JP6244262B2 - ガス遮断器 - Google Patents

Description

本発明は消弧性ガスを有する電力用のガス遮断器に関し、特に、その遮断部可動側の排気構造に関する。

近年、電力系統の高電圧・大電流化とともに遮断器の大容量化が進む一方、遮断部構造の最適化による低コスト、省スペース化の要求が高まっており、より低い操作力で優れた遮断性能を確保することが求められている。

熱パッファ式遮断器を含むガス遮断器は、一般にパッファシリンダ、絶縁ノズル、可動主接触子、および可動アーク接触子により構成される可動側遮断部と絶縁ロッドを繋ぐパッファシャフトを備えており、パッフアシャフトは内部にガス通路が設けられている。

このガス通路は、パッファシリンダ内で圧縮した消弧性ガスを可動アーク接触子、および固定アーク接触子間に発生するアークに吹き付けた後に、遮断部の可動側に排気することを目的として設けられている。

パッファシャフトのガス通路を通過する消弧性ガスは、アークにより熱せられており、かつアークにより溶かされたノズル材や電極材の粒子も含むため高温で汚れている。この高温の消弧性ガス(以下、ホットガスと称す。)により、絶縁ロッドの表面や絶縁筒の内部が焦げて炭化したり、導電性の異物が付着することにより絶縁性能が大幅に低下し、地絡の原因となる可能性がある。

特許文献１には、パッファシャフトがシャフトガイドを介して絶縁ロッド側と連結されており、可動側主回路導体の内側に絶縁ロッドを囲む様に設けられた排気筒を備え、排気筒の内側をシャフトガイドの外周に設けられたピストンリングが摺動することを特徴とするガス遮断器が開示されている。この発明は、絶縁ロッド、および絶縁筒側にホットガスが流入する流路を塞ぎ、ガス遮断器の絶縁性能向上に貢献するものである。

特開２０１３−１２５７２０

上記目的は、消弧性ガスが充填された絶縁タンクと、前記絶縁タンク内に設けられた一対の固定側主回路導体及び可動側主回路導体と、前記固定側主回路導体と前記可動側主回路導体の間に、開離可能に設けられた固定側接触子及び可動側接触子と、前記可動側接触子を一端に有するパッファシリンダと、前記パッファシリンダ内に形成されたパッファ室と、前記パッファ室内の消弧性ガスを前記可動側接触子と前記固定側接触子の間に生じるアークに導く流路を形成する絶縁ノズルと、前記アークに導かれた消弧性ガスを遮断部の可動側に導き排気するためのガス通路を有するパッファシャフトと、前記パッファシャフトと連結される絶縁ロッドと、前記パッファシャフトと前記絶縁ロッドの連結部にホットガス遮蔽部材とを備えたガス遮断器において、前記ホットガス遮蔽部材は、前記パッファシャフトの端部が嵌通され、前記パッファシャフトと前記絶縁ロッドを連結するピンの両端部が嵌着されることで、前記パッファシャフトと前記絶縁ロッドの連結部に保持されることにより達成される。
また、上記目的は、消弧性ガスが充填された絶縁タンクと、前記絶縁タンク内に設けられた一対の固定側主回路導体及び可動側主回路導体と、前記固定側主回路導体と前記可動側主回路導体の間に、開離可能に設けられた固定側接触子及び可動側接触子と、前記可動側接触子を一端に有するパッファシリンダと、 前記パッファシリンダ内に形成されたパッファ室と、前記パッファ室内の消弧性ガスを前記可動側接触子と前記固定側接触子の間に生じるアークに導く流路を形成する絶縁ノズルと、前記アークに導かれた消弧性ガスを遮断部の可動側に導き排気するためのガス通路を有するパッファシャフトと、前記パッファシャフトと連結される絶縁ロッドと、前記パッファシャフトと前記絶縁ロッドの連結部にホットガス遮蔽部材とを備えたガス遮断器において、前記可動側主回路導体は前記タンク内に絶縁支持部材により保持され、前記可動側主回路導体の内周には、前記パッファシリンダの内周面が摺動する固定ピストンを備え、 前記固定ピストンは排気筒を有し、前記可動側主回路導体の遮断部から遠い側の端部にガード筒を有し、前記排気筒内及び前記ガード筒内を前記パッファシャフトが遮断動作に応じて移動自在であることにより達成される。

