JP2018116852A - Gas-blast circuit breaker - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電力系統における短絡電流の遮断に用いるガス遮断器に係り、特に、機械的な圧縮作用およびアーク熱による加熱昇圧作用、もしくはその両方を利用して電流を遮断する遮断器に関するものである。 The present invention relates to a gas circuit breaker used for interrupting a short-circuit current in an electric power system, and more particularly to a circuit breaker that interrupts a current by utilizing a mechanical compression action and a heating pressure raising action by arc heat, or both. is there.
一般に、変電所や開閉所に設けられる電力用の開閉装置は、電力系統の短絡事故時に電流を遮断する遮断器、電力系統の開閉を行う断路器、点検時などに高電圧導体を接地する接地開閉器を具備している。その開閉装置の1つである遮断器は、速やかに事故電流を遮断することにより、電力系統の事故の波及を防止する役割を持つ。近年では、再生可能エネルギーの導入や、系統連系のループ化、電源増強により事故発生時の短絡遮断容量が増加する傾向にある。電力用の遮断器では、絶縁・遮断性能の高い六弗化硫黄(以下、SF6という)ガスを封入したタンク内に、通電導体や遮断部などの電気装置を収納したガス遮断器が主流となっている。 In general, power switchgears installed in substations and switchgears are circuit breakers that cut off current in the event of a short circuit in the power system, disconnectors that open and close the power system, and grounds that ground high-voltage conductors during inspections, etc. It has a switch. A circuit breaker, which is one of the switchgears, has a role of preventing a power system accident from spreading by quickly interrupting the accident current. In recent years, there is a tendency to increase the short-circuit breaking capacity at the time of an accident due to the introduction of renewable energy, looping of the grid connection, and power supply enhancement. In power circuit breakers, gas circuit breakers that contain electrical devices such as current-carrying conductors and circuit breakers in tanks filled with sulfur hexafluoride (hereinafter referred to as SF6) gas, which has high insulation and circuit breaker performance, are the mainstream. ing.
ガス遮断器の構成としては、電極間に生じるアークに、機械的な圧縮作用を利用して絶縁ガスであるSF6ガスを吹き付けることで電流を遮断する機械パッファ方式、アーク自身の熱エネルギーで圧力を高める熱パッファ方式、双方を備えた方式がある。特に、機械パッファと熱パッファを併用した形のガス遮断器は、遮断動作に必要な操作エネルギーを、従来の機械的な圧縮作用のみを利用した方式とくらべて低減でき、遮断性能を向上することができる。 The structure of the gas circuit breaker includes a mechanical puffer system that cuts off the current by blowing SF6 gas, which is an insulating gas, to the arc generated between the electrodes by utilizing the mechanical compression action, and the pressure by the thermal energy of the arc itself. There is a heat puffer system that increases, and a system that has both. In particular, a gas circuit breaker that uses both a mechanical puffer and a thermal puffer can reduce the operating energy required for the breaking operation compared to the conventional method using only mechanical compression, and improve the breaking performance. Can do.
