JPH0869735A - 高電圧直流開閉装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 バイパススイッチのアーク電圧を十分に高く
することができ、それによって、バイパススイッチから
サイリスタバルブへ電流を確実に転流することのでき
る、コンパクトな高電圧直流開閉装置を提供する。 【構成】 絶縁ノズル１の主ガス流路１０には、両接
触子２，３の相対移動距離の１／３〜１／２の長さを有
する断面積最小部１０ａが設けられる。絶縁ノズル１の
ノズル壁内部に、軸方向に伸びるノズル壁内ガス流路１
２，１３が設けられる。ノズル壁内ガス流路１２，１３
は、その一端でパッファ室７と連通するとともに、他方
の開口端部１２ａ，１３ａを介して主ガス流路１０と連
通する。開口端部１２ａ，１３ａは、主ガス流路１０の
断面積最小部１０ａに直交方向に開口するように構成さ
れ、軸方向に一定の間隔を空けて配置される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高電圧直流送電系統に
設置され、この系統の開閉操作を行う高電圧直流開閉装
置に関するものであり、特に、パッファ形ガス遮断器を
使用した高電圧直流開閉装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電力系統には、通常交流電圧が使用され
るが、長距離送電線路、地底・海底ケーブルなどでは交
流送電よりも直流送電の方が有利である。そのため、現
在、日本国内においては、北海道−本州間送電系統を初
めとして、直流送電による電力輸送が計画され、あるい
はすでに行われている。

【０００３】このように、直流送電を行う場合には、交
流系統を直流系統に変換する変換装置が必要である。こ
の変換装置は、通常、複数並列に設置され、負荷の変動
などの系統運転状態に応じて、運転、停止の切り替えが
要求される。このような変換装置としては、通常、サイ
リスタバルブが用いられる。また、このサイリスタバル
ブの停止中に直流系統電流を流すための装置として、サ
イリスタバルブと並列にバイパススイッチが設置され
る。

【０００４】すなわち、変換装置として使用されるサイ
リスタバルブが停止中の場合には、サイリスタバルブと
並列に設置されたバイパススイッチに直流系統電流が流
れる。そして、停止中のサイリスタバルブの運転を再開
するためには、バイパススイッチを流れている直流系統
電流を確実にサイリスタバルブへ転流させる必要があ
る。しかしながら、サイリスタなどの固定半導体素子
は、順電圧降下が大きいので、バイパススイッチからサ
イリスタバルブへ電流を確実に転流させるためには、バ
イパススイッチに、サイリスタバルブの順電圧降下を上
回る高い電圧を発生させることが必要となる。

【０００５】図３を用いて、直流送電系統におけるバイ
パススイッチの機能について説明する。図中３１は通電
経路であり、この通電経路３１の途中に、バイパススイ
ッチ３２とサイリスタバルブ３３が並列に設置されてい
る。この回路において、サイリスタバルブ３３が運転停
止状態である場合には、系統電流は、バイパススイッチ
３２を流れる。この状態からサイリスタバルブ３３を運
転再開するためには、バイパススイッチ３２を流れてい
る電流を遮断してサイリスタバルブ３３へ電流を転流す
る必要がある。そのため、バイパススイッチ３２には、
高電圧直流開閉装置が用いられ、次のようにして電流の
転流が行われる。

【０００６】すなわち、バスパススイッチ３２の通電状
態から電流を転流する際にはまず、バイパススイッチ３
２の遮断動作により、一対の接触子が開極し、接触子間
にアークが発生する。このアークは、接触子間の開極距
離の増大に伴って長くなり、それに従いアーク電圧が高
くなる。そして、アーク電圧が接触子の開極動作、サイ
リスタバルブ３３の順電圧降下より高くなった時点で、
バイパススイッチ３２からサイリスタバルブ３３へ電流
が転流し、サイリスタバルブ３３の運転が再開される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、以上のよう
な直流送電系統において、バイパススイッチ３２からサ
イリスタバルブ３３へ電流を確実に転流するためには、
バイパススイッチ３２を構成する高電圧直流開閉装置に
おいて、電流遮断の際発生するアーク電圧を、バイパス
スイッチ３２と並列に設置されているサイリスタバルブ
３３の順電圧降下よりも十分に高くする必要がある。