本発明のガス遮断器は、消弧性ガスが充填された絶縁タンクと、前記絶縁タンク内に設けられた一対の固定側主回路導体及び可動側主回路導体と、前記固定側主回路導体と前記可動側主回路導体の間に、開離可能に設けられた固定側接触子及び可動側接触子と、前記可動側接触子を一端に有するパッファシリンダと、前記パッファシリンダ内に形成されたパッファ室と、前記パッファ室内の消弧性ガスを前記可動側接触子と前記固定側接触子の間に生じるアークに導く流路を形成する絶縁ノズルと、前記アークに導かれた消弧性ガスを遮断部の可動側に導き排気するためのガス通路を有するパッファシャフトと、前記パッファシャフトと連結される絶縁ロッドとで構成し、前記パッファシャフトと前記絶縁ロッドの連結部にホットガス遮蔽部材を備えることを特徴とする。

本発明によれば、簡易な構成によりガス遮断器の絶縁性能、および遮断性能の向上を実現できる。

実施例１の可動側排気構造を適用したガス遮断器の投入状態の断面図である。 実施例１の絶縁ロッドカバー部の拡大図である。 実施例１の可動側排気構造を適用したガス遮断器の遮断過程(中間位置)の断面図である。 実施例１の可動側排気構造を適用したガス遮断器の遮断過程(遮断位置)の断面図である。 実施例２の可動側排気構造を適用したガス遮断器の断面図である。

以下、図面を用いて本発明の実施例について説明する。下記はあくまでも実施の例であり、発明の内容を下記具体的態様に限定することを意図する趣旨ではない。発明自体は、特許請求の範囲に記載された内容に即して種々の態様で実施することが可能である。

図１は、本発明の排気構造を用いて構成したガス遮断器内部の概要図である。排気構造以外の構成は従来のパッファ形ガス遮断器の構成と同様である。

絶縁タンク１内にはＳＦ₆ガス等の消弧性ガスが封入され、固定側通電導体１１及び可動側通電導体２１が引き込まれる。

固定側通電導体１１は、固定側遮断部１０を構成する固定側主回路導体１２、固定アーク接触子ベース１３、固定アーク接触子１４及び固定主接触子１５に電気的に接続されている。

可動側通電導体２１は、可動側主回路導体２２と摺動用接触子２３、およびパッファシリンダ３１を経て遮断部可動部分３０に電気的に接続されている。

可動側主回路導体２２の内側には固定ピストン２４が配置されており、固定ピストン２４の外周に取り付けられたパッファシリンダ支持用摺動ガイド２５によりパッファシリンダ３１の内筒面を支持している。可動側主回路導体２２の内周には、摺動用接触子２３が設けられており、パッファシリンダ３１の外筒面に接触している。この構成により、パッファシリンダ３１は、可動側主回路導体２２と摺動用接触子２３を介して電気的な繋がりを維持したまま軸方向に移動可能である。

固定ピストン２４の中心には貫通孔が設けられ、その内側を内部にガス通路４１を有するパッファシャフト３２が摺動自在に配置される。パッファシャフト３２は、固定ピストン２４の内周に取り付けられたパッファシャフト支持用摺動ガイド２６により支持されている。

パッファシャフト３２の一端がパッファシリンダ３１に固定され、パッファシャフト３２の他端は遮断部側連結ピン３３を介して絶縁ロッド３４の一端に連結されている。絶縁ロッド３４の他端は絶縁タンク１と隣接した機構ケース２内に収納されたレバー３６にレバー側連結ピン３５を介して連結されている。

レバー３６のシャフト３７は、機構ケース２に回転自在に支持されている。レバー３６は、機構ケース２の外側で、シャフト３７を介して操作器（不図示）に接続される。操作器の駆動力により、レバー３６が回転し、遮断部可動部分３０が軸方向に動作する。

パッファシリンダ３１の先端部中央には可動アーク接触子５１が設けられる。可動アーク接触子５１外周にはそれを取巻くように絶縁カバー５２、絶縁ノズル５３、及び可動主接触子５４がそれぞれ同心円状に配置される。

