JPH0619941B2 - ガス遮断器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、吸込み遮断部併用の熱パツフア式ガス遮断器
に係り、特に、小電流遮断性能に優れ、かつ、熱パツフ
ア遮断部の大電流遮断性能を低下させることのない吸込
み遮断部を備えたガス遮断器に関する。

〔従来の技術〕

一般に、ガス遮断器（以下ＧＣＢという）としては、パ
ツフア式のものが多く用いられている。以下、この種Ｇ
ＣＢの従来技術を図面により説明する。

第８図は一般的なパツフア式ＧＣＢの構造を示す図であ
り、第８図において、１はパツフア室である。

第８図に示すパツフア式ＧＣＢは、パツフア室１を有し
て構成されており、遮断動作時、パツフア室１内のガス
を圧縮し、これにより生じるガス流によりアーク電流を
消弧するものである。このため、このパツフア式ＧＣＢ
は、パツフア室１内のガスを圧縮するという原理上、そ
の操作力の低減には限度があり、ＧＣＢの大幅な低操作
力化を図ることが困難であるという問題点を有してい
る。

このような、パツフア式ＧＣＢが有する問題点を解決し
た従来技術として、例えば、特開昭５６−３９２５号公
報等に記載された吸込み遮断部併用熱パツフア式ＧＣＢ
に関する技術が知られている。

第９図はこの従来技術によるＧＣＢの投入状態を示す
図、第１０図は遮断動作途中の状態を示す図である。第
９図，第１０図において、２は熱パツフア室、３は熱パ
ツフア遮断部、４は吸込み遮断部、５は吸込み室、６は
可動接触子、７は中空ノズル、８はアーク、９は固定接
触子、１３は絶縁ノズル、１５は吸込みピストンであ
る。

第９図，第１０図に示すＧＣＢは、熱パツフア室２を有
する熱パツフア遮断部３と、吸込み室５を有する吸込み
遮断部４とにより構成されており、大電流遮断時、大電
流アークの熱エネルギーにより、熱パツフア遮断部３の
熱パツフア室２内のガスを加熱、加圧し、電流零点近傍
でアークに吹きつけることによりアークを消弧するよう
に動作する。このため、図示ＧＣＢは、アークに対する
ガスの吹きつけ圧力をアーク自身のエネルギーによつて
得ることができ、操作力を大幅に低減することができ
る。しかし、熱パツフア遮断部３のみでは、小電流遮断
時、アークエネルギーによる熱パツフア室２内のガス圧
力の上昇を期待することができないので、第９図，第１
０図に示すＧＣＢは、補助遮断手段として吸込み遮断部
４が設けられている。

この吸込み遮断部４を備えることにより、第９図，第１
０図に示すＧＣＢは、小電流遮断時、次のように動作す
る。

遮断動作時、可動接触子６の動作に伴い、吸込みピスト
ン１５は、第９図に示す状態から左方に移動し、第１０
図に示すように、可動接触子６の中空ノズル７を介し
て、吸込み室５内にガスを引き込む。この結果、電流遮
断時に生じるアークは、第１０図にアーク８として実線
で示すように、中空ノズル７内に点弧させられ、中空ノ
ズル７内のガス流により消弧される。

このＧＣＢは、補助遮断手段としての吸込み遮断部４に
よる操作力の増加が少なく、装置全体の構造も複雑とは
ならないという利点を有し、優れたものであるが、次の
ような欠点を有している。

すなわち、その第１は、小電流アークを金属で形成され
た中空ノズル７内に確実に引き込むことが困難であり、
アークが第１０図に点線で示すように、固定接触子９と
可動接触子６の先端に点弧する場合が生じ、この場合の
アークの消弧が困難であるという点である。第１０図に
点線で示したように生じたアークを、中空ノズル７内に
引き込むためには、中空ノズル７内への強いガス流が生
じていなければならないが、吸込み室５の容積及び中空
ノズル７の流路断面積に対して、周囲空間のガス容積が
圧倒的に大きく、ガス流は、中空ノズル７の入口近傍の
みに弱く生じる。従つて、アークの中空ノズル７内への
引き込みは、確率的現象となり、電流遮断の成否は、全
ての条件を同一とした場合にも混在したものとなつてし
まう。

