JP2015023006A - Gas circuit breaker - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、電力系統において電流遮断を行うガス遮断器に関する。 Embodiments described herein relate generally to a gas circuit breaker that performs current interruption in a power system.
電力系統において、事故電流を含む電流開閉のためにガス遮断器が使用されている。ガス遮断器は、遮断過程に接触子を機械的に切り離し、この切り離しによって発生したアークを絶縁媒体および消弧媒体の吹き付けによって消弧する。 In an electric power system, a gas circuit breaker is used for current switching including an accident current. The gas circuit breaker mechanically disconnects the contactor during the disconnection process, and extinguishes the arc generated by the disconnection by blowing an insulating medium and an arc-extinguishing medium.
上記のようなガス遮断器は、現在パッファ形と呼ばれるタイプが広く普及している(例えば、特許文献1参照)。パッファ形ガス遮断器は、消弧性ガスが充填された密閉容器内に、対向アーク接触子及び対向通電接触子と、可動アーク接触子及び可動通電接触子とがそれぞれ対向して配置され、それぞれを機械的な駆動力によって接触又は離反させることで電流を導通し又は遮断する。 The type of gas circuit breaker as described above is now widely used as a puffer type (see, for example, Patent Document 1). The puffer-type gas circuit breaker is arranged in an airtight container filled with an arc extinguishing gas, with an opposing arc contact and an opposing energizing contact, and a movable arc contact and an energizing energizing contact respectively facing each other. Is brought into contact or separated by a mechanical driving force to conduct or cut off the current.
このガス遮断器には、接触子の離反に伴って容積が減少し、内部の消弧性ガスが蓄圧される蓄圧空間と、両アーク接触子を取り囲むように配置され、蓄圧空間の消弧性ガスをアークに誘導する絶縁ノズルが設けられている。遮断過程においては、対向アーク接触子と可動アーク接触子が離反することで、両アーク接触子間にアークが発生する。接触子の離反に伴って蓄圧空間で十分蓄圧された消弧性ガスを、絶縁ノズルを介してアークに強力に吹き付けることにより、両アーク接触子の絶縁性能を回復させ、アークを消弧し、電流の遮断を完了させる。 In this gas circuit breaker, the volume decreases with the separation of the contacts, and the pressure-accumulating space in which the arc-extinguishing gas is accumulated and the arc-contacting properties of the pressure-accumulating space are arranged so as to surround both arc contacts. An insulating nozzle is provided to guide the gas to the arc. In the interruption process, an arc is generated between the arc contacts because the opposed arc contact and the movable arc contact are separated. The arc-extinguishing gas, which is sufficiently accumulated in the accumulator space with the separation of the contacts, is strongly blown to the arc through the insulation nozzle, thereby restoring the insulation performance of both arc contacts, extinguishing the arc, Complete the current interruption.
事故電流遮断時のように数kAオーダーの大電流アークの場合には、両アーク接触子間距離が十分開いて適切な流路が形成され、かつ蓄圧空間において十分な吹きつけ圧力が蓄圧された後でなければ、電流零点を迎えてもアークが消弧されることはない。しかしながら、進み小電流遮断のような数百A以下の小電流アークの場合には、両アーク接触子の開離直後であっても、電流零点を迎えれば簡単にアークが消弧される。 In the case of a large current arc on the order of several kA, such as when an accident current is interrupted, the distance between both arc contacts is sufficiently wide to form an appropriate flow path, and sufficient blowing pressure is accumulated in the pressure accumulating space. If not, the arc will not be extinguished even when the current zero point is reached. However, in the case of a small current arc of several hundreds A or less, such as an advanced small current interruption, the arc is easily extinguished when the current zero point is reached even immediately after the opening of both arc contacts.
電流位相によっては、アーク時間(アーク接触子間のアークが継続する時間)は限りなく0に近くなり、アーク接触子開離直後にアークが消弧し、アーク接触子間距離が極めて小さい状態で系統からの回復電圧が印加される。この回復電圧により、アーク接触子間に絶縁破壊(再点弧)が引き起こされると過渡的な過電圧が発生する場合がある。過電圧は、系統機器の信頼性を脅かすため、遮断器は再点弧を回避することのできる速やかな絶縁回復特性が要求される。アーク接触子間の絶縁破壊を回避するためには、一般に、アーク接触子先端の電界を緩和するか、もしくはアーク接触子の開極速度を向上し、アーク接触子間の速やかな絶縁回復を確保する必要がある。しかしながら、開極速度を向上するためには、大きな操作エネルギーが必要になり、また機械的信頼性が低下する。 Depending on the current phase, the arc time (the time during which the arc between the arc contacts continues) is almost zero, the arc is extinguished immediately after the arc contacts are opened, and the distance between the arc contacts is extremely small. A recovery voltage from the grid is applied. If this breakdown voltage causes a dielectric breakdown (re-ignition) between the arc contacts, a transient overvoltage may occur. Since the overvoltage threatens the reliability of the system equipment, the circuit breaker is required to have a quick insulation recovery characteristic that can avoid re-ignition. In order to avoid dielectric breakdown between the arc contacts, in general, the electric field at the tip of the arc contact is relaxed or the opening speed of the arc contact is improved to ensure quick insulation recovery between the arc contacts. There is a need to. However, in order to improve the opening speed, a large operating energy is required, and the mechanical reliability is lowered.
可動アーク接触子は、一般に、独立した指状電極を円周上に配置することで、あるいは円筒導体を中心軸より放射状に摺り割って指状にすることで構成される。 The movable arc contact is generally configured by disposing an independent finger electrode on the circumference, or by sliding a cylindrical conductor radially from the central axis to form a finger shape.
