(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定接触子及び可動接触子を有する主遮断器と、この主遮断器に対して並列に接続され、上記主遮断器が開極動作を行ったときに上記主遮断器の固定接触子及び可動接触子間で発生したアークを案内走行させるとともに最終的に上記アークによる局所的な短絡状態から開放されて本来の両端間抵抗値まで回復する限流用抵抗素子と、この限流用抵抗素子に転流した電流を遮断する補助遮断器とを備えてなる限流形遮断装置において、
前記主遮断器は、前記固定接触子の実際に接触する部分に隣接した部位からそれぞれ延びて前記固定接触子及び可動接触子間で発生したアークのアークスポットを前記限流用抵抗素子の両端部に向けて案内走行させるための、銅とタングステンとの合金から成る耐アーク性案内部材を有するとともに、前記固定接触子の上面であって前記可動接触子が接触する面に銀とカドミウムとの合金から成る低抵抗金属層が配設され、更に前記耐アーク性案内部材の両縁部をそれぞれ覆うように設けられるカバーであって前記アークスポットの走行位置を前記耐アーク性案内部材の中心部に規制するための４弗化エチレン材料から成る絶縁カバーを具備してなることを特徴とする限流形遮断装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力系統の短絡電流を限流しながら遮断する限流形遮断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電力系統で短絡事故が発生すると、大きな短絡電流が流れる。この短絡電流は、大きな電磁力や密閉空間内での圧力上昇を招いて電力設備に被害を与えたり、系統の電圧低下を引き起こす。これらを低減するためには、電力系統で短絡事故が発生したとき、何らかの手段で電流のレベルが第１波高値に達する前に電流レベルそのものを抑制、つまり限流し、この限流電流を遮断することが望まれる。
【０００３】
このように限流機能を有した遮断装置としては、アークの走行を利用した装置、半導体を利用した装置、超電導を利用した装置などが考えられている。
【０００４】
これらのうち、アークの走行を利用した限流形遮断装置の代表的なものの主要部は、図５（ａ）に示すように構成されている。
【０００５】
すなわち、同図において、１は主遮断器を示している。この主遮断器１は互いに接離可能な一対の接触子２ａ，２ｂを備えている。図において、破線は接触子２ａ，２ｂ同士が接触している状態（投入状態）を示し、実線は接触子２ａ，２ｂ同士が離れている状態（遮断状態）を示している。
【０００６】
これら接触子２ａ，２ｂは、図示しない駆動装置によって、遮断指令が与えられた時点から遮断位置に向けて全ストローク移動するまでの時間が、例えば２ミリ秒程度と非常に速い遮断動作が行えるように構成されている。そして、これらの接触子２ａ，２ｂは、それぞれ導体を介して端子３ａ，３ｂに接続されている。なお、端子３ａ，３ｂの少なくとも一方は、図示しない補助遮断器に接続されている。
【０００７】
主遮断器１の接触子２ａ，２ｂ間には、接触子２ａ，２ｂが遮断動作（開極動作）を行ったときに該接触子２ａ，２ｂ間で発生したアークを案内走行させるとともに最終的にアークによる局所的な短絡状態から開放されて本来の両端間抵抗値まで回復する限流用抵抗素子４が並列に接続されている。この限流用抵抗素子４は、接触子２ａ，２ｂの位置を基準にして、鉄あるいはステンレス鋼で形成された帯体を放射状に蛇行配置して形成されている。そして、その両端間抵抗値は、最も厳しい短絡条件下で短絡電流の波高値を数分の１〜数１０分の１程度まで限流し得る値に設定されている。
【０００８】
このように構成された限流形遮断装置は、電力系統に挿設された状態下で短絡事故に遭遇したときに次のように動作する。
【０００９】
