JP3799924B2 - 電力用遮断器および発電所電気回路装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力用遮断器および該電力用遮断器を使用した発電所電気回路装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
電力系統の事故時に流れる電流を遮断して系統を保護する電力用遮断器は、大電流を瞬時に遮断することができることが必要である。特に、発電機と主変圧器の間に設置されて起動および停止時に開閉し、また、事故時に流れる大きな発電機事故電流を遮断する電力用遮断器は、直流成分を含んだ数万〜数十万アンペア(A)の大電流を遮断する能力が必要である。
【0003】
このような大電流を遮断する電力用遮断器として使用されるパッファ形ガス遮断器や真空遮断器は、次のような欠点がある。
【0004】
(a)パッファ形ガス遮断器
電流遮断時に接点間に発生する大電流アークに吹き付けて該アークを消弧する高圧ガスのガス圧は、数万Aの電流遮断において十数万気圧以上を必要とするために、この高圧ガスを得るための動作ストロークが100〜300mmのふいごを使用すると、十数万〜数十トンの操作力が必要となり、機器が大型化する。
【0005】
(b)真空遮断器
電流遮断時に接点間に発生するアーク電圧が低いために、直流成分を含む電流遮断においてアーク抵抗を利用して該直流成分を減衰させることができず、従って、大きな直流成分を含む発電機主回路の遮断に適用することが困難である。また、通電能力が小さく、4000A以上の大電流が流れる回路に使用することは困難である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の1つの目的は、直流成分を含んだ大電流の通電と遮断を実行する小型の電力用遮断器を提案することにある。
【0007】
本発明の他の目的は、直流成分を含んだ大電流の遮断を小さい操作力で確実に行うことができる小型の電力用遮断器を提案することにある。
【0008】
本発明の更に他の目的は、小型の電力用遮断器を使用して所内設備を小型化することができる発電所電気回路装置を提案することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は、電気回路中に接続されて該回路中を流れる電流を遮断する電流遮断回路と、この電流遮断回路と並列に接続され、電流遮断時には前記電流遮断回路に先だって開路して通電電流を前記電流遮断回路に転流する通電回路とを備えた電力用遮断器において、前記電流遮断開路は、電流遮断時に回路中に電気抵抗を挿入して電流を減衰させる電気抵抗発生器と、この電気抵抗発生器と電気的に直列関係に接続されて減衰した電流を遮断する真空遮断器を備え、前記電気抵抗発生器は、アーク発生開閉器とし、通電中には閉路して電気抵抗値を実質的に無視できる程度の小さい値とし、遮断時には開路することによりアークを発生させてアーク抵抗回路を形成するように構成し、前記真空遮断器は、前記電気抵抗発生器に発生したアーク抵抗回路の電気抵抗によって電流が減衰したところで開路して電流を遮断するように構成し、前記アーク発生開閉器と真空遮断器は、密閉シース内に同心的に位置するように直列に並べて設け、前記通電回路は、前記アーク発生開閉器と真空遮断器の並びの両側に位置させて支持した通電開閉器回路導体片と該通電開閉器回路導体片の途中に設けた通電開閉器を備え、前記真空遮断器とアーク発生開閉器と通電開閉器を連動させて開閉操作する操作系は、1つの駆動装置によって駆動されて進退する操作ロッドに固着した操作可動板によって、前記アーク発生開閉器の可動側アーク接触子と前記通電開閉器の可動接触子を一体的に進退駆動すると共に、更に、前記可動操作板に起立させたバルブ駆動ロッドと該バルブ駆動ロッドが係合するまでのストロークに不感帯をもって係合する係合板を介して前記真空遮断器の可動ロッドを後退駆動するように構成し、前記通電開閉器を開路させてからアーク発生開閉器を開路してアークを発生させ、その後に前記真空遮断器を開路させるように連動させて前記真空遮断器とアーク発生開閉器と通電開閉器を開閉操作可能に構成したことを特徴とする。
