JPH04111130U - ガス遮断器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】パッファ形ガス遮断器の固定アークコンタクト
の先端部付近に低圧力領域が発生するのを防止し、遮断
性能を向上させる。 【構成】絶縁ノズル３に溝部３ｄを設ける。可動アーク
コンタクト２が消弧位置Ｐ2 に達したときに、溝部３ｄ
が固定アークコンタクト１の先端部付近に位置するよう
に、溝部３ｄの位置を設定する。溝部３ｄから固定アー
クコンタクト１の主部と先端部との境界部付近に向うガ
スの流れを生じさせることにより、固定アークコンタク
トの先端部付近のガス流が超音速流となるのを防ぎ、固
定アークコンタクトの先端部付近でガス圧が低下するの
を防止する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、パッファ式の消弧機構を備えたガス遮断器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

この種のガス遮断器は、図７に示したように、固定アークコンタクト１と、固 定アークコンタクト１と軸線を共有した状態で軸線方向に移動し得るように設け られた可動アークコンタクト２と、可動アークコンタクトの外側に同心的に設け られていて該可動アークコンタクトとともに変位する絶縁ノズル３と、遮断器の 開路時にアークにガスを吹き付けるパッファ機構４とを備えている。

【０００３】 固定アークコンタクト１は、図示しない絶縁容器に取付けられた導体５に固定 されていて、図８に示したように、横断面の輪郭が円形を呈して軸線方向に直線 的に伸びる主部１ａと縦断面の輪郭が円弧状を呈する先端部１ｂとを有する。図 示の例では、更に導体５に、固定アークコンタクト１を外側から同心的に囲む固 定主コンタクト６が接続されている。

【０００４】 可動アークコンタクト２は、絶縁容器に取付けられた導体７に摺動自在に支持 された可動導体棒８に取り付けられている。可動導体棒８は絶縁操作棒９を介し て図示しない操作器に連結され、該操作器により、可動アークコンタクト２が投 入位置と消弧位置との間を変位するように操作される。可動アークコンタクト２ は管状に形成されていてその先端に接点部２ａが形成されている。可動アークコ ンタクト２には、その先端部側に開口する多数のスリットが形成されていて、投 入時にはその先端部が弾性変形して固定アークコンタクト１の主部１ａの外周に 外側から接触する。

【０００５】 パッファ機構４は、可動アークコンタクト２及び絶縁ノズル３と一体になって 変位するパッファシリンダ１０と、導体７に固定されてシリンダ１０に嵌合され たピストン１１とを備え、可動アークコンタクト２が消弧位置側に変位する際に パッファシリンダ１０の容積が縮小されて、該シリンダ１０から絶縁ノズル３の 内側に高速のガス流が供給されるようになっている。

【０００６】 図示の例では、絶縁ノズル３を外側から囲むように可動主コンタクト１２が設 けられ、該可動主コンタクト１２は、固定主コンタクト６に内側から接触するよ うになっている。

【０００７】 絶縁ノズル３は、図８に示すように、可動アークコンタクト２の後端部側から 先端部側に向って該可動アークコンタクトとの間の距離を次第に小さくするよう に湾曲した内面Ｓａを有して可動アークコンタクト２の先端部側では、内面Ｓａ が可動アークコンタクトの先端の端面に所定の間隙を介して対向している第１の 領域３ａと、可動アークコンタクトが消弧位置にあるときに固定アークコンタク ト１の主部１ａを囲むように設けられて固定アークコンタクトの後端部側に向っ て次第に径が大きくなる向きのテーパが付けられた内面Ｓｂを有する第２の領域 ３ｂと、第１及び第２の領域を隔てる所定長さの境界領域３ｃとを有している。 上記の各部は、絶縁容器内に収納され、該絶縁容器内にはＳＦ₆ ガスが所定の 圧力で封入されている。

【０００８】 このガス遮断器において、投入時には、図７に示すように可動主コンタクト１ ２が固定主コンタクト６に、また可動アークコンタクト２が固定アークコンタク ト１にそれぞれ接触している。この状態では、導体５−固定主コンタクト６−可 動主コンタクト１２−可動導体棒８−導体７の経路、及び導体５−固定アークコ ンタクト１−可動アークコンタクト２−可動導体棒８−導体７の経路で主回路電 流が流れる。

【０００９】 遮断器を開く際には、図示しない操作器により、可動導体棒８が図面上、下方 に移動させられる。このとき先ず可動主コンタクト１２が固定主コンタクト６か ら無アークで離れ、次いで可動アークコンタクト２が固定アークコンタクト１か ら離れる（開極する）。可動アークコンタクト２が固定アークコンタクト１から 離れると、両アークコンタクト間にアークＡが発生する。可動導体の移動に伴っ て、パッファシリンダ１０内の容積が縮小されるため、図８に矢印で示したよう に、シリンダ１０内から絶縁ノズル３の内側に向う高速のガス流が生じる。これ によりアークＡにＳＦ₆ ガスが吹き付けられるため、アークが冷却され、ほぼ半 サイクル後、またはほぼ１サイクル後の電流の零点でアークが消滅させられる。

