線下部が閉極状態を示している。
【００５９】
（ピストン）
ピストン７０は略釣り鐘状のピストン胴部７０ａと、ピストンフランジ７０ｂとから構成される。ピストン胴部７０ａの後端部が保持フランジ２３にボルト固定されている。なお、保持フランジ２３には排気穴７５が設けられ、かつ、この排気穴７５は、ピストン胴部７０ａの内周より内側に位置して構成される。
【００６０】
ピストンフランジ７０ｂはピストン胴部７０ａ前端部に一体的に設けられている。ピストンフランジ７０ｂの内径部には操作ロッド８と接するように摺動リング１６ａが固定されている。この摺動リング１６ａに接しながら、操作ロッド８とピストン７０とが相対的に移動するようになっている。また、ピストンフランジ７０ｂには円周方向に沿って前方通気穴７４が開口されている。
【００６１】
ピストン７０のピストン胴部７０ａはピストンフランジ７０ｂをシリンダー９に対して固定的に支持する部材であるとともに、ピストンフランジ７０ｂより後部の空間を、排気空間Ｂ１とピストン胴部７０ａ外部の吸気空間Ｃ１とに分離する部材である。つまり、ピストン胴部７０ａは前記ピストンスカート１７をピストン７０の胴部とした部材であり、その内径側が排気空間Ｂ１、外径側が吸気空間Ｃ１となっている。
【００６２】
排気空間Ｂ１はピストン胴部７０ａの内周面と操作ロッド８の外周面と保持フランジ２３とによって囲まれている。排気空間Ｂ１は操作ロッド８の排気穴８ｃを介して操作ロッド８および可動アーク接触子１０の内部空間Ｄに連通されている。また、排気空間Ｂは保持フランジ２３の排気穴７５を介して密閉容器の自由空間に連通されている。
【００６３】
一方、吸気空間Ｃ１はピストン９の外周面とシリンダー９の内周面によって囲まれ、シリンダー９の後端部で密閉容器の自由空間に開放されている。また、吸気空間Ｃ１はピストンフランジ７０ｂの前方通気穴７４を介してシリンダー９内部の圧縮空間Ａに連通されている。
【００６４】
［作用］
以上のような構成を有する第３の実施形態の“Ｏ−ＣＯ”遮断動作について、図５を用いて説明する。
【００６５】
（１回目の開極動作）
第３の実施形態が“Ｏ−ＣＯ”遮断における１回目の開極動作を行うと、操作ロッド８は駆動装置から駆動力を受けて、図５の右方向（矢印Ｘ１方向）に後退する（図５の中心線上部参照）。開極動作開始からの時間が経過して、大電流遮断が可能となったとき、操作ロッド８の排気穴８ｃはピストン７０内径側の排気空間Ｂ１に位置する。
【００６６】
そのため、操作ロッド８および可動アーク接触子１０の内部空間Ｄを流れる高温ガスは操作ロッド８の排気穴８ｃから排気空間Ｂ１に抜け、排気空間Ｂ１から密閉容器の自由空間に流れ出る（図５の中心線上部参照）。
【００６７】
（閉極動作）
上記の開極動作に続き“Ｏ−ＣＯ”遮断の閉極動作に移行すると、操作ロッド８は駆動装置から駆動力を受けて、図５の左方向（矢印Ｘ２方向）に前進する（図５の中心線下部参照）。このとき、前進するシリンダー９と密閉容器に固定されたピストン７０とは相対的に離れるように移動する。そのため、圧縮空間Ａの容積は大きくなり、内部の消弧性ガスは膨張して降圧する。
【００６８】
また、圧縮空間Ａ内のガス圧が低下したことに伴い、バルブ１３は前方に移動し（バルブ１３の位置は止め輪１４が規制する）、前方通気穴７４は開口している。したがって、ピストン胴部７０ａ外径側の吸気空間Ｃ１と圧縮空間Ａとは連通し、吸気空間Ｃ１に存在した消弧性ガスは前方通気穴７４を抜けて圧縮空間Ａに流入する。従って、“Ｏ−ＣＯ”動作の２回目の開極動作に先立ち、圧縮空間Ａのガス量（密度）は密閉容器内の自由空間と同じ状態が確保される。
【００６９】
［効果］
上述した第３の実施形態によれば、上記第１の実施形態と同じく、閉極動作に際して、密閉容器の自由空間から低温の消弧性ガスのみをシリンダー９内部の圧縮空間Ａに吸入することができる。これにより、“Ｏ−ＣＯ”遮断における２回目の開極動作であっても、１回目の開極動作と同様、優れた遮断性能を発揮することができる。
【００７０】
また、第３の実施形態は密閉容器の内径寸法の大きいガス遮断器に適用している。そのため、排気空間Ｂ１および吸気空間Ｃ１の容量は大きくなり、ノズル１１は十分な量の消弧性ガスを吹き出すことができるので、安定した遮断性能を確保することが可能である。
【００７１】
（４）他の実施形態
なお、上記の実施形態は、本明細書において一例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図するものではない。すなわち、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことが可能である。これらの実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、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ものである。
【００７２】
具体的な他の実施形態としては、下記のような他の実施形態も包含する。
（ａ）ピストンスカート１７やピストン７０のピストン胴部７０ａの形状は、前端部が窄まっていなくてもよく、単純な円筒形状など、適宜選択可能である。
【符号の説明】
【００７３】
７、７０…ピストン
７ａ…ピストン支え
７０ａ…ピストン胴部
７ｂ、７０ｂ…ピストンフランジ
７ｆ…溶接部
７０ａ…ピストン胴部
７３…後方通気穴
７４…前方通気穴
８…操作ロッド
