气体绝缘断路器的制作方法

专利名称：气体绝缘断路器的制作方法
技术领域：
本发明涉及对电弧喷出绝缘气体而进行灭弧的压气(puffer)式的气体绝缘断路器，特别涉及对喷射绝缘气体的绝缘喷嘴的构成实施了改良的气体绝缘断路器。
背景技术：
气体绝缘断路器是将一对触点配置在充满了绝缘气体的密闭容器内的设备，在电 力输配电系统中多被用作为电流的开闭开关。以下，参照图6及图7具体地说明压气式的 气体绝缘断路器的以往例。图6是压气式气体绝缘断路器的截面图，图7是电弧8附近的放大截面图，都表示 断路动作中的状态。这些图中表示的气体绝缘断路器的各部件基本上是同轴圆筒形状，在 图7中仅描绘了中心线的上侧一半。如图6所示，在压气式气体绝缘断路器中设有由接地的金属或绝缘子等形成的密 闭容器1。在密闭容器1内填充有作为绝缘气体的SF6气体(六氟化硫气体)等的灭弧性 气体2。SF6气体的灭弧性能及电气绝缘性能良好，填充了该气体的电流开闭装置在高电压 输电系统中为主流。在密闭容器1内，作为一对触点，固定接触部21及可动接触部22相互相对而接触 分离自如地配置。固定接触部21固定在密闭容器1内，相对于此，可动接触部22经由未图 示的操作杆与驱动机构连结，并在图6的左右方向上移动自如地设置。这些接触部21、22 是在运转时被施加高电压的部分，通过支持绝缘物12 (在图6中仅图示固定接触部21侧) 确保绝缘性并且机械地支持在密闭容器1内。此外，在固定接触部21及可动接触部22上分别设有固定电弧触头7a及可动电弧 触头7b。这些电弧触头7a、7b在通常运转时处于接触导通状态，在断路动作时通过与可动 接触部22相伴随的可动电弧触头7b的移动，由此两者离开。当这些电弧触头7a、7b彼此 分离时，在两个电弧触头7a、7b之间的空间中产生电弧8。接着，对固定接触部21的构成进行说明。在固定接触部21上，在与可动接触部22 相对一侧的相反侧(图6的左侧)，安装有金属制的排气筒9。在排气筒9中通过从电弧8 的产生空间朝向固定接触部21侧流动的固定侧热气流10a。该固定侧热气流IOa将电弧8 附近作为上游，穿过排气筒9，密闭空间1的内部空间侧成为下游。此外，可动接触部22的构成如下。在可动接触部22中，与可动电弧触头7b相连 地设有中空杆11。中空杆11朝向与固定接触部21相对一侧的相反侧(图6的右侧)延 伸形成。在该中空杆11中通过从电弧8的产生空间朝向可动接触部22侧流动的可动侧热 气流10b。即，可动侧热气流IOb也与固定侧热气流IOa同样，将电弧8的产生空间作为上 游，穿过中空杆11，密闭容器1的内部空间侧成为下游侧。并且，在可动接触部22中，作为压气式气体绝缘断路器的特征性的构成部而设有 气流产生构件。气流产生构件是从压气室5产生气流IOc的构件，该气流IOc成为对电弧 8喷出的气流，在对电弧8喷出后，分流为上述气流10a、10b。
气流产生构件的主要的构成部件是固定于密闭容器1的活塞3和滑动自如地收纳活塞3的缸4，缸4的内部空间为压气室5，在缸4的前端侧(图6的左侧)配置有与压气 室5连通的绝缘喷嘴6。其中，缸4安装于可动接触部22。此外，绝缘喷嘴6由聚四氟乙烯 等耐热性的绝缘物形成，是将压气室5内的灭弧性气体2喷射作为上述气流IOc的部分，气 体流路6a最狭窄的部分为喉部6b。接着，对绝缘喷嘴6与电弧触头7a、7b的直径尺寸的关系进行说明。如上所述，图 6及图7表示断路动作中的状态，所以电弧触头7a、7b相互分离，但在气体绝缘断路器成为 接通状态、即作为开关而触点成为“闭”状态时，两个电弧触头7a、7b需要成为接触导通状 态。因此，如图7所示，固定电弧触头7a的外径cpFl与可动电弧触头7b的内径φΜΙ的 大小成为cpFl>cpMl的关系，移动的可动电弧触头7b —定会与固定电弧触头7a抵接。此夕卜，由于绝缘喷嘴6朝向在电弧触头7a、7b之间产生的电弧8喷出气流10c，所 以绝缘喷嘴6成为包围电弧触头7a、7b的形状，所以喉部6b的内径CpNl当然必须设定得比 固定电弧触头7a的外径tpFl大。即，当归纳绝缘喷嘴6与电弧触头7a、7b的直径尺寸的关系 时，直径的大小为绝缘喷嘴6、固定电弧触头7a、可动电弧触头7b的顺序，φΝΙ>cpF 1 >φΜ 1 的关系成立。接着，参照图7对具有以上的构成的气体绝缘断路器的电弧断路过程进行说明。 在气体绝缘断路器的断路过程中，未图示的驱动机构动作，由此可动接触部22向图7的右 方移动以便从固定接触部21分离，随之固定于可动接触部22的缸4也向图7的右方移动。此时，缸4内的活塞3相对地向图7的左方移动，而将压气室5压缩，所以压气室5 内的灭弧性气体2的压力上升。结果，压气室5内的灭弧性气体2成为高压力的气流10c， 被引向到绝缘喷嘴6。因此，绝缘喷嘴6对在电弧触头7a、7b之间产生的电弧8强力地喷出 气流10c。通过该气流10c，导电性的电弧8消灭，将电流可靠地断路。对高温的电弧8喷出的气流IOc成为高温状态，并分流为固定侧热气流IOa及可 动侧热气流10b，而以从两个电弧触头7a、7b之间的电弧8的产生空间远离的方式流走，分 别通过排气筒9、中空杆11，最终向密闭容器1内放散。