JP4714527B2 - 高電圧大容量遮断器 - Google Patents

Description

本発明は、真空遮断器を用いて構成した高電圧大容量遮断器に関する。

電力系統の高電圧大容量遮断器として、ＳＦ６ガス遮断器が主流であるが、電力線路の低損失化が進んだ結果、系統の直流分減衰時定数が大きくなる傾向であり、これは遮断必要アーク時間幅の増大となり、パッファ吹き付け方式を採用したＳＦ６ガス遮断器では限界がある。一方、こうした問題点を解決するために真空遮断器の使用が注目されているが、真空遮断器は高電圧化が難しく、また短絡事故回路の強制閉極での電極損傷による遮断および絶縁性能低下や、開極動作時の進み小電流遮断時の無再点弧遮断が困難などの遮断特性にも限界がある。そこで、真空遮断器と電気的直列にガス遮断器やガス断路器を接続した高電圧大容量遮断器が提案されている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。
特開昭６０−２５７０２４号公報 特開昭５５−６２６２５号公報

しかしながら、従来の真空遮断器を用いた高電圧大容量遮断器は、遮断器単体としての構成が中心であり、それをガス絶縁開閉装置の遮断器に利用した場合の具体的な検討がなされていなかった。

本発明の目的は、ガス絶縁開閉装置用に適した具体的な構成の高電圧大容量遮断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、絶縁性ガスを封入した縦型の密閉容器内に遮断部を配置した高電圧大容量遮断器において、上記遮断部は、絶縁ガス中で開極する第二開閉部と電気的直列に真空遮断部を接続し、上記第二開閉部および上記真空遮断部との直列体と電気的並列に主通電路を形成する主通電開閉部を接続して構成し、絶縁支持部材によって上記真空遮断部の下部を支持し、上記真空遮断部の上部に設けた中間支持導体に上記第二開閉部の可動部を移動可能に支持し、上記主通電開閉部は上記第二開閉部に並置して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、請求項１に記載のものにおいて、上記絶縁支持部材と上記真空遮断部間に支持部材を設け、この支持部材に上記各開閉部への開閉操作力を伝達するリンク機構を設けたことを特徴とする。

さらに請求項３に記載の本発明は、請求項１に記載のものにおいて、上記真空遮断部は、上記主通電開閉部の開極後、上記第二開閉部と同時または遅れて開極し、また上記主通電開閉部および上記第二開閉部に先行して閉極するように構成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１に記載のものにおいて、上記真空遮断部は、事故大電流遮断責務を担い、また上記第二開閉部は、絶縁性ガス中で接触子を開離する構成で、絶縁責務、絶縁的小電流遮断責務および事故短絡回路の強制閉極責務を担うことを特徴とする。

さらに請求項５に記載の本発明は、請求項２に記載のものにおいて、上記リンク機構と上記真空遮断部の可動電極間に、開極動作初期に空動きをし、その後の開極動作時に上記可動電極を開極駆動する空動き動作連結機構を設けたことを特徴とする。

本発明の高電圧大容量遮断器によれば、第二開閉部、真空遮断部および主通電開閉部を有して遮断部を構成し、絶縁支持部材によって真空遮断部の下部を支持し、この真空遮断部の上部に設けた中間支持導体に第二開閉部の可動部を移動可能に支持し、主通電開閉部は第二開閉部に並置して構成したため、遮断部をガス絶縁開閉装置に適した縦型とし、しかも、重量物である真空遮断部の配置によってその真空容器を利用しながら第二開閉部の可動部を移動可能に強固に支持して絶縁強調を容易にとることができる。

また請求項２に記載の本発明の高電圧大容量遮断器によれば、絶縁支持部材と真空遮断部間に設けた支持部材に各開閉部への開閉操作力を伝達するリンク機構を設けたため、上述の利点を生かしながらリンク機構部を集中的に構成することができ、これによって共通の操作器を使用して各開閉部の開閉操作を容易に行なうことができるようになる。

さらに請求項３に記載の本発明の高電圧大容量遮断器によれば、真空遮断部で事故大電流遮断責務を担うように開極順を定めたため、ＳＦ６ガスなどの絶縁性ガスに依存しないで大電流を遮断可能となり、環境に調和した高電圧大容量遮断器とすることができる。

