JP3061387B2

JP3061387B2 - ガス絶縁開閉器

Info

Publication number: JP3061387B2
Application number: JP1224686A
Authority: JP
Inventors: 直明下川原
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-09-01
Filing date: 1989-09-01
Publication date: 2000-07-10
Anticipated expiration: 2015-07-10
Also published as: JPH0389424A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、変電所において使用されるガス絶縁開閉器
に係り、特に、ループ電流の遮断を行う断路器の電流開
閉性能に改良を加えたガス絶縁開閉器に関するものであ
る。

（従来の技術）近年、発電所や変電所に用いられる高圧回路の開閉器
として、ガス絶縁開閉器が採用されている。このガス絶
縁開閉器は、母線、遮断器、断路器及びその他の付属設
備を、接地金属容器の中に収納し、この接地金属容器内
にSF₆ガスを加圧充填し、高圧回路の開閉器としたもの
である。

このようなガス絶縁開閉器において、例えば、２重母
線方式の場合、第７図に示す回路図に従って配置されて
いる。

すなわち、甲側の主母線１及び乙側の主母線２には、
母線用断路器４、５が接続されている。この母線用断路
器４、５には、遮断器３が設けられており、ライン回線
L1及びL2における遮断器３は、ライン用断路器６を介し
てブッシング８が接続されている。また、主母線１、２
には、遮断器３及びバンク用断路器７を介して変圧器９
が接続されている。さらに、主母線１、２には、遮断器
３が設置されたタイ用断路器10、11が接続されている。

以上のように配置される２重母線方式のガス絶縁開閉
器において、遮断器３は、事故電流を開閉するようなっ
ており、一方、母線用断路器４、５は、当該回線を停止
させずに負荷電流を切替える際、いわゆるループ電流を
開閉するようになっている。このループ電流の開閉要求
性能は、遮断電流としては最大定格電流となる負荷電流
であり、回復電圧は、並列回路のインピーダンス降下電
圧となり、数百Ｖである。

ところで、ループ電流は、一般に、以下の手順で切替
わる。

即ち、ライン回線L1に流れている負荷電流ｉが母線用
断路器４を通っていると想定する場合、母線用断路器５
は開路状態にあり、タイ用断路器10、11は閉路状態にあ
る。この負荷電流ｉを停止させることなく、母線用断路
器５に切替え、乙側の主母線２の方に移行させるには、
まず、母線用断路器５を閉路する。この時、負荷電流ｉ
は、母線用断路器４、５に分流する。その後、断路器４
を開路する。この時、母線用断路器４は、分流している
負荷電流ｉを遮断することになる。なお、この分流電流
は、母線用断路器４、５のそれぞれの回路のインピーダ
ンスの逆比の割合で分流している。そこで、インピーダ
ンスの比が極端にアンバランスになっている場合、母線
用断路器４、５は、負荷電流ｉにほとんど近い遮断をし
なければならない。つまり、機器の定格電流であり、大
容量の開閉器では、例えば、6000Aまたは8000Aの電流を
遮断する必要がある。

ところで、従来、定格電流が小さい場合、断路器極間
には、閉路時、負荷電流を流す主接触子の他、電流開閉
のためのアーク接触子を設けていた。このような従来の
断路器の構造を図面を参照して説明する。

即ち、第８図に示すように、金属容器12内には、絶縁
スペーサ14で固定支持された固定側接触部15、可動側接
触部16が対向して同軸に配設されており、SF₆ガス13が
充填されている。さらに、固定側接触部15、可動側接触
部16間を開閉する主可動接触子17が配置されており、こ
の内部には、電流遮断時に電流を転じさせ、発弧、遮断
を目的としたアーク接触子18が配設されている。また、
主可動接触子17には、絶縁ロッド19が連結されており、
リンク20、レバー21、主軸22を介して断路器外部に設置
した操作装置23により開閉駆動するように構成されてい
る。この様な断路器において、電流を開路操作すると、
遮断電流は、主可動接触子17が開極すると同時に、アー
ク接触子18に転流し、その後、アーク接触子18が開極し
た時、アークが発生し、やがて遮断される。

