带灭弧器的断路器以及应用该断路器的受配电设备的制作方法

本发明涉及搭载有能够在低电压、中电压、高电压开关机构(switchgear)内发生接地故障、短路等电弧事故时迅速使发生事故的电路接地从而使事故电流流向大地的灭弧器(事故电弧去除装置)的断路器以及应用了该断路器的受配电设备。

背景技术：

低电压或中电压、或者高电压的受配电设备是作为大楼、工厂等电力供需的社会基础设施所不可或缺的设备系统，对于制造厂商而言，理所当然要考虑其安全性、可靠性，对于安装工程、运行维护整体而言也需要充分地考虑其安全性、可靠性。但是，虽然极其罕见，但有时会因为未预料到的小动物、异物的侵入，长年使用导致的绝缘劣化、或者超出想象的巨大地震所造成的设备损伤等，而使得电路的绝缘功能损坏，从而发生接地故障、短路等事故故障。

尤其在开关机构等关闭装置的内部短路故障中，由于会因大电流电弧的发生而导致电弧附近处于10,000～20,000℃左右的等离子状态，因此，周边的金属、绝缘物的一部分蒸汽化，电弧周边的空气等绝缘气体瞬时膨胀，装置内部变为极其高的电压，但开关机构等中若设有泄压装置，则高压的绝缘气体会与该蒸汽化后的金属气体、绝缘物分解气体一起在约10毫秒左右的时间内以安全的方向向装置外部一下子进行泄压，从而防止开关机构的损坏。

然后，在故障继续发生的情况下，由于继续产生大电流电弧，周边的导体、壳体等金属进一步熔融、蒸汽化，从而对装置等的受害损伤扩大。即使是像金属包覆型开关机构那样在开关机构内部用金属屏蔽板来对各电路区划的每一区进行划分的情况，在事故电弧的持续时间较长的情况下，也会因金属间隔壁变形、熔融等而导致损伤区划、损伤开关机构的范围扩大从而造成较大的损失。

对于这种受配电系统中的故障去除，通常设计为设置电力用断路器来用于电路的保护，但从检测出故障到利用断路器的动作使故障电路从电源断开从而能够去除设备装置的电弧故障的时间至少要花费100毫秒左右以上，因此，在该时间之前，发生了故障的装置会受到导致几乎不能够再使用的程度的大幅损伤，到受配电系统的恢复需要很长的期间，在该期间处于无法提供电力的状态。并且，恢复所需的费用也非常大。

因此，为了将损伤限制在最小限度，使事故故障后的设备恢复期间最小化，缩短电弧故障持续时间是有效的。

专利文献1是下述技术，即：在电弧事故发生后几毫秒这样的极其短的时间内，通过使故障电流经由阻抗远低于电弧电路的接地通电电路绕道流至大地，从而在超短时间内消除事故发生处的电弧，并介绍了应用该技术的系统。

此外，非专利文献1是上述专利文献1的发明的产品目录，也详细记载了应用的详细内容。

根据该非专利文献1，通过在故障发生后几毫秒的极短时间内使故障电流绕道流向接地电路，来消除故障部位的电弧。其结果能够使得注入故障部位的绝缘气体空间和导体、绝缘物及壳体等金属的电弧能量极少，从而该故障发生部位的电弧造成的损伤也极小，虽然因电弧电流的大小的不同其所造成的影响程度不同，但也有可能将损伤控制为在事故后以及事故原因去除后设备几乎能够直接工作的程度。

在这些现有技术文献中，作为灭弧器(事故电弧去除装置)的主要设备即高速接通装置(非专利文献1中的Primary switching unit，主开关单元)是使电弧事故时的故障电流在1.5毫秒的极短时间内接通并进行接地的装置，在将其搭载于开关机构等装置中的低压或中压、或者高压的三相电路与大地间的固定型或抽取型平板车的方式下，是各自进行安装的结构，因此，设置于开关机构的空余空间、或者根据需要延长重要部位的电路，增大开关机构来进行设置。

