JPH02288119A - 高電圧電気機器 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、発変電所に使用される開閉装置に関し、特に
、断路器によるループ電流遮断時に発生するサージを抑
制することができるように改良を施した高電圧電気機器
に関するものである。

（従来の技術） 発変電所に用いられる高電圧回路の開閉装置として、近
年、ガス絶縁開閉装置が広く用いられている。この様な
ガス絶縁開閉装置は、母線、遮断器、断路器を始めとし
て、その他の付属設備を接地金属容器の中に収納し、こ
の金属容器内に封入した安定度が高く、不活性、不燃性
、無臭、無害であり、且つ空気の２〜３倍の絶縁耐力を
有するＳＦ６ガス等の絶縁性ガスで絶縁保持し、高圧回
路の開閉装置としたものである。

上記の様なガス絶縁開閉装置を構成する機器の内、断路
器は短母線を切り離すのが責務で、電流を遮断すること
は一般には考えられていなかったが、しかし、Ｓ　Ｆｓ
ガスの良好なアーク消弧能力のために、断路器にも電流
遮断責務が与えられっつある。これが、いわゆる、ルー
プ電流遮断責務といわれているものであり、この内容を
、第１１図に示した一般的な変電所の単線結線図を用い
て以下に説明する。即ち、主母線と呼ばれる２つの高電
圧導体１．２が、断路器３，４，５．６．７゜８．３−
．４”、５−．６−及び遮断器９によって接続され、こ
れらの機器により、多数の閉じた電流路（閉ループ）が
形成されている。また、この閉ループを形成する前記断
路器５，６を接続している導体は分岐され、遮断器１０
を介して変圧器１１に接続されている。さらに、断路器
５′６′にも同様に遮断器１０″を介して変圧器１１′
が接続されている。一方、閉ループを形成する断路器３
．４を接続する導体は分岐されて、遮断器１２、断路器
１３、ブッシング１４を介して送電線（図示せず）に接
続され、また、断路器３−４′にも同様に、遮断器１２
′、断路器１３′ブツシング１４′を介して送電線が接
続されている。

ここで、主母線１，２及び断路器３．４．　５゜６から
構・成される閉ループを考える。断路器３゜４．５．６
がすべて閉じている場合には、変圧器１１が発生する電
流は、断路器３，５及び主母線１が形成する電流路と、
断路器４．６及び主母線２が形成する電流路に分流し、
断路器３，４を接続する導体部で合流して、ブッシング
１４に接続されている送電線に送られる。この状態から
、閉ループを開き、２種類の電流路を１種類とし、電流
の分流を無くす責務がループ電流遮断責務といわれてい
るものである。例えば、断路器３を開くことにより、電
流を遮断し、主母線１を通る電流路を開く時、断路器３
は通常の定格電流、例えば、８ｋＡを遮断する能力を持
たなければならない。

（発明が解決しようとする課題） ところで、従来から用いられている断路器においては、
上記の様な電流を遮断する目的で使用するものに限り、
遮断器と同様なバッファシリンダを備え、開路時にアー
クにガスを吹付けるバッファ方式や、接点にコイルを備
え付け、コイルによって発生する磁界によりアークを移
動させて冷却効果を持たせるように構成した磁気駆動方
式のものが採用されていた。

しかしながら、ループ電流遮断責務を有する断路器に限
り、上記の様なバッファ方式や磁気駆動方式の断路器を
用いることは、製造すべき断路器の機種を増大させ、機
器が高価なものとなっていた。また、上記のバッファ方
式や磁気駆動方式の断路器は、その接点構造がかなり複
雑なものであり、しかも大きな駆動力を必要とするため
、機器の大形化を招いていた。さらに、上記のバッファ
方式や磁気駆動方式のものにおいては、アークの状態に
ばらつきがあるため、開極から遮断までの時間にはかな
りばらつきがあった。最悪の場合、２〜３サイクル（５
０Ｈｚでは４０　ｍ　ｓ　〜６０　ｍＳ）の間、アーク
が消弧できないこともあり、断路器の接点部が損傷を受
け、また、金属異物や埃、Ｓ　Ｆ６ガスの分解生成ガス
等の発生により、耐圧の低下を引き起こしかねず、絶縁
信頼性に問題があった。

本発明は、以上の欠点を解消するために提案されたもの
で、その目的は、ループ電流遮断を確実に、また、迅速
に行うことができ、経済性に優れ、コンパクトで、優れ
た信頼性を有する高電圧電気機器を提供することにある
。

