JPH0992099A - 高速接地開閉器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 開閉動作時に接地側各部に発生する過電圧を
抑制する高速接地開閉器を得る。 【解決手段】 パッファ形消弧室８の固定パッファシリ
ンダ６の外面に誘電率の高い絶縁材１６を配置し、その
絶縁材１６を固定パッファシリンダ６の外面と対向する
対向板で挟んで容量素子を形成し、対向板１７を支持金
具１８で接地タンク１に電気的に接続した。高速接地開
閉器を投入状態から開極するときに、電磁誘導電流再発
弧により発生する高い高周波サージ電圧を容量素子のキ
ャパシタンスで吸収し、接地側に発生する過電圧を抑制
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば１０００
ＫＶ系統のような超高圧送電線路において、地絡事故時
のルート断事故を防止するため、送電線の両端に設置
し、地絡電流遮断時の２次アーク電流を強制的に消滅さ
せて高速再閉路を可能とする高速接地開閉器に関する。

【０００２】

【従来の技術】送電線で落雷などにより地絡事故が発生
した場合、直ちに事故相送電線の両端の遮断器を遮断し
て事故区間を送電線路から切り離し事故電流を遮断す
る。地絡事故を除去した後、系統の安定維持のために、
通常１秒程度以下の高速度で遮断器を再投入して切り離
していた区間を再び送電線路に接続する。このような再
閉路動作を行うことにより長時間の停電に至ることなく
送電を継続することができる。

【０００３】ところが、送電電圧が１０００ＫＶ（ＵＨ
Ｖ）系統になってくると、例えば従来の５００ＫＶ系統
の送電線に比べ送電線間の静電容量が大きいので、事故
相を遮断した後も健全相からの静電誘導によって事故点
に電流（２次アーク電流）が流れ続け、自然消弧しない
場合がある。この対策として、事故相を線路用遮断器で
送電線路から遮断した後、開放した線路の両端に設けた
高速接地開閉器を強制閉極して事故相を接地し、事故点
の電圧を下げて短時間内に２次アークを消弧させ、絶縁
が回復した後に直ちに高速接地開閉器を開極し、次いで
線路用遮断器を再閉路する、いわゆる高速自動接地方式
が知られている。

【０００４】図９は高速自動接地方式を採用し、高速接
地開閉器を送電線路に接続した場合の単線結線図であ
る。送電線路の途中で落雷などにより地絡事故が発生す
ると、線路両端の線路用遮断器ＧＣＢを開極して事故電
流を遮断し、高速接地開閉器ＨＳＧＳを高速投入するこ
とにより、事故発生相の２次アークの持続電圧を強制的
に下げて消弧させる。消弧後直ちに高速接地開閉器ＨＳ
ＧＳを開路し、続いて遮断器ＧＣＢを再閉路することに
より当該事故発生相を瞬時にして運転状態に戻すことが
できる。このような高速接地開閉器に関する技術とし
て、例えば、特開平６−２９０６８９号公報がある。ま
た、１０００ＫＶ系統に適用する場合の技術課題や研究
成果について、学会等でも発表がなされている。

【０００５】図１０は電気学会研究会資料SP-94-88,HV-
94-159（平成６年１１月）の図２に示された従来の高速
接地開閉器の構造図である。また、図１１は図１０をＡ
から見た側面図である。図において、１は内部に消弧性
ガスを高圧で封入した密閉容器である接地タンク、２は
接地タンク１内に図示しない絶縁支持体で支持固定され
た主回路導体、３は主回路導体に直結した固定接触子、
４は可動接触子、５は可動接触子と連動して動く可動パ
ッファシリンダ、６は可動パッファシリンダ５と電気的
に接続を保って接地タンク１に対して固定位置に支持さ
れた固定パッファシリンダ、７は接地タンク１に対して
固定位置に支持されたパッファピストンである。上記の
可動パッファシリンダ５、固定パッファシリンダ６、及
びパッファピストン７でパッファ形消弧室８を形成して
いる。９はパッファ形消弧室８と接地タンク１を絶縁す
る絶縁筒、１０は固定パッファシリンダ６を介し可動接
触子４と電気的に接続した接続導体、１１は一端を接続
導体１０と接続し他端を接地タンク１から絶縁して外部
に引き出す接地端子、１２は接地板、１３は可動接触子
４に駆動力を伝達する操作ロッド、１４は操作ロッド１
３に絶縁ロッドを介して連結したリンク機構、１５は油
圧操作シリンダである。

