CN100373515C

CN100373515C - 真空开关机构

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Publication number: CN100373515C
Application number: CNB2004100970907A
Authority: CN
Inventors: 坂本芳树; 土屋贤治; 小林将人; 喜久川修一; 加藤公三
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2003-12-26
Filing date: 2004-12-24
Publication date: 2008-03-05
Anticipated expiration: 2024-12-24
Also published as: KR101039084B1; US20050139579A1; EP1548778A1; TW200522113A; DE602004006593T2; DE602004006593D1; JP4277198B2; TWI246702B; KR20050067064A; EP1548778B1; JP2005190919A; CN1637990A

Abstract

本发明涉及真空开关机构。本发明的目的是使装置小型化。U相的真空容器(10)中的断路器(18)通过操作杆(24)、驱动杆(78)与操作器(22)连接；V相的真空容器(12)中的断路器(18)通过操作杆(24)、驱动杆(78)与操作器(22)连接；W相的断路器(18)通过操作杆(24)、驱动杆(78)与操作器(22)连接。通过各操作器(22)闭合操作时，由电磁铁(74)产生的电磁力作用于驱动杆(78)、操作杆(24)使各断路器(18)闭合；各操作器(22)断开操作时，跳开弹簧(80)蓄积的弹力作用于驱动杆(78)、操作杆(24)使各断路器(18)断开的同时，由各相的操作器(22)产生的操作力通过连杆机构(26)传递到其它两相，使三相的各相操作器(22)一起进行闭合或断开操作。

Description

真空开关机构

技术领域

本发明涉及真空开关机构，特别是涉及适于用作具有多个装于真空容器内的开关、及用来操作各开关的操作器的电力系统的配电设备的真空开关机构。

背景技术

电力系统中，开关机构作为配电设备的重要部件设置在配电系统中。过去，作为这种开关机构，虽多采用气体绝缘方式，但为了实现小型化，也有采用FS₆气体作为绝缘介质的气体绝缘方式。然而，若采用FS₆气体作为绝缘介质，由于有致使环境恶化的危险，因而，近年来，提出了采用真空绝缘作为绝缘介质的绝缘方式的方案。

作为真空绝缘方式的开关机构，例如，具有如下的结构：在真空容器内装有多个固定电极与活动电极相对配置的主电路开关部分，活动电极与母线侧导体连接，固定电极与负载侧导体连接，各主电路开关部分以灭弧罩覆盖，各母线导体通过可挠性导体连接(参考专利文献1—日本特开2000-268685号公报，第3页至第6页，图1～图3)。若采用这种真空开关机构，由于采用真空绝缘方式，与气体绝缘方式相比还可缩短绝缘距离，可使真空开关机构更紧凑。

上述现有技术中，由于各主回路开关部分以灭弧罩覆盖，因而，在发生短路等事故时，实施跳闸动作，在活动电极与固定电极分离时，即使从各电极产生金属蒸气，也可由灭弧罩将金属蒸气遮挡。

但是，为了使装置小型化，对于简化连接各主回路开关部分的操作器的结构，或者致力于改进操作器与各主回路开关部分的位置关系方面重视不够。

发明内容

本发明的目的就在于使装置小型化。

为了实现上述发明目的，本发明的真空开关机构，通过各操作杆分别将真空容器中的多个开关及用于分别操作多个开关的多个操作器进行连接，当闭合各开关时，由各操作器将电磁力引起的操作力作用于操作杆上，从而使各开关闭合；当断开各开关时，将与电磁力反方向的弹力引起的操作力作用于操作杆上，从而使各开关断开；各操作器通过相互有关联的其它操作器和连杆机构相互连接。

真空容器内的多个开关以及操作各个开关的各个操作器通过各个操作杆连接起来，各个开关闭合作业时，操作器以电磁力作为操作力通过各个操作杆使开关闭合，各个开关断开作业时，与电磁力相反的弹性力作为操作力通过各个操作杆使开关断开，各个操作器与其他有关联的操作器由连杆机构相互连接。

若采用上述装置，各开关闭合时，由于将电磁力引起的操作力从各操作器作用于各操作杆，因而，在各开关闭合时，与将弹性力(弹簧力)引起的操作力作用于各操作杆相比，可使操作器本身小型化，另外，由于通过连杆机构将相互有关联的多个操作器相互连接，因而，可抑制各开关闭合及断开动作的误差。

