JP2018521466A - 誘電ガスで充填されたガス絶縁型電気装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、中電圧または高電圧用のガス絶縁型回路遮断器（１０）に関連する。回路遮断器（１０）は、少なくともフルオロニトリルを含む誘電ガスが充填された気密封止された筐体（１２）と、筐体（１２）の主軸（Ａ）に対して同軸に配置されている少なくとも二つの接点（１６、２０）と、を備えている。少なくとも二つの接点（１６、２０）に含まれる少なくとも一つは、当該二つの接点（１６、２０）が電気的に接触する閉位置と当該二つの接点（１６、２０）が離間する開位置との間で筐体（１２）の軸方向に沿って可動である可動接点（２０）である。可動接点（２０）の閉位置から開位置への移動中に二つの接点（１６、２０）の間に形成される電気アークを消弧するアーク制御機構（１４）をさらに備えている。アーク制御機構（１４）は、ロータリーアーク型である。【選択図】図１

Description

本発明は、回路遮断器のような開閉装置に関連する。当該開閉装置は、中電圧、高電圧、あるいは超高電圧用の伝送線に用いられ、環境リスクがほぼ皆無である誘電ガスを使用する。

六フッ化硫黄（ＳＦ_６）に代わる誘電ガスは、前者とは異なる挙動を示す（特にガスの流れに関して）。すなわち、開閉装置は、使用されるガスを収容可能に構成される必要がある。

六フッ化硫黄は、その電気的絶縁性とアーク制御性により、長きにわたって開閉装置に使用されてきたガスである。

しかしながら、当該化学物質は強力な温室効果ガスであるので、大気中に放出された場合に環境リスクを伴う。

当該化学物質に代えて、フルオロニトリル、二酸化炭素（ＣＯ_２）、酸素（Ｏ_２）、窒素（Ｎ_２）の少なくとも一つを含むガス混合物を使用することが提案されている。

仏国特許第３０１１１３８号公報および仏国特許第１４５６５８４号公報は、アークブラスティングを伴う回路遮断器にフルオロニトリルを用いることを記載している。

アークブラスティング型の回路遮断器においては、開状態の間にガス混合物が圧縮され、二つの電気接点の間に形成された電気アークに吹き付けられることにより、電流が零点を通過する際の遮断がなされる。

ガス混合物に対応する回路遮断器の構造は、六フッ化硫黄を含むものに対応する回路遮断器の構造から改変される。

そうした回路遮断器の構造の改変は、特にブラストノズルに関連しており、ノズルの早期消耗をもたらす。これにより、回路遮断器の性能低下が問題になる。

本発明は、六フッ化硫黄を含まない誘電ガス混合物を使用しつつも、アーク制御手段が性能低下を伴わない回路遮断器を提案することを目的とする。

本発明によれば、
フルオロニトリル、二酸化炭素、窒素、および酸素の少なくとも一つを含む誘電ガスが充填された気密封止された筐体と、
前記筐体の主軸に対して同軸に配置されている少なくとも二つの接点と、
を備えており、
前記少なくとも二つの接点に含まれる少なくとも一つは、当該二つの接点が電気的に接触する閉位置と当該二つの接点が離間する開位置との間で前記筐体の軸方向に沿って可動である可動接点であり、
前記可動接点の前記閉位置から前記開位置への移動中に前記二つの接点の間に形成される電気アークを消弧するロータリーアーク型のアーク制御機構をさらに備えている、
中電圧または高電圧用のガス絶縁型回路遮断器が提供される。

ロータリーアーク原理を用いた電気アークの消弧は、低電流（遮断能力の約１０％まで）用の絶縁混合物の流れに依らないという利点を有する。この場合、アーク制御機構によって生成された磁場の影響下でアークが回転され、アークの冷却と消弧がなされる。より高い電流（すなわち遮断能力の１０％を上回る電流）の場合、回転によるアークの消弧は、加圧されたガス流によって補助される。

しかしながら、そのような構成においては、誘電ガスの通路を区画する要素の表面は、電気アークをブラストする従来の自己ブラスト装置とは異なり、連続的なアーク制御サイクルによって磨耗しない。

好ましくは、混合ガスにおける前記フルオロニトリルの体積の割合は、０〜２０％の範囲内である。

好ましくは、前記フルオロニトリルは、ヘプタフルオロイソブチロニトリルである。

好ましくは、前記酸素の体積の割合は、０〜２５％の範囲内である。

好ましくは、前記混合ガスにおける前記二酸化炭素（ＣＯ₂）または窒素（Ｎ₂）の体積の割合は、充填のバランスをとるように定められている。

好ましくは、前記混合ガスにおける二酸化炭素（ＣＯ₂）または窒素（Ｎ₂）の体積の割合は、５５〜１００％の範囲内で可変である。

本発明に係るその他の特徴と利点は、単一の図面を参照することで理解が深まりうる以降の詳細な説明を読むことにより明らかになる。

本発明に係る開閉装置を模式的に示す軸断面図である。

単一の図面は、ガス絶縁型回路遮断器１０を示している。回路遮断器１０は、筐体１２を備えている。筐体１２内にはアーク制御機構１４が収容されている。

筐体１２は、中心に主軸Ａを有する回転体であり、主軸Ａと同心の円筒状内部空間を区画している。

アーク制御機構１４は、固定アーク接点１６と可動アーク接点２０を備えている。固定アーク接点１６は、固定接点キャリア１８の端または壁１８ａに取り付けられている。可動アーク接点２０は、可動接点キャリア２２の端または壁２２ａに取り付けられている。

