JP2018113189A

JP2018113189A - ガス遮断器

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Publication number: JP2018113189A
Application number: JP2017003776A
Authority: JP
Inventors: 秀幸小辻; Hideyuki Kotsuji; 一浦井; Hajime Urai; 将直寺田; Masanao Terada; 廣瀬　誠; Makoto Hirose; 誠廣瀬
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2017-01-13
Filing date: 2017-01-13
Publication date: 2018-07-19
Anticipated expiration: 2037-01-13
Also published as: JP6830363B2; US20180226214A1

Abstract

【課題】ガス遮断器の絶縁性能を向上させる。【解決手段】一対のアーク接触子の一方に連結されたパッファシャフト６と、パッファシャフト６の外周に同軸上に設けられたパッファシリンダ８と、パッファシリンダ８の遮断部側に固定した絶縁ノズル１０と、前記パッファシャフト６と操作器を連結する絶縁ロッド１７と、前記パッファシャフト６と絶縁ロッド１７の外周に設けられたシャフトガイド１９と、シャフトガイド１９の外周に設けられた排気ガイド２４とを有し、熱ガスを、遮断動作途中はパッファシャフト６のシャフト排気穴２１、パッファシャフト６とシャフトガイド１９間、可動側排気導体１５の導体排気穴２２を通して、ガスタンク内に熱ガスを排出し、遮断動作終了前の電流零点近くの領域にかけて、パッファシャフト６のシャフト排気穴２１とシャフトガイド１９のシャフトガイド排気穴２３が連通し、排気流路が変化することを特徴とする、ガス遮断器。【選択図】図３

Description

本発明は遮断器に関するものであり、特に電流遮断時に絶縁ガスを吹き付け、アークを消弧するガス遮断器に関する。

発生した熱ガスを冷却する排気構造として特許文献１に記載の発明がある。この発明は、可動側のパッファシャフトと可動側排気導体の間に、排気されたガスの流れを変えるための冷却羽を配置した構造である。排気された高温の熱ガスが冷却羽に当たることで、周囲の低温ガスとの撹拌が促進され、高温ガスは冷却される。排気筒から排出される高温ガスが冷却されることで、遮断器の対地絶縁性能を向上させている。

特開２０００−２６８６８８号公報

特許文献１に記載の発明では、可動側のパッファシャフトと可動側排気導体の間に、冷却羽を配置しているため、可動側の排気構造にとっては常に排気の流路抵抗が大きな状態となり、極間の熱ガス排気の妨げとなり、極間の遮断性能が低下するという課題がある。

上記課題を解決するために、本発明のガス遮断器は、ガスタンク内に開極及び閉極動作を可能に対向配置した一対のアーク接触子と、前記一対のアーク接触子の一方に同軸上に連結されたパッファシャフトと、前記パッファシャフトは周方向にシャフト排気穴を有し、前記パッファシャフトの外周に同軸上に設けられたパッファシリンダと、前記パッファシリンダと前記パッファシャフトの間の空間に設けられたパッファピストンと、前記パッファシリンダの遮断部側に固定した絶縁ノズルと、前記パッファシャフトと操作器を連結する絶縁ロッドと、前記パッファシャフトと絶縁ロッドの連結部の外周に設けられたシャフトガイドと、前記シャフトガイドは周方向にシャフトガイド排気穴を有し、前記シャフトガイドの外周に設けられた排気ガイドと、前記排気ガイドの外周に支持絶縁物でガスタンクの内壁に支持された可動側排気導体を有し、前記可動側排気導体は外周に導体排気穴を有し、遮断動作で生じた熱ガスを、遮断動作途中はパッファシャフトのシャフト排気穴、パッファシャフトとシャフトガイドで形成される空間、可動側排気導体の導体排気穴を通して、ガスタンク内に熱ガスを排出する第一の形態と、パッファシャフトのシャフト排気穴とシャフトガイドのシャフトガイド排気穴が連通し、可動側排気導体の導体排気穴を通して、ガスタンク内に熱ガスを排気する第二の形態を有することを特徴とする。

本発明は、遮断動作途中では極間で生じた熱ガスを、パッファシャフトのシャフト排気穴、パッファシャフトとシャフトガイドで形成される空間、可動側排気導体とその導体排気穴の流路を通してからガスタンク内に熱ガスを排出することで、ガスタンク内に排気するときには冷却され、絶縁性能が向上する。また、遮断動作終了前の電流零点近くの領域にかけて、パッファシャフトのシャフト排気穴とシャフトガイドのシャフトガイド排気穴が連通することで、排気流路が短縮され、排気流路の抵抗が小さくなり、極間のガスを効率よく排気されて、極間の遮断性能を向上させることができる。

