JPS58647B2 - デンキカイロカイヘイソウチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 現在実用に供されている単一しゃ断点を有する真空開閉
器の電気的特性は、接点材料、接点構造、アークシール
ド構造、開閉速度、真空度等によって大きく左右されは
するものの、その特性値はほぼ次の範囲内にある。

１、耐電圧−＝ １〜１００ ＫＶ／ｍｍ、（材料、表
面状態、シールド構造等によって変化する。

）２ しゃ断時性−４〜４０ＫＡ（材料、構造等によっ
て変化する。

）３、さい断電流−０，３〜２０Ａ（主として材料によ
って変化する１、） ４°絶絶縁復速度：ｄｖ／ｄｔ＝１〜３０ＫＶ／μＳ５
、電流零点直前のしゃ断可能な最大電流変化率： ｄ
ｉ ／ ｄ ｔ ＝ ５〜１００ＯＡ／μＳ６、開閉速
度−０，１〜２ ｍ ／ ｓ ｅ ｃ７、開極時の耐圧
回復速度−１〜５０ｖ／μｓこれらの諸行性が上記のよ
うに大きくバラ又ンのは主として使用されている接点材
料の間に太きな特性上の差があるからである。

一般には断電流の小さい材料は、耐圧が低く、ｄ ｖ
／ ｄ ｔが小さく、ｄ ｉ ／ ｄ ｔも小さい逆に
耐圧が高い材料はさい断値が大きく、ｄｉ／ｄｔが太き
い傾向にある。

真空開閉器の場合、その発生するサージにはさい断サー
ジと高周波消弧サージとがあるが、これらをいずれも発
生させないためにはさい断値を小さく抑え耐圧を高くと
り、ｄｖ／ｄｔを大きくする必要がある。

種々の負荷と種々の回路条件とを考慮して、それら全て
に対してサージを発生させないための条件を求めると、
さい断電流は０．７Ａ以下、ｄｖ／ｄｔは５０ｏｖ／、
／４Ｓ以上で上昇して、耐圧は回路対地電圧の２倍まで
になる必要がある。

これをもう少し詳しく述べると次のようになる。

さい断サージとは、回路電流をその自然零点以前に急激
に０とするために生じるサージであって負荷のサージイ
ンピーダンスをＺとすると、さい断電流を■ として、
はぼ −ＺＩ Ｓ Ｃ で与えられるものである。

一方、高周波消弧サージはしゃ断器が開閉時に発弧した
時に流れる高周波電流をその電流零点でしゃ断すること
により回路に電圧を続々と積み上げる現象をいう。

さい断電流の小さい接点は、さい断サージは小さいが、
ｄ ｖ ／ ｄ ｔが小さいために、電流零点直前で閉
極した時にはアーク間隙が狭いことにより再起電圧に耐
え訓ず再発弧することが多い。

再発弧した時の電圧の積み上げによるサージの発生は回
路条件によるのであるが、さい断値が小さく、ｄｉ／ｄ
ｔが小さい方が有利である。

そして旧／ｄｔが十分小さければ再発弧により流れる高
周波電流はしゃ断されず、アークは次の半サイクル間流
れ続けることになるのでサージの積み上かりはない。

しかし、高周波消弧を大多数の回路でおこなうためには
ｄ ｉ ／ ｄ ｔは数Ａ／μＳよりも小さいことが必
要と思われるが、これを現在の真空開閉器の接点で満足
させることは非常に困難である。

またさい断値の小さい接点は一般に耐圧が低く、しゃ断
器の再起電圧に対して弱いためにしゃ断容歇が小さいと
いう欠点を有する。

逆に耐圧の高い接点は一般にさい断値が大きいのでさい
断サージが大きい欠点がある。

ｄｖ／ｄｔも一般に大きいけれども最大で（力に示すよ
うに５０Ｖ／μｓ程度であり、再発弧しないための条件
５００Ｖ／μＳに比べると一桁小さい。

原理的には真空開閉器のｄｖ／ｄｔを特性（４）の値に
まで引き上げることは可動であるが、そのためには可動
接点の開離ｌ＊度を現在のものの１０倍以上に引き上げ
ねばならず実用−ト不可能である。

さて、ｄｖ／ｄｔが大きい接点で一旦再発弧すると旧／
ｄｔも大きいために、多重再発弧を生じていわゆる高周
波消弧サージを発生する確率は大きい。

以上のように、現在一般に知られている材料の電気的特
性を用いてサージに対して完全な真空開閉器を作ること
は非常に困難である。

一方１〜３気圧程度の絶縁気体中で単純にギャップを開
いてアークのしゃ断を行なおうとするとアークは非常に
安定であって、ごく小電流しか切れずさい断値は小さい
ことが知られている。

