WO2021070409A1 - 断路器およびガス絶縁開閉装置 - Google Patents

断路器およびガス絶縁開閉装置 Download PDF

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WO2021070409A1
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spiral
electrode
disconnector
arc
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宏和 古井
淳 額賀
六戸　敏昭
山根　雄一郎
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株式会社日立製作所
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    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/02—Details
    • H01H33/04—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
    • H01H33/12—Auxiliary contacts on to which the arc is transferred from the main contacts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
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    • H01H33/02—Details
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    • H01H33/18—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts using blow-out magnet
    • H—ELECTRICITY
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    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/60—Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/64—Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid wherein the break is in gas
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02B—BOARDS, SUBSTATIONS OR SWITCHING ARRANGEMENTS FOR THE SUPPLY OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02B13/00—Arrangement of switchgear in which switches are enclosed in, or structurally associated with, a casing, e.g. cubicle
    • H02B13/02—Arrangement of switchgear in which switches are enclosed in, or structurally associated with, a casing, e.g. cubicle with metal casing
    • H02B13/035—Gas-insulated switchgear

Definitions

  • the present invention relates to a disconnector and a gas-insulated switchgear.
  • gas-insulated switching devices are installed for the purpose of protecting these equipment.
  • application to underground substations in urban areas and improvement of economic efficiency have been required, and it is necessary to make the equipment compact.
  • an arc electrode intended to control the arc discharge path in order to prevent damage to the main contactor for energization or the shield due to the arc discharge generated when the disconnector is opened is used.
  • an arc electrode is arranged on the disconnector fixing side and an arc electrode is arranged on the mover on the movable side, and the arc electrode of the stator and the mover are electrically connected.
  • a method of improving the breaking performance and efficiently breaking the arc discharge in a short time a method of generating a magnetic field and using an electromagnetic force is known, and a structure using a permanent magnet and a spiral electrode for driving an arc are used.
  • the structure used can be mentioned.
  • a permanent magnet is arranged inside the arc electrode, and a smooth and continuous annular arc traveling portion for facilitating the rotation of the arc is provided at the tip of the arc electrode to open the arc electrode. It has a configuration in which an arc generated at an extreme time is ignited in an arc traveling portion and the arc is rotationally moved by a permanent magnet to improve current cutoff performance.
  • an electrode in which a spiral groove is cut in a substantially disk electrode is arranged as an arc traveling portion at the tip of the arc electrode on the fixed side and the movable side.
  • the arc is rotationally moved by magnetic drive to improve the current cutoff performance.
  • an object of the present invention is to provide a disconnector and a gas-insulated switchgear having a structure for preventing electrolytic concentration at the opening end of a spiral electrode.
  • One aspect of the disconnector of the present invention for achieving the above object has a closed container in which an insulating gas is sealed and a pair of arc contacts arranged to face each other inside the closed container.
  • One of the pair of arc contacts is provided with a spiral electrode having a spiral groove provided in a direction of rotation around the axis of the arc contact, and the end of the spiral groove of the spiral electrode is closed.
  • the cross-sectional area of the inlet portion of the spiral electrode is larger than the cross-sectional area of the outlet portion of the spiral electrode.
  • one aspect of the gas-insulated switch of the present invention is characterized by including the disconnector of the present invention described above.
  • a disconnector and a gas-insulated switchgear having a structure for preventing electrolytic concentration at the opening end of the spiral electrode.
  • FIG. 1A Front view of the fixed side spiral electrode of the first embodiment Sectional drawing of the fixed side spiral electrode of Example 1 Schematic cross-sectional view of the disconnector of Example 1 Enlarged view of the main part of the gas-insulated switchgear of FIG. The figure which shows the state in the middle of opening a pole of the gas insulation switch of FIG. Schematic diagram showing the relationship between current, magnetic field, and electromagnetic force during arc firing in the mid-opening state Plan view of the movable arc contactor of the second embodiment Sectional drawing of movable side arc contactor of Example 2
  • FIG. 1A is a plan view of the movable side spiral electrode of the first embodiment
  • FIG. 1B is a cross-sectional view of the movable side spiral electrode of the first embodiment.
  • the movable side spiral electrode 1 is made of a metal having arc resistance
  • the spiral groove 2 is formed in two directions (2a, 2b) counterclockwise from the center toward the outer peripheral portion. ).