８ｂ…通気穴
８ｃ…排気穴
９…シリンダー
１０…可動アーク接触子
１０ａ…連通穴
１１…ノズル
１２…可動通電接触子
１７…ピストンスカート
１７ａ…保持部
１７ｅ…排気口
１９ａ、１９ｂ…高温ガス流
Ａ…圧縮空間
Ｂ、Ｂ１…排気空間
Ｃ、Ｃ１…吸入空間
Ｄ…操作ロッドおよび可動アーク接触子の内部空間
Ｅ…ガス吹き付け流路
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態はアークに消弧性ガスを吹き付けて消弧するガス遮断器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、７２ｋＶ以上の高電圧電力系統には保護用開閉器としてガス遮断器が広く使用されている。ガス遮断器は事故発生時に開極動作を行って電流を遮断するが、事故が復旧すれば閉極動作を行い、通電を再開させる。ただし、閉極動作を行った際、万が一事故から完全に復旧していなければ、ガス遮断器は直ちに２回目の開極動作を行い、電流を再度遮断する必要がある。
【０００３】
このような状況におけるガス遮断器の動作責務が、“Ｏ−ＣＯ”遮断である。“Ｏ−ＣＯ”遮断において、１回目の開極動作“Ｏ”と閉極動作“Ｃ”との時間的な間隔（“Ｏ−Ｃ”間）は、規格では０．３秒であり、２回目の開極動作“Ｏ”は厳しい遮断条件となる。
【０００４】
特に、電圧の立ち上がりの早いＳＬＦ（Ｓｈｏｒｔ Ｌｉｎｅ Ｆａｕｌｔ）遮断では、遮断条件の厳しさは増す傾向にある。したがって、“Ｏ−ＣＯ”遮断を動作責務に持つガス遮断器には、厳しい遮断条件下で優れた遮断性能を発揮することが求められる。
【０００５】
優れた遮断性能を持つガス遮断器としては、アークに消弧性ガスを吹き付けて消弧するパッファ形のガス遮断器が知られている。このようなガス遮断器の概要について説明する。
【０００６】
ガス遮断器には、消弧性ガスを封入した密閉容器が設けられている。密閉容器の内部には固定接触子部および可動接触子部が対向配置されている。可動接触子部には互いに相対移動するシリンダーおよびピストンが設けられている。シリンダー内部にはシリンダーおよびピストンの相対移動により消弧性ガスを圧縮する空間が形成される。また、シリンダーにおける固定接触子部側の端部には、前記圧縮空間と連通したノズルが取り付けられている。このノズルはシリンダー内部の圧縮空間で圧縮した消弧性ガスを２つの接触子部間に吹き付けるようにシリンダーに取り付けられている。
【０００７】
以上のようなガス遮断器では開極動作時に２つの接触子部間にアークが点弧する。また、開極動作時に可動接触子部ではシリンダーおよびピストンが相対的に近づくように移動し、圧縮空間内の消弧性ガスを昇圧させる。このガス圧縮作用により、ノズル部にガス流が発生する。開極動作が進み、電流ゼロ点に達するとき、圧縮空間のガス圧力は高まり、前記ノズルのガス流は高速となり、２つの接触部間に発生するアークに吹き付けられる。従ってアークは効果的に冷却され消弧に至る。なお、閉極動作時に可動接触子部ではシリンダーおよびピストンが相対的に離れるように移動し、圧縮空間内の消弧性ガスを降圧させる。これにより、圧縮空間内に消弧性ガスが吸い込まれる。
【０００８】
ところで、ノズルがアークに吹き付けた消弧性ガスはアークの熱に触れることで高温ガスとなる。この高温ガスは両接触部から遠ざかる方向に流れていき、最終的には接触子部から離れた密閉容器の自由空間に至る。このとき、高温ガスの一部は可動接触子部の近傍および内部を通過しながら密閉容器の自由空間に到達する。言い換えると、開極動作が完了してからしばらくの間は、アークの熱によって高温となった消弧性ガスが可動接触子部の近傍および内部に滞留することになる。
【０００９】
このような高温ガスは、ある程度の時間が経過すれば、密閉容器の自由空間に存在する低温の消弧性ガスに置換される。つまり、開極動作の完了後、長い時間が経てば、可動接触子部の近傍および内部には高温の消弧性ガスが存在することはない。したがって、ガス遮断器が閉極動作を行う際、シリンダーおよびピストンが相対的に離れるように移動することにより、シリンダー内部の圧縮空間は低温の消弧性ガスを吸い込むことができる。その結果、圧縮空間内の消弧性ガスは高い消弧絶縁性能を維持することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平１１−１２０８７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、ガス遮断器が“Ｏ−ＣＯ”遮断を実施する場合、次のような問題点が指摘されていた。上述したように、“Ｏ−ＣＯ”遮断における“Ｏ−Ｃ”間は規格では０．３秒であり、ガス遮断器は１回目の開極動作終了後、すかさず閉極動作を行わなくてはならない。このとき、１回目の開極動作時に発生したアークによる高温ガスは、閉極動作を行う時点で可動接触部の近傍に残存している。
【００１２】
したがって、閉極動作に際してシリンダー内部の圧縮空間に消弧性ガスが流入するとき、吸気する消弧性ガスの温度が高くなっていた。圧縮空間内の消弧性ガスの温度が高くなれば、消弧性ガスの消弧絶縁性能は低くなる。その結果、“Ｏ−ＣＯ”遮断における２回目の開極動作を行う場合に、ガス遮断器は消弧絶縁性能の低い消弧性ガスをアークに吹き付けて電流を遮断しなければならない。すなわち、“Ｏ−ＣＯ”遮断を実施するガス遮断器では優れた遮断性能を確保することが困難となっていた。