【００１０】 この種のガス遮断器では、開極した後（可動アークコンタクトが固定アークコ ンタクトから離れた後）電流波形が零点を迎えるときに、可動アークコンタクト ２の先端が、開極位置（固定アークコンタクトの主部１ａと先端部１ｂとの境界 位置）Ｐ1 から所定の距離Ｌを隔てた消弧位置Ｐ2 に達しているように、可動ア ークコンタクトの開極位相を電流位相に対して制御するようにしている。

【００１１】

【考案が解決しようとする課題】

従来のガス遮断器では、開極後、可動アークコンタクトが消弧位置Ｐ2 に達し たときに、絶縁ノズル３の第２の領域のテーパ面と固定アークコンタクト１の先 端部付近との間の間隙内でガス流が超音速になり、固定アークコンタクト１の先 端部付近に低圧力領域Ｑが生じることが明らかになった。

【００１２】 このような低圧力領域の発生は、ＳＦ₆ ガスの絶縁耐力を低下させ、再発弧や 再点弧を招いて遮断に失敗する原因となるので、好ましくない。

【００１３】 本考案の目的は、遮断時に固定アークコンタクトの先端部付近に低圧力領域が 生じるのを防いで遮断性能を向上させたガス遮断器を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】

本発明は、横断面の輪郭が円形を呈して軸線方向に直線的に伸びる主部と縦断 面の輪郭が円弧状を呈する先端部とを有する固定アークコンタクトと、該固定ア ークコンタクトと軸線を共有した状態で軸線方向に移動し得るように設けられて いて、投入時には固定アークコンタクトの主部の外周に外側から接触し、遮断時 には電流の零点を迎えるときに固定アークコンタクトの主部と先端部との境界位 置から所定の距離を隔てた消弧位置に達しているように開極位相が制御される管 状の可動アークコンタクトと、可動アークコンタクトの外側に同心的に設けられ て該可動アークコンタクトとともに変位する絶縁ノズルと、可動アークコンタク トが消弧位置側に変位する際に可動アークコンタクトの後端部側から絶縁ノズル の内側に高速のガス流を供給するパッファ機構とを備えたガス遮断器を対象とす る。

【００１５】 ここで絶縁ノズルは、可動アークコンタクトの後端部側から先端部側に向って 該可動アークコンタクトとの間の間隙を次第に小さくするように湾曲した内面を 有していて可動アークコンタクトの先端側では該可動アークコンタクトの先端の 端面に所定の間隙を介して対向している第１の領域と、前記可動アークコンタク トが消弧位置にあるときに前記固定アークコンタクトの主部を囲むように設けら れて前記固定アークコンタクトの後端部側に向って次第に径が大きくなる向きの テーパが付けられた内面を有する第２の領域と、前記第１及び第２の領域とを隔 てる境界領域とを備えているものとする。

【００１６】 本考案においては、絶縁ノズルの第２の領域の境界領域寄りの内面に、周方向 に連続して伸びる溝部を設ける。そして、可動アークコンタクトが消弧位置に達 したときに固定アークコンタクトの主部と先端部との境界部が溝部の底部付近に 位置するように、該溝部の位置を設定しておく。

【００１７】

【作用】

上記のように固定アークコンタクトの先端部付近に対向する絶縁ノズルの内面 に周方向に連続する溝部を設けて、可動アークコンタクトが消弧位置に達したと きに固定アークコンタクトの主部と先端部との境界部が溝部の底部に対向してい るようにすると、パッファ機構からガスが供給されたときに図１の矢印のように ガスの流れを生じる。これが固定アークコンタクトの主部と先端部との境界部付 近での流れの剥離を抑制するため、膨脹波と衝撃波が固定アークコンタクト表面 より離脱し、この付近のガスの流速を下げる。これによりガス流が超音速を超え る領域は固定アークコンタクトの主部と先端部との境界部付近よりも更にガス流 の下流側に移動する。従って固定アークコンタクトの先端部付近に低圧力領域が 生じて絶縁耐力が低下するのを防ぐことができ、遮断性能の向上を図ることがで きる。

