JP4778812B2 - 開閉器の絶縁強度制御構造 - Google Patents

Description

本発明は、高圧配電線路などの電路を開閉するために使用される開閉器に用いられ、開閉部内部における絶縁強度を制御する方法である。更に詳しくは、１相毎に可動電極や固定電極が絶縁ケースに収納されている開閉器において、異相主回路間における絶縁強度を制御するための構成に関するものである。

高圧配電線路には、配電線路の電路を開閉するために固定電極、および可動電極の開閉部と消弧室を本体ケース内部に収納しているケース入り開閉器が設置されており、上記開閉器には、例えば、遮断器や開閉器の負荷開閉時発生する断路器サージ、開閉サージ、雷による雷サージ等で発生する過電圧において適切な裕度を保つためにも、絶縁強度に格差を設け地絡優先とすることが従来の知見であることから、絶縁強度は次のように規定されている。主回路と対地間＜異相主回路間＜同相主回路間の順に絶縁強度を上げる必要がある（上記のように適切な裕度を勘案して絶縁強度を選定することを絶縁協調と言う）。

例えば、特許文献１記載の発明においては、開閉器ケース内に３相充電部を一括で収納した開閉器において、負荷側充電部導体に先端部が隣り合う負荷側充電部導電体に向かう電極を設けた構成がある。
特許第３０１３７７０号公報

しかしながら、特許文献１記載の発明においては、３相充電部を一括して収納する場合においては有効であるが、１相毎充電部を仕切られた絶縁壁を有する場合においては前記電極が有効に働かず、異相主回路間における絶縁強度を制御することが困難であった。

そのため、上記のような１相毎電極が絶縁ケースに収納された開閉器においても、異相主回路間の絶縁強度を制御することが課題となった。

本発明においては上記のように、相間に絶縁板が用いられ而も両側電源に対応可能とするために、上記の課題を解決するために請求項１記載の発明においては、本体ケース２内部に絶縁材料からなる絶縁ケース３を３相並列に備え、内部に固定電極５と、前記固定電極５に投入開放するための可動電極６とを備えた開閉器１において、中央に配置された前記絶縁ケース３の前記固定電極５が配置された外側側面には、円弧形状の先端部７ａが隣り合う絶縁ケース３に向かうように配置された導電性の金属材料からなる電極７と、さらに、左右両側に配置された前記絶縁ケース３の前記固定電極５が配置された外側側面には同様に前記電極７とを設け、それぞれの前記絶縁ケース３に設けられた前記電極７と同ケース７の前記固定電極５とで放電ギャップＧ２を形成し、而も中央の絶縁ケース３に設けられた電極７とその左右両側の絶縁ケース３に設けられた電極７の先端部７ａとが対向し放電ギャップＧ１を形成することを特徴とする開閉器の絶縁強度制御構造であり、請求項２記載の発明においては、本体ケース２内部に絶縁材料からなる絶縁ケース３を３相並列に備え、内部に固定電極５と、前記固定電極５に投入開放するための可動電極６とを備えた開閉器１において、上記中央に配置された前記絶縁ケース３に収納された前記可動電極６には、前記可動電極６の最大開放時において、前記絶縁ケースの上端近傍に位置し、而も両側に突出した電極２２と、さらに、前記左右両側に配置された絶縁ケース３内の可動電極６には、前記電極２２の先端に対して放電ギャップＧ３を形成するために配置された導電性の金属材料からなる電極２０とを設けたことを特徴とする開閉器の絶縁強度制御構造であり、請求項３記載の発明においては、請求項１並びに請求項２からなる開閉器の絶縁強度制御構造である。

上記の発明により、１相毎に電極が絶縁ケースに収納された開閉器においても、異相主回路間の絶縁強度が制御できるようになったために、開閉器内部における絶縁協調が取れるようになった。

請求項１記載の発明においては、電源線路が固定電極に接続されている状態での開放状態や閉路状態では、高圧配電線路内に開閉サージや雷サージによる過電圧が侵入した場合でも被害を最小限度に留めることができ、さらに開閉器の内部短絡事故が発生した場合でも開閉器の損傷を小さく抑えることができる。

また、請求項２記載の発明においては、電源線路が可動電極に接続されている状態での開放状態では、上記同様に高圧配電線路内に開閉サージや雷サージによる過電圧の侵入した場合でも、被害を最小限度に留めることができる。

