JP2014229363A - ガス遮断器 - Google Patents

Abstract

【課題】開極速度の向上を行わずとも良好な進み小電流遮断性能を得ることのできるガス遮断器を提供する。【解決手段】消弧性ガスが充填された密閉容器を有し、通電又は遮断を切り替えて電路を開閉するガス遮断器であって、互いに対向配置され、前記遮断過程において、互いを開離させて両方の間に形成されるアーク空間にアークを発生させる固定アーク接触子１１及び可動アーク接触子２１と、可動アーク接触子２１側に設けられ、消弧性ガスを蓄圧し、アークを消弧させるためのガス流を発生させる蓄圧空間２６と、可動アーク接触子２１を取り囲むように配置され、ガス流をアークに誘導し吹き付ける絶縁ノズル２３と、アーク空間と蓄圧空間２６とを少なくとも連通し、絶縁ノズル２３の内部空間に形成されるガス流路と、ガス流路を通過するガス流から螺旋状の旋回流を発生させる旋回流発生機構と、を備えた。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、電力系統において電流遮断を行うガス遮断器に関する。

電力系統において、過大な事故電流を含む電流開閉のためにガス遮断器が使用されている。ガス遮断器は、遮断過程に接触子を機械的に切り離し、この切り離しによって発生したアークを絶縁媒体および消弧媒体の吹き付けによって消弧する。

上記のようなガス遮断器は、現在パッファ形と呼ばれるタイプが広く普及している。パッファ形ガス遮断器は、消弧性ガスが充填された密閉容器内に、固定アーク接触子及び固定通電接触子と、可動アーク接触子及び可動通電接触子とがそれぞれ対向して配置され、それぞれを機械的な駆動力によって接触又は離反させることで電流を導通し又は遮断する。

このガス遮断器には、接触子の離反に伴って容積が減少し、内部の消弧性ガスが蓄圧される蓄圧空間と、両アーク接触子を取り囲むように配置され、蓄圧空間の消弧性ガスをアークに誘導する絶縁ノズルが設けられている。遮断過程においては、固定アーク接触子と可動アーク接触子が離反することで、両アーク接触子間にアークが発生する。接触子の離反に伴って蓄圧空間で十分蓄圧された消弧性ガスを、絶縁ノズルを介してアークに強力に吹き付けることにより、両アーク接触子の絶縁性能を回復させ、アークを消弧し、電流の遮断を完了させる。

特開２００３―２１７４０８号公報 特開２００４―５５４２０号公報 特開２００３―１０９４７６号公報 特開平５―２５０９６７号公報 特開平８―２０３３９５号公報 特開平７―３２０６１２号公報 特開平５―１３５６６８号公報 特開平５―７４２８６号公報

上記のような従来のガス遮断器には、以下に示すような問題があった。
事故電流遮断時のように数ｋＡオーダーの大電流アークの場合には、両アーク接触子間の距離が十分開いて適切な流路が形成され、かつ蓄圧空間に十分な吹き付け圧力が蓄圧された後でなければ、電流零点を迎えてもアークが消弧されることはない。

一方、進み小電流遮断のような数百Ａ以下の小電流アークの場合には、両アーク接触子の開離直後であっても、微弱なガス流の存在により、電流零点を迎えれば簡単にアークが消弧される。電流位相によっては、アークが継続するアーク時間は限りなく０に近くなり、アーク接触子開離直後にアークが消弧し、アーク接触子間の距離が極めて小さい状態で系統からの回復電圧（商用周波数）が印加される。

この回復電圧により、アーク接触子間に絶縁破壊（再点弧）が引き起こされる可能性がある。再点弧とは、商用周波電圧において電流零点後４分の１周期以上の時間が経過した後に生じる絶縁破壊現象である。この再点弧が起きると、過渡的な過電圧が発生する場合があり、系統機器に過電圧が印加され、系統機器の信頼性を脅かすことになる。そのため、ガス遮断器では、遮断時の再点弧を回避して絶縁破壊を防ぐことが重要となる。

そこで、ガス遮断器は、一般的に、再点弧を回避するために、アーク接触子の開極速度を向上し、アーク接触子間の速やかな絶縁回復を確保している。しかしながら、開極速度を向上させると、ガス遮断器の操作エネルギーが大きくなり、また機械的信頼性が低下するという問題点がある。この傾向は、最近の小型のガス遮断器では顕著である。なぜなら、小型化によりアーク接触子径が小さくなる傾向にあるため電界が高くなってしまい、より一層の開極速度向上が要求されるためである。

この再点弧の回避と、省エネルギー化や機械的信頼性低下の回避の両立という問題に対し、近年ではいくつかの提案がなされている。

例えば、特許文献１及び２では、リンク機構などを用いることで、特に速やかな絶縁回復が要求されるアーク接触子開離直後の開極速度を向上させている。また、特許文献３及び４では、対向側接触子部も可動接触子部と反対向きに駆動し、各接触子部の絶対速度を抑制しつつ、アーク接触子の相対的な開極速度を向上させている。これらは共に速やかな絶縁回復を実現可能であるが、同時に、部品点数の増加、機械的及び絶縁信頼性などの課題が残ってしまう。

また、特許文献５乃至８では、絶縁ノズルの形状を改良することでガス流に起因するアーク接触子先端近傍での圧力及び密度の低下を防止し、速やかな絶縁回復を実現しようとしている。

例えば、特許文献５及び８では、ノズル下流テーパ部に段差を設けて渦流を発生させることで、アーク接触子先端のガス密度を向上させようとしている。しかしながら、十分な効果を得るためには段差を大きく取らなければならず、進み小電流以外の絶縁性能への影響が危惧される。また、特許文献７では、第２スロート部をノズルの下流側に設け、流路を絞ることで上流に位置するアーク接触子先端近傍のガス密度を向上しようとしている。しかしながら、大電流遮断時の排気が滞る可能性がある。

