JP2017204416A - ガス遮断器 - Google Patents

Abstract

【課題】ガス遮断器において，電流遮断時の接触子間に注入される熱エネルギーを低減し，遮断性能を向上させる。
【解決手段】可動子アーク接触子と固定アーク接触子の間に中間アーク接触子を設け，パッファシリンダの圧力形成時には可動アーク接触子と中間アーク接触子の間にアークが形成され，吹き付け時には固定アーク接触子と中間アーク接触子間を開極し，固定アーク接触子と中間アーク接触子の間にアークを形成させ，可動アーク接触子と中間アーク接触子が開極している時間よりも，固定アーク接触子と中間アーク接触子が開極している時間を短くして，遮断時のアーク接触子間に注入される熱エネルギーを低減することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明はガス遮断器に関するものであり，特に，遮断器の遮断方式に関わるものである。

高電圧の電力系統に用いるガス遮断器は，開極動作途中の消弧ガス圧力上昇を利用し，高圧ガスを一対の電極間に生じるアークに吹き付けることで電流を遮断するパッファ形と呼ばれるものが一般的に用いられている。高圧ガスは，機械的圧縮と熱的昇圧により得られる。

前者は，電極と連結された機械パッファシリンダを駆動し，パッファピストンとの間の機械圧縮シリンダの容積を小さくすることで圧縮した消弧ガスを，アークに吹き付けるものである。このとき，消弧ガスの圧力形成には油圧ポンプやばねなどを駆動源とする操作器のエネルギーを利用している。

後者は，アークの熱エネルギーを利用して，消弧ガスの圧力を上昇させ，アークに消弧ガスを吹きつけるものである。アークは開極から同じ電極間にエネルギーを注入し続ける。その際，例えば，特開２０１１-１８１３７６公報（特許文献１）に示される構造では，常に同じ電極間にアークが存在することで，ガス温度は上昇し，導電性が高い状態が保たれる。さらに電力用遮断器のように遮断する電流が大きいと遮断性能は低下することが知られている。

特開2011-１８１３７６公報

電極間に電流が流れ続ける間，電極間に生じたアークの熱エネルギーが電極間に注入され続けるため，電流の増加に伴うジュール加熱が大きくなることで，消弧ガス及び電極間に生じるアークの導電性が低下し，電流を遮断することが難しくなる。

本発明では，電流遮断時の電極間に存在する消弧ガスの温度を低く保ち，遮断性能を高めた遮断器を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために，本発明では遮断部内の一対の電極間に３つ目の電極を設け，２つの電極区間を構成し，ある一方の電極を開いた際に生じるアークの熱エネルギーを利用して熱パッファシリンダの圧力を高め，次に圧力形成時にアークが生じている電極間を閉じながら，もう一方の電極間を開くことによって生じたアークに熱パッファシリンダで形成したガスを吹付ける。ここで，最初に開極した電極間で開極する時間よりも，次に開極した電極間で開極している時間を相対的に短くすることで電流遮断時の電極間に注入されるエネルギーを低減させる。

本発明によれば，遮断時に電極間に注入されるエネルギーを圧力形成時と吹付け時で異なる電極間に分けることで，電極間に存在する消弧ガスの温度を低く保ち，遮断性能を高めることができる。

本発明に係る遮断動作の概念図である。 固定主接触子４ａと可動主接触子４ｂの開極の構成図である。 固定アーク接触子５ａと中間アーク接触子５ｂの開極の構成図である。 中間アーク接触子５ｂと可動アーク接触子５ｃの閉極時における各部品の位置関係図である。 電流および各種ストロークの時間変化図である。 本発明の実施例２であり，遮断部の概略断面図である。 本発明の実施例３であり，遮断部の概略断面図である。 本発明の実施例４であり，遮断部の概略断面図である。 本発明の実施例５であり，遮断部の概略断面図である。

以下，図面を交えて本発明の実施例について説明する。下記はあくまでも実施の例であり，発明の内容を下記具体的態様に限定する趣旨ではない。発明自体は，特許請求の範囲に記載された内容に即した限りにおいて種々の態様で実施することが可能である。

図１は本発明の遮断動作を実現するガス遮断器の実施例の構成図である。前記ガス遮断器は遮断部１００と操作器１０１で概略構成されている。

前記遮断部１００は，内部に絶縁ガスを封入した密閉タンク１内に，前記密閉タンク１の端部に設けられた絶縁スペーサ２に固定された固定側導体３と，前記固定側導体３の先端に設けられた固定主接触子４ａと，前記固定主接触子４aに対向配置され，前記固定主接触子４ａに対して接触（閉極）または開離（開極）する可動主接触子４ｂと，前記固定側導体３に設置された固定アーク接触子５ａと，前記固定アーク接触子５ａと中間アーク接触子５ｂを挟んで接触している可動アーク接触子５ｃと，前記可動アーク接触子５ｃが設置される可動側導体６と，前記可動側導体６を前記密閉タンク１に固定する絶縁筒７と，前記可動アーク接触子５ｂと一体となっている機械パッファシリンダ１０と，前記可動側導体６に固定され，前記機械パッファシリンダ１０内のガスを圧縮するパッファピストン１１と，アークの熱エネルギーを利用し，アークに消弧ガスを吹付けるための高圧ガスを形成する熱パッファシリンダ１２と，前記機械パッファシリンダ１０から前記熱パッファシリンダ１２に圧縮ガスを送り込むための摺動パイプ１４で構成されている。

