JPS58165221A - 断路器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、異常電圧を抑制する抵抗体を備え、ループ
電流のしゃ断が可能なガス断路器に関する。

断路器は変電所の構内において通常しゃ断器に隣接する
位置に設置され、その代表的な使用例として、（１）Ｌ
／や断器で切り離された線路の開閉や、（１１）送電系
統の切換えなどに用いられる。前者はいわゆる断路器に
よる無負荷線路の開閉であり、断路器の開閉速度がしゃ
断器に対して比較的遅いために、断路器の極間において
再点弧を繰り返し、峻度の高いいわゆる断路器サージを
発生することが知られており、このような開閉サージを
抑制するために断路器に抵抗を付加することは公知であ
る。

一方、後者は断路器による変電所内主母線の切換え等で
あり、ＳＦｓガスの良好なしゃ断能力を利用して、第１
図に示すような甲および乙母線の切換え作業時に断路器
Ａ、Ｂを含む回路に生じる定格電流に近い電流（ループ
電流という）をしゃ断しようとするものでありこれもま
た公知である。

さらに、上記（１）の無負荷線路の開閉能力や上記（Ｉ
Ｉ）のループ電流の開閉能力は、変電所内における同一
の断路器６４対して必要となる場合が多い。

上記（１）のような開閉サージを抑制するための抵抗体
を備えた従来の断路器の一例を１＃８２図に示す。

第２図の断路器は、例えば、特開昭５８−９５２７６号
の発明の一部を構成するものであって、固定接触子を囲
んだ抵抗材質からなる筒状部材を設け、この筒状部材の
先端にシールドが設けられている。

以下、第２図について説明する。図において、絶縁ガス
が充填されたタンク（ｌ）内には主固定接触子ａυと主
可動接触子Ｑηとが軸方向に対向して配置されている。

そして、アーク固定接触子側は指状接触子（１８ａ）を
介して主可動接触子Ｑ７）と接触している。主固定接触
子ａυは支持導体（４）に同心的に取付けられ、その外
周位置には主固定接触子ａυを囲む抵抗材質の筒状部材
−が設けられている。この−目 筒状部材（２）の先端には環状の金属製シールド（６）
が設けられている。そして、シールド（６）は先端部が
内側に大きく湾曲してアーク固定接触子（至）を囲むと
ともに、その前端はアーク固定接触子（至）より前方に
突出している。

一方、主可動接触子Ｑ７）は、耐弧片（至）を先端に装
着した筒状のもので絶縁棒（２）に取付けられて開閉リ
ンク（２）に接続されており、この開閉リンク（２）の
操作により、主可動接触子Ｑｉは主可動接触子回に向け
て進退される。主可動接触子０ηの周囲にはシールド（
７）が設けられており、断路器開離時の極間及び対地間
の電界を緩和している。また、主可動接触子Ｑηは指状
接触子（財）を介して導体（５）と軸方向に摺動自在に
接触支持され、絶縁スペーサ（３）を介してタンク（１
）の側方開口部に支持されている。

なお、（２）は固定接触子側の支持導体（４）をタンク
（１１の開口部に絶縁固定する絶縁スペーサでもある。

次１こ動作を説明する。第２図において、主可動接触子
ｏｒ）が駆−されると、第８図に示すように耐弧片（至
）とシー：□ルド（６）との間で再点弧アーク（至）が
発い１゜ 生する。　　　′１ 再点弧アーク（至）は、断路器のしゃ断及び投入時に数
十回間欠的に発生するものであり、このアークによるシ
ールド（６）の血の損傷を低減することは断路器の絶縁
設計上から重要である。損傷を低減するためには、シー
ルド（６）上にランダムに生起するアーク（至）の到達
点を、限られた範囲に集中することが有効である。

また、アーク（至）のシールド（６）の上１こおける到
達点が限定さｊた範囲となるならば、例えばＳ、Ｎａｒ
ｉｍａｔｓｕ、ｅｔ　ａｌ、、“Ｉｎｔｅｒｒｕｐｔｉ
ｎｇ　Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆＣａｐａｃｉｔｉ
ｖｅ　Ｃｕｒｒｅｎｔ　ｂｙ　ｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔｉ
ｎｇ　５ｗ１ｔｃｈｆｏｒ　Ｇａｓ　Ｉｎ５ｕｌａｔｅ
ｄ　Ｓｗｉｔｃｈｇｅａｒ”、ＩＥＥＥ　ＰＥＳ、　８
１Ｗ１１４１４４−５　（１９８１）、等に報告す□れ
るような再点弧アークの地絡事故への進展を防止する上
でも有効である。第４図は再点弧アークの地絡事故への
進展のようすを説明するもので、アーク四が地絡時のア
ークを示している。アーク（至）の進展は、アーク（１
）の極間の橋絡で生じる□電極付近の電界場擾乱に誹る
と考えられる。これを防止するためには、アーク（１）
のシールド（６）の上における到達点を限られた範囲に
集中することが有効である。