【０００８】このように、バイパススイッチ３２からサ
イリスタバルブ３３へ電流を確実に転流する目的で、バ
イパススイッチ３２を構成する高電圧直流開閉装置とし
ては、従来、高いアーク電圧を発生する空気遮断器が主
に用いられてきた。しかしながら、この空気遮断器は、
大型の装置であるため、莫大な設置スペースを必要とす
る。これに対して、現在の高電圧交流系統には、コンパ
クトで電流遮断能力の優れたＳＦ₆ ガスなどの消弧性ガ
スを使用したパッファ形ガス遮断器が主に用いられてい
る。そのため、このパッファ形ガス遮断器をバイパスス
イッチ３２を構成する高電圧直流開閉装置に使用して、
コンパクト化を図ることが要求されている。しかしなが
ら、従来のパッファ形ガス遮断器の構成でサイリスタバ
ルブ３３の順電圧降下よりも十分に高いアーク電圧を発
生させることは困難である。

【０００９】本発明は、以上のような従来技術の問題点
を解決するために提案されたものである。すなわち、本
発明の目的は、バイパススイッチのアーク電圧を十分に
高くすることができ、それによって、バイパススイッチ
からサイリスタバルブへ電流を確実に転流することので
きる、コンパクトな高電圧直流開閉装置を提供すること
である。

【００１０】より具体的に、請求項１記載の発明の目的
は、絶縁ノズルの中心部のガス流路に、有効断面積が最
小となる断面積最小部を軸方向に長く設けることによ
り、この断面積最小部内でアークを長く伸ばし、それに
よってアーク電圧を十分に高くして、バイパススイッチ
からサイリスタバルブへ電流を確実に転流可能とするこ
とである。

【００１１】また、請求項２記載の発明の目的は、絶縁
ノズルのノズル壁内部に複数のノズル壁内ガス流路を設
け、このノズル壁内ガス流路の開口端部を、ノズル壁内
周面の断面積最小部に軸方向に間隔を空けてそれぞれ開
口させることにより、アークに対して軸方向における異
なる位置から直交方向にガス流を吹き付けて、アークを
蛇行させる形でさらに長くし、それによってアーク電圧
をさらに高くして、バイパススイッチからサイリスタバ
ルブへ電流をより確実に転流可能とすることである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の高電圧直流開閉
装置は、接離可能に対向して配置された一対の接触子
と、いずれか一方の接触子の周囲に同軸状に配置された
円筒状の絶縁ノズルと、この絶縁ノズルの近傍に配置さ
れて消弧性ガスを圧縮するパッファ室とを備え、一対の
接触子の開極時にこの接触子間に発生するアークに対
し、パッファ室で圧縮した消弧性ガスを前記絶縁ノズル
によって高速ガス流として吹き付けるように構成され、
高電圧直流送電系統に設置されてこの系統の開閉操作を
行う高電圧直流開閉装置において、絶縁ノズルが次のよ
うな特徴を有するものである。

【００１３】請求項１記載の高電圧直流開閉装置におい
ては、絶縁ノズルが次のような特徴を有する。すなわ
ち、絶縁ノズルの中心部に設けられたガス流路が、有効
断面積が最小となる断面積最小部を備え、この断面積最
小部は軸方向に一定の長さを有するように構成される。
この一定の長さは、一対の接触子の相対移動距離の１／
３〜１／２に設定される。

