JPH0935593A

JPH0935593A - 直流遮断器

Info

Publication number: JPH0935593A
Application number: JP17836495A
Authority: JP
Inventors: Kunio Yokokura; 邦夫横倉; Eiji Kaneko; 英治金子
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1995-07-14
Filing date: 1995-07-14
Publication date: 1997-02-07

Abstract

(57)【要約】【目的】遮断容量と通電容量を上げることのできる直流
遮断器を得ること。【構成】薄肉円筒状のシールドカバー18の内部の左側に
対して、円筒状の固定導体１を同軸に収納し、シールド
カバー18の内部の右側にも円筒状の固定導体２を同軸に
収納する。これらの固定導体１，２の間には、円筒状の
可動導体５を設け、この可動導体５の左端は、固定導体
１の内部に収納し、固定導体１に設けたガイドローラ６
で支える。固定導体１，２の対向側には、接触子３を突
設し、この接触子３の先端を可動導体５の外周に押圧す
る。可動導体５の左端は端板15で封止し、この端板15の
中心部に吸排パイプ17を貫挿する。この吸排パイプ17か
ら圧縮空気を送り込んで可動導体５を断路する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、直流遮断器に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の直流遮断器のなかには、ゲートタ
ーンオフサイリスタなどの半導体スイッチング素子を使
った半導体遮断器と、真空遮断器や気中遮断器などのよ
うに、接点間で発生したアークを消弧室で消滅させる遮
断器がある。

【０００３】このうち、後者の有接点の直流遮断器で
は、接点間に発生したアーク電流によって、直流電流に
振動成分を重畳させ、この振動成分の重畳によって、合
成電流に零点を発生させて遮断する方法がある。

【０００４】また、他の方法として、アーク電流に対し
て、予め充電していたコンデンサのパルス放電電流をア
ーク電流と逆向きに流して、その合成電流によって電流
の零点を形成して遮断する方法もある。

【０００５】このうち、前者の方法には、アークが発生
する雰囲気を大気圧の気中で行う方法と、六フッ化硫黄
ガスなどの絶縁ガス中で行う方法がある。この直流遮断
器は、既に直流送電系統に一部採用されている。

【０００６】また、後者の方法は、コンデンサの容量の
関係から、短時間にアークを遮断することができる真空
遮断器が採用されている。一方、核融合実験炉や超電導
コイルによる電力貯蔵システムでは、通電電流が数10KA
の直流電流の容量が採用されようとしている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前述したア
ークの発生によって直流電流に振動成分を重畳させる方
法は、遮断電流が数10KAになると、アークの不安定作用
によって、直流電流に零点を発生させることが困難とな
るので、数10KAの大電流を遮断する直流遮断器には採用
できない。

【０００８】また、コンデンサからパルス状の放電電流
を真空遮断器の真空バルブに遮断電流と逆向きに流す方
法は、接点の接触形態がバットコンタクトで、通電容量
の増加が制約される真空バルブには採用できない。

【０００９】そのため、真空遮断器を複数台並列に接続
して、通電容量を上げる方法も考えられるが、この方法
も、並列に接続された真空バルブの接点に均一に電流を
流すことはできないので、効果が低下するだけでなく、
設置するための空間も増え、且つ、収納効率も低下す
る。そこで、本発明の目的は、遮断容量と通電容量を上
げることのできる直流遮断器を得ることである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明の
直流遮断器は、片側が固定され他側に第１の接触子を備
えた第１の固定導体と、この第１の固定導体の内部に案
内部を介して進退自在に挿入され外周が第１の接触子と
接触する筒状の可動導体と、この可動導体の先端に片側
が対向して設けられ可動導体の前進動作によりこの可動
導体の先端が嵌合する第２の接触子を備え他側が固定さ
れる第２の固定導体と、この第２の固定導体に外筒が固
定されて可動導体に収納されこの可動導体の内周を摺動
する摺動接触子を介して固定通電軸が接続され第２の固
定導体に可動通電軸が接続される真空バルブと、この真
空バルブの可動通電軸を駆動するバルブ駆動部と、可動
導体を進退させる断路駆動部とを備えたことを特徴とす
る。

