WO2020084984A1 - ガス遮断器 - Google Patents

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movable
circuit breaker
gas
axis
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基宗 佐藤
大策 山田
泰規 中村
新平 中
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Definitions

  • the present invention relates to a gas circuit breaker that performs electric power supply and interruption by performing an opening / closing operation.
  • a conventional gas circuit breaker includes a mechanical compression chamber (mechanical puffer chamber) and a thermal pressurizing chamber (thermal puffer chamber).
  • the mechanical puffer chamber includes a mechanism for mechanically compressing an insulating gas in the mechanical puffer chamber and blowing the compressed insulating gas to an arc discharge generated between the contacts when the current is cut off.
  • the area where the arc discharge is generated is also simply referred to as the arc discharge.
  • the thermal puffer chamber plays a role of increasing the pressure of the insulating gas by the thermal energy of the arc discharge and blowing the high-pressure insulating gas to the arc discharge.
  • the current interruption performance of such a conventional gas circuit breaker largely depends on the pressure of the insulating gas when the insulating gas is blown onto the arc discharge. That is, it is necessary to secure the current interruption performance by increasing the pressure of the insulating gas in the mechanical puffer chamber and the thermal puffer chamber.
  • the thermal energy of the arc discharge generated during the current interruption is low. Therefore, the pressure of the insulating gas in the hot puffer chamber may not be sufficiently high.
  • the thermal puffer chamber is placed in the flow path of the insulating gas from the mechanical puffer chamber, so the small current interruption duty hinders the rise of the insulating gas pressure in the mechanical puffer chamber. It may be done.
  • the flow velocity of the gas flowing from the mechanical puffer chamber to the arc discharge may be reduced, which may cause a reduction in the breaking performance of the gas circuit breaker. That is, in the duty to cut off a small current, the conventional gas circuit breaker has a problem that the current breaking performance is deteriorated.
  • the present invention has been made to solve these problems, and an object of the present invention is to provide a gas circuit breaker capable of suppressing a decrease in current cutoff performance even with a small current cutoff duty.
  • a gas circuit breaker includes a conductive fixed electrode, a movable electrode that is movable on the axis of the fixed electrode and can be brought into contact with and separated from the fixed electrode, and a movable fixed electrode in a tank filled with an insulating gas.
  • a first movable-side casing that interlocks with the electrodes and surrounds this axis, a piston that forms a mechanical puffer chamber with the first movable-side casing, and a first movable-side casing that is interlocked with the movable electrode and moves in the direction of this axis.
  • a second movable-side casing that is located in series with the movable-side casing and a nozzle that forms a first thermal puffer chamber with the second movable-side casing are provided. Further, a first suction port for sucking the insulating gas into the mechanical puffer chamber and ejecting the insulating gas from the mechanical puffer chamber is formed in the first movable side casing. Is a suction port for sucking the insulating gas into the first thermal puffer chamber, and a jet port for discharging the insulating gas from the first thermal puffer chamber between the fixed electrode and the movable electrode. Is formed.
  • the gas circuit breaker according to the present invention can suppress a decrease in current interruption performance even with a small current interruption obligation, and has a high current interruption performance.
  • FIG. 1 is a sectional view of a gas circuit breaker 100 according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the gas circuit breaker 101 according to the second embodiment of the present invention also serves as a sectional view. It is a sectional view of the position of dashed-dotted line C1 of gas circuit breaker 100. It is sectional drawing of the position of the dashed-dotted line C2 of the gas circuit breaker 100. It is sectional drawing of the position of the dashed-dotted line C3 of the gas circuit breaker 100.
  • FIG. 5A shows the time dependence of parameters during the operation of the gas circuit breaker 100
  • FIG. 5A shows the time dependence of the alternating current flowing between the fixed electrode 1 and the movable electrode 2
  • FIG. 6 is a diagram showing a change in the distance (inter-electrode distance) between the tip portion of the fixed electrode 1 and the tip portion of the movable electrode 2. It is sectional drawing of the state of the principal part of the gas circuit breaker 100 before time T0. It is sectional drawing of the state of the main part of the gas circuit breaker 100 between time T1 and T2. It is sectional drawing of the state of the main part of the gas circuit breaker 100 between time T2 and T3. It is sectional drawing which shows the state of the gas circuit breaker 100 between time T2 of the position of dashed-dotted line C2, and until T3.
  • FIG. 7 is a temperature distribution diagram of the insulating gas along the axis A at a certain time between the time T2 and T3.
  • Embodiment 1. 1 to 11 show a first embodiment for carrying out the present invention.
  • a structure of a gas circuit breaker 100 according to a first embodiment for carrying out the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4, and a current cutoff of the gas circuit breaker 100 will be described with reference to FIGS. 5 to 11. The operation will be described.
  • 1 is a cross-sectional view of a closed state of a gas circuit breaker 100 according to a first embodiment for carrying out the present invention, showing a cross-section of a plane including an axis A described later.
  • 2 is a cross-sectional view of the gas circuit breaker 100 seen from a direction parallel to the axis A at the position indicated by the alternate long and short dash line C1 shown in FIG. 1
  • FIG. 3 is an axial line at the position indicated by the alternate long and short dash line C2 shown in FIG. It is sectional drawing of the gas circuit breaker 100 seen from the direction parallel to A.
  • FIG. Further, FIG.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the gas circuit breaker 100 seen from a direction parallel to the axis A at the position indicated by the alternate long and short dash line C3 shown in FIG. It should be noted that FIG. 1 also serves as a sectional view of a gas circuit breaker 101 according to a second embodiment described later.
  • tank 10 is made of metal or the like.
  • the inside 10n of the tank 10 is filled with an insulating gas such as SF 6 gas.
  • the movable electrode 2 is movable by being supported by the support cylinder 9 on the axis A of the fixed electrode 1 shown by the alternate long and short dash line by a drive mechanism (not shown), and is separable from the fixed electrode 1.
  • the axis A is a flow line of the movable electrode 2 when the fixed electrode 1 and the movable electrode 2 are connected and disconnected, and is an extension line of this flow line.
  • the fixed electrode 1 is electrically connected to one terminal (not shown) outside the tank 10, and similarly, the movable electrode 2 is electrically connected to the other terminal (not shown) outside the tank 10.
  • the movable-side housing 3 that surrounds the movable electrode 2 is configured to interlock with the movable electrode 2, and a nozzle 7 is attached to an end of the movable-side housing 3. Further, the cylinder portion 8 is attached so as to cover the nozzle 7, and the space is closed by the wall surface of the nozzle 7 and the wall surface of the cylinder portion 8 to form a first thermal puffer chamber Tp.
  • the movable housing 3 and the cylinder portion 8 surround the axis A and are arranged in series in the direction of the axis A.
  • the nozzle 7 is provided with a suction port 7n for sucking the insulating gas into the first thermal puffer chamber Tp, and from the inside of the first thermal puffer chamber Tp between the fixed electrode 1 and the movable electrode 2. And an ejection port 7u for ejecting the insulating gas.
  • the movable electrode 2, the movable housing 3, the nozzle 7, the cylinder portion 8, and the first thermal puffer chamber Tp are interlocked with each other to form the movable body portion 21.
  • the space closed by the piston 4 whose position is fixed and the wall surface of the movable-side housing 3 forms a mechanical puffer chamber Mp.
  • the first thermal puffer chamber Tp and the mechanical puffer chamber Mp are arranged in series in the direction of the axis A.
  • the mechanical puffer chamber Mp is configured so that the volume thereof changes according to the operation of the movable body portion 21.
  • the space between the movable-side housing 3 and the movable electrode 2 is a first suction port for sucking the insulating gas into the mechanical puffer chamber Mp and ejecting the insulating gas from the mechanical puffer chamber Mp. Responsible for Mnu.
  • the cooling cylinder 5 is connected to the fixed electrode 1 and radiates the heat generated in the fixed electrode 1 to the inside 10 n of the tank 10. Further, the fixed-side casing 6 is attached to the cooling cylinder 5, and the fixed-side casing 6 and the movable-side casing 3 are joined together so as to support the connection between the fixed electrode 1 and the movable electrode 2.
  • the fixed electrode 1, the cooling cylinder 5, and the fixed-side housing 6 form a fixed body portion 11.
  • the movable-side housing 3 is the first movable-side housing described in the claims, and the cylinder portion 8 is the second movable-side housing described in the claims.
  • the nozzle 7 has four suction ports 7n, and each suction port 7n has a structure that opens parallel to the axis A.
  • the nozzle 7 has four ejection ports 7u, and each ejection port 7u has a structure that opens from the side of the axis A toward the axis A.
  • the opening direction of each ejection port 7u and the axis line A are arranged to intersect.
  • the first suction port Mnu has a structure that opens parallel to the axis A.
  • the suction port 7n and the first suction port Mnu shown in FIG. 1 are arranged to face each other.
  • FIG. 5 shows the time dependence of parameters during the operation of the gas circuit breaker 100
  • FIG. 5A shows the time dependence of the alternating current flowing between the fixed electrode 1 and the movable electrode 2.
  • B is a diagram showing a change in the distance (inter-electrode distance D) between the tip portion of the fixed electrode 1 and the tip portion of the movable electrode 2.