【００１３】
実施形態のガス遮断器は、上記の課題を解消するために提案されたものである。本実施形態は、開極動作直後に閉極動作を実施する場合でも、高温の消弧性ガスをシリンダー内部の圧縮空間に吸入することを防ぎ、２回目の開極動作時にも１回目の開極動作時と同様の遮断性能を確保して、“Ｏ−ＣＯ”遮断責務を達成することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、実施形態のガス遮断器は、次の特徴を有する。
（ａ）消弧性ガスが封入された密閉容器内に対向配置された固定接触子部および可動接触子部を有する。
（ｂ）前記固定接触子部に固定アーク接触子およびその周囲に配置された固定通電接触子を有する。
（ｃ）前記可動接触子部に可動アーク接触子およびその周囲に配置された可動通電接触子を有する。
（ｄ）前記可動接触子部に中空の操作ロッドを有する。
（ｅ）前記操作ロッドに連結されたシリンダーおよび当該シリンダーに摺動自在に配置されたピストンを有する。
（ｆ）前記シリンダー内部に前記シリンダーおよび前記ピストンの相対移動により消弧性ガスを圧縮する圧縮空間を有する。
（ｇ）前記圧縮空間に連通して配置され、前記固定アーク接触子および前記可動アーク接触子が開離した後に両アーク接触子間に点弧するアークに対し、前記圧縮空間で圧縮した消弧性ガスを吹き付けるノズルを有する。
（ｈ）前記ピストンに前記シリンダーに沿った空間を内径側と外径側とに分離するピストンスカートを有する。
（ｉ）前記ピストンスカートによって分離される内径側の空間として、前記アークの熱を受けて高温となった前記消弧性ガスを前記操作ロッドの中空部分を通過させて前記密閉容器の自由空間に排気する排気空間を有する。
（ｊ）前記ピストンスカートによって分離される外径側の空間として、前記密閉容器に存在する低温の前記消弧性ガスを前記圧縮空間に吸気する吸気空間を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１の実施形態に係るガス遮断器の開極状態と閉極状態を示した断面図。
【図２】第１の実施形態に係るガス遮断器の電流遮断動作時の状態を示した断面図。
【図３】第１の実施形態に係るガス遮断器の閉極動作時の状態を示した断面図。
【図４】第２の実施形態に係るガス遮断器の開極状態と閉極状態を示した断面図。
【図５】第３の実施形態に係るガス遮断器の開極状態と閉極状態を示した断面図。
【発明の実施するための形態】
【００１６】
（１）第１の実施形態
［構成］
図１〜図３を用いて、第１の実施形態に係るガス遮断器について説明する。図１〜図３においてガス遮断器の各部品は基本的に同軸円筒形状である。なお図１では、中心線上部が開極状態を示し、中心線下部が閉極状態を示している。
【００１７】
第１の実施形態は、密閉容器（図示せず）内部に消弧性ガスが封入されたパッファ形のガス遮断器である。密閉容器は内径の小さい円筒状の容器とする。つまり、本実施形態のガス遮断器は、碍子型遮断器など、小さい容器径が必要とされるガス遮断器が対象である。密閉容器の内部には固定接触子部１および可動接触子部２が互いに対向して配置されている。
【００１８】
固定接触子部１と可動接触子部２の位置関係は固定接触子部１側の方向を前方、可動接触子部２側の方向を後方と定義する。そのため、可動接触子部２の移動動作に関しては、固定接触子部１側に近づく方向（図１の左方向）に移動することを前進、可動接触子部２が固定接触子部１から離れる方向（図１の右方向）に移動することを後退とする。
【００１９】
（固定接触子部）
固定接触子部１は密閉容器の所定の位置に絶縁固定される固定部である。固定接触子部１においては、保持部６に、固定アーク接触子３と、固定通電接触子４と、シールド５が取り付けられている。
【００２０】
更に保持部６の中心部に固定アーク接触子３が取り付けられている。また、保持部６の周縁部に固定通電接触子４およびシールド５が設置されている。シールド５はその先端部（図１中の右端部）が固定通電接触子４の先端部（図１中の右端部）を囲む形状となっている。
【００２１】
（可動接触子部）
可動接触子部２は軸方向（図１の左右方向）に移動可能な可動部である。可動接触子部２には、ピストン７、操作ロッド８、シリンダー９、可動アーク接触子１０、ノズル１１、可動通電接触子１２およびピストンスカート１７が設けられている。
【００２２】
（ピストン）
ピストン７はシリンダー９内部に摺動自在に配置されている。ピストン７は可動接触子部２を構成する部材の中で、操作ロッド８からの駆動力を受けることなく、密閉容器の内壁側に固定されている。ピストン７は円筒形状のピストン支え７ａと、ピストン支え７ａの前端部に締結されるピストンフランジ７ｂとから構成される。
【００２３】
ピストン支え７ａの前端部内周面には雌ネジが設けられ、ピストンフランジ７ｂの外周部には雄ネジが設けられている。ピストン支え７ａの雌ネジとピストンフランジ７ｂの雄ネジとが締結されることで、ピストン７が組み立てられている。
【００２４】
ピストン支え７ａの後端部付近には後方通気穴７３が貫通されている。一方、ピストンフランジ７ｂには円周方向に沿って前方通気穴７４が開口されている。前方通気穴７４の前端面側には当該前方通気穴７４を開閉するためのバルブ１３が取り付けられている。バルブ１３の前方にはバルブ１３の位置を規制する止め輪１４が設けられている。
【００２５】