第５図及び第６図は、第２図に示した断路器が再点弧ア
ーク（ホ）によって極間放電したときの抵抗材質の筒状
部材（２）付近の電界強度の変化のようすを説明するも
のである。第５図は可動側電極の電位が１．０（ｐ＝ｕ
、）、固定側電極の電位が−１，０（ｐ、ｕ、）で極間
放電（再点弧）する直前の状態を示している。

図中、Ｐｌは極間放電直前の等電位線、Ｅｌはその点に
おける電界強度を示すベクトルである。第６図の状態に
ある断路器の極間で再点弧によるアーク（至）が生じた
直後の状態を第６図に示す。可動側電極（７）ａηと固
定側電極のシールド（６）は、アーク（至）によって橋
絡せられるので、瞬時にほぼ同電位となる。そこで、支
持導体（４）の側に接続されている母線（図示せず）の
サージインピーダンスを２１筒状部材（２）の抵抗値を
Ｒ１放電直前の極間電位差を１０（ｐ、ｕ、）とすれば
、極間放電（再点弧）直後の筒状部材−の両端電位差■
、は ｖｐ　＝　２．０　Ｘ■（ｐ、ｕ、）　　　　・（１１
となるから支持導体（４）の電位は −Ｒ １−ｖｐ＝　　Ｚ＋Ｒ（ｐ、ｕ−）　　　　　　　　　
−＋２３となる。

サージを抑制する目的で断路器に設けられる抵抗体の抵
抗値Ｒと、母線部のサージインピーダンス２は通常 Ｚ　＜＜　Ｒ・・・（３） の関係にあるから、第６図の状態にある断路器が極間放
電（再点弧）した直後のシールド（６）と支持導体（４
）の電位は式（２１および式（３）の関係から逆極性と
なる。□ 第６図において、Ｐ２は極間放電直後の等電位線、Ｅ２
は電界強度を示すベクトルであり、第６図のＥｌに比べ
てその値は極めて大きい。

第６図及び第６図を比較して明らかなように、第２図の
ように円筒状の抵抗体（至）を電極の外周部に設置した
断路器においては二極間放電（再点弧）の前後で電界が
急激に変化し―シールド（６）や支持導体（４）からタ
ンク（１）に向う電！の強度が急増し、その結果断路器
の一次機能：Ｃｓぶる対地絶縁性能が失われて地絡へと
進展する可能性が高い。

そこで、電界Ｅ２を緩和するために、例えば、第７図に
示すように、シールド（６）の張出し部（６ａ）で抵抗
体（７）を覆うことが考えられるが、この場合、かえっ
てシールド（６）の張出し部（６ａ）の電界強度Ｅ。

が高くなって不具合である。これを解決するには、張出
し部（６ａ）の曲率半径を大きくすることなどが考えら
れるが、対地絶縁距離を確保する必要性から、タンク（
１）の内径が増大し、経済性の点から不利である。

この発明は上記に鑑みてなされたもので、サージ抑制用
の抵抗体をシールド体内に収納し、シールド体から独立
した抵抗電極を設けることによって、開閉時の再点弧ア
ークによるシールド体の損傷を防止し、再点弧直後の各
接点の固定側周辺の電界変化をなくすることができる断
路器を提供する。　　　　　　゛ 以下、図について説明する。第８図〜、第１０図におい
て、（１）は消−一ガスが充填されたタンク、（２）（
３）はタンク（１）を密面した絶縁スペーサ、（４）（
５３は各′絶縁スペーサ１２１　（３）に固着された導
体Ｊ　（（１”’（７）は導体１４＋　’（６）と固着
され開口部（６ａ）（７ａ）を有するシールド（６）と
固着され電気的Ｉｉ続された導体、（９）は導体（８）
に固着されたばねケース、αＱは一端がばねケー棒（１
０ａ）と抵抗素子（１０ｂ）とで構成されている。