さらに請求項４に記載の本発明の高電圧大容量遮断器によれば、真空遮断部で事故大電流遮断責務を担い、また第二開閉部で絶縁責務、絶縁的小電流遮断責務および事故短絡回路の強制閉極責務を担うようにしたため、真空遮断部の電極の損傷が無くなり、引き続き、行われる開極動作での遮断性能を低下させることなく高電圧大容量化が合理的に可能となる。

さらに請求項５に記載の本発明の高電圧大容量遮断器によれば、開極動作の初期には空動き動作連結機構によって真空遮断部を開極することなく、所定の時期に空動きを阻止して真空遮断部を開極させることができ、共通の操作器を用いて上述した動作特性を容易に満足することができる。

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、本発明の一実施の形態による高電圧大容量遮断器を適用するガス絶縁開閉装置の単線結線図を並記した側面図である。
この標準的なガス絶縁開閉装置は、縦型の密閉容器１ａ内に絶縁性ガスを封入して構成した遮断部１の上部端子側を断路器２およびケーブルヘッド３を介して密閉容器３ａから絶縁導出したケーブル４に接続し、一方、遮断部１の下部端子側には断路器５を介して第一母線６に、また断路器７を介して第二母線８を接続している。一般的には、遮断部１の密閉容器１ａの下部に遮断部可動部分に連結したリンク機構の一部を気密を保持しながら密閉容器１ａ外に導出し、密閉容器１ａの下部あるいは密閉容器１ａの全面側に配置した操作器によってこのリンク機構を介して遮断部１の開閉操作を行うようにしている。

図３は、上述した密閉容器１ａ内に構成した高電圧大容量遮断器の単線回路図である。
高電圧大容量遮断器は、真空遮断部１０と電気的直列に第二開閉部９を接続し、これら直列接続体と電気的並列に主通電を行う主通電開閉部１１を接続して構成している。真空遮断部１０は、高電圧大容量遮断器の事故大電流遮断責務を担っており、これに対して第二開閉部９は、ガス断路器のように絶縁性ガス中で接触子を開離する構成であり、高電圧大容量遮断器の絶縁責務、絶縁的小電流遮断責務（進み小電流遮断等）および事故短絡回路の強制閉極責務を担っている。

また主通電開閉部１１は、閉極状態において定格電流の大部分を通電して主通電回路を形成するものである。この高電圧大容量遮断器における各部の開閉動作は、図４に示すように閉極動作時においては、先ず開閉ストローク特性４１で示した真空遮断部１０を時点Ａで接触し時点Ｂで閉極状態とし、その後、開閉ストローク特性４２で示した第二開閉部９を時点Ｃで接触し、次いで、開閉ストローク特性４３で示した主通電開閉部１１を時点Ｅで接触し、時点Ｄおよび時点Ｆで第二開閉部９および主通電開閉部１１を閉極状態とする。一方、開極動作においては、先ず、主通電開閉部１１を時点Ｅ’で開極し、第二開閉部９を時点Ｃ’で開極し、時点Ａ’で真空遮断部１０を開極する。

図１は、本発明の一実施の形態による高電圧大容量遮断器を示す側面図である。
図示の部分は絶縁性ガスを封入した縦型の密閉容器内に構成されており、両遮断器端子１２，３９間に図３に示した回路構成の高電圧大容量遮断器が構成されている。図２に示した断路器２側に接続される上部遮断器端子１２は図示しない支持絶縁物によって密閉容器から電気的に絶縁した状態で支持されており、一方、図２に示した断路器５，７側に接続される下部遮断器端子２３は支持部材３８，３９を介して図示を省略した支持絶縁物によって支持固定されている。この上部遮断器端子１２と下部遮断器端子２３間に、真空遮断部１０と第二開閉部９の電気的直列体と、主通電開閉部１１が接続されている。