  • the feature of the movable side spiral electrode 1 of this embodiment is that the spiral groove end portion 3 is not opened, and the spiral groove 2 is provided so that the spiral inlet portion cross-sectional area 4 is larger than the spiral exit portion cross-sectional area 5.
  • the direction of the spiral groove 2 may be from the center toward the outer peripheral portion, and may be provided clockwise. Further, if the cross-sectional area 4 of the spiral inlet portion is larger than the cross-sectional area 5 of the spiral outlet portion, the number of spiral grooves is not limited.
  • the spiral groove has a concave shape when the cross section of the movable side spiral electrode 1 is viewed so that the arc ignites at the outer peripheral portion of the movable side spiral electrode 1 to increase the arc magnetic driving force.
  • FIG. 2 is a plan view illustrating the current flowing when an arc lands on the movable side spiral electrode of FIG. 1A.
  • the forward current 7 flowing in the forward direction of the spiral from the firing point 6 toward the center and the firing point 6 to the center Reverse currents 8 that flow in the opposite directions of the spiral flow toward.
  • the values of the forward current 7 and the reverse current 8 are determined by the resistance value from the ignition point 6 to the center.
  • the spiral groove 2 is provided so that the spiral inlet cross-sectional area 4 is sufficiently larger than the spiral outlet cross-sectional area 5, and the forward current 7 is larger than the reverse current 8. Magnetic driving force can be secured.
  • FIG. 3A is a front view of the fixed side spiral electrode of the first embodiment
  • FIG. 3B is a cross-sectional view of the fixed side spiral electrode of the first embodiment.
  • the fixed side spiral electrode 9 is made of a metal having arc resistance
  • the spiral groove 2 is formed in two directions (2a, 2b) clockwise from the center toward the outer peripheral portion. It is provided.
  • the number of spiral grooves on the fixed side spiral electrode may be at least one.
  • the direction of the spiral groove 2 in the fixed side spiral electrode 9 may be opposite to the direction of the spiral groove 2 provided in the movable side spiral electrode 1. For example, if the direction of the spiral groove 2 of the movable side spiral electrode 1 is counterclockwise, the direction of the spiral groove 2 of the fixed side spiral electrode 9 is clockwise, and vice versa. If the direction of is clockwise, the direction of the spiral groove 2 of the fixed side spiral electrode 9 is counterclockwise.
  • the cross section of the fixed side spiral electrode 9 is concave so that the arc ignites at the outer peripheral portion.
  • the fixed-side spiral electrode 9 has the spiral groove opening 10, even if the arc is isolated at the ignition point 6, the reverse current from the ignition point 6 toward the center direction. Since only 8 flows through the fixed side spiral electrode 9, the magnetic driving force is high.
  • the fixed-side spiral electrode 9 has the spiral groove opening 10, the electric field is concentrated at the end of the spiral groove, and the withstand voltage is lowered.
  • the movable side spiral electrode 1 is provided with a spiral groove 2 so that the spiral inlet cross-sectional area 4 is sufficiently larger than the spiral outlet cross-sectional area 5 without opening the spiral groove, and the forward current 7 is provided. Is larger than the reverse current 8, so that the electric field concentration can be relaxed and the withstand voltage can be increased while ensuring the magnetic driving force.
  • the spiral groove 2 of the spiral electrode 1 is double-wound, but triple-wound or more may be used, but double-wound is preferable because the thickness of the spiral electrode 1 does not become too large.
  • the cross-sectional area 4 of the inlet portion of the spiral electrode 1 is preferably three times or more the cross-sectional area 5 of the outlet portion. With such a configuration, a sufficient magnetic driving force can be obtained.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the disconnector of the first embodiment.
  • the disconnector 100 has a closed container 12. Inside the closed container 12, a gas compartment is formed by an insulating spacer 13, and the gas compartment is filled with an insulating gas.
  • Insulating gas includes negative gas such as SF 6 having high insulating property, dry air, nitrogen, carbon dioxide, SF 6 / N 2 mixed gas containing negative gas, and N 2 / O not containing negative gas. 2 A mixed gas or the like is sealed as an insulating gas.
  • An embedded conductor 14 is provided at the center of the insulating spacer 13.
  • the electric field relaxation shields 17 and 18 are provided on the facing portions of the high voltage conductors 15 and 16 which are electrically insulated from the closed container 12 and are arranged so as to face each other at a predetermined insulation distance.
