WO2014185135A1 - パッファ形ガス遮断器の操作方法 - Google Patents

パッファ形ガス遮断器の操作方法 Download PDF

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WO2014185135A1
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circuit breaker
puffer
movable
fixed contact
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秀幸 小辻
一 浦井
裕明 橋本
康明 青山
勝彦 白石
大輔 海老澤
正範 筑紫
Original Assignee
株式会社日立製作所
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    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
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    • H01H33/02—Details
    • H01H33/28—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism
    • H01H33/38—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism using electromagnet
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01H33/70—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/88—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid the flow of arc-extinguishing fluid being produced or increased by movement of pistons or other pressure-producing parts
    • H01H33/90—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid the flow of arc-extinguishing fluid being produced or increased by movement of pistons or other pressure-producing parts this movement being effected by or in conjunction with the contact-operating mechanism
    • H01H33/91—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid the flow of arc-extinguishing fluid being produced or increased by movement of pistons or other pressure-producing parts this movement being effected by or in conjunction with the contact-operating mechanism the arc-extinguishing fluid being air or gas

Definitions

  • the present invention relates to a method for operating a gas circuit breaker, and more particularly to a method for operating a gas circuit breaker using an operation force by magnetic force.
  • Patent Document 1 discloses a two-chamber thermal puffer type gas circuit breaker that is provided with a charging puffer chamber filled with an arc-extinguishing gas and communicated with a thermal puffer chamber via a charging intermediate valve.
  • the charging puffer chamber is formed by a fixed cylinder, a charging piston, and a puffer cylinder, and the arc extinguishing gas filled in the charging puffer chamber is compressed during the charging operation and passes through the gas flow path to the heat buffering chamber. Configured to flow in.
  • An object of the present invention is to reduce the temperature of the gas in the heat puffer chamber during the next shut-off operation and improve the shut-off performance by replacing the gas in the heat puffer chamber during the closing operation during the high-speed reclosing shut-off operation. It is said.
  • a fixed cylinder is provided on the outer periphery of the puffer cylinder, a charging piston is arranged on the puffer cylinder, and the outer periphery of the charging piston is slid or close to the inner surface of the fixed cylinder.
  • the present invention does not complicate the configuration on the movable side of the cutoff unit, and allows the gas in the heat puffer chamber to be replaced when the cutoff operation is completed with the conventional configuration, thereby enabling the next cutoff operation.
  • the object is to reduce the temperature of the gas in the heat puffer chamber at the time and improve the shut-off performance.
  • a method of operating a puffer-type gas circuit breaker according to the present invention includes a sealed metal container in which an insulating gas is sealed, a stationary contact disposed in the sealed metal container, A volume having a movable contact that contacts with and separates from the fixed contact, and an insulating gas that is released to an arc generated between the fixed contact and the movable contact at the time of opening.
  • a fixed heat puffer chamber a main circuit conductor electrically connected to the fixed side contactor and the movable side contactor, and the movable side while alternately reversing the N pole and the S pole of a permanent magnet or magnetic body
  • a movable element arranged in the operating direction of the contact and a winding that is arranged opposite to the north and south poles of the movable element and through which a current flows, and an operating force is generated by the magnetic force generated by the winding.
  • a circuit breaker operating method comprising: a current detector that detects a current flowing through the main circuit conductor; and a control mechanism that changes an amount of current supplied to the winding in accordance with a current value detected by the current detector.
  • the movable contactor is once operated before being re-inserted from the shut-off completion position.
  • the present invention it is possible to replace the gas in the heat puffer chamber after completion of the shut-off operation without changing the configuration of the shut-off unit from the conventional one, and lower the temperature of the gas in the heat puffer chamber during the next shut-off operation And the blocking performance can be improved.
  • FIG. 3 is a perspective view of the actuator shown in FIG. 2.
  • FIG. 4 is a front view of FIG. 3. It is the figure which removed and showed the coil
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing three units of the actuator shown in FIG. 2.
  • FIG. 7 is a perspective view of the three-unit actuator shown in FIG. 6. It is a schematic sectional drawing explaining the operating method of this invention. It is a schematic sectional drawing explaining the operating method of this invention.
  • FIG. 1 It is a figure which shows the interruption
  • FIG. It is a figure which shows the interruption
  • FIG. It is a figure which shows the interruption
  • FIG. 1 It is a figure which shows the interruption
  • FIG. It is a figure which shows the interruption
  • FIG. It is a figure which shows the interruption
  • FIG. 1 is a configuration example of a circuit breaker showing a closed state (a) and an open state (b).
  • the circuit breaker according to the present embodiment is composed of a breaker for breaking the accident current and an operation part for operating the breaker.
  • the shut-off part is composed of a stationary contact and a movable contact that are electrically connected in a sealed metal container 1 filled with SF 6 gas, and a movable contact connected to the operation part.
  • the current is cut off and turned on by opening and closing.
  • the fixed contact is composed of a fixed electrode 3 and a fixed arc contact 101 (see FIG. 8) fixed to an insulating support spacer 2 provided at the end of the sealed metal container 1.
  • the movable contact is composed of the movable electrode 4 and the movable electrode 6 connected to the high voltage conductor 8, and the movable arc contact 102 shown in FIG.
  • the hollow rod 106 connected to the movable arc contact 102 is connected to the operation unit via an insulating rod 81 in the insulating support cylinder 7 shown in FIG.
  • a nozzle 5 is provided between the two electrodes at the tip of the movable electrode 6.
  • a current transformer 51 is provided that functions as a current detector for detecting a current flowing through the high voltage conductor 8.
  • the current is passed between the fixed side electrode 3 and the movable electrode 6.
  • the fixed electrode 3 and the movable electrode 6 are separated from each other, and the current path is changed to the path of the fixed electrode 3, the fixed arc contact 101, and the movable arc contact 102.
  • the fixed arc contact 101 and the movable arc contact 102 are separated, an arc is generated between the contacts. The current is cut off by extinguishing the arc.
