JP2009136032A - ガス絶縁開閉装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コンパクトなＧＩＳを提供する。
【解決手段】並列配置される２つの消弧室１６ｃ−１、１６ｃ−２、及び、２つの消弧室に対抗配置され且つ互いに直列に電気接続された第１の可動接触子１６ｈ−１及び第２の可動接触子１６ｈ−２を移動させて、２つの消弧室内の第１の固定接触子及び第２の固定接触子と第１の可動接触子及び第２の可動接触子とをそれぞれ接触又は開離させる操作機構部を有する遮断部１６と、第１の固定接触子に接続された１次側母線、第２の固定接触子に接続された２次側母線、１次側母線に配置される線路断路器１３、及び遮断部を収納する接地金属容器と、を有してガス絶縁開閉装置を提供する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ガス絶縁開閉装置に関し、特に、受変電設備に使用されるガス絶縁開閉装置に関するものである。

ガス絶縁開閉装置（以下「ＧＩＳ」と言う。）は、接地電位の気密容器内にＳＦ６ガスなどの絶縁性ガスを封入し、その容器内に遮断器、断路器、接地開閉器などの開閉機器類を収納してなるものである。ＧＩＳは、優秀な絶縁性能により、空気絶縁で構成する開閉装置に比べて、その敷地面積を大幅に縮小することができる。

近年、更なる変電所の建設コストの低減要求があり、ＧＩＳにも更なる設置面積の縮小化が求められている。

垂直方向に機器を収納することで省スペース化を図った１回線受電及び２系列接続用のＧＩＳが提案されている（下記特許文献１）。
図６は、従来のＧＩＳの側面断面図である。図示のように、ＧＩＳ１００は、ケーブルヘッド１０１により高圧回路に接続される。また、ＧＩＳ１００は、線路側接地開閉器１０２、断路器１０３、計器用変圧器１０４、避雷器１０５、及び変流器１０６、及び遮断器１１７を密閉容器１１１に収納している。そして、遮断器１１７の開閉接触子である可動接触子１１７ｂおよび固定接触子１１７ｃは、絶縁容器１１７ａ内に収納されており、上部に固定接触子１１７ｃを配置し、その下部に可動接触子１１７ｂが操作装置１１５の駆動力で垂直動作するように取り付けられている。

また、自己消弧（ＡＥ：Auto Expansion）型遮断器という、他のパッファ型の遮断器と比べて、小型の遮断器がある（下記特許文献２）。図７を用いて、ＡＥ型遮断器を説明する。この遮断器は、可動接触子５が固定接触子１と接触すると、電流は、端子８−固定接触子１−可動接触子５という経路を通って流れる。遮断器の遮断動作時には、図示しない操作機構により可動接触子５が図示の上方に移動させられ、固定接触子１と可動接触子５が開離し、両接触子１、５間にアークが発生する。更に可動接触子５が上方に移動すると、アークの一端は固定接触子１からアークランナ７へ移り、アークはアークランナ７と可動接触子５の間で発生する。この時、電流は端子８−固定接触子１−コイル２−アークランナ７−アーク−可動接触子５という経路を通って流れる。コイル２に電流が流れることにより発生したアークと交差する磁界はアークを駆動し、アークは図示中心線を中心としてアークランナ７上を高速で回転運動をする。この磁気アーク駆動による消弧作用により電流遮断が行われる。

また、可動接触子５がノズル４の開口を塞いでいる間、絶縁容器６、端子８、固定接触子１、コイル２、及びアークランナ７から構成される消弧室３は密封されている。この消弧室３内でアークが高速回転すると、昇圧室３内のガスはアークエネルギにより膨張・加圧され、昇圧室３内に高圧ガスが蓄積される。そして、可動接触子５が更に上方に移動してノズル４から外れると、昇圧室３内に蓄積されていた高圧ガスはノズル４の開口を通して高速で外部の排気側へ流れ出す。これにより、アークランナ７と可動コンタクト５の間に発生しているアークに対してガス吹き付けが行われ、この熱パッファによる消弧作用により電流遮断が行われる。