【００１８】

【実施例】

図１は本考案の実施例の要部を示したもので、同図において図７及び図８の各 部と同等の部分には同一の符号を付してある。本実施例において、遮断器の基本 的な構成は図７に示したものと同様であり、絶縁ノズル３は、可動アークコンタ クト２の後端部側から先端部側に向って該可動アークコンタクトとの間の間隙を 次第に小さくするように湾曲した内面Ｓａを有していて可動アークコンタクトの 先端側では該可動アークコンタクトの先端の端面に所定の間隙を介して対向して いる第１の領域３ａと、可動アークコンタクト２が消弧位置にあるときに固定ア ークコンタクト１の主部１ａを囲むように設けられて固定アークコンタクト１の 後端部側に向って次第に径が大きくなる向きのテーパが付けられた内面Ｓｂを有 する第２の領域３ｂと、第１及び第２の領域とを隔てる境界領域（のど部）３ｃ とを備えている。境界領域３ｃは軸線方向に沿って内径がほぼ均一な円筒面状に 形成されている。

【００１９】 本考案においては、絶縁ノズル３の第２の領域３ｂの境界領域３ｃ寄りの内面 に、周方向に連続して伸びる溝部３ｄを設け、可動アークコンタクト２の先端が 消弧位置Ｐ2 に達したときに固定アークコンタクト１の主部１ａと先端部１ｂと の境界部Ｐ1 が溝部３ｄ付近に位置するようにしておく。実施例では、可動アー クコンタクト２の先端が消弧位置に達したときに、固定アークコンタクト１の主 部１ａと先端部１ｂとの境界部Ｐ1 が溝部３ｄの底部３d1に対向するように、溝 部３ｄの位置が設定されている。本実施例ではまた、溝部３ｄの境界領域３ｃ側 の内面３d2が傾斜面となっている。

【００２０】 ここで、溝部３ｄの幅及び位置は、遮断時の開極位相の制御範囲に等しくなる ように設定しておく。即ち、可動アークコンタクト２の平均移動速度をＶとし、 開極位相制御における最も進んだ開極時刻から消弧が行われる電流零点までの時 間（可動アークコンタクトが消弧位置Ｐ2 まで移動するのに要するトラベル時間 ）をΔｔ1 、最も遅れた開極時刻から電流零点までの時間をΔｔ2 、開極位置Ｐ 1 から消弧位置Ｐ2 までの距離をＬとした場合に、次の（１）式の関係が成立す るように、溝部３ｄの位置と幅とを設定しておくのが好ましい。

【００２１】 Ｖ・Δｔ2 ≦Ｌ≦Ｖ・Δｔ1 …（１） 開極位相の制御範囲とΔｔ1 及びΔｔ2 との関係を、半サイクル遮断の場合及 び１サイクル遮断の場合について示すとそれぞれ図２の（Ａ）及び（Ｂ）の通り である。

【００２２】 上記溝部３ｄの効果を確認するため、絶縁ノズルに溝部３ｄを設けた場合と設 けない場合とについて、可動アークコンタクトが遮断位置に達したときの固定ア ークコンタクトの先端付近のガス流及びガス圧の状態を解析した。

【００２３】 解析に用いたモデルは図３のケース１ないし４に示した通りである。各モデル において、固定アークコンタクト１は丸みがついた先端部を除いた形状とし、固 定アークコンタクト１の外径は２５mm、内径は１２mmとした。また可動アークコ ンタクトが消弧位置に達したときの、固定アークコンタクト１の先端から絶縁ノ ズルの境界領域３ｃまでの距離を１０mmとし、絶縁ノズルの第２の領域３ｂのテ ーパ角は１５度とした。

【００２４】 図３に示した各ケースにおいて、ガスが流出を開始する前の消弧室内の初期圧 力を５kg／cm² abs 、ノズル下流部の背圧を５kg／cm² abs とし、ノズルののど 部に背圧の２倍のガス圧を与えた場合、ガスが流出を開始してから４msecが経過 した時点での固定アークコンタクト先端部の最低ガス圧は図４に示す通りであっ た。この結果から、ケース１の従来例に相当するモデルでは、固定アークコンタ クトの先端部での最低ガス圧が２．５７kg／cm² abs であったが、溝部３ｄを設 けたケース２ないし４のモデルでは、固定アークコンタクの先端部での最低ガス 圧を大幅に高めることができた。

【００２５】 また図５は、ケース１ないし４の各モデルについて、ガスが流出を開始してか ら４msec後の、固定アークコンタクト先端部の最大マッハ数Ｍを示したもので、 ケース１では固定アークコンタクト１の先端部のガス流が超音速流となるが、他 のケースでは、固定アークコンタクトの先端部のガス流が亜音速流となる。