近年、ガス遮断器の小型化・大容量化が進み、大電流の発生する事故時においては、アーク接触子間で通電する時間は短時間ではあるものの、小径のアーク接触子間に大電流を通電させる必要性がある。そのため、十分な通電容量を確保するために、指状の可動アーク接触子のバネ力によって、接触子間を接触荷重で密着させる。しかしながら、開閉時に両電極は繰り返し衝突するため、アーク接触子のバネ力が強い場合には、電極は機械的に傷んでしまう可能性がある。特に対向側のアーク接触子では、傷んだ状態で電界を低く抑えることが難しくなり、上述した小電流の遮断時におけるアーク接触子間の絶縁破壊が起きやすくなる。一方で、機械的な負荷を和らげるために両接触子間の接触荷重を小さくすると、接触子の損耗時に接触不良を起こす、開極時に接触子間が早く開離してしまう、等の問題が起こる可能性が高くなる。 In recent years, gas circuit breakers have become smaller and larger in capacity, and at the time of an accident in which a large current is generated, the energization time between the arc contacts is short, but a large current is applied between the small diameter arc contacts. There is a need to energize. Therefore, in order to ensure a sufficient energization capacity, the contacts are brought into close contact with each other by the spring force of the finger-like movable arc contact. However, since both electrodes repeatedly collide when opening and closing, if the spring force of the arc contactor is strong, the electrodes may be mechanically damaged. In particular, in the arc contact on the opposite side, it is difficult to keep the electric field low in a damaged state, and the dielectric breakdown between the arc contacts at the time of interrupting the small current described above easily occurs. On the other hand, if the contact load between the two contacts is reduced in order to reduce the mechanical load, problems such as contact failure when the contacts are worn out, and contact between the contacts are quickly separated at the time of opening, etc. The possibility increases.
対向アーク接触子がわずかに破損した場合でも、アーク接触子間の絶縁破壊を起こりにくくする手段として、単純に絶縁ノズルの内径を広げて対向アーク接触子と絶縁ノズルの距離を大きくすることが挙げられる。しかしながら、一般に大電流遮断時に高い遮断性能を得るためには、高い吹き付け圧力で消弧性ガスをアークに吹き付ける必要があるが、前述のように対向アーク接触子と絶縁ノズルの間隔を広げると、吹き付け圧力は下がり、大電流時の遮断性能は低下してしまうことが知られている。 As a means to prevent dielectric breakdown between arc contacts even when the counter arc contact is slightly damaged, simply increasing the inner diameter of the insulating nozzle to increase the distance between the counter arc contact and the insulating nozzle. It is done. However, in general, in order to obtain a high interrupting performance at the time of interrupting a large current, it is necessary to spray an arc extinguishing gas to the arc with a high spraying pressure, but as described above, when the interval between the opposed arc contact and the insulating nozzle is increased, It is known that the spraying pressure decreases and the shut-off performance at a large current decreases.
本実施形態に係るガス遮断器は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、電力投入時の可動アーク接触子と対向アーク接触子の接触荷重を不均一にすることで、大電流の遮断性能に影響を与えずに良好な進み小電流遮断性能を有するガス遮断器を提供することを目的とする。 The gas circuit breaker according to the present embodiment is made to solve the above-described problems, and by making the contact load of the movable arc contact and the counter arc contact nonuniform when turning on the power, An object of the present invention is to provide a gas circuit breaker having good advance and small current interruption performance without affecting the interruption performance of a large current.
上記の目的を達成するために、本発明の実施形態は、電路に流れる電流の遮断と投入を行うガス遮断器であって、以下の構成を備えることを特徴とする。
(a)消弧性ガスが充填された絶縁性の密閉容器と、円筒状の絶縁ノズルと、前記密閉容器内に対向配置され、遮断動作に伴って開離し前記絶縁ノズル内にアーク放電を励起する第1接アーク接触子及び第2アーク接触子とを備える。
(b)第1アーク接触子および第2アーク接触子の一方は鈍頭形状を有する円柱形状である。
(c)他方は中空の円筒形状であり、その円筒の端部に複数の指状電極を有する。
(d)前記指状電極が形成する前記アーク接触子の内面形状が非軸対称形状となる。
In order to achieve the above object, an embodiment of the present invention is a gas circuit breaker that cuts off and puts in a current flowing in an electric circuit, and is characterized by having the following configuration.
(A) An insulating hermetically sealed container filled with an arc extinguishing gas, a cylindrical insulating nozzle, and an opposingly disposed inside the hermetically sealed container, which are separated by a shut-off operation to excite arc discharge in the insulating nozzle. A first arc contact and a second arc contact.
(B) One of the first arc contact and the second arc contact has a cylindrical shape having a blunt shape.
(C) The other has a hollow cylindrical shape, and has a plurality of finger-like electrodes at the end of the cylinder.
(D) The inner surface shape of the arc contact formed by the finger electrode is a non-axisymmetric shape.