  • the mover 19 arranged on the high voltage conductor 16 side is configured to be movable on its axis via an insulating operation rod 20 by an external actuator (not shown). Further, a fixed-side main contact 21 is arranged inside the high-voltage conductor 15, and a movable-side main contact 22 is arranged inside the electric field relaxation shield 18 on the high-voltage conductor 16 side. The movable side main contactor 22 keeps the mover 19 electrically connected to the high voltage conductor 16 at all times.
  • FIG. 5 is an enlarged view of the main part of the gas-insulated switchgear of FIG.
  • a rod 23 for fixing the fixed-side spiral electrode 9 and a pedestal 24 thereof are arranged, and a spring 25 is arranged on the rear surface of the pedestal 24.
  • the pedestal 24 for fixing the rod is made of metal and is electrically connected because it is in contact with the inner peripheral surface of the fixed side main contactor 21.
  • a fixed-side spiral electrode 9 is fixed to the tip of the rod 23 on the pedestal 24 for fixing the rod, and a movable-side spiral electrode 1 is attached to the tip of the mover 19 so as to face the fixed-side spiral electrode 9.
  • the fixed side spiral electrode 9 and the movable side spiral electrode 1 are in contact with each other and are electrically connected to each other.
  • the mover 19 In the closed state of the gas-insulated switch, the mover 19 has its tip inserted into the electric field relaxation shield 17 and comes into contact with the fixed-side main contact 21. In the closed pole state, a current passage of a high voltage conductor 15, a fixed side main contact 21, a mover 19, a movable side main contact 22, and a high voltage conductor 16 is formed.
  • the mover 19 moves in the right opening direction.
  • the mover 19 is separated from the fixed-side main contact 21 shown in FIG. 4, and the current passage flowing through the contact portion is cut off.
  • the spring 25 is compressed and urged in the closed pole state, the rod fixing frame 24, the rod 23, the fixed side spiral electrode 9, and the movable side spiral electrode 1 are integrally opened to the right. It moves in the polar direction following the movement of the mover 19. At this time, the operation is performed while contacting the fixed side spiral electrode 9 and the movable side spiral electrode 1.
  • the high-voltage conductor 15 the fixed-side main contact 21, the rod fixing mount 24, the rod 23, the fixed-side spiral electrode 9, the movable-side spiral electrode 1, the mover 19, the movable-side main contact 22, and the high-voltage conductor.
  • a current passage of 16 is formed.
  • FIG. 6 is a diagram showing a state in which the gas-insulated switch of FIG. 5 is being opened.
  • the rod fixing pedestal 24 is stopped from moving to the right by the fixing side main contactor 21.
  • the fixed-side spiral electrode 9 is inside the electric field relaxation shield 17, and the movable-side spiral electrode 1 and the fixed-side spiral electrode 9 are opened by the subsequent opening operation of the mover 19, and between the two electrodes.
  • the arc 25 is generated, and the current cutoff is completed while repeating the re-roll call. If a high recovery voltage is applied when the current is cut off, a re-call or a ground fault will occur starting from the high electric field location, and the cutoff will not be established.
  • the fixed-side spiral electrode 9 is inside the electric field relaxation shield 17, the electric field at the spiral groove opening 10 of the fixed-side spiral electrode 9 shown in FIG. 3 can be suppressed low. Since the movable side spiral electrode 1 is outside the electric field relaxation shield 18, as shown in FIG. 1, the spiral groove end portion (end portion) 3 is not opened to reduce the electric field by eliminating the portion where the electrode becomes sharp. ing.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing the relationship between the current, the magnetic field, and the electromagnetic force when the arc is ignited in the mid-opening state.
  • a cross-sectional view of the fixed-side spiral electrode 9 and the movable-side spiral electrode 1 is used to illustrate the relationship between the current, the magnetic field, and the electromagnetic force at the time of arc firing in the mid-opening state, and the magnetism at the time of arc firing is shown.
  • the driving principle will be described in detail.
  • the axis Z is the central axis of the fixed side spiral electrode 9 and the movable side spiral electrode 1
  • the axis R is an axis oriented in the radial direction from the central axis.
  • the fixed-side spiral electrode 9 and the movable-side spiral electrode 1 are arranged so as to face each other with the same center, and the direction of the spiral groove 2 in the fixed-side spiral electrode 9 is the spiral groove provided in the movable-side spiral electrode 1. Make it in the opposite direction to 2. For example, if the direction of the spiral groove 2 of the movable side spiral electrode 1 is counterclockwise, the direction of the spiral groove 2 of the fixed side spiral electrode 9 is clockwise, and vice versa. If the direction of is clockwise, the direction of the spiral groove 2 of the fixed side spiral electrode 9 is counterclockwise.