ガス遮断器の断面図である。ガス遮断器におけるパッファシャフトからの熱ガスのガス流の説明図である実施例１にかかるガス遮断器の遮断動作途中の断面図である。実施例１にかかるガス遮断器の遮断動作途中の熱ガスの排気流路を説明する拡大断面図である。実施例１にかかるガス遮断器の遮断動作終了前の断面図である。実施例１にかかるガス遮断器の遮断動作終了前の熱ガスの排気流路を説明する拡大断面図である。実施例１にかかるガス遮断器の遮断動作終了前におけるパッファシャフトのシャフト排気穴とシャフトガイドのシャフトガイド排気穴と可動側導体の導体排気穴の排気穴の位置関係を示した断面図である。ガス遮断器に流れる遮断電流を遮断動作途中の領域Ａと、最終半波の電流ピークを越えて電流零点に向かう遮断電流が小さくなる領域Ｂを表した説明図である。

以下、図面を用い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ことを意図する趣旨ではない。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を用いて遮断動作時におけるガス遮断器の概要構造と動作について示す。

ガス遮断器は絶縁ガスが充填されたガスタンク１内に収納されている。図１において省略しているが、遮断器はパッファシャフト６が絶縁ロッド１７を介して操作器（不図示）と接続されており、遮断器全体はＳＦ６ガスが充填されたガスタンク１内に配置される。

図１に示されるように、遮断器は固定側アーク接触子３と可動側アーク接触子２と、パッファシリンダ８と、パッファシリンダ８とパッファピストン７とパッファシャフト６と可動子カバー１１と絶縁ノズル１０によって囲まれた空間で構成されるパッファ室９と、可動側主接触子４と固定側主接触子５と導体１８とシールド１４とシャフトガイド１９と可動側排気導体１５で概略構成される。

固定側導体１２と固定側排気筒１３は金属支持構造物を通して固定側アーク接触子３に電気的に接続されており、電気的に接続された可動側アーク接触子２とパッファシャフト６とパッファピストン７とパッファシリンダ８と可動側主接触子４は、通電状態（閉極状態）において固定側とそれぞれ電気的に接続される。

パッファ室９は、上記パッファシリンダ８と、パッファシリンダ８の内周に同軸上に配置されて、内部が中空となっており、該中空内に絶縁ガスが流入するパッファシャフト６と、パッファシリンダ８とパッファシャフト６の間に形成された空間を摺動するパッファピストン７で形成される。

操作器側の遮断部はガスタンク１の内周面に設けられた取り付け座に支持絶縁物１６で固定されている。

通常、操作器側の可動側アーク接触子２と反対側の固定側アーク接触子３および、可動側主接触子４と固定側主接触子５は電気的に接続されているが、事故時に開極指令が伝えられるとパッファシャフト６と絶縁ロッド１７を介して操作器（不図示）により可動側が動作し、固定側の固定側アーク接触子３と可動側の可動側アーク接触子２、固定側主接触子５と可動側主接触子４がそれぞれ物理的に開離された状態に移行する。

接触子が開離した後も、固定側アーク接触子３と可動側アーク接触子２間には電流が流れ、アークが発生する。ガス遮断器はアークに高圧の絶縁ガスを吹き付け消弧するため、可動側動作の際にパッファピストン７でパッファ室９内の絶縁ガスの圧縮が行われ、アークへのガス吹付が行われ、アークの消孤が行われる。

アークに吹付けられる絶縁ガスのパッファ室９内における圧力形成は、可動するパッファシリンダ８が固定されたパッファピストン７に対し相対的に移動することにより行われる。より詳細には、図示されていない操作器に接続された絶縁ロッド１７からパッファシャフト６を通じてパッファシリンダ８に操作器の駆動力が伝達され、パッファシリンダ８が紙面右側に動くことでパッファ室９内の絶縁ガスが圧縮される。

パッファ室９内で圧縮された高圧の絶縁ガスは遮断動作時に固定側アーク接触子３と可動側アーク接触子２間に、発生したアークに対して吹付けられる。アークに吹き付けられた後に発生する高温の熱ガスは、固定側と操作器側にそれぞれ排出され固定側には絶縁ノズル１０、固定側排気筒１３の内部を通り、冷却されながらガスタンク１内に排出される。