  • FIG. 6 is a sectional view of the state of the main part of the gas circuit breaker 100 before the time T0 shown in FIG.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of the state of the main part of the gas circuit breaker 100 from time T1 shown in FIG. 5 to time T2.
  • FIG. 5 shows the time dependence of parameters during the operation of the gas circuit breaker 100
  • FIG. 5A shows the time dependence of the alternating current flowing between the fixed electrode 1 and the movable electrode 2.
  • D is a diagram showing a change in the distance (inter-electrode distance D) between the tip portion of the fixed electrode 1 and the tip portion of the
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of the state of the main part of the gas circuit breaker 100 from time T2 shown in FIG. 5 to T3, and FIG. 9 is a view of the position shown by the one-dot chain line C2 shown in FIG. It is sectional drawing which shows the state of the gas circuit breaker 100 between time T2 and T3.
  • FIG. 10 is a temperature distribution diagram of the insulating gas in the direction along the axis A at a certain time between the time T2 and T3, where the vertical axis represents the temperature of the insulating gas and the horizontal axis represents The position along the axis A is shown.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of the state of the main part of the gas circuit breaker 100 after time T4 shown in FIG.
  • the state before the time T0 before the current interruption of the gas circuit breaker 100 is executed will be described with reference to FIGS. 5 and 6.
  • the inter-electrode distance D shown in FIG. 6 indicates the distance between the tip portion of the fixed electrode 1 and the tip portion of the movable electrode 2.
  • the inter-electrode distance D is defined as a negative value.
  • the inter-electrode distance D approaches a zero value.
  • the interelectrode distance D is defined as a positive value.
  • the distance Dt is a length component in the direction of the axis A between the tip of the movable electrode 2 and the center of the ejection port 7u of the nozzle 7.
  • the fixed electrode 1 and the movable electrode 2 come into contact with each other, so that the alternating current does not go through the arc discharge E, and the fixed electrode 1 and the movable electrode 2 are connected. Flows directly between. Further, when the inter-electrode distance D has a positive value after time T1, the fixed electrode 1 and the movable electrode 2 are separated from each other. Therefore, the current flowing between the fixed electrode 1 and the movable electrode 2 flows through the arc discharge E. Further, since the piston 4 is fixed, the volume of the mechanical puffer chamber Mp decreases in proportion to the amount of change in the interelectrode distance D. That is, the insulating gas inside the mechanical puffer chamber Mp is compressed.
  • the gas flow Se branches into a gas flow Smn flowing into the mechanical puffer chamber Mp from the first suction port Mnu and a gas flow Stn flowing into the first thermal puffer chamber Tp from the suction port 7n.
  • the heat generation amount of the arc discharge E increases as the absolute value of the current increases.
  • the maximum value of the absolute value of the alternating current (the maximum value and the minimum value of the current) is passed between time T1 and T2, so the amount of heat generated by the arc discharge E rapidly increases. Therefore, the pressure of the insulating gas sharply rises, and the gas flow Se also sharply increases.
  • the gas flow Smn and the gas flow Stn also rapidly increase, and the gas flow Smn flows into the mechanical puffer chamber Mp from the first suction port Mnu, so that the pressure inside the mechanical puffer chamber Mp sharply rises. Further, since the gas flow Stn flows into the first thermal puffer chamber Tp from the suction port 7n, the pressure inside the first thermal puffer chamber Tp also sharply rises.
  • inter-electrode distance D further increases. That is, the volume of the mechanical puffer chamber Mp is compressed in proportion to the amount of change in the inter-electrode distance D.
  • the pressure inside the mechanical puffer chamber Mp sharply increased between time T1 and T2, and the volume of the mechanical puffer chamber Mp was compressed, so that the arc discharge E was generated from the first suction port Mnu.
  • the gas flow Smu is blown toward it.
  • the pressure inside the first thermal puffer chamber Tp also sharply rises between the time T1 and T2, the gas flow Stu flows from the ejection port 7u of the nozzle 7 toward the arc discharge E. Gush out.
  • the gas flow Smu is ejected from the first suction port Mnu toward the suction port 7n. It Therefore, the leakage of the insulating gas from the suction port 7n toward the first suction port Mnu is suppressed, and the gas flow Stu ejected from the ejection port 7u of the nozzle 7 is increased. Further, the inter-electrode distance D extends, and the inter-electrode distance D exceeds the distance Dt. That is, the ejection port 7u of the nozzle 7 passes through the tip portion of the fixed electrode 1.
  • gas flow Stu is blown toward the arc discharge E from the side in the discharge direction of the arc discharge E while the movable body portion 21 is moving. Further, referring to FIG. 9, gas flow Stu is blown toward arc discharge E from four ejection ports 7u. The gas flow Stu ejected from the four ejection ports 7u is blown from the side of the arc discharge E toward the arc discharge E.
  • the temperature of the insulating gas is relatively high from the position of the tip of the movable electrode 2 to the vicinity of the central position of the ejection port 7u, and on the fixed electrode 1 side from the central position of the ejection port 7u. , This temperature drops sharply. This phenomenon is because the gas flow Stu is blown to a specific position of the arc discharge E according to the displacement of the inter-electrode distance D, so that the temperature of the insulating gas becomes low at the position where the gas flow Stu is blown.
  • the state of the gas circuit breaker 100 after the time T3 has passed and after T4 will be described.
  • the inter-electrode distance D reaches the maximum value Dmax, and the operation of the movable body portion 21 is stopped. That is, the current interruption operation is completed.
  • the gas flow Stn branched from the gas flow Se does not pass through the mechanical puffer chamber Mp and flows from the suction port 7n to the first heat source. It is taken into the puffer room Tp. Further, during the period from the time T2 to T3, the gas flow Stn flows in to increase the pressure inside the first heat puffer chamber Tp, and the gas flow Stu is blown from the ejection port 7u toward the arc discharge E.
  • the gas flow Smn branched from the gas flow Se flows into the mechanical puffer chamber Mp without passing through the first thermal puffer chamber Tp. Further, between the time T2 and T3, the gas flow Smu is blown toward the arc discharge E due to the compression of the volume of the mechanical puffer chamber Mp by the piston 4.
  • the first thermal puffer chamber Tp does not serve as a flow path of the mechanically compressed insulating gas from the mechanical puffer chamber Mp, and the insulation in the mechanical puffer chamber Mp is prevented.
  • the rise in the pressure of the characteristic gas is not hindered, and the flow rate of the gas flow Smu flowing from the mechanical puffer chamber Mp to the arc discharge E is not reduced, so that the breaking performance of the gas circuit breaker 100 is not deteriorated. That is, even in the case of the small current interruption duty, the gas flow Stu and the gas flow Smu are turned into the arc discharge E without being hindered from increasing the pressure of the insulating gas in the first thermal puffer chamber Tp and the mechanical puffer chamber Mp. It is possible to efficiently spray and extinguish the arc discharge E.
  • the first thermal puffer chamber Tp does not become a flow path of the mechanically compressed insulating gas from the mechanical puffer chamber Mp, and the first thermal puffer chamber Tp does not flow.
  • the rise of the insulating gas in the mechanical puffer chamber Mp is not hindered by the outflow of the insulating gas to Tp.
  • the first embodiment has high current interruption performance regardless of the magnitude of the current value. Therefore, the gas circuit breaker 100 with a wide corresponding current value range can be provided.
  • the suction port 7n and the jet port 7u of the first thermal puffer chamber Tp are arranged at different positions, the insulating gas is sucked in and out in comparison with the case where the insulating gas is sucked and jetted from the same port. There is no need to wait for the time to switch to the gush. That is, compared with the conventional gas circuit breaker, the time from the suction of the insulating gas to the jet of the insulating gas can be shortened. Therefore, if the moving speed of the movable electrode 2 and the time of blowing the gas flow Stu to the arc discharge E are matched, the arc discharge E can be extinguished more rapidly than in the conventional gas circuit breaker.
  • first suction port Mnu of the mechanical puffer chamber Mp and the suction port 7n of the nozzle 7 are arranged to face each other, so that the gas flow Smu is ejected from the first suction port Mnu toward the suction port 7n. To be done. Therefore, the leakage of the insulating gas from the suction port 7n toward the first suction port Mnu is suppressed, and the gas flow Stu ejected from the ejection port 7u of the nozzle 7 is increased.
  • the first thermal puffer chamber Tp and the mechanical puffer chamber Mp are arranged in series in the direction of the axis A, the first thermal puffer chamber Tp and the mechanical puffer chamber Mp are arranged in the direction perpendicular to the axis A.
  • the gas circuit breaker 100 can be downsized as compared with the case where the gas circuit breakers are arranged side by side.
  • Embodiment 2 In the first embodiment, it has been described that the ejection ports 7u are arranged so as to intersect with each other in the plane including the opening A and the axis A. When the current forming the arc discharge E becomes small, as in the case of the current value between the time T2 and T3, the cross-sectional area of the arc discharge E is reduced, and the arc discharge E does not pass through the axis A. May occur.
  • the opening directions v1 to v4 of the respective jet outlets 7v (collective names of 7v1 to 7v4) and the axis A are not arranged in the same plane.
  • the opening directions v1 to v4 of the respective jet outlets 7v and the axis A are arranged in a twisted position.