  • the current I flows from the rod 23 via the fixed side spiral electrode 9, an arc 25 is generated between the fixed side spiral electrode 9 and the movable side spiral electrode 1, and the current I is generated through the movable side spiral electrode 1 through the mover 19. Flow toward.
  • the fixed-side spiral electrode 9 and the movable-side spiral electrode 1 have a spiral groove 2
  • the fixed-side spiral electrode 9 is in the front direction of the paper surface above the central axis and in the depth direction of the paper surface below the central axis.
  • a current flows in the depth direction of the paper surface above the central axis and in the front direction of the paper surface below the central axis. Therefore, a magnetic field is generated in the radial direction from the center with respect to the central axis, and a magnetic driving force acts on the arc.
  • the reverse current 8 also flows through the spiral groove 2 on the movable side spiral electrode 1, but it is considered that the forward current 7 is sufficiently larger than the reverse current 8, and only the forward current 7 is shown in FIG. did.
  • FIG. 8A is a plan view of the movable arc contactor of the second embodiment
  • FIG. 8B is a cross-sectional view of the movable arc contactor of the second embodiment.
  • the flat plate type movable arc contactor 26 is not provided with the spiral groove 2 as shown in FIG. 1, there is no magnetic driving force for the arc, but there is no electric field concentration in the groove or the like, and the withstand voltage can be increased.
  • the flat plate type movable side arc contact 26 shown in FIG. 8 is arranged at the tip of the mover 19 to be magnetic. The withstand voltage between electrodes can be increased while ensuring the driving force.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes various modifications.
  • the above-described embodiment has been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and is not necessarily limited to those having all the described configurations.
  • it is possible to replace a part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment and it is also possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment.