また、特許文献５では、ノズルの流路断面積を適切に取ることで、流れの過剰加速とそれによる圧力低下を抑制しようとしている。この場合も、大電流遮断時の排気が滞る可能性がある。

特許文献５及び８のいずれの場合も、アーク接触子先端の圧力及び密度の低下のみに言及している。ここで、ガス流に起因する圧力及び密度の低下現象について、図１１（ａ）〜（ｃ）を用いて説明する。図１１（ａ）は、ガス遮断器の両アーク接触子近傍における拡大断面図である。図１１（ｂ）及び（ｃ）は、横軸がガス遮断器の軸方向位置、縦軸がそれぞれ圧力、マッハ数を示しており、圧力分布図、マッハ数分布図である。

進み小電流遮断時には、図１１（ａ）に示すように、スロート部２３ａより下流で、ノズル２３とアーク接触子１１との間にスロート部２３ｂが形成される。図１１（ｃ）に示すように、スロート部２３ｂで流速が音速に達した流れは、スロート部２３ｂより下流の領域２３ｃで流速が超音速となり、図１１（ｂ）に示すように、圧力がさらに低下する。

この領域２３ｃでは、流れがノズル２３のテーパー状に拡径した部分に沿って流れずに流れの剥離が発生する。この領域２３ｃ内部では、小さな渦流４３が発生しマクロには流速がゼロに近い澱んだ状態になる。このため、流路の断面積が絞られてしまい超音速状態が維持される。これにより、圧力低下領域が広い範囲で維持され圧力回復が遅れてしまう。

この場合、圧力低下領域は、アーク接触子１１よりさらに下流の領域に広がるため、一般に電界は高くならないが、圧力低下が著しいため、絶縁強度としては弱点となる虞がある。

本実施形態に係るガス遮断器は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、開極速度の向上を行わずとも良好な進み小電流遮断性能を得ることのできるガス遮断器を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本実施形態のガス遮断器は、消弧性ガスが充填された密閉容器を有し、通電又は遮断を切り替えて電路を開閉するガス遮断器であって、互いに対向配置され、前記遮断過程において、互いを開離させて両方の間に形成されるアーク空間にアークを発生させる第１のアーク接触子及び第２のアーク接触子と、前記第２のアーク接触子よりも前記第１のアーク接触子側に設けられ、前記消弧性ガスを蓄圧し、前記アークを消弧させるためのガス流を発生させる蓄圧空間と、前記第１のアーク接触子を取り囲むように配置され、前記ガス流を前記アークに誘導し吹き付ける絶縁ノズルと、前記アーク空間と前記蓄圧空間とを少なくとも連通し、前記絶縁ノズルの内部空間に形成されるガス流路と、前記ガス流路を通過する前記ガス流から螺旋状の旋回流を発生させる旋回流発生機構と、を備えたことを特徴とする。

第１の実施形態に係るガス遮断器の全体構成を示す断面図であって、（ａ）は通常時の電流通電状態を示すガス遮断器の断面図、（ｂ）は電流遮断動作中の状態を示すガス遮断器の断面図である。 （ａ）は第１の実施形態に係るガス遮断器のアーク接触子近傍の拡大図であり、（ｂ）は第１の実施形態に係る旋回流発生機構の矢視図である。 （ａ）は第１の実施形態に係るガス遮断器のアーク接触子近傍の拡大断面図である。（ｂ）は圧力分布図、（ｃ）はマッハ数分布図である。 第２の実施形態に係るガス遮断器のアーク接触子近傍の拡大図である。 （ａ）は第２の実施形態に係る旋回流発生機構の斜視図である。（ｂ）は各偏流板の平面図である。 第３の実施形態に係るガス遮断器のアーク接触子近傍の拡大断面図である。 第４の実施形態に係るガス遮断器のアーク接触子近傍の拡大断面図である。 第５の実施形態に係るガス遮断器のアーク接触子近傍の拡大断面図である。 第６の実施形態に係るガス遮断器のアーク接触子近傍の拡大断面図である。 第７の実施形態に係るガス遮断器のアーク接触子近傍の拡大断面図である。 （ａ）は従来のガス遮断器のアーク接触子近傍の拡大断面図である。（ｂ）は圧力分布図、（ｃ）はマッハ数分布図である。

［第１の実施形態］
（構成）
以下では、図１〜３を参照しつつ、本実施形態のガス遮断器の全体構成を説明する。図１は、本実施形態のガス遮断器の全体構成を示す断面図であり、図１（ａ）は、通常時の電流通電状態を示し、図１（ｂ）は電流遮断動作中の状態を示している。

本実施形態のガス遮断器は、接地された金属あるいは碍子等からなる密閉容器（図示せず）を有し、その内部に消弧性ガスが充填されている。

消弧性ガスは、消弧性能及び絶縁性能に優れたガスであり、例えば六フッ化硫黄ガス（ＳＦ_６ガス）が挙げられる。但し、ＳＦ_６ガスは、二酸化炭素ガスの２３９００倍の地球温暖化効果を有すると言われており、環境保全の観点から、ＳＦ_６ガスよりも地球温暖化係数の小さいガスを用いるようにしても良い。この地球温暖化係数の小さいガスとしては、空気、二酸化炭素、酸素、窒素またはそれらの混合ガス等が挙げられる。

本実施形態のガス遮断器は、図１に示すように、大別すると固定接触子部１０と可動接触子部２０とに分けられ、円筒を主体とする形状を有する複数の部材で構成される。各部材は中心軸１６（以下、単に軸という。）を一致させて密閉容器内に配置されている。なお、以下では、各部材の位置関係及び方向を説明するのに、固定接触子部１０側の方向を前方、その反対側の可動接触子部２０側の方向を後方と呼ぶ。