  • FIG. 1 also serves as a cross-sectional view of the gas circuit breaker 100 of the first embodiment and the gas circuit breaker 101 of the second embodiment.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view of the gas circuit breaker 101 as seen from the direction parallel to the axis A at the position indicated by the alternate long and short dash line C2 in FIG.
  • the same symbols and reference numerals as those in FIGS. 1 to 11 are the same as or equivalent to those in the first embodiment, and therefore detailed description will be omitted.
  • the current interrupting operation of the gas circuit breaker 101 is the same as that of the gas circuit breaker 100, so detailed description thereof will be omitted.
  • the four ejection ports 7v1 to 7v4 are opened from the side of the axis A. Further, the opening direction v1 of the ejection port 7v1 is not arranged in the same plane as the axis A. That is, the opening direction v1 of the ejection port 7v1 and the axis A are arranged in a twisted position. Similarly, the opening direction v2 of the ejection port 7v2 and the axis A are arranged in a twisted position, the opening direction v3 of the ejection port 7v3 and the axis A are arranged in a twisted position, and the opening direction v4 of the ejection port 7v4 is arranged.
  • the axis A are arranged in a twisted position.
  • the opening direction v1 of the ejection port 7v1, the opening direction v2 of the ejection port 7v2, the opening direction v3 of the ejection port 7v3, and the opening direction v4 of the ejection port 7v4 are projected onto a plane having the axis A of the fixed electrode 1 as a normal line. Then, the opening directions v1 to v4 are arranged at positions deviated from the axis A of the fixed electrode 1.
  • the second embodiment has high current interruption performance regardless of the magnitude of the current value, as in the first embodiment. Therefore, the gas circuit breaker 101 with a wide corresponding current value range can be provided.
  • FIG. 13 is a sectional view of gas circuit breaker 102 according to the third embodiment of the present invention.
  • the present embodiment is different from the first embodiment in that a second thermal puffer chamber Tp2 is further provided.
  • the same symbols and reference numerals as in FIGS. 1 to 12 in the drawings are the same as or equivalent to those in the first embodiment, and therefore detailed description thereof will be omitted.
  • a partition wall 12 is formed on the inner wall surface of the movable-side housing 3 to partition the internal space of the movable-side housing 3 into a mechanical puffer chamber Mp and a second thermal puffer chamber Tp2.
  • a space surrounded by the partition wall 12, the movable-side housing 3, the piston 4, and the movable electrode 2 is a mechanical puffer chamber Mp.
  • the space surrounded by the partition wall 12, the movable-side housing 3, and the movable electrode 2 is the second thermal puffer chamber Tp2.
  • the mechanical puffer chamber Mp, the first thermal puffer chamber Tp, and the second thermal puffer chamber Tp2 are arranged in series in the direction of the axis A.
  • the mechanical puffer chamber Mp is arranged in the direction of the axis A on the opposite side of the first thermal puffer chamber Tp with the second thermal puffer chamber Tp2 interposed therebetween. That is, the second thermal puffer chamber Tp2 is arranged between the mechanical puffer chamber Mp and the first thermal puffer chamber Tp in the direction of the axis A.
  • the partition wall 12 is a disk-shaped portion having a through hole formed in the center.
  • the movable electrode 2 is passed through the through hole of the partition wall 12.
  • the diameter of the through hole of the partition wall 12 is larger than the outer diameter of the movable electrode 2. Therefore, a gap is formed between the partition wall 12 and the movable electrode 2.
  • This gap that is, a portion of the through hole of the partition wall 12 other than the portion through which the movable electrode 2 passes serves as a first suction port Mnu that connects the mechanical puffer chamber Mp and the second thermal puffer chamber Tp2.
  • the first suction port Mnu serves as a flow path for the insulating gas.
  • the insulating gas flows from the second thermal puffer chamber Tp2 through the first suction port Mnu into the mechanical puffer chamber Mp.
  • the insulating gas flows from the mechanical puffer chamber Mp through the first suction port Mnu into the second thermal puffer chamber Tp2.
  • An annular check valve 13 is arranged on the outer peripheral surface of the movable electrode 2.
  • the movable electrode 2 is passed through the through hole formed at the center of the check valve 13.
  • the check valve 13 is arranged in the second thermal puffer chamber Tp2.
  • the check valve 13 is movable in the direction of the axis A relative to the movable body portion 21.
  • the check valve 13 closes the first suction port Mnu and opens the first suction port Mnu.
  • the state in which the check valve 13 closes the first suction port Mnu is referred to as a “closed state of the first suction port Mnu”, and the check valve 13 opens the first suction port Mnu.
  • the state is referred to as the “open state of the first suction port Mnu”.
  • a second suction port Mnv is formed in the movable-side housing 3 on the side opposite to the partition wall 12 with the second thermal puffer chamber Tp2 interposed therebetween.
  • the second suction port Mnv serves as a flow path for the insulating gas.
  • the insulating gas flows into the second thermal puffer chamber Tp2 through the second suction port Mnv.
  • the insulating gas flows out of the second thermal puffer chamber Tp2 through the second suction port Mnv.
  • the second suction port Mnv is formed between the movable electrode 2 and a part of the nozzle 7 that comes into contact with the inner wall surface of the movable-side housing 3. It may be formed between the wall surface and the movable electrode 2.
  • the first thermal puffer chamber Tp is arranged at a position different from the flow path of the insulating gas flowing from the mechanical puffer chamber Mp to the arc discharge E.
  • the operation of the gas circuit breaker 102 when a large current is cut off will be described.
  • the thermal energy of the arc discharge E that is generated is high, so the pressure of the insulating gas in the second thermal puffer chamber Tp2 is sufficiently increased.
  • the check valve 13 moves toward the mechanical puffer chamber Mp. The check valve 13 contacts the surface of the partition wall 12 that faces the second thermal puffer chamber Tp2 and closes the first suction port Mnu.
  • the insulating gas in the closed state of the first suction port Mnu, the insulating gas is discharged from the periphery of the arc discharge E to the second position between the time T1 and the time T2 shown in FIG.
  • the suction port Mnv and into the second thermal puffer chamber Tp2 and from around the arc discharge E through the suction port 7n into the first thermal puffer chamber Tp. Therefore, the pressure of the insulating gas in the second thermal puffer chamber Tp2 and the first thermal puffer chamber Tp increases.
  • the insulating gas passes from the inside of the second thermal puffer chamber Tp2 through the second suction port Mnv until time T3 after the time T2 shown in FIG.
  • the operation of the gas circuit breaker 102 when the small current is cut off will be described.
  • the thermal energy of the arc discharge E that is generated is low, so the pressure of the insulating gas in the second thermal puffer chamber Tp2 does not become sufficiently high.
  • the pressure of the insulating gas in the mechanical puffer chamber Mp is higher than the pressure of the insulating gas in the second thermal puffer chamber Tp2. Therefore, the check valve 13 moves in a direction away from the mechanical puffer chamber Mp.
  • the check valve 13 separates from the partition wall 12 and opens the first suction port Mnu.
  • the insulating gas in the open state of the first suction port Mnu is discharged from the periphery of the arc discharge E to the second position between the time T1 and the time T2 shown in FIG.
  • the suction port Mnv and into the second thermal puffer chamber Tp2 and from around the arc discharge E through the suction port 7n into the first thermal puffer chamber Tp. Therefore, the pressure of the insulating gas in the second thermal puffer chamber Tp2 and the first thermal puffer chamber Tp increases.
  • the insulating gas in the mechanical puffer chamber Mp passes through the first suction port Mnu between time T1 and time T2 shown in FIG.
  • the insulating gas passes through the first suction port Mnu from the inside of the mechanical puffer chamber Mp to the second time between the time T2 and the time T3 shown in FIG. After flowing into the heat puffer chamber Tp2 of No. 1, it is sprayed toward the arc discharge E through the second suction port Mnv. That is, the second thermal puffer chamber Tp2 serves as a flow path of the insulating gas flowing from the mechanical puffer chamber Mp to the arc discharge E.
  • the insulating gas passes from the inside of the first thermal puffer chamber Tp through the jet port 7u until the time T3 after the time T2 shown in FIG. It is blown toward the arc discharge E.
  • the arc discharge E is extinguished by blowing the insulating gas toward the arc discharge E.
  • the volume of the thermal puffer chamber is determined based on the large current interruption performance required for the gas circuit breaker 102.
  • two thermal puffer chambers that is, the first thermal puffer chamber Tp and the second thermal puffer chamber Tp2 are provided, so that it is necessary to realize the large current interruption performance required for the gas circuit breaker 102.
  • the volume of such a heat puffer chamber is divided into a first heat puffer chamber Tp and a second heat puffer chamber Tp2. That is, the volume of the second thermal puffer chamber Tp2 can be reduced by the volume of the first thermal puffer chamber Tp.
  • the gas circuit breaker 102 can be downsized as compared with the case where the thermal puffer chamber is provided only in the flow path of the insulating gas from the mechanical puffer chamber Mp toward the arc discharge E.
