特許 6382543 ガス遮断器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6382543

(24)【登録日】2018年8月10日

(45)【発行日】2018年8月29日

(54)【発明の名称】ガス遮断器

(51)【国際特許分類】

   H01H 33/915 20060101AFI20180820BHJP

   H01H 33/22 20060101ALI20180820BHJP

【ＦＩ】

   H01H33/915

   H01H33/22

【請求項の数】8

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2014-60958(P2014-60958)

(22)【出願日】2014年3月24日

(65)【公開番号】特開2015-185381(P2015-185381A)

(43)【公開日】2015年10月22日

【審査請求日】2016年12月14日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100081961

【弁理士】

【氏名又は名称】木内 光春

(72)【発明者】

【氏名】内井 敏之

(72)【発明者】

【氏名】飯島 崇文

(72)【発明者】

【氏名】石井 嵩人

【審査官】 田合 弘幸

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１１−３２９１９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２０３４６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１９１４６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０７１７０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２８９５６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−３２９１７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−３４８５８０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｈ ３３／９１５

Ｈ０１Ｈ ３３／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

消弧性ガスが充填された密閉容器と、
前記密閉容器内に対向配置され、電気的に通電可能で、電流遮断時には互いの間にアーク放電が発生しうるように構成された一対のアーク電極と、
前記アーク放電に対し前記消弧性ガスを吹き付けるために、前記消弧性ガスを昇圧させて昇圧ガスを生成する昇圧部と、
前記昇圧ガスを溜めておく蓄圧空間と、
前記蓄圧空間から前記アーク放電に向けて前記昇圧ガスを導く整流手段と、が設けられたガス遮断器において、
前記蓄圧空間を閉塞状態あるいは開放状態とするための開閉自在な開閉部が設けられ、
前記昇圧部は、シリンダとピストンを有し、その少なくともどちらかを可動することで前記シリンダ内部の前記消弧性ガスを断熱圧縮し、前記昇圧ガスを生成するように構成され、
電流遮断過程の後半には、前記昇圧部の内部空間と前記蓄圧空間とが、圧力的に切り離されるように構成され、かつ、前記昇圧部の内部空間の圧力が放圧するよう構成され、
前記消弧性ガスが、地球温暖化係数がＳＦ_６ガスよりも小さく、かつ、２０℃における比熱比が１．１よりも大きいことを特徴とするガス遮断器。

【請求項2】

前記開閉部は、電流遮断過程の前半には前記蓄圧空間を閉塞状態とし、前記アーク放電の熱によって生成される熱排ガスが前記蓄圧空間内へ流入することを制限し、若しくは前記蓄圧空間内の前記昇圧ガスの流出を制限し、
電流遮断過程の後半には前記蓄圧空間を開放状態とし、前記蓄圧空間内の前記昇圧ガスを前記アーク放電に導くように構成されたことを特徴とする請求項１に記載のガス遮断器。

【請求項3】

前記消弧性ガスは、窒素（Ｎ_２）、二酸化炭素（ＣＯ_２）、酸素（Ｏ_２）、メタン（ＣＨ_４）、希ガスの何れか１種の単体のガス、又は、少なくとも１種を含む混合ガスであることを特徴とする請求項１又は２に記載のガス遮断器。

【請求項4】

前記昇圧部の前記消弧性ガスを機械的に圧縮するための駆動装置が設けられ、
前記駆動装置は、その駆動力が駆動ストロークとともに減少するように構成されたことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のガス遮断器。

【請求項5】

前記アーク放電から発生する熱排ガスの圧力が、前記ピストン又は前記シリンダによる前記消弧性ガスの圧縮反力として作用しないように構成されたことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のガス遮断器。

【請求項6】

前記一対のアーク電極は前記密閉容器内に固定されており、
前記一対のアーク電極の内側には前記アーク電極より径の小さなトリガー電極が前記アーク電極間を移動自在に配置され、
前記トリガー電極は、前記一対のアーク電極と接触して両アーク電極を短絡することで通電状態を実現し、電流遮断時には当該トリガー電極と一方の前記アーク電極の間に前記アーク放電が発生し、前記アーク放電が最終的には前記トリガー電極から他方の前記アーク電極に転移するように構成されたことを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のガス遮断器。

【請求項7】

前記アーク放電から発生する熱排ガスは、前記熱排ガスの発生と同時に、遅滞なく前記アーク放電から遠ざかる方向に流れ、前記密閉容器内の空間へと速やかに排出されるように構成されたことを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載のガス遮断器。

【請求項8】

前記整流手段は、前記密閉容器内に固定された絶縁ノズルであることを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載のガス遮断器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、電力系統において電流遮断及び投入を切り替えるガス遮断器に関する。

【背景技術】

【0002】

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。

【0003】

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（例えば、特許文献１参照）。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ている。両アーク接触子及び両通電接触子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。

【0004】

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放電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、アークを消弧し、両アーク接触子の絶縁性能を回復させ、電流の遮断を完了させる。

【0005】

消弧性ガスとしては、ＳＦ_６ガス（六フッ化硫黄ガス）が広く用いられている。ＳＦ_６ガスは、化学的に安定で無毒であり、アーク遮断性能（消弧性能）および電気絶縁性能ともに非常に優れているからである。特に、高電圧用のガス遮断器において非常に適している。その一方で、高い地球温暖化作用を有することが知られており、近年その使用量の削減が望まれている。

【0006】

地球温暖化作用の大きさは一般に地球温暖化係数（ＧＷＰ）、すなわちＣＯ_２ガスを１とした場合の相対値により表され、ＳＦ_６ガスの地球温暖化係数は２３，９００に及ぶことが知られている。このような背景で、ガス遮断器における消弧性ガスとして二酸化炭素（ＣＯ_２）ガスや窒素（Ｎ_２）ガス、酸素（Ｏ_２）ガス、メタン（ＣＨ_４）ガス等の代替ガスを適用することが提案されている（特許文献２、３参照。）。これらの代替ガスは地球温暖化作用が無いか、あってもＳＦ_６ガスに比べて極めて小さいため、これら代替ガスをＳＦ_６ガスの代わりにガス遮断器に適用することで、地球温暖化への影響を大幅に抑制することが可能である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特公平７―１０９７４４号公報

【特許文献2】特許第４６６０４０７号公報

【特許文献3】特許第５１２７５６９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、上記のような代替ガスは何れもＳＦ_６ガスよりも消弧性能が大きく劣ることが知られている。従って、従来のガス遮断器の構造を踏襲し、充填する消弧性ガスをＳＦ_６ガスから代替ガスに変えただけでは、消弧性能の低下は避けられない。

