JPH077625B2

JPH077625B2 - パツフア形ガスしや断器

Info

Publication number: JPH077625B2
Application number: JP27904185A
Authority: JP
Inventors: 功日置
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1985-12-13
Filing date: 1985-12-13
Publication date: 1995-01-30
Anticipated expiration: 2010-01-30
Also published as: JPS62140326A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の技術分野］本発明は、パッファ形ガスしゃ断器に関するものであっ
て、特に、操作ロッドの材質に改良を施したパッファ形
ガスしゃ断器に係る。

［発明の技術的背景とその問題点］ SF₆ガス等の消弧性ガスをアークに吹き付ける高圧ガス
しゃ断器は、高い電圧に容易に耐えるので幅広く利用さ
れている。中でも接点解離時の駆動力を利用して消弧性
ガスを圧縮し、その圧縮ガスをアークに吹き付けるパッ
ファ形ガスしゃ断器は構造が簡単であるので、高圧しゃ
断器の主流となっている。

この様なパッファ形ガスしゃ断器においては、近年、送
電容量の増大による短絡容量の増加に伴って、そのしゃ
断容量も増加の一途を辿っている。その反面、機器の小
型化のため、一点当たりのしゃ断容量を増加させ、しゃ
断器の直列しゃ断点数の減少が図られている。このた
め、しゃ断器のしゃ断性能としては、しゃ断器の極間の
電界設計と共に、ガス吹き付け機構の最適化が要求され
ている。

第３図に、従来から用いられてきたパッファ形ガスしゃ
断器の構造を示した。即ち、接地された容器１の内部に
は、SF₆ガスの様な消弧性に優れた絶縁ガス２と共に、
しゃ断器３が収納されている。なお、この容器１として
は、図示した様な接地金属タンクばかりでなく、碍子を
利用したものもある。また、しゃ断部３は１個だけでな
く、複数個を電気的に直列に接続したものもある。

しゃ断部３は固定電極部４と、これと接離自在に対向し
て配置された可動電極部５と、この可動電極部５と接し
て設けられるパッファ部６とから成っている。前記固定
電極部４は導体８を介して口出し部７に導出され、この
導体８は口出し部７に設けられた絶縁スペーサ９によっ
て気密に支持されている。一方、可動電極部５と接して
配設されたパッファ部６は、図示しない絶縁部材を介し
てセンターピース或いは支持部材10に支持され、接触子
11を介して支持部材10と電気的に接続され、図示しない
しゃ断部に電気的に直列に接続されるか、或いは図示し
ない導体を介して外部に導出される。また、固定電極部
４及び可動電極部５を覆う様に筒状の絶縁部材12が配設
されている。

また、しゃ断部３の詳細な構成を第４図に示した。即
ち、固定電極部４は固定電極取付け部材13に固定アーク
電極14が固着されている。一方、可動電極部５は、パッ
ファ部６のパッファシリンダ15の固定電極側の端面に、
筒状の可動アーク電極16が設けられ、その可動アーク電
極16の外側には、これを包囲する様に絶縁ノズル18がノ
ズルサポート19によってパッファシリンダ15の端面に固
着されている。そして、前記可動アーク電極16と絶縁ノ
ズル18との間にはガス流路17が形成されている。また、
パッファ部６には、パッファシリンダ15と、この内部に
挿入されたパッファピストン20とによってパッファ室21
が形成され、このパッファ室21はパッファシリンダ15の
端面に形成された開口部22を介して前記ガス流路17と連
通されている。なお、パッファピストン20は図示しない
絶縁部材を介して支持部材10に支持固定されている。

さらに、パッファシリンダ15の端部の内側には筒状の可
動アーク電極16と連通する中空部23を有する筒状の操作
ロッド24が固着され、この操作ロッド24の他端は絶縁ロ
ッド25を介して図示しない操作装置に連結されている。
この操作ロッド24の絶縁ロッド25側の側面には開口部26
が設けられ、操作ロッド24の中空部23を容器１の内部に
封入された絶縁ガス２と連通している。