固定接触子部１０とは、固定通電接触子１２及び固定アーク接触子１１をいう。可動接触子部２０とは、可動アーク接触子２１、可動通電接触子２２、絶縁ノズル２３、シリンダ２４、及び操作ロッド２５をいう。以下、各部材について、詳細に説明する。

密閉容器には、図１に示すように、固定通電接触子１２及び可動通電接触子２２が、また、固定アーク接触子１１及び可動アーク接触子２１が同軸上に延びるようにそれぞれ対向配置されている。

固定通電接触子１２及び可動通電接触子２２は、それぞれ端面が開口した円筒形状を有する導体であり、互いに開口を向かい合わせて同一軸上に配置されている。固定通電接触子１２の開口縁は内部に膨出しており、開口縁部分の内径と可動通電接触子２２の外径は一致している。

固定通電接触子１２及び可動通電接触子２２は、相対的に移動可能となっており、固定通電接触子１２の開口に可動通電接触子２２が差し込まれることで、固定通電接触子１２の内面と可動通電接触子２２の外面とが接触し、電気的に導通できる状態となる。

固定通電接触子１２は、固定支え１４に固定されている。すなわち、固定支え１４は中空で円筒形状であり、固定通電接触子１２は、固定支え１４の縁に筒形状が続くように固定されている。固定アーク接触子１１は、一端が丸みを帯びた中実の円柱状の導体である。固定支え１４の内壁面には、棒状又は板状の部材である支持部１３が、固定支え１４の内壁面から固定支え１４内部に突き出るように固定されている。固定アーク接触子１１は、この支持部１３を介して固定支え１４内に固定支持されている。

固定支え１４の外周面の一部には、電界シールド１５が設置されている。電界シールド１５は、固定支え１４の外周面を基端として可動接触子部２０側に延び、電界シールド１５の先端部分が外側方向に円弧に描いて構成されている。電界シールド１５先端の円弧部分は、固定通電接触子１２の先端部よりも可動接触子部２０側に位置している。すなわち、電界シールド１５が固定通電接触子１２の外周面を覆うように設置しており、固定アーク接触子１１の電界を緩和することが可能となる。

可動アーク接触子２１は、両端が開口した中空の円筒形状を有する導体である。電流遮断過程では、可動アーク接触子２１が固定アーク接触子１１から開離して両接触子１１、２１間にアークが発生するアーク空間が形成される。可動アーク接触子２１の内部空間は一端の開口を介してアーク空間と連通し、アーク空間からのガス排気流路の一つとなる。

可動アーク接触子２１の開口縁は内部に膨出し、その内径は固定アーク接触子１１の外径と一致する。可動アーク接触子２１は固定アーク接触子１１に対し相対的に移動が可能であり、固定アーク接触子１１が可動アーク接触子２１の開口に差し込まれることで、両接触子１１、２１が互いに接触し、導通できる状態となる。

なお、可動アーク接触子２１の先端は円周方向に分割され、指状電極となっている場合もある。その場合、可動アーク接触子２１は可撓性を有し、可動アーク接触子２１の開口縁の内径は、固定アーク接触子１１の外径より若干小さくされてすぼめられている。固定アーク接触子１１が可動アーク接触子２１の開口に差し込まれることで、両接触子１１、２１が互いに接触し、導通できる状態となる。

固定アーク接触子１１に対する可動アーク接触子２１の移動は、可動アーク接触子２１に固定支持された操作ロッド２５によって引き起こされる。操作ロッド２５は前方の一端が開口し後方の他端が有底の円筒形状を有し、内部が中空になっており、可動アーク接触子２１や固定アーク接触子１１と同軸上に配置されている。可動アーク接触子２１と操作ロッド２５は同径であり、可動アーク接触子２１は操作ロッド２５の前端の開口縁に立設している。

操作ロッド２５は、絶縁性を有する中実の円柱である絶縁ロッド２８を介して図示しない駆動装置によって軸方向に押し引きされ移動可能になっている。可動アーク接触子２１と可動通電接触子２２は、この操作ロッド２５の移動の程度に応じて、固定アーク接触子１１や固定通電接触子１２と接触し、又は離反する。

操作ロッド２５の全長のうち、固定接触子部１０側の一部の周囲には、シリンダ２４、操作ロッド２５、及びピストン３１によって囲まれたバームクーヘン形状の蓄圧空間２６が形成されている。

シリンダ２４は、一端面が有底の円筒形状を有する導体であり、有底である端面を前方にして、側面が操作ロッド２５を取り囲むように同軸上に配置されている。シリンダ２４の前端面は操作ロッド２５の前端と面一になるように揃えられて連結されている。シリンダ２４の前端面及び内周面が蓄圧空間２６の前方の端面及び外周面となる。また、シリンダ２４の内部を貫くように操作ロッド２５が同軸上に配置され、操作ロッド２５の周面が蓄圧空間２６の内周面となる。ピストン３１は、板状でドーナツ形状に成形されており、ドーナツ形状の開口に操作ロッド２５が摺動可能に貫通し、外径がシリンダ２４の内径と一致する。すなわち、ピストン３１は蓄圧空間２６の後方の端面となる。

蓄圧空間２６は、操作ロッド２５の移動によりシリンダ２４の前端面が移動することでその容積が可変となる。シリンダ２４の前端面のピストン３１に対する接近により蓄圧空間２６の容積が減少し、蓄圧空間２６内の消弧性ガスが圧縮されて蓄圧し、蓄圧空間２６内にガス流が発生するようになっている。

ピストン３１は、図１に示すように、ピストン支え３１ａを介してサポート３３によって密閉容器内に固定支持されている。ピストン支え３１ａは、ピストン３１から軸方向に直線的に延びる円筒形状で、途中から屈折してサポート３３に向けて延び、その先端がサポート３３で固定される。サポート３３は、一端面が有底の円筒形状の導体であり、有底の端面を後方にして、前方の開口にシリンダ２４が嵌め込まれるようにして配置されている。サポート３３後方の端面は開口しており、操作ロッド２５はこの開口に挿通されて、サポート３３内部を貫通している。

