JPH0574291A - パツフア形ガス遮断器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 通電性能及び耐熱性能に優れたパッファシリ
ンダを有する、小型・軽量で信頼性の高いパッファ形ガ
ス遮断器を提供する。 【構成】 消弧性ガスを充填した容器内に、接離可能な
接触子部１，２を有する。パッファピストン１０とパッ
ファシリンダ２１からなるパッファ室１１を圧縮し、圧
縮ガスをノズル８部に導き、アーク接触子３，７間に発
生するアーク１５を消弧する。パッファシリンダを駆動
する操作ロッド５に、遮断動作初期には中空部５ｃとパ
ッファ室を連通し、遮断動作後期には中空部と容器を連
通する孔５ｄを設ける。パッファシリンダを、構造傾斜
合金によりその組成が内面から外面の間で半径方向に変
化するように構成する。パッファシリンダの内面を耐熱
性に優れた材料から構成し、外面を電気伝導性に優れた
材料から構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、パッファ形ガス遮断器
の消弧室に関し、特に電流遮断アークの発生する熱エネ
ルギーを利用して消弧ガスの圧力を高める遮断器消弧室
の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】発電系統の大容量化に伴い、変電所や開
閉所に用いられる遮断器に要求される遮断容量も増大
し、且つ、高い信頼性が要求されている。遮断器の信頼
性を高めるためには、部品数を少なく、構造を簡略化す
ることが重要である。この観点から、遮断器の遮断点数
の減少が図られており、そのためには、遮断器の遮断性
能を向上し、一点当たりの遮断容量を増加させなければ
ならない。

【０００３】従来の一般的パッファ形ガス遮断器におい
て、遮断性能を向上するためには、パッファ室内のガス
圧力を高め、強力な吹き付けガス流を形成することが必
要である。このようなパッファ室内のガス圧力の高圧化
を達成するために単純に考えられる方法としては、大型
のパッファシリンダを速い開極速度で動かすという方法
が挙げられる。しかしながら、このような方法を採用し
た場合には、消弧室の寸法が大きくなってしまうばかり
でなはなく、大きな駆動装置が必要となり、遮断器の製
造及び運用の経済性が失われてしまう。

【０００４】これに対し、大型のパッファシリンダを使
用することなくパッファ室内のガス圧力を高める方法と
して、アークの熱エネルギーを利用する方法が従来提案
されている。この方法は、発生したアークの熱エネルギ
ーを有効に利用して、パッファ室内のガス圧力を効率良
く高め、強力な吹付けガス流を形成することにより、遮
断性能の向上を図るものである。

【０００５】このような原理に基く従来のパッファ形ガ
ス遮断器の一例を図４乃至図６に示し、その動作原理に
ついて以下に説明する。なお、図４乃至図６は、それぞ
れ消弧室内の遮断部周辺のみを示す断面図であり、図４
は投入状態、図５は遮断動作初期状態、図６は遮断動作
後期状態を示している。

【０００６】まず、図４に示すように、消弧性ガスを充
填した図示していない消弧室内には、固定接触子部１と
可動接触子部２とが接離可能に設けられている。固定接
触子部１は、固定アーク接触子３と、この固定アーク接
触子３を包囲するように配置され、一体に固定された固
定通電接触子４とによって構成されている。また、可動
接触子部２においては、中空の操作ロッド５の周囲にパ
ッファシリンダ６が配置され、操作ロッド５の先端（固
定接触子部１側の端部）に設けられたフランジ部５ａに
よって操作ロッド５に固定されている。操作ロッド５の
フランジ部５ａの固定接触子部１側には、可動アーク接
触子７、絶縁ノズル８、可動通電接触子９が内外に順次
配置され、フランジ部５ａに一体に固定されている。

【０００７】パッファシリンダ６は、図示していない固
定部に固定されたパッファピストン１０及び操作ロッド
５の外面と共に、パッファ室１１を形成している。ま
た、操作ロッド５のフランジ部５ａにおける可動アーク
接触子７と絶縁ノズル８との間には、パッファ室１１内
のガスを噴出し、絶縁ノズル８を介してアークに吹き付
けるための開口部５ｂが設けられている。操作ロッド５
にはその中空部５ｃと外部とを連通する連通孔５ｄが設
けられ、この連通孔５ｄの基端側（固定接触子部１と反
対側）には、中空部５ｃ内のガス流を連通孔５ｄから外
部に導くための凸部５ｅが設けられている。なお、図中
１２は、パッファピストン１０と共に図示していない固
定部に固定され、パッファシリンダ６に対して摺動する
摺動接触子、図中１３は、固定接触子部１に接続された
第１の導体、１４は、可動接触子部２（の摺動接触子１
２）に接続された第２の導体である。

