JPH0155529B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高電圧のパツフア形しや断部に係わ
り、特に超々高電圧（以下UHVと称す。）系統
用ガスしや断器に装備される抵抗しや断部のよう
に、しや断電流が比較的小さく、高い電圧責務を
要求されるものに好適なパツフア形ガスしや断部
に関する。

電力需要の増加に伴い、電力系統の送電電圧及
び容量は増加の一途をたどつており、国内でも速
電電圧1000KV級のUHV系統の具体化が進めら
れている。UHV系統では、気中絶縁の合理化を
考え、系統で発生するサージを極めて低い値に抑
制することが必要となる。このため、UHV系統
で用いられるしや断器では、従来の系統でも必要
とされていた抵抗投入の他に、抵抗しや断方式
を、導入することが避けられない見通しである。

第１図を用いて抵抗しや断方式を簡単に説明す
る。この図は１つのしや断部の構成を示してお
り、実際には使用される系統の電圧階級に応じて
複数のしや断部を直列に接続されることもある
が、ここで扱う問題に関しては本質的には変わら
ない。しや断動作は外部の制御システムから発せ
られたしや断指令に呼応して、図示しない操作器
によりに主しや断部１を開極し、しや断電流の電
流零点でこれをしや断する。ここでいう電流しや
断は、主しや断部１に並列に抵抗体２の回路が接
続されているため、この回路に電流を移す転流を
意味している。次に抵抗しや断部３が開極し、抵
抗体２に流れる抵抗電流を電流零点においてしや
断し、全てのしや断動作を終了する。

抵抗しや断の異なる方式として第２図に示す構
成もある。これは主しや断部１と抵抗体２の並列
回路に抵抗しや断部３を直列に接続したものであ
る。この場合、抵抗しや断部３は全電流の通電能
力が要求されるがしや断順序、及びしや断責務は
前述のものと同一である。投入に際しては、主し
や断部１と抵抗しや断部３の投入する順序の前後
関係により抵抗投入方式と兼用することも可能で
あるが、ここでは省略する。

以上述べた抵抗しや断方式において、抵抗しや
断部のしや断責務に注目すると、しや断電流とし
ては、抵抗体回路に転流された電流をしや断すれ
ばよく、抵抗体の限流効果により比較的小さい電
流しや断能力を持てばよいということになる。と
ころが、電圧責務については主しや断部以上の高
い再起電圧に耐えなければならず、小電流高電圧
の特殊なしや断責務が要求される。

このようなしや断部を従来技術のしや断部を用
いて構成したときの問題点を説明する。第３図は
パツフア形しや断部の投入状態を表わしており、
電流は図示していない一方の端子より、接離可能
に構成された固定電極４及び可動電極５、支持部
材６、パツフアシリンダシヤフト７を経て図示し
てない他端子に流れる。しや断動作は図示しない
操作器によりパツフアシリンダシヤフト７を矢印
方向に駆動することによりなされる。この結果、
固定電極４と支持部材６にコイルばね１４，１５
にて保持されている可動電極５が開離し、両電極
間にアークが発生する。同時にパツフアシリンダ
８とパツフアピストン９で構成されるパツフア装
置１０内の消弧性ガス１１が圧縮され、絶縁ノズ
ル１２と可動電極カバー１３に案内されて、固定
電極４と可動電極５間に吹き付けられる。消弧性
ガスとしては、消弧能力の優れたSF₆ガスが用い
られる。この結果、両電極間のアークが消弧し、
さらに可動部が所定の位置まで移動しながら極間
の絶縁耐力が再起電圧を上廻つて回復し、しや断
動作が完了する。絶縁ノズル１２に設けた孔１６
は消弧性ガスの吹付けによるしや断能力に係わる
ため、大きさの許容範囲は限界があり、固定電極
４の外径は、この孔１６の径より小さくなければ
ならいので太さに制限がある。この結果、固定電
極４は図示のように細長い形状とせざるを得ず電
流しや断直後に印加される高電圧のため、固定電
極４の先端部に電界集中の生ずるのは避けられな
い。前述の如く抵抗しや断部では再起電圧責務が
苛酷なため、何らかの電界緩和策が必要となる。
第１図には示していないが、固定電極の周辺に電
界緩和シールドを設置する方策もあるが、投入時
に絶縁ノズル１２に衝突しないよう構成する必要
があり効果には限界がある。固定電極の径を太く
するのが最も簡単な方策であるが、本構造では上
述の理由により不可能である。

