液体吹付け遮断器
【課題】環境負荷の小さい高電圧大電流通電遮断器を実現する。
【解決手段】動粘度が６ｍｍ２／ｓ以下の植物由来絶縁油を直接アーク１２に吹付ける構成としたため、環境に配慮しつつ高い遮断能力を得ることができる。また、投入通電状態では、静止側固定電極１、駆動側固定電極２及び摺動接触子３を冷却効果の大きい植物由来絶縁油の中に常時置くことにより、高い冷却特性を得ることができるため、ひいては大電流通電も可能となる。
【解決手段】動粘度が６ｍｍ２／ｓ以下の植物由来絶縁油を直接アーク１２に吹付ける構成としたため、環境に配慮しつつ高い遮断能力を得ることができる。また、投入通電状態では、静止側固定電極１、駆動側固定電極２及び摺動接触子３を冷却効果の大きい植物由来絶縁油の中に常時置くことにより、高い冷却特性を得ることができるため、ひいては大電流通電も可能となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遮断性能、通電性能に優れ、かつ環境に悪影響を与えない絶縁液体を消弧媒体として使用することのできる液体吹付け遮断器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電力系統の保護機器である遮断器は、現在、主に真空遮断器（以下「ＶＣＢ」と称する。）とＳＦ６等の絶縁ガスを使用したガス遮断器（以下「ＧＣＢ」と称する。）が用いられている。ＶＣＢは、小形、低操作力、メンテナンスフリーの特性を生かして、主に７２ｋＶ以下の電圧系統に用いられている。ＧＣＢは、その高耐電圧、大電流遮断・大電流通電の特性を活かして、主に７２ｋＶ以上の電圧系統に用いられている。共に、その優れた性能により、現在の電力系統の高信頼度化を実現している重要機器である。
【０００３】
また、ＧＣＢ、ＶＣＢ以外の遮断器として、従来、液体遮断器が用いられていた。その代表例として、非特許文献１記載のような、鉱油由来の絶縁油（以下「鉱油」と称する。）を用いた油遮断器（以下「ＯＣＢ」と称する。）がある。なお、ここで言う鉱油とは、主として変圧器、遮断器等の受変電機器に用いられる絶縁油を指している。このＯＣＢは図５に示すように、固定接触子３６及び可動接触子３７を鉱油３８中に配置したものである。遮断原理はアーク熱で油を加熱気化して水素ガス３９を発生させ、水素ガス３９をアーク４１に吹付け遮断するものであり、実質的には水素ガス遮断器であった。よって水素ガスの特性で遮断性能が決まっており、ＳＦ６ガスよりも性能が低く、さらに鉱油は環境負荷が大きいという問題もあった。
【０００４】
このような経緯により、主に７２ｋＶ以上の電圧系統ではＶＣＢ、ＯＣＢに代わりＧＣＢが用いられているが、ＧＣＢに関してもＯＣＢと同様に環境適合の面で問題がある。ＧＣＢの使用ガスとして主に利用されているＳＦ６ガスの地球温暖化係数（ＧＷＰ）は２３９００と高く、温暖化規制ガスに指定されている。このため使用量削減要求が強くなり、環境適合のＳＦ６代替（ＳＦ６フリー）ガスを目指したＧＣＢの開発が要請されている。
【０００５】
この改善策として、ＧＣＢのＳＦ６ガス使用量を削減するため、ＳＦ６ガスと他のガスとの混合ガスや、代替ガスを用いた遮断器が検討されている。例えば代替ガスとしてＣＯ２ガスや、ＣＦ３Ｉガスなどを用いたＧＣＢ（特許文献１）が提案され研究開発が活発に行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−８４７６８
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】電気学会編 電気学会大学講座 電力用遮断器（昭和50年発行）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述のＳＦ６と他のガスとの混合ガス遮断器は、寒冷地対応などで実使用されているものの、完全なＳＦ６ガス代替（ＳＦ６ガスフリー）とはなっておらず、環境適合の点で問題が残る。また、ＳＦ６代替ガスは遮断器の性能の大幅な低下を招く。例えばＣＯ２ガスの絶縁性能はＳＦ６ガスの約１/３しかない。また、ＣＦ３Ｉに関しては液化温度が高いという問題がある。従来のガス絶縁遮断器において、ＳＦ６ガスはほぼ０．５ＭＰａに充填されるが、０．５ＭＰａでは、ＣＦ３Ｉの液化温度は２０℃程度と高くなるため、ガス遮断器への適用は困難である。さらにはアークによる分解でＳＦ６ガスのように再結合せず、有害分解生成物質を析出するなどの問題がある。
【０００９】
一方、ＶＣＢにおいては、環境上の問題は無いが、特性上、高電圧化、大電流化（通電性能）が難しく、ＧＣＢとの代替可能分野には限界がある。高電圧化に関しては、直列多点構成で対応が可能であるが、ＶＣＢの遮断部全長の長尺化、操作機構の複雑大型化が避けられない。さらに、基幹系統で必要となる大電流通電（例えば６０００Ａ）は困難であり、ＶＣＢの外部に別途通電接触子を設ける必要がある等、絶縁協調や構造で複雑化が避けられないという問題がある。
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明の目的は、環境負荷が大きいＳＦ６ガスや鉱油を使用せず、かつ簡易な構造で高電圧化及び大電流化を実現した植物由来絶縁油を用いた液体吹付け遮断器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
従来のＯＣＢでは、一旦液体をガス化したが、気体よりも液体を直接吹付ける方が、冷却効果も十分発揮でき、アークへ作用する質量流量（ｍａｓｓｆｌｏｗ）も非常に大きく出来る点に着目した。しかし、鉱油をＳＦ６代替として使用することは環境対策とはならない。さらに、効率的な吹付けのためには、流動性の高い（粘性の低い）液体の方が格段に有利である。そこで、本発明の液体吹付け遮断器は、以下に述べる通り、動粘度が６ｍｍ２／ｓ以下の植物由来絶縁油を直接アークに吹付ける構成とした。なお、本文中における動粘度の値はすべて４０℃条件下での値を示す。
