JP2013502030A - 動作エネルギーを削減した中電圧又は高電圧遮断器の遮断チャンバ - Google Patents

Abstract

本発明は、制御動力を削減した新しい遮断チャンバ（１）に関する。
【選択図】図１

Description

本発明は、代表的には７．２キロボルト（ｋＶ）から８００ｋＶである、中電圧又は高電圧の遮断器に用いることを目的とする遮断チャンバに関する。

興味深いある特定の出願が、発電機回路遮断器に用いられている。

この特定の出願では、主として６３キロアンペア（ｋＡ）以上の大きな短絡回路電流を遮断できることが必要不可欠であり、その３極遮断器の開放及び閉鎖の動作は、すべて、遮断チャンバの外側に取り付けられたバネ駆動機構の動作によって行われなければならない。

そして、短絡電流を通す部分に必要な質量及び体積（容量）は、前記短絡電流の大きさと共に増大する。

短絡回路電流を遮断するための前記部分の運動に必要な動作エネルギーは、こうして、遮断チャンバの外部に取り付けられた標準的な低エネルギーのバネ駆動機構を使用することができない段階にまで増大する。

この問題を解決するために、外部駆動機構の規模を大きくする様々な代替案が提案されてきた。

仏国特許第２４３５１１８号 欧州特許第０４４１２９２号 国際公開第２００６／０６６４２０号 英国特許第１５７００３５号

例えば、特許文献１は、閉鎖動作の間は外部駆動機構によって圧縮され、開放動作の間は、ガス噴射容積に存在する消弧ガスを圧縮する機能を持つコイルバネ２０を、遮断チャンバ内に組み入れた解決法を説明している。上記特許文献の図５及び６の実施形態について参照すると、アーク接点１８の周りに一体的に形成された噴射ピストン１５を支持するコイルバネ２０は、閉鎖動作の間は、駆動機構と接続された別のアーク接点２１によって圧縮される。開放動作の間は、コイルバネ２０は伸張し、ひいてはガス噴射容積３０に存在するガスを圧縮する。大電流遮断時には、この容積３０内の圧力は、アーク２５からのエネルギーによるガスの加熱によって更に上昇する。

前記解決法の主な欠点は、アークからのエネルギーにより圧力が上昇すると、ピストン１５が押し戻されることである（図５及び６で左方向に）。このことはガス噴射容積３０を拡げ、遮断中に消弧ガスの圧力を減少させる傾向がある。もう１つの欠点は、消弧がノズル２７ｂを通るただ１つのガス噴射に限定されることである。

同じく特許文献１の図３６及び３７の実施形態は、前記主な欠点を理論上は軽減することができる手段を備える。その手段は、ガス噴射容積３０の縁に配設されたラッチ４３で構成され、ピストン１５に設けられた溝４５に適合するようにされた板バネ４４によって駆動し、ひいては、並進中にバネが伸張してガスを圧縮する位置で、バネ２０を固定する。実際には、並進中にピストンを固定するこれらの機械的手段４３，４４，４５は、内部の圧力変動が大きすぎる（６０バール以上）最近の遮断チャンバでは、有効に使用できないことがわかる。つまり、機械的並進固定手段４３，４４，４５は、実際には、大きな短絡電流を遮断するときには、ピストン１５を固定することができない。

特許文献２は、上記のものに近く、更に、図３及び４に図示されているような短絡状態での作動であり、アーク接点４Ａに対して、容積Ｖ１とＶ４とから２つの噴射を同時に生じさせて、ノズル１６を通す解決法を開示している。しかし、大電流遮断時には容積Ｖ１は拡大し、結果として、消弧のために生じた追加的圧力が減少する。もう１つの欠点は、大きな短絡電流を遮断するときに、バネ１３の力が不十分な場合は、２つのアーク接点４Ａ，７Ａが互いに押し返す可能性があることである。更に、容積Ｖ１，Ｖ４からの同時噴射は互いに干渉する傾向がある。つまり、この解決法は大きな短絡電流には適用できない（＞２５ｋＡ）。

