JP2005005277A

JP2005005277A - 真空スイッチ

Info

Publication number: JP2005005277A
Application number: JP2004253709A
Authority: JP
Inventors: Toru Tanimizu; 徹谷水; Masahito Kobayashi; 将人小林; Shuichi Kikugawa; 修一喜久川; Ayumi Morita; 歩森田; Minoru Suzuki; 実鈴木
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2004-09-01
Filing date: 2004-09-01
Publication date: 2005-01-06

Abstract

【課題】
真空遮断器は接触している可動電極と固定電極との背面からロッドを介して外部の電源及び負荷に電流を流していたので、電流通路が長くなり、電気抵抗が大きくなり、電力損失が多かった。
【解決手段】
本発明では、負荷側導体とフレキシブル導体を介して接続した可動電極を固定電極と開閉するようにした。
【効果】
電流通路が短くなり、電気抵抗が少なく、この分電力損失及び発生熱を少なくすることができるようになったので、スイッチギヤが小型化した。
【選択図】図６

Description

本発明は真空スイッチに係り、特に小型化で安価な新規な真空スイッチに関する。

都市部の消費電力集中地域の増加する需要に対して、配電用変電所の立地困難，配電用配管の配置余裕なし及び高い供給設備稼働率化への要求等により、配電電圧の昇圧、即ち回線当たりの容量が大きくできるより高い電圧系統に積極的に負荷吸収を図ることが、効率的な電力供給設備形成につながる。このために配電器材・受変電設備の更なるコンパクト化を図る必要がある。

コンパクト化を図る受変電機器としては例えば特開平3−273804 号公報に記載された
ＳＦ₆ ガス絶縁スイッチギヤが考えられる。このスイッチギヤは配電函に絶縁ガスを充填したユニット室及び母線室に、遮断器，２個の断路器および接地開閉器を個別に製作して収納している。遮断器として真空遮断器を使用する場合、真空遮断器の操作器により可動電極が固定電極に対して上下に移動して、投入，遮断したり、或いは特開昭55−143727号公報に記載された真空遮断器の如く、主軸を支点として可動電極が左右に回動して固定電極に対して接離して、投入，遮断している。

ガス絶縁スイッチギヤは、例えば電力会社からの電力を断路器とガス遮断器などで受電し、変圧器で負荷に最適な電圧に変え、負荷例えばモータなどに電力を供給している。受変電機器を保守・点検するには、ガス遮断器を切後、ガス遮断器と別個に設けた断路器を開放し、更に接地開閉器を接地することにより、残留電荷，誘導電流を接地に流し、かつ、電源からの再印加を防止して、作業者の安全を守っている。また、母線が充電されたまま接地開閉器を接地すると、事故につながるので、断路器と接地開閉器との間にはインターロックを設けている。

特開平３−２７３８０４号公報特開昭５５−１４３７２７号公報

例えば特開平3−273804 号公報に記載されたＳＦ₆ガス絶縁開閉装置は、配電函にＳＦ₆ガスを充填したユニット室及び母線室にガス遮断器，２個の断路器および接地開閉器を個別に製作して収納している。遮断器として真空遮断器を使用する場合、真空遮断器の操作器により可動電極が固定電極に対して上下に移動して、投入，遮断したり、或いは特開昭55−143727号公報に記載された真空遮断器では、主軸を支点して可動ブレードに相当する可動リード線及び可動電極が左右に回動して固定電極に対して接離して、投入，遮断している。

しかしながら、これらの真空遮断器では可動電極が固定電極に投入後、両電極と接続している可動側及び固定側リード線であるロッドを介して電源と負荷側のケーブルヘッドに接続しているので、接続距離が長くなり、電力損失及び発生熱が多くなる。

本発明の目的は、可動電極が固定電極から電源と負荷側のケーブルヘッドに接続する距離を短くして、電力損失及び発生熱を少なくして小型化した真空スイッチを提供することにある。

本発明の真空スイッチは、接地された真空容器内に配置された負荷側共通導体に取り付けられた接地側接点及び負荷側接点と、両接点にそれぞれ接離する接地可動電極及び可動電極と、母線に接続された固定電極と、該固定電極と前記可動電極とを電気的に接続するフレキシブル導体とを備えたことを特徴とする。

