JP4762195B2 - 真空遮断器 - Google Patents

Description

本発明は、主接点を真空スイッチ管内に収納し、真空中で電流の遮断、投入を行なう真空遮断器に関し、特に、真空スイッチ管の一部または全体を固体絶縁物からなるモールドに埋設して支持した真空遮断器のチャタリング抑制構造に関するものである。

開閉可能に配設された一対の主接点を真空スイッチ管内に収納し、真空中で電流の遮断、投入を行なう真空遮断器においては、主接点を閉極（投入）したときの衝撃力および反発力によって主接点間の接離を繰り返す現象（チャタリング）が発生する。有負荷状態でチャタリングが発生した場合、主接点間にアークが発生し、このアークの熱によって主接点の消耗が加速し、電気的開閉寿命が短縮される。

接点投入時のチャタリングを抑制するために、例えば特許文献１では、油圧オリフィス式のダンパを使用し、可動側接点と接続された可動軸の振動を緩和した真空遮断器が提示されている。また、特許文献２では、接点との間にチャタリングに影響を与える固有振動数を有する部材が介在しない位置に、３枚以上の積層板からなる積層構造の固定導体を配設し、この固定導体を弾性体によって弾性支持し、接点投入時のチャタリングを抑制した開閉機器が提示されている。
特開平７−２４５０４６号公報 特開２００６−１６４６５４号公報

このように、真空遮断器においてはチャタリングの継続時間をできる限り短くする必要があるが、特許文献１に記載のものでは高価なダンパを追加する必要があり、高精度な設定が要求されるため組立てコストが高くなるという問題点があった。また、特許文献２に記載のものでは、３枚以上の積層板からなる積層構造の固定導体を弾性体によって弾性支持しているが、いったん組み込まれた積層板の固有振動数の微調整が困難であるため、チャタリングの抑制に最適な積層板の枚数や板厚等の条件出しに時間を要するという問題があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、主接点投入時のチャタリングを、簡単な機構で確実に抑制することが可能な真空遮断器を提供することを目的とする。

本発明による真空遮断器は、開閉可能に配設された一対の接点を真空スイッチ管内に収納し、真空中で電流の遮断、投入を行う真空遮断器であって、真空スイッチ管の少なくとも一部を覆い、その脚部にて真空スイッチ管を支持する固体絶縁物からなるモールドと、モールドの脚部がモールド固定部材により固定される取付けベースと、取付けベースに支柱固定部材により固定され取付けベースを支持する支柱を備え、取付けベースは、積層された複数枚の鋼板からなり、これら複数枚の鋼板を締結するベース締結部材が、モールド固定部材及び支柱固定部材と異なる位置に、調整自在に配設されているものである。

本発明によれば、積層された複数枚の鋼板からなる取付けベースを締結するベース締結部材を、モールド固定部材及び支柱固定部材と異なる位置に、調整自在に配設することにより、モールドにて支持された主回路部の固有振動数に応じて取付けベースの固有振動数を容易に微調整することが可能であり、簡単な機構で、主接点投入時のチャタリングを確実に抑制することが可能である。

実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１について図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施の形態１における真空遮断器の構成を示す断面模式図、図２は外観図である。開閉可能に配設された一対の主接点（固定側接点２、可動側接点３）は、真空スイッチ管（ＶＳＴ）１内に収納され、固定側接点２の接続端子４と可動側接点３の接続端子５がＶＳＴ１の両側に設けられている。可動接点側３の接続端子５は，可とう導体６を介して他の機器（図示せず）に接続されるとともに、主回路を電気的に絶縁するための絶縁ロッド７、接圧ばね８を介して可動側接点３を駆動する操作機構９に接続されている。また、固定側接点２の接続端子４は、接続導体（図示せず）を介して他の機器（図示せず）に接続されている。

ＶＳＴ１は、その少なくとも一部（本実施の形態では全体）を、固体絶縁物からなるＶＳＴモールド１０に覆われ、その脚部１０ａにて支持されている。ＶＳＴモールド１０の脚部１０ａは、取付けベース１３にＶＳＴモールド固定部材（ボルト）１５により固定されている。取付けベース１３は、積層された８枚の厚さ６ｍｍの鋼板１４からなるものである。さらに、取付けベース１３は、支柱固定部材（ボルト）１６により支柱１２と固定され、支柱１２により支持されている。これらの支柱１２は、操作機構９を取付けたユニットベース１１に接続されている。