［発明の構成コ （課題を解決するための手段） 請求項１記載の発明は、絶縁性ガスを封入した金属容器
内に高電圧導体を配設して成る高電圧電気機器において
、高電圧導体の外周を包囲するように複数個の磁性体リ
ングを配設し、前記各磁性体リングの間に、その外径が
前記磁性体リングの外径より大きく構成した固体リング
を配設したことを特徴とするものである。

また、請求項２記載の発明は、絶縁性ガスを封入した金
属容器内に高電圧導体を配設して成る高電圧電気機器に
おいて、高電圧導体の外周を包囲するように、前記金属
容器の内面に複数個の磁性体リングを配設し、前記各磁
性体リングの間に、その内径が前記磁性体リングの内径
より小さく構成した固体リングを配設したことを特徴と
する特のである。

（作用） 本発明の高電圧電気機器によれば、閉ループを形成する
高電圧導体を包囲するように配設した磁性体リングは、
通常のＡＣ電流では飽和状態にあり、大きなインダクタ
ンス成分を示さないが、電流零点の近傍においては飽和
が解け、大きなインダクタンス成分を示し、電流が零の
状態を保とうとするため、電流遮断動作をすばやく、し
かも確実に行うことができる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を第１図乃至第５図に基づいて
具体的に説明する。なお、第１１図に示した従来型と同
一の部材には同一の符号を付して、説明は省略する。

本実施例においては、第１図に示した様に、金属容器２
１内にＳ　Ｆ６ガス２２が封入され、内部に高電圧導体
１あるいは２が収納されている。この高電圧導体１，２
の周囲には、複数個の磁性体リング２３が配設され、こ
れらの各磁性体リング２３の間には、その外径りを前記
磁性体リング２３の外径斐よりも大きく構成した金属あ
るいは絶縁物から成る固体リング２４が配設されている
。なお、磁性体リング２３は、けい素鋼板、パーマロイ
あるいはアモルファス合金等の軟磁性材の箔を、絶縁フ
ィルムと共に多数回巻回して構成されている。

また、第２図に示した様に、上記の様に構成された磁性
体リング２３及び固体リング２４から成る磁性材２５が
、高電圧導体ｌａ、ｌｂ、ｌｃ。

２ａ、　　２ｂ、　　２ｃの各分岐部の間に設置されて
いる。なお、第２図は第１１図に示した単線結線図と同
一のものであるが、３相分の結線をそれぞれａ、ｂ、ｃ
を付して示している。

この様な構成を有する本実施例の高電圧電気機器におけ
るループ電流遮断動作について、以下に説明する。

まず、第３図はループ電流遮断時に流れる電流を求める
ための等価回路であるが、図において、変圧器は等測的
に電流源３０として表し、ここから流出する電流Ｉ＝Ｉ
ｏｓｉｎωｔは、閉ループにより、電流ｉ１．ｉ２に分
流する。また、各電流路はほぼ等しい浮遊インダクタン
ス（Ｌ）３１ａ、３１ｂを有し、この浮遊インダクタン
スしによって、各電流路に電流がほぼ等しく分流される
。

また、抵抗（Ｒ）３２は、開極した断路器の極間に発生
するアークが有するアーク抵抗である。ここで、磁性体
リング２３ａ、２３ｂは電流零点近傍以外においては飽
和状態にあるため、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。

また、第３図に示される電流ｉＩ、ｉ２は次式より与え
られる。

ｉｌ　＝ｌＯＳ　ｉｎωｔ −ａｌｏｓ　ｉｎ　（ωｔ＋α）−（１）ｉ２＝ａＩｏ
ｓｉｎ（ωｔ＋α）　　　−（２）ただし、ａ＝ｃ　ｏ
　ｓα／２ ｔａｎａ＝Ｒ／２ωＬ さらに、第４図は、（１）（２）式で与えられる電流１
１１１２及び電流■の時間的変化を示したものである。

第４図において、電流ｉＩ及び電流１２の零点、即ち、
Ａ点及びＢ点は時間的にずれており、開極しようとする
断路器を含む電流路の電流零点Ｂが、他方の電流路の電
流零点Ａより時間的に前に位置している。ここで、電流
１２の電流零点８点近傍の現象について考える。即ち、
電流零点Ｂまでは、磁性体リング２３ｂは飽和状態にあ
り、インダクタンスを示さないが、電流零点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、電流零の状態を保とうとする。こ
の状態は、磁性体リング２３ｂが再び飽和するまで持続
するが、この時間は、磁性体リング２３ｂの断面積及び
磁性体リング２３ｂに印加される電圧により決定される
。