操作器側にはパッファシャフト６のシャフト排気穴２１を通して、可動側排気導体１５に排出され、その後、可動側排気導体１５の導体排気穴２２を通してガスタンク１内に排出される。なお、図１から図６において導体排気穴２２は位置関係が分かり易くなるため同じ断面図上に示したが、実際には図７に示す位置関係となっている。

ガス吹付の際に発生した熱ガスは高温で密度が低くなっており、絶縁耐力が低い状態となっている。極間の絶縁性能の低下を防ぐため消弧が成功した後に熱ガスは速やかに排出する必要があり、絶縁ノズル１０とパッファシャフト６を通じて、固定側と可動側へそれぞれ排気される。

排気筒の役割は発生した熱ガスを電極間に滞留させず速やかに排出することと、熱ガスを効率的に冷却することである。

図２を用いて、可動側排気導体１５とガスタンク１間での絶縁破壊の発生のメカニズムについて説明する。ガスの冷却が不十分で密度の低下したままの高温で絶縁耐力が低い熱ガスが可動側排気導体１５の導体排気穴２２の端部の高電界部に達すると可動側排気導体１５とガスタンク１間の絶縁耐力が低下し、可動側排気導体１５とガスタンク１との間で絶縁破壊を生じる事故（地絡）が発生する可能性がある。

地絡事故に対しては、ガスタンク径を拡大することにより、可動側排気導体１５とガスタンク１間の電界緩和による対地絶縁性能を得る手段や、排気筒拡大による熱ガスの冷却能力を向上させるといった手段がとられている。ただし、このような手段では、遮断部構造、排気・シールド構造の大型化に繋がる。また、近年、電力系統の高電圧・大電流化が進んでおり、必要な遮断性能を得るためにガス遮断器の大容量化が進められている一方で、コスト低減のため、遮断部構造、排気・シールド構造の最適化による小型化も進められており、これらに反することになる。

図８はガス遮断器に流れる遮断電流を遮断動作途中の領域Ａと、最終半波の電流ピークを越えて電流零点に向かう遮断電流が小さくなる領域Ｂを表した説明図である。領域Ａではアークエネルギーが増加し、排気される熱ガスの温度も高く、流速も速いガスとなる。領域Ｂでは電流ピークを過ぎて、アークエネルギーが小さくなるため、発生するガス温度も低下し、流速も遅くなる。電流零点では、極間に印加される回復電圧に耐えるために、極間の熱ガスを十分に排気することも必要となる。

図３で実施例１での遮断動作途中の熱ガスの排気流路について説明する。なお、図１と同様の部分については説明を省略する。図３の遮断動作途中の断面図で説明されるようにシャフトガイド１９を固定側に延長し、周方向にシャフトガイド排気穴２３を有するシャフトガイド１９と、シャフトガイド１９の同心円状の外周に位置するような排気ガイド２４をパッファピストン７の操作器側に固定設置する。図４の遮断動作途中の熱ガスの排気ガス流路の拡大断面図で説明されるように極間で発生した熱ガスはパッファシャフト６のシャフト排気穴２１から排出され、パッファシャフト６とシャフトガイド１９で形成される空間に流れる。その後はシャフトガイド１９と排気ガイド２４で形成される流路を通して、可動側排気導体１５内に排気され、導体排気穴２２を通してガスタンク１内に排気される。

このように遮断動作途中に発生した流れの速い熱ガスはシャフトガイド１９と排気ガイド２４で形成される流路を通る間に冷却され、導体排気穴２２の高電界部に到達するときには十分な絶縁性能を有する温度になる。

次に遮断動作終了直前のガス流路について図５と図６を用いて説明する。図５はガス遮断器の遮断動作終了前の断面図であり、遮断部の位置関係を示した図である。図６は遮断動作終了前の熱ガスの排気流路を説明する拡大断面図であり、可動側排気導体１５周辺の拡大断面図である。図６で示すようにシャフト排気穴２１とシャフトガイド排気穴２３は連通し、直接可動側排気導体１５に排気される位置関係となる。図４で示した遮断動作途中の流路より、導体排気穴２２までの流路が短くなり、流路抵抗が小さくなる。そのため、電流ピークを過ぎ、アークエネルギーが小さくなり、流速が遅くなった熱ガスも極間から十分に排気することができ、極間性能の低下を防ぐことができる。

図７はガス遮断器の遮断動作終了前におけるパッファシャフトのシャフト排気穴２１とシャフトガイドのシャフトガイド排気穴２３と可動側導体の導体排気穴２２の排気穴の位置関係を示した断面図である。