【0012】
また、前記電気抵抗発生器は、アーク熱により加熱されて圧力が上昇するガスを収容する容器を備え、昇圧したガスをアークに吹き付けるようにしたことを特徴とする。
【0016】
また、本発明の発電所電気回路装置は、前記電力用遮断器を発電機と主変圧器の間に接続し、前記主変圧器および所内用変圧器を前記発電機から切り離すことができるようにしたことを特徴とする。
【0017】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の電力用遮断器の一実施の形態における電気的な回路図である。大電流遮断用の真空バルブ(真空遮断器)1はアーク発生用のアーク発生開閉器2と直列接続して遮断回路を構成し、この直列回路には大電流用の通電開閉器3を並列接続して通電回路を構成する。
【0018】
真空バルブ1は、真空中で開閉する開閉接触子を備える。
【0019】
アーク発生開閉器2は、電流遮断時に遮断回路を開路することによりアークを発生させて該遮断回路中にアークによる電気抵抗を挿入する開閉接触子を備え、電気抵抗発生器として機能するように構成する。
【0020】
また、通電開閉器3は、この電力用遮断器の定格電流を流す通電能力の開閉接触子を備え、閉路時には、真空バルブ1とアーク発生開閉器2を直列にした遮断回路の電気抵抗に対して実質的に無視できる程度の十分に小さい電気抵抗の通電回路を並列に形成するように構成する。
【0021】
このように構成した電力用遮断器は、導通状態とするときには、先ず、真空バルブ1を閉じ、次いでアーク発生開閉器2を閉じ遮断開路を閉路状態とし、その後に通電開閉器3を閉じて通電回路を閉路状態とする。この導通状態では、真空バルブ1および開閉器2,3の各接触子が接触して閉路状態となるが、電流Iは、主として、電気抵抗が小さい通電開閉器3により構成した通電回路に分岐してI1のように流れる。
【0022】
そして、系統事故などによって数万〜数十万Aの大きな事故電流が流れると、検出装置(図示省略)は、これを検出し、この電力用遮断器を開いて事故電流を遮断するように該電力用遮断器に開路指令する。電力用遮断器は、この開路指令を受けると、通電開閉器3の接触子を開離して通電回路を開路することにより事故電流を真空バルブ1とアーク発生開閉器2を直列接続した遮断回路に転流してI2のように流し、その後、アーク発生開閉器2の接触子を開離して接触子間にアークを発生させる。事故電流は、このアークを通して流れるが、このアークの電気抵抗により直流成分を含む事故電流を減衰させる。
【0023】
そして、電流が十分に減衰したところで真空バルブ1の接触子を開離して遮断開路を開路することにより事故電流を遮断する。なお、事故電流が小さいときには、真空バルブ1の接触子が開離する前にアークが消滅して事故電流が遮断されることになる。
【0024】
図2は、このような電流遮断動作のタイムチャートである。通電開閉器3を開路してからアーク発生開閉器2を開路するまでの時間t1およびアーク発生開閉器2を開路してから真空バルブ1を開路するまでの時間t2は、遮断器の仕様に応じて適宜に設定すべきである。
【0025】
通電開閉器3の通電回路に流れる大きな事故電流を無アークで真空バルブ1とアーク発生開閉器2の遮断回路に転流するためには、アーク発生開閉器2の接触子が開離することにより発生するアークの電圧が高まる前に転流を完了させなければならないが、事故電流を減衰させる抵抗をアーク発生開閉器2により発生させたアークによって回路中に挿入する構成は、アーク発生開閉器2の接触子が開離した直後まではアーク電圧が低いために事故電流の転流を無アークで確実に実現することができる。そして、転流後は、アーク発生開閉器2の接触子の開離距離が増加してアークの電気抵抗値が増加することにより、このアークは、事故電流を効果的に減衰するように作用する。