【００１１】また、請求項２に記載の発明の直流遮断器
は、第１の固定導体並びに第２の固定導体及び可動導体
が遊嵌する中空導体を備えたことを特徴とする。

【００１２】また、請求項３に記載の発明の直流遮断器
は、第１の固定導体の片側と中空導体の片側、又は、第
２の固定導体の他側と中空導体の他側を導体で接続した
ことを特徴とする。

【００１３】さらに、請求項４に記載の発明の直流遮断
器は、第１の固定導体の片側と第２の固定導体の他側に
対して、コンデンサとスイッチの直列回路を並列接続し
たことを特徴とする。

【００１４】この結果、請求項１に記載の発明において
は、定常の通電時には、真空バルブは開極され、通電断
面積の大なる第１、第２の固定導体及び第１、第２の接
触子と可動導体で形成される電路に通電され、遮断時に
は、真空バルブが投入され、次いで可動導体が第２の接
触子から切り離され、最後に真空バルブが開極される。

【００１５】また、請求項２に記載の発明においては、
第１、第２の固定導体及び第１、第２の接触子と可動導
体を流れる電流で発生した磁束は、中空導体によってシ
ールドされる。

【００１６】また、請求項３に記載の発明においては、
第１、第２の固定導体及び第１、第２の接触子と可動導
体を流れる電流で発生した磁束は、中空導体を逆向きに
流れる電流で発生した磁束によって打ち消される。

【００１７】さらに、請求項４に記載の発明において
は、真空バルブで遮断される電流には、コンデンサから
スイッチを経て放電される逆向きの放電電流の重畳によ
って、零点が形成される。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の直流遮断器の一実
施例を図面を参照して説明する。図１は、本発明の直流
遮断器の一実施例を示す縦断面図で、請求項１及び請求
項２と請求項３に対応し、定常の通電状態を示す図であ
る。

【００１９】図１において、アルミニウム板から円筒状
に形成されたシールドカバー18の内周の左端には、片側
の断面がＬ字状で図示しない側面図では環状の絶縁材の
支持環21ａがシールドカバー18にボルトで固定されてい
る。シールドカバー18は、図示しない接地線で接地され
ている。

【００２０】シールドカバー18の内周の右端にも、支持
環21ａと同一品の支持環21Ｂが左側の支持環21Ａと対称
的に挿入され、シールドカバー18の内周にボルトで固定
されている。このうち、左側の支持環21Ａの外面側に
は、断面形状が略凸字状で、図示しない側面図では環状
の支持端板22が、複数のボルト22ａで固定されている。

【００２１】この支持端板22の左端中心に形成された貫
通穴の内周には、環状のブッシュ22ｂが装着され、この
ブッシュ22ｂの内側には、燐青銅管で製作された吸排パ
イプ17の左端が挿入されている。この吸排パイプ17の中
央部の外側には、断面が略凸字状のストッパ20が遊嵌さ
れ、このストッパ20の外周は、前述した支持端板22の右
端の内周にろう付されている。

【００２２】吸排パイプ17の左端には、フランジ17ａが
ろう付され、このフランジ17ａの中心には、図示しない
空圧継手が接続されている。この空圧継手は、後述する
ように、この直流遮断器の遮断動作と投入動作時に作動
する空圧源に接続される空圧ホースが接続されている。

【００２３】支持端板22の内側には、円筒状の固定側導
体１の左端がろう付されている。この固定側導体１の右
端寄りには、長方形の角穴が60°間隔に形成され、この
角穴の両側には、一対の軸受部１ａが固定側導体１の外
周から突設されている。

【００２４】これらの一対の軸受部１ａの間には、円板
状のガイドローラ６が挿入されている。このガイドロー
ラ６には、軸６ａが貫通し、この軸６ａの両端は、軸受
部１ａに圧入された図示しない軸受で支えられている。