また、電流零点Ｂの近傍では、他方の電流路に設置され
た磁性体リング２３ａは飽和状態にあり、インダクタン
スを示さないため、この磁性体リング２３ａが電圧を発
生することはなく、磁性体リング２３ｂに印加される電
圧は、電流路の浮遊インダクタンス３１ａが発生するわ
ずかな電圧（数百Ｖ）である。従って、磁性体リング２
３ｂの無飽和状態は長く持続し、この間、断路器極間に
は電流はほとんど流れず、電圧も印加されない。その結
果、アークが消滅し、また、ガスが冷却されるに充分な
時間が得られ、電流を確実に遮断することが可能となる
。

一方、電流１１の零点Ａの近傍では、磁性体リング２３
ａは大きなインダクタンスを示し、４００Ｖから２ｋＶ
の電圧を発生するが、この時刻に、断路器極間にはもは
やアークは存在せず、この程度の電圧に対しては充分な
絶縁耐力を有する程度に回復している。

なお、第２図に示した単線結線図においては、いずれの
断路器によってループ電流遮断が実施されても、各電流
路に磁性体リングが設置されているため、上記の効果が
得られ、ループ電流遮断をすばやく、しかも確実に行う
ことができる。

一般に、磁性体リング２３に使用する磁性材としては、
フェライト等の電気抵抗がほぼ無限大の材料や、けい素
鋼板、パーマロイ、アモルファス合金等の様な電気抵抗
が金属並みに小さい軟磁性材料が考えられる。上記フェ
ライトはうず電流積がなく、良好な高周波特性を有する
が、大きなリングは非常に高価なものとなり、また、比
透磁率や飽和磁束密度が軟磁性材に比べて小さく、同様
な効果を得るためには、それだけ大きなリングが必要と
なる。従って、軟磁性材の箔を絶縁フィルムと共に巻回
し、各層の絶縁を施した磁性体リングが本目的を達成す
るためには適していると考えられる。

ところで、断路器の他の責務である、進み小電流遮断、
即ち、短母線の切り離しの際には、波頭長が数ｎｓで波
高値が運転電圧の波高値の２倍以上という急峻波サージ
が発生することは良く知られている。この様な急峻波サ
ージが磁性体リング２３の設置箇所を通過する時、磁性
体リング２３にはその断面積に比例した１ターン電圧が
発生し、この電圧のすべてが軟磁性打箔の端部の積層部
に集中し、大きな電圧がこの部分に印加されることにな
る。そして、この部分で絶縁破壊が発生すると、磁性体
リング２３は所望の効果を示さないばかりでなく、この
局所的な絶縁破壊が引き金となって、高電圧導体から接
地金属容器への地絡事故を起こしかねない。しかし、本
実施例においては、磁性体リング２３を複数個に分割し
ているため、１個の磁性体リングに印加される１ターン
電圧が分割されて小さくなり、軟磁性材箔端部の積層部
に印加される電圧が減少し、信頼性も向上する。

また、１ターン電圧が発生する電界の向きは、絶縁フィ
ルムに垂直な方向であるが、この電界に高電圧導体が形
成する電界が重畳すると、絶縁フィルムの沿面方向の電
界が発生し、絶縁耐力が極端に低下する。

そこで、本実施例においては、第１図に示した様に、磁
性体リング２３の間に固体リング２４を配設している。

即ち、第５図に示した様に、固体リング２４は高電圧導
体１，２が形成する電界が軟磁性打箔２６の端部に侵入
するのを防止し、磁性体リング２４の１ターン絶縁を確
実なものとする作用を有している。なお、固体リング２
４は、金属で形成すると、第５図に示した様な等電位面
の分布２８を示すが、一般の固体絶縁物で形成しても固
体が有する大きな比誘電率により、同様な作用を示す。