以上のように本発明の真空スイッチによれば、固定電極とフレキシブル導体を介して可動電極より負荷側導体に電力を供給しているので、電流通路を従来技術のそれに比べて大幅に短縮できる。これにより、電気抵抗が少なくなり、この分電力損失及び発生熱を少なくすることができる。又可動電極と負荷側導体とが摺動しないように、フレキシブル導体で電気的に接続しているので、負荷側導体及び可動電極に溶着は生じることがない。

以下、本発明の実施例を図１ないし図５より説明する。図１の回路図は集合型スイッチギヤの全体を示し、図１の１回路分の回路スイッチギヤの構造に合わせた電気回路を示すと図２となり、また図１の１回路分の回路スイッチギヤの構造を示したのが図３，図４である。図５は回路スイッチギヤ各相間を母線で接続する中継端子板２７である。

多回路例えば３回路分スイッチギヤ１，２，３を接地Ｅされた真空容器４内に配置した。各回路スイッチギヤ１，２，３は構成が同じなので、第２の回路スイッチギヤ２を説明し、他のスイッチギヤの説明を省略する。回路スイッチギヤ２は相スイッチギヤ２Ｘ，
２Ｙ，２Ｚの三相を集合したものである。各相スイッチギヤ２Ｘ，２Ｙ，２Ｚは構成が同じなので、第１相の相スイッチギヤ２Ｘのみを説明し、他の相スイッチギヤ２Ｙ，２Ｚの説明を省略する。

相スイッチギヤ２Ｘは遮断機能，断路機能，接地機能及び母線を一体に集合したものである。即ち、相スイッチギヤ２Ｘは主として固定電極５と接地装置６との間を移動する可動電極７とから構成している。固定電極５は内部母線８に接続している。可動電極７は負荷側導体９に接続し、負荷側導体９は真空容器外に伸びるケーブルヘッド１０に接続している。また可動電極７は後述する可動ブレードと機械的に連結し、図示していない操作機構部により駆動される可動ブレードの回動により上下方向或いは左右方向に回動する。可動電極７が固定電極５から接地装置６まで移動すると、図２の４位置に停止する。また回路スイッチギヤ１は可動電極７と接続した電源側ケーブル１１により系統電源１２に電気的に接続している。

即ち、可動電極７が回動するのに応じて、可動電極７が固定電極５に接触する投入位置Ｙ１で通電し、投入位置Ｙ１より下側に回動して遮断位置Ｙ２で可動電極７が固定電極５と離れ電流を遮断する。更に下側に回動して断路位置Ｙ３で可動電極７が固定電極５と離れ、雷などで絶縁破壊しないこと及び負荷導体側で作業員が感電しない絶縁距離を取る。更に下側に可動電極７が回動して接地位置Ｙ４で可動電極７が接地装置６と接触する。尚、断路位置Ｙ３を省略して遮断位置Ｙ２から接地位置Ｙ４に移動しても本発明の下記効果を損なうものではない。

高絶縁体である真空中で、可動電極７が固定電極５から接地装置６に回動する間に一つの操作で連続的に４位置すなわち複数機能を持つことができるので、操作がしやすい使い勝手が良い。また可動電極７，固定電極５，接地装置６を一個所に集合化したので、上述の従来技術に比べてより小型化することができる。更に断路位置Ｙ３を設けると、異電源突合せ例えば２つの系統電源を持つ２回線受電において、いずれか１回線に相スイッチギヤ２Ｘが投入位置Ｙ１で運転中にあり、他回線の相２Ｘが断路位置Ｙ３で待機中の時にはこの回路の負荷側導体９に作業員が接触しても安全である。待機中から運転或いは運転中から待機に切り替える場合も連続して操作ができるので、作業スピードが速く、操作がしやすい。

更に通電電流を変流器１３で検出して、保護リレー１４を動作させて、操作機構部（図示せず）をトリップさせることにより、系統の事故にも対応する。

接地Ｅされた真空容器４は、ステンレス部材を使用し、その一部が球面又は曲面形状に形成し、真空容器４の機械的強度の増加を図り、真空容器壁の厚みを薄くして軽量化を図っている。真空容器４は配電盤１６に収納されている。配電盤１６は真空容器４の上側及び下側に操作コンパートメント１７及び導体コンパートメント１８を設けている。操作コンパートメント１７は真空容器４の右側つまり奥行側に凹んで配置され、正面側には開閉自在な扉１９を取り付けている。又導体コンパートメント１８は真空容器４の左側つまり手前側に配置されている。