特開２００１−１１２１２６号公報 特許第３１３２２２６号

しかし、図６に示すＧＩＳでは、遮断器１１７や線路側設置開閉器１０３は垂直方向の寸法が大きいため、ケーブルヘッド１０１が、ＧＩＳ１００の水平方向に突き出す構成となっている。このため、ＧＩＳの水平方向の寸法Ｌが大きくなり、製作コストも高くなるという欠点があった。
上述のような問題点に鑑み、小型化、低コスト化を実現するためのＧＩＳを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、並列配置される２つの消弧室、及び、２つの消弧室に対抗配置され且つ互いに直列に電気接続された第１の可動接触子及び第２の可動接触子を移動させて、２つの消弧室内の第１の固定接触子及び第２の固定接触子と第１の可動接触子及び第２の可動接触子とをそれぞれ接触又は開離させる操作機構部を有する遮断部と、第１の固定接触子に接続された１次側母線、第２の固定接触子に接続された２次側母線、１次側母線に配置される線路断路器、及び遮断部を収納する接地金属容器と、を有するガス絶縁開閉装置を提供する。

上記ガス絶縁開閉装置は、１次側母線に接続されるケーブルヘッドを接地金属容器の下部に有しても良く、２次側母線を収納する母線容器をさらに有しても良い。また、上記ガス絶縁開閉装置は、２系例目のケーブルヘッド又は計器用変圧器と接続するための接続端子を有することができる。

本発明に係るＧＩＳによれば、容器内における遮断器の占有空間が極めて小さくなるため、従来のＧＣＢが占有した容器内の空間を、有効に活用すると共に、遮断器の設置位置の自由度を向上することができる。これにより、ＧＩＳ全体の寸法を小さくし、ＧＩＳの敷地面積の縮小化、及び操作器の操作性向上を図ることができる。

また、本発明に係るＧＩＳによれば、２つの消弧室を容器内で水平方向に並列配置し、直列に電気接続された可動接触子により接続することで、２つの消弧室も電気的に直列接続する。そのため、遮断器は、２つの消弧室により２箇所の異なる遮断領域を有し、１つの遮断領域しか有さない遮断器と比して、アークの放電電流は小さくなり、遮断性能の信頼性を向上させる。また、遮断領域が２箇所あるため、１つの遮断領域しか有さない通常の遮断器及び通常の断路器の有する回路時の絶縁性能を容易に実現することができる。

（第１の実施形態）
本発明の実施形態について図を用いて説明をする。
図１は、１回線受電及び２系列接続用ＧＩＳを示す単線結線図である。図１の単線結線図には、ケーブルヘッド（以下「ＣＨＤ」と言う。）により高圧回路と接続され、線路側接地開閉器（以下「ＬＥＳ」と言う。）、断路器（以下「ＤＳ」と言う。）、接地開閉器（以下「ＥＳ」と言う。）、変流器（以下「ＣＴ」と言う。）、遮断器（以下「ＧＣＢ」と言う。）により構成される１回線受電及び２系列接続用のＧＩＳが示される。

図２は、図１の構成を有する第１の実施形態によるＧＩＳの側面断面図である。ＧＩＳ１０ａは、接地金属容器である容器１１を有し、その接地金属容器の中に、ＣＨＤ１２、ＬＥＳ１３、線路側のＤＳ／ＥＳ１４、ＣＴ１５、１８、ＧＣＢ１６、ＥＳ１９、及び母線を収納することができる。また、ＧＩＳ１０ａは、さらに、接地金属容器である母線容器２１ａ、２１ｂを有し、その中に、母線と、ＤＳ２２ａ、２２ｂとを収納することができる。ＣＨＤ１２は、受電側（１次側）母線と接続可能であり、母線容器２１ａ、２１ｂは、図示されない他のＧＩＳと（２次側）母線を共有することができ、そして図示されない変圧器に接続され得る。なお、ＣＨＤ１２、ＬＥＳ１３、ＤＳ／ＥＳ１４、ＤＳ２２ａ、２２ｂ、ＣＴ１５、１８、ＧＣＢ１６、ＥＳ１９は、特に明示されない限り各相に設けられる。

図３は、ＧＣＢの詳細を示す側面断面図である。ＧＣＢ１６は、２つの遮断ユニット１６−１、１６−２を有する。遮断ユニット１６−１は、ＣＨＤ側（１次側）の電気接続を遮断し、もう１つの遮断ユニット１６−２は、母線容器２１ａ、２１ｂ側（２次側）の電気接続を遮断するように機能する。

