WO2019073671A1

WO2019073671A1 - ガス遮断器

Info

Publication number: WO2019073671A1
Application number: PCT/JP2018/029175
Authority: WO
Inventors: 秀幸小辻; 淳額賀; 廣瀬　誠; 隆浩西村
Original assignee: 株式会社日立製作所
Priority date: 2017-10-12
Filing date: 2018-08-03
Publication date: 2019-04-18
Also published as: CN111201581A; JP2019075194A; US10991529B2; US20200279704A1

Abstract

ガス遮断器の直流絶縁性能を向上させる。　ガスタンク内に開極及び閉極動作を可能に対向配置した一対の主接触子と、主接触子の内径側の同軸上に各々に設けられ、開極及び閉極動作を可能に対向配置した一対のアーク接触子とを備えた双方向駆動方式のガス遮断器において、主接触子の内周に対面する絶縁ノズルの外周面に、弾性導電材を設けた。　ガスタンク内に開極及び閉極動作を可能に対向配置した一対の主接触子と、主接触子の内径側の同軸上に各々に設けられ、開極及び閉極動作を可能に対向配置した一対のアーク接触子とを備えた双方向駆動方式のガス遮断器において、主接触子の内周に対面する絶縁ノズルの外周面に、弾性導電材を設けた。

Description

ガス遮断器

　本発明は遮断器に関するものであり、特に電流遮断時に絶縁ガスを吹き付け、アークを消弧するガス遮断器に関する。

　近年、電力系統の高電圧・大電流化が進んでおり、必要な遮断性能を得るためにガス遮断器の大容量化が進んでいる。

　図９を用いて従来のガス遮断器の概要構造と遮断動作時における動作について説明する。ガス遮断器は絶縁ガスが充填されたガスタンク（不図示）内に収納されている。通常、操作器側の駆動側アーク接触子１と対向側の被駆動側アーク接触子２および、駆動側主接触子３と被駆動側主接触子４は電気的に接続されているが、事故時に開極指令が伝えられるとパッファシャフト６と絶縁ロッド（不図示）を介して操作器（不図示）により駆動側が動作し、駆動側の駆動側アーク接触子１と被駆動側の被駆動アーク接触子２、駆動側主接触子３と被駆動側主接触子４がそれぞれ物理的に開離された状態に移行する。

　接触子が開離した後も、駆動側アーク接触子１と被駆動側アーク接触子２間には電流が流れ、アークが発生する。ガス遮断器はアークに高圧の絶縁ガスを吹き付け消弧する。駆-動側動作の際にパッファピストン８でパッファ室９内の絶縁ガスの圧縮が行われ、アーク空間１０へのガス吹付が行われ、アークの消孤が行われる。アーク消弧の際に発生した熱ガスは駆動側排気導体を通って、タンク内に排気される。アークの消孤にはパッファ室９での絶縁ガスの高圧化が遮断性能を向上させる上で重要となる。

　最近では操作力低減を目的に、アークへの吹き付けガス圧力の形成にアーク熱を利用した熱パッファ方式のガス遮断器も開発されている。また遮断性能向上させることを目的に、従来固定されていた被駆動側の電極を駆動側電極の駆動方向と反対方向に駆動する双方向駆動方式が提案されている。

　図１を用いて、双方向駆動方式を適用したガス遮断器の動作について説明する。駆動側と被駆動側は絶縁ノズル５とレバー２２を介して駆動側連結ロッド２１で連結されており、レバー２２はレバー固定ピン２３でガイド２７に固定されており回転自在になっている。レバー２２は被駆動側ピン２５で被駆動側ロッド２６と連結されている。操作器により駆動側に引っ張られると絶縁ノズル５に接続された駆動側連結ロッド２１全体が駆動側に動作する。駆動側連結ロッド２１が動作するとレバー２２がレバー固定ピン２３を中心に回転し、被駆動側ピン２５を介して被駆動側ロッド２６と被駆動側アーク接触子２が駆動側と反対方向に動作する。