固定接点キャリア１８と可動接点キャリア２２は、それぞれ外面を有している。各外面は、円筒形状の部分を有している。当該部分は、筐体１２の内部空間内に当該内部空間と同軸に配置されている。

別実施形態においては、図示されたアーク接点１６、２０に加えて、アーク制御機構が二つのパーマネント接点を備えている。当該パーマネント接点同士は、閉位置にあるときに電気的に接続され、アーク接点１６、２０の離間前に離間されることにより、当該パーマネント接点間に電気アークが形成されない。

さらに別の実施形態においては、アーク制御機構は、第三の接点をさらに備える。

この第三の接点は、パーマネント接点として機能し、アーク制御機構の開過程において電流の経路を変更することによって別のスイッチングをもたらす。

この場合、電流はまずパーマネント接点から対向する接点へ流れ、続いてアーク接点から対向する接点へ電流が流れる。

アーク制御機構１４は、絶縁材料からなるチューブ２４をさらに備えている。チューブ２４は、固定接点キャリア１８の壁１８ａと可動接点キャリア２２の壁２２ａに接続されている。

絶縁チューブ２４は、回路遮断器１０の主軸Ａと同軸であり、各接点キャリア１８、２２と気密的に接続されている。

例えば、絶縁チューブ２４は、以下に列挙するものから選ばれた材料からなる。
ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）
ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）
ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）
ガラスセラミック（ＭＡＣＯＲ；登録商標）
凝集マイカ（雲母、白雲母、または金雲母）
ＰＰＳまたはＰＥＥＫがマイカなどで充填されてもよいし、バリエーションは本例に限られない。

接点キャリア１８、２２とともに、チューブ２４は、サーマルボリュームとも称される自動拡張チャンバ２６を区画する。その内部には、アーク接点１６、２０が対向するように収容される。

別実施形態においては、自動拡張チャンバ２６は、不図示の連通孔を通じて径方向に開口する。連通孔は、固定接点キャリア１８と可動接点キャリア２２の少なくとも一方により形成されるが、当該例に限られない。

固定アーク接点１６は、筒体２８を備えている。筒体２８は、筐体１２の主軸Ａと同軸であり、軸通路３０を区画している。軸通路３０は、自動拡張チャンバ２６を排出チャンバ３２へ接続している。排出チャンバ３２は、固定接点キャリア１８の一部によって区画されている。

固定アーク接点１６は、バルブ３４を備えうる。バルブ３４は、排出チャンバ３２内に存在するガスが自動拡張チャンバ２６に再進入するのを防ぐためのものである。

固定アーク接点１６は、環状ヘッド３６も備えている。ヘッド３６は、可動アーク接点２０に対向しており、筒体２８の直径よりも大きな外径を有している。ヘッド３６の中央孔は、筒体２８の軸通路３０と同径である。

なお、本発明はこの実施形態に限られるものではなく、環状ヘッド３６の外径は、筒体２８の直径以下であってもよい。その場合、ヘッド３６の中央孔は、筒体２８の軸通路３０の直径よりも小さくなる。

固定アーク接点２０もまた筒体３８を備えている。筒体３８は、筐体１２の主軸Ａと同軸であり、軸通路４０を区画している。軸通路４０は、自動拡張チャンバ２６を第二の排出チャンバ４２へ接続している。排出チャンバ４２は、可動接点キャリア２２の一部によって区画されている。可動アーク接点２０は、バルブ４４を備えうる。バルブ４４は、排出チャンバ４２内に存在するガスが自動拡張チャンバ２６に再進入するのを防ぐためのものである。

可動アーク接点２０は、環状ヘッド４６も備えている。ヘッド４６は、可動アーク接点２０に対向しており、筒体３８の直径よりも大きな外径を有している。ヘッド４６の中央孔は、筒体３８の軸通路４０と同径である。

なお、本発明はこの実施形態に限られるものではなく、環状ヘッド４６の外径は、筒体３８の直径以下であってもよい。その場合、ヘッド４６の中央孔は、筒体３８の軸通路４０の直径よりも小さくなる。

接点１６、２０のヘッド３６、４６は、それぞれ少なくとも一つのスロット５０を備えている。

各スロット５０は、装置の主軸Ａに対して傾いていることが好ましい。この場合、各スロット５０は、電流を軸に沿わない方向へ通過させるような向きとされることが好ましい。本例においては、当該方向は、接点１６、２０の対向端面に対して僅かな角度をなし、かつ外方へ向かう向きである。

