JP5178967B1

JP5178967B1 - ガス遮断器

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Publication number: JP5178967B1
Application number: JP2012547201A
Authority: JP
Inventors: 透山下; 大輔吉田; 博一大谷
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-05-22
Filing date: 2012-05-22
Publication date: 2013-04-10
Anticipated expiration: 2032-05-22
Also published as: US9384924B2; US20150060411A1; CN104335315A; JPWO2013175565A1; WO2013175565A1; CN104335315B

Abstract

絶縁ガスが充填された密閉タンク（１００）と、この密閉タンク（１００）内に相対向して配設された可動アーク接触子（２１）と固定アーク接触子（２０）とで構成されている遮断部（１４）と、密閉タンク（１００）内に軸線を中心として遮断部（１４）の周りに相互に離隔して配設された複数の通電部（１５）と、通電部（１５）を収納するガス空間（５０）と固定アーク接触子（２０）側のガス空間（５００）との間に設けられた固定側補助導体（３００）と、を備え、固定側補助導体（３００）には、各通電部（１５）の間に設けられガス空間（５０）とガス空間（５００）とを連通させる連通孔（５１）が設けられている。
【選択図】図１

Description

この発明は、発電・変電等の電力系統に適用され消弧特性の良いフッ化硫黄（ＳＦ６）などの絶縁ガスを用いて電流を遮断するガス遮断器に関するものである。

従来のガス遮断器としては、ＳＦ６などの絶縁ガスで満たされた密閉タンク内にあるガスの一部を、操作装置による機械的な力によって開極動作と共に圧縮して圧力を高め、それをコンタクト間に発生するアークに吹き付けて消弧する機械パッファ方式のものがある。

例えば下記特許文献１に示される従来のガス遮断器には、密閉タンク内に電流を遮断するための遮断部が設けられ、遮断部を取囲んで同心円状に４つの通電部が設けられている。これらの遮断部および各通電部は、固定側補助導体および可動側補助導体に取り付けられている。また、通電部の外周部には絶縁筒が設けられていて、絶縁筒の一端には固定側補助導体を介して固定側円筒導体が連接され、絶縁筒の他端には可動側補助導体を介して可動側円筒導体が連接されている。各通電部が収納されている空間は、絶縁筒、遮断部、固定側補助導体、および可動側補助導体によって略閉じられた空間となっており、固定側円筒導体と可動側円筒導体とのガス空間は、遮断部のアーク発生領域を介してのみ繋がっている。このように構成されたガス遮断器は、可動アーク接触子と固定アーク接触子とを開閉することにより接触子間にアークを発生させ、ガスを吹付けることにより電流を遮断する。

特開２００９−５９５４１号公報

しかしながら上記特許文献１に示される従来のガス遮断器には以下のような課題があった。接触子間にアークが発生した際、アーク領域から高温の熱ガスが固定側円筒導体と可動側円筒導体に流れ、この熱ガスが元の冷ガスと混合することにより各円筒導体内の圧力を上昇させる。特に、固定側円筒導体側には可動アーク接触子がないことからアーク発生初期から熱ガスが流れ込むことや、固定側円筒導体側には可動アーク接触子を駆動する機構などがないことから固定側円筒導体側のガス容量が可動側円筒導体側のガス容量より小さいことなどに起因して、固定側円筒導体側のガス空間におけるガス圧力は急峻に高まる。また、このガス遮断器では、前述したように通電部の収納空間が固定側補助導体等によって略閉じられた空間となっているため固定側円筒導体側のガス容量が小さく、従って、遮断部と固定側円筒導体側のガス空間との圧力差が相対的に小さくなり、遮断部で発生した熱ガスが固定側円筒導体側のガス空間へ流れる速度が小さくなる。そのため、アーク領域からの熱ガスの排出が遅れて遮断性能を低下させることとなる。アーク領域からの熱ガスの流速を高めるには固定側円筒導体側のガス空間を大きくしなれればならず、所定の遮断性能と密閉タンクの小型化とがトレードオフの関係にある。従って、従来のガス遮断器は、所定の遮断性能を満たしながら密閉タンクの小型化を図るというニーズに対応することができないという課題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、所定の遮断性能を満たしながら密閉タンクの小型化を図ることができるガス遮断器を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、絶縁ガスが充填された密閉タンクと、この密閉タンク内に相対向して配設された可動アーク接触子と固定アーク接触子とで構成されている遮断部と、前記密閉タンク内に軸線を中心として前記遮断部の周りに相互に離隔して配設された複数の通電部と、前記各通電部を収納する第１のガス空間と前記固定アーク接触子側に設けられ前記遮断部で熱せられた絶縁ガスが拡散する第２のガス空間との間に設けられた第１の壁面と、を備え、前記第１の壁面には、前記各通電部の間に設けられ前記第１のガス空間と前記第２のガス空間とを連通させる第１の連通孔が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、固定アーク接触子側のガス空間を他のガス空間と連通させるようにしたので、所定の遮断性能を満たしながら密閉タンクの小型化を図ることができる、という効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態１にかかるガス遮断器の構成を示す縦断面図である。図２は、図１に示されるＩＩ−ＩＩ線における矢視断面図である。図３は、本発明の実施の形態２にかかるガス遮断器の構成を示す縦断面図である。図４は、本発明の実施の形態３にかかるガス遮断器の構成を示す縦断面図である。図５は、本発明の実施の形態４にかかるガス遮断器の構成を示す縦断面図である。