【0009】

一方、一般的に、同じ消弧性ガスでも蓄圧空間の圧力を高めれば、アーク放電への吹き付けがより強力になるため、消弧性能を上げることができる。消弧性ガスの圧縮性は、蓄圧空間の体積変化率に依ることから、蓄圧空間は大きいことが望ましい。

【0010】

しかし、蓄圧空間を画成するシリンダやシリンダ内部に挿入された固定ピストンをより大きくしその容積を大きくすると、結果として、可動部の重量の増加、圧縮のための駆動反力の増大を招いてしまう。すなわち、代替ガスを使用して現在普及しているＳＦ_６ガス遮断器と同等の消弧性能を得ようとすると、機器サイズの大型化、駆動装置の大型化を余儀なくされ、コストの増加や機械的信頼性能の低下を招いていた。

【0011】

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、環境への影響が少ない代替ガスを用いる場合であっても、コンパクトで信頼性の高いガス遮断器を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本実施形態のガス遮断器は、離間して対向配置された一対の固定アーク電極と、前記一対の固定アーク電極間を移動可能に配置され、移動に伴って前記固定アーク電極の一方との間でアーク放電を発生させ、前記アーク放電を前記固定アーク電極の他方に転移させるトリガー電極と、前記一対の固定アーク電極間に前記一対の固定アーク電極と相対的に位置を保つように離間して設置された絶縁ノズルと、消弧性ガスを昇圧させて昇圧ガスを生成する昇圧部と、前記昇圧ガスを溜めておく蓄圧空間と、を備え、前記固定アーク電極の他方と前記トリガー電極は接しながら移動し、電流遮断時の前半には閉塞状態となって前記蓄圧空間内への前記アーク放電により生じる熱排ガスの流入を防ぎ、電流遮断時の後半には開放状態となって前記蓄圧空間内の前記昇圧ガスを前記アーク放電に導くガス遮断器であって、前記消弧性ガスが、地球温暖化係数がＳＦ_６ガスよりも小さく、かつ、２０℃における比熱比が１．１よりも大きいことを特徴とする。
また、本実施形態のガス遮断器は、離間して対向配置された一対の固定アーク電極と、前記一対の固定アーク電極間を移動可能に配置され、移動に伴って前記固定アーク電極の一方との間でアーク放電を発生させ、前記アーク放電を前記固定アーク電極の他方に転移させるトリガー電極と、前記一対の固定アーク電極間に前記一対の固定アーク電極と相対的に位置を保つように離間して設置された絶縁ノズルと、消弧性ガスを昇圧させて昇圧ガスを生成する昇圧手段と、前記昇圧ガスを溜めておく蓄圧空間と、を備え、前記固定アーク電極の他方と前記トリガー電極とが隙間を介して近接し、電流遮断時の前半には閉塞状態となって前記蓄圧空間内への前記アーク放電により生じる熱排ガスの流入を防ぎ、電流遮断時の後半には開放状態となって前記蓄圧空間内の前記昇圧ガスを前記アーク放電に導くガス遮断器であって、前記消弧性ガスが、地球温暖化係数がＳＦ_６ガスよりも小さく、かつ、２０℃における比熱比が１．１よりも大きいことを特徴とする。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】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る。（ａ）は投入時、（ｂ）は遮断過程前半、（ｃ）は遮断過程後半の状態を示す断面図である。

【図2】ＳＦ_６ガスと代替ガスの一例とこれらの地球温暖化係数（ＧＷＰ）と比熱比を示す表である。

【図3】第１の実施形態のロッドを示す断面図である。

【図4】第１の実施形態の可動ピストン周辺の構造を示す断面図である。

【図5】吹き付けガス圧力の昇圧特性の比較を示すグラフである。

【図6】フラットな駆動出力特性の場合における圧縮反力および可動部加速力のストローク変化を示すグラフである。

【図7】単調減少な駆動出力特性の場合における圧縮反力および可動部加速力のストローク変化を示すグラフである。

【図8】他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る。（ａ）は投入時、（ｂ）は遮断過程前半、（ｃ）は遮断過程後半の状態を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

［第１の実施形態］
（構成）
以下では、図１〜図５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、（ａ）は投入時、（ｂ）は遮断過程前半、（ｃ）は遮断過程後半の状態を示している。

【0015】

ガス遮断器は、電路を構成する電極同士を接離し、電流遮断と投入状態とを切り替える。電流遮断過程では、アーク放電により電極間を橋絡させる。また、電流遮断過程では、消弧性ガスのガス流を生成し、そのガス流をアーク放電に案内して吹き付けることで、アーク放電を冷却し、電流零点で消弧させる。

【0016】

ガス遮断器は、接地された金属や碍子等からなる密閉容器（図示せず）を有し、その内部には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を有するガスである。

【0017】

消弧性ガスとして、本実施形態では、ＳＦ_６ガスよりも地球温暖化係数が小さく、かつ、常温（ここでは摂氏２０度とする）における比熱比がＳＦ_６ガスの１．１よりも大きいガスを用いる。

【0018】

例えば、図２に示すように、窒素（Ｎ_２）、二酸化炭素（ＣＯ_２）、酸素（Ｏ_２）、メタン（ＣＨ_４）、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）等の希ガスの何れか１種の単体のガスを用いることができる。或いは、混合ガスにしても、混合前の単体ガスに比べて地球温暖化係数が大きくなったり、比熱比が小さくなったりすることはないので、上記の単体ガスの少なくとも１種を含む混合ガスも用いることができる。なお、図２の項目「ＧＷＰ」の「―」はゼロ或いはほぼゼロであることを示す。

【0019】

ガス遮断器の電極は、大別すると固定電極部Ａと可動電極部Ｂに別れ、密閉容器内に対向して配置される。固定電極部Ａと可動電極部Ｂは、それぞれ、内部中空の円筒又は内部中実の円柱を基本形とする複数の部材で主に構成され、共通の中心軸を有する同心状配置となっており、径を合わせることで関係部材同士が対向して協働的に機能する。

【0020】

固定電極部Ａは、固定アーク電極３０ａ、３０ｂ及び固定通電電極３を有する。可動電極部Ｂは、可動通電電極５とトリガー電極３１を有する。

【0021】

固定アーク電極３０ａ、３０ｂは、可動通電電極５やトリガー電極３１を有する可動部に含まれる部材ではなく、密閉容器（図示せず）の内部に離間して対向し固定配置される部材である。一方、可動電極部Ｂの可動要素である可動通電電極５やトリガー電極３１を有する可動部は、駆動装置（不図示）に直接又は間接的に連結し、駆動装置の操作力に応じて固定電極部Ａに対して中心線に沿って接離する。