  • the present invention can be applied not only to a light emitting device but also to an illuminometer and a light receiving device that converts an optical signal into an electric signal.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Arc-Extinguishing Devices That Are Switches (AREA)
  • Gas-Insulated Switchgears (AREA)

Abstract

スパイラル電極の開口部端における電解集中を防止する構造を有する断路器およびガス絶縁開閉装置を提供する。　本発明の断路器は、絶縁性のガスが密閉された密閉容器と、密閉容器の内部に対向して配置された一対のアーク接触子と、を有し、一対のアーク接触子の一方には、アーク接触子の軸の周りに回転する方向に設けられたスパイラル溝（２）を有するスパイラル電極（１）が設けられ、スパイラル電極（１）のスパイラル溝（２）の端部（３）が閉じた構成を有しており、スパイラル電極（１）の入口部の断面積（４）が、スパイラル電極（１）の出口部の断面積（５）よりも大きいことを特徴とする。

Description

断路器およびガス絶縁開閉装置
　本発明は、断路器およびガス絶縁開閉装置に関する。
　高電圧大容量の電力系統を設備として有する高電圧発電所や変電所等の施設では、これらの設備の保護を目的として、ガス絶縁開閉装置が配置されている。近年、都市部の地下変電所への適用や経済性の向上が求められており、機器のコンパクト化が必要となっている。一般にガス絶縁開閉装置では、断路器の開極時に発生するアーク放電によって通電用の主接触子、もしくはシールドが損傷するのを抑制するためにアーク放電路を制御することを目的としたアーク電極が配置されている。断路器固定側にはアーク電極を、可動側には可動子にアーク電極を夫々配置し、固定子と可動子のアーク電極間を電気的に接続した構造が知られている。
　遮断性能を向上してアーク放電を短時間で効率良く遮断させる方法として、磁界を発生させて電磁力を利用する方法が知られており、永久磁石を利用した構造、アーク駆動用のスパイラル電極を利用した構造が挙げられる。
　特許文献１に記載の永久磁石を利用した方法は、アーク電極内部に永久磁石を配置し、またアーク電極先端部にアークの回転を容易にする滑らかで連続した環状のアーク走行部を設け、開極時に発生するアークを、アーク走行部に点弧させると共に、アークを永久磁石によって回転運動させて電流遮断性能を向上させる構成を有する。
　一方、特許文献２に記載のスパイラル電極を利用した方法では、固定側と可動側のアーク電極先端に、アーク走行部として略円盤電極にスパイラル状の溝を切った電極（スパイラル電極）を配置し、アーク電流が電極に沿って通電することによって、磁気駆動によりアークを回転運動させて電流遮断性能を向上させる構成を有する。これらのガス絶縁開閉器は、操作器の小型軽量化が図れ、また、操作器の操作力低減によって機器の信頼性にも優れる。
特開２００３－３４６６１１号公報 特開２００８－１７６９４２号公報
　しかしながら、従来の電磁力によるアーク駆動方式のガス絶縁開閉器にあっては、スパイラル電極におけるスパイラル上の溝には開口部があり、開口部端で電界が集中して極間耐電圧が低下する恐れがある。この電界集中により、電流遮断直後の過渡回復電圧に耐圧せずに再点弧を繰り返してアーク時間および電極溶損量が増加する課題がある。
　本発明は、上記事情に鑑み、スパイラル電極の開口部端における電解集中を防止する構造を有する断路器およびガス絶縁開閉装置を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するための本発明の断路器の一態様は、絶縁性のガスが密閉された密閉容器と、密閉容器の内部に対向して配置された一対のアーク接触子と、を有し、一対のアーク接触子の一方には、アーク接触子の軸の周りに回転する方向に設けられたスパイラル溝を有するスパイラル電極が設けられ、スパイラル電極のスパイラル溝の端部が閉じた構成を有しており、スパイラル電極の入口部の断面積が、スパイラル電極の出口部の断面積よりも大きいことを特徴とする。
　また、本発明のガス絶縁開閉器の一態様は、上述した本発明の断路器を備えたことを特徴とする。
　本発明のより具体的な構成は、特許請求の範囲に記載される。
　本発明によれば、スパイラル電極の開口部端における電解集中を防止する構造を有する断路器およびガス絶縁開閉装置を提供することができる。
　上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
