JPH077623B2

JPH077623B2 - ガス絶縁断路器

Info

Publication number: JPH077623B2
Application number: JP60066949A
Authority: JP
Inventors: 洋村瀬
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1985-03-30
Filing date: 1985-03-30
Publication date: 1995-01-30
Anticipated expiration: 2010-01-30
Also published as: JPS61227325A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の技術分野〕本発明はガス絶縁機器に係り、ガス絶縁断路器を動作さ
せたときに発生する高周波サージを抑制することのでき
るようにしたガス絶縁断路器に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

変電所に用いられる高電圧回路の開閉装置として、近年
ガス絶縁開閉装置が広く用いられている。このガス絶縁
開閉装置は、母線、しゃ断器、断路器を始めとして、そ
の他の付属設備を接地金属容器の中に収納し、この接地
金属容器内に封入した安定度が高く、不活性、不燃性、
無臭、無害であり、かつ空気の２〜３倍に絶縁耐力を有
するSF₆ガス等の絶縁性ガスで絶縁保持し、高圧回路の
開閉装置としたものである。

このような機器は一般に同軸構造で、その内部に発生し
たサージは殆ど減衰することなく伝搬する。断路器やし
ゃ断器の操作により、ガス絶縁開閉装置内に高周波サー
ジが発生することはよく知られた事実である。特に断路
器の操作時に、波頭の立り上がり部分が２〜3nsで、そ
れに続く数MHzの高周波振動の最大ピーク値が常時運転
電圧の波高値の２倍以上（2.0pu以上）なるサージ電圧
が発生し得る。このサージの急峻な波頭部分が原因とな
って、オイルブッシングが絶縁破壊事故を起こした例
や、サージの波高値が原因となって断路器極間アークか
ら接地金属容器への地絡事故を起こした例が報告されて
いる。また、これらのサージはガス絶縁開閉装置の接地
系に誘導し、様々な電波障害や、低圧制御回路の破壊事
故を引き起こす原因となる。したがってガス絶縁開閉装
置内に発生する高周波サージを何らかの手段で抑える必
要がある。

断路器操作時に発生する高周波サージを抑える一方法と
して、第５図に示す方法が考えられている。

すなわち、図はガス絶縁開閉装置の断路器の断面図であ
り、図中１は接地金属容器、２はこの接地金属容器１に
取り付けられた絶縁スペーサであり、接地金属容器１内
は密封され絶縁ガス３が封入されている。接地金属容器
１内には一対の固定電極4a,4bがその軸線を一致させ近
接対向して配されると共にそれぞれ前記絶縁スペーサ２
により支持されている。各固定電極4a,4bは中空であ
り、内周面に接触子5a,5bが設けられている。一方の固
定電極4b内には外周面を接触子5bに接し且つ固定電極4b
の軸方向に摺動可能な可動電極６が設けられており、ま
た、可動電極６の先端にはアークコンタクト８が設けら
れている。また、接地金属容器１の外部には操作機構10
が設けられ、この操作機構10の操作力は操作棒９を介し
て前記可動電極６に伝達され、可動電極６を固定電極4a
方向に進退操作できるようになっていて、これにより、
固定電極4aに接離できるようになっている。７は固定電
極4aの先端に設けられた抵抗である。また、11は各固定
電極4a,4bに接続された高圧中心導体、12は接続電極で
ある。

このような構成において、高周波サージは前記抵抗７に
よって抑える。

これは、しゃ断器のいわゆる抵抗投入と同じ方法で、断
路器の固定電極4aの先端に抵抗７を接続している。断路
器の可動電極６との間に再点弧が発生した場合、この電
流は必ず抵抗７を通ることになる。したがって、サージ
はこの抵抗によってすぐに吸収されてしまい、伝ぱんす
ることはない。

このとき、抵抗７には再点孤が発生する直前の極間電圧
が印加されるので、この電圧による抵抗７の絶縁破壊を
防ぐため、かなりの絶縁距離が必要となる。従って、可
動電極のストロークは、抵抗７を接続しない場合に比べ
て２倍以上になり、断路器そのものが長くなると同時
に、操作機構10も長いストロークに対応した強力なもの
である必要がある。また、抵抗７を高電圧側に接続する
ことによってその構造が複雑となり、故障の原因となっ
てガス絶縁開閉装置の信頼性低下を引き起こしかねな
い。特に高圧側導体には高電流が流れ熱に対する配慮が
必要であると同時に、断路器操作時の振動に対する対策
も必要となる。このような悪環境の場所に複雑な構造の
機構を設置するのは得策ではない。断路器は、しゃ断器
とは異なり、一変電所に多数設置するのが常であるの
で、この部分のコスト、信頼性は変電所全体のコストお
よび信頼性にとって非常に重要である。