【００１２】
すなわち、本発明に係る遮断器は、絶縁媒体を充填する密閉容器内に操作器にて開閉操作される遮断部を配置し、前記遮断部は静止側及び駆動側の一対の固定電極と、前記操作器によって駆動され、前記静止側固定電極と前記駆動側固定電極間を橋絡する状態から、前記駆動側固定電極側に後退して、前記静止側固定電極から開離する摺動接触子と、前記摺動接触子が前記静止側固定電極から開離した際、前記両固定電極間に発生したアークに前期絶縁媒体を吹付ける吹付け手段とを備え、さらに前記絶縁媒体は、エステル化した植物由来絶縁油であることを特徴とする液体吹付け遮断器。
【００１３】
前記植物由来絶縁油は、パームやし脂肪酸エステルであることを特徴とする。
【００１４】
また、前記吹付け手段は、シリンダ及びピストンより成ることを特徴とする。
【００１５】
また、前記吹付け手段はアキュームレータと、これに接続された制御弁及び配管から成ることを特徴とする。
【００１６】
さらに、アーク吹付け後の植物由来絶縁油は、冷却手段及び、フィルターのいずれか一方又はその双方を介して前記密閉容器に循環されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の遮断器は、動粘度が６ｍｍ２／ｓ以下の植物由来絶縁油を直接アークに吹付ける構成としたため、環境に配慮しつつ高い遮断能力を得ることができる。また、投入（通電）状態では、通電接触部を冷却効果の大きい液体の中に置くことにより、高い冷却特性を得ることができ、ひいては大電流通電も可能となる。
【００１８】
さらには、電流遮断時に発生したカーボンなどの分解生成物は電極間に滞留せず、電極内のフィルターで捕捉されるので、極間絶縁を低下させることはない。また、従来のガス遮断器のように電極間に流れ制御の絶縁物ノズルなどを配置しない構成であるため、これら絶縁物にカーボンが付着して極間の絶縁が低下することも防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る流体吹付け遮断器の投入（通電）状態を示す一部断面図である。
【図２】図１の遮断動作中を示した一部断面図である。
【図３】図１の遮断（開極）状態を示した一部断面図である。
【図４】本発明に係る液体吹付け遮断器の他の実施例を示した一部断面図である。
【図５】従来のＯＣＢの遮断部と消弧原理を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００２０】
図１は、本発明による液体吹付け遮断器の１実施例における遮断部３０の一部断面図である。遮断部３０は図示しない密閉容器内に配置されている。密閉容器内は植物由来の絶縁油で満たされている。
【００２１】
植物由来の絶縁油としてはパームヤシ油、菜種油等があるが、これらは原油の状態では動粘度が高い。例えば菜種油の原油は動粘度が７０ｍｍ２／ｓ程度であり、遮断器に用いることは実用的ではない。このため、エステル交換反応により原油をエステル化することにより、低粘度化を図っている。なお、遮断器に用いる絶縁油の実用的な範囲として動粘度は６ｍｍ２／ｓ以下であれば良い。その代表例はパームヤシ脂肪酸エステル（以下「ＰＦＡＥ」と称する。）、菜種エステルであり、本実施例においてはＰＦＡＥ４０を用いた例について説明する。ＰＦＡＥ４０は動粘度が５ｍｍ２／ｓ程度と低い。これは遮断器等の油圧操作器の作動油の動粘度が１３ｍｍ２／ｓ程度であることと比べても約４０％も小さい値である。このため、流動性が高く高速吹付けに適した油であると言える。
【００２２】
次に、遮断部３０の構造を図１に基づき説明する。１は静止側固定電極であり、これに対向して駆動側固定電極２が配置されている。静止側固定電極１は絶縁支持体を介して、密閉容器（共に図示せず）に固定されている。一方、駆動側固定電極２は絶縁筒１０によって密閉容器に固定されている。
【００２３】
静止側固定電極１及び可動側固定電極２内には、後述する遮断動作時にアークにより熱せられたＰＦＡＥ４０を冷却するための冷却手段６と、遮断動作時に発生するＰＦＡＥ４０の分解生成物を補足するフィルター７とが設けられている。冷却手段６としては、例えば銅、アルミ、鉄等の金属よりなるフィンを用いる。なお、冷却手段６及びフィルター７の配置箇所は、本実施例のような電極内に限らず、アーク吹付け後のＰＦＡＥ４０が遮断部３０内を経て再び密閉容器空間に至るまでの油の循環経路上に設ければ良い。
【００２４】
駆動側固定電極２の同軸外周円上には、摺動接触子３が配置されており、これらは電気的に接続されている。摺動接触子３の外周にはシリンダ４が配置されている。摺動接触子３及びシリンダ４は別体に作られており、シリンダ４は摺動接触子３の上を摺動可能となっている。さらに、摺動接触子３の外周には、シリンダ４と、固定ピストン５からなる加圧室１１が設けられている。また、９は操作ロッドであり、摺動接触子３に連結している。
【００２５】
摺動接触子３には、後述する投入動作時において、シリンダ４と当接する突出部３３が設けられている。さらに摺動接触子３には、引っ張りばね３１の一方のばね係合部３１ａと係合するばね受け部材３２が接続されている。
【００２６】
シリンダ４には逆止弁３４が設けられている。この逆止弁３４は密閉容器側からシリンダ４の内部方向へのみＰＦＡＥ４０が流れ込むようになっており、逆方向からはＰＦＡＥ４０を封止する機能を持っている。さらにシリンダ４には、引っ張りばね３１の他方のばね係合部３１ｂが接続されている。すなわち、摺動接触子３及びシリンダ４は、引っ張りばね３１、各ばね係合部３１ａ、３１ｂ及びばね受け部材３２を介して接続されている。なお、引っ張りばね３１は周方向に複数、例えば４本を等間隔に配置している。
【００２７】