さらに、請求項３記載の発明においては、電源線路が固定電極や可動電極のどちらにでも接続された場合での開放状態及び閉路状態であっても絶縁協調が取れる構成となっている。そのため、電柱上への開閉器の取付においては特に電源側や負荷側を意識せず取付けることができるために開閉器の柱上への取付作業が向上され、さらに開閉器の主回路開放状態においても過電圧に対して保護ができる。

発明を実施するための最良の形態を図に基づいて説明する。
図１乃至図４は、本発明の実施例を示す。

図１に示すように開閉器１は、上面が開口し有底の金属材料からなる、例えばステンレス板や鋼板からなる本体ケース２を有し、該本体ケース２内部には１相毎に分割された絶縁性を有する樹脂材料、例えばエポキシ樹脂や不飽和ポリエステェルからなる絶縁ケース３が３相設けられ、それらは台板４にネジにて固定されている。

絶縁ケース３は上部が開口した略長方形の箱形状にて形成されており、絶縁ケース３の内部には固定電極５、可動電極６が対向して設けられている。
また、絶縁ケース３の固定電極５、可動電極６が設けられている両側壁部には表裏を貫通する貫通穴３ａが設けられ、貫通穴３ａと同心円状で二重に形成された突出壁３ｂを有している。

また、図３に示すように固定電極５が設けられている側の絶縁ケース３外面で上記突出壁３ｂの上側には中間電極７が次のように設けられている。なお、中間電極７は金属材料の例えば銅やステンレス等からなる略長方形の板形状のもので、一方の先端部７ａが略円弧状に形成されており、絶縁ケース３に取付けるための長穴３ｂを備えている。

中央に配置された絶縁ケース３で固定電極５が配置されている側の側面外側には、前記中間電極７の先端部７ａが外側（両側に配置された絶縁ケース３側）に向くように水平に配置され、それらは絶縁ケース３に対してねじ８にて固定されている。また、両側に配置された絶縁ケース３で同様に固定電極５が配置されている側の側面外側には、前記中間電極７の先端部７ａに向かい合うように所定間隔を置いて絶縁ケース３にねじ８固定されている（それぞれの中間電極７の先端７ａにより、放電ギャップＧ１が形成されている）。なお、上記説明の所定間隔については異相主回路間の絶縁強度が適切になるように調整し、その調整が行なえるように前記中間電極７には取付用の穴は長穴７ｂで構成されている（図４参照願います）。

また、図１や図２に示すように上記３相の絶縁ケース３に取付けられた中間電極７のねじ８固定位置は、上記ねじ８の先端部が前記絶縁ケース３側面より内側へ突出し、而もその先端部が後述する消弧室９の固定ねじ１０の頭部に対して遮蔽するものがない空間を保つように取り付けられている（上記ねじ８と上記固定ねじ１０との間にて放電ギャップＧ２が形成されている）。

なお、本実施例の説明においては中央に配置された上記中間電極７は２部材で独立して構成されているが、この形態に限定されるものではなく、例えば２つの中間電極７を接合させた1部材の構成であってもかまわない。その場合、中間電極７間の距離の所定距離の調整は、左右に設けられた中間電極７を移動させることで可能となる。

次に、前記絶縁ケース３に設けられた貫通穴３ａには、金属性の導電材料からなる接続導電体１１が挿通して絶縁ケース３に対して図示しないねじ固定又は圧入等の方法により固定されており、それらは後述する固定電極５や可動電極６と電気的に接続されている。また、絶縁ケース３より外側へ突出した接続部１１ａには後述するブッシング１２の接続部１２ａが取付けられる。

固定電極５は前記接続導電体１１と固定接触子１３で構成されており、導電性の金属材料からなる板状の固定接触子１３は、前記接続導電体１１に設けられた平行な２つの平面と平行となるように２箇所のピン１４にて回転しないように支持されている。

さらに、固定電極５には、主回路の開放時に発生するアークを消弧するために、アーク熱により熱分解した際に消弧性ガスを発生するユリア樹脂やポリアセタール樹脂材料からなる消弧室９が固定接触子１３を覆うように設けられている。また、前記消弧室９外面には、固定接触子１３近傍に消弧性能を上げるための図示しない鉄材が設けられている。