在搭载于抽取型平板车的方式下，通过撤去预备断路器等通常不使用的线路的断路器，向该断路器室插入搭载有高速接通装置的抽取型平板车，从而能够简单地进行设置。但是，为了应用这种方法，需要将预备的线路替换为灭弧功能，作为受配电设备的冗余性下降。并且，由于该高速接通装置是在故障电流接通时通过使接点熔接，从而在故障电路的电源侧断路器断开之前的期间进行故障电流通电的结构，因此，在一次动作后要进行替换。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第5254340号公报

非专利文献

非专利文献：中压产品-目录TK541/03UFESS3-Speed,Safety,Savings，(德国)，ABBAG，2012年，p.6-33

技术实现要素：

发明所要解决的技术问题

由于现有装置按上述方式来构成，因此，在受配电设备的规划时预先综合地对电路的故障预计部位、在该预计部位发生了电弧故障时需要断开的电路的范围、以及事故后的设备恢复的迅速化、事故后的停电实施范围等进行探讨，然后对在重要部位设置高速接通装置的情况进行规划。尤其是在最近的受配电设备中，为了使作业损耗最小化，例如在偶然发生事故时也要求事故电路以外的正常电路线路尽快恢复供电。

因此，例如，若尝试考虑在母线电路以外的分支电路发生事故的情况，则在仅将高速接通装置安装于母线部的情况下，包含发生事故的分支电路部在内，能够使电弧造成的损伤极小，虽然事故电流的大小不同所造成的影响程度不同，但例如在相对较小的电流的情况下，通过仅对事故线路电流部位进行清扫和检查，就能够直接再使用并恢复供电，或者即使发生事故的线路电路需要修理，其他线路电路仍处于直接能够恢复供电并进行使用的状态，在上述这些情况下，为了替换安装于母线部的高速接通装置，在该期间不得不使母线停电。

因此，将高速接通装置设置于各电路区划的每一区，对于设备恢复、恢复供电的迅速化，从而降低整体的作业损耗是有效的。

但是，为了将高速接通装置设置于各电路区划的每一区，在开关机构等装置内除了需要确保一定空间来进行电路侧通电导体的配置及其绝缘空间距离的确保、接地侧导体的配置之外，还需要确保一定空间来作为用于迅速替换高速接通装置的操作区域。

此外，在对已进行运行的设备进行追加安装的情况下，需要进行大规模的改造工程。

并且，对于因发生电弧故障从而高速接通装置进行动作之后的替换操作，也需要进行通电导体部、接地导体部、以及高速接通装置的固定部、驱动信号线等连接部的解体、安装操作，这期间的停电时间较长。

解决技术问题所采用的技术方案

本发明是为了改善上述问题而完成的，其目的在于提供一种由开关机构构成的受配电设备，该开关机构中，与重要部位的电路区划相对应地组装入带灭弧器的断路器，该带灭弧器的断路器设为通过注入成型等手段将高速接通装置埋入绝缘支承物内或将高速接通装置安装到绝缘支承物内，并且该带灭弧器的断路器设为抽取型。

发明效果

上述那样的带灭弧器的断路器以及应用了该断路器的受配电设备由搭载有带灭弧器的断路器来取代通常的以电路区划为单位进行保护区划的断路器的开关机构构成，因此，不需要进行用于将开关机构内部的作为电路区划灭弧器功能的主要设备的高速接通装置安装到重要部位的设计考量，也不需要确保用于该高速接通装置的空间，从而能够获得小型且容易进行设备规划的受配电设备。

此外，在对已实施运行的受配电设备的开关机构等装置增加灭弧器功能的情况下，虽然需要进行下述追加操作，例如设置利用光纤等的传感器的电弧事故检测装置以及向高速接通装置配置驱动信号线等，但不需要进行会对开关机构的结构、外形尺寸造成较大影响的主回路电路以及开关机构壳体追加等大幅改造，抽取型断路器能够替换为带灭弧器的断路器，能够缩短追加改造所导致的设备停电期间，从而能够实现设备作业损耗的极少化。

并且，在伴随着偶然的电弧事故发生而进行的高速接通装置的动作中，即使在进行替换的情况下，也能够在抽取出断路器的状态下进行更换操作，因此操作性良好并能在短时间内完成，从而能够使设备的恢复供电尽可能早，进而能够减少作业损耗。另外，若存在预备的带灭弧器的断路器，则更换为该带灭弧器的断路器即可，从而具有能够更早恢复供电的效果。