この様に、本実施例によれば、特殊な構造を有し、また
、大きな駆動力を必要とする断路器を用いることなく、
ループ電流遮断をすばや（、しかも確実に行うことがで
きる。また、機器の小形化が計れ、安価で信頼性の高い
高電圧電気機器が得られる。さらに、磁性体の絶縁信頼
性を高くすることができるので、高電圧電気機器全体の
絶縁信頼性を向上することができる。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
く、第６図及び第７図に示した様に、複数個の磁性体リ
ング３３を接地金属容器２１側に配設しても良い。この
場合には、各磁性体リング３３の間に、その内径り一が
前記磁性体リング３３の内径隻′より小さく構成した固
体リング３４あるいは３５を設置する。

また、上記の様な磁性体リング及び固体リングから成る
磁性体２５の配設箇所としては、第２図に示した単線結
線図に限定されるものではなく、第８図に示した様に、
閉ループを形成する断路器と主母線を構成する高電圧導
体を接続する高電圧導体を包囲するように配設しても良
い。さらに、第９図に示した様に、閉ループを形成する
断路器と主母線を構成する高電圧導体を接続する高電圧
導体を包囲して磁性体リング２５を設置し、また、主母
線を構成する高電圧導体の分岐間に３相の高電圧導体を
一括して包囲するように磁性体リング２５′を設置して
も良い。この場合、磁性体リングは３相の電流の総和が
零になるように作用するため、いずれか１相のアーク抵
抗が大きくなると他相の電流も影響を受け、第４図に示
した電流１１と電流１２の電流零点の時間差を増大させ
る作用を有する。また、第１０図に示した様に、ルプ電
流遮断を責務とする断路器に磁性体リングを設置しても
、同様の効果が得られる。即ち、断路器に設けられた固
定電極４０ａ、４０ｂに、それぞれ金属部材４１ａ、４
１ｂを介して磁性体リング４３ａ、４３ｂを配設しても
良い。なお、図中、４２は可動電極を示している。

［発明の効果］ 以上述べた様に、本発明によれば、閉ループを形成する
高電圧導体の外周に、複数個の磁性体リング及び固体リ
ングを配設するという簡単な手段によって、ループ電流
遮断を確実に、また、迅速に行うことができ、経済性に
優れ、コンパクトで、優れた信頼性を有する高電圧電気
機器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の高電圧電気機器の一実施例を示す断面
図、第２図は本発明による磁性体リングの設置場所の一
例を示す結線図、第３図はループ電流遮断時に流れる電
流を求めるための等価回路、第４図は各部に流れる電流
波形を示す図、第５図は本発明に用いられる磁性体リン
グ及び固体リングの構成を示す断面図、第６図及び第７
図は本発明の他の実施例を示す断面図、第８図及び第９
図は本発明による磁性体リングの設置場所の他の実施例
を示す結線図、第１０図は本発明の他の実施例を示す断
路器の断面図、第１１図は従来の構成による発変電所の
単線結線図である。 １．２・・・主母線（高電圧導体）、３．４．５゜６．
７．８．３”、４”、５−、６”、１３．１３′・・・
断路器、９．１０．１０″、１２．１２−・・・遮断器
、１１．１１−・・・変圧器、１４．１４−・・・ブッ
シング、２１・・・金属容器、２２・・・Ｓ　Ｆ６ガス
、２３・・・磁性体リング、２４・・・固体リング、２
５゜２５′・・・磁性材、２６・・・軟磁性打箔、２７
・・・絶縁フィルム、２８・・・等電位面、３０・・・
電流源、３１ａ、３１ｂ・・・浮遊インダクタンス、３
２・・・抵抗、３３・・・磁性体リング、３４．３５・
・・固体リング、４０ａ、４０ｂ−固定電極、４１ａ、
４１ｂ−金属部材、４２・・・可動電極、４３ａ、４３
ｂ・・・磁性体リング。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）絶縁性ガスを封入した金属容器内に高電圧導体を
   配設して成る高電圧電気機器において、前記高電圧導体
   の外周を包囲するように複数個の磁性体リングを配設し
   、前記各磁性体リングの間に、その外径が前記磁性体リ
   ングの外径より大きく構成した固体リングを配設したこ
   とを特徴とする高電圧電気機器。
2. （２）絶縁性ガスを封入した金属容器内に高電圧導体を
   配設して成る高電圧電気機器において、前記高電圧導体
   の外周を包囲するように、前記金属容器の内面に複数個
   の磁性体リングを配設し、前記各磁性体リングの間に、
   その内径が前記磁性体リングの内径より小さく構成した
   固体リングを配設したことを特徴とする高電圧電気機器
   。