JP4382601B2 - 接地開閉器 - Google Patents

Description

本発明は、主回路高電圧導体を接地する接地開閉器に関する。

現在、電力系統においては、金属製密閉容器内に絶縁媒体として六弗化硫黄ガス（ＳＦ６ガス）を封入し、この中に遮断器、断路器、接地開閉器、避雷器、各種計測用機器を組み込んだガス絶縁開閉装置が広く実用化されており、コンパクト化に優れ高い需要を得ている。一般に、送電線側の主回路導体を接地するために設けられる接地開閉器には、誘導電流遮断責務が要求されるが、ＳＦ６ガスを用いた絶縁媒体内で単に接触子間を開離しただけではこの誘導電流遮断責務を満足することができず、その遮断性能を向上するために簡易なパッファ装置を付加したり、高速度で開閉操作する高速開閉操作器等を付加したり、また接地開閉器として真空遮断器を使用する（例えば、特許文献１参照）などの対策がとられてきた。

ところで近年、地球規模で環境保護への意識が高まっており、オゾン層破壊や地球温暖化といった地球環境問題への対応として種々の化学物質の影響の有無がチェックされるようになってきた。ＳＦ６ガスについては、化学的に極めて安定したおり、かつ塩素を含まないのでオゾン層破壊に関与することはないが、温暖化への影響度合いを示す指数である地球温暖化係数ＧＷＰ（Ｇｌｏｂａｌ Ｗａｒｍｉｎｇ Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）に関しては二酸化炭素の約２万倍以上と大きい。そのため、地球温暖化への関与が懸念され、最近では、ＳＦ６ガス使用量を少なくした機器、あるいは代替ガスを使用したガス絶縁機器への関心が高まっている。具体的にはＳＦ６ガスに窒素や空気、二酸化炭素、ＣＦ４などの希釈ガスを混合させることにより、ＳＦ６ガスの使用量を低減した混合ガス絶縁機器の研究や、高気圧窒素や高気圧空気を使用してＳＦ６ガスを全く使わずに絶縁耐力を高めようとする研究もなされている。

特開平１１−１６４４２９号公報

上述したように送電線側の接地開閉においては、ＳＦ６ガスを用いた場合でも誘導電流遮断性能が問題となっており、環境調和を考えてＳＦ６ガスよりも地球温暖化係数の小さなガスを用いた場合、ＳＦ６ガスに比べて絶縁および遮断性能が低く、例えば、窒素や乾燥空気を用いた場合、絶縁では１／３、遮断能力でも３０％以下になると言われている。このため、従来のように簡易なパッファ装置を付加したり高速開閉操作器を適用してもこの遮断責務を達成するためには機器の大型化は避けられず、加えて、機器の構造簡素化の妨げになっている。また、接地開閉器に真空遮断器を使用した場合は、主回路導体に高電圧を印加した通常の運転状態で真空遮断器を開極保持するため、真空遮断器には常時、系統の高電圧が極間に印加されこれに対して絶縁を保持しなければならず、望ましい使用形態ではなかった。

本発明の目的は、耐電圧性能に優れ、構造が簡単で誘導電流開閉責務を満足することができる接地開閉器を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、送電線側の主回路導体を接地すると共に、誘導電流遮断を行う接地開閉器において、上記主回路導体にその一端を接続して構成した開閉部と、この開閉部の他端にその一端を電気的直列に接続しその他端を接地すると共に誘導電流遮断性能を有する真空開閉部を接続し、この真空開閉部は上記開閉部に先立って開路するように構成したことを特徴とする。

また請求項２に記載の本発明は、絶縁性ガスを封入した密閉容器内に、この密閉容器から電気的に絶縁して支持した主回路導体を配置し、この主回路導体の送電線側を接地すると共に、誘導電流遮断を行う接地開閉器において、上記密閉容器内の上記主回路導体にその一端を接続して構成したガス開閉部と、このガス開閉部の他端にその一端を電気的直列に接続しその他端を接地すると共に誘導電流遮断性能を有する真空開閉部を有して構成し、この真空開閉部は上記ガス開閉部に先立って開路するように構成したことを特徴とする。

また請求項３に記載の本発明は、請求項２に記載のものにおいて、上記密閉容器とガス的に区分した他の密閉容器を設け、この他の密閉容器内に上記真空開閉部を配置したことを特徴とする。

さらに請求項４に記載の本発明は、請求項３に記載のものにおいて、上記密閉容器内に封入する絶縁性ガスに、二酸化炭素、窒素、乾燥空気の少なくともいずれか一つまたは少なくともいずれか二つの混合ガスを用い、上記他の密閉容器内に異なる絶縁性ガスを封入したことを特徴とする。

