JP5097934B2

JP5097934B2 - 大容量真空遮断器

Info

Publication number: JP5097934B2
Application number: JP2008095665A
Authority: JP
Inventors: 芳彦松井; 光康塩崎
Original assignee: 明電Ｔ＆Ｄ株式会社
Priority date: 2008-04-02
Filing date: 2008-04-02
Publication date: 2012-12-12
Anticipated expiration: 2028-04-02
Also published as: CN101552152B; CN101552152A; KR101527477B1; KR20090105846A; EP2107584A1; JP2009252388A; US8269586B2; US20090250436A1; EP2107584B1

Description

本発明は大容量真空遮断器に係り、特に少なくとも二つの真空遮断器ユニットを並列に使用する大容量真空遮断器に関する。

真空遮断器は、小型の構成で大電流を遮断できることから、変電や配電設備等に使用されている。真空遮断器で、より大きな電流を遮断できるようにするため、二つ以上の真空遮断器ユニットを並列接続し、大容量にして使用することも検討されてきている。

しかし、単に並列接続した真空遮断器ユニットの構成では、電流遮断の際に一つの共通操作器で操作して同時に駆動しても、機構部のわずかな違い等によって、真空遮断器ユニットの相互間に遮断遅れが生ずる。この場合、開極の遅れた真空遮断器ユニット側で全ての電流を遮断することになってしまい、この電極の損傷が著しくなって、ついには使用不能となる。

このため、並列接続する真空遮断器ユニットの一方には縦磁界型のものを、また他方には平板電極型のものを用い、しかも平板電極型の真空遮断器ユニット側に、正の抵抗温度係数を有するセラミック等の限流素子を直列接続する構成の大容量真空遮断器、或いは縦磁界型と真空アーク電圧の高いスパイラル型の真空遮断器ユニットとの並列接続する構成の大容量真空遮断器が提案されている（例えば特許文献１参照）。

このような大容量真空遮断器では、通常の定格電流の大部分が平板電極型の真空遮断器ユニット側を流れるようにしており、共通の操作器を駆動して事故時の電流遮断を行うときは、限流素子やスパイラル型電極の働きにより、電流を強制的に縦磁界型の真空遮断器ユニット側に転流させ、遮断性能の優れた縦磁界型側の真空遮断器ユニットで電流遮断を行わせる。

特開平４−２７４１１９号公報特許第３８４０９３４号公報

真空遮断器において、大電流を遮断できるようにするには、電極の直径を増加させ必要がある。しかし、この電極構造の時は真空遮断器全体が大型化してしまい、経済的に製作できなくなる。通常の真空遮断器は、真空容器内で電極を対向するように突合せる構造であるから、定格電流の通電能力には限界がある。

上記特許文献１の大容量真空遮断器は、並列接続する各真空遮断器ユニットを共通の操作部で操作でき、小型で経済的に製作できる利点はある。しかし、遮断能力に優れた縦磁界型側の真空遮断器ユニットで電流遮断を行うため、大容量真空遮断器の電流遮断の能力としてみれば、縦磁界型側の真空遮断器ユニットの能力で定まってしまい、真空遮断器ユニットを並列接続の構成であっても、定格電流をより大きくできない問題がある。

本発明の目的は、電流遮断能力を向上でき、しかも定格電流の増加できる大容量真空遮断器を提供することにある。

本発明の大容量真空遮断器は、少なくとも二つ真空遮断器ユニットを並置して並列接続し、前記各真空遮断器ユニットは一つの共通操作器により電流遮断操作を行うようにする際に、前記各真空遮断器ユニットには、それぞれ電流遮断の動作時に縦磁界を発生して前記二つの真空遮断器ユニットの遮断電流を等しくするように作用させる縦磁界発生手段を備えて構成したことを特徴としている。

好ましくは、前記縦磁界発生手段は、真空容器の内部に対向配置するスパイラル電極により構成したことを特徴としている。

また好ましくは、前記縦磁界発生手段は、各真空遮断器ユニットの真空容器の外面に外部コイルを配置し、前記各外部コイルは、それぞれその一端を自己の真空遮断器ユニットの通電導体と接続すると共に、他端を他方の真空遮断器ユニットの通電導体と接続して構成したことを特徴としている。

本発明のように構成すれば、定格電流を分流して使用している個々の真空遮断器ユニットで、縦磁界発生手段が発生する縦磁界を活用して各真空遮断器ユニットの遮断電流を等しくするようにすることにより、適切に電流遮断が行えるから、大容量真空遮断器としての遮断能力を大幅に向上できる。しかも、並列接続する同一構造の真空遮断器ユニットに、通電電流を分流させて使用できるから、定格電流の大きな大容量真空遮断器を、経済的に製作することができる。

