JP4522490B1 - ガス絶縁開閉装置 - Google Patents

Abstract

絶縁ガスが封入された容器内に固定側電極と可動側電極とが対向して配置され、前記固定側電極は、円筒状に形成された固定側通電接点と、前記固定側通電接点を収容する固定側シールドとを有し、前記可動側電極は、駆動装置により駆動されて前記固定側通電接点に接離する可動導体を有するガス絶縁開閉装置において、前記固定側シールドの前記可動側電極と対向する側に、前記可動導体の外径より大径の開口を有する耐アーク部材を含んで成る円板状の固定側アークシールドを設け、前記固定側アークシールドを、前記固定側通電接点と前記可動導体の開極時に径方向外側に向ってアーク電流を流して表面に周方向の磁束を発生させ、前記磁束によりアークに中心軸方向に力を作用させ、前記アークを前記開口の近傍に拘束するように薄板状に形成した。
【選択図】図１−１

Description

本発明は、発電所及び変電所等で使用されるガス絶縁開閉装置に関する。

従来、絶縁ガスが封入された金属容器内に接離可能な固定側主接触子及び可動側主接触子と、上記固定側主接触子と電気的に接続されて上記固定側主接触子に固着された固定側アーク接触子と、上記可動側主接触子と電気的に接続されて上記可動側主接触子の先端側に固着され、上記固定側アーク接触子と接離可能な可動側アーク接触子と、上記固定側主接触子及び上記固定側アーク接触子の外側に配置された電界遮蔽用シールドとが配置されたガス絶縁開閉器において、上記電界遮蔽用シールドは、上記固定側主接触子に電気的に接続されて一端が上記固定側主接触子に固着され他端に貫通穴が形成された支持部材と、上記固定側主接触子の先端部を覆うように上記支持部材の他端に配置され、上記支持部材側とは反対側に突状の曲面部が形成され、上記支持部材側にねじ部が形成された耐アーク部材と、上記支持部材の上記貫通穴を貫通して上記耐アーク部材の上記ねじ部に螺合され、上記支持部材に上記耐アーク部材を固定したボルトとで構成されているガス絶縁開閉機器が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

また、絶縁性ガスが封入された容器内に固定側電極部と可動側電極部とが対向配置され、上記固定側電極部は、円筒状に形成された固定側通電接点と、上記固定側通電接点の中心部に配置され開極時にアークを発生する固定側アーク接点と、上記固定側通電接点の周囲に配置された固定側シールドとを有し、上記可動側電極部は、駆動装置にて駆動されて上記固定側通電接点に接離する可動側接点を備えたガス絶縁開閉装置において、上記固定側シールドの上記可動側電極部と対向する側に、上記可動側接点の外径より大径の開口穴を有する円環状の固定側アークシールドを設け、上記固定側アークシールドの上記開口穴の近傍の周方向に複数個の同一形状の永久磁石を埋設したガス絶縁開閉装置が開示されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００３−１８７６７６号公報 特開２００７−３２３９９２号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された従来の技術によれば、固定側主接触子の先端部を覆うように支持部材の他端に配置され、支持部材側とは反対側に突状の曲面部が形成された耐アーク部材を備えている。そのため、アークが耐アーク部材の全面に付着し易く、また、金属容器にも付着するおそれがあり、耐アーク部材の外径を大きくしなければならない、という問題があった。

また、上記特許文献２に記載された従来の技術によれば、外径が大きく肉厚の厚い高価な耐アーク部材を必要とする、という問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、アークの拡散を防ぐことができ、電極の外径を小さくすることができ、安価なガス絶縁開閉装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、絶縁ガスが封入された容器内に固定側電極と可動側電極とが対向して配置され、前記固定側電極は、円筒状に形成された固定側通電接点と、前記固定側通電接点を収容する固定側シールドとを有し、前記可動側電極は、駆動装置により駆動されて前記固定側通電接点に接離する可動導体を有するガス絶縁開閉装置において、前記固定側シールドの前記可動側電極と対向する側に、前記可動導体の外径より大径の開口を有し、前記固定側通電接点と前記可動導体の開極時に径方向外側に向ってアーク電流を流して表面に周方向の磁束を発生させ、前記磁束によりアークに中心軸方向に力を作用させ、前記アークを前記開口の近傍に拘束する耐アーク部材を含んで成る、前記固定側シールドより厚さが薄い円板状の固定側アークシールドを設けたことを特徴とする。