実施例１の断路器が備える可動側スパイラル電極の平面図 実施例１の断路器が備える可動側スパイラル電極の断面図 図１Ａの可動側スパイラル電極にアークが着弧した際に流れる電流した平面図 実施例１の固定側スパイラル電極の正面図 実施例１の固定側スパイラル電極の断面図 実施例１の断路器の断面模式図 図４のガス絶縁開閉装置の主要部拡大図 図５のガス絶縁開閉器の開極途中状態を示す図 開極途中状態におけるアーク点弧時の電流、磁場、電磁力の関係を示す模式図 実施例２の可動側アーク接触子の平面図 実施例２の可動側アーク接触子の断面図
　以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
　まず始めに、本発明の断路器を構成するスパイラル電極について説明する。図１Ａは実施例１の可動側スパイラル電極の平面図であり、図１Ｂは実施例１の可動側スパイラル電極の断面図である。図１Ａおよび図１Ｂに示すように、可動側スパイラル電極１は、耐アーク性を有する金属により構成されており、スパイラル溝２が中心から外周部に向かって反時計回りに２方向（２ａ，２ｂ）に設けられている。
　本実施例の可動側スパイラル電極１の特徴は、スパイラル溝終端部３は開口せず、さらに、スパイラル入口部断面積４がスパイラル出口部断面積５より大きくなるように、スパイラル溝２が設けられている。このスパイラル溝２の向きは、中心から外周部に向かっていればよく、時計回りに設けてもよい。また、スパイラル入口部断面積４がスパイラル出口部断面積５より大きいようであれば、スパイラル溝の数に制限は無い。アークが可動側スパイラル電極１の外周部で着弧してアーク磁気駆動力を高めるように、スパイラル溝は、可動側スパイラル電極１の断面を見た時に、凹型の形状としている。
　図２は図１Ａの可動側スパイラル電極にアークが着弧した際に流れる電流を図示した平面図である。図２に示すように、アークが点弧箇所６に着弧した際には、点弧箇所６から中心部に向かってスパイラルの順方向に流れる順方向電流７と、点弧箇所６から中心部に向かってスパイラルの逆方向に流れる逆方向電流８がそれぞれ流れる。アークの磁気駆動力を高めるためには、順方向電流７を逆方向電流８より大きくする必要がある。順方向電流７と逆方向電流８の値は、点弧箇所６から中心までの抵抗値で決まる。本発明によれば、スパイラル入口部断面積４がスパイラル出口部断面積５より十分に大きくなるようにスパイラル溝２が設けられており、順方向電流７が逆方向電流８よりも大きくなるため、磁気駆動力を確保できる。
　図３Ａは実施例１の固定側スパイラル電極の正面図であり、図３Ｂは実施例１の固定側スパイラル電極の断面図である。固定側スパイラル電極９は、可動側スパイラル電極１と同様に、耐アーク性を有する金属により構成されており、スパイラル溝２が中心から外周部に向かって時計回りに２方向（２ａ，２ｂ）に設けられている。
　固定側スパイラル電極のスパイラル溝の数は、少なくとも一つ以上あればよい。固定側スパイラル電極９におけるスパイラル溝２の方向は、可動側スパイラル電極１に設けたスパイラル溝２に対して反対方向にすればよい。たとえば、可動側スパイラル電極１のスパイラル溝２の方向が反時計回りであれば固定側スパイラル電極９のスパイラル溝２の方向は時計回りであり、その反対に、可動側スパイラル電極１のスパイラル溝２の方向が時計回りであれば固定側スパイラル電極９のスパイラル溝２の方向は反時計回りである。
　固定側スパイラル電極９の断面は、可動側スパイラル電極１と同様に、アークが外周部で点弧するように凹型としている。図３Ａに示すように、固定側スパイラル電極９はスパイラル溝開口部１０を有しているため、点弧箇所６にアークが着孤しても、点弧箇所６から中心方向に向かう逆方向電流８のみが固定側スパイラル電極９には流れるため、磁気駆動力が高い。
　しかしながら、固定側スパイラル電極９はスパイラル溝開口部１０を有するため、スパイラル開口部端において電界が集中し、耐圧が低下する。本発明によれば、可動側スパイラル電極１はスパイラル溝を開口せずに、スパイラル入口部断面積４がスパイラル出口部断面積５より十分に大きくなるようにスパイラル溝２を設けて順方向電流７が逆方向電流８より大きくなるため、磁気駆動力を確保しつつ電界集中を緩和して耐電圧を高めることができる。
　図１では、スパイラル電極１のスパイラル溝２を２重巻としているが、３重巻以上であっても良いが、２重巻がスパイラル電極１の厚みが大きくなり過ぎず、好ましい。
　スパイラル電極１の入口部の断面積４は、出口部の断面積５の３倍以上であることが好ましい。このような構成とすることで、十分な磁気駆動力を得ることができる。
　図４は実施例１の断路器の断面模式図である。図４に示すように、断路器１００は、密閉容器１２を有する。密閉容器１２内は、絶縁スペーサ１３によってガス区画が形成され、このガス区画内には絶縁性ガスが満たされている。絶縁性ガスとしては、絶縁性の高いＳＦ６などの負性ガス、乾燥空気、窒素、二酸化炭素、負性ガスを含んだＳＦ６／Ｎ２混合ガス、負性ガスを含まないＮ２／Ｏ２混合ガスなどが絶縁性ガスとして封入されている。