  • the operating unit is provided with an actuator 100 in an operating unit case 61 provided adjacent to the sealed metal container 1, and a movable element 23 that moves linearly is disposed inside the actuator 100.
  • the mover 23 is connected to the insulating rod 81 through a linear seal portion 62 provided so that the hermetic metal container 1 can be driven while being kept airtight.
  • the insulating rod 81 is connected to the movable electrode 6. That is, it becomes possible to operate the movable electrode 6 in the blocking part through the operation of the movable element 23.
  • the actuator 100 is electrically connected to the power supply unit 71 through a sealing terminal 10 provided in a state where an insulating gas is sealed on the surface of the sealed metal container 1.
  • the power supply unit 71 is further connected to the control unit 72 and receives a command from the control unit 72.
  • the current value detected by the current transformer 51 is input to the control unit 72.
  • the power supply unit 71 and the control unit 72 function as a control mechanism that changes the amount and phase of a current supplied to a winding 41 of the actuator 100 described later according to the current value detected by the current transformer 51.
  • the stator 14 includes a first magnetic pole 11, a second magnetic pole 12 disposed to face the first magnetic pole 11, a magnetic body 13 that connects the first magnetic pole 11 and the second magnetic pole 12, and a first The windings 41 provided on the outer circumferences of the magnetic pole 11 and the second magnetic pole 12 are combined.
  • the actuator 100 is configured by arranging the movable element 23 configured.
  • the magnetization direction of the permanent magnet 21 is the Y direction (the vertical direction in FIG. 2), and is magnetized alternately for each adjacent magnet.
  • the magnet fixing member 22 is preferably made of a nonmagnetic material such as a nonmagnetic stainless alloy, aluminum alloy, or resin material, but is not limited thereto.
  • Actuator 100 is attached with mechanical parts in order to maintain a distance between permanent magnet 21 and first magnetic pole 11 and second magnetic pole 12.
  • mechanical parts for example, linear guides, roller bearings, cam followers, thrust bearings, and the like are preferable, but the present invention is not limited to this as long as the distance between the permanent magnet 21 and the first magnetic pole 11 and the second magnetic pole 12 can be maintained.
  • attraction force force in the Y direction
  • the attractive force generated in the permanent magnet 21 and the first magnetic pole 11 and the attractive force generated in the permanent magnet 21 and the second magnetic pole 12 are opposite to each other, so that the forces are offset and attracted.
  • the power is reduced. Therefore, the mechanism for holding the mover 23 can be simplified, and the mass of the movable body including the mover 23 can be reduced.
  • stator 14 and the permanent magnet 21 are relatively driven in the Z direction (left and right direction in FIG. 2), the stator 23 is fixed so that the mover 23 including the permanent magnet 21 moves in the Z direction.
  • a current is passed through the winding 41 to generate a magnetic field, and a thrust according to the relative position of the stator 14 and the permanent magnet 21 can be generated. Also, by controlling the positional relationship between the stator 14 and the permanent magnet 21 and the phase and magnitude of the injected current, the magnitude and direction of the thrust can be adjusted.
  • the operation control of the mover 23 is performed by supplying a current in the actuator 100 from the power supply unit 71 according to the case where an opening command and a closing command are input to the control unit 72, and sending an electric signal to the mover 23 in the actuator 100. This is done by converting to the driving force.
  • FIG. 3 shows a perspective view of the structure of one unit of the actuator 100 described above.
  • the first magnetic pole 11, the second magnetic pole 12, the magnetic body 13 connecting the first magnetic pole 11 and the second magnetic pole 12, and the winding 41 are included.
  • the mover having the permanent magnet 21 moves relative to the stator 14 in the Z direction.
  • thrust in the Z direction can be continuously obtained, and the driving distance can be increased.
  • the magnetic body 13 connecting the first magnetic pole 11 and the second magnetic pole 12 is divided in the Y direction. Thereby, the attachment workability
  • first magnetic pole 11 and the second magnetic pole 12 can be adjusted by shifting in the Z direction.
  • the thrust can be increased by changing the magnetization direction of the permanent magnet.
  • the mover 23 by configuring the mover 23 to be sandwiched between the first magnetic pole 11 and the second magnetic pole 12, the attractive force between the permanent magnet 21 and the magnetic pole is small, and the driving direction can be achieved even if linear driving is performed.
  • the blur in the (Z direction) and the vertical direction (X direction and Y direction) is extremely small. That is, when applied to a circuit breaker, even if the mover that transmits the operating force passes through the linear seal portion 62, the deformation of the linear seal portion 62 is small, so that the mechanical burden on the seal portion is reduced.
  • FIG. 4 is a front view of FIG.
  • FIG. 5 is a diagram in which the windings are omitted from FIG. 4 so that the relationship between the first magnetic pole 11, the second magnetic pole 12, and the magnetic body 13 connecting them can be easily understood.
  • the winding 41 is wound around each of the first magnetic pole 11 and the second magnetic pole 12 so as to sandwich the permanent magnet 21 therebetween.
  • the winding 41 and the permanent magnet 21 are arranged to face each other, the magnetic flux generated in the winding 41 acts on the permanent magnet 21 efficiently. Therefore, the actuator can be reduced in size and weight. Further, the magnetic circuit is closed by the first magnetic pole 11, the second magnetic pole 12, and the magnetic body 13 connecting the first magnetic pole and the second magnetic pole, and the path of the magnetic circuit can be shortened. As a result, a large thrust can be generated. Moreover, since the periphery of the permanent magnet 21 is covered with a magnetic material, the leakage magnetic flux to the outside can be reduced, and the influence on surrounding devices can be reduced.
  • FIG. 6 shows a configuration in which three units of actuators 100a, 100b, and 100c are arranged side by side in the Z direction (the operation direction of the movable electrode 6).
  • the actuator 100b has an electrical phase of 120 ° (or 60 °) and the actuator 100c has an electrical phase of 240 ° (or 120 °) with respect to the actuator 100a.