その第２は、大電流遮断時、熱パツフア室２内のガスを
アーク熱で加熱中、アークエネルギー及び熱パツフア室
２のガスが外部へ流出しないように閉じ込めておく必要
があるが、第９図及び第10図のＧＣＢでは、遮断動作開
始初期から、吸込み室５へのガスの流路が開き、アーク
エネルギー及びガスが吸込み室５へ流出するため、熱パ
ツフア作用の効率を低下させてしまうという点である。

さらに、第３は、可動接触子６を中空ノズル７を有する
電極構造としたことにより、必然的にその電極径が大き
くなり、従つて、絶縁ノズル１３の径も大きくせざるを
得ず、大電流遮断性能上から定まる最適なノズル径の設
定を困難とし、ＧＣＢの性能を低下させてしまうという
点である。

このように、第９図及び第１０図に示すＧＣＢは、大電
流及び小電流双方の電流遮断に問題点を有している。

さらに、吸込み遮断部併用熱パツフア式ＧＣＢの他の従
来技術として例えば、特開昭59−12527 号公報等に記載
された技術が知られており、以下これについて図面によ
り説明する。

第１１図は他の従来技術によるＧＣＢの投入状態を示す
図、第１２図，第１３図は遮断動作途中の状態を示す
図、第１４図はその特性を説明する図である。第１１図
〜第１３図において、１４は絶縁ノズル、２４は通気
孔、２５は吸込み口であり、他の符号は、第８図〜第１
０図の場合と同一である。

第１１図〜第１３図に示すＧＣＢは、遮断動作時、可動
接触子６を、第１１図に示す投入状態の位置から左方に
移動し、順次、第１２図，第１３図に示す位置に移動さ
せる。このため、吸込み室５は、可動接触子６に取付け
たピストン１５により可動接触子６の動作とともにその
容積を増大させ、絶縁ノズル１４と可動接触子６とによ
り形成されるリング状空間の吸込み口２５からガスを吸
引する。一方、パツフア室１は、ピストン１５の動作に
より、その容積が減少し、可動接触子６に設けられた通
気孔２４を通つて、中空ノズル部７よりガスを噴出させ
る。この第１１図〜第１３図に示すＧＣＢは、小電流の
遮断を第１３図に示す位置で行う。すなわち、この位置
では、中空ノズル７から吹き出したガスが、吸込み口２
５から吸引されるガス流となり、このガス流によりアー
ク８が消弧される。

前述した第１１図〜第１３図のＧＣＢは、ガスの吹き付
けと吸込みとを併用することにより、小電流の遮断を確
実に行おうとするものであるが、第９図，第１０図によ
り説明したＧＣＢと同様な問題点を有している。

すなわち、第１２図に示すような遮断動作途中の状態で
は、吸込み作用によるガスの流れは、絶縁ノズル１４の
近傍においてのみ生じるため、前述の吹き付けと吸込み
とによる併用効果を得ることができない。

また、第１３図に示すような状態では、次のような問題
を生じる。一般に、負圧発生、正圧発生の程度は、体積
変化率の大きい程高くなることが知られている。このた
め、吸込み室５では、遮断動作開始初期に最大の負圧が
発生し、パツフア室１では遮断動作後期に最大の正圧が
発生する。第１４図にこの関係が示されている。この図
からわかるように、吸込み室５の圧力は、遮断動作初期
に負圧の最大値を示し、その後、吸込み口２５からのガ
ス吸入により封入圧力に戻つていく。一方、パツフア室
１の圧力は、遮断動作後半で最大値を示す。第１３図に
示す可動接触子６の位置は、第１４図に点線で示す位置
の近傍に相当し、吸込み室５の吸込み作用がすでに弱く
なつている位置であり、吹き付けと吸込みとによる併用
効果を充分発揮することができない。

