TW201432768A - 附有並聯電容之氣體斷路器 - Google Patents

Abstract

〔課題〕提供抑制操作機構的大型化，為簡易的構成且可靠性高的附有並聯電容之氣體斷路器。〔解決手段〕在封入了絕緣性氣體之密封容器(1)內設有遮斷部，遮斷部係以固定部及可動部所構成。於可動部連接高電壓導體(8)，在操作器外殼(61)內把驅動可動部之遮斷部側絕緣桿(21)連結到構成電動致動器(32)之可動件(31)。於密封容器(1)內，並聯電容(40)是與遮斷部電性的並列連接；於並聯電容(40)電性的連接可動接點(42)，可動接點(42)被連結到電容側絕緣桿(44)。遮斷部側絕緣桿(21)或者是可動件(31)係於操作器外殼(61)內具有卡合部(46)，電容側絕緣桿(44)係在操作器外殼(61)內於從遮斷部起算比卡合部(46)還要遠的側，具有被卡合部(43)；於密封容器(1)以投入彈簧(45)連結被卡合部(43)。

Description

附有並聯電容之氣體斷路器

本發明係有關用在電力系統的變電所或發電所之高電壓規格的氣體斷路器，特別是有關以電動驅動而遮斷高電壓的電動驅動方式之附有並聯電容之氣體斷路器。

關於氣體斷路器，在電流遮斷後的斷路器接觸件間出現暫態恢復電壓。該暫態恢復電壓的上升率係大大地影響到斷路器的遮斷性能。為了和緩暫態恢復電壓的上升率，在以往的氣體斷路器中，利用與消弧室的極間並列設置電容的方式來提升遮斷性能。

在專利文獻1中，揭示有一種斷路器，係具備：被收納在容器內的主遮斷部、以及介隔著電容接點部並聯連接到該遮斷部的電容；並且設有：進行開閉操作主遮斷部之主遮斷部用操作裝置、以及進行開閉操作電容接點部之電容接點用操作裝置。

還有，在專利文獻2中，揭示有一種氣體斷路器，其特徵在於：具備與相對於斷路器的固定接觸件之 可動接觸件的移動方向呈平行，並配置成棒狀之電容；把位置於該電容的可動接觸件側之端部的延長部分作為固定接點，設有把操作該可動接觸件的轉動桿之可動側的端部作為可動接點之斷路部。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開平9-161622號專利公開公報

[專利文獻2]日本特開平4-341718號專利公開公報

揭示於專利文獻1之附有並聯電容的斷路器中，一定要另外設有進行開閉操作主遮斷部之主遮斷部用操作裝置、以及進行開閉操作電容接點部之電容接點用操作裝置。還有，一定要設有控制這些操作裝置之動作延遲控制裝置的緣故，是有所謂操作機構大型化之問題。

還有，揭示於專利文獻2之附有並聯電容之斷路器中，以使用旋轉桿的方式，其結構為複雜且大型化；還有，在有必要進行欲對遮斷動作使並聯電容的接點動作延遲的時間的調整之情況下，是有無法靈活對應的問題。

還有，也在斷路器反覆進行遮斷部的開閉動作所組合出的動作模式中，以規格訂出必要維持其功能之 工作方式。關於此動作工作方式，是有若干的種類，其中，是有在遮斷部的開路動作0.3秒後再進行閉路動作，連續進行後馬上進行開路之高速再投入的動作工作方式。在揭示於專利文獻2的附有並聯電容之斷路器中，因為有必要把並聯電容的接點動作的開閉收納到0.3秒以內，所以為了實現高速再投入，遂有著操作力大的操作器成為必要之問題。