SF6ガスのアークへの効率的な吹付けのために、絶縁ノズルが使用される。絶縁ノズルは一般的にフッ素樹脂をベースにした有機材料で形成される。有機材料はアークにさらされると溶発し、溶発により発生したガスを利用してノズル内部や熱パッファ室の圧力を高めることで、遮断性能を向上させることができる。例えば、特許文献1および特許文献2に記載されたものがある。
Insulating nozzles are used for efficient spraying of SF6 gas onto the arc. The insulating nozzle is generally formed of an organic material based on a fluororesin. The organic material is ablated when exposed to an arc, and the shutoff performance can be improved by using the gas generated by the ablation to increase the pressure inside the nozzle and the heat puffer chamber. For example, there are those described in
特許文献1には、遮断動作初期の速度低下を防止しながら、ノズルのアブレーション効果を利用して遮断性能を向上するためのガス遮断器ついて記載されており、ノズルのスロート部までの吹付けガス流の上流側にアブレーション効果の低い絶縁材料を配置し圧力上昇を抑制し、下流側にアブレーション効果の高い絶縁材料を配置することで加速度が十分に高まったタイミングで強い吹付け力を得られるようにして遮断性能を向上させたパッファ型ガス遮断器について記載されている。
特許文献2には、電気的強度および機械的強度に優れたガス遮断器用ノズルについて記載されており、機械的強度の要求される部分にガラス繊維を配合した機械的強度の高い材料を配置し、アークに近いノズルスロート部分にはアーク損耗の少ない材料を配置している。
しかしながら、特許文献1では、遮断電流が増えた場合のノズルの機械的強度の確保が課題となる。また、特許文献2では、機械的強度の増強のために配合したガラス繊維がSF6ガスの分解ガスと反応して、ガラス繊維が損傷し、機械的特性が低下する可能性がある。
However,
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、ノズルの寸法や重量を増やさずにノズルの機械的強度を高めると共に、SF6ガスの分解ガスの影響を受けないようにして、遮断性能に優れた、信頼性の高いガス遮断器を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above points. The object of the present invention is to increase the mechanical strength of the nozzle without increasing the size and weight of the nozzle and not to be affected by the decomposition gas of SF6 gas. Thus, an object of the present invention is to provide a highly reliable gas circuit breaker with excellent circuit breaking performance.
本発明のガス遮断器では、SF6ガスの流れを制御するガス遮断器用ノズルにおいて、ノズルの外周部の一部にノズルの材料よりも機械強度の高い材料を配置し、その部分がSF6ガスに直接触れないような保護材を配置することを特徴とする。 In the gas circuit breaker of the present invention, in the gas circuit breaker nozzle for controlling the flow of SF6 gas, a material having a mechanical strength higher than that of the nozzle material is arranged on a part of the outer peripheral portion of the nozzle, and the part directly contacts the SF6 gas. It is characterized by arranging a protective material that does not touch.
本発明のノズル構造であれば、ノズルの内圧により変形する部分を局所的に強化することでノズル全体の厚みを薄くできるので、可動部が軽量化され、同じ操作器の操作力でも遮断速度を高速化でき、遮断性能が向上する。また、ノズルの強度を増やすために部材の厚みを増やす必要がないため、設計の自由度が確保される。さらに、補強材料が直接消弧性ガスに直接触れないため、補強材料の劣化がなく、耐久性と信頼性を確保することができる。 With the nozzle structure of the present invention, the thickness of the entire nozzle can be reduced by locally strengthening the portion that is deformed by the internal pressure of the nozzle, so that the movable part is reduced in weight, and the blocking speed can be reduced even with the operating force of the same operating device. The speed can be increased and the blocking performance is improved. Further, since it is not necessary to increase the thickness of the member in order to increase the strength of the nozzle, a degree of freedom in design is ensured. Furthermore, since the reinforcing material does not directly touch the arc extinguishing gas, the reinforcing material is not deteriorated, and durability and reliability can be ensured.
以下、図面を参照して本発明を説明する。下記はあくまでも実施の例であり、発明の内容を下記具体的態様に限定することを意図する趣旨ではない。発明自体は、特許請求の範囲に記載された内容に即した限りにおいて種々の態様で実施することが可能である。 The present invention will be described below with reference to the drawings. The following are merely examples of implementation, and are not intended to limit the content of the invention to the following specific embodiments. The invention itself can be carried out in various modes as long as it conforms to the contents described in the claims.