図７に示すようにシャフト排気穴２１とシャフトガイド排気穴２３は紙面上下方向に連通し、導体排気穴２２は９０度違いの左右方向に配置している。このように９０度で互い違いに穴を配置することで、シャフト排気穴２１とシャフトガイド排気穴２３から出てきた熱ガスを可動側排気導体１５の内壁にぶつけてから、導体排気穴２２を通してガスタンク１内に排気することができる。導体排気穴２２に直接排気する場合と比較して、可動側排気導体１５内を迂回させることで熱ガスの冷却効果が得られる。

上記実施例でのシャフト排気穴２１とシャフトガイド排気穴２３が２個で、紙面上下方向に開けた場合の例だが、穴の数を変更した場合でも同様に周方向に互い違いになるように排気穴を配置することで、同様の冷却効果を得ることができる。

上記実施例ではパッファピストン７の機械圧縮で吹付ガス圧力を得るパッファタイプの遮断器での例だが、容積固定の熱パッファ室を設け、アーク熱を取り込むことで吹付ガス圧力を得る熱パッファタイプの遮断器に本発明を適用することも可能である。

本実施例では絶縁ガスとしてＳＦ６を使用したが、絶縁ガスの種類はＳＦ６に限られるものでなく、乾燥空気・窒素ガス等他の絶縁ガスを使用できる。

以上、本実施例によれば、遮断動作途中では極間で生じた熱ガスを、パッファシャフトのシャフト排気穴、パッファシャフトとシャフトガイドで形成される空間、可動側排気導体とその導体排気穴の流路を通してからガスタンク内に熱ガスを排出することで、ガスタンク内に排気するときには冷却され、絶縁性能が向上する。また、遮断動作終了前の電流零点近くの領域にかけて、パッファシャフトのシャフト排気穴とシャフトガイドのシャフトガイド排気穴が連通することで、排気流路が短縮され、排気流路の抵抗が小さくなり、極間のガスを効率よく排気されて、極間の遮断性能を向上させることができる。

１：ガスタンク
２：可動側アーク接触子
３：固定側アーク接触子
４：可動側主接触子
５：固定側主接触子
６：パッファシャフト
７：パッファピストン
８：パッファシリンダ
９：パッファ室
１０：絶縁ノズル
１１：可動子カバー
１２：固定側導体
１３：固定側排気筒
１４：シールド
１５：可動側排気導体
１６：支持絶縁物
１７：絶縁ロッド
１８：導体
１９：シャフトガイド
２１：シャフト排気穴
２２：導体排気穴
２３：シャフトガイド排気穴
２４：排気ガイド

Claims

ガスタンク内に開極及び閉極動作を可能に対向配置した一対のアーク接触子と、
前記一対のアーク接触子の一方に同軸上に連結されたパッファシャフトと、
前記パッファシャフトは周方向にシャフト排気穴を有し、
前記パッファシャフトの外周に同軸上に設けられたパッファシリンダと、
前記パッファシリンダと前記パッファシャフトの間の空間に設けられたパッファピストンと、
前記パッファシリンダの遮断部側に固定した絶縁ノズルと、
前記パッファシャフトと操作器を連結する絶縁ロッドと、
前記パッファシャフトと絶縁ロッドの連結部の外周に設けられたシャフトガイドと、
前記シャフトガイドは周方向にシャフトガイド排気穴を有し、
前記シャフトガイドの外周に設けられた排気ガイドと、
前記排気ガイドの外周に支持絶縁物でガスタンクの内壁に支持された可動側排気導体を有し、
前記可動側排気導体は外周に導体排気穴を有し、
遮断動作で生じた熱ガスを、遮断動作途中はパッファシャフトのシャフト排気穴、パッファシャフトとシャフトガイドで形成される空間、可動側排気導体の導体排気穴を通して、ガスタンク内に熱ガスを排出する第一の形態と、パッファシャフトのシャフト排気穴とシャフトガイドのシャフトガイド排気穴が連通し、可動側排気導体の導体排気穴を通して、ガスタンク内に熱ガスを排気する第二の形態を有することを特徴とする、ガス遮断器。
請求項１に記載のガス遮断器において、
遮断動作開始時の領域にかけては、第一の形態となり、遮断動作終了前の電流零点近くの領域にかけては、第二の形態となり、排気流路が変化することを特徴とする、ガス遮断器。
請求項１又は２のいずれか一項に記載のガス遮断器において、
前記パッファシャフトのシャフト排気穴とシャフトガイドのシャフトガイド排気穴は、前記可動側排気導体の導体排気穴と周方向に互い違いに配置することを特徴とするガス遮断器。