若采用本发明，可实现装置的小型化。

附图说明

图1是表示本发明一实施例的真空开关机构的主要部分的主视剖面图。

图2是1图1所示的真空开关机构主要部分的俯视图。

图3是图1所示的真空开关机构主要部分的侧视剖面图。

图4是用于说明处于断开位置的操作器与连杆机构的关系的主要部分的主视剖面图。

图5是用于说明闭合位置的操作器与连杆机构的关系的主要部分的主视剖面图。

具体实施方式

下面，根据附图说明本发明的实施例1。图1是表示本发明一实施例的真空开关机构的主要部分的主视剖面图。图2是图1所示的真空开关机构主要部分的俯视图。图3是图1所示的真空开关机构主要部分的侧视剖面图。图1至图3中，作为配电系统中配电设备的一个重要部件，三相用真空开关机构具有不锈钢制的U相真空容器10、V相真空容器12、W相真空容器14，各相真空容器10、12、14内，接地用开关16、断路器(或称负载开关)18与#1线路～#3线路对应各装三台。与各相的接地用开关16、断路器18对应，在各相的真空容器10、12、14的上方，配置用于开关操作接地用开关16的操作器20、和用于开关操作断路器18的操作器22各三台。三相各相的操作器20和22相互错开配置，每一相以同一平面为基准交错配置。并且，各相的操作器20通过操作杆24与接地用开关16连接，各相的操作器22通过操作杆24与断路器18连接。就是说，各相的操作器20、22与接地用开关16、断路器18相对置地配置于真空容器10、12、14的上方，而且沿操作杆24的轴线配置在与接地用开关16、断路器18同一轴线上。

另外，各相的#1线路～#3线路的操作器20、22采用相互分离的结构使每条线路都能相互独立地动作。与之相对，#1线路的操作器20、22，#2线路的操作器20、22，#3线路的操作器20、22中，为了使同一线路的三相可以同时动作，相互有关联的同类之间通过连杆机构26将属于同一线路的各相操作器连接起来。例如，#1线路的U相操作器20、22通过连杆机构26分别与其他两相(V相、W相)的操作器20、22连接起来。

另一方面，在作为接地对象的真空容器10、12、14中，配置与各个断路器18对应的电缆头28。各电缆头28以其一部分从下部板件30的通孔32由真空容器10、12、14的下部一侧突出到外部的状态，固定于下部板件30上。电缆头28由以铜制成圆柱状的导体34，和覆盖导体34的周围的陶瓷制的绝缘套管36构成，在导体34的轴向端部形成螺纹38。在该螺纹38上固定有与配电系统连接的电缆。导体34的一端通过电缆与三相中各相的负载侧导体或母线侧导体连接。导体34的另一端与断路器18连接，同时通过平板状导体40与接地用开关16连接。

#1线路～#3线路的断路器18作为分别开关连接负载侧导体与母线侧导体的各相的通电线路的控制开关，具有活动电极42和固定电极44，活动电极42与固定电极44作相对配置。活动电极42的上部与操作杆24连接的同时，通过可挠性导体46与导体48连接。导体48做成平板状，并沿#1～#3线路的断路器18。该导体48在与各断路器18的轴心对应的位置上形成通孔50，在各通孔50中插入可往复运动(上下运动)的各操作杆24。另外，操作杆24也插入上部板件52的通孔54中并可作往复运动(上下运动)。该操作杆24的上部以筒状的波纹管56、圆盘状的基座58覆盖，波纹管56固定在上部板件52的内壁面上，基座58固定在上部板件52的表面。

各接地用开关16作为用于将各断路器18接地的开关，具有活动电极60和固定电极62，活动电极60与固定电极62作相对配置。固定电极62与导体40连接，导体40的固定电极62一侧由陶瓷制的支持部件64支持，支持部件64固定于下部板件30上。活动电极60与操作杆24连接的同时，通过可挠性导体66与导体68连接。导体68与导体48同样做成平板状，沿#1～#3线路的接地用开关16配置，其端部与接地端子70连接。就是说，接地用开关16的结构为：活动电极60、固定电极62相互接触上时，各断路器18通过导体40、接地用开关16、可挠性导体66、导体68、接地端子70接地。另外，导体68上设有用于使操作杆24可作往复运动(上下运动)的通孔(未图示)，。还有，与接地用开关16连接的操作杆24的周围也用波纹管56、基座58覆盖。