これは真空中のアークが広がった比較的低温のアーク柱
で導電度を保持しているのに対して気中アークは比較的
高温のアーク柱を有するからであるとされている。

従って電流零点直前で回路を開いた時には、間隙が短か
く再起電圧に耐え切れずすぐ発弧する。

こうして出来たアークは安定なためにｄ ｉ ／ ｄ
ｔが小さく、高周波電流の零点でも回路をしゃ断しない
ために高周波消弧サージの発生する確率は小さい。

すなわち気中アークはサージに対して真空アークより好
ましい特性を有している。

また、真空開閉器の耐圧は、接点の表面状態により大き
く左右され、小さな確率ではあるが耐圧が非常に低下す
ることがある。

それは特に大電流を通電した後に起こりやすい。

ところが絶縁気体で充填されたギャップ間の耐圧は比較
的安定していて、接点の表面状態による影響は小さい。

逆にアークが安定なために数気圧以下の気中で接点を開
いても大きな電流を切ることができず、短絡電流をしゃ
断するためにはアークの冷却機構もしくはアークへのガ
ス吹付装置が必要になる。

これらの装置は小容量のしゃ断器では比較的簡単に構成
できるとはいうものの、高圧コンタクタ−級までそれを
縮小することには無理があり、また逆に４０に、Ａもの
大電流を切るには装置がかなり複雑になる。

またそのような大電流しゃ所用の装置を有するしゃ断器
で小電流を切るとアークの安定性がそこなわれてサージ
に対しての好ましい特性が失われる場合もある。

一方真空中では単に接点間を開離してやることにより１
０ＫＡ程度までの電流は容易にしゃ断することができ、
４０ＫＡの電流でも適当な自己磁気駆動がかＮるような
構造の接点を採用することにより接点間を開くだけでし
ゃ断することができる。

以上のような考案から我々はこの二つのアーク媒体の特
徴を生かした形に開閉器を構成して、サージフリーでし
ゃ断性能も優れ、かつ小型軽量な開閉器を得た。

すなわち本発明による開閉器ではアーク消弧室を２つの
室に分け、その一方を１Ｏ−４ｔｏｒｒ以下の真空にし
、他力を例えばＳＦ６のような絶縁性ガスで充填する。

そして画室の隔壁を通して１対の接触子を持った可動中
間補助軸がベローズによりガスが真空側に浸入しないよ
うに保−）た状態で作動できるように設けられる。

そしてガス充填室の他端からは固定接触■ｒを導き出す
ようにする。

また真空室の他端からはベローズにより真空気密を保っ
た状態で可動接触子を出す形に開閉器を構成する。

以下本発明を１つの実施例に基づき説明する。

図において１は例えはＳＦ６ガスを１〜３気圧に封入し
た第１電路開閉器室、２は１０””’ｔｏｒｒ以下の真
空度に排気された第２電路開閉器室で、円筒状の絶縁体
３，３′の間を円筒の軸に直角な仕切板１９によって区
劃し、円筒の端を端蓋９゜１０で閉じることによって２
つの室が構成される、。

４．４′は金属製アークシールド、５，５′はベローズ
、６は電弧阻止板、７はベローズカバーを示す。

８は端蓋９に固定される固定接触子取付軸、１１および
１２は第１電路開閉器室１内で第１電路開閉部のギャッ
プ１７を構成する固定接触子および第１可動接触子を示
し、１２′および１３は第２電路開閉器室２内で第２電
路開閉部のギャツ１８を構成する第２および第３可動接
触子を示す。

１６は第１可動接触子１２と第２可動接触子１２′とを
電気的および機械的に連結する摺動軸で軸受１４をガイ
ドとして上下に摺動し得るように構成される。

１５は第３可動接触子１３を上下に駆動する操作軸で、
外部に設置される適当な駆動装置（図示されない）によ
って作動される。

この電気回路開閉装置において、電流通電状態ではギャ
ップ１７と１８とは閉じられている。

この状態から回路をしゃ断するには次のような動作を経
て行われる。

操作軸１５を１駆動するとガス充填の第１電路開閉室器
側のギャップ１７がまず開き始める。

第２電路開閉器室２側のギャップ１８はべ［ｊ−ズ５に
対して働くガス圧により摺動軸１６が第２電路開閉器室
側に駆動され、操作軸１５に追随して働くため開かない
。

しかしギャップ１７が所定の距離まで開くと軸受１４に
より摺動軸１６の動きが制限され、ギャップ１８が開き
始める。

そしてギャップ１８が所定の長さになると第１および第
２の可動接触子の駆動は終止する。

小電流しゃ断の場合はほとんどギャップ１７を開ききる
までの間に電流零点を迎えるため、気中アークでのしゃ
断がおこりサージの発生はない。

また第１電路開閉器室１１１１１の気中ギャップ１７に
アークが続いており、かつ真空ギャップ１８に真空アー
クが発生した時でも、接触子の材質を適当に選んでさい
断値を部分小さく選んでおけば、さい断サージは十分低
く抑えられるし、しゃ断器にはすてに第１電路開閉器室
１側のギャップ１７が充分な耐圧を持つまでに開いてい
るので、再発弧サージ発生の心配もない。

また真空開閉器の場合には上にも述べたように電流零点
直前で開極しても、その零点で電流をしゃ断する確率が
大きいが、その時の極間距離が非常に狭いために極間耐
圧が再起電圧に耐え切れずに再発弧を生じ、その後に再
発弧と高周波電流のしゃ断とを繰返していわゆる高周波
消弧サージを発生するという欠点があることが良く知ら
れているが、本発明による開閉器では電流零点直前で開
路した時にも第１電路開閉器室側でまず安定なアークを
発生させそれが充分なギャップ長になるまで持続するの
で、そのような高周波消弧サージの生じる確率は非常に
小さい。