本發明係為了解決上述課題，其目的在於提供一種抑制操作機構的大型化，為簡易的結構之高可靠性的附有並聯電容之氣體斷路器。

為了解決上述課題，本發明之附有並聯電容之氣體斷路器，係利用封入了絕緣性氣體之密封容器與操作器外殼構成了斷路器；於前述密封容器內設有遮斷部；前述遮斷部係利用固定部及可以接離到該固定部之可動部所構成；於前述可動部連接高電壓導體。於前述可動部安裝讓前述可動部動作在投入方向及遮斷方向之遮斷部側絕緣桿；前述遮斷部側絕緣桿係在前述操作器外殼內被連結到構成電動致動器之可動件。於前述密封容器內，電容是與前述遮斷部電性的並列連接；於前述電容，電性的連接可動接點；於前述可動接點，安裝電容側絕緣桿；前述遮斷部側絕緣桿或者是前述可動件，係於前述操作器外殼內具有卡合部；前述電容側絕緣桿係在前述操作器外殼內於 從前述遮斷部起算比前述卡合部還要遠的側，具有與前述卡合部卡合之被卡合部；於前述密封容器的操作器側端部以投入彈簧連結前述被卡合部。

根據有關本發明的電動驅動方式的附有並聯電容之氣體斷路器，因為使用了單一之操作機構，且使用了簡易的結構，於遮斷時可以實現並聯電容的接點的延遲遮斷動作，所以可以實現斷路器的小型化及提升可靠性。

還有，雖然是單一的操作機構，但是經由控制可以更靈活運用有無連續實行遮斷動作與並聯電容的接點動作的緣故，可以以操作力小的操作器來實現斷路器的高速再投入。

1‧‧‧密封容器、電動

2‧‧‧絕緣支撐間隔件

3‧‧‧固定側電極

4‧‧‧可動側導體

5‧‧‧噴嘴

6‧‧‧可動電極

7‧‧‧絕緣支撐筒

8‧‧‧高電壓導體

21‧‧‧遮斷部側絕緣桿

31‧‧‧可動件

32‧‧‧電動致動器

33‧‧‧密封端子

34‧‧‧電源單元

35‧‧‧控制單元

40‧‧‧並聯電容

41‧‧‧固定接點

42‧‧‧可動接點

43‧‧‧被卡合部

44‧‧‧電容側絕緣桿

45‧‧‧投入彈簧

46‧‧‧卡合部

47‧‧‧導引件導體

48‧‧‧導體

51‧‧‧比流器

61‧‧‧操作器外殼

62‧‧‧直線密封部

63‧‧‧直線密封部

101‧‧‧第一磁極

102‧‧‧第二磁極

103‧‧‧磁性體

104‧‧‧繞線

105‧‧‧固定件

106‧‧‧永久磁鐵

107‧‧‧磁鐵固定構件

〔圖1〕為本發明的第一實施例之附有並聯電容之氣體斷路器的概略圖。

〔圖2〕為在圖1的氣體斷路器中，顯示剛遮斷後的狀態之概略圖。

〔圖3〕為在圖1的氣體斷路器中，顯示切離了並聯電容的狀態之概略圖。

〔圖4〕為表示本發明的電動致動器之一例的概略圖。

〔圖5〕為表示從圖4的電動致動器之Z方向所見的剖面結構之圖。

〔圖6〕為表示本發明的電動致動器之其他的構成例的立體圖。

〔圖7〕為表示圖6的剖面結構之圖。

以下，作為實施例，根據所表示的圖面說明本發明的氣體斷路器。

〔實施例1〕

關於實施例1，使用圖1至圖5說明之。圖1至圖3為附有並聯電容之氣體斷路器之一例。表示於該圖的樣態中，關於本實施例之遮斷部係大致區分為：用以遮斷事故電流之遮斷部，以及用以操作該遮斷部之操作部。圖1為氣體斷路器的關上狀態，圖2為剛打開氣體斷路器後的狀態，圖3為表示切離氣體斷路器之並聯電容的狀態。

遮斷部，係表示於圖1至圖2的樣態中，被構成在封入了SF₆氣體的密封容器1的內部，大致區分成固定側與可動側。遮斷部的固定側係利用設在與密封容器1的操作部相反側的端部之絕緣支撐間隔件2、以及被固定在絕緣支撐間隔件2的固定側電極3所構成；固定側電極3與密封容器1係利用絕緣支撐間隔件2做電性的絕 緣。

於遮斷部的可動側，具有設在密封容器1的操作部側的端部之絕緣支撐筒7、以及被固定在絕緣支撐筒7的可動側導體4所構成；可動側導體4與密封容器1係利用絕緣支撐筒7做電性的絕緣。