另一方面，如图4所示，各相的操作器20、22固定在固定板72上，固定板72支持在配电盘(未图示)上。各相的操作器20、22，按#1～#3线路呈一列配置，由电磁铁74、永久磁铁76、驱动杆78等构成，用于在断路器18闭合时，使电磁力引起的操作力作用在操作杆24上。另外，各操作器20、22的结构具有跳开弹簧80，用于断路器18在断开时，使与电磁力相反方向的弹力引起的操作力作用于操作杆24上。再有，各操作器20、22中，为了实现三相可一起操作，对于#1、#2、#3线路的每个线路，各相驱动杆78均与连杆机构26连接。

电磁铁74的结构是，作为其一个零部件具有驱动杆78的同时，还具有活动铁心(推杆)82、固定铁心84、线圈骨架86、线圈88、圆盘状的可动平板90、92、做成大致圆盘状的铁制支撑板94、96、98、做成筒状的铁制的盖100、102、固定杆104等，固定杆104的下部用螺栓、螺母固定于固定板72上。驱动杆78做成大致圆柱状，与操作杆24作同轴配置，并可在铁制的支撑板94、96、98的大致中央部位所形成的通孔或空间部内作往复运动(上下运动)。驱动杆78的外周固定有活动铁心82、可动平板90、92，与活动铁心82相对地配置有固定铁心84。固定铁心84做成圆环状并固定在铁制的支撑板98的表面上。线圈骨架86做成圆环状，其配置使其包围驱动杆78，固定铁心84的周围，其上部和下部分别由支撑板96、98支持。线圈骨架86内容纳有圆环状的线圈88。与该线圈88邻接配置有圆环状的永久磁铁76，永久磁铁76固定于支持板96上。

线圈88响应闭合指令或闭合操作予以通电，当线圈88通电时，线圈88的周围，在连接活动铁心82→固定铁心84→支撑板98→盖102→支撑板96→活动铁心82的路径中形成磁场，由于该磁场的作用，对活动铁心82轴向底部的端面产生向下的引力，活动铁心82与驱动杆78一起移动到固定铁心84一侧，活动铁心82被固定铁心84吸引，使活动铁心82和固定铁心84相互接触。此时，由于由永久磁铁76形成的磁场方向也与伴随线圈88的励磁产生的磁场方向相同，因而，活动铁心82以由电磁铁74产生的的电磁力增高的状态，即，吸引力增高的状态向固定铁心84一侧移动。由电磁铁74、永久磁铁76产生的电磁力作为用于使驱动杆78向下方(操作杆24一侧)移动的操作力作用于驱动杆78上。

驱动杆78的下部通过连接杆106、108与操作杆24的上部连接。因此，操作杆24随着驱动杆78向下方移动而移动到下方，使接地用开关16或断路器18闭合操作。连接杆106与连接杆108一起可往复运动(上下运动)地插入在固定板72上形成的通孔110内。连接杆106的上部固定有支持板112。在该支持板112与固定板72之间装有跳开弹簧80，其结构使当得随着驱动杆78向下移动，跳开弹簧80上蓄积有弹力(弹簧力)。

另一方面，当线圈88响应断开指令或断开操作成为非通电状态(非励磁状态)时，跳开弹簧80将蓄积的弹力(弹簧力)作为用于使驱动杆78向上方移动的操作力，作用在驱动杆78和操作杆24上。由这个弹力形成的操作力设计得比永久磁铁76的磁力大，当跳开弹簧80中蓄积的弹力作为操作力作用驱动杆78和操作杆24上时，克服永久磁铁76的磁力，使驱动杆78和操作杆24向上方移动，使接地用开关16或断路器18断开操作。

连杆机构26的结构具有将沿着驱动杆78、操作杆24的垂直方向的操作力转换成沿着与驱动杆78、操作杆24交叉方向，即沿着水平方向的操作力，使三相中各相的操作器一起动作的功能。

具体地说，连杆机构26包括连杆114、116、118、120、连接杆122、124，连杆114的一端通过销126可转动地与基座128连接。基座128用螺栓、螺母固定在支持板94上。连杆114的另一端通过销130可转动地与连杆116的一端连接。

