JP2004281302A - ガス絶縁遮断器とガス絶縁開閉装置 - Google Patents

Abstract

【課題】接地タンクの材質を磁性体としても接地タンクの温度上昇を抑制すること。
【解決手段】一点接地方式の接地タンク１上部に形成されたノズル部２ａとノズル部２ｂとを各相ごとに導電性部材１４を介して接続し、導電体８ａ、８ｂに負荷電流１０１が流れることに伴って漏洩磁束１１１が形成されたときに、負荷電流１０１と逆方向にシース電流１０２を流すことで、接地タンク１に渦電流が流れるのを抑制し、接地タンク１の温度上昇を抑制する。
【選択図】 図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス絶縁遮断器およびガス絶縁開閉装置に係り、特に、絶縁ガスを封入した接地タンク内に固定接触子と可動接触子とを接離可能に配置し、系統の事故時に固定接触子と可動接触子とを開離して事故電流を遮断するに好適なガス絶縁遮断器および接地タンクの他に断路器などの開閉器を含むガス絶縁開閉装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガス絶縁遮断器またはガス絶縁開閉装置は、接地タンク内に高圧のＳＦ６ガスなどの電気絶縁ガスを充填し、アルミあるいは銅などの導電体が接地タンク内に設置された状態で負荷電流が通電されるようになっている。特に、ガス絶縁遮断器内には、固定接触子と可動接触子が通常状態においては完全に接触し、電気的な導電体となっている。一方、送電系統で地絡、短絡事故が発生すると、負荷電流の数十倍もの事故電流が送電系統に流れるため、そのままでは発電機や変圧器などを破損してしまう。そこで、機器の破損を防止するために、送電系統に事故電流が流れたときには、ガス絶縁遮断器などの接地タンク外部に設置された駆動操作装置が動作し、操作駆動装置の駆動力がリンクなどを介して可動接触子に伝達され、可動接触子が固定接触子と開離し、遮断器が事故電流を遮断し、送電系統から事故電流を排除するようになっている。事故電流を系統から排除したときには、再び操作駆動装置が動作し、操作駆動装置の駆動力がリンクなどを介して可動接触子に伝達され、可動接触子が固定接触子と接触し、遮断動作前の状態に復帰する。
【０００３】
通常、各相ごとに接地タンクが設置されたタイプのガス絶縁遮断器やガス絶縁開閉装置においては、負荷電流が導電体に通電すると、設置タンクの周囲に磁界が発生し、この磁界の発生に伴って渦電流やシース電流などの誘導電流が発生し、この誘導電流によって接地タンクの温度が上昇する。接地タンクは、機器の点検時などに検査員が触れる可能性が高いため、接地タンクの温度上昇を人が触れても問題のない範囲に抑制することが義務付けられている。
【０００４】
接地タンクの温度上昇を抑制するに際して、ガス絶縁開閉装置では、接地タンクの両端を接地する多点接地方式を考慮した構成が採用されている。すなわち、接地タンク内の中心導体に負荷電流が流れると漏洩磁束が発生し、この漏洩磁束に起因してシース電流が接地タンクに流れる。このシース電流が接地線に流れると、接地線の局部が加熱されるとともに、接地タンクの基礎コンクリート中に埋設されている接地メッシュに電流が流れ、基礎コンクリートがヒートサイクルを受け、コンクリートに亀裂が入る恐れがある。このため、接地タンクの各相間を導電性部材で短絡し、シース電流が接地線に流れ難くすることで、接地線の局部加熱を避けるとともに、シース電流を各相の接地タンクを介して導電性部材に流す構成が採用されている。シース電流が接地タンクと導電性部材を介して流れることで渦電流を抑制し、結果として接地タンクの温度上昇を抑制することができる。また接地タンクの各相間を導電性部材で短絡させても温度上昇を抑制できない場合は、漏洩磁束の発生を防止するために、接地タンクの材質を非磁性体としている。
【０００５】
しかし、ガス絶縁遮断器の場合は、一点接地方式を採用しているので、渦電流が支配的となり、通常、接地タンクの材質として非磁性体を用いるか、または材料費を少しでも安くするために、温度上昇が大きい接地タンクの上部のみを非磁性体とし、下部を磁性体とすることで、接地タンクの温度上昇を抑制する対策が施されている。つまり、磁性体はシース電流が接地タンクの表面しか通電しないため、電流密度が大きくなり、温度上昇が大きくなり、さらにヒステリシス損失が大きいため、渦電流の影響を受けやすいのに対して、非磁性体はシース電流がある程度、接地タンクの板厚の深さ方向（径方向）にも通電するので、電流密度が小さくなり、さらにヒステリシス損失が小さいため、渦電流の影響は無視できる程小さくなるので、温度上昇を抑制できる。