本発明にかかるガス絶縁開閉装置は、アークの拡散を防ぐことができ、電極の外径を小さくすることができ、低コストで製造することができる、という効果を奏する。

図１−１は、本発明にかかるガス絶縁開閉装置の実施の形態１を示す断面図である。 図１−２は、実施の形態１のガス絶縁開閉装置の固定側アークシールドの詳細形状を示す部分断面図である。 図１−３は、比較例として示す従来のガス絶縁開閉装置の固定側アークシールドの部分断面図である。 図１−４は、比較例として示す他のガス絶縁開閉装置の固定側アークシールドの部分断面図である。 図２は、本発明にかかるガス絶縁開閉装置の実施の形態２を示す断面図である。 図３は、本発明にかかるガス絶縁開閉装置の実施の形態３を示す断面図である。 図４は、本発明にかかるガス絶縁開閉装置の実施の形態４を示す断面図である。 図５は、本発明にかかるガス絶縁開閉装置の実施の形態５を示す断面図である。 図６は、本発明にかかるガス絶縁開閉装置の実施の形態６を示す断面図である。 図７−１は、本発明にかかるガス絶縁開閉装置の実施の形態７を示す断面図である。 図７−２は、図７−１のＡ−Ａ線に沿う矢視図である。

以下に、本発明にかかるガス絶縁開閉装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１−１は、本発明にかかるガス絶縁開閉装置の実施の形態１を示す断面図であり、図１−２は、実施の形態１のガス絶縁開閉装置の固定側アークシールドの詳細形状を示す部分断面図であり、図１−３は、比較例として示す従来のガス絶縁開閉装置の固定側アークシールドの部分断面図であり、図１−４は、比較例として示す他のガス絶縁開閉装置の固定側アークシールドの部分断面図である。

図１−１に示すように、消弧性能の高い絶縁ガスを封入した図示しない容器内に、電流遮断を行なうガス絶縁開閉装置９１の固定側電極１０と可動側電極２０とが駆動軸線（中心軸線）上に対向配置されて収容されている。固定側電極１０は、筒状に形成され電流を通電する銅製の固定側通電接点１１と、固定側通電接点１１を収容するアルミニウム製の円筒状の固定側シールド１２と、固定側シールド１２の可動側電極２０と対向する側に設けられた耐アーク部材（例えば、銅−タングステン合金）製の薄い円板状の固定側アークシールド１３と、を有している。固定側アークシールド１３と固定側シールド１２とは、ねじ止めやろう付け等で固定する。固定側アークシールド１３の詳細は後述する。

可動側電極２０は、図示しない駆動装置に駆動されて筒状の固定側通電接点１１の内側と接触し開離する可動導体２１と、可動導体２１が挿入され可動導体２１に電流を通電する銅製の筒状の可動側通電接点２４と、可動側通電接点２４を収容するアルミニウム製の可動側シールド２５と、を有している。可動導体２１は、銅製の筒状の摺動接点２１ｂと、摺動接点２１ｂの先端にろう付け等により固着された耐アーク部材製の環状の可動側アーク接点２１ａと、を有している。

次に、固定側アークシールド１３について詳しく説明する。薄い円板状の固定側アークシールド１３の中央部には、可動導体２１の外径より少し径が大きい開口１３ｘが形成されている。開口１３ｘは、薄い円板の中央部をプレス打抜き絞り加工して短円筒状に形成されている。

実施の形態１のガス絶縁開閉装置９１における固定側アークシールド１３の機能は、固定側通電接点１１と可動導体２１の開極時に、薄い円板状の固定側アークシールド１３の径方向外側に向ってアーク電流Ｉを流して表面に周方向に強い磁束を発生させ、該磁束によりアーク３０に中心軸方向に力を作用させ、アーク３０を開口１３ｘの近傍に拘束することである。