【0022】

これにより、可動電極部Ｂが固定電極部Ａに対して接離し、電流の投入と遮断、及び電流遮断過程でアーク放電７の発弧及び消弧が実現する。また、密閉容器内の圧力は通常運転時においていずれの部分でも単一の圧力、例えば消弧性ガスの充気圧力となっている。

【0023】

固定電極部Ａ及び可動電極部Ｂの各部材について、より詳細に説明する。固定通電電極３は、固定アーク電極３０ａより径が大きく、中心軸を共通にして固定アーク電極３０ａと同心円状に配置されている。可動通電電極５は、その外径が固定通電電極３の内径と同じの円筒形状を有し、固定通電電極３と中心軸を共通にして、固定通電電極３と接離可能に密閉容器内に配置されている。固定通電電極３と可動通電電極５の接触によってこれらが電路の一部を構成する。

【0024】

一対の固定アーク電極３０ａ、３０ｂは、概略同径の円筒形状を有し、中心軸を共通にして互いの開口を対向離間させて密閉容器内に固定配置されている。固定アーク電極３０ａ、３０ｂの互いに向かい合う開口縁は内部に膨出している。トリガー電極３１は、中実のロッド形状を有し、固定アーク電極３０ａ、３０ｂの内部に、固定アーク電極３０ａ、３ｂを繋ぐように中心軸上に配置されている。トリガー電極３１は、例えばその一端が直接又は間接的に駆動装置（不図示）に連結されており、その駆動力によって固定アーク電極３０ａ、３０ｂの内部を中心軸に沿って進退可能に移動する。

【0025】

トリガー電極３１の外径は、固定アーク電極３０ａ、３０ｂの互いに向かい合う内側に膨出した開口縁部分の内径と一致している。固定アーク電極３０ａにトリガー電極３１が差し込まれることで、固定アーク電極３０ａの内面とトリガー電極３１の外面とが接触し、電気的に導通できる状態となる。同様に、固定アーク電極３０ｂの内面とトリガー電極３１の外面とが接触し、電気的に導通する。トリガー電極３１は、固定アーク電極３０ａ，３０ｂを通電させる通電位置と、固定アーク電極３０ａから離れる遮断位置とを自在に移動することにより、アーク放電７の発弧を引き受ける。

【0026】

トリガー電極３１は、通電位置に位置すると、固定アーク電極３０ａ、３０ｂと接触する。つまり、トリガー電極３１により固定アーク電極３０ａ、３０ｂは短絡し、通電状態を実現するようになっている。通電位置から遮断位置へ移動するとトリガー電極３１は、固定アーク電極３０ａから離れ、トリガー電極３１と固定アーク電極３０ａの間にアーク放電７が発生する。トリガー電極３１が固定アーク電極３０ａから更に離れ、固定アーク電極３０ａとトリガー電極３１との距離が、固定アーク電極３０ａと固定アーク電極３０ｂとの距離より広がると、アーク放電７は最終的にはトリガー電極３１からアーク電極３０ｂに転移する。このように、トリガー電極３１は、通電又は遮断を切り替えるスイッチ手段となる。

【0027】

ロッド状のトリガー電極３１の周囲には、絶縁ノズル３２が密閉容器内に固定配置されている。絶縁ノズル３２は、固定アーク電極３０ａ、３０ｂとの間の空間を囲むように密閉容器内に固定されて設けられる。従って、遮断動作時にトリガー電極３１が絶縁ノズル３２内部を移動し、アーク放電７が当該絶縁ノズル３２内部に発生する。絶縁ノズル３２の形状は、一部区間にくびれを有し、その両端の開口が拡径している。そのため、絶縁ノズル３２の端部が固定アーク電極３０ａ、３０ｂの互いに対向する開口縁部分を囲むようになっているとともに、絶縁ノズル３２の一端部の開口は、後述する可動ピストン３３に向けられている。

【0028】

アーク放電７に吹き付けるガス流は、昇圧室３５と蓄圧室３６により生成される。蓄圧室３６及び昇圧室３５は可動電極部Ｂに設けられ、トリガー電極３１を囲むようにして設けられる。蓄圧室３６は、昇圧室３５の昇圧した消弧性ガスを溜めておき、溜めた消弧性ガスをアーク放電７に吹き付けるものである。蓄圧室３６は、トリガー電極３１と円筒部材４０及び固定アーク電極３０ｂとで囲んだ空間として形成される。

【0029】

すなわち、円筒部材４０は、トリガー電極３１を囲むように、固定アーク電極３０ｂの外径と同径で中心軸を共通にして配置されている。円筒部材４０の開口縁は、固定アーク電極３０ｂの内側に膨出する開口端と反対側の開口縁と、筒が続くように連結されている。円筒部材４０は、トリガー電極３１より大径であるため、トリガー電極３１の外周面と円筒部材４０の内周面が離間しており、トリガー電極３１と円筒部材４０及び固定アーク電極３０ｂとで囲んだ空間である蓄圧室３６が形成される。

【0030】

蓄圧室３６には、蓄圧室３６の内部空間を閉塞状態あるいは開放状態とするための開閉自在な開閉部４１が設けられている。本実施形態では、開閉部４１は、固定アーク電極３０ｂの先端部の中心部側に膨出した部分とトリガー電極３１の外周面との接触（摺動）部分によって形成される。すなわち、この接触部分は一定の気密性を有しており、開閉部４１は、電流遮断過程の前半には、固定アーク電極３０ｂとトリガー電極３１の接触により蓄圧室３６を閉塞状態とし、アーク放電７の熱によって生成される熱排ガス２０が蓄圧室３６内へ流入することを制限し、蓄圧室３６内の昇圧ガスが流出することを制限する。一方、電流遮断過程の後半には、トリガー電極３１が固定アーク電極３０ａ、３０ｂの双方から離れることで蓄圧室３６を開放状態とする。本実施形態では、トリガー電極３１が、通電又は遮断のスイッチ手段の以外に、蓄圧室３６の閉塞状態と開放状態を切り替える開閉手段ともなる。

【0031】

昇圧室３５では、その内部の消弧性ガスが昇圧される。昇圧室３５は、蓄圧室３６の外周側に設けられ、シリンダ３９、円筒部材４０及び可動ピストン３３に囲まれた空間である。図１に示すように、シリンダ３９は、一端面が有底の円筒形状であり、その開口を固定アーク電極３０ｂの先端側に、その一端面を固定アーク電極３０ｂの後端側にして密閉容器内に固定して配置されている。すなわち、シリンダ３９は、一続きの筒となった円筒部材４０及び固定アーク電極３０ｂを囲むように設けられている。

【0032】

可動ピストン３３は、シリンダ３９の開口を塞ぐようにしてシリンダ３９内に挿入されている。このため、アーク放電７の発生により生成された固定アーク電極３０ａ、３０ｂ間の熱排ガスが昇圧室３５内部に流入することはない。