前述のように、遮断器の密閉容器及び遮断部３０はＰＦＡＥ４０で満たされている。すなわち、シリンダ４内の加圧室１１や各固定電極１、２の内部にも、ＰＦＡＥ４０が満たされている。
【００２８】
次に本実施例における遮断器の動作を図１〜図３に基づき説明する。図１に示す投入（通電）状態では、電流は図示しない送電線、ブッシング、導体等を介して静止側固定電極１に流れる。さらに摺動接触子３、駆動側固定電極２及び図示しない導体等を介して機器系統へと流れる。
【００２９】
遮断指令が出ると、図示しない操作器が操作ロッド９を図中右方向に駆動する。摺動接触子３は操作ロッド９と直結しているため、操作ロッド９の動きと共に右側に移動する。シリンダ４は、ばね受け部３１ｂ、引っ張りばね３１及びをばね受け部３１ａによって摺動接触子３と連結しているため、これらを介して右方向への駆動力を受ける。しかしながら、摺動接触子３が静止側固定電極１と開離するまでの間、シリンダ４内の加圧室１１はＰＦＡＥ４０で満たされた密閉空間となっているため、シリンダ４に右方向の駆動力が加わっても、加圧室１１のＰＦＡＥ４０は容積が変動せず、シリンダ４は動かない状態となっている。この時、右方向へかかる駆動力はシリンダ４の代わりに、引っ張りばね３１に蓄勢される。
【００３０】
さらに摺動接触子３が静止側固定電極１上を右方向に摺動し、開極した後は、一旦静止側固定電極１と摺動接触子３の間で発弧する。その後、図２に示すようにＰＦＡＥ４０の作用でアーク１２は各固定電極１、２間に移転する。この開極後のアーク発生時と同時に加圧室１１は開放される。これに伴い引っ張りばね３１に蓄勢されたばね力も開放され、シリンダ４が右方向へと急速に移動する。
【００３１】
このように開極時にシリンダ４が右へと移動することに伴い、シリンダ４と固定ピストン５に囲まれた加圧室１１内のＰＦＡＥ４０がいっそう加圧される。加圧されたＰＦＡＥ４０は、ＰＦＡＥ４０流４０ａとなって直接アーク１２に吹付けられる。これによりアーク１２が消弧され、電流の遮断が行われる。このように、本実施例においては、摺動接触子３及びシリンダ４が引っ張りばね３１を介して時間差で右方向へと移動することで加圧室１１内のＰＦＡＥ４０をタイミング良くアークに吹付けている。
【００３２】
遮断動作の終盤になると、摺動接触子３及びシリンダ４は更に右に移動し、図３に示すように遮断（開極）完了状態となって停止する。遮断時において熱せられたＰＦＡＥ４０は冷却手段６を通過する。また、ＰＦＡＥ４０がアーク１２と作用することで分解し、発生したカーボンなどの分解生成物は、各固定電極１、２内に設けられたフィルター７で捕獲される。
【００３３】
ＰＦＡＥ４０は各固定電極１、２に形成された排出穴８より密閉容器中に開放循環される。なお、摺動接触子３及び固定ピストン５にはそれぞれスリットが形成されているため、各固定電極１、２から排出されたＰＦＡＥ４０はスムーズに密閉容器中へ循環される。
【００３４】
次に、投入指令が出されると、操作器により操作ロッド９及びこれと連結する摺動接触子３は左方向に駆動される。この時、摺動接触子３に設けられた係合部３２がシリンダ４と係合するため、シリンダ４は摺動接触子３によって左方向へと押されるように移動する。
【００３５】
摺動接触子３が静止側固定電極１と接触すると、加圧室１１は再び密閉空間となる。摺動接触子３及びシリンダ４がさらに左方向に進むにつれ、加圧室１１の容積は大きくなるが、この時シリンダ４に設けられた逆止弁３４が開くことで密閉容器側から加圧室１１へＰＦＡＥ４０が流入する。また、逆止弁３４により加圧室１１側から密閉容器側へのＰＦＡＥ４０の流出は阻止される。このため、加圧室１１は常にＰＦＡＥ４０で満たされた状態となる。このようにして摺動接触子３及びシリンダ４が左方向へ移動していくことで再び図１の投入状態に戻る。
【００３６】
以上、説明したように、本発明の実施例１においては動粘度が５ｍｍ２／ｓ程度のＰＦＡＥ４０を液体状態で直接アーク１２に吹付ける構成としたため、環境に配慮しつつ高い遮断能力を得ることができる。また、投入状態では、静止側固定電極１、駆動側固定電極２及び摺動接触子３といった通電接触部を冷却効果の大きい液体の中に置くことにより、高い冷却特性を得ることができ、ひいては大電流通電も可能となる。
【００３７】
さらには、電流遮断時に発生したカーボンなどの分解生成物は、各固定電極１、２間に滞留せず、電極内のフィルター７で捕捉されるので、極間絶縁を低下させることはない。また、従来のガス遮断器のように電極間に流れ制御の絶縁物ノズルなどを配置しない構成であるため、これら絶縁物にカーボンが付着して極間の絶縁が低下することも防止できる。
【実施例２】
【００３８】
実施例１は、ＰＦＡＥ４０を、シリンダ４を駆動しアークに吹付けることで遮断動作を行っていた。図４に示す本実施例では、密閉容器２６及び遮断部３０にＰＦＡＥ４０が充填されているのは実施例１と同様であるが、ＰＦＡＥ４０のアークへの吹付け手段が異なる。
【００３９】
まず、本実施例の構成につき図４に基づき説明する。なお、実施例１と同一の構成については同一記号を付し、説明は省略する。
【００４０】
２９は絶縁支持体であり静止側固定電極１を密閉容器２６に固定している。一方、駆動側固定電極２は絶縁筒２０により固定されている。これらの固定電極１、２の内部には実施例１と同様に冷却手段６及びフィルター７が配置されている。
【００４１】
２２は油タンクであり、ＰＦＡＥ４０が充填されている。油タンク２２には排油用油流制御弁１５を有する配管２４と油ポンプ２３が接続されている。油ポンプ２３にはＰＦＡＥ４０が加圧されるアキュームレータ１３が接続されている。さらにアキュームレータ１３には、吹付用油流制御弁１４を有する給油用絶縁管１７と、投入用油流制御弁１６を有する配管２５が接続されている。配管２４及び２５は、配管３５に直結しており、この配管３５を介して操作シリンダ１９と連結している。
【００４２】