【0026】
この大きな事故電流を固体抵抗器で減衰させようとすると、大きな電流容量を必要とすることから極めて大型の抵抗器が必要となるが、アークの電気抵抗を利用することにより、小型に構成することができる。
【0027】
図3は、このような大電流遮断能力を備えた本発明になる電力用遮断器の縦断側面図、図4は、同横断平面図である。また、図5は、図3におけるアーク発生開閉器の部分を拡大して示す断面図、図6は、図4における通電開閉器の部分を拡大して示す平面図である。
【0028】
この電力用遮断器は、基板11に取り付けた密閉シース12の両端に該両端を貫通するように支持碍子13,14を介して取り付けた主回路端子15,16間に前記前記真空バルブ1とアーク発生開閉器2と通電開閉器3(3A,3B)を実装し、主回路端子15,16によつて外部回路に接続するように構成する。
【0029】
真空バルブ1は、導電性の固定ロッド1aの内端に設けた固定接触子1bと導電性の可動ロッド1cの内端に設けた可動接触子1dを絶縁性の真空容器1e内に内蔵する。この真空バルブ1の固定ロッド1aの外端部は、真空容器1eの端板を気密状態に貫通させて外部に導出して支持導体17にねじ止めし、通電開閉器回路導体片18,19を介して前記主回路端子15に固定し、可動ロッド1cの外端部は、真空容器1eの端部に設けた摺動集電子1fを摺動可能に貫通させて外部に導出し、その外端に係合板20をねじ止めして取り付ける。摺動集電子1fの軸方向内側は、可動ロッド1cとの間にベローズ1gを介在させて気密構造とする。摺動集電子1fは、U字状の支持導体21の一方の脚部を貫通させて該脚部に結合することにより固定する。
【0030】
支持導体21は、その底部を支持碍子22を介して基板11に取り付けて固定する。
【0031】
アーク発生開閉器2は、前記支持導体21の他方の脚部を貫通して前記真空バルブ1と同心的に位置するように該脚部にねじ止めにより取り付ける。
【0032】
このアーク発生開閉器2は、図5に拡大して示すように、パッファ形ガス遮断器と同様の形態に構成する。具体的には、開放端の外周にフランジ2aを形成した有底円筒状の熱パッファ容器2bと、フランジ2aにねじ止めして熱パッファ容器2bの開口に位置するように取り付けた固定側アーク接触子2cと、この固定側アーク接触子2cを包囲するように取り付けた絶縁性のパッファノズル2dと、導電性の操作可動板23に起立するように取り付けられ、この操作可動板23が進退することにより前記パッファノズル2d内を進退して前記固定側アーク接触子2cと離接する可動側アーク接触子2eを備える。
【0033】
このアーク発生開閉器2の固定側アーク接触子2cと前記真空バルブ1の電気的な接続は、前記支持導体21を介して実現する。
【0034】
熱パッファ容器2bのフランジ2aと前記係合板20の間には、この熱パッファ容器2bの円筒部の外周を取り巻くように蔓巻きばね24を圧縮状態に介在させ、その伸力によって可動接触子1dを固定接触子1bに接触させるように可動ロッド1cを押圧する。
【0035】
前記操作可動板23は、操作ロッド25の先端に固着する。この操作ロッド25は、ブラケット26に設けた摺動軸受27により進退自在に支持する。ブラケット26は、基板11に固定した中空の支持碍子28によって絶縁状態に支持する。このブラケット26は、操作レバー機構29を転角自在に支持し、この操作レバー機構29は、前記操作ロッド25と支持碍子28内を貫通する絶縁性の駆動部連結操作ロッド30の間に介在して該駆動部連結操作ロッド30を上下動することにより前記操作ロッド25を進退させるように両者を連結する。
【0036】
支持導体21の脚部の先端部とブラケット26の間には絶縁ロッド31を介在させることにより、支持導体21の姿勢を安定させるようにする。