  • the small current interruption performance of the gas circuit breaker 102 is determined by the compressibility of the insulating gas in the mechanical puffer chamber Mp and the second thermal puffer chamber Tp2. Specifically, as the compressibility of the insulating gas in the mechanical puffer chamber Mp and the second thermal puffer chamber Tp2 is higher, the small current breaking performance of the gas circuit breaker 102 is improved.
  • the second thermal puffer chamber Tp2 serves as a flow path of the insulating gas flowing from the mechanical puffer chamber Mp to the arc discharge E
  • the compressibility of the insulating gas in the second heat puffer chamber Tp2 becomes low. As a result, the rise of the pressure of the insulating gas in the mechanical puffer chamber Mp is hindered when the small current is cut off.
  • the volume of the second thermal puffer chamber Tp2 can be reduced by the volume of the first thermal puffer chamber Tp, the flow path of the insulating gas from the mechanical puffer chamber Mp to the arc discharge E is reduced.
  • the compressibility of the insulating gas in the second thermal puffer chamber Tp2 is higher than that in the case where the thermal puffer chamber is provided only in the second thermal puffer chamber. Therefore, the small current interruption performance of the gas circuit breaker 102 can be improved.
  • the nozzle 7 may be made of an ablative material.
  • the heat of the gas flow Stn evaporates the ablatable material.
  • the pressure inside the first thermal puffer chamber Tp rises, and the pressure of the gas flow Stu ejected from the ejection port 7u rises. That is, a high-pressure gas flow Stu can be blown by the arc discharge E to efficiently extinguish the arc discharge E.
  • the first thermal puffer chamber Tp may be formed of an ablatable material, and further, the ablatable material may be disposed inside the first thermal puffer chamber Tp. Even in such a case, the pressure inside the first thermal puffer chamber Tp rises, and the pressure of the gas flow Stu jetted from the jet outlet 7u rises.
  • the ablative material include polytetrafluoroethylene (PTFE) and perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA). Further, at least one compound selected from the group consisting of perfluoroether polymers, fluoroelastomers, and 4-vinyloxy-1-butene (BVE) cyclized polymers can be used as the ablative material. .
  • the nozzle 7 has four suction ports 7n and four ejection ports 7u, but the present invention limits the number of the suction ports 7n and the ejection ports 7u. However, the numbers of the suction ports 7n and the ejection ports 7u are appropriately determined when designing the gas circuit breakers 100 to 102.
  • the ejection ports 7u are arranged so as to intersect with each other in the plane including the opening direction and the axis A.
  • the ejection directions and the axis lines of the respective ejection ports 7v are arranged.
  • A is arranged in a twisted position, the present invention is not limited to the opening direction of the ejection ports (7u, 7v).
  • the respective embodiments can be freely combined within the scope of the invention, and the respective embodiments can be appropriately changed or omitted.
  • the nozzle 7 may be provided with both the ejection port 7u opening from the side of the axis A toward the axis A and the ejection port 7v opening at a twisted position.

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Abstract

ガス遮断器（１００）は、固定電極（１）と、固定電極（１）の軸線上を可動し固定電極（１）と接離可能な可動電極（２）と、可動電極（２）と連動する可動側筐体（３）と、可動側筐体（３）とで機械パッファ室（Ｍｐ）を形成するピストン（４）と、可動電極（２）と連動し軸線の方向に可動側筐体（３）と直列に位置するシリンダー部（８）と、シリンダー部（８）とで第１の熱パッファ室（Ｔｐ）を形成するノズル（７）とを備える。可動側筐体（３）には、絶縁性ガスを機械パッファ室（Ｍｐ）内に吸入し、かつ、絶縁性ガスを機械パッファ室（Ｍｐ）内から噴出するための第１の吸出口（Ｍｎｕ）が形成される。ノズル（７）には、絶縁性ガスを第１の熱パッファ室（Ｔｐ）内に吸入するための吸入口（７ｎ）と、第１の熱パッファ室（Ｔｐ）内から固定電極（１）と可動電極（２）との間に向けて絶縁性ガスを噴出するための噴出口（７ｕ）とが形成される。

Description

ガス遮断器
　この発明は、開閉動作を行うことにより電力の供給および遮断を実行するガス遮断器に関するものである。