このような構成のしや断部を用いて高い再起電
圧に耐え得るようにするには、しや断速度を速く
し、再起電圧波形を上廻わる極間絶縁回復特性を
得られるようにするしかない。しかし、このこと
は強大な操作力を必要とするため現実的な方策と
はいえない。

極間絶縁回復特性を改良した他の従来例とし
て、第４図、第５図に示したものがある。第４図
は投入状態、第５図は動作中の状態を示したもの
である。第４図において、ワイプ距離Ｘを得るた
め可動電極５は摺動可能に支持されており、投入
時に固定電極４と当接し図示位置まで移動する。
さらに両電極４，５の先端部の電界集中を緩和す
る補助手段として、シールド電極１７，１８を設
けている。第４図の位置よりしや断動作が始まる
と、図示しない操作器によりパツフアシリンダシ
ヤフト７が矢印方向に移動する。このとき可動電
極５は、ばね９に押圧されており、ストツパ２
０，２１が係合するまで固定電極４と当接状態を
維持する。ストツパ２０，２１が係合した位置で
可動電極５とシールド電極１７の前面は略半球面
をなし、電界集中のない良好な形状となる。さら
にしや断動作が進むと、絶縁ノズル１２の孔１６
から固定電極４が抜け切り、第５図に示す状態と
なる。固定側のシールド電極１８は、ばね２２に
押圧されており、絶縁ノズル１２と当接を維持し
たまま可動側と共に移動するため、図示の位置で
固定電極４とシルド電極１８の前面は略半球状と
なり、電界集中のない優れた形状となる。ところ
が、開極瞬時から第５図の時点までは、絶縁ノズ
ル１２の先端から可動側のシールド電極１７先端
までの距離Y₁またはそれ以上の範囲で固定電極
４が突出することになり、電界集中が避けられな
い。抵抗しや断部の操作器をなるべく小規模で駆
動するうえでは、特に極間電界集中の苛酷となる
極間距離の短い開極直後の位置でも電界集中の小
さい形状とすることが、遅いしや断速度で高い回
復特性が得られることになり有利である。

以上述べたように、抵抗しや断部としては小電
流高電圧責務に耐え得るような小規模の操作器で
開極直後から高い絶縁回復特性の得られるしや断
部の開発が望まれていた。

本発明の目的は、上記従来構造のもつ欠点を改
良し、抵抗しや断部として好適な高い絶縁回復特
性を有するパツフア形しや断部を提供することに
ある。

本発明のパツフア形しや断部では、固定および
可動電極はその対向部に径大突起部と、この径大
突起部のほぼ先端に形成した径小突起部とを有す
るほぼ対称構造とすることにより、電界集中を両
電極に均等配分し、かつ高い絶縁回復特性を有す
るようにしたものである。

以下、本発明を第６図に示す実施例によつて説
明する。

パツフアピストン９へ可摺動的に嵌合したパツ
フアシリンダ８には中心にパツフアシリンダシヤ
フト７が結合されており、このパツフアシリンダ
シヤフトを操作することによつて、両者で形成す
るパツフア装置１０内の消弧性ガス１１内のガス
を圧縮する。パツフアシリンダ８の左端面には可
動電極５と、金具３１によつてこの可動電極５を
包囲した絶縁ノズル１２が取付けられている。可
動電極５は対向側に突の径大突起部２９と、その
中央に形成した径小突起部２６から成る。