【００２５】固定側導体１の右端には、部分断面が略Ｌ
字状で、図示しない側面図では環状となる接触子台４の
円筒部の内周が嵌合している。この接触子台４は、この
接触子台４の円筒部に外側から挿入された複数本のボル
トで固定側導体１に固定されている。接触子台４の右側
面に形成された弧状の凹部には、図示しない側面図にお
いては60°間隔に配置された摺動接触子３の基端が挿入
されている。

【００２６】これらの摺動接触子３の外周側には、図示
しない側面図においては環状となる保持環７が図１にお
いては右側から挿入されている。この保持環７の左端
は、前述した接触子台４の外周右側にボルトで固定され
ている。保持環７の内周には、帯板状のベリリウム銅板
から環状に製作された接触板27が挿入されている。

【００２７】前述した吸排パイプ17の右端の外周には、
円板状の端板15の中心に形成された貫通穴が嵌合してい
る。この端板15の外周右側面に形成された段付部には、
断路器を形成する円筒状の可動導体５の左端がろう付さ
れている。この可動導体５の外周の左寄りには、前述し
た摺動接触子３の先端が接触している。可動導体５の外
周の右端は、弧状に面取りされている。

【００２８】シールドカバー18の右端内面に固定された
支持環21Ｂの右側面には、部分断面図がＬ字状で図示し
ない側面図では環状の支持環28の外周側の左側面がボル
トで固定されている。

【００２９】この支持環28の内周には、前述した固定側
導体１と外径及び内径が同一の固定導体２の右端が挿入
され、支持環28にあらかじめボルトで固定されている。
固定導体２の右端の内周には、環状の固定板23が挿入さ
れている。

【００３０】固定側導体２の左端の外周には、左側の固
定側導体１の右端に固定された接触子台４と同一品の接
触子台４が左側から対称的に挿入され、図示しないボル
トで固定側導体２に固定されている。

【００３１】接触子台４の左側面に形成された弧状の凹
部には、左側の固定側導体１の右端に固定された接触子
台４と同様に、図示しない側面図においては60°間隔に
配置された摺動接触子３の基端が挿入されている。

【００３２】同様に、これらの摺動接触子３の外周側に
は、図示しない側面図においては環状となる保持環７が
図１においては左側から挿入されている。この保持環７
の右端は、前述した接触子台４の外周右側にボルトで固
定されている。保持環７の内周には、帯板状のベリリウ
ム銅板から環状に製作された接触板27が挿入されてい
る。

【００３３】可動導体５の右端の内周には、嵌合部が形
成され、この嵌合部には、部分断面形状が略Ｌ字状で、
フッ素樹脂から環状に製作された摺動管26が挿入され、
可動導体５に固定されている。

【００３４】前述した固定導体２の左側面には、部分断
面が略Ｌ字形で、図示しない側面図では環状に燐青銅材
から製作された案内管25の右端が固定され、この案内管
25の外周は、前述した摺動管26の内周に嵌合している。

【００３５】案内管25の右端の内周には、絶縁筒８の右
端外周に形成された嵌合部が嵌合し、案内管25に固定さ
れている。この絶縁筒８の右端の内周には、円筒状の固
定管24が挿入され、絶縁筒８に固定されている。

【００３６】絶縁筒８の左端には、断面が略台形状に形
成され図示しない側面図では円板状の導体板９がろう付
されている。この導体板９の外周には、燐青銅で製作さ
れた環状の摺動子10がろう付され、この摺動子10の外周
は、可動導体５の内周に接触している。

【００３７】摺動子10の左側面には、図１の断面図では
コ字状で図示しない側面図では円板状の閉塞板16が添設
され、ボルトで固定側導体９に固定されている。この閉
塞板16の左側面及び前述した端部板15の右側面と可動導
体５の左端内周で囲まれた空間は、前述した吸排パイプ
17を介して後述するように吸気され排気される空気の吸
排室19を形成している。

【００３８】絶縁筒８の内部には、真空バルブ11が固定
側通電軸11ａを左側にして右側から挿入され、固定側通
電軸11ａの左端は、導体板９に押圧されている。真空バ
ルブ11の左端の外周には、前述した固定管24の左端に形
成された嵌合部が嵌合している。