〔発明の目的〕

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、断路器サー
ジを効果的に抑えることができ、しかも信頼性が高く小
形で安価な構造のガス絶縁断路器を提供することを目的
とする。

〔発明の概要〕

本発明は上記目的を達成するために、電極を包囲して接
地金属容器の内側に磁性材による略円筒状の構造物を絶
縁を保持して設置したことを特徴とする。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例について図面を参照しながら説
明する。

第１図は本発明の一実施例を示す正面断面図であり、図
中第５図と同一物には同一符号を付して説明は省略す
る。

図に示すように本装置は固定電極4aに設けた従来のサー
ジ吸収用の抵抗７を廃止し、固定電極4a,4b間の距離を
その分、短くして、可動電極６の操作系の機械的強度を
緩和し、且つ電極構造も抵抗７のない分、単純化する。
代って、円筒状の構造体16を用意し、これを電極4a,4b
の配設領域全域を包囲すべく絶縁スペーサ２間に配した
かたちで接地金属容器１内に取り付ける。このとき、接
地金属容器１の中心軸と上記構造体16の中心軸は絶縁設
計上、一致させるのが好ましい。また、接地金属容器１
は中央をフランジ1f部分の内径より大きくしてあり、接
地金属容器１と構造体16との間に空隙3aを設けて電気的
に絶縁するようにする。

尚、構造体16は薄い磁性材を複数枚積層したものを用い
ている。

ところで磁性材は一般に大きな比透磁率を有する。例え
ば鉄はμ＝5000であり、真空中の5000倍の磁束が発生す
ることになる。従って、このような磁性体を接地金属容
器の内部に設置しておけば、この部分のインダクタンス
がかなり大きくなる。例えば、外径50cm厚さ1cm長さ1m
の鉄が持つインダクタンスは、ただし μ_o：真空中の透磁率、μ＝5000, d_o：磁性材16の外径、 d_i：磁性材16の内径、 l_n（）：自然対数である。

となる。この大きなインダクタンスは断路器の再点弧時
に発生する波頭長が2ns〜3nsのステップ波の波頭を鈍ら
せる作用をする。これを説明するために、第２図に示す
等価回路を考える。15が（１）式で与えられる磁性材構
造体16の等価インダクタンス、14はガス絶縁開閉装置の
特性インピーダンスで、この等価的な抵抗に流れる電流
が、ガス絶縁開閉装置内を伝搬するサージを表わしてい
る。13は断路器極間の再点弧によるステップ波電圧を示
す。ｔ＝０でステップ波が発生したとして回路方程式
（２）を解けば、抵抗14に流れる電流ｉが求められる。

ｔ＝０でｉ＝０なる初期条件を満足する（２）式の解
は、で与えられる。ｉの変化を第３図に示す。Ｌの値を
（１）式で与えられる20μＨとすれば、一般的なガス絶
縁開閉装置の特性インピーダンスは70Ω程度であるの
で、ｉの波頭部分の立ち上がり時間はとなり、インダクタンスのない場合に比べて100倍にな
っている。

磁性材からなる円筒状の構造体16を構成する薄い磁性材
のそれぞれの積層間を電気的に絶縁しておくことは、サ
ージ電流が、磁性材構造体16の内側を流れてしまって、
インダクタンスとしての効果を失うことを防止する上で
重要である。

次に構造体16のサージ抑制効果を具体的に説明する。

例えば、550kV系において（３）式で与えられるサージ
波形の波頭部分での電圧上昇率を計算してみる。Ｖとし
て波高値450kVを与え、立ち上がり時間を0.3μ秒とすれ
ば、電圧変化率は、この値は、550kV系の雷インパルス試験波形のもつ電圧
変化率1800kV/μ秒より小さい値であり、油ブッシング
の絶縁破壊や、接地系への誘導サージに対して問題のな
い値である。

