JP5178644B2 - 投入抵抗接点付きガス遮断器及びその投入、遮断方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば５５０ｋＶ系統のような大容量のガス遮断器、特に、投入抵抗により投入時の過電圧を抑制した投入抵抗接点付きガス遮断器及びその投入、遮断方法に関する。

送電系統の大容量化に伴い、変電所や開閉所に用いられる遮断器の遮断容量が増大し、且つ高い信頼性が要求されている。遮断器の信頼性を高めるためには部品点数を少なくし、構造を単純化することが重要である。ところで、５５０ｋＶ級のような大容量系統における線路用の遮断器においては、投入時の投入過電圧を抑制するために投入抵抗方式が採用されている。これは、遮断器の主接点と並列に投入抵抗を有する投入抵抗接点を有し、投入時に投入抵抗接点が投入され、投入抵抗により投入過電圧が抑制された状態で主接点が投入されるものである。この方式において、開極時には、まず投入抵抗接点が開離し、次いで主接点が開極することが必要である。

このような投入抵抗接点を有するガス遮断器は、第１の従来例として、特許文献１に開示されている。この遮断器において、遮断器の主接点と投入抵抗接点を並置した構造であり、投入抵抗接点可動部は、主接点可動部と連結レバーによって接続され、主接点可動部は絶縁ロッドを介して操作機構により駆動される。このガス遮断器と同様な構造を有する例は、特許文献２，３にも開示されている。

一方、第２の従来例として、開極速度を早くするため主接点の対向する電極を同時に移動させて開極するダブルモーション方式と呼ばれる遮断器が、特許文献４に開示されている。この遮断器において、遮断器の主接点を取り囲むように投入抵抗接点を配置し、投入抵抗接点の各可動部は主接点の各可動部に連結されている。

特開平３−２７４６２６号公報 特開平１１−１４４５７６号公報 特許第２９８９６５３号公報 特開平２−２９７８２６号公報

上述した投入抵抗接点を有するガス遮断器の第１の従来例においては、投入、遮断動作時、進退する絶縁ロッドの軸線を動作軸とし、動作軸方向に配置された主接点を含む可動部材は、操作機構の操作力が直線的に作用し動作軸以外の方向に変位することは少ない。しかし、投入抵抗接点は動作軸から離れて配置されているため、主接点に対し慣性力による偏心荷重が生じ、連結レバーには曲げモーメントが作用する。この曲げモーメントの影響により動作軸以外の方向に異常な振動が発生し、各種部材の強度を低下させる原因となっている。

また、投入抵抗接点を主接点の外側に並置しているため、接点部の幅が大きくなりそれを収納する容器のサイズも大きくなっている。このため、アークに絶縁性ガスを吹き付けるパッファ形で投入抵抗接点が無いガス遮断器を構成する場合、可動部重量が軽くなり、同一の操作機構を使用すると速度や動作時間の開・閉極特性に違いが生じてしまう。特に操作力が小さく可動部重量の影響を受けやすいばね操作機構では開・閉極特性に差異が生じるため、駆動エネルギーの異なる操作機構を用意する必要がある。

更に、投入抵抗接点は、バットコンタクト式であり、投入動作時、相対する２つの接点の一方が速い速度で他方に近づきながら接触するため大きな衝撃力が発生する。このため、投入抵抗接点は強固に構成する必要があり、重量を増加させる一因となっている。

第２の従来例においては、投入抵抗接点が主接点を取り囲むように配置されており、やはり投入抵抗接点は進退する操作ロッドの軸線である動作軸から離れて配置されているため、第１の従来例と同様に、接点部が大きくなり、それを収納する容器のサイズも大きくなってしまう点、及び投入抵抗接点がバットコンタクト式である点も、第１の従来例と同様である。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、ダブルモーション方式における投入抵抗接点付きガス遮断器において、接点部の幅を小さくして容器サイズを縮小化し、また、投入、遮断動作時に異常な振動や大きな衝撃力の発生を防いで、動作の信頼性を高めることを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る投入抵抗接点付きガス遮断器は、第１アーク電極及び同心状に第１主電極を配置した第１可動電極と、第２アーク電極及び同心状に第２主電極を配置し、前記第１可動電極に対し長手方向に対向配置された第２可動電極と、前記２つの可動電極を接離するように駆動する駆動装置と、前記第２主電極を摺動自在に支持する通電支持部材と、前記第２アーク電極の端部を摺動自在に支持する投入抵抗体と、前記第２アーク電極の周囲で前記通電支持部材に固定された固定投入抵抗接点及び前記第２アーク電極に支持された可動投入抵抗接点を有する投入抵抗接点と、を備え、投入時に、前記可動投入抵抗接点は、前記第１アーク電極と第２アーク電極が接触した後に前記固定投入抵抗接点に接触し、遮断時に、前記投入抵抗接点は、前記第１アーク電極と第２アーク電極が開離した後に開離することを特徴とする。