【０００８】以上のような構成を有するパッファ形ガス
遮断器の、図４に示す投入状態における通電経路は、図
示していないブッシングから第１の導体１３を経て消弧
室へ至り、消弧室内においては、固定通電接触子４から
可動通電接触子９へ至る第１の経路と、固定アーク接触
子３から可動アーク接触子７へ至る第２の経路に分岐す
る。そして、第１、第２の経路は、操作ロッド５のフラ
ンジ部５ａにて合流して、単一経路となり、パッファシ
リンダ６及び摺動接触子１２を介して第２の導体１４に
至り、図示していないブッシングから外部回路へと至
る。

【０００９】また、両接触子部１，２の各接触子３，
４，７，９は、図５に示すような遮断動作初期におい
て、まず、固定通電接触子４と可動通電接触子９とが開
離し、それに引続いて固定アーク接触子３と可動アーク
接触子７とが開離し、その結果、固定アーク接触子３と
可動アーク接触子７との間にアーク１５が発生するよう
に配置構成されている。一方、操作ロッド５の連通孔５
ｄは、図５に示すような遮断動作初期において、操作ロ
ッド５の中空部５ｃとパッファ室１１とを連通するよう
に構成されている。さらに、操作ロッド５の連通孔５ｄ
は、図６に示すように、遮断動作後期において、パッフ
ァピストン１０の内径端部１０ａを通り過ぎた後に、操
作ロッド５の中空部５ｃと周囲のガス空間とを連通する
ように構成されている。

【００１０】次に、図５及び図６により、このパッファ
形ガス遮断器の作用を説明する。まず、図５に示すよう
に、遮断動作初期において、アーク１５は大きな熱を発
生しているが、ノズル８はまだ十分に開極していないの
で、遮断能力はない。また、この遮断動作初期におい
て、操作ロッド５の連通孔５ｄはまだパッファピストン
１０の端部１０ａを過ぎていないので、操作ロッド５の
中空部５ｃは、連通孔５ｄを介してパッファ室１１内と
連通している。

【００１１】一方、このような遮断動作初期において
は、パッファ室１１内部の圧力はあまり上昇していない
ので、アーク１５からのガスの熱膨脹流は、ノズル８の
開口部から噴出する熱ガス流１６ａに加えて、操作ロッ
ド５の中空部５ｃを流れる熱ガス流１６ｂ、及びノズル
８の内部に流れ込む熱ガス流１６ｃとなる。このうち、
ロッド５の中空部５ｃを通った熱ガス流１６ｂは、操作
ロッド５の連通孔５ｄを介して、急激にパッファ室１１
に流れ込む。この場合、アーク１５からの熱ガス流１６
ｂの熱エネルギーは非常に大きいため、この熱ガス流１
６ｂは、パッファ室１１内のガスに大きな熱エネルギー
を与える。この熱エネルギーが、パッファピストン１０
とパッファシリンダ６の物理的な圧縮エネルギーに加え
られるため、パッファ室１１内の圧力は極めて高くな
る。

【００１２】その後、図６に示すように、遮断動作後期
において、操作ロッド５の連通孔５ｄは、パッファピス
トン１０の端部１０ａを通過して、操作ロッド５の中空
部５ｃと周囲のガス空間とを連通する。従って、操作ロ
ッド５の中空部５ｃ内のアークによる熱は、連通孔５ｄ
を介して周囲のガス空間に放出される。このような状態
においては、すでにノズル８は十分に開口しているの
で、電流を遮断できる状態となっている。パッファ室１
１内に取り込まれた熱は、パッファシリンダ６内でほぼ
均一に分散されるので、パッファ室１１内の高い圧力上
昇状態は、遮断動作が終了するまで持続する。従って、
パッファ室１１内からノズル８を介し、高速のガス流１
６ｄが、長時間に亘ってアーク１５に吹き付けられるの
で、高い遮断性能を得ることができる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
なパッファ形ガス遮断器において、パッファシリンダは
可動部分の一部となるために、それ自体軽量であること
が要求される。また、通電経路として説明したように、
パッファシリンダの壁内を電流が流れるために、パッフ
ァシリンダは良導体から構成されていなければならな
い。パッファシリンダを良導体で構成すると、通電部分
の断面積を小さくできるため、軽量化にも効果は大き
い。こうした理由により、従来、パッファシリンダは、
アルミニウムから構成されることが多かった。しかしな
がら、このようなアルミニウム製のパッファシリンダに
おいて、前述のように、アークエネルギーを積極的にパ
ッファシリンダ内に取り入れる構造とした場合、アーク
によって高温に熱せられたガスがパッファシリンダ内に
吸収されるために、パッファシリンダ内面が熱によって
損傷を受ける恐れがあった。