上述电弧断路过程中的、基于气流IOc的喷出的电弧8断路的物理机理如下。另 夕卜，这里在上述图7的基础上，使用图8进行说明。图8上段是绝缘喷嘴6的喉部6b的径 向截面图，在图8下段表示喉部6b内的温度分布。从成为高压力的压气室5向绝缘喷嘴6流入的气流10c，在绝缘喷嘴6的气体流路 6a中的最狭窄的喉部6b流速变得最快。此外，由于电弧8中流动着电流，所以由于焦耳热 而成为高温状态。S卩，对电弧8喷出气流IOc时的状态为，在高温的电弧8的周围高速地流动比其低 温的气流10c。因此，电弧8断路时的绝缘喷嘴6的喉部6b内的温度分布如图8下段所示， 在作为中心的电弧8附近变高，越是接近于作为周边的喉部6b的壁面越低，其温度梯度非 常陡峭。因此，在电弧8周边的低温且以高速流动的气流IOc中，从中心部朝向周缘部产生 热量的流动41 (在图8中图示)，电弧8被夺取热量而冷却。由于电弧8的导电率相对于温 度下降而单调减小，所以随着电弧8的冷却、其导电性显著下降。结果，电弧8被冷却直到成为绝缘物，能够进行可靠的电流断路。此外，电弧8的温度在过电流峰值附近达到几万K，但这一点也有助于电流断路。 即，在电弧8的断路过程中，绝缘喷嘴6持续暴露于极其高温的电弧8中，所以作为绝缘喷 嘴6的构成材料的聚四氟乙烯等绝缘物熔融、气化。结果，如图7所示，已知从喉部6b的内 壁面产生烧蚀气体(ablationgas)31。因此，从绝缘喷嘴6朝向电弧8喷出的气流IOc的成分不是灭弧性气体2单体，而 是灭弧性气体2与烧蚀气体31的混合气体。当作为固体的绝缘喷嘴6的构成材料气化时， 其体积大幅度地增大，所以烧蚀气体31的体积成为较大的值。即，从绝缘喷嘴6产生烧蚀气体31能够使压气室5的压力进一步上升，能够促进 气流IOc的高压化，对电弧断路赋予良好的作用。以上，是压气式气体绝缘断路器的代表性 的构成及电弧断路原理。上述那种压气式气体绝缘断路器，通过将存在于压气室5内的灭弧性气体2对在 电流断路时产生的电弧8喷出，能够发挥较高的灭弧性能。因而，在72kV以上的高电压输 电系统中作为保护用开闭器广泛地使用，还对其进行了各种各样的改良。例如已知有专利文献1 3等的以往技术。这里，省略基于图示的详细的说明，但 参照上述图7说明概况。专利文献1是在可动接触部22侧的中空杆11的周围形成了孔的 发明。由于电弧8的产生而可动侧热气流IOb成为高温，所以在电弧8的断路动作初期，能 够通过中空杆11的孔(在图7中未图示)将高热的可动侧热气流IOb积极地取入压气室 5内。由此，实现了压气室5内的高压化。此外，在专利文献2的气体绝缘断路器中，通过将压气室5在轴向上分割为2部分 而限定接近电弧8 —侧的压气室5的容积，由此特别在大电流断路时获得向电弧8的较高 的喷出压力。并且，在压气室5的分割部设有止回阀(在图7中未图示)。由此，避免较高 的压力直接作用于活塞3，防止可动接触部22的驱动力增大。并且，专利文献3记载的气体绝缘断路器的特征在于，在沿电弧8的径向产生流动 成分的气流产生构件的基础上，还设有沿电弧8的径向产生磁压的磁场产生构件(在图7 中未图示)。根据这种气体绝缘断路器，在电弧8的产生空间的一部分中，能够使电弧8 — 边沿径向收缩一边灭弧。即，在专利文献3的技术中，能够得到气流带来的流体的作用、和磁场带来的电磁 作用这种相互不干涉的独立的两个作用的相乘效果，能够高效率地使电弧直径收缩而减小 电弧时间常数。因此，能够将电弧8迅速地灭弧。根据以上那样的专利文献1 3的以往技术，除了基于活塞3的机械的压缩作用 以外，作为使压气室5的压力上升的能量，还积极地利用电弧8的热能或基于磁场的电磁 能，由此能够提高灭弧性气体2的喷出压力，能够实现断路性能的进一步提高。此外，当对能够得到相同的压气室5的压力上升的气体绝缘断路器进行比较时， 与利用其他能量的量相对应，对基于活塞3的机械压缩的依存度相对地降低。因此，即使是 小型的活塞3也能够得到电流断路所需要的压力上升。因此，能够有助于气体绝缘断路器的小型化、进而有助于填充在密闭容器1中的 气体容量的降低。此外，小型活塞3的导入还会降低可动接触部22的驱动所需要的能量， 有助于驱动机构的小型化、低成本化，能够提高机械的可靠性及经济性。
然而，在积极地利用电弧8的热能的类型的气体绝缘断路器中，如果在压气室5内 不存在足够量的灭弧性气体2，则压气室5内的压力难以上升，或者即使压气室5内的压力 上升也立即下降。这样，即使将电弧8的热能取入到压气室5，也不能有效地产生基于电弧8的热的 压缩作用。此外，如果基于电弧8热量的压缩作用的利用率降低，则也难以使机械的压缩作 用相对降低。结果，也难以得到驱动力的降低及气体容量的增大防止这种与设备的紧凑化 相关联的效果。
