JPH0779012B2 - バリスタ付高電圧回路遮断器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、遮断時の電流サージを
制限するバリスタを備える高電圧回路遮断器に関する。

【０００２】

【従来の技術】バリスタの動作しきい値が低いほど、サ
ージ電流に対する保護効果が大きい。低い動作しきい値
を得るためには、バリスタの構成要素のうち少数のもの
を直列に接続しなければならない。しかしそうするとバ
リスタの各構成要素で消費されるエネルギーは大きくな
る。

【０００３】バリスタによって保護がなされるサージ電
流のしきい値は、現在１．６ｐ．ｕ．である。（ここで
１ｐ．ｕ．はピーク値として（√２／√３）Ｕｎのこと
である。又、Ｕｎは公称位相電圧である。）バリスタに
おけるエネルギ消費を許容値以下に押さえつつサージ電
流を１．６ｐ．ｕ．以下に制限するための提案がいくつ
かなされている。特にフランス国特許出願第９０ ０２
４１６号において、遅延システムと可撓性駆動部材によ
りバリスタを挿入することが開示されている。

【０００４】又、フランス国特許出願第８９ １４４３
３号においては圧縮バネと引張りバネを有するシステム
を使用することが提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述したごとき従来の
システムでも機能的には満足できるが、これらはやや複
雑で高価である。

【０００６】更に、フランス国特許第７９ ０８０３９
号においては、遮断中に抵抗器を投入するシステムを含
む圧縮空気式回路遮断器が開示されており、その圧縮空
気式回路遮断器では、挿入電極がアークの通路上に置か
れている。この手法をバリスタの投入に採用する試みが
なされてきたが、投入電極がアークの通路上に置かれて
いるので投入電極がすぐにすり切れ、そのためメンテナ
ンス費用が増大する。

【０００７】本発明の目的は、開放操作時に回路にバリ
スタを投入する装置を備える回路遮断器を提供すること
にある。その装置は構造が簡単で信頼性が高く安価であ
り、特に、遅延システムが複雑な可動部分もアークの通
路上に置かれた投入電極も有していない。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、前述の
目的は、良好な電気絶縁特性を有するガスによって絶縁
された遮断室を各相毎に少なくとも一つ備えるバリスタ
付高電圧回路遮断器であって、遮断室の夫々が、第１の
電流端子に電気接続された固定主接触子と、第２の電流
端子に電気接続されると共に駆動機構に連結された可動
装置の一部を構成しており、固定主接触子と協働して回
路を開閉する可動主接触子と、固定主接触子及び可動主
接触子に対して直線的に配列されており、一方の電極が
第１の電流端子に電気接続されたバリスタと、固定主接
触子の外側周囲に固定されており、バリスタにおける他
方の電極に電気的及び機械的に接続された第１の電極
と、回路遮断器の開閉時に第１の電極と協働してバリス
タを回路に投入すべく、可動主接触子の外側周囲におい
て可動装置に連結されると共に可動主接触子と電気接続
された第２の電極とを備えており、第２の電極は、可動
装置に対して半可動であり、回路遮断器の開放動作にお
いて固定主接触子及び可動主接触子離間後の所定の行程
では第１の電極との接触を継続すべく可動装置に対して
反対方向に移動すると共に開放動作の終了時には初期位
置に戻るバリスタ付高電圧回路遮断器によって達成され
る。