连杆116，作为W相的连杆，通过销132可转动地与基座134连接，基座134用螺栓、螺母固定在支持板94上。该连杆116以销132为支点可转动地配置，在该连杆116上，在连接销130的中心与销132的中心的直线上，将销136、138固定在销132的两边。另外，在与连接销130的中心与销138的中心的直线大约垂直的位置上固定有销140。在销136上可转动地连接有驱动杆78，在销140上可转动地连接有连接杆122的一端。销138的下方设有限位销142，该限位销142固定于支持板94上。其结构为，W相的操作器20、22断开操作时，由于销138与限位销142相接触，阻止了销138向连杆116的下方转动。

连接杆122可往复运动地沿着与驱动杆78交叉的方向，即沿着水平方向配置，连接杆122的轴向端部通过销144可转动地与连杆118连接。连杆118，作为V相的连杆，通过销146可转动地与与基座148连接，基座148用螺栓、螺母固定在支持板94上。该连杆118以销146为支点可转动地配置，在连接销146的中心与销144的中心的直线上固定有销150，在与连接销146的中心与销150的中心的直线大约垂直的方向上固定有销152。销152可自由转动地与驱动杆78连接，销150可转动地与连接杆124连接。连接杆124沿着与驱动杆78、操作杆24交叉的方向，即沿着水平方向可往复运动地配置，连接杆124的轴向端部可转动地与连杆120的销154连接。连杆120，作为U相的连杆，即有销156，该销156可转动地与基座158连接。基座158用螺栓、螺母固定在支持板94上。该连杆120以销156为支点可转动的配置，在与连接销156的中心与销154的中心的直线大约垂直的方向上固定有销160。销160可转动地与驱动杆78的轴向端部连接。

在上述结构中，在对#1线路的操作器20或操作器22有闭合操作指令，电磁铁74的线圈88通电时，活动铁心82向固定铁心84侧移动的同时，驱动杆78和操作杆24向下方移动，此时的操作力分别传递到各连杆116、118、120，各连杆116、118、120以销132、146、156为支点，如图4所示，在箭头X方向转动，各相的操作力传递到其他两相的操作器，使得各相的接地用开关16或断路器18一起闭合。就是说，各相不会出现偏差，各相的接地用开关16或断路器18同时完成闭合动作。

另一方面，在对#1线路的操作器20或操作器22有断开操作指令，各相线圈88成为非通电状态(非励磁状态)时，活动铁心82离开固定铁心84，驱动杆78和操作杆24向上方移动。与此相应，各相的连杆116、118、120以销132、146、156为支点，如图5所示，在箭头Y方向转动，由各相的操作器产生的操作力传递到其他两相的操作器，使得各相的接地用开关16或断路器18一起完成断开动作。

根据本实施例，当对各相的操作器20、22做闭合操作时，将由电磁铁74和永久磁铁76产生的电磁力作用于驱动杆78、操作杆24上；当对各相的操作器20、22做断开操作时，将跳开弹簧80上积蓄的弹力作用于驱动杆78、操作杆24上；因此，作为用于对各操作器20、22做闭合操作的操作力，与只用弹簧的弹力相比，可使各操作器20、22小型化。

另外，由于将由各相的操作器20、22发生的操作力传递到其他两相的操作器，使三相一起进行闭合操作或断开操作，因而，各相间不会出现偏差，可使接地用开关16或断路器18同时闭合或断开。

再有，由于各相的操作器20、22以同样部件构成，可实现部件的通用化的同时，可简化组装作业。

另外，由于将各相的操作器20、22与接地用开关16、断路器18分别做成同轴配置，因而可缩小各操作器20、22与真空容器10、12、14间的间隔，可使装置小型化并缩小安装面积。

还有，由于使各相的操作器20、22相互呈交错配置，因而，可缩小各操作器20、22的间隔、可使安装面积更小。

还有，由于在各相的真空容器10、12、14的上方设置有各相的操作器20、22，使电缆头28的一部分从真空容器10、12、14的下方突出，因而可缩小整个装置的高度方向的尺寸。

此外，上述实施例中，虽然说明的是将各相的接地用开关16、断路器18分别装于真空容器10、12、14中，但是，也可以将各相的接地用开关16、断路器18装于一个真空容器中。