　絶縁スペーサ１３の中心部には埋め込み導体１４が設けられている。密閉容器１２から電気的に絶縁した状態で所定の絶縁距離を隔てて対向配置した高電圧導体１５、１６の対向部に、それぞれ電界緩和用シールド１７、１８を設けられている。
　高電圧導体１６側に配置した可動子１９は、図示しない外部操作器によって絶縁操作ロッド２０を介してその軸線上を移動可能に構成されている。また、高電圧導体１５の内部には固定側主接触子２１が、高電圧導体１６側の電界緩和用シールド１８内部には可動側主接触子２２が配置され、この固定側主接触子２１と可動側主接触子２２によって、可動子１９は常時、高電圧導体１６と電気的な接続状態を保持している。
　図５は図４のガス絶縁開閉装置の主要部拡大図である。断路器固定側の固定側主接触子２１の内側には、固定側スパイラル電極９を固定するためのロッド２３と、その架台２４が配置され、この架台２４の後面にはばね２５が配置されている。ロッド固定用の架台２４は金属であり、固定側主接触子２１の内周面と接触しているため電気的に接続されている。ロッド固定用の架台２４には固定側スパイラル電極９がロッド２３の先端に固定されており、固定側スパイラル電極９と対向するように可動子１９先端部に可動側スパイラル電極１が取り付けられており、固定側スパイラル電極９と可動側スパイラル電極１がそれぞれ接触し電気的に接続されている。
　ガス絶縁開閉器の閉極状態で、可動子１９は先端部を電界緩和用シールド１７内まで入り込ませて固定側主接触子２１と接触する。閉極状態で、高電圧導体１５、固定側主接触子２１、可動子１９、可動側主接触子２２、高電圧導体１６という電流通路が形成されている。
　次に、上述した断路器の電流遮断動作について説明する。図４の閉極状態から図示しない外部操作器によって絶縁操作ロッド２０を時計方向に回転して開極操作力を与えると、可動子１９は右方の開極方向に移動することになる。先ず、図４に示した固定側主接触子２１から可動子１９が開離して、同接触部を介して流れていた電流通路は遮断される。しかし、閉極状態ではばね２５を圧縮して付勢した状態にあるため、ロッド固定用の架台２４、ロッド２３、固定側スパイラル電極９、可動側スパイラル電極１は一体となって右方の開極方向に可動子１９の動作に追従して移動する。このとき、固定側スパイラル電極９、可動側スパイラル電極１に接触しながら動作する。そのため、高電圧導体１５、固定側主接触子２１、ロッド固定用の架台２４、ロッド２３、固定側スパイラル電極９、可動側スパイラル電極１、可動子１９、可動側主接触子２２、高電圧導体１６という電流通路が形成される。
　図６は図５のガス絶縁開閉器の開極途中状態を示す図である。その後、図６に示すように、固定側主接触子２１によりロッド固定用架台２４は右方向への移動が停止する。このとき、固定側スパイラル電極９は電界緩和用シールド１７の内側にあり、その後の可動子１９の開極動作によって可動側スパイラル電極１と固定側スパイラル電極９が開極し、両者の電極間にアーク２５が発生し、再点呼を繰り返しながら電流遮断が完了する。電流遮断時に高い回復電圧が印加された場合には、高電界箇所を起点とした再発呼、または、地絡などが生じ遮断が成立しない。
　図６に示すように、固定側スパイラル電極９は電界緩和用シールド１７の内側にあるため、図３に示した固定側スパイラル電極９のスパイラル溝開口部１０における電界を低く抑えることができる。可動側スパイラル電極１は電界緩和用シールド１８の外側にあるため、図１に示すようにスパイラル溝終端部（端部）３を開口しない構成として電極が鋭利となる部分をなくして電界を低減している。
　図７は開極途中状態におけるアーク点弧時の電流、磁場、電磁力の関係を示す模式図である。図７では、固定側スパイラル電極９と可動側スパイラル電極１の断面図を用いて、開極途中状態におけるアーク点弧時の電流、磁場および電磁力の関係を図示し、アーク点弧時の磁気駆動の原理を詳細に説明する。図７中、軸Ｚは固定側スパイラル電極９と可動側スパイラル電極１の中心軸、軸Ｒは中心軸から径方向を向いた軸である。
　実施例１では、固定側スパイラル電極９と可動側スパイラル電極１は中心を同一として対向した配置であり、固定側スパイラル電極９におけるスパイラル溝２の方向は、可動側スパイラル電極１に設けたスパイラル溝２に対して反対方向にする。例えば、可動側スパイラル電極１のスパイラル溝２の方向が反時計回りであれば固定側スパイラル電極９のスパイラル溝２の方向は時計回りであり、その反対に、可動側スパイラル電極１のスパイラル溝２の方向が時計回りであれば固定側スパイラル電極９のスパイラル溝２の方向は反時計回りである。
　電流Ｉはロッド２３から固定側スパイラル電極９を介して流れ、アーク２５が固定側スパイラル電極９と可動側スパイラル電極１の間に発生し、電流Ｉは可動側スパイラル電極１を介して可動子１９に向かって流れる。