【００３９】真空バルブ11の可動側通電軸11ｂの右端に
は、絶縁ロッド13の左端が連結され、この絶縁ロッド13
の右端には、この絶縁ロッド13を矢印Ａで示すように駆
動して真空バルブ11を投入する詳細省略した操作機構駆
動部14が連結されている。

【００４０】さらに、可動側通電軸11ｂの右端には、複
数本の可撓導体12の左端の端子部がボルトで固定され、
これらの可撓導体12の右端の端子部には、導体29の左端
が接続され、これらの導体29の右端は、固定側導体２に
固定されている。

【００４１】図２は、このように遮断部が構成された直
流遮断器の外部に接続された機器の接続図を示す。図２
において、真空バルブ11には、図１で示した右側の摺動
接触子３と可動導体５などで構成される気中断路部31が
並列に接続され、これらの真空バルブ11及び気中断路部
31には、直流コンデンサ33及びリアクトル32と開閉器34
の直列回路が並列に接続される。このうち、直流コンデ
ンサ33には、充電装置35が並列に接続される。

【００４２】次に、このように構成された直流遮断器の
作用を説明する。図２に示したように気中断路部31が投
入状態において、この直流遮断器に遮断信号が入力され
ると、操作機構駆動部14が矢印Ａで示すように駆動さ
れ、絶縁ロッド13と可動側通電軸11ｂが駆動されて、真
空バルブ11は投入される。

【００４３】一方、遮断信号は別に設置された空圧装置
にも入力され、この空圧装置が作動して吸排パイプ17か
ら圧縮空気が吸排室19に供給され、端部板15を介して可
動導体５が図１の矢印Ｂに示すように左方に駆動され
る。すると、この可動導体５の右端の外周に押圧されて
いた摺動接触子３の先端が離れて、図２で示した気中断
路部31は、真空バルブ11が投入状態で断路される。

【００４４】端部板15は、続いて吸排室19の内部に供給
される圧縮空気によって更に左方向に押圧され、端部板
15の左側面がストッパ20に当接して停止する。なお、こ
の状態では、図１の右側の断路部を構成する可動導体５
の先端は、左側の摺動接触子３の先端と僅かな間隙で対
置し、右側の摺動接触子３の先端とは、所定の断路間隙
で対置する。

【００４５】この可動導体５が断路完了の直前に、図２
で示した開閉器34が投入され、直流コンデンサ33に蓄え
られた電荷が遮断電流と逆向きに放出され、開極寸前の
真空バルブ11に供給される。すると同時に、操作機構駆
動部14は、逆に右側に駆動され、真空バルブ11は遮断電
流を遮断する。

【００４６】真空バルブ11は、直流コンデンサ33から放
出された高周波の電流と遮断電流の重畳によって形成さ
れた電流の零点において消弧され遮断動作を完了する。

【００４７】逆に、この遮断状態の直流遮断器を投入す
る場合には、吸排室19に供給された圧縮空気を排気する
ことによって、端部板15を右方向に駆動し、可動導体５
を右方向に駆動して、図１に示す状態に復帰させる。

【００４８】したがって、このように構成された直流遮
断器においては、定常時は、真空バルブ11が開路状態に
あるため、固定導体１−左側の摺動接触子群３−可動導
体５−右側の摺動接触子３−固定導体２の経路で通電さ
れる。

【００４９】遮断指令が入力されると、真空バルブ11が
閉路し、上述した電路を流れていた電流の一部が真空バ
ルブ側に転流する。しかし、可動導体５を経由する通電
断面積が大きく、また、真空バルブ11の電極間の接触抵
抗が高いため、ほとんどの電流は外部を流れる。

【００５０】次に、可動導体５が駆動され、右側の摺動
接触子３が断路すると、可動導体５と接触子３との間に
僅かにアークが発生する。しかし、このアークは、気中
アークであり、高いアーク電圧となるので、このアーク
電圧により、外部を流れていた電流は、真空バルブ11側
に転流してくる。