さらに請求項５に記載の本発明は、請求項１〜４のいずれか一つに記載のものにおいて、上記真空遮断部と電気的並列に、上記開閉部および上記真空開閉部に先立って開路および閉路する他の開閉部を設けたことを特徴とする。

本発明による接地開閉器は、主回路導体と大地間に開閉部と真空開閉部とを電気的直列に接続し、真空開閉部を開閉部に先行して開路するようにしているため、真空開閉部で誘導電流を遮断することができ、その後の絶縁保持は真空開閉部とは異なる絶縁媒体を用いることができる開閉部で行うことができ、耐電圧性能に優れ、構造が簡単で誘導電流開閉責務を満足することができる。

また請求項２に記載の本発明による接地開閉器は、絶縁性ガスを封入した密閉容器内の主回路導体と大地間にガス開閉部と真空開閉部とを電気的直列に接続し、真空開閉部をガス開閉部に先行して開路するようにしているため、真空開閉部で誘導電流を遮断することができ、その後の絶縁保持は真空開閉部とは異なるガス開閉部で行うことができ、耐電圧性能に優れ、構造が簡単で誘導電流開閉責務を満足することができる。

また請求項３に記載の本発明による接地開閉器は、主回路導体の密閉容器とガス的に区分した他の密閉容器を設け、この他の密閉容器内に真空開閉部を配置したため、真空開閉部で誘導電流を遮断することができ、その後の絶縁保持は真空開閉部とは異なるガス開閉部で行うことができ、ガス開閉部と真空開閉部にそれぞれ望ましい絶縁媒体を使用することも可能になり、耐電圧性能に優れ、構造が簡単で誘導電流開閉責務を満足することができる。

さらに請求項４に記載の本発明による接地開閉器は、主回路導体の密閉容器内に封入する絶縁性ガスに、二酸化炭素、窒素、乾燥空気の少なくともいずれか一つまたは少なくともいずれか二つの混合ガスを用い、上記他の密閉容器内に異なる絶縁性ガスを封入して環境調和を図っても、真空開閉部で問題なく誘導電流遮断を行うことができる。

さらに請求項５に記載の本発明による接地開閉器は、真空遮断部と電気的並列に、開閉部および真空開閉部に先立って開路および閉路する他の開閉部を設けたため、接地開閉器を誤操作により投入しても、真空開閉部における電極の溶着を防止することができ、信頼性を一層向上することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図２は、本発明に一実施の形態による接地開閉器を採用して構成したガス絶縁開閉装置を示す簡略構成図である。
ガス絶縁開閉装置は、密閉容器４内に主回路導体１を絶縁スペーサなどの絶縁物１７によって絶縁保持して構成される。この主回路導体の中には、遮断器１８や、その両側に接続した送電線側断路器１９と母線側断路器２０や、送電線側断路器１９の送電線側に設けた接地開閉器２１と、送電線側断路器１９の遮断器１８側に設けた接地開閉器２２と、遮断器１８の母線側断路器２０側に設けた接地開閉器２３などが含まれている。このうち送電線側に設けた接地開閉器２１は、絶縁耐力の高いガス中に配置したガス開閉部１２と真空開閉部６との直列接続体から構成している。その他の接地開閉器２２，２３は誘導電流遮断責務が要求されないので一般的な構造のものが使用され、絶縁端子２４を用いて密閉容器１６から電気的に絶縁した状態で接地されている。

図１は、上述した接地開閉器２１の詳細を示す要部断面図である。
地球温暖化係数の小さなガスを封入した密閉容器４内には、主回路導体１が図示を省略した絶縁支持物によって密閉容器４から電気的に絶縁した状態で保持されており、この主回路導体１の送電線路側に接地開閉器２１が構成されている。この接地開閉器２１は、主回路導体１に取り付けた固定接触子２と、この固定接触子２に接離可能な可動接触子３とを有するガス開閉部１２と、この可動接触子３に絶縁ロッド７を介して連結した回転駆動軸１１を有する図示しない駆動装置と、この駆動装置による可動接触子３の動作から密閉容器４の機密を保持する絶縁シール部材１０と、この絶縁シール部材１０によって密閉容器４とガス的に区分した密閉容器８と、この密閉容器８内に絶縁物１５によって絶縁保持した真空開閉部６と、この真空開閉部６の固定電極１３とガス開閉部１２の可動接触子３間を常時電気的に接続するフレキシブル通電導体５と、真空開閉器６の可動電極１４を開閉駆動する図示しないばね駆動装置と、真空開閉部６の可動電極１４側を密閉容器８から絶縁した状態で接地する絶縁端子９とを有して構成している。

