JP6435227B2 - Gas circuit breaker - Google Patents
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Description
本発明はパッファ形のガス遮断器に係り、特に、機械的な圧縮作用かアーク熱による加熱昇圧作用、もしくはその両方を利用した遮断器に関するものである。 The present invention relates to a puffer-type gas circuit breaker, and more particularly to a circuit breaker using a mechanical compression action, a heating pressure raising action by arc heat, or both.
ガス遮断器は電力系統において、相間短絡や地絡などで生じる事故電流を遮断するためのものである。従来、パッファ形ガス遮断器が広く使われている。このパッファ形ガス遮断器は、可動アーク接触子と直結した可動パッファシリンダによって、消弧性ガスを機械的に圧縮して高圧のガス流を発生し、可動アーク接触子と固定アーク接触子の間に発生したアークに吹き付けて電流を遮断するものである。遮断性能はパッファ室の圧力上昇に依存するため、従来の機械的圧縮による圧力上昇に加え、アークの熱エネルギーを積極的に利用して圧力を上昇させる熱パッファ併用形ガス遮断器も広く使われている。熱パッファ併用形ガス遮断器は、アークの熱エネルギーを利用して消弧性ガスの吹き付け圧力を形成するもので、遮断動作に必要な操作エネルギーを従来の機械的に圧縮する方式と比較して低減することができる。 The gas circuit breaker is for interrupting an accident current caused by a short circuit between phases or a ground fault in an electric power system. Conventionally, puffer-type gas circuit breakers have been widely used. This puffer-type gas circuit breaker generates a high-pressure gas flow by mechanically compressing the arc extinguishing gas using a movable puffer cylinder directly connected to the movable arc contact, and between the movable arc contact and the fixed arc contact. The current is interrupted by spraying on the arc generated in Since the shut-off performance depends on the pressure increase in the puffer chamber, in addition to the conventional pressure increase due to mechanical compression, a heat puffer combined gas circuit breaker that actively uses the thermal energy of the arc to increase the pressure is also widely used. ing. The heat puffer combined gas circuit breaker uses the thermal energy of the arc to create the arc extinguishing gas blowing pressure, compared to the conventional mechanical compression method of operating energy required for the breaking operation. Can be reduced.
また、遮断性能の向上のために、パッファ形ガス遮断器、熱パッファ併用形ガス遮断器のいずれの場合においても、絶縁ノズルと固定アーク接触子から形成される空間の形状が詳細に検討されている。上記の空間は、可動アーク接触子、固定アーク接触子の間に発生するアークや、アークに対して吹き付けられる消弧性ガスの流路である。事故電流遮断時においては、開極動作により絶縁ノズルと可動アーク接触子などが動作し、固定アーク接触子との間の流路形状は、開極動作に応じて刻々と変化する。 In addition, in order to improve the shutoff performance, the shape of the space formed by the insulating nozzle and the fixed arc contactor has been studied in detail for both the puffer type gas circuit breaker and the heat puffer combined type gas circuit breaker. Yes. The space is a flow path of an arc generated between the movable arc contact and the fixed arc contact, and an arc extinguishing gas blown against the arc. When the fault current is interrupted, the insulating nozzle and the movable arc contact are operated by the opening operation, and the shape of the flow path between the fixed arc contact changes every moment according to the opening operation.
さらに、事故電流遮断においては、可動アーク接触子と固定アーク接触子が解離し、アークが発生した時点いわゆる開極時刻から遮断時刻までの時間、いわゆるアーク時間を考慮する必要がある。ガス遮断器などの遮断器は、そのガス遮断器が遮断可能な最短のアーク時間いわゆる最短アーク時間と、最短アーク時間に事故電流周波数0.5サイクルを加えたアーク時間いわゆる最長アーク時間に亘って遮断する必要がある。最短アーク時間付近と最長アーク時間付近では、開極動作に伴って絶縁ノズルと可動アーク接触子をはじめとする遮断部可動側と固定アーク接触子の相対的な位置関係が異なり、流路形状や流路面積も異なる。 Furthermore, in the interruption of the fault current, it is necessary to consider the time from the so-called opening time to the breaking time when the movable arc contact and the fixed arc contact are dissociated and the arc is generated, so-called arc time. A circuit breaker such as a gas circuit breaker breaks over the shortest arc time that the gas circuit breaker can break, the so-called shortest arc time, and the shortest arc time plus an arc current frequency of 0.5 cycles, the so-called longest arc time. There is a need. In the vicinity of the shortest arc time and the longest arc time, the relative positional relationship between the movable part of the interrupting part including the insulating nozzle and the movable arc contact and the fixed arc contact differs with the opening operation, and the flow path shape and The channel area is also different.