可動アーク接触子５１は貫通孔を有し、パッファシリンダ３１を介してパッファシャフト３２内部のガス通路４１に繋がっている。パッファシャフト３２のガス通路４１は絶縁ロッド３４との連結部近傍まで延伸し、パッファシャフト３２の円筒面の開口部Ａ４２で半径方向に開口している。

可動側主回路導体２２は絶縁タンク１に固定された絶縁筒２７により支持されている。可動側主回路導体２２は側面に、絶縁タンク１内に連通する開口部Ｂ４３を有する。可動側主回路導体２２は、内部の絶縁筒２７側にガード筒２９を有し、固定ピストン２４側に排気筒２８を有する。ガード筒２９及び排気筒２８は、可動側主回路導体２２の内壁及び固定ピストン２４に、例えばボルト締めで固定される。

排気筒２８、ガード筒２９、および絶縁筒２７の内側には、絶縁ロッド３４が軸方向に移動自在に配される。排気筒２８内に納められたパッファシャフト３２と絶縁ロッド３４の連結部分は、絶縁ロッドカバー３８に覆われている。

図２にパッファシャフト３２と絶縁ロッド３４の連結部分の構造を示す。パッファシャフト３２のピン穴と、絶縁ロッド３４のピン穴には、遮断部側連結ピン３３のピン部６１が貫通し、パッファシャフト３２と絶縁ロッド３４は遮断部側連結ピン３３の軸回りに自由に回転できる様に連結されている。

遮断部側連結ピン３３は、めねじ部品６３とおねじ部品６４で構成される。めねじ部品６３は絶縁ロッドカバー支持部Ａ６２と、めねじ部を有するピン部６１により構成され、おねじ部品６４は絶縁ロッドカバー支持部Ｂ６５とおねじ部により構成される。遮断部側連結ピン３３は、めねじ部品６３とおねじ部品６４をねじ込む等により組合せた構造となっており、ピン穴の両側から組立て及び分解が可能である。本明細書では、この組合せた構造を分割構造という。

絶縁ロッドカバー３８は排気筒２８及びガード筒２９の内側に納まる大きさの円筒形状の部材で、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオルエチレン）で構成されている。なお、耐熱性と機械的強度に優れ、かつ軽量な材料であればＰＴＦＥ以外の材料を用いていてもよい。

絶縁ロッドカバー３８には、パッファシャフト３２の端部が嵌通している。絶縁ロッドカバー３８の外筒面には、遮断部側連結ピン３３の絶縁ロッドカバー支持部Ａ６２及び絶縁ロッドカバー支持部Ｂ６５よりも直径が若干大きい貫通孔を有している。この貫通孔に遮断部側連結ピン３３の絶縁ロッドカバー支持部Ａ６２及び絶縁ロッドカバー支持部Ｂ６５が嵌着することで、絶縁ロッドカバー３８が遮断部側連結ピン３３により保持される。つまり、絶縁ロッドカバー３８はパッファシャフト３２と絶縁ロッド３４の連結部分を覆うように、パッファシャフト３２の端部と遮断部側連結ピン３３により保持される。

このように連結部分を覆う構成とすることで、ホットガスにより運ばれた異物がパッファシャフト３２と絶縁ロッド３４の連結部分に付着することを防ぐことができるので、後述の絶縁ロッド３４の上下運動を円滑に保つことが可能となる。

また、このように絶縁ロッドカバーを保持する構成とすることで、遮断動作の衝撃により絶縁ロッドカバーが脱落することを防ぐことができる。よって遮断器の信頼性を向上することが可能となる。

なお、この絶縁ロッドカバー３８の構成は、ホットガスを遮蔽する部材の一例である。ホットガスにより運ばれた異物がパッファシャフト３２と絶縁ロッド３４の連結部分に付着することを防ぐことが可能であり、かつ絶縁ロッドカバーが脱落することを防ぐことができる構成であれば上述の絶縁ロッドカバー３８に限定されず本発明に係る遮断器に適用することが可能である。