固定側通電接点１１と可動導体２１の開極時に発生するアーク３０により、アーク電流Ｉが固定側アークシールド１３の径方向外側に向って流れるとき、アーク電流Ｉによる周方向の磁束Ｂが発生する。この磁束Ｂは、可動側電極２０側から見て固定側アークシールド１３の表側では、時計回り方向を向き、裏側では、反時計回り方向を向いている。この固定側アークシールド１３の表側の磁束Ｂにより、アーク３０に中心軸方向の力Ｆが作用し、アーク３０を開口１３ｘの近傍に拘束することができる。

図１−２に示すように、固定側アークシールド１３の表面のアーク付着位置Ｘにおける磁束密度Ｂｒは、下記の数式（１）によって求めることができる。
Ｂｒ＝μ_０Ｉ／２πｒ ・・・・・（１）
Ｂｒ：磁束密度
μ_０：透磁率
Ｉ ：アーク電流
ｒ ：アーク付着位置までの板厚内の電流の平均距離
＝固定側アークシールドの板厚の１／２

数式（１）から明らかなように、固定側アークシールド１３の板厚２ｒが薄いほど磁束密度Ｂｒは大きくなり、アーク３０に中心軸方向の強い力Ｆが作用する。図１−３に示す従来の固定側アークシールド１３ｊのように、板厚２ｓが厚い場合、固定側アークシールド１３ｊの表面のアーク付着位置Ｘにおける磁束密度Ｂｓは小さくなり、アーク３０に拘束力は作用しない。

また、図１−２に示すように、板厚が薄い固定側アークシールド１３の径を大きくして通電経路長を長く、かつ、板厚を薄くして通電断面積を可能な限り小さくすれば、アーク付着位置Ｙまでの電流の平均距離ｒが小さい領域を長くすることができ、磁束密度Ｂｒの大きい領域を広くしてアーク３０の拘束領域を広くすることができる。

図１−４に示すように、板厚が薄い固定側アークシールド１３ｋの径が小さく、通電経路長が短い場合、アーク３０を拘束する磁束領域が狭くなり、また、図１−４に示す固定側シールド１２ｔのように、通電断面積が大きくなると、アーク付着位置Ｙまでの電流の平均距離ｔが大きくなり、磁束密度Ｂｔが小さくなってアーク３０を拘束することができない。

実施の形態１のガス絶縁開閉装置９１では、アーク３０が開口１３ｘの近傍に拘束されるので、固定側アークシールド１３のアーク３０の拘束領域の板厚は、下記の数式（２）により求められるガス絶縁開閉装置９１の設計寿命中の耐アーク部材の損耗量を考慮した板厚とする。
Ｖ＝α・（Ｉｓ）^β・ｔ ・・・・・（２）
Ｖ ：損耗量
Ｉｓ：遮断電流
ｔ ：アーク時間
α、β：固定側アークシールド１３の材料で決まる定数

また、固定側アークシールド１３のアーク３０の拘束領域の周辺の板厚は、下記の数式（３）により求められるアーク電流Ｉが流れても熱的に耐えうる板厚（通電断面積）とする。

Ａ：固定側アークシールド１３の通電断面積（ｍｍ^２）
Ｉ：アーク電流（Ａ）
Ｓ：アーク電流通電時間（秒）
ｔ：耐アーク部材の溶断に対する許容温度上昇値（℃）

以上説明したように、実施の形態１のガス絶縁開閉装置９１によれば、アーク３０の拡散を防ぐことができ、高価な耐アーク部材製の固定側アークシールド１３の板厚を薄くして、安価なガス絶縁開閉装置９１が得られる。

実施の形態２．
図２は、本発明にかかるガス絶縁開閉装置の実施の形態２を示す断面図である。図２に示すように、実施の形態２のガス絶縁開閉装置９２は、固定側アークシールド１３ｂの形態が実施の形態１のガス絶縁開閉装置９１と異なり、他の部分は異なるところはない。