したがって、遮断性能の向上には吹き付け圧力の形成と上記流路形状の変化を踏まえる必要がある。 Therefore, it is necessary to consider the formation of the spray pressure and the change in the shape of the flow path in order to improve the blocking performance.
ところで、特許文献1には、遮断動作期間の初期にはガスの吹き出しを抑制することによってパッファ室が生成する高圧ガスを有効に活用して消弧性能を向上させることを目的としたパッファ型ガス遮断器が開示されている。
By the way,
特許文献1によると、パッファ室から流出する高圧ガスをアークに集中させるためのノズルをスプリングを介して連結して可動側のアーク接触子部との相対位置を可変にし、ガス圧が所定の値を越えたときにノズルにかかる力によってスプリングが縮んで、ノズルとアーク接触子部とが離れてガス流通路が形成され、高圧ガスが吹き出すことによってパッファ室が生成する高圧ガスが消弧に効率よく利用される、と記載がある。
According to
しかしながら、パッファ室内の圧力と、アーク空間内の圧力が均衡すると、ノズル動作が安定せず、ノズル内の流路面積が変動し性能が不安定となる恐れがある。これは、アーク時間が長くなる場合など、アーク空間内の圧力が遮断電流位相に追従して変動するとより影響が大きくなる。 However, if the pressure in the puffer chamber and the pressure in the arc space are balanced, the nozzle operation may not be stable, and the flow passage area in the nozzle may fluctuate and the performance may become unstable. This becomes more influential when the pressure in the arc space fluctuates following the breaking current phase, such as when the arc time becomes long.
以上の背景技術には次のような問題点があった。すなわち、長いアーク時間における遮断性能の向上である。最長アーク時間においては、アーク時間が長く、可動アーク接触子と固定アーク接触子の間で発生するアークエネルギーは最短アーク時間よりも大きく、両接触子間の熱的な負荷が大きい。 The above background art has the following problems. That is, the interruption performance is improved at a long arc time. In the longest arc time, the arc time is long, the arc energy generated between the movable arc contact and the fixed arc contact is larger than the shortest arc time, and the thermal load between both contacts is large.
さらに、上記のように両アーク接触子間の熱負荷が大きい状態に加えて、絶縁ノズルと固定アーク接触子から形成される流路面積は最短アーク時間の状態と比較して大きく、吹き付けガス流量や流速などが最短アーク時間と比較して低下するという課題がある。 Furthermore, in addition to the state where the thermal load between the arc contacts is large as described above, the flow area formed by the insulating nozzle and the fixed arc contact is larger than the state of the shortest arc time, and the blowing gas flow rate There is a problem that the flow velocity and the like decrease compared to the shortest arc time.
また、特に熱パッファ併用形ガス遮断器においては、アーク熱を利用して吹付圧力を形成するため、絶縁ノズルと固定アーク接触子から形成される流路面積が大きい場合、アーク熱は熱パッファ室へ流入するほか、絶縁ノズルの下流方向へ流出するため、吹き付け圧力が形成しにくくなるという課題がある。 In particular, in a gas circuit breaker combined with a heat puffer, arc pressure is used to form a blowing pressure, so that if the flow path area formed by an insulating nozzle and a fixed arc contact is large, the arc heat is generated in a heat puffer chamber. In addition to flowing into the nozzle, it flows out in the downstream direction of the insulating nozzle, which makes it difficult to form the spray pressure.
本発明の課題は、規定のアーク時間にわたり、安定した遮断性能を得ることである。 An object of the present invention is to obtain a stable interruption performance over a specified arc time.
上記課題を解決するために、本発明のガス遮断器は、消弧性ガスを充填した容器内に、接離可能に対向配置した一対の電極と、一方の前記電極に設けられた絶縁ノズル(4)とを有するガス遮断器において、絶縁ノズル(4)は絶縁ノズル本体部(14)と絶縁ノズル先端部(15)を有し、絶縁ノズル先端部(15)の内周側又は外周側と絶縁ノズル本体部(14)が摺動するように構成され、絶縁ノズル先端部(15)の外縁部と摺動しつつ、前記一対の電極の開極時に絶縁ノズル先端部(15)を係止する係止部材(41)を絶縁ノズル(4)が設けられた側と対向する側の電極支持導体(43)に有し、絶縁ノズル先端部(15)と電極支持導体(43)はばねによって連結されることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a gas circuit breaker according to the present invention includes a pair of electrodes that are opposed to each other in a container filled with an arc extinguishing gas, and an insulating nozzle ( 4), the insulating nozzle (4) has an insulating nozzle body (14) and an insulating nozzle tip (15), and the inner peripheral side or outer peripheral side of the insulating nozzle tip (15). The insulating nozzle body (14) is configured to slide, and while sliding with the outer edge of the insulating nozzle tip (15), the insulating nozzle tip (15) is locked when the pair of electrodes are opened. The electrode supporting conductor (43) on the side facing the side where the insulating nozzle (4) is provided has a locking member (41) to be insulated. The insulating nozzle tip (15) and the electrode supporting conductor (43) are spring-loaded. It is connected.