さらに、大電流遮断時、このＧＣＢは、次のような問題
を生じる。すなわち、大電流遮断時、熱パツフア室２内
に生じた高温のガス流が、中空ノズル７を通つてパツフ
ア室１に流れ込み、パツフア室１の圧力を増大させる。
このことは、第９図で説明した、熱パツフア作用の効率
を低下させるという問題以外に、パツフア室１の圧力増
大により、操作力に対する反力が発生し、操作力を増大
させなければならないという問題を生じさせる。すなわ
ち、第１１図〜第１３図に示すＧＣＢは、操作力の低下
を図ることができないという問題点をも有し、電極径の
大きさの制約による第９図，第１０図によるＧＣＢと同
様な問題点を有するものである。

〔発明が解決しようとする課題〕 前述したように、従来技術によるＧＣＢは、小電流遮断
の際の遮断性能の安定性及び大電流遮断時のアーク熱、
ガス流の有効利用を図るという点について充分な配慮が
なされておらず、充分な性能向上が図られていないとい
う問題点があつた。

本発明の目的は、前述した従来技術の問題点を解決し、
低操作力で、大電流遮断性能に優れ、かつ、小電流遮断
性能の安定したガス遮断器を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明によれば、前記目的は、吸込み作用を遮断動作後
期に行い得るようにすること、及び固定接触子と可動接
触子との間に、吸込みガス流を制御する絶縁ノズルを備
えることにより達成される。

〔作用〕

前述の手段を備えることにより、大電流遮断時のアーク
熱を有効に利用することが可能となり、また、吸込み動
作時に、アークが絶縁ノズル内に引き込まれるので、ア
ークを確実にガス流中に点弧させることが可能となり、
大電流及び小電流に対して安定した遮断性能を得ること
ができる。

〔実施例〕

以下、本発明によるガス遮断器の一実施例を図面により
詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例の投入状態を示す断面図、第
２図は同じく遮断状態を示す断面図、第３図は大電流遮
断の動作を説明する図、第４図は小電流遮断の動作を説
明する図である。第１図〜第４図において、１０，１２
は端子、１３は集電子、１６は吸込みシリンダ、１７は
電界緩和用リングシールド、１８はロツドであり、他の
符号は、第８図〜第１４図の場合と同一である。

本発明の一実施例によるＧＣＢは、従来技術の場合と同
様に熱パツフア遮断部３と、吸込み遮断部４とにより構
成される。熱パツフア遮断部３の絶縁ノズル１３は、可
動接触子６が中空構造を有さず、図示するような棒状構
造を有しているので、その直径を熱パツフア作用の点か
らのみ最適な寸法を採用して構成することができる。吸
込み遮断部４は、絶縁ノズル１４を備える吸込みシリン
ダ１６と、この吸込みシリンダ１６内を可動接触子６の
移動に伴つて移動可能な吸込みピストン１５と、このピ
ストン１５と結合されている可動接触子６と、吸込みシ
リンダ１６に開けた貫通孔を通る複数本のロツド１８に
より、吸込みピストン１５に取付けられた電界緩和用リ
ングシールド１７とにより構成されている。吸込み室５
は、吸込みピストン１５と、吸込みシリンダ１６と、絶
縁ノズル１４とにより構成され、絶縁ノズル１４のガス
吸込み口が、ＧＣＢの投入状態において、可動接触子６
により閉止状態とされ、遮断動作途中で、可動接触子６
が絶縁ノズル１４を通過したとき開口されるように構成
される。

