特開 2024-169100 開閉装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024169100

(43)【公開日】2024-12-05

(54)【発明の名称】開閉装置

(51)【国際特許分類】

   H02B 13/035 20060101AFI20241128BHJP

【ＦＩ】

H02B13/035 301B

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023086296

(22)【出願日】2023-05-25

(71)【出願人】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(71)【出願人】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001634

【氏名又は名称】弁理士法人志賀国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】笠原 規宏

(72)【発明者】

【氏名】前嶋 宏行

(72)【発明者】

【氏名】福田 剛

(72)【発明者】

【氏名】岩撫 直和

(72)【発明者】

【氏名】北島 誠也

(72)【発明者】

【氏名】田端 和範

【テーマコード（参考）】

5G017

【Ｆターム（参考）】

5G017AA04

5G017BB02

5G017BB03

5G017BB20

5G017BB21

5G017JJ01

(57)【要約】

【課題】機器の絶縁設計許容値を超える電圧が印加されるのを防止することができる開閉装置を提供すること。
【解決手段】実施形態の開閉装置は、第１主母線と、第２主母線との間に接続される。第１主母線は、第１周波数の交流を送電する。第２主母線は、第１周波数とは異なる第２周波数の交流を送電する。開閉装置は、第１－１断路器と、第１－２断路器と、第１支線と、第２－１断路器と、第２－２断路器と、第２支線とを持つ。第１支線の第１端が第１主母線に接続され第１主母線に近い順に第１－１断路器と第１－２断路器が直列に設けられている。第２支線の第１端が第２主母線に接続され第２主母線に近い順に第２－１断路器と第２－２断路器が直列に設けられている。第１支線の第２端と、第２支線の第２端は、互いに接続されている。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１周波数の交流を送電する第１主母線と、前記第１周波数とは異なる第２周波数の交流を送電する第２主母線との間に接続される開閉装置であって、
第１端が前記第１主母線に接続され、前記第１主母線に近い順に第１－１断路器と第１－２断路器が直列に設けられた第１支線と、
第１端が前記第２主母線に接続され、前記第２主母線に近い順に第２－１断路器と第２－２断路器が直列に設けられた第２支線と、
を備え、
前記第１支線の第２端と、前記第２支線の第２端が、互いに接続されている、
開閉装置。

【請求項2】

前記第１支線における前記第１－１断路器と、前記第１－２断路器の間に設けられた第１接地開閉器と、
前記第２支線における前記第２－１断路器と、前記第２－２断路器の間に設けられた第２接地開閉器と、
を更に備える、請求項１記載の開閉装置。

【請求項3】

前記第１支線と、前記第２支線が接続されている箇所に接続された第３支線を更に備え、
前記第３支線には、少なくとも前記第１周波数と前記第２周波数のいずれかで選択的に運転可能な発電機が接続される、
請求項１記載の開閉装置。

【請求項4】

前記第１－２断路器と前記第２－２断路器とが一つのタンクに収納されている、
請求項１記載の開閉装置。

【請求項5】

前記第１－２断路器と前記第２－２断路器は、可動部が共通化された３ポジション断路器を形成し、同時に導通状態とならないように構成されている、
請求項４記載の開閉装置。

【請求項6】

前記３ポジション断路器に、避雷器、計器用変圧器、および接地開閉器のうち一部または全部が取り付けられている、
請求項５記載の開閉装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、開閉装置に関する。

【背景技術】

【0002】

日本国内では、東西で５０［Ｈｚ］、６０［Ｈｚ］と電力系統の周波数が異なっており、その境目となる周波数変換所近辺の発電所では異なる周波数に対応した送変電設備が必要とされる場合がある。その発電所では、東西どちらの電力系統へも電力を供給することが出来るよう５０［Ｈｚ］の電力を発電する発電機と６０［Ｈｚ］の電力を発電する発電機のそれぞれを有している場合がある。そのような発電所における変電設備においては、通常送変電の信頼性を高める際に採用される二重母線方式を経済性の観点から採用しており、片方の主母線に５０［Ｈｚ］の電力、他方の主母線に６０［Ｈｚ］の電力を送電するといった方式をとっている。このような送電方式を取る場合、それぞれの主母線のうち同相の主母線を接続する母線用断路器同相主回路（以下、単に主回路と称する）の片方の端子には５０［Ｈｚ］、他方の端子には６０［Ｈｚ］の電圧が印加される。母線用断路器同相主回路とは、分岐点から分岐する線路に発電所が接続され、分岐点の両側に断路器がそれぞれ設けられたものである。それぞれの電圧を対地電圧で考えた場合、主回路の端子間には最大で対地電圧の２倍の電位差が生じる。図１は、主回路の端子間に発生する電位差を示す図である。図中、実線は６０［Ｈｚ］の電位、破線は５０［Ｈｚ］の電位、一点鎖線は端子間に発生する電位差を表している。