【０００９】

【作用】本発明のバリスタ付高電圧回路遮断器によれ
ば、回路遮断器の開閉時に第１の電極と協働してバリス
タを回路に投入する第２の電極は、可動装置に対して半
可動であり、回路遮断器の開放動作において固定主接触
子及び可動主接触子離間後の所定の行程では第１の電極
との接触を継続すべく可動装置に対して反対方向に移動
すると共に開放動作の終了時には初期位置に戻る。それ
故、回路遮断器の開放動作時には第２の電極が所定の遅
延時間を伴って可動装置の移動に追従し、遮断室の接点
が離間してアークを引き始めた直後は、バリスタがこれ
らの接点に対して並列に接続されたままであり、バリス
タを効率的かつ有効に機能させてサージ電圧をある値以
下に抑制し得る。そのため、大電流遮断時においても遮
断器本体の絶縁特性を維持して各構成部品間の短絡を防
止し得、遮断性能を安定かつ向上させて遮断不能等の大
事故を回避し得、又、バリスタの動作しきい値を低くし
てサージ電流に対する保護効果を高め得ると共に無用な
エネルギ消費を低減させ得る。しかも、絶縁距離を稼ぐ
ために遮断器本体を不必要に大型化する必要がないた
め、小形軽量化を図り得る。更に、本発明のバリスタ付
高電圧回路遮断器によれば、バリスタは固定主接触子及
び可動主接触子に対して直線的に配列されており、一方
の電極が第１の電流端子に電気接続されると共に他方の
電極が固定主接触子の外側周囲に固定された第１の電極
に電気的及び機械的に接続されており、又、回路遮断器
の開閉時に第１の電極と協働してバリスタを回路に投入
する第２の電極は、可動主接触子の外側周囲において可
動装置に連結されると共に可動主接触子と電気接続され
ている。従って、バリスタ投入のための遅延機構を可動
部分を複雑化することなく、しかも投入電極を回路遮断
器接点間におけるアーク通路上に位置させることなく構
成し得、又、絶縁ガス等を利用した絶縁構造を容易に適
用し得、構造が単純で信頼性が高く安全で安価なバリス
タ付高電圧回路遮断器を実現し得る。

【００１０】本発明によるバリスタ付高電圧回路遮断器
の好ましい特徴によれば、第２の電極における反対方向
の移動は回路遮断器の吹付けガスを圧縮することによっ
て実行され、第２の電極が回路遮断器の開放動作の終了
時にスプリングによって初期位置に戻るのがよい。

【００１１】本発明によるバリスタ付高電圧回路遮断器
の他の好ましい特徴によれば、回路遮断器が釈放位置に
あるとき、バリスタは、遮断室に印加された電圧の３０
％以下の電圧に耐えるのがよい。

【００１２】本発明によるバリスタ付高電圧回路遮断器
の更に他の好ましい特徴によれば、バリスタは良好な絶
縁特性を有する加圧ガスが充填された容器に封入されて
いるのがよい。

【００１３】本発明によるバリスタ付高電圧回路遮断器
の更に他の好ましい特徴によれば、バリスタは大気圧下
の乾燥空気が充填された容器に封入されているのがよ
い。

【００１４】本発明によるバリスタ付高電圧回路遮断器
の更に他の好ましい特徴によれば、バリスタは抵抗値が
低い抵抗体と直列であるのがよい。

【００１５】

【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に
説明する。

【００１６】図１において、１は円筒状の絶縁ケースを
示す。本ケースは磁器製であるのが良く、回路遮断器の
遮断室を構成する内部室２を規定する。内部室２には、
高い絶縁耐力を有するガス、例えば数バールの圧力の六
フッ化硫黄が封入される。

【００１７】回路遮断器は、回路遮断器の第１の電流端
子５にアーム４により電気的機械的に接続されている管
３によって構成されている固定主接触子を備えている。
接触子３は管状部品により同様に構成される固定アーク
接触子６を固定している。接触子６は接触子３に電気的
に接続されている。

【００１８】回路遮断器の可動装置は、耐コロナ放電キ
ャップ１０により保護された接触フィンガ９により構成
された、管３と協働する可動主接触子を備える。本可動
装置は更にフィンガ１１により形成された、管６及び吹
付けノズル１２と協働する可動アーク接触子を備える。
耐コロナ放電キャップ１０は金属円筒部品１０Ａの全体
に固定されており、あるいは金属円筒部品１０Ａの全体
を構成しているが、その金属円筒部品１０Ａは、駆動ロ
ッド（図示せず）に固定され、適当な接触子を介して第
２の電流端子（図示せず）に電気的に接続されている。
回路遮断器は又、特に固定吹付けピストン１３を有する
吹付け手段を含む。排気手段は発明を構成せず、又詳細
には示されていない。これらは当業者にとって公知な方
法で実施される。