図1に実施例1のガス遮断器の構成(投入位置、遮断位置)を示す概略図を記載する。ガス遮断器は絶縁ガスが充填されたタンク10内に収納されている。固定側アーク電極5と可動側アーク電極4は電気的に接続されているが、電力系統の短絡故障時に開極指令が伝えられるとシャフト6を介して操作器7により可動部20を操作器方向に動作し、固定側アーク電極5と可動側アーク電極4が物理的に開離された状態に移行する。可動部20は、ノズル1、可動側アーク電極4、シリンダ11、可動側主接触子2、固定側主接触子3、可動子カバー12からなる。
FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration (loading position, blocking position) of the gas circuit breaker according to the first embodiment. The gas circuit breaker is housed in a
電極が開離した後も、固定側アーク電極5と可動側アーク電極4間には電流が流れ、アークが発生する。ガス遮断器はアークに高圧の絶縁ガスを吹き付けて消弧する。吹付け圧力を形成するため、アーク熱を取り込んで圧力を上昇させる熱パッファ室9と空間の機械的圧縮で圧力を高める機械パッファ室8が設けられている。機械パッファ室8と熱パッファ室9の間には図示していない逆止弁が設けてあり、熱パッファ室9の圧力が機械パッファ室8の圧力よりも低い場合は、逆止弁は開いていて、機械パッファ室8から熱パッファ室9、ノズル1を通して絶縁ガスがアークに吹き付けられる。熱パッファ室9の圧力が機械パッファ室8の圧力よりも高い場合は、逆止弁が閉じて、熱パッファ室9から機械パッファ室8に高温になった絶縁ガスが機械パッファ室8に入らないようになっている。この場合は,熱パッファ室9の圧力でノズル1を通して絶縁ガスをアークに吹き付ける。機械パッファ室8の操作器側には機械パッファ室の圧力上昇が過剰にならないように図示していない放圧弁が設けられていて操作器7への反力が抑制され、操作器7の低操作力を実現している。
Even after the electrodes are separated, a current flows between the fixed-
図2にノズル1の内圧が高くなった場合のノズル1の変形例を示す断面図を記載する。ノズル1は断面図で示す。この場合、アーク熱によって高まった熱パッファ室9の絶縁ガスを、ノズル1を通して固定側アーク電極5と可動側アーク電極4の間に発生するアークに吹き付けて電流を遮断する。このとき、ノズル1の保持部分とノズル1の断面積から、内部圧力が上昇すると、比較的厚みの薄いノズル1のノズル膨らみ部40が変形する。遮断する電流が増えた場合、内部圧力もより高まるため、ノズル1のノズル膨らみ部40の変形も大きくなる。ノズル1の材料としては、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)樹脂が使用されることが多く、アークに対する消耗を防ぐために窒化ホウ素(BN)などを混ぜる場合がある。窒化ホウ素が添加されたPTFEは、純PTFEよりも機械的強度が低下する。そのため、遮断性能を向上させる目的で絶縁ガスの吹き付け量を増やすために熱パッファ室9の圧力上昇を高めた場合には、ノズル1の機械的強度を高めるために窒化ホウ素の添加量を減らすか、ノズル1のノズル膨らみ部40の厚みを増やす必要がある。ノズルの強度を高めるために部材の厚みを増やすと、ノズルの寸法が大きくなり設計の自由度が低下する上に、重量の増加により遮断速度が遅くなり遮断性能が低下するという課題がある。
FIG. 2 is a sectional view showing a modification of the
図3に、実施例1によるノズル1の構成を示す。図3に示すノズル1のノズル膨らみ部40に機械的強度に影響しない程度の窪み32をノズル1の外周部の一部に設け、この窪み32に機械的強度の高い材料30を配置し、さらに機械的強度の高い材料30が直接SF6ガスや、SF6の分解ガスに触れないように保護材31が配置されている。このような構成にすることで、ノズル1のノズル膨らみ部40の厚みを増やすことなくノズル1の内圧上昇に対する機械的強度を高めることができるので、可動部を軽量化でき、遮断速度を速められるので、遮断性能を向上させることができる。
FIG. 3 shows the configuration of the
機械的強度の高い材料30としては、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)樹脂よりも機械的強度の高いものとして、パラ系アラミド繊維、超高分子量ポリエチレン繊維、ポリアレート繊維、PBO繊維、炭素繊維が使用できる適用できる。ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)樹脂よりも機械的強度の高いものであれば、上述したものに限らず使用できる。 As the material 30 with high mechanical strength, para-aramid fiber, ultrahigh molecular weight polyethylene fiber, polyarate fiber, PBO fiber, carbon fiber can be used as the material having higher mechanical strength than polytetrafluoroethylene (PTFE) resin. Applicable. Any material having higher mechanical strength than polytetrafluoroethylene (PTFE) resin can be used without limitation.