これらのスロット５０は、アーク制御機構１４が開く際に接点１６、２０を通る電流が径方向成分を有する磁場を生成するように配置される。この磁場は、電気アークに対して周方向に沿う力を生じる。当該力もまた二つの接点１６、２０の対向する面同士の間に生じる。

これにより、電気アークは、装置の主軸Ａを中心とする回転を強制され、ブラストに寄与する。

なお、磁場生成手段に関し、本発明はこの実施形態に限定されない。

例えば、ヘッド３６、４６の少なくとも一方は、磁場を生成するためにビッターコイルを備えてもよい。

筐体１２、自動拡張チャンバ２６、および排出チャンバ３２、４２の内部は、誘電ガスで充填される。誘電ガスは、接点１６、２０が完全に開位置（回路遮断器の開位置に対応）にあるときの電気的絶縁を確実にする。

誘電ガスは、電気アークのブラストを容易にもできる。自動拡張チャンバ２６内に存在するガスは、電気アークの熱によって膨張し、排出チャンバ３２、４２へ抜け、電気アークをブラストし、必要に応じて連通孔を通過する。

この誘電ガスは、フルオロニトリル（ヘプタフルオロイソブチロニトリルなど）、二酸化炭素、窒素または酸素を含む複数のガスの混合物からなる。

当該混合物におけるヘプタフルオロイソブチロニトリルの割合は、回路遮断器１０の最低動作温度によって定められるとともに、所望の充填圧の関数となる。この場合、当該割合は、ヘプタフルオロイソブチロニトリルの分圧が設備の最低動作温度における飽和蒸気圧未満となるように定められる。一般に、混合物全体におけるヘプタフルオロイソブチロニトリルの割合は、０〜２０体積％の範囲内である。

酸素（Ｏ₂）の割合は、０〜２５％の範囲内である。

二酸化炭素（ＣＯ₂）または窒素（Ｎ₂）の割合は、充填のバランスをとるために、混合物の全圧の５５〜１００％でありうる。

高電流を遮断するために回路遮断器１０を使用する場合、アークは、ロータリーアークを用いた消弧に加えて、ガス混合物でブラストされる。

ヘプタフルオロイソブチロニトリル、二酸化炭素、酸素、および窒素の混合物の挙動を適正化するために、ガスが通過する連通孔の断面は、比較的小さな寸法を有する。

回路遮断器の寿命に亘って、連続的な遮断動作と電気的磨耗は、フローセクションに何らの変化ももたらさない。よって、回路遮断器の高電流遮断性能が時を経ても安定であることを保証可能にする。

加えて、上記のようなガス混合物をロータリーアーク遮断装置１４に使用することにより、六フッ化硫黄ベースの誘電ガス用に構成された装置よりもフローセクションを小型にできる。

特にアーク制御機構１４をより小型にできるため、製造コストを抑制できる。

Claims (5)

1. 少なくともフルオロニトリルを含む誘電ガスが充填された気密封止された筐体（１２）と、
   前記筐体（１２）の主軸（Ａ）に対して同軸に配置されている少なくとも二つの接点（１６、２０）と、
   を備えており、
   前記少なくとも二つの接点（１６、２０）に含まれる少なくとも一つは、当該二つの接点（１６、２０）が電気的に接触する閉位置と当該二つの接点（１６、２０）が離間する開位置との間で前記筐体（１２）の軸方向に沿って可動である可動接点（２０）であり、
   前記可動接点（２０）の前記閉位置から前記開位置への移動中に前記二つの接点（１６、２０）の間に形成される電気アークを消弧するロータリーアーク型のアーク制御機構（１４）をさらに備えており、
   混合ガスにおける前記フルオロニトリルの体積の割合は、０〜２０％の範囲内である、
   中電圧または高電圧用のガス絶縁型回路遮断器（１０）。
2. 前記フルオロニトリルは、ヘプタフルオロイソブチロニトリルである、
   請求項１に記載の回路遮断器（１０）。
3. 前記誘電ガスは、酸素（Ｏ₂）を含んでおり、
   前記酸素の体積の割合は、０〜２５％の範囲内である、
   請求項１または２に記載の回路遮断器（１０）。
4. 前記誘電ガスは、二酸化炭素（ＣＯ₂）または窒素（Ｎ₂）を含んでおり、
   前記混合ガスにおける前記二酸化炭素（ＣＯ₂）または窒素（Ｎ₂）の体積の割合は、充填のバランスをとるように定められている、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の回路遮断器（１０）。
5. 前記混合ガスにおける二酸化炭素（ＣＯ₂）または窒素（Ｎ₂）の体積の割合は、５５〜１００％の範囲内で可変である、
   請求項１から４のいずれか一項に記載の回路遮断器（１０）。

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