【００１９】回路遮断器は遮断室の内部に置かれたバリ
スタ２０を含む。このバリスタは、好ましくは酸化亜鉛
（ＺｎＯ）をベースとした金属酸化物のペレットの積層
によって構成されている。ペレットはケース１と同軸的
な円筒柱を構成する。抵抗形のペレット２０Ａは、ペレ
ット２０と異なる厚さで図中に示されているが、上述の
積重ねを延長することによりペレット２０と直列的に接
続され得る。以下に述べるように、抵抗形のペレット２
０Ａの目的はバリスタ構成部品で消費されるエネルギを
抑えることにある。

【００２０】ペレット２０及びペレット２０Ａの積重ね
は、遮断室を閉じる金属キャップ２２を支承するスプリ
ング２１により遮断室の頂部で押え付けられている。金
属キャップ２２は電流端子５に電気的に接続されてい
る。シャント１９は、キャップ２２とペレット２０及び
ペレット２０Ａの積重ねとの間の電気的な連絡を確保す
る。

【００２１】ペレット２０及びペレット２０Ａの積重ね
は、積重ねの最下段のペレットと電気的に接触している
金属製のエンドピース２４により底部が閉じられた絶縁
管２３によって保持されている。

【００２２】次にバリスタ投入機構（この投入機構は、
抵抗体があればその抵抗体も投入する）について以下に
述べる。

【００２３】この投入機構は、接触フィンガ１０２を含
む金属リング１０１（例えば銅リング）を有する第１の
電極１００を備えている。リング１０１はエンドピース
２４に固定された二つのアーム１０３により保持されて
いる。接触フィンガ１０２は、可動装置に固定されると
共に可動接触子に電気的に接続された第２の電極として
の金属製円筒電極１０５と摺動する。

【００２４】接触フィンガ１０２と電極１０５との間の
距離ｄ１は、回路遮断器が開のときに、そのときのアー
ク接触子６と接触フィンガ１１との間の距離ｄ２のおよ
そ半分に等しい。

【００２５】次に回路遮断器の作動について説明する。
定常電圧（１ｐ．ｕ．）のもとで回路遮断器の作動が回
復した後は、バリスタはコンデンサのように機能する。
比較的多くの直列接続されたバリスタペレットが必要に
なる高電圧用の場合には、定常状態のもとでバリスタの
静電容量が約３０ピコファラドになる。従って容量性電
流は極めて低くなる。 回路遮断器が開となるとき、固
定主接触子と可動主接触子が離れた後で接触子６と接触
フィンガ１１との間にアークが発生する。可動装置がそ
のストロークの末端に来る前にアークが消えると仮定す
ると、平均のアーク時間は１２ｍｓ（６０Ｈｚ）又は１
５ｍｓ（５０Ｈｚ）である。この期間に金属製円筒電極
１０５と金属リング１０１の間で、直接的に、さもなけ
れば金属リング１０１と金属製円筒電極１０５が離れた
ときに短いアークを介して接触が保たれる。この接触は
バリスタを遮断回路の中に投入する効果を有する。十分
大きなサージ電流が発生すると、バリスタが作動し、バ
リスタの電気抵抗が回路に投入されてサージ電流を抑制
する。

【００２６】上述のアーク時間は、約１５ｍｓ投入され
るバリスタに相当する。このアーク時間は、遮断用回路
遮断器の極の最初の一つに関して、特に線間リアクタン
スを遮断したとき、線を無負荷にしたとき及び欠相が生
じたときにサージ電流に効果的な抑制を与えるのに十分
である。

【００２７】可動装置のストロークの末端において、金
属リング１０１と金属製円筒電極１０５との間にはいか
なる接触もなく、アークは遮断される。

【００２８】このとき、再現電圧の大部分は、電極間隙
ｄ１にかかる（８０％から８５％がバリスタの静電容量
と金属リング１０１及び金属製円筒電極１０５間の静電
容量とに依存する。これら二つの静電容量は直列に接続
されている）。

