JP3695214B2 - 絶縁開閉装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は遮断器，断路器，負荷開閉器，接地装置のいずれか１つ又は２以上を集合又は複合した絶縁開閉装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に受変電機器は、例えば電力会社からの電力を断路器と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、遮断器を切後、遮断器と別個に設けた断路器を開放し、さらに接地開閉器を接地することにより、電源側の残留電荷，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。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
例えば特開平3−273804 号公報に記載されたガス絶縁開閉装置は、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接点が固定接点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は、主軸を支点して可動接点が左右に回動して固定接点に対して接離して、投入，遮断している。
【０００４】
ガス絶縁開閉装置を保守点検するには、遮断器を遮断後、遮断器と別個に設けた２個の断路器を開放し、更に接地開閉器を接地することにより、電源側の残留電荷，誘導電流を接地に流し、電源側からの再印加を防止して、作業者の安全を守っている。保守点検の終了は接地開閉器を開放後、遮断器を投入しなければならず、一連の操作が連続して出来ず、操作がやりづらく、使い勝手が悪い。
【０００５】
また遮断器，２個の断路器，接地開閉器はそれぞれ個別に配置されており、この分、装置が大型化し、更に個別に配置されていることは操作がしにくいだけでなく、誤操作の可能性を持つなどの欠点がある。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複雑堅牢なインターロックを設けており、これが機器の配置に制約を生じさせ装置がさらに大型になる。
【０００６】
本発明の目的は、一連の操作を連続的に行うようにした使い勝手が良く、小型化された絶縁開閉装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の絶縁開閉装置は、金属ケースと、該金属ケースの上側及び下側に突出した上側絶縁ブッシング及び下側絶縁ブッシングとを備え、内部を真空密封した真空バルブと、該真空バルブ内に配置された固定導体と、接地導体と、両導体と開閉する可動導体と、該真空バルブの外側に該可動導体を駆動する操作機構を備え、該可動導体が固定導体と接地導体との間を移動する間に、入位置Ｙ１，切位置Ｙ２，断路位置Ｙ３及び接地位置Ｙ４の４位置を取るように該可動導体を該操作機構により動作する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例の形態を図１ないし図１２より説明する。図１は絶縁開閉装置の内部構造を示し、絶縁ガス容器１の詳細は図２及び図３である。図１の左側及び右側から見た時の外観図が図４及び図５である。図１のＤ−Ｄ線およびＥ−Ｅ線から断面したのが図６及び図７である。その他の図８ないし図１２は必要に応じて適宜に説明する。
【０００９】