なお、操作ロッド２５の周壁には、操作ロッド２５の中空部分とサポート３３の内部空間とを連通する連通穴２５ａが設けられ、また、サポート３３の側壁にはサポート３３内部の空間と外部の空間とを連通する排気穴３３ａが設けられている。そのため、操作ロッド２５の中空部分から、その一部の周囲のサポート３３の内部空間を介して、密閉容器内部までが連通しており、アーク空間からのガスの排気流路の一つとなる。

サポート３３の後端面には、筒形状がサポート３３から続くように同径の円筒形状を有する通電サポート３４が、同軸上に配置されている。通電サポート３４は通電状態で電路の一部となる部材を支持するものである。通電サポート３４は、円筒形状を有する絶縁性の部材であり、一端がサポート３３に接続され、他端は密閉容器に固定されて、サポート３３を固定支持するとともにサポート３３と密閉容器とを絶縁する。絶縁ロッド２８は、これらサポート３３及び通電サポート３４によって取り囲まれる。

なお、サポート３３の前方の開口端には、概略円筒形状の導体である通電接触子２７が立設している。この通電接触子２７の前方開口端は内部に膨出しており、内径がシリンダ２４の外径と一致して接触し、シリンダ２４が摺動可能になっている。通電状態では、固定支え１４、固定通電接触子１２、可動通電接触子２１、シリンダ２４、通電接触子２７、及びサポート３３が電気的に接続されており、これらの部材が電路の一つとなる。

シリンダ２４の前端面には、絶縁ノズル２３が立設している。シリンダ２４の前端面には貫通孔２４ａが設けられており、絶縁ノズル２３は、蓄圧空間２６で発生したガス流を、貫通孔２４ａを介してアーク空間へ誘導する整流手段である。絶縁ノズル２３は可動アーク接触子２１を包囲するように、軸方向に固定アーク接触子１１側へ延び、可動アーク接触子２１の先端を通過後、内径が固定アーク接触子１１の外径よりも若干大きい程度まで窄み、最小内径部分となるスロート部２３ａに至ったところで先端に向けて直線的に拡がる形状となっている。

遮断動作過程では、絶縁ノズル２３内部空間に、ガスが通るガス流路が形成される。すなわち、シリンダ２４の前端面には、蓄圧空間２６と絶縁ノズル２３の内部空間とを連通する貫通孔２４ａが設けられており、絶縁ノズル２３と可動アーク接触子２１との間の空間、アーク空間、スロート部２３ａより前方の絶縁ノズル２３の内部空間、及び密閉容器内が連通している。この連通した空間がガス流路となり、蓄圧空間２６で発生したガス流の密閉容器内への排気流路の一つとなる。

本実施形態のガス遮断器は、ガス流路を通過するガス流から螺旋状の流れを発生させる旋回流発生機構を有する。この旋回流発生機構として、図１〜３に示すように、絶縁ノズル２３と可動アーク接触子２１との間に複数の翼５１が設けられている。複数の翼５１は、方形状の板であり、可動アーク接触子２１を取り囲むように円周等配位置に配置され、板の延びる方向が、互い平行に軸方向に対して所定角度傾斜している。これにより、蓄圧空間２６から噴出したガス流が絶縁ノズル２３と可動アーク接触子２１との間の空間を通過する過程において、当該ガス流から軸方向周りの旋回流成分４２ａを有する螺旋状の流れが発生するようになっている。

軸方向に対する傾斜は３〜２０度が好ましい。傾斜が３度より小さいと、旋回流成分４２ａが発生しにくくなり、後述する領域２３ｃで流れの剥離が解消せず、領域２３ｃで発生する圧力及び密度低下を低減できなくなる。傾斜が２０度より大きいと、翼５１が流れの妨げになり、アークに対して十分な吹き付けができなくなる。

（作用）
以上の構成を有するガス遮断器の電流遮断動作を以下に説明する。
電流遮断動作は、数ｋＡオーダーの事故電流、進み小電流、リアクトル遮断等の遅れ負荷電流、又は極めて小さな事故電流の遮断を要する場合など、ガス遮断器を電流の通電状態から遮断状態に切り替える操作である。

通電状態から電流遮断動作を行う場合、駆動装置を駆動させる。駆動装置により、可動接触子部２０が固定接触子部１０に対し軸方向に移動する。すなわち、固定通電接触子１２に対して可動通電接触子２２が開離するとともに、固定アーク接触子１１に対して可動アーク接触子２１が開離し、両アーク接触子１１、２１間のアーク空間にアークが発生する。このアークは非常に高温であるため、アークから高温のガスが発生するとともに、加熱された周りの消弧性ガスも高温となる。

また、このとき、可動接触子部２０の移動によって、シリンダ２４の前端面がピストン３１に対して接近するように移動するため、蓄圧空間２６が圧縮され、蓄圧空間２６内の消弧性ガスが蓄圧される。遮断動作が進行し、両アーク接触子１１、２１間の距離が十分開き、かつ蓄圧空間２６に十分蓄圧されると、蓄圧空間２６内にガス流が発生する。このガス流は、貫通孔２４ａを介して、絶縁ノズル２３と可動アーク接触子２１との間に形成されるガス流路を通じ、非常に高温なアークに対して強力に吹き付けられる。その後、アーク空間の高温のガスは、図３のガス流の方向４１に示すように、後方の可動接触子部２０側と前方の固定接触子部１０側へと排出される。