以下に、本発明にかかるガス遮断器の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかるガス遮断器の構成を示す縦断面図であり、図２に示されるＡ−Ａ線における断面図である。図２は、図１に示されるＩＩ−ＩＩ線における矢視断面図である。

図１に示される密閉タンク１００は、例えばエポキシ樹脂などで製作された絶縁筒２と、絶縁筒２の一端に連接された円筒の固定側円筒導体３と、絶縁筒２の他端に連接された円筒の可動側円筒導体４とが一体となり構成され、密閉タンク１００には、ＳＦ６などの絶縁ガスが充填されている。密閉タンク１００は、支持架台５上に支持絶縁物６と支持絶縁物７とで支持されている。支持架台５には操作装置１０が設置されている。可動側円筒導体４の側面には、一端がリンク機構１２に接続され他端が操作装置１０に接続された絶縁操作ロッド１１を貫通させるための孔が設けられている。支持絶縁物７は、この孔が設けられた可動側円筒導体４の周辺を絶縁支持している。この操作装置１０により、絶縁部材からなる絶縁操作ロッド１１、一端が密閉タンク１００の内部に設けられたリンク機構１２およびリンク機構１３を介して、開閉部１の開閉操作が行われる。

密閉タンク１００には、電流を通電または遮断するための開閉部１が収納されている。開閉部１は、電流を遮断するための遮断部１４と定格電流を通電するための通電部１５とで構成されている。遮断部１４は、固定側円筒導体３に連接された固定側補助導体３００と、この固定側補助導体３００と電気的に接続された固定アーク接触子２０と、この固定アーク接触子２０と同一軸線上で相対向する可動アーク接触子２１とから構成されている。

この可動アーク接触子２１は、固定アーク接触子２０と軸線上で接離可能であるとともに、ロッド接触子２２を介して可動側円筒導体４に連接された可動側補助導体４００と電気的に接続されている。可動アーク接触子２１の一端はリンク機構１２に接続されており、可動アーク接触子２１は、リンク機構１２および絶縁操作ロッド１１を介して、操作装置１０により軸線方向に直線的に往復移動可能となっている。また、可動アーク接触子２１には、リンク機構１３が連結されており、可動通電接触子２４がリンク機構１３を介して可動アーク接触子２１の動作に連動して軸線方向に往復移動するように構成されている。

通電部１５は、可動側円筒導体４０１と、固定側補助導体３００と、固定側補助導体３００と電気的に接続された固定通電接触子２３と、固定通電接触子２３と相対向する筒状の可動通電接触子２４とで構成される。通電部１５は、絶縁筒２と、固定側補助導体３００と、可動側補助導体４００と、固定アーク接触子２０の外周面に沿って可動側補助導体４００までに延伸した絶縁部材２８とに取囲まれたガス空間５０内に設けられている。