本実施の形態による取付けベース１３は、図３に示すように、ＶＳＴモールド固定部材であるボルト１５と、支柱固定部材であるボルト１６が、それぞれ異なる位置に配設されている。すなわち、ＶＳＴモールド締結部１５ａと支柱締結部１６ａが、異なる位置となっている。さらに、ベース締結部材であるボルト１７が、ボルト１５、ボルト１６の両方と異なる位置に配設され、ボルト１７の締め付けトルクは調整自在となっている。なお、図３において、１７ａはボルト１７の頭、１７ｂはナットを示している。ボルト１７は、取付けベース１３の積層間を貫通し、ナット１７ｂにより８枚の鋼板１４を締結している。

図４は、取付けベース１３におけるベース締結部材（ボルト）１７の配置例を示している。図４では、ボルト１７は、取付けベース１３の６箇所にほぼ均等に配設され、積層された８枚の鋼板１４を締結しており、その締め付けトルクは調整自在である。ただし、本発明において、ボルト１７の個数は６個に限定されるものでなく、適宜変更することができる。また、本実施の形態では、図５に示すように、取付けベース１３の四隅を、円柱状の４本の支柱１２によって支持している。

次に動作について説明する。操作機器９により可動側接点３を固定側接点２に対して並進運動させることで、主回路電流の遮断、投入を行なう。投入の場合、開状態にある可動側接点３を、操作機構９の駆動力により一定の速度で投入方向に運動させる。可動側接点３が固定側接点２と衝突すると、可動側接点３は固定側接点２に対してバウンズを繰り返しながら次第に減衰し、最終的に投入状態に落ち着く。

このように、可動側接点３が投入動作によって固定側接点２に衝突すると、固定側接点２に衝撃荷重が加わり、固定側接点２は可動側接点３と離れる方向に動こうとする。このとき、固定側接点２に加わった衝撃荷重は、ＶＳＴモールド１０を介して取付けベース１３、支柱１２、ユニットベース１１に加わる。

本実施の形態では、固定側接点２に加わった衝撃荷重が取付けベース１３に加わる際に、ＶＳＴモールド固定部材であるボルト１５と支柱固定部材であるボルト１６では、逆方向に衝撃荷重が加わり、それぞれの部分において逆方向に僅かに移動する。このときに取付けベース１３の積層間で摩擦力が発生するため運動エネルギーが消費され、支柱１２への衝撃力を低減し、固定側接点２から可動側接点３への反発力が低減される。さらに、取付けベース１３の積層間を貫通して締結するボルト１７が、積層間に生じる摩擦力を増大させるため、支柱１２への衝撃力の低減効果を向上させ、固定側接点２から可動側接点３への反発力の低減効果も向上させている。

固定側接点２から可動側接点３への反発力が低減することにより、可動側接点３が反発力によって戻る距離も低減されるので、可動側接点３が再度、固定側接点２に接するまでの時間が短縮され、可動側接点３と固定側接点２間が離れている間に発生するアーク時間すなわちチャタリングの継続時間も短縮される。

このように、チャタリングの継続時間には、ＶＳＴモールド１０にて支持された主回路部とその固定部である取付けベース１３の固有振動数が影響する。主回路部と固定部の固有振動数が異なることにより、接点投入時の衝撃力が消費されて減衰し、チャタリング抑制効果が得られるため、主回路部の固有振動数に応じて取付けベース１３の固有振動数を変化させる必要がある。その手段として、本実施の形態では、取付けベース１３を締結しているボルト１７の締め付けトルクが調整自在に設けられており、これにより取付けベース１３の積層間の摩擦力を調整し、固定振動数を微調整するものである。

取付けベース１３の固有振動数を変化させる他の手段としては、取付けベース１３を構成する鋼板１４の大きさ、厚さ及び枚数等の条件を変化させる方法もある。しかし、これらの方法は、部品の追加または変更を伴うため対応に時間を要し、組立後の微調整も難しい。これに対し、本実施の形態では、まず取付けベース１３を構成する鋼板１４の厚さ及び枚数を最適化しておき、さらにこれらを締結しているボルト１７の締め付けトルクを調整することにより、積層間の摩擦力の微調整を行うことができる。