また、本発明に係る投入抵抗接点付きガス遮断器の投入、遮断方法は、第１アーク電極及び同心状に第１主電極を配置した第１可動電極と、第２アーク電極及び同心状に第２主電極を配置し、前記第１可動電極に対し長手方向に対向配置された第２可動電極と、前記２つの可動電極を接離するように駆動する駆動装置と、通電支持部材に固定された固定投入抵抗接点及び前記第２アーク電極に支持された可動投入抵抗接点からなる投入抵抗接点と、を備えた投入抵抗接点付きガス遮断器の投入、遮断方法であって、投入時に、前記駆動装置の駆動により、前記第１アーク電極と第２アーク電極が接触すると、前記第２アーク電極から投入抵抗体に電流が流れ、次いで、前記可動投入抵抗接点が前記固定投入抵抗接点に接触すると、前記第２アーク電極から前記投入抵抗接点を介して前記通電支持部材に電流が流れ、遮断時に、前記駆動装置の駆動により、前記第１アーク電極と第２アーク電極が開離すると、その際に発生するアーク電流を、前記投入抵抗接点を介して前記通電支持部材に流し、次いで、前記可動投入抵抗接点が前記固定投入抵抗接点から開離することを特徴とする。

本発明によれば、投入抵抗接点を、２つの可動電極に対して動作軸上に、且つ第２可動電極の第１可動電極と反対側に配置したため、接点部の幅が小さくなり、容器のサイズも小さくすることできる。動作軸に対して偏った質量を持つ接点部材が無いため、動作時の異常振動が起こりにくく、投入、遮断動作の信頼性が向上する。また、投入抵抗接点の可動部は軽量であり移動速度が低く、投入抵抗の投入は可動電極のアーク電極同士の接触により行うので、大きな衝撃力は発生しない。投入抵抗接点を持たないガス遮断器の場合においても可動部重量がほぼ同じとなり開極特性が変化しない。これにより、駆動エネルギーが等しい同一の操作機構が適用できる。

本発明の第１の実施形態に係る投入抵抗接点付きガス遮断器の遮断状態を示す断面図。 同ガス遮断器の投入動作途中を示す断面図。 同ガス遮断器の投入状態を示す断面図。 同ガス遮断器の遮断動作途中を示す断面図。 本発明の第２の実施形態に係る投入抵抗接点付きガス遮断器の遮断状態を示す断面図。 同ガス遮断器の投入動作途中を示す断面図。 同ガス遮断器の投入状態を示す断面図。 同ガス遮断器の遮断動作途中を示す断面図。

以下、本発明に係る投入抵抗接点付きガス遮断器の実施形態について、図面を参照して説明する。
各実施形態は、上記第２の従来例と同じダブルモーション方式のパッファ形ガス遮断器に適用されている。

［第１の実施形態］
まず、図１〜図４を用いて本発明の第１の実施形態に係る投入抵抗接点付きガス遮断器を説明する。図１は、同ガス遮断器の遮断状態を示す断面図、図２は、同ガス遮断器の投入動作途中を示す図、図３は、同ガス遮断器の投入状態を示す図、図４は、同ガス遮断器の遮断動作途中を示す図である。

図１において、本実施形態に係る投入抵抗接点付きガス遮断器は、容器１内に、従来の技術と同様に絶縁性ガスが密封されており、主接点である接離自在な第１可動電極２と第２可動電極３を長手方向に対向配置させて収容する構成になっている。第１可動電極２は、第１アーク電極２ａと同心状の第１主電極２ｂとからなり、絶縁ノズル４、操作ロッド５が夫々嵌着されている。操作ロッド５には操作機構６が連結され、容器１内の中心部で進退する操作ロッド５の軸線を動作軸１３とする。第１可動電極２には絶縁性ガスを加圧するための圧力室７が配置されており、この圧力室７内の絶縁性ガスは、第１アーク電極２ａと絶縁ノズル４間から噴出する。