【０００６】
この他の方法としては、接地タンクの架台に導電体を設け、シース電流を導電体を介して分流させ、接地タンクの温度上昇を抑制している場合もある。さらに、接地タンクの温度上昇を規定値内に抑制できない場合、当該箇所に保護カバーを設け、人が触れることができないようにするなどの対策が施されている場合もある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術の構造を採用した場合、負荷電流が大きくなると非磁性体を使用しなければならないことがあり、そうなると製品のコストアップに繋がることになる。またガス絶縁遮断器の場合、各相間の間隔が離れているため、各相間を導電性部材を介して短絡させてシース電流を流すことができないので、渦電流を打ち消すことができない。このため、負荷電流が小さい場合でも接地タンクの温度上昇を抑制することができないので、接地タンクの材質として非磁性体を用いることが余儀なくされる。
【０００８】
本発明の課題は、接地タンクの材質を磁性体としても接地タンクの温度上昇を抑制することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明は、一点接地方式を採用したガス絶縁遮断器において、三相用接地タンクのうち接地タンク外の導電体を固定接触子に導く各相の第１のノズル部と可動接触子に接続された導電体を接地タンク外に導く各相の第２のノズル部とを各相ごとに導電性部材を介して接地タンク外で互いに接続する構成を採用したことを特徴としている。
また、多点接地方式を採用したガス絶縁開閉装置においては、各相接地タンクのうち接地タンク外の導電体を固定接触子に導く各相の第１のノズル部と可動接触子に接続された導電体を接地タンク外に導く各相の第２のノズル部とを導電性部材を介して接地タンク外で互いに接続する構成を採用したことを特徴としている。
前記した手段によれば、ガス絶縁遮断器では、接地タンク内の内部導体に負荷電流が通電することによって接地タンクの周囲に漏洩磁束が発生し、この漏洩磁束の発生に伴って接地タンクに渦電流が発生するときに、負荷電流に対して、負荷電流とは逆方向に接地タンクと導電性部材を介してシース電流が流れるため、このシース電流によって渦電流の発生が抑制され、結果として接地タンクの温度上昇を抑制することができる。
また、ガス絶縁開閉装置では、内部導体に負荷電流が通電されることに伴って接地タンクにシース電流が流れると、このシース電流は接地タンク外において各相の導電性部材を介して分流するため、結果として接地タンク内に流れるシース電流を小さくすることで、接地タンクの温度上昇を抑制することができる。
【００１０】
また、ガス絶縁遮断器またはガス絶縁開閉装置において、第１のノズル部と第２のノズル部との間の領域に放熱用のフィンを固着し、フィンによって放熱面積を大きくして冷却効果を高めるようにしたので、接地タンクの温度上昇を抑制することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態を示すガス絶縁遮断器の縦断面図、図２は、ガス絶縁遮断器の正面図、図３は、ガス絶縁遮断器の斜視図である。図１ないし図３において、三相交流系統に接地される三相用ガス絶縁遮断器は、接地タンク１、操作箱１３、一対のブッシング７ａ、７ｂなどを備えて構成されている。接地タンク１は磁性体を用いてほぼ円筒状に構成されており、この接地タンク１の内部には電気絶縁性に優れたＳＦ６ガスなどの絶縁ガスが充填（封入）されているとともに、固定接触子ユニット３と可動接触子ユニット４が収納されている。 接地タンク１の上部側には、接地タンク１外の導電体８ａを固定接触子５に導くためのノズル部（第１のノズル部）２ａが各相ごとに設けられているとともに、可動接触子６に接続された導電体８ｂを接地タンク１外に導くノズル部（第２のノズル部）２ｂが各相ごとに形成されている。各相のノズル部２ａ、２ｂにはそれぞれ絶縁部材で構成された円筒状のブッシング７ａ、７ｂが取付られている。そして各ノズル部２ａとノズル部２ｂは接地タンク外で導電性部材１４を介して互いに接続されている。
【００１２】