実施の形態２の固定側アークシールド１３ｂは、開口１３ｘが形成されアーク３０が付着する耐アーク部材製の中央部１３ｔと、アーク３０が殆んど付着せず、固定側シールド１２と同等な安価な材料製であって、中央部１３ｔと固定側シールド１２とを接続する環状の周辺部１３ｓと、を有している。実施の形態２の固定側アークシールド１３ｂは高価な耐アーク部材の使用箇所が少ないので、さらに安価に製造することができる。

実施の形態３．
図３は、本発明にかかるガス絶縁開閉装置の実施の形態３を示す断面図である。図３に示すように、実施の形態３のガス絶縁開閉装置９３は、固定側シールド１２ｃの形態が実施の形態２のガス絶縁開閉装置９２と異なり、他の部分は異なるところはない。

実施の形態３の固定側シールド１２ｃは、実施の形態１、２の固定側シールド１２よりも外径が小さく形成されている。また、固定側シールド１２ｃの外周部及び可動側電極２０に対向する前端部の耐アーク部材製の固定側アークシールド１３ｃとの接続部までをエポキシ樹脂等の絶縁部材１４で被覆している。

実施の形態３の固定側アークシールド１３ｃは、実施の形態２の固定側アークシールド１３ｂの中央部１３ｔと同等の大きさとなっている。実施の形態３の固定側シールド１２ｃは、絶縁部材１４で被覆され、絶縁性が向上してアーク３０が付着し難いので、外径を小さくすることができる。

実施の形態４．
図４は、本発明にかかるガス絶縁開閉装置の実施の形態４を示す断面図である。図４に示すように、実施の形態４のガス絶縁開閉装置９４は、固定側アークシールド１３ｃの裏側に永久磁石１５を配置したことが実施の形態３のガス絶縁開閉装置９３と異なり、他の部分は異なるところはない。

実施の形態４の固定側アークシールド１３ｃの開口１３ｘの近傍の裏側には、環状に永久磁石１５を配置している。永久磁石１５と固定側アークシールド１３ｃの間には、絶縁シート１７が挿入され、永久磁石１５は、押え板１６により固定されている。

実施の形態４のガス絶縁開閉装置９４は、アーク３０の付着点近傍に永久磁石１５を配置することにより、アーク３０を周方向に回転させ、消弧性能を高めることができる。また、永久磁石１５によりアーク３０が周方向に移動し、固定側アークシールド１３ｃの損傷が少なくなるため、固定側アークシールド１３ｃの板厚をさらに薄くすることができる。

実施の形態５．
図５は、本発明にかかるガス絶縁開閉装置の実施の形態５を示す断面図である。図５に示すように、実施の形態５のガス絶縁開閉装置９５の固定側電極１０ｅは、固定側シールド１２ｅの形態が実施の形態４の固定側電極１０ｄと異なり、他の部分は異なるところはない。

実施の形態５の固定側シールド１２ｅは、絶縁部材１４で被覆されていない。また、固定側シールド１２ｅの外径は、実施の形態４の固定側シールド１２ｄの外径よりも大きく、実施の形態１、２の固定側シールド１２と同等となっている。

実施の形態５のガス絶縁開閉装置９５は、アーク３０の付着点近傍に永久磁石１５を配置することにより、アーク３０を周方向に回転させ、消弧性能を高めることができる。また、永久磁石１５によりアーク３０が周方向に移動し、固定側アークシールド１３ｃの損傷が少なくなるため、固定側アークシールド１３ｃの板厚をさらに薄くすることができる。

実施の形態６．
図６は、本発明にかかるガス絶縁開閉装置の実施の形態６を示す断面図である。図６に示すように、実施の形態６のガス絶縁開閉装置９６の固定側電極１０ｆは、永久磁石１５ｂ周りの形態が実施の形態５の固定側電極１０ｅと異なり、他の部分は異なるところはない。