【００２６】 更に図６は、ケース１ないし４について、４msec後の各部のガスの流速と、ガ ス流により生じる膨脹波及び衝撃波の位置とを示したものである。この図から明 らかなように、ケース１では、固定アークコンタクト先端部に超音速流領域と亜 音速流領域との境界部が固定アークコンタクト１の先端部付近に位置し、この境 界部で膨脹波が生じるため、固定アークコンタクト１の先端部付近の圧力が低下 する。ケース２ないし４では、超音速流領域と亜音速流領域との境界部が固定ア ークコンタクト１の先端部よりもガス流の下流側に移動するため、膨脹波が発生 する位置は固定アークコンタクトの先端よりもガス流の下流側に移動する。従っ て、固定アークコンタクトの先端部付近でのガス圧の低下が防止される。

【００２７】 図１に示した実施例では、溝部３ｄに傾斜面３d2を設けているが、このように 傾斜面を設けると、ケース３に見られるように、固定アークコンタクト１の先端 部付近でのガス圧の低下を防止する効果を高めることができる。しかし本考案は このように傾斜面を設ける場合に限定されるものではなく、ケース２または４に 示すように断面コの字形の溝部を設けることもできる。

【００２８】

【考案の効果】

以上のように、本考案によれば、固定アークコンタクトの先端部付近に対向す る絶縁ノズルの内面に周方向に連続する溝部を設けて、可動アークコンタクトが 消弧位置に達したときに固定アークコンタクトの主部と先端部との境界部が溝部 付近に位置するようにしたので、パッファ機構からガスが供給されたときに該溝 部から主部と先端部との境界部に向う流れを生じさせて固定アークコンタクトの 主部と先端部との境界部付近のガスの流速を低下させることができる。従ってガ ス流が超音速を超える領域を固定アークコンタクトの先端部付近よりも更にガス 流の下流側に移動させて、固定アークコンタクトの先端部付近に低圧力領域が生 じるのを防ぐことができ、遮断性能の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の実施例の要部の構成を示した説明図で
ある。

【図２】（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ、半サイクル遮断
及び１サイクル遮断の場合について、可動アークコンタ
クトのトラベル時間と開極位相の制御範囲との関係を示
した線図である。

【図３】本考案の効果を確認するための解析に用いたモ
デルの溝部の形状を示した説明図である。

【図４】図３のケース１ないし４について固定アークコ
ンタクトの先端部の最低ガス圧を示したグラフである。

【図５】図３のケース１ないし４について固定アークコ
ンタクトの先端部の最大マッハ数を示したグラフであ
る。

【図６】図３のケース１ないし４について超音速流領域
及び亜音速流領域の発生位置と膨脹波と衝撃波の発生位
置とを示した説明図である。

【図７】本考案を適用できるガス遮断器の要部の構成を
示した断面図である。

【図８】従来のガス遮断器の固定アークコンタクトの先
端部付近の構成を示した説明図である。

【符号の説明】

１…固定アークコンタクト、２…可動アークコンタク
ト、３…絶縁ノズル、３ａ…第１の領域、３ｂ…第２の
領域、３ｃ…境界領域、３ｄ…溝部。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 横断面の輪郭が円形を呈して軸線方向に
   直線的に伸びる主部と縦断面の輪郭が円弧状を呈する先
   端部とを有する固定アークコンタクトと、前記固定アー
   クコンタクトと軸線を共有した状態で軸線方向に移動し
   得るように設けられていて、投入時には前記固定アーク
   コンタクトの主部の外周に外側から接触し、遮断時には
   電流の零点を迎えるときに前記固定アークコンタクトの
   主部と先端部との境界位置から所定の距離を隔てた消弧
   位置に達しているように開極位相が制御される管状の可
   動アークコンタクトと、前記可動アークコンタクトの外
   側に同心的に設けられて該可動アークコンタクトととも
   に変位する絶縁ノズルと、前記可動アークコンタクトが
   消弧位置側に変位する際に前記可動アークコンタクトの
   後端部側から前記絶縁ノズルの内側に高速のガス流を供
   給するパッファ機構とを備え、前記絶縁ノズルは、前記
   可動アークコンタクトの後端部側から先端部側に向って
   該可動アークコンタクトとの間の間隙を次第に小さくす
   るように湾曲した内面を有していて可動アークコンタク
   トの先端側では該可動アークコンタクトの先端の端面に
   所定の間隙を介して対向している第１の領域と、前記可
   動アークコンタクトが消弧位置にあるときに前記固定ア
   ークコンタクトの主部を囲むように設けられて前記固定
   アークコンタクトの後端部側に向って次第に径が大きく
   なる向きのテーパが付けられた内面を有する第２の領域
   と、前記第１及び第２の領域とを隔てる境界領域とを備
   えているガス遮断器において、前記絶縁ノズルの第２の
   領域の前記境界領域寄りの内面に、周方向に連続して伸
   びる溝部が設けられ、前記可動アークコンタクトが消弧
   位置に達したときに前記固定アークコンタクトの主部と
   先端部との境界部が前記溝部付近に位置するように、前
   記溝部の位置が設定されていることを特徴とするガス遮
   断器。