因此，在将电弧8的热能取入到压气室5的类型的气体绝缘断路器中，重要的是 将绝缘喷嘴6的喉部6b的气体流路6a的流路截面积Sl (在图7中图示)构成得较小，而 节流从绝缘喷嘴6喷射的气体流量，由此抑制从压气室5排出的气体流量。但是，当单纯地使气体流路6a的流路截面积Sl变小时，会产生新的问题。即，气 体流路6a的流路截面积Sl的缩小化仅是绝缘喷嘴6的喉部6b的内径φΝΙ的小径化。如 上所述，关于绝缘喷嘴6与电弧触头7a、7b的直径尺寸，在电弧触头7a、7b之间的接触导通 状态的可靠性的基础上，ipNl>(pFl>(pMl的关系不变。因此，当使绝缘喷嘴6的喉部6b的内径φΝΙ变细时，固定电弧触头7a的外径CpFl 及可动电弧触头7b的内径φΜΙ不得不变得比其更细。g卩，电弧触头7a、7b会由非常细的部 件构成。结果，电弧触头7a、7b在电流断路时容易损耗，作为部件的耐久性(具体是不交换 电弧触头7a、7b而能够断路的次数)降低。此外，在气体绝缘断路器断开的状态下，在两个电弧触头7a、7b之间施加有高电 压，并必须对其保持电气绝缘状态。此时，当电弧触头7a、7b的直径较细时，其前端的电场 变高。因此，为了抵抗高电场而实现可靠的断路动作，需要使电弧触头7a、7b的离开距离及 离开速度增大。S卩，通过将电弧8的热能用于压气室5的压力上升，由此即使最终实现了驱动能量 的降低，但如果由于电弧触头7a、7b小径化而使离开距离及离开速度增大，则相应地驱动 能量的降低效果变弱，设备的紧凑化变差。作为用来消除上述问题的以往技术，例如提出了专利文献4记载的气体绝缘断路 器。在该技术中构成为，为了变更绝缘喷嘴6内部的气体流路截面积，设置具有在照相机等 中使用的可变光阑构造的气体流路调节机构(未图示)，通过该气体流路调节机构的作用， 对应于接触部的断开动作而将绝缘喷嘴6的气体流路6a的流路截面积Sl缩小。S卩，在专利文献4记载的气体绝缘断路器中，通过气体流路调节机构使气体流路 6a的流路截面积Sl缩小，由此在接触部的断开动作时抑制从绝缘喷嘴6流出的气流IOc的 流量。由此，在将电弧8的热能取入到压气室5中的时刻，能够使压气室5内存在足够量的 灭弧性气体2，能够提高电弧8的热能对于压气室5的压力上升的贡献度。并且，由于将气体流路调节机构节流而对绝缘喷嘴6的气体流路6a的流路截面积 Sl进行调节，所以绝缘喷嘴6的喉部6b的内径φΝΙ自身不变细即可。因此，电弧触头7a、 7b的直径尺寸也不需要变细，而能够避免小径化导致的电弧触头7a、7b的耐久性下降及电 弧触头7a、7b前端部的电场上升这种不良状况。因此，能够进行电弧触头7a、7b前端部的 电场抑制，不需要电弧触头7a、7b的离开距离及离开速度的增大。结果，能够促进驱动能量 的降低化及设备的紧凑化。
如上所述，在专利文献4记载的气体绝缘断路器中，通过设置气体流路调节机构，能够抑制通过绝缘喷嘴6从压气室5排出的气体流量，利用电弧8的热能来实现压气室8 的压力上升，实现了断路性能的进一步提高。专利文献1 日本特公平7-97466号公报专利文献2 日本特公平7-109744号公报专利文献3 日本特开2001-283693号公报专利文献4 日本特开2004-39312号公报但是，以往的压气式气体绝缘断路器被指出如下问题。即，压气式气体绝缘断路器 是对电弧8喷出灭弧性气体2的构成，灭弧性气体2具有的冷却性较大地左右断路性能。以 往，作为灭弧性气体2广泛使用冷却性良好的SF6气体，但在该SF6气体的使用中，如今存 在如下问题。SF6气体被认为是对地球温暖化影响较高的人工气体，根据对环境面的考虑，希望 其使用量的削减。因此，作为SF6气体的代替气体，研究了对环境的负荷较少的自然存在的 气体、例如N2气体或C02气体等。但是，在使用这些代替气体的情况下，由于气体的物理化学性质的不同，与SF6气 体相比冷却性较低、电弧8的冷却效果下降成为问题。所以，例如在使用了 N2气体或C02 气体的情况下，当务之急不是依赖于灭弧性气体2的冷却性能，而是在构造上提高电弧8的 冷却效果。此外，在专利文献4记载的气体绝缘断路器中，是将电弧的热能积极地利用于压 气室的压力上升的类型，通过具备气体流路调节机构，能够有效地抑制从绝缘喷嘴流出的 气体流量，能够提高电弧热对于压气室的压力上升的贡献度，但作为气体流路调节机构，采 用在照相机等中利用的可变光阑构造。因此，气体流路调节机构的构成部件数量变多，并且 是各部分联动的构造，所以为了使联动部分顺利地动作，在调整作业及组装作业中花费时 间。即，关于抑制从绝缘喷嘴的气体流量的部件，存在制造成本较高这种不良状况。

发明内容
本发明是为了解决以上那样的问题而提出的，其目的在于提供一种气体绝缘断路 器，有助于产品的长寿命化及环境负荷的降低，并且能够实现紧凑化及低成本化，并能够发 挥较高的断路性能及可靠性。为了达到上述目的，本发明是一种气体绝缘断路器，其特征在于具有密闭容器1，被填充气体；一对触点7a、7b，相互接触分离自如地配置在上述密闭容器1内；气流产生构件，具备至少1个蓄压空间5、能够使上述蓄压空间5的压力上升的至 少1个压力上升构件3、4、将在使上述触点7a、7b彼此离开时产生的电弧8与上述蓄压空 间5连结的至少1个气体流路、以及用来对来自上述蓄压空间5的气体进行整流并向上述 电弧8引导的绝缘喷嘴6，该气流产生构件对上述电弧8喷出上述气体；以及喷嘴内绝缘部件32a，在上述绝缘喷嘴6的内部与该绝缘喷嘴6同心状地配置；在该气体绝缘断路器中构成为，在上述绝缘喷嘴6的内壁部与上述喷嘴内绝缘部 件32a的外壁部的间隙中产生上述电弧8且流过上述气体。