【0033】

可動ピストン３３は、摺動内周面３３ａ及び摺動外周面３３ｂを有し、中心線に沿って移動可能に構成されている。図１に示すように、本実施形態では、可動ピストン３３は、中心が開口した円盤を主材とし、その開口縁から円筒が突出した形状を有する。摺動内周面３３ａは、円筒内周面及び円盤内周面であり、固定アーク電極３０ｂ及び円筒部材４０と摺動可能である。摺動外周面３３ｂは、円盤外周面であり、シリンダ３９の内周面と摺動可能である。

【0034】

摺動内周面３３ａおよび摺動外周面３３ｂには昇圧室３５内を気密にするシール部材４７が設けられる。摺動内周面３３ａは中心線に沿って幅広になっており、円筒部材４０と摺動する摺動内周面３３ａのシール部材４７は、円筒部材４０の基端部に設けられた連通穴３４の幅以上に離して設けられている。可動ピストン３３は、駆動装置（不図示）の操作力によりアーク放電７から遠ざかるように移動することで昇圧室３５の容積が減少し、昇圧室３５内の圧力は上昇する。すなわち、可動ピストン３３は昇圧手段となる。

【0035】

可動ピストン３３とトリガー電極３１は、別々の駆動装置により移動させても良いし、共通の駆動装置により移動させても良い。共通の駆動装置により移動させる場合は、可動ピストン３３は、例えば、トリガー電極３１とリンク４２により結合されたロッド４３と接続して駆動させる。軸ずれを防止し、過大な機械力が一か所に集中しないようにするため、ロッド４３は、中心線と直交する断面図である図３に示すように、中心線周りに所定角度ずつ隔てて複数本設けることが望ましい。ロッド４３とシリンダ３９の摺動部分から昇圧室３５内の圧力が漏れ出さないようにするために、同部はシール部材４７によりシールされる。

【0036】

シリンダ３９の底面には吸気穴１７が設けられ、吸気穴１７には吸気バルブ１９が設けられている。吸気バルブ１９は、昇圧室３５内の圧力が密閉容器内の充填圧力よりも低くなる際に限り、消弧性ガスを昇圧室３５内に吸気補充するように構成されている。

【0037】

（通電状態）
通電状態では、固定通電電極２と可動通電電極５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。特に図示しないが、密閉容器には２本の導体がそれぞれスペーサによって固定電極部Ａ側と可動電極部Ｂ側とに固定されている。スペーサは密閉容器と導体とを絶縁するとともに、導体を支持するものである。通電状態において電流は、ブッシング（図示しない）を介してガス遮断器に流れ込み、固定電極部Ａ側の導体から上記電路となる部材、及び可動電極部Ｂ側の導体とブッシング（図示しない）を介してガス遮断器外部へ流れ出す。

【0038】

（遮断過程の前半）
過大な事故電流、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、駆動装置の操作力を受けて、トリガー電極３１は固定アーク電極３０ａから開離すると同時に、トリガー電極３１と固定アーク電極３０ａ間でアーク放電７が発生する。アーク放電７から発生する熱排ガス２０は、絶縁ノズル３２によりその発生と同時に遅滞なくアーク放電７から遠ざかる方向に流れる。すなわち、固定アーク電極３０ａに設けられた排気穴（図示せず）や、可動通電電極５に設けられた排気穴３７を抜けて、密閉容器内へと排出される。

【0039】

遮断過程の前半においては、トリガー電極３１が固定アーク電極３０ｂと接触状態にあるため、開閉部４１が閉じられ、蓄圧室３６は閉塞状態にある。つまり、開閉部４１が閉じることで、蓄圧室３６へ熱排ガス２０が侵入することを防いでいる。一方、昇圧室３５と蓄圧室３６は円筒部材４０によって画成されるが、円筒部材４０の基端部に設けられた連通穴３４によって一体の空間となっている。従って、昇圧室３５と蓄圧室３６からなる密閉空間内に存在する消弧性ガスは、可動ピストン３３の後退に伴い断熱圧縮され、昇圧される。また、開閉部４１が閉じられていることにより、蓄圧室３６の昇圧ガスの流出が制限される。

【0040】

以上のように、アーク放電７の熱により高温となった熱排ガス２０は、ほとんどが密閉容器内に排出され、蓄圧室３６が閉じられているため、蓄圧室３６側への流入は制限され、あったとしても極少量である。従って、遮断動作中のごく短時間では、消弧性ガスの昇圧は、アーク熱の影響をほとんど受けず、可動ピストン３３による断熱圧縮作用によりほぼもたらされる。

【0041】

(遮断過程の後半)
遮断過程の後半においては、昇圧室３５の体積は相対的に小さくなり、可動ピストン３３により圧縮された消弧性ガスは連通穴３４を介して大半が蓄圧室３６内に貯留される。それと同時に、可動ピストン３３に設けたシール部材４７が、連通穴３４を塞ぐことにより、昇圧室３５と蓄圧室３６とは圧力的に切り離される。すなわち、昇圧室３５と蓄圧室３６は一体の空間でなくなる。さらに、図４に示すように、その後速やかに放圧機構４８により昇圧室３５内の圧力は放出圧縮ガス４９として密閉容器へと放圧される。放圧機構４８は、ロッド４３の一部に溝４３ａを設けることなどが考えられるが、他にも種々の構造が有りうる。

【0042】

一方、トリガー電極３１が固定アーク電極３０ｂを通過して開閉部４１が解放されるため、蓄圧室３６内の圧縮ガスはトリガー電極３１に沿って進行し吹付けガス２１としてアーク放電７に強力に吹き付けられる。絶縁ノズル３２によって吹付けガス２１が効果的にアーク放電７に吹付けられ、また熱排ガス２０がスムーズに排出されるよう、ガスの流れを適切に整流する。

【0043】

この段階では、アーク放電７は固定アーク電極３０ｂに転移される。したがって、トリガー電極３１にアーク放電７が点弧している期間は、固定アーク電極３０ｂにアーク放電７が転移されるまでの遮断過程前半の限定された期間のみである。

【0044】

（遮断過程の終了後）
昇圧室３５には、吸気穴１７および吸気バルブ１９が設けられている。吸気バルブ１９は、昇圧室３５内の圧力が密閉容器内の充填圧力よりも低くなる際に限り、消弧性ガスを昇圧室３５内に吸気補充するように構成されている。