すなわち、接触子２ａ，２ｂが投入状態にあるときに短絡事故が発生すると、系統の電流レベルや電流増加率等に基づいて図示しない事故検出系が短絡事故の発生を検知し、検知信号を図示しない駆動装置に与える。検知信号が与えられると、駆動装置は主遮断器１に遮断指令を与える。先に説明したように、主遮断器１は遮断指令が与えられた時点から可動接触子が遮断位置に向けて全ストローク移動するまでの時間が２ミリ秒程度と非常に速い遮断動作を行う。したがって、短絡事故が発生した時点から主遮断器１が開極動作を終了するまでの時間は３ミリ秒程度、すなわち短絡電流の第１波高値が到来する時点よりはるかに前の時点で主遮断器１の開極動作が終了する。
【００１０】
主遮断器１の接触子２ａ，２ｂが開極動作を行うと、接触子２ａ，２ｂ間にアークが発生する。このアークは、端子３ａ〜接触子２ａ〜接触子２ｂ〜端子３ｂからなる電流通路の形状に伴う電磁力の影響を受けて限流用抵抗素子４で形成された蛇行状空間内へと案内走行される。すなわち、発生したアークの両端に形成されるアークスポットは、限流用抵抗素子４の両端部内面上を両端部から遠ざかる方向へと案内走行される。この結果、端子３ａ，３ｂ間を流れる電流は、限流用抵抗素子４へと転流を開始する。
【００１１】
発生したアークは、ついには図５（ａ）中にＡで示すように、限流用抵抗素子４で形成された蛇行状空間内へと案内走行され、この間に限流用抵抗素子４を局所的に短絡しながら最終的には消滅する。このため、限流用抵抗素子４は、アークＡによる局所的な短絡状態から開放されて、アークＡが消滅した時点で本来の両端間抵抗値まで回復する。したがって、端子３ａ，３ｂ間を流れる電流は、本来の両端間抵抗値まで回復した限流用抵抗素子４を流れることになる。
【００１２】
限流用抵抗素子４は、大きな抵抗値を有している。このため、図５（ｂ）に示すように、端子３ａ，３ｂ間に大きな抵抗Ｂが直列に接続された状態と同じ状態となり、系統に流れる電流が十分に小さい値に抑えられ、ここに限流状態が実現される。この限流電流は、最終的に図示しない補助遮断器によって遮断される。
【００１３】
図６には短絡事故の発生を検出し、この検出に伴わせて主遮断器１を開極させ、アークの走行を利用して限流用抵抗素子４に転流させたときの経過時間に対する端子間電圧と端子電流の変化が実線で示されている。この図から判るように、短絡電流の第１波高値が到来する時点よりはるかに前の時点で主遮断器１が開極して限流用抵抗素子４に転流し、これによって短絡電流が限流用抵抗素子４の抵抗値で決まる値まで低下している。
【００１４】
しかしながら、上記のように構成された従来の限流形遮断装置にあっても次のような問題があった。
【００１５】
すなわち、短絡事故発生時に主遮断器１の接触子２ａ，２ｂに開極動作を行わせると、まず接触子２ａ，２ｂの実際に接触していた部位間でアークが発生する。このアークのアークスポットは、電磁力の影響を受けてアークが移動するのに伴って上記部位から隣接する部分を通過しながら、最終的に限流用抵抗素子４へと移行する。
【００１６】
ここで、接触子２ａ，２ｂは、投入状態下での電圧降下を小さくしたり、接触抵抗を小さくするために、通常、抵抗率の小さい銅で形成されている。接触子２ａ，２ｂ間でアークが発生すると、このアークによる熱によって接触子２ａ，２ｂの表面が1000℃以上に加熱される。接触子２ａ，２ｂを形成している銅は、融点が1000℃程度と比較的低い。このため、接触子２ａ，２ｂの表面部において銅が溶融し、この溶融した銅がアークの走行に伴ってアークの走行方向へと飛散して限流用抵抗素子４の表面に付着する。付着した銅材は限流用抵抗素子４の表面に突起を形成する。短絡電流を繰り返し遮断すると、限流用抵抗素子４の表面の突起が大きくなり、この突起の存在によってアークスポットのスムーズな走行が妨げられ、図６中に破線で示すように、アークスポットの停滞に伴うアークの後退現象（逆戻り現象）が起こって限流特性が大幅に低下し、その結果、規格で決められている繰り返し遮断を実行すると、甚だしい場合には限流に失敗して遮断不能となることがあった。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