主回路導体１に取り付けた固定接触子２に対向した部分の密閉容器４には、凹部が形成されており、定常状態の開路状態において固定接触子２から所定距離開離した可動接触子３がこの凹部内に位置し、その先端の電界集中は軽減されている。このとき、図示しない操作器によって開閉操作される可動接触子３は、フレキシブル通電導体５によってその動作を許しながら真空開閉部６の固定電極１３とガス開閉部１２の可動接触子３間の電気的接続状態を保持しているが、このフレキシブル通電導体５に代えて可動接触子３との電気的接触状態を保持しながらその動作を許す集電子を設け、この集電子を真空開閉部６の固定電極１３側に支持しても良い。いずれにしても、可動接触子３は、絶縁シール部材１０によって密閉容器４の気密を保持しながら固定接触子２から所定距離開離するように動作するため、密閉容器４内と密閉容器８内とはガス的に区分された状態を保持することができる。

上述したように送電線路側の接地開閉器２１は、ガス開閉部１２と、真空遮断器もしくは真空コンタクタとして知られる真空開閉部６の直列接続体から構成されており、主回路導体１をガス開閉部１２および真空開閉部６を介して接地する構成となっている。ガス開閉部１２は、図示しない操作器によって回転駆動軸１１を回転し、絶縁ロッド７を介して可動接触子３を図示の上方向に駆動して図示のように固定接触子２に接触させて閉路状態にし、可動接触子３を下方向に駆動して開路状態にする構成であり、可動接触子３が固定接触子２から開離した状態で、主回路導体１に所定の高電圧が印加されても絶縁を保持する。これは、密閉容器４内に封入した絶縁ガスの絶縁耐圧と、ガス開閉部１２の電界設計などによって決定される。

一方、真空開閉部６は、ガス開閉部１２の閉路指令を遅延して受ける図示しない駆動部によって可動電極１４を上方向に駆動して図示のように固定電極１３に接触させて閉極し、可動電極１４を下方向に駆動して開極する構成である。一般に知られる真空遮断器もしくは真空コンタクタの真空バルブによって、誘導電流遮断性能を有する真空開閉部６を構成したとすると、可動電極１４を固定電極１３から所定距離開極し、両電極間に発生したアークを電極構造による電磁駆動力によって駆動して電流零点を迎えて電流遮断を行う構成である。このような真空開閉部６は、比較的小型で簡易な構成とすることができるが、電極間開離距離が小さいため高電圧を印加した状態で絶縁保持させるのには適していない。そこで、ガス開閉部１２と真空開閉部６は、次に説明する関係を有して開閉動作するようにしている。

つまり、接地開閉器２１を閉じて主回路導体１を接地する場合には、先ず真空開閉部６を閉極してからガス開閉部１２を閉路し、逆に、接地開閉器２１を開く場合には、真空開閉部６を開極し同部で誘導電流を遮断した後、ガス開閉部１２を開路する。この開路状態で主回路導体１に高電圧が印加されていたとしても、ガス開閉部１２の可動接触子３と固定接触子２の間で絶縁が良好に保持されることになり、真空開閉部６には高電圧が加わることがない。

上述した接地開閉器２１は、電気的に直列接続したガス開閉部１２と真空開閉部６から構成し、それぞれの特徴を生かしてその開路時の動作順を設定することにより、真空開閉部６を誘導電流遮断用に使用すると共に、ガス開閉部１２を絶縁保持に使用することができる。従って、従来のように接地開閉器における誘導電流遮断責務を満足するためにパッファー装置を付加したり高速動作操作器としたりする必要がなく、耐電圧性能に優れ、構造が簡単で誘導電流遮断責務を満足した接地開閉器を提供することができる。このような接地開閉器２１は、密閉容器４，８内に絶縁性ガスを封入したガス絶縁開閉装置以外の気中絶縁方式の構成、絶縁油を用いた構成でも使用することができ、同様の効果を期待することができる。

しかしながら、上述した接地開閉器２１では、密閉容器４とはガス的に区画した密閉容器８を追加し、この密閉容器８内に真空開閉部６を配置しているため、接地開閉器におけるガス区画を二つに分けることができる。従って、絶縁保持に使用したガス開閉部１２を含む第一ガス区画は絶縁耐力の高いガス、例えばＳＦ６ガス含む混合ガスまたは高気圧の乾燥空気またはＮ２ガスまたはＣＯ２ガスを封入し、絶縁保持力を向上させることができる。これに対して、真空開閉部６は真空バルブ内の真空を利用して電流遮断を行うので、これを収納した第二ガス区画は、第一ガス区画に封入した絶縁ガスより絶縁耐力の低いガス、例えば大気圧の乾燥空気またはＮ２ガスまたはＣＯ２ガスあるいはそれらの混合ガスを封入することができる。