　従来のガス遮断器は、機械的圧縮室（機械パッファ室）と熱的昇圧室（熱パッファ室）とを備える。機械パッファ室は、この機械パッファ室内で絶縁性ガスを機械的に圧縮し、この圧縮された絶縁性ガスを電流遮断時に接触子間に生じるアーク放電へ吹き付ける機構を備える。なお、以下の説明では、アーク放電が生じている領域を、単にアーク放電ともいう。熱パッファ室は、アーク放電の熱エネルギーにより絶縁性ガスの圧力を高め、この高圧化された絶縁性ガスをアーク放電へ吹き付ける役割を担う。
　電流遮断時にアーク放電が発生する場合、機械パッファ室と熱パッファ室とから吹き付けられる絶縁性ガスによって、アーク放電で生じるイオン化されたガスを除去し、アーク放電を消弧させて電流遮断が完了する（例えば、特許文献１）。
特開２００３－２９７２００号公報
　このような従来のガス遮断器の電流遮断性能は、アーク放電へ絶縁性ガスを吹き付けるときの絶縁性ガスの圧力に大きく依存する。すなわち、機械パッファ室と熱パッファ室とで、絶縁性ガスの圧力を高圧化することにより、電流遮断性能を確保する必要がある。
　しかしながら、ガス遮断器に比較的小電流が流れるときの電流遮断（小電流遮断責務）では、電流遮断時に発生するアーク放電の熱エネルギーが低い。そのため、熱パッファ室における絶縁性ガスの圧力が十分に高くならないことがある。
　さらに、従来のガス遮断器では、熱パッファ室が機械パッファ室からの絶縁性ガスの流路に配置されているために、小電流遮断責務では機械パッファ室における絶縁性ガスの圧力の上昇が阻害されることがある。また、機械パッファ室からアーク放電へ流れるガスの流速が減速し、ガス遮断器の遮断性能を低下させる要因になる可能性もある。
　すなわち、小電流遮断責務においては、従来のガス遮断器は電流遮断性能が低下する問題があった。
　この発明は、これらの課題を解決するためになされたものであり、この発明の目的は、小電流遮断責務においても、電流遮断性能の低下を抑制できるガス遮断器を提供することである。
　この発明に係るガス遮断器は、絶縁性ガスが充填されるタンク内に、導電性の固定電極と、この固定電極の軸線上を可動しこの固定電極と接離可能な可動電極と、この可動電極と連動しこの軸線を包囲する第１の可動側筐体と、第１の可動側筐体とで機械パッファ室を形成するピストンと、この可動電極と連動しこの軸線の方向に第１の可動側筐体と直列に位置する第２の可動側筐体と、第２の可動側筐体とで第１の熱パッファ室を形成するノズルとを備える。
　さらに、この第１の可動側筐体には、絶縁性ガスを機械パッファ室内に吸入し、かつ、絶縁性ガスを機械パッファ室内から噴出するための第１の吸出口が形成され、このノズルには、絶縁性ガスを第１の熱パッファ室内に吸入するための吸入口と、第１の熱パッファ室内から固定電極と可動電極との間に向けて絶縁性ガスを噴出するための噴出口とが形成される。
　この発明によるガス遮断器は、小電流遮断責務においても電流遮断性能の低下を抑制でき、高い電流遮断性能を備える。
この発明の実施の形態１に係るガス遮断器１００の断面図である。なお、この発明の実施の形態２に係るガス遮断器１０１の断面図を兼ねる。 ガス遮断器１００の一点鎖線Ｃ１の位置の断面図である。 ガス遮断器１００の一点鎖線Ｃ２の位置の断面図である。 ガス遮断器１００の一点鎖線Ｃ３の位置の断面図である。 ガス遮断器１００の動作時のパラメータの時間依存性を示し、図５（ａ）は、固定電極１と可動電極２との間を流れる交流電流の時間依存性を示し、図５（ｂ）は、固定電極１の先端部分と可動電極２との先端部分の距離（電極間距離）の変化を示す図である。 時刻Ｔ０以前のガス遮断器１００の主要部分の状態の断面図である。 時刻Ｔ１を経過しＴ２までの間のガス遮断器１００の主要部分の状態の断面図である。 時刻Ｔ２を経過しＴ３までの間のガス遮断器１００の主要部分の状態の断面図である。 一点鎖線Ｃ２の位置の時刻Ｔ２を経過しＴ３までの間におけるガス遮断器１００の状態を示す断面図である。 時刻Ｔ２を経過しＴ３までの間の一定時刻における軸線Ａに沿った絶縁性ガスの温度分布図である。 時刻Ｔ４以降の間のガス遮断器１００の主要部分の状態の断面図である。 この発明の実施の形態２に係るガス遮断器１０１の一点鎖線Ｃ２の位置の断面図である。 この発明の実施の形態３に係るガス遮断器１０２の断面図である。
　以下に、本発明の実施の形態にかかるガス遮断器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～図１１は、この発明を実施するための実施の形態１を示すものである。
　図１～図４を参照して、この発明を実施するための実施の形態１に係るガス遮断器１００の構造を説明し、図５～図１１を参照して、ガス遮断器１００の電流遮断動作を説明する。
　はじめに、図１～図４を参照して、実施の形態１に係るガス遮断器１００の構造を説明する。
　図１は、この発明を実施するための実施の形態１に係るガス遮断器１００の閉状態の断面図であり、後述する軸線Ａを含む面の断面を示す。図２は、図１に示す一点鎖線Ｃ１に示す位置における軸線Ａに平行な方向から見たガス遮断器１００の断面図であり、図３は、図１に示す一点鎖線Ｃ２に示す位置における軸線Ａに平行な方向から見たガス遮断器１００の断面図である。さらに、図４は、図１に示す一点鎖線Ｃ３に示す位置における軸線Ａに平行な方向から見たガス遮断器１００の断面図である。
　なお、図１は、後述する実施の形態２に係るガス遮断器１０１の断面図を兼ねる。
　図１を参照して、タンク１０は、金属などで構成される。タンク１０の内部１０ｎには、ＳＦ６ガスなどの絶縁性ガスが充填される。可動電極２は、図示しない駆動機構により、一点鎖線に示す固定電極１の軸線Ａ上を支持筒９に支持され可動し、固定電極１と切離可能に構成される。言い換えると、軸線Ａは、固定電極１と可動電極２とが接続および切り離しをするときの可動電極２の動線であり、この動線の延長線である。
　さらに、固定電極１は、タンク１０の外部の図示しない一方の端子に電気的に接続され、同様に可動電極２は、タンク１０の外部の図示しない他方の端子に電気的に接続される。
　可動電極２を包囲する可動側筐体３は、可動電極２と連動するように構成され、可動側筐体３の端部には、ノズル７が取り付けられる。さらに、ノズル７を覆うようにシリンダー部８が取り付けられ、ノズル７の壁面とシリンダー部８の壁面とで閉じられて空間は、第１の熱パッファ室Ｔｐを形成する。言い換えると、可動側筐体３とシリンダー部８とは、軸線Ａを包囲し、軸線Ａの方向に直列に配置される。
　さらに、ノズル７は、絶縁性ガスを第１の熱パッファ室Ｔｐ内に吸入するための吸入口７ｎと、第１の熱パッファ室Ｔｐ内から固定電極１と可動電極２との間に向けて絶縁性ガスを噴出するための噴出口７ｕとを有する。可動電極２、可動側筐体３、ノズル７、シリンダー部８、および第１の熱パッファ室Ｔｐは、連動し、可動体部２１を構成する。
　また、位置が固定されたピストン４と可動側筐体３の壁面とで閉じられて空間は、機械パッファ室Ｍｐを形成する。言い換えると、第１の熱パッファ室Ｔｐと機械パッファ室Ｍｐとは、軸線Ａの方向に直列に配置される。なお、詳細は後述するが、機械パッファ室Ｍｐは、可動体部２１が動作するのに応じ、容積が変化するように構成される。
　さらに、可動側筐体３と可動電極２との間の空間は、絶縁性ガスを機械パッファ室Ｍｐ内に吸入し、かつ絶縁性ガスを機械パッファ室Ｍｐから噴出するための第１の吸出口Ｍｎｕを担う。
　冷却筒５は固定電極１に接続され、固定電極１に発生する熱をタンク１０の内部１０ｎに放熱する。さらに、固定側筐体６は冷却筒５に取り付けられ、固定電極１と可動電極２との接続を支持するように、固定側筐体６と可動側筐体３とは篏合する。
　固定電極１、冷却筒５、および固定側筐体６は、固定体部１１を構成する。
　なお、可動側筐体３は、請求の範囲に記す第１の可動側筐体であり、シリンダー部８は、請求の範囲に記す第２の可動側筐体である。
　さらに、図２を参照して、ノズル７は４個の吸入口７ｎを有し、各々の吸入口７ｎは、軸線Ａと平行に開口する構造を備える。
　つぎに、図３を参照して、ノズル７は４個の噴出口７ｕを有し、各々の噴出口７ｕは、軸線Ａの側方から軸線Ａに向かって開口する構造を備える。言い換えると、各々の噴出口７ｕの開口方向と軸線Ａとを含む平面内で、各々の噴出口７ｕの開口方向と軸線Ａとが交差するように配置される。
　さらに、図４を参照して、第１の吸出口Ｍｎｕは軸線Ａと平行に開口する構造を備える。さらに、図１に示す吸入口７ｎと第１の吸出口Ｍｎｕとは、対向して配置される。
　つぎに、図５～図１１を参照して、ガス遮断器１００の電流遮断動作について説明する。
　図５は、ガス遮断器１００の動作時のパラメータの時間依存性を示し、図５（ａ）は、固定電極１と可動電極２との間を流れる交流電流の時間依存性を示し、図５（ｂ）は、固定電極１の先端部分と可動電極２との先端部分の距離（電極間距離Ｄ）の変化を示す図である。
　図６は、図５に示す時刻Ｔ０以前のガス遮断器１００の主要部分の状態の断面図である。図７は、図５に示す時刻Ｔ１を経過しＴ２までの間のガス遮断器１００の主要部分の状態の断面図である。