上述の如く、アークの走行を利用した従来の限流形遮断装置にあっては、主遮断器の接触子を構成している金属がアークによる加熱で多量に溶融し、この溶融物の限流用抵抗素子表面への付着が原因して限流特性が低下し、これが原因して短絡電流を遮断可能な回数が少ない、つまり寿命が短いという問題があった。
【００１８】
そこで本発明は、アークによる加熱で主遮断器の接触子を構成している金属が多量に溶融飛散するのを抑制でき、この溶融飛散金属の影響で限流特性が低下するのを防止でき、もって短絡電流を繰り返し遮断可能な回数を向上できる限流形遮断装置を提供することを目的としている。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、固定接触子及び可動接触子を有する主遮断器と、この主遮断器に対して並列に接続され、上記主遮断器が開極動作を行ったときに上記主遮断器の固定接触子及び可動接触子間で発生したアークを案内走行させるとともに最終的に上記アークによる局所的な短絡状態から開放されて本来の両端間抵抗値まで回復する限流用抵抗素子と、この限流用抵抗素子に転流した電流を遮断する補助遮断器とを備えてなる限流形遮断装置において、
前記主遮断器は、前記固定接触子の実際に接触する部分に隣接した部位からそれぞれ延びて前記固定接触子及び可動接触子間で発生したアークのアークスポットを前記限流用抵抗素子の両端部に向けて案内走行させるための、銅とタングステンとの合金から成る耐アーク性案内部材を有するとともに、前記固定接触子の上面であって前記可動接触子が接触する面に銀とカドミウムとの合金から成る低抵抗金属層が配設され、更に前記耐アーク性案内部材の両縁部をそれぞれ覆うように設けられるカバーであって前記アークスポットの走行位置を前記耐アーク性案内部材の中心部に規制するための４弗化エチレン材料から成る絶縁カバーを備えている。
【００２１】
本発明に係る限流形遮断装置では、各接触子の実際に接触する部分に隣接した部位からそれぞれ延びて接触子間で発生したアークのアークスポットを限流用抵抗素子の両端部に向けて案内走行させる耐アーク性案内部材を備えているので、主遮断器の開極動作に伴って各接触子の実際に接触する部分間にアークが発生すると、このアークのアークスポットは極めて短時間に耐アーク性案内部材へと移行する。
【００２２】
したがって、各接触子の実際に接触する部分がアークに晒される時間を十分に短くでき、この部分から溶融飛散する金属量を少なくできる。また、タングステン合金で代表される耐アーク性案内部材は、融点が2000℃以上であるため、アークに晒されても本質的に溶融飛散しにくい。
【００２３】
この結果、短絡事故に対応させて主遮断器に開極動作を行わせたとき、限流用抵抗素子側に飛散移行する金属量を抑制することができ、飛散移行する金属によって限流用抵抗素子の表面に突起が形成されるのを抑制することができる。したがって、突起が原因として起こる限流特性の低下を抑制でき、短絡電流を繰り返し遮断可能な回数を向上させることができる。
【００２４】
さらに、本発明に係る限流形遮断装置では、アークスポットの走行位置を耐アーク性案内部材の中心部に規制する絶縁カバーを設けているので、アークスポットが耐アーク性案内部材の側面部に形成されることによって起こるアークスポットの走行不良（停滞）やアークの後退現象の発生を抑制することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら発明の実施形態を説明する。
【００２６】
図１には本発明の一実施形態に係る限流形遮断装置の概略構成が示されている。