図１ないし図４を中心に説明する。内部の絶縁ガス１Ｇ例えばＳＦ₆ 中に真空バルブ１１を配置した絶縁ガス容器１は、次のように構成している。絶縁容器本体２は２枚の絶縁仕切板３間に３個の真空バルブ配置場所２Ｓを介してエポキシ樹脂で一体にモールド成形している。絶縁容器本体２の下側と上側とに本体絶縁板４Ｂと固定絶縁板４Ａとを設けて、約長方形の中空形状の中空函体を作る。固定絶縁板４Ａには３相の母線を貫通する３個の開口部４Ｄに母線絶縁板６を着脱自在に配置する。中空函体の絶縁容器本体２正面及び裏面に絶縁カバー７Ａ及び裏側絶縁カバー７Ｂを締付ネジ５により取外自在に固定して、気密な絶縁ガス １Ｇを内部に充填した絶縁ガス容器１を構成している。
【００１０】
絶縁ガス容器１の外面には接地層９を設けて、絶縁ガス容器１の絶縁耐圧を増し、小型化を計っている。また絶縁ガス１Ｇが漏洩して絶縁性能が低下しても、絶縁仕切り板３などの絶縁ガス容器１で絶縁できる所謂二重絶縁構造にして、事故の拡大を防止し、安全性を保持している。締付ネジ５を取り外して両絶縁カバー７Ａ，７Ｂを取り外すと、絶縁仕切板間の配置場所２Ｓに各真空バルブ１１を正面及び裏面のどちらかでも容易に収納出来るので、組立，分解作業能率を著しく向上することができる。両絶縁カバー７Ａ，７Ｂと絶縁ガス１Ｇとは誘電率が異なり、絶縁距離を小さくすると部分放電が発生し易くなるので、真空バルブ １１及び操作機構部３８の絶縁ガス容器１に接近している絶縁ガス容器１内面に凹部７Ｃを設けて、電界緩和を図り部分放電の発生を防止している。５Ａはネジ挿入穴である。
【００１１】
図１と図４ないし図７の真空バルブ１１は内部を真空密閉して、金属ケース １２と金属ケース１２の上側及び下側に突出したセラミック部材の絶縁ブッシング１３，１４を設け、上側絶縁ブッシング１３と下側絶縁ブッシング１４の外側に設けた封止金具１５に固定導体１６と接地導体１７を取り付け、両導体間の真空バルブ１１の左側と右側とに消弧装置１８と可動導体１９とを設けているので、約十字形状の真空バルブ１１を形成している。
【００１２】
封止金具１５の幅をＷ１とし、消弧装置１８や可動導体１９などの電極位置の金属ケース１２の幅をＷ２とし、金属ケース１２の長さをＷ３としたとき、Ｗ２はＷ１と同等またはそれ以上の大きさにしＷ３はＷ２と同等以上の大きさにしている。断面積が小さい導体１６を通す封止金具１５（この幅をＷ１とする）に全電圧が印加されているのに対し、消弧装置１８を覆う金属ケース１２（この幅 Ｗ２）の電圧は全電圧より小さい電圧が印加されている（この電圧は全電圧の中間電圧つまり理論的に半分）。Ｗ３は消弧装置１８と可動導体１９と固定導体 １６とが接触する接触中心点との間の距離である。
【００１３】
これらの真空バルブ１１を３相に配置する場合には、真空バルブ外に突出する可動導体１９の直角方向に対して、各相の真空バルブ１１を図４のように配置する。この結果、各真空バルブ１１間は互いに幅Ｗ２で近接するように配置されるので、Ｗ１の絶縁距離を充分に取れると共に、幅Ｗ２方向を縮小することが出来る。
【００１４】
固定導体先端部には高融点金属部材例えばＰｂ−Ｃｕ合金より成る固定接点 １６Ａを設けている。固定導体１６は真空バルブ１１の内部から外部に向かって延びて、外部で母線側導体２３Ａが接続されている。固定絶縁板４Ａの支持部 ４Ｃにボルト２２により締め付け、固定導体１６を固定している。母線側導体 ２３Ａは母線絶縁板６の母線２３Ｂに接続している。即ち、母線絶縁板６は母線側導体２３Ａ及び母線２３Ｂを一体注形により絶縁樹脂例えばエポキシによりモールドされている。
【００１５】