給油用絶縁管１７の一端は消弧室１８に接続されている。消弧室１８は、その同軸内周円上に配置される摺動接触子３と別体で作られ、摺動接触子３は消弧室１８の上を摺動可能となっている。さらに摺動接触子３は操作ロッド９に連結している。操作ロッド９は、一端が操作ピストン部９ａを成している。この操作ピストン部９ａと密閉容器２６下部に形成された操作シリンダ１９により、下部シリンダ室２１を形成している。また、２７は配管であり、油圧制御弁２８を介して密閉容器２６及び油タンク２２を接続している。
【００４３】
次に本実施例の動作につき説明する。図４に示す投入状態では、電流は図示しない送電線、ブッシング、導体等を介して静止側固定電極１に流れる。さらに、摺動接触子３、駆動側固定電極２へと流れ、図示しない導体等によって機器系統へと流れる。
【００４４】
遮断指令があると、排油用油流制御弁１５が開き、下部シリンダ室２１内に蓄えられていた高圧のＰＦＡＥ４０は配管２４を通って油タンク２２に放出される。これにより、ピストン部９ａを有する操作ロッド９も下方に駆動される。このとき、操作ロッド９と連結された摺動接触子３は下方に駆動され、絶縁筒２０内に侵入する。
【００４５】
このように摺動接触子３は静止側固定電極１上を下方に摺動した後、開極する。開極後は、ＰＦＡＥ４０の作用で各固定電極１、２間にアークが点弧する。これと同時に、吹付け用制御弁１４が開き、アキュームレータ１３内で加圧されたＰＦＡＥ４０が給油用絶縁管１７を通り消弧室１８内に放出される。このＰＦＡＥ４０はアークに直接吹付けられ、アークを消弧することで、電流が遮断される。遮断が終了すると吹付け用制御弁１４が閉じ、再びアキュームレータ１３内でＰＦＡＥ４０が蓄圧される。
【００４６】
アーク吹付け後のＰＦＡＥ４０は冷却筒６、フィルター７、排出穴８及び摺動接触子３のスリット部を通って密閉容器２６内に開放循環される。なお、密閉容器２６内の圧力が一定以上になると、図示しない油圧監視装置の指令により油圧制御弁２８が開き、密閉容器２６内のＰＦＡＥ４０が油タンク２２に排出される。密閉容器２６内が所定の圧力に戻ると油圧制御弁２８が閉じる。
【００４７】
一方、油タンク２２に入ったＰＦＡＥ４０は、油ポンプ２３で加圧されて、アキュームレータ１３に戻る。投入動作時には、投入用制御弁１６が開き、アキュームレータ１３から下部シリンダ２１に高圧のＰＦＡＥ４０が流れ込む。これにより操作ロッド９が上方に押し上げられることで、摺動接触子３及び静止側固定電極１が接触し、図４の投入状態に至る。
【００４８】
本方式は、気体ではその圧縮性から、駆動、吹付けとも時間遅れが生じて、高速遮断動作を実現出来ないが、本発明では作動流体が非圧縮性の液体であるので実現可能となる。
【００４９】
このように、本実施例によれば、動粘度が５ｍｍ２／ｓ程度のＰＦＡＥ４０を液体状態で直接アーク１２に吹付ける流量が、実施例１に比べて大きくなるとともに、吹付け時間も長くできるため、環境に配慮しつつより高い遮断能力を得ることができる。また、投入状態では、静止側固定電極１、駆動側固定電極２及び摺動接触子３といった通電接触部を冷却効果の大きい液体の中に置くことにより、高い冷却特性を得ることができ、ひいては大電流通電も可能となる。
【００５０】
さらには、電流遮断時に発生したカーボンなどの分解生成物は電極間に滞留せず、電極内のフィルターで捕捉されるので、極間絶縁を低下させることはない。また、従来のガス遮断器のように電極間に流れ制御の絶縁物ノズルなどを配置しない構成であるため、これら絶縁物にカーボンが付着して極間の絶縁が低下することも防止できる。
【符号の説明】
【００５１】
１ 静止側固定電極
２ 駆動側固定電極
３ 摺動接触子
４ シリンダ
５ 固定ピストン
６ 冷却手段
７ フィルター
８ 排流穴
９ 操作ロッド
１１ 加圧室
１３ アキュームレータ
１７ 給油用絶縁管
１８ 消弧室
１９ 操作シリンダ
９ａ 操作ピストン
１０、２０ 絶縁筒
２１ 下部シリンダ室
２４、２５、３５ 配管
３０ 遮断部
３１ 引っ張りばね
３１ａ、３１ｂ ばね係合部
３２ ばね受け部材
３３ 突出部
３４ 逆止弁
４０ ＰＦＡＥ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遮断性能、通電性能に優れ、かつ環境に悪影響を与えない絶縁液体を消弧媒体として使用することのできる液体吹付け遮断器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電力系統の保護機器である遮断器は、現在、主に真空遮断器（以下「ＶＣＢ」と称する。）とＳＦ６等の絶縁ガスを使用したガス遮断器（以下「ＧＣＢ」と称する。）が用いられている。ＶＣＢは、小形、低操作力、メンテナンスフリーの特性を生かして、主に７２ｋＶ以下の電圧系統に用いられている。ＧＣＢは、その高耐電圧、大電流遮断・大電流通電の特性を活かして、主に７２ｋＶ以上の電圧系統に用いられている。共に、その優れた性能により、現在の電力系統の高信頼度化を実現している重要機器である。
【０００３】
また、ＧＣＢ、ＶＣＢ以外の遮断器として、従来、液体遮断器が用いられていた。その代表例として、非特許文献１記載のような、鉱油由来の絶縁油（以下「鉱油」と称する。）を用いた油遮断器（以下「ＯＣＢ」と称する。）がある。なお、ここで言う鉱油とは、主として変圧器、遮断器等の受変電機器に用いられる絶縁油を指している。このＯＣＢは図５に示すように、固定接触子３６及び可動接触子３７を鉱油３８中に配置したものである。遮断原理はアーク熱で油を加熱気化して水素ガス３９を発生させ、水素ガス３９をアーク４１に吹付け遮断するものであり、実質的には水素ガス遮断器であった。よって水素ガスの特性で遮断性能が決まっており、ＳＦ６ガスよりも性能が低く、さらに鉱油は環境負荷が大きいという問題もあった。
【０００４】
