JPH0670415A - 低圧用遮断器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】接点の摩耗を減らし、開閉サージを抑えること
ができる低圧用遮断器を得ること。 【構成】真空バルブ１に限流素子２を並列に接続する。
これらの並列回路に開閉器３を直列に接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、特に低圧回路を遮断す
る低圧用遮断器に関する。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、電力系統で短絡事故が発
生して回路に大電流が流れたときには、この電流を遮断
してこの回路に接続された電気機器を保護するために遮
断器が使用される。このうち、 3.3kV〜36kVクラスの系
統では、この遮断器として真空遮断器が多用されてい
る。これは、真空遮断器が小形軽量で、真空中の高い絶
縁耐力によって、系統で要求される所要の絶縁を狭い接
点間隙で得ることができ、また、電流遮断時のアーク電
圧が低く、接点材料の消耗が少なくて、開閉寿命が長い
などの特長があるためである。

【０００３】しかし、数 100Ｖクラスの系統で使用され
る遮断器においては、ほとんどが気中で消弧する遮断器
が使われている。たとえば、ＭＣＣＢ（モールド・ケー
ス遮断器）やＡＣＢ（気中遮断器）などである。

【０００４】ところで、真空遮断器は、上述したように
多くの利点があるにもかかわらず、数 100Ｖの低圧回路
にはあまり適用されない。この理由の一つは、真空遮断
器は、電流遮断時に発生するアーク電圧が低いことであ
る。真空遮断器のアーク電圧は、数10Ｖであり、また、
アーク電流が小さくなると、アーク電圧も低下する特性
がある。このため、低圧回路で大電流を遮断するとき
に、真空中に発生したアークで限流される効果はほとん
ど期待できない。このため、低圧回路や高圧回路に関係
なく、遮断に必要な電極の大きさが必要になる。

【０００５】一方、気中遮断器では、電流遮断時のアー
ク電圧を回路電圧以上に高めて、接点間に流れているア
ーク電流を限流することで遮断を容易にしている。この
ため、気中遮断器は、電磁力を利用してアーク長を引き
延ばすために、所定の間隙を介して並置されたディァイ
オン・グリッドと稱する複数の鉄板片の間にアークを導
き、このアークを鉄板片で分断するなどの方法でアーク
を冷却するとともに、アーク電圧を上昇させている。こ
のような手法が取れるのは、系統の電圧が低いために、
所要の耐電圧値も低いことによる。このため、気中遮断
器では、低圧回路に使われる気中遮断器になると種々の
アーク駆動方式を採用でき、より小形化を図ることがで
きる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】一方、真空遮断器を低
圧回路に適用するときの問題は、開閉サージの発生であ
る。周知のように、真空遮断器は、優れた消弧特性をも
っているために、誘導性の小電流を遮断したときに開閉
サージを発生する。低圧回路の負荷には、遮断器の負荷
として電動機が多い。ところが、低圧回路に使用される
電動機の固定子巻線は乱巻で、コイル内の巻線の層が一
定していないため、サージ電圧に対する耐電圧値が低
い。このため、真空遮断器の開閉サージとして知られて
いる多重再発弧や三相同時遮断などの急峻な波頭を持っ
たサージが電動機に印加されると、固定子巻線内で絶縁
が破壊されるおそれがある。

【０００７】このように、真空遮断器のアーク電圧は、
気中遮断器と比べて低く、電流遮断時のアークによる限
流効果が期待できず、低圧回路用の真空遮断器といえど
も、電極径は高圧回路の場合と大差ない。また、開閉サ
ージが発生するおそれがあり、電動機などの誘導機器の
巻線の絶縁を破壊するおそれもある。

【０００８】そこで、本発明の目的は、寿命が長く、開
閉サージの発生を抑えることのできる低圧用遮断器を得
ることである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、開閉器と真空バルブを直列に接続し、この真空バル
ブに限流素子を並列に接続してなる低圧用遮断器であ
る。

【００１０】また、請求項２に記載の発明は、開閉器と
限流素子を直列に接続し、この直列回路に真空バルブを
並列に接続してなる低圧用遮断器である。

【００１１】さらに、請求項３に記載の発明は、限流素
子をコイル状に形成し、このコイル状の限流素子の軸心
線が開極した真空バルブの接点間となるように配設した
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の低圧用遮断器
である。