さらにピストンフランジ７ｂの中心部には挿通穴７ｃが開口され、この挿通穴７ｃに操作ロッド８のロッド部分が挿通されている。挿通穴７ｃには操作ロッド８と接するように摺動リング１６ａが固定されている。また、シリンダー９内周面の後端部にはピストン７外周面に接するように摺動リング１６ｂが設置されている。この摺動リング１６ａ、１６ｂに接しながら、操作ロッド８およびシリンダー９とピストン７とが相対的に移動する。
【００２６】
（操作ロッド）
操作ロッド８は中空部材からなる。操作ロッド８には後端部に駆動装置（図示せず）が連結されている。操作ロッド８は駆動装置から駆動力を受けて軸方向に往復運動する。
【００２７】
操作ロッド８前端部にはフランジ部８ａが設置されている。フランジ部８ａにはフランジ部８ａを貫通する通気穴８ｂが開口されている。通気穴８ｂはシリンダー９内部の圧縮空間Ａに面している。また、操作ロッド８のロッド部分の中央付近には排気穴８ｃが開口されている。この排気穴８ｃは、閉極時にはシリンダー９内部の圧縮空間Ａに位置し（図１の中心線下部の状態）、開極動作に伴い操作ロッド８が閉極時の位置から後退するとピストン７の内部空間に位置する（図１の中心線上部の状態）。
【００２８】
（シリンダー）
シリンダー９はその前端面に操作ロッド８のフランジ部８ａが連結されている。またシリンダー９内部にはピストン７が摺動自在に取り付けられている。シリンダー９内部には圧縮空間Ａが形成されている。圧縮空間Ａ内部の消弧性ガスは、シリンダー９およびピストン７が相対的に近づくように移動すると圧縮されてガス圧が上がり、反対にシリンダー９およびピストン７が相対的に遠のくように移動すると膨張してガス圧が下がる。圧縮空間Ａはピストン７の前端面、シリンダー９の内壁面および操作ロッド８のフランジ部８ａによって囲まれている。さらにシリンダー９前端部の前側には、可動アーク接触子１０、ノズル１１および可動通電接触子１２が同心円状に連結されている。
【００２９】
（可動アーク接触子）
可動アーク接触子１０は固定接触子部１側の固定アーク接触子３と対向し、この接触子３に対して接離自在に配置されている。可動アーク接触子１０は指状の中空部材からなり、前端部に開口部を有している。一般に可動アーク接触子１０の内径寸法は操作ロッド８のそれより小さく設定されている。
【００３０】
可動アーク接触子１０と操作ロッド８とは両者の中空部分が一致するように連結されている。図１中の符号Ｄは操作ロッド８および可動アーク接触子１０の内部空間を示している。また、可動アーク接触子１０の後端部にはフランジ部１０ｂが設けられている。フランジ部１０ｂには連通穴１０ａが開口されている。連通穴１０ａは操作ロッド８の通気穴８ｂと同一径であり、両者は一致している。
【００３１】
（ノズル）
ノズル１１は可動アーク接触子１０の連通穴１０ａを囲むようにして可動アーク接触子１０のフランジ部１０ｂの外周部に接続されている。前述したように連通穴１０ａは操作ロッド８の通気穴８ｂに連通し、通気穴８ｂはシリンダー９内部の圧縮空間Ａに面している。
【００３２】
そのため、圧縮空間Ａは通気穴８ｂおよび連通穴１０ａを介してノズル１１と可動アーク接触子１０とに挟まれた空間と連通している。したがって、ノズル１１内部の空間は圧縮空間Ａで圧縮した消弧性ガスが流れるガス吹き付け流路Ｅとなる。
【００３３】
（可動通電接触子）
可動通電接触子１２はノズル１１の外周部に設置されている。可動通電接触子１２は固定通電接触子４と対向して、この接触子４に接離自在に配置されている。
【００３４】
（ピストンスカート）
ピストンスカート１７は、ピストンフランジ７ｂにおいてシリンダー９内部の圧縮空間Ａと向き合う面と反対側の面（図１の右側の面）に取り付けられている。ピストンスカート１７は軸方向に延びる略円筒形状の部材であり、高融点性を考慮して、鉄鋼材料とされる場合が多い。ピストンスカート１７はピストン７の内部空間を内径側の空間と外径側の空間に分離する仕切り部材である。ピストンスカート１７の前端部付近には円盤状の保持部１７ａが設置されている。保持部１７ａには通気穴１７ｂが貫通されている。
【００３５】
ピストンスカート１７の後端部１７ｃは外径側に直角に折れて形成されている。この後端部１７ｃはピストン支え７ａの後方通気穴７３の後部寄りに配置されている。また、ピストンスカート１７の後端部１７ｃにおいて略円筒形状の開口部分が排気口１７ｅとなっている。
【００３６】
前記ピストンスカート１７はピストン７の内部に対し次のように固定される。まず、ピストンスカート１７はピストン支え７ａの内部に挿入され、ピストンスカート１７の保持部１７ａがピストン支え７ａの内径部分から雌ネジに切り替わる境目の箇所に当接される。
【００３７】
その上で、ピストン支え７ａの雌ネジとピストンフランジ７ｂの雄ネジとが締結されることによりピストン７が組み立てられる。ピストン支え７ａとピストンフランジ７ｂとのネジ締結が完了した時点で、ピストン支え７ａとピストンフランジ７ｂとの間にピストンスカート１７の保持部１７ａが挟み込まれ、ネジの締結力によりピストンスカート１７がピストン７内部に固定される。
【００３８】
以上のようにしてピストンスカート１７がピストン７に固定されるとき、ピストンスカート１７の前端部１７ｄはピストンフランジ７ｂの内径部右側の突起外径部に対しガス漏れが起きないように隙間なく嵌合される。また、ピストンスカート１７の後端部１７ｃはピストン支え７ａの内径部に対し、やはりガス漏れが起きないように隙間なく嵌合される。
【００３９】