機械的強度の高い材料30が直接SF6ガスや、SF6の分解ガスに触れないようにする保護材31としては、4フッ化エチレン樹脂のポリテトラフルオロエチレン(PFA)材料が使用できる。PFA材は、PTFEと同じフッ素樹脂であり、PTFEと同じように、優れた耐熱性、耐薬品性、耐候性を有している。さらに、PTFEは融点以上の温度でも流動化しないが、PFAは溶融流動性があり、PTFEに対する接着剤としても利用できるので、機械的強度の高い材料30を安定的に固定することができ、高い信頼性を確保することができる。また、保護材31に熱を加えることによって収縮するポリテトラフルオロエチレン(PTFE)性のチューブを使用することもできる。この場合は、PFAよりも作業工程を短縮、簡略化できるので、高い作業効率を実現することができる。
A polytetrafluoroethylene (PFA) material of a tetrafluoroethylene resin can be used as the
本実施例によれば、ノズルの内圧により変形する部分を局所的に強化することでノズル全体の厚みを薄くできるので、可動部が軽量化され、同じ操作器の操作力でも遮断速度を高速化でき、遮断性能が向上する。また、ノズルの強度を増やすために部材の厚みを増やす必要がないため、設計の自由度が確保される。さらに、補強材料が直接消弧性ガスに直接触れないため、補強材料の劣化がなく、耐久性と信頼性を確保することができる。 According to the present embodiment, the thickness of the entire nozzle can be reduced by locally strengthening the portion that is deformed by the internal pressure of the nozzle, so the movable part is reduced in weight and the shut-off speed is increased even with the operating force of the same operating device. And the shut-off performance is improved. Further, since it is not necessary to increase the thickness of the member in order to increase the strength of the nozzle, a degree of freedom in design is ensured. Furthermore, since the reinforcing material does not directly touch the arc extinguishing gas, the reinforcing material is not deteriorated, and durability and reliability can be ensured.
図4に、実施例2を示すノズル1の断面図を示す。前記ノズル先端側外周径50がノズル取り付け側外周径51よりも小さい形状としている。このような形状にすることで、環状にした機械的強度の高い材料30や保護材31をノズル先端側から挿入、スライドさせて配置することができ、組立性の向上をはかることができる。
FIG. 4 is a sectional view of the
本実施例によれば、実施例1の効果に加えて、組立性の向上をはかることができる。 According to the present embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, the assemblability can be improved.
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。 In addition, this invention is not limited to an above-described Example, Various modifications are included. For example, the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. Further, a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment. Further, it is possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configuration of each embodiment.