固定接触子ユニット３の先端には固定接触子５が取付られ、この固定接触子５は導電体８ａを介して送電線９０ａに接続されている。固定接触子ユニット３はエポキシ樹脂などの誘電体９で形成された絶縁部を介して接地タンク１に固定されている。可動接触子ユニット４の先端側には可動接触子６が取付られており、可動接触子６は導電体８ｂを介して送電線９０ｂに接続されている。また可動接触子ユニット４の可動部はＦＲＰなどの誘電体で形成された絶縁ロッド１０およびリンク１１を介して操作駆動装置１２に連結されている。操作駆動装置１２は、大気中に配置されているため、リンク１１の部位はＳＦ６ガスなどが大気に漏れないようにシール材で気密されている。また操作駆動装置１２としては、空気圧、油圧、ばねなどを駆動源として構成されている。
【００１３】
上記構成によるガス絶縁遮断器において、送電線９０ａからの電流を固定接触子５、可動接触子６を介して送電線９０ｂ側へ送電している過程で、系統に地絡あるいは短絡事故が発生した場合、操作箱１３内に設置された操作駆動装置１２が即座に動作し、可動接触子ユニット４の可動部を水平方向に駆動させることによって、固定接触子５と可動接触子６とを互いに開離させて、事故電流を遮断し、送電系統から事故電流を排除することで、変圧器や発電機といった機器の損傷や破損を防止できるようになっている。
【００１４】
一方、ガス絶縁遮断器は、通常状態では、固定接触子５と可動接触子６とが互いに接触し、図３に示すように、送電線９０ａからの負荷電流１０１がブッシング７ａ内の中心部に配置された導電体８ａを矢印Ａ方向に通電され、さらに、固定接触子５、可動接触子６、ブッシング７ｂの中心部に配置された導電体８ｂを通り、送電線９０ｂから外部へ出力される。このとき、接地タンク１の外部には漏洩磁束１１１が発生する。ガス絶縁遮断器は、一点接地方式が採用されているため、接地タンク１の中心部に負荷電流１０１が流れても、漏洩磁束１１１の発生によって接地タンク１にシース電流は流れず、漏洩磁束１１１により接地タンク１には渦電流が発生する。しかし、本実施形態では、各相の接地タンク１のノズル部２ａとノズル部２ｂとが導電性部材１４を介して接続されているため、漏洩磁束１１１によりシース電流１０２が負荷電流１０１とは反対方向（矢印Ｃ方向）に流れるため、渦電流が打ち消され、接地タンク１の温度上昇を抑制することができる。
【００１５】
本実施形態によれば、接地タンク１の材質を鉄などの磁性体としても、ノズル部２ａとノズル部２ｂとを導電性部材１４を介して接続することで、接地タンク１の上部側に渦電流が流れるのを抑制するようにしたため、接地タンク１の温度上昇を抑制することができる。
次に、本発明を多点接地方式のガス絶縁開閉装置に適用したときの実施形態を図４ないし図６にしたがって説明する。本実施形態における三相用ガス絶縁開閉装置は、ガス絶縁遮断器の一要素をなす各相接地タンク１を変流器２０ａ、２０ｂ、断路器３０ａ、３０ｂを介して母線４０ａ、４０ｂに連結したものである。
具体的には、多点接地方式の各相接地タンク１、変流器２０ａ、２０ｂ、断路器３０ａ、３０ｂを各相毎に備え、断路器３０ａを母線４０ａに連結し、断路器３０ｂを母線４０ｂに連結し、接地タンク１の上部側に形成されたノズル部（第１のノズル部）２ａを変流器２０ａを介して断路器３０ａに連結し、ノズル部（第２のノズル部）２ｂを変流器２０ｂを介して断路器３０ｂに連結して構成されている。なお、母線４０ａ、４０ｂには、図示は省略しているが、避雷器、ケーブルヘッドなどが接続され、送電線を介して外部の送変電機器に接続されている。
【００１６】
ここで、前記実施形態におけるガス絶縁遮断器は、接地タンク１のノズル部２ａ、２ｂにそれぞれブッシング７ａ、７ｂが連結されるので、ブッシング間７ａ、７ｂの絶縁距離を確保するために、ノズル部２ａと２ｂが互いに傾斜して接地タンク１に一体に形成されているが、本実施形態におけるガス絶縁開閉装置では、接地タンク１に直接ブッシングが連結されないため、ノズル部２ａ、２ｂは接地タンク１に対して垂直になって形成されている。つまり、本実施形態における接地タンク１の構造は、ガス絶縁遮断器のものとは傾きが異なるだけで、他の構成は同一である。すなわちノズル部２ａとノズル部２ｂは各相ごとに導電性部材１４を介して連結されている。さらに各ノズル部２ａ、２ｂはそれぞれ相間短絡用導電性部材１７を介して互いに連結されている。
【００１７】