真空容器４を介して操作コンパートメント１７と導体コンパートメント１８とは斜めに対称に配置されている。操作コンパートメント１７は可動ブレード及び可動電極１７を回動する操作機構部を収納している。導体コンパートメント１８は負荷側導体９及びケーブルヘッド１０を収納している。操作コンパートメント１７の手前側真空容器上に操作コンパートメント内を保守点検する工具などを置くことができ、保守点検が容易である。又導体コンパートメント１８を操作コンパートメント１７より手前の正面側に配置してケーブルヘッド１０の取り付け作業を安全に行うことができるようにしている。

真空容器正面側の壁には９個のブッシング２１を取り付けている。第１の回路スイッチギヤ１において三相の電源側ケーブル１１の一方側は、ブッシング２１を貫通して外部の系統電源１２に接続している。第２及び第３の回路スイッチギヤ２，３でも各三相の一方側負荷側導体９はブッシング２１を貫通してケーブルヘッド１０に接続している。接続する時には負荷側導体９に設けたケーブルヘッド１０を挿入して行う。ブッシング２１内の負荷側導体９ではフレキシブル導体２２を使用し、トランス，モータ等の負荷に接続している。第２の回路スイッチギヤ２のケーブルヘッド１０の各相に、図４に示すように変流器１３を設けている。他の回路スイッチギヤ１，３にも変流器１３を負荷条件など必要に応じて設けられる。

接地装置６は９個のケーブルヘッドに対応し、その上部に配置され、共通接地導体２４とを接地導体３８で接続している。共通接地導体２４の両端は接地ネジ２５により配電盤１６に固定している。これらのケーブルヘッド１０，接地導体３８，変流器１３は全て正面側から見ることができるようにして、取り付け忘れを防止していると共に、取り付け取り外し作業を作業員がやりよくして、作業能率の向上を図っている。

各３回路分スイッチギヤ間は図１では内部母線８が直接回路スイッチギヤ間を接続しているが、これは実施例を容易に理解するために回路スイッチギヤ間を直接接続したのである。図１の中継端子板２７の実際は、図５の９個の固定電極５の一部で構成した中継端子２６を有する中継端子板２７を真空容器内壁面に取り付け、各中継端子２６に上述した各内部母線８を接続している。各内部母線８を中継端子板２７に配置する場合には、中継端子板２７の左側から右側に行くに従い順次、第１の回路スイッチギヤから第２，第３の回路スイッチギヤの内部母線８を配置する。配置に際しては、各回路スイッチギヤの内部母線８は、第１相１Ｘ，２Ｘ，３Ｘを一方側に第２相及び第３相２Ｘ〜２Ｚ，３Ｘ〜３Ｚを他方側にラップしながら配置して、配線を容易にし、且つ配線間違いの防止と内部母線の分散配置により熱劣化の防止等の対策を施している。

第１ないし第３の回路スイッチギヤ１〜３は接地Ｅされた真空容器内に配置され、次のような構成をしているが、各相スイッチギヤ２Ｘ〜２Ｚは構成が同じなので、１相分の相スイッチギヤ２Ｘの構成のみ説明し、他の相スイッチギヤ２Ｙ，２Ｚの説明は省略する。接地Ｅされた真空容器４の内部は接地装置６と対応して配置された固定電極５との間を回動する可動電極７を配置し、可動電極７にケーブルヘッド１０が対応配置されており、これらは全体として十字形状に配置されている。真空容器４に形成した３個の貫通穴（図示せず）を貫通した接地装置６と可動ブレード３０及び負荷側導体９を真空容器外に延ばしている。

接地装置６は一端側に接地側底金具３１を設け、他端側が開口しているセラミック材よりなる接地側ブッシング３２を有し、接地側ブッシング３２の外周にフランジ３３を設け、フランジ３３に取り付けた接地側封止金具３４を真空容器４に溶着している。接地側ブッシング内に接地側ベローズ３５及びバネ３６と接地側導体３７を配置している。接地側導体３７は接地側底金具３１を貫通して外部に伸びており、その端部がネジにより接地導体３８が前述した共通接地導体２４に接続している。接地導体３８はフレキシブル導体で構成され、接地側導体３７が動いたときでも電気的に接続できる。また、これと反対側の接地側導体３７には接地電極３９を固定している。接地電極３９を接地側底金具側に押すと、接地側ベローズ３５と共にバネ３６も縮むが、その時にバネ３６を縮んだ力により、常に接地電極３９を可動電極７方向に押圧している。