【００１４】請求項２記載の高電圧直流開閉装置におい
ては、請求項１記載の特徴に加えて、絶縁ノズルがさら
に次のような特徴を有する。すなわち、絶縁ノズルのノ
ズル壁内部に、軸方向に伸びる複数のノズル壁内ガス流
路が設けられる。この複数のノズル壁内ガス流路の一端
は前記パッファ室とそれぞれ連通し、複数のノズル壁内
ガス流路の他端はノズル壁内周面に開口する開口端部と
して構成される。この複数の開口端部は、ノズル壁内周
面の断面積最小部に、絶縁ノズルの中心軸と直交する方
向にそれぞれ設けられ、かつ、絶縁ノズルの軸方向に一
定の間隔を空けて配置される。

【００１５】

【作用】以上のような構成を有する本発明の高電圧直流
開閉装置によれば、バイパススイッチのアーク電圧を、
サイリスタバルブの順電圧降下よりも十分に高くするこ
とができる。

【００１６】まず、請求項１の高電圧直流開閉装置によ
れば、絶縁ノズルの中心部のガス流路に、有効断面積が
最小となる断面積最小部を軸方向に長く設けているた
め、一対の接触子の開極時にこの接触子間に発生するア
ークは、絶縁ノズルの断面積最小部内において、軸方向
に沿って長く伸びることになる。そして、このようにア
ーク長が長くなる結果、アーク電圧を十分に高くするこ
とができる。

【００１７】次に、請求項２の高電圧直流開閉装置によ
れば、絶縁ノズルのノズル壁内部に複数のノズル壁内ガ
ス流路を設け、このノズル壁内ガス流路の開口端部を、
ノズル壁内周面の断面積最小部に軸方向に間隔を空けて
それぞれ開口させているため、一対の接触子間に発生す
るアークは、絶縁ノズルの断面積最小部内において、軸
方向における異なる位置の開口端部から直交方向に吹き
付けられるガス流によって蛇行することになる。そし
て、このようなアークの蛇行によりアーク長がさらに長
くなる結果、アーク電圧をさらに高くすることができ
る。

【００１８】

【実施例】

［１］実施例の構成 図１を用いて本発明による高電圧直流開閉装置の一実施
例の構成を説明する。ここで、図１は、バイパススイッ
チを構成する高電圧直流開閉装置を示す図であり、特に
その絶縁ノズル周辺の構造を示す原理図である。

【００１９】まず、この図１に示す構造は、消弧性ガス
を充填した図示していない密閉容器内に構成されてお
り、図中１は絶縁ノズル、２は可動接触子、３は固定接
触子である。このうち、可動接触子２と固定接触子３と
は、対向して配置されており、可動接触子２が、固定接
触子３に対して軸方向に往復動することにより、両接触
子２，３が相対移動し、両接触子２，３間の開極動作が
行われるようになっている。この場合、可動接触子２は
棒状に形成され、固定接触子３は円筒状に形成されてお
り、可動接触子２の外周面がと固定接触子３の内周面と
が摺動接触するように構成されている。そして、絶縁ノ
ズル１は、これらの接触子２，３のうちの固定接触子３
の周囲に同軸状に配置されており、その先端部（吹き付
け側端部）は可動接触子２側に大きく突出している。

【００２０】次に、図中４は、固定接触子３側の主接触
子であり、円筒状の本体部とその中空部に設けられた仕
切板５から構成されている。仕切板５は、固定接触子３
の周囲に円環状に配置され、その内周面に固定接触子３
の外周面が固定されるとともに、仕切板５の可動接触子
２側の表面には、絶縁ノズル１のベース部（導入側端
部）が固定されている。すなわち、この仕切板５を介し
て、絶縁ノズル１と固定接触子２と主接触子４とが一体
的に固定されている。

【００２１】続いて、主接触子４の仕切板５の可動接触
子２と反対側には、ピストン６が挿入されており、これ
によって、主接触子４の内周面と仕切板５およびピスト
ン６との間に、パッファ室７が形成されている。この場
合、ピストン６は、可動接触子２の開極動作時に、パッ
ファ室７内の消弧性ガスを圧縮する方向に動作するよう
に構成されている。