本発明のパッファ形ガス遮断器によれば、固定アーク接触子とノズル先端部から形成される流路形状や流路面積を、開極動作の途中から一定に保持することが可能となるため、最短アーク時間と最長アーク時間での流路形状や流路面積を一定とすることが可能となり、遮断性能を向上させることができる。 According to the puffer-type gas circuit breaker of the present invention, the flow path shape and flow path area formed from the fixed arc contact and the nozzle tip can be kept constant from the middle of the opening operation. It is possible to make the flow path shape and the flow path area constant at the shortest arc time and the longest arc time, and the interruption performance can be improved.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、本発明は、下記実施形態に限定されるものでなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各部の形状並びに構成を適宜変更して実施することも可能である。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to the following embodiment, It is also possible to implement suitably changing the shape and structure of each part in the range which does not deviate from the meaning of this invention.
図1は本発明が適用されるパッファ形ガス遮断器の断面図である。本発明のパッファ形ガス遮断器は、消弧性を有する絶縁ガスの充填容器2および操作機構1から構成され、充填容器2の内部に接離可能な可動主接触子5および固定主接触子6と、接離可能な可動アーク接触子11および固定アーク接触子12を配置している。
FIG. 1 is a sectional view of a puffer type gas circuit breaker to which the present invention is applied. The puffer-type gas circuit breaker according to the present invention includes an arc-extinguishing insulating gas filling container 2 and an
これらの主接触子およびアーク接触子は絶縁性の操作ロッド3を介して操作機構1の駆動力により接離される。本発明のパッファ形ガス遮断器は、前述の可動アーク接触子11および固定アーク接触子12を包囲するように絶縁ノズル4を配置している。また、前記可動アーク接触子11および固定アーク接触子12が開離したときに絶縁ノズル4内の可動アーク接触子11および固定アーク接触子12の間に形成されるアークの熱で、アーク空間部において圧力が上昇した絶縁ガスを導き入れる熱パッファ室22と、熱パッファ室22に直列に設けられていて、機械的な圧縮で絶縁ガスの圧力を上昇させる機械パッファ室32とを備えている。
These main contacts and arc contacts are contacted and separated by the driving force of the
以下に記載する実施例においては、固定アーク接触子12および固定主接触子6は便宜上固定するものとして説明するが、これらが動作する、いわゆる双方向駆動方式の場合においても、以下の実施例は成立する。
In the embodiment described below, the
以下、本発明が適用される実施例1のガス遮断器について、図面を用いて説明する。 Hereinafter, the gas circuit breaker of Example 1 to which this invention is applied is demonstrated using drawing.