在具有以上构成的本发明中，通过将喷嘴内绝缘部件配置在绝缘喷嘴内，由此在 断路动作时产生的高温的电弧不仅与绝缘喷嘴的内壁部、还与喷嘴内绝缘部件的外壁部接 触，由此能够在构造上将电弧冷却。由此，即使在使用了冷却性较低的气体的情况下也能够 确保良好的断路性能，能够利用环境负荷较低的气体。因此，能够兼具环境协调性和良好的 断路性能。此外，绝缘喷嘴能够将气体流路截面积缩小化与组装了喷嘴内绝缘部件相应的 量，能够抑制从蓄压空间排出的气体流量，并能够提高与蓄压空间的压力上升有关的电弧 热的利用率。并且，由于不使绝缘喷嘴的内径自身变细即可，所以不需要位于绝缘喷嘴内侧 的部件的小径化。结果，能够确保位于绝缘喷嘴内侧的部件的耐久性，能够延长产品寿命。并且，由 于不存在极端小径化的部件，所以能够避免高电场的发生，能够抑制离开距离及离开速度， 能够进行紧凑化及驱动能量的减少。并且，发挥以上那样的作用的喷嘴内绝缘部件，是与绝 缘喷嘴同心状的简单的构成即可，与采用可变光阑构造的气体流路调节机构等相比部件数 量格外少，也没有可动部分，所以制造成本非常低价即可，能够获得良好的经济性。根据以上那种本发明的气体绝缘断路器，通过在绝缘喷嘴内部设置同心状的喷嘴 内绝缘部件这种极其简单的构成，有助于产品的长寿命化及环境负荷的降低，并且能够实 现紧凑化及低成本化，发挥较高的断路性能及可靠性。


图1是表示本发明第1实施方式的气体绝缘断路器的构造图。图2上段是第1实施方式的气体绝缘断路器的绝缘喷嘴喉部的径向截面图，下段 是表示喉部内的温度分布的图。图3是表示本发明第2实施方式的气体绝缘断路器的构造图。图4是表示本发明第3实施方式的气体绝缘断路器的构造图。图5是表示本发明第4实施方式的气体绝缘断路器的构造图，是中心线的上侧一 半表示气体绝缘断路器接通的状态(即“闭”状态)、下侧一半表示断路中的状态的图。图6是以往的压气式气体绝缘断路器的整体构造图。图7是以往的压气式气体绝缘断路器的电弧附近放大图。图8上段是以往的压气式气体绝缘断路器的绝缘喷嘴喉部的径向截面图，下段是 表示喉部内的温度分布的图。标号的说明1密闭容器；2灭弧性气体；3活塞；4缸；5压气室；6a绝缘喷嘴；6、61a、61c气体流 路；6b喉部；7a固定电弧触头；7b可动电弧触头；7c固定电弧触头的前端部；7d相对电弧 触头；8电弧；9排气筒；IOa固定侧热气流；IOb可动侧热气流；IOc气流；11中空杆；12支 持绝缘物；21固定接触部；22可动接触部；31烧蚀气体；32a 32d喷嘴内绝缘部件；33三 重点(triple overlapping point)；部34导引棒；35支撑；36电场缓和屏蔽；37孔；38齿 条；41热流；87小齿轮；φΝΙ以往的断路器的喷嘴喉的内径；CpFl以往的断路器的固定电弧 触头的外径；φΜΙ以往的断路器的可动电弧触头的内径；φΝ2本发明的断路器的喷嘴喉的 内径；本发明的断路器的固定电弧触头的外径；φΜ2本发明的断路器的可动电弧触头的内径；φ 本发明的内喷嘴的外径；Sl以往的断路器的喷嘴喉部的有效流路截面积；S2本 发明的喷嘴喉部的有效流路截面积
具体实施例方式以下，参照附图对本发明的绝缘断路器的实施方式的一例进行具体说明。另外，对于与图6 图8所示的以往技术同样的部件赋予相同的符号而省略说明。(1)第1实施方式(构成)使用图1及图2对本发明的第1实施方式进行说明。图1表示气体绝缘断路器的 断路动作中的电弧附近的状态，各结构部件是旋转轴对称形状，所以仅描绘了中心线的上
侧一半。在图1中未图示的部分，与将电弧8的热能积极地利用于压气室5的上升的类型 的以往的气体绝缘断路器同样。此外，图2上段是绝缘喷嘴6的喉部6b的径向截面图，在 图2下段表示喉部6b内的温度分布。在第1实施方式中，与以往的气体绝缘断路器的构成最显著的不同点为，在绝缘 喷嘴6的内部与绝缘喷嘴6保持同心地设有圆筒形的喷嘴内绝缘部件32a这一点。此外， 本实施方式的绝缘喷嘴6的气体流路61a，由喷嘴内绝缘部件32a的外径φ 与绝缘喷嘴6的 喉部6b的内径φΝ2所夹而成为管状，在这里产生的电弧8的形状接近于环状。喷嘴内绝缘部件32a与绝缘喷嘴6同样，由对高温的电弧8具有耐久性的绝缘物、 例如聚四氟乙烯等构成。喷嘴内绝缘部件32a，将固定电弧触头7a中与可动电弧触头7b相 对侧作为前端侧，而与该前端侧侧面牢固地接合。在喷嘴内绝缘部件32a与固定电弧触头 7a的接合面的周围，形成有向可动电弧触头7b侧延伸的前端部7c。即构成为，在喷嘴内绝缘部件32a与固定电弧触头7a的接合面上，存在作为金属 的固定电弧触头7a、作为绝缘物的喷嘴内绝缘部件32a以及灭弧性气体2这三种介质接触 的三重点部33，使该三重点部33位于比固定电弧触头7a的前端部7c靠里侧(图1中前端 部7c的左侧)。此外，喷嘴内绝缘部件32a的外径φ 的尺寸，设定得比可动电弧触头7b的内 径φΜ2的尺寸小。在设本实施方式的绝缘喷嘴6的喉部6b的内径为φΝ2、固定电弧 触头7a的外径为q>F2的情况下，鉴于电弧触头7a、7b之间的接触导通状态的可靠性， (pN2>(pF2>(pM2的关系不变动，所以(pN2>(pF2>(pM2>(pI (用部件名称来说，绝缘喷嘴6