遮断ユニット１６−１、１６−２は、それぞれが単一のＡＥ型遮断器として機能する。各遮断ユニット１６−１、１６−２は、それぞれ、図７に示したＡＥ型遮断器と同様に、母線に接続した端子１６ａ−１、１６ａ−２、固定接触子１６ｃ−１、１６ｃ−２、アークランナ１６ｄ−１、１６ｄ−２、コイル１６ｅ−１、１６ｅ−２、可動接触子１６ｈ−１、１６ｈ−２、絶縁容器１６ｇ−１、１６ｇ−２を有する。また、絶縁容器１６ｇ−１、１６ｇ−２の一部は、ノズル１６ｆ−１、１６ｆ−２として機能する。そして、図７で説明した消弧室３と同様に、遮断ユニット１６−１、１６−２の消弧室１６ｂ−１、１６ｂ−２は、それぞれ、端子１６ａ−１、１６ａ−２、固定接触子１６ｃ−１、１６ｃ−２、アークランナ１６ｄ−１、１６ｄ−２、コイル１６ｅ−１、１６ｅ−２、絶縁容器１６ｇ−１、１６ｇ−２からそれぞれ構成される。

１つの遮断ユニットによっても、１次側と２次側の電気接続を遮断することは可能である。しかしながら、本実施形態においては、遮断ユニットが非常に小型であるため、ＧＣＢ１６は、遮断性能および絶縁性能を考慮して並列配置した２つの遮断ユニットを有する。さらに、ＧＣＢ１６では、可動接触子１６ｈ−１、１６ｈ−２と固定接触子１６ｃ−１、１６ｃ−２とが接続されている場合、端子１６ａ−１、固定接触子１６ｃ−１、可動接触子１６ｈ−１、導体ブリッジ１６ｋ、可動接触子１６ｈ−２、固定接触子１６ｃ−２、端子１６ａ−２の順番で電気的に直列に接続される。

そして、電気的に絶縁されている操作機構１６ｊの動作によって、操作機構１６ｊに連結された導体ブリッジ１６ｋが図示の上方へ移動することで、可動接触子１６ｈ−１、１６ｈ−２は固定接触子１６ｃ−１、１６ｃ−２から互いに同時に開離動作を行う。アークの消弧作用は、図７を用いて説明したと同じように、磁気アーク駆動及び熱パッファによる消弧作用で行われる。そのため、１次側と２次側との遮断を、２つの遮断ユニット１６−１、１６−２の２つの遮断動作により同時に実行するため、通常の１つの遮断領域を有するＧＣＢと比して、アークの放電電流が小さくなり、遮断性能の信頼性が飛躍的に向上する。さらに遮断後の１次側と２次側との絶縁は、２つの固定接触子及び可動接触子間で取られるため、通常のＧＣＢの開離（遮断）状態はもちろんのこと通常のＤＳの断路状態の有する絶縁性能をも実現することができる。

ＧＣＢ１６は、このように、２つの消弧室を互いに電気的に直列接続し、さらに、位置的に並列配置するため、１つの遮断領域しか有さないＧＣＢと比して、高い遮断性能及び絶縁性能を提供する。さらに、ＧＣＢ１６は、ＧＩＳ内での占有体積は極めて小さいため、従来のＧＣＢが占有した容器内の空間を、ＣＨＤ１２のＧＩＳ１０ａ下部配置などのように有効に活用することができる。これにより、ＧＩＳ全体の寸法を小さくすることができる。

（第２の実施形態）
図４は、第２の実施形態によるＧＩＳの側面断面図である。ＧＩＳ１０ｂは、容器１１を有し、その中に、ＣＨＤ１２、ＬＥＳ１３、ＤＳ／ＥＳ１４、（図示しない）ＣＴ１５、１８、ＧＣＢ１６（図３を用いて説明したものと同じ）、避雷器（以下、「ＬＡ」と言う）１７、ＥＳ１９、及び１次側母線を収納することができる。また、ＧＩＳ１０ｂは、さらに、接地金属容器である母線容器２１ａ、２１ｂを有し、その中に、母線と、ＤＳ２２ａ、２２ｂとを収納し、且つ、開口３１を介して２条目のＣＨＤ及び／又は計器用変圧器（以下、「ＶＴ」と言う。）と接続可能な接続端子３２を有する。

ＧＩＳ１０ｂでは、容器１１内におけるＧＣＢ１６の占有空間が極めて小さくなるため、従来のＧＣＢが占有した容器内の空間を、ＣＨＤ１２のＧＩＳ１０ｂ下部配置、２系列目のＣＨＤ及び／又はＶＴと接続可能な接続端子３２を設置するなど、有効に活用することができる。これにより、ＧＩＳ全体の寸法を小さくすることができる。

（第３の実施形態）
図５は、第３の実施形態によるＧＩＳの側面断面図である。ＧＩＳ１０ｃは、容器１１を有し、その中に、ＣＨＤ１２、ＬＥＳ１３、（図示しない）ＣＴ１５、１８、ＧＣＢ１６（図３を用いて説明したものと同じ）、ＬＡ１７、ＥＳ１９、及び母線を収納することができる。また、ＧＩＳ１０ｃは、さらに、母線容器２１ａ、２１ｂを有する。

