JP2007141679A - ガス遮断器 - Google Patents

Abstract

【課題】アークの回転が望まれる場所でアークに直交する磁界成分を高め、小電流域であってもアークの回転を促進して、より高い遮断性能を実現するガス遮断器を提供する。
【解決手段】第１接触子１の先端前方部には非磁性体からなる導電性金属製のアークランナ５を設置している。アークランナ５はアークランナ支え８によって第１接触子１の取付部と導通している。アークランナ５の外側には軸方向に磁化された環状の永久磁石７を配置し、永久磁石７における第２アーク接触子２との対向面にはアークランナ５外周部と接するようにして磁性体からなるランナエッジ６を設置している。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁気駆動アーク回転形のガス遮断器に関するものであり、特に、小電流域でのアーク回転効率を高めたガス遮断器に係るものである。

現在、電力系統においては、絶縁媒体及び消弧媒体としてSF6ガスを使用したガス遮断器が提案されている。この中でも、磁気によってアークを駆動、回転させる磁気駆動アーク回転形のガス遮断器は、高い消弧性能を発揮するものとして広く用いられている。このタイプのガス遮断器は、機械的にガスを圧縮するのではなく、アークに磁界を印加してこれを高速回転せしめ、その攪拌効果によって密閉された容器内での高ガス圧力を獲得するようになっている（例えば、特許文献１参照）。

ここで、従来の磁気駆動アーク回転形のガス遮断器の一例としてガス遮断器の消弧室の断面図を図６に示す。図６において一点鎖線は通常運転時の状態、実線は開極動作過程後期の状態を示している。消弧性ガスが充填された図示しない密閉容器内には、図示しない主回路に接続された取り付け部１ａによって固定された第１アーク接触子１と、移動可能に設けられた第２アーク接触子２が対向して配置されている。これら第１アーク接触子１および第２アーク接触子２は、一点鎖線で示すように通常運転時は接触導通状態にあり、実線で示すように開極動作過程では非接触状態にある。

第１アーク接触子１は昇圧室４内に固定されており、昇圧室４の底面部中央には絶縁ノズル３が形成されている。絶縁ノズル３は第２アーク接触子２が挿通可能であり、昇圧室４の圧力が上昇すると、ここから密閉容器内にガス流が噴出されるようになっている。また、第２アーク接触子２は図示しない駆動装置により図中上下方向に駆動するようになっている。

第１アーク接触子１の先端前方部にはアークランナ５が設置され、第１アーク接触子１の外側にはアークランナ支え８が配置されている。アークランナ５およびアークランナ支え８はいずれも導電性金属からなる。また、アークランナ支え８によって第１アーク接触子１の取り付け部とアークランナ５とが導通されている。さらに、アークランナ支え８の外側には電磁コイル１１が配置されている。

第２アーク接触子２が駆動されて第２アーク接触子２と第１アーク接触子１とが開離すると、両接触子１、２間にアーク９が発生する。さらに第２アーク接触子２の駆動が進み、第２アーク接触子２がアークランナ５を通過すると、アーク９の一端は第１アーク接触子１からアークランナ５へと移り、アーク９はアークランナ５と第２アーク接触子２との間で発生する。この時、電流は取り付け部１ａ、電磁コイル１１、アークランナ５、アーク９、第２アーク接触子２という経路をとる。

アーク９に対し電磁コイル１１にて発生した磁界が印加されてアーク９は電磁力によって駆動し、アークランナ５上を高速回転する。これによってアーク９の熱が昇圧室４に拡散されて、昇圧室４の圧力が上昇し、ガス流が絶縁ノズル３を通って密閉容器内に噴出して行く。このガス流が回転するアーク９に吹き付けられることでアーク９は効率よく冷却され、良好な遮断性能を得ることができる。

以上のように磁気駆動アーク回転形のガス遮断器では、磁気駆動によってアーク９を回転させることで、アーク９の熱を攪拌させてアーク９へ吹き付けるガス流を獲得すると同時に、回転するアーク９にガス流を吹き付けることで冷却効率を高めることができ、これにより優れた遮断性能を実現している。

しかし、上記のガス遮断器の場合、励磁するための電流として遮断すべき電流自身を使用しているので、遮断すべき電流が小電流の場合には、それに比例して発生する磁界も小さくなる。したがって、小電流域ではアーク９を効果的に回転させることが困難となっていた。