【0003】

図１に示す電位差は、二重母線方式の二つの主母線に同じ周波数の電力が流れる場合は通常起こりえない事象ではあり、仮にその電位差が発生したとしても機器の絶縁設計の範疇であることから問題となることは無い。しかしながら、電位差が最大となるタイミングで主回路のうち一方の断路器に雷サージが印加された場合には、電位差が系統の対地電圧と雷サージの合成となり、機器の絶縁設計許容値を超過する場合がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００１－１２８３２２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明が解決しようとする課題は、機器の絶縁設計許容値を超える電圧が印加されるのを防止することができる開閉装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

実施形態の開閉装置は、第１主母線と、第２主母線との間に接続される。第１主母線は、第１周波数の交流を送電する。第２主母線は、第１周波数とは異なる第２周波数の交流を送電する。開閉装置は、第１－１断路器と、第１－２断路器と、第１支線と、第２－１断路器と、第２－２断路器と、第２支線とを持つ。第１支線の第１端が第１主母線に接続され第１主母線に近い順に第１－１断路器と第１－２断路器が直列に設けられている。第２支線の第１端が第２主母線に接続され第２主母線に近い順に第２－１断路器と第２－２断路器が直列に設けられている。第１支線の第２端と、第２支線の第２端は、互いに接続されている。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】主回路の端子間に発生する電位差を示す図。

【図2】各実施形態に係る開閉装置１００または開閉装置１００Ａを含むガス絶縁装置１の模式図。

【図3】第１の実施形態に係る開閉装置１００の構成の一例を示す図。

【図4】第２の実施形態に係る開閉装置１００Ａの構成の一例を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、実施形態の開閉装置を、図面を参照して説明する。

【0009】

図２は、各実施形態に係る開閉装置１００または開閉装置１００Ａを含むガス絶縁装置１の模式図である。開閉装置１００の主母線は三相で構成されるが、そのうちの代表する相に対して符号を付している。開閉装置１００は、変電所や発電所などから送られてくる三相交流回路のそれぞれの相の主母線が一括にまとめられている。開閉装置１００は、例えば、第１主母線１０と、第２主母線２０とを備える。それらの間に接続される開閉装置１００または１００Ａには、発電機２００が接続される。第１主母線１０には、例えば、５０［Ｈｚ］の周波数で電圧が変動する電流が流れており、第２主母線２０には、例えば、６０［Ｈｚ］の周波数で電圧が変動する電流が流れている。開閉装置１００は、密閉されてＳＦ６（六フッ化硫黄）等の絶縁ガスが封入される。

【0010】

（第１の実施形態）
図３は、第１の実施形態に係る開閉装置１００の構成の一例を示す図である。開閉装置１００は、第１支線１１０と、第２支線１２０と、第３支線１３０とを備える。第１支線１１０の第１端１１０Ａは、ＢＵＳに収容された第１主母線１０に接続され、第２端１１０Ｂは第２支線１２０に接続される。第２支線１２０の第１端１２０Ａは、他のＢＵＳに収容された第２主母線２０に接続され、第２端１２０Ｂは第１支線１１０の第２端１１０Ｂに接続される。第３支線１３０は、第１支線１１０と第２支線１２０が接続されている箇所と、発電機２００とを接続する。開閉装置１００は、更に、第１断路器ＤＳ１－１と、第２断路器ＤＳ１－２と、第１断路器ＤＳ２－１と、第２断路器ＤＳ２－２と、第１接地開閉器ＥＳ－１と、第２接地開閉器ＥＳ－２とを備える。各断路器は、手動式の断路器でもよいし、機械式の断路器でもよい。なおガス絶縁装置１の主母線には、電流を遮断するための遮断機などが別途設けられるが、これについての図示および説明を省略する。開閉装置１００の各断路器は、例えば、ガス絶縁装置１の遮断機によって、対応する主母線を流れる電流が遮断された状態で開閉操作される。

【0011】

第１断路器ＤＳ１－１と第２断路器ＤＳ１－２は、第１支線１１０に直列に設けられる。第１断路器ＤＳ２－１と第２断路器ＤＳ２－２は、第２支線１２０に直列に設けられる。
第１接地開閉器ＥＳ－１は、第１断路器ＤＳ１－１と第２断路器ＤＳ１－２の間に設けられる。第２接地開閉器ＥＳ－２は、第１断路器ＤＳ２－１と第２断路器ＤＳ２－２の間に設けられる。開閉装置１００は、一つのタンクに接続された分離型の第２断路器ＤＳ１－２と第２断路器ＤＳ２－２を備える。開閉装置１００と第３支線１３０の接続箇所を、ＣＰとする。