【００１４】このようなパッファシリンダの損傷を避け
るために、例えば、アルミニウム製のパッファシリンダ
内面に、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）など
の高分子物質あるいはセラミックスなどの耐熱性に優れ
た絶縁物からなる保護用の内壁を設けることが考えられ
ている。しかしながら、このように、パッファシリンダ
を絶縁物と金属とからなる二層構造に構成した場合、こ
れらの物質間の境界面にわずかでも間隙があると、金属
・固体絶縁物・絶縁性ガスの三点接触部が形成されてし
まう。このような三点接触部では、電界が極めて高くな
り、通電時に火花放電を生じてシリンダを損傷するなど
の不具合の原因となる恐れがある。

【００１５】これに対して、絶縁物製の内壁の代わり
に、銅−タングステン合金などの耐熱性金属の内壁を設
けることも考えられる。この場合には、三点接触部の形
成はないものの、内側円筒と外側円筒の材質の電気抵抗
率が異なるために、軸方向の電圧降下が異なり、二層間
の境界面で電位差が生じ、火花放電を発生して、結局パ
ッファシリンダを損傷してしまう恐れがある。

【００１６】本発明は上記のような従来技術の課題を解
決するために提案されたものであり、その目的は、遮断
動作時のアークエネルギーを有効に利用可能であり、小
さな駆動エネルギーで高い遮断性能が得られ、且つ、通
電性能及び耐熱性能に優れたパッファシリンダを有す
る、小型・軽量で信頼性の高いパッファ形ガス遮断器を
提供することである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明によるパッファ形
ガス遮断器は、消弧性ガスを充填した容器内に、接離可
能な固定接触子部と可動接触子部を有し、可動接触子部
に設けられたパッファピストンとパッファシリンダとか
らなるパッファ室を圧縮することによってガスを圧縮し
てノズル部に導き、固定・可動アーク接触子間に発生す
るアークを冷却して消弧させるパッファ形ガス遮断器で
あって、前記パッファシリンダを駆動する操作ロッド
に、その中空部と外部とを連通する孔を設け、遮断動作
初期は前記操作ロッドの中空部と前記パッファ室とを前
記操作ロッドの孔を介して連通させ、遮断動作後期は前
記操作ロッドの中空部と前記容器とを前記操作ロッドの
孔を介して連通させるパッファ形ガス遮断器において、
特に、次のような特徴を有するものである。すなわち、
パッファシリンダを、位置的な組成が連続的に変化する
構造傾斜合金により、この構造傾斜合金の組成がパッフ
ァシリンダ内面からパッファシリンダ外面の間で半径方
向に変化するように構成する。且つ、パッファシリンダ
内面を耐熱性に優れた材料から構成し、パッファシリン
ダ外面を電気伝導性に優れた材料から構成する。

【００１８】また、パッファシリンダ内面を構成する耐
熱性に優れた材料が、タングステン、銅−タングステン
合金、窒化ホウ素、アルミナのうちの少なくとも一成分
からなり、パッファシリンダ外面を構成する電気伝導性
に優れた材料が、アルミニウム、銅、銀のうちの少なく
とも一成分からなることが望ましい。

【００１９】

【作用】以上のような構成を有する本発明のパッファ形
ガス遮断器は、遮断動作初期においては、アークエネル
ギーを、操作ロッドの中空部を介して積極的にパッファ
室内に取り込むことにより、パッファ室内の圧力を熱的
に効率良く上昇させることができるため、この結果、駆
動エネルギーの省力化に貢献できる。また、遮断動作後
期においては、操作ロッド中空部の熱は、周囲のガス空
間に放出される。そして、高圧となったパッファ室内か
ら、高速のガス流がアークに吹き付けられるため、高い
遮断性能を得ることができる。