【００１２】また、請求項４に記載の発明は、限流素子
に導電材料のコイルを直列に接続し、このコイルの軸心
線が開極した真空バルブの接点間となるように配設した
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の低圧用遮断器
である。

【００１３】

【作用】請求項１及び２に記載の発明においては、負荷
電流や事故電流の遮断時に真空バルブの電極間で発生す
るアーク電圧が上昇すると、遮断電流の一部は限流素子
に分流して、アークは減衰する。

【００１４】また、請求項３及び４に記載の発明におい
ては、負荷電流や事故電流の遮断時に真空バルブの電極
間で発生するアーク電圧が上昇すると、遮断電流の一部
は限流素子に分流して、アークは減衰するとともに、限
流素子に分流した電流で発生した磁束は、真空バルブの
電極間のアークを駆動してアークを引き延ばしアーク電
圧を更に上昇させる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。図１（ａ）は、請求項１に記載の発明の低圧用
遮断器を示す接続図である。図１（ａ）において、低圧
用遮断器の主構成要素である真空バルブ１には、限流素
子である限流線２が並列に接続されている。さらに、こ
の並列回路と直列に開閉器（本実施例では真空開閉器）
３が接続されている。図１（ａ）は、このように構成さ
れた低圧用真空遮断器のユニットが、自動連結用の断路
部４Ａ，４Ｂを介して従来の金属閉鎖形スイッチギヤの
コンポーネントとして、図示しない箱体に収納されると
きを示す。

【００１６】ところで、遮断器の消弧限界は、遮断する
電流と電流遮断後に遮断器の極間に加わる電圧で決ま
る。このような遮断限界特性は、遮断器の種類により異
なり、ガス遮断器及び真空遮断器や気中遮断器では、各
々その消弧方式が異なることから、異なる消弧限界を示
す。

【００１７】このうち、真空遮断器は、図２（ａ）に示
すような略台形の消弧限界特性を示す。この消弧限界特
性で注目すべきことは、電流遮断後に真空遮断器の極間
に加わる電圧がある程度低くなると、遮断可能な電流が
急激に増えることである。しかし、この低い電圧値は、
一般商用の低圧回路の電圧値よりさらに低い値であり、
単に高圧回路用の真空遮断器を商用の電圧の低圧回路に
適用しても、遮断可能な電流値はあまり上昇しない。そ
こで本発明では、図１（ａ）に示すように、真空バルブ
１と並列に限流線２を接続した。

【００１８】本発明の低圧用遮断器で回路電流を遮断す
るときには、まず、真空バルブ１を開極する。すると、
真空バルブ１の極間にはアーク放電が発生し、このアー
クの抵抗により、極間にはアーク電圧が発生する。この
ため、アークとして流れていた電流の一部は、限流線２
に分流し、真空バルブ１を流れる電流は減少する。

【００１９】限流線２は鉄線で作られている。したがっ
て、常温では限流線２の抵抗は低いが、高温になると高
くなる。本発明の低圧用遮断器では、常時に限流線２に
流れる電流は少ないため、限流線２の抵抗値は周囲の温
度により決まる。低圧用遮断器の遮断過程で真空バルブ
１の極間に流れるアーク電流が限流線２に転流すると、
この電流と限流線２の抵抗による発熱で限流線２の温度
が上昇し、限流線２の抵抗値が更に上昇する。

【００２０】すると、限流線２の温度は更に上昇し、抵
抗値も更に上昇する。このようにアーク電圧に比例して
増加する転流で限流線２の抵抗値が増えることにより、
低圧用遮断器に流れる電流が制限（限流）され、減少す
る。したがって、真空バルブの開極動作に続いてわずか
に遅れた時点の電流が十分少なくなった時点で、開閉器
３を開極すると、低圧用遮断器に流れている限流された
電流が遮断され、低圧用遮断器の遮断過程は終了する。

【００２１】電動機の負荷電流を遮断するときにも、ま
ず、真空バルブ１が開極し、接点間にアークが発生し、
このアークの抵抗で、負荷電流は限流線２に転流し、開
閉器３で遮断する。真空バルブ１から限流線２に転流す
るときには、限流線２のインピーダンスは小さく、真空
バルブ１の極間にかかる電圧は低い。このため、真空バ
ルブ１の極間で再発弧は発生せず、多重再発弧や三相同
時遮断のような大きな開閉サージを発生する現象に移行
するおそれはない。