　また吹付けガス圧力の高圧化に伴いパッファシリンダ７や絶縁ノズル５に加えられる内圧が上昇している。絶縁ノズル５は耐熱性、絶縁性に優れた絶縁材料を用いられることが多いが、機械強度的には弱く遮断動作時の圧力上昇によって変形する可能性がある。特許文献１では絶縁ノズル５外周部に機械的強度に優れた絶縁材料で覆うことで、電界に影響を与えることなく絶縁ノズル５を補強している。機械強度を上げるその他の手法として絶縁ノズル５の径方向への肉厚化や、絶縁ノズル５の外周部を機械的強度の優れた金属部品で覆う方法がある。絶縁ノズル５の外周部を機械的強度の優れる金属部品で覆う場合、駆動側主接触子３の内径を絶縁ノズル５の外周に接する構造にすれば、部品を追加することなく絶縁ノズル５の強度を向上させることができるためコストで優れる。理想的には絶縁ノズル５の外径と駆動側主接触子３の内径を同じにすればよいが、公差や組立性などを考えると、絶縁ノズル５の外径にはマイナス公差を、駆動側主接触子３の内径にはプラス公差で設計する必要があり、微小なギャップが生じる可能性がある。また樹脂製の絶縁ノズル５と金属製の駆動側主接触子３は熱膨張率も異なるため、微小ギャップ１４が拡大・縮小する場合もある。

　双方向駆動方式を適用した遮断器では開極した状態でも駆動側連結ロッド２１を介して、駆動側と被駆動側が接続されている。そのため絶縁ノズル５には極間の電圧が印加されることになる。ガス遮断器には様々な遮断責務があり、無負荷送電線や電力調整用のコンデンサの充電電流などの進み小電流を遮断すると遮断器の片側に直流電圧が印加される場合がある。そのため双方向駆動方式を適用したガス遮断器では極間が絶縁物を介して接続される構成となる。絶縁物を介して接続されるガス遮断器において、交流電界は誘電率が支配的になり、直流電界の場合には導電率が支配的になる。

特開２０１２－５４０９７号

　図５に双方向駆動方式のガス遮断器における交流電圧印加時の典型的な等電位線を、図６に直流電圧印加時の典型的な等電位線を示す。図５に示すように交流電圧印加時は主接触子やアーク接触子、シールド１２などの金属部品で電位分布が決まる。

　これに対して、直流電圧印加時は図６に示すように絶縁物である絶縁ノズル５で等分布するようになる。図２に絶縁ノズル５と駆動側主接触子３間に生じた微小ギャップ１４周辺の拡大図を示す。絶縁物である絶縁ノズル５と金属の駆動側主接触子３の間に微小ギャップが存在すると、図２に示すように等電位線が微小ギャップ１４に集中して高電界になり、そこを起点として絶縁破壊が発生する可能性が生じる。

　本発明の目的は、絶縁性能の低下の少ない双方向駆動方式のガス遮断器を提供することにある。

　上記目的は、ガスタンク内に開極及び閉極動作を可能に対向配置した駆動側主接触子及び被駆動側主接触子と、開極及び閉極動作を可能に対向配置した駆動側アーク接触子及び被駆動側アーク接触子と、前記駆動側アーク接触子が連結されたパッファシャフトと、前記パッファシャフトの外側に同軸に固定され、前記駆動側主接触子が端部に設けられたパッファシリンダと、前記駆動側アーク接触子と前記被駆動側アーク接触子とが開極するときにアークが発生する空間を構成し、前記端部に固定された絶縁ノズルと、前記パッファシャフトを駆動する駆動手段と、前記空間に供給する消弧性ガスを蓄えるパッファ室とを備え、前記絶縁ノズルは駆動ロッドと連結され、前記駆動ロッドはレバーを介して被駆動ロッドと接続され、前記被駆動ロッドは前記被駆動側アーク接触子と電気的に接続されたガス遮断器において、前記駆動側主接触子の内周面に対面する前記絶縁ノズルの外周面に、弾性導電材を設けたことにより達成される。