上記構成によるガス絶縁開閉装置においては、図６に示すように、中心導体１００に負荷電流１０１が流れると、接地タンク１は接地されているため、漏洩磁束１１１によりシース電流１０２が矢印Ｄ方向に流れる。通常、接地タンク１にはシース電流１０２が誘導電流として負荷電流１０１の８０％程度流れる。このシース電流１０２の影響で、接地タンク１は電流の二乗に比例して発熱し、主に、接地タンク１上部の温度上昇が高くなる。このシース電流１０２の大きさによって、接地タンク１の材質としては、一般構造用圧延鋼材（ＳＳ材）、ステンレス材あるいはアルミ材などが用いられる。ＳＳ材などの磁性体の場合、交流電流は接地タンク１の表面（０．５ｍｍ程度）しか流れないので、シース電流が大きくなると電流密度が大きくなり、温度上昇はステンレス材、アルミ材に比べて大きくなるため、ＳＳ材はシース電流１０２が比較的小さい場合に適応される。一方、ステンレス材などの非磁性体の場合、交流電流は接地タンク１表面の数１０ｍｍに渡りシース電流が流れるので、ＳＳ材に比べて電流密度が小さいため、温度上昇を抑制できる。しかし、シース電流１０２が大幅に大きくなると、ステンレス材は固有抵抗値が大きくなるため、発熱しやすくなる。その場合、接地タンク１の厚みを増やし、抵抗を低減することで発熱量を低減させるか、あるいは、同じ非磁性体で固有抵抗値がステンレス材の約１／２０であるアルミ材を使用することとなる。
【００１８】
ところが、本実施形態においては、各相のノズル部２ａ、２ｂを各相ごとに導電性部材１４で接続しているため、相間短絡用導電性部材１７からノズル部２ｂを介して接地タンク１に流れるシース電流１０２の一部が導電性部材１４を介して半分程度分流するので、接地タンク１に流れるシース電流１０２を大幅に低減することができ、接地タンク１の温度上昇を抑制することができる。
【００１９】
本実施形態によれば、接地タンク１の温度上昇を２０Ｋ（ケルビン）程度低減できるため、これまで温度上昇値が規格管理値を満足するために、ステンレス材もしくはアルミ材を使わなければならなかったものに対して、ＳＳ材あるいはステンレス材でも規格管理値を満足できるようになる。
【００２０】
なお、接地タンク１の内部がガス絶縁遮断器の場合を示したが、特に、ガス絶縁遮断器である必要はなく、ガス絶縁開閉装置から構成される他のユニットで構成することもできる。
【００２１】
また、ガス絶縁遮断器またはガス絶縁開閉装置に用いる接地タンク１の温度上昇を抑制するに際しては、図７に示すように、接地タンク１の外周面のうちノズル部２ａとノズル部２ｂとの間の領域に粘着性シート１６を介してフィン１５を固着し、フィン１５の放熱により接地タンク１の温度上昇を抑制することもできる。
【００２２】
また、図８に示すように、接地タンク１の外周面のうち温度上昇が大きい箇所に、粘着性シート１６を介してフィン１５を固着することで、接地タンク１の温度上昇を抑制することができる。すなわち、接地タンク１の温度上昇が大きい箇所にフィン１５を設けることによって、冷却効果が高められ、フィン１５がない場合に比較して、数Ｋ（ケルビン）程度の温度上昇を抑制することができる。この構成は、ガス絶縁遮断器またはガス絶縁開閉装置を空気の対流が多い屋外に設置した際により効果が得られる。
また、図９に示すように、ガス絶縁遮断器に用いる接地タンク１のうちノズル部２ａとノズル部２ｂとの間の領域に粘着シート１６を介してフィン１５を固着するとともに、ノズル部２ａとノズル部２ｂとを導電性部材１４を介して接続することで、接地タンク１の温度上昇をさらに抑制することができる。またこの構成はガス絶縁開閉装置にも適用することができる。
前記各実施形態においては、負荷電流が一定格程度大きくなっても接地タンク１の材質を変更する必要がなくなるため、製品のコスト低減に貢献できる。
また、前記各実施形態においては、接地タンク１として、設置面に対して横置きのものについて述べたが、設置面に対して縦置きのものにも本発明を適用することができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、接地タンクの温度上昇を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明をガス絶縁遮断器に適応したときの一実施形態を示す縦断面図である。
【図２】図１に示すガス絶縁遮断器の上面図である。
【図３】図１に示すガス絶縁遮断器の斜視図である。
【図４】本発明をガス絶縁開閉装置に適用したときの実施形態を示す縦断面図である。