上部遮断器端子１２には、詳細な図示を省略した主通電開閉部１１の固定主接触子１８と、第二開閉部９の固定接触子１３が支持固定されている。固定主接触子１８と対を成す可動主接触子１９は集電子２４を介して下部遮断器端子２３と常時接触状態を保持している。第二開閉部９の固定接触子１３と対を成す可動接触子１４は、中間支持導体１７に電気的に接続されており、この中間支持導体１７と下部遮断器端子２３間に真空遮断部１０が接続されている。第二開閉部９は、ループ電流遮断性能を有し、固定接触子１３と可動接触子１４間の開離時に簡易なシリンダ１５とピストン１６とによって形成した空間内のガスを吹き付ける手段を有している。この簡易ガス吹き付け手段は、パッファー形ガス遮断器のような大掛かりのものではなくループ電流遮断性能を有するものであれば良く、他の手段によって構成することもできる。

周知のように真空遮断部１０は、開離可能な１対の電極を絶縁物製の真空容器内に構成しており、真空容器２２内には、この真空容器２２内に配置されて開離可能な１対の可動電極および固定電極と、可動電極を支持しながら真空容器２２外に導出した可動ホルダと、真空容器２２内の真空度を保持しながら可動ホルダおよび可動電極間の開閉動作を許すベローズなどを有して構成されている。この真空容器を強度部材として用いて中間支持導体１７を機械的に支持し、この中間支持導体１７によって第二開閉部９の可動部２０を移動可能に支持している。高電圧大容量遮断器として事故大電流遮断責務を担っている真空遮断部１０は大型で重量物となるが、図示しない絶縁支持物に固定した支持部材３８および下部遮断器端子２３に真空容器２２をしっかりと支持固定している。支持部材３８は機械強度部材であり真空遮断部１０を強固に支持することができる。

この点、電気的な接続関係から考えると、真空遮断部１０と第二開閉部９の位置を入れ替えることも可能であるが、第二開閉部９の下部側に真空遮断部１０を配置するのが重要である。この真空遮断部１０に対して第二開閉部９はループ電流遮断性能を有する簡易な構成であり、支持部材３８から離れた位置に構成されてもしっかりとこれを保持することができる。また、このような配置によって第二開閉部９と主通電開閉部１１を並置することができ、詳細を後述するように絶縁強度を高めることができるようになる。

支持部材３８には、図示しない操作器に連結したリンク機構の回転軸２８が可回転的に保持され、この回転軸２８にはレバー２６，２７，２９が連結され、レバー２９の他端に連結した絶縁操作ロッド３０を図示しない操作器によって駆動することにより回転軸２８を回転させて、真空遮断器１、第二開閉部９および主通電開閉部１１の開閉操作を行うように構成している。レバー２６の他端には絶縁物２５を介して主通電開閉部１１の可動主接触子１９が連結されている。絶縁操作ロッド３０を下方に駆動して回転軸２８を反時計方向に回転すると、レバー２６を介して可動主接触子１９を下方の開離方向に駆動することになる。

回転軸２８に固定したレバー２７には絶縁ロッド２１を介して第二開閉部９の可動部２０が連結されており、この可動部２０に可動接触子１４やシリンダ１５が連結されている。絶縁操作ロッド３０を下方に駆動して回転軸２８を反時計方向に回転すると、レバー２７および絶縁ロッド２１を介して可動接触子１４を下方の開離方向に駆動することになる。レバー２６とレバー２７とはレバー比が異なり、回転軸２８を反時計方向に回転したとき、先ず、主通電開閉部１１を開路し、その後、第二開閉部９を開路するようにしている。

また回転軸２８にはリンク３６を介して回転軸３５を有するレバー３７の一端が連結され、レバー３７の他端にはリンク３２〜３４から構成した空動き動作連結機構が連結され、この空動き動作連結機構の端部のリンク３２には真空遮断部１０の可動電極を有した可動ホルダ３１が連結されている。リンク３２とリンク３３を連結するピンもしくは同部に設けたローラなどのガイド部材４４は、支持部材３８に形成した案内溝４０に沿って移動するようにしている。絶縁操作ロッド３０を下方に駆動して回転軸２８を反時計方向に回転すると、詳細を後述するように空動き動作連結機構は初期において空動きをし、所定時間経過後、空動きを止めて可動ホルダ３１を下方に駆動して真空遮断部１０を開極駆動する。