於可動側導體4，被連接有高電壓導體8，亦電性的導通。於可動側導體4中，設有可動電極6，可動電極6被支撐在可動側導體4，於圖中箭頭a的方向(以下，稱為a方向)具有自由度，成為僅在a方向可以移動的構造。

還有，可動電極6與可動側導體4係透過相互的接觸面進行電性的導通。在可動電極6的前端設有噴嘴5，噴嘴5與可動電極6係一塊移動。

可動電極6係成為可以投入到固定側電極3中的構造，於圖1的樣態中在可動電極6已投入到固定側電極3的狀態下，可動電極6與固定側電極3係透過相互的接觸面進行電性的導通。

亦即，在圖1的狀態下，固定側電極3、可動電極6、可動側導體4、及高電壓導體8係進行電性的導通的緣故，於固定側電極3與高電壓導體8之間施加電壓的話會流動有電流。

在可動電極6移動到a方向右側並與固定側電極3分離之圖2的狀態下，固定側電極3與高電壓導體8之電性的連繫斷掉。於可動電極6的操作部側，連接遮 斷部側絕緣桿21，遮斷部側絕緣桿21係通過絕緣支撐筒7的內側連接到操作部。

利用來自操作部的操作力，遮斷部側絕緣桿21在a方向移動的話可動電極6也隨著移動的緣故，經由移動可動電極6來與固定側電極3做電性的開放、連接的方式，可以遮斷、及投入流動在固定側電極3與高電壓導體8之間的電流。

在高電壓導體8的周圍，設有比流器51，作為用以檢知流動在高電壓導體8的電流之電流檢測器。

與上述的遮斷部並列地，具有：被固定在從固定側電極3所分歧的導體48之並聯電容40、固定接點41、可動接點42、以及從操作部側被連接到可動接點42之電容側絕緣桿44。可動接點42，係被連接到可動側導體4之導引件導體47所支撐；可動接點42係成為與導引件導體47電性的導通的狀態下可以移動在a方向的構造。

操作部係在鄰接到密封容器1所設置的操作器外殼61內，具有電動致動器32，於電動致動器32內，配置直線動作在a方向之可動件31。

可動件31，係通過設成在保持密封容器1的氣密而可以驅動的樣態之直線密封部62，被連結到遮斷部側絕緣桿21。遮斷部側絕緣桿21被連結到可動電極6。亦即，利用可動件31的動作，可以使遮斷部之可動電極6作動。

於可動件31旁，配置了具有與可動件31的動作軸大致平行的動作軸之電容側絕緣桿44；電容側絕緣桿44係通過設成在保持密封容器1的氣密而可以驅動的樣態之直線密封部63，被連結到密封容器1內的可動接點42。亦即，利用電容側絕緣桿44的作動，可以使可動接點42作動。

可動件31係具有卡合部46，在可動件31作動在從遮斷部遠離的方向(a方向向右)的行程的途中，卡合部46卡合到被卡合部43，成為以電動致動器32的操作力使電容側絕緣桿44移動在從電容40遠離的方向之構造。尚且，卡合部46係可以在操作器外殼61內與被卡合部43卡合的話，亦可設在遮斷部側絕緣桿21。

亦即，於遮斷部，在a方向向右的作動中，成為可以自行程的途中使可動電極6與可動接點42一體移動。尚且，於圖2的樣態中可動件31的卡合部46，係在剛遮斷後一定要設到沒有壓到被卡合部43的位置。

被卡合部43，係利用把可動接點42保持在投入狀態之投入彈簧45等的彈性體，被連結到密封容器1的操作器側端部。使可動件31作動在a方向向左的話，利用投入彈簧45的彈性力，可動接點42復歸到與固定接點41接觸為止。尚且，投入彈簧45比可動件31的推力還要弱，而且有必要選定對可動接點42的動作具有充分的彈性力之製品。

還有，投入彈簧45，係具有相對於電容側絕 緣桿44、可動件31及遮斷部側絕緣桿21之各個動作軸而略平行之動作軸者為佳。以這樣的方式，可以把來自電動致動器32的驅動力有效率用在電容側的開閉動作。