この可動電極５に対向する固定電極４は、ほぼ
対称形に成されており、径大突起部２８と、その
中央部に形成した径小突起部２５から成る。

両電極４，５の径小突起部２５，２６は、しや
断器の投入状態において、絶縁ノズル１２内で接
触して通電する。この径小突起部２５，２６の形
成によつて、両者の接触状態で、径大突起部２
８，２９の対向部間に間隙Ａが形成される。この
間隙Ａから両電極４，５の開離時にパツフア装置
１０で圧縮した消弧性ガス１１を絶縁ノズル１２
の先端から吹付けてアークを消弧するようにして
おり、しかも両電極４，５は対称形であつて双方
が大きな径を有して対向しているので、開極直後
に特定の電極のみに電界が集中することがなくな
り、極間では電界がほぼ平行となるので、良好な
回復電圧特性を持つようにすることができる。

固定電極４は、固定支持部材２４内を一定距離
L₁だけワイプ動作できるようになつており、常
時ばね２４によつて対向側に付勢されているが、
可動電極５との接触により距離L₁が形成されて
いる。この距離L₁は、投入動作中における両電
極接触時の衝撃を吸収するものにも有効である。

しや断動作は従来と同じく、パツフアシリンダ
シヤフト７を右方へ駆動して、圧縮したパツフア
装置１０内のガスを絶縁ノズル１２によつて導
き、電極間のアークに作用させて行なう。

絶縁ノズル１２の形状は、遮断電流責務が比較
的小さいことから、アークで加熱されたガスを案
内するためノズルのガス吹出側である下流側に一
般的に設けられる未広部は設けてはなく、両電極
４，５の電界緩和を優先して考え、可能な範囲で
絶縁ノズル１２を薄くする構成としている。

電極４，５間の電界集中を緩和するのに電極径
を太くし、その先端を略半球状にするのは有効な
手法である。絶縁ノズル１２の孔径より大きな径
を有する径大突起部２８，２９と、小さな径を有
する径小突起部２５，２６の組合わせ構造にした
こととにより、略半球状の先端形状を保ちつつ、
等価的な電極４，５の径を絶縁ノズル１２の孔径
より大きくすることができ、絶縁回復特性の優れ
た遮断部を実現することが可能となつている。

本実施例では、極間の絶縁耐力は最大電界で決
まるので、両電極の電界集中を均衡させるため
に、両電極を略対称構造としている。ここでいう
対称構造とは、物理的形状の対称という意味はも
ちろん含まれるが、問題は電界集中の緩和であ
り、電界分布からみた対称性も考えるべきであ
る。

すなわち、可動電極５側に配置される絶縁ノズ
ル１２に多用される４フツ化エチレン樹脂では誘
電率が2.0〜2.4であり、ガス中空間と異なるた
め、電界分布に影響を与える。この結果、最大電
界に30％程度の差は生ずる場合もあり、絶縁ノズ
ル１２を取り去つた状態で両電極の最大電界がこ
の範囲にあるものは電界的に対称とみなすことが
可能である。従つて、通電部と大径部を有する電
極形状の構成例としては、第８図に示す平端部を
有する略半球面形状と略半錐台形等種々の電極形
状及びその組み合わせも考えることが可能であ
る。

このような形状では電極を一対構造としている
ため開極直後から良好な電界分布を得られる形状
となつている。電極を構成する際に耐アーク部
材、通電部材、補強部材等を溶接あるいはねじ取
め等で結合するのは一般的な手法であるが、ここ
でいう一体構造はこれらを含み、しや断動作に際
して相対的位置の変動しないものをさしている。