本発明の大容量真空遮断器は、少なくとも二つの真空遮断器ユニットを並置し、これら間を並列接続して一つの共通操作器によって遮断操作する。並列接続する各真空遮断器ユニットは、この内部又は外部にそれぞれ電流遮断の動作時に縦磁界を発生して前記二つの真空遮断器ユニットの遮断電流を等しくするように作用させる縦磁界発生手段を備えている。

以下、本発明の大容量真空遮断器について、単相分の構成で示す図面を用いて説明する。図１の大容量真空遮断器の例は、同一構造の二つの真空遮断器ユニット１Ａ、１Ｂを並置しており、これら双方の通電導体５は上部引出端子７と直接接続し、また可動側である通電導体６は、集電子を介して下部引出端子８と接続することにより、並列接続して使用する。そして、各真空遮断器ユニット１Ａ、１Ｂの通電導体６を、共通操作器１０により同時に操作される操作軸９と絶縁物を介して連結し、図示した矢印方向に同時に遮断操作する。

本発明で用いる各真空遮断器ユニット１Ａ、１Ｂは、内部に縦磁界発生手段を備えている。この縦磁界発生手段は、真空容器２の内部の通電導体５、６に固定し、対向配置する周知の構造の縦磁界電極３、４によって構成する。

縦磁界を発生する縦磁界電極３、４は、周知の手段、例えば特許文献２に記載されているように、所謂カップ状にして長くした円筒状通電体と、この円筒状通電体の端面に接続する接触子片で作られる。そして、円筒状通電体と接触子片の双方の周面に傾斜させて形成した複数のスリットにより、全体としてコイル状をなし、かつ少なくとも１ターンのコイル部を形成し、縦磁界電極３、４が開離する電流遮断の際に各コイル部に流れる電流によって、十分に大きな縦磁界を発生させる。

次に、図１に示す本発明の大容量真空遮断器について、共通操作器１０により同時に遮断操作するときの動作を説明する。

良く知られているように、真空遮断器はガス遮断器等と異なって、電流遮断時に電極間に発生するアーク電圧は正特性を示し、アーク電流が増加すると、アーク電圧も増加することが知られており、この特性のために、真空遮断器は並列接続して電流を遮断することができる。そして、真空遮断器では図３に示すように、電流遮断時に発生するアークに対して縦磁界が加わる状態で、通電する電流を一定にして印加する縦磁界強度を変化させると、或る縦磁界強度Ｂｍｉｎにおいてアーク電圧Ｖａｒｃが最小となる特性を示ようになる。

本発明の大容量真空遮断器の真空遮断器ユニット１Ａ、１Ｂは、内部に縦磁界発生手段を備えた同一構成で並列接続しているから、当然双方の印加電圧は同じである。そして、並列接続の真空遮断器ユニット１Ａ、１Ｂを、共通操作器１０により同時に遮断操作した際に、電極形状や操作機構部等の誤差により、一方の真空遮断器ユニット１Ａに流れる電流Ｉｌと、他方の真空遮断器ユニット１Ｂに流れる電流Ｉｈが異なって、例えばＩｌ＜Ｉｈであるとする。

このとき、縦磁界発生手段を備えて縦磁界強度の大きな真空遮断器ユニット１Ａ、１Ｂでは、図４に示した如く縦磁界強度とアーク電圧の関係は、それぞれ電流Ｉｌ及びＩｈの特性曲線Ｖａ１及びＶｂ１で、最小の縦磁界強度Ｂｌｍｉｎ、Ｂｈｍｉｎをそれぞれ有するものである。

この真空遮断器ユニット１Ａ、１Ｂで電極が開離してアークが発生する遮断時は、縦磁界発生手段である縦磁界電極３、４によって、縦磁界を発生させて十分に大きな縦磁界強度が加わるため、遮断動作点は図４に示す縦磁界強度Ｂｌｍｉｎ及びＢｈｍｉｎ点より右側の縦磁界強度の大きな点Ｐａ１（縦磁界強度Ｂｌａ、アーク電圧Ｖｌａ）及び点Ｐｂ１（縦磁界強度Ｂｈｂ、アーク電圧Ｖｈｂ）の状況にある。