次に開閉器により苛酷となる使用条件として進み小電流
のしゃ断がある。

真空開閉器では絶縁回復速度が非常に早いので一般には
コンデンサ・バンクの開閉に向いているといわれ、事実
、他の開閉器に比べて再点弧なしで使用できる確率は大
きい。

しかし、大電流を通電した後の真空開閉器は一般に多少
とも耐圧が劣化するので、大きな突入電流が流れるよう
な大容量のコンデンザバンクの開閉においては、全寿命
中における再点弧確率を０とすることは難かしい。

しかし、本発明による開閉器では電流零点ではガス充填
側のギャップが開いており、その部分での耐圧が安定し
ているので進み小電流のしゃ断に対しても強いといえる
。

次に投入時の動作について説明する。

まず操作軸１５が投入方向へ１駆動されると第２電路開
閉器室２の真空ギャップ１８が閉じる。

その後摺動軸１６が駆動されて第１電路開閉器室１の気
中ギャップ１７が閉じ始める。

従って真空ギャップが閉じていく状態では先行放電アー
クは生じない。

先行放電アークを生じるのは気中ギャップが十分狭くな
った時に気中ギャップに生じるのである。

真空ギャップを投入すると、ある小さな確率ではあるが
、回路によっては大きなサージを発生することが知られ
ている。

これは先行放電アークが運ぶ高周波電流が真空ギャップ
によりしゃ断され高周波消弧＋１−ジを発生するからで
ある。

また一般の高圧モーフ回路を投入した時にも投入サージ
が発生し、その波高値はあまり高くないものσ入その波
頭峻度が厳しいためにモータ人［］コイルの層間絶縁を
いためることがあることが知られている。

しかし、本発明による開閉器で投入した場合には高周波
消弧を生じないので、電圧の積み上げによる過大なサー
ジの発生も、また多重サージの浸入によるモーフ入口コ
イルの層間絶縁の損傷もない。

本発明による開閉器の大電流しゃ断時の動作について説
明する。

大電流しゃ断時には気中アークと真空アークのシリース
アークでしゃ断することになるが、気中アークのしゃ断
能力がないために実際にしゃ断するのは真空アークであ
る。

しかし、気中アーク消滅後は気中ギャップは再起電圧を
分担するので、真空ギャップ単独でしゃ断する場合より
もしゃ断性能は向卜する。

それは特に耐圧の低い接点の場合にいえる。

さい断値の小さい接点でも電流しゃ断能力を大きくする
ことは可能であるが、耐圧が一般に低いのでしゃ断器の
耐圧回復が悪く、回路の再起電圧に耐えきれずに極間が
絶縁破壊する確率が比較的に大きく、全体としてのしゃ
断面力不足ということになりやすい。

しかし、本発明による開閉器の場合にはガス充填室側の
ギャップで大きな耐用を負担してくれるので問題ない。

以上述べたことにより明らかなように本発明による開閉
器では開閉サージの発生はほとんどなく、しかも優れた
しゃ断性能を有するものである。

【図面の簡単な説明】

図は本発明による電気回路開閉器の−・実施例において
、接触子が開離した状態を示す。 １はガスを充填した第１電路開閉器室、２は真空雰囲気
に保持した第２電路開閉器室、３はガラス又はアルミ磁
器又はガラス−セラミック等から成る筒状絶縁体、４は
アークシールド、５はベロ・−ズ、９，１０は端蓋、１
１は固定接触子、１２は第１−ｒｊ］’動接触イ、１２
′は第２町動接触了、１３は第３町動接触子、１７は第
１電路開閉器室内の気中ギャップ、１８は第２電路開閉
器室内の真空ギャップ、１９は第１電路開閉器室と第２
電路開閉器室の間を気密に仕切る仕切板を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ はぼ円筒状の絶縁空筒内を前記円筒の軸に直角な仕
   切板により２室に分割して第１および第２の電路開閉器
   室を設け、上記第１電路開閉器室には少くとも１組の固
   定接触子と第１可動接触子とから成る第１電路開閉部を
   設け、上記第２電路開閉器室には摺動軸により上記第１
   可動接触子と電気的および機械的に連結された第２可動
   接触子とこの第２可動接触子に対向する第３可動接触子
   とから成る第２電路開閉部を設け、一端が上記粘動軸１
   こ他端が上記仕切板にそれぞれ固着されたベローズによ
   って上記第１および第２の電路開閉器室間を閉鎖し、上
   記第１電路開閉器室には１〜３気圧の絶縁性ガスを封入
   し、上記第２電路開閉器室は少くとも１０−４ 以下
   の真空度に排気し、上ｏｒｒ 記第３町動接触子の移動に応じて一ト記第１および第２
   の電路開閉部を段階的に開閉作動するように構成したこ
   とを特徴とする電気回路開閉装置。