【図５】図４に示すガス絶縁開閉装置の側面図である。
【図６】図４に示すガス絶縁開閉装置の斜視図である。
【図７】接地タンクにフィンを設けたときの実施形態を示す斜視図である。
【図８】接地タンクにフィンを設けたときの他の実施形態を示す斜視図である。
【図９】接地タンクにフィンと導電性部材を設けたときの実施形態を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ 接地タンク
２ａ、２ｂ ノズル部
３ 固定接触子ユニット
４ 可動接触子ユニット
５ 固定接触子
６ 可動接触子
７ａ、７ｂ ブッシング
８ａ、８ｂ 導電体
９ 誘電体
１０ 絶縁ロッド
１１ リンク
１２ 操作駆動装置
１３ 操作箱
１４ 導電性部材
１５ フィン
１６ 粘着シート
２０ａ、２０ｂ 変流器
３０ａ、３０ｂ 断路器
４０ａ、４０ｂ 母線
１００ 中心導体
１０１ 負荷電流
１０２ シース電流
１１１ 漏洩磁束

Claims (8)

1. 固定接触子と前記固定接触子に接離可能に配置された可動接触子を収納するとともに、絶縁ガスを封入した三相用接地タンクのうち前記接地タンク外の導電体を前記固定接触子に導く各相の第１のノズル部と前記可動接触子に接続された導電体を前記接地タンク外に導く各相の第２のノズル部とを導電性部材を介して前記接地タンク外で互いに接続してなるガス絶縁遮断器。
2. 固定接触子と前記固定接触子に接離可能に配置された可動接触子を収納するとともに、絶縁ガスを封入した三相用接地タンクのうち前記接地タンク外の導電体を前記固定接触子に導く各相の第１のノズル部と前記可動接触子に接続された導電体を前記接地タンク外に導く各相の第２のノズル部との間の領域に放熱用のフィンが固着されてなるガス絶縁遮断器。
3. 固定接触子と前記固定接触子に接離可能に配置された可動接触子を収納するとともに、絶縁ガスを封入した三相用接地タンクのうち前記接地タンク外の導電体を前記固定接触子に導く各相の第１のノズル部と前記可動接触子に接続された導電体を前記接地タンク外に導く各相の第２のノズル部とを導電性部材を介して前記接地タンク外で互いに接続し、かつ前記接地タンクのうち前記第１のノズル部と前記第２のノズル部との間の領域に放熱用のフィンが固着されてなるガス絶縁遮断器。
4. 請求項２または３に記載のガス絶縁遮断器において、前記放熱用のフィンは、前記接地タンクの外周面に放熱シートを介して固着されてなることを特徴とするガス絶縁遮断器。
5. 固定接触子と前記固定接触子に接離可能に配置された可動接触子からなる遮断器を収納するとともに、絶縁ガスを封入した各相接地タンクと、前記各相ごとの接地タンクにノズル部を介して連結された各相断路器とを備え、前記各相接地タンクのうち前記接地タンク外の導電体を前記固定接触子に導く各相の第１のノズル部と前記可動接触子に接続された導電体を前記接地タンク外に導く各相の第２のノズル部とを導電性部材を介して前記接地タンク外で互いに接続してなるガス絶縁開閉装置。
6. 固定接触子と前記固定接触子に接離可能に配置された可動接触子からなる遮断器を収納するとともに、絶縁ガスを封入した各相接地タンクと、前記各相ごとの接地タンクにノズル部を介して連結された各相断路器とを備え、前記各相接地タンクのうち前記接地タンク外の導電体を前記固定接触子に導く各相の第１のノズル部と前記可動接触子に接続された導電体を前記接地タンク外に導く各相の第２のノズル部との間の領域に放熱用のフィンを固着してなるガス絶縁開閉装置。
7. 固定接触子と前記固定接触子に接離可能に配置された可動接触子からなる遮断器を収納するとともに、絶縁ガスを封入した各相接地タンクと、前記各相ごとの接地タンクにノズル部を介して連結された各相断路器とを備え、前記各相接地タンクのうち前記接地タンク外の導電体を前記固定接触子に導く各相の第１のノズル部と前記可動接触子に接続された導電体を前記接地タンク外に導く各相の第２のノズル部とを導電性部材を介して前記接地タンク外で互いに接続し、かつ前記接地タンクのうち前記第１のノズル部と前記第２のノズル部との間の領域に放熱用のフィンを固着してなるガス絶縁開閉装置。
8. 請求項６または７に記載のガス絶縁開閉装置において、前記放熱用のフィンは、前記接地タンクの外周面に放熱シートを介して固着されてなることを特徴とするガス絶縁開閉装置。

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