【００２２】以上述べた構成は、絶縁ノズル周辺の構造
として既知のものであるが、本実施例においては、絶縁
ノズル１が、さらに、次のように構成されている。すな
わち、本実施例において、絶縁ノズル１のノズル壁内周
面によってその中心部に形成される主ガス流路１０は、
一定の長さを有する断面積最小部１０ａを備えている。
この断面積最小部１０ａは、有効断面積が最小となる部
分であり、従来の絶縁ノズルにおいては、極めて短くさ
れている部分であるが、本実施例においては、可動接触
子２と固定接触子３の相対移動距離の１／３〜１／２に
設定されている。

【００２３】そして、絶縁ノズル１の主ガス流路１０に
対して、パッファ室７内から消弧性ガスを導くためのガ
ス流路としては、まず、絶縁ノズル１のベース部に、固
定接触子３の外周面に沿って軸方向に消弧性ガスを導く
導入用ガス流路１１が形成されている。この導入用ガス
流路１１は、仕切板５における固定接触子３と接触する
内周端部に設けられた貫通孔５ａを介してパッファ室７
と連通するとともに、主ガス流路１０とほぼ軸方向に連
続するように構成されており、絶縁ノズル１の導入部分
として一般的に採用されている構成である。

【００２４】そして、本実施例においては、この導入用
ガス流路１１に加えて、さらに、ノズル壁内部に軸方向
に伸びる２つのノズル壁内ガス流路１２，１３が設けら
れている。これらのノズル壁内ガス流路１２，１３は、
仕切板５における径方向中央部に設けられた貫通孔５ｂ
を介してパッファ室７と連通するとともに、ノズル壁内
周面に開口する開口端部１２ａ，１３ａを介して主ガス
流路１０と連通するように構成されている。この場合、
開口端部１２ａ，１３ａは、ノズル壁内周面の断面積最
小部１０ａに、絶縁ノズル１の中心軸と直交する方向に
それぞれ設けられている。さらに、この開口端部１２
ａ，１３ａは、この開口端部１２ａ，１３ａは、絶縁ノ
ズル１の中心軸を通る同一平面上において、中心軸の両
側に、軸方向に一定の間隔を空けて配置されている。

【００２５】［２］実施例の作用 図２〜図４を用いて本実施例の作用を説明する。まず、
図２は、電流転流過程において可動接触子２と固定接触
子３の間に発生するアーク２０と絶縁ノズル１内部に発
生するガス流２１〜２３を示している。すなわち、可動
接触子２と固定接触子３の開極動作に伴い、この接触子
２，３間にアーク２０が発生する。同時に、ピストン６
によるパッファ室７内の消弧性ガスの圧縮により、パッ
ファ室７から絶縁ノズル１へのガス流２１〜２３が形成
される。すなわち、パッファ室７から導入用ガス流路１
１を経由して絶縁ノズル１の軸方向に流れるガス流２１
が形成されるとともに、パッファ室７から２つのノズル
壁内ガス流路１２，１３を経由してその開口端部１２
ａ，１３ａにより、絶縁ノズル１の軸方向における異な
る位置から中心軸に対して直交方向に流れ込む２つのガ
ス流２２，２３が形成される。

【００２６】この場合、本実施例においては、絶縁ノズ
ル１の主ガス流路１０に軸方向に長い断面積最小部１０
ａを設けているため、アーク２０は、この断面積最小部
１０ａ内において、軸方向に沿って長く伸びることにな
る。この場合、軸方向へのガス流２１が、このようなア
ーク２０の伸びを促進する。そして、この軸方向へのガ
ス流２１に加えて、絶縁ノズル１の中心軸に対して直交
方向に流れる２つのガス流２２，２３により、アーク２
０は、図２に示すように蛇行し、アーク長は長くなる。
その結果、アーク電圧が高くなる。