【００２７】
同図において、１１ａ，１１ｂは端子を示している。これら端子１１ａ，１１ｂ間には、主遮断器１２と補助遮断器１３とが直列に接続されている。
【００２８】
主遮断器１２は、接触面をそれぞれ同一面上に位置させ、かつ相互間に所定の間隔をあけて設けられた一対の固定接触子１４ａ，１４ｂと、これら固定接触子１４ａ，１４ｂを支持する導体１５ａ，１５ｂと、固定接触子１４ａ，１４ｂの接触面に対して接離可能に配置されて固定接触子１４ａ，１４ｂ間を選択的に短絡する可動接触子１６と、この可動接触子１６を中心にして両側で、かつ固定接触子１４ａ，１４ａに対して可動接触子１６のほぼ可動ストローク分の距離をおいて対向する関係に配置された可動側補助導体１７ａ，１７ｂと、これら可動側補助導体１７ａ，１７ｂを可動接触子１６に接続するフレキシブル導体１８ａ，１８ｂと、固定接触子１４ａと可動側補助導体１７ａとの間及び固定接触子１４ｂと可動側補助導体１７ｂとの間にそれぞれ並列に接続された限流用抵抗素子１９ａ，１９ｂと、可動接触子１６を高速開極動作させる開極駆動装置２０とで構成されている。
【００２９】
固定接触子１４ａ，１４ｂは、図２に固定接触子１４ａを代表して示すように構成されている。すなわち、固定接触子１４ａ（１４ｂ）は、銅材で断面が舟形に形成されており、いわゆる船底外面を可動接触子１６の側に向け、かつ導体１５ａ（１５ｂ）の先端部から直角に突出するように、いわゆる船尾側が導体１５ａ（１５ｂ）の先端部に取付けられている。そして、固定接触子１４ａ（１４ｂ）の背面側には限流用抵抗素子１９ａ（１９ｂ）の一端側が接続されている。
【００３０】
固定接触子１４ａ（１４ｂ）のいわゆる船底外面で可動接触子１６に対向する領域には、投入時に可動接触子１６との間の接触抵抗を十分に小さくする目的の銀・カドミウム合金層等からなる低抵抗金属層２１がメッキあるいは合金板のロウ付け等によって形成されている。そして、固定接触子１４ａ（１４ｂ）のいわゆる船底外面で低抵抗金属層２１に隣接した位置からいわゆる舳先を経由して限流用抵抗素子１９ａ（１９ｂ）に至る領域には、銅・タングステン合金の薄板（例えば銅３．５対タングステン６．５で厚さ３ｍｍ）等からなる耐アーク性案内部材２２がロウ付け等によって固定されている。
【００３１】
耐アーク性案内部材２２の幅方向両側部で、低抵抗金属層２１に隣接した位置から所定距離の間には、耐アーク性案内部材２２の露出部分を中央領域に限定し、アークスポットの走行位置を上記中央領域に規制する例えば４弗化エチレン製の絶縁カバー２３ａ、２３ｂが設けられている。なお、図２中、２４は絶縁性の支持材を示している。
【００３２】
一方、可動側補助導体１７ａ，１７ｂは、図２に可動側補助導体１７ａを代表して示すように構成されている。すなわち、可動側補助導体１７ａ（１７ｂ）は銅材で形成されている。この可動側補助導体１７ａ（１７ｂ）の固定接触子１４ａ（１４ｂ）に対向する先端部には固定接触子１４ａ（１４ｂ）の舳先形状に対応する関係に鳶口状部２５が形成されている。そして、鳶口状部２５の背面側には限流用抵抗素子１９ａ（１９ｂ）の他端側が接続されている。
【００３３】
鳶口状部２５の固定接触子１４ａ（１４ｂ）に対向する表面位置から限流用抵抗素子１９ａ（１９ｂ）に至る領域には、銅・タングステン合金の薄板（例えば銅３．５対タングステン６．５で厚さ３ｍｍ）等からなる耐アーク性案内部材２６がロウ付け等によって固定されている
耐アーク性案内部材２６の幅方向両側部には、耐アーク性案内部材２６の露出部分を中央領域に限定し、アークスポットの走行位置を上記中央領域に規制する例えば４弗化エチレン製の絶縁カバー２７ａ，２７ｂ（但し、絶縁カバー２７ｂは図示せず）が設けられている。なお、図２中、２８は絶縁性の支持材を示している。
【００３４】