(第1の実施形態)
(構成)
以下、図1乃至4を参照しつつ、第1の実施形態に係るガス遮断器を説明する。ガス遮断器は、電路を構成する接触子同士を接離し、電流遮断と投入状態とを切り替える。電流遮断過程では、アーク放電50により接触子間に橋絡させる。また、電流遮断過程では、消弧性ガスのガス流を生成し、そのガス流をアーク放電50に案内して吹き付けることで、アーク放電を冷却し、電流零点で消弧させる。
(First embodiment)
(Constitution)
Hereinafter, the gas circuit breaker according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. A gas circuit breaker contacts / separates the contacts which comprise an electric circuit, and switches an electric current interruption and an injection | throwing-in state. In the current interruption process, the
図1乃至2に示すように、このガス遮断器は、消弧性ガスが充填された密閉容器60を有する。密閉容器60は、金属や碍子等からなり、接地されている。消弧性ガスは、六弗化硫黄ガス(SF6ガス)、空気、二酸化炭素、酸素、窒素、またはそれらの混合ガス、その他の消弧性能及び絶縁性能に優れたガスである。望ましくは、消弧性ガスは、六弗化硫黄ガスよりも地球温暖化係数が低く、かつ分子量が小さく、かつ少なくとも1気圧以上及び摂氏20度以下で気相であるガスの単体若しくは混合ガスである。
As shown in FIGS. 1 and 2, the gas circuit breaker has a sealed
接触子は、大別すると対向接触子部10と可動接触子部20に別れ、密閉容器60内に対向配置されている。対向接触子部10と可動接触子部20は、それぞれ、中空の円筒又は内部中実の円柱を基本形とする複数の部材で主に構成され、共通の中心軸を有する同心状配置となっており、径を合わせることで関係部材同士が対向して共同的に機能する。
The contacts are roughly divided into an
密閉容器60の内壁面には絶縁支持部材14が接合により立設されている。対向接触子部10は、この絶縁支持部材14に支持されて位置固定されている。可動接触子部20は、操作ロッド25を備え、操作ロッド25に連動して、共通の中心軸に沿って対向接触子部10から開離及び接触する方向に移動する。
An
操作ロッド25は、対向接触子部10側に先端を向けて共通の中心軸線上に延びる中空の筒である。先端は筒の厚み分を残して開口し、中空部への入り口となっている。後端は駆動装置(不図示)に接続される。この操作ロッド25は、駆動装置によって対向接触子部10側へ押し込まれ、または対向接触子部10とは反対側に引き離される。
The
可動接触子部20の可動要素は、この操作ロッド25に直接又は間接的に連結し、操作ロッド25の押し引きに応じて対向接触子部10に対して接離する。これにより、可動接触子部20が対向接触子部10に対して接離し、電流の投入と遮断、及びアーク放電50の発弧及び消弧が実現する。
The movable element of the
対向接触子部10は、対向アーク接触子11及び対向通電接触子12を有する。可動接触子部20は、可動アーク接触子21及び可動通電接触子22を有する。対向通電接触子12と可動通電接触子22とが対向し、また対向アーク接触子11と可動アーク接触子21とが対向し、これらの接離により電流の投入及び遮断が切り換えられる。また、対向アーク接触子11と可動アーク接触子21の開離により、その間にアーク放電50が橋絡する。
The opposing
対向通電接触子12と可動通電接触子22は、それぞれ両端面が開口した円筒形状を有する導体であり、一方の開口を向かい合わせて同一軸上に対向配置されている。対向通電接触子12は、絶縁支持部材14に外周面で接合されることで、密閉容器60内に固定される。可動通電接触子22は、操作ロッド25と連結された後述のシリンダ24の端面に立設することで、操作ロッド25に連動して共通の中心軸方向に移動する。
The opposed energizing
対向通電接触子12の開口縁は内部に膨出しており、当該開口縁部分の内径と可動通電接触子22の外径は一致している。対向通電接触子12の開口に可動通電接触子22が差し込まれることで、対向通電接触子12の内面と可動通電接触子22の外面とが接触し、電気的に導通できる状態となる。また、対向通電接触子12の開口から可動通電接触子22を引き抜くことで、対向通電接触子12と可動通電接触子22とが開離する。
The opening edge of the opposed energizing
対向アーク接触子11は概略棒状の導体である。対向アーク接触子11は、先端部が丸くなっている鈍頭形状を有する円柱状である。可動アーク接触子21は、両端が開口した中空の円筒形状を有する導体であり、同一軸上に対向配置される。対向アーク接触子11は、対向通電接触子12の内周面に立設した固定支え13に接合されて、対向通電接触子12の内部に中心軸に沿って延びるように固定される。可動アーク接触子21は、操作ロッド25と同径で、操作ロッド25の先端から引き続くように操作ロッド25の先端縁に接合され、操作ロッド25と連動して中心軸方向に移動する。
The
対向アーク接触子11が可動アーク接触子21の指状電極を押し広げるように差し込まれることで、対向アーク接触子11の外面と可動アーク接触子21の内面とが接触し、電気的に導通できる状態となる。また、対向アーク接触子11が可動アーク接触子21から引き抜かれることで、図3に示すように、対向アーク接触子11と可動アーク接触子21とが開離し、その間にアーク放電50が橋絡する。
The opposing
アーク放電50に吹き付けるガス流は、機械パッファ室26により生成される。機械パッファ室26は、可動接触子部20に備えられ、操作ロッド25の胴回りに設けられたトーラス形状の蓄圧空間を有する。この機械パッファ室26は、操作ロッド25に連結したシリンダ24と密閉容器60内に固定されたピストン27により構成されている。機械パッファ室26は、操作ロッド25と連動したシリンダ24のピストン27に対する相対的な移動により容積可変となっており、機械的圧縮作用を利用して消弧性ガスを蓄圧し、その消弧性ガスを室外へ放出する。
A gas flow that blows against the
シリンダ24は、一端が有底で他端が開口したコップ状の導体である。シリンダ24の有底部内縁が操作ロッド25の外周と接合され、操作ロッド25と共に移動する。このシリンダ24は、操作ロッド25の外径よりも内径が大きく、操作ロッド25と共通の中心軸を有する。有底部は、円盤状であり、操作ロッド25の先端外周縁からフランジ状に拡がり、側周壁は、対向接触子部10と反対方向に延びる。
The
ピストン27は、ドーナツ状の平板であり、開口に操作ロッド25が摺動可能に貫通し、外径がシリンダ24の内径と一致し、シリンダ24に嵌め込まれる。このピストン27は、ピストン支え28によって密閉容器60内で位置固定されている。ピストン支え28は、ピストン27と一体的に形成され、対向接触子部10とは反対の方向に延びている。
The