前述のような構成の本発明の一実施例の第１図に示す投
入状態において、電流は、端子１０，熱パツフア遮断部
３の固定接触子９，可動接触子６，吸込み遮断部４の集
電子１１，端子１２を介して流れる。また、第２図に示
す遮断状態では、可動接触子６は、吸込み室５の絶縁ノ
ズル１４より下流側に位置される。

次に、電流遮断動作について説明する。

第３図は、大電流遮断時の状態を示している。遮断動作
が開始され、可動接触子６が移動して、可動接触子６の
先端が絶縁ノズル１３を抜けると、電流遮断動作により
生じたアークにより加熱加圧された熱パツフア室２内の
ガスが、固定接触子９と可動接触子６の先端との間に生
じているアーク８へ吹き付けられる。この結果、アーク
８は消弧され、電流遮断を完了する。この遮断動作は、
従来技術で述べたような、動作初期におけるガス及びア
ークエネルギーの無駄な排出なく行われるので、前述し
た最適なノズル径の選定とともに、有効な熱パツフアに
よる遮断性能を得ることができる。

第４図は、小電流遮断時の状態を示している。小電流の
遮断は、アークエネルギーが小さいため、熱パツフアに
よるアーク消弧によつては行うことができず、可動接触
子６が吸込み室５の絶縁ノズル１４を抜け、絶縁ノズル
１４の下流側に位置したときに行われる。すなわち、可
動接触子６が吸込み室５の絶縁ノズル１４を抜けた時点
より、吸込み室５内へのガス流が生じ、このガス流によ
り小電流を遮断する。小電流アーク８は、絶縁ノズル８
によつて、ガス流中に保持されるので、このガス流によ
つて極めて安定に消弧され、電流遮断が行われる。この
動作時の吸込み室５内の負圧は、第１４図で示したよう
に、遮断動作初期に生じるが、絶縁ノズル１４からのガ
スの吸入は、可動接触子６が絶縁ノズル１４を通過した
後であるので、この期間中、吸込み室内の負圧が保持さ
れており、吸込み開始時の吸込みノズル１４でのガス流
は、大きなものとなり、アーク８の消弧を効果的に行う
ことができる。

前述した本発明の実施例は、大電流時、小電流時ともに
効果的に高い信頼性で電流の遮断を行うことができる。

次に、本発明の他の実施例を説明する。

第５図は本発明の他の実施例の投入状態を示す断面図、
第６図(a)，(b)はその遮断動作を説明する図である。第
５図，第６図(a)，(b)におい、１９，２０は係合部、２
１は圧縮バネであり、他の符号は第１図〜第４図の場合
と同一である。

第５図に示す本発明の他の実施例は、吸込みピストン１
５を可動接触子６に対して半浮動に係合し、可動接触子
６の係合部１９，２０と、吸込みピストン１５とが係合
していない状態で、吸込みピストン１５は、圧縮バネ２
１により、絶縁ノズル１４の下部に保持されている。

遮断動作が開始され、可動接触子６が移動して絶縁ノズ
ル１３から抜けた、第６図(a)に示す位置で、大電流の
遮断動作が行われるのは、第３図に示した実施例の場合
と同一であり、その遮断動作も同様である。この実施例
では、この状態のときには、まだ、吸込みピストン１５
と可動接触子６とは係合されておらず、吸込みピストン
１５は、絶縁ノズル１４の下部に位置している。

小電流の遮断動作は、可動接触子６が第６図(b)の位置
に移動したときに行われる。すなわち、このとき、可動
接触子６は、係合部１９により吸込みピストン１５と係
合し、この吸込みピストン15を移動させており、かつ、
可動接触子６の先端は、絶縁ノズル１４を抜け、絶縁ノ
ズル１４の下流側に位置している。この状態は、第４図
の場合と同様であつて、この場合の遮断動作は、第４図
の場合と全く同様なアークの消弧により行われる。

