JP2018181501A - ガス遮断器 - Google Patents

Abstract

【課題】熱パッファ室と機械パッファ室との圧力損失を低減し、熱パッファ室の圧力を高め、中小電流遮断性能を向上させることが課題である。
【解決手段】密封タンク１４内に可動側電極と固定側電極を対向して設け、前記可動側電極は可動側主電極２と可動側アーク電極４を有し、前記固定側電極は固定側主電極３と固定側アーク電極５を有し、前記可動側アーク電極はシャフト６を介して操作器１に接続され、前記可動側アーク電極の外周に同軸上に設けられたシリンダ２０とシャフトによって熱パッファ室９と機械パッファ室７が構成され、前記機械パッファ室は前記熱パッファ室に直列に設けられ、前記熱パッファ室に連通する空間を形成する絶縁ノズル８を有するガス遮断器において、前記熱パッファ室内には自在に移動可能な浮遊板１０と前記浮遊板の移動範囲を規定するストッパー１２が設けられることを特徴とするガス遮断器。
【選択図】 図１

Description

本発明は電力系統における短絡電流の電流遮断時に絶縁ガスを吹き付け、アークを消孤するガス遮断器に関する。

ガス遮断器は電力系統において、相間短絡や地絡などで生じる事故電流を遮断するためのものである。従来、パッファ形ガス遮断器が広く使われている。このパッファ形ガス遮断器は、可動アーク接触子と直結した可動パッファシリンダによって、消弧性ガスを機械的に圧縮して高圧のガス流を発生し、可動アーク接触子と固定アーク接触子の間に発生したアークに吹き付けて電流を遮断するものである。遮断性能はパッファ室の圧力上昇に依存するため、従来の機械的圧縮による圧力上昇に加え、アークの熱エネルギーを積極的に利用して圧力を上昇させる熱パッファ併用形ガス遮断器も広く使われている。熱パッファ形ガス遮断器は、アークの熱エネルギーを利用して消弧性ガスの吹き付け圧力を形成するもので、遮断動作に必要な操作エネルギーを従来の機械的に圧縮する方式と比較して低減することができる。

図１に熱パッファ形ガス遮断器の構造を示す。ガス遮断器は絶縁ガスが充填されたタンク１４内に収納されている。固定側アーク電極と可動側アーク電極は電気的に接続されているが、電力系統の短絡故障時に開極指令が伝えられるとシャフトを介して操作器により可動側は操作器方向に動作し、固定側アーク電極と可動側アーク電極が物理的に開離された状態に移行する。電極が開離した後も、固定側アーク電極と可動側アーク電極間には電流が流れ、アークが発生する。熱パッファ室ではアークで発生した熱エネルギーを利用して消弧性ガスの吹き付け圧力を形成し、アーク接触子間に消弧性ガスを吹き付け、アークを消滅させる。

特に、大電流遮断時には、アークの熱エネルギーが大きく、熱パッファ室の圧力は著しく上昇するため、十分な遮断性能を確保できる。一方、中小電流遮断時（例えば、２０ｋＡ以下）には、アークの熱エネルギーが小さく、熱パッファ室の圧力上昇は小さい。そのため、ピストンの圧縮で圧力を得る機械パッファ室を利用して、熱パッファ室の圧力を上昇させ、電流遮断に必要な圧力を得ている。

特許文献１では、中小電流遮断時の熱パッファ室の圧力を高めるため、熱パッファ室と機械パッファ室との連通穴に設けた逆止弁にばねを設けることで、逆止弁の動作を制御して熱パッファ室の圧力を高めている。

特開２０１４−４１７４５号公報

特許文献１にかかる逆止弁構造では、熱パッファ室と機械パッファ室との連通穴の圧力損失により、中小電流遮断時の熱パッファ室の圧力を十分に高めることができない。これは機械パッファ室の圧力を十分に高めたとしても、連通穴の圧力損失により熱パッファ室側に十分に圧力を伝えられないためである。