絶縁ロッドカバー３８は、遮断部可動部分３０の動作時には、遮断部側連結ピン３３と共に、排気筒２８及びガード筒２９の内面に沿って自在に移動する。操作器（不図示）の駆動力がシャフト３７を介しレバー３６に伝えられ、レバー３６が円弧運動するとき、絶縁ロッド３４は遮断部側連結ピン３３を支点に若干上下運動する。この上下運動を考慮し、絶縁ロッドカバー３８のパッファシャフト３２と嵌通しない側の開口の内径は、絶縁ロッド３４が上下に振れても排気筒２８及びガード筒２９に干渉しない大きさに構成する。

また、絶縁ロッドカバー３８とパッファシャフト３２との嵌通部には、遮断部からのホットガスが入り込まないようにするため、可能な限り隙間ができないように構成するのが好ましい。

以下、遮断動作に基づいて、本実施例の構成について説明する。図１はガス遮断器の投入状態を示しており、可動主接触子５４が、固定主接触子１５の内側に差し込まれ、遮断部可動部分３０と固定側遮断部１０が電気的に完全に接続された状態である。

この状態では、絶縁ノズル５３の最小内径部であるスロート部４５と可動アーク接触子５１の内側は固定アーク接触子１４によりほぼ閉塞しており、パッファシャフト３２の開口部Ａ４２も、固定ピストン２４の内側に位置するため閉じた状態である。また、絶縁ロッドカバー３８も排気筒２８の内側に収納されている。

図１の状態から、遮断動作により遮断部可動部分３０が可動側に移動すると、可動アーク接触子５１と固定アーク接触子１４が離れる。このとき遮断部可動部分３０と固定側遮断部１０の間に大電流が流れていると、可動アーク接触子５１と固定アーク接触子１４が離れても電流は途切れず、可動アーク接触子５１と固定アーク接触子１４の間にはアークが発生し電流が流れ続ける。

可動アーク接触子５１と固定アーク接触子１４が分離後、遮断動作が進み、図３に示す状態になると、スロート部４５は固定アーク接触子１４で、ほぼ閉塞しているが、排気筒２８と絶縁ロッドカバー３８の間に形成される空間Ｄ４６に開口部Ａ４２が移動することで、遮断部可動部分３０の操作器側端部が開放される。これにより、パッファシャフト３２内部のガス通路４１を経由し、可動側主回路導体２２側に排気されるホットガスの流れが形成される。

本実施例の構成では、パッファシャフト３２の開口部Ａ４２から排気されたホットガスは、まず排気筒２８と絶縁ロッドカバー３８により構成された空間Ｄ４６に開放される。開口部Ａ４２から排気されるホットガスは高温かつ、アークにより溶かされたノズル材料や電極材料の粒子を含んでいる。

絶縁ロッド３４は、ＧＦＲＰ(ガラス繊維強化プラスチック)に耐消弧性ガス膜をコーティングしたものが一般的であり、絶縁ロッド３４に対しホットガスが直接吹き付けると表面のコーティングが焦げ、絶縁性能が低下するおそれがある。また遮断部側連結ピン３３と絶縁ロッド３４の間、及びレバー側連結ピン３５と絶縁ロッド３４の間に存在する微小な隙間にホットガスに含まれる電極材料等の粒子が融着すると、円滑な遮断動作を阻害するおそれがある。

本実施例のガス遮断器は、絶縁ロッドカバー３８によりホットガスが絶縁ロッド３４に直接吹き付けることを妨げることで絶縁ロッド３４の絶縁性能低下を防ぐことが可能となる。また、絶縁ロッド３４とパッファシャフト３２との連結部位に上述の粒子が付着するのを妨げることで円滑な遮断動作を実現することが可能となる。

一方、以下に示すように、排気筒２８、絶縁ロッドカバー３８及びガード筒２９を有する本発明の構成は遮断性能の向上にも寄与する。

図３に示すように、空間Ｄ４６に開放されたホットガスは排気筒２８と絶縁ロッドカバー３８間の隙間Ｅ４７を通過し、遮断部の下流側、すなわち排気筒２８の外に流れるが、隙間Ｅ４７の断面積が空間Ｄ４６の断面積に対して十分小さいときは、ガス通路４１からのホットガス排出は抑制され、パッファシリンダ３１内の圧力を高める効果がある。遮断動作開始時にパッファシリンダ３１内の圧力を高めることで、遮断性能の向上につながる。

