JPH0370331B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、細隙形限流装置の消弧室に関する。

一般に、高圧気中開閉器では絶縁性の耐熱性消
弧板の間に細隙を設け、その間にアークを電磁力
により挿入して、回路電流を遮断したり限流した
りしている。

この遮断や限流の原理は回路電圧よりアーク電
圧を高めることにある。アーク電圧を高めるため
には、細隙方式ではより狭い細隙のギヤツプへア
ークを挿入することで実現される。

この細隙方式の諸元の特性は次の近似式で表わ
される。

Ｅ＝Ｋ／√ｇ ただし、 Ｅはアークの単位長さでのアーク電圧値（普通
は、ボルト／センチメートルで表わす）、 ｇは細隙のギヤツプ長、 Ｋは消弧板材質による比例定数である。

すなわち、細隙のギヤツプ長ｇが小さい程、単
位長さでのアーク電圧値Ｅが高くなる。

しかし、従来の高圧気中開閉器の細隙方式での
消弧室において、狭い細隙のギヤツプ約２mm以下
の領域では、上式は設立しなくなる。

なんとなれば、消弧板によつて形成された細隙
中に閉じ込まれたアークが途中で動かなくなるた
めであり、上式はアーク移行に制限されない条件
下で成立する。

この細隙中でアークが停止する原因としては、
次のようなことが考えられる。

アーク熱による消弧材壁の相転移や気化および
潜熱を奪う熱的仕事により、アーク移行スピード
の低下が生じる。

次に、この熱的仕事によつてなされる、より狭
い細隙空間に、第１図に示すような背圧が生じ
る。ここで、第１図の細隙の要部の側断面を表わ
す解析図について述べる。１１は消弧材、１２は
アーク、１３は背圧、１４は電磁力、１５は磁界
方向、１６はアーク電流方向、g₁は広い細隙ギヤ
ツプ、g₂は狭い細隙ギヤツプである。この背圧３
がアークを細隙中の広いg₁の方へ押し返す力が生
じる。この背圧３がアークを細隙中の広いg₁の方
から狭いg₂の方へ押し込もうとする電磁力に等し
いか、打ち勝つことにより、アーク移行が停止す
るか、逆方向に押し帰えされる。

このアーク停止により、消弧材１１に熱衝撃的
なクラツク（crack）が生じたり、はなはだしい
ときには破壊したりする。このため、細隙中での
消弧材１１とアーク１２によるさきに述べた熱的
仕事により、限流性能が確保されるわけである
が、この性能確保において制約を受ける。また、
この制約条件下で性能を確保するため、言い換え
ればアーク電圧を高めるため、限定された時間内
や限定された電流値内で、消弧室内でのアーク長
を異常に長くすることが一般に行なわれている。

この種装置の従来例の側断面図を第２図に表わ
す。

２１は固定電極、２２は可動電極で、それぞれ
の電極端子は２１′，２２′である。可動電極２２
と端子２２′はフレキシブル電線２５で電気的に
接続されている。また可動電極２２は図示しない
が、外部駆動部により、回転軸２９を駆動し開閉
動作が行なわれる。３０は絶縁性の可動電極ホル
ダー、３１は接触用圧力ばね、３２は導線であ
る。

消弧室は、固定側アークホーン２３、可動側ア
ークホーン２４と多数の消弧板２６よりなつてい
る。また、アークを消弧板２６間の細隙g₀に押し
込むため、ブローコイル２７とこのブローコイル
２７より発生した磁界を、アークと直角に鎖交さ
せるための磁性板２８が設けられている。

その動作は、電極２１，２２間に発生したアー
ク・イは自然対流により、アークホーン２３と２
４の間に移行し、アーク・ロとなる。このとき電
流通路は、 端子２１′→ブローコイル２７→アークホン２
３→アーク・ロ（ハ，ニ）→アークホーン２４→
導線３２→端子２２′ となり、ブローコイル２７に電流が流れて、磁界
が発生し、この磁界は磁性板２８を通つてアーク
に対して直角に作用し、フレミングの左手の法則
により、第２図の上方へ移行し、アーク・ハを通
つて、アーク・ニのように細隙に押し込まれる。