そこで、本願発明の課題は、熱パッファ室と機械パッファ室との圧力損失を低減し、熱パッファ室の圧力を高め、中小電流遮断性能を向上させることである。

本願発明は、密封タンク内に可動側電極と固定側電極を対向して設け、前記可動側電極は可動側主電極と可動側アーク電極を有し、前記固定側電極は固定側主電極と固定側アーク電極を有し、前記可動側アーク電極はシャフトを介して操作器に接続され、前記可動側アーク電極の外周に同軸上に設けられたシリンダとシャフトによって熱パッファ室と機械パッファ室が構成され、前記機械パッファ室は前記熱パッファ室に直列に設けられ、前記熱パッファ室に連通する空間を形成する絶縁ノズルを有するガス遮断器において、前記熱パッファ室内には自在に移動可能な浮遊板と前記浮遊板の移動範囲を規定するストッパーが設けられることを特徴とする。

本発明によれば、熱パッファ室と機械パッファ室との圧力損失を低減し、熱パッファ室の圧力を高めることができ、中小電流遮断性能を向上させることができる。

実施例１に係る熱パッファ室内に浮遊板を備えたガス遮断器の投入状態を示す断面図である。 大電流遮断時の浮遊板と逆止弁の位置の説明図である。 中小電流遮断時の浮遊板と逆止弁の位置の説明図である。 従来のガス遮断器の熱パッファ室と機械パッファ室の圧力の時間変化の説明図である。 実施例１の熱パッファ室と機械パッファ室の圧力の時間変化の説明図である。 実施例２に係る熱パッファ室内に浮遊板を備えたガス遮断器の投入状態を示す断面図である。 実施例３に係る熱パッファ室内に浮遊板を備えたガス遮断器の遮断状態を示す断面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

図１は、実施例１に係る熱パッファ室内に浮遊板を備えたガス遮断器の投入状態を示す断面図である。図１に示すように、ガス遮断器は、可動側が操作器１にシャフト６の一端が連結される。シャフト６の他端は可動アーク電極４に連結される。可動アーク電極４と同軸状に絶縁ノズル８及び可動側主電極２が設けられる。可動側主電極２が連結するシリンダ２０の内側の空間に熱パッファ室９（熱膨張室）と機械パッファ室７（機械的圧縮室）が直列に形成される。遮断部が投入状態では、操作器１の油圧やばねによる駆動源により、可動側主電極２と固定側主電極３を導通させる位置に設定され、通常時の電力系統の回路を構成する。

落雷などによる短絡電流を遮断する際には、操作器１を開極方向に動作し、シャフト６を介し可動側主電極２及び固定側主電極３を引き離す。これらの２つの主電極が開離した後、可動アーク電極４と固定アーク電極５（アーク接触子）が開離し、その間にアークが生成される。

この２つのアーク電極間に生成されるアークには、熱パッファ室で形成された高圧が固定アーク電極５と可動アーク電極４間に発生したアークに吹付けられ、アークが消滅する。

図２は、大電流遮断時の浮遊板と逆止弁の位置の説明図である。熱パッファ室９内に浮遊板１０を設け、浮遊板１０には逆止弁１１の移動範囲を規定するガイド１９を設けている。浮遊板１０は固定されておらず、熱パッファ室９内に設けた浮遊板１０の浮遊板ストッパー１２が位置する範囲内を自在に移動できる。例えば、浮遊板ストッパー１２の設置位置は、浮遊板の圧縮量が熱パッファ室９の容積の１／２以上となる位置に設けるようにすると良い。

浮遊板１０には機械パッファ室７の圧力を熱パッファ室９に供給するための穴１８が設けられている。逆止弁１１も同様、どこにも固定されておらず、浮遊板１０に設けた逆止弁１１の移動範囲を規定するガイド１９内を自在に移動できる。

図２のように、大電流遮断時には、アーク接触子（図示していない）に発生するアークの熱エネルギーが大きく、機械パッファ室７の圧力と比べ、熱パッファ室９の圧力の方が非常に高いため、浮遊板１０は熱パッファ室９と機械パッファ室７との仕切り板１３に設けられた連通穴１７を塞ぎ、逆止弁１１は浮遊板１０に設けられた穴１８を塞ぐ位置に移動する。その後、電流零点でアーク接触子間のアークが減衰し、アーク接触子間の圧力と比べ、熱パッファ室９の圧力が高く、十分な差圧が生じ、熱パッファ室９からアーク接触子間に消弧性ガスを吹き付けることができる。