第２可動電極３は、第２アーク電極３ａと同心状の第２主電極３ｂとからなる。第２アーク電極３ａは、絶縁支持部材３ｃにより第２主電極３ｂに固着され電気的に絶縁されている。第２主電極３ｂは、摺動接触子８ａを介して通電支持部材８に摺動自在に支持されている。第２アーク電極３ａは棒状で第１アーク電極２ａは筒状でありスライドコンタクト式の接点を構成する。

操作ロッド５の操作機構６側に駆動力の方向を逆転させ且つ支持点９ａを有するリンク機構９を連結し、リンク機構９に絶縁ロッド１０の一端を固着させ、他端に第２可動電極３を固着させる。第１可動電極２と第２可動電極３は接離するように、操作機構６、操作ロッド５、リンク機構９、及び絶縁ロッド１０を含む駆動装置により逆方向に駆動される。

投入抵抗接点１１は、通電支持部材８の内部に配置され、固定投入抵抗接点１１ａと可動投入抵抗接点１１ｂから構成される。固定投入抵抗接点１１ａは第２アーク電極３ａの周囲に配置されて通電支持部材８に固着され、可動投入抵抗接点１１ｂは第２アーク電極３ａと同軸上に摺動接触子１１ｃを介して通電可能で摺動自在に支持される。第２アーク電極３ａに固定された突起部３ｄは、可動投入抵抗接点１１ｂと接離自在となっている。また、固定投入抵抗接点１１ａと可動投入抵抗接点１１ｂの間には絶縁板１１ｄを介して復帰ばね１１ｅが配置されている。可動投入抵抗接点１１ｂは、復帰ばね１１ｅにより固定投入抵抗接点１１ａから開離する方向に付勢されており、突起部３ｄに押圧される構造となっている。

投入抵抗体１２は、通電支持部材８にその一端が固着されており、他端は投入抵抗体支持部材１２ａとなっている。第２アーク電極３ａの端部は、摺動接触子１２ｂを介して投入抵抗体支持部材１２ａに通電可能で摺動自在に支持されている。第２アーク電極３ａは、通電支持部材８に対しては、開口部を貫通しており絶縁されている。

（投入動作）
このように構成された本実施の形態において、図１に示す遮断状態から図２に示す投入動作途中の状態を経て、図３に示す投入状態に至る投入動作について説明する。

まず、図１に示す遮断状態において、外部指令が操作機構６に入力されると操作力により矢印Ａの方向に動作軸１３に沿って操作ロッド５と可動電極２が移動を開始する。操作力は、リンク機構９に伝達され支持点９ａを回転中心として絶縁ロッド１０を矢印Ａとは逆方向に駆動する。その結果、第２可動電極３と可動投入抵抗接点１１ｂは矢印Ａと逆方向に移動する。可動投入抵抗接点１１ｂは、復帰ばね１１ｅに抗して第２アーク電極３ａと伴に移動する。

図２に示す投入動作途中の状態おいて、第１アーク電極２ａと第２アーク電極３ａが接触している状態を示している。この状態では、第１主電極２ｂと第２主電極３ｂ、及び可動投入抵抗接点１１ｂと固定投入抵抗接点１１ａは接触していないため、電流は、第１アーク電極２ａから第２アーク電極３ａを通じて、摺動接触子１２ｂから投入抵抗体支持部材１２ａに繋がる投入抵抗体１２に流れる。この状態から更に投入動作が進むと、図３に示す投入状態となる。

この状態では、可動投入抵抗接点１１ｂは、固定投入抵抗接点１１ａに接触し、且つ第１主電極２ｂと第２主電極３ｂも接触する。これにより、電流は、第１アーク電極２ａ、第２アーク電極３ａから摺動接触子１１ｃ、可動投入抵抗接点１１ｂ及び固定投入抵抗接点１１ａを介して通電支持部材８に、また、第１主電極２ｂ、第２主電極３ｂから摺動接触子８ａを介して通電支持部材８に流れ、投入抵抗体１２には流れない。

（遮断動作）
次に、図３に示す投入状態から、図４に示す遮断動作途中の状態を経て図１に示す遮断状態に至る遮断動作について説明する。

まず、図３に示す投入状態において、外部指令が操作機構６に入力されると操作力により矢印Ｂの方向に動作軸１３に沿って操作ロッド５と第１可動電極２が移動を開始する。操作力は、リンク機構９に伝達され支持点９ａを回転中心として絶縁ロッド１０を矢印Ｂとは逆方向に駆動する。その結果、第２可動電極３は矢印Ｂと逆方向に移動する。