【0012】

発電機２００から第１主母線１０に電力供給される場合、第１断路器ＤＳ１－１と第２断路器ＤＳ１－２は導通状態になり、第１断路器ＤＳ２－１と第２断路器ＤＳ２－２は遮断状態になるように制御される。このとき、第１接地開閉器ＥＳ－１は非接地状態になり、第２接地開閉器ＥＳ－２は接地状態になるように制御される。これらの状態を第１状態とする。一方、発電機２００から第２主母線２０に電力供給される場合、第１断路器ＤＳ１－１と第２断路器ＤＳ１－２は遮断状態になり、第１断路器ＤＳ２－１と第２断路器ＤＳ２－２は導通状態になるように制御される。このとき、第１接地開閉器ＥＳ－１は接地状態になり、第２接地開閉器ＥＳ－２は非接地状態になるように制御される。これらの状態を第２状態とする。

【0013】

このように、開閉装置１００は、第３支線１３０に接続する発電機２００を流れる電流の周波数を第１周波数と第２周波数に選択的に運転可能とするために、第１状態と第２状態に切り替えが可能である。

【0014】

以上説明をした第１の実施形態によれば、開閉装置１００は、第１断路器ＤＳ１－１と、第２断路器ＤＳ１－２と、第１断路器ＤＳ２－１と、第２断路器ＤＳ２－２と、第１接地開閉器ＥＳ－１と、第２接地開閉器ＥＳ－２とを直列に備えることで、異周波数電圧が一つの断路器極間に印加されるのを防ぐことができ、雷サージ侵入時にも絶縁破壊が発生しないようにすることができる。

【0015】

（第２の実施形態）
第１の実施形態では、第２断路器ＤＳ１－２と第２断路器ＤＳ２－２は独立した構成であるが、第２の実施形態では、第２断路器ＤＳ１－２と第２断路器ＤＳ２－２が一体に形成されて３ポジション断路器を構成する。便宜上、これらについては同じ符号を付して説明する。

【0016】

図４は、第２の実施形態に係る開閉装置１００Ａの構成の一例を示す図である。開閉装置１００Ａでは、第２断路器ＤＳ１－２と第２断路器ＤＳ２－２を含む３ポジション断路器３００が、一つのタンク４００に収納されている。３ポジション断路器３００において、第２断路器ＤＳ１－２と第２断路器ＤＳ２－２は、可動部が共通化されており、二つが同時に導通状態にはならないように構成されている。３ポジション断路器３００は、可動接点３１０と、アクチュエータ３２０とを備える。可動接点３１０は、例えば直線的に移動するように支持され、第３支線１３０とは定常的に導通状態になる一方、第１支線１１０の第２端１１０Ｂに接する状態、第２支線１２０の第２端１２０Ｂに接する状態、それらのどちらにも接しない状態のいずれかに切り替え可能である。可動接点３１０（の図における左端）と第１支線１１０の第２端１１０Ｂに設けられた電極とで第２断路器ＤＳ１－２を構成し、可動接点３１０（の図における右端）と第２支線１２０の第２端１２０Ｂに設けられた電極とで第２断路器ＤＳ２－２を構成する。アクチュエータ３２０は可動接点３１０を図中、左右に移動させる。

【0017】

開閉装置１００Ａは、更に、避雷器３３０、計器用変圧器３４０、および接地開閉器３５０を備えてもよい。これらの構成要素は、例えば、第３支線１３０に取り付けられる。避雷器３３０は、例えば、接続された電気経路から侵入してくる雷などによる突発的な高電圧をグランド端子に流すことで、開閉装置１００Ａのそれぞれの機器を保護する。計器用変圧器３４０は、例えば、電気経路に流れる電圧の大きさを変換して計測器に出力する。接地開閉器３５０は、例えば、接続された箇所を接地するための開閉器である。

【0018】

以上説明をした第２の実施形態によれば、第２断路器ＤＳ１－２と第２断路器ＤＳ２－２を一つのタンク４００に収納することで小型化を実現することができ、また第２断路器ＤＳ１－２と第２断路器ＤＳ２－２が同時に導通状態にならないことを保証できるので、より安全に運用することができる。

【0019】

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、一つの周波数で変動する電圧の電流のみが流れる構成を持つことにより、機器の絶縁設計許容値を超える電圧が印加されるのを防止することができる。

【0020】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

【符号の説明】

【0021】

１…ガス絶縁装置、１０…第１主母線、２０‥第２主母線、１００…開閉装置、１００Ａ…開閉装置、１１０…第１支線、１１０Ａ…第１支線の第１端、１１０Ｂ…第１支線の第２端、１２０…第２支線、１２０Ａ…第２支線第１端、１２０Ｂ…第２支線の第２端、１３０…第３支線、ＤＳ１－１…第１－１断路器、ＤＳ１－２…第１－２断路器、ＤＳ２－１第２－１断路器、ＤＳ２－２…第２－２断路器、ＥＳ－１…第１接地開閉器、ＥＳ－２…第２接地開閉器、ＣＰ…接続箇所、２００…発電機、３００…３ポジション断路器、３１０…可動接点、３２０…アクチュエータ、３３０…避雷器、３４０…計器用変圧器、３５０…接地開閉器、４００…タンク

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】