前記限流用抵抗素子１９ａ，１９ｂは、固定接触子１４ａと可動側補助導体１７ａとの間を一方の開口部とし、固定接触子１４ｂと可動側補助導体１７ｂとの間を他方の開口部とし、これら開口部の前面に鉄あるいはステンレス鋼で形成された帯体を放射状に蛇行配置したものとなっている。そして、その合計した両端間抵抗値は、最も厳しい短絡条件下で短絡電流の波高値を数分の１〜数１０分の１程度まで限流し得る値に設定されている。
【００３５】
ここで、固定接触子１４ａと可動側補助導体１７ａとの間を一方の開口部とし、固定接触子１４ｂと可動側補助導体１７ｂとの間を他方の開口部としたとき、限流用抵抗素子１９ａ，１９ｂを構成している部分で、上記各開口部に臨んでいる部分２９ａ，２９ｂ，３０ａ，３０ｂの上記開口部からの距離及び部分相互間の距離は、アークの走行を妨げない、つまりアークの逆戻りを防止し得る値に設定されている。
【００３６】
前記開極駆動装置２０は、遮断指令が与えられた時点で例えばコンデンサに蓄えられている電荷を一気に放出し、この放出エネルギを使って可動接触子１６に例えば２ミリ秒程度と非常に速い遮断動作を行わせるように構成されている。
【００３７】
前記補助遮断器１３としては、限流用抵抗素子１９ａ，１９ｂの合成抵抗で決まる遮断容量、すなわち系統の短絡容量より十分に小さい遮断容量のものが用いられている。
【００３８】
補助遮断器１３と端子１１ａとの間には、系統の電流レベルや電流増加率等に基づいて短絡事故を検知する事故検出器３１が設けられている。この事故検出器３１は、短絡事故が発生すると、この事故を例えば１ミリ秒以内に検出し、検出と同時に開極駆動装置２０に遮断指令Ｓ１を与えると共に検出から例えば２０ミリ秒後に補助遮断器１３に遮断指令Ｓ２を与えるように構成されている。
【００３９】
なお、実際に使用するとき、主遮断器１２はＳＦ６ガスで代表される絶縁性ガス中に設置される。
【００４０】
このように構成された限流形遮断装置の限流遮断原理は従来のものとほぼ同じである。
【００４１】
すなわち、図４（ａ）に示すように、可動接触子１６が投入している状態で系統に短絡事故が発生すると、系統の電流レベルや電流増加率等に基づいて事故検出器３１が短絡事故の発生を検知し、これに基づいて遮断指令Ｓ１を開極駆動装置２０に与える。
【００４２】
遮断指令Ｓ１が与えられると、開極駆動装置２０は可動接触子１６を遮断動作させる。この遮断動作は遮断指令Ｓ１が与えられた時点から２ミリ秒程度と非常に速い。したがって、短絡事故が発生した時点から可動接触子１６が開極動作を終了するまでの時間は３ミリ秒程度、すなわち短絡電流の第１波高値が到来する時点よりはるかに前の時点で可動接触子１６の開極動作が終了する。
【００４３】
可動接触子１６が開極動作を行うと、まず可動接触子１６と固定接触子１４ａ，１４ｂの低抵抗金属層２１との間にアークが発生する。このアークは、導体１５ａ〜固定接触子１４ａ〜可動接触子１６〜固定接触子１４ｂ〜導体１５ｂからなる電流通路の形状に伴う電磁力の影響を受ける。その結果、そのアークスポットは固定接触子１４ａと可動側補助導体１７ａとの間及び固定接触子１４ｂと可動側補助導体１７ｂとの間へと移行する。
【００４４】
このアークスポット及びそれに繋がるアークＡは、各固定接触子１４ａ，１４ｂと各可動側補助導体１７ａ，１７ｂとにそれぞれ設けられた耐アーク性案内部材２２，２６に案内されながら図４（ｂ）に示すように限流用抵抗素子１９ａ，１９ｂで形成された蛇行状空間内へと案内走行される。
【００４５】
このように蛇行状空間内へと案内されたアークＡは、この間に限流用抵抗素子１９ａ，１９ｂを局所的に短絡しながら最終的には消滅する。このため、限流用抵抗素子１９ａ，１９ｂは、アークＡによる局所的な短絡状態から開放され、アークＡが消滅した時点で本来の両端間抵抗値まで回復する。したがって、導体１５ａ，１５ｂ間を流れる電流は、本来の両端間抵抗値まで回復した限流用抵抗素子１９ａ，１９ｂを直列に流れることになる。