このとき、消弧板２６の形状は第３図のように
左右非対称に溝３３を設けてあり、しかも第３図
の右と左の消弧板２６を交互にして、多数の消弧
板２６を積み重ねている。

第３図のＸ線とＹ線に沿う上断面図を第４図と
第５図に示す。アークがアーク・ハによりアー
ク・ニに移行するとき、第５図のＹ断面ではアー
クが直線状３４で、第４のＸ断面になるとアーク
が蛇行状３５になり、アークが引き伸ばされる。

以上の動作から消弧板２６によつて形成される
細隙g₀は、アークが押し込まれ得る最小の値に選
んで設定されているが、その値は最小値約３mm程
度で、実用上はもつと大きな値になる。また細隙
g₀を３mm以下の値に選ぶと、アークは第３図ホの
位置に停止してしまい、消弧板２６を熱的に破壊
する事故が発生したりする。

このようなことから、従来装置では消弧室形状
が大形化したり、逆に限りあるスペースでは大容
量化を困難にしていた。

ここにおいて本発明は、従来装置の難点を克服
し、細隙中アークをより狭い細隙に挿入する手段
を考究し、消弧板の上部は排気口とするが、消弧
板の下部に昇圧室を形成することにより、限流効
果の向上と消弧室形状の小形化・大容量化を可能
にする限流装置を提供することを、その目的とす
る。

本発明を実施例について説明する。

第６図は本発明の一実施例の上面図、第７図は
そのＡ−A′線に沿う側断面図、第８図は第７図
のＢ−B′線に沿う正断面図、第９図はその容器
部と集電子部を除いた斜視図である。

固定電極１と可動電極２のそれぞれの上部にア
ークランナー電極（以下、単に『ランナー電極』
という）３および４を平行して設け、これらの電
極３，４には突出部３′および４′を備える。突出
部３′および４′は固定電極１や可動電極２の近傍
では広くg₁（第８図、第９図）、ランナー電極３，
４の先端部に行くに従つて狭くg₂（第８図、第９
図）になつている。

このランナー電極突出部３′および４′の両面よ
り消弧板６はそれらランナー電極突出部３′，
４′をはさむように取り付けられ、この消弧板６
とランナー電極突出部３′と４′により細隙部が電
極近傍では広くg₁、ランナー電極突出部３′，
４′の先端部近傍で狭くg₂で形成されている。こ
の狭い細隙g₂の開口部が放出口９となつている。
なお、５は集電子、５′は集電子ハウジングであ
る。

以上の構造で、放出口９以外の固定電極１、可
動電極２、ランナー電極３，４および消弧板６を
絶縁性の容器７で覆うことにより、固定電極１と
可動電極２間の空間や、前記細隙部空間を昇圧室
１０として形成される。

この昇圧室１０に対して流体通路は、放出口９
から大気中１００である。

また、この昇圧室１０はアーク８により大気中
１００とは区分されている。

しかして、可動側の可動電極２とランナー電極
４は集電子５、集電子ハウジング５′により電気
的に接続されると共に、集電子５は昇圧室１０と
大気中１００に対してシール効果もはたしてい
る。

次に動作を説明する。

通常の通電状態では、固定電極１と可動電極２
は接触状態にある。第７図、第９図では開極状態
を示している。

過電流が発生すると、図には表わさないが、外
部機構により可動電極２が開極し、固定電極１と
可動電極２の間にアークが発生する。このアーク
は可動電極２の開極動作と共に引き伸ばされ、弧
状となり、ついにはランナー電極４と５に移行す
る。

このときの電流通路は、固定電極１→ランナー
電極３→アーク８→ランナー電極４→可動電極２
で、その通路が凸字状で、ランナー電極３，４を
流れる電極が発生する磁界が、アーク電流に直角
方向に作用し、フレミングの左手の法則により、
アークは第７図での上方へ移行しようとする。
（この説明では電流通路からくる電磁力で述べて
いるが、外部にコイルを設けて、アークに対して
直角に鎖交するような磁界が加わるような構造で
もよい。） この電磁力により、アークは細隙空間をより狭
い細隙へ向つて移行する。そのアーク発生からア
ークが細隙を走るまでの間に、アーク熱（0.5〜
１万度）により、昇圧室１０の気体は熱せられ、
圧力が上昇する。