図４に示す遮断動作途中において、第１可動電極２と第２可動電極３が開離した状態を示している。第２アーク電極３ａの移動により可動投入抵抗接点１１ｂは、復帰ばね１１ｅにより投入抵抗体１２側へ駆動され、固定投入抵抗接点１１ａから開離する。その際、投入抵抗接点１１の開離が、第１アーク電極２ａと第２アーク電極３ａの開離の後となるように、可動投入抵抗接点１１ｂを第２アーク電極３ａの移動に遅れて追随する。そのために、復帰ばね１１ｅのばね力（ばね定数）が設定されている。これにより、遮断動作途中では、可動投入抵抗接点１１ｂは固定投入抵抗接点１１ａから開離せず、遮断動作完了後に開離する。その結果、遮断時に、第１アーク電極２ａと第２アーク電極３ａ間に発生するアーク電流は投入抵抗体１２に流れず、第２アーク電極３ａから通電支持部材８へ摺動接触子１１ｃ、可動投入抵抗接点１１ｂ及び固定投入抵抗接点１１ａを介して流れる。

本実施形態によれば、第１可動電極２、第２可動電極３及び投入抵抗接点１１を動作軸１３上に一直線に配置し、投入抵抗接点１１を第２可動電極３側に配置したため、接点部の幅である直径を小さくすることができ、容器のサイズも小さくできる。また、動作軸１３に対して偏った質量を持つ接点部材が無いため、投入、遮断動作時の、動作軸１３方向以外の異常振動が起こりにくく、部品強度への影響が少なくなるため信頼性が向上する。

投入抵抗接点１１は、第１可動電極２及び第２可動電極３と一体ではなく、また、それらの周囲に配置されておらず、他の電極と比べ質量を小さくできるため、投入動作特性にも大きな変化を与えることは無い。軽量にした可動投入抵抗接点１１ｂは、固定投入抵抗接点１１ａに例えば投入速度の約半分の遅い速度で衝突するため、大きな衝撃力は発生しない構造となっている。投入動作時、投入抵抗の投入は、可動電極のアーク電極同士の接触により行い、また、その接触はスライドコンタクト式の接点による接触とすることができ、大きな衝撃力は発生しない。

更に、投入抵抗接点１１を持たないガス遮断器の場合においても可動部重量がほぼ同じとなり開極特性に差異が生じない。これにより、駆動エネルギーが等しい同一の操作機構が適用できる。

［第２の実施形態］
次に、図５〜図８を用いて本発明の第２の実施形態に係る投入抵抗接点付きパッファ形ガス遮断器について説明する。なお、第１の実施形態の形態と同一または類似の部分には共通の符号を付し、重複する説明は省略する。図５は、本実施形態に係る投入抵抗接点付きパッファ形ガス遮断器の遮断状態を示す断面図、図６は、同ガス遮断器の投入動作途中を示す断面図、図７は、同ガス遮断器の投入状態を示す断面図、図８は、同ガス遮断器の遮断動作途中を示す断面図である。

図５において、第１可動電極２に対向する第２可動電極３を相対的に開離方向に駆動する溝カム１４を第２可動電極３側に配置する。絶縁ノズル４より伸びた連結ロッド１５に溝カム１４を連結し、第２可動電極３に設けられたカムローラ１６が、溝カム１４の溝１６ａに係合し滑動することにより、第２可動電極３を第１可動電極２とは反対方向に移動させるように構成されている。

第１の実施形態では、リンク機構９と絶縁ロッド１０により第２可動電極３を第１可動電極２とは逆方向に駆動しているが、本実施形態では、連結ロッド１５と溝カム１４により第２可動電極３を第１可動電極２とは逆方向に駆動している。

投入動作と遮断動作は、第１の実施形態とほぼ同様の動作を行い、図５〜図８より容易に類推できるため、説明を省略する。
以上のように構成した場合でも、上記第１の実施形態の形態と同様な作用効果を得ることができる。

［他の実施形態］
以上説明した実施形態は単なる例示であって、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、復帰ばね１１ｅに圧縮コイルばねを用いているが、他の弾性体要素、例えば、皿ばね等を用いることもできる。復帰ばね１１ｅの両端に絶縁板１１ｄを用いて電気的絶縁機能を持たせているが、絶縁板１１ｄは片側だけ配置しても良い。