可動通電接触子２４の一端（固定通電接触子２３側の端部）は、開口状態となっており、この端部が固定通電接触子２３に嵌入して接触状態となる。可動通電接触子２４の他端（固定通電接触子２３側の端部とは反対側の端部）には、円板状の端板が設けられており、この端板には、リンク機構１３に連結されたピストンロッド２２１が固着されている。可動アーク接触子２１の往復移動に応じてピストンロッド２２１が同方向に往復移動することにより、可動通電接触子２４と固定通電接触子２３との接離がなされる。

可動側補助導体４００には可動側円筒導体４０１が連接されており、可動通電接触子２４は、リング状の接触子（図示せず）を介して可動側円筒導体４０１と電気的に接触しながら摺動可能に接続されている。可動側補助導体４００、可動側円筒導体４０１、および可動通電接触子２４で形成された機械パッファ室２６は、可動通電接触子２４と固定通電接触子２３との開閉動作に伴いその容積が変化する。

固定側補助導体３００に連接された絶縁部材２８は、固定アーク接触子２０の外周面に沿って可動側に延伸する。また、可動側補助導体４００に連接された絶縁ノズル２７は、固定側に延伸している。機械パッファ室２６は、絶縁ノズル２７と絶縁部材２８とで形成された吹出し流路２９を介して、固定アーク接触子２０と可動アーク接触子２１とが開離した時にアークが生じるアーク発生領域と連通している。

図２において、ガス空間５０内には４つの通電部１５が設けられており、これらの通電部１５は、遮断部１４を取り囲んで同心円上に例えば相互に等間隔に配置されている。具体的には、各通電部１５は、通電部１５の軸線を遮断部１４の軸線と平行にして、遮断部１４の軸線を中心とする所定半径の同心円上に配置され、かつ、相互に離隔して例えば等間隔で配置されている。４つの通電部１５は遮断部１４と電気的に接続され、可動通電接触子２４は、固定通電接触子２３と軸線上で接離可能である。固定側補助導体３００には、固定側円筒導体３側のガス空間５００とガス空間５０とを連通する連通孔５１が設けられ、この連通孔５１は、例えば各通電部１５の間に形成されている。

次に、電流遮断時の動作を説明する。遮断動作により遮断部１４のアーク発生領域にはアークが発生し、このアークによって生じた高温の熱ガスは、最初に固定アーク接触子２０の内径側を通ってガス空間５００に流れ込む。ガス空間５００ではガス空間５００に存在していたガスと遮断部１４からの熱ガスとが混合されて、ガス空間５００内の圧力が上昇するが、この混合ガスの一部は連通孔５１を介してガス空間５０に流れ込む。

連通孔５１は各通電部１５の間に設けられているため、連通孔５１からガス空間５０内に流入したガスが、可動通電接触子２４、固定通電接触子２３、および機械パッファなどに直接当ることはない。また、連通孔５１によってガス空間５００とガス空間５０とが繋がるため、ガス空間５００が相対的に広がり、遮断部１４付近のガス圧力とガス空間５００のガス圧力との圧力差が相対的に大きくなる。ガスの圧力差が大きくなるとガスの流速は速くなるため、遮断部１４で発生した熱ガスがガス空間５００へ流れる速度が早くなる。従って、アーク領域からの熱ガスの排出が早められ、遮断性能を向上させることが可能である。そのため、所定の遮断性能を満たしながら密閉タンク１００の小型化を図ることが可能である。

さらに可動アーク接触子２１が図左方に移動した際、可動側円筒導体４側のガス空間５００へのガス流路が広がるため、アーク発生領域のガス圧が低下し、高圧となった絶縁ガスがアークに吹付けられる。このことによってアークが消弧され、電流遮断が行われる。

なお、実施の形態１では、通電部１５が４つ設けられているが、通電部１５の数は４つに限定されるものではない。また、実施の形態１では、各通電部１５が遮断部１４を取り囲んで同心円上に相互に等間隔に配置されているが、各通電部１５の配置間隔は等間隔に限定されず、不等間隔であってもよい。