このようにガス区画した密閉容器４，８内の絶縁媒体を使い分けると、保守点検のために密閉容器８内から真空開閉部６を取り出す場合でも、絶縁媒体の回収等がＳＦ６ガスに比べて容易になり、しかも、この作業中も密閉容器４内の絶縁耐力の高いガスによって絶縁状態を良好に保持することができるようになる。

図３は、本発明の他の実施の形態による接地開閉器を採用して構成したガス絶縁開閉装置を示す簡略構成図であり、図２との同等物には同一符号を付けて詳細な説明を省略し、その相違部分について説明する。
送電線側に設けた接地開閉器２１は、絶縁耐力の高いガス中に配置したガス開閉部１２と、真空開閉部６との直列接続体から構成しているが、両者間にガス的な区画を形成せず同一の絶縁性ガス雰囲気中に構成している。

このような構成の接地開閉器２１でも、電気的に直列接続したガス開閉部１２と真空開閉部６から構成し、それぞれの特徴を生かしてその開路時の動作順を設定することにより、真空開閉部６を誘導電流遮断用に使用すると共にガス開閉部１２を絶縁保持に使用することができる。従って、従来のように接地開閉器における誘導電流遮断責務を満足するためにパッファー装置を付加したり高速動作操作器としたりする必要がなく、機器の小型化を図ることができる。

図４は、本発明の他の実施の形態によるガス絶縁開閉装置を示す簡略構成図であり、図２との同等物には同一符号を付けて詳細な説明を省略し、その相違部分について説明する。
送電線路側の接地開閉器２１は、絶縁耐力の高い絶縁性ガスを充填した密閉容器４内にガス開閉部１２と真空開閉部６との直列接続体と、真空開閉部６と電気的に並列に接続した開閉部２５とをそれぞれ配置して構成している。真空開閉部６として真空バルブを使用した場合、廃熱に問題があり、大電流を流すのには適していない。しかしながら、接地開閉器２１としてその一部に使用した場合、主回路導体１に定格電流を通電している状態で誤って接地開閉器２１を動作させた場合でも電極が溶着しない仕様が必要となる。

そこで、接地開閉器２１の投入時は、先ず、真空開閉部６と並列に接続した開閉部２５を閉路してから、ガス開閉部１２を閉路するようにし、その後に真空開閉部６を閉極するようにしている。一方、接地開閉器２１を開く場合は、真空開閉部６と並列に接続した開閉部２５を開路してから真空開閉部６を開極して誘導電流を遮断した後、ガス開閉部１２を開路し、このガス開閉部１２によって絶縁保持するようにしている。

このような接地開閉器２１とすることによって、主回路導体１に定格電流を通電している状態で誤操作して接地開閉器２１の接地動作した場合でも、真空開閉部６を介して大電流を流すことなく、この真空開閉部６と並列に設けた開閉部２５を通して大電流を大地に流すことができ、真空開閉部６における電極の溶着を防止して一層信頼性を向上させることができる。

図５は、本発明の他の実施の形態によるガス絶縁開閉装置を示す簡略構成図であり、図４との同等物には同一符号を付けて詳細な説明を省略し、その相違部分について説明する。
送電線側に設けた接地開閉器２１は、絶縁耐力の高い絶縁性ガスを充填した密閉容器４内に配置したガス開閉部１２と、密閉容器４とはガス的に区分した密閉容器８内に真空開閉部６と、この真空開閉部６と並列に接続した開閉部２５とを配置して構成している。

このように構成した接地開閉器２１によれば、ガス的に区画した密閉容器４，８を使用し、ガス開閉部１２と真空開閉部６を分散配置しているため、図２で説明した場合と同じように、接地開閉器２１におけるガス区画を二つに分けることができる。従って、絶縁保持に使用したガス開閉部１２を含む第一ガス区画は絶縁耐力の高いガスあるいは高い圧力のガスを封入して絶縁保持力を向上させることができ、これに対して、真空開閉部６を収納した第二ガス区画は、第一ガス区画に封入した絶縁ガスより絶縁耐力の低いガスあるいは圧力の低いガスを封入することができる。このようにガス的に区画した密閉容器４，８内の絶縁媒体を使い分けることによって、保守点検のために密閉容器８内から真空開閉部６を取り出す場合でも、絶縁媒体の回収等がＳＦ６ガスに比べて容易になり、しかも、この作業中も密閉容器４内の絶縁耐力の高いガスによって絶縁状態を良好に保持することができるようになる。