電動致動器32，係通過設在操作器外殼的表面之密封端子33，與使供給到電動致動器32的驅動電流產生之電源單元34做電性的連接。

電源單元34，係更進一步與控制單元35連接，形成接受來自控制單元35的指令。控制單元35，係把用以控制電動致動器32的動作之控制訊號送到電源單元34；電源單元34，係因應從控制單元35所輸入的控制訊號，使供給到電動致動器32的驅動電流的電流量或相位變化。

控制單元35，係與變電所或發電所內的指揮所連接，因應來自指揮所所輸入的遮斷部的投入指令、跳脫指令，使從電源單元34供給到電動致動器32的電流量或相位變化，並作為控制斷路器的開閉動作之機構而運作。

以下，使用圖4至圖5說明有關電動致動器32的構造。圖4為電動致動器32之其中一例，圖5為從Z方向表示顯示於圖4之固定件105的剖面形狀之圖。

電動致動器32，係例如，利用固定件105與可動件31所構成。固定件105，係如圖5所表示，利用磁性體103、具有磁性體103之第一磁極101、與該第一磁極101相對向而配置之第二磁極102、以及設在第一磁 極101及第二磁極102的外周圍之繞線104所構成。在固定件105的第一磁極101及第二磁極102之間，介隔著空隙配置由永久磁鐵106及夾入該永久磁鐵106而支撐之磁鐵固定構件107所構成的可動件31，構成電動致動器32。

永久磁鐵106的感磁方向為Y方向(圖4中，為上下方向)，於每個相鄰的磁石交互感磁。還有，磁鐵固定構件107的材質為非磁性的材料。

可動件31，係為了保持永久磁鐵106、與第一磁極101及第二磁極102之間隔，是利用拘束相對於Z方向以外的方向的動作之機械式的零件來支撐。為了讓固定件105與永久磁鐵106驅動在相對的Z方向，利用固定固定件105的方式讓包含有永久磁鐵106之可動件31朝Z方向移動。

於驅動之際，利用流動電流在繞線104的方式產生磁場，可以產生因應固定件105與永久磁鐵106的相對位置之推力。還有，經由控制固定件105與永久磁鐵106的位置關係、與流動在繞線104的電流的相位或大小的方式，可以調整推力的大小、及方向。

可動件31的動作控制，係因應於打開指令及關上指令被輸入到控制單元35的情況，從電源單元34通電有電流到電動致動器32，以電動致動器32把電訊號變換成可動件31的驅動力。

電動致動器32，係利用使電流導通的方式產 生操作力，沒有必要設置複雜的連桿機構，實現了在行程的前進端位置、後退端位置、再加上行程中間位置之總共3處以上的位置，使可動電極6停止。

尚且，上述的說明終歸倒底是其中一例，就把電訊號變換成驅動力，來可以控制驅動力的大小或方向，且在行程的前進端位置、後退端位置、行程中間之總共3處以上的位置可以讓可動件停止及再驅動的構造來說，亦可使用其他型式的電動致動器。

有關適用在本實施例之電動致動器使用圖6、7說明之。在本實施例中，三單位的電動致動器32a、32b、32c並排配置在Z方向(可動電極的動作軸方向)。在本實施例中，如上述般，以兩個固定件構成一單位，三單位的電動致動器由總計六個固定件所構成，但是亦可以一個以上的固定件來構成一單位，三單位的電動致動器亦可由其之3倍數個的固定件來構成。

相對於電動致動器32a，電動致動器32b係電性的相位偏差120°而配置，有關電動致動器32c係電性的相位偏差240°而配置。

關於配置該電動致動器，於各電動致動器的繞線104三相交流流動的話可以實現與三相的線型馬達同樣的作動。以使用三單位的電動致動器的方式，作為各電動致動器獨立之三個的電動致動器，可以控制各個的電流而調整推力。

於各致動器之繞線，可以從控制機構注入各 自相異大小或是相異的相位的電流。作為其中一個方法，考慮到了把從一個交流電源所供給之U、V、W三相電流予以分開供給。於該場合，沒必要具備複數個電源，是為簡便。還有，於該場合，亦可共有上述之密封端子33。

以下，說明有關本實施例之附有並聯電容之氣體斷路器的動作。於圖1表示附有並聯電容之氣體斷路器的關上狀態。在該狀態下，經由控制單元35的指令，固定件31係被保持在遮斷部側的行程端，固定側電極3與可動側導體4係介隔著可動電極6而被電性的連接，形成主迴路。還有，固定接點41與可動接點42也閉合，並聯電容40為電性的並列連接到主迴路。