以上に説明したように実施の形態１にかかるガス遮断器によれば、絶縁ガスが充填された密閉タンク１００と、この密閉タンク１００内に相対向して配設された可動アーク接触子２１と固定アーク接触子２０とで構成されている遮断部１４と、密閉タンク１００内に軸線を中心として遮断部１４の周りに相互に離隔して配設された複数の通電部１５と、通電部１５を収納する第１のガス空間（空間５０）と、固定アーク接触子２０側に設けられ遮断部１４で熱せられた絶縁ガスが拡散する第２のガス空間（空間５００）との間に設けられた第１の壁面（固定側補助導体３００）と、を備え、固定側補助導体３００には、各通電部１５の間に設けられたガス空間５０とガス空間５００とを連通させる第１の連通孔（連通孔５１）が設けられているので、固定側円筒導体３側のガス空間５００がガス空間５０と連通されガス空間５００のガス容量が相対的に大きくなる。従って、遮断部１４付近のガス圧力とガス空間５００のガス圧力との圧力差が大きくなり、遮断部１４で発生した熱ガスの流速が高まる。その結果、所定の遮断性能を満たしながら密閉タンク１００の小型化を図ることができ、密閉タンク１００の減容化を図ることができると共に耐久性の向上を図ることができる。

実施の形態２．
実施の形態１では、固定側補助導体３００に連通孔５１が設けられているが、実施の形態２では、可動側補助導体４００にも連通孔５３が設けられている。実施の形態２の特有の構成以外の構成については、実施の形態１と同一であり、同様の作用を奏するものである。以下、実施の形態１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。

図３は、本発明の実施の形態２にかかるガス遮断器の構成を示す縦断面図である。実施の形態１との相違点は、連通孔５１と略対向する位置に連通孔５３が可動側補助導体４００に設けられている点である。

以下、電流遮断時の動作を説明する。遮断動作により遮断部１４のアーク発生領域にアークが発生したとき、このアークによって生じた高温の熱ガスはガス空間５００に流れ込み、ガス空間５００ではガス空間５００に存在していたガスと遮断部１４からの熱ガスとが混合され、ガス空間５００内の圧力が上昇するが、この混合ガスの一部は連通孔５１を介してガス空間５０に流れ込む。実施の形態２のガス遮断器では、連通孔５１および連通孔５３によって、ガス空間５００とガス空間５０と可動側円筒導体４側のガス空間６００とが繋がるため、ガス空間５００が実施の形態１よりも相対的に広がり、遮断部１４付近のガス圧力とガス空間５００のガス圧力との圧力差が一層大きくなる。そのため、遮断部１４で発生した熱ガスがガス空間５００へ流れる速度が実施の形態１よりも早くなる。従って、アーク領域からの熱ガスの排出がより早められ、遮断性能を一層向上させることが可能である。そのため実施の形態１よりも密閉タンク１００の小型化を図ることが可能である。

さらに可動アーク接触子２１が図左方に移動した際、可動側円筒導体４側のガス空間６００へのガス流路が広がるため、アーク発生領域のガス圧が低下し、高圧となった絶縁ガスがアークに吹付けられる。このことによってアークが消弧され、電流遮断が行われる。

以上に説明したように実施の形態２にかかるガス遮断器によれば、ガス空間５０と可動アーク接触子２１側の第３のガス空間（ガス空間６００）とを隔絶する第２の壁面（可動側補助導体４００）を有し、可動側補助導体４００には、ガス空間５０とガス空間６００とを連通させる第２の連通孔（連通孔５３）が設けられているので、ガス空間５００とガス空間５０と可動側円筒導体４側のガス空間６００とが連通され、実施の形態１よりもガス空間５００のガス容量が大きくなる。従って、遮断部１４で発生した熱ガスの流速を一層高めることができる。その結果、密閉タンク１００のより一層の減容化および耐久性の向上を図ることができる。

実施の形態３．
実施の形態２では、可動側補助導体４００に連通孔５３が設けられているが、実施の形態３では、管５２が連通孔５１と連通するように設けられている。実施の形態３の特有の構成以外の構成については、実施の形態２と同一であり、同様の作用を奏するものである。以下、実施の形態１、２と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。