特許文献３は、図１で示されるように、容積２４で生じたガス噴射によって、アーク接点４及び５の間に生じたアークを冷却することである、他の解決法を開示している。容積２７から通路２９を通ってくる圧縮されたガスと同時に、アークからのエネルギーによるガスの加熱の結果として、容積２４内の圧力は上昇する。

この解決法の欠点は、容積２７が容積２４の外径にあることである。この外径は大きく、絶縁体３，３Ｃの直径を拡大させる傾向がある。

この解決法の他の欠点は、各可動部により異なるストロークが行われるため、噴射ピストン２８とアーク接点４とは、複雑な連携を通して同じ機構で動かされなければならず、また、この連携が、アーク接点４と５との間にアークが生じる前に、容積２７内の圧縮を完了しなければならないことである。

最も古い特許文献４から、アーク噴射ピストン３７に固定された棒４１と、可動アーク接点１４ の周囲を滑動し一時的に棒を支持するカップ３０と、加圧容積４０の全圧縮が完了するまで、バネ３８の作用下で噴射ピストンを同時に移動させる起動装置により、可動アーク接点１４が移動することと、を備えた遮断器の遮断チャンバが知られている。

この特許文献４による遮断チャンバは、最近の７．２ｋＶから８００ｋＶの高電圧遮断器のための要求性能に適合しない。実際に、開示された遮断チャンバでは、噴射容積６，２６内部で最初のアーク２７が発生することにより、噴射ガスの温度上昇が生じる。この温度上昇が容積６，２６の誘電特性に著しい劣化をもたらすため、最新の高電圧遮断器への不備を暗示する。

本発明の目的は、従って、従来技術の欠点を持たず、特に大きな短絡電流（≧６３ｋA）を遮断するときに要する動作エネルギーが低い、代表的には７．２ｋＶから８００ｋＶの高電圧又は中電圧遮断器のための遮断チャンバを提案することである。

この目的のため、本発明は、長手方向軸線に沿って伸びる、中電圧又は高電圧遮断器のための遮断チャンバであり、以下を備える。
・ 一対のアーク接点。うち１つの接点は固定され（固定アーク接点）、もう１つの接点は、電流遮断時にこれら２つのアーク接点を互いに離すために、作動棒により長手方向軸線に沿って動かすことができ（可動アーク接点）、前記可動アーク接点の並進ストロークは、電流をその値にかかわらず遮断するにも、また遮断器に必要な誘電強度を提供するにも十分である。
・ 前記固定アーク接点に取り付けられた噴射ノズル。
・ 前記噴射ノズルに放出する、一定の容積Ｖ２の噴射チャンバ。
・ 噴射チャンバのほぼ後方に、長手方向軸線ＸＸ'に対して平行に配置され、また、電流遮断時にピストンによって変形し噴射チャンバに放出される、容積Ｖ１の加圧チャンバ。
・ 一方の端部をピストンに直接固定され、もう一方の端部を不動部に固定されたコイルバネ。
・ 接点を閉じる動作の間、ピストンに直接固定されたバネを圧縮するため、また、容積Ｖ１の全圧縮を達成する、バネのストロークより大きな可動アーク接点のストロークを得るための、ピストンと可動アーク接点との間の一時的な機械的連結手段。容積Ｖ１内のガスの前記全圧縮は、また、アーク接点が離れるとおよそすぐに得られる。噴射チャンバは、接点の間の、アークが生じ電流を遮断する唯一の場所である、噴射チャンバの外側エリアにガス噴射を供給するために、噴射チャンネルを通して噴射ノズルへ放出する。