このような経緯により、主に７２ｋＶ以上の電圧系統ではＶＣＢ、ＯＣＢに代わりＧＣＢが用いられているが、ＧＣＢに関してもＯＣＢと同様に環境適合の面で問題がある。ＧＣＢの使用ガスとして主に利用されているＳＦ６ガスの地球温暖化係数（ＧＷＰ）は２３９００と高く、温暖化規制ガスに指定されている。このため使用量削減要求が強くなり、環境適合のＳＦ６代替（ＳＦ６フリー）ガスを目指したＧＣＢの開発が要請されている。
【０００５】
この改善策として、ＧＣＢのＳＦ６ガス使用量を削減するため、ＳＦ６ガスと他のガスとの混合ガスや、代替ガスを用いた遮断器が検討されている。例えば代替ガスとしてＣＯ２ガスや、ＣＦ３Ｉガスなどを用いたＧＣＢ（特許文献１）が提案され研究開発が活発に行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−８４７６８
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】電気学会編 電気学会大学講座 電力用遮断器（昭和50年発行）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述のＳＦ６と他のガスとの混合ガス遮断器は、寒冷地対応などで実使用されているものの、完全なＳＦ６ガス代替（ＳＦ６ガスフリー）とはなっておらず、環境適合の点で問題が残る。また、ＳＦ６代替ガスは遮断器の性能の大幅な低下を招く。例えばＣＯ２ガスの絶縁性能はＳＦ６ガスの約１/３しかない。また、ＣＦ３Ｉに関しては液化温度が高いという問題がある。従来のガス絶縁遮断器において、ＳＦ６ガスはほぼ０．５ＭＰａに充填されるが、０．５ＭＰａでは、ＣＦ３Ｉの液化温度は２０℃程度と高くなるため、ガス遮断器への適用は困難である。さらにはアークによる分解でＳＦ６ガスのように再結合せず、有害分解生成物質を析出するなどの問題がある。
【０００９】
一方、ＶＣＢにおいては、環境上の問題は無いが、特性上、高電圧化、大電流化（通電性能）が難しく、ＧＣＢとの代替可能分野には限界がある。高電圧化に関しては、直列多点構成で対応が可能であるが、ＶＣＢの遮断部全長の長尺化、操作機構の複雑大型化が避けられない。さらに、基幹系統で必要となる大電流通電（例えば６０００Ａ）は困難であり、ＶＣＢの外部に別途通電接触子を設ける必要がある等、絶縁協調や構造で複雑化が避けられないという問題がある。
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明の目的は、環境負荷が大きいＳＦ６ガスや鉱油を使用せず、かつ簡易な構造で高電圧化及び大電流化を実現した植物由来絶縁油を用いた液体吹付け遮断器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
従来のＯＣＢでは、一旦液体をガス化したが、気体よりも液体を直接吹付ける方が、冷却効果も十分発揮でき、アークへ作用する質量流量（ｍａｓｓｆｌｏｗ）も非常に大きく出来る点に着目した。しかし、鉱油をＳＦ６代替として使用することは環境対策とはならない。さらに、効率的な吹付けのためには、流動性の高い（粘性の低い）液体の方が格段に有利である。そこで、本発明の液体吹付け遮断器は、以下に述べる通り、動粘度が６ｍｍ２／ｓ以下の植物由来絶縁油を直接アークに吹付ける構成とした。なお、本文中における動粘度の値はすべて４０℃条件下での値を示す。
【００１２】
すなわち、本発明に係る遮断器は、絶縁媒体を充填する密閉容器内に操作器にて開閉操作される遮断部を配置し、前記遮断部は静止側及び駆動側の一対の固定電極と、前記操作器によって駆動され、前記静止側固定電極と前記駆動側固定電極間を橋絡する状態から、前記駆動側固定電極側に後退して、前記静止側固定電極から開離する摺動接触子と、前記摺動接触子が前記静止側固定電極から開離した際、前記両固定電極間に発生したアークに前期絶縁媒体を吹付ける吹付け手段とを備え、さらに前記絶縁媒体は、エステル化した植物由来絶縁油であることを特徴とする液体吹付け遮断器。
【００１３】
前記植物由来絶縁油は、パームやし脂肪酸エステルであることを特徴とする。
【００１４】
また、前記吹付け手段は、シリンダ及びピストンより成ることを特徴とする。
【００１５】
また、前記吹付け手段はアキュームレータと、これに接続された制御弁及び配管から成ることを特徴とする。
【００１６】
さらに、アーク吹付け後の植物由来絶縁油は、冷却手段及び、フィルターのいずれか一方又はその双方を介して前記密閉容器に循環されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の遮断器は、動粘度が６ｍｍ２／ｓ以下の植物由来絶縁油を直接アークに吹付ける構成としたため、環境に配慮しつつ高い遮断能力を得ることができる。また、投入（通電）状態では、通電接触部を冷却効果の大きい液体の中に置くことにより、高い冷却特性を得ることができ、ひいては大電流通電も可能となる。
【００１８】
さらには、電流遮断時に発生したカーボンなどの分解生成物は電極間に滞留せず、電極内のフィルターで捕捉されるので、極間絶縁を低下させることはない。また、従来のガス遮断器のように電極間に流れ制御の絶縁物ノズルなどを配置しない構成であるため、これら絶縁物にカーボンが付着して極間の絶縁が低下することも防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る流体吹付け遮断器の投入（通電）状態を示す一部断面図である。
【図２】図１の遮断動作中を示した一部断面図である。
【図３】図１の遮断（開極）状態を示した一部断面図である。
【図４】本発明に係る液体吹付け遮断器の他の実施例を示した一部断面図である。
【図５】従来のＯＣＢの遮断部と消弧原理を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００２０】