　図８は、図５に示す時刻Ｔ２を経過しＴ３までの間のガス遮断器１００の主要部分の状態の断面図であり、図９は、図３と同様に示す一点鎖線Ｃ２に示す位置の時刻Ｔ２を経過しＴ３までの間におけるガス遮断器１００の状態を示す断面図である。さらに、図１０は、時刻Ｔ２を経過しＴ３までの間の一定時刻における軸線Ａに沿った方向の絶縁性ガスの温度分布図であり、縦軸は絶縁性ガスの温度であり、横軸は軸線Ａに沿った位置を示す。
　図１１は、図５に示す時刻Ｔ４以降の間のガス遮断器１００の主要部分の状態の断面図である。
　図５および図６を参照して、ガス遮断器１００の電流遮断を実行する前の時刻Ｔ０以前の状態を説明する。
　時刻Ｔ０以前では、固定電極１と可動電極２との間に交流電流が定常的に流れている。
　図６に示す電極間距離Ｄは、固定電極１の先端部分と可動電極２との先端部分の距離を示す。また、固定電極１の先端部分と可動電極２との先端部分が篏合し接触する状態の場合、電極間距離Ｄは負の値と定義する。
　さらに、ガス遮断器１００の電流遮断動作が進行（可動体部２１が紙面左側に移動）すると、電極間距離Ｄは、ゼロ値に近づく。さらに、ガス遮断器１００の電流遮断動作が進行し、固定電極１の先端部分と可動電極２との先端部分が接触しない状態の場合、電極間距離Ｄは、正の値と定義する。
　また、距離Ｄｔは、可動電極２の先端部分とノズル７の噴出口７ｕの中心との軸線Ａ方向の長さ成分である。
　時刻Ｔ１以前の電極間距離Ｄが負の値である場合、固定電極１と可動電極２とは接触することにより、交流電流はアーク放電Ｅを介すことなく、固定電極１と可動電極２との間を直接流れる。
　また、時刻Ｔ１以降に、電極間距離Ｄは正の値となる場合、固定電極１と可動電極２との間は乖離する。そのため、固定電極１と可動電極２との間に流れる電流は、アーク放電Ｅを介して流れる。
　また、ピストン４は固定されているので、電極間距離Ｄの変化量に比例して機械パッファ室Ｍｐの容積は減少する。すなわち、機械パッファ室Ｍｐ内部の絶縁性ガスは、圧縮される。
　つぎに、図５および図７を参照して、時刻Ｔ０で電流遮断動作を開始後、可動体部２１は紙面左側に移動し、電極間距離Ｄがゼロ値になる時刻Ｔ１を経過し、時刻Ｔ２を経過しＴ３までの間のガス遮断器１００の状態を説明する。
　なお、固定電極１と可動電極２との間に、高熱を伴うアーク放電Ｅが発生する場合を説明する。また、アーク放電Ｅは、軸線Ａに沿った方向に、放電の方向を有する。
　さらに、この高熱によりアーク放電Ｅの近傍の絶縁性ガスが加熱されて、絶縁性ガスの圧力が上昇する。そのため、アーク放電Ｅの近傍から可動側筐体３の方向へ流れる絶縁性ガスのガス流Ｓｅを生じる。
　さらに、ガス流Ｓｅは、第１の吸出口Ｍｎｕから機械パッファ室Ｍｐへ流入するガス流Ｓｍｎと、吸入口７ｎから第１の熱パッファ室Ｔｐに流入するガス流Ｓｔｎに分岐する。
　また、アーク放電Ｅの発熱量は、電流の絶対値が高いほど増加する。時刻Ｔ１を経過しＴ２までの間に、交流電流の絶対値の最大値（電流の最大値および最小値）を経るので、アーク放電Ｅが発生する熱量は、急激に増加する。そのため、絶縁性ガスの圧力が急激に上昇し、ガス流Ｓｅも急激に増加する。
　同様に、ガス流Ｓｍｎおよびガス流Ｓｔｎも急激に増加し、第１の吸出口Ｍｎｕからガス流Ｓｍｎが機械パッファ室Ｍｐに流入するので、機械パッファ室Ｍｐの内部の圧力が急激に上昇する。また、吸入口７ｎからガス流Ｓｔｎが第１の熱パッファ室Ｔｐに流入するので、第１の熱パッファ室Ｔｐの内部の圧力も急激に上昇する。
　さらに、図５、図８～図１０を参照して、時刻Ｔ２を経過しＴ３までの間のガス遮断器１００の状態を説明する。
　図５および図８を参照して、ガス遮断器１００の電流遮断動作が進行すると、さらに電極間距離Ｄは広がる。すなわち、電極間距離Ｄの変化量に比例して、機械パッファ室Ｍｐの容積が圧縮される。
　時刻Ｔ１を経過しＴ２までの間に機械パッファ室Ｍｐの内部の圧力も急激に高まったこと、および機械パッファ室Ｍｐの容積が圧縮されることにより、第１の吸出口Ｍｎｕからアーク放電Ｅに向かって、ガス流Ｓｍｕが吹きつけられる。
　同様に、時刻Ｔ１を経過しＴ２までの間に第１の熱パッファ室Ｔｐの内部の圧力も急激に高まったことにより、ノズル７の噴出口７ｕからアーク放電Ｅに向かって、ガス流Ｓｔｕが噴出する。
　また、機械パッファ室Ｍｐの第１の吸出口Ｍｎｕとノズル７の吸入口７ｎとは、対向し配置されるので、第１の吸出口Ｍｎｕからガス流Ｓｍｕが、吸入口７ｎに向かって噴出される。そのため、吸入口７ｎから第１の吸出口Ｍｎｕ方向への絶縁性ガスの漏れが抑制され、ノズル７の噴出口７ｕから噴出するガス流Ｓｔｕを増量する効果を得る。
　さらに、電極間距離Ｄが伸びて、電極間距離Ｄは距離Ｄｔを上回る。すなわち、ノズル７の噴出口７ｕが、固定電極１の先端部分を通過する。このため、可動体部２１の移動中に、ガス流Ｓｔｕは、アーク放電Ｅの放電方向の側方からアーク放電Ｅに向かって吹きつける。
　さらに、図９を参照して、４個の噴出口７ｕからアーク放電Ｅに向かって、ガス流Ｓｔｕが吹き付けられる。４個の噴出口７ｕから噴出するガス流Ｓｔｕは、アーク放電Ｅの側方からアーク放電Ｅに向かって吹き付けられる。
　図１０を参照して、可動電極２の先端部分位置から噴出口７ｕの中心位置近傍までは、絶縁性ガスの温度が比較的高温であり、噴出口７ｕの中心位置より固定電極１の側では、急激にこの温度は低くなる。この現象は、電極間距離Ｄの変位に応じてガス流Ｓｔｕが、アーク放電Ｅの特定の位置に吹き付けられるので、ガス流Ｓｔｕが吹き付けられた位置における絶縁性ガスの温度が低くなることによる。
　よって、ガス流Ｓｍｕとガス流Ｓｔｕとを、アーク放電Ｅへ吹きつけることにより、アーク放電Ｅにより生じたイオンおよび電子が消散し、アーク放電Ｅが急激に減衰し、交流電流がゼロになる時刻Ｔ３において、アーク放電Ｅは消弧する。
　さらに、図５および図１１を参照して、時刻Ｔ３を経過しＴ４以降のガス遮断器１００の状態を説明する。
　時刻Ｔ４で、電極間距離Ｄが、最大値Ｄｍａｘに達し可動体部２１の動作が停止する。すなわち、電流遮断動作を完了する。
　すなわち、本実施の形態１によれば、時刻Ｔ１を経過しＴ２までの間に、ガス流Ｓｅから分岐したガス流Ｓｔｎが、機械パッファ室Ｍｐを介すことなく吸入口７ｎから第１の熱パッファ室Ｔｐに取り込まれる。さらに、時刻Ｔ２を経過しＴ３までの間に、ガス流Ｓｔｎの流入により、第１の熱パッファ室Ｔｐの内部の圧力を上げ、噴出口７ｕからアーク放電Ｅに向かって、ガス流Ｓｔｕが吹き付けられる。
　一方、時刻Ｔ１を経過しＴ２までの間に、ガス流Ｓｅから分岐したガス流Ｓｍｎが、第１の熱パッファ室Ｔｐを介すことなく、機械パッファ室Ｍｐに流入する。さらに、時刻Ｔ２を経過しＴ３までの間に、ピストン４による機械パッファ室Ｍｐの容積の圧縮により、アーク放電Ｅに向かって、ガス流Ｓｍｕが吹き付けられる。
　すなわち、時刻Ｔ２を経過しＴ３までの間に、第１の熱パッファ室Ｔｐからのガス流Ｓｔｕと機械パッファ室Ｍｐからのガス流Ｓｍｕが、アーク放電Ｅに向かって吹き付けられ、時刻Ｔ４で可動体部２１の動作が停止するまでに、アーク放電Ｅは消弧されて電流遮断動作を完了する。
　よって、従来のガス遮断器のように、第１の熱パッファ室Ｔｐが、機械パッファ室Ｍｐからの機械的に圧縮される絶縁性ガスの流路になることはなく、機械パッファ室Ｍｐにおける絶縁性ガスの圧力の上昇が阻害されることもなく、また、機械パッファ室Ｍｐからアーク放電Ｅへ流れるガス流Ｓｍｕの流速が減速し、ガス遮断器１００の遮断性能を低下させることもない。
　すなわち、小電流遮断責務の場合でも、第１の熱パッファ室Ｔｐおよび機械パッファ室Ｍｐにおける絶縁性ガスの圧力の上昇を阻害されることなく、ガス流Ｓｔｕおよびガス流Ｓｍｕを、アーク放電Ｅに効率的に吹き付け、アーク放電Ｅを消弧することができる。
　さらに、比較的大きな電流の遮断においても、第１の熱パッファ室Ｔｐが、機械パッファ室Ｍｐからの機械的に圧縮される絶縁性ガスの流路になることはなく、第１の熱パッファ室Ｔｐへの絶縁性ガスの流出により、機械パッファ室Ｍｐにおける絶縁性ガスの圧力の上昇が阻害されることもない。
　すなわち、本実施の形態１は、電流値の大きさに拘わらず高い電流遮断性能を備える。よって、対応電流値範囲の広いガス遮断器１００を提供することができる。
　また、第１の熱パッファ室Ｔｐの吸入口７ｎと噴出口７ｕとが異なる位置に配置されるので、絶縁性ガスの吸入と噴出とを同一口から行う場合に比べ、絶縁性ガスの吸入と噴出とが切り替わる時間を経る必要がない。すなわち、従来のガス遮断器に比べ、絶縁性ガスの吸入から噴出までの時間を短縮することができる。
　そのため、可動電極２の可動速度とアーク放電Ｅにガス流Ｓｔｕを吹き付ける時間とを一致させれば、従来のガス遮断器に比べ、速やかにアーク放電Ｅを消弧することができる。
　また、機械パッファ室Ｍｐの第１の吸出口Ｍｎｕとノズル７の吸入口７ｎとは、対向し配置されることにより、第１の吸出口Ｍｎｕからガス流Ｓｍｕが、吸入口７ｎに向かって噴出される。そのため、吸入口７ｎから第１の吸出口Ｍｎｕ方向への絶縁性ガスの漏れが抑制され、ノズル７の噴出口７ｕから噴出するガス流Ｓｔｕを増量する効果を得る。