　図７に示すように、固定側スパイラル電極９と可動側スパイラル電極１にはスパイラル溝２があるため、固定側スパイラル電極９では中心軸より上部では紙面手前方向、中心軸より下部では紙面奥行き方向に向かって電流が流れ、可動側スパイラル電極１では中心軸より上部では紙面奥行き方向、中心軸より下部では紙面手前方向に向かって電流が流れる。そのため、中心軸に対して中心から径方向に向かう磁場が生成され、アークには磁気駆動力が働く。実際には、可動側スパイラル電極１にはスパイラル溝２に対して逆方向電流８も流れるが、順方向電流７が逆方向電流８より十分大きいと考え、図７では順方向電流７のみを図示した。
　図８Ａは実施例２の可動側アーク接触子の平面図であり、図８Ｂは実施例２の可動側アーク接触子の断面図である。平板型可動側アーク接触子２６では、図１に示すようなスパイラル溝２は設けていないため、アークの磁気駆動力はないが、溝部などにおける電界集中がなく耐電圧を高めることができる。固定側スパイラル電極９のみで十分に磁気駆動力を確保して遮断性能を高めることができる場合は、可動子１９先端に図８に示す平板型可動側アーク接触子２６を配置した構成により、磁気駆動力を確保しつつ極間耐電圧を高めることができる。
　なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。また本発明は発光装置のみでなく、照度計や、光信号を電気信号に変換する受光装置にも適用できる。
　１…可動側スパイラル電極、２…スパイラル溝、３…スパイラル溝終端部、４…スパイラル入口部断面積、５…スパイラル出口部断面積、６…点弧箇所、７…順方向電流、８…逆方向電流、９…固定側スパイラル電極、１０…スパイラル溝開口部、１１…スパイラル開口部端、１２…密閉容器、１３…絶縁スペーサ、１４…埋め込み導体、１５…高電圧導体、１６…高電圧導体、１７…電界緩和用シールド、１８…電界緩和用シールド、１９…可動子、２０…絶縁操作ロッド、２１…固定側主接触子、２２…可動側主接触子、２３…ロッド、２４…架台、２５…アーク、２６…平板型可動側アーク接触子、１００…断路器。

Claims (12)

  1. 　絶縁性のガスが密閉された密閉容器と、
    　前記密閉容器の内部に対向して配置された一対のアーク接触子と、を有し、
    　前記一対のアーク接触子の一方には、前記アーク接触子の軸の周りに回転する方向に設けられたスパイラル溝を有するスパイラル電極が設けられ、
    　前記スパイラル電極の前記スパイラル溝の端部が閉じた構成を有しており、
    　前記スパイラル電極の入口部の断面積が、前記スパイラル電極の出口部の断面積よりも大きいことを特徴とする断路器。
  2. 　前記一対のアーク接触子の他方には、前記スパイラル電極の前記スパイラル溝と反対方向に設けられたスパイラル溝を有する第２のスパイラル電極が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の断路器。
  3. 　前記前記一対のアーク接触子の他方には、平板状電極が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の断路器。
  4. 　前記スパイラル電極が、可動側主接触子のスパイラル電極を構成することを特徴とする請求項１に記載の断路器。
  5. 　前記スパイラル電極の入口部の断面積が、前記スパイラル電極の出口部の断面積の３倍以上であることを特徴とする請求項１に記載の断路器。
  6. 　前記スパイラル電極の前記スパイラル溝が２重巻であることを特徴とする請求項１に記載の断路器。
  7. 　絶縁性のガスが密閉された密閉容器と、
    　前記密閉容器の内部に対向して配置された一対のアーク接触子と、を有し、
    　前記一対のアーク接触子の一方には、前記アーク接触子の軸の周りに回転する方向に設けられたスパイラル溝を有するスパイラル電極が設けられ、
    　前記スパイラル電極の前記スパイラル溝の端部が閉じた構成を有しており、
    　前記スパイラル電極の入口部の断面積が、前記スパイラル電極の出口部の断面積よりも大きいことを特徴とする断路器を備えたガス絶縁開閉装置。
  8. 　前記一対のアーク接触子の他方には、前記スパイラル電極の前記スパイラル溝と反対方向に設けられたスパイラル溝を有する第２のスパイラル電極が設けられていることを特徴とする請求項７に記載のガス絶縁開閉装置。
  9. 　前記前記一対のアーク接触子の他方には、平板状電極が設けられていることを特徴とする請求項７に記載のガス絶縁開閉装置。
  10. 　前記スパイラル電極が、可動側主接触子のスパイラル電極を構成することを特徴とする請求項７に記載のガス絶縁開閉装置。
  11. 　前記スパイラル電極の入口部の断面積が、前記スパイラル電極の出口部の断面積の３倍以上であることを特徴とする請求項７に記載のガス絶縁開閉装置。
  12. 　前記スパイラル電極の前記スパイラル溝が２重巻であることを特徴とする請求項７に記載のガス絶縁開閉装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH1125815A (ja) * 1997-06-27 1999-01-29 Hitachi Ltd 複合絶縁開閉装置
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