図４は、本発明の実施の形態３にかかるガス遮断器の構成を示す縦断面図である。実施の形態２との相違点は、ガス空間５０の軸方向の長さよりも短い長さに形成され、かつ、連通孔５１と連通するように固定側補助導体３００の通電部側面３００ａに設けられた管５２が設けられている点である。この管５２は、例えば連通孔５１の径よりも大きい直径の円筒に形成されている。

以下、電流遮断時の動作を説明する。遮断動作により遮断部１４のアーク発生領域にアークが発生したとき、このアークによって生じた高温の熱ガスはガス空間５００に流れ込み、ガス空間５００ではガス空間５００に存在していたガスと遮断部１４からの熱ガスとが混合され、ガス空間５００内の圧力が上昇するが、この混合ガスの一部は連通孔５１を介して管５２に流れ込む。実施の形態３のガス遮断器では、連通孔５１および連通孔５３によって、ガス空間５００とガス空間５０と可動側円筒導体４側のガス空間６００とが繋がるため、ガス空間５００が実施の形態１よりも相対的に広がり、遮断部１４付近のガス圧力とガス空間５００のガス圧力との圧力差が一層大きくなる。そのため、遮断部１４で発生した熱ガスがガス空間５００へ流れる速度が実施の形態１よりも早くなる。従って、アーク領域からの熱ガスの排出がより早められ、遮断性能を一層向上させることが可能である。そのため実施の形態１よりも密閉タンク１００の小型化を図ることが可能である。

また、管５２が設けられているため、管５２に流れ込んだガスは、連通孔５３に向かって略直進するように整えられて管５２の開口端５２ａから排出される。そして、開口端５２ａから排出されたガスの大部分は、連通孔５３を介してガス空間６００に流入することとなる。従って、ガス空間５００から管５２に流入したガスが通電部１５に当る可能性を軽減でき、ガスに含まれる異物によって通電部１５の通電接触子（可動通電接触子２４および固定通電接触子２３）や機械パッファが損傷するリスクを軽減することができる。

さらに可動アーク接触子２１が図左方に移動した際、可動側円筒導体４側のガス空間５００へのガス流路が広がるため、アーク発生領域のガス圧が低下し、高圧となった絶縁ガスがアークに吹付けられる。このことによってアークが消弧され電流遮断が行われる。

以上に説明したように実施の形態３にかかるガス遮断器によれば、ガス空間５０の軸方向の長さよりも短い長さに形成され、かつ、連通孔５１と連通するように固定側補助導体３００に設けられたガス通流管（管５２）を備えるようにしたので、実施の形態２と同様の効果を得ることができると共に、ガス空間５００から管５２に流入したガスが通電部１５に当るリスクを軽減でき通電部１５の通電接触子や機械パッファが損傷するリスクを軽減することができる。

実施の形態４．
実施の形態３では、管５２が連通孔５１と連通するように設けられているが、実施の形態４では、管５２−１が連通孔５１と連通するだけでなく連通孔５３とも連通するように設けられている。実施の形態４の特有の構成以外の構成については、実施の形態３と同一であり、同様の作用を奏するものである。以下、実施の形態１〜３と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。

図５は、本発明の実施の形態４にかかるガス遮断器の構成を示す縦断面図である。実施の形態３との相違点は、管５２−１が実施の形態３より長く形成されると共に、管５２−１の一端が連通孔５１と連通するように固定側補助導体３００の通電部側面３００ａに設けられ、管５２の他端が連通孔５３と連通するように可動側補助導体４００の通電部側面４００ａに設けられている点である。この管５２−１は、例えば連通孔５１の径および連通孔５３の径よりも大きい直径の円筒に形成されている。