1:ノズル
2:可動側主接触子
3:固定側主接触子
4:可動側アーク電極
5:固定側アーク電極
6:シャフト
7:操作器
8:機械パッファ室
9:熱パッファ室
10:タンク
11:シリンダ
12:可動子カバー
20:可動部
30:機械的強度の高い材料
31:保護材
32:窪み
40:ノズル膨らみ部
50:ノズル先端側外周径
51:ノズル取り付け側外周径
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1: Nozzle 2: Movable side main contactor 3: Fixed side main contactor 4: Movable side arc electrode 5: Fixed side arc electrode 6: Shaft 7: Operating device 8: Mechanical puffer chamber 9: Thermal puffer chamber 10: Tank 11 : Cylinder 12: mover cover 20: movable part 30: material with high mechanical strength 31: protective material 32: depression 40: nozzle bulge part 50: nozzle tip side outer diameter 51: nozzle attachment side outer diameter
Claims (7)
接離可能な固定側アーク電極および可動側アーク電極と、
遮断動作時に前記絶縁性ガスの圧力を高める空間と、
前記固定側アーク電極と前記可動側アーク電極との開離によって発生したアークに圧力を高めた前記空間から流れる絶縁性ガスを案内するノズルを備えたガス遮断器において、
前記ノズルの外周部の一部に前記ノズルの材料よりも機械強度の高い材料を配置したことを特徴とするガス遮断器。 In a sealed tank filled with insulating gas,
A fixed arc electrode and a movable arc electrode that can be contacted and separated; and
A space for increasing the pressure of the insulating gas during the shut-off operation;
In the gas circuit breaker comprising a nozzle for guiding the insulating gas flowing from the space whose pressure is increased in the arc generated by the separation of the fixed side arc electrode and the movable side arc electrode,
A gas circuit breaker characterized in that a material having higher mechanical strength than the material of the nozzle is disposed in a part of the outer peripheral portion of the nozzle.
前記ノズル先端側の外周径がノズル取り付け側の外周径よりも小さな形状であることを特徴とするガス遮断器。 The gas circuit breaker according to claim 1,
The gas circuit breaker characterized in that the outer peripheral diameter on the nozzle tip side is smaller than the outer peripheral diameter on the nozzle mounting side.
前記機械強度の高い材料が絶縁性ガスに直接触れないように保護材を配置したことを特徴とするガス遮断器。 In the gas circuit breaker in any one of Claim 1 or 2,
A gas circuit breaker characterized in that a protective material is arranged so that the material having high mechanical strength does not directly touch the insulating gas.
前記機械強度の高い材料が、パラ系アラミド繊維、超高分子量ポリエチレン繊維、ポリアレート繊維、PBO繊維、炭素繊維のいずれかであることを特徴とするガス遮断器。 The gas circuit breaker according to any one of claims 1 to 3,
The gas circuit breaker characterized in that the material having high mechanical strength is any one of para-aramid fiber, ultrahigh molecular weight polyethylene fiber, polyarate fiber, PBO fiber, and carbon fiber.
前記保護材が4フッ化エチレン樹脂のポリテトラフルオロエチレン材料であることを特徴とするガス遮断器。 The gas circuit breaker according to any one of claims 1 to 4,
A gas circuit breaker characterized in that the protective material is a polytetrafluoroethylene material of tetrafluoroethylene resin.
前記保護材が熱を加えることによって収縮する熱収縮チューブであることを特徴とするガス遮断器。 In the gas circuit breaker according to claim 3,
A gas circuit breaker characterized in that the protective material is a heat shrinkable tube that shrinks when heat is applied.
前記熱収縮チューブがポリテトラフルオロエチレンであることを特徴とするガス遮断器。 In the gas circuit breaker according to claim 6,
The gas circuit breaker characterized in that the heat shrinkable tube is polytetrafluoroethylene.
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JP2017007162A JP2018116852A (en) | 2017-01-19 | 2017-01-19 | Gas-blast circuit breaker |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2022532384A (en) * | 2019-05-14 | 2022-07-14 | ヒタチ・エナジー・スウィツァーランド・アクチェンゲゼルシャフト | How to 3D print nozzles for circuit breakers, circuit breakers, and nozzles for circuit breakers |
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2017
- 2017-01-19 JP JP2017007162A patent/JP2018116852A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2022532384A (en) * | 2019-05-14 | 2022-07-14 | ヒタチ・エナジー・スウィツァーランド・アクチェンゲゼルシャフト | How to 3D print nozzles for circuit breakers, circuit breakers, and nozzles for circuit breakers |
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