言い換えると、本発明はつまり、基本的に以下の組み合わせである。
・ 可動質量、更に遮断チャンバの運動エネルギーを削減するために、固定噴射容積及び固定噴射ノズルを画定すること。
・ 大電流を遮断するときは、主にガスの加熱によって噴射容積内に圧力上昇を生じさせ、また、小電流を遮断するときは、加圧容積を用いて圧力を上昇させること。
・ 全てのガスの圧縮を、コイルバネによって生じさせること。前記バネは、アーク接点がほぼ離れた時点でピストンを押圧し、ひいては加圧容積を圧縮し、バルブが開くと前記加圧容積の圧力上昇が噴射容積に伝達される。前記バネはピストンのすぐ後方に配設され、閉鎖動作の間は、一時的な機械的連結手段によって押されることで圧縮されている。バネと圧縮容積が近接しているために、ガスの圧縮に必要なエネルギーは最小化される。
・ ピストン及び可動アーク接点をそれぞれの必要なストロークに対して動かす、簡単な方法を達成すること。開放状態のアーク接点間において、電流をその値にかかわらず遮断するのに十分な距離を得るため、また遮断器に必要な誘電強度を達成するために、前記アーク接点のストロークは、ピストンの圧縮ストロークに追加的ストロークを加えたものに相当する。
・ ２つのガス噴射の配置を明確にすること。
・ 接点を閉鎖し、また可動アーク接点を開放する間運転するのに丁度十分なエネルギーを供給する、回路遮断器の外部の駆動推進機構の使用を可能にすること。

特許文献４のプリアンブルで言及された遮断チャンバと比較すると、本発明による遮断チャンバは、代表的には７．２ｋＶから８００ｋＶである最新の高電圧遮断器の要求性能に完全に適合している。

特許文献１及び２のプリアンブルで言及された遮断チャンバと比較すると、本発明による遮断チャンバは以下の特徴を有している。
・ 大電流遮断時の高い圧上昇と共に拡大することのない、一定の噴射容積Ｖ２。
・ 最新の高電圧回路遮断器で用いられるような、また、小径の通路を通してアークが生じる場所へ放出する、標準的形状の噴射チャンバ。
・ アークに対する、２つの消弧ガス噴射。

特許文献３のプリアンブルで言及された発明による遮断チャンバと比較すると、本発明による遮断チャンバは以下の特徴を有している。
・ 加圧チャンバが遮断チャンバの後方にあるため、可動部が小径であること。
・ ピストン及び可動アーク接点を動かすための単純な機構。
・ バネと加圧容積が近接していることによる効率性の改善。
・ 噴射チャンバの標準的な形状及び、高電圧遮断器に通常用いられる、噴射チャンバとアークエリアをつなぐ通路の標準的な形状。これは噴射容積内において高温と低温のガスの最適な混合を達成する。

実施例１では、一時的な機械的連結手段は、長手方向軸線に対して噴射及び加圧チャンバの外側にある。

一時的な機械的連結手段の有利な改良型は、ピストンに固定されたチューブであり、可動アーク接点に固定された常置接点自身と実質的に同じ直径を持ち、前記チューブは、容積Ｖ１内のガスが完全に圧縮されるまで、常置可動接点の端部を支持する。

実施例２では、一時的な機械的連結手段は、長手方向軸線に対して噴射チャンバ及び加圧チャンバの内側にある。

有利な改良型では、固定アーク接点は一般的なチューブ形状であり、一時的な機械的連結手段は、固定アークチューブの内側にある。原則的に常置接点と直径が等しいチューブである一時的な機械的連結手段を備えた、他の改良型によるチャンバに比べて、チャンバをもっとコンパクトにすることができるので、この改良型は有利である。

前記有利な改良型では、一時的な機械的連結手段はピストンに固定され、かつ、固定接点より直径の小さいチューブを有し、容積Ｖ１が完全に圧縮されるまで、前記チューブは可動アーク接点の端部を支持する。前記手段は可動アーク接点を一時的に支持する新しい機能を有し、常置接点と実質的に直径が等しいチューブである一時的な機械的連結手段を備える他の改良型に比べ、実現を容易にする。

本発明は、１本の棒と、上記で説明された遮断チャンバ１つ以上を有する、高電圧又は中電圧遮断器に関する。

本発明の他の利点と特徴は、図面と共に以下の詳細な説明を読むことで、より明白になる。

本発明による遮断チャンバの実施例１の縦断面図であり、接点が閉鎖した状態から全開して電流を遮断した状態までの異なる状態のうち、第１の状態を表す。 本発明による遮断チャンバの実施例１の縦断面図であり、接点が閉鎖した状態から全開して電流を遮断した状態までの異なる状態のうち、第２の状態を表す。 本発明による遮断チャンバの実施例１の縦断面図であり、接点が閉鎖した状態から全開して電流を遮断した状態までの異なる状態のうち、第３の状態を表す。 本発明による遮断チャンバの実施例１の縦断面図であり、接点が閉鎖した状態から全開して電流を遮断した状態までの異なる状態のうち、第４の状態を表す。 図１〜図４の遮断チャンバの横断面図である。 本発明による遮断チャンバの実施例２の縦断面図であり、接点が閉じた状態を表す。 本発明による遮断チャンバの実施例２の縦断面図であり、接点が全開して電流を遮断した状態を表す。