【0045】

したがって、遮断過程終了後に、再び投入動作をした場合、昇圧室３５には吸気穴１７を通じて新鮮な消弧性ガスが密閉容器内から供給される。

【0046】

（作用）
（ａ）吹付けガスの低温化
本実施形態のガス遮断器では、消弧性ガスの昇圧は、可動ピストン３３により昇圧部３５内部の消弧性ガスを圧縮し昇圧させる機械的昇圧作用を利用し、アーク放電７の熱による消弧性ガスの自力昇圧作用を利用していない。アーク放電７に吹付けられるガス２１は、アーク放電７の熱による熱的な昇圧はなされておらず、可動ピストン３３による機械的圧縮によって圧力が高められた消弧性ガスである。したがって、アーク放電７へ吹付けられる昇圧ガス２１の温度は、自力昇圧作用を利用した従来の吹付けガスの温度に比べて、はるかに低くなる。その結果、昇圧ガス２１の吹付けによるアーク放電７の冷却効果を著しく高めることができる。そのため、ＳＦ_６ガスよりも消弧性能が劣る代替ガスであっても、従来のＳＦ_６ガス遮断器と同等の消弧性能を有することができる。

【0047】

特に、本実施形態では、消弧性ガスに、ＳＦ_６ガスよりも地球温暖化係数が小さく、かつ、２０℃における比熱比がＳＦ_６ガスの１．１よりも大きい消弧性ガスを用いたことにより、以下の作用を奏する。

【0048】

まず、地球温暖化係数がＳＦ_６ガスよりも小さいので、ガス遮断器の製造及び使用段階における環境への影響を低減することができる。

【0049】

一方、本実施形態においては、可動ピストン３３の移動により断熱圧縮を主体として昇圧するため、ＳＦ_６ガスよりも比熱比の大きい代替ガスを用いることで顕著な昇圧作用が得られる。一般に、初期体積Ｖ０、初期圧力Ｐ０のガスを圧縮後体積Ｖ１（＜Ｖ０）に断熱圧縮した場合、圧縮後の圧力Ｐ１は式１のように与えられる。
Ｐ１＝Ｐ０×（Ｖ０／Ｖ１）^γ ・・・（式１）
ここで、γはガスの比熱比である。

【0050】

すなわち、同じ圧縮比（Ｖ０／Ｖ１）でガスを断熱圧縮する場合、圧縮後の圧力上昇はガスの比熱比のべき乗で効くことが分かる。本消弧構造におけるアーク吹付け圧力をＳＦ_６ガス（比熱比１．１）と代替ガス（比熱比１．４）とで比較した結果を図５に示す。図５に示すように、比熱比が１．１よりも大きい代替ガスを使用した方が、断熱圧縮を主体とした本消弧構造においてはより強力なアーク吹付け圧力が得られる。

【0051】

（ｂ）耐久性の向上とメンテナンスの低減化
本実施形態のガス遮断器では、吹き付ける消弧性ガスは低温である。そのため、アーク放電７周辺の温度が低温化する。それ故に、電流遮断に伴う固定アーク電極３０ａ、３０ｂおよび絶縁ノズル３２の劣化を著しく軽減することができ、耐久性が向上する。その結果、固定アーク電極３０ａ、３０ｂおよび絶縁ノズル３２のメンテナンス頻度を落とすことが可能となり、メンテナンスの負担を低減化することができる。

【0052】

また、トリガー電極３１にアーク放電７が点弧している期間は、固定アーク電極３０ｂにアーク放電７が転移されるまでの遮断過程前半の限定された期間のみである。そのため、トリガー電極３１の径はこの期間で耐えうる耐久性が満たされれば必要最小限で良い。すなわち、必要以上にトリガー電極３１の径を大きくする必要がないので、可動部の重量を軽減できる。一方で、密閉容器内に固定された固定アーク電極３０ａ、３０ｂは可動部の重量には影響しないので、重量増大を懸念せずに、固定アーク電極３０ａ、３０ｂを太く構成することができる。このため大電流アークに対する固定アーク電極３０ａ、３０ｂの耐久性は著しく向上する。さらに、固定アーク電極３０ａ、３０ｂを太く構成した場合、電極ギャップ間に高電圧が印加されたときの固定アーク電極３０ａ、３０ｂ先端における電界集中を大きく緩和することが可能である。

【0053】

したがって、従来のガス遮断器に比べて必要となる電極ギャップ間隔を短くすることかできる。その結果、アーク放電７の長さは短くなり、電流遮断時におけるアーク放電７への電気的入力パワーは小さくなる。

【0054】

（ｃ）電流遮断時間の短縮化を図る
本実施形態によれば、アーク熱による自力昇圧作用を利用していないので、アーク放電７へと吹付けられる圧縮ガスの圧力や流量は、電流条件によらず常に一定である。また、アーク放電７への吹付け開始タイミングも、トリガー電極３１の先端部が固定アーク電極３０ｂを通過して両者が離れるタイミングで決まるので、電流条件によらず常に一定である。したがって、電流遮断の完了時間が長引くことはなく、電流遮断の完了時間の短縮化という要請に応えることができる。

【0055】

（ｄ）駆動操作力の低減化を図る
トリガー電極３１等の駆動ストロークが完全遮断位置に近づくにつれて、昇圧室３５および蓄圧室３６内の圧縮ガスの圧力は高まり、同時に可動ピストン３３に作用する圧縮反力は大きくなる。これに打ち勝つためには、それ相応の駆動力を持った駆動装置が必要となる。

【0056】

完全遮断位置においては、可動ピストン３３に設けたシール部材４７が、連通穴３４を塞ぐことにより、昇圧室３５と蓄圧室３６とは圧力的に切り離される。それと同時に、図４に示すように、放圧機構４８により昇圧室３５内の圧力は放圧される。このため、少なくとも完全遮断位置にまで可動部を引っ張ることができる駆動エネルギーさえあれば、その後は可動ピストン３３にはストロークを逆行させる力は一切作用されないため、ストロークが逆行する恐れはない。

【0057】

また、トリガー電極３１は固定アーク電極３０ａ、３０ｂより径が小さく、従来の可動アーク電極および駆動ロッドと比べて軽量で済む。また、２つの固定アーク電極３０ａ、３０ｂに加えて、絶縁ノズル３２も可動部に含まれないので、可動部の重量を大幅に低減することが可能である。このように可動部の軽量化を進めた本実施形態では、電流遮断に必要な可動部の開極速度を得る面で、駆動操作力を大幅に低減することができる。

【0058】

さらに、軽量化とともに、電流を遮断するために必要な吹き付け圧力自体を低減することができれば、圧縮に必要な駆動操作力を低減することができる。本実施形態では、吹付けガス２１の温度が従来に比べてはるかに低いため、アーク放電７の冷却効果が著しく高まり、より低い圧力でアーク放電７を遮断することが可能となる。