  • the actuator 100b has an electrical phase of 120 ° (or 60 °) and the actuator 100c has an electrical phase of 240 ° (or 120 °) with respect to the actuator 100a.
  • a constant thrust can be generated regardless of the positional relationship between the permanent magnet 21 and the configuration 200 using a plurality of actuators. Furthermore, it is possible to generate a braking force (damping force) by control, regenerate the electric power generated by the brake, and use electric energy efficiently.
  • the operation method of the present invention will be described with reference to FIG.
  • the gas pressure formation when the SF 6 gas is blown is performed by the heat puffer chamber 103 and the mechanical puffer chamber 104.
  • the pressure of the mechanical puffer chamber 104 increases due to mechanical compression, and the pressure of the heat puffer chamber 103 connected via the check valve 107 also increases.
  • the check valve 107 allows airflow from the mechanical puffer chamber 104 to the heat puffer chamber 103, but has a function of regulating the reverse airflow.
  • the blown gas pressure is mainly formed in the heat puffer chamber 103 when a large current is interrupted, and the gas is blown against the arc with the gas pressure obtained by using the pressure in the mechanical puffer chamber 104 when the current is small and medium. Perform an arc.
  • a plurality of independent actuators 100 are provided as described above, and the acceleration / deceleration pattern of the opening / closing operation can be controlled in various ways including during the driving. In such a case, it is possible to capture the current waveform and control the operation accordingly.
  • the current waveform can be detected by a current detecting current transformer 51.
  • a current detecting current transformer 51 By inputting the detected current waveform to the control unit 72, an optimum operation is realized according to the cutoff current. Is possible. An example of controlling the operation depending on the breaking current will be described below.
  • the current flowing through the high voltage conductor 8 is measured by a current transformer 51 arranged around the high voltage conductor 8.
  • the measured current value is sent to the control unit 72 of the controller. Inside the control unit 72, a command corresponding to the phase of the current is sent to the power supply unit 71.
  • FIG. 10 a diagram showing the correlation between the movable stroke in the shut-off operation and the closing operation, the current waveform in the shut-off portion, and the pressure in the puffer chamber when the conventional technique is applied.
  • the closing position and shutoff position are fixed, and the stroke position cannot be adjusted during the shutoff operation.
  • the high-temperature gas generated in the heat puffer chamber 103 at the first shut-off is only discharged through the flow path formed by the nozzle 5 and the movable arc contactor 102.
  • the mechanical puffer chamber 104 has a negative pressure, but the low-temperature gas in the sealed metal container 1 is drawn through the check valve 109 for charging. Since the heat puffer chamber 103 is fixed in volume, gas replacement is not performed.
  • the hot gas is replaced only by the pressure difference inside and outside the heat puffer chamber 103 from the time of current interruption (time t 1 in FIG. 10) until the second interruption start time (time t 2 in FIG. 10). For this reason, it takes time to lower the gas temperature remaining in the heat puffer chamber 103 and to recover the gas density.
  • the current interruption capability at the time of high-speed reclosing interruption is very short, about 0.3 to 0.5 seconds, from the first interruption of current to when it is turned on and when the interruption of current starts again.
  • low-temperature gas is caused to flow from the mechanical puffer chamber 104 in addition to the above-described gas replacement due to the pressure difference.
  • the machine puffer chamber 104 is provided with a check valve 109 for closing so that a negative pressure does not occur during the charging operation.
  • the position of the movable side after the shut-off / closing operation is constant, but when the operating device as described in this embodiment is used, the stroke position can be controlled. It is also possible to operate from the stroke position a in the shut-off or closing direction.
  • FIG. 8B shows a state when the movable side has moved to the full stroke position after completion of the shut-off. Until the pressure in the heat puffer chamber 103 returns to the same level as the pressure in the sealed metal container 1 (between times t 3 and t 4 in FIG. 11), the pressure in the heat puffer chamber 103 is the pressure in the sealed metal container 1. Therefore, the high temperature gas in the heat puffer chamber is discharged due to the pressure difference.
  • the movable portion After the pressure difference disappears, by temporarily performing the closing operation and the blocking operation at time t 4 -t 5 in FIG. 11, the movable portion is again turned on from the temporarily turned on state shown in FIG. 8 (a). Then, it operates in the blocking direction and shifts to the state shown in FIG. At this time, the low temperature gas taken into the mechanical puffer chamber 104 by the temporary charging operation is compressed and taken into the hot puffer chamber 103 through the check valve 107.
  • a part of the high temperature residual gas in the heat puffer chamber 103 is discharged from the heat puffer chamber 103, and the residual high temperature gas in the heat puffer chamber 103 is mixed with the gas taken in from the mechanical puffer chamber 104, thereby The temperature in the chamber 104 can be lowered. Thereby, it becomes possible to prevent the interruption
  • SF 6 is used as the insulating gas, but the type of insulating gas is not limited to SF 6, and other insulating gases such as dry air and nitrogen gas can be used.
  • the tip of the insulating nozzle 5 is fixed to one end of the connecting rod 201, and the other end of the connecting rod 201 and one end of the connecting lever 203 are rotatably connected.
  • the substantially center of the connecting lever 203 is fixed to the inner peripheral surface of the fixed electrode 3 so as to be rotatable by the support shaft 202, and the other end of the connecting lever 203 and the terminal end of the fixed arc contactor 101 are rotatably connected.
  • the heat puffer chamber is obtained using the stroke characteristics shown in FIG. 12 (a diagram showing the correlation between the movable stroke in the shut-off operation and the closing operation, the current waveform in the shut-off portion, and the pressure in the puffer chamber).
  • the hot gas remaining in 103 can be cooled.