以上のような単純なアーク接触子18を有する断路器
は、遮断電流の増加に伴って、遮断時間（アーク時間）
及びアークによる分解生成物の発生量が増加し、電極下
側に配置される絶縁スペーサ表面を汚損し、絶縁性能の
低下を招く原因となっていた。

さらに、遮断電流が増加すると、上記のような理由に
より絶縁性能が大幅に低下し、やがては、遮断不能に陥
り、機能を果たさなくなる危険性が高い。そのため、大
電流を遮断するものについては、電流遮断性能の確保及
びアークによる絶縁性能低下を防止するため、様々な工
夫により遮断性能の向上が図られている。例えば、遮断
時に、SF₆ガスを吹付けるパッファ方式や、ガスを吸込
むようにして、ガス流を発生させるサクション方式、ま
た、接点部にコイルを設け、開極途上で電流をコイルに
転流させ、コイルによる磁界でアークを駆動し、消弧す
る磁界駆動方式などが知られている。

しかしながら、これらの消弧方式は、いずれも強制的
にアークを消そうとするものであり、また、構造上も複
雑で、且つ、圧縮室或いは負圧室の差圧を外部駆動力に
より確保するため、非常に大きな駆動力を必要とした。

ところで、一般に、断路器は、上記のような母線用断
路器も含めて、充電電流を開閉しなくてはならない。こ
の充電電流の開閉を第７図に即して説明すると、ライン
回線を遮断器３で開路した後、母線用断路器４、５を開
路する場合、この母線用断路器４、５は、断路器〜遮断
器間の母線部に流れる充電電流を開路することになる。
この充電電流は、1A以下と極めて小さい電流であるが、
開路時再点弧現象により、極めて高いサージが発生す
る。このサージは、断路器内にとどまる事がなく、ガス
絶縁開閉器全体に伝幡し、機器の絶縁性能を脅かしてい
た。このため、従来は、断路器のアーク接点部に直列に
抵抗体を挿入し、抵抗遮断により、発生サージレベルの
低減を図るなどの工夫が提案されている。

しかしながら、この様な構成をとると、機器の大形化
を招くばかりでなく、前述したようなループ電流開閉の
ような大電流開閉時には、抵抗体のために、主接点から
アーク接点への転流がうまくいかず、主接点でアークが
発生してしまうという問題が生じていた。

（発明が解決しようとする課題）以上のように、従来技術においては、サージレベルの
低減と、主接点でのアーク発生防止を同時に満足させる
性能を有する断路器を構成することは極めて困難であっ
た。

本発明は、上記のような従来技術の課題を考慮してな
されたものであり、その目的とするところは、ループ電
流の遮断を速やかに実行すると共に、発生サージを大幅
に低減させる優れたガス絶縁開閉器を提供することを目
的とする。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明のガス絶縁開閉器は、高圧導体が接離可能な主
接点およびアーク接点を有するガス絶縁開閉器におい
て、前記主接点の内側で、かつ、前記アーク接点の外周
に、遮断電流の電流零点までは飽和状態を示し、電流が
零点を通過して逆転した後は飽和状態が解け、再び飽和
するまではインダクタンス成分を示すように磁性体を配
置したことを特徴とする。

（作用）上記のような構成を有する本発明においては、主接点
の内側、かつ、アーク接点の外周に、磁性体が配置され
ているため、電流OA或いは微小電流時間を増加させ、ル
ープ電流遮断時間を速やかに行うことが可能である。と
同時に、充電電流開閉時は、この磁性体のヒステリシス
損によって、発生サージを大幅に低減することができ
る。