【0059】

また、アーク放電７から発生する熱排ガス２０は、その発生と同時に、遅滞なくアーク放電７から遠ざかる方向に流れ、前記密閉容器内の空間へと速やかに排出される。そのため、アーク放電７への吹付けガス２１は、上流側の圧力すなわち蓄圧室３６の圧力と、下流側すなわち固定アーク電極３０ａ近傍の圧力との差により流れる。すなわち、下流側の圧力が高いと、いくら蓄圧室３６の圧力を高めても、十分な吹き付け力が得られない。

【0060】

本実施形態によれば、アーク放電７の発生と同時に、熱排ガス２０の圧力は速やかに密閉容器へと排出されるため、下流側すなわち固定アーク電極３０ａ近傍の圧力は常に密閉容器の充填圧力とほぼ同等の値が維持される。そのため、電流遮断に必要な吹き付け圧力を低減することができ、駆動操作力を低減することができる。

【0061】

また、本実施形態では、固定アーク電極３０ｂの内側から噴出した低温の昇圧ガス３５は、固定アーク電極３０ｂ近傍に位置するアーク放電７の根元部に集中して、内側から外側に横切るように吹付けられる様相となる。そのため、より低い圧力でアークを遮断することが可能となり、優れた遮断性能を維持しつつ、駆動操作力の低減化を図ることができる。

【0062】

また、アーク放電７から発生する熱排ガス２０の圧力は、前述の通り速やかに密閉容器内の空間へと排出されるが、絶縁ノズル３２の一端部の開口が、可動ピストン３３に向けられているため、図１に示す可動ピストン３３の左側の面には一部作用する可能性がある。しかしながら、熱排ガス２０の圧力が作用した場合においても、その圧力は可動ピストン３３による圧縮力をサポートする力になりこそすれ、少なくとも可動ピストン３３の駆動操作力の反力として作用することは一切ない。この点からも、駆動操作力の低減化を図ることができる。

【0063】

（ｅ）ガス流の安定化を図る
さらに、本実施形態では、蓄圧室３６内の圧力を調整する際などにおいて複雑なバルブ制御が不要であり、消弧性ガスの吹付け圧力上昇にアーク熱による自力昇圧作用も利用していない。したがって、遮断電流条件に関係なく、常に同等の吹付けガス圧力およびガス流量を安定して得ることができる。このため、遮断電流の大きさによる性能の不安定性は全く生じることがない。

【0064】

本実施形態では、絶縁ノズル３２と固定アーク電極３０ａ、３０ｂが全て密閉容器内で固定されている。そのため、各部材の相対的な位置が変わることがなく、また、アーク熱による自力昇圧作用を一切利用していないので、アーク放電７へと吹付けられる昇圧ガス２１の圧力や流量についても、電流条件によらず、常に一定である。したがって、アーク遮断にとって理想的となるように、絶縁ノズル３２内の流路を最適に設計することが可能である。

【0065】

（ｆ）高速再閉路動作時の遮断性能の向上
さらには、昇圧室３５には、吸気穴１７および吸気バルブ１９を設け、各室内の圧力が密閉容器内の充填圧力よりも低くなると、消弧性ガスを自動的に吸気補充できる。このため、投入動作時には低温の消弧性ガスが昇圧室３５内に速やかに補充される。よって、高速再閉路責務における二回目の遮断過程においても、遮断性能の劣化は全く懸念されない。

【0066】

（効果）
（１）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と、密閉容器内に対向配置され、電気的に通電可能で、電流遮断時には互いの間にアーク放電７が発生しうるように構成された一対の固定アーク電極３０ａ、３０ｂと、アーク放電７に対し消弧性ガスを吹き付けるために、消弧性ガスを昇圧させて昇圧ガスを生成する昇圧室３５と、昇圧ガスを溜めておく蓄圧室３６と、蓄圧室３６からアーク放電７に向けて昇圧ガスを導く絶縁ノズル３２とが設けられたガス遮断器において、蓄圧室３６を閉塞状態あるいは開放状態とするための開閉自在な開閉部４１を設けるようにした。また、昇圧室３５は、シリンダ３９と可動ピストン３３を有し、可動ピストン３３が可動することでシリンダ３９内部の消弧性ガスを断熱圧縮し、昇圧ガスを生成するように構成するようにした。消弧性ガスを、地球温暖化係数がＳＦ_６ガスよりも小さく、かつ、２０℃における比熱比が１．１よりも大きい消弧性ガスとした。

【0067】

これにより、可動ピストン３３の移動により断熱圧縮を主体として昇圧するとともに、断熱圧縮が比熱比のべき乗で効くため、顕著な昇圧作用を得ることができる。さらに、断熱圧縮であるため、アーク放電７により発生した熱が昇圧部３５に流入することもなく、アーク放電７による熱が流入する従来のガス遮断器と比べて、消弧性ガスの温度を低温にすることができるとともに、開閉部４１によりアーク放電７への吹き付け直前まで蓄圧室３６で昇圧ガスを溜めることができるので、十分な吹き付け圧力を確保することができる。よって、駆動装置の駆動エネルギーや機器サイズを大きくする必要がない。

【0068】

本実施形態によれば、環境への影響が少なく、かつ、消弧性ガスの冷却効果と昇圧効果が得られるとともに、機器サイズや駆動装置の大型化を回避することができ、コンパクトで信頼性の高いガス遮断器を得ることができる。

【0069】

（２）開閉部４１は、電流遮断過程の前半には蓄圧室３６を閉塞状態とし、アーク放電７の熱によって生成される熱排ガス２０が蓄圧室３６内へ流入することを制限し、若しくは蓄圧室３６内の昇圧ガスの流出を制限し、電流遮断過程の後半には蓄圧室３６を開放状態とし、蓄圧室３６内の昇圧ガスをアーク放電７に導くように構成した。これにより、昇圧ガスの冷却効果を高め、若しくは十分な吹き付け圧力を確保した状態でアーク放電７に昇圧ガスを吹き付けることができるので、機器サイズや駆動装置の大型化を回避することができ、コンパクトで信頼性の高いガス遮断器を得ることができる。

【0070】

（３）電流遮断過程の後半には、昇圧室３５の内部空間と蓄圧室３６の内部空間とが、圧力的に切り離されるように構成され、かつ、昇圧室３５の内部空間の圧力が放圧するよう昇圧室３５を構成した。これにより、昇圧室３５の影響を受けずに蓄圧室３６からアーク放電７に昇圧ガスを吹き付けることが可能であるとともに、当該吹き付けと独立して昇圧室３５の内部空間の圧力を放圧するので、圧縮反力による可動ピストン３３のストロークの逆行を抑制でき、過大な駆動エネルギーが不要になるため、機器サイズや駆動装置の大型化を回避することができる。