図６は、本発明の他の実施の形態による接地開閉器を示す断面図であり、図１との同等物には同一符号を付けて詳細な説明を省略し、その相違部分についてのみ説明する。
ここで真空開閉部６は可動電極１４側を上方に駆動して開極するように図１とは上下逆に配置し、可動電極１４に連結した絶縁ロッド２６にレバー２７の一端を連結している。このレバー２７は図示しない操作器により回転駆動軸１１を回転して操作力を伝達するもので、レバー２７の他端にはガス開閉部１２の絶縁ロッド７を連結している。

接地開閉器２１を開く場合は、図示しない操作器によってレバー２７を時計方向に回転すると、先ず、可動電極１４が突き合わせ接触の固定電極１３から開離し、この真空開閉部６で誘導電流を遮断することになる。その後、固定接触子２内に可動接触子２が挿入されたガス開閉部１２が開路することになる。共通のレバー２７を使用することによって、真空開閉部６は真空遮断器として知られるよりも開極速度が大きくはないが、系統の誘導電流を遮断するには十分な性能を容易に得ることができる。

図７は、本発明のさらに他の実施の形態による接地開閉器を示す断面図であり、図１との同等物には同一符号を付けて詳細な説明を省略し、その相違部分についてのみ説明する。
ここでも真空開閉部６は可動電極１４側を上方に駆動して開極するように図１とは上下逆に配置し、可動電極１４に連結した絶縁ロッド２６に第一ラック２８を連結している。また、ガス開閉器１２の絶縁ロッド７の操作器側には第二ラック２９を連結している。両ラック２８，２９の対向部には回転駆動軸１１を有するピニオン３０が配置され、それぞれのラック２８，２９に噛み合っている。図示しない操作器により回転駆動軸１１を回転すると、ピニオン３０を介して真空開閉部６の可動電極１４およびガス開閉部１２の可動接触子３を開閉方向にそれぞれ駆動することができる。

接地開閉器２１を開く場合は、図示しない操作器によってピニオン３０を時計方向に回転すると、先ず、可動電極１４が突き合わせ接触の固定電極１３から開離し、この真空開閉部６で誘導電流を遮断することになる。その後、固定接触子２内に可動接触子２が挿入されたガス開閉部１２が開路することになる。この実施の形態も図６の場合と同様に共通のピニオン３０を使用することによって、真空開閉部６は真空遮断器として知られるよりも開路速度が大きくはないが、系統の誘導電流を遮断するには十分な性能を容易に得ることができる。

本発明による接地開閉器は、上述した実施の形態以外の構成のガス絶縁開閉装置、あるいはその他の気中絶縁方式の開閉装置にも適用することができる。

本発明の一実施の形態による接地開閉器の断面図である。 図１に示した接地開閉器を採用したガス絶縁開閉装置の開略構成図である。 本発明の他の実施の形態による接地開閉器を採用したガス絶縁開閉装置の開略構成図である。 本発明のさらに他の実施の形態による接地開閉器を採用したガス絶縁開閉装置の開略構成図である。 本発明のさらに他の実施の形態による接地開閉器を採用したガス絶縁開閉装置の開略構成図である。 本発明の他の実施の形態による接地開閉器の断面図である。 本発明のさらに他の実施の形態による接地開閉器の断面図である。

符号の説明

１ 主回路導体
２ 固定接触子
３ 可動接触子
４ 密閉容器
６ 真空開閉部
８ 密閉容器
１２ 開閉部
１３ 固定電極
１４ 可動電極
２１ 接地開閉器
２５ 開閉部

Claims (2)

1. 絶縁性ガスを封入した密閉容器内に、この密閉容器から電気的に絶縁して支持した主回路導体を配置し、この主回路導体の送電線側を接地すると共に、誘導電流遮断を行う接地開閉器において、上記密閉容器内の上記主回路導体にその一端を接続して構成したガス開閉部と、このガス開閉部の他端にその一端を電気的直列に接続しその他端を接地すると共に誘導電流遮断性能を有する真空開閉部を有して構成し、上記密閉容器とガス的に区分した他の密閉容器内に上記真空開閉部を配置し、上記真空開閉部は上記ガス開閉部に先立って開路するように構成したことを特徴とする接地開閉器。
2. 請求項１に記載のものにおいて、上記真空遮断部と電気的並列に、上記開閉部および上記真空開閉部に先立って開路および閉路する他の開閉部を設けたことを特徴とする接地開閉器。

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