>固定电弧触头7a >可动电弧触头7b >喷嘴内绝缘部件32a)的关系成立。这里，关于绝缘喷嘴6的喉部6b的内径φΝ2，当使其为与以往的绝缘喷嘴6的喉 部6b内径CpNl同样的大小时，气体流路61a的流路截面积S2与气体流路6a的流路截面积 Sl相对比，被设定得小与在绝缘喷嘴6的内部中组装有喷嘴内绝缘部件32a相对应的量。另外，绝缘喷嘴6、电弧触头7a、7b及喷嘴内绝缘部件32a，不需要都是旋转轴对称 形状(即截面是圆形)。但是，在上述部件不为旋转轴对称形状的情况下，其尺寸也构成为 大致维持cpN2>cpF2>cpM2>cpI的关系，而保证气体绝缘断路器的接通动作。(作用效果)
作为具有以上构成的第1实施方式的作用效果，首先在于提高了电弧8的冷却性这一点，其也不是依赖于灭弧性气体2的冷却性能，而是通过构造的改良来提高了电弧8的 冷却性。即，将电弧触头7a、7b之间闪络的电弧8，在绝缘喷嘴6及喷嘴内绝缘部件32a之 间构成的管状的气体流路61a中点弧。此时，绝缘喷嘴6及喷嘴内绝缘部件32a以相互保 持同心的方式被牢固地固定保持。因此，电弧8不会向一个方向偏倚，如图2上段所示，在气体流路61a内同心圆状 地点弧。即，在气体流路61a内点弧的电弧8成为环状，气流IOc从其外周侧和内周侧进行 接触。图2下段表示此时的绝缘喷嘴6的喉部6b中的温度分布。即，电弧8高温部与流过其周围的低温的气流IOc的接触面积越大，越显著地进行 电弧8的冷却。与图8所示的以往构造的绝缘喷嘴6的内壁面与电弧8的外周部接触的情 况相比，在第1实施方式中，除了同样绝缘喷嘴6的内壁面与电弧8的外周侧的接触以外， 喷嘴内绝缘部件32a的外壁部的表面与电弧8的内周侧也接触。即，电弧8的高温部与周 围的低温气体的接触面积与以往相比大致倍增，断路性能飞跃性地提高。在第1实施方式中，如以上那样能够在构造上提高电弧8的冷却性，并能够发挥良 好的断路性能。此外，提高了电弧8冷却性的断路性能的提高，如果是要得到与以往相同程 度的断路性能，则能够降低向电弧8的喷出压力、即压气室5的压力。压气室5的压力降低， 能够降低作用于活塞3的驱动反力，能够实现驱动能量的降低。并且，作为第1实施方式的主要作用效果，在于通过具有极其简单构成的喷嘴内 绝缘部件32a、实现了流路截面积S2的缩小这一点。即，作为实现流路截面积S2的缩小的 部件，不使用上述专利文献4记载的以往技术中的可变光阑构造这种复杂的部件，而采用 以同心状组装到绝缘喷嘴6中的圆筒形状的喷嘴内绝缘部件32a，所以能够使制造成本降 低，经济性提高。此外，通过流路截面积S2的缩小，抑制了从压气室5排出的气流IOc的气体量，所 以能够提高电弧8对于压气室5的压力上升的贡献度。因此，在第1实施方式中，能够充分 确保电弧8的热能的贡献度。并且，第1实施方式的绝缘断路器构成为，φΝ2>φΡ2>φΜ2 (以部件名称来讲，绝 缘喷嘴6 >固定电弧触头7a >可动电弧触头7b)。因此，即使可动接触部22从断开状态向 闭合状态进行接通动作，各部件也不会相互干涉，而能够没有问题地进行接通动作。并且，在第1实施方式中，在流路截面积S2的缩小化时，不会使电弧触头7a、7b的 直径(pF2、φΜ2小径化，所以能够提高与压气室5的压力上升有关的电弧8热能的利用 率，同时能够避免小径化导致的电弧触头7a、7b的耐久性的降低。因此，电弧触头7a、7b的耐久性提高。同时，能够抑制电弧触头7a、7b前端的电场 上升，不需要如以往那样扩大电弧触头7a、7b之间的离开距离、或使离开速度变快。结果，在能够将电弧8的热能积极地利用于压气室5的压力上升的气体绝缘断路 器中，能够避免可动接触部22的驱动距离的伸长，也能够使离开速度与以往同等，能够促 进设备的紧凑化及驱动能量的降低。这样，根据第1实施方式，能够同时解决电弧8的热利 用带来的驱动能量的降低、和电弧触头7a、7b的耐久性下降这种相反的问题，并能够兼顾 紧凑化与长寿命化。另外，在第1实施方式中，气体流路61a的流路截面积S2的大小，因为以下的理由而设定得比以往的气体绝缘断路器的流路截面积Si大若干。这是因为，在第1实施方式的 绝缘喷嘴6中，流过气体流路61a的气流10c，除了与以往相同的与绝缘喷嘴6的喉部6b的 内壁侧的摩擦以外，还受到与喷嘴内绝缘部件32a的外壁侧的摩擦的影响。因此，优选在也考虑了摩擦的影响的基础上，将截面积S2设定得较大，以使在流 体力学上气流IOc的有效流量与以往的气体流路6a的流路截面积Sl相等。