更に遮断動作が進み、図４に示すように、スロート部４５から固定アーク接触子１４が抜け、また隙間Ｅ４７が十分に大きくなると、ホットガスは、スロート部４５を通過し固定アーク接触子１４側にも流れるので、固定側と可動側に分岐した二つのホットガスの流路が形成される。

図４の状態では、開口部Ａ４２から開放されたガスは、可動側主回路導体２２内に開放され、可動側主回路導体２２の開口部Ｂ４３から排気される。空間Ｄ４６の出口を絶縁ロッドカバー３８が遮ることなく、抑制のない消弧性ガスの流れができるので、アークにより生じるホットガスがスムーズに排気され、可動アーク接触子５１の冷却も促される。

また、本実施例の構成では遮断動作の後半で、絶縁ロッドカバー３８がガード筒２９の内側に移動する。ガード筒２９と絶縁ロッドカバー３８間の隙間Ｆ４８の面積は、開口部Ｂ４３の面積よりも十分に小さいため流路抵抗が大きく、ホットガスが絶縁筒２７内側へ流入することを抑制できる。これにより絶縁ロッド３４および絶縁筒２７がホットガスにより汚れるのを防ぐことができるので絶縁性能の低下を防ぐことが可能となる。

なお、本明細書では、遮断動作開始から、固定アーク接触子１４が絶縁ノズル５３のスロート部４５を移動する間、（すなわち、パッファシリンダ３１内の消弧性ガスの圧力が上昇する遮断動作の区間）を遮断動作前半という。また、固定アーク接触子１４が絶縁ノズル５３のスロート部４５の外に抜けてから遮断動作が終わるまでの間を遮断動作後半という。

以下、図５に基づいて本発明の他の実施例を説明する。実施例１と同一部分については同一符号を付してその説明を省略する。

実施例２では、排気筒２８とガード筒２９の間隙長さを絶縁ロッドカバー３８の軸方向長さとほぼ等しくなる様に排気筒２８を長くし、排気筒２８の側面に排気穴Ｃ４４を設ける。

図５に示す様に排気筒２８を長くした構造では、絶縁ロッドカバー３８が排気筒２８を抜けた直後に、絶縁ロッドカバー３８がガード筒２９の中に入るので、絶縁筒２７側へのホットガスの流れを遮ることができる。これにより絶縁筒２７及び絶縁ロッド３４の絶縁性能低下を防ぐことができる。

なお、単純に排気筒２８を伸ばしただけでは、排気筒２８内の空間Ｄ４６内に留まったホットガスが開放されず排気筒２８内の温度が著しく上昇し、遮断性能を低下させるリスクがある。これに対し、排気筒２８の側面に排気穴Ｃ４４を設け、遮断動作の途中で、排気筒２８内の空間Ｄ４６内に留まったホットガスを側面の排気穴Ｃ４４から開放することで遮断性能の低下を防ぐことが可能となる。

以上の説明は機械パッファ式のガス遮断器を例に挙げて説明したが、本発明は二室熱パッファ式のガス遮断器についても当然適用することが可能であり、二室熱パッファ式のガス遮断器に適用した場合でも上述の効果を奏することが可能である。

１・・・絶縁タンク
２・・・機構ケース
１０・・・固定側遮断部
１１・・・固定側通電導体
１２・・・固定側主回路導体
１３・・・固定アーク接触子ベース
１４・・・固定アーク接触子
１５・・・固定主接触子
２１・・・可動側通電導体
２２・・・可動側主回路導体
２３・・・摺動用接触子
２４・・・固定ピストン
２５・・・パッファシリンダ支持用摺動ガイド
２６・・・パッファシャフト支持用摺動ガイド
２７・・・絶縁筒
２８・・・排気筒
２９・・・ガード筒
３０・・・遮断部可動部分
３１・・・パッファシリンダ
３２・・・パッファシャフト
３３・・・遮断部側連結ピン
３４・・・絶縁ロッド
３５・・・レバー側連結ピン
３６・・・レバー
３７・・・シャフト
３８・・・絶縁ロッドカバー
４１・・・ガス通路
４２・・・開口部Ａ
４３・・・開口部Ｂ
４４・・・排気穴Ｃ
４５・・・スロート部
４６・・・空間Ｄ
４７・・・隙間Ｅ
４８・・・隙間Ｆ
５１・・・可動アーク接触子
５２・・・絶縁カバー
５３・・・絶縁ノズル
５４・・・可動主接触子
６１・・・ピン部
６２・・・絶縁ロッドカバー支持部Ａ
６３・・・めねじ部品
６４・・・おねじ部品
６５・・・絶縁ロッドカバー支持部Ｂ