【００２９】開の位置で、再現電圧のわずかな部分がバ
リスタにかかる。しかし全体の電圧は、電極間隙ｄ１に
かかる。

【００３０】回路遮断器が開のときにバリスタには低電
圧しか印加されないので、上述の先行技術における直列
スイッチの場合のような放熱や部分的な放電等の危険な
くバリスタが作動するように保証されている。

【００３１】回路遮断器が閉じる間、バリスタは最初
に、金属リング１０１と金属製円筒電極１０５の間の接
触により回路に投入される。引き続いて起こるアーク接
触子６と接触フィンガ１１の間の接触はバリスタ回路を
短絡する。

【００３２】公称電圧下ではバリスタは作動しない。

【００３３】例えば、２ｐ．ｕ．の電圧に対してバリス
タは閉のままである。

【００３４】上述の通り、バリスタで消費されるエネル
ギを減らすため、抵抗値が低い抵抗をバリスタと直列に
接続することが可能である。

【００３５】バリスタで消費されるエネルギは、相対す
る相の開閉頻度により決まる。

【００３６】バリスタは、管２３が気密性を有しないた
め、絶縁性のガス中に置いた方が良い。

【００３７】図１の実施例においてバリスタは、気密性
の円錐形抵抗容器１１０によって遮断室のガスから隔離
されている。バリスタは、大気圧の乾燥空気中に置かれ
ている。

【００３８】この配置には、加圧下の六フッ化硫黄を含
んだ遮断室を空にすることなくバリスタの交換ができる
という利点がある。

【００３９】図２から図４までは、発明の投入機構の有
用な例、特に回路遮断器のｄ２が比較的短い場合を示
す。

【００４０】上述の円筒電極１０５は、管１０及び１０
Ａのまわりをスムースに滑動する円筒状電極２０５に置
き換えられている。管２０５は一端においてリング１０
２と電気的に接触するために、突起部２０５Ａを移動さ
せる。又、他端において、スプリング２０３の一端の支
持点を構成するフランジ２０５Ｂを有する。スプリング
２０３は、一端が管１０に固定されると共に他端がフラ
ンジ２０６を有する金属円筒部材２０４の中に収容され
ている。スプリング２０３の他端はフランジ２０６を押
している。部材２０４は円筒状電極２０５のフランジ２
０５Ｂに接触している。部材２０４は、フランジ側の他
端に、以下に述べる機能を有する穴２０４Ａを有する。
管１０も、管状部材２０４の固定部材の付近に穴１０Ｂ
有する。

【００４１】回路遮断器が閉鎖した位置において（図
２）、スプリング２０３は緩んでおり、電極２０５は管
状部材２０４に対して低位置にある。電極１０２は管状
部材２０４と接触し、吹付けピストン１３は管１０に対
して低位置にある。

【００４２】回路遮断器が開く間（図３）、管１０は、
図中下方へ移動する。排気容積Ｖ１中のガスは圧縮さ
れ、穴１０Ｂを介し、フランジ２０５Ｂに圧力を及ぼ
す。そのために電極２０５は、スプリング２０３に抗し
て図中上方に動かされる。電極２０５の変位も、可動接
触子の開位置への進行により促進される。穴２０４Ａは
管２０４と２０５との間の空間からガスを抜くために役
立つ。従って、駆動エネルギが過剰に増大することを防
ぐことができる。駆動装置の動きとは反対方向への電極
２０５の動きに基づいて、バリスタは最初に管２０４と
電気的に接触しており、次に突起部２０５Ａに接触する
電極１０２を介して十分な時間投入される。

【００４３】回路遮断器が完全に開となった後（図
４）、ピストン１３は穴１０Ｂの位置を通過してしま
う。フランジ２０５Ｂに働く臨時の圧力はなくなり、ス
プリング２０３は伸び、電極２０５を最初の位置に戻
す。このために十分な絶縁距離を維持することができ
る。