（３）式で与えられる電圧変化率はｔ＝０で最大となる
が、この点における主要な周波数成分を求めてみる。

（３）式で与えられるｉをｔで微分し、ｔ＝０を代入す
れば、ｔ＝０における電流変化率として次式を得る。

抵抗Ｒに印加される電圧変化率は、一般に、波高値Ｖ、周波数なる電圧ｖは、で表わされ、ｔ＝０における電圧変化率は、となる。（６）式で与えられる電圧変化率と（８）式で
与えられる電圧変化率を等しいものとすればを得る。Ｒ＝70Ω、Ｌ＝20μＨを代入すれば、周波数
は550kHzとなる。従って、第３図で与えられる電流波形
は550kHz以下の周波数成分しか含まず、このサージ波形
がガス絶縁開閉装置内に伝ぱんしても、550kHz以上の高
周波は発生し得ない。発明者らが現在までに経験した様
々なオールGLSタイプの変電所での断路器サージはすべ
て1MHz以上であった。従ってこのようなタイプの変電所
に本発明による断路器を採用すれば、絶縁上問題となる
高周波は発生できず、大きな効果が得られることがわか
る。

磁性材からなる円筒状構造体16を断路器極間から離れた
場所に設置した場合、断路器極間で発生した急峻波は、
円筒状構造体16を設置した部分の開放端とみなし、反射
してしまう。従って、急峻波が伝搬するのを防止する上
では効果的であるが、急峻波の除去には効果はない。こ
れに比べて、急峻波の発生源である断路器の極間近傍に
円筒状構造体16を設置すれば、急峻波は、この部分を通
過しなければ、ガス絶縁開閉装置の他の場所に伝搬でき
ず、従って急峻波を効果的に除去できることになる。

尚、本発明は上記し且つ図面に示す実施例に限定するこ
となく、その要旨を変更しない範囲内で適宜変形して実
施し得ることは勿論であり、例えば先の実施例では構造
体16として鉄などの導電性の磁性材を用いることを前提
としていたが、フェライトなどの高抵抗の磁性材を用い
れば、各積層間との絶縁を保つ必要はなく設計上有利で
ある。また、μの大きな他の磁性材料、例えば、パーマ
ロイμ＝100,000純鉄μ＝200,000スーパーマロイμ＝1,
000,000などを用いれば、さらに小さな円筒状構造物で
同様な効果が得られる。

また、第１図では、磁性材からなる円筒状構造体16を、
断路器極間を被うように設置したが、第４図に示すよう
に、断路器の極間を外して、その左右の一方もしくは両
方に円筒状構造物16a,16bを設置しても同様な効果が得
られるとともに、極間部分の空間を広くとることができ
るので、構造が複雑な断路器極間の絶縁設計が容易とな
り、断路器の直径を小さくできる。

またここでは、単相構造の断路器への実施例を説明して
きたが、三相一括断路器への適用についても効果は同様
である。特に三相一括断路器に適用した場合には、磁性
材内部を流れる交流電流の総和がゼロとなるので磁性体
の発熱などを考慮する必要がなく好都合である。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明は磁性体による筒状の構造体を
接地金属容器内に電極を包囲して設置するものであり、
構造体は接地金属容器内に設置されることから、高電圧
導体の発熱による熱の影響を受けず、構造を単純化でき
ると同時に、安価に製作できる。また、接地電位に設置
できるので、高電圧導体側は複雑な構造とはならず、信
頼性をとくに低下させることもない。従って、本発明に
よって、ガス絶縁開閉装置の信頼性を低下させることな
く、また、ガス絶縁断路器の大きさも従来のものとそれ
ほど変化させることなく、しかも安価な方法によって断
路器サージを減衰させることができ、安価な高信頼性の
ガス絶縁断路器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による断路器の断面図、第２
図は本発明の作用を示す等価回路、第３図は本発明の効
果を示すためのステップ波応答波形、第４図は本発明の
他の実施例を示す断路器の断面図、第５図は従来例を示
す断面図である。１…接地金属容器、２…スペーサ、３…絶縁ガス、４…
固定電極、５…接触子、６…可動電極、７…抵抗、８…
アークコンタクト、９…操作棒、10…操作機構、11…高
電圧中心導体、12…接続電極、13…ステップ波発生源、
14…ガス絶縁開閉装置の特性インピーダンス（70Ω）、
15…磁性材構造物16の等価インダクタンス、16…磁性材
の構造体。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固定側及び可動側の対を成す開閉電極を絶
縁性ガスとともに接地金属容器内に絶縁保持してなるガ
ス絶縁断路器において、接地金属容器内に前記開閉電極を包囲して磁性材による
筒状の構造体を設けたことを特徴とするガス絶縁断路
器。
【請求項２】構造体は開閉電極をほぼ全域にわたって包
囲する寸法とすることを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載のガス絶縁断路器。
【請求項３】構造体は断路器極間に対して可動及び、固
定側の各電極それぞれに少なくとも１個分割設置したこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のガス絶縁断
路器。
【請求項４】構造体は前記接地金属容器と絶縁されてい
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第３項記
載のガス絶縁断路器。