また、消弧室９は、接続導電体１１と電気的に接続された断面形状が略コの字からなる導電性の金属材料からなる取付部材１５にねじ固定されている。一方、前記取付部材１５は絶縁ケース３に対して回転しないように図示しないねじにてねじ固定されている。
上記取付構造により、消弧室９を固定するための前記固定ねじ１０と前記固定接触子１３や接続導電体１１は同電位となっている。

可動電極６は前記接続導電体１１と可動接触子１６にて構成され、前記可動接触子１６は湾曲する逆Ｖ字形状に形成され、さらに別の板状部材１７で股状に形成され平行に配設されており、前記可動接触子１６と板状部材１７により接続導電体１１設けられた平行な２つの平面を狭持し、而も接続導電体１１に貫通されたピン１８に対して回転可能に支持されている。
なお、図２に示すように前記可動接触子１６の回転支点部にある前記ピン１８と同軸上には、コイルバネ１９が圧縮状態で配設されており、この付勢力により所定の圧力により前記接続導電体１１を狭持している。

また、可動接触子１６と板状部材１７の接合部は、金属材料の例えばステンレスからなる、ボルト２０、ねじ２２やナット２１にて以下のように固定されている。中央に配置された絶縁ケース３内部の可動接触子１６には、両側に所定量の長さが突出するねじ２２を前記接合に構成された図示しない取付穴に対して貫通させ、その後両側より２枚の板状部材１６、１７を狭持するようにナット２１で締め付けることでねじ固定させる。この構造により、可動接触子１６及び接続導電体１１と前記ねじ２２は同電位となっている。

さらに、両側に位置するそれぞれの可動接触子１６の接合部１６ａには、導電性の金属材料の例えばステンレス材量で頭部とねじ部が一体となったボルト２０のねじ部を図示しない取付穴に対して貫通させ、前記ボルト２０の頭部とは反対側より可動接触子１６と板状部材１７を挟持するためナット２１を締め付けねじ固定させる。なお、前記３相の可動接触子１６に設けられたボルト２０やねじ２２の先端部は、それぞれ所定間隔を置いて向かい合うように構成されており、しかも可動電接触子１６の最大開放位置において、前記ボルト２０やねじ２２の先端部は絶縁ケース３の上端面近傍となるように配置されている（それぞれボルト２０とのねじ２２の先端間にて放電ギャップＧ３を形成）。

なお、上記所定間隔とは、前記可動接触子１６が固定接触子１３に対して最大開放位置にある時にでも、異相間の絶縁強度が適切な値となるように設定されている。

図1に示すようにブッシング１２は本体ケース１の両側面から貫装取付されており、絶縁性の樹脂材料、例えばエポキシ樹脂や磁器からなるブッシング１２の中央部に、導電性を備えた導電体１２ａが一体で形成されている。
また、ブッシング１２の中央部に設けられた前記導電体１２ａの先端部には、導電材からなる例えば銅材の中空のパイプ形状の接続部１２ｂを圧入している。

上記構成のブッシング１４を本体ケース１に周知の方法で貫装取付することで、ブッシング１４の接続部１２ｂは接続導電体１１の接続部１１ａに圧入勘合されブッシング１４の接続導電体１１は可動電極５や固定電極６と電気的に接続される。なお、本体ケース１に接続されたブッシング１２の円筒部１２ｃは、絶縁ケース３に設けられた突起部３ｂの間に挿入されることで絶縁空間を形成している。

この絶縁空間により、充電部（導電体１２ａや接続導電体１１）から本体ケース１へと至る空間絶縁距離を伸ばすことが出来る。つまり、充電部から突出壁３ｂ（内側）と円筒部１２ｃ間の空間を通り、次に円筒部１２ｃと突出壁３ｂ（外側）の間の空間を経て本体ケース１へと至り絶縁距離が長くなることで絶縁性能が向上する。

次に、図１及び図２を参照し上記構成において異相主回路間において絶縁破壊される動作について説明する。開閉器１の投入状態において、電源線路に過電圧が印加された場合は以下の通りである。絶縁強度は主回路と大地間が一番弱く設定されているため、始めに主回路と大地間で絶縁破壊が生じ、その後異相主回路間で絶縁破壊が生じる。なお、ここでは主回路と大地間における絶縁破壊の動作説明に関しては省略する。