  • the normal interruption operation is performed until the current interruption completion time (t 6 in FIG. 12). Since the pressure in the heat puffer chamber 103 is higher than the pressure in the sealed metal container 1 after the shut-off is completed, the heat puffer chamber 103 is stopped at the position of the stroke b until the pressure difference disappears, and the high temperature in the heat puffer chamber 103 is obtained by gas replacement by the pressure difference Exhaust the gas. When the pressure difference disappears, the discharge speed becomes slow, so that the shutoff operation is performed again after the pressure difference disappears (time t 7 in FIG. 12).
  • the gas pressure in the thermal puffer chamber 103 depends on the current and the flow path area in the nozzle 5. Energy is supplied from the arc generation space which is a pressure generation source, and the pressure in the heat puffer chamber 103 rises.
  • the stroke characteristic as shown in FIG. 13 is adopted to prevent a decrease in the insulation performance between the electrodes due to the pressure drop and the gas retention between the electrodes after the current zero point.
  • the gas discharge area is not narrow and sufficient, so after the current cutoff (time t 10 ), the full stroke position a is shut off immediately.
  • the hot gas between the electrodes is efficiently exhausted to prevent the insulation performance between the electrodes from deteriorating.

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Abstract

絶縁性ガスが封入される密閉金属容器１と、開極時において可動側接触子と固定側接触子間のアークに放出する絶縁ガスを収納する熱パッファ室１０３と、永久磁石または磁性体をＮ極およびＳ極を交互に反転させつつ前記可動側接触子の動作方向に配置した可動子と、巻線による磁力によって操作力を発生させて、前記可動側接触子に操作力を与える固定子と、回路を流れる電流値に応じて磁力を変化させる制御機構を有する、遮断器の操作方法であって、可動側接触子を遮断完了位置から再投入する前に一旦動作させることを特徴とする遮断器の操作方法。

Description

パッファ形ガス遮断器の操作方法
　本発明はガス遮断器の操作方法に関するものであり、特に磁力による操作力を利用したガス遮断器の操作方法に関する。
　特許文献１には、熱パッファ室と投入用中間バルブを介して連通し、消弧性ガスを充填した投入用パッファ室を備える二室熱パッファ方式のガス遮断器が開示されている。この投入用パッファ室は、固定シリンダ、投入用ピストン、パッファシリンダにより形成され、投入用パッファ室に充填された消弧性ガスは、投入動作時に圧縮され、ガス流路を通って熱パッファ室に流入するように構成される。
　この発明は、高速再閉路遮断動作時における投入動作時に、熱パッファ室内のガスを入れ替えることで、次の遮断動作時における熱パッファ室内のガスの温度を低下させ、遮断性能を向上させることを目的としている。
特開２０１２－９４４５５号公報
　上記発明は、パッファシリンダの外周に固定シリンダを設け、パッファシリンダに投入用ピストンを配し、投入用ピストンの外周を固定シリンダの内面に摺動又は近接させる構成としている。
　このため、遮断部可動側の構成が複雑化することによる設計上の問題や、投入用パッファ室を設けることによる開閉速度への影響を考慮しなければならないという問題があった。
　上記課題に鑑み、本発明では、遮断部可動側の構成を複雑化せず、従来構成のままで、遮断動作完了時に熱パッファ室内のガスを入れ替えることを可能とすることで、次の遮断動作時における熱パッファ室内のガスの温度を低下させ、遮断性能を向上させることを目的とする。