上記の様な構成を有する従来のパッファ形ガスしゃ断器
においては、図示しない操作装置が駆動されると、絶縁
ロッド25及び操作ロッド24が開極方向へ移動し、それに
よって、可動電極部５及びパッファ部６のパッファシリ
ンダ15も開極方向に駆動される。その結果、固定アーク
電極14と可動アーク電極16とが開離し、両電極間にアー
ク27が発生する。これと同時に、パッファ室21の内部に
おいて圧縮された絶縁ガスは開口部22及びガス流路17を
通り、絶縁ノズル18の先端開口部からアーク27に吹き付
けられ、アーク27を消弧する。この絶縁ガスの一部は、
ガス流28となって操作ロッド24の中空部23を通って操作
ロッド24の側面の開口部26から操作ロッド24外へ排出さ
れる。

この様に、従来のパッファ形ガスしゃ断器においては、
パッファ部６において圧縮されたガスを電極間のアーク
に吹き付け消弧させることにより電流零点において電流
をしゃ断する。この時のガス流は、ガス圧縮を行なうパ
ッファ室としゃ断部を収納した容器内の圧力差によって
生じる。従って、高速度しゃ断を行なってしゃ断性能を
向上させるためには、ガス流路構造の改良ならびに早期
にパッファ室圧力と容器内圧力との差を大きくして、開
極動作開始後、早期に強力なガス吹き付け力を得る必要
がある。

前者のガス流路構造の改良に関しては、可動電極部５及
びこれを駆動する操作ロッド24を中空とし、この中空部
23を通して、電流しゃ断時に発生するアークに吹き付け
られるガスの一部を排気することにより、ガス吹き付け
力を増大させるような改良がなされている。

一方、後者の方法に関しては、早期にパッファ室の圧力
を上昇させるために、操作ロッド24をアルミ合金によっ
て形成し、可動部の重量を低減させることにより、パッ
ファ室におけるガス圧縮速度を上昇させることが考案さ
れている。

しかしながら、操作ロッド24の中空部23を通して排気さ
れるガスは、電流しゃ断時に発生するアークによって40
00〜5000°Ｋに加熱されるが、この高温ガスと接触する
操作ロッド24の内面のアルミ合金は一般に高温強度が低
く、200℃における引張強度は室温の引張強度の約1/2に
低下する。そのため、この様な高温下での操作ロッド24
の強度の低下を防止するために、操作ロッドの内面に耐
熱性に優れた材質より成るカバーを取り付けるか、或い
は操作ロッド24の一部を鋼材等のように高温強度の高い
材料によって構成する必要がある。

しかし、このように操作ロッドの内側にカバーを設けた
り、操作ロッドを鋼材等により形成すると可動部重量が
増大し、パッファ室におけるガス圧縮速度を上昇させる
ことができず、従来からの懸案であったしゃ断時間の短
縮によるしゃ断性能の向上を達成することができなかっ
た。

［発明の目的］本発明は、上述の様な従来のパッファ形ガスしゃ断器の
問題点を解消するために提案されたもので、その目的
は、しゃ断時間を短縮し、しゃ断性能を大幅に向上させ
ることができるパッファ形ガスしゃ断器を提供すること
にある。

［発明の概要］本発明のパッファ形ガスしゃ断器は、操作ロッドを中空
の円筒状に形成し、また、その操作ロッドの筒状部分の
肉厚部の中央部を、軸方向に配列した連続繊維と軽量高
強度金属より構成した母相金属とを複合した第１の繊維
強化金属基複合材料により形成し、さらに、操作ロッド
の他の部分を、無方向に混入した短繊維と軽量高強度金
属より構成した母相金属とを複合した第２の繊維強化金
属基複合材料により形成したことにより、操作ロッドの
高温強度を強化し、また、操作ロッドを軽量化して可動
部の重量を軽量化し、開極動作の初期にパッファ室の圧
力を増大させて、しゃ断時間を大幅に短縮し、しゃ断性
能の向上を可能にしたものである。