本発明のパツフア形しや断部の異なる実施例を
第７図に示している。本実施例では絶縁ノズル１
２を可動電極５に対し、図中に示す距離L₂だけ
摺動できるように支持したものである。絶縁ノズ
ル１２は、投入動作終期に固定電極４と接触する
ことにより右端に移動し、一方、しや断動作時は
内外ガス圧力差により、可動電極５に対して第６
図とほぼ同じ位置に移動する。このように構成し
た結果、絶縁ノズル１２の移動距離L₂に相当す
る長さだけ電極に設けた径小突起部２５，２６の
突出長を縮小することが可能となる。本実施例で
は絶縁ノズル１２を摺動可能に構成したことによ
り、両電極４，５の径大突起部２８，２９間に生
ずる間隙部３０の幅が狭くなる結果、径小突起部
２５，２６の接触面２７が絶縁ノズル１２の先端
開口付近に位置させている。

以上に示した実施例では、投入時の両電極衝突
時の衝撃を固定電極４を摺動可能に構成すること
により緩和しているが、他の実施例として可動電
極５その支持部材に対し摺動可能とすることも可
能である。

さらに異なる実施例を第９図に示している。こ
の図は常時通電能力を向上することを考慮し、第
６図に示す実施例に固定主接触子３０、可動主接
触子を兼ねる金具３１からなる通電用接点３２を
設けたものである。固定主接触子３０には同部の
電界緩和用シールド３３を取付けている。この結
果、しや断部の投入状態で通電用接点３２にも分
流し、通電能力が向上するが、開離動作時は固定
接触子４が可動主接触子５に追従して動作するた
め、先に通電用接点３２が開離し、アークは固定
接触子４、可動接触子５間に発生し、絶縁ノズル
１２に導かれたガス流により消弧される。本構造
では可動主接触子を兼ねる金具３１を絶縁ノズル
１２の支持部材としても機能を兼用する構成とし
ているが、これを独立することはもちろん可能で
あり、また、第７図および第８図に示した構造に
本構成の固定主接触子３０、可動主接触子を兼ね
る金具３１を設置することも可能である。

以上述べたように本発明によれば、可動及び固
定電極はその対向部にそれぞれ径大突出部と径小
突出部をほぼ対称的に設け、径大突出部間に生ず
る間隙に投入位置において絶縁ノズル内に電極の
径小突起部を包囲するようにしたことにより、両
電極への電界集中を大幅に緩和し、高電圧責務に
好適な絶縁回復特性の優れた抵抗しや断部を構成
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は抵抗しや断方式しや断器
の回路図、第３図は従来のパツフア形ガスしや断
器の縦断面図、第４図および第５図は従来の他の
例によるガスしや断器の投入状態およびしや断途
中状態にある縦断面図、第６図〜第９図は本発明
のそれぞれ異なる実施例によるガスしや断器の縦
断面図である。 ４……固定電極、５……可動電極、１２……絶
縁ノズル、２４……ばね、２５，２６……径小突
起部、２８，２９……径大突起部、Ａ……間隙。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 相対的に接離可能な少なくとも一対の固定お
   よび可動電極と、上記可動電極を包囲して設けら
   れて開離動作時に消弧性ガスを上記両電極間に生
   ずる発生アークへ案内する絶縁ノズルとを備え、
   上記電極の少なくともいずれか一方は、ばねによ
   つて対向側に付勢されて所定距離ワイプするよう
   にしたものにおいて、上記両電極は、対向部にそ
   れぞれ径大突起部と、上記径大突起部のほぼ先端
   に形成した径小突起部とを有するほぼ対称形に構
   成し、上記絶縁ノズルの先端は、接触状態におけ
   る上記径小突起部を包囲するよう設けたことを特
   徴とするパツフア形しや断部。 ２ 上記特許請求の範囲第１項記載のものにおい
   て、上記絶縁ノズルは先端にガス放出用の開口を
   有しており、上記両電極の径小突起部は、この開
   口を通して接触し、上記両電極の径大突起部は、
   上記開口よりも大きな径をもつたパツフア形しや
   断部。 ３ 上記特許請求の範囲第２項記載のものにおい
   て、上記両電極は、それぞれ上記径大突起部およ
   び径小突起部を一体構造としたパツフア形しや断
   部。