図1に示すように、消弧性を有する絶縁ガスの充填容器2の中に、接離可能な可動主接触子5及び固定主接触子6と、接離可能な可動アーク接触子11と固定アーク接触子12を配置している。
As shown in FIG. 1, a movable
可動アーク接触子11と固定アーク接触子12は絶縁ノズル4で包囲され、この絶縁ノズル4はシリンダ17の先端部に固定されている。シリンダ17は先端の外面が可動主接触子5となっており、このシリンダ17内に配置されている中空ロッド18の先端に可動アーク接触子11を固定している。
The
固定アーク接触子12はアーク接触子支持導体43によって支持される。図3に示すように、電極支持導体43は棒状であり、絶縁ノズル4より紙面右側の空間を全て閉止するものではない。
The
中空ロッド18は絶縁ロッド3を介して操作機構1と機械的に接続されており、操作機構1が動作した場合は絶縁ロッド3、中空ロッド18、シリンダ17、可動主接触子5、可動アーク接触子11、絶縁ノズル4が操作機構1と連動して紙面上で左右方向に動作する。
The
図2に示すように、絶縁ノズル4は絶縁ノズル本体部14と絶縁ノズル先端部15に分離可能に構成されており、絶縁ノズル本体部14は絶縁ノズル先端部15の内径部に沿って摺動可能である。ここで、絶縁ノズル本体部14、絶縁ノズル先端部15および絶縁ノズル外縁部16の全体を絶縁ノズル4とする。絶縁ノズル先端部15の外周側の突出した部位は絶縁ノズル外縁部16であり、本実施例においては絶縁ノズル先端部15の外周側の末端部が該当する。
As shown in FIG. 2, the insulating nozzle 4 is configured to be separable into an insulating
絶縁ノズル先端部15の外周側にはノズルストッパ41が絶縁ノズル外縁部16に設けた開口部44を通じて電極支持導体43にボルトなどで固定される。(図3参照)。
A
本実施例では、コイルばね42はノズルストッパ41の外周側に配置される。事故電流遮断時にはアークによる高温なガスが固定主接触子6の内周側に拡散するため、ノズルストッパ41によりコイルばね42が高温ガスに曝されるのを保護し、コイルばね42の劣化、損傷を防ぐことができる。
In the present embodiment, the
また、本実施例におけるノズルストッパ41の形状は図6に示すようにその内周面が平面である。このとき、絶縁ノズル外縁部16に設ける開口部44(図3参照)の形状は、ノズルストッパ41の形状に合わせればよい。
Further, the
ノズルストッパ41の絶縁ノズル外縁部16側の端部は、端部が屈曲し、屈曲した内側の面が絶縁ノズル外縁部16の面に対向するノズルストッパ対向面45を形成する形状となっている。ノズルストッパ41の端部の屈曲の向きは問わない。図2において端部は内径方向に向けて屈曲しているが、例えば外径方向に向けて屈曲していても構わない。さらに、端部が内径方向と外径方向の双方に拡張された形状も可能である。
The end portion of the
また、ノズルストッパ41の材料については、ノズルストッパ41は系統電圧および事故電流遮断時に発生する過渡的な高電圧が印加される電極支持導体43に固定されており、可動主接触子5と固定主接触子6間の絶縁協調を考慮し、絶縁材料を使用することが望ましい。しかしながら、絶縁協調に対してしかるべき対策がなされれば、材料は絶縁材料に限らない。
As for the material of the
次に、開極動作過程におけるノズルストッパ41、コイルばね42、絶縁ノズル4など動作を図2、図3、図4、図5を用いて説明する。
Next, the operation of the
図2に示すように、閉極状態においてコイルばね42は絶縁ノズル4と電極支持導体43により圧縮状態にある。コイルばね42は、開極動作におけるノズル先端部15の駆動力となる。
As shown in FIG. 2, the
開極動作途中について、図4にノズル先端部15の停止位置における遮断部の概略断面図を示す。ノズル先端部15はノズルストッパ41により係止された状態となり、図5に示すように、開極動作が完了し、ノズル本体部14が開極位置まで動作しても、ノズル先端部15の位置は保持される。
FIG. 4 shows a schematic cross-sectional view of the blocking portion at the stop position of the
図4および図5に示すように、固定アーク接触子12およびノズル先端部15内周部で形成される流路形状および最小流路面積が維持される。これにより、最短アーク時間と最長アーク時間での流路形状や流路面積を一定とすることが可能となり、遮断性能を向上させることができる。
As shown in FIGS. 4 and 5, the flow path shape and the minimum flow path area formed by the fixed
なお、ノズル本体部14及びノズル先端部15の摺動する部分は、開極位置においてもノズル本体部14とノズル先端部15の摺動する部分が脱落しない長さとする。
It should be noted that the sliding portion of the
図7に本実施例に適用されるノズルストッパ41の変形例を示す。本実施例におけるノズルストッパ41の内周面46は曲面を有している。これにより、図6に示す構成と比べ、ノズルストッパ41を周方向に拡張することができる。これにより可動主接触子5および固定主接触子6の間に拡散する高温ガスの量を低減することが可能となり、主接触子間における高温ガスによる絶縁破壊の可能性を低減可能である。
FIG. 7 shows a modification of the
次に、本発明の実施例2について図8を用いて説明する。本実施例におけるノズルストッパ41を除く詳細は、実施例1と同じであるため詳細な説明は省略する。図8に実施例3のガス遮断器の断面図を示す。本実施例においては、コイルばね42などの弾性体はノズルストッパ41の内周側に配置され、絶縁ノズル先端部15に設けた座繰り穴などに埋め込むことなどで固定される。
Next, Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to FIG. Since details of the present embodiment excluding the
実施例1においてはノズルストッパ41の周辺を介して高温ガスが流れていたが、本実施例においてはノズルストッパ41の形状は図9に示すような筒状の形状とすることができるため、可動主接触子5と固定主接触子6の間に拡散するのを防止することが可能となり、主接触子間における高温ガスによる絶縁破壊を防止することが可能である。
In the first embodiment, the high-temperature gas flows through the periphery of the
また、絶縁ノズル外縁部16などの外周に突出する部分を実施例1の構成と比べ小さくすることができるので、絶縁ノズル先端部15の先端の重量を低減することが可能となり、開極動作に伴って動作する部位の重量を低減することが可能である。