このように、容器１１内におけるＧＣＢ１６の占有空間が極めて小さくなるため、従来のＧＣＢが占有した容器内の空間を、ＣＨＤ１２のＧＩＳ１０ｃの下部配置など、有効に活用することができる。これにより、ＧＩＳ全体の寸法を小さくすることができる。

さらに、上述したように、ＧＣＢ１６の絶縁特性が高いため、ＧＩＳ１０ｃは、ＤＳ／ＥＳ１４を必要としない。そのため、装置数を減少し、ＧＩＳ１０ｃの垂直方向の寸法を大幅に小さくすることができる。さらに、ＧＩＳ１０ｃは、ＤＳ、ＥＳ、ＧＣＢの操作器の位置を下げるなど、ＧＩＳの小型化及び操作器の操作性向上を図ることができる。

なお、上記した第３の実施形態において適用されるＧＣＢ１６は、操作機構部１６ｊが水平方向に移動することによって接触子間の接続、開離が行われる。このように、ＧＣＢ１６の接続開離動作は垂直方向に限定されるものではなく、従来のＧＣＢが占有した容器内の空間を、有効に活用すると共に、ＧＣＢ１６の設置位置の自由度を向上することができる。そのため、他の実施形態に係るＧＩＳでは、母線と端子の位置関係によって、可動接触子１６ｈ−１、１６ｈ−２が下方に移動することで開離する場合があってもよい。

以上説明した実施形態は典型例として挙げたに過ぎず、その変形及びバリエーションは当業者にとって明らかであり、当業者であれば本発明の原理及び請求の範囲に記載した発明の範囲を逸脱することなく上述の実施形態の種々の変形を行えることは明らかである。例えば、本実施形態は、ＡＥ型ＧＣＢをＧＩＳに適用した例を示したが、真空遮断器（ＶＣＢ）の遮断部（ＶＩ）をＧＩＳに適用することも可能である。

一実施形態に係るＧＩＳの単線結線図である。 第１の実施形態によるＧＩＳの側面断面図である。 ＧＣＢの詳細を示す側面断面図である。 第２の実施形態によるＧＩＳの側面断面図である。 第３の実施形態によるＧＩＳの側面断面図である。 従来のＧＩＳの側面断面図である。 従来のＡＥ型遮断器を示す側面断面図である。

符号の説明

１０ ＧＩＳ
１１ 容器
１２ ＣＨＤ
１３ ＬＥＳ
１４ ＤＳ／ＥＳ
１５、１８ ＣＴ
１６ ＧＣＢ
１６−１、１６−２ 遮断ユニット
１６ａ−１、１６ａ−２ 端子
１６ｂ−１、１６ｂ−２ 消弧室
１６ｃ−１、１６ｃ−２ 固定接触子
１６ｄ−１、１６ｄ−２ アークランナ
１６ｅ−１、１６ｅ−２ コイル
１６ｆ−１、１６ｆ−２ ノズル
１６ｈ−１、１６ｈ−２ 可動接触子
１６ｇ−１、１６ｇ−２ 絶縁容器
１６ｊ 操作機構部
１６ｋ 導体ブリッジ
１７ ＬＡ
１９ ＥＳ
２１ａ、２１ｂ 母線容器
２２ａ、２２ｂ ＤＳ
３１ 開口
３２ 接続端子

Claims (4)

1. 並列配置される２つの消弧室、及び、該２つの消弧室に対抗配置され且つ互いに直列に電気接続された第１の可動接触子及び第２の可動接触子を移動させて、該２つの消弧室内の第１の固定接触子及び第２の固定接触子と前記第１の可動接触子及び第２の可動接触子とをそれぞれ接触又は開離させる操作機構部を有する遮断部と、
   前記第１の固定接触子に接続された１次側母線、前記第２の固定接触子に接続された２次側母線、前記１次側母線に配置される線路断路器、及び前記遮断部を収納する接地金属容器と、
   を有することを特徴とするガス絶縁開閉装置。
2. 前記１次側母線に接続されるケーブルヘッドを前記接地金属容器の下部に有する請求項１に記載のガス絶縁開閉装置。
3. ２系例目のケーブルヘッド又は計器用変圧器と接続するための接続端子を有する請求項２に記載のガス絶縁開閉装置。
4. 前記２次側母線を収納する母線容器をさらに有する請求項１〜３のいずれか一項に記載のガス絶縁開閉装置。

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