【００２７】なお、このように、アーク長が長くなると
アーク電圧が高くなることは、周知の事実であり、例え
ば、文献「INTERNATIONAL CONFERENCE ON LARGE HIGH V
OLTAGE ELECTRIC SYSTEMS 1989 13-10:Reignition phe
nomena in HV gas blast circuit breakers-Modelling
of the interaction of circuit breaker and network
」において開示されている。

【００２８】このように、本実施例の高電圧直流開閉装
置においては、接触子２，３間に発生するアーク２０の
長さを長くすることにより、アーク電圧を十分に高くす
ることができるため、この高電圧直流開閉装置によっ
て、図３に示すような直流送電系統のバイパススイッチ
３２を構成することにより、バイパススイッチ３２のア
ーク電圧を、サイリスタバルブ３４の順電圧降下よりも
十分に高くすることができる。

【００２９】図４は、このように、本実施例の高電圧直
流開閉装置を図３の直流送電系統に使用した場合の、こ
の系統における電流の転流時の作用を示しており、特
に、系統各部の電圧波形と電流波形を示している。すな
わち、この図４において、４１はバイパススイッチ３２
のアーク電圧、４２はバイパススイッチ３２を流れる電
流、４３はサイリスタバルブ３３を流れる電流をそれぞ
れ示している。また、Ｖ_k は、サイリスタバルブ３３の
順電圧降下である。

【００３０】この図４に示すように、時刻ｔ₁ におい
て、バイパススイッチ３２が開極すると、このバイパス
スイッチ３２の接触子間にアークが発生し、アーク電圧
が上昇し始める。前述のように、本実施例ではアークを
蛇行させることにより、アーク電圧４１は時間の経過に
従って上昇する。時刻ｔ₂ において、バイパススイッチ
３２のアーク電圧４１がサイリスタバルブ３３の順電圧
降下Ｖ_k を上回ると、バイパススイッチ３２を流れる電
流４２が、サイリスタバルブ３３への転流を開始し、バ
イパススイッチ３２を流れる電流４２は、減少し始め
る。同時に、サイリスタバルブ３３を流れる電流４３
は、増加し始める。最終的に、時刻ｔ₃ において、バイ
パススイッチ３２のアークが消弧し、バイパススイッチ
３２を流れる電流は遮断され、バイパススイッチ３２か
らサイリスタバルブ３３へ電流が完全に転流される。

【００３１】［３］実施例の効果 以上述べたように、本実施例においては、直流送電系統
の通電経路に挿入されたバイパススイッチである高電圧
直流開閉装置に、パッファ形ガス遮断器を用い、特に、
その絶縁ノズル１の主ガス流路１０の断面積最小部１０
ａを長くするとともに、ノズル壁内部に設けた２つのガ
ス流路１２，１３の開口端部１２ａ，１３ａから直交方
向にアーク２０へガスを吹き付けることにより、アーク
を蛇行させてアーク長を長くし、アーク電圧を十分に高
めることができるため、この高電圧直流開閉装置の作用
により、バイパススイッチからサイリスタバルブへ電流
を確実に転流することができる。また、本実施例の高電
圧直流開閉装置は、本質的にコンパクトなパッファ形ガ
ス遮断器を用い、その絶縁ノズル部分の構造を改良した
ものであるため、装置全体がコンパクトであり、設置ス
ペースを最小限にできるという利点もある。