　本発明によれば、双方向駆動方式のガス遮断器において絶縁性能の低下を少なくすることができる。

従来の双方向駆動方式のガス遮断器の一部の断面図である。従来の双方向駆動方式のガス遮断器における絶縁ノズルと可動側主接触子周辺の拡大断面図である。実施例１にかかるガス遮断器の一部の断面図である。実施例１にかかるガス遮断器の絶縁ノズルと可動側主接触子周辺の拡大断面図である。従来の双方向駆動方式のガス遮断器の一部における交流電圧印加時の典型的な等電位線を示す断面図である。従来の双方向駆動方式のガス遮断器の一部における直流電圧印加時の典型的な等電位線を示す断面図である。実施例２にかかるガス遮断器の絶縁ノズルと可動側主接触子周辺の拡大断面図である。実施例３にかかるガス遮断器の絶縁ノズルと可動側主接触子周辺の拡大断面図である。従来のガス遮断器の一部の断面図である。

　以下、図面を用いて実施例を説明する。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。

　図１において省略しているが、遮断器はパッファシャフト６が絶縁ロッド（不図示）を介して操作器（不図示）と接続されており、遮断器全体はＳＦ₆ガスが充填されたガスタンク内に配置される。

　図１に示されるように、本実施例における遮断器は駆動側アーク接触子１と、パッファシリンダ７と、パッファシリンダ７とパッファピストン８とパッファシャフト６と可動子カバー１１と絶縁ノズル５によって囲まれた空間で構成されるパッファ室９と、駆動側主接触子３で構成される駆動側と、被駆動側主接触子４と被駆動側アーク接触子２と被駆動ロッド２６とガイド２７とで構成される被駆動側で概略構成される。

　駆動側と被駆動側は絶縁ノズル５とレバー２２を介して駆動側連結ロッド２１で連結されており、駆動側連結ロッド２１は駆動側ピン２４でレバー２２と連結されており、レバー２２はレバー固定ピン２３でガイド２７に固定されており回転自在になっている。レバー２２は被駆動側ピン２５で被駆動側ロッド２６と連結されている。

　図１はガス遮断器の遮断後の状態を示しており、投入状態では駆動側が紙面左側に移動し、駆動側主接触子３と被駆動側主接触子４、駆動側アーク接触子１と被駆動側アーク接触子２がそれぞれ電気的に接続される。遮断器が動作するとパッファシャフト６を介して駆動側は操作器により操作器方向に駆動し、駆動側主接触子３と被駆動側主接触子４、駆動側アーク接触子１と被駆動側アーク接触子２が引き離される。その際、駆動側アーク接触子１と被駆動側アーク接触子２の間のアーク空間１０にアークが発生する。パッファ室９でパッファピストン８による機械圧縮で絶縁ガスをアーク空間１０に吹付けることでアークを消弧し、電流を遮断する。

　図３、４を用いて実施例１について説明する。電流遮断の過程でアーク空間１０では機械圧縮の他にアーク熱により周辺圧力が上昇し、パッファシリンダ７や絶縁ノズル５の内圧も上昇する。内圧上昇による絶縁ノズル５の変形を抑えるために、駆動側主接触子３の内径L1を絶縁ノズル５の外径L2に対してプラス公差となる寸法形状とする。また駆動側主接触子３と絶縁ノズル５の間にできた微小ギャップ１４にＯリングのような弾性部材でできた導電性部材１６を挟み込む。導電性部材１６の外径L3はプラス公差、内径L2はマイナス公差で設計する。図４のような構成にすることで導電性部材１６は押しつぶされ、駆動側主接触子３と絶縁ノズル５の間にできた微小ギャップ１４を埋めることができる。導電性部材１６の外径L3はプラス公差、内径L2はマイナス公差にすることで絶縁ノズル５が膨張、もしくは収縮した場合でも微小ギャップ１４が生じることなく、電気的にも接続され、等電位線が微小ギャップ１４に集中して、高電界の発生を防ぐことができる。