　上記の課題を解決するために、本発明に係るパッファ形ガス遮断器の操作方法は、絶縁性ガスが封入される密閉金属容器と、該密閉金属容器内に配置される固定側接触子と、該固定側接触子に対して接触及び開離する可動側接触子と、開極時において前記固定側接触子と前記可動側接触子の間に発生するアークに対して放出する絶縁ガスを有する容積固定の熱パッファ室と、前記固定側接触子及び前記可動側接触子に電気的に接続される主回路導体と、永久磁石または磁性体をＮ極およびＳ極を交互に反転させつつ前記可動側接触子の動作方向に配置した可動子と、該可動子のＮ極及びＳ極に対向して配置されると共に電流が流れる巻線を有し、該巻線による磁力によって操作力を発生させて、前記可動側接触子に操作力を与える固定子と、前記主回路導体を流れる電流を検出する電流検出器と、該電流検出器で検出した電流値に応じて前記巻線に供給する電流量を変化させる制御機構を有する、遮断器の操作方法であって、前記可動側接触子を遮断完了位置から再投入する前に一旦動作させることを特徴とする。
　本発明によれば、遮断部構成を従来のものから変えることなく、遮断動作完了後に、熱パッファ室内のガスを入れ替えることを可能とし、次の遮断動作時における熱パッファ室内のガスの温度を低下させ、遮断性能を向上させることができる。
本発明の操作方法を適用するパッファ形ガス遮断器の一例を示す断面図である。 本発明の操作方法を実現するアクチュエータ一単位の一例を示す断面図である。 図２に示すアクチュエータの斜視図である。 図３の正面図である。 図４から巻線を外して図示した図である。 図２に示すアクチュエータ三単位を示す断面図である。 図６に示す三単位のアクチュエータの斜視図である。 本発明の操作方法を説明する概略断面図である。 本発明の操作方法を説明する概略断面図である。 従来のパッファ形ガス遮断器における遮断特性を示す図である。 実施例１に係る操作方法による遮断特性を示す図である。 実施例２に係る操作方法による遮断特性を示す図である。 実施例３に係る操作方法による遮断特性を示す図である。
　以下、図面を交えて本発明の実施例について説明する。下記はあくまでも実施の例であり、発明の内容を下記具体的態様に限定することを意図する趣旨ではない。発明自体は、特許請求の範囲に記載された内容に即した限りにおいて種々の態様で実施することが可能である。
　実施例１について図１、図８を用いて説明する。図１は閉極状態（ａ）および開極状態（ｂ）を示す遮断器の構成例である。これらに示す様に、本実施例に係る遮断器は、事故電流を遮断するための遮断部と、該遮断部を操作するための操作部とで構成される。
　遮断部は内部にＳＦ6ガスを充填させた密閉金属容器１内に、電気的に接続される固定側接触子と可動側接触子で構成されており、操作部と接続される可動側接触子を開閉することにより、電流の遮断及び投入を行う。
　固定側接触子は密閉金属容器１端部に設けられた絶縁支持スペーサ２に固定された固定側電極３及び固定アーク接触子１０１（図８参照）で構成される。
　可動側接触子は高電圧導体８に接続される可動側電極４および可動電極６と、図８に示す可動アーク接触子１０２で構成される。
　可動アーク接触子１０２に接続する中空ロッド１０６は、図１に示す絶縁支持筒７内の絶縁ロッド８１を介して、操作部に接続されている。可動電極６の先端には両電極間にノズル５が設けられる。高電圧導体８の周囲には、高電圧導体８に流れる電流を検出するための電流検出器として働く変流器５１が設けられている。
　通常、電流は固定側電極３と可動電極６間で通電している。遮断動作時には可動側接触子が動作することにより、固定側電極３と可動電極６が離れ、電流経路が固定電極３、固定アーク接触子１０１、可動アーク接触子１０２の経路に変わる。固定アーク接触子１０１と可動アーク接触子１０２が離れたときに両接触子間にアークが発生する。アークを消弧することにより、電流を遮断する。
　操作部は密閉金属容器１に隣接して設けられる操作器ケース６１内に、アクチュエータ１００を設けており、アクチュエータ１００内部には直線動作する可動子２３が配置されている。可動子２３は、密閉金属容器１を気密に保ったまま駆動できる様に設けられる直線シール部６２を通じて絶縁ロッド８１に連結されている。絶縁ロッド８１は可動電極６に連結されている。つまり、可動子２３の動作を通じて遮断部における可動電極６を動作させることが可能になる。
　アクチュエータ１００は、密閉金属容器１の表面に絶縁性ガスを封止した状態で設けられる密封端子１０を通じて電源ユニット７１と電気的に接続されている。電源ユニット７１は、更に制御ユニット７２と接続され、制御ユニット７２からの指令を受ける。
　制御ユニット７２には、変流器５１で検出した電流値が入力される。電源ユニット７１及び制御ユニット７２は、変流器５１で検出した電流値に応じて後述するアクチュエータ１００の巻線４１に供給する電流量や位相を変化させる制御機構として働く。
　図２ないし図５を用いて遮断部の構造について説明する。固定子１４は第一の磁極１１と、第一の磁極１１に対向して配置される第二の磁極１２と、第一の磁極１１と第二の磁極１２をつなぐ磁性体１３と、第一の磁極１１及び第二の磁極１２の磁極外周に設けられる巻線４１を二つ組み合わせて構成される。
　固定子１４の内部に、第一の磁極１１および第二の磁極１２に空隙を介して対向する位置に、永久磁石２１及び永久磁石２１を挟み込んで支持する磁石固定部材２２（図２参照）から構成される可動子２３を配置してアクチュエータ１００を構成する。
　永久磁石２１の着磁方向はＹ方向（図２中、上下方向）であり、隣り合う磁石毎に交互に着磁されている。磁石固定部材２２は非磁性の材料、例えば、非磁性のステンレス合金、アルミ合金、樹脂材料などが好ましいが、これに限定されるものではない。
　アクチュエータ１００は、永久磁石２１と、第一の磁極１１及び第二の磁極１２との間隔を保つため、機械的な部品を取り付ける。例えば、リニアガイド、ローラベアリング、カムフォロア、スラストベアリングなどが好ましいが、永久磁石２１と、第一の磁極１１および第二の磁極１２との間隔が保てれば、これに限定されるものでもない。
　一般的に永久磁石２１と第一の磁極１１及び第二の磁極１２の間には吸引力（Ｙ方向の力）が発生する。しかし、本構成においては、永久磁石２１と第一の磁極１１に発生する吸引力と、永久磁石２１と第二の磁極１２に発生する吸引力とが互いに逆方向になるため力が相殺され吸引力が小さくなる。そのため、可動子２３を保持するための機構が簡素化でき、可動子２３を含む可動体の質量を低減できる。