附图说明

图1是表示应用了本发明的实施方式1所示的带灭弧器的断路器的受配电设备的一个示例的单线连接图。

图2是表示本发明的实施方式1所示的带灭弧器的断路器(单侧型)的单线图记号的图。

图3是表示本发明的实施方式1所示的带灭弧器的断路器(单侧型)的结构示意图。

图4是表示本发明的实施方式1所示的带灭弧器的断路器(两侧型)的单线图记号的图。

图5是表示本发明的实施方式1所示的带灭弧器的断路器(两侧型)的结构示意图。

图6是表示应用了本发明的实施方式2所示的带灭弧器的断路器的受配电设备的一个示例的单线连接图。

图7是表示本发明的实施方式2所示的带灭弧器的断路器(单侧型)的单线图记号的图。

图8是表示本发明的实施方式2所示的带灭弧器的断路器(单侧型)的结构示意图。

图9是表示本发明的实施方式2所示的带灭弧器的断路器(两侧型)的单线图记号的图。

图10是表示本发明的实施方式2所示的带灭弧器的断路器(两侧型)的结构示意图。

具体实施方式

实施方式1.

图1是表示用于实施本发明的实施方式1的带灭弧器的断路器以及应用了该断路器的受配电设备的一个示例的单线连接图，更具体而言，是表示变压器二次侧的配电电路例的单线连接图。

图1中，2是具有下述结构的带灭弧器的断路器(单侧型)，即：在断路器的断路点的单侧搭载灭弧器用高速接通装置，以使得能够在从变压器1到该断路器的断路点为止的三相电路设置灭弧器。200是以可插拔的方式搭载有带灭弧器的断路器2的开关机构，3是将灭弧器用高速接通装置搭载于断路点两侧的带灭弧器的断路器(两侧型)，能够在该断路器的断路点的两侧的三相电路设置灭弧器。300是以可插拔的方式搭载有带灭弧器的断路器3的开关机构。4是具有下述结构的带灭弧器的断路器(单侧型)，即：在断路点的单侧搭载灭弧器用高速接通装置，以使得能够在从该断路器的断路点到负载侧的三相电路设置灭弧器，400是以可插拔方式搭载有带灭弧器的断路器4的开关机构。

图2是表示带灭弧器的断路器(单侧型)2的单线图记号。图3是带灭弧器的断路器(单侧型)2的结构示意图。

图2和图3中，2a是断路部，2a1是断路部的极间绝缘体，2b是高速接通装置，例如是专利文献1所示的装置，该装置通过具有高绝缘性能的真空绝缘技术来构成为小型，且具有与大气中的绝缘距离相当的尺寸的大小。2b1是高速接通装置的绝缘体，与高速接通装置2b一体地进行注入成型绝缘，对断路部2a及其极间绝缘体2a1、插入触头导体2d等断路器2的电路部进行绝缘，并具有对它们进行机械支承的强度。从机械强度和电气性能来看，注入成型绝缘材料可使用热固性树脂，例如环氧树脂，但也可以使用其他树脂或热塑性树脂。此外，高速接通装置2b可以不与绝缘体2b1一体注入成型，也可以采用下述结构，即：将高速接通装置2b的绝缘体2b1设为通过注入成型或压制成型制作而成的绝缘壳状部件，将高速接通装置2b以可自由拆装的方式组装到该绝缘壳状部件的内部。由此，对于高速接通装置动作后的替换，仅替换高速接通装置2b即可，因此，具有能够再次利用绝缘体2b1的优点。另外，在如非专利文献1所示那样的一体注入成型的情况下，虽然结构简单，但需要一体地替换高速接通装置2b和绝缘体2b1并废弃。