根据这一点， 电弧触头7a、7b的直径cpF2及φΜ2不受使直径尺寸变细这种制约即可，也能够实现部件的 耐久性与直径尺寸的最佳组合，经济性及可靠性进一步提高。此外，在第1实施方式中，高温的电弧8不仅与绝缘喷嘴6、与喷嘴内绝缘部件32a 也接触，所以与以往的气体绝缘断路器相比，暴露于电弧8的热量中的绝缘物变多，烧蚀气 体31的产生量也增加。因此，除了电弧8的热能以外，通过烧蚀气体31的产生量增大，也 能够使压气室5的压力进一步上升。结果，用来得到相同的喷出压力的机械压缩作用的贡 献度减小，能够进一步促进驱动能量的降低。然而，在喷嘴内绝缘部件32a与固定电弧触头7a的接合部，存在作为绝缘物的喷 嘴内绝缘部件32a、作为金属的固定电弧触头7a及灭弧性气体2的3种介质接触的三重点 部33。在对该三重点部33施加了电压的情况下，电场变得极其高，所以成为电气绝缘上的
M ^。所以，根据上述第1实施方式，通过使三重点部33位于比固定电弧触头7a的前端 部7c更靠里侧，能够通过固定电弧触头7a的前端部7c的静电屏蔽效果来防止电场的上 升。由此，能够获得良好的安全性。根据以上所述那样的第1实施方式，通过将低成本即可的喷嘴内绝缘部件32a设 置在绝缘喷嘴6内部这种构成，能够获得良好的冷却性能，并且能够抑制电弧触头7a、7b的 小径化而实现产品的长寿命化。(2)第2实施方式(构成)接着，使用图3对本发明的第2实施方式进行具体的说明。图3表示气体绝缘断 路器的断路动作中的电弧附近的状态，各构成部件是旋转轴对称形状，所以仅描绘了中心 线的上侧一半。第2实施方式的基本构成与第1实施方式同样，但在下述的方面具有特征。即，如 图3中图示那样，在固定电弧触头7a的前端部中央设有电场缓和屏蔽36。该电场缓和屏蔽 36埋入喷嘴内绝缘部件32b而构成。另外，符号35是安装在中空杆11上的杆支撑。第2实施方式的喷嘴内绝缘部件32b为，是形成有孔37的中空构造，沿着该孔37 可滑动地设置有固定在可动接触部22上的导引棒34。导引棒34、喷嘴内绝缘部件32b的 孔37、喷嘴内绝缘部件32b的外周面、绝缘喷嘴6的喉部6b都被配置为同心圆状。喷嘴内绝缘部件32b的材质与以往同样，以作为绝缘物的聚四氟乙烯等为基础， 但在喷嘴内绝缘部件32b中，添加有对从电弧放射的紫外光的反射作用较大的BN (氮化硼) 等的粉末。此外，在喷嘴内绝缘部件32b中，添加有可见光区域的吸收性良好的颜料类添加 物、例如Ti2-Co0-Ni0-Zn0或CoO-Al203_Cr203等的粉末。这些添加物为喷嘴内绝缘部件 32b的特征。并且，作为灭弧性气体2，使用地球暖化系数(将C02气体设为1的表示对地球暖化的影响的指标)比以往一般使用的SF6气体低的气体。可以考虑多种对环境影响较小、 能够成为SF6的替代的候补气体，但在这里作为一例，使用对地球环境的影响极其小、也无 毒性及可燃性、且便宜的气体即N2气体。(作用效果)在第2实施方式中，通过具备喷嘴内绝缘部件32b，能够在构造上提高电弧8的冷 却性，所以即使在作为灭弧性气体2而使用冷却性能较低的N2气体及C02气体这种替代气 体的情况下，也能够确保与SF6气体同等良好的断路性能。即，能够使用环境负荷较低的气 体作为灭弧性气体2，能够在维持良好的断路性能的同时削减SF6气体的使用量而提高环 境协调性。此外，在第2实施方式中，在以下的方面也能够得到优选的作用效果。S卩，通过设 置在固定电弧触头7a的前端部中央的电场缓和屏蔽36的静电屏蔽效果，固定电弧触头7a 的前端部7c及三重点部33的电场进一步降低。由此，成为需要的电弧触头7a、7b的离开 距离即可动接触部22的驱动距离、以及电弧触头7a、7b的离开速度，能够进一步降低，驱动 能量的降低效果进一步提高。此外，由于可动接触部22的驱动及高压的气流10c的影响，在电弧8的断路时各 部件受到相当大的振动，但在第2实施方式中，由于导引棒34沿着喷嘴内绝缘部件32b内 的孔37滑动，所以在断路动作时能够可靠地支持喷嘴内绝缘部件32b。因此，能够总是将喷 嘴内绝缘部件32b与绝缘喷嘴6的喉部6b保持为相互同心。因此，即使在电弧8的断路时各部件受到了振动，电弧8也不会向一个方向偏倚， 能够得到稳定的断路性能。此外，在接通动作时，通过导引棒34的支持，固定电弧触头7a 的位置不会摇晃，所以前端部7c不可能与绝缘喷嘴6的喉部6b擦碰而损伤，能够发挥良好 的安全性。此外，在电弧8的断路过程中，如上所述那样，在过电流峰值附近暴露在达几万K 的高温的电弧8中，喷嘴内绝缘部件32b熔融、气化而产生烧蚀气体31。此时，由于来自电 弧8的强烈的紫外光，绝缘喷嘴6所包含的碳有可能游离化而析出。在游离碳析出到喷嘴 内绝缘部件32b的情况下，由于其导电性而威胁到电弧触头7a、7b之间的电气绝缘性。所以，在第2实施方式中，通过在喷嘴内绝缘部件32b中添加对紫外线的反射作用 较大的BN(氮化硼)等的粉末，能够防止来自电弧8的紫外光进入到喷嘴内绝缘部件32b 内。因此，能够抑制游离碳的产生，电弧触头7a、7b之间的电气绝缘性提高。