また同じく、アーク８と消弧板６が触れ合うこ
とにより、消弧板６の壁の一部は熔かされと共に
気化する。この気化され、熱的に解離された分子
は圧力上昇に寄与される。

この期間の圧力上昇は、大気中から密閉された
昇圧室を形成することにより可能となつており、
従来の気中開閉器では、本発明になる昇圧室が形
成されていないので、圧力上昇は期待できない。

本発明のもう一つの特徴は、アークが細隙の狭
い方へ移行するにつれて、アークの直径が細隙ギ
ヤツプ長と同一になるか、その細隙ギヤツプ長よ
り狭いギヤツプにアークが移行すると、アーク８
が昇圧室１０と放出口９間を閉じるような閉塞が
起る。

このアーク８による閉塞で昇圧室１０は完全に
密閉され、昇圧室１０の圧力は増々上昇する。そ
の圧力上昇でアーク８はより狭い細隙中に入り込
もうとする。このとき、アーク８に対して、放出
口９側の細隙空間には、従来のようにアーク熱に
よる消弧板６壁への気化や潜熱を奪う熱的仕事に
より、背圧が生じる。本発明では発弧時より閉塞
までの間に昇圧室１０の圧力が充分高められてい
るので、この背圧に打ち勝つことができる。

そして、アークは閉塞後は、より狭い細隙に向
かつて、 （昇圧室10圧力−背圧）＋電磁力 の力により移行し、従来手段では果し得なかつた
非常に狭い細隙中に移行できるようになり、大き
な限流効果を得て、消弧室の小形化と大容量化を
可能とする。

アークが狭い細隙に移行し、電流は限流しなが
ら電流値の零を迎えて消弧し、細隙空間より消滅
する。そのとき昇圧室１０に蓄えられた高圧力気
体は、アーク８消滅と同時に放出口９より放出さ
れる。

本発明の他の実施例として次のような形態が挙
げられる。

従来形の気中開閉器の消弧室（特開昭53−
131478）で、昇圧室を形成し、消弧板を一体成
形し、ジグザグひだのかみ合わせギヤツプの細
隙部や放出口を備える構造の限流装置。

消弧板６を有機や無機の材質とした昇圧室を
設けた限流装置。

細隙部形状が第８図のようにテーパ状だけで
なく、下部がテーパ状で上部細い部分が平行状
（つまりテーパが付かない）にし昇圧室を備え
た限流装置。

電極構造を第２図のようなクラツパ形状にし
て昇圧室を設けた限流装置。

外部にアーク駆動用コイルや磁性体を持ちか
つ昇圧室を備えた限流装置。

本発明装置を別の密閉容器に封入した例えば
SF₆ガス中での限流装置。

かくして本発明によれば、消弧材・固定電極・
可動電極の下部および両側部を絶縁性容器で覆う
ことで昇圧室を形成することから、開極時のアー
クがより狭い細隙に移行し、大きな限流効果が得
られ、消弧室の小形化が図られ、装置の大容量化
が可能となり、工業的に益するところ大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は高圧気中開閉器の消弧板細隙ギヤツプ
で生起する背圧の解析図、第２図ないし第５図は
従来装置の説明図、第６図は本発明の一実施例の
上面図、第７図は第６図のＡ−A′線に沿う側断
面図、第８図は第７図のＢ−B′線に沿う正断面
図、第９図はその容器部と集電子部を除いた斜視
図である。 １……固定電極、２……可動電極、３……固定
側アークランナ電極で３′はその突出部、４……
可動側アークランナ電極で４′はその突出部、５
……集電子で５′はそのハウジング、６……消弧
板、７……絶縁性容器、８……アーク、９……放
出口、１０……昇圧室、１００……大気。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 固定電極および可動電極のそれぞれの上部に
   アークランナー電極を対向し平行して設け、これ
   らアークランナー電極を挾むようにし、かつ２つ
   の前記電極に近い部位は広く前記アークランナー
   電極の上端に向つて次第に狭くなる細隙を形成す
   る一対の消弧板を備え、 １つの面の前記アークランナー電極と前記消弧
   板の上端で形づくる細隙を放出口とし、他の５つ
   の面の前記固定電極・可動電極・アークランナー
   電極・消弧板を絶縁性容器で密閉して覆う６面体
   からなる昇圧室を構成したことを特徴とする限流
   装置。