　可動体の質量を低減できるため、高加速度駆動や高応答駆動を実現することが可能になる。固定子１４と永久磁石２１が相対的にＺ方向（図２中、左右方向）に駆動するため、固定子１４を固定することにより永久磁石２１を含む可動子２３がＺ方向へ移動する。
　駆動に際しては、巻線４１に電流を流すことにより、磁界が発生し、固定子１４と永久磁石２１の相対位置に応じた推力を発生することが可能になる。また、固定子１４と永久磁石２１の位置関係と、注入する電流の位相や大きさを制御することにより、推力の大きさ、及び方向の調整が可能になる。
　可動子２３の動作制御は、開極指令および閉極指令が制御ユニット７２に入力された場合に応じて、電源ユニット７１からアクチュエータ１００における電流を通電し、電気信号をアクチュエータ１００での可動子２３の駆動力に変換することで行う。
　図３は上記したアクチュエータ１００の一単位の構成の斜視図を示している。図３から５に示す様に、第一の磁極１１と、第二の磁極１２と、第一の磁極１１と第二の磁極１２をつなぐ磁性体１３と、巻線４１と、で構成された固定子１４に対し、永久磁石２１を有する可動子がＺ方向に相対運動する。複数の永久磁石２１を磁石固定部材等により機械的に連結することにより、連続的にＺ方向の推力が得られ、駆動距離を長くすることが可能になる。
　本実施例では、第一の磁極１１と第二の磁極１２をつなぐ磁性体１３をＹ方向で分割している。これにより、巻線４１の取り付け作業性が向上する。
　さらに、第一の磁極１１と第二の磁極１２をＺ方向にずらして調整することも可能になる。第一の磁極１１と第二の磁極１２をずらして配置した場合、永久磁石の着磁方向を変えることにより推力を増加させることが可能になる。
　本実施例の様に、第一の磁極１１と第二の磁極１２で可動子２３を挟み込む様に構成することで、永久磁石２１と磁極間の吸引力が小さく、直線駆動させても駆動方向（Ｚ方向）と垂直方向（Ｘ方向およびＹ方向）のブレが極めて小さくなる。即ち、遮断器に適用する上では、操作力を伝える可動子が直線シール部６２を通過しても、直線シール部６２の変形が小さいために、シール部における機械的な負担が小さくなる。
　これは、駆動に伴う直線シール部６２（図１参照）の摺動動作不具合だけでなく、可動側電極６の接触子の傾きを防止することにもつながるので、接触摺動部のかじりや電極からの微小金属異物が発生しにくい構造となる。かじりは遮断や投入の動作不良に結びつく可能性があり、金属異物は絶縁性能低下による絶縁事故に結びつく可能性がある。また、シール変形に伴うガス遮断器内部のＳＦ6ガスが外部へ漏洩する量を低減できる。この様に様々な観点から、遮断器としての信頼性を向上させることが可能になる。
　図４は、図３の正面図である。図５は、図４において第一の磁極１１、第二の磁極１２及びそれらをつなぐ磁性体１３の関係を理解容易な様に、図４から巻線を削除した図である。両図から分かる様に、巻線４１は、第一の磁極１１と第二の磁極１２に各々に巻かれ、永久磁石２１を挟み込むように配置される。
　巻線４１と永久磁石２１が対向して配置されるため、巻線４１で発生した磁束が効率よく永久磁石２１に作用する。よって、アクチュエータを小型軽量化できる。さらに、第一の磁極１１、第二の磁極１２、第一の磁極と第二の磁極をつなぐ磁性体１３、により磁気回路が閉じており、磁気回路の経路を短くすることが可能になる。これにより、大きな推力を発生することが可能になる。また、永久磁石２１の周りが磁性体で覆われているため外部への漏れ磁束を低減でき、周りの機器への影響を低減できる。
　図６は、三単位のアクチュエータ１００ａ、１００ｂ、１００ｃをＺ方向（可動電極６の動作方向）に並んで配置した構成をしている。
　本実施例においては、具体的にアクチュエータ１００ａに対して、アクチュエータ１００ｂは電気的位相が１２０°（または６０°）、アクチュエータ１００ｃは電気的位相が２４０°（または１２０°）ずれている。このアクチュエータ配置において、各アクチュエータの巻線４１に三相交流を流すと三相のリニアモータと同様の動作が実現できる。
　三単位のアクチュエータを使用することで、各アクチュエータを三つの独立したアクチュエータとして個々に電流を制御して推力を調整することが可能になる。各アクチュエータにおける巻線には、制御機構から各々異なる大きさまたは異なる位相の電流を注入することができる。
　一つのやり方としては一つの交流電源から供給されるＵ、Ｖ、Ｗの三相電流を分けて供給することが考えられる。この場合、複数の電源を具備する必要がなく、簡便である。また、この場合、上記した密封端子も３×Ｎ個とする、同一の電流を流すアクチュエータに対しては密封端子を共有化する、等の選択肢がある。
　本構成においては、永久磁石２１と、複数のアクチュエータを用いた構成２００と、の位置関係によらず一定の推力を発生できる。さらに、制御によりブレーキ力（減衰力）を発生したり、ブレーキによって生じた電力を回生したり、電気エネルギーを効率良く使用することも可能である。
　上記の様に構成した遮断器の遮断時の動作について説明する。電力系統に異常が発生して事故電流が流れると、事故電流を検出して遮断器を開放動作させる。その結果、図１（ａ）に示す閉極状態から図１（ｂ）に示す開極状態に移行する必要がある。その際に、遮断部の特に電極間で発生したアークに対し、消弧性能を有するＳＦ6ガスを吹き付けることで、アークプラズマが消滅し、事故電流が遮断される。
　図８に基づいて本発明の操作方法を説明する。二室熱パッファ形ガス遮断器ではＳＦ6ガスを吹き付ける際のガス圧力形成を熱パッファ室１０３と機械パッファ室１０４により行う。遮断動作時に、まず機械パッファ室１０４が機械圧縮により圧力が上昇し、逆止弁１０７を介して接続される熱パッファ室１０３の圧力も上昇する。逆止弁１０７は機械パッファ室１０４から熱パッファ室１０３への気流を許容するが、その逆の気流は規制する機能を有する。
　固定アーク接触子１０１と可動アーク接触子１０２が開離すると固定アーク接触子１０１と可動アーク接触子１０２間にアークが発生する。発生したアーク熱が流入することにより熱パッファ室１０３内の圧力が上昇する。
　熱パッファ室１０３内の圧力が機械パッファ室１０４の圧力より高くなると逆止弁１０７が閉じられるため、機械パッファ室１０４の圧力は必要以上に上昇せず、パッファ反力が抑えられる。また機械パッファ室１０４には放圧弁１０８も設けられているため、機械圧縮による圧力上昇も抑えられる。