并且，在第2实施方式中，通过添加可见光区域的吸收性良好的颜料类添加物(例 如Ti2-Co0-Ni0-Zn0或Co0-A1203-Cr203等)，能够将可见光区域的电弧能量有效地吸收到 喷嘴内绝缘部件32b中。因此，能够产生更大量的烧蚀气体31，有助于压气室5的压力上升。因此，用来得 到相同喷出压力的机械压缩的贡献率进一步降低，能够进一步促进驱动能量的降低。此外，在第2实施方式中，作为灭弧性气体而使用N2气体，但在该情况下，由于气 体的物理化学性质的不同，与SF6气体相比，电弧8的冷却效果有可能大幅度下降。但是， 在第2实施方式中，如在第1实施方式中说明那样，与以往构造相比电弧8高温部与周围的 低温气体的接触面积大幅度增大，所以电弧8的冷却性飞跃性地提高，即使在使用N2气体 的情况下，也能够防止断路性能的下降。
根据以上所述的第2实施方式，除了上述第1实施方式具有的效果以外，还获得使 用N2气体等作为灭弧性气体2带来的环境负荷的降低效果、电场缓和屏蔽36的静电屏蔽 效果、以及导引棒34带来的动作稳定效果，环境协调、驱动能量的降低及安全性提高。并且，由于在喷嘴内绝缘部件32b中添加了紫外线的反射作用较大的粉末，能够 抑制游离碳的产生，并获得良好的绝缘可靠性。此外，由于向喷嘴内绝缘部件32b中添加颜 料类添加物，将可见光区域的电弧能量高效率地吸收，所以烧蚀气体31的产生量增加，所 以实现压气室5的压力上升，并实现断路性能的进一步提高。(3)第3实施方式(构成)接着，利用图4对本发明的第3实施方式进行说明。图4表示气体绝缘断路器的 断路动作中的电弧附近的状态，由于各构成部件为旋转轴对称形状，所以仅描绘了中心线 的上侧一半。第3实施方式的特征性构成在于具备具有锥面38的喷嘴内绝缘部件32c这一点。 锥面38描绘如下的曲线而形成喷嘴内绝缘部件32c的中央附近的直径较大，随着接近端 部附近而直径变细。即，形成有锥面38的喷嘴内绝缘部件32c，直径沿着轴向变得不均勻。因此，第3 实施方式的绝缘喷嘴6的气体流路61c，随着喷嘴内绝缘部件32c外径的变化，其大小变化。(作用效果)在上述第3实施方式中，可得到如下的独特的作用效果。上述第1实施例的喷嘴 内绝缘部件32a是圆筒形状，所以与电弧触头7a、7b的离开度无关，由喷嘴内绝缘部件32a 的外径cpl与绝缘喷嘴6的喉部6b的内径CpN2构成的圆筒状的流路截面积S2总是一定(参 照图1)。相对于此，在第3实施方式中，由于在喷嘴内绝缘部件32c上形成了锥面38，因此 对应于电弧触头7a、7b的离开度，喷嘴内绝缘部件32c的外径及气体流路61c的大小变化。 因此，能够使流路截面积S2任意地变化。即，能够使绝缘喷嘴6内的流路构造时时刻刻灵 活地变化，能够在希望的定时对流过绝缘喷嘴6的气体流路61c的气体流量进行调节，能够 实现断路性能的进一步提高。例如，在电弧触头7a、7b刚断开的离开度较小的状态下，将向固定电弧触头7a侧 的气体流路6c进行节流，促进电弧8的热向压气室5的取入。然后，在电弧触头7a、7b的 离开度变大的后半的过程中，固定电弧触头7a侧、可动电弧触头7b侧都一下子将气体流路 61c较大地打开，能够促进从电弧8的排热。如此，能够进一步提高电弧8的冷却性，能够实 现断路性能的提高。另外，喷嘴内绝缘部件32c的锥面38的形状能够适当变更，通过对应于各离开度 而适当设计气体流路61c的构造，能够得到使来自电弧8的排热造成的构成部件的烧损减 少等、各种优选的作用效果。(4)第4实施方式(构成)下面，利用图5对本发明的第4实施方式进行具体说明。在图5中，各构成部件为 旋转轴对称形状，中心线的上侧一半表示气体绝缘断路器接通的状态(即“闭”状态)，下侧一半表示断路中的状态。在上述第1 第3实施方式中构成为，将喷嘴内绝缘部件32a 32c与固定电弧触 头7a接合，但与可动接触部22侧接合也能够得到同样的功能。因此，在第4实施方式中， 喷嘴内绝缘部件32d通过支撑35牢固地固定在作为可动部分的中空杆11上(参照图5)。 另外，喷嘴内绝缘部件32d与上述第1 第3实施方式同样，构成为与绝缘喷嘴6的喉部6b 成为同心。并且，在第4实施方式中，作为相当于以往的固定电弧触头的部件，设有相对电弧 触头7d。该相对电弧触头7d构成为，利用喷嘴内绝缘部件32d，向可动接触部22的相反方 向驱动。这种具体的构造可以考虑多种。这里，如图5所示，构成为，在喷嘴内绝缘部件32d 和相对电弧触头7d上施加齿条38，通过小齿轮87使相对电弧触头7d向与可动电弧触头 7b相反方向运动。(作用效果)通过具有上述构成的第4实施方式得到的基本作用效果与上述第1 第3实施方 式同样，但具有如下的独特的作用效果。即，由于两个电弧触头7b、7d相对动作，所以能够 降低为了得到电弧触头7b、7d之间的相同离开速度所需的驱动能量。如图5所示，电弧触 头7b、7d之间的相对移动距离，是固定接触部21的移动距离L1与可动接触部22的移动距 离L2之和。