図１は、本発明による液体吹付け遮断器の１実施例における遮断部３０の一部断面図である。遮断部３０は図示しない密閉容器内に配置されている。密閉容器内は植物由来の絶縁油で満たされている。
【００２１】
植物由来の絶縁油としてはパームヤシ油、菜種油等があるが、これらは原油の状態では動粘度が高い。例えば菜種油の原油は動粘度が７０ｍｍ２／ｓ程度であり、遮断器に用いることは実用的ではない。このため、エステル交換反応により原油をエステル化することにより、低粘度化を図っている。なお、遮断器に用いる絶縁油の実用的な範囲として動粘度は６ｍｍ２／ｓ以下であれば良い。その代表例はパームヤシ脂肪酸エステル（以下「ＰＦＡＥ」と称する。）、菜種エステルであり、本実施例においてはＰＦＡＥ４０を用いた例について説明する。ＰＦＡＥ４０は動粘度が５ｍｍ２／ｓ程度と低い。これは遮断器等の油圧操作器の作動油の動粘度が１３ｍｍ２／ｓ程度であることと比べても約４０％も小さい値である。このため、流動性が高く高速吹付けに適した油であると言える。
【００２２】
次に、遮断部３０の構造を図１に基づき説明する。１は静止側固定電極であり、これに対向して駆動側固定電極２が配置されている。静止側固定電極１は絶縁支持体を介して、密閉容器（共に図示せず）に固定されている。一方、駆動側固定電極２は絶縁筒１０によって密閉容器に固定されている。
【００２３】
静止側固定電極１及び可動側固定電極２内には、後述する遮断動作時にアークにより熱せられたＰＦＡＥ４０を冷却するための冷却手段６と、遮断動作時に発生するＰＦＡＥ４０の分解生成物を補足するフィルター７とが設けられている。冷却手段６としては、例えば銅、アルミ、鉄等の金属よりなるフィンを用いる。なお、冷却手段６及びフィルター７の配置箇所は、本実施例のような電極内に限らず、アーク吹付け後のＰＦＡＥ４０が遮断部３０内を経て再び密閉容器空間に至るまでの油の循環経路上に設ければ良い。
【００２４】
駆動側固定電極２の同軸外周円上には、摺動接触子３が配置されており、これらは電気的に接続されている。摺動接触子３の外周にはシリンダ４が配置されている。摺動接触子３及びシリンダ４は別体に作られており、シリンダ４は摺動接触子３の上を摺動可能となっている。さらに、摺動接触子３の外周には、シリンダ４と、固定ピストン５からなる加圧室１１が設けられている。また、９は操作ロッドであり、摺動接触子３に連結している。
【００２５】
摺動接触子３には、後述する投入動作時において、シリンダ４と当接する突出部３３が設けられている。さらに摺動接触子３には、引っ張りばね３１の一方のばね係合部３１ａと係合するばね受け部材３２が接続されている。
【００２６】
シリンダ４には逆止弁３４が設けられている。この逆止弁３４は密閉容器側からシリンダ４の内部方向へのみＰＦＡＥ４０が流れ込むようになっており、逆方向からはＰＦＡＥ４０を封止する機能を持っている。さらにシリンダ４には、引っ張りばね３１の他方のばね係合部３１ｂが接続されている。すなわち、摺動接触子３及びシリンダ４は、引っ張りばね３１、各ばね係合部３１ａ、３１ｂ及びばね受け部材３２を介して接続されている。なお、引っ張りばね３１は周方向に複数、例えば４本を等間隔に配置している。
【００２７】
前述のように、遮断器の密閉容器及び遮断部３０はＰＦＡＥ４０で満たされている。すなわち、シリンダ４内の加圧室１１や各固定電極１、２の内部にも、ＰＦＡＥ４０が満たされている。
【００２８】
次に本実施例における遮断器の動作を図１〜図３に基づき説明する。図１に示す投入（通電）状態では、電流は図示しない送電線、ブッシング、導体等を介して静止側固定電極１に流れる。さらに摺動接触子３、駆動側固定電極２及び図示しない導体等を介して機器系統へと流れる。
【００２９】
遮断指令が出ると、図示しない操作器が操作ロッド９を図中右方向に駆動する。摺動接触子３は操作ロッド９と直結しているため、操作ロッド９の動きと共に右側に移動する。シリンダ４は、ばね受け部３１ｂ、引っ張りばね３１及びをばね受け部３１ａによって摺動接触子３と連結しているため、これらを介して右方向への駆動力を受ける。しかしながら、摺動接触子３が静止側固定電極１と開離するまでの間、シリンダ４内の加圧室１１はＰＦＡＥ４０で満たされた密閉空間となっているため、シリンダ４に右方向の駆動力が加わっても、加圧室１１のＰＦＡＥ４０は容積が変動せず、シリンダ４は動かない状態となっている。この時、右方向へかかる駆動力はシリンダ４の代わりに、引っ張りばね３１に蓄勢される。
【００３０】
さらに摺動接触子３が静止側固定電極１上を右方向に摺動し、開極した後は、一旦静止側固定電極１と摺動接触子３の間で発弧する。その後、図２に示すようにＰＦＡＥ４０の作用でアーク１２は各固定電極１、２間に移転する。この開極後のアーク発生時と同時に加圧室１１は開放される。これに伴い引っ張りばね３１に蓄勢されたばね力も開放され、シリンダ４が右方向へと急速に移動する。
【００３１】
このように開極時にシリンダ４が右へと移動することに伴い、シリンダ４と固定ピストン５に囲まれた加圧室１１内のＰＦＡＥ４０がいっそう加圧される。加圧されたＰＦＡＥ４０は、ＰＦＡＥ４０流４０ａとなって直接アーク１２に吹付けられる。これによりアーク１２が消弧され、電流の遮断が行われる。このように、本実施例においては、摺動接触子３及びシリンダ４が引っ張りばね３１を介して時間差で右方向へと移動することで加圧室１１内のＰＦＡＥ４０をタイミング良くアークに吹付けている。
【００３２】
遮断動作の終盤になると、摺動接触子３及びシリンダ４は更に右に移動し、図３に示すように遮断（開極）完了状態となって停止する。遮断時において熱せられたＰＦＡＥ４０は冷却手段６を通過する。また、ＰＦＡＥ４０がアーク１２と作用することで分解し、発生したカーボンなどの分解生成物は、各固定電極１、２内に設けられたフィルター７で捕獲される。