そこで小電流域での磁界低下を防ぐ方法のひとつとして、電磁コイル１１の代わりに永久磁石を適用する従来技術も提案されている（特許文献２参照）。
特許３１３２２２６号公報 特許３０００７３５号公報

ところで、永久磁石は一般的に熱に弱く、高温のアーク９からはある程度離して配置する必要がある。しかし、磁界の強さは、非磁性体中では急速に低下するため、アーク９からの熱を避けるべく、永久磁石をアーク９から離して位置させるとなると、永久磁石から離れるにしたがって、磁界が弱くなってしまい、アーク９が回転しなくなるという問題があった。

また、永久磁石の磁力を効果的に利用するために、アークランナ５を鉄などの磁性体で構成して、その表面にアーク９を走行させることも考えられる。しかし、この構成では、アークランナ５から発生する磁力線は磁性体に垂直であって、またアーク９もアークランナ５から垂直に流れ出ることになる。つまり、最も磁界が強いはずのアーク９点弧付近ではアーク９に対して平行な磁界ばかりが存在することになり、アーク９に対して直交する磁界がほとんどないことになる。このような状況ではアーク９は効率よく回転運動を行うことができなかった。

本発明では、上記のような従来技術の課題を解決するために提案されたものであり、アークの回転が望まれる場所でアークに直交する磁界成分を高め、小電流域であってもアークの回転を促進して、より高い遮断性能を実現するガス遮断器を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明は、消弧性ガスが充填された密閉容器内に、対向配置された第１アーク接触子および第２アーク接触子を有し、前記第１アーク接触子および第２アーク接触子は、通常運転時は接触導通状態にあり、開極動作時は相対移動しつつ開離して前記第１アーク接触子と第２アーク接触子との間の空間にアークが発生するようにして、前記アークに対して少なくとも一部に該アークと垂直方向の成分を持つ磁界を発生せしめるガス遮断器において、次のような特徴を有している。

すなわち、前記第１接触子の先端前方部には非磁性体からなる導電性金属製のアークランナを前記第１接触子に導通して設置し、前記アークランナの外側には軸方向に磁化された環状の永久磁石を配置し、前記永久磁石における前記第２アーク接触子との対向面には前記アークランナ外周部と接するようにして磁性体からなるランナエッジを設置したことを特徴としている。

このような本発明では、アークランナ外側に配置された永久磁石によってランナエッジが磁化され、ランナエッジから磁界が発生する。この時、ランナエッジからの磁力線はアークランナを通過するが、アークランナは非磁性体なので、磁力線は永久磁石の軸方向ではなく径方向に広がることになる。一方、第１アーク接触子および第２アーク接触子間に生じたアークの電流はアークランナ表面に対し垂直に流れるため、ランナエッジから生じた磁界の径方向成分はアークと垂直方向の成分となって回転方向に電磁力が発生する。

これにより、アークはアークランナ上を高速回転し、ガス流が回転するアークに吹き付けられて冷却され、良好な遮断性能を得ることができる。また、永久磁石はアークから離れた位置に配置しているので、アーク熱の影響を受ける心配が無く、永久磁石から常に高い磁界を得ることができる。このため、小電流域であってもアークを確実に回転させることが可能であり、遮断性能の安定化を図ることができる。

本発明によれば、アークランナを非磁性体とし、永久磁石にてランナエッジを磁化することにより、アークの回転が望まれる場所でアークに直交する磁界を高めることができ、小電流域であってもアークの回転を促進して、より高い遮断性能を実現するガス遮断器を提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態（実施形態）について、図面を参照して詳細に説明する。なお、下記の実施形態はいずれも、図６にて説明した従来例と同様、磁気駆動アーク回転形のガス遮断器である。そのため、図６に示した従来例と同一の部材に関しては同一符号を付して説明は省略する。

（１）第１の実施形態
（１−１）構成
図１〜図３を参照して本発明に係る第１の実施形態を説明する。図１は本発明の第１の実施形態の閉極状態を示す断面図、図２は第１の実施形態の開極過程後期を示す断面図、図３は第１の実施形態の要部断面図である。

これらの図に示すように、第１接触子１の先端前方部にはアークランナ５が設置されている。第１アーク接触子１の外側にはアークランナ支え８が設置されている。このアークランナ支え８によって第１アーク接触子１取付け部とアークランナ５とが導通している。アークランナ支え８とアークランナ５は導電性金属製の非磁性体からなる。