図５は、上述した空動き動作連結機構を説明するための要部拡大図であり、真空遮断部１０の閉極状態に対応している。同状態でガイド部材４４は案内溝４０の左方端部内に位置している。案内溝４０の大まかな形状は、可動ホルダ３１とリンク３２の連結部を中心にして弧を描いた弧状部４０ａと、その後は可動ホルダ３１の開極方向にほぼ直線的に延びた直線部４０ｂとを有している。遮断器全体の閉路状態から、図１に示した絶縁操作ロッド３０を下方に駆動して回転軸２８を反時計方向に回転すると、レバー２７が反時計方向に回転し、リンク３２〜３４から構成した空動き動作連結機構が駆動され開路動作を開始する。空動き動作連結機構を構成するリンク３４は、図６に示すように右方に移動しながらリンク３４とリンク３３の連結部も同方向に駆動する。

この開路動作初期において、リンク３２とリンク３３間の連結部に設けたガイド部材４４は案内溝４０の弧状部４０ａを移動することになり、リンク３２とリンク３３の開き角度を大きくするが、リンク３２は可動ホルダ３１との連結部を中心にしてガイド部材４４を時計方向に回転させるだけである。従って、この開路動作初期で空動き動作連結機構は空動きをし、可動ホルダ３１を開極方向に駆動しないので、真空遮断部１０も閉極状態を保持している。

空動き動作連結機構による開路動作の初期状態から図６の中期状態になるまでの間に、上述した主通電開閉部１１が開路し、次いで第二開閉部９が開路している。それ以後は、図７に示すようにリンク３４の右方への動作と同じくガイド部材４４も直線部４０ｂを同方向に移動することになり、空動き動作連結機構は空動きを止めて可動ホルダ３１を右方の開極方向に駆動することになる。従って、真空遮断部１０では固定電極から可動電極が開離し、やがて、回路電流を遮断する。このようにして図４に示した開極動作を満足している。

一方、閉路動作は図１に示した絶縁操作ロッド３０を上方に駆動して回転軸２８を時計方向に回転して行う。先ず、開路動作とは逆に閉路動作初期において図７に示した空動き動作連結機構は、空動きすることなくリンク３４の左方への移動と共にガイド部材４４も直線部４０ｂを同方向に移動して、図６に示すようにリンク３２を介して可動ホルダ３１を左方の閉極方向に駆動し、真空遮断部１０を閉極状態にする。その後、空動き動作連結機構は、図６の状態から図５の状態へとガイド部材４４が弧状部４０ａを移動して空動きするが、この間の回転軸２８の回転によって第二開閉部９が閉路し、次いで、主通電開閉部１１が閉路する。

これらの説明からも分かるように、主通電開閉部１１、第二開閉部９および真空遮断部１０は、図４に示した開閉ストローク特性４１〜４３で表した動作特性を示す。このような高電圧大容量遮断器によれば、短絡開路投入時の投入責務は、真空遮断部１０が先行投入されているので第二開閉部９が負担することになる。一方、遮断時は第二開閉部９および真空遮断部１０がほぼ同時、あるいは第二開閉部９がアーク時間で０．５サイクル以内で先行開離するようにしている。第二開閉部９は、開極後の開極動作工程位置の絶縁耐圧特性が、この高電圧大容量遮断器が接続された電力系統から印加される進み電流遮断後の印加電圧波形を上回るようにしており、またこの高電圧大容量遮断器の定格遮断電流の２５％まで遮断可能であり、極間に脱調遮断時の過渡回復電圧責務に耐圧するものとしている。

図４のような動作特性において、閉極による通電開始は、第二開閉部９のタッチ時点Ｃで行われるので、この時点で真空遮断部１０は既に閉極状態となっているので、真空遮断器１０のタッチ時点Ａで通電開始の場合のように電極接触力も不十分な状態で通電開始するのに比較して、真空遮断部１０の電極損傷が生じない。従って、引続き開極動作を行っても、真空遮断部１０の性能低下がなく高性能の遮断性能を維持することができる。一方、開極動作においては、第二開閉部９が時点Ｃ’で開極したとき遮断機能が働き出す。このため進み小電流遮断のように開極直後に電流遮断される場合、第二開閉部９の開極前に、第二開閉部９の極間に電圧が印加され始めるが、第二開閉部９は、絶縁性ガスを消弧媒体としているので高い絶縁性能を有しており、第二開閉部９のみで遮断および耐圧が達成される。脱調遮断責務を第二開閉部９で行うことにより、真空遮断部１０の電圧責務を軽減でき、例えば３００ｋＶ定格では電圧責務を７３％に軽減でき、これにより真空遮断部１０の一層の小形化が可能となる。