　さらに、第１の熱パッファ室Ｔｐと機械パッファ室Ｍｐとが、軸線Ａの方向に直列に配置されるので、軸線Ａの垂直な方向に第１の熱パッファ室Ｔｐと機械パッファ室Ｍｐとを並べて配置する場合に比べて、ガス遮断器１００を小型化することができる。
実施の形態２．
　実施の形態１では、各々の噴出口７ｕの開口方向と軸線Ａとを含む平面内で交差するように配置されることを説明した。
　時刻Ｔ２を経過しＴ３に至る間の電流値の場合のように、アーク放電Ｅを形成する電流が小さくなると、アーク放電Ｅの断面積は縮小し、アーク放電Ｅが軸線Ａを通過しない状態を生じることがある。
　本実施の形態２では、各々の噴出口７ｖ（７ｖ１～７ｖ４の総称）の開口方向ｖ１～ｖ４と軸線Ａとは、同一平面内に配置されない。すなわち、各々の噴出口７ｖの開口方向ｖ１～ｖ４と軸線Ａとは、ねじれの位置に配置される。このように噴出口７ｖを配置すれば、アーク放電Ｅが軸線Ａを通過しない場合でも、ガス流Ｓｔｕおよびガス流Ｓｍｕを、アーク放電Ｅに効率的に吹き付け、アーク放電Ｅを消弧することができる。
　図１および図１２を参照して、この発明を実施するための実施の形態２を説明する。
　なお、前述したように、図１は、実施の形態１のガス遮断器１００と本実施の形態２のガス遮断器１０１との断面図を兼ねる。図１２は、図１に示す一点鎖線Ｃ２に示す位置における軸線Ａに平行な方向から見たガス遮断器１０１の断面図である。
　さらに、図中の図１～図１１と同一記号および同一符号は、実施の形態１と同様あるいは同等品であるので、詳細な説明は省略する。
　また、ガス遮断器１０１の電流遮断動作は、ガス遮断器１００と同様であるので、詳細な説明は省略する。
　図１２を参照して、４個の噴出口７ｖ１～７ｖ４は、軸線Ａの側方から開口される。また、噴出口７ｖ１の開口方向ｖ１は、軸線Ａと同一平面内に配置されない。すなわち、噴出口７ｖ１の開口方向ｖ１と軸線Ａとは、ねじれの位置に配置される。同様に、噴出口７ｖ２の開口方向ｖ２と軸線Ａとは、ねじれの位置に配置され、噴出口７ｖ３の開口方向ｖ３と軸線Ａとは、ねじれの位置に配置され、噴出口７ｖ４の開口方向ｖ４と軸線Ａとは、ねじれの位置に配置される。言い換えると、噴出口７ｖ１の開口方向ｖ１、噴出口７ｖ２の開口方向ｖ２、噴出口７ｖ３の開口方向ｖ３および噴出口７ｖ４の開口方向ｖ４を、固定電極１の軸線Ａを法線とする平面に投影すると、開口方向ｖ１～ｖ４は、固定電極１の軸線Ａとずれた位置に配置される。
　このような配置により、アーク放電Ｅが軸線Ａを通過せずアーク放電Ｅが軸線Ａ以外の場所を通過した場合でも、ガス流Ｓｔｕを、アーク放電Ｅに効率的に吹き付けることにより、アーク放電Ｅを消弧することができる。
　すなわち、本実施の形態２は、実施の形態１と同様に、電流値の大きさに拘わらず高い電流遮断性能を備える。よって、対応電流値範囲の広いガス遮断器１０１を提供することができる。
実施の形態３．
　図１３は、この発明の実施の形態３に係るガス遮断器１０２の断面図である。本実施の形態では、第２の熱パッファ室Ｔｐ２をさらに設けた点が実施の形態１と相違する。なお、図中の図１～図１２と同一記号および同一符号は、実施の形態１と同様あるいは同等品であるので、詳細な説明は省略する。
　可動側筐体３の内壁面には、可動側筐体３の内部空間を機械パッファ室Ｍｐと第２の熱パッファ室Ｔｐ２とに区画する隔壁１２が形成されている。隔壁１２と可動側筐体３とピストン４と可動電極２とで囲まれた空間は、機械パッファ室Ｍｐである。隔壁１２と可動側筐体３と可動電極２とで囲まれた空間は、第２の熱パッファ室Ｔｐ２である。機械パッファ室Ｍｐと第１の熱パッファ室Ｔｐと第２の熱パッファ室Ｔｐ２とは、軸線Ａの方向に直列に配置されている。機械パッファ室Ｍｐは、軸線Ａの方向において、第２の熱パッファ室Ｔｐ２を挟んで第１の熱パッファ室Ｔｐと反対側に配置されている。つまり、第２の熱パッファ室Ｔｐ２は、軸線Ａの方向において、機械パッファ室Ｍｐと第１の熱パッファ室Ｔｐとの間に配置されている。隔壁１２は、中心に貫通孔が形成された円板状の部分である。隔壁１２の貫通孔には、可動電極２が通されている。隔壁１２の貫通孔の径は、可動電極２の外径よりも大きい。そのため、隔壁１２と可動電極２との間には、隙間が形成される。この隙間、すなわち隔壁１２の貫通孔のうち可動電極２が通る部分以外の部分は、機械パッファ室Ｍｐと第２の熱パッファ室Ｔｐ２とを連通する第１の吸出口Ｍｎｕとなる。第１の吸出口Ｍｎｕは、絶縁性ガスの流路となる。絶縁性ガスは、第２の熱パッファ室Ｔｐ２内から第１の吸出口Ｍｎｕを通って、機械パッファ室Ｍｐ内に流入する。また、絶縁性ガスは、機械パッファ室Ｍｐ内から第１の吸出口Ｍｎｕを通って、第２の熱パッファ室Ｔｐ２内に流出する。可動電極２の外周面には、環状の逆止弁１３が配置されている。言い換えると、逆止弁１３の中心に形成された貫通孔には、可動電極２が通されている。逆止弁１３は、第２の熱パッファ室Ｔｐ２内に配置されている。逆止弁１３は、軸線Ａの方向において、可動体部２１と相対的に移動可能である。逆止弁１３は、第１の吸出口Ｍｎｕを閉塞および第１の吸出口Ｍｎｕを開放する。以下、逆止弁１３が第１の吸出口Ｍｎｕを閉塞している状態を「第１の吸出口Ｍｎｕの閉塞状態」と称し、逆止弁１３が第１の吸出口Ｍｎｕを開放している状態を「第１の吸出口Ｍｎｕの開放状態」と称する。
　可動側筐体３のうち第２の熱パッファ室Ｔｐ２を挟んで隔壁１２と反対側には、第２の吸出口Ｍｎｖが形成されている。第２の吸出口Ｍｎｖは、絶縁性ガスの流路となる。絶縁性ガスは、第２の吸出口Ｍｎｖを通って、第２の熱パッファ室Ｔｐ２内に流入する。また、絶縁性ガスは、第２の吸出口Ｍｎｖを通って、第２の熱パッファ室Ｔｐ２内から流出する。第２の吸出口Ｍｎｖは、本実施の形態では可動側筐体３の内壁面に接触するノズル７の一部と可動電極２との間に形成されているが、可動側筐体３の内壁面と可動電極２との間に形成されてもよい。なお、第１の熱パッファ室Ｔｐは、機械パッファ室Ｍｐからアーク放電Ｅに向かう絶縁性ガスの流路とは異なる箇所に配置される。
　次に、大電流遮断時におけるガス遮断器１０２の動作について説明する。大電流遮断時には、発生するアーク放電Ｅの熱エネルギーが高いため、第２の熱パッファ室Ｔｐ２における絶縁性ガスの圧力が十分に高まる。その結果、大電流遮断時には、第２の熱パッファ室Ｔｐ２内における絶縁ガスの圧力が、機械パッファ室Ｍｐ内における絶縁ガスの圧力よりも高い。そのため、逆止弁１３は、機械パッファ室Ｍｐに向けて移動する。逆止弁１３は、隔壁１２のうち第２の熱パッファ室Ｔｐ２に臨む面と接触して第１の吸出口Ｍｎｕを閉塞する。具体的な図示は省略するが、第１の吸出口Ｍｎｕの閉塞状態において、図５に示す時刻Ｔ１を経過して時刻Ｔ２までの間に、絶縁性ガスは、アーク放電Ｅの周囲から第２の吸出口Ｍｎｖを通って、第２の熱パッファ室Ｔｐ２内に流入するとともに、アーク放電Ｅの周囲から吸入口７ｎを通って、第１の熱パッファ室Ｔｐ内に流入する。そのため、第２の熱パッファ室Ｔｐ２内と第１の熱パッファ室Ｔｐ内とにおける絶縁性ガスの圧力が上昇する。第１の吸出口Ｍｎｕの閉塞状態において、図５に示す時刻Ｔ２を経過して時刻Ｔ３までの間に、絶縁性ガスは、第２の熱パッファ室Ｔｐ２内から第２の吸出口Ｍｎｖを通って、アーク放電Ｅに向かって吹き付けられるとともに、第１の熱パッファ室Ｔｐ内から噴出口７ｕを通って、アーク放電Ｅに向かって吹き付けられる。絶縁ガスがアーク放電Ｅに向かって吹き付けられることによって、アーク放電Ｅが消弧される。
　次に、小電流遮断時におけるガス遮断器１０２の動作について説明する。小電流遮断時には、発生するアーク放電Ｅの熱エネルギーが低いため、第２の熱パッファ室Ｔｐ２における絶縁性ガスの圧力が十分に高くならない。その結果、小電流遮断時には、機械パッファ室Ｍｐ内における絶縁ガスの圧力が、第２の熱パッファ室Ｔｐ２内における絶縁ガスの圧力よりも高い。そのため、逆止弁１３は、機械パッファ室Ｍｐから離れる方向に移動する。逆止弁１３は、隔壁１２から離れて第１の吸出口Ｍｎｕを開放する。具体的な図示は省略するが、第１の吸出口Ｍｎｕの開放状態において、図５に示す時刻Ｔ１を経過して時刻Ｔ２までの間に、絶縁性ガスは、アーク放電Ｅの周囲から第２の吸出口Ｍｎｖを通って、第２の熱パッファ室Ｔｐ２内に流入するとともに、アーク放電Ｅの周囲から吸入口７ｎを通って、第１の熱パッファ室Ｔｐ内に流入する。そのため、第２の熱パッファ室Ｔｐ２内と第１の熱パッファ室Ｔｐ内とにおける絶縁性ガスの圧力が上昇する。また、第１の吸出口Ｍｎｕの開放状態において、図５に示す時刻Ｔ１を経過して時刻Ｔ２までの間に、機械パッファ室Ｍｐ内の絶縁ガスは、第１の吸出口Ｍｎｕを通って、第２の熱パッファ室Ｔｐ２内に流入する。第１の吸出口Ｍｎｕの開放状態において、図５に示す時刻Ｔ２を経過して時刻Ｔ３までの間に、絶縁性ガスは、機械パッファ室Ｍｐ内から第１の吸出口Ｍｎｕを通って第２の熱パッファ室Ｔｐ２内に流入した後、第２の吸出口Ｍｎｖを経てアーク放電Ｅに向かって吹き付けられる。つまり、第２の熱パッファ室Ｔｐ２は、機械パッファ室Ｍｐからアーク放電Ｅに向かう絶縁性ガスの流路になる。また、第１の吸出口Ｍｎｕの開放状態において、図５に示す時刻Ｔ２を経過して時刻Ｔ３までの間に、絶縁ガスは、第１の熱パッファ室Ｔｐ内から噴出口７ｕを通って、アーク放電Ｅに向かって吹き付けられる。絶縁ガスがアーク放電Ｅに向かって吹き付けられることによって、アーク放電Ｅが消弧される。