アーク空間、可動アーク接触子２１内部の空間、操作ロッド２５の中空部分は直列に連通しており、可動接触子部２０側へ排出される高温ガスは、アーク空間から可動アーク接触子２１内部を通じて操作ロッド２５の中空部分へと流入する。

操作ロッド２５の中空部分、その中空部分の一部の周囲のサポート３３の内部空間、及び密閉容器内部は連通しており、操作ロッド２５の中空部分に流入した高温ガスは、連通穴２５ａ、排気穴３３ａを通じて密閉容器内へと排気される。

一方、固定接触子部１０側への高温ガスは、絶縁ノズル２３及び固定支え１４の内部を通った後、密閉容器内に排出される。

遮断過程後半では、電流零点に向けてアークが小さくなり、蓄圧空間２６からのガスの吹き付けにより消弧に至り、電流遮断が完了する。

以上のような遮断動作過程において、蓄圧空間２６で発生したガス流は、貫通孔２４ａを介して、絶縁ノズル２３と可動アーク接触子２１との間のガス流路を流れる。本実施形態では、絶縁ノズル２３と可動アーク接触子２１との間に、円周等配に軸方向に対して所定角度傾けた翼５１を設けた。これにより、ガス流が翼５１に沿って旋回しながら流れるため、図３（ａ）に示すように、軸周りの旋回流成分４２ａが発生する。すなわち、ガス流路の通過の過程で、ガス流は、旋回流成分４２ａを有する螺旋状の流れになる。

この螺旋状の流れは、絶縁ノズル２３と可動アーク接触子２１との間の空間を通過した後、スロート部２３ａを通過する（旋回流成分４２ｂ）。進み小電流過程では、スロート部２３ａより前方側において、絶縁ノズル２３と固定アーク接触子１１との間でスロート部２３ｂが形成され、螺旋状の流れはスロート部２３ｂに到達する。

スロート部２３ｂに到達すると、図３（ｃ）に示すように、流れの流速は音速に達する。流れはスロート部２３ｂを通過した後、流速がさらに速くなって超音速になる。

ここで、流れの流速が超音速になると、流れが高速であるため、流れは絶縁ノズル２３の拡径した内壁から離れ、領域２３ｃで剥離が生じる。換言すると、軸方向と垂直な方向から見たときの流れの流路断面積が、実際の絶縁ノズル２３と固定アーク接触子１１との間の流路断面積に比べて小さくなる。

この領域２３ｃは、圧力及び密度が低下する領域となるが、本実施形態では、螺旋状の流れが旋回流成分４２ａ、４２ｂを有するので、流れに遠心力が作用する。これにより、剥離が生じた領域２３ｃに流れが拡がるため、領域２３ｃにおける剥離と流れの流路断面積縮小を抑制することができる。

すなわち、流れの流路断面積が拡がるため、領域２３ｃのうち、可動接触子部２０側で衝撃波４５が発生する。衝撃波４５は、図３（ｂ）及び（ｃ）に示すように、圧力及び流速（マッハ数）が不連続に変化する。換言すると、衝撃波４５の発生により、衝撃波４５の軸方向位置より固定接触子部１０側では圧力が上昇（流速が減少）するので、圧力及び密度が低下する領域は縮小し、圧力及び密度の回復を得ることができる。

（効果）
以上のように、進み小電流遮断過程では、領域２３ｃの圧力及び密度の低下によって消弧性ガスの絶縁耐力が低下し、両アーク接触子１１、２１間の絶縁破壊が引き起こされる可能性があるが、本実施形態のガス遮断器によれば、ガス流路において、複数の翼５１を軸方向に対して傾斜させて配置したことにより、軸周りの旋回流成分が発生させることができる。この旋回流成分により、領域２３ｃの剥離と、剥離による流路断面積の縮小を抑制することができる。このため、翼５１を設けない場合に比べて、衝撃波４５が発生する軸方向位置を、可動接触子部２０側にずらすことができるので、圧力及び密度低下領域を縮小化することができる。そのため、圧力及び密度の回復が得られ、良好な進み電流遮断性能を得ることができる。

また、複数の翼５１を、ガス流路において、可動アーク接触子２１を取り囲むように配置し、軸方向に対して３〜２０度傾斜させることにより、領域２３ｃの剥離と、剥離による流路断面積の縮小をさらに抑制することができる。そのため、より良好な進み電流遮断性能を得ることができる。

［第２の実施形態］
（構成）
第２の実施形態について、図４を用いて説明する。図４は、第２の実施形態に係るガス遮断器の両アーク接触子近傍における拡大断面図である。第２の実施形態は、第１の実施形態と基本構成は同じである。第１の実施形態と異なる点のみを説明し、第１の実施形態と同じ部分については同じ符号を付して詳細な説明は省略する。

第２の実施形態に係るガス遮断器は、旋回流発生機構として、複数の孔が設けられた円弧状の偏流板を複数有している。本実施形態の旋回流発生機構は、図４及び図５（ａ）、（ｂ）に示すように、３枚の偏流板から構成される。図５（ａ）は、本実施形態の旋回流発生機構の斜視図、図５（ｂ）は、各偏流板５２ａ、５２ｂ、５２ｃの平面図である。

図４及び図５（ａ）に示すように、これらの偏流板５２ａ、５２ｂ、５２ｃは、絶縁ノズル２３と可動アーク接触子２１との間のガス流路において、軸方向に対して垂直にされ、軸方向に互いに所定間隔離し、偏流板５２ａ、５２ｂ、５２ｃの順に軸周りに９０度ずつずらして配置されている。

蓄圧空間２６からアーク空間に向かうガス流がガス流路を通過する際には、軸方向に垂直に円弧状の偏流板５２ａ、５２ｂ、５２ｃを設けたので、流れの一部は孔５３を通過するが抵抗が生じる。そのため、流れの大部分は、偏流板５２ａ、５２ｂ、５２ｃが設けられていない部分を通過するようになっている。すなわち、ガス流路において、偏流板５２ａ、５２ｂ、５２ｃを、軸方向に対して垂直にし、軸方向に互いに間隔を空けて軸周りに９０度ずつずらして配置したことにより、偏流板５２ａ、５２ｂ、５２ｃが設けられていない空間によって螺旋状の流路が形成される。