機械パッファ室26は、操作ロッド25の移動に連動したシリンダ24の移動により、シリンダ24とピストン27とにより画成される空間容積を減少させ、内部の消弧性ガスを蓄圧する。シリンダ24の有底部には、可動アーク接触子21の一回り外側に連通孔24aが貫設されており、この連通孔24aを通じて消弧性ガスのガス流を機械パッファ室26外へ放出する。
The
機械パッファ室26から放出されたガス流は、絶縁ノズル23によりアーク放電50へ案内される。絶縁ノズル23は、両端に開口を有し、ポリテトラフルオロエチレン等の耐熱性の絶縁物からなり、シリンダ24の有底部に立設され、機械パッファ室26の連通孔を包み込むように延びている。
The gas flow discharged from the
アーク放電50に案内されたガス流は、対向接触子部10側と可動接触子部20側に分流され、密閉容器60に放散する。対向接触子部10側には、対向通電接触子12の可動接触子部20とは反対側の縁に延設された排気筒15が設けられる。また、可動接触子部20側には、操作ロッド25の中程に中空部とロッド外部とを繋ぐ連通孔25bが貫設されている。連通孔25bはピストン27の背後に形成される。連通孔25bよりも後端側には、操作ロッド25の先端側へ尖ったテーパ面25aが立ちはだかるように設けられ、連通孔25bへガス流を案内する。
The gas flow guided by the
(可動アーク接触子21の形状)
本実施形態における可動アーク接触子21の形状をより詳細に説明する。図5は、図4に示す可動アーク接触子21の先端部付近の拡大A−A断面図である。図5(a)は、遮断状態、図5(b)は投入状態を示す。
(Shape of the movable arc contact 21)
The shape of the
可動アーク接触子21は、中空の円筒形状である。可動アーク接触子21には、一方の開口から共通の中心軸と平行に、一定長さの切込みが設けられる。この切れ込みにより、可動アーク接触子21の開口縁は、円周方向に分割される。分割された先端部分は、独立する複数の指状電極となっている。
The
この指状電極は略平板とみなすこともでき、可動アーク接触子21の半径方向の可撓性を有する。すなわち、指状電極は可動アーク接触子21の半径方向に対して付勢力を有するバネ状構造となる。
This finger-like electrode can be regarded as a substantially flat plate and has flexibility in the radial direction of the
指状電極の先端部の内径は、開口縁が半径方向内側へ膨出することで、対向アーク接触子11の外径より若干小さく窄められている。また、膨出部分のそれぞれの長さは、指状電極ごとに異なる。異なる膨出部分を持つ指状電極は、周方向に非軸対称に配置される。これにより、指状電極が作る可動接触子21の内面形状は、共通の中心軸に直交する断面が円形となる軸対称ではなく、楕円形、多角形、偏心など非軸対称となる。
The inner diameter of the tip of the finger electrode is narrowed slightly smaller than the outer diameter of the opposed
本実施形態では、図5に示すように、筒状の可動アーク接触子21の一方の開口部を12に分割し、12の指状電極としている。指状電極のアーク接触子21の中心軸に対して直角な断面形状は、それぞれ異なる形状である。すなわち、指状電極の形状は、それぞれ異なる長さで内側に膨出し、指状電極が作る可動アーク接触子21の内面形状の共通の中心軸に直交する断面が非軸対称の楕円形となる。
In the present embodiment, as shown in FIG. 5, one opening portion of the cylindrical movable arc contactor 21 is divided into 12 parts to form 12 finger electrodes. The cross-sectional shapes perpendicular to the central axis of the
(作用)
(投入動作)
電路を遮断状態から投入状態にするガス遮断器の投入動作においては、操作ロッド25は、駆動装置の操作力を受けて、対向接触子部10に向かう方向に中心軸に沿って移動する。そうすると、可動接触子部20が対向接触子部10に対し近づくように中心軸に沿って移動し、対向通電接触子12に対して可動通電接触子22が接触し、導通する。
(Function)
(Loading operation)
In the closing operation of the gas circuit breaker that changes the electrical path from the breaking state to the closing state, the operating
電流投入時には、対向アーク接触子11が可動アーク接触子21の指状電極を押し広げるように差し込まれる。その際に、対向アーク接触子11と指状電極との間で衝突荷重がかかる。すなわち、可動アーク接触子21の指状電極は可撓性を有しているため、差し込まれる対向アーク接触子11により、指状電極は半径方向に対して外側に広がる。指状電極が広がる距離は、可動アーク接触子21の内面形状が共通の中心軸に対して非軸対称であるため、指状電極の形状よって異なる。可動アーク接触子21の内面形状が楕円形の場合、楕円の短軸上に配置される指状電極では、広がる距離が大きくなる。一方、楕円の長軸上に配置される指状電極では、広がる距離は小さくなる。そのため、対向アーク接触子11が指状電極を押し広げる際に発生する衝突荷重は、楕円の短軸上に配置される指状電極からの衝突荷重が大きく、楕円の長編上に配置される指状電極からの衝突荷重が小さくなる。
At the time of turning on the current, the
(遮断動作)
通電状態では、固定支え13、対向通電接触子12、可動通電接触子22、シリンダ24が電気的に接続されており、これらの部材が電路の一つとなる。特に図示しないが、密閉容器には2本の導体がそれぞれスペーサによって対向接触子部10側と可動接触子部20側とに固定されている。スペーサは密閉容器と導体とを絶縁するとともに、導体を支持するものである。通電状態において電流は、ブッシング(図示しない)を介してガス遮断器に流れ込み、対向接触子部10側の導体から上記電路となる部材、及び可動接触子部20側の導体とブッシング(図示しない)を介してガス遮断器外部へ流れ出す。
(Blocking operation)
In the energized state, the fixed
事故電流、進み小電流、リアクトル遮断等の遅れ負荷電流、又は極めて小さな事故電流の遮断を要する場合、操作ロッド25は、駆動装置の操作力を受けて、対向接触子部10とは反対の方向に中心軸に沿って移動する。そうすると、可動接触子部20が対向接触子部10に対し離れるように中心軸に沿って移動し、対向通電接触子12に対して可動通電接触子22が開離する。
When it is necessary to interrupt an accident current, a small advance current, a delayed load current such as a reactor cutoff, or an extremely small accident current, the operating