ピストンスカート１７によって分離されるピストン７の内部空間のうち、内径側の空間を消弧性ガスの排気空間Ｂ、外径側の空間を消弧性ガスの吸気空間Ｃとする。排気空間Ｂはピストンスカート１７の内周面と操作ロッド８の外周面とによって囲まれている。
【００４０】
排気空間Ｂは操作ロッド８の排気穴８ｃを介して操作ロッド８および可動アーク接触子１０の内部空間Ｄに連通されている。また、排気空間Ｂはピストンスカート１７の排気口１７ｅを介して密閉容器の自由空間に連通されている。つまり排気空間Ｂは、操作ロッド８および可動アーク接触子１０の内部空間Ｄと密閉容器の自由空間とをつなぐ空間である。
【００４１】
一方、吸気空間Ｃはピストン支え７ａの内周面とピストンスカート１７の外周面とによって囲まれている。吸気空間Ｃはピストン支え７ａの後方通気穴７３を介して密閉容器の自由空間に連通されている。また、吸気空間Ｃはピストンフランジ７ｂの前方通気穴７４を介してシリンダー９内部の圧縮空間Ａに連通されている。
【００４２】
ただし、前方通気穴７４はバルブ１３によって開閉される。つまり吸気空間Ｃは、バルブ１３が前方に移動して前方通気穴７４が開口状態にあるとき、密閉容器の自由空間とシリンダー９内部の圧縮空間Ａとをつなぐ空間となる。このような吸気空間Ｃは低温の消弧性ガスが流れる低温ガス吸入路となる（図３にガス流２１を図示）。
【００４３】
［作用］
以上のような構成を有する第１の実施形態の“Ｏ−ＣＯ”遮断動作について、図２、図３を用いて説明する。
【００４４】
（１回目の開極動作）
図２に示すように、第１の実施形態が、“Ｏ−ＣＯ”遮断における１回目の開極動作を開始すると、操作ロッド８は駆動装置から駆動力を受けて、図２の右方向（矢印Ｘ１方向）に後退する。これに伴い、操作ロッド８に連結されたシリンダー９、可動アーク接触子１０、ノズル１１、可動通電接触子１２は一体的に矢印Ｘ１方向に後退する。
【００４５】
開極動作が進むと、２つの通電接触子４、１２が開離し、さらには２つのアーク接触子３、１０が開離する。アーク接触子３、１０が開離すると、これら接触子３、１０間にアーク１８が点弧する。また、開極動作時には、後退するシリンダー９と、密閉容器に固定されたピストン７との相対的な距離が縮まる。そのため、機械的な圧縮作用によって圧縮空間Ａ内の消弧性ガスが昇圧し、圧縮空間Ａ内からノズル１１内のガス吹き付け流路Ｅを通って密閉容器の自由空間に消弧性ガスが噴出する。
【００４６】
さらに開極動作が進み、電流ゼロ点に達すると、昇圧されて高圧力となった圧縮空間Ａ内の消弧性ガスが通気穴８ｂおよび連通穴１０ａから圧縮空間Ａを出て、ノズル１１内部のガス吹き付け流路Ｅに流れる。なお、圧縮空間Ａ内部の圧力が高いため、バルブ１３は前方通気穴７４を閉塞している。この結果、ノズル１１が高圧力の消弧性ガスをアーク１８に強く吹き付ける。この消弧性ガスの吹き付けによってアーク１８は消弧され、電流が遮断される。
【００４７】
圧縮空間Ａから流出し、ガス吹き付け流路Ｅを通るガス流１９は、アーク１８の熱を受けて高温ガスとなる。この高温ガスはノズル１１内部を固定接触子部１向きに流れる高温ガス流１９ａと、可動アーク接触子１０と操作ロッド８の内部空間Ｄを流れる高温ガス流１９ｂとなる。これらの高温ガスは接触子部１、２から遠ざかり、最終的には密閉容器の自由空間に至る。ノズル１１内部を流れる高温ガス流１９ａは、ノズル１１の先端部から固定アーク接触子３側に向かい、アーク接触子３、１０から遠ざかるように図２中の左方向に向かう。また、開極動作時、操作ロッド８の後退に伴って排気穴８ｃはシリンダー９内の圧縮空間Ａからピストン７内径側の排気空間Ｂに移動していることから、可動アーク接触子１０と操作ロッド８の内部空間Ｄを流れる高温ガス流１９ｂは、ピストンスカート１７の高温ガス排出空間Ｂを通り、更に、ピストンスカート１７の排気口１７ｅを通って、密閉容器内の自由空間に排出される。
【００４８】
（閉極動作）
次に図３を用いて、“Ｏ−ＣＯ”遮断における閉極動作について説明する。閉極動作では、操作ロッド８は駆動装置から駆動力を受けて、図３に示した左方向（矢印Ｘ２方向）に前進する。これに伴い、操作ロッド８に連結されたシリンダー９、可動アーク接触子１０、ノズル１１、可動通電接触子１２は一体的に矢印Ｘ２方向に前進する。このとき、前進するシリンダー９と密閉容器に固定されたピストン７とは相対的に離れるように移動する。そのため、圧縮空間Ａの容積は大きくなり、内部の消弧性ガスは膨張して降圧する。
【００４９】
圧縮空間Ａ内部の圧力が低くなると、バルブ１３は前方に移動し（バルブ１３の位置は止め輪１４が規制する）、前方通気穴７４は開口している。したがって、ピストンスカート１７外径側の吸気空間Ｃとシリンダー９内部の圧縮空間Ａとは連通し、ピストン支え７ａの後方通気穴７３から、吸気空間Ｃを通って流れる低温の消弧性ガス流２１は、前方通気穴７４を抜けて圧縮空間Ａに流入し、次の開極動作前に圧縮空間Ａの圧力を密閉容器内の自由空間の圧力と等しくする。
【００５０】
以上述べたように、第１の実施形態が開極動作を実施するとき、可動アーク接触子１０内から操作ロッド８内に通ずる空間Ｄを流れる高温ガス流は、ピストンスカート１７内の高温ガス排気空間Ｂを通る高温ガス流１９ｂとなって、密閉容器の自由空間に至る。また第１の実施形態が閉極動作を実施するときは、低温ガスが密閉容器の自由空間からピストンスカート１７外径側の吸気空間Ｃを通って圧縮空間Ａに入る。
【００５１】