操作部１０１は，操作器ケース２０と，メインレバー２１と，前記メインレバー２１と前記可動アーク接触子５ｃを接続する可動子ロッド２２及び絶縁ロッド２３と，前記メインレバー２１と前記中間アーク接触子５ｂを接続する中間アーク接触子ロッド２４及び中間アーク接触子絶縁ロッド２５と，前記メインレバー２１で前記中間アーク接触子５ｂと前記可動子５ｃを相対的に運動させるためのリンク機構２６及びリンク部材２７で概略構成されている。

図１，２，３，４，５を用いて，本実施例における遮断器の遮断動作について説明する。図１は，ガス遮断器の投入状態を示している。図２は固定主接触子４ａと可動主接触子４ｂの開極，図３では固定アーク接触子５ａと中間アーク接触子５ｂの開極，図４では中間アーク接触子５ｂと可動アーク接触子５ｃの閉極時における各部品の位置関係を示している。図５は電流および各種ストロークの時間変化を示している。以降では各状態での詳細な動作を説明する。

図１では，系統を流れる電流が図示していないブッシングを介して通常固定主接触子４ａと可動主接触子４ｂを流れている。図２で電流を遮断するために遮断動作が開始されると，操作器１０１によってメインレバー２１に接続されている可動子ロッド２２及び可動子絶縁ロッド２３と，可動アーク接触子５ｃ，機械パッファシリンダ１０，可動主接触子４ｂが移動し，固定主接触子４ａと可動主接触子４ｂが開極する。このとき，前記遮断部１００に流れる系統電流は，固定側導体３，固定アーク接触子５a，中間アーク接触子５ｂ，可動アーク接触子５ｃ，可動側導体６を通る。また，熱パッファシリンダ１２は絶縁物で構成されているために，電流は流れない。

次に，中間アーク接触子５ｂと可動アーク接触子５ｃが開極し，図３に示すようにアーク３０が発生する。このとき，アークの熱エネルギーによって，熱パッファシリンダ１２内の圧力，温度が上昇する。熱パッファシリンダ１２には円周方向に複数配置された可動側熱パッファシリンダ開口部１３aが設けられており，アークによって形成される熱ガス流を熱パッファシリンダ１２へ導いている。この時，中間アーク接触子５ｂと熱パッファシリンダ１２は密着しているため，固定アーク接触子５ａと中間アーク接触子５ｂ間のガス温度は上昇しない。

続いて，可動アーク接触子５ｃと中間アーク接触子５ｂの開極後，図５に示したt₀秒後に操作器１０１のメインレバー２１により中間アーク接触子５ｂと固定アーク接触子５ａが開極する。中間アーク接触子５ｂは中間アーク接触子ロッド２４及び中間アーク接触子絶縁ロッド２５を介してメインレバー２１に接続されている。このとき，図４に示すように中間アーク接触子５ｂと固定アーク接触子５ａ間にアーク３１が形成される。図３のアーク３０によって高められた熱パッファシリンダ１２内の圧力により，アーク３１に消弧ガスを吹付ける。同時に中間アーク接触子５ｂと可動アーク接触子５ｃが閉極する。

電流が零点を迎えるとアークが消滅し，電流が遮断される。このとき，低電流の場合でも遮断できるように機械パッファシリンダ１０内のガスを圧縮して熱パッファシリンダ１２に送り込んでいる。その際，可動側導体６に固定されたパッファピストン１１に対して，機械パッファシリンダ１０が相対運動することで，機械パッファシリンダ内のガスを圧縮している。
図５において可動アーク接触子５ｃと中間アーク接触子５ｂが開極している時間t₁よりも，中間アーク接触子５ｂと固定アーク接触子５aが開極する時間t₂は相対的に短い。メインレバー２１にリンク機構２６およびリンク部材を組み込むことで，可動アーク接触子５ｃと中間アーク接触子５ｂの操作時間を制御できる。

ガス遮断器の投入動作では，ＳＦ６ガスを熱パッファシリンダ１２内に吸引しながら機械パッファシリンダ１０，可動主接触子４ｂが移動し，まず可動アーク接触子５ｂと一体になった中間アーク接触子５ｂと固定アーク接触子５ａが閉極する。さらに，可動主接触子４ｂと固定主接触子４ａが閉極したあと，図１に示す完全投入位置まで移動する。

図３において可動アーク接触子５ｃと中間アーク接触子５ｂが開極している時間t₁よりも，中間アーク接触子５ｂと固定アーク接触子５aが開極する時間t₂が相対的に短いため，電流が遮断される際にアーク３１が形成されている中間アーク接触子５ｂと固定アーク接触子５a間のガス温度の増加を低減することができる。