　大電流遮断時には吹きつけガス圧力形成を熱パッファ室１０３内で主に行い、中小電流時には機械パッファ室１０４の圧力を利用して得られたガス圧力で、アークに対してガス吹付し、アーク消弧を行う。
　従来の操作器では動作途中でストローク特性を変化させることはできないが、本実施例における操作器では任意のストローク制御が可能であるため、動作途中での減速、停止などが可能となる。また本遮断器は二室熱パッファ構造をとっているため、途中でストロークを停止させても容積固定の熱パッファ室内にアークのエネルギーを取り込み、吹きつけガスの圧力形成を行うことが可能である。
　本実施例では、上記の様に複数の独立したアクチュエータ１００を備えており、開閉動作の加減速パターンを駆動の途中を含めて様々に制御可能である。この様な場合、電流波形を取り込み、それに応じて動作を制御することが可能となる。
　なお、電流波形は図８に示すように、電流検出用の変流器５１により検出可能であり、検出した電流波形を制御ユニット７２に入力することで、遮断電流に応じて最適な動作を実現することが可能である。遮断電流に依存して動作を制御する場合の例を下記にて説明する。
　以下、高電圧導体８を流れる電流を遮断する方法について説明する。図１において、高電圧導体８を流れる電流は、高電圧導体８の周囲に配置された変流器５１で測定される。測定された電流値は操作器の制御ユニット７２に送られる。制御ユニット７２内部では、電流の位相に応じた指令が電源ユニット７１に送られる。
　以下、図１１に示すストローク特性を用いて熱パッファ室１０３内に残留した高温ガスの排気方法について説明する。その前提として、図１０（従来技術を適用した場合の、遮断動作及び投入動作における可動側のストロークと、遮断部における電流波形と、パッファ室内の圧力の相関関係を示す図）に基づいて通常のストローク特性時の動作及び問題点について説明する。
　ばねや油圧操作器などでは投入位置、遮断位置が固定されており、遮断動作時のストローク位置調整はできない。また二室熱パッファ形の遮断器では、最初の遮断時に熱パッファ室１０３内に発生した高温ガスはノズル５と可動アーク接触子１０２によって形成される流路を通って排出されるのみである。
　投入動作時、機械パッファ室１０４は負圧になるが、投入用逆止弁１０９を通して密閉金属容器内１内の低温ガスが引き込まれる。熱パッファ室１０３は容積固定の為、ガス置換は行われない。
　高温ガスは電流遮断後(図１０の時刻t1)から２回目の遮断開始時間(図１０の時刻t2)まで熱パッファ室１０３内外の圧力差のみで置換される。そのため熱パッファ室１０３に残留しているガス温度の低下やガス密度回復には時間がかかる。とりわけ、最初の電流遮断から投入、再び電流遮断が始まるまでの時間が０．３から０．５秒程度と非常に短い高速再閉路遮断時の電流遮断能力の低下が懸念される。
　図８、図１１に基づいて、本発明に係る最初の電流遮断後に熱パッファ室１０３内に残った高温ガスを排気するためのストローク特性と、その時の遮断部の動作について説明する。
　熱パッファ室１０３の高温ガスを置換するために、上述の圧力差によるガス置換の他に、機械パッファ室１０４から低温ガスを流入させる。機械パッファ室１０４には投入動作時に負圧にならない様に投入用逆止弁１０９が設けられている。これにより投入動作中は密閉金属容器１内の低温ガスを機械パッファ室１０４内に引き込みながら動作し、機械パッファ室１０４内には低温ガスが充填される。
　従来の操作器では遮断・投入動作後の可動側の位置は一定であるが、本実施例で述べたような操作器を用いた場合、ストローク位置を制御できるため、可動側を遮断完了後のストローク位置ａから遮断または投入方向に動作させることもできる。
　遮断完了後のフルストローク位置に可動側が移動したときの状態を図８(ｂ)に示す。熱パッファ室１０３内の圧力が密閉金属容器１内の圧力と同じレベルに戻るまでの間(図１１の時刻t3―t4間)は熱パッファ室１０３の圧力が密閉金属容器１内の圧力に比して高い為、圧力差により熱パッファ室内の高温ガスが排出される。
　圧力差がなくなった後、図１１の時刻t4－t5において投入動作と遮断動作を一時的に行うことで、可動部が図８(a)に示す一時的に投入された状態から、再度、遮断方向に動作し図８（ｂ）に示す状態に移行する。この際、一時的な投入動作により機械パッファ室１０４に取込まれた低温ガスが圧縮され、逆止弁１０７を通して熱パッファ室１０３に取り込まれる。
　熱パッファ室１０３内の残留高温ガスの一部が熱パッファ室１０３から排出され、また、熱パッファ室１０３内の残留高温ガスが機械パッファ室１０４から取り込まれたガスと混合することで、熱パッファ室１０４内の温度を低下させることができる。これにより、高速再閉路遮断時の遮断性能の低下を防ぐことが可能となる。
　本実施例では絶縁ガスとしてＳＦ6を使用したが、絶縁ガスの種類はＳＦ6に限られるものでなく、乾燥空気・窒素ガス等他の絶縁ガスを使用できる。
　以下、双駆動型遮断器に適用した実施例について図９を参照して説明する。絶縁ノズル５の先端を連結ロッド２０１の一端に固定し、連結ロッド２０１の他端と連結レバー２０３の一端を回動自在に連結する。連結レバー２０３のほぼ中央を支持軸２０２で回動自在に固定側電極３の内周面に固定し、連結レバー２０３の他端と固定アーク接触子１０１の終端部を回動自在に連結する。
　このような構成により、可動側が遮断動作を開始すると固定アーク接触子１０１は可動側と対向する方向に動作する。このような双駆動型遮断器においても、上記実施例に明示したアクチュエータ１００を用いた操作方法により、同様の効果を奏することができる。
　本実施例では、図１２（遮断動作及び投入動作における可動側のストロークと、遮断部における電流波形と、パッファ室内の圧力の相関関係を示す図）に示すに示すストローク特性を用いて熱パッファ室１０３内に残留している高温ガスを冷却することができる。