また、可動接触子部20の移動によって、操作ロッド25に連結しているシリンダ24は、その有底部が位置固定のピストン27に対して接近するように移動するため、機械パッファ室26の容積減少が発生し、ボイルの法則に従い機械パッファ室26内の消弧性ガスが蓄圧される。
Further, as the
遮断動作が更に進行し、対向アーク接触子11に対して可動アーク接触子21が開離すると、対向アーク接触子11と可動アーク接触子21との間にはアーク放電50が発弧する。
When the interruption operation further proceeds and the
アーク放電50は非常に高温であるため、アーク放電50から高温ガスが発生し、またアーク放電50に加熱された周囲の消弧性ガスも高温となる。更に遮断動作が進行し、対向アーク接触子11と可動アーク接触子21間の距離が十分開くと、機械パッファ室26内の消弧性ガスが連通孔24aを通って絶縁ノズル23内に噴出する。噴流となった消弧性ガスは、絶縁ノズル23と可動アーク接触子21との間をガス流路として、アーク放電50に向けて案内され、アーク放電50に強力に吹き付けられる。そして、電流零点を迎えると、アーク放電50は強力な消弧性ガスの吹き付けと相俟って消弧に至り、電流遮断が完了する。
Since the
電力投入後、指状電極は差し込まれた対向アーク接触子11に対して荷重をかけて接触している。すなわち、対向アーク接触子11によって円周方向に対して外側に広げられた指状電極は、可撓性のある指状電極により、円周方向に対して内側に荷重をかける。指状電極が対向アーク接触子11に加える荷重は、可動アーク接触子21により押し広げられた距離に応じて変化する。共通の中心軸に直交する断面が楕円形の場合は、楕円の短軸上では、たわみが大きいため荷重が大きくなる。一方、楕円の長軸上では、たわみが小さいため、荷重が小さくなる。
After the power is turned on, the finger electrode is in contact with the
電流遮断時には、可動アーク接触子21の指状電極を押し広げている対向アーク接触子11が、引き抜かれる。対向アーク接触子11が引き抜かれることにより、可動アーク接触子21の指状電極は、可撓性を有しているため、対向アーク接触子11が差し込まれる以前の位置に復元する。対向アーク接触子11が引き抜かれる場合には、楕円の短軸上に配置される指状電極からは、大きな荷重かかかる。一方、楕円の長軸上に配置される指状電極からは、小さな荷重がかかる。
When the current is interrupted, the opposing
(効果)
以上のように、本実施形態のガス遮断器は、可動アーク接触子21の先端部分に、指状電極を設けた。この指状電極が作る可動接触子21の内面形状を、共通の中心軸に直交する断面が楕円形であり、非軸対称とする。
(effect)
As described above, in the gas circuit breaker according to the present embodiment, the finger-like electrode is provided at the tip of the
これにより、電流投入時の閉動作時、及び、電流遮断時の開動作時に、可動アーク接触子21と対向アーク接触子11間で発生する荷重に偏りを持って分布させることができる。そのため、楕円形状の可動アーク接触子21の内側、及びそれに対応した対向アーク接触子11の表面に、開閉動作に伴う傷の起こりやすい領域と、起こりにくい領域とが生まれる。
As a result, the load generated between the
接触子部分に発生する過渡的な過電圧に対するアーク接触子間の絶縁破壊の確率は、高電界となる領域の面積に比例する。そのため、接触荷重の小さな接点を存在させ、傷みの起こりにくい領域が生まれることで、進み小電流遮断時の絶縁破壊確率を低下させることができる。また、接触荷重の大きな接点を存在させることで、通電容量不足や、接触子の接触不良、開極時に接触子間が早く開離する等の問題は起こりにくくなる。 The probability of dielectric breakdown between the arc contacts against a transient overvoltage generated in the contact portion is proportional to the area of the region where the high electric field is generated. For this reason, the presence of a contact with a small contact load and the generation of an area where damage is unlikely to occur can reduce the probability of dielectric breakdown at the time of advanced small current interruption. In addition, the presence of a contact having a large contact load makes it difficult to cause problems such as insufficient energization capacity, contact failure of the contact, and early opening of contacts between the contacts.
さらに、対向アーク接触子11および絶縁ノズル23の形状を変えなくても良いため、大電流遮断時の吹き付け圧力が低下する恐れはない。
Furthermore, since it is not necessary to change the shapes of the
以上のように、本実施形態によれば、大電流の遮断性能に影響を与えずに、良好な進み小電流遮断性能が得られる。 As described above, according to the present embodiment, good advance and small current interruption performance can be obtained without affecting large current interruption performance.
また、本実施形態では、図5に示すように、共通の中心軸を原点とし、X軸方向を楕円の短軸とし、Y軸方向を楕円の長軸としたが、X軸方向を楕円の長軸とし、Y軸方向を楕円の短軸とすることもできる。 In the present embodiment, as shown in FIG. 5, the common central axis is the origin, the X-axis direction is the elliptical short axis, and the Y-axis direction is the elliptical long axis, but the X-axis direction is the elliptical axis. The major axis may be used, and the Y-axis direction may be the ellipse minor axis.