以下、電流遮断時の動作を説明する。遮断動作により遮断部１４のアーク発生領域にアークが発生したとき、このアークによって生じた高温の熱ガスはガス空間５００に流れ込み、ガス空間５００ではガス空間５００に存在していたガスと遮断部１４からの熱ガスとが混合され、ガス空間５００内の圧力が上昇するが、この混合ガスの一部は連通孔５１を介して管５２−１に流れ込む。実施の形態４のガス遮断器では、連通孔５１、管５２−１、および連通孔５３によって、ガス空間５００とガス空間６００とが繋がるため、ガス空間５００が実施の形態１よりも相対的に広がり、遮断部１４付近のガス圧力とガス空間５００のガス圧力との圧力差が一層大きくなる。そのため、遮断部１４で発生した熱ガスがガス空間５００へ流れる速度が早くなる。従って、アーク領域からの熱ガスの排出が早められ、遮断性能をより向上させることが可能である。そのため、実施の形態１よりも密閉タンク１００の小型化を図ることが可能である。

また、管５２−１が設けられているため、ガス空間５００から管５２−１に流入したガスが通電部１５に当ることがなく、ガスに含まれる異物によって通電部１５の通電接触子や機械パッファが損傷するリスクを実施の形態３よりも軽減することができる。

以上に説明したように実施の形態４にかかるガス遮断器によれば、一端が連通孔５１と連通するように固定側補助導体３００に設けられ、他端が連通孔５３と連通するように可動側補助導体４００に設けられた管５２−１を備えるようにしたので、ガス空間５００を実施の形態１よりも広げることができる共に、実施の形態３よりも通電部１５の通電接触子等が損傷するリスクを軽減することができる。

なお、本発明の実施の形態にかかるガス遮断器は、本発明の内容の一例を示すものであり、更なる別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略するなど、変更して構成することも可能であることは無論である。

以上のように、本発明は、ガス遮断器に適用可能であり、特に、所定の遮断性能を満たしながら密閉タンクの小型化を図ることができる発明として有用である。

１開閉部
２絶縁筒
３固定側円筒導体
４可動側円筒導体
５支持架台
６、７支持絶縁物
１０操作装置
１１絶縁操作ロッド
１２、１３リンク機構
１４遮断部
１５通電部
２０固定アーク接触子
２１可動アーク接触子
２２ロッド接触子
２３固定通電接触子
２４可動通電接触子
２６機械パッファ室
２７絶縁ノズル
２８絶縁部材
２９吹出し流路
５０ガス空間（第１のガス空間）
５１連通孔（第１の連通孔）
５３連通孔（第２の連通孔）
５２、５２−１管（ガス通流管）
５２ａ開口端
１００密閉タンク
２２１ピストンロッド
３００固定側補助導体（第１の壁面）
３００ａ、４００ａ通電部側面
４００可動側補助導体（第２の壁面）
４０１可動側円筒導体
５００ガス空間（第２のガス空間）
６００ガス空間（第３のガス空間）

Claims

絶縁ガスが充填された密閉タンクと、
この密閉タンク内に相対向して配設された可動アーク接触子と固定アーク接触子とで構成されている遮断部と、
前記密閉タンク内に軸線を中心として前記遮断部の周りに相互に離隔して配設された複数の通電部と、
前記各通電部を収納する第１のガス空間と前記固定アーク接触子側に設けられ前記遮断部で熱せられた絶縁ガスが拡散する第２のガス空間との間に設けられた第１の壁面と、
を備え、
前記第１の壁面には、前記各通電部の間に設けられ前記第１のガス空間と前記第２のガス空間とを連通させる第１の連通孔が設けられていることを特徴とするガス遮断器。
前記第１のガス空間と前記可動アーク接触子側の第３のガス空間とを隔絶する第２の壁面を有し、
前記第２の壁面には、前記第１のガス空間と前記第３のガス空間とを連通させる第２の連通孔が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のガス遮断器。
前記第１のガス空間の軸方向の長さよりも短い長さに形成され、かつ、前記第１の連通孔と連通するように前記第１の壁面に設けられたガス通流管を備えたことを特徴とする請求項２に記載のガス遮断器。
一端が前記第１の連通孔と連通するように前記第１の壁面に設けられ、他端が前記第２の連通孔と連通するように前記第２の壁面に設けられたガス通流管を備えたことを特徴とする請求項２に記載のガス遮断器。