【００３３】
ＰＦＡＥ４０は各固定電極１、２に形成された排出穴８より密閉容器中に開放循環される。なお、摺動接触子３及び固定ピストン５にはそれぞれスリットが形成されているため、各固定電極１、２から排出されたＰＦＡＥ４０はスムーズに密閉容器中へ循環される。
【００３４】
次に、投入指令が出されると、操作器により操作ロッド９及びこれと連結する摺動接触子３は左方向に駆動される。この時、摺動接触子３に設けられた係合部３２がシリンダ４と係合するため、シリンダ４は摺動接触子３によって左方向へと押されるように移動する。
【００３５】
摺動接触子３が静止側固定電極１と接触すると、加圧室１１は再び密閉空間となる。摺動接触子３及びシリンダ４がさらに左方向に進むにつれ、加圧室１１の容積は大きくなるが、この時シリンダ４に設けられた逆止弁３４が開くことで密閉容器側から加圧室１１へＰＦＡＥ４０が流入する。また、逆止弁３４により加圧室１１側から密閉容器側へのＰＦＡＥ４０の流出は阻止される。このため、加圧室１１は常にＰＦＡＥ４０で満たされた状態となる。このようにして摺動接触子３及びシリンダ４が左方向へ移動していくことで再び図１の投入状態に戻る。
【００３６】
以上、説明したように、本発明の実施例１においては動粘度が５ｍｍ２／ｓ程度のＰＦＡＥ４０を液体状態で直接アーク１２に吹付ける構成としたため、環境に配慮しつつ高い遮断能力を得ることができる。また、投入状態では、静止側固定電極１、駆動側固定電極２及び摺動接触子３といった通電接触部を冷却効果の大きい液体の中に置くことにより、高い冷却特性を得ることができ、ひいては大電流通電も可能となる。
【００３７】
さらには、電流遮断時に発生したカーボンなどの分解生成物は、各固定電極１、２間に滞留せず、電極内のフィルター７で捕捉されるので、極間絶縁を低下させることはない。また、従来のガス遮断器のように電極間に流れ制御の絶縁物ノズルなどを配置しない構成であるため、これら絶縁物にカーボンが付着して極間の絶縁が低下することも防止できる。
【実施例２】
【００３８】
実施例１は、ＰＦＡＥ４０を、シリンダ４を駆動しアークに吹付けることで遮断動作を行っていた。図４に示す本実施例では、密閉容器２６及び遮断部３０にＰＦＡＥ４０が充填されているのは実施例１と同様であるが、ＰＦＡＥ４０のアークへの吹付け手段が異なる。
【００３９】
まず、本実施例の構成につき図４に基づき説明する。なお、実施例１と同一の構成については同一記号を付し、説明は省略する。
【００４０】
２９は絶縁支持体であり静止側固定電極１を密閉容器２６に固定している。一方、駆動側固定電極２は絶縁筒２０により固定されている。これらの固定電極１、２の内部には実施例１と同様に冷却手段６及びフィルター７が配置されている。
【００４１】
２２は油タンクであり、ＰＦＡＥ４０が充填されている。油タンク２２には排油用油流制御弁１５を有する配管２４と油ポンプ２３が接続されている。油ポンプ２３にはＰＦＡＥ４０が加圧されるアキュームレータ１３が接続されている。さらにアキュームレータ１３には、吹付用油流制御弁１４を有する給油用絶縁管１７と、投入用油流制御弁１６を有する配管２５が接続されている。配管２４及び２５は、配管３５に直結しており、この配管３５を介して操作シリンダ１９と連結している。
【００４２】
給油用絶縁管１７の一端は消弧室１８に接続されている。消弧室１８は、その同軸内周円上に配置される摺動接触子３と別体で作られ、摺動接触子３は消弧室１８の上を摺動可能となっている。さらに摺動接触子３は操作ロッド９に連結している。操作ロッド９は、一端が操作ピストン部９ａを成している。この操作ピストン部９ａと密閉容器２６下部に形成された操作シリンダ１９により、下部シリンダ室２１を形成している。また、２７は配管であり、油圧制御弁２８を介して密閉容器２６及び油タンク２２を接続している。
【００４３】
次に本実施例の動作につき説明する。図４に示す投入状態では、電流は図示しない送電線、ブッシング、導体等を介して静止側固定電極１に流れる。さらに、摺動接触子３、駆動側固定電極２へと流れ、図示しない導体等によって機器系統へと流れる。
【００４４】
遮断指令があると、排油用油流制御弁１５が開き、下部シリンダ室２１内に蓄えられていた高圧のＰＦＡＥ４０は配管２４を通って油タンク２２に放出される。これにより、ピストン部９ａを有する操作ロッド９も下方に駆動される。このとき、操作ロッド９と連結された摺動接触子３は下方に駆動され、絶縁筒２０内に侵入する。
【００４５】
このように摺動接触子３は静止側固定電極１上を下方に摺動した後、開極する。開極後は、ＰＦＡＥ４０の作用で各固定電極１、２間にアークが点弧する。これと同時に、吹付け用制御弁１４が開き、アキュームレータ１３内で加圧されたＰＦＡＥ４０が給油用絶縁管１７を通り消弧室１８内に放出される。このＰＦＡＥ４０はアークに直接吹付けられ、アークを消弧することで、電流が遮断される。遮断が終了すると吹付け用制御弁１４が閉じ、再びアキュームレータ１３内でＰＦＡＥ４０が蓄圧される。
【００４６】
アーク吹付け後のＰＦＡＥ４０は冷却筒６、フィルター７、排出穴８及び摺動接触子３のスリット部を通って密閉容器２６内に開放循環される。なお、密閉容器２６内の圧力が一定以上になると、図示しない油圧監視装置の指令により油圧制御弁２８が開き、密閉容器２６内のＰＦＡＥ４０が油タンク２２に排出される。密閉容器２６内が所定の圧力に戻ると油圧制御弁２８が閉じる。
【００４７】
一方、油タンク２２に入ったＰＦＡＥ４０は、油ポンプ２３で加圧されて、アキュームレータ１３に戻る。投入動作時には、投入用制御弁１６が開き、アキュームレータ１３から下部シリンダ２１に高圧のＰＦＡＥ４０が流れ込む。これにより操作ロッド９が上方に押し上げられることで、摺動接触子３及び静止側固定電極１が接触し、図４の投入状態に至る。
【００４８】