【００４４】回路遮断器が閉となるときは、電極２０５
は、可動接触子の動きと容積Ｖ１の吸入口の構成とによ
り、フランジ２０６に対して押し付けられる。

【００４５】場合によっては、電極２０５は、管１０に
張り付けた小直径の管の中を摺動する金属製の棒状にし
た方が都合が良いこともある。この配置では、電極２０
５の下の圧縮ガスの小さな空間を有することができる。

【００４６】図２から図４までの配置では、たとえ回路
遮断器が開のときの接触子間距離が小さくても現行の回
路遮断器をわずかに修正することによって発明の実施が
可能になる。

【００４７】本発明は、従来型回路遮断器であっても金
属被覆型回路遮断器であっても、高電圧用回路遮断器へ
の適用が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の回路遮断器におけるバリスタが電気絶
縁性を有するガスから分離された状態の軸方向の部分的
断面図である。

【図２】本発明の回路遮断器における部分的に閉鎖され
た状態の軸方向の部分的断面図である。

【図３】本発明の回路遮断器における開放操作中の軸方
向の部分的断面図である。

【図４】本発明の回路遮断器における開放された状態の
軸方向の部分的断面図である。

【符号の説明】

１ 絶縁ケース ２ 内部室 ３ 管 ６ 固定アーク接触子 ９、11 接触フィンガ 13 固定吹付けピストン 20 ペレット 22 金属キャップ 23 絶縁管 100 電極 105 金属製円筒電極 203 スプリング 204 金属円筒部材 205 円筒状電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−225727（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−121519（ＪＰ，Ａ) 特開 昭48−30058（ＪＰ，Ａ) 実開 昭58−154536（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭55−173034（ＪＰ，Ｕ)

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 良好な電気絶縁特性を有するガスによっ
   て絶縁された遮断室を各相毎に少なくとも一つ備えるバ
   リスタ付高電圧回路遮断器であって、前記遮断室の夫々
   が、 第１の電流端子に電気接続された固定主接触子と、 第２の電流端子に電気接続されると共に駆動機構に連結
   された可動装置の一部を構成しており、前記固定主接触
   子と協働して回路を開閉する可動主接触子と、 前記固定主接触子及び前記可動主接触子に対して直線的
   に配列されており、一方の電極が前記第１の電流端子に
   電気接続されたバリスタと、 前記固定主接触子の外側周囲に固定されており、前記バ
   リスタにおける他方の電極に電気的及び機械的に接続さ
   れた第１の電極と、 前記回路遮断器の開閉時に前記第１の電極と協働して前
   記バリスタを回路に投入すべく、前記可動主接触子の外
   側周囲において前記可動装置に連結されると共に該可動
   主接触子と電気接続された第２の電極とを備えており、 前記第２の電極は、前記可動装置に対して半可動であ
   り、前記回路遮断器の開放動作において前記固定主接触
   子及び可動主接触子離間後の所定の行程では前記第１の
   電極との接触を継続すべく前記可動装置に対して反対方
   向に移動すると共に前記開放動作の終了時には初期位置
   に戻るバリスタ付高電圧回路遮断器。
2. 【請求項２】 前記第２の電極における反対方向の移動
   は前記回路遮断器の吹付けガスを圧縮することによって
   実行され、前記第２の電極が前記回路遮断器の開放動作
   の終了時にスプリングによって初期位置に戻る請求項１
   に記載の回路遮断器。
3. 【請求項３】 前記回路遮断器が釈放位置にあるとき、
   前記バリスタは、前記遮断室に印加された電圧の３０％
   以下の電圧に耐える請求項１又は２に記載の回路遮断
   器。
4. 【請求項４】 前記バリスタは良好な絶縁特性を有する
   加圧ガスが充填された容器に封入されている請求項１か
   ら３のいずれか一項に記載の回路遮断器。
5. 【請求項５】 前記バリスタは大気圧下の乾燥空気が充
   填された容器に封入されている請求項１から３のいずれ
   か一項に記載の回路遮断器。
6. 【請求項６】 前記バリスタは抵抗値が低い抵抗体と直
   列である請求項１から５のいずれか一項に記載の回路遮
   断器。