また、本実施形態では、図6に示すように、膨出する長さが長い指状電極と、膨出する長さが短い指状電極とを交互に配置することにより、可動アーク接触子21の内面形状を非軸対称としても良い。図6では、膨出する長さが長い指状電極と、膨出する長さが短い指状電極とを交互に配置としているが、可動接触子21の内面形状を非軸対称となるならば、対向アーク接触子11と可動アーク接触子21間で発生する衝突荷重に基づいて、組み合わせは、任意に決定することができる。
Moreover, in this embodiment, as shown in FIG. 6, the movable arc contactor 21 is formed by alternately arranging finger-like electrodes having a long bulge length and finger-like electrodes having a short bulge length. The inner surface shape may be non-axisymmetric. In FIG. 6, finger electrodes having a long bulge length and finger electrodes having a short bulge length are alternately arranged. However, if the inner surface shape of the
また、本実施形態では、図7に示すように、指状電極が作る可動接触子21の内面形状の中心を、対向アーク接触子11の中心軸からずらし偏心させることにより、可動接触子21の内面形状を非軸対称としても良い。偏心方向は、可動接触子21の内面形状を非軸対称となるならば、対向アーク接触子11と可動アーク接触子21間で発生する衝突荷重に基づいて、任意に決定することができる。
Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 7, the center of the inner surface shape of the
また、本実施形態では、図1乃至図7に示すように、対向アーク接触子11を内部に空間を有しない鈍頭形状を有する円柱形状としたが、内部を中空とした鈍頭形状を有する円柱形状とすることもできる。円柱形状の内部を中空とすることで、対向アーク接触子11の外観をそのままに、対向アーク接触子11の軽量化を図ることが可能となる。中空とする部分は、円柱形状の部分のみ、鈍頭形状部分と円柱形状の部分、鈍頭形状部分のみ、と任意に選択をすることが可能である。円柱形状の部分を中空とする場合には、対向アーク接触子11に一定の厚さを設けた円筒形状とすることも、中空の部分を複数設けることもできる。
Further, in the present embodiment, as shown in FIGS. 1 to 7, the counter arc contactor 11 has a cylindrical shape having a blunt shape having no space inside, but has a blunt shape having a hollow inside. It can also be a cylindrical shape. By making the cylindrical interior hollow, it is possible to reduce the weight of the
(第2の実施形態)
第2の実施形態に係るガス遮断器では、指状電極の形状が第1の実施形態と異なり、1つ1つの指状電極の形状は、それぞれ同じ形状である。その余は同一構成につき、同一構成の説明は省略する。
(Second Embodiment)
In the gas circuit breaker according to the second embodiment, the shape of the finger electrode is different from that of the first embodiment, and the shape of each finger electrode is the same. Since the rest is the same configuration, the description of the same configuration is omitted.
本実施形態では、筒状の可動アーク接触子21の一方の開口部を分割し、複数の指状電極としている。指状電極のアーク接触子21の中心軸に対して直角な断面形状は、それぞれ同じ形状である。この指状電極は略平板とみなすこともでき、可動アーク接触子21は可撓性を有するバネ状構造である。言い換えれば、指状電極は半径方向にたわむ板バネとみることができる。本実施形態の指状電極のバネ係数が指状電極ごとに異なり、バネ係数が異なる指状電極を周方向に非軸対称に配置することで、アーク接触子21の先端部が非軸対称形状とする。
In this embodiment, one opening of the cylindrical movable arc contactor 21 is divided into a plurality of finger electrodes. The cross-sectional shapes perpendicular to the central axis of the
(作用)
(投入動作)
電流投入時に差し込まれる対向アーク接触子11により、指状電極は半径方向に対して外側に広がる。そのため、対向アーク接触子11が指状電極を押し広げる際に衝突荷重が発生する。この衝突荷重は、バネ係数の大きな指状電極からの衝突荷重は大きく、バネ係数の小さな指状電極からの衝突荷重は小さくなる。
(Function)
(Loading operation)
The finger-like electrode spreads outward in the radial direction by the opposed
(遮断動作)
電流遮断時には、可動アーク接触子21の指状電極を押し広げている対向アーク接触子11が、引き抜かれる。対向アーク接触子11が引き抜かれる場合には、バネ係数の大きな指状電極からの荷重は大きな荷重がかかる。一方、バネ係数の小さな指状電極からは、荷重は小さな荷重がかかる。
(Blocking operation)
When the current is interrupted, the opposing
(効果)
以上のように、本実施形態のガス遮断器は、可動アーク接触子21の先端部が非軸対称形状となるように、可動アーク接触子21の先端部に形成される指状電極の断面形状は同じ形状とするが、それぞれの指状電極のバネ係数を異なるものとしている。
(effect)
As described above, the gas circuit breaker according to the present embodiment has a cross-sectional shape of the finger-like electrode formed at the distal end portion of the
これにより、電流投入時の閉動作時、及び、電流遮断時の開動作時に、可動アーク接触子21と対向アーク接触子11間で発生する荷重に偏りを持って分布させることができるので、前記実施形態と同様の効果を奏することができる。
Thereby, the load generated between the
また、本実施形態の指状電極は、バネ係数が異なるものであるが、指状電極のバネ係数は、任意の方法により決定することが可能である。例えば、可動アーク接触子21の開口部からの切込みの長さを指状電極ごとに異なるものとすることで、指状電極に固有のバネ係数を設けることもできる。すなわち、切込みの長さが長い指状電極では、バネ係数が小さくなり、切込みの長さが短い指状電極では、バネ係数が大きくなる。 Further, the finger-like electrode of the present embodiment has a different spring coefficient, but the spring coefficient of the finger-like electrode can be determined by any method. For example, by making the length of the cut from the opening of the movable arc contactor 21 different for each finger electrode, a spring coefficient specific to the finger electrode can be provided. That is, the finger coefficient with a long cut length has a small spring coefficient, and the finger electrode with a short cut length has a large spring coefficient.