　図７を用いて実施例２について説明する。本実施例では駆動側主接触子３の内周部に溝１５を設ける。内周部の溝１５に導電性部材１６の一例であるスプリングコンタクトを嵌め込むことで、絶縁ノズル５と被駆動側接触子３を電気的に接続することができ、微小ギャップ１４に等電位線が入り込むことを防ぎ、高電界の発生を抑えることができる。

　図８を用いて実施例３について説明する。実施例１、２では駆動側主接触子３の内径部を絶縁ノズル５の外形部に接する構成であり、部品点数を少なくすることができるが、駆動部の重量が重くなる。図８に示すように補強部材１７を設け、内周部に導電性部材１６を挟み込む構造にすれば駆動側の重量を駆動側主接触子３と比較して軽くでき、実施例１、２と同様の効果を得ることができる。

　上記実施１、２、３ではパッファピストン８の機械圧縮で吹付ガス圧力を得るパッファタイプの遮断器での例だが、容積固定の熱パッファ室を設け、アーク熱を取り込むことで吹付ガス圧力を得る熱パッファタイプの遮断器に本発明を適用することも可能である。

　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。

　また、ここでは絶縁物を介して極間が接続される構成として双方向駆動方式を適用した遮断部を例に説明したが、絶縁筒や極間コンデンサなど、絶縁ノズル５以外で極間が接続される構成でも適用できる。

　１・・・駆動側アーク接触子、２・・・被駆動側アーク接触子、３・・・駆動側主接触子、４・・・被駆動側主接触子、５・・・絶縁ノズル、６・・・パッファシャフト、７・・・パッファシリンダ、８・・・パッファピストン、９・・・パッファ室、１０・・・アーク空間、１１・・・可動子カバー、１２・・・シールド、１３・・・駆動側排気導体、１４・・・微小ギャップ、１５・・・溝、１６・・・導電性部材、１７・・・補強部材、２１・・・駆動側連結ロッド、２２・・・レバー、２３・・・レバー固定ピン、２４・・・駆動側ピン、２５・・・被駆動側ピン、２６・・・被駆動ロッド、２７・・・ガイド

Claims

　ガスタンク内に開極及び閉極動作を可能に対向配置した駆動側主接触子及び被駆動側主接触子と、
　開極及び閉極動作を可能に対向配置した駆動側アーク接触子及び被駆動側アーク接触子と、
　前記駆動側アーク接触子が連結されたパッファシャフトと、
　前記パッファシャフトの外側に同軸に固定され、前記駆動側主接触子が端部に設けられたパッファシリンダと、
　前記駆動側アーク接触子と前記被駆動側アーク接触子とが開極するときにアークが発生する空間を構成し、前記端部に固定された絶縁ノズルと、
　前記パッファシャフトを駆動する駆動手段と、
　前記空間に供給する消弧性ガスを蓄えるパッファ室とを備え、
　前記絶縁ノズルは駆動ロッドと連結され、
　前記駆動ロッドはレバーを介して被駆動ロッドと接続され、
　前記被駆動ロッドは前記被駆動側アーク接触子と電気的に接続されたガス遮断器において、
　前記駆動側主接触子の内周面に対面する前記絶縁ノズルの外周面に、弾性導電材を設けたことを特徴とするガス遮断器。
　請求項１において、
　前記駆動側主接触子の内周面と前記絶縁ノズルの外周面との隙間に、
前記弾性導電材を設けたことを特徴とするガス遮断器。
　請求項２において、
　前記弾性導電材は金属弾性体であって、
　前記絶縁ノズルの外周面と対面する前記駆動側主接触子の内周面に設けられた円周状の溝に、前記金属弾性体を設けたことを特徴とするガス遮断器。
　請求項１において、
　前記弾性導電材は樹脂又は金属であって、
　前記弾性導電材の外周側に補強部材を備え、
　前記弾性導電材を前記絶縁ノズルと前記補強部材とで挟んで固定したことを特徴とするガス遮断器。
　請求項1～４のいずれかにおいて、
　開極時に、前記駆動側主接触子と前記被駆動側アーク接触子との間に、直流電圧が印加されることを特徴とするガス遮断器。