［効果］
このような第１の実施形態では、ピストンスカート１７の前端部１７ｄおよび後端部１７ｃがピストンフランジ７ｂおよびピストン支え７ａに隙間なく嵌合しており、排気空間Ｂと吸気空間Ｃとの間でガス漏れが起きることがほとんどない。すなわち、ピストンスカート１７がピストン７の内部空間を２つに仕切る隔壁となっており、高温ガス流出用の排気空間Ｂと低温ガス流入用の吸気空間Ｃとの間で消弧性ガスが混じる懸念がない。
【００５２】
そのため、第１の実施形態が“Ｏ−ＣＯ”遮断を実施する際、１回目の開極直後に閉極動作を行ったとしても、排気空間Ｂ側に存在する温度の下がりきっていない消弧性ガスが、吸気空間Ｃ側に混入することがなく、シリンダー９内部の圧縮空間Ａに高温の消弧性ガスを流れこむ心配がない。
【００５３】
以上の第１の実施形態によれば、閉極動作に際して、密閉容器の自由空間から低温の消弧性ガスのみを圧縮空間Ａに吸入することができ、圧縮空間Ａ内の消弧性ガスの消弧絶縁性能を維持することが可能である。したがって、“Ｏ−ＣＯ”遮断における２回目の開極動作を行う際、ガス遮断器は消弧絶縁性能の高い（つまり低温の）消弧性ガスを圧縮空間Ａからアーク１８に吹き付けて、電流を遮断することができる。これにより、“Ｏ−ＣＯ”遮断における２回目の開極動作であっても、１回目の開極動作と同様、優れた遮断性能を発揮することができる。
【００５４】
しかも、第１の実施形態では、ピストン支え７ａの内部にシリンダー状のピストンスカート１７を取り付けるだけで、排気空間Ｂと吸気空間Ｃとの分離を実現している。そのため、碍子型遮断器のような内径の小さい密閉容器を使用するガス遮断器であっても、“Ｏ−ＣＯ”遮断における２回目の開極動作における遮断性能を確実に発揮することができる。
【００５５】
（２）第２の実施形態
［構成］
続いて、第２の実施形態について図４を用いて説明する。図４は第２の実施形態に係るガス遮断器を示している。第２の実施形態ではピストンスカート１７が設けられている。ピストンスカート１７は保持部１７ａを省いており、ピストンスカート１７の左方先端が、溶接部１７ｆにおいて、ピストンフランジ７ｂに溶接されている。すなわち、第２の実施形態の基本的な構成は第１の実施形態と同様である。
【００５６】
［作用および効果］
以上の構成を有する第２の実施形態は、上記第１の実施形態に加えて、次のような作用効果がある。すなわち、第２の実施形態では、ピストンスカート１７とピストン７とを溶接部１７ｆによって溶接している。このため、ピストン支え７ａとピストンフランジ７ｂとのネジ締結が不要であり、ネジ締結時の間隙にピストンスカート１７を挟み込むといったピストンスカート１７の固定作業を省略することができる。したがって、第２の実施形態では上記第１の実施形態と比べて、組立性が向上する。
【００５７】
さらに、第２の実施の形態においては、溶接部１７ｆによってピストンスカート１７をピストンフランジ７ｂに対し溶接するので、溶接部分からガスが漏れる心配がない。したがって、吸気空間Ｃに吸入した低温の消弧性ガスは排気空間Ｂを流れる高温ガスの影響を受けることなく、高い消弧絶縁性能をより確実に維持することが可能である。
【００５８】
（３）第３の実施形態
［構成］
次に図５を参照して第３の実施形態を説明する。図５に示した第３の実施形態は、碍子型遮断器のような内径の小さい密閉容器ではなく、比較的径の大きい密閉容器を使用したガス遮断器である。第３の実施形態における基本的な構成は第１の実施形態のそれと同様である。図５では中心線上部が開極状態を示し、中心線下部が閉極状態を示している。
【００５９】
（ピストン）
ピストン７０は略釣り鐘状のピストン胴部７０ａと、ピストンフランジ７０ｂとから構成される。ピストン胴部７０ａの後端部が保持フランジ２３にボルト固定されている。なお、保持フランジ２３には排気穴７５が設けられ、かつ、この排気穴７５は、ピストン胴部７０ａの内周より内側に位置して構成される。
【００６０】
ピストンフランジ７０ｂはピストン胴部７０ａ前端部に一体的に設けられている。ピストンフランジ７０ｂの内径部には操作ロッド８と接するように摺動リング１６ａが固定されている。この摺動リング１６ａに接しながら、操作ロッド８とピストン７０とが相対的に移動するようになっている。また、ピストンフランジ７０ｂには円周方向に沿って前方通気穴７４が開口されている。
【００６１】
ピストン７０のピストン胴部７０ａはピストンフランジ７０ｂをシリンダー９に対して固定的に支持する部材であるとともに、ピストンフランジ７０ｂより後部の空間を、排気空間Ｂ１とピストン胴部７０ａ外部の吸気空間Ｃ１とに分離する部材である。つまり、ピストン胴部７０ａは前記ピストンスカート１７をピストン７０の胴部とした部材であり、その内径側が排気空間Ｂ１、外径側が吸気空間Ｃ１となっている。
【００６２】
排気空間Ｂ１はピストン胴部７０ａの内周面と操作ロッド８の外周面と保持フランジ２３とによって囲まれている。排気空間Ｂ１は操作ロッド８の排気穴８ｃを介して操作ロッド８および可動アーク接触子１０の内部空間Ｄに連通されている。また、排気空間Ｂは保持フランジ２３の排気穴７５を介して密閉容器の自由空間に連通されている。
【００６３】
一方、吸気空間Ｃ１はピストン９の外周面とシリンダー９の内周面によって囲まれ、シリンダー９の後端部で密閉容器の自由空間に開放されている。また、吸気空間Ｃ１はピストンフランジ７０ｂの前方通気穴７４を介してシリンダー９内部の圧縮空間Ａに連通されている。