【0037】
環状の中継板32は、前記蔓巻きばね24の外周に位置するようにバルブ駆動用中継絶縁ロッド33〜35によって前記操作可動板23に取り付け、この中継板32に起立させたバルブ駆動ロッド36〜38を前記係合板20にすきまばめ状態となるように貫通させ、このバルブ駆動ロッド36〜38の先端に形成した径大の頭部36a〜38aが該バルブ駆動ロッド36〜38を後退させるときに係合板20に係合して該係合板20を蔓巻きばね24の伸力に逆らって引っ張ることにより、真空バルブ1の可動接触子1dを固定接触子1bから開離するように構成する。
【0038】
前記主回路端子15から密閉シース12内に伸びる前記通電開閉器回路導体片18,19は、支持碍子39〜42によって密閉シース12に取り付けて前記真空バルブ1とアーク発生開閉器2の両側に位置するように支持する。
【0039】
そして、この通電開閉器回路導体片18,19の各先端には、図6に拡大して示すように、通電開閉器3A,3Bの固定接触子3a,3bを取り付ける。通電開閉器3A,3Bの可動接触子3c,3dは、操作可動板23の両側端に取り付けた導電性の可動子3e,3fの両側端部に取り付け、この可動子3e,3fを操作可動板23と共に進退させて前記固定接触子3a,3bと離接するように構成する。この通電開閉器3A,3Bは、固定接触子3a,3bと可動接触子3c,3dが接触した閉路状態では、電気抵抗値が実質的に無視できる程度の小さい値となるように構成する。
【0040】
また、主回路端子16から密閉シース12内に伸びる通電開閉器回路導体片43,44は、ブラケット26の両側を通って前記可動子3e,3fと対向するように該ブラケット26によって支持する。この通電開閉器回路導体片43,44の先端部には、前記可動子3e,3fに摺動可能に接触する導電性の固定接触子45,46を取り付ける。
【0041】
密閉シース12内には、SF6ガスまたは窒素ガスを1〜2気圧程度の圧力となるように封入する。このガスは、熱パッファ容器2b内にも充満する。
【0042】
駆動部連結操作ロッド30は、基板11の下側に気密状態に取り付けた駆動装置47によって駆動する。この駆動装置47は、詳細な図示説明は省略するが、一般的な遮断器で使用する油圧駆動機構や空気圧駆動機構または電動駆動機構と同様な機構を使用して構成することができる。
【0043】
このように構成した電力用遮断器は、通電状態とするときには、駆動装置47によって駆動部連結操作ロッド30を引き下げることにより操作レバー29を時計方向に転角させて実線で示す状態にする。この状態では、操作ロッド25が前進(図中右方向に移動)するので操作可動板23も同様に前進し、この操作可動板23にバルブ駆動用中継絶縁ロッド33〜35を介して取り付けられた中継板32も前進してバルブ駆動ロッド36〜38が前進することから、係合板20はバルブ駆動ロッド36〜38の頭部36a〜38aから解放され、真空バルブ1は、可動ロッド1cが蔓巻きばね24によつて押されて可動接触子1dを固定接触子1bに接触させて閉路状態となる。また、アーク発生開閉器2は、可動側アーク接触子2eがパッファノズル2d内を通って前進して固定側アーク接触子2cに接触して閉路状態となる。更に、通電開閉器3A,3Bは、可動接触子3c,3dが前進して固定接触子3a,3bに接触して閉路状態となる。
【0044】
このように真空バルブ1とアーク発生開閉器2と通電開閉器3A,3Bが閉じた状態では、主回路端子15,16間の電気的な通路は、主回路端子15から通電開閉器回路導体片18,19と通電開閉器3A,3Bと固定接触子45,46と通電開閉器回路導体片43,44を通って主回路端子16に至る通電回路と、主回路端子15から通電開閉器回路導体片18,19と支持導体17と真空バルブ1と支持導体21とアーク発生開閉器2と操作可動板23と通電開閉器3A,3Bの可動子3e,3fと固定接触子45,46と通電開閉器回路導体片43,44を通って主回路端子16に至る遮断回路が並列的に形成される。この状態で、主回路端子15,16間に流れる電流は、主として、電気抵抗が十分に小さい通電回路に流れる。