Claims (6)

1. 消弧性ガスが充填された絶縁タンクと、
   前記絶縁タンク内に設けられた一対の固定側主回路導体及び可動側主回路導体と、
   前記固定側主回路導体と前記可動側主回路導体の間に、開離可能に設けられた固定側接触子及び可動側接触子と、
   前記可動側接触子を一端に有するパッファシリンダと、
   前記パッファシリンダ内に形成されたパッファ室と、
   前記パッファ室内の消弧性ガスを前記可動側接触子と前記固定側接触子の間に生じるアークに導く流路を形成する絶縁ノズルと、
   前記アークに導かれた消弧性ガスを遮断部の可動側に導き排気するためのガス通路を有するパッファシャフトと、
   前記パッファシャフトと連結される絶縁ロッドと、
   前記パッファシャフトと前記絶縁ロッドの連結部にホットガス遮蔽部材とを備えたガス遮断器において、
   前記ホットガス遮蔽部材は、前記パッファシャフトの端部が嵌通され、前記パッファシャフトと前記絶縁ロッドを連結するピンの両端部が嵌着されることで、前記パッファシャフトと前記絶縁ロッドの連結部に保持されることを特徴とするガス遮断器。
   
2. 請求項１において、
   前記ピンは分割構造であることを特徴とするガス遮断器。
   
   
3. 消弧性ガスが充填された絶縁タンクと、
   前記絶縁タンク内に設けられた一対の固定側主回路導体及び可動側主回路導体と、
   前記固定側主回路導体と前記可動側主回路導体の間に、開離可能に設けられた固定側接触子及び可動側接触子と、
   前記可動側接触子を一端に有するパッファシリンダと、
   前記パッファシリンダ内に形成されたパッファ室と、
   前記パッファ室内の消弧性ガスを前記可動側接触子と前記固定側接触子の間に生じるアークに導く流路を形成する絶縁ノズルと、
   前記アークに導かれた消弧性ガスを遮断部の可動側に導き排気するためのガス通路を有するパッファシャフトと、
   前記パッファシャフトと連結される絶縁ロッドと、
   前記パッファシャフトと前記絶縁ロッドの連結部にホットガス遮蔽部材とを備えたガス遮断器において、
   前記可動側主回路導体は前記タンク内に絶縁支持部材により保持され、
   前記可動側主回路導体の内周には、前記パッファシリンダの内周面が摺動する固定ピストンを備え、
   前記固定ピストンは排気筒を有し、
   前記可動側主回路導体の遮断部から遠い側の端部にガード筒を有し、
   前記排気筒内及び前記ガード筒内を前記パッファシャフトが遮断動作に応じて移動自在であることを特徴とするガス遮断器。
   
4. 請求項３において、
   遮断動作前半に前記ホットガス遮蔽部材が前記排気筒内に位置して前記排気筒を塞ぎ、
   遮断動作後半に前記ホットガス遮蔽部材が前記排気筒外に移動することで前記排気筒を解放し、前記アークに導かれた消弧性ガスを遮断部の可動側に導き排気することを特徴とするガス遮断器。
   
5. 請求項３において、
   遮断動作前半に前記ホットガス遮蔽部材が前記排気筒内に位置して前記排気筒を塞ぎ、
   遮断動作後半に前記ホットガス遮蔽部材が前記ガード筒内に位置することで前記ガード筒を塞ぐことを特徴とするガス遮断器。
   
6. 請求項３において、
   前記排気筒と前記ガード筒の間隙長さは前記ホットガス遮蔽部材の軸方向の長さとほぼ等しいことを特徴とするガス遮断器。