【００６４】
［作用］
以上のような構成を有する第３の実施形態の“Ｏ−ＣＯ”遮断動作について、図５を用いて説明する。
【００６５】
（１回目の開極動作）
第３の実施形態が“Ｏ−ＣＯ”遮断における１回目の開極動作を行うと、操作ロッド８は駆動装置から駆動力を受けて、図５の右方向（矢印Ｘ１方向）に後退する（図５の中心線上部参照）。開極動作開始からの時間が経過して、大電流遮断が可能となったとき、操作ロッド８の排気穴８ｃはピストン７０内径側の排気空間Ｂ１に位置する。
【００６６】
そのため、操作ロッド８および可動アーク接触子１０の内部空間Ｄを流れる高温ガスは操作ロッド８の排気穴８ｃから排気空間Ｂ１に抜け、排気空間Ｂ１から密閉容器の自由空間に流れ出る（図５の中心線上部参照）。
【００６７】
（閉極動作）
上記の開極動作に続き“Ｏ−ＣＯ”遮断の閉極動作に移行すると、操作ロッド８は駆動装置から駆動力を受けて、図５の左方向（矢印Ｘ２方向）に前進する（図５の中心線下部参照）。このとき、前進するシリンダー９と密閉容器に固定されたピストン７０とは相対的に離れるように移動する。そのため、圧縮空間Ａの容積は大きくなり、内部の消弧性ガスは膨張して降圧する。
【００６８】
また、圧縮空間Ａ内のガス圧が低下したことに伴い、バルブ１３は前方に移動し（バルブ１３の位置は止め輪１４が規制する）、前方通気穴７４は開口している。したがって、ピストン胴部７０ａ外径側の吸気空間Ｃ１と圧縮空間Ａとは連通し、吸気空間Ｃ１に存在した消弧性ガスは前方通気穴７４を抜けて圧縮空間Ａに流入する。従って、“Ｏ−ＣＯ”動作の２回目の開極動作に先立ち、圧縮空間Ａのガス量（密度）は密閉容器内の自由空間と同じ状態が確保される。
【００６９】
［効果］
上述した第３の実施形態によれば、上記第１の実施形態と同じく、閉極動作に際して、密閉容器の自由空間から低温の消弧性ガスのみをシリンダー９内部の圧縮空間Ａに吸入することができる。これにより、“Ｏ−ＣＯ”遮断における２回目の開極動作であっても、１回目の開極動作と同様、優れた遮断性能を発揮することができる。
【００７０】
また、第３の実施形態は密閉容器の内径寸法の大きいガス遮断器に適用している。そのため、排気空間Ｂ１および吸気空間Ｃ１の容量は大きくなり、ノズル１１は十分な量の消弧性ガスを吹き出すことができるので、安定した遮断性能を確保することが可能である。
【００７１】
（４）他の実施形態
なお、上記の実施形態は、本明細書において一例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図するものではない。すなわち、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことが可能である。これらの実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、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ものである。
【００７２】
具体的な他の実施形態としては、下記のような他の実施形態も包含する。
（ａ）ピストンスカート１７やピストン７０のピストン胴部７０ａの形状は、前端部が窄まっていなくてもよく、単純な円筒形状など、適宜選択可能である。
【符号の説明】
【００７３】
７、７０…ピストン
７ａ…ピストン支え
７０ａ…ピストン胴部
７ｂ、７０ｂ…ピストンフランジ
７ｆ…溶接部
７０ａ…ピストン胴部
７３…後方通気穴
７４…前方通気穴
８…操作ロッド
８ｂ…通気穴
８ｃ…排気穴
９…シリンダー
１０…可動アーク接触子
１０ａ…連通穴
１１…ノズル
１２…可動通電接触子
１７…ピストンスカート
１７ａ…保持部
１７ｅ…排気口
１９ａ、１９ｂ…高温ガス流
Ａ…圧縮空間
Ｂ、Ｂ１…排気空間
Ｃ、Ｃ１…吸入空間
Ｄ…操作ロッドおよび可動アーク接触子の内部空間
Ｅ…ガス吹き付け流路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
消弧性ガスが封入された密閉容器内に対向配置された固定接触子部および可動接触子部と、
前記固定接触子部に固定アーク接触子およびその周囲に配置された固定通電接触子と、
前記可動接触子部に可動アーク接触子およびその周囲に配置された可動通電接触子と、
前記可動接触子部に中空の操作ロッドと、
前記操作ロッドに連結されたシリンダーおよび当該シリンダーに摺動自在に配置されたピストンと、
前記シリンダー内部に前記シリンダーおよび前記ピストンの相対移動により消弧性ガスを圧縮する圧縮空間と、
前記圧縮空間に連通して配置され、前記固定アーク接触子および前記可動アーク接触子が開離した後に両アーク接触子間に点弧するアークに対し、前記圧縮空間で圧縮した消弧性ガスを吹き付けるノズルと、
前記ピストンに前記シリンダーに沿った空間を内径側と外径側とに分離するピストンスカートと、
前記ピストンスカートによって分離される内径側の空間として、前記アークの熱を受けて高温となった前記消弧性ガスを前記操作ロッドの中空部分を通過させて前記密閉容器の自由空間に排気する排気空間と、
前記ピストンスカートによって分離される外径側の空間として、前記密閉容器に存在する低温の前記消弧性ガスを前記圧縮空間に吸気する吸気空間とを有するガス遮断器。
【請求項２】
前記ピストンに配置されたピストンフランジおよび当該ピストンフランジにネジ締結されたピストン支えを有し、