ａηは導体（８）と電気的に接続された主固定接触子、
を有する支持棒、（至）は支持枠側の先端に固着された
耐弧性を有す゛るアーク固定接触子で、ばねケース（９
）を介してシールド体（６）と接続さｔｌている。卯は
支持棒幹カルールド体（６）から突、出する方向に押圧
したばね、側は導電性を有するシリンダで、シールド体
（７）と固！されている。備はシ１シンダＱｆｊ内を摺
動自在なピストン、ａカはピストンＱ＠と連結され、先
端に耐弧性を有するアーク可動接触〒（至）が固着され
た主可動接触子で、シリ、ンダ四内と連通したフローガ
イド（１７ａ）を有する。なお、主固定接触子ａυと主
５可、動接触子ａ′Ｉ）とで主響点Ｑ・を構成し、アー
ク固定接触予備とアーク可動接触子（至）とでアーク接
点（ホ）が構成され、主接点ｏ９．！リアーク接点（ホ
）が遅れて開離するように構成されている。四はピスト
ン（６）と連結された絶縁操作棒、（財）は駆動源（図
示貨ず）の駆動力を絶縁操作棒（２）を介駿て主可動接
触子αηに伝達するリンク機構である。４＠はシールド
体（６）の開口部（６ａ）に配置されたドーナツ状の抵
抗電極で、開口部（６ａ）から外方に向って突出した曲
面を有するように形成されている。（財）は抵抗体ａｎ
の他端と電気的に接続された導電性を有　−する支持棒
で、抵抗電極に）を支持している。

、次に動作を説明する。第８図において、ノヒーブ電流
を開閉する場合、絶縁操作棒四が右方に移動されると、
主可動接触子ａηは主可動接触子何から開離しｒ＠１．
１図に示す状態に乞る。このとき、シリンダ（ト）内の
圧力が低下し、タゼク（１）内のガス圧との間に差竺が
生じる。主可動接触子０？）がさらに右方に移動を続け
る六、アーク可動接触子（ト）がアーク固寓璋触子備か
ら開離し始め、第１咽に示すように両液触子ａ３ｏａ間
でループ電流にまるアーク（イ）を生じる。このアーク
（至）は、タンク（１）とシリン！（至）内との差圧に
よるガスの流れを利用して消滅させることができる。

主可動接触子ａηはさらに移動を続けるが、ループ電流
しゃ断時に発生する回復電圧は、通常、数百ボルト程度
であるので、ループ電流しゃ断後に・再点弧を生じるこ
となく、最終的には第１８図の状態となってしゃ断動作
が完了する。なお、第１ａはループ電流しゃ断時の状態
を等価回路で示したものである。図から明らかなように
、しゃ断１１１時の電流通路は、両アーク接触子ａａｏ
ａを経由するもののみである。

次に無負荷線路の開閉時について説明する。無負荷線路
の開閉時においても断路器の動作そのものは当然のこと
ながら全く同一であるが、接触子の開離の途中で生じる
現象は異なる。絶縁操作棒−の右方への移動に伴なって
、主可動接触子０７）は１１ ｂｉｉ刊”゛帽″ｔ６す、、、ｉｍａｉｍ刊旧１０に移
動を続け、アーク固定接、−子（至）はアーク可動接触
子（至）から開離する。このとき、電源電圧は商用周波
数で変動しているので両アーク接触子闇に）（至）には
電位差が生じ、その結果再点弧が生じる。

一般に、断路器の開閉時の再点°弧によるサージの振幅
率は極め、て大きい（１，７〜１．＊　）。このような
開閉サージは、一般に、断路器の再点弧時の極間電位差
に比例する。また、極間電位差は放電時の極間距離に比
例するから、抵抗を挿入して抑制しなければならないよ
うな高いサージは、主可動接触子ａ力がアーク固定接触
子（至）からある程度（具体的には機器によって異なる
が、全極間距離の約Ｖ４〜１／８　以上）離れた位置に
おいて発生したものに限定される・ 従って主可動接触子（財）とアーク固定接触子（２）間
で生じるような再点弧サージは抵抗を挿入して抑制する
必要はなり。主可動接触子（ロ）が、第１５図に示すよ
うな位置、、、メ全極間距離の約１．／８−１７２　）
まで開離したとき、恍、−間に再点１が生じると、放電
時の極間電位分布２込ｕ、　（常規対地電圧波高値の２
倍）に達する場合もあり、このときの再点弧サージは極
めて大きい。そこで、断路器を含む回路に直列に抵抗を
挿入して、開閉サージを抑制する必要がある。

しかるに、アーク固定接触子曹はリング状に形成された
抵抗電極−に比べて奥まった位置にあり、またシールド
体（７）の開口部（７ａ）と抵抗電極−の間には空隙が
設けられているため、このような位置における再点弧は
全てアーク可−接触子（至）と抵抗電極−との間で生じ
ることになる。さらに抵抗電極−とシールド体（７）の
開口部（７ａ）の間の空隙のために再点弧によるアーク
がシールド体（７）上に転移することはな（、アークの
移動範囲が抵抗電極骨上に制限されるので、再点弧アー
クによる極間電位分布の擾乱はほとんどなく、再点弧ア
ークの地絡事故へめ進展の可能性も極めて少ない。