下側ブッシング１４に設けた封止金具１５の内径に伸縮封止金具２５を設け、伸縮封止金具２５に取り付けられた接地導体１７は、絶縁ガイド２４及び固定ガイド２９により支持され、バネ２６により可動導体１９の接触に応じて軸方向に移動する。接地導体１７は途中に設けたバネ２６を圧縮している止金板２７や、複数の薄い銅板からなる銅板２８を、その突出端に嵌め込んだ接地ナット３１で締め付け固定する。従って、接地時には可動導体１９が接地導体１７を押圧する押圧力と、バネ２６の圧縮力とにより接触し、接地電流は銅板２８を介して外部接地端子３２に流れる。外部接地端子３２は可動導体１９の突出側と反対方向に突出したので、接地ケーブルを外部接地端子３２に接続する際に可動導体１９の突出端に邪魔されることがなく、着脱作業が容易に出来る。
【００１６】
直角方向に延びている可動導体１９は、主軸３５を支点として固定導体１６と接地導体１７との間を回動し、両者と開閉する。固定接点１６Ａと可動接点19Ａとが開放すると、両者間に発生するアーク放出方向にアークを消弧する消弧装置１８を配置している。
【００１７】
消弧装置１８を装着するには、図８に示すように固定導体１６の一方側から内部に食い込んだ取付溝１８Ａに取付金具１８Ｂをネジ１８Ｃを締め付けて取り付け、取付金具１８Ｂに消弧装置１８及びシールド１８Ｄをネジ１８Ｘにより取り付けている。ネジ１８Ｃ，ネジ１８Ｘにより、固定導体１６と可動導体１９との外側に消弧装置１８を簡単に着脱できるようになった。
【００１８】
消弧装置１８の構成はシールド１８Ｄと可動導体１９との間にコイル電極18Ｅと主電極１８Ｆとの間を接続部１８Ｈにより取り付け、両電極は中央部に貫通穴１８Ｇを設け、両電極の外周端側から貫通穴に達する切欠溝を設けた。
【００１９】
可動導体１０の一部に設けた可動接点１９Ａが固定接点１６Ａから離れると、図９及び図１０のようにアークＡは両接点間に発生し、可動接点１９Ａが貫通穴１８Ｇ付近に移動して来ると、アーク電流は主電極１８Ｆとコイル電極１８Ｅとの円周部に沿って同方向に流れ、この電流により発生した磁界は、アーク貫通穴付近で同方向の縦型磁界となり、これより外周側でループ磁界となり、縦型磁界ではアークを分散消弧し、ループ磁界では主電極１８Ｆの円周部をアークが磁気駆動して消弧するので、著しく遮断性能を向上することが出来る。
【００２０】
その他の消弧装置として図１４に示すように、可動導体１９は主軸３５を支点として反時計方向に回動し、アークホーン１００と対応する位置に移動すると切位置になり、固定接点と可動接点との間にアークＡを発生し、アークＡは可動接点の先端から最も近い一対のアークホーン１００，１０１に移行し、アーク放出方向に配置した消弧装置１０２のアークホーン１００，１０１間をアークで接続した状態となり、このアークＡは消弧装置１０２の複数のセラミック絶縁材又はジルコン磁器材より成る凸凹部１０３で引き伸ばし消弧する。このため、アークＡは電流零点で遮断し、従来のアークＡが電流零点の手前で遮断する所謂裁断電流を生じる恐れがあったが、本発明では裁断電流を減少出来るので、過電流対策は不要である。図１５は接地導体を省いた真空バルブを示したものであり、11Ｘはセラミックス絶縁体であり、１９Ｄは可動アーク導体である。
【００２１】
可動導体１９は真空バルブ１１の内側から外側に延びており、途中でベローズ３６を貫通している。ベローズ３６により、可動導体１９を上，下方向に回動して可動導体先端に設けた可動接点１９Ａが固定接点１６Ａと接地導体１７の間を移動する働きをする。可動接点１９Ａの材料は上述の固定接点１６Ａと同材料である。ベローズ３６は、封止金具１５によって固定されている。接続導体３７間に可動導体１９を挾持し、両導体の貫通穴に挿入した主軸３５の先端のネジにナットの締付部（図示せず）により、締め付けて固定している。
【００２２】
可動導体１９の外側端と連結した操作機構部３８を駆動して、可動導体１９は主軸３５を介して上，下方向に回動すると、図１１の４位置に停止する。即ち、可動導体１９が回動するのに応じて、可動接点１９Ａが固定接点１６Ａに接触する入位置Ｙ１と、入位置より下側に回動して電流を遮断する切位置Ｙ２と、更に下側に回動して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充分に取った断路位置Ｙ３と、更に下側に回動して可動接点１９Ａが接地導体１７と接触した接地位置Ｙ４とがある。