【０００６】次に動作について説明する。送電線路で地
絡事故が発生すると、まず送電線路両端の線路用遮断器
ＧＣＢを開極し事故電流を遮断する。続いて、高速接地
開閉器ＨＳＧＳに投入指令が出されると、高速接地開閉
器ＨＳＧＳの油圧操作シリンダ１５が作動し、リンク機
構１４を介して可動接触子４が図で上方に動き固定接触
子３と接触して投入状態となる。事故誘導電流を接地板
１２を通じ大地に転流させた後、油圧操作シリンダ１５
を投入と逆方向に作動させ開極する。次いで、線路用遮
断器ＧＣＢを再投入して送電線路を事故前の状態に復帰
する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】以上のような従来の高
速接地開閉器を用いた高速自動接地方式において、送電
線の事故除去時に高速接地開閉器を投入すると、送電線
路と両端の高速接地開閉器と大地とにより閉回路が形成
されるので、事故送電線路は健全相からの電磁誘導作用
を受ける。この状態で高速接地開閉器を開極すると、極
間に高い過渡回復電圧が印加され、開極初期は再発弧
（電磁誘導電流遮断再発弧）を伴い、高速接地開閉器の
接地側に高周波サージが発生する場合がある。このサー
ジ電圧により接地側の絶縁部で絶縁破壊を起こすと、過
大な誘導電流が流れて絶縁部を損傷するおそれがある。
上記の電気学会研究会資料によれば、接地回路の絶縁部
には電磁誘導電流遮断再発弧時に、３００ＫＶを越える
高いサージ電圧が印加される可能性を指摘されており、
この対策として、図１０に示すようにパッファ形消弧室
８の絶縁支持部は絶縁筒９により支持することにより絶
縁を強化し、また、接地端子部は図１１に示すように接
地板１２を４枚、放射状に配置して接地タンク１と接地
端子１１との間の電位差を低減する構造が開示されてい
る。

【０００８】これらの対策によって、接地端子１１部に
発生するサージ電圧（Ｖ２）は大幅に抑制できる。しか
しながら、上記の電気学会研究会資料にも記載されてい
るように、絶縁筒９部に発生するサージ電圧（Ｖ１）は
主回路最高発生電圧の５０％程度しか低減できない。

【０００９】この発明は、上記のような問題点を解消す
るためになされたもので、開閉動作時、特に開極時に接
地側各部に発生する過電圧を抑制する高速接地開閉器を
得ることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明は、消弧性ガス
を封入した密閉容器と、この密閉容器内に絶縁支持され
た主回路導体と、この主回路導体に設けた固定接触子
と、この固定接触子と接離する可動接触子と、この可動
接触子と電気的に接続されたパッファ形消弧室と、この
パッファ形消弧室を介し上記可動接触子と電気的に接続
された接地端子とを有する高速接地開閉器において、可
動接触子から接地端子に至る間の導電部と密閉容器であ
る接地タンクとの間を開閉動作時に発生するサージ電圧
を抑制する容量素子により電気的に接続したものであ
る。

【００１１】また、容量素子は、パッファ形消弧室の外
筒と、外筒の外面に設けた絶縁材と、絶縁材を挟んで外
筒の外面と対向して設けた導電性の対向板とで構成した
ものである。

【００１２】また、可動接触子から接地端子に至る間の
導電部と密閉容器である接地タンクとの間を開閉動作時
に発生するサージ電圧を抑制する非直線抵抗体によって
電気的に接続したものである。