本方式は、気体ではその圧縮性から、駆動、吹付けとも時間遅れが生じて、高速遮断動作を実現出来ないが、本発明では作動流体が非圧縮性の液体であるので実現可能となる。
【００４９】
このように、本実施例によれば、動粘度が５ｍｍ２／ｓ程度のＰＦＡＥ４０を液体状態で直接アーク１２に吹付ける流量が、実施例１に比べて大きくなるとともに、吹付け時間も長くできるため、環境に配慮しつつより高い遮断能力を得ることができる。また、投入状態では、静止側固定電極１、駆動側固定電極２及び摺動接触子３といった通電接触部を冷却効果の大きい液体の中に置くことにより、高い冷却特性を得ることができ、ひいては大電流通電も可能となる。
【００５０】
さらには、電流遮断時に発生したカーボンなどの分解生成物は電極間に滞留せず、電極内のフィルターで捕捉されるので、極間絶縁を低下させることはない。また、従来のガス遮断器のように電極間に流れ制御の絶縁物ノズルなどを配置しない構成であるため、これら絶縁物にカーボンが付着して極間の絶縁が低下することも防止できる。
【符号の説明】
【００５１】
１ 静止側固定電極
２ 駆動側固定電極
３ 摺動接触子
４ シリンダ
５ 固定ピストン
６ 冷却手段
７ フィルター
８ 排流穴
９ 操作ロッド
１１ 加圧室
１３ アキュームレータ
１７ 給油用絶縁管
１８ 消弧室
１９ 操作シリンダ
９ａ 操作ピストン
１０、２０ 絶縁筒
２１ 下部シリンダ室
２４、２５、３５ 配管
３０ 遮断部
３１ 引っ張りばね
３１ａ、３１ｂ ばね係合部
３２ ばね受け部材
３３ 突出部
３４ 逆止弁
４０ ＰＦＡＥ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁媒体を充填する密閉容器内に操作器にて開閉操作される遮断部を配置し、前記遮断部は静止側及び駆動側の一対の固定電極と、前記操作器によって駆動され、前記静止側固定電極と前記駆動側固定電極間を橋絡する状態から、前記駆動側固定電極側に後退して、前記静止側固定電極から開離する摺動接触子と、前記摺動接触子が前記静止側固定電極から開離した際、前記両固定電極間に発生したアークに前期絶縁媒体を吹付ける吹付け手段とを備え、さらに前記絶縁媒体は、エステル化した植物由来絶縁油であることを特徴とする液体吹付け遮断器。
【請求項２】
前記植物由来絶縁油は、パームやし脂肪酸エステルであることを特徴とする請求項１記載の液体吹付け遮断器。
【請求項３】
前記アーク吹付け後の植物由来絶縁油は、冷却手段を介して前記密閉容器に循環されることを特徴とする請求項１または２記載の液体吹付け遮断器。
【請求項４】
前記アーク吹付け後の植物由来絶縁油は、フィルターを介して前記密閉容器に循環されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の液体吹付け遮断器。
【請求項５】
前記吹付け手段は、シリンダ及びピストンより成ることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の液体吹付け遮断器。
【請求項６】
前記吹付け手段は、アキュームレータと、これに接続された制御弁及び配管から成ること特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の液体吹付け遮断器。
【請求項１】
絶縁媒体を充填する密閉容器内に操作器にて開閉操作される遮断部を配置し、前記遮断部は静止側及び駆動側の一対の固定電極と、前記操作器によって駆動され、前記静止側固定電極と前記駆動側固定電極間を橋絡する状態から、前記駆動側固定電極側に後退して、前記静止側固定電極から開離する摺動接触子と、前記摺動接触子が前記静止側固定電極から開離した際、前記両固定電極間に発生したアークに前期絶縁媒体を吹付ける吹付け手段とを備え、さらに前記絶縁媒体は、エステル化した植物由来絶縁油であることを特徴とする液体吹付け遮断器。
【請求項２】
前記植物由来絶縁油は、パームやし脂肪酸エステルであることを特徴とする請求項１記載の液体吹付け遮断器。
【請求項３】
前記アーク吹付け後の植物由来絶縁油は、冷却手段を介して前記密閉容器に循環されることを特徴とする請求項１または２記載の液体吹付け遮断器。
【請求項４】
前記アーク吹付け後の植物由来絶縁油は、フィルターを介して前記密閉容器に循環されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の液体吹付け遮断器。
【請求項５】
前記吹付け手段は、シリンダ及びピストンより成ることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の液体吹付け遮断器。
【請求項６】
前記吹付け手段は、アキュームレータと、これに接続された制御弁及び配管から成ること特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の液体吹付け遮断器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１３８２３６（Ｐ２０１２−１３８２３６Ａ）
【公開日】平成２４年７月１９日（２０１２．７．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２８９２７３（Ｐ２０１０−２８９２７３）
【出願日】平成２２年１２月２７日（２０１０．１２．２７）
【出願人】（５０１３８３６３５）株式会社日本ＡＥパワーシステムズ (168)
【公開日】平成２４年７月１９日（２０１２．７．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２７日（２０１０．１２．２７）
【出願人】（５０１３８３６３５）株式会社日本ＡＥパワーシステムズ (168)
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