接地装置６と対応配置された固定電極５は３相の内部母線８と接続している。

３相の内部母線８は図５に示したように配置されている。固定電極５および中継端子
２６は固定中継金具４１を介してセラミック材よりなる固定絶縁筒４２に支持されている。固定絶縁筒４２の他端を支持している固定支持金具４３はロー材により真空容器に固定されている。つまり固定絶縁筒４２の両端に固定中継金具４１と固定支持金具４３とを予め取り付けてある。

可動電極７は接地装置６と固定電極５との間に配置され、可動電極７を可動中継金具
４４を介してセラミック材の可動絶縁筒４５に支持されており、可動支持部４５の一端は前述と同様に可動支持金具４６に支持され、可動支持金具４６は可動ブレード３０に支持されている。可動ブレード３０は可動支持板４７を貫通して外部に延びている。可動支持板４７は真空容器４に固定されている。可動ブレード３０は伸縮自在な可動ベローズ４８に包囲され、可動ベローズ４８に一端は可動支持金具４６に、他端は可動支持板４７にそれぞれ取り付けられ、可動ブレード３０が左右，上下へ回動する動きをできるようにしている。可動ブレード３０は主軸４９を支点として矢印方向に回動し、接地装置６と固定電極５とに接離する。

可動ブレード３０の先端は連結した図示していない操作機構部の駆動により、可動ブレード３０は主軸４９を支点として回動する。動作軸５０は可動ブレード３０と操作機構部とを連結している。尚、可動ブレード３０の先端に可動電極を設けただけの構造でもよい。この場合、可動ブレードと操作機構部とのいずれかの一部に電圧を遮断する絶縁手段が必要である。

可動電極７の先端と負荷側導体９とはフレキシブル導体２２により接続している。負荷側導体９は、セラミック材よりなる負荷側ブッシング２１を貫通してケーブルヘッド１０に接続している。負荷側ブッシング２１端部に負荷側封止金具５３を設け、負荷側封止金具５３を真空容器４に空けた開口の周囲にロー材に溶着して支持すると共に、真空容器４の外部とケーブルヘッド１０の間に露出している負荷側ブッシング２１のセラミック表面は接地金属層（図示していない）を設け、漏電流が真空容器４を介して接地Ｅに流れるようにし、作業員がケーブルヘッド１０周辺に接触しても危険が生じないように安全対策を施している。

次に相スイッチギヤの動作を図６ないし図８により説明する。可動電極７は図６のように接地装置６と固定電極５との間に配置された図２の遮断位置Ｙ２及び断路位置Ｙ３にあり、この位置から可動電極７を矢印方向Ｘ１に回動して、図７に示す如く可動電極７が接地電極３９に接触した所が接地位置Ｙ４であり、常に接地電極３９は可動電極方向にバネ３６により押圧されている。また、可動電極７は矢印方向Ｘ２に回動して、図８に示すごとく可動電極７が固定電極５に接触していると共に、負荷側導体９にも接続した所が投入位置Ｙ１である。

投入位置Ｙ１では可動電極７が固定電極５に接触していると共に、負荷側導体９に接続している。この場合、従来技術と異なり可動ブレード３０を経由することなく、可動電極７より固定電極５とフレキシブル導体２２を介して負荷側導体９に電力を供給しているので、電流通路を従来技術のそれに比べて大幅に短縮できるようになり、電気抵抗が少なくなり、この分電力損失及び発生熱を少なくすることができるようになった。

一方、投入位置Ｙ１では常時電力を負荷に供給しており、この運転時間は他の位置での使用時間よりも長く、フレキシブル導体２２を使用しなければ、可動電極７が直接負荷側導体９に摺動接触することが考えられる。これは、可動電極７が直接負荷側導体９に摺動接触し、可動電極７及び負荷側導体９が接触した状態で電流を流し続けることになり、真空容器４内の真空中ではこの発生熱により可動電極７及び負荷側導体９は簡単に溶着してしまう。この結果、溶着している可動電極７と負荷側導体９とを剥離するために、操作機構部の回動力を大きくすれば、最低限使用できるが、操作機構部の大型化は避けることはできず、真空遮断器は大型化及びコスト高になる。