【００５１】気中のアーク電圧は、電流が少ないほどア
ーク電圧が高くなるので、外部の導体を流れる電流が真
空バルブ11側に転流が進むほど、外部の導体から真空バ
ルブ11への転流は加速され、ついには、外部の導体に流
れていた電流は全て真空バルブ側に転流する。

【００５２】次いで、前述したステップで、真空バルブ
11を開極すると、固定・可動電極間はアークで橋絡され
るが、このとき、スイッチ53が閉路され、コンデンサ51
に蓄えられていた電荷がコンデンサ33−リアクトル32−
スイッチ34−真空バルブ３でなる閉回路を介して放電さ
れ、閉回路には高周波電流が流れる。

【００５３】この高周波電流と、先に真空バルブ11の電
極間にアークを形成していた電流が重畳して、電流の零
点が形成される。真空バルブ11は、優れた遮断性能を有
していることから、高周波電流との重畳で形成された電
流の零点で遮断することができ、結果として先に外部の
導体を流れていた電流が遮断される。なお、上記遮断動
作が行われる毎に、図２に示す充電装置は作動され、次
の遮断のために直流コンデンサ35は充電される。

【００５４】したがって、このように構成された直流遮
断器においては、通電部の断面積の大なる固定側導体
１，２により、通電容量を上げることができるだけでな
く、真空バルブの通電容量を短時間定格とすることで、
電極材料の選定条件の制約が減少するので、遮断性能を
上げることができる。

【００５５】また、常時の通電時に真空バルブ側に電流
を流さないことにより、真空バルブでの発熱を減らし、
内部の冷却を考慮しなくてよくなるので、小形化を図る
ことができ、真空バルブの２本並列による接続導体の錯
綜化を解消することができるので、スペークファクタの
よい直流遮断器を得ることができる。

【００５６】また、固定導体１や可動導体５を流れる電
流で発生する磁界は、シールドカバー18によって、外部
の機器への影響を防ぐことができるので、外部機器の異
常動作のおそれを解消することができる。

【００５７】さらに、シールドカバー18を帰路回路の電
路を兼ねた外部カバーとして利用してもよい。この場合
には、シールドカバー18の接地線を外し、支持環21Ｂを
銅材などで製作することで、シールドカバー18を流れる
電流と固定導体１及び可動導体５に流れる電流は、方向
が逆で値が等しいので、発生した磁束が相殺され、外部
に対する磁束の影響を防ぐことができる。

【００５８】なお、上記実施例において、支持端板22及
び固定側導体１，２をシールドカバー18に対して同軸に
固定するために、支持環21Ａ，21Ｂと支持環28を設けた
例で説明したが、支持環21Ａは省き、代りに複数個の碍
子を用いてもよい。また、シールドカバー18を電路とし
て使用せず、単なるシールドカバーとして使用して請求
項２に記載の発明とする場合には、右側の支持環21Ｂも
碍子としてもよい。

【００５９】この場合には、固定側導体１，２とシール
ドカバー18との間を流れる冷却空気の流通経路を広く構
成することができるので、これらの固定側導体１，２や
接触子３などの冷却効果を促進することができる利点が
ある。

【００６０】また、上記実施例では、図１に示したよう
に、シールドカバー18を横に設置し、このシールドカバ
ー18の内部に可動導体５などを収納した例で説明した
が、シールドカバー18を縦に設置して設置面積を減らし
てもよい。この場合には、固定導体２の側を下側にして
もよい。

【００６１】

【発明の効果】以上、請求項１に記載の発明によれば、
片側が固定され他側に第１の接触子を備えた第１の固定
導体と、この第１の固定導体の内部に案内部を介して進
退自在に挿入され外周が第１の接触子と接触する筒状の
可動導体と、この可動導体の先端に片側が対向して設け
られ可動導体の前進動作によりこの可動導体の先端が嵌
合する第２の接触子を備え他側が固定される第２の固定
導体と、この第２の固定導体に外筒が固定されて可動導
体に収納されこの可動導体の内周を摺動する摺動接触子
を介して固定通電軸が接続され第２の固定導体に可動通
電軸が接続される真空バルブと、この真空バルブの可動
通電軸を駆動するバルブ駆動部と、可動導体を進退させ
る断路駆動部とを備えることで、定常の通電時には、真
空バルブを開極して通電断面積の大なる第１、第２の固
定導体及び第１、第２の接触子と可動導体で形成される
電路に通電し、遮断時には、真空バルブを投入し、次い
で可動導体を第２の接触子から切り離し、最後に真空バ
ルブを開極したので、遮断容量と通電容量を上げること
のできる直流遮断器を得ることができる。