異相主回路間での絶縁破壊は、過電圧により固定電極接触子１３や接続導電体１１が昇圧することで、３相それぞれの固定電極５に取付けられた消弧室９を固定するための固定ねじ１０が昇圧し、中間電極７を固定しているねじ８の先端部の間で絶縁破壊する（放電ギャップＧ２より放電する）。それにより中間電極７が昇圧した後、それぞれの中間電極７の間で絶縁破壊が発生し（放電ギャップＧ１より放電する）、異相主回路間の絶縁破壊が生じる。このとき、可動接触子１６に設けられた電極も同様に昇圧はするものの、絶縁ケース３内部に収納された状態であるために絶縁強度は異相主回路間より強く構成されているため、可動接触子１６間では絶縁破壊は発生しない。

また、開閉器１の開放状態においては、次の通りである。電源線路が固定電極部５側に接続されている場合には上記投入状態と同様の現象のため省略する。
電源線路が可動電極６部側に接続されている場合に電源線路に過電圧が印加されるとそれぞれの可動接触子１６や接続導電体１１が昇圧し、始めに主回路と大地間での絶縁破壊が発生し、次に異相主回路間での絶縁破壊が生じる。異相主回路間では、過電圧により可動接触子１６が昇圧し、同時に可動接触子１６に設けられたボルト２０やねじ２２も昇圧する。
お互いの昇圧したボルト２０やねじ２２の先端部が向き合っているため、その間で絶縁破壊が発生する。

上記のように本発明の構成によれば、開閉器１の開放状態や投入状態に関わらず、絶縁強度を大地間＜異相主回路間＜主回路間と制御できるものである。

本発明の実施例である開閉器の正面側からの断面図 図１における３相の絶縁ケースを表した平面図 図２における固定電極側からの側面図 中間電極の正面図

符号の説明

１ 開閉器
２ 本体ケース
３ 絶縁ケース
５ 固定電極
６ 可動電極
７ 中間電極
８ ねじ（中間電極用）
９ 消弧室
１０ 固定ねじ（消弧室固定用）
１５ 取付金具
２０ ボルト
２２ ねじ
Ｇ１ 放電ギャップ（中間電極間）
Ｇ２ 放電ギャップ（中間電極と固定電極間）
Ｇ３ 放電ギャップ（開放時における可動電極間）

Claims (2)

1. 本体ケース（２）内部に絶縁材料からなる絶縁ケース（３）を３相並列に備え、内部に固定電極（５）と、前記固定電極（５）に投入開放するための可動電極（６）とを備えた開閉器（１）において、
   中央に配置された前記絶縁ケース（３）の前記固定電極（５）が配置された外側側面には、円弧形状の先端部（７ａ）が隣り合う前記絶縁ケース（３）に向かうように配置された導電性の金属材料からなる電極（７）と、
   さらに、左右両側に配置された前記絶縁ケース（３）の前記固定電極（５）が配置された外側側面には同様に前記電極（７）とを設け、それぞれの前記絶縁ケース（３）に設けられた前記電極（７）と前記絶縁ケース（３）の前記固定電極（５）とで放電ギャップ（Ｇ２）を形成し、
   而も中央の前記絶縁ケース（３）に設けられた前記電極（７）とその左右両側の前記絶縁ケース（３）に設けられた前記電極（７）の前記先端部（７ａ）とが対向し放電ギャップ（Ｇ１）を形成することを特徴とする開閉器の絶縁強度制御構造。
2. 本体ケース（２）内部に絶縁材料からなる絶縁ケース（３）を３相並列に備え、内部に固定電極（５）と、前記固定電極（５）に投入開放するための可動電極（６）とを備えた開閉器（１）において、
   上記中央に配置された前記絶縁ケース（３）に収納された前記可動電極（６）には、前記可動電極（６）の最大開放時において、前記絶縁ケース（３）の上端近傍に位置し、而も両側に突出した電極（２２）と、
   さらに、前記左右両側に配置された絶縁ケース（３）内の前記可動電極（６）には、前記電極（２２）の先端に対して放電ギャップ（Ｇ３）を形成するために配置された導電性の金属材料からなる電極（２０）とを設けたことを特徴とする開閉器の絶縁強度制御構造。

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