図３に中小電流遮断時の浮遊板と逆止弁の位置を示す。中小電流遮断時には、アーク接触子（図示していない）に発生するアークの熱エネルギーが小さく、機械パッファ室７の圧力と比べ、熱パッファ室９の圧力の方が低いため、この圧力差により、浮遊板１０は浮遊板ストッパー１２まで移動する。この浮遊板１０の動作、すなわち、熱パッファ室９内を圧縮することで、熱パッファ室９内の圧力を高めることができる。

次に逆止弁１１がアーク接触子方向に移動し、浮遊板１０に設けられたガイド１９で停止した状態となる。大電流遮断時と同様に、電流零点でアーク接触子間のアークが減衰し、アーク接触子間の圧力と比べ、熱パッファ室９の圧力が高く、十分な差圧が生じ、熱パッファ室９からアーク接触子間に消弧性ガスを吹き付けることができる。

図４に浮遊板１０がない場合の従来のガス遮断器の熱パッファ室と機械パッファ室の圧力の時間変化の説明図を示し、図５に浮遊板１０がある場合の実施例１の熱パッファ室と機械パッファ室の圧力の時間変化の説明図を示し、浮遊板１０による熱パッファ室９の圧力上昇の原理を説明する。図４のように浮遊板１０がない場合、機械パッファ室７の圧力はピストンの圧縮により上昇するが、熱パッファ室９と機械パッファ室７の連通穴１７と逆止弁１１間の隙間の最小面積での圧力損失が大きく、熱パッファ室９の圧力は機械パッファ室７の圧力の半分程度となる。

一方、図５のように浮遊板１０がある場合、時刻ａｂ間は浮遊板１０が動作する区間であり、熱パッファ室９と機械パッファ室７の圧力上昇は一致している。これは、浮遊板１０が熱パッファ室９を圧縮することで、圧力が上昇するためである。時刻ｂｃ間では浮遊板１０は停止した状態であるが、機械パッファ室７は圧縮されるため、圧力は上昇する。このとき、逆止弁１１がアーク接触子方向に移動し、浮遊板１０に設けられたガイド１９で停止した状態となっており、浮遊板１０の穴１８が開いた状態であり、機械パッファ室７の圧力が熱パッファ室９に供給されるため、圧力は上昇するが、浮遊板１０での穴１８の圧力損失が生じるため、機械パッファ室７の圧力の方が熱パッファ室９より圧力損失分だけ高くなる。このとき、熱パッファ室９と機械パッファ室７の連通穴１７が最小面積となり、浮遊板１０なしのときの連通穴１７と逆止弁１１間の隙間の最小面積より大きくなり、機械パッファ室７の圧力の最大値は浮遊板１０がある方が小さくなる。時刻ｃｄ間はピストンの圧縮動作が終了するため、熱パッファ室９と機械パッファ室７の圧力は低下していく。

浮遊板１０は投入動作によって、機械パッファ室７の圧力が負圧になるため、熱パッファ室９と機械パッファ室７との仕切りに設けられた連通穴１７を塞ぐ位置まで戻るため、次の遮断が中小電流遮断でも上記と同様の効果を得ることができる。

本実施例によれば、熱パッファ室９と機械パッファ室７との圧力損失を低減し、熱パッファ室９の圧力を高めることができ、中小電流遮断性能を向上させることができる。

以下、図６に基づいて実施例２を説明する。図６は、実施例２に係る熱パッファ室内に浮遊板を備えたガス遮断器の投入状態を示す断面図である。実施例２では実施例１の構造に引き戻しばね１５を追加した構造である。引き戻しばね１５は浮遊板ストッパー１２と浮遊板１０間に設ける。これは、ばね力を変更することで、浮遊板１０の動作特性を調整するためである。ばね力を大きく設定することで、機械パッファ室７の圧力と熱パッファ室９の圧力間の圧力差を大きくでき、浮遊板１０の移動速度を上昇させ、浮遊板１０の動作中の熱パッファ室９の圧力上昇率を高める効果が得られる。また、遮断動作終了後に確実に熱パッファ室９と機械パッファ室７との仕切り板１３に設けられた連通穴１７を塞ぐ位置まで戻すことが可能となる。