Further, since the portion protruding to the outer periphery such as the outer
実施例3を図10に示す。実施例3と実施例1との違いは、可動するノズルの摺動面が、絶縁ノズル先端部15の外周面と絶縁ノズル本体部14の内周面である点である。このように構成することでも、上記の例と同様の効果を達成することができる。さらに、遮断時に発生するアークから絶縁ノズル本体部14の肉薄部分を遠ざけることで、ノズルの劣化のおそれを低減することが可能となる。
Example 3 is shown in FIG. The difference between the third embodiment and the first embodiment is that the sliding surface of the movable nozzle is the outer peripheral surface of the insulating
本発明のパッファ形ガス遮断器は上記した実施例に示した構造に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、各部の形状並びに構成を適宜変更して実施することができる。 The puffer type gas circuit breaker of the present invention is not limited to the structure shown in the above-described embodiments, and can be implemented by appropriately changing the shape and configuration of each part without departing from the spirit of the present invention. .
1・・・操作機構、2・・・充填容器、3・・・操作ロッド、4・・・絶縁ノズル、5・・・可動主接触子、6・・・固定主接触子、11・・・可動アーク接触子、12・・・固定アーク接触子、13・・・可動子カバー、14・・・絶縁ノズル本体部、15・・・絶縁ノズル先端部、16・・・絶縁ノズル外縁部、17・・・シリンダ、18・・・絶縁ロッド、19・・・隔壁、20・・・連通部、21・・・流路、22・・・熱パッファ室、23・・・可動弁、31・・・アーク空間、32・・・機械パッファ室、41・・・ノズルストッパ、42・・・コイルばね、43・・・電極支持導体、44・・・開口部、45・・・ノズルストッパ対向面、46・・・ノズルストッパ内周面
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記絶縁ノズルは絶縁ノズル本体部と絶縁ノズル先端部を有し、
前記絶縁ノズル先端部の内周側又は外周側と前記絶縁ノズル本体部が摺動するように構成され、
前記絶縁ノズル先端部の外縁部と摺動しつつ前記一対の電極の開極時に前記絶縁ノズル先端部と係止する係止部材を、前記絶縁ノズルが設けられた側と対向する側の電極支持導体に設け、
前記絶縁ノズル先端部と前記電極支持導体はばねによって連結されることを特徴とする、ガス遮断器。 In a gas circuit breaker having a pair of electrodes facing and separating from each other in a container filled with arc-extinguishing gas, and an insulating nozzle provided on one of the electrodes,
The insulating nozzle has an insulating nozzle body and an insulating nozzle tip;
The inner peripheral side or outer peripheral side of the insulating nozzle tip and the insulating nozzle main body are configured to slide,
An electrode support on the side opposite to the side where the insulating nozzle is provided is provided with a locking member that slides on the outer edge of the insulating nozzle tip and engages with the insulating nozzle tip when the pair of electrodes are opened. Provided in the conductor,
The gas circuit breaker, wherein the insulating nozzle tip and the electrode support conductor are connected by a spring.
前記係止部材の内周面が平面であることを特徴とする、ガス遮断器。 In claim 1,
A gas circuit breaker characterized in that an inner peripheral surface of the locking member is a flat surface.
前記係止部材の内周面が曲面であることを特徴とする、ガス遮断器。 In claim 1,
A gas circuit breaker characterized in that an inner peripheral surface of the locking member is a curved surface.
前記ばねが前記係止部材の外周側に配置されることを特徴とする、ガス遮断器。 In claim 1,
The gas circuit breaker, wherein the spring is disposed on an outer peripheral side of the locking member.
前記ばねが前記係止部材の内周側に配置されることを特徴とする、ガス遮断器。 In claim 1,
The gas circuit breaker, wherein the spring is disposed on an inner peripheral side of the locking member.
前記係止部材が筒状であることを特徴とする、ガス遮断器。 The gas circuit breaker according to claim 5,
The gas circuit breaker characterized in that the locking member is cylindrical.
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