なお、偏流板５２ａ、５２ｂ、５２ｃに孔５３が設けられているのは、孔５３を塞いでしまうとガス流の流れの妨げになるからである。偏流板の数、偏流板の孔の数、各偏流板の間隔、軸周りにずらす角度等は、適宜変更可能である。

（作用）
本実施形態に係るガス遮断器は、第１の実施形態と同様の作用効果を奏する。本実施形態では、絶縁ノズル２３と可動アーク接触子２１との間のガス流路に円弧状の偏流板５２ａ、５２ｂ、５２ｃを設けたことにより、ガス流路において、ガスが流れやすい部分と流れにくい部分とが形成される。また、軸方向に互いに間隔を空け、軸周りに角度をずらして配置したことにより、ガスが流れやすい部分が螺旋状になる。これにより、第１の実施形態と比べて、蓄圧空間２６からアーク空間に向かうガス流から旋回流成分４２ａを発生させることができる。

（効果）
本実施形態では、複数の孔５３が設けられた円弧状の偏流板５２ａ、５２ｂ、５２ｃを、ガス流路において、軸方向に対して垂直にし、軸方向に互いに所定間隔離し、軸周りに所定角度ずつずらして配置したことにより、より大きな旋回流成分４２ａを有する螺旋状の流れを発生させることができる。これにより、第１の実施形態に比べて、領域２３ｃの剥離と、剥離による流路断面積の縮小をより抑制することができ、さらに良好な進み電流遮断性能を得ることができる。

また、第１の実施形態に比べて、部品点数を削減することができるので、低コスト化することができる。

［第３の実施形態］
（構成）
第３の実施形態について、図６を用いて説明する。第３の実施形態は、第１の実施形態と基本構成は同じである。第１の実施形態と異なる点のみを説明し、同じ部分については同じ符号を付して詳細な説明は省略する。

図６は、第３の実施形態に係るガス遮断器の両アーク接触子近傍の拡大断面図である。図６に示すように、絶縁ノズル２３の内壁と、可動アーク接触子２１の外壁には、互いの溝が交互に平行になるように螺旋状の溝５４ａ、５４ｂが設けられており、絶縁ノズル２３と可動アーク接触子２１との間のガス流路が螺旋状になる。

（作用効果）
本実施形態によれば、第１の実施形態と同様な作用効果に加えて、以下のような作用効果を奏することができる。すなわち、絶縁ノズル２３の内壁と可動アーク接触子２１の外壁に、螺旋状の溝５４ａ、５４ｂを設けたことにより、蓄圧空間２６からアーク空間に向かうガス流は、一部が螺旋状の溝５４ａ、５４ｂに沿って流れるので、旋回流成分４２ａを発生させることができる。

また、ガス流路の周壁となる絶縁ノズル２３の内壁と可動アーク接触子２１の外壁に、螺旋状の溝５４ａ、５４ｂを設けたことで、旋回流成分４２ａを発生させるための部材を配置する必要がなくなる。そのため、ガス流路において、蓄圧空間２６からアーク空間に向かうガス流から抵抗なく旋回流成分４２ａを発生させ、螺旋状の流れを得ることができる。その結果、良好な進み電流遮断性能を得ることができる。

［第４の実施形態］
（構成）
第４の実施形態について、図７を用いて説明する。第４の実施形態は、第１の実施形態と基本構成は同じである。第１の実施形態と異なる点のみを説明し、同じ部分については同じ符号を付して詳細な説明は省略する。

図７は、第４の実施形態に係るガス遮断器の両アーク接触子近傍の拡大断面図である。図７に示すように、絶縁ノズル２３の内壁と、可動アーク接触子２１の外壁には、互いの突出部が交互に平行になるように螺旋状の突出部５５ａ、５５ｂが設けられている。この突出部５５ａ、５５ｂは、絶縁ノズル２３と可動アーク接触子２１との間に向けて螺旋状に突出してなる。これにより、絶縁ノズル２３と可動アーク接触子２１との間のガス流路が螺旋状になる。

（作用効果）
本実施形態によれば、第１の実施形態と同様な作用効果に加えて、以下のような作用効果を奏することができる。すなわち、絶縁ノズル２３の内壁と、可動アーク接触子２１の外壁には、螺旋状の突出部５５ａ、５５ｂが設けたことにより、絶縁ノズル２３と可動アーク接触子２１との間のガス流路が螺旋状になる。そのため、蓄圧空間２６からアーク空間に向かうガス流から旋回流成分４２ａを発生させることができる。

また、ガス流路の周壁となる絶縁ノズル２３の内壁と、可動アーク接触子２１の外壁に螺旋状の突出部５５ａ、５５ｂを設けたことで、旋回流成分４２ａを発生させるための部材を配置する必要がなくなる。そのため、ガス流路において、蓄圧空間２６からアーク空間に向かうガス流から抵抗なく旋回流成分４２ａを発生させ、螺旋状の流れを得ることができる。その結果、良好な進み電流遮断性能を得ることができる。

［第５の実施形態］
（構成）
第５の実施形態について、図８を用いて説明する。第５の実施形態は、第１の実施形態と基本構成は同じである。第１の実施形態と異なる点のみを説明し、同じ部分については同じ符号を付して詳細な説明は省略する。

図８は、第５の実施形態に係るガス遮断器の両アーク接触子近傍の拡大断面図である。本実施形態では、図８に示すように、螺旋状の溝５６が、絶縁ノズル２３の内壁面であってスロート部２３ａ近傍に設けられている。ガス流の一部は螺旋状の溝５６に沿って流れることで、旋回流成分４２ｂが発生するようになっている。