実施例２によれば、実施例１の効果に加えて、浮遊板１０の動作中の熱パッファ室９の圧力上昇率を高める効果が得られ、また、浮遊板１０を遮断動作終了後に確実に熱パッファ室９と機械パッファ室７との仕切り板１３に設けられた連通穴１７を塞ぐ位置まで戻すことが可能となる。

以下、図７に基づいて実施例３を説明する。図７は実施例３に係る熱パッファ室内に浮遊板を備えたガス遮断器の遮断状態を示す断面図である。実施例３では実施例１の構造に逆止弁ストッパー１６を設け、浮遊板１０の逆止弁のガイド１９を取り除いた構造である。これは、浮遊板１０から逆止弁１１のガイド１９を取り除くことで、浮遊板１０を軽量化でき、スムーズに動作させるためである。

実施例３によれば、実施例１の効果に加えて、浮遊板１０を軽量化でき、スムーズに動作させることが可能となる。

以上のように、アークの熱エネルギーが期待できない中小電流遮断時において、熱パッファ室内に浮遊板１０を設置することで、熱パッファ室９の圧力が上昇し、アーク接触子と熱パッファ室９との間に十分な圧力差が生じ、熱パッファ室９からアーク接触子間に消弧性ガスを吹き付けることができる。
上記実施例では固定アーク電極５は固定されているが、可動側の可動アーク電極４に対向するアーク電極が相対的に可動する、双駆動遮断器に上記実施例で説明した浮遊板１０を熱パッファ室９内に設置しても上記実施例と同様の効果を得られる。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。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１：操作器
２：可動側主電極
３：固定側主電極
４：可動アーク電極
５：固定アーク電極
６：シャフト
７：機械パッファ室
８：絶縁ノズル
９：熱パッファ室
１０：浮遊板
１１：逆止弁
１２：浮遊板ストッパー
１３：仕切り板
１４：タンク
１５：引き戻しばね
１６：逆止弁ストッパー
１７：連通穴
１８：穴
１９：ガイド
２０：シリンダ

Claims (5)

1. 密封タンク内に可動側電極と固定側電極を対向して設け、前記可動側電極は可動側主電極と可動側アーク電極を有し、前記固定側電極は固定側主電極と固定側アーク電極を有し、前記可動側アーク電極はシャフトを介して操作器に接続され、前記可動側アーク電極の外周に同軸上に設けられたシリンダとシャフトによって熱パッファ室と機械パッファ室が構成され、前記機械パッファ室は前記熱パッファ室に直列に設けられ、前記熱パッファ室に連通する空間を形成する絶縁ノズルを有するガス遮断器において、
   前記熱パッファ室内には自在に移動可能な浮遊板と前記浮遊板の移動範囲を規定するストッパーが設けられることを特徴とするガス遮断器。
2. 請求項１に記載のガス遮断器において、
   前記浮遊板の移動範囲を規定するストッパーの設置位置は前記浮遊板の圧縮量が前記熱パッファの容積の１／２以上となることを特徴とするガス遮断器。
3. 請求項１又は２に記載のガス遮断器において、
   前記浮遊板を前記熱パッファ室と前記機械パッファ室とが仕切られる位置まで引き戻すばねを前記浮遊板と前記ストッパー間に備えていることを特徴とするガス遮断器。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載のガス遮断器において、
   前記浮遊板には弁と、前記弁の移動範囲を規定するガイドが備えられており、前記弁は前記浮遊板のガイド内を自在に移動可能であることを特徴とするガス遮断器。
5. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載のガス遮断器において、
   前記熱パッファ室内には弁と、前記弁の移動範囲を規定するストッパーが備えられており、前記弁は前記浮遊板と前記ストッパー間を自在に移動可能であることを特徴とするガス遮断器。

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