事故大電流遮断は、真空遮断部１０における時点Ａの開極後に行われるが、真空遮断部１０は、開極と同時に消弧能力が発生するので、遮断時間は所定値（例えば２サイクル）以内に納まる。また第二開閉部９に、定格遮断電流の２５％の小短絡電流遮断能力を付加しているため、短絡遮断で最も高い電圧が印加される税調遮断を第二開閉部９で担えば、真空遮断部１０は、事故短絡電流遮断（端子短絡故障、近距離線路故障）に性能特化できるので小形化または大容量化が容易になる。さらに、主通電開閉部１１に通電機能を担わせることにより、真空遮断部１０の弱点である定格電流制限が無くなり、超高圧大容量遮断器に要求される大定格電流化を実現できる。しかも、主通電開閉部１１に通電機能を担わせることにより、第二開閉部９が、絶縁、進み小電流遮断、小短絡電流遮断機能に特化できる。例えば、これまで通電用接触子を遮断部外周に設けていた構造が、通電用接触子が不要となることにより、この部分に最適な電界緩和シールドを設けることが可能となり、飛躍的に性能を向上させることができる。

また第二開閉部９を、進み小電流責務のみ、または小短絡電流責務のみに限定することにより遮断部構造の簡素化も図れる。例えば、大容量ガス遮断部では、ノズル側ガス噴出しと共に可動子側パッファシリンダシャフト内を排気孔とするダブルフローが一般的であるが、第二開閉部９の場合、ノズル側へのみガス噴出しするシングルフローだけでも可能と考えられる。この場合、可動子側構造を大幅に簡素化することができ、また可動子側からの排気の影響も考えずに済む。

上述したように第二開閉部９、真空遮断部１０および主通電開閉部１１の動作特性を満足させるためには、各開閉部の可動部に連結されて操作器からの操作力を伝達するリンク機構を必要とする。しかし、この高電圧大容量遮断器では、真空遮断部１０の上部の固定電極側に設けた中間支持導体１７に第二開閉部９の可動部２０側を支持したため、真空遮断部１０の下部側を機械的および電気的に接続した下部遮断器端子２３側に、上述のリンク機構を集中的に構成することが出来るようになる。またリンク機構中には真空遮断部１０の開閉動作タイミングを調整する空動き動作連結機構が存在し、図示の例では案内溝４０を有して構成したが、上述のリンク機構を集中的に配置することができるため支持部材３８を用いて容易に構成することができる。この支持部材３８としては種々の形状および構成を採用することが出来る。このような高電圧大容量遮断器によって、図１に示した上部遮断器端子１２を図２の遮断部１の上部端子側とし、また下部遮断器端子２３を図２の遮断部１の下部端子側として、図２に示したガス絶縁開閉装置用に適した遮断部１が得られる。

また上述した高電圧大容量遮断器によれば、真空遮断部１０で事故大電流遮断責務を担うように開極順を定めているため、ＳＦ６ガスなどの絶縁性ガスに依存しないで大電流を遮断可能となる。従って、図３に示したようにＳＦ６ガス以外またはＳＦ６ガス使用量を減らした絶縁性ガスを封入した密閉容器１ａ内に高電圧大容量遮断器を構成することができるようになり、環境に調和したガス絶縁開閉装置を得ることができる。しかも、真空遮断部１０で事故大電流遮断責務を担い、また第二開閉部９で絶縁責務、絶縁的小電流遮断責務および事故短絡回路の強制閉極責務を担うようにしたため、真空遮断部１０の電極の損傷が無くなり、引き続き、行われる開極動作での遮断性能を低下させることなく高電圧大容量化が合理的に可能となる。

図８は、本発明の他の実施の形態による高電圧大容量遮断器の要部を示す正面図であり、図５との同等物には同一符号を付けて詳細な説明を省略する。
真空遮断部１０の可動電極を支持した可動ホルダ３１に連結したリンク３２と、他のリンク３３との連結部に設けた連結ピンまたはローラなどのガイド部材４４を案内する案内溝４０は、開極動作側の開始側の弧状部４０ａとは別に、直線部４０ｂの終端部にも弧状部４０ｃを形成している。このように案内溝４０の形状を変えることによって、図４に示した真空遮断部１０の開閉ストローク特性４１を変化させることが出来る。