【0045】
そして、事故電流を遮断するときには、駆動装置47によって駆動部連結操作ロッド30を押し上げることにより操作レバー29を反時計方向に転角させて鎖線で示す状態にする。このような状態にすると、操作ロッド25が後退(図中左方向に移動)するので操作可動板23も同様に後退する。操作可動板23が後退すると、アーク発生開閉器2の可動側アーク接触子2eと通電開閉器3A,3Bの可動子3e,3fとバルブ駆動ロッド36〜38も同様に後退し、先ず、通電開閉器3A,3Bの可動接触子3c,3dが固定接触子3a,3bから開離する。これにより、通電回路は開路状態となり、主として通電回路に流れていた電流は、アーク発生開閉器2と真空バルブ1を含む遮断回路に転流する。
【0046】
次いで、パッファノズル2d内を後退する可動側アーク接触子2eが固定側アーク接触子2cから開離することにより、この可動側アーク接触子2eと固定側アーク接触子2cの間にアークが発生する。このアークは、事故電流を減衰させる抵抗器として作用する。また、このアークにより発生する熱は、熱パッファ容器2b内のガスを加熱して該ガスを熱膨張させることにより昇圧して前記アークに吹き付ける。
【0047】
更に操作可動板23が後退すると、バルブ駆動ロッド36〜38の頭部36a〜38aが係合板20に係合して該係合板20を引っ張ることにより、真空バルブ1の可動ロッド1cが蔓巻きばね24の伸力に逆らって後退して可動接触子1dが固定接触子1bから開離し、アークの電気抵抗によって減衰した事故電流を遮断する。
【0048】
このような電流遮断動作のタイミングは、通電開閉器3を開いてからアーク発生開閉器2を開くまでのタイミングを、通電開閉器3における固定接触子3a,3bと可動接触子3c,3dの接触状態での摺動ストローク量とアーク発生開閉器2における固定側アーク接触子2cと可動側アーク接触子2dの接触状態での摺動ストローク量の差によって設定し、アーク発生開閉器2が開いてから真空バルブ1が開くまでのタイミングを、アーク発生開閉器2が開いてからバルブ駆動ロッド36〜38の頭部36a〜38aが係合板20に係合するまでの操作系の不感帯のストローク量によって設定することにより、真空遮断器1とアーク発生開閉器2と通電開閉器3を連動させて1つの駆動装置47により開閉操作することができる。
【0049】
そして、アーク発生開閉器2の固定側アーク接触子2cと可動側アーク接触子2eとの間に発生したアークに対するガス吹き付けは、熱パッファ容器2b内のガスを前記アークの熱によって加熱して熱膨張させて昇圧することにより吹き出させて実現するようにしているので、駆動装置47による操作力を小さくすることができる。
【0050】
このような電力用遮断器は、発電所における発電機と主変圧器の間の発電機主回路に接続して低電圧大電流を断続する用途に好適である。
【0051】
図7は、本発明の電力用遮断器を設置した発電所における電気機器の配線の一実施の形態を示す電気回路図である。発電機71は、本発明の電力用遮断器を使用した発電主回路用遮断器72と主変圧器73と遮断器74と断路器75を順次に介して送電線76に接続する。所内電源は、発電機71と発電主回路用遮断器72の間の発電主回路から受電して、所内変圧器77および遮断器78を順次に介して所内配電線79に供給するように構成する。
【0052】
そして、発電主回路用遮断器72は、発電機71が停止するときや起動するときや故障したときに作動させる。すなわち、発電機71が停止するときや故障したときには開路して負荷電流を遮断し、起動するときには発電機71が所定の回転速度に上昇してから閉路する。
【0053】