【００２０】特に、本発明においては、パッファシリン
ダ内面を耐熱性に優れた材料によって構成することによ
り、遮断動作初期のアークエネルギー（熱ガス流）をパ
ッファ室内に導入した際に、熱によるパッファシリンダ
内面の損傷を生じることがない。その上、パッファシリ
ンダを二層構造とせずに、境界面のない構造傾斜合金を
使用しているため、境界面の電位差に起因する火花放電
を発生する問題もなく、パッファシリンダの損傷を確実
に防止できる。また、熱の問題のないパッファシリンダ
外面を、電気伝導性に優れた材料によって構成すること
により、通電経路としての機能は良好である。まず、本
発明においては、材料及び構造面で通電性能及び耐熱性
能に優れたパッファシリンダを実現できる。従ってま
た、パッファシリンダを厚くしたり大型化する必要はな
いため、この点から、遮断器全体の小型・軽量化に貢献
できるという利点もある。

【００２１】

【実施例】以下には、本発明によるパッファ形ガス遮断
器の一実施例を、図１乃至図３を参照して説明する。こ
の場合、図１及び図３は、それぞれ消弧室内の遮断部周
辺のみを示す断面図であり、図１は投入状態、図３は遮
断動作初期状態である。また、図２はパッファシリンダ
の半径方向位置に対する組成を示すグラフである。な
お、図４乃至図６と同一部材については同一の符号を付
して説明を省略する。まず、図１に示すように、本実施
例におけるパッファシリンダ２１は、その位置的な組成
が連続的に変化する、いわゆる構造傾斜合金により構成
されている。この構造傾斜合金の組成は、パッファシリ
ンダ２１の内面から外面の間で半径方向に変化するよう
に構成されている。そして、パッファシリンダ２１の内
面は、耐熱性に優れた材料、すなわち、タングステン、
銅−タングステン合金、窒化ホウ素、アルミナのうちの
少なくとも一成分から構成され、パッファシリンダ２１
の外面は、電気伝導性に優れた材料、すなわち、アルミ
ニウム、銅、銀のうちの少なくとも一成分から構成され
ている。この場合のパッファシリンダ２１の半径方向の
組成は、具体的には、図２に示すような傾斜を描いて変
化している。

【００２２】次に、図１及び図３を参照して、本実施例
のパッファ形ガス遮断器の作用を説明する。すなわち、
図１に示す投入状態においては、前述したように、電流
はパッファシリンダ２１を経由して流れるが、このパッ
ファシリンダ２１の外面は、電気伝導性に優れた材料か
ら構成されているために良好な通電特性を示す。

【００２３】そして、図３に示すように、遮断動作初期
においては、操作ロッド５の中空部５ｃは、操作ロッド
５の連通孔５ｄを介してパッファ室１１と連通してい
る。この遮断動作初期においては、パッファ室１１内部
の圧力はあまり上昇していないので、アーク１５からの
ガスの熱膨脹流は、ノズル８の開口部から噴出する熱ガ
ス流１６ａに加えて、操作ロッド５の中空部５ｃを流れ
る熱ガス流１６ｂ、及びノズル８の内部に流れ込む熱ガ
ス流１６ｃとなる。このうち、ロッド５の中空部５ｃを
通った熱ガス流１６ｂは、操作ロッド５の連通孔５ｄを
介して急激にパッファ室１１内に流れ込む。

【００２４】この場合、アーク１５からの熱ガス流１６
ｂの熱エネルギーは非常に大きいため、この熱ガス流１
６ｂは、パッファ室１１内のガスに大きな熱エネルギー
を与える。この熱エネルギーが、パッファピストン１０
とパッファシリンダ６の物理的な圧縮エネルギーに加え
られるため、パッファ室１１内の圧力は極めて高くな
る。また、パッファシリンダ２１の内面には、大きな熱
エネルギーが加えられることになるが、本実施例におい
ては、パッファシリンダ２１の内面が耐熱性の材料で構
成されているために、パッファシリンダ２１の内面の熱
損傷を防止できる。さらに、図２に示す通り、パッファ
シリンダ２１の組成が内面から外面の間で半径方向に連
続的に変化するように構成されていることから、二層構
造のような境界面がないため、境界面の電位差に起因す
る火花放電を発生する問題はない。

【００２５】ところで、遮断動作後期の動作は、図示し
ていないが、前述した従来技術と全く同様である。すな
わち、遮断動作後期においては、操作ロッド５の連通孔
５ｄによって、操作ロッド５の中空部５ｃと周囲のガス
空間とが連通され、操作ロッド５の中空部５ｃ内のアー
クによる熱は、連通孔５ｄを介して周囲のガス空間に放
出される。そして、アークエネルギーによって高圧とな
ったパッファ室１１内からノズル８を介し、高速のガス
流が長時間に亘ってアークに吹き付けられるため、高い
遮断性能を得ることができる。