取付けベース１３を構成する鋼板１４の枚数及び厚さの条件を変えた場合の真空遮断器における投入速度とチャタリング時間の関係を図６に示す。図中、横軸は投入速度（ｍ／ｓ）、縦軸はチャタリング時間（ｍｓ）を示しており、白い三角（△）は厚さ６ｍｍの鋼板を8枚積層したもの、黒い四角は厚さ６ｍｍの鋼板を６枚積層したもの、白い丸（○）は厚さ６ｍｍの鋼板を４枚積層したもの、黒い三角は厚さ４．５ｍｍの鋼板を９枚積層したもの、白い四角（□）は厚さ９ｍｍの鋼板を５枚積層したものをそれぞれ示している。

全体として、投入速度が大きくなるとチャタリング時間は長くなる傾向にあるが、今回の実験では、厚さ６ｍｍの鋼板を8枚積層したもの（△）が最もチャタリング時間を短く抑制できた。同じ厚さ６ｍｍの鋼板を用いた場合でも、６枚(黒い四角)、４枚（○）の場合には衝撃荷重が加わったときの摩擦力が小さくなり、また剛性が弱くなるため固有振動数が小さくなり、８枚（△）の場合に比べてチャタリング抑制効果が低下する。

また、厚さ６ｍｍの鋼板4枚の場合（○）と厚さ９ｍｍの鋼板５枚の場合（□）を比較すると、剛性の点では後者（□）が勝っていると考えられるが、厚さ９ｍｍの鋼板の場合は鋼板１枚当たりの重量が大きいため、積層間の移動が小さいと考えられ、チャタリング抑制効果においては前者（○）が勝っている。これらの実験結果から、鋼板の厚さは６ｍｍ以下が望ましいことが明らかになった。このように、取付けベース１３を構成する鋼板１４の枚数及び厚さの条件を変更することにより、取付けベース１３の剛性及び固有振動数の調整を行うことができる。

なお、本実施の形態では、厚さ６ｍｍの鋼板１４を８枚積層した取付けベース１３を用いたが、取付けベース１３を構成する鋼板１４の厚さ、枚数、及び材質については、これに限定されるものではなく、適宜変更可能である。

取付けベース１３を構成する鋼板１４の枚数及び厚さの条件を変更した例を図７に示す。図７では、厚さ６ｍｍの鋼板１４を７枚と、厚さ４．５ｍｍの鋼板１４ａを１枚の合計８枚を組み合わせて積層した取付けベース１３を用いている。図３に示す構造と比べると、積層枚数が同じなので衝撃荷重が加わったときの摩擦力はほぼ同等であるが、取付けベース１３の剛性が弱くなっているため、取付けベース１３の固有振動数は小さくなる。

さらに、取付けベース１３を支持する支柱としては、図５に示すような円柱状の支柱１２以外に、図８及び図９に示すようなブロック状（下駄の歯状）の支柱１２ａを用いてもよい。図８は、ブロック状の支柱１２ａを片側３本の支柱固定部材(ボルト)１６で固定した例を示しており、図９は、支柱固定部材(ボルト)１６の本数を片側５本に増加して剛性を向上させた例を示している。このように、支柱の形状及び支柱固定部材１６の本数や位置を変更することによっても、剛性を調整することができる。

以上のように、本実施の形態によれば、積層された複数枚の鋼板１４からなる取付けベース１３を締結するベース締結部材であるボルト１７を、モールド固定部材であるボルト１５及び支柱固定部材であるボルト１６と異なる位置に配設し、ボルト１７の締め付けトルクが調整自在であるので、ＶＳＴモールド１０にて支持された主回路部の固有振動数に応じて取付けベース１３の固有振動数を容易に微調整することが可能であり、簡単な機構で、主接点投入時のチャタリングを確実に抑制することが可能である。

実施の形態２．
上記実施の形態１では、取付けベース１３の固有振動数の微調整を行う方法として、取付けベース１３を締結しているボルト１７の締め付けトルクを調整すること、および取付けベース１３を構成する鋼板１４の枚数及び厚さの条件を変更すること等を示した。本実施の形態では、さらに、取付けベース１３を構成する鋼板１４に、切欠き部１８または穴１９を設けることにより、取付けベース１３の剛性及び固有振動数の微調整を行うものである。