(第3の実施形態)
次に、第3の実施形態に係るガス遮断器を説明する。本実形態においては、絶縁ノズル23の形状が第1の実施形態と異なり、その余は同一構成につき、同一構成の説明は省略する。
(Third embodiment)
Next, a gas circuit breaker according to a third embodiment will be described. In the present embodiment, the shape of the insulating
(構成)
本発明によるガス遮断器の第3の実施形態について説明する。図8に示すように、本発明の基本的な構成は第1の実施の形態と同様である。図8(a)は、図4のA−A断面図、図8(b)は図4のB−B断面図である。すなわち、可動アーク接触子21の先端部は、内側形状が楕円形に構成されている。さらに、本実施形態では、絶縁ノズル23の消弧ガスの流路であるスロート内側断面も楕円形に構成されている。
(Constitution)
A third embodiment of the gas circuit breaker according to the present invention will be described. As shown in FIG. 8, the basic configuration of the present invention is the same as that of the first embodiment. 8A is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 4, and FIG. 8B is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. That is, the tip of the
このとき、可動アーク接触子21における内側楕円形状の短軸方向(図8(a)Y軸方向)と、絶縁ノズル23のスロートにおける内側楕円形状の長軸方向(図8(b)Y軸方向)が対応し、可動アーク接触子21における内側楕円形状の長軸方向(図8(a)X軸方向)と、絶縁ノズル23のスロートにおける内側楕円形状の短軸方向(図8(b)X軸方向)が対応するように構成する。
At this time, the inner elliptical short axis direction (FIG. 8 (a) Y-axis direction) of the
(作用・効果)
本実施の形態においては、第1の実施の形態の作用効果に加えて、以下のような作用効果が得られる。
(Action / Effect)
In the present embodiment, in addition to the functions and effects of the first embodiment, the following functions and effects are obtained.
本実施の形態によれば、対向アーク接触子11に対して大きな荷重がかかる可動アーク接触子21の楕円形状の短軸方向と、絶縁ノズル23のスロートにおける円形状の長軸方向とを組み合わせている。つまり、対向アーク接触子11の衝突による破損の起こりやすい領域は、絶縁ノズル23の長軸方向を通過し、対向アーク接触子11の衝突による破損の起こりにくい領域は、絶縁ノズル23の短軸方向を通過することになる。
According to the present embodiment, the elliptical minor axis direction of the movable arc contactor 21 that applies a large load to the counter arc contactor 11 and the circular major axis direction at the throat of the insulating
そのため、対向アーク接触子11における破損が起こりやすく高電界となりやすい領域は、絶縁ノズル23のスロートを通過する際に、絶縁ノズル23との距離を広くとることができ、進み小電流断時の絶縁破壊確率をさらに低下させることができる。一方で、絶縁ノズル23のスロートにおける内側楕円形状の短軸方向では、対向アーク接触子11との距離が短いが、その方向では可動アーク接触子21との衝突荷重が小さくなるよう構成されているため、進み小電流遮断時の絶縁破壊確率が著しく上昇することはない。
Therefore, the region where the
また、絶縁ノズル23と対向アーク接触子11の間隔が狭い領域が存在することで、大電流遮断時における吹き付け圧力の低下の影響を小さく限定することができ、大電流の遮断性能の著しい低下も起こり得ない。
In addition, since there is a region where the distance between the insulating
本実施形態では、可動アーク接触子21の先端部が非軸対称形状であれば、アーク接触子の内面形状が楕円であることに限定されない。すなわち、図6に示すように、膨出する長さが長い指状電極と、膨出する長さが短い指状電極とを交互に配置しても良い。また、図7に示すように、指状電極が作る可動接触子21の内面形状の中心を、対向アーク接触子11の中心軸からずらし偏心させても良い。さらに、アーク接触子の先端部に形成される指状電極の断面形状を同じ形状とし、それぞれの指状電極のバネ係数を異なるものとしても良い。
In this embodiment, if the front-end | tip part of the
(第4の実施形態)
(構成)
次に、第4の実施形態に係るガス遮断器を説明する。本実形態においては、対向アーク接触子11の形状が第1の実施形態と異なり、対向アーク接触子11の先端部分の断面の一部が非軸対称形状である。本実施形態では、図9に示すように、対向アーク接触子11の先端部分の断面は楕円となる。図9(a)は、図4の可動アーク接触子21の断面図、図9(b)は対向アーク接触子11の断面図である。
(Fourth embodiment)
(Constitution)
Next, a gas circuit breaker according to a fourth embodiment will be described. In the present embodiment, the shape of the
このとき、可動アーク接触子21における内側楕円形状の短軸方向(図9(a)Y軸方向)と、対向アーク接触子11の先端部分の断面の長軸方向(図9(b)Y軸方向)が対応し、可動アーク接触子21における内側楕円形状の長軸方向(図9(a)X軸方向)と、対向アーク接触子11の先端部分の断面の短径方向(図9(b)X軸方向)が対応するように構成する。 At this time, the minor axis direction of the inner elliptical shape of the movable arc contactor 21 (FIG. 9 (a) Y-axis direction) and the long-axis direction of the cross-section of the tip portion of the counter arc contactor 11 (FIG. 9 (b) Y-axis). Direction), the major axis direction of the inner oval shape of the movable arc contact 21 (FIG. 9A) and the minor axis direction of the tip of the counter arc contact 11 (FIG. 9B). ) X-axis direction).