実施の形態６の固定側電極１０ｆは、中央部の固定側アークシールド１３ｃ及び周辺部１３ｓと、永久磁石１５ｂとの間に絶縁シート１７及び磁性体（磁性板）１８を配置している。

実施の形態６のガス絶縁開閉装置９６は、固定側アークシールド１３ｃ、周辺部１３ｓと、永久磁石１５ｂの間に磁性体１８を配置したので、アーク３０の付着点付近の磁束密度を低下させることなく永久磁石１５ｂをアーク３０から遠ざけることができ、永久磁石１５ｂは、アーク３０による熱的影響が少なくなっている。

実施の形態７．
図７−１は、本発明にかかるガス絶縁開閉装置の実施の形態７を示す断面図であり、図７−２は、図７−１のＡ−Ａ線に沿う矢視図である。図７−１及び図７−２に示すように、実施の形態７のガス絶縁開閉装置９７の固定側電極１０ｇは、固定側アークシールド１３ｆの形態が実施の形態１の固定側電極１０と異なり、他の部分は異なるところはない。

実施の形態７の固定側アークシールド１３ｆには、複数の径方向のスリット１３ｈが設けられている。スリット１３ｈを設けることにより、固定側アークシールド１３ｆを流れるアーク電流を集中させ、アーク３０の付着点の近傍の磁束密度を高めることができ、アーク３０が開口１３ｘの近傍に拘束され、容器への地絡を防ぐことができる。

以上のように、本発明にかかるガス絶縁開閉装置は、発電所及び変電所での使用に有用である。

１０、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ 固定側電極
１１ 固定側通電接点
１２、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ 固定側シールド
１３、１３ｂ、１３ｃ、１３ｆ、１３ｊ、１３ｋ 固定側アークシールド
１３ｔ 中央部（耐アーク部材製）
１３ｓ 周辺部
１３ｘ 開口
１３ｈ スリット
１４ 絶縁部材
１５、１５ｂ 永久磁石
１６、１６ｂ 押え板
１７ 絶縁シート
１８ 磁性体
２０ 可動側電極
２１ 可動導体
２１ａ 可動側アーク接点
２１ｂ 摺動接点
２４ 可動側通電接点
２５ 可動側シールド
３０ アーク

Claims (7)

1. 絶縁ガスが封入された容器内に固定側電極と可動側電極とが対向して配置され、前記固定側電極は、円筒状に形成された固定側通電接点と、前記固定側通電接点を収容する固定側シールドとを有し、前記可動側電極は、駆動装置により駆動されて前記固定側通電接点に接離する可動導体を有するガス絶縁開閉装置において、
   前記固定側シールドの前記可動側電極と対向する側に、前記可動導体の外径より大径の開口を有し、前記固定側通電接点と前記可動導体の開極時に径方向外側に向ってアーク電流を流して表面に周方向の磁束を発生させ、前記磁束によりアークに中心軸方向に力を作用させ、前記アークを前記開口の近傍に拘束する耐アーク部材を含んで成る、前記固定側シールドより厚さが薄い円板状の固定側アークシールドを設けたことを特徴とするガス絶縁開閉装置。
2. 前記固定側アークシールドの中央部のみを耐アーク部材で形成したことを特徴とする請求項１に記載のガス絶縁開閉装置。
3. 前記固定側シールドの外周部及び前記可動側電極に対向する前端部の耐アーク部材製の固定側アークシールドとの接続部までを絶縁部材で被覆したことを特徴とする請求項１に記載のガス絶縁開閉装置。
4. 前記固定側アークシールドの開口の近傍の裏側に環状に永久磁石を配置したことを特徴とする請求項３に記載のガス絶縁開閉装置。
5. 前記固定側アークシールドの開口の近傍の裏側に環状に永久磁石を配置したことを特徴とする請求項１に記載のガス絶縁開閉装置。
6. 前記固定側アークシールドと前記永久磁石の間に磁性体を配置したことを特徴とする請求項５に記載のガス絶縁開閉装置。
7. 前記固定側アークシールドの径方向に、複数のスリットを設けたことを特徴とする請求項１に記載のガス絶縁開閉装置。

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