JP2015185381A - ガス遮断器 - Google Patents
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Abstract
Description
(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。
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。
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。
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。
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。
(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、SF6ガスよりも消弧性能が劣る代替ガスであっても、従来のSF6ガス遮断器と同等の消弧性能を有することができる。
P1=P0×(V0/V1)γ ・・・(式1)
ここで、γはガスの比熱比である。
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。
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。
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。
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。
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。
(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SF6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。
(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。
0.5pu×全ストローク1pu=0.5 ・・・(式2)
のエネルギー量となる。
(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。
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。
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。
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。
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。
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
Claims (9)
- 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、
前記消弧性ガスが、地球温暖化係数がSF6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。 - 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。 - 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たことを特徴とする請求項1又は2に記載のガス遮断器。
- 前記消弧性ガスは、窒素(N2)、二酸化炭素(CO2)、酸素(O2)、メタン(CH4)、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1〜3の何れかに記載のガス遮断器。
- 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1〜4の何れかに記載のガス遮断器。 - 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1〜5の何れかに記載のガス遮断器。
- 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1〜6の何れかに記載のガス遮断器。 - 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1〜7の何れかに記載のガス遮断器。
- 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1〜8の何れかに記載のガス遮断器。
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