【００１３】更にまた、固定接触子の主回路導体に接続
する側である根元部は低抵抗部材で形成し、可動接触子
に対向する側である先端部は高抵抗部材で形成して、両
接触子が閉極するとき、可動接触子は、まず固定接触子
の先端部と接触し、次いで根元部と接触して閉極を完了
するようにしたものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．以下この発明の実施の一形態を図につい
て説明する。図１はこの発明の実施の形態１の高速接地
開閉器の構成図であり、図２は図１の矢印II−IIから見
た平面断面図である。図において、１は内部に消弧性ガ
スを高圧で封入した密閉容器である接地タンク、２は接
地タンク１内に図示しない絶縁支持体で支持固定された
主回路導体、３は主回路導体に直結した固定接触子、４
は固定接触子３と接離する可動接触子、５は可動接触子
と連動して動く可動パッファシリンダ、６は可動パッフ
ァシリンダ５と電気的に接続を保って接地タンク１に対
して固定位置に支持された固定パッファシリンダ、７は
接地タンク１に対して固定位置に支持されたパッファピ
ストンである。上記の可動パッファシリンダ５、固定パ
ッファシリンダ６、及びパッファピストン７でパッファ
形消弧室８を形成している。９はパッファ形消弧室８と
接地タンク１を絶縁する絶縁筒、１０は固定パッファシ
リンダ６を介し可動接触子４と電気的に接続した接続導
体、１１は一端を接続導体１０と接続し他端を接地タン
ク１から絶縁して外部に引き出す接地端子、１２は接地
板、１３は可動接触子４に駆動力を伝達する操作ロッ
ド、１４は操作ロッド１３に絶縁ロッドを介して連結し
たリンク機構、１５は油圧操作シリンダである。

【００１５】１６は固定パッファシリンダ６の外側に設
けられた誘電率の高い絶縁材、１７は絶縁材１６を挟ん
で固定パッファシリンダ６の外周面に対向させて設けた
導電性の対向板、１８は対向板１７を接地タンク１に支
持固定すると共に対向板１７と接地タンク１とを電気的
に接続する導電性材料からなる支持金具である。

【００１６】次に動作について説明する。送電線路で地
絡事故が発生すると、まず送電線路両端の線路用遮断器
を開極し事故電流を遮断する。次いで、高速接地開閉器
に投入指令が出されると、高速接地開閉器の油圧操作シ
リンダ１５が作動し、リンク機構１４を介して可動接触
子４が図で上方に動き、固定接触子３と接触して投入状
態となる。事故誘導電流を主回路導体２から固定接触子
３−可動接触子４−可動パッファシリンダ５−固定パッ
ファシリンダ６−接続導体１０−接地端子１１−接地板
１２を通じ大地に転流させた後、油圧操作シリンダ１５
を投入と逆方向に作動させ開極する。開極時にはパッフ
ァ消弧室８内のガスが圧縮され、このガスが固定接触子
３と可動接触子４間に生じるアークに吹き付けられて消
弧を促進する。高速接地開閉器の開極が完了すると、直
ちに線路用遮断器を投入して送電線路を事故前の状態に
復帰する。

【００１７】高速接地開閉器の開閉動作時、特に開極動
作過程において、前述のように、高速接地開閉器の接地
側に電磁誘導電流再発弧により高いサージ電圧が印加さ
れる場合がある。サージ電圧は数ＭＨｚ以上の高周波で
ある。本実施の形態では、固定側パッファシリンダ６、
絶縁材１６、及び対向板１７によって容量素子を形成し
ているので、パッファ消弧室８側と接地タンク１との間
にはキャパシタンスを有することになり、このキャパシ
タンスによって高周波であるサージ電圧を速やかに支持
金具１８を通じて接地タンク１へ逃がすことができ、接
地側に発生する過電圧を抑制することができる。

【００１８】図３は図１の構成を電気的な等価回路で示
したものである。図において５１は、固定パッファシリ
ンダ６と絶縁材１６と対向板１７によって形成した容量
素子のキャパシタンスである。キャパシタンス５１の値
が大きいほど、高周波のサージに対し低抵抗となるので
サージ抑制効果は大きい。