（実施例）以下、本発明の一実施例を図面を参照して具体的に説
明する。

なお、従来の遮断器と同一部材に付いては、同一符号
を付し、説明は省略する。

即ち、第１図に示すように、本実施例の断路器の固定
側接触部15内には、主可動接触子17及び接触通電するフ
ィンガ25が収納されている。また、固定側接触部15を支
持するよう導体26が設置されている。この導体26は、定
格電流を流すようになっている。さらに、固定側のアー
ク接触子18の外周、且つ、導体26の内側には、磁性体24
が配設されている。

この磁性体24は、第２図に示すように、外観は円筒形
であるが、その構成は、ケイ素鋼板或いはアモルファス
磁性体の薄状円板27間に、ルミラーシートのような絶縁
シート28を挿入して重ね合わせている。

次に、上記のような構成を有する本実施例におけるル
ープ電流遮断時の作用を説明する。

即ち、第１図の断路器は、閉路状態を示しているが、
開路操作を行うと、まず、主可動接触子17及びフィンガ
25が開離し、遮断電流はアーク接触子18に転流する。さ
らに、開極が進むと、アーク接触子18間が開離し、アー
クが発生する。ここで、遮断電流がアーク接触子18に転
流した時の等価回路を第３図に示す。

電源は、等価的に電流源31として表し、ここから流れ
る電流Ｉ＝I₀sinωｔは、閉ループにより、i₁、i₂に分
流する。また、各電流路には、それぞれ線路のインダク
タンスL₁、L₂が入る。さらに、抵抗34は、アーク接触子
18が開極した時に発生するアーク抵抗である。また、磁
性体リング35は、電流零点近傍以外は飽和状態であるた
め、インダクタンス成分は示さず、電流を求める際に考
慮する必要はない。そこで、第３図に示される電流i₁、
i₂は、次の式から求めることができる。

i₁＝I₀sinωｔ−aI₀sin（ωｔ＋α） i₂＝aI₀sin（ωｔ＋α）（１）ただし、ａ＝cosα/2 tanα＝R/2ωＬ（２）（１）式で与えられる電流i₁、i₂及び電流Ｉのグラフ
を第４図に示す。この時、36が電流Ｉ、37aが電流i₁、3
7bが電流i₂の時間的変化を表している。

ここで、電流i₂の電流零点37′ｂ近傍の現象について
考える。

磁性体リング35は、電流零点37′ｂまでは、飽和状態
にあり、インダクタンスは示さないが、電流零点37′ｂ
を通過し、電流が逆転した瞬間に、飽和状態が解け、大
きなインダクタンス成分を示し、電流零の状態を保持し
ようとする。この状態は、磁性体リング35が再び飽和す
るまで続き、この所要時間は、磁性体リング35の断面積
及び磁性体リング35に印加される電圧により決定され
る。

ところで、電流i₂の電流零点37′ｂ近傍では、磁性体
リング35に印加される電圧は、電流路の浮遊インダクタ
ンス32が発生する僅かな電圧（数百Ｖ）である。従っ
て、磁性体リング35の無飽和状態は、長く持続し、この
間、断路器極間には電流は殆ど流れず、電圧も印加され
ない。そのため、アークが消滅し、ガスが冷却されるの
に十分な時間を得ることができ、確実に電流を遮断する
ことが可能である。

また、電流零点37′ｂで極性が反転する際に、磁性体
24に高電圧が発生するが、第１図に示したように、常時
は主通電部の導体26の内側に配置されているため、主回
路に対して何ら影響を及ぼすようなことがない。と同時
に、主通電電流によるヒステリシス損による加熱も生じ
ない。

しかも、充電電流の開閉時には、アーク接触子18間で
再点弧が発生するが、サージ電流はアーク接触子18を流
れる際、磁性体24のヒステリシス損により、ロスが生
じ、発生サージは低減される。この低減率は概ね70％を
期待することができ、ガス絶縁機器の絶縁性能向上に大
きく貢献することができる。