各縦磁界電極３、４が開離してアークが発生した初期の状態では、アーク電圧はＶｌａ＜Ｖｈｂである。しかし、真空遮断器ユニット１Ａ、１Ｂは並列接続した回路で縦磁界が加わっているため、真空遮断器ユニット１Ａ、１Ｂの双方は、直ちにアーク電圧Ｖｌａ＝Ｖｈｂになるまで各電流は変化する。より具体的には、真空遮断器ユニット１Ａに流れる電流Ｉｌは大きくなるように変化していき、また逆に真空遮断器ユニット１Ｂに流れる電流Ｉｈは小さくなるように変化していく自己制御作用が働き、破線で示す特性曲線Ｖ上の電流Ｉｌ＝Ｉｈとなる点Ｐａｂ１（縦磁界強度Ｂｌａ＝Ｂｈｂ、アーク電圧Ｖｌａ＝Ｖｈｂ）の収束点に近づいて落ち着くようになる。

したがって、最小の縦磁界強度Ｂｈｍｉｎ、Ｂｌｍｉｎより、遮断時に大きな縦磁界強度Ｂｈ、Ｂｌの状態で使用する真空遮断器ユニット１Ａ、１Ｂの双方は、自己制御で電流Ｉｈａ＝Ｉｌａの状態となり、同時遮断を確実に行うことができる。

図２の実施例の大容量真空遮断器は、並列接続して使用する二つの真空遮断器ユニット１Ａ、１Ｂが、縦磁界強度の小さいか或いは円板電極等の縦磁界発生性能のない電極構造のものに適用した例を示している。即ち、真空遮断器ユニット１Ａ、１Ｂが通常使用する形式で、内部寸法等の制約から電極構造を変えることができず、電極部分での発生磁界が磁束密度Ｂｍｉｎより大きくなるようにできない場合に適用するものである。そして、真空遮断器ユニット１Ａ、１Ｂの外部に縦磁界発生手段を設けたものである。

真空遮断器ユニット１Ａ、１Ｂの縦磁界発生手段は、銅板等で少なくとも１ターンを形成する外部コイル１１を、真空容器２の外周面に配置している。これら各外部コイル１１は、その巻き始めである上部端を連絡導体１２によって、配置した側とは別の真空遮断器ユニット１Ｂ又は１Ａの通電導体６側と集電端子等を介して接続し、また巻き終わりの下部端を連絡導体１３によって、それぞれ共通の下部引出端子８と接続している。

この実施例では、真空遮断器ユニット１Ａ、１Ｂの外面に配置する双方の外部コイル１１は、同一に配置したものを示しているが、例えば左右で配置位置を回転させて異ならせて、連絡導体１２や１３の引き回しによる接続作業を容易にすることもできる。

上記のように各外部コイル１１を接続しているので、電流遮断時には一方の真空遮断器ユニット１Ａ又は１Ｂの通電導体６に流れる電流の一部が、他方の真空遮断器ユニット１Ｂ又は１Ａに設けた外部コイル１１に分流し、下部引出端子８に至るように流れる。この時には、各外部コイル１１に流れる電流で、縦磁界強度Ｂｍｉｎより十分に大きな縦磁界が発生し、真空遮断器ユニット１Ａ、１Ｂのアークに加わるから、上記と同様に効果的な電流遮断の動作を行えるようになる。

この実施例の如く真空遮断器ユニット１Ａ、１Ｂ自体は縦磁界強度が弱いものであって、しかもこれらに流れる電流Ｉｌ、Ｉｈが異なって、例えばＩｌ＜Ｉｈであるときの遮断時の動作を、図５の特性図を用いて以下に説明する。

真空遮断器ユニット１Ａ、１Ｂの電流Ｉｌ＜Ｉｈの特性は、図５に示す如くそれぞれ特性曲線Ｖａ２、Ｖｂ２で示され、特性曲線Ｖａ２では最小の縦磁界強度Ｂｌｍｉｎ、特性曲線Ｖｂ２では最小の縦磁界強度Ｂｈｍｉｎを有している。そして、縦磁界強度が弱い真空遮断器ユニット１Ａ、１Ｂに流れる電流Ｉｌ、Ｉｈが、遮断の当初の時点で異なっているときは、遮断動作点は次のように２点に分かれている状態にある。

遮断時に小さな電流Ｉｌが流れる一方の真空遮断器ユニット１Ａの遮断動作点は、特性曲線Ｖａ２上の縦磁界強度Ｂｌｍｉｎより左側の点Ｐａ２で、このとき縦磁界強度Ｂｈとなる。また、遮断時に大きな電流Ｉｈが流れる他方の真空遮断器ユニット１Ｂの遮断動作点は、特性曲線Ｖｂ２上の縦磁界強度Ｂｈｍｉｎより左側の点Ｐｂ２で、このとき縦磁界強度Ｂｌとなる。