アークランナ５の外側には軸方向に磁化された環状の永久磁石７が配置されている。ここで、軸方向とは、第２アーク接触子２の移動方向をいう。永久磁石７における第２アーク接触子２との対向面には磁性体で作られたランナエッジ６が設置されている。なお、ランナエッジ６はその内周部がアークランナ５の外周部と接するように配置されている。

（１−２）作用効果
このような構成をとる本実施形態では、ランナエッジ６は磁性体であるために永久磁石７によって磁化され、あたかも磁石のように磁界を発する。図３は本実施形態における第１アーク接触子１、永久磁石７、アークランナ５及びランナエッジ６部分を取り出し、アークランナ５を横切る磁力線１０（点線にて図示）の様子を模式的に示したものである。

ランナエッジ６から発せられる磁力線１０は取り付け部１ａ側に向かって伸び、その途中において一部がアークランナ５表面を通過する。この際、アークランナ５は非磁性体なので磁力線１０はアークランナ５表面に対して垂直とはならず、磁界の径方向成分が大きく広がることになる。

このような状況下において開極動作を行った場合（図１から図２への動作）、作用効果は次の通りである。まず、アーク９は当初第１アーク接触子１と第２アーク接触子２との間で点弧するが、開極とともに接触子１、２間の距離が離れてアーク９が揺れると共に、永久磁石７による磁界による電磁力およびアーク９自身によって発せられる電磁力によってアークランナ５上へと移行する。

つまり、アーク９の一端は第１アーク接触子１からアークランナ５へと移り、アーク９はアークランナ５と第２アーク接触子２との間で発生する。アーク９の電流はアークランナ５上ではアークランナ５表面に対して垂直に流れるため、ランナエッジ６によって生じた磁界の径方向成分との作用によって回転方向に電磁力が発生する。

この結果、アーク９はアークランナ５上を高速回転する。これによってアーク９の熱が昇圧室４に拡散されて、昇圧室４の圧力が上昇し、ガス流が絶縁ノズル３を通って密閉容器内に噴出して行く。このガス流が、回転するアーク９に吹き付けられてアーク９が冷却され、良好な遮断性能を得ることができる。

また、永久磁石７はアーク９から離れた位置に配置しているので、アーク９の熱の影響を受けることが無く、永久磁石７から常に高い磁界を得ることができる。このため、小電流域であってもアーク９を確実に回転させることができ、高い遮断性能を安定して得ることができる。

以上のような本実施形態によれば、ランナエッジ６を設けない場合と比べてて、得られる電磁力が飛躍的に増大し、アーク９はアークランナ５上を効率的に回転することができる。その結果、アーク９熱が効果的に拡散して圧力が増大すると共に、電流零点付近であってもアーク９の冷却を効果的に行うことができ、遮断性能のより高い遮断器を得ることができる。

（２）第２の実施形態
（２−１）構成
次に、図４を用いて本発明に係る第２の実施形態を具体的に説明する。図４は第２の実施形態の要部断面図である。図４に示すように、第２の実施形態では、上記第１の実施形態で用いていた永久磁石７のかわりに電磁コイル１１を用いている。

電磁コイル１１はその一方の端部がアークランナ５に、もう一方の端部が第１アーク接触子１の根元側の取り付け部１ａに接続され、アーク９がアークランナ５に移行後はガス遮断器を流れる電流に対して直列に電磁コイル１１が挿入されるようになっている。また、アークランナ支え８は少なくとも一部は絶縁物で構成され、電磁コイル１１両端が電気的に短絡されないような構成となっている。

（２−２）作用効果
このような構成をとる本実施形態においても、ランナエッジ６は磁性体であるために電磁コイル１１によって磁化され、あたかも磁石のように磁界を発して前記図３にて示したような磁力線１０を形成することになる。すなわち、アークランナ５表面上に径方向成分を持つ磁界を生じさせることができ、アーク９をアークランナ５上で効率的に回転させて前記第１の実施形態と同様な作用効果を得ることが可能である。

（３）第３の実施形態
（３−１）構成
続いて、図５にて本発明に係る第３の実施形態を説明する。図５は本発明の第３の実施形態の要部断面図である。図５に示すように、第３の実施形態の特徴は、上記第１の実施形態で用いていたアークランナ５を省いて、ランナエッジ６のみが永久磁石７の前面に設置されている点にある。ランナエッジ６は第１アーク接触子１先端とほぼ水平となるように設置されている。