【００１９】絶縁材の形状が円筒形状の場合のキャパシ
タンスＣは、その外半径をＲ、内半径をｒ、長さをＬ、
誘電率をεとするとき、次のような式で表される。 Ｃ＝２πε×Ｌ／〔ｌｏｇ（Ｒ／ｒ）〕 従って、外半径Ｒと内半径ｒの比が小さい程Ｃが大き
い。また、長さＬが長い程Ｃは大きく、誘電率εが大き
い程Ｃは大きくなる。そこで、固定パッファシリンダ６
の形状寸法、絶縁材１６の誘電率と絶縁耐力等を勘案
し、所定のキャパシタンスＣを得る適切なＬ、Ｒ、ｒを
選定する。

【００２０】絶縁材１６の材料としては、誘電率が高く
絶縁耐力の大きいものほど望ましいが、一般の材料から
選定するとすれば、例えばエポキシ樹脂等でもよい。ま
た、キャパシタンスＣは大きい程望ましいが、数１０ｐ
Ｆ〜数１００ｐＦ程度あればサージ抑制効果が期待でき
る。

【００２１】また、本実施の形態では、図２に示したよ
うに絶縁材１６と対向板１７を円筒形状としたものにつ
いて述べたが、キャパシタンスが確保できれば円筒状で
なく複数個に分割したものでもよい。

【００２２】また、固定パッファシリンダ６を利用して
絶縁材１６と対向板１７で容量素子を形成したものにつ
いて述べたが、接地タンク１内のパッファ形消弧室８近
傍にコンデンサを配設し、このコンデンサを可動接触子
４から接地端子１１に至る間の導電部（但し、可動接触
子４に近い方が効果が大きい）と接地タンク１との間に
電気的に接続して構成しても同様の効果を得ることがで
きる。この場合はキャパシタンスを比較的自由に選定で
きる効果がある。

【００２３】実施の形態２．図４は実施の形態２の高速
接地開閉器の構成図であり、図５は図４の矢印Ｖ−Ｖか
ら見た平面断面図である。図において、１から１５は実
施の形態１で示した図１と同様であるので説明は省略す
る。１９は例えば酸化亜鉛を主成分とする焼結体からな
る非直線抵抗体、２０は非直線抵抗体１９と固定パッフ
ァシリンダ６及び非直線抵抗体１９と接地タンク１とを
電気的に接続する接続導体、２１は非直線抵抗体１９と
接続導体２０を収納しそれらを固定する絶縁支持物であ
る。

【００２４】次に、動作について説明する。送電線路に
短絡事故が発生したとき、送電線路両端に設置した線路
用遮断器に連動させて高速接地開閉器を作動させるの
は、実施の形態１と同じである。開閉動作時、特に開極
動作時に、高速接地開閉器の接地側に電磁誘導電流再発
弧により高いサージ電圧が発生する場合がある。このサ
ージ電圧は、非直線抵抗体１９の両端に印加される。

【００２５】非直線抵抗体１９は非直線形の電圧電流特
性、即ち、一定の電圧以上になると急激に抵抗が小さく
なる特性を有しているので、可動接触子４側に発生する
サージ電圧を接続導体２０−非直線抵抗体１９−接続導
体２０を通じて素早く接地タンク１に転流さすことがで
き、開極動作時の高いサージ電圧による過電圧を抑制す
ることができる。

【００２６】なお、非直線抵抗体１９の設置箇所は、主
回路電圧が印加される高電圧側ではないので、制限電圧
の低いものでよい。

【００２７】また、本実施の形態では、図５に示したよ
うに、非直線抵抗体１９を収納してなる絶縁支持部を３
ヶ所設けた場合を示したが、長距離送電線路に接続され
る高速接地開閉器の場合のように、高速接地開閉器の投
入動作時に流入する電荷量が多い場合は、絶縁支持部を
４ヶ所以上としたり、更に、固定パッファシリンダ６の
上下方向に複数段にして、固定パッファシリンダ６と接
地タンク１の間に電気的に多数並列になるように構成す
ればよい。並列個数をｎ個とすれば全体のエネルギ耐量
もｎ倍となり、流入電荷量が大きいものに対処できる。