つまり、開極動作の初期においては、ガイド部材４４が弧状部４０ａを移動するときに空動きとなり、真空遮断部１０の開極操作は行われない。しかし、ガイド部材４４が直線部４０ｂを移動するときには空動きは止み真空遮断部１０の開極操作を行う。その後、ガイド部材４４が弧状部４０ｃを移動するときには再び空動きとなる。従って、真空遮断部１０の開閉ストローク特性４１は、第二開閉部９の開閉ストローク特性４２の開極近傍Ｃ’近傍でも停止している特性とすることができる。このようにして、真空遮断部１０のストローク長は、一般に第二開閉部９のストローク長の数分の一であるので、最適位置で真空遮断部１０を動作させることが可能となる。

本発明による高電圧大容量遮断器は、上述した実施の形態に限らず他の高電圧大容量遮断器にも適用することができ、例えば空動き動作連結機構は、ガイド部材４４と案内溝４０の組合せに限らず、種々の周知の構成を採用することが出来る。

本発明の一実施の形態による高電圧大容量遮断器を示す断面図である。 図１に示した高電圧大容量遮断器を採用したガス絶縁開閉装置の側面図である。 図１に示した高電圧大容量遮断器の回路図である。 図１に示した高電圧大容量遮断器における各開閉部の開閉ストローク特性図である。 図１に示した高電圧大容量遮断器における空動き動作連結機構の拡大図である。 図５に示した空動き動作連結機構の開極動作中期を示す側面図である。 図５に示した空動き動作連結機構の開極動作終期を示す側面図である。 本発明の一実施の形態による高電圧大容量遮断器の要部を示す側面図である。

符号の説明

１ 遮断部
１ａ 密閉容器
９ 第二開閉部
１０ 真空遮断部
１１ 主通電開閉部
１２ 上部遮断器端子
１７ 中間支持導体
２２ 真空容器
２３ 下部遮断器端子
２８ 回転軸
３０ 絶縁操作ロッド
３１ 可動ホルダ
３２〜３４ リンク
４０ 案内溝
４４ ガイド部材
４０ａ 弧状部
４０ｂ 直線部

Claims (5)

1. 絶縁性ガスを封入した縦型の密閉容器内に遮断部を配置した高電圧大容量遮断器において、上記遮断部は、絶縁ガス中で開極する第二開閉部と電気的直列に真空遮断部を接続し、上記第二開閉部および上記真空遮断部との直列体と電気的並列に主通電路を形成する主通電開閉部を接続して構成し、絶縁支持部材によって上記真空遮断部の下部を支持し、上記真空遮断部の上部に設けた中間支持導体に上記第二開閉部の可動部を移動可能に支持し、上記主通電開閉部は上記第二開閉部に並置して構成したことを特徴とする高電圧大容量遮断器。
2. 請求項１に記載のものにおいて、上記絶縁支持部材と上記真空遮断部間に支持部材を設け、この支持部材に上記各開閉部への開閉操作力を伝達するリンク機構を設けたことを特徴とする高電圧大容量遮断器。
3. 請求項１に記載のものにおいて、上記真空遮断部は、上記主通電開閉部の開極後、上記第二開閉部と同時または遅れて開極し、また上記主通電開閉部および上記第二開閉部に先行して閉極するように構成したことを特徴とする高電圧大容量遮断器。
4. 請求項１に記載のものにおいて、上記真空遮断部は、事故大電流遮断責務を担い、また上記第二開閉部は、絶縁性ガス中で接触子を開離する構成で、絶縁責務、絶縁的小電流遮断責務および事故短絡回路の強制閉極責務を担うことを特徴とする高電圧大容量遮断器。
5. 請求項２に記載のものにおいて、上記リンク機構と上記真空遮断部の可動電極間に、開極動作初期に空動きをし、その後の開極動作時に上記可動電極を開極駆動する空動き動作連結機構を設けたことを特徴とする高電圧大容量遮断器。

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