第１咽は、第一０図に示す無負荷線路開離時の再点弧の
ようすを等価回路的に示すものであり、再点弧によって
生じる高いサージは、全て抵抗体側を経由するので、主
可動接触子αηが第１６図に示すような一位置にあると
きは、断路器の極間で生じる有害なサージは抵抗体、Ｑ
Ｑによって抑制されることになる。

こ−ガとき抵抗体の両端には、前述した＋１）式の電位
差Ｖｐが生じるので、抵抗電極−とシールド体（７）と
の間、及び支持棒（財）と導体（３）の間には相応の絶
縁距離を設ける必要がある。

しかし、電位差Ｖｐはサージエネルギーの消費過程にお
いて生じるものであり、仮にシールド体（７）と抵抗体
ＱＧの他端との間の空隙で絶縁破壊が生じたとしても抵
抗体ＱＧの両端電位が等しくなるのみでシールド体（７
）とタンク（１）の間の電位分布に変化はなく、断路器
の一次機能である対地絶縁性能を損なうことは全くない
。

主可動接触子αηが両液触子ＤＩＩＱη間に生じうる電
位差＜２ｐ、ｕ、　）に十分耐えうる絶縁距離まで開離
した後は、再点弧は停止し、その後の主可動接触子■の
移動によって断路器は完全に開離して第１８図の状態と
なる。

以上に述べてきたように、本発明の断路器は、抵抗電極
をシールド体の内側に独立して設けてあり、また抵抗体
をシールド体の内部に設けであるので、しや一時に対地
絶縁性能を損なうことがない。

なお、抵抗電−を耐弧性の金属（銅−タングステン合金
など）やカーボン材料で形成すれば、抵抗電極の損傷は
抑制され、極間の耐電圧性能も向上する利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は母線回路図、第２図は従来の断路器を示す断面
図、第８図及び第４図は第２図の動作状態を示す説明図
、第５図及び第６図は第２図の電界の状態を示す説明図
、第７図は従来のものの他の実施例を示す説明図、第８
図はこの発明の一実施例を示す断面図、第９図は第８図
の要部を示す斜視図、第１＠は第８図の要部を示す断面
図、第１１図〜第１咽は第８図の動作状、態を示す説明
図、第１４図は第８図のループ電流しゃ断時の等価回路
図、第１咽は第８図の動作状態を示す説明図、第′１ １６図は無負荷線路開離時の等価・・回路図である。図
′　。 において、（６）は・シールド、（ｇａ）ｍ開口部、Ｑ
（ｌは抵抗体、ａυは主固定接触子、餞はアーク固定接
触子、ａηは主可動接触子、（至）はアーク可動接触子
、０９は主接点、■はアーク接点、■は一抵抗電極であ
る。 なお各図中同一符号は同−又は相当部分を示す。 代理人　葛野信− 、、： 、ノ゛ １１１ １″１ つ１．。 ”ｚ　　ｌ−’　　−”−”””””’−”””’−”
’−内　　　　　　喝 手続補正書（自発） １．事ｆ’＋（７）表示ｆＪ願昭８？−４１１６１０号
２、発明の名称　　　新路器 ３、補正をする者 事件との関係　　　特許出願人 代表者片山仁へ部 ４、代理人 ５、補正の対象 （１）図面 ６、補正の内容 （１）図面第１６図を別紙の通り訂正する。 ７、添付書類の目録 （１）第１６図（訂正図面）　　　　　　　　１通以上 第１６図 −１０

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１１主接点の電流をアーク接点に転流させ、さらに抵
   抗体に転流させてからしゃ断するように構成したものに
   おいて、上記主接点および上記アーク接点を構成する可
   動接触子がシールド体の円形状の開口部から挿入され、
   上記両接点が閉成されているときに各接触部が上記シー
   ルド体内に配置されるようにし、上記シールド体の開口
   部のシールド体と上記可動接触子との間に上記開口部の
   外方に突出した曲面を有するドーナツ状の抵抗電極を配
   置し、上記アーク接点が開離したときに上記可動接触子
   と上記抵抗電極との間に形成される空隙と上記抵抗体と
   の直列回路が上記アーク接点と並列接続されていること
   を特徴とする断路器。 （２）抵抗電極は抵抗体と電気的に接続された複数個の
   支持棒で支持されていることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の断路器。