【００３２】［４］他の実施例 なお、本発明は、前記実施例に限定されるものではな
く、絶縁ノズルのノズル壁内ガス流路の具体的な構成は
自由に変更可能である。例えば、前記実施例において
は、ノズル壁内ガス流路の開口端部を、絶縁ノズルの中
心軸を通る同一平面上に配置したが、空間的にねじれの
位置となるように配置することも可能である。この場合
には、アークがより立体的に蛇行し、アーク長が長くな
り、アーク電圧を十分に高めることができる。また、ノ
ズル壁内ガス流路を３つ以上設ける構成も可能である。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、絶縁ノズルの構成を改良したことにより、接触子間
に発生するアーク長を長くし、アーク電圧を十分に高め
ることができるため、バイパススイッチのアーク電圧を
十分に高くすることができ、それによって、バイパスス
イッチからサイリスタバルブへ電流を確実に転流するこ
とのできる、コンパクトな高電圧直流開閉装置を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の高電圧直流開閉装置の一実施例を示す
図であり、特に絶縁ノズル周辺の構造を示す原理図。

【図２】図１の絶縁ノズル周辺に発生するアークとガス
流を示す原理図。

【図３】高電圧直流開閉装置を含む一般的な直流送電系
統の一例を示す回路図。

【図４】図１の高電圧直流開閉装置を図３の直流送電系
統に使用した場合の系統各部の電圧波形と電流波形を示
す波形図。

【符号の説明】

１…絶縁ノズル ２…可動接触子 ３…固定接触子 ４…主接触子 ５…仕切板 ５ａ，５ｂ…貫通孔 ６…ピストン ７…パッファ室 １０…主ガス流路 １０ａ…断面積最小部 １１…導入用ガス流路 １２，１３…ノズル壁内ガス流路 １２ａ，１３ａ…開口端部 ２０…アーク ２１〜２３…ガス流 ３１…通電経路 ３２…バイパススイッチ ３３…サイリスタバルブ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 腰塚 正 神奈川県川崎市川崎区浮島町２番１号 株 式会社東芝浜川崎工場内 (72)発明者 石川 雅之 神奈川県川崎市川崎区浮島町２番１号 株 式会社東芝浜川崎工場内 (72)発明者 西脇 進 神奈川県川崎市川崎区浮島町２番１号 株 式会社東芝浜川崎工場内 (72)発明者 竹治 直昭 大阪府大阪市北区中之島３丁目３番22号 関西電力株式会社内 (72)発明者 高畑 浩二 香川県高松市丸の内２番５号 四国電力株 式会社内 (72)発明者 畑野 雅幸 東京都中央区銀座６丁目15番１号 電源開 発株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 接離可能に対向して配置された一対の接
   触子と、いずれか一方の接触子の周囲に同軸状に配置さ
   れた円筒状の絶縁ノズルと、この絶縁ノズルの近傍に配
   置されて消弧性ガスを圧縮するパッファ室とを備え、前
   記一対の接触子の開極時にこの接触子間に発生するアー
   クに対し、前記パッファ室で圧縮した消弧性ガスを前記
   絶縁ノズルによって高速ガス流として吹き付けるように
   構成され、高電圧直流送電系統に設置されてこの系統の
   開閉操作を行う高電圧直流開閉装置において、 前記絶縁ノズルの中心部に設けられたガス流路が、有効
   断面積が最小となる断面積最小部を備え、この断面積最
   小部は軸方向に一定の長さを有するように構成され、か
   つ、この一定の長さは、前記一対の接触子の相対移動距
   離の１／３〜１／２に設定されることを特徴とする高電
   圧直流開閉装置。
2. 【請求項２】 前記絶縁ノズルのノズル壁内部に、軸方
   向に伸びる複数のノズル壁内ガス流路が設けられ、この
   複数のノズル壁内ガス流路の一端は前記パッファ室とそ
   れぞれ連通し、複数のノズル壁内ガス流路の他端はノズ
   ル壁内周面に開口する開口端部として構成され、この複
   数の開口端部は、ノズル壁内周面の前記断面積最小部
   に、絶縁ノズルの中心軸と直交する方向にそれぞれ設け
   られ、かつ、絶縁ノズルの軸方向に一定の間隔を空けて
   配置されたことを特徴とする請求項１記載の高電圧直流
   開閉装置。