【００６２】また、請求項２に記載の発明によれば、第
１の固定導体並びに第２の固定導体及び可動導体が遊嵌
する中空導体を備えることで、第１、第２の固定導体及
び第１、第２の接触子と可動導体を流れる電流で発生し
た磁束を中空導体によってシールドとしたので、遮断容
量と通電容量を上げることができ、隣設機器への誘導障
害を防ぐことのできる直流遮断器を得ることができる。

【００６３】また、請求項３に記載の発明によれば、第
１の固定導体の片側と中空導体の片側、又は、第２の固
定導体の他側と中空導体の他側を導体で接続すること
で、第１、第２の固定導体及び第１、第２の接触子と可
動導体を流れる電流で発生した磁束を中空導体を逆向き
に流れる電流で発生した磁束によって打ち消したので、
遮断容量と通電容量を上げることができ、隣設機器への
誘導障害を防ぐことのできる直流遮断器を得ることがで
きる。

【００６４】さらに、請求項４に記載の発明によれば、
第１の固定導体の片側と第２の固定導体の他側に対し
て、コンデンサとスイッチの直列回路を並列接続するこ
とで、真空バルブで遮断される電流に対し、コンデンサ
からスイッチを経て放電される逆向きの放電電流の重畳
によって、零点を形成させたので、遮断容量と通電容量
を上げることのできる直流遮断器を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の直流遮断器の一実施例を示す断面図
で、請求項１〜３に対応する図。

【図２】本発明の直流遮断器の第２の実施例を示す接続
図で、図１の外部接続図を示す請求項４に対応する図。

【符号の説明】

１，２…固定導体、３…接触子、４…接触子台、５…可
動導体、６ーガイドローラ、７…保持環、８…絶縁筒、
９…導体板、10…摺動子、11…真空バルブ、12…可動導
体、13…絶縁ロッド、14…操作機構駆動部、15…端板、
16…閉塞板、17…吸排パイプ、18…シールドカバー、19
…吸排室、20…ストッパ、21Ａ，21Ｂ，28…支持環、22
…支持端板、23…固定板、24…固定管、25…案内管、26
…摺動管、27…接触板、31…気中断路部、32…リアクト
ル、33…直流コンデンサ、34…開閉器、35…充電装置。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】片側が固定され他側に第１の接触子を備
えた第１の固定導体と、この第１の固定導体の内部に案
内部を介して進退自在に挿入され外周が前記第１の接触
子と接触する筒状の可動導体と、この可動導体の先端に
片側が対向して設けられ前記可動導体の前進動作により
この可動導体の先端が嵌合する第２の接触子を備え他側
が固定される第２の固定導体と、この第２の固定導体に
外筒が固定されて前記可動導体に収納されこの可動導体
の内周を摺動する摺動接触子を介して固定通電軸が接続
され前記第２の固定導体に可動通電軸が接続される真空
バルブと、この真空バルブの可動通電軸を駆動するバル
ブ駆動部と、前記可動導体を進退させる断路駆動部とを
備えた直流遮断器。
【請求項２】前記第１の固定導体並びに前記第２の固
定導体及び前記可動導体が遊嵌する中空導体を備えた直
流遮断器。
【請求項３】前記第１の固定導体の片側と前記中空導
体の片側、又は、前記第２の固定導体の他側と前記中空
導体の他側を導体で接続したことを特徴とする請求項２
に記載の直流遮断器。
【請求項４】前記第１の固定導体の片側と前記第２の
固定導体の他側に対して、コンデンサとスイッチの直列
回路を並列接続したことを特徴とする請求項１乃至請求
項３のいずれかに記載の直流遮断器。