しかし、各真空遮断器ユニット１Ａ、１Ｂは、それぞれに外部コイル１１が配置されて接続導体１２により、他方側の通電導体６から電流が流れるように接続してあるから、各外部コイル１１にはアーク発生の際に異なった値の電流が流れる。つまり、一方の真空遮断器ユニット１Ａの外部コイル１１には他方の通電導体６から大きな電流が分流し、真空遮断器ユニット１Ｂの外部コイル１１には小さな電流が分流するから、各外部コイル１１はそれぞれ異なる大きさの電流によって、上記した縦磁界強度Ｂｍｉｎより十分に大きな縦磁界が生じてアークに加わるようになる。

この結果、アークに対して大きな縦磁界が印加された状態の各真空遮断器ユニット１Ａ、１Ｂでは、各特性曲線Ｖａ及びＶｂ上の遮断動作点Ｐａ２（縦磁界強度Ｂｈ、アーク電圧Ｖｌ）及びＰｂ２（縦磁界強度Ｂｌ、アーク電圧Ｖｈ）が、破線で示す特性曲線Ｖａｂ２上の電流Ｉｈ＝Ｉｌとなる点Ｐａｂ２となる方向に移動することになる。

より具体的には、小さな遮断電流Ｉｌが流れる真空遮断器ユニット１Ａでは、相手方の電流Ｉｈが外部コイル１１に流れることによる縦磁界の影響を受けて、特性曲線Ｖａ２が遮断動作点Ｐａ２の電流Ｉｌが上ってアーク電圧Ｖｌが高くなる右方向に移動して行く。また、逆に大きな電流Ｉｈが流れる真空遮断器ユニット１Ｂでは、相手方の電流Ｉｌが外部コイル１１に流れることによる縦磁界の影響を受けて、特性曲線Ｖｂ２が遮断動作点Ｐｂ２の電流Ｉｈが下ってアーク電圧Ｖｈが低くなる左方向に移動して行く。この結果、真空遮断器ユニット１Ａ、１Ｂの双方は、それぞれ特性曲線Ｖａｂ上の点Ｐａｂ２に集まって行って安定するようになる。このため、共通するアーク電圧Ｖｌ＝Ｖｈとなる点Ｐａｂ２（遮断電流Ｉｌ＝Ｉｈ、縦磁界強度Ｂｌ＝Ｂｈ、アーク電圧Ｖｈ＝Ｖｌ）の状態に収束するから、真空遮断器ユニット１Ａ、１Ｂの双方は、同時に遮断できかつ確実に行うことができる。

したがって、この実施例の如く各真空遮断器ユニット１Ａ、１Ｂの外部に縦磁界発生手段を備えるようにすれば、並置する真空遮断器ユニット相互間の寸法は少し大きくなるが、上記した例と同様な効果を奏することができるし、従来から使用している構造の真空遮断器ユニットを使用しても、大容量真空遮断器を容易に構成できるから、より簡単に製作できる利点がある。

上記した各実施例では、一相分で縦磁界発生手段を備える二つの真空遮断器ユニットを並置して並列接続するもので説明しており、三相用の大容量真空遮断器の場合は当然、ＵＶＷの各相分を順に並べて構成される。

また、本発明の大容量真空遮断器では、一相分で真空遮断器ユニットを三つ並列に接続して使用して構成することもでき、この場合も当初電流がそれぞれ異なっていたとしても、電流が略等しくなる点で安定するので、上記の各実施例と同様に電流遮断することができる。

本発明の一実施例である大容量真空遮断器を一部断面して示す概略側面図である。本発明の他の実施例である大容量真空遮断器を示す概略側面図である。真空遮断器における縦磁界強度とアーク電圧の関係を示す図である。図１に示す本発明の大容量真空遮断器の実施例における遮断時の動作を説明するための特性図である。図２に示す本発明の大容量真空遮断器の実施例における遮断時の動作を説明するための特性図である。

符号の説明

１Ａ、１Ｂ…真空遮断器ユニット、２…真空容器、３、４…縦磁界電極、５、６…通電導体、１０…共通操作器、１１…外部コイル、１２、１３…連絡導体。

Claims

少なくとも二つの真空遮断器ユニットを並置して並列接続し、前記各真空遮断器ユニットは一つの共通操作器により電流遮断操作を行う大容量真空遮断器において、前記各真空遮断器ユニットには、それぞれ電流遮断の動作時に縦磁界を発生して両真空遮断器ユニットの遮断電流を等しくするように作用させる縦磁界発生手段を備え、前記縦磁界発生手段は、各真空遮断器ユニットの真空容器の外面に外部コイルを配置し、前記各外部コイルは、それぞれその一端を自己の真空遮断器ユニットの通電導体と接続すると共に、他端を他方の真空遮断器ユニットの通電導体と接続して構成したことを特徴とする大容量真空遮断器。