高速接通装置2b的一方通过螺栓等紧固构件与连接至断路部2a的单侧的极的电路导体2d(图3中的下部侧)在电气上和机械上进行紧固。高速接通装置2b的另一方通过接地导体电路2c与带灭弧器的断路器2的主体接地触头2c1相连接，构成为使得事故电流经由开关机构的断路器室所配备的接地端子2c2从开关机构的接地导体2c3向大地进行通电。接地导体电路2c(2c1、2c2、2c3)具有符合IEC(InternationalElectrotechnicalCommission：国际电工委员会)等开关机构、断路器标准的短时间通电电流和通电时间的通电能力，通过螺栓等能够安装拆卸的紧固单元与高速接通装置2b进行紧固。其中，2c1和2c2设为滑动接触。

另外，高速接通装置2b在连接有断路器2的电路中发生了电弧事故时，通过进行接通使电流绕道流向接地导体电路2c，从而消除事故电路部的电弧，并且，对于高速接通装置2b，在每一次接通动作时都需要进行替换。

2e是支承绝缘物，对断路部2b的另一极以及与其相连的电路导体(图3中的上部侧)2d进行电气上和机械上的支承。支承绝缘物2e的外形及安装部结构设为与高速接通装置的绝缘体2b1相同的尺寸和安装结构。上部及下部的电路导体2d的前端(图3中的右端)例如是梅花接触触头，构成为能够相对于开关机构的电路端子(未图示)自由插拔。2f是为了便于使带灭弧器的断路器2在开关机构200等内移动而设置的车轮。

虽然未进行图示，但具有在与断路部的另一极相连的电路导体(图3中的上部侧)设有高速接通装置的结构的带灭弧器的断路器(单侧型)也可以仅通过构件的改组和接地侧导体的追加来构成，可根据受配电设备的结构来适当进行选择。

图4是表示带灭弧器的断路器(两侧型)3的单线图记号。图5是带灭弧器的断路器(两侧型)3的结构示意图。

这是在断路部3a的两极配备有高速接通装置3b的两极结构。各个结构与图2和图3中所说明的单侧型的结构相同，省略详细说明。

接着，对带灭弧器的断路器的应用进行说明。

假设万一受配电设备内发生电弧事故，制定使到事故恢复为止的受配电设备运转效率最大化的受配电设备规划。该情况下，为了实现包含使假设发生电弧事故的电路部位和其电路区划与其他正常电路断开以及事故后的设备恢复操作在内的停电范围的最小化和停电时间的最短化，需要对设置一般的单独安装的高速接通装置的部位进行研究，对用于设置该高速接通装置的空间、安装结构进行研究，进行开关机构1的配置规划。

但是，通过使用本发明所涉及的带灭弧器的断路器，仅通过选定带灭弧器的断路器，就能够在开关机构的所有电路中完成高速接通装置的设置。在希望进行万无一失的规划的情况下，只要将断路器全部设为带灭弧器的断路器，就能够无一遗漏地在所有的电路中设置灭弧器用高速接通装置。

此外，对于未组装有灭弧器功能的受配电设备，在出于事故时的损害减轻化、作业损耗极少化的目的而追加灭弧器功能的情况下，只要将断路器更换为带灭弧器的断路器即可。

接着，对受配电设备中发生了事故的情况进行说明。

在图1的馈电线用开关机构400的内部的电路中发生了电弧事故(用F1来表示)的情况下，保护系统进行动作，以使得保护继电器(未图示)和电弧检测装置(未图示)动作，向该电路的带灭弧器的断路器4发送驱动信号，断开事故区间的电路，实现受害损伤的局部化，极少化。

在使用一般的保护继电器的保护系统中，由于使相关断路器动作来进行事故区间的断开，在事故发生后即使再快也仍会经过100毫秒左右的时间。在设备容量较大且故障阻抗较小的设备的电路中事故电流较大的情况下，因电弧事故而产生的电弧能量较大，即使事故持续发生了100毫秒左右，即使是设计成在事故发生后约十几毫秒内进行泄压的内部电弧保护结构的开关机构，由于开关机构区划内的爆炸性的压力上升、构成导体、区划的金属类的熔融、蒸汽化、绝缘物之类的烧损、蒸汽化等，该开关机构区划自不必说，还会给相邻开关机构区划、相邻设备等造成极大的损伤，但通过利用电弧检测装置使高速接通装置动作，从而在电弧事故发生后几毫秒内将发生了事故的电路接地，使事故电流向接地电路绕道，通过设置用于消除事故电弧的灭弧器功能，从而能够确保事故结束后也几乎没有损伤的开关机构。