又発生熱中に摺動することは、摩耗が激しく寿命が短い、更に可動電極７が負荷側導体９に摺動する時には、可動電極７及び負荷側導体９から発生した金属微粒子が真空容器内で拡散し、残留するので、絶縁破壊しやすくなる。これに対して、本発明では可動電極７が直接負荷側導体９に摺動しないフレキシブル導体２２で負荷側導体９と可動電極７との間を接続しており、可動電極７及び負荷側導体９の溶着は生じることがなく、操作機構部の回動力は前述より大きくならず、操作機構部も小型化することができる。また、可動電極７及び負荷側導体９の寿命も前述より長くなり、経済的にも有利である。又フレキシブル導体２２で負荷側導体９と可動電極７との間を接続しており、前述のように可動電極７が負荷側導体９に摺動する時の金属微粒子を発生することもなく、絶縁性能が前述より大幅に向上することは明らかであり、この分、真空容器４を小型化することができる。

更に、本発明は接地装置及び断路装置を除去しても使用でき、除去したとき更に真空容器，操作機構部を小型化できるので、回路スイッチギヤも当然小型化できる。また、接地装置６と固定電極５との間に配置された可動電極７は負荷側導体９と可動ブレード３０とを一直線上に配置すれば、フレキシブル導体２２は、可動電極７，負荷側導体９及びケーブルヘッド１０間を最適距離で接続することができるので、電気抵抗が少なくなり、この分真空容器内の発生熱を低くすることができる。またフレキシブル導体２２を使用したので可動電極７を負荷側導体９と電気的に接続しながら左右に回動できる。

次に他の実施例を図９，図１０により説明する。接地型真空容器４内に負荷側共通導体５６を取り付ける。負荷側共通導体５６は負荷側導体９に接続していると共に、その上に接地側接点５７及び負荷側接点５８を取り付けている。真空容器４に支持された接地可動電極５９及び可動電極７は接地側接点５７及び負荷側接点５８に対応して配置されている。可動電極７が負荷側接点５８に接触している時には、可動電極５９は接地側接点５７と離れており、可動電極５９が接地側接点５７と接触している場合は、可動電極７が負荷側接点５８と離れている。両電極の外側には複数相の母線８と接続している固定電極５及び接地側導体３７と両電極との間はフレキシブル導体２２により接続されている。

即ち、可動電極７と負荷側接点５７とが接触した投入状態で、負荷側接点５８から可動電極７を上方に移動すると同時に、接地可動電極５９が下方に移動して接地側接点５８に接触して接地状態になる。また前者では投入状態から遮断状態になる。この実施例では可動電極７と負荷側接点５８との接離方向に直角方向つまり横方向に複数相の母線８と接続している固定電極５を配置する。固定電極５と可動電極７との間及び接地可動電極５９と負荷側接点５８との間をフレキシブル導体２２で接続したスイッチギヤにも使用できる。又、固定電極５と可動電極７との間をフレキシブル導体２２で接続してスイッチギヤとしても使用できる。また、フレキシブル導体２２を使用すれば、固定・可動電極など負荷側導体９以外のものと接続しても本案と同等の効果が得られる。本発明の回路分スイッチは、上述の他に可動電極が固定電極と開閉する遮断器，真空遮断器等の開閉器，固定電極と可動電極が接離する断路器，接地開閉器，開閉器等の単独製品としても使用することができる。

本発明の実施例である集合型スイッチギヤの回路図。図１の回路スイッチギヤの構成を示す回路図。図１に使用した回路スイッチギヤの構成を示す側断面図。図２を左側から見た正面図。図１及び図３に示した母線接続端子板の平面図。図３に示した回路スイッチギヤの遮断，断路位置での側断面図。図３に示した回路スイッチギヤの接地位置での側断面図。図３に示した回路スイッチギヤの投入位置での側断面図。本発明の他の実施例である回路スイッチギヤの構成を示す側断面図。図９の回路スイッチギヤの接地状態を示す側断面図。

符号の説明

１〜３…回路スイッチ、２Ｘ〜２Ｚ…相スイッチ、４…真空容器、５…固定電極、６…接地装置、７…可動電極、８…内部母線、９…負荷側導体、１１…電源側ケーブル、２２…フレキブル導体、３０…可動ブレード。

Claims

接地された真空容器内に配置された負荷側共通導体に取り付けられた接地側接点及び負荷側接点と、両接点にそれぞれ接離する接地側可動電極及び可動電極と、母線に電気的に接続された固定電極と、該固定電極と前記可動電極とを電気的に接続するフレキシブル導体とを備えていることを特徴とする真空スイッチ。