(作用・効果)
本実施の形態によれば、電流投入時には、対向アーク接触子11の長軸部分が、可動アーク接触子21の短径領域の指状電極を押し広げるように差し込まれる。一方、対向アーク接触子11の短軸部分が、可動アーク接触子21の長軸領域の指状電極を押し広げるように差し込まれる。そのため、可動アーク接触子21の短軸領域の指状電極が広がる距離と、可動アーク接触子21の短軸領域の指状電極が広がる距離とで大きな差をつけることができる。
(Action / Effect)
According to the present embodiment, at the time of supplying current, the long axis portion of the
これにより本実施の形態においては、第1の実施の形態の作用効果に加えて、以下のような作用効果が得られる。本実施の形態によれば、可動アーク接触子21の形状だけでなく、対向アーク接触子11の形状により、電流投入時の閉動作時、及び、電流遮断時の開動作時に、可動アーク接触子21と対向アーク接触子11間で発生する荷重に偏りを持って分布させることができる。さらに、その偏りの差を大きくできるので、前記第1の実施形態の効果をより効果的に奏することができる。
As a result, in the present embodiment, the following operational effects are obtained in addition to the operational effects of the first embodiment. According to the present embodiment, not only the shape of the
また、本実施形態では、可動アーク接触子21の短軸方向と、対向アーク接触子11の長軸方向とを対応させると共に、可動アーク接触子21の長軸方向と、対向アーク接触子11の先端部分の断面の短軸方向を対応させた。しかしながら、可動アーク接触子21と対向アーク接触子11間で発生する荷重に偏りを持って分布させることができるならば、この構成に限られるものではない。
Further, in the present embodiment, the short axis direction of the
(その他の実施形態)
本明細書においては、本発明に係る複数の実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図していない。具体的には、第1乃至第5の実施形態を全て又はいずれかを組み合わせたものも包含される。以上のような実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
(Other embodiments)
In the present specification, a plurality of embodiments according to the present invention have been described. However, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. Specifically, a combination of all or any one of the first to fifth embodiments is also included. The above embodiments can be implemented in other various forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the invention described in the claims and equivalents thereof as well as included in the scope and gist of the invention.
例えば、第1乃至第4の実施形態では、対向接触子部10を固定して、可動接触子部20のみ軸方向に移動させるよう構成したが、対向接触子部10に対して可動接触子部20が相対的に移動するように、対向接触子部10も軸方向に移動させ、相対的開極速度を向上させようとするいわゆるデュアルモーション機構にしても良い。
For example, in the first to fourth embodiments, the
また、第1乃至第4の実施形態では、駆動装置による機械的作用による蓄圧空間を有するガス遮断器を示したが、アークの熱エネルギーを取り込んで蓄圧する蓄圧空間を有するいわゆる自力効果を用いたタイプのガス遮断器や、機械的作用の蓄圧空間と熱エネルギー作用による蓄圧空間を有するガス遮断器に対しても適用可能である。 In the first to fourth embodiments, the gas circuit breaker having the pressure accumulation space due to the mechanical action by the driving device is shown. However, the so-called self-powered effect having the pressure accumulation space for taking in and storing the heat energy of the arc is used. The present invention can also be applied to a gas circuit breaker of a type and a gas circuit breaker having a pressure accumulation space by mechanical action and a pressure accumulation space by thermal energy action.
10 … 対向接触子部
11 … 対向アーク接触子
12 … 対向通電接触子
13 … 固定支え
14 … 絶縁支持部材
15 … 排気筒
20 … 可動接触子部
21 … 可動アーク接触子
22 … 可動通電接触子
23 … 絶縁ノズル
24 … シリンダ
24a … 連通孔
25 … 操作ロッド
25a … テーパ面
25b … 連通孔
26 … 機械パッファ室
27 … ピストン
50 … アーク放電
60 … 密閉容器
DESCRIPTION OF
Claims (11)
消弧性ガスが充填された絶縁性の密閉容器と、
円筒状の絶縁ノズルと、
前記密閉容器内に対向配置され、遮断動作に伴って開離し前記絶縁ノズル内にアーク放電を励起する第1アーク接触子及び第2アーク接触子を備え、
第1アーク接触子および第2アーク接触子の一方は鈍頭形状を有する円柱形状であり、
他方は中空の円筒形状であり、その円筒の端部に複数の指状電極を有し、
前記指状電極が形成する前記アーク接触子の先端部が非軸対称形状であることを特徴とするガス遮断器。 A gas circuit breaker that cuts off and puts in the current flowing in the electric circuit,
An insulating sealed container filled with arc-extinguishing gas;
A cylindrical insulating nozzle;
A first arc contact and a second arc contact which are arranged opposite to each other in the sealed container and are separated in accordance with a shut-off operation to excite an arc discharge in the insulating nozzle;
One of the first arc contact and the second arc contact is a cylindrical shape having a blunt shape,
The other has a hollow cylindrical shape, and has a plurality of finger electrodes at the end of the cylinder,
A gas circuit breaker characterized in that a tip of the arc contact formed by the finger electrode has a non-axisymmetric shape.
膨出する長さが長い指状電極と、膨出する長さが短い指状電極とを配置することを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載のガス遮断器。 The finger electrode bulges inward in the radial direction of the arc contact,
The gas circuit breaker according to any one of claims 1 to 3, wherein a finger electrode having a long bulge length and a finger electrode having a short bulge length are arranged.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2020250511A1 (en) * | 2019-06-12 | 2020-12-17 | 株式会社日立製作所 | Switchgear |
-
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- 2013-07-23 JP JP2013153098A patent/JP2015023006A/en active Pending
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