在該狀態下，於控制單元35被輸入有來自指揮所的跳脫指令的話，經由控制單元35的指令驅動電動致動器32，使可動電極6移動到a方向向右，電性的開放。剛做完該遮斷動作後的狀態表示於圖2。

在該狀態下，可動件31的卡合部46，係又沒有壓到被卡合部43的緣故，不移動可動接點42，並聯電容40係於極間電性的並列連接。

於遮斷動作時，固定側電極3與可動電極6相離，於極間產生電弧，還持續電性的連繫的緣故，所以藉由噴出來自噴嘴5之已壓縮的氣體，消滅電弧進行遮斷。在該樣態的方式之斷路器中，為了使遮斷成功方面，極間的絕緣是有必要經得住在達成遮斷後馬上所產生的暫態恢復電壓。

還有，與遮斷部的極間並列連接電容，並使暫態恢復電壓的初升予以鈍化；使遮斷性能提升的方法，是以往所廣泛採用的，在從前的方法中，因為保持使電容並列連接的狀態，導致在遮斷後透過電容流動有電流。於遮斷完畢後比流器檢知到透過電容的電流的話，遮斷成功與否會變得不明確，擔心會讓變電所內的控制混亂。

還有，在變電所的作業中，先用斷路器完成系統的遮斷並在認識到所謂安全的情況下進行作業，因為透過並聯電容之系統電壓的施加是有引起觸電意外的危險性。在要遮斷的電流為大的斷路器的情況下，因為必要的電容的容量也變大的緣故是有使用並聯電容的風險變高的問題。

在本實施例中，剛遮斷成功後是保持圖2的狀態，因為並聯電容40，使剛遮斷後的暫態恢復電壓的初升予以鈍化，妨礙再點弧。之後，在收斂了暫態恢復電壓後，經由來自控制單元35的指令，驅動電動致動器32，使可動電極6更進一步移動在a方向向右。此時，可動件31的卡合部46，係壓到被卡合部43，這些連動可動接點42也跟著移動，從固定接點41切離可動接點42。

還有，同時使投入彈簧45伸長，儲存再投入時的彈性力。於圖3表示，一直到操作部側的行程端，打開了遮斷部之狀態。經由該動作，並聯電容40從主迴路切離的緣故，消解了透過並聯電容40而流動電流的風險。

以往，在氣體斷路器的操作部方面，廣泛利用彈簧操作器或油壓操作器而可以經由彈簧的彈性或壓縮油的供給在瞬間得到大的推力，但是遮斷部的驅動速度，係由：運作於可動部分的慣性力或產生在滑動面的摩擦力、以及遮斷部的可動部分受到了來自因電弧而受熱的SF₆氣體之反作用力、與操作器的操作力的平衡，所決定的緣故，所以在遮斷部的動作中，在無法任意變化推力的彈簧操作器或油壓操作器之下，是無法自在地控制遮斷部的驅動速度。還有，彈簧或油壓缸的構造上，在行程的途中使動作停止、再開是很困難的。

有關為了使用一個彈簧操作器、或者是油壓操作器來實現如本實施例的樣態般之延遲於遮斷動作之並聯電容的接點動作，是考慮到了經由連桿機構等的組合，在操作器的作動行程的前半進行遮斷，在接著的作動行程的後半打開並聯電容的接點之樣態的方法，但是構造會變得複雜，操作部會大形化。還有，在變成有必要調整想要相對於遮斷動作而使並聯電容的接點動作延遲的時間的情況下，也擔心有必要分解重組操作部。

相對於此，於本實施例的樣態中，在操作部使用電動致動器32的話，經由控制供給到電動致動器32的電流的大小或相位，在行程途中可以加速、減速可動件31的動作，亦可以在任意的位置保持任意時間的停止狀態。因此操作部小型化，想要相對於遮斷動作而使並聯電容40的接點動作延遲的時間也可以經由來自控制單元35的指 令變更來對應的緣故，也不會產生重排操作部之作業。