　ここで、熱パッファ室の容積は、ガス遮断器１０２に求められる大電流遮断性能に基づき決定される。本実施の形態では、第１の熱パッファ室Ｔｐおよび第２の熱パッファ室Ｔｐ２の２つの熱パッファ室が設けられることにより、ガス遮断器１０２に求められる大電流遮断性能を実現する上で必要な熱パッファ室の容積を、第１の熱パッファ室Ｔｐと第２の熱パッファ室Ｔｐ２とに分けられる。つまり、第１の熱パッファ室Ｔｐの容積分だけ第２の熱パッファ室Ｔｐ２の容積を小さくできる。そのため、機械パッファ室Ｍｐからアーク放電Ｅに向かう絶縁性ガスの流路のみに熱パッファ室が設けられる場合に比べて、ガス遮断器１０２を小型化できる。一方、ガス遮断器１０２の小電流遮断性能は、機械パッファ室Ｍｐと第２の熱パッファ室Ｔｐ２とにおける絶縁性ガスの圧縮率で決まる。詳しくは、機械パッファ室Ｍｐと第２の熱パッファ室Ｔｐ２とにおける絶縁性ガスの圧縮率が高いほど、ガス遮断器１０２の小電流遮断性能が向上する。第２の熱パッファ室Ｔｐ２が、機械パッファ室Ｍｐからアーク放電Ｅに向かう絶縁性ガスの流路になる構造においては、第２の熱パッファ室Ｔｐ２の容積が大きいほど、機械パッファ室Ｍｐと第２の熱パッファ室Ｔｐ２とにおける絶縁性ガスの圧縮率が低くなる。その結果、小電流遮断時に機械パッファ室Ｍｐにおける絶縁性ガスの圧力の上昇が阻害される。この点、本実施の形態では、第１の熱パッファ室Ｔｐの容積分だけ第２の熱パッファ室Ｔｐ２の容積を小さくできるため、機械パッファ室Ｍｐからアーク放電Ｅに向かう絶縁性ガスの流路のみに熱パッファ室が設けられる場合に比べて、第２の熱パッファ室Ｔｐ２における絶縁性ガスの圧縮率が高い。よって、ガス遮断器１０２の小電流遮断性能を向上させることができる。
　なお、実施の形態１～３では、ノズル７をアブレーション性材料で形成しても良い。この場合、ガス流Ｓｔｎが吸入口７ｎから第１の熱パッファ室Ｔｐの内部に流入したときに、ガス流Ｓｔｎの熱によりアブレーション性材料が蒸発する。それにより、第１の熱パッファ室Ｔｐの内部の圧力が上昇し、噴出口７ｕから噴出されるガス流Ｓｔｕの圧力は上昇する。
　すなわち、アーク放電Ｅにより高圧なガス流Ｓｔｕを吹き付け、効率的にアーク放電Ｅを消弧することができる。
　さらに、第１の熱パッファ室Ｔｐを、アブレーション性材料で形成しても良く、さらに、第１の熱パッファ室Ｔｐの内部に、アブレーション性材料を配置しても良い。このような場合でも第１の熱パッファ室Ｔｐの内部の圧力が上昇し、噴出口７ｕから噴出されるガス流Ｓｔｕの圧力は上昇する効果を得る。
　なお、アブレーション性材料には、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）やパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）が挙げられる。
　さらに、アブレーション性材料には、パーフルオロエーテル系重合体、フッ素エラストマー、及び４－ビニルオキシ－１－ブテン（ＢＶＥ）環化重合体からなる群より選ばれた少なくとも１種の化合物を用いることができる。
　また、実施の形態１～３では、ノズル７は４個の吸入口７ｎと４個の噴出口７ｕとを有することを説明したが、この発明は、吸入口７ｎおよび噴出口７ｕの数を限定するものではなく、吸入口７ｎおよび噴出口７ｕの数は、ガス遮断器１００～１０２を設計する上で適宜決められるものである。
　なお、実施の形態１では、各々の噴出口７ｕの開口方向と軸線Ａとを含む平面内で交差するように配置されること、実施の形態２では、各々の噴出口７ｖの開口方向と軸線Ａとはねじれの位置に配置されることを説明したが、本発明は、噴出口（７ｕ、７ｖ）の開口方向に限定されるものではない。
　さらに、この発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせることが可能であるし、各実施の形態を適宜変更、省略することが可能である。
　例えば、ノズル７に、軸線Ａの側方から軸線Ａに向かって開口する噴出口７ｕと、ねじれの位置に開口する噴出口７ｖとの両方を配置しても良い。
　１　固定電極、２　可動電極、３　可動側筐体、４　ピストン、７　ノズル、７ｎ　吸入口、７ｕ，７ｖ，７ｖ１～７ｖ４　噴出口、８　シリンダー部、１２　隔壁、１３　逆止弁、１００，１０１，１０２　ガス遮断器、Ａ　軸線、Ｍｎｕ　第１の吸出口、Ｍｎｖ　第２の吸出口、Ｍｐ　機械パッファ室、Ｔｐ　第１の熱パッファ室、Ｔｐ２　第２の熱パッファ室。

Claims (11)

  1. 　絶縁性ガスが充填されるタンク内に、
    　導電性の固定電極と、
    　前記固定電極の軸線上を可動し前記固定電極と接離可能な可動電極と、
    　前記可動電極と連動し前記軸線を包囲する第１の可動側筐体と、
    　前記第１の可動側筐体とで機械パッファ室を形成するピストンと、
    　前記可動電極と連動し前記軸線の方向に前記第１の可動側筐体と直列に位置する第２の可動側筐体と、
    　前記第２の可動側筐体とで第１の熱パッファ室を形成するノズルとを備え、
    　前記第１の可動側筐体には、前記絶縁性ガスを前記機械パッファ室内に吸入し、かつ、前記絶縁性ガスを前記機械パッファ室内から噴出するための第１の吸出口が形成され、
    　前記ノズルには、前記絶縁性ガスを前記第１の熱パッファ室内に吸入するための吸入口と、前記第１の熱パッファ室内から前記固定電極と前記可動電極との間に向けて前記絶縁性ガスを噴出するための噴出口とが形成されることを特徴とするガス遮断器。
  2. 　前記第１の可動側筐体の内壁面には、前記第１の可動側筐体の内部空間を前記機械パッファ室と第２の熱パッファ室とに区画する隔壁が形成され、
    　前記隔壁には、前記機械パッファ室と前記第２の熱パッファ室とを連通する前記第１の吸出口が形成され、
    　前記機械パッファ室は、前記軸線の方向において、前記第２の熱パッファ室を挟んで前記第１の熱パッファ室と反対側に配置され、
    　前記第１の可動側筐体のうち前記第２の熱パッファ室を挟んで前記隔壁と反対側には、前記絶縁性ガスを前記第２の熱パッファ室内に吸入し、かつ、前記第２の熱パッファ室内から前記固定電極と前記可動電極との間に向けて前記絶縁性ガスを噴出するための第２の吸出口が形成さ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。
  3. 　前記軸線の側方から断面視するとき、前記機械パッファ室と前記第１の熱パッファ室とは、前記軸線の方向に直列に配置されることを特徴とする請求項１または２に記載のガス遮断器。
  4. 　前記第１の吸出口と前記吸入口とは、対向して配置されることを特徴とする請求項１に記載のガス遮断器。
  5. 　前記可動電極と前記固定電極とが接続した状態から前記可動電極が可動する過程において、前記固定電極の先端が前記噴出口の開口位置を通過することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のガス遮断器。
  6. 　前記噴出口は、前記軸線の側方から開口し、前記開口の方向と前記軸線とを含む平面で交差することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のガス遮断器。
  7. 　前記噴出口は、前記軸線の側方から開口し、前記開口の方向と前記軸線とはねじれの位置にあることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のガス遮断器。
  8. 　前記第１の熱パッファ室は、アブレーション性材料で形成されることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のガス遮断器。
  9. 　前記第１の熱パッファ室の内部に、アブレーション性材料を配置することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のガス遮断器。
  10. 　前記アブレーション性材料は、ポリテトラフルオロエチレンあるいはパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体であることを特徴とする請求項８または９に記載のガス遮断器。
  11. 　前記アブレーション性材料は、パーフルオロエーテル系重合体、フッ素エラストマー、及び４－ビニルオキシ－１－ブテン環化重合体からなる群より選ばれた少なくとも１種の化合物であることを特徴とする請求項８または９に記載のガス遮断器。
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