【００２８】更にまた、本実施の形態では、非直線抵抗
体１９を固定パッファシリンダ６と接地タンク１の間に
配設して電気的に接続したものを示したが、例えば、非
直線抵抗体を絶縁容器に収納したものをパッファ形消弧
室８の近傍に配設し、非直線抵抗体の一端を可動接触子
４から接地端子１１に至る間の導電部（但し、可動接触
子４に近い方が効果が大きい）と、他端を接地タンク１
と電気的に接続しても、同様の効果を得ることができ
る。

【００２９】実施の形態３．図６は実施の形態３の高速
接地開閉器の固定接触子部の拡大図であり、図７は固定
接触子と可動接触子が投入状態にあるときの両接触子部
の拡大図である。また、図８は本構成による高速接地開
閉器の等価回路図である。固定接触子部以外は、実施の
形態１で示した図１の１〜１５（即ち、図１の内、容量
素子を形成する１６、１７とその支持金具１８がないも
の）と同様なので説明は省略する。図において、２２は
固定接触子であり、２２ａは例えば銅もしくは銅合金等
の低抵抗部材からなり主回路導体２に接続する側の根元
部、２２ｂは例えばカーボン系セラミック等の高抵抗部
材からなり開極時に可動接触子４と対向する側の先端部
である。根元部２２ａと先端部２２ｂは螺合等により電
気的及び機械的に強固に接合されている。

【００３０】次に、動作について説明する。高速接地開
閉器が投入状態にあるときは、図７に示すように、可動
接触子４は固定接触子２２の根元部２２ａと接触してい
るので抵抗が極く小さい状態で回路が構成されている。
この状態で誘導電流を大地に転流させた後開極動作に入
ると、可動接触子４と固定接触子２２の接触は先端部２
２ｂに移動し、更に両接触子４，２２が開離して電磁誘
導電流遮断再発弧によりアークが発生すると、このアー
ク電流は高抵抗部材からなる先端部２２ｂ−可動接触子
４を通じて接地回路に流れることになる。即ち、図８の
等価回路において、まずスイッチ５２が開極し、次い
で、スイッチ５３が開極してアークが発生するが、この
とき先端部２２ｂの抵抗分が回路に直列に挿入されるこ
とになるので、アーク電流が減衰しサージ電圧を抑制す
ことができる。

【００３１】閉極動作時は、開極時とは逆に、可動接触
子４は、まず固定接触子２２の先端部２２ｂと接触し、
次いで根元部２２ａと接触して閉極を完了する。閉極過
程を更に詳しく説明する。高速接地開閉器に投入指令が
出されると、可動接触子４が動いて固定接触子２２に近
づくが、主回路導体２側が誘導作用により課電された状
態にあると可動接触子４が固定接触子２２に接触する前
に放電が発生する。これは、図８において、スイッチ５
３が投入されたのと等価であり、このとき先端部２２ｂ
の抵抗分が回路に直列に挿入されることになるので、ア
ーク電流が減衰し過渡的な高周波サージ電圧を抑制する
ことができる。この後、可動接触子４が更に動いて閉極
が進むと、根元部２２ａと接触し、スイッチ５２が投入
されたのと等価になり、閉極が完了する。

【００３２】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、高速
接地開閉器の可動接触子から接地端子に至る間の導電部
と密閉容器との間を容量素子により電気的に接続したの
で、開閉時、特に開極動作時に発生する過大な高周波サ
ージ電圧を容量素子のキャパシタンスで吸収して、接地
側に発生する過電圧を抑制することができる。

【００３３】また、可動接触子から接地端子に至る間の
導電部と密閉容器との間を非直線抵抗体によって電気的
に接続したので、開閉時に発生する過大なサージ電圧を
接地部に転流させて、接地側に発生する過電圧を抑制す
ることができる。