なお、スロート部２３ａ近傍とは、スロート部２３ａを含んだ近傍であり、例えば、絶縁ノズル２３の内壁面上の、ガス流が超音速流となる領域より可動接触子部２０側とすることができる。より具体的には、スロート部２３ａ近傍には、軸方向で見て、ガス流が超音速となる領域からスロート部２３ａまでの範囲、スロート部２３ａを跨ぐ範囲、及びスロート部２３ａよりも可動接触子部２０側の範囲を含む。絶縁ノズル２３の内壁面であってスロート部２３ａ近傍に螺旋状の溝５６を設けることで、領域２３ｃよりも可動接触子部２０側で領域２３ｃの近くで旋回流成分４２ｂを発生させることができる。

（作用効果）
本実施形態によれば、第１の実施形態と同様な作用効果に加えて、以下のような作用効果を奏することができる。すなわち、螺旋状の溝５６をスロート部２３ａ近傍に設けたことにより、進み小電流遮断過程において重要な圧力及び密度低下が発生する領域の近くで旋回流成分４２ｂを発生させることができるので、発生してから旋回流成分が減衰した状態でなく、旋回流成分が大きな状態で圧力及び密度低下が発生した領域２３ｃに到達させることができる。これにより、第１の実施形態に比べて、領域２３ｃの剥離と、剥離による流路断面積の縮小をより抑制することができ、さらに良好な進み電流遮断性能を得ることができる。

また、ガス流路の周壁となる絶縁ノズル２３のスロート部２３ａ近傍に螺旋状の溝５６を設けたことで、絶縁ノズル２３内部のガス流路において、旋回流成分４２ｂを発生させるための部材を配置する必要がなくなる。また、当該部材の配置が不要になったことで流れの抵抗を小さくして旋回流成分４２ｂを発生させることができるので、効率良く旋回流成分４２ｂを発生させることができる。

［第６の実施形態］
（構成）
第６の実施形態について、図９を用いて説明する。第６の実施形態は、第１の実施形態と基本構成は同じである。第１の実施形態と異なる点のみを説明し、同じ部分については同じ符号を付して詳細な説明は省略する。

図９は、第６の実施形態に係るガス遮断器の両アーク接触子近傍の拡大断面図である。本実施形態では、図９に示すように、螺旋状の突出部５７が、絶縁ノズル２３の内壁面であってスロート部２３ａ近傍に設けられている。これにより、絶縁ノズル２３内部空間が螺旋状になり、ガス流が流れることで、旋回流成分４２ｂが発生するようになっている。

なお、スロート部２３ａ近傍とは、スロート部２３ａを含んだ近傍であり、例えば、絶縁ノズル２３の内壁面上の、ガス流が超音速流となる領域より可動接触子部２０側とすることができる。より具体的には、スロート部２３ａ近傍には、軸方向で見て、ガス流が超音速となる領域からスロート部２３ａまでの範囲、スロート部２３ａを跨ぐ範囲、及びスロート部２３ａよりも可動接触子部２０側の範囲を含む。絶縁ノズル２３の内壁面であってスロート部２３ａ近傍に螺旋状の突出部５７を設けることで、領域２３ｃよりも可動接触子部２０側で領域２３ｃの近くで旋回流成分４２ｂを発生させることができる。

（作用効果）
本実施形態によれば、第１の実施形態と同様な作用効果に加えて、以下のような作用効果を奏することができる。すなわち、螺旋状の突出部５７をスロート部２３ａ近傍に設けたことにより、進み小電流遮断過程において重要な圧力及び密度低下が発生する領域の近くで旋回流成分４２ｂを発生させることができるので、発生してから旋回流成分が減衰した状態でなく、旋回流成分が大きな状態で圧力及び密度低下が発生した領域２３ｃに到達させることができる。これにより、第１の実施形態に比べて、領域２３ｃの剥離と、剥離による流路断面積の縮小をより抑制することができ、さらに良好な進み電流遮断性能を得ることができる。

また、ガス流路の周壁となる絶縁ノズル２３のスロート部２３ａ近傍に螺旋状の突出部５７を設けたことで、絶縁ノズル２３内部のガス流路において、旋回流成分４２ｂを発生させるための部材を配置する必要がなくなる。また、当該部材の配置が不要になったことで流れの抵抗を小さくして旋回流成分４２ｂを発生させることができるので、効率良く旋回流成分４２ｂを発生させることができる。

［第７の実施形態］
（構成）
第７の実施形態について、図１０を用いて説明する。第７の実施形態は、第１の実施形態と基本構成は同じである。第１の実施形態と異なる点のみを説明し、同じ部分については同じ符号を付して詳細な説明は省略する。

図１０は、第７の実施形態に係るガス遮断器の両アーク接触子近傍の拡大断面図である。本実施形態では、固定アーク接触子１１の外周面上であってその先端近傍に、螺旋状の溝５８が設けられている。固定アーク接触子１１の外周面上であってその先端近傍とは、固定アーク接触子１１の可動接触子部２０側の外周面をいい、例えば、固定アーク接触子１１の外周面上のスロート部２３ｂを跨ぐ範囲とすることができる。なお、当該先端近傍には、固定アーク接触子１１の先端を含めることもできる。ガス流の一部は螺旋状の溝５８に沿って流れることで、旋回流成分４２ｂが発生するようになっている。

（作用効果）
本実施形態によれば、第５、６の実施形態と同様な作用効果に加えて、以下のような作用効果を奏することができる。絶縁ノズル２３の内壁面に螺旋状の溝や突出部を設けるよりも、容易に製造することができる。

［その他の実施形態］
本明細書においては、本発明に係る複数の実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図していない。具体的には、第１乃至第３の実施形態を全て又はいずれかを組み合わせたものも包含される。以上のような実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