以上述べたように、本実施例によれば、磁性体24を主
通電部の内側及びアーク電極の外側に配置することによ
り、電流遮断時のみ磁性体が作用し、遮断電流零点にお
いて、極性反転後、一定時間、例えば数十μｓの間、遮
断電流を数Ａ以下に抑えることが可能となる。従って、
電流遮断が迅速且つ確実に実行できる。さらに、この様
に簡単な構造であると共に、大電流領域でも極めて短い
アーク時間で電流開閉が可能な母線用断路器をガス絶縁
開閉器に適用することにより、機器の機械的な信頼性の
みならず、絶縁物を汚損させないことから絶縁性能の信
頼性も確保できる。しかも、機器の駆動系に関わる部分
が殆どないため、軽駆動力にて、大電流遮断が可能とな
り、操作装置の小形化に伴って、機器全体もコンパクト
になる。そのため、保守点検作業が容易となる。

さらに、磁性体のヒステリシス損により、充電電流開
閉時の発生サージレベルも大幅に低減することができる
ため、ガス絶縁開閉器を構成する機器すべてに亘って絶
縁性能上の信頼性を高めることができる。そのため、50
0KVや将来のUHV級のガス絶縁開閉器において、機器の縮
小化に寄与できる。

なお、本発明は、以上のような一実施例に限定される
ものではなく、次のような他の実施例も提供することが
できる。

即ち、磁性体の構成として、第５図に示すように、ケ
イ素鋼板或いはアモルファス磁性体の薄状帯板29に絶縁
シート28を重ね合わせて円筒形に巻いても良い。また、
磁性体をエポキシ樹脂などにより、全体を一体注形して
も良い。この様な構成をとれば、磁性体に発生する高電
圧に対して絶縁性能を向上させることができる。

さらに、第６図に示すように、磁性体24bを主可動接
触子17の内部にも配設する。この場合、可動部の重量が
増加するという欠点が生じてしまうが、駆動力をある程
度、増加可能であるならば、磁性体を追加収納できる。

［発明の効果］以上述べた通り、本発明によれば、主接点の内側で、
かつ、前記アーク接点の外周に、磁性体を配置するとい
う簡単な構成により、サージレベルの低減と、主接点で
のアーク発生防止を同時に満足させることができるた
め、電気エネルギーを送るという重要な役割を担う変電
所開閉器の信頼性を電気性能的にも機械性能的にも改善
向上が可能となる優れたガス絶縁開閉器を提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本実施例のガス絶縁開閉器の断路器の断面図、
第２図（Ａ）及び（Ｂ）は本実施例の磁性体の斜視図及
び断面図、第３図は本実施例の断路器開路途中の等価回
路図、第４図は本実施例の電流を示すグラフ、第５図は
他の実施例の磁性体の斜視図、第６図は他の実施例の断
路器の断面図、第７図は従来の２重母線方式の単線結線
図、第８図は従来のガス絶縁開閉器の断路器の断面図で
ある。１……甲側の主母線、２……乙側の主母線、３……遮断
器、４、５……母線用断路器、６……ライン用断路器、
７……バンク用断路器、８……ブッシング、９……変圧
器、10、11……タイ用断路器、12……金属容器、13……
SF₆ガス、14……絶縁スペーサ、15……固定側接触部、1
6……可動側接触部、17……主可動接触子、18……アー
ク接触子、19……絶縁ロッド、20……リンク、21……レ
バー、22……主軸、24……磁性体、25……フィンガ、26
……導体、27……薄状円板、28……絶縁シート、29……
薄状帯板、31……電流源、34……抵抗、35……磁性体リ
ング、36……電流Ｉ、37a……電流i₁、37b……電流i₂。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01H 33/98 H01H 33/18

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】高圧導体が接離可能な主接点およびアーク
接点を有するガス絶縁開閉器において、前記主接点の内
側で、かつ、前記アーク接点の外周に、遮断電流の電流
零点までは飽和状態を示し、電流が零点を通過して逆転
した後は飽和状態が解け、再び飽和するまではインダク
タンス成分を示すように磁性体を配置したことを特徴と
するガス絶縁開閉器。