【００２３】
これらの各位置はＳＦガスなどより高絶縁体である真空中で、可動導体１９が固定接点１６Ａから接地導体１７に回動する間に一回の操作で連続的に４ポジションを行うことが出来るので、操作がしやすく使い勝手が良いばかりか、また可動接点１９Ａ，固定接点１６Ａ，接地導体１７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回線において、１回線の絶縁開閉装置が入位置Ｙ１で運転中にあり、他回線の絶縁開閉装置が断路位置Ｙ３で待機中には負荷側導体に作業員が接触しても安全であるばかりか、また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作業ができるので、作業スピードが速く、操作がしやすい。更に上述のように真空バルブ１１内の真空漏れにより絶縁性能が低下し、接地に放電すると、この電流を変流器４２で検出して、保護リレー４２Ｘを動作させて、可動導体１９を動作させないように操作機構部３８をトリップさせることにより、真空バルブ１１の破損を防止する。
【００２４】
操作機構部３８のＵ金具３８Ａとこれに挿入した可動導体１９の先端部とピン３８Ｂにて連結し、Ｕ金具は絶縁操作ロッド３８Ｃに取り付けられており、絶縁操作ロッドの他端と連結した操作レバー３８Ｄが回動軸３８Ｅに取り付けられ、回動軸３８Ｅに各相の操作レバー３８Ｄが取り付けられているが、これらはいずれも公知であるので、詳細構造の説明は省略する。
【００２５】
回動軸３８Ｅは図５のように固定絶縁板４Ａ形成時に絶縁樹脂と一体に軸受 ３８Ｆをモールドしたので、軸受３８Ｆの内壁面の凹部３８ＧにＯリングを１個設けるシール構造で良いのに対して、軸受３８Ｆをモールドしない従来技術では軸受に２個所のリングを必要とするので、本発明に比べて、その分が複雑になり、作業時間を要する。
【００２６】
接続導体３７の一端と連結した支持板４０が固定絶縁板４Ａに一体固定されており、また他端は負荷側導体４１に接続している。負荷側導体４１には変流器 ４２及びコンデンサ４３を本体絶縁板４Ｂ内に一体にモールド配置されている。負荷側導体４１に流れる事故電流や真空バルブ内の真空異常時に発生する接地電流を変流器４２で検出すると、保護リレーが動作し、操作機構部３８のトリップ機構が働いて、上述の操作機構部３８を釈放し、可動導体１９を下方向に回動して可動接点１９Ａを固定接点１６Ａから開放して、遮断する。またコンデンサ ４３は主回路の電圧を分圧して、主回路電圧，位相を取り込み、図示していない検出部で潮流状態や接地事故の方向などを検出させる。本発明では真空バルブ １１の真空異常が発生すると、真空バルブ１１内の絶縁性能が低下し、接地に放電するため保護リレー４２Ｘにより、従来容易に出来なかった真空異常の検出とその対策とが可能となった。
【００２７】
更に本体絶縁板４Ｂ内の負荷側導体４１は軸方向に延びる垂直部４１Ａと垂直部先端を可動接点１９Ａと固定接点１６Ａが接触する開閉位置側方向に曲がった所謂Ｌ型通電部を形成し、その先端でケーブルヘッド４５及び負荷ケーブル４３に接続している。
【００２８】
ケーブルヘッド４５は負荷ケーブル端子４３と逆曲部４１Ｂ及び端面ネジ穴を締付ナット４９で締め付けし、絶縁保持部４６に支持された調整ネジ頭４７回転すると、それに応じて絶縁保持部４６が押圧されて、外側に膨らむように広がり、調整ネジ４７，締付ナット４９及び負荷ケーブル端子４３を包囲している絶縁ゴムカバー５０を押圧して、絶縁保持部４６と絶縁ゴムカバー５０とは密着が充分になり、両者に間隙がなくなり、水分が内部に入りにくくなり、絶縁耐力を著しく向上させることが出来る。これらはいずれも公知であるので、詳細構造の説明は省略する。