中電圧及び高電圧遮断器のための本発明の遮断チャンバ１は、長手方向軸線ＸＸ'に沿って伸び、絶縁ケース１０及び一対の常置接点２，３を備える。そのうち１つの接点３は固定され、もう１つの接点２は、図示しない作動棒により長手方向軸線ＸＸ'に沿って移動可能である。

本発明の遮断チャンバ１は、また、２つのアーク接点４，５を備える。そのうち１つの接点４は固定された上、固定常置接点３と接続され、もう１つの接点５は長手方向軸線ＸＸ'に沿って動かすことができ、可動常置接点２と接続される。アーク接点４，５は、電流遮断時には互いに離れるように構成される。可動アーク接点５の並進ストロークは、電流をその値にかかわらず遮断するのに十分であり、また、遮断器に必要な誘電強度をもたらすにも十分である。

噴射ノズル６は固定アーク接点４と接続される。

固定部７０と噴射ノズル６で画定された噴射チャンバ７は、電流遮断時にアーク接点間にアークが生じるチャンバ７の外側のＺゾーンに、ガス噴射を供給するため、小径の噴射チャンネル７００を通して噴射ノズル６に放出する一定容積Ｖ２を画定する。

加圧チャンバ８は、ピストン９によって変化し噴射チャンバ７に放出される、容積Ｖ１を画定する。加圧チャンバ８と噴射チャンバ７とは、長手方向軸線ＸＸ'に対して略平行に前後に配置されている。

コイルバネ１１は、一方の端部１１０でピストンに直接固定され、もう一方の端部１１１で固定部１２に固定される。

遮断チャンバ１は更に、接点４，５の閉鎖動作の間、ピストンを支持する、バネ１１を押圧するために、また、容積Ｖ１の全圧縮を達成するバネ１１のストロークより大きな、可動アーク接点５のストロークを得るために、ピストン９と可動アーク接点５との間に一時的な機械的連結を作り出す手段１３を備える。更に、アーク接点４，５が離れるとすぐに、容積Ｖ１の中のガスの全圧縮がおおむね実現される（図２）。

実施例１では、バネ１１はチャンバの外側の一時的連結手段によって圧縮される（図１〜５）。図のように、前記手段１３とは、ピン１３１でピストン９に固定されたチューブ１３０である。

実施例２では、バネ１１はチャンバ１の内側の一時的連結手段によって圧縮される（図６，７）。図のように、前記手段１３ は、ピストン９に固定され固定接点４より小径の、チューブ１３２である。前記チューブ１３２は、容積Ｖ１が完全に圧縮されるまで、可動アーク接点５の端部を支持する。

前記遮断チャンバ１がどのように働くかは、以下で更に説明する。

接点が閉じると、可動部２がチューブ１３０、つまり、ピン１３１でこれに接続されたピストン９（例えば図５参照）を押圧し、バネ１１を圧縮する。ピストン９の開口部９０に配設されたバルブ１４が、容積Ｖ１の圧力損失を防ぐ（図１）。

接点が開くと、バネ１１がピストン９及びこれと連結したチューブ１３０を押圧し（図２で右側方向へ）、アーク接点５を組み込んだ部品及び常置接点２もまた押されると同時に、図示しない作動棒により並進して押し出される。図２の位置に達するまでは、チューブ１３０と部品２，５ の側面は、Ｃ部分で接したままの状態である。この位置で、常置接点２は常置接点３から離れる。アークからのエネルギーが容積Ｖ２内のガスを熱する前にあらかじめ圧縮されるように、この段階の間に容積Ｖ１の中でガスは圧縮され、上昇した圧力が容積Ｖ１とＶ２との間のバルブ１５を開く。