この第５図，第６図(a)，(b)に示す実施例は、第１図〜
第４図により説明した実施例に比較して、可動接触子６
のストローク長に対して、吸込みシリンダ１６の長さを
短くすることができ、かつ、電流遮断性能を第１図〜第
４図の実施例と同等にできる。

第７図(a)，(b)は本発明のさらに他の実施例の投入状態
の断面図及び遮断動作途中の状態を示す図である。図に
おける符号は、他の図面の場合と同一である。

この実施例は、第１図〜第４図により説明した実施例に
おける可動接触子６に小さな中空ノズル７を設けたもの
である。この中空ノズル７は、第９図，第１０図により
説明した従来技術の場合と異なり、中空ノズル７内にア
ークを引き込むことを目的とするものではなく、遮断動
作初期に、電極間にわずかのガス流を生じさせるためで
あり、そのノズル径は小さくてよく、従つて、可動接触
子６の電極径を太くする必要もない。この中空ノズル７
は、前述したように、遮断動作初期に電極間にわずかの
ガス流を生じさせ、このガス流により、無負荷充電々流
や、励磁電流等のような数Ａ〜数１０Ａ程度の電流の遮
断を行おうとするものであり、一般に、この程度の小電
流の遮断が、電極間に何らかのガス流が生じていれば可
能であるという性質を利用することを可能としている。
従つて、第７図(a)，(b)に示す実施例は、第７図(b)に
示すような、遮断動作の初期に、小電流遮断のための中
空ノズル７を通るガス流を発生させ、小電流の遮断を行
う。

この第７図(a)，(b)に示す実施例は、可動接触子６に中
空ノズル７を設けたことにより、第９図，第１０図によ
り説明した従来技術の場合より少ないが、大電流遮断時
の欠点を生じるので、この欠点を少なくするために、遮
断動作初期に、中空ノズル７と吸込み室５とを連通させ
ないように、中空ノズル７を、可動接触子６の先端部と
吸込みピストン１５との中間位置で外部に連通させる構
造としている。

前述した第１図〜第７図の本発明の実施例は、大電流遮
断と小電流遮断の判別を行わず、遮断行程の前期，後期
の夫々を、大電流遮断，小電流遮断の重点位置としてい
るが、ＧＣＢ自身が遮断電流の大小を判定し、遮断電流
の大小に見合つた遮断手段を選択できるようにすれば、
より合理的な遮断器を得ることができる。

第１５図はＧＣＢ自身が遮断電流の大小を判別し、遮断
手段を選択できるようにした本発明のさらに他の実施例
の断面図である。第１５図において、２２は超電導接触
子であり、他の符号は、第１図〜第７図の場合と同一で
ある。

第１５図に示す実施例は、可動接触子が、小電流遮断用
の常温超電導接触子２２と、大電流遮断用の可動接触子
６とを対として構成され、従つて、小電流用遮断部と大
電流用遮断部と並列にした構成とされている。小電流を
遮断する常温超電導接触子を備える遮断部は、小電流に
よるアークのため、アークエネルギーを充分有効に利用
することができないため、第１図〜第７図(a)，(b)によ
り説明したと同様な吸込み遮断部４を備えて構成されて
いる。また、大電流を遮断する遮断部は、アークエネル
ギーを充分に利用することができるので、熱パツフア遮
断部３のみを有して構成されている。そして、小電流を
遮断する遮断部の限界電流は、常温超電導接触子２２の
臨界電流と一致するように設定される。このように構成
することにより、負荷電流等の小電流は、常温超電導接
触子２２を有する遮断部の側を流れ、従つて、このよう
な小電流の遮断は、この遮断部により行われる。事故等
により大電流が生じると、常温超電導接触子22は、その
超電導状態が破れ、電流は、大電流遮断用の可動接触子
６の側に流れることになる。この結果、この大電流の遮
断は、大電流遮断用の可動接触子６を有する遮断部によ
り行われることになる。