【００２６】なお、本発明は前記実施例に限定されるも
のではなく、パッファシリンダを構成する材料は、適宜
選択可能である。また、本発明は、アークエネルギー
を、操作ロッドの中空部を介して積極的にパッファ室内
に取り込むタイプのパッファ形ガス遮断器において、特
に、パッファシリンダとして、半径方向に組成が変化す
る構造傾斜合金を使用したことを特徴とするものである
ため、この特徴を有する限り、それ以外の各部品の構造
や配置構成などは適宜変更可能であり、同様の優れた作
用効果を得られる。

【００２７】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、パ
ッファシリンダを、構造傾斜合金を使用して、その組成
が内面から外面の間で半径方向に変化するように構成
し、且つ、パッファシリンダ内面を耐熱性に優れた材料
から構成し、パッファシリンダ外面を電気伝導性に優れ
た材料から構成することにより、遮断動作時のアークの
熱エネルギーを有効に利用可能であり、小さな駆動エネ
ルギーで高い遮断性能が得られ、且つ、通電性能及び耐
熱性能に優れたパッファシリンダを有する、小型・軽量
で信頼性の高いパッファ形ガス遮断器を提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるパッファ形ガス遮断器の一実施例
の投入状態を示す断面図。

【図２】図１のパッファ形ガス遮断器のパッファシリン
ダの半径方向位置に対する組成を示すグラフ。

【図３】図１のパッファ形ガス遮断器の遮断動作初期状
態を示す断面図。

【図４】従来のパッファ形ガス遮断器の一例の投入状態
を示す断面図。

【図５】図４のパッファ形ガス遮断器の遮断動作初期状
態を示す断面図。

【図６】図４のパッファ形ガス遮断器の遮断動作後期状
態を示す断面図。

【符号の説明】

１…固定接触子部 ２…可動接触子部 ３…固定アーク接触子 ４…固定通電接触子 ５…操作ロッド ５ａ…フランジ部 ５ｂ…開口部 ５ｃ…中空部 ５ｄ…連通孔 ５ｅ…凸部 ６…従来のパッファシリンダ ７…可動アーク接触子 ８…絶縁ノズル ９…可動通電接触子 １０…パッファピストン １０ａ…パッファピストン端部 １１…パッファ室 １２…摺動接触子 １３，１４…導体 １５…アーク １６ａ〜１６ｃ…熱ガス流 １６ｄ…ガス流 ２１…本発明によるパッファシリンダ

フロントページの続き (72)発明者 萩森 英一 東京都港区芝浦１丁目１番１号 株式会社 東芝本社事務所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 消弧性ガスを充填した容器内に、接離可
   能な固定接触子部と可動接触子部を有し、可動接触子部
   に設けられたパッファピストンとパッファシリンダとか
   らなるパッファ室を圧縮することによってガスを圧縮し
   てノズル部に導き、固定・可動アーク接触子間に発生す
   るアークを冷却して消弧させるパッファ形ガス遮断器で
   あって、前記パッファシリンダを駆動する操作ロッド
   に、その中空部と外部とを連通する孔を設け、遮断動作
   初期は前記操作ロッドの中空部と前記パッファ室とを前
   記操作ロッドの孔を介して連通させ、遮断動作後期は前
   記操作ロッドの中空部と前記容器とを前記操作ロッドの
   孔を介して連通させるパッファ形ガス遮断器において、 前記パッファシリンダを、その位置的な組成が連続的に
   変化する構造傾斜合金により、この構造傾斜合金の組成
   がパッファシリンダ内面からパッファシリンダ外面の間
   で半径方向に変化するように構成し、且つ、パッファシ
   リンダ内面を耐熱性に優れた材料から構成し、パッファ
   シリンダ外面を電気伝導性に優れた材料から構成したこ
   とを特徴とするパッファ形ガス遮断器。
2. 【請求項２】 パッファシリンダ内面を構成する耐熱性
   に優れた材料が、タングステン、銅−タングステン合
   金、窒化ホウ素、アルミナのうちの少なくとも一成分か
   らなり、パッファシリンダ外面を構成する電気伝導性に
   優れた材料が、アルミニウム、銅、銀のうちの少なくと
   も一成分からなることを特徴とする請求項１記載のパッ
   ファ形ガス遮断器。