【００４６】
限流用抵抗素子１９ａ，１９ｂは、大きな抵抗値を有しているため、系統に流れる電流が十分に小さい値に抑えられ、ここに限流状態が実現される。この限流電流は、最終的に補助遮断器１３によって遮断され、限流形遮断装置としての機能が発揮される。
【００４７】
この例に係る限流形遮断装置では、各接触子の実際に接触する部分に隣接した部位からそれぞれ延びて接触子間で発生したアークのアークスポットを限流用抵抗素子１９ａ，１９ｂの両端部に向けて案内走行させる耐アーク性案内部材２２，２６を設けているので、主遮断器１２の開極動作に伴って各接触子の実際に接触する部分間にアークが発生すると、このアークのアークスポットを極めて短時間に耐アーク性案内部材２２，２６へと移行させることができる。
【００４８】
したがって、各接触子の実際に接触する部分がアークに晒される時間を十分に短くでき、この部分から溶融飛散する金属量を少なくできる。また、タングステン合金で代表される耐アーク性案内部材２２，２６は、融点が2000℃以上であるため、アークに晒されても本質的に溶融飛散しにくい。
【００４９】
この結果、短絡事故に対応させて主遮断器１２に開極動作を行わせたとき、限流用抵抗素子１９ａ，１９ｂ側に飛散移行する金属量を抑制することができ、飛散移行する金属によって限流用抵抗素子１９ａ，１９ｂの表面に突起が形成されるのを抑制することができる。したがって、突起が原因として起こる限流特性の低下を抑制でき、短絡電流を繰り返し遮断可能な回数の向上、換言すると寿命を向上させることができる。
【００５０】
また、この例に係る限流形遮断装置では、耐アーク性案内部材２２，２６上でアークスポットの走行位置を中心部に規制する絶縁カバー２３ａ，２３ｂ及び２７ａ，２７ｂを設けているので、アークスポットが耐アーク性案内部材２２，２６の側面部に形成されることによって起こるアークスポットの走行不良（停滞）やアークの後退現象の発生を抑制することができる。
【００５１】
なお、上記例では主遮断器１２の開閉部を中心にして限流用抵抗素子を対称関係に配置しているが、片方だけに限流用抵抗素子を配置する構造においても本発明を適用することができる。また、補助遮断器１３としては、扱い易い油遮断器を用いてもよい。さらに、限流用抵抗素子を構成する材料は、鉄やステンレス鋼に限られるものではない。
【００５２】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、短絡電流の遮断によって起こる限流特性の低下を抑制でき、短絡電流を繰り返し遮断可能な回数の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る限流形遮断装置の概略構成図
【図２】同遮断装置における要部を局部的に取り出して示す断面図
【図３】（ａ）は図２におけるＸ−Ｘ線に沿って矢印方向に見た図で、（ｂ）は（ａ）におけるＹ−Ｙ線切断矢視図
【図４】同遮断装置の限流動作を説明するための図
【図５】（ａ）は従来の限流形遮断装置における要部の概略構成図で、（ｂ）は限流動作を行っているときの等価回路図
【図６】従来の限流形遮断装置が限流動作を行っているときの端子間電圧及び端子電流の変化を示す図
【符号の説明】
Ａ…アーク
１１ａ，１１ｂ…端子
１２…主遮断器
１３…補助遮断器
１４ａ，１４ｂ…固定接触子
１５ａ，１５ｂ…導体
１６…可動接触子
１７ａ，１７ｂ…可動側補助導体
１９ａ，１９ｂ…限流用抵抗素子
２０…開極駆動装置
２１…低抵抗金属層
２２，２６…耐アーク性案内部材
２３ａ，２３ｂ，２７ａ，２７ｂ…絶縁カバー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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