例えば、第１乃至第７の実施形態では、固定接触子部１０を固定して、可動接触子部２０のみ軸方向に移動させるよう構成したが、固定接触子部１０に対して可動接触子部２０が相対的に移動するように、固定接触子部１０も軸方向に移動させ、相対的開極速度を向上させようとするいわゆるデュアルモーション機構にしても良い。

また、第１乃至第７の実施形態では、駆動装置による機械的作用による蓄圧空間を有するガス遮断器を示したが、本発明には、アークの熱エネルギーを取り込んで蓄圧する蓄圧空間を有するいわゆる自力効果を用いたタイプのガス遮断器や、機械的作用の蓄圧空間と熱エネルギー作用による蓄圧空間を有するガス遮断器に対しても適用可能である。

１０ 固定接触子部
１１ 固定アーク接触子
１２ 固定通電接触子
１３ 支持部
１４ 固定支え
２０ 可動接触子部
２１ 可動アーク接触子
２２ 可動通電接触子
２３ 絶縁ノズル
２３ａ、ｂ スロート部
２３ｃ 領域
２４ シリンダ
２４ａ 貫通孔
２５ 操作ロッド
２５ａ 連通穴
２６ 蓄圧空間
２７ 通電接触子
２８ 絶縁ロッド
３１ ピストン
３１ａ ピストン支え
３３ サポート
３３ａ 排気穴
３４ 通電サポート
４１ ガス流の方向
４２ａ、ｂ、ｃ 旋回流成分
４３ 渦流
４５ 衝撃波
５１ 翼
５２ａ、ｂ、ｃ 偏流板
５３ 孔
５４ａ、ｂ 螺旋状の溝
５５ａ、ｂ 螺旋状の突出部
５６ 螺旋状の溝
５７ 螺旋状の突出部
５８ 螺旋状の溝

Claims (12)

1. 消弧性ガスが充填された密閉容器を有し、通電又は遮断を切り替えて電路を開閉するガス遮断器であって、
   互いに対向配置され、前記遮断過程において、互いを開離させて両方の間に形成されるアーク空間にアークを発生させる第１のアーク接触子及び第２のアーク接触子と、
   前記第２のアーク接触子よりも前記第１のアーク接触子側に設けられ、前記消弧性ガスを蓄圧し、前記アークを消弧させるためのガス流を発生させる蓄圧空間と、
   前記第１のアーク接触子を取り囲むように配置され、前記ガス流を前記アークに誘導し吹き付ける絶縁ノズルと、
   前記アーク空間と前記蓄圧空間とを少なくとも連通し、前記絶縁ノズルの内部空間に形成されるガス流路と、
   前記ガス流路を通過する前記ガス流から螺旋状の旋回流を発生させる旋回流発生機構と、を備えたことを特徴とするガス遮断器。
2. 前記絶縁ノズルは、中心軸を有し、
   前記旋回流発生機構は、複数の翼を有し、
   前記複数の翼は、前記中心軸方向に対して傾斜させて前記ガス流路に設けら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. 前記絶縁ノズルは、中心軸を有し、
   前記ガス流路は、前記絶縁ノズルと前記第１のアーク接触子との間によって形成され、
   前記旋回流発生機構は、複数の孔が設けられた弧状の偏流板を複数有し、
   前記複数の偏流板は、前記ガス流路において、前記中心軸に対して垂直にされ、前記中心軸方向に互いに所定間隔離し、前記中心軸周りに所定角度ずつずらして配置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。
4. 前記旋回流発生機構は、螺旋状の溝を有し、
   前記螺旋状の溝は、前記ガス流路の周壁に設けら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。
5. 前記旋回流発生機構は、螺旋状の突出部を有し、
   前記螺旋状の突出部は、前記ガス流路の周壁に設けら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。
6. 前記ガス流路は、前記絶縁ノズルと前記第１のアーク接触子との間によって形成され、
   前記複数の翼は、前記第１のアーク接触子を取り囲むように配置され、前記中心軸方向に対する傾斜が３〜２０度であることを特徴とする請求項２に記載のガス遮断器。
7. 前記絶縁ノズルは、中心軸を有し、
   前記ガス流路は、前記絶縁ノズルと前記第１のアーク接触子との間によって形成され、
   前記複数の偏流板は、前記ガス流路において、前記中心軸に対して垂直にされ、互いに所定間隔離し、前記中心軸周りに所定角度ずつずらして配置されていることを特徴とする請求項３に記載のガス遮断器。
8. 前記ガス流路は、前記絶縁ノズルと前記第１のアーク接触子との間によって形成され、
   前記螺旋状の溝は、前記絶縁ノズルの前記第１のアーク接触子と対面する内壁と、前記第１のアーク接触子の外壁とに設けられていることを特徴とする請求項４に記載のガス遮断器。
9. 前記絶縁ノズルは、スロート部を有し、
   前記螺旋状の溝は、前記絶縁ノズル内壁であって前記スロート部近傍に設けられていることを特徴とする請求項４に記載のガス遮断器。
10. 前記螺旋状の溝は、前記第２のアーク接触子の前記アーク空間側の先端近傍に設けられていることを特徴とする請求項４に記載のガス遮断器。
11. 前記ガス流路は、前記絶縁ノズルと前記第１のアーク接触子との間によって形成され、
    前記螺旋状の突出部は、前記絶縁ノズルの前記第１のアーク接触子と対面する内壁と、前記第１のアーク接触子の外壁とに設けられていることを特徴とする請求項５に記載のガス遮断器。
12. 前記絶縁ノズルは、スロート部を有し、
    前記螺旋状の突出部は、前記絶縁ノズル内壁であって前記スロート部近傍に設けられていることを特徴とする請求項５に記載のガス遮断器。

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