【００２９】
次に、本発明の絶縁開閉装置１で母線側導体２３Ａから負荷ケーブル４３に流れる電流により、全てのＬ型逆曲部４１Ｂにおいてその外側方向に電磁力が働く。本発明では図１２に示す如く電磁力Ｆを発生する。この電磁力Ｆは、可動導体１９により発生する外側への電磁力Ｆから、逆曲部４１Ｂの外側への電磁力Ｆ１を減じたものである。可動接点１９Ａが固定接点１６Ａに接触する接触圧力は、短絡電流による電磁反発力Ｆに打勝って投入及び通電し続けるだけの力が操作機構部３８に要求され、従来技術では大きな接触力を必要とし、大きな操作機構部が要求されていた。
【００３０】
本発明では逆曲部４１Ｂより発生する電磁力Ｆ１により、可動導体１９により発生する外側への電磁力Ｆを打ち消すので、この分操作機構部の駆動力を低減でき、操作機構部３８は可動導体１９を固定導体１６と接地導体１７とに接触する接触力だけでよいから、操作機構部３８は大幅に低減された操作力でよくなり、従来技術の操作機構部に比べて、本発明の操作機構部３８を大幅に小型化及び軽量化することが出来るようになった。
【００３１】
また逆曲部４１Ｂの長さについて検討すると、主軸３５から可動接点１９Ａが固定接点１６Ａとの接触位置までの可動導体１９の幅寸法Ｌ１と、主軸３５から接触位置までの逆曲部４１Ｂの幅寸法Ｌ２とすると、Ｌ１＝Ｌ２で、電磁力Ｆ＝Ｆ１になり、操作機構部３８の操作力は接触圧力だけでよいから、操作機構部 ３８の操作力を小さくできる。要するに適宜の操作力を得るには電磁力Ｆ１は電磁力Ｆを打ち消す方向に幅寸法Ｌ２を調整すればよいことになる。
【００３２】
又本発明の絶縁開閉装置は、上述の他に、可動導体１９が固定導体１６と開閉する遮断器等の開閉器，固定導体１６から断路位置Ｙ３まで可動導体１９を移動した断路器、可動導体１９と接地導体１７とを使用した接地開閉器等の開閉器単独製品としても使用することが出来る。また真空バルブ１１を絶縁ガス容器１に収納しない場合にも使用することが出来る。
【００３３】
更に図１３に示す真空バルブは主軸を支点として固定導体１６の固定接点16Ａと可動接点１９Ａとが開閉する可動導体１９を真空バルブ内に対応配置している。各接点にはアークＡを案内するスパイラル状溝１８Ｓを設けている。固定導体１６と可動導体１９とはＬ字型に配置され、Ｌ字型の電流が流れるため、事故電流通電において、両導体間に大きな電磁反発力が働く。この電磁反発力により可動接点１９Ａと固定接点１６Ａとの間に点弧したアークＡには常にＬ字型導体に流れる電流及び両接点間に流れるアーク電流ｉによって、アークＡは両電極面外部に飛び出す方向の電磁力Ｈが働く。
【００３４】
一方、本発明では可動導体１９が固定導体１６より離れて遮断する時には、固定接点１６Ａと可動接点１９Ａとの間の間隙が大きくなるにつれて、電極外周側から電極内周側に行くに従い順次間隙が狭くなるように可動接点１９Ａを傾斜状態で回動させているから、アークＡは外周側電極面よりアーク抵抗の小さい内周側電極面に移動していく力が働く。
【００３５】
この両電極面外部に飛び出す方向の電磁力Ｈに対して、外周側電極面から内周側電極面に移動力が働くので、アークＡは両電極面外部に飛び出しにくくなり、アークが真空バルブを突破ることがなく、遮断性能を向上することが出来る。特に、アークＡが両電極面外部に飛び出す方向の電磁力Ｈが働くように固定導体 １６の直角方向に接続した導体１６Ｘとこれに対応する可動導体１９とを配置した場合には、図１３の電極を使用すれば、より効果的にアークＡが両電極面外部に飛び出すのを防止できる。逆曲部４１Ｂの場合の上述と同様である。