［発明の実施例］以下、本発明の一実施例を第１図に基づいて具体的に説
明する。なお、第３図及び第４図に示した従来型と同一
部材には同一符号を付し、説明は省略する。

＊構成＊本実施例において、操作ロッド24は、その筒状部分の肉
厚部の中央部が、軽量高強度金属であるアルミニウム合
金を母相とし、アルミナ（Al₂O₃）連続繊維を操作ロッ
ド24の軸方向に配列し強化相とした第１の繊維強化金属
基複合材料30によって形成されている。このアルミニウ
ム合金としてはA2024（Cu…４％,Mg…1.5％,Mn…0.5％
のAl合金）が用いられている。

また、前記第１の繊維強化金属基複合材料30によって形
成された操作ロッド24の筒状部分の中央部の内外側面
と、可動アーク電極16及び絶縁ロッド25との連結部が、
アルミニウム合金を母相とし、無方向に混入された短繊
維を強化相とする第２の繊維強化金属基複合材料31によ
って形成されている。この短繊維としては、炭化硅素ウ
ィスカ−（SiC（Ｗ））が用いられている。

なお、前記操作ロッド24はアルミナを内部に配列し、操
作ロッド24と同一の形状をした炭化硅素ウィスカ−（Si
C（Ｗ））の予備成形体を予め成形し、これにA2024の溶
湯を加圧浸透することによって一体成形する。

＊作用＊この様な構成を有する本実施例のパッファ形ガスしゃ断
器においては、操作ロッド24の筒状部分の中央部を第１
の繊維強化金属基複合材料30によって形成したことによ
り、操作ロッド24の軸方向の引張強度及び圧縮強度が強
化され、また、操作ロッド24の他の部分を第２の繊維強
化金属基複合材料31によって形成したことにより、その
せん断強度が大幅に強化されている。

この様なパッファ形ガスしゃ断器においては、従来と同
様に、開極動作が進行するにつれて、両電極間にアーク
27が発生するが、このアーク27を消弧するために吹き付
けられた絶縁ガスの一部は、ガス流28となって操作ロッ
ド24の中空部23から側面の開口部26を通って操作ロッド
24外へ排出される。この絶縁ガス流28は、アーク27によ
って加熱され、4000〜5000°Ｋの高温となるが、操作ロ
ッド24を形成している第１及び第２の繊維強化金属基複
合材料30,31の強化相を構成しているアルミナ（Al₂O₃）
及び炭化硅素ウィスカ−（SiC（Ｗ））はセラミックで
あり、高温に対する強度が高いため、電流しゃ断時の高
温ガス流に操作ロッド24が接しても、その強度は室温の
場合と変らず、強い強度を維持できる。このため、従来
用いられていた耐熱性の保護カバーは不要となり、ま
た、操作ロッド24の一部を鋼材等のように高温強度は高
いが、重量の大きな材料を用いて形成する必要がなくな
り、操作ロッド24及び可動部全体の重量を低減すること
ができ、開極速度及びパッファ室21におけるガス圧縮速
度を速くすることができる。

次に、第２図に電流しゃ断時におけるパッファ室21の圧
力上昇の時間変化を示した。曲線Ａは従来の操作ロッ
ド、曲線Ｂは本実施例の操作ロッドによるパッファ室21
の圧力上昇の時間変化を示したものである。即ち、従来
の操作ロッドに比べ、繊維強化金属基複合材料により形
成した本実施例の操作ロッドを用いた場合のパッファ室
21の圧力上昇は早く、開極動作開始後、早期におけるガ
ス吹き付け力が増大する。この結果、開極動作早期のし
ゃ断性能が大幅に向上し、高速度しゃ断が可能となる。

また、本実施例に示した様に、操作ロッドが軽量化し開
極速度を大きくしたことにより、アーク消弧時におい
て、固定電極部４と可動電極部５との間の極間距離を大
きくすることができるので、アーク消弧後の極間に印加
される過渡回復電圧に対する耐電圧性能を向上させ、開
極動作初期におけるしゃ断性能を向上させることができ
る。

さらに、操作ロッド24を形成する繊維強化金属基複合材
料は、その強化相を構成するアルミナ（Al₂O₃）及び炭
化硅素ウィスカ−（SiC（Ｗ））を強化することによ
り、室温における単位密度当たりの引張強度いわゆる比
強度が母相を構成する金属A2024の約２倍となる。この
ため、必要な強度を維持した上で、繊維強化金属基複合
材料によって形成した操作ロッド24の重量は、A2024の
みを用いて形成した操作ロッドに比べて、約1/2に減少
させることができ、さらにしゃ断時間を短縮することが
可能となる。