（３−２）作用効果
このような構成をとる第３の実施形態でも、ランナエッジ６によって発せられる磁力線１０は第１アーク接触子１先端部付近において径方向成分を持つ磁界を生じさせることができる。このため、アーク９を第１アーク接触子１先端部表面上において効率良く回転させることができる。したがって、上記実施形態と同様、優れた遮断性能を発揮できる。しかも、アークランナ５を省いたことにより構成の簡略化を図ることも可能である。

（４）他の実施形態
本発明は、上記のような実施形態に限定されるものではなく、例えば、第１の実施形態で用いていた環状の永久磁石７に変えて、棒磁石を複数本、アークランナ支え８の外周に配置してもよい。このような実施形態によっても、環状の永久磁石７を用いていた場合と同様にアークランナ５表面上に径方向成分を持つ磁界を生じさせることが可能であり、アーク９を効率的に回転させて高い遮断性能を得ることができる。また、第２の実施形態の変形例として、アークランナ支え８を省略し、電磁コイル１１のみによってアークランナ５を支持するようにしてもよい。

本発明の第１の実施形態の閉極状態を示す断面図。 第１の実施形態の開極過程後期を示す断面図。 第１の実施形態の要部断面図。 本発明の第２の実施形態の要部断面図。 本発明の第３の実施形態の要部断面図。 従来のガス遮断器の開極状態を示す断面図。

符号の説明

１…第１アーク接触子
１ａ…取り付け部
２…第２アーク接触子
３…絶縁ノズル
４…昇圧室
５…アークランナ
６…ランナエッジ
７…永久磁石
８…アークランナ支え
９…アーク
１０…磁力線
１１…電磁コイル

Claims (4)

1. 消弧性ガスが充填された密閉容器内に、対向配置された第１アーク接触子および第２アーク接触子を有し、前記第１アーク接触子および第２アーク接触子は、通常運転時は接触導通状態にあり、開極動作時は相対移動しつつ開離して前記第１アーク接触子と第２アーク接触子との間の空間にアークが発生するようにして、前記アークに対して少なくとも一部に該アークと垂直方向の成分を持つ磁界を発生せしめるガス遮断器において、
   前記第１接触子の先端前方部には非磁性体からなる導電性金属製のアークランナを前記第１接触子に導通して設置し、
   前記アークランナの外側には軸方向に磁化された環状の永久磁石を配置し、
   前記永久磁石の前記第２アーク接触子との対向面には前記アークランナ外周部と接するようにして磁性体からなるランナエッジを設置したことを特徴とするガス遮断器。
2. 消弧性ガスが充填された密閉容器内に、対向配置された第１アーク接触子および第２アーク接触子を有し、前記第１アーク接触子および第２アーク接触子は、通常運転時は接触導通状態にあり、開極動作時は相対移動しつつ開離して前記第１アーク接触子と第２アーク接触子との間の空間にアークが発生するようにして、前記アークに対して少なくとも一部に該アークと垂直方向の成分を持つ磁界を発生せしめるガス遮断器において、
   前記第１接触子の先端前方部には非磁性体からなる導電性金属製のアークランナを前記第１接触子に導通して設置し、
   前記アークランナの外側には電磁コイルを設置し、
   前記アークランナの一部は絶縁体であるか前記電磁コイルのみによって前記アークランナを支持し、
   前記電磁コイルの前記第２アーク接触子との対向面には前記アークランナ外周部と接するようにして磁性体からなるランナエッジを設置したことを特徴とするガス遮断器。
3. 消弧性ガスが充填された密閉容器内に、対向配置された第１アーク接触子および第２アーク接触子を有し、前記第１アーク接触子および第２アーク接触子は、通常運転時は接触導通状態にあり、開極動作時は相対移動しつつ開離して前記第１アーク接触子と第２アーク接触子との間の空間にアークが発生するようにして、前記アークに対して少なくとも一部に該アークと垂直方向の成分を持つ磁界を発生せしめるガス遮断器において、
   前記第１接触子の外側には軸方向に磁化された環状の永久磁石を配置し、
   前記永久磁石の前記第２アーク接触子との対向面には磁性体からなるランナエッジを設置したことを特徴とするガス遮断器。
4. 前記永久磁石は、複数の棒状の永久磁石からなることを特徴とする請求項１または３にに記載のガス遮断器。

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