このような発電所の電気機器によれば、発電所の設備を小型化することができる。
【0054】
また、この電力用遮断器は、揚水発電所における発電電動機と主変圧器の間に直列に接続して使用することもできる。
【0055】
【発明の効果】
本発明の電力用遮断器によれば、直流成分を含んだ大電流の通電と遮断を実行する電力用遮断器を小型にすることができる。
【0056】
また、本発明の電力用遮断器は、直流成分を含んだ大電流の遮断を小さい操作力で確実に行うことができる小型の電力用遮断器とすることができる。
【0057】
また、本発明によれば、小型の電力用遮断器を使用することにより所内設備を小型化することができる発電所電気回路装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の電力用遮断器の一実施の形態における電気的な回路図である。
【図2】図12に示した電力用遮断器における電流遮断動作のタイムチャートである。
【図3】本発明になる電力用遮断器の縦断側面図である。
【図4】図3に示した電力用遮断器の横断平面図である。
【図5】図3におけるアーク発生開閉器の部分を拡大して示す断面図である。
【図6】図4における通電開閉器の部分を拡大して示す平面図である。
【図7】本発明の電力用遮断器を設置した発電所における電気機器の配線の一実施の形態を示す電気回路図である。
【符号の説明】
1…真空バルブ、2…アーク発生開閉器、3…通電開閉器。
Claims (3)
- 電気回路中に接続されて該回路中を流れる電流を遮断する電流遮断回路と、この電流遮断回路と並列に接続され、電流遮断時には前記電流遮断回路に先だって開路して通電電流を前記電流遮断回路に転流する通電回路とを備えた電力用遮断器において、
前記電流遮断開路は、電流遮断時に回路中に電気抵抗を挿入して電流を減衰させる電気抵抗発生器と、この電気抵抗発生器と電気的に直列関係に接続されて減衰した電流を遮断する真空遮断器を備え、
前記電気抵抗発生器は、アーク発生開閉器とし、通電中には閉路して電気抵抗値を実質的に無視できる程度の小さい値とし、遮断時には開路することによりアークを発生させてアーク抵抗回路を形成するように構成し、前記真空遮断器は、前記電気抵抗発生器に発生したアーク抵抗回路の電気抵抗によって電流が減衰したところで開路して電流を遮断するように構成し、
前記アーク発生開閉器と真空遮断器は、密閉シース内に同心的に位置するように直列に並べて設け、
前記通電回路は、前記アーク発生開閉器と真空遮断器の並びの両側に位置させて支持した通電開閉器回路導体片と該通電開閉器回路導体片の途中に設けた通電開閉器を備え、
前記真空遮断器とアーク発生開閉器と通電開閉器を連動させて開閉操作する操作系は、1つの駆動装置によって駆動されて進退する操作ロッドに固着した操作可動板によって、前記アーク発生開閉器の可動側アーク接触子と前記通電開閉器の可動接触子を一体的に進退駆動すると共に、更に、前記可動操作板に起立させたバルブ駆動ロッドと該バルブ駆動ロッドが係合するまでのストロークに不感帯をもって係合する係合板を介して前記真空遮断器の可動ロッドを後退駆動するように構成し、前記通電開閉器を開路させてからアーク発生開閉器を開路してアークを発生させ、その後に前記真空遮断器を開路させるように連動させて前記真空遮断器とアーク発生開閉器と通電開閉器を開閉操作可能に構成したことを特徴とする電力用遮断器。 - 請求項1において、前記電気抵抗発生器は、アーク熱により加熱されて圧力が上昇するガスを収容する容器を備え、昇圧したガスをアークに吹き付けるようにしたことを特徴とする電力用遮断器。
- 請求項1または2に記載した電力用遮断器を発電機と主変圧器の間に接続し、前記主変圧器および所内用変圧器を前記発電機から切り離すことができるようにしたことを特徴とする発電所電気回路装置。
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