アーク接点５は図示しない作動棒により押し出されるが、アーク接点４は固定されたままである（図３，４）。アーク接点４，５が離れた後、アークは引き伸ばされ、アークからのエネルギーは容積Ｖ２内のガスを熱し、この容積Ｖ２内の圧力を上昇させる。零電流において、チャンバ７への上昇した圧力は噴射を生じさせる。その噴射は、噴射チャンネル７００を通って、チャンバ７の外側のエリアＺでアークを冷却し、結果としてアークを消滅させる。

図６の実施形態では、可動アーク接点５によって、ピストン９が絶縁チューブ１３２を介して左方向へ押されると、バネ１１は圧縮される。

図７は、実施例２の遮断チャンバ１が完全に開いた状態を表している。

Claims (7)

1. 中電圧又は高電圧の遮断器のための遮断チャンバ（１）であって、以下を備える。
   ・ 一対のアーク接点。うち１つの接点（４）は固定され、もう１つの接点（５）は、電流遮断時にこれら２つのアーク接点を互いに離すために、作動棒により長手方向軸線（ＸＸ'）に沿って動かすことができ、該動かすことができるアーク接点の並進ストロークは、電流をその値にかかわらず遮断するにも、また遮断器に必要な誘電強度を提供するにも十分である。
   ・ 前記固定されたアーク接点に取り付けられた噴射ノズル（６）。
   ・ 前記噴射ノズルに放出する、一定の容積Ｖ２の噴射チャンバ（７）。
   ・ 噴射チャンバのほぼ後方に、長手方向軸線ＸＸ'に対して平行に配置され、また、電流遮断時にピストンによって変形し噴射チャンバに放出される、容積Ｖ１の加圧チャンバ（８）。
   ・ 一方の端部（１１０）をピストンに直接固定され、もう一方の端部（１１１）を不動部（１２）に固定されたコイルバネ（１１）。
   ・ 接点を閉じる動作の間、ピストンに直接固定されたバネ（１１）を圧縮するため、また、容積Ｖ１の全圧縮を達成する、バネのストロークより大きな可動アーク接点のストロークを得るための、ピストン（９）と前記動かすことができるアーク接点（５）との間の一時的な機械的連結手段（１３，１３０，１３１，１３２）。容積Ｖ１内のガスの前記全圧縮は、また、アーク接点が離れるとおよそすぐに得られる。噴射チャンバ（７）は、接点の間の、アークが生じ電流を遮断する唯一の場所である、噴射チャンバの外側エリアにガス噴射を供給するために、噴射チャンネル（７００）を通して噴射ノズル（６）へ放出する。
2. 一時的な機械的連結手段が、長手方向軸線（ＸＸ'）に対して、噴射及び加圧チャンバの外側にあることを特徴とする、請求項１に記載の遮断チャンバ（１）。
3. 一時的な機械的連結手段が、ピストンに固定され、可動アーク接点に固定された常置接点自身と実質的に直径が等しいチューブ（１３０）を備え、容積Ｖ１内のガスが完全に圧縮されるまで、前記チューブが常置可動接点（２）の端部を支持することを特徴とする、請求項２に記載の遮断チャンバ（１）。
4. 一時的な機械的連結手段が、長手方向軸線（ＸＸ'）に対して、噴射及び加圧チャンバの内側にあることを特徴とする、請求項１に記載の遮断チャンバ（１）。
5. 固定アーク接点（４）が、標準的なチューブ形状であり、一時的な機械的連結手段は固定アークチューブの内側にあることを特徴とする、請求項４に記載の遮断チャンバ（１）。
6. 一時的な機械的連結手段が、ピストン（９）に固定され、固定接点より直径の小さなチューブ（１３２）を備え、容積Ｖ１が完全に圧縮されるまで、前記チューブが可動アーク接点の端部を支持することを特徴とする、請求項５に記載の遮断チャンバ（１）。
7. １本の棒と、請求項１〜６のいずれかに記載の遮断チャンバ（１）１つ以上を備えた、高電圧又は高中電圧の遮断器。

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