図６を用いて実施例２を説明する。実施例１とは，熱パッファシリンダ１２に固定側熱パッファシリンダ開口部１３ｂを設けた点で異なる。図６における可動アーク接触子５ｃと中間電極接触子５ｂの開極時，固定側熱パッファシリンダ開口部１３aは中間アーク接触子５ｂによって塞がれている。アーク３１に吹付けを行う際には，固定側熱パッファシリンダ開口部１３ｂの流路が開放され，可動側熱パッファシリンダ開口部１３aは中間アーク接触子５ｂにより塞がれる。このとき圧力形成と熱パッファシリンダ１２への熱ガスの流入流出を分けることで，熱パッファシリンダ１２での圧力形成と吹付け時でそれぞれ最適な電極と熱パッファシリンダ開口部の形状を選択することができる。

図７を用いて実施例３を説明する。実施例２とは，熱パッファシリンダ開口部１３aに逆止弁９ｂを設けた点で異なる。このとき，熱パッファ室１２からアーク３０に向かう逆流を逆止弁９によって防ぐことができる。

図８を用いて実施例４を説明する。実施例１とは中間アーク接触子５ｂの一部にＰＴＦＥやエポキシ樹脂等の溶発材料を組み付けられるか，または置き換えられている点で異なる。図８のように中間アーク接触子５ｂにアブレーション部材８を組み付けると，アーク３０の熱エネルギーによってアブレーション部材８の表面が溶発する。アブレーション部材８の溶発により周囲の圧力が高まるため，可動アーク接触子５ｃと中間アーク接触子５ｂの開極時に熱パッファシリンダ１２での圧力形成を強化することが可能である。

図９を用いて実施例５を説明する。実施例１とは，機械パッファシリンダ１０を熱パッファシリンダ１２に固定し，可動アーク接触子５ｃが移動する際に，パッファピストン１０の運動によって機械パッファシリンダ１１内の圧力を上昇させる点で異なる。このとき可動アーク接触子５ｃとパッファピストン１０の運動方向は逆になる。実施例５によって，操作器１０１に必要なエネルギーを低減することが可能で，さらに摺動パイプ１４を省いて部品点数を削減することができる。

１…密閉タンク
２…絶縁スペーサ
３…固定側導体
４ａ…固定主接触子
４ｂ…可動主接触子
５ａ…固定アーク接触子
５ｂ…中間アーク接触子
５ｃ…可動アーク接触子
６…可動側導体
７…絶縁筒
８…アブレーション部材
９a…逆止弁
９ｂ…逆止弁
１０…機械パッファシリンダ
１１…パッファピストン
１２…熱パッファシリンダ
１３a…可動側熱パッファシリンダ開口部
１３ｂ…固定側熱パッファシリンダ開口部
１４…摺動パイプ
２０…操作器ケース
２１…メインレバー
２２…可動子ロッド
２３…可動子絶縁ロッド
２４…中間アーク接触子ロッド
２５…中間アーク接触子絶縁ロッド
２６…リンク機構
２７…リンク部材
３０…可動アーク接触子と中間アーク接触子間のアーク
３１…固定アーク接触子と中間アーク接触子間のアーク
１００…遮断部
１０１…操作器

Claims (5)

1. 内部に絶縁ガスを封入した密閉タンク内に，
   該密閉タンクの端部に設けられた絶縁スペーサに固定された固定側導体と，
   該固定側導体の先端に設けられた固定主接触子と，
   固定主接触子に対向配置され，該固定主接触子に対して接触（閉極）または開離（開極）する可動主接触子と，
   該固定側導体に設置された固定アーク接触子と，
   該固定アーク接触子と中間アーク接触子を挟んで接触している可動アーク接触子と，
   該可動アーク接触子が設置される可動側導体と，
   該可動側導体を前記密閉タンクに固定する絶縁筒と，
   該可動アーク接触子と一体となっている機械パッファシリンダと，
   該可動側導体に固定され，該機械パッファシリンダのガスを圧縮するパッファピストンと，
   アークの熱エネルギーを利用し，アークに消弧ガスを吹付けるために圧力を高める熱パッファシリンダで構成された遮断部と，
   該中間アーク接触子と該可動アーク接触子を相対的に移動できる操作器で構成されるガス遮断器。
2. 請求項１において，前記熱パッファシリンダは少なくとも１つ以上の周方向に複数配置され，半径方向熱ガス流を移動させることができる可動側熱パッファシリンダ開口部を設けたことを特徴とする請求項1に記載のガス遮断器。
3. 請求項１あるいは２において，
   前記熱パッファシリンダを構成する前記可動側熱パッファシリンダ開口部に逆止弁を有することを特徴とする請求項１あるいは２に記載のガス遮断器。
4. 請求項１において，
   前記中間アーク接触子の一部がＰＴＦＥやエポキシ樹脂などの溶発材料で構成されていることを特徴とする請求項１に記載のガス遮断器。
5. 請求項１あるいは２において，
   前記機械パッファシリンダ内の圧力上昇のために，該機械パッファシリンダを固定し，相対的に前記パッファピストンを移動させることを特徴とする請求項１あるいは２に記載のガス遮断器。

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