【００２２】このように、本実施例の低圧用遮断器にお
いては、真空バルブ１と並列に限流線２を接続すること
により、真空バルブ２に流れる電流を限流線２に転流さ
せて遮断するために、真空バルブ２は電流遮断のための
特殊な構造の電極にする必要がなく、通電の通電機能を
維持できればよくなる。その結果、電極を小形化するこ
とができ、真空バルブ２の外形を小形化できる。

【００２３】また、多重再発弧や三相同時遮断などの現
象が発生しないため、電動機のような誘導性の負荷電流
を遮断しても、開閉サージが発生せず、本発明の真空遮
断器を使用した電力系統では、開閉サージに対する保護
が不用となり、保守が容易で、電力系統の信頼性も向上
する。さらに、電極間のアーク時間を短縮することがで
きるので、電極の消耗を防ぐことができ、真空バルブ２
の寿命を延ばすことができるので、保守・点検の省力化
を図ることもできる。

【００２４】次に、図１（ｂ）は、請求項２に記載の発
明の低圧用遮断器を示す接続図である。この低圧用遮断
器においては、開閉器３が限流素子２と直列に接続さ
れ、この直列回路に真空バルブ１が並列に接続されてい
る。

【００２５】この低圧用遮断器においては、開閉器３は
真空バルブ１の投入と同時に投入してもよく、短絡事故
と同時に投入してもよい。以下の遮断特性は、図１
（ａ）の低圧用遮断器と同様に、真空バルブ１の極間に
発生したアークの抵抗によって、遮断電流は開閉器３と
限流素子２の直列回路に転流し、限流素子２で限流され
た後に、真空バルブ１と開閉器３で遮断される。

【００２６】この場合には、定常時の負荷電流が開閉器
３を流れず、したがって、この開閉器３は、限流素子２
で限流された電流の遮断性能を備えていればよく、定常
時の負荷電流の通電客量がなくてもよく、熱容量も小さ
くてもよいので、小形化することができる。

【００２７】次に、図３（ａ），（ｂ）は、請求項３に
記載の発明の低圧用遮断器を示す接続図で図１，図２と
同一部分には同一符号が付してある。このうち、図３
（ａ）における限流コイル２Ａは、限流線をコイル状に
成形し、外周をエポキシ樹脂で注型成形して絶縁し、こ
のコイルの軸心の延長線が、開極時の真空バルブ１の電
極間を直交するように、真空バルブ１の外周に近接して
取り付けられている。

【００２８】この低圧用遮断器では、真空バルブ１とと
もに負荷電流や事故電流の一部は、限流コイル２Ａに流
れる。そして、真空バルブ１の開極で発生したアーク電
流によって限流コイル２Ａに流れる分担電流は増える
が、この増加した分担電流で発生した限流コイル２Ａの
磁束は、開極した真空バルブ１の電極間を流れるアーク
と鎖交する。

【００２９】すると、このアークは電磁力で電極の端部
に駆動され、アークは引き伸ばされる。この結果、アー
クは不安定となり、アーク電圧が上昇する。鎖交磁束が
増えると、アーク電圧は図２（ｂ）に示すように比例し
て高くなる。したがって、アークの抵抗も大きくなるの
で、横磁界を加えることにより、アーク電流は限流コイ
ル２Ａに転流する電流の比が増える。

【００３０】限流コイルの電流が増えると、横磁界の強
度も更に大きくなり、アーク電流は更に限流コイル２Ａ
に転流する。このようにして、真空バルブ１から限流コ
イル２Ａに転流する時間を短くすることができるので、
真空バルブ１の極間で発生したアークの発生時間を短縮
することができるだけでなく、真空バルブ１の電極構造
も簡単にすることができ、真空バルブ１の外形も小さく
なり、電極の消耗も減らすことができるので、長寿命化
を図ることもできる。

【００３１】次に、図３（ｂ）は、図３（ａ）で示した
開閉器３が真空バルブ１と並列接続となるように、限流
コイル２Ａに直列に接続されたときを示し、図１（ｂ）
に対応する図である。

【００３２】この場合には、図１（ｂ）で示した低圧用
遮断器と同様に、限流コイル２Ａへの転流と限流で減少
した負荷電流や事故電流は、真空バルブ１と開閉器３で
遮断され、この開閉器３の通電容量は、図３（ａ）で示
した低圧用遮断器と比べて小さくてよいので、開閉器３
を小形化することができる。