また、復帰ばね１１ｅは、金属製のばねではなく、セラミック等の絶縁物で構成されたものを用いることができ、その時には絶縁板１１ｄを省略することができる。突起部３ｄと可動投入抵抗接点１１ｂは遮断動作完了時に復帰ばね１１ｅのばね力により衝突するが、その衝撃力を緩和するため突起部３ｄに衝撃吸収部材３ｅ（図４，８に示す）を配置することができる。

第１、第２の実施形態の駆動装置においてリンク機構９、溝カム機構を用いたが、これらの機構とは異なる他の駆動手段を用いたガス遮断器にも、本発明で提案している投入抵抗接点１１は、適用できる。

１…容器、２…第１可動電極、２ａ…第１アーク電極、２ｂ…第１主電極、３…第２可動電極、３ａ…第２アーク電極、３ｂ…第２主電極、３ｃ…絶縁支持部材、３ｄ…突起部、３ｅ…衝撃吸収部材、４…絶縁ノズル、５…操作ロッド、６…操作機構、７…圧力室、８…通電支持部材、８ａ…摺動接触子、９…リンク機構、９ａ…支持点、１０…絶縁ロッド、１１…投入抵抗接点、１１ａ…固定投入抵抗接点、１１ｂ…可動投入抵抗接点、１１ｃ…摺動接触子、１１ｄ…絶縁板、１１ｅ…復帰ばね、１２…投入抵抗体、１２ａ…投入抵抗体支持部材、１２ｂ…摺動接触子、１３…動作軸、１４…溝カム、１５…連結ロッド、１６…カムローラ、１６ａ…溝。

Claims (5)

1. 第１アーク電極及び同心状に第１主電極を配置した第１可動電極と、第２アーク電極及び同心状に第２主電極を配置し、前記第１可動電極に対し長手方向に対向配置された第２可動電極と、前記２つの可動電極を接離するように駆動する駆動装置と、前記第２主電極を摺動自在に支持する通電支持部材と、前記第２アーク電極の端部を摺動自在に支持する投入抵抗体と、前記第２アーク電極の周囲で前記通電支持部材に固定された固定投入抵抗接点及び前記第２アーク電極に支持された可動投入抵抗接点を有する投入抵抗接点と、を備え、
   投入時に、前記可動投入抵抗接点は、前記第１アーク電極と第２アーク電極が接触した後に前記固定投入抵抗接点に接触し、遮断時に、前記投入抵抗接点は、前記第１アーク電極と第２アーク電極が開離した後に開離することを特徴とする投入抵抗接点付きガス遮断器。
2. 遮断時に、前記可動投入抵抗接点は、復帰ばねにより前記固定投入抵抗接点から開離する方向に付勢されることを特徴とする請求項１に記載の投入抵抗接点付きガス遮断器。
3. 前記駆動装置は、操作ロッドによる前記第１可動電極の移動に対して前記第２可動電極を逆方向に移動させるリンク機構を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の投入抵抗接点付きガス遮断器。
4. 前記駆動装置は、操作ロッドによる前記第１可動電極の移動に対して前記第２可動電極を逆方向に移動させる溝カム機構を有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の投入抵抗接点付きガス遮断器。
5. 第１アーク電極及び同心状に第１主電極を配置した第１可動電極と、第２アーク電極及び同心状に第２主電極を配置し、前記第１可動電極に対し長手方向に対向配置された第２可動電極と、前記２つの可動電極を接離するように駆動する駆動装置と、通電支持部材に固定された固定投入抵抗接点及び前記第２アーク電極に支持された可動投入抵抗接点からなる投入抵抗接点と、を備えた投入抵抗接点付きガス遮断器の投入、遮断方法であって、
   投入時に、前記駆動装置の駆動により、前記第１アーク電極と第２アーク電極が接触すると、前記第２アーク電極から投入抵抗体に電流が流れ、次いで、前記可動投入抵抗接点が前記固定投入抵抗接点に接触すると、前記第２アーク電極から前記投入抵抗接点を介して前記通電支持部材に電流が流れ、
   遮断時に、前記駆動装置の駆動により、前記第１アーク電極と第２アーク電極が開離すると、その際に発生するアーク電流を、前記投入抵抗接点を介して前記通電支持部材に流し、次いで、前記可動投入抵抗接点が前記固定投入抵抗接点から開離することを特徴とする投入抵抗接点付きガス遮断器の投入、遮断方法。

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