図１０は、本実施の形態における真空遮断器の取付けベースの構成例を示す図であり、（ａ）は取付けベース１３の上面図、（ｂ）は（ａ）中Ａ−Ａで示す部分の断面図である。図１０に示す例では、積層された８枚の鋼板１４のうち、両端となる上下１枚ずつに切欠き部１８を設け、さらに、８枚の鋼板１４を貫通する穴１９を複数個設けている。このように、取付けベース１３を構成する鋼板１４に切欠き部１８や穴１９を設けることにより、取付けベース１３の剛性が弱くなるため固有振動数は小さくなる。

なお、切欠き部１８を設ける位置は、取付けベース１３の両端の鋼板１４に限定されるものではなく、いずれか１枚または複数枚の鋼板１４に切欠き部１８を設けて剛性を調整することができる。さらに、穴１９の数や位置も任意に決定でき、全ての鋼板１４を貫通する穴であってもよいし、貫通しない穴であってもよい。

以上のように、本実施の形態によれば、上記実施の形態１と同様の効果に加え、さらに取付けベース１３の剛性及び固有振動数の微調整が可能となり、より確実なチャタリング抑制効果が得られる。

本発明は、主接点を真空スイッチ管内に収納し、真空中で電流の遮断、投入を行なう真空遮断器、特に、真空スイッチ管の一部または全体を固体絶縁物からなるモールドに埋設して支持したものに利用可能である。

本発明の実施の形態１における真空遮断器の構成を示す断面模式図である。 本発明の実施の形態１における真空遮断器を示す外観図である。 本発明の実施の形態１における真空遮断器の取付けベースの構成例を示す部分拡大断面図である。 本発明の実施の形態１における真空遮断器のベース締結部材の配置例を示す平面図である。 本発明の実施の形態１における真空遮断器の支柱とベース締結部材の配置例を示す斜視図である。 真空遮断器における投入速度とチャタリング時間の関係を示している。 本発明の実施の形態１における真空遮断器の取付けベースの他の構成例を示す部分拡大断面図である。 本発明の実施の形態１における真空遮断器の取付けベースを支持する支柱の他の形状例を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１における真空遮断器の取付けベースを支持する支柱の他の形状例を示す斜視図である。 本発明の実施の形態２における真空遮断器の取付けベースの構成例を示す上面図及び断面図である。

符号の説明

１ 真空スイッチ管（ＶＳＴ）、２ 固定側接点、３ 可動側接点、
４、５ 接続端子、６ 可とう導体、７ 絶縁ロッド、８ 接圧バネ、９ 操作機構、１０ ＶＳＴモールド、１０ａ 脚部、１１ ユニットベース、１２、１２ａ 支柱、１３ 取付けベース、１４、１４ａ 鋼板、１５ ＶＳＴモールド固定部材（ボルト）、１５ａ ＶＳＴモールド締結部、１６ 支柱固定部材(ボルト)、１６ａ 支柱締結部、１７ ベース締結部材（ボルト）、１７ａ 頭、１７ｂ ナット、１８ 切欠き部、
１９ 穴。

Claims (4)

1. 開閉可能に配設された一対の接点を真空スイッチ管内に収納し、真空中で電流の遮断、投入を行う真空遮断器であって、前記真空スイッチ管の少なくとも一部を覆い、その脚部にて前記真空スイッチ管を支持する固体絶縁物からなるモールドと、前記モールドの脚部がモールド固定部材により固定される取付けベースと、前記取付けベースに支柱固定部材により固定され前記取付けベースを支持する支柱を備え、前記取付けベースは、積層された複数枚の鋼板からなり、これら複数枚の鋼板を締結するベース締結部材が、前記モールド固定部材及び前記支柱固定部材と異なる位置に、調整自在に配設されていることを特徴とする真空遮断器。
2. 請求項１記載の真空遮断器であって、前記取付けベースは、厚さ６ｍｍ以下の鋼板を複数枚積層してなることを特徴とする真空遮断器。
3. 請求項１記載の真空遮断器であって、前記取付けベースは、厚さ６ｍｍ以下の２種類以上の厚さの鋼板を組み合わせて複数枚積層してなることを特徴とする真空遮断器。
4. 請求項１記載の真空遮断器であって、前記取付けベースは、複数枚の鋼板のいずれか１枚または複数枚に、切欠き及び穴のいずれか一方または両方が設けられていることを特徴とする真空遮断器。

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