【００３３】なお、上記請求項１，２及び請求項３に記
載の発明の低圧用遮断器において、限流素子２に導電材
料で成形されたコイルを直列に接続し、このコイルの軸
心線を開極した真空バルブ１の接点間となるように設け
て請求項４に記載の発明としてもよい。このときには、
コイルの成形が容易となる利点がある。

【００３４】

【発明の効果】以上、請求項１に記載の発明によれば、
開閉器と真空バルブを直列に接続し、この真空バルブに
限流素子を並列に接続して低圧用遮断器を構成すること
で、負荷電流や事故電流の遮断時に真空バルブの電極間
で発生するアーク電圧の上昇により、遮断電流の一部を
限流素子に分流させ、アークを減衰させたので、寿命が
長く、開閉サージの発生を抑えることのできる低圧用遮
断器を得ることができる。

【００３５】また、請求項２に記載の発明によれば、開
閉器と限流素子を直列に接続し、この直列回路に真空バ
ルブを並列に接続して低圧用遮断器を構成することで、
負荷電流や事故電流の遮断時に真空バルブの電極間で発
生するアーク電圧の上昇により、遮断電流の一部を限流
素子に分流させ、アークを減衰させたので、寿命が長
く、開閉サージの発生を抑えることのできる低圧用遮断
器を得ることができる。

【００３６】さらに、請求項３に記載の発明によれば、
請求項１又は２に記載の発明の低圧用遮断器の限流素子
をコイル状に形成し、このコイル状の限流素子の軸心線
が開極した真空バルブの接点間となるように配設するこ
とで、負荷電流や事故電流の遮断時に真空バルブの電極
間で発生するアーク電圧の上昇により、遮断電流の一部
を限流素子に分流させてアークを減衰させるとともに、
限流素子に分流した電流で発生した磁束で、真空バルブ
の電極間のアークを駆動してアークを引き延ばしアーク
電圧を更に上昇させたので、寿命が長く、開閉サージの
発生を抑えることのできる低圧用遮断器を得ることがで
きる。

【００３７】さらに、請求項４に記載の発明によれば、
請求項１又は２に記載の発明の低圧用遮断器の限流素子
に導電材料のコイルを直列に接続し、このコイルの軸心
線が開極した真空バルブの接点間となるように配設する
ことで、負荷電流や事故電流の遮断時に真空バルブの電
極間で発生するアーク電圧の上昇により、遮断電流の一
部を限流素子に分流させてアークを減衰させるととも
に、限流素子に分流した電流で発生した磁束で、真空バ
ルブの電極間のアークを駆動してアークを引き延ばしア
ーク電圧を更に上昇させたので、寿命が長く、開閉サー
ジの発生を抑えることのできる低圧用遮断器を得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は、請求項１に記載の発明の低圧用遮断
器の一実施例を示す接続図。（ｂ）は、請求項２に記載
の発明の低圧用遮断器の一実施例を示す接続図。

【図２】（ａ）は、従来の真空遮断器の消弧限界特性を
示すグラフ。（ｂ）は、請求項３及び請求項４に記載の
低圧用遮断器の作用を示すグラフ。

【図３】（ａ）及び（ｂ）は、請求項３に記載の発明の
低圧用遮断器の一実施例を示す接続図。

【符号の説明】

１…真空バルブ、２，２Ａ…限流素子、３…開閉器、４
Ａ，４Ｂ…断路部。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 開閉器と真空バルブを直列に接続し、こ
   の真空バルブに限流素子を並列に接続してなる低圧用遮
   断器。
2. 【請求項２】 開閉器と限流素子を直列に接続し、この
   直列回路に真空バルブを並列に接続してなる低圧用遮断
   器。
3. 【請求項３】 限流素子をコイル状に形成し、このコイ
   ル状の限流素子の軸心線が開極した真空バルブの接点間
   となるように配設したことを特徴とする請求項１又は２
   に記載の低圧用遮断器。
4. 【請求項４】 限流素子に導電材料のコイルを直列に接
   続し、このコイルの軸心線が開極した真空バルブの接点
   間となるように配設したことを特徴とする請求項１又は
   ２に記載の低圧用遮断器。