第１５図に示す本発明の実施例によれば、小電流遮断時
の電流は、接触子２２に流れ、大電流遮断時の電流は、
接触子６に流れることになるので、電流の大きさに適し
た方式の遮断部による電流の遮断が可能となる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、大電流遮断時
に、アーク熱によるガス加熱の有効利用を図り、遮断動
作初期のガス密度低下を防止し、大電流遮断に適した絶
縁ノズル径を選定可能としたことにより、また、小電流
遮断時に、小電流アークを絶縁ノズルによりガス流中に
保持させることができるようにしたことにより、低操作
力で、大電流遮断性能に優れ、かつ、小電流遮断性能の
安定したガス遮断器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の投入状態を示す断面図、第
２図は同じく遮断状態を示す断面図、第３図は大電流遮
断の動作を説明する図、第４図は小電流遮断の動作を説
明する図、第５図は本発明の他の実施例の投入状態を示
す断面図、第６図(a)，(b)はその遮断動作を説明する
図、第７図(a)，(b)は本発明のさらに他の実施例の投入
状態の断面図及び遮断動作途中の状態を示す図、第８図
は一般的なパツフア式ＧＣＢの構造を示す図、第９図，
第１０図は従来技術によるＧＣＢの投入状態を示す図及
びその遮断動作途中の状態を示す図、第１１図は他の従
来技術によるＧＣＢの投入状態を示す図、第１２図，第
１３図はその遮断動作途中の状態を示す図、第１４図は
その特性を説明する図、第１５図は本発明のさらに他の
実施例の構成を示す図である。 １……パツフア室、２……熱パツフア室、３……熱パツ
フア遮断部、４……吸込み遮断部、５……吸込み室、６
……可動接触子、７……中空ノズル、８……アーク、９
……固定接触子、１０，12……端子、１１……集電子、
１３，１４……絶縁ノズル、１５……吸込みピストン、
１６……吸込みシリンダ、１９，２０……係合部、２１
……圧縮バネ、２２……超電導接触子、２４……通気
口、２５……吸込み口。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 関 保春 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (56)参考文献 特開 昭60−167224（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−180339（ＪＰ，Ｕ)

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】固定接触子、可動接触子より成る一対の接
   触子と、前述固定接触子が装着され遮断動作時、前記接
   触子間で発生したアークエネルギーによりガスを加熱加
   圧する加熱室及びこの加熱加圧したガスを発生したアー
   クへ吹き付けるノズル等より成る熱パッファ遮断部と、
   前記可動接触子に連動する吸込みピストン及び該ピスト
   ンを包囲する吸込みシリンダ等より成る吸込み遮断部と
   を備えるガス遮断器において、前記吸込み遮断部のガス
   吸込み口が絶縁のズルで形成され、該絶縁ノズルは、投
   入状態で前記可動接触子により閉止されており、遮断動
   作時、前記吸込み遮断部の絶縁ノズルは、熱パッファ遮
   断部のノズルを前記可動接触子が通過し前記ノズルを開
   口した後も、ある期間前記可動接触子により閉止されて
   おり、熱パッファ遮断部から排気された高温ガスは、吸
   込み遮断部外周空間に排気され、吸込み遮断部は、前記
   可動接触子が絶縁ノズルを通過した後開口することを特
   徴とするガス遮断器。
2. 【請求項２】前記可動接触子と吸込みピストンとは、固
   定的に結合されていることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載のガス遮断器。
3. 【請求項３】前記可動接触子と吸込みピストンとは、半
   浮動に係合されていることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載のガス遮断器。
4. 【請求項４】前記可動接触子は、投入状態で外部に通じ
   ている中空ノズルをその先端部に備えることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項、第２項または第３項記載のガ
   ス遮断器。
5. 【請求項５】前記可動接触子を常温超電導材による接触
   子とし、この接触子を備える遮断部と並列に熱パッファ
   式遮断部を備えることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項、第２項、第３項または第４項記載のガス遮断器。