由于此时高速接通装置的动作越快越好，因此，为了实现小型且高速动作化而采用只能进行一次动作的简单结构的性能，从而在去除事故之后，需要将高速接通装置2b替换为新的。

由于本发明的应用了带灭弧器的断路器的受配电设备具有上述结构，因此，能够简单方便地完成假设受配电设备的偶发电弧事故、在该情况下进行作业损耗的最小化的设备规划时的设计。此外，对已有设备追加灭弧器功能的改造也简单且廉价，因此，具有能够实现设备改造所带来的停电期间的缩短、改造费用减少的效果。

并且，容易以细网格对受配电设备整体的电路进行灭弧器功能的设置，而不会导致设备的大型化。

此外，伴随电弧事故的发生所进行的高速接通装置动作后的替换操作也方便，电弧事故消除后的设备恢复能够迅速地进行，因此停电时间变短，作业损耗变小。

另外，这里示出一次动作交换一次高速接通装置的情况作为示例。在该情况下，由于交换次数频繁，因此本实施方式的效果能够发挥到最大限度，但也无需一次动作交换一次高速接通装置，例如，即使在两次、三次以上动作交换一次高速接通装置的情况下，也当然能够获得本实施方式的效果。

实施方式2.

图6到图10示出实施方式2的带灭弧器的断路器以及应用了该断路器的受配电设备。

图6是表示用于实施本发明的实施方式2的带灭弧器的断路器以及应用该断路器的受配电设备的一个示例的单线连接图。实施方式2所示的带灭弧器的断路器20、30、40如图7到图10所示那样，是插入高速接通装置结构的带灭弧器的断路器，改进为只有在电弧事故时的动作后需要替换的高速接通装置部可自由从断路器主体拆装。

图8的20g是插入接触部，断路器20的下侧的电路20d和高速接通装置20b是例如梅花触头等那样的自由拆装的插入方式的触头结构。该情况下，高速接通装置的绝缘体20b1不是与高速接通装置20b一体注入成型的结构，而是构成为壳状的注入成型物或压制成型物。

另外，图9的插入接触部30g也具有与插入接触部20g相同的结构，是梅花触头等那样的自由拆装的插入方式触头结构。其他是与实施方式1中所说明的内容相同的结构。

该实施方式2与实施方式1相比，恢复操作更为容易，因此，具有恢复时的停电时间变少，作业损耗进一步变少的效果。

实施方式3.

在实施方式1和实施方式2所说明的带灭弧器的断路器以及应用该断路器的受配电设备中，根据电路区划来区分使用带灭弧器的断路器(单侧型)和带灭弧器的断路器(两侧型)，但也可以将所有的断路器设为带灭弧器的断路器(两侧型)。该情况下，除了设备规划更为容易之外，假设在母线部的高速接通装置(例示的图1或图6中用于母线的高速接通装置只有1台)动作的情况下，能够替代使用其他的馈电线断路器，具有事故时的恢复更为容易、恢复时的停电时间缩短的效果。

此外，本发明可以在该发明的范围内对各实施方式的一部分或全部自由地进行组合，或对各实施方式进行适当的变形、省略。

标号说明

1变压器，2带灭弧器的断路器(单侧型)，2a、3a、20a、30a断路部，2a1、3a1、20a1、30a1断路部的极间绝缘体，2b、3b、20b、30b高速接通装置，2b1、3b1、20b1、30b1高速接通装置的绝缘支承物，2c、3c、20c、30c接地导体电路，2c1、3c1、20c1、30c1接地触头，2c2、3c2、20c2、30c2接地端子导体(开关机构安装)，2c3、3c3、20c3、30c3接地导体(开关机构安装)，2d、3d、20d、30d电路导体，2e、3e、20e、30e支承绝缘物，2f、3f、20f、30f车轮，3带灭弧器的断路器(两侧型)，4带灭弧器的断路器(单侧型)，200、300、400开关机构，20插入式带灭弧器的断路器(单侧型)，30插入式带灭弧器的断路器(两侧型)，20g、30g插入接触部。