【００３６】
又本発明の絶縁開閉装置は、上述の図１３の他に、主軸を支点として固定導体１６の固定接点１６Ａと可動接点１９Ａとが開閉する可動導体１９を真空バルブ内に対応配置したものにおいて、各接点の背面にアークに並行な磁界を発生させるコイル電極を設けたものを使用することも出来る。つまり図９の固定接点16Ａ及び可動接点１９Ａの一方側に図１０のようにコイル電極と主電極を使用しても良い。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように、本発明の絶縁開閉装置によれば、次の効果がある。
【００３８】
(1).可動導体が固定導体と接地導体との間を回動する間に閉位置，開位置，断路位置，接地位置の４ポジション（又は断路位置を除去した３ポジション）を一回の操作で連続的に行うことが出来るので、操作がしやすく使い勝手が良いばかりか、可動導体，固定導体，接地導体を一個所に集合化したので、上述の従来技術に比べて構成部品数の減少により小型化することができる。また断路位置を設ければ、例えば２回線受電で１回線が運転中で他回線が断路位置で待機中の時には、待機中の負荷側導体に作業員が触れても、安全である。
【００３９】
(2).本発明の真空バルブにはアークを消弧する消弧装置を設けたので、消弧装置を設けない場合に比べて著しく遮断性能を向上することが出来るので、この分、絶縁開閉装置を更に小型化することが出来る。
【００４０】
(3).本発明の内部に配置した固定導体と接地導体とに主軸を支点として両導体と開閉し、且つ一方側が真空バルブ外に突出する可動導体の直角方向に複数相の真空バルブを配置したので、複数相の真空バルブ間の幅方向の設置面積を縮小することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例である絶縁開閉装置の側断面図である。
【図２】図１に使用した絶縁ガス容器の分解斜視図である。
【図３】図６に使用した絶縁ガス容器の部分斜視図である。
【図４】図１を左側から見た正面図である。
【図５】図１を右側から見た正面図である。
【図６】図１のＤ−Ｄ線からの断面図である。
【図７】図１のＥ−Ｅ線からの断面図である。
【図８】図１に使用した消弧装置取付け付近の詳細図である。
【図９】図８に使用したアークの消弧を説明する簡素化した電極の説明図である。
【図１０】他の実施例として示した電極のアークを消弧する説明図である。
【図１１】図１の可動導体の動作を説明する等価回路図である。
【図１２】図１の絶縁開閉装置に働く電磁力の動作を説明する説明図である。
【図１３】本発明の他の実施例である真空バルブの電極を示す斜視図である。
【図１４】本発明の実施例である消弧装置付真空バルブの断面図である。
【図１５】本発明の他の実施例である消弧装置付真空バルブの断面図である。
【符号の説明】
１…絶縁ガス容器、１１…真空バルブ、１６…固定導体、１７…接地導体、 １９…可動導体、３５…主軸、４１…負荷側導体、４１Ｂ…逆曲部。

Claims (1)

1. 金属ケースと、該金属ケースの上側及び下側に突出した上側絶縁ブッシング及び下側絶縁ブッシングとを備え、内部を真空密封した真空バルブと、該真空バルブ内に配置された固定導体と、接地導体と、両導体と開閉する可動導体と、該真空バルブの外側に該可動導体を駆動する操作機構を備え、該可動導体が固定導体と接地導体との間を移動する間に、入位置Ｙ１，切位置Ｙ２，断路位置Ｙ３及び接地位置Ｙ４の４位置を取るように該可動導体を該操作機構により動作する絶縁開閉装置。

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