【００３４】更にまた、固定接触子の主回路導体に接続
する側である根元部を低抵抗部材で形成し、可動接触子
と対向する側である先端部を高抵抗部材で形成したの
で、開閉時に発生するアーク電流を先端部の高抵抗部材
で減衰させて、接地側に発生する過電圧を抑制すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１の高速接地開閉器の
構成図である。

【図２】 図１の矢印II−IIから見た平面断面図であ
る。

【図３】 図１の構成の等価回路図である。

【図４】 この発明の実施の形態２の高速接地開閉器の
構成図である。

【図５】 図４の矢印Ｖ−Ｖから見た平面断面図であ
る。

【図６】 この発明の実施の形態３の高速接地開閉器の
固定接触子部の拡大図である。

【図７】 この発明の実施の形態３の固定接触子と可動
接触子が投入状態にあるときの両接触子部の拡大図であ
る。

【図８】 実施の形態３の高速接地開閉器の等価回路図
である。

【図９】 高速接地開閉器を送電線路に接続した場合の
単線結線図である。

【図１０】 従来の高速接地開閉器の構造図である。

【図１１】 図１０のＡから見た側面図である。

【符号の説明】

１ 接地タンク、２ 主回路導体、３ 固定接触子、４
可動接触子、８ パッファ形消弧室、１０ 接続導
体、１１ 接地端子、１６ 絶縁材、１７ 対向板、１
８ 支持金具、１９ 非直線抵抗体、２０ 接続導体、
２１ 絶縁支持物、２２ 固定接触子、２２ａ 根元
部、２２ｂ 先端部。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 消弧性ガスを封入した密閉容器と、この
   密閉容器内に絶縁支持された主回路導体と、この主回路
   導体に設けた固定接触子と、この固定接触子と接離する
   可動接触子と、この可動接触子と電気的に接続されたパ
   ッファ形消弧室と、このパッファ形消弧室を介し上記可
   動接触子と電気的に接続された接地端子とを有する高速
   接地開閉器において、上記可動接触子から上記接地端子
   に至る間の導電部と上記密閉容器との間を開閉動作時に
   発生するサージ電圧を抑制する容量素子により電気的に
   接続したことを特徴とする高速接地開閉器。
2. 【請求項２】 請求項１において、上記容量素子は、パ
   ッファ形消弧室の外筒と、この外筒の外面に設けた絶縁
   材と、この絶縁材を挟んで上記外筒の外面と対向して設
   けた導電性の対向板とで構成したことを特徴とする高速
   接地開閉器。
3. 【請求項３】 消弧性ガスを封入した密閉容器と、この
   密閉容器内に絶縁支持された主回路導体と、この主回路
   導体に設けた固定接触子と、この固定接触子と接離する
   可動接触子と、この可動接触子と電気的に接続されたパ
   ッファ形消弧室と、このパッファ形消弧室を介し上記可
   動接触子と電気的に接続された接地端子とを有する高速
   接地開閉器において、上記可動接触子から上記接地端子
   に至る間の導電部と上記密閉容器との間を開閉動作時に
   発生するサージ電圧を抑制する非直線抵抗体によって電
   気的に接続したことを特徴とする高速接地開閉器。
4. 【請求項４】 消弧性ガスを封入した密閉容器と、この
   密閉容器内に絶縁支持された主回路導体と、この主回路
   導体に設けた固定接触子と、この固定接触子と接離する
   可動接触子と、この可動接触子と電気的に接続されたパ
   ッファ形消弧室と、このパッファ形消弧室を介し上記可
   動接触子と電気的に接続された接地端子とを有する高速
   接地開閉器において、上記固定接触子の上記主回路導体
   に接続する側である根元部は低抵抗部材で形成し、上記
   可動接触子に対向する側である先端部は高抵抗部材で形
   成して、両接触子が閉極するとき、上記可動接触子は、
   まず上記固定接触子の上記先端部と接触し、次いで上記
   根元部と接触して閉極を完了するようにしたことを特徴
   とする高速接地開閉器。