還有，也在斷路器反覆進行遮斷部的開閉動作所組合出的動作模式中，以規格訂出必要維持其功能之工作方式。關於此動作工作方式，是有若干的種類，其中，是有在遮斷部的開路動作0.3秒後再進行閉路動作，連續進行後馬上進行開路之高速再投入的動作工作方式。

在利用前述之單一的操作機構、與機構的組合所實現之並聯電容的接點延遲動作之方法中，為了連續遮斷部的開閉動作與並聯電容的接點動作，是有必要把並聯電容的接點動作的開閉收斂到0.3秒以內，為了實現高速再投入，是有必要操作力大的操作器之問題。

相對於此，本實施例的電動致動器，乃是單一的操作機構，在作動行程內，運作於可動件之推力的大小、方向可以自在地控制，因為可以靈活運用連續實行遮斷動作與並聯電容的接點動作之控制、以及在關閉並聯電容的接點下移行再關閉遮斷部的動作之控制的緣故，可以以操作力小的操作器實現斷路器的高速再投入。

在附有電容之氣體斷路器中，在遮斷成功後切離並聯電容的方法，係在以往已有其發明，但是額外必要有用以使主遮斷部動作之操作器、以及用以使並聯電容接點動作之操作器，擔心設備會大型化。

在本實施例之方式中，於可動接點42的復歸，變成必要有投入彈簧45，但其他的動作可以彙集到一個電動致動器的緣故，看到了設備可以小型化之效果。

還有，設有以一個操作器，在操作器的作動行程之前半進行遮斷，接下來的作動行程之後半打開並聯電容的接點之樣態的機構部，得到與本實施例同樣的效果之方法雖然是以往所發明的，但是機構部的構造變得複雜化。相對於此利用本實施例之方式，係構造為簡樸，具有可以提升可靠性之優點。

亦即，根據電動致動器方式的操作器，不使用複雜的連桿機構，具有在行程的前進端位置、後退端位置、以及行程途中之任意的1處以上的位置可動件可以自在地停止之效果的緣故，可以實現小型且可靠性高的附有並聯電容之氣體斷路器。

Claims (4)

1. 一種附有並聯電容之氣體斷路器，係利用封入了絕緣性氣體之密封容器與操作器外殼構成了斷路器；於前述密封容器內設有遮斷部；前述遮斷部係利用固定部及可以接離到該固定部之可動部所構成；於前述可動部連接高電壓導體；於前述可動部安裝讓前述可動部動作在投入方向及遮斷方向之遮斷部側絕緣桿；前述遮斷部側絕緣桿係在前述操作器外殼內被連結到構成電動致動器之可動件；於前述密封容器內，電容是與前述遮斷部電性的並列連接；於前述電容，電性的連接可動接點；於前述可動接點，安裝電容側絕緣桿；前述遮斷部側絕緣桿或者是前述可動件，係於前述操作器外殼內具有卡合部；前述電容側絕緣桿係在前述操作器外殼內於從前述遮斷部起算比前述卡合部還要遠的側，具有與前述卡合部卡合之被卡合部；於前述密封容器的操作器側端部以投入彈簧連結前述被卡合部。
2. 如請求項1之附有並聯電容之氣體斷路器，其中，前述可動件、前述遮斷部側絕緣桿、前述電容側絕緣 桿、及前述投入彈簧，係各自具有略平行之動作軸。
3. 如請求項1或2之附有並聯電容之氣體斷路器，其中，前述電動致動器具有：可動件，係使永久磁鐵或者是磁性材料交互反轉其磁化方向且複數個並列而形成為一體；固定件，係以下述所構成：從上下夾入前述可動件而配置之第1磁極及第2磁極、與前述第1磁極和前述第2磁極連繫並成形磁通的路徑之磁性體、以及捲繞各個前述第1磁極與前述第2磁極之繞線；電流檢測器，係檢測流動在前述高電壓導體之電流；控制機構，係對應於以前述電流檢測器所檢測出的電流值使供給到前述繞線之電流量變化。
4. 如請求項3之附有並聯電容之氣體斷路器，其中，把一單位之前述固定件配置在前述可動件的作動方向成3的整數倍；前述繞線係在每個一單位之前述相鄰的固定件，做偏差120°電性的相位之配置，於各個前述電動致動器的繞線流動三相交流來可以實現作為三相線型馬達之動作。