【0071】

（４）消弧性ガスを、窒素（Ｎ_２）、二酸化炭素（ＣＯ_２）、酸素（Ｏ_２）、メタン（ＣＨ_４）、希ガスの何れか１種の単体のガス、又は、少なくとも１種を含む混合ガスとした。これにより、ＳＦ_６ガスを用いる従来技術よりも地球温暖化の影響を小さくすることができる。

【0072】

（５）アーク放電７から発生する熱排ガス２０の圧力が、可動ピストン３３による消弧性ガスの圧縮反力として作用しないように構成した。アーク放電７に吹き付ける消弧性ガスの温度が自力昇圧作用を利用する従来技術に比べて、はるかに低くすることができるので、アーク放電７の冷却効果を著しく向上させることができるとともに、可動ピストン３３の駆動エネルギーを小さくすることができるので、結果的に機器サイズや駆動装置の大型化を回避することができる。

【0073】

（６）一対の固定アーク電極３０ａ、３０ｂは密閉容器内に固定されており、一対の固定アーク電極３０ａ、３０ｂの内側には固定アーク電極３０ａ、３０ｂより径の小さなトリガー電極３１が固定アーク電極３０ａ、３０ｂ間を移動自在に配置され、トリガー電極３１は、一対の固定アーク電極３０ａ、３０ｂと接触して両固定アーク電極３０ａ、３０ｂを短絡することで通電状態を実現し、電流遮断時には当該トリガー電極３１と一方の固定アーク電極３０ａの間にアーク放電７が発生し、アーク放電７が最終的にはトリガー電極３１から他方の固定アーク電極３０ｂに転移するように構成した。

【0074】

一般にアーク電極にはアーク放電７に対する耐久性が求められるが、従来の円筒形状の可動アーク電極に中実円柱形状の固定アーク電極を差し引きする構造のガス遮断器では、より耐久性を得ようとすれば、固定アーク電極を太くする必要があり、結果として可動アーク電極の径も大きくなり、可動部の重量の増大に繋がっていた。一方、本実施形態では、トリガー電極３１にアーク放電７が点弧している期間は固定アーク電極３０ｂにアーク放電７が転移されるまでの限定された期間のみであるため、必要最小限の径で済み、可動部の重量を軽減できる。また、固定アーク電極３０ａ、３０ｂは密閉容器内に固定されるので、可動部の重量増大を懸念せずに、固定アーク電極３０ａ、３０ｂを太くし耐久性を向上させることができる。このように、耐久性の向上と可動部の重量軽減を両立することができる。

【0075】

（７）アーク放電７から発生する熱排ガス２０が、熱排ガス２０の発生と同時に、遅滞なくアーク放電７から遠ざかる方向に流れ、密閉容器内の空間へと速やかに排出されるように構成した。これにより、固定アーク電極３０ａ、３０ｂ間の圧力を常に密閉容器の充填圧力とほぼ同等の値が維持されるので、電流遮断に必要な吹き付け圧力が低減でき、駆動操作力を低減することができる。結果として機器サイズや駆動装置の大型化を回避することができる。

【0076】

（８）整流手段として、密閉容器内に固定された絶縁ノズル３２を設けた。これにより、従来の絶縁ノズルが消弧性ガスの圧縮とともに移動するガス遮断器と異なり、絶縁ノズル３２が可動部の重量に影響しないので、駆動エネルギーを小さくでき、結果として機器サイズや駆動装置の大型化を回避することができる。

【0077】

［第２の実施形態］
（構成）
第２の実施形態について、図６及び図７を用いて説明する。第２の実施形態は第１の実施形態と基本構造は同一であるが、図１〜図５には図示されていない、可動部を駆動する駆動装置に特徴がある。

【0078】

図６および図７に、圧縮反力（ア）、すなわち可動ピストン３３が昇圧室３５の圧力から受ける力を実線で、駆動装置の駆動力（イ）を点線で、可動部を加速させる力（実効加速力，（イ−ア））を一点鎖線で示す。横軸は駆動ストロークであり、完全投入位置が０ｐｕ、完全開極位置が１．０ｐｕである。ここで摩擦等の影響は無視するとした場合、実効加速力は「駆動力（イ）−圧縮反力（ア）」で描かれる。実効加速力は正の値が加速力、負の値が減速力を意味する。

【0079】

本実施形態のガス遮断器は、吹付けガスの圧力上昇を可動ピストン３３による断熱圧縮を主体として行うため、圧縮反力（（ア），実線）のカーブは断熱圧縮特性として知られる図６および図７に示すような単調増加特性となる。また、吹付けガスの圧力上昇にアーク放電７からの熱エネルギーを活用しないため、圧縮反力（実線）のカーブは遮断電流の大小や交流電流の位相などによらず、常に一定のカーブとなる。

【0080】

図６は、駆動装置の駆動力（（イ），点線）がストロークに対してフラットな特性の場合を示している。一方，図７は、駆動装置の駆動力（（イ），点線）がストロークに対して減衰していく特性の場合を示している。図６では最も極端な例として、駆動力は全ストローク位置にわたり０．５ｐｕで一定としている。一方、図７では、駆動力が一例として０．８ｐｕから０．２ｐｕまで直線的に減衰するケースを取り上げている。

【0081】

また、駆動装置が遮断動作のために蓄勢している駆動エネルギーは、駆動力（（イ），点線）をストロークで積分した面積として与えられる。すなわち、図６の駆動力特性の場合、駆動エネルギーは、
０．５ｐｕ×全ストローク１ｐｕ＝０．５ ・・・（式２）
のエネルギー量となる。

【0082】

一方、図７の駆動力特性の場合、駆動エネルギーは、縦軸０ｐｕのラインと駆動力（イ）の点線とで囲まれた台形の面積となり、
（０．８ｐｕ＋０．２ｐｕ）÷２×全ストローク１ｐｕ＝０．５ ・・・（式３）
のエネルギー量となる。

【0083】

つまり、図６と図７は駆動力のストローク特性は異なるものの、駆動エネルギーとしては同一である。第２の実施形態では、駆動装置に図７に示すような出力減衰型の特性を有するものを採用することを特徴とする。すなわち、駆動装置としては、その駆動力が遮断過程で減少するように構成されたものを用いる。

【0084】

（作用）
一般的に駆動装置の大きさやコストは、駆動エネルギーに対して概ね単調増加の傾向を持つ。すなわち、図６と図７の駆動装置は駆動力の特性は異なるものの、駆動エネルギーとしては同一であるため、どちらも駆動装置の大きさやコストはさほど大きな差はないといえる。