　本実施例において、電流遮断完了時刻（図１２のｔ6）までは通常の遮断動作を行う。遮断完了後は熱パッファ室１０３内の圧力が密閉金属容器１の圧力に対して高いため、圧力差がなくなるまでストロークｂの位置で停止させ、圧力差によるガス置換で熱パッファ室１０３内の高温ガスを排出する。圧力差がなくなると排出速度が遅くなるため圧力差がなくなった後（図１２の時刻ｔ7)に再び遮断動作を行う。
　図１２の時刻ｔ7―ｔ8間における遮断動作により機械パッファ室１０４内の低温ガスが圧縮され熱パッファ室１０３内に送り込まれるので、高速再閉路遮断時の遮断性能低下を防ぐことが可能となる。
　図８の（ａ）、（ｂ）と図１３に基づいて、電流零点におけるアークに対する高圧のガスを吹き付ける方法について説明する。熱パッファ室１０３内のガス圧力は電流とノズル５内の流路面積に依存する。圧力発生源であるアーク発生空間からエネルギーが供給され熱パッファ室１０３内の圧力が上昇する。
　電流零点に近づくとエネルギー供給量が減少し、アーク発生空間と熱パッファ室１０３内の圧力が逆転し、アークへのガス吹付が開始される。そのとき吹き付けられたガスはノズルスロート部(流路断面積:ＳB)を通り固定子アーク接触子１０１とノズル５の間(流路断面積:ＳA)を抜けて、ノズル５下流側に排出される。
　電流零点を迎える前に固定アーク接触子１０１がノズルスロート部を抜けきってしまうと（すなわち、図８に示す流路面積関係がＳA＞ＳBになると）、電流零点時前に圧力低下が大きくなり、図１３の圧力特性Ｓ2になり電流零点時におけるアークへのガス吹付能力が低下する。
　また圧力低下を防ぐために流路面積を極端に狭めると、電流零点におけるアークへのガス吹付圧力が低下し、ガスがノズル下流側へ抜けにくくなってしまう。
　そのため本実施例では、図１３のようなストローク特性をとることにより、圧力低下と電流零点後の電極間でのガス滞留による極間絶縁性能低下を防ぐことを目的とする。
　図１３を用いて、上記を実現するための遮断機の操作方法について説明する。開極指令と同時に遮断動作を開始させ、図１３の電流零点時刻直前のt9－t10において遮断部を減速または停止させる。
　この時の遮断部の流路面積関係がＳA≒ＳBとなるようストローク位置ｃにすることでＳ1のような圧力特性を実現できるので、電流零点における熱パッファ室１０３内の圧力低下を防ぐことができる。
　遮断部の流路面積関係がＳA≒ＳBとなるストローク位置ｃにおいてはガス排出面積が狭く十分でないため、電流遮断(時刻ｔ10)後は速やかにフルストローク位置ａまで遮断動作させることにより、極間の熱ガスを効率的に排気させ、極間の絶縁性能の低下を防ぐ。
　上記実施例では、電流零点時における熱パッファ室１０３内の圧力低下を防ぐ操作方法を説明したが、高速再閉路遮断時の遮断性能低下を防ぐため、フルストローク位置aに達した後、実施例１、２で説明した操作方法を更に採ることにより、熱パッファ室１０３内のガス温度を低下させることで、より遮断性能のよいパッファ形ガス遮断器を提供することができる。
１　密閉金属容器
３　固定側電極
４　可動側電極
５　ノズル
６　可動電極
７　絶縁支持筒
８　高電圧導体
１１　第一の磁極
１２　第二の磁極
１３　磁性体
１４　固定子
２１　永久磁石
２２　磁石固定部材
２３　可動子
２４　可動子連結部品
３０　固定板
３１　スペーサ
４１　巻線
５１　変流器
６１　操作器ケース
６２　直線シール部
７１　電源ユニット
７２　制御ユニット
７３　蓄電ユニット
８１　絶縁ロッド
１００　アクチュエータ
１０１　固定アーク接触子
１０２　可動アーク接触子
１０３　熱パッファ室
１０４　機械パッファ室
１０５　固定ピストン
１０６　中空ロッド
１０７　逆止弁
１０８　放圧弁
１０９　投入用逆止弁

Claims (6)

  1. 　絶縁性ガスが封入される密閉金属容器と、該密閉金属容器内に配置される固定側接触子と、該固定側接触子に対して接触及び開離する可動側接触子と、開極時において前記固定側接触子と前記可動側接触子の間に発生するアークに対して放出する絶縁ガスを有する容積固定の熱パッファ室と、前記固定側接触子及び前記可動側接触子に電気的に接続される主回路導体と、永久磁石または磁性体をＮ極およびＳ極を交互に反転させつつ前記可動側接触子の動作方向に配置した可動子と、該可動子のＮ極及びＳ極に対向して配置されると共に電流が流れる巻線を有し、該巻線による磁力によって操作力を発生させて、前記可動側接触子に操作力を与える固定子と、前記主回路導体を流れる電流を検出する電流検出器と、該電流検出器で検出した電流値に応じて前記巻線に供給する電流量を変化させる制御機構を有する、パッファ形ガス遮断器の操作方法であって、
    　前記可動側接触子を遮断完了位置から再投入する前に一旦動作させることを特徴とするパッファ形ガス遮断器の操作方法。
  2. 　請求項１において、
    　前記動作は前記可動側接触子を一旦投入方向に動作させた後、再度遮断方向に動作させることを特徴とする、パッファ形ガス遮断器の操作方法。
  3. 　請求項１において、
    　前記動作は、前記可動側接触子を一旦更に遮断方向に動作させることを特徴とする、パッファ形ガス遮断器の操作方法。
  4. 　請求項１において、
    　更に、遮断動作時に前記固定側接触子がノズルスロート部を抜けた後のノズルと前記固定接触子の間で形成されるガス流路断面積と前記ノズルスロート部の断面積が同じになる位置で前記可動側接触子を一旦停止することを特徴とする、パッファ形ガス遮断器の操作方法。
  5. 　請求項２において、
    　更に、遮断動作時に前記固定側接触子がノズルスロート部を抜けた後のノズルと前記固定接触子の間で形成されるガス流路断面積と前記ノズルスロート部の断面積が同じになる位置で前記可動側接触子を一旦停止することを特徴とする、パッファ形ガス遮断器の操作方法。
  6. 　請求項３において、
    　更に、遮断動作時に前記固定側接触子がノズルスロート部を抜けた後のノズルと前記固定接触子の間で形成されるガス流路断面積と前記ノズルスロート部の断面積が同じになる位置で前記可動側接触子を一旦停止することを特徴とする、パッファ形ガス遮断器の操作方法。
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