例如，在需要一秒“100”的离开速度的情况下，可动电弧触头7b和相对电弧触 头7d只要分别以各“50”离开即可，能够有助于需要的驱动能量的降低。此外，为了成为以上那样的构成，相对驱动的机械机构是不可缺的，所以需要在两 侧设置驱动机构、或者需要复杂的连杆机构，但在本实施方式中，能够利用位于气体绝缘断 路器中央的喷嘴内绝缘部件32d而设置机械机构。因此，能够将相对驱动的机械机构非常 简单地构成，具有促进构成的简单化这种优点。(5)其他实施方式另外，本发明并不限定于上述实施方式，各部件的结构及配置数量等可以适当选 择。例如，关于填充到密闭容器内的气体，考虑到对环境的负荷，优选是与SF6气体相比地 球暖化系数低的单体气体或混合气体、且至少在1个大气压以上的压力且摄氏20度以下的 状态下为气相。此外，作为对喷嘴内绝缘部件添加的材料，作为对紫外线的反射作用或从可 见光到紫外光区域的吸收性良好的材料，配合了比聚四氟乙烯大的添加物的耐热性树脂是 优选。并且，也可以将上述各实施方式的特征组合。
权利要求
一种气体绝缘断路器，其特征在于，具有密闭容器(1)，填充有气体；一对触点(7a、7b)，相互接触分离自如地配置在上述密闭容器(1)内；气流产生构件，具备至少1个蓄压空间(5)、能够使上述蓄压空间(5)的压力上升的至少1个压力上升构件(3、4)、将在使上述触点(7a、7b)彼此离开时产生的电弧(8)与上述蓄压空间(5)连结的至少1个气体流路、以及用来对来自上述蓄压空间(5)的气体进行整流并向上述电弧(8)引导的绝缘喷嘴(6)，该气流产生构件对上述电弧(8)喷出上述气体；以及喷嘴内绝缘部件(32a)，在上述绝缘喷嘴(6)的内部与该绝缘喷嘴(6)同心状地配置；在该气体绝缘断路器中构成为，在上述绝缘喷嘴(6)的内壁部与上述喷嘴内绝缘部件(32a)的外壁部的间隙中，产生上述电弧(8)且流过上述气体。
2.如权利要求1所述的气体绝缘断路器，其特征在于，构成为，上述一对触点(7a、7b)、上述绝缘喷嘴(6)内的气体流路(61a)和上述喷嘴内绝缘部件 (32a)，为大致旋转轴对称形状；在设一个触点(7a)的外径为q>F、另一个触点(7b)的内径为φΜ、上述绝缘喷 嘴(6)内的气体流路(61a)的直径为φΝ、上述喷嘴内绝缘部件(32a)的外径为φI时， φN>φF>φM>φI。
3.如权利要求1或2所述的气体绝缘断路器，其特征在于，构成为， 至少1个上述压力上升构件，通过在上述电弧(8)中产生的热能来实现。
4.如权利要求1或2所述的气体绝缘断路器，其特征在于，将上述喷嘴内绝缘部件(32a)接合保持在一个上述触点(7a)上； 将该接合部上的金属、绝缘物和气体这3种介质接触的三重点(33)，配置在比该触点 (7a)的外周部靠里侧的位置上。
5.如权利要求1或2所述的气体绝缘断路器，其特征在于，构成为，将上述喷嘴内绝缘部件(32b)插入一个上述触点(7a)中而接合保持； 在该触点(7a)的中心轴上，以向上述喷嘴内绝缘部件(32a)的内部突出的方式配置电 场缓和屏蔽(36)；上述电场缓和屏蔽(36)与插入有上述喷嘴内绝缘部件(32b)的上述触点(7a)成为相 同电位。
6.如权利要求1或2所述的气体绝缘断路器，其特征在于， 在上述喷嘴内绝缘部件(32b)上沿轴向形成孔(37)；将除了沿轴向以外不动的导引棒(34)设置为，能够沿着上述喷嘴内绝缘部件的孔 (37)滑动。
7.如权利要求1或2所述的气体绝缘断路器，其特征在于，上述喷嘴内绝缘部件(32b)，由配合了对紫外光的反射作用比聚四氟乙烯大的添加物 的耐热性树脂形成。
8.如权利要求1或2所述的气体绝缘断路器，其特征在于，上述喷嘴内绝缘部件(32b)，由配合了从可见光到紫外光区域的吸收性比聚四氟乙烯大的添加物的耐热性树脂形成。
9.如权利要求1或2所述的气体绝缘断路器，其特征在于，上述喷嘴内绝缘部件(32c)为旋转轴对称形状，且以直径沿着轴向变得不均勻的方式 形成有锥面部(38)。
10.如权利要求1或2所述的气体绝缘断路器，其特征在于，构成为，将上述喷嘴内绝缘部件(32d)与某一个上述触点(7b)以进行相同运动的方式接合保 持，同时与另一个触点(7a)也机械地结合，并相互向相反方向运动。
11.如权利要求1或2所述的气体绝缘断路器，其特征在于，上述气体是地球暖化系数比六氟化硫气体低的单体气体或混合气体，且是在1个大气 压以上的压力且摄氏20度以下的状态下为气相的气体。
全文摘要
提供一种气体绝缘断路器，有助于产品的长寿命化及环境负荷的降低，并且能够实现紧凑化及低成本化，能够发挥较高的断路性能及可靠性。在绝缘喷嘴(6)的内部，与绝缘喷嘴(6)保持同心地设有圆筒形的喷嘴内绝缘部件(32a)。喷嘴内绝缘部件(32a)将固定电弧触头(7a)中与可动电弧触头(7b)相对的一侧作为前端侧，而牢固地接合在其前端侧端面上。
文档编号H01H33/91GK101826414SQ201010125899
公开日2010年9月8日 申请日期2010年2月25日 优先权日2009年3月6日
发明者内井敏之, 新海健, 森正 申请人:株式会社东芝