ネジ締結された前記ピストンフランジと前記ピストン支えとの間に前記ピストンスカートを挟み込むことにより当該ピストンスカートを前記ピストンに固定した請求項１に記載のガス遮断器。
【請求項３】
前記ピストンスカートを前記ピストンに溶接により固定した請求項１に記載のガス遮断器。
【請求項４】
前記ピストンスカートの材料は、アルミニウムの融点よりも高融点を持つ高融点素材である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】
前記ピストンフランジと前記ピストンスカートを一体的に構成し、この一体化した部分の材料は、アルミニウムの融点よりも高融点を持つ高融点素材であることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載のガス遮断器。
【請求項６】
前記ピストンは、前記ピストンスカートを前記ピストンの胴部として構成したピストン胴部と、当該ピストン胴部によって支えられるピストンフランジからなり、
前記ピストン胴部によって、前記ピストンフランジより後部の内外周空間を仕切り、前記ピストン胴部の外部にガス排気空間を構成し、前記ピストン胴部の内部にガス吸入空間を構成する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】
前記ピストン胴部の材料は、アルミニウムの融点よりも高融点を持つ高融点素材であることを特徴とする請求項６に記載のガス遮断器。
【請求項１】
消弧性ガスが封入された密閉容器内に対向配置された固定接触子部および可動接触子部と、
前記固定接触子部に固定アーク接触子およびその周囲に配置された固定通電接触子と、
前記可動接触子部に可動アーク接触子およびその周囲に配置された可動通電接触子と、
前記可動接触子部に中空の操作ロッドと、
前記操作ロッドに連結されたシリンダーおよび当該シリンダーに摺動自在に配置されたピストンと、
前記シリンダー内部に前記シリンダーおよび前記ピストンの相対移動により消弧性ガスを圧縮する圧縮空間と、
前記圧縮空間に連通して配置され、前記固定アーク接触子および前記可動アーク接触子が開離した後に両アーク接触子間に点弧するアークに対し、前記圧縮空間で圧縮した消弧性ガスを吹き付けるノズルと、
前記ピストンに前記シリンダーに沿った空間を内径側と外径側とに分離するピストンスカートと、
前記ピストンスカートによって分離される内径側の空間として、前記アークの熱を受けて高温となった前記消弧性ガスを前記操作ロッドの中空部分を通過させて前記密閉容器の自由空間に排気する排気空間と、
前記ピストンスカートによって分離される外径側の空間として、前記密閉容器に存在する低温の前記消弧性ガスを前記圧縮空間に吸気する吸気空間とを有するガス遮断器。
【請求項２】
前記ピストンに配置されたピストンフランジおよび当該ピストンフランジにネジ締結されたピストン支えを有し、
ネジ締結された前記ピストンフランジと前記ピストン支えとの間に前記ピストンスカートを挟み込むことにより当該ピストンスカートを前記ピストンに固定した請求項１に記載のガス遮断器。
【請求項３】
前記ピストンスカートを前記ピストンに溶接により固定した請求項１に記載のガス遮断器。
【請求項４】
前記ピストンスカートの材料は、アルミニウムの融点よりも高融点を持つ高融点素材である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】
前記ピストンフランジと前記ピストンスカートを一体的に構成し、この一体化した部分の材料は、アルミニウムの融点よりも高融点を持つ高融点素材であることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載のガス遮断器。
【請求項６】
前記ピストンは、前記ピストンスカートを前記ピストンの胴部として構成したピストン胴部と、当該ピストン胴部によって支えられるピストンフランジからなり、
前記ピストン胴部によって、前記ピストンフランジより後部の内外周空間を仕切り、前記ピストン胴部の外部にガス排気空間を構成し、前記ピストン胴部の内部にガス吸入空間を構成する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】
前記ピストン胴部の材料は、アルミニウムの融点よりも高融点を持つ高融点素材であることを特徴とする請求項６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２０１３−６９４１４（Ｐ２０１３−６９４１４Ａ）
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０５０３９（Ｐ２０１１−２０５０３９）
【出願日】平成２３年９月２０日（２０１１．９．２０）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（３９５００２４３４）東芝変電機器テクノロジー株式会社 (59)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２０日（２０１１．９．２０）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（３９５００２４３４）東芝変電機器テクノロジー株式会社 (59)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]