また、操作ロッド24を軽量化した結果、可動部の重量を
軽量化することができるので、しゃ断動作に要する駆動
力を大幅に低減することができ、従来のしゃ断性能を維
持した上で、駆動装置を小型化することができる。

さらに、操作ロッド24を形成する繊維強化金属基複合材
料の強化相であるアルミナ及び炭化硅素ウィスカ−はセ
ラミックであり、その硬度は金属に比べて高いので、繊
維強化金属基複合材料により形成した操作ロッドの硬度
はアルミ合金により形成した操作ロッドに比べて著しく
高くなり、パッファピストン20と摺動する操作ロッド24
の外側面の耐摩耗性が向上する。

＊他の実施例＊なお、本発明は上述の実施例に限定されるものではな
く、操作ロッド24を形成する繊維強化金属基複合材料と
して、母相にチタン（Ti）合金等の高強度軽量合金、強
化相としてボロン（Ｂ）繊維、炭素（Ｃ）繊維等を用い
た場合も同様の効果が得られる。

［発明の効果］以上の通り、本発明によれば、操作ロッドを繊維強化金
属基複合材料によって形成し、可動部を軽量化すること
により、しゃ断時間を短縮し、しゃ断性能を大幅に向上
させることができるパッファ形ガスしゃ断器を提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のパッファ形ガスしゃ断器の一実施例
を示す断面図、第２図は、本発明及び従来のパッファ形
ガスしゃ断器におけるパッファ室の圧力上昇の時間変化
を示す図、第３図は、従来のパッファ形ガスしゃ断器の
一部切欠き断面図、第４図は、従来のパッファ形ガスし
ゃ断器のしゃ断部の断面図である。１…容器、２…絶縁ガス、３…しゃ断部、４…固定電極
部、５…可動電極部、６…パッファ部、７…口出し部、
８…導体、９…絶縁スペーサ、10…支持部材、11…接触
子、12…筒状絶縁部材、13…固定電極取り付け部材、14
…固定アーク電極、15…パッファシリンダ、16…可動ア
ーク電極、17…ガス流路、18…絶縁ノズル、19…ノズル
サポート、20…パッファピストン、21…パッファ室、22
…パッファシリンダ開口部、23…操作ロッド中空部、24
…操作ロッド、25…絶縁ロッド、26…操作ロッド開口
部、27…アーク、28…ガス流、30…第１の繊維強化金属
基複合材料（Al₂O₃/A2024）、31…第２の繊維強化金属
基複合材料（SiC（Ｗ）/A2024）。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】共通の中心軸上に互いに接離可能に配置さ
れた固定電極部と可動電極部とを備え、可動電極部を駆
動する操作ロッドの先端に可動パッファシリンダが設け
られ、この可動パッファシリンダの内部にはパッファピ
ストンが設けられ、可動パッファシリンダとパッファピ
ストンとの間に圧縮室が形成され、固定電極部と可動電
極部との開離時に発生するアークに対して、前記圧縮室
内において圧縮された消弧性ガスを吹き付けて消弧する
パッファ形ガスしゃ断器において、前記操作ロッドが中空の円筒状に形成され、また、その
操作ロッドの筒状部分の肉厚部の中央部が、軸方向に配
列された連続繊維と軽量高強度金属より構成された母相
金属とを複合した第１の繊維強化金属基複合材料により
形成され、さらに、操作ロッドの他の部分が、無方向に
混入された短繊維と軽量高強度金属より構成された母相
金属とを複合した第２の繊維強化金属基複合材料により
形成されていることを特徴とするパッファ形ガスしゃ断
器。
【請求項２】前記繊維強化金属基複合材料を構成する軽
量高強度金属がアルミ合金、チタン合金であり、これと
複合して強化相となる連続繊維及び短繊維がアルミナ、
炭化硅素等のようなセラミック、或いはボロン、炭素等
の繊維材である特許請求の範囲第１項記載のパッファ形
ガスしゃ断器。