【0085】

一方、駆動エネルギーは同じでも、ストロークの前半で大きな駆動力を出し、後半に向かって減衰してゆく図７の特性の駆動装置の方が、実効加速力（イ−ア）が図６より大きな値となっていることが分かる。圧縮反力の特性（ア）は図６と図７で同一で、かつ、駆動エネルギーも同一であるので、完全開極位置（ストローク１ｐｕ）での速度は同一となるが、ストローク途中の速度は両者で異なり、開極前半における加速力が大きい図７の方が可動部のトップスピードは速くなる。

【0086】

これは、操作駆動エネルギーが同じ場合、図７に示すような出力減衰型の駆動特性をもった駆動装置の方が、図６の駆動特性の駆動装置と比べ、可動部の駆動速度を速くすることができることを示している。これはガス遮断器にとっては、より速く電極間のギャップが開くことを意味しており、電極間の速やかな電気絶縁性の回復の面で大きなメリットとなる。また、可動部の駆動速度が速くなれば、アーク放電７がトリガー電極３１から固定アーク電極３０ｂに転移し、蓄圧室３６から低温の圧縮ガスが強力にアーク放電７へ吹付けられるまでの時間が短くなり、遮断完了までに要する時間の短縮、さらには耐久性の向上につながる。

【0087】

以上述べた作用効果が得られるのは、ガス遮断器が吹付けガスの圧力上昇を可動ピストン３３による断熱圧縮を主体として行っており、そのため圧縮反力が初期は非常に小さく、後半に向かって急激に増加する特性であることに由来する。また、圧縮反力の特性が遮断電流の大小や交流電流位相などによらず、常に一定のカーブとなることも、当該作用効果を得るための必須条件である。いずれも、従来の自力昇圧作用を利用するガス遮断器の構造では達成できない特徴である。従来の遮断器では、固定ピストンに印加される圧縮反力はアーク発生熱の影響を大きく受けるため、単調増加のカーブにはならず、また遮断電流の条件により様相は大きく異なるからである。

【0088】

駆動エネルギーが同一の条件で、駆動出力を図６のようなフラットな特性から、図７のような減衰型の特性とする具体的方策について説明する。これは、駆動エネルギー源として蓄勢したバネを採用すれば容易に実現できる。バネ機構の出力特性は、原理的には以下の式のように与えられ、図７に示したような単調減少直線となる。
Ｆ＝ｋ・（Ｌ＋１−ｘ） ・・・（式４）
ここで、Ｆ：駆動出力、ｋ：バネ定数、ｘ：ストローク（ｐｕ）、Ｌ：完全開極位置（ストロークｘ＝１ｐｕ）でのバネの圧縮長（ｐｕ）である。

【0089】

特に、完全開極位置でバネが自由長に近くなるように構成すれば（Ｌ≒０ｐｕ）、同じ駆動エネルギーを得るためのバネ定数ｋの値は大きくなり、バネの放勢に伴い駆動力がストロークに対して大きく減衰する特性となる。

【0090】

あるいはまた、油圧操作機構のようにストロークに対して比較的フラットな出力特性を持つ駆動装置を用いる場合は、適正なリンク構造を連結することで、操作駆動エネルギーを変えずに、出力特性を減衰型に変更することも可能である。

【0091】

出力特性を減衰型にする方策は上記以外にも種々考えうるが、重要なことは、第１の実施形態で示した構造においては、駆動力がストロークに対して減衰型にある駆動装置と組み合わせることで、同一の操作駆動エネルギーであっても、電極の解離速度を効果的に上げることができ、遮断器の速やかな絶縁回復、遮断完了までに要する時間の短縮、耐久性の向上などの、特有のメリットが得られるということである。

【0092】

さらに、第１の実施形態で述べた昇圧室３５の高いガス圧力を可動ピストン３３から切り離し、かつ昇圧室３５の圧力を放圧機構４８により放圧することで、たとえ駆動力が開極後半に大きく低下しても、可動部が逆行するなどの不具合は生じない。

【0093】

なお、出力低下型の駆動力特性の一つの目安として、投入位置（ストローク０ｐｕ）での駆動力に対して、完全遮断位置（ストローク１ｐｕ）での駆動力が例えば概ね８０％以下とすることを提案する。完全開極位置における出力低下率を８０％以下となるように設定すれば、上記の作用が実質的に得ることができる。

【0094】

（効果）
以上のように、本実施形態では、昇圧部３５の消弧性ガスを機械的に圧縮するための駆動装置が設けられ、駆動装置は、その駆動力が駆動ストロークとともに減少するように構成した。これにより、開極前半における加速力が大きくなるため、電極間の速やかな電気絶縁性の回復という効果を奏する。また、可動部の駆動速度が速くなれば、アーク放電７がトリガー電極３１から固定アーク電極３０ｂに転移し、蓄圧室３６から低温の圧縮ガスが強力にアーク放電７へ吹付けられるまでの時間が短くなり、遮断完了までに要する時間の短縮及び耐久性の向上という効果を得ることができる。

【0095】

［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。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。

【0096】

例えば、第１及び第２の実施形態では、可動ピストン３３を駆動装置によって中心線方向に移動可能とし昇圧手段としていたが、これに限られない。例えば、図８のように、ピストンを固定し、この固定ピストン３３’に対して駆動装置に直接又は間接に接続した可動シリンダ３９’を移動させるようにしても良い。このように可動シリンダ３９’を昇圧手段としても、昇圧部３５の容積が可変であるため、昇圧部３５内部の消弧性ガスを圧縮、昇圧することができる。

【0097】

なお、可動シリンダ３９’は、可動ピストン３３と同様に固定アーク電極３０ｂ、円筒部材４０と摺動可能な摺動面を有し、可動シリンダ３９’の移動によって連通穴３４を塞ぐことが可能なように構成する。

【0098】

第１及び第２の実施形態では、固定電極部Ａを密閉容器内で固定して、可動電極部Ｂのみを軸方向に移動させるよう構成したが、固定電極部Ａに対して可動電極部Ｂが相対的に移動するように、固定電極部Ａ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。

【符号の説明】

【0099】

Ａ…固定電極部
Ｂ…可動電極部
１…ガス遮断器
２…対向通電電極
３…可動通電電極
７…アーク放電
１７…吸気穴
１９…吸気バルブ
２０…熱排ガス
２１…吹き付けガス（昇圧ガス）
３０ａ、３０ｂ…固定アーク電極
３１…トリガー電極
３３…可動ピストン
３３ａ…摺動内周面
３３ｂ…摺動外周面
３３’…固定ピストン
３４…連通穴
３５…昇圧室
３６…蓄圧室
３７…排気穴
３９…シリンダ
３９’…可動シリンダ
４０…円筒部材
４１…開閉部
４２…リンク
４３…ロッド
４３ａ…溝
４７…シール部材
４８…放圧機構
４９…放出圧縮ガス

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】