此外，在各操作器20、22中，虽然说明的是除电磁铁74外还设有永久磁铁76，但也可以通过由电磁铁74产生的电磁力而省略永久磁铁76。

另外，上述实施例中，操作器20、22进行断开操作时，虽对电磁铁74的线圈88为非通电状态(非励磁状态)进行了说明，但是，通过使操作器20、22进行断开操作时，对于线圈88有与闭合操作时相反方向的电流流过，使电磁铁74产生与闭合操作时相反方向的电磁力，并将该电磁力作用于驱动杆78上，从而可进一步提高断开操作时的操作力。这时，作为跳开弹簧弹，可使用比上述实施例的跳开弹簧80更小的弹力。

再则，上述实施例中，通过在各相的断路器18的周围配置筒状的灭弧罩，开关各断路器18时，即使由各电极产生金属蒸气，也可以用灭弧罩遮挡金属蒸气。

Claims

1.一种真空开关机构，其特征在于，具备开关和多个操作器；上述开关的结构为，以三相中的各相的负载侧导体或母线侧导体作为连接对象并容纳在真空容器中且在各相中具有多台控制用开关和接地用开关，其中，这些控制用开关分别用于开闭连接上述三相中各相的负载侧导体和母线侧导体的各相的通电电路，这些接地用开关分别与上述各相的控制用开关连接并将上述各相的控制用开关接地；上述多个操作器经各操作杆连接到上述控制用开关及接地用开关上并对上述各操作杆作用操作力并开闭上述控制用开关和接地用开关；当闭合上述控制用开关或接地用开关时，上述各操作器将电磁力引起的操作力作用于上述操作杆上并使上述控制用开关或接地用开关闭合；当断开上述控制用开关或接地用开关时，上述各操作器将与上述电磁力反方向的弹力引起的操作力作用于上述操作杆上并使上述控制用开关或接地用开关断开；上述各相的操作器与有关联的其它两相操作器经连杆机构相互连接并使上述各相的控制用开关或接地用开关同时进行闭合或断开操作；上述各相的控制用开关和上述各相的接地用开关在每一相中以同一平面上作为基准呈交错配置。

2.根据权利要求1所述的真空开关机构，其特征在于，上述多个操作器与上述控制用开关和接地用开关相对置地配置且配置于上述真空容器的上方，而且，沿着上述各操作杆的轴线与上述控制用开关和接地用开关同轴配置。

3.根据权利要求1所述的真空开关机构，其特征在于，上述控制用开关和接地用开关具有与上述各操作杆连接的活动电极和与上述活动电极相对置地配置且另一端与电缆头连接的固定电极；上述电缆头固定于上述真空容器上且其一部分突出于上述真空容器的下方。

4.根据权利要求1所述的真空开关机构，其特征在于，上述连杆机构具有沿与上述操作杆交叉的方向可往复运动地配置的连接杆、与上述操作杆连接的驱动杆及可转动地与上述连接杆连接的连杆；上述连杆可以将沿上述驱动杆轴向的垂直方向的力变换成用于使上述连接杆往复运动的水平方向的力。

5.根据权利要求1所述的真空开关机构，其特征在于，上述多个操作器具有：驱动杆、固定在该驱动杆上的活动铁心、与上述活动铁心相对置地配置在比上述活动铁心更靠上述操作杆一侧的固定铁心、电磁铁以及跳开弹簧；其中，上述驱动杆可自由往复运动地与上述各操作杆同轴配置，驱动杆的一端与上述各操作杆连接；上述电磁铁配置在上述活动铁心和上述固定铁心的周围，响应闭合指令或闭合操作而产生电磁力，以该电磁力作为用于使上述活动铁心和上述固定铁心接触的操作力并作用于上述驱动杆上，响应断开指令或断开操作而停止产生上述电磁力；上述跳开弹簧与上述驱动杆连接，由于上述驱动杆伴随着用于使上述活动铁心和上述固定铁心接触的操作力而移动以蓄积弹力，当上述电磁力的发生停止时，以上述所蓄积的弹力作为使上述活动铁心和上述固定铁心相互离开的操作力作用于上述驱动杆上。

6.根据权利要求1所述的真空开关机构，其特征在于，上述多个操作器具有：驱动杆、固定在该驱动杆上的活动铁心、与上述活动铁心相对置地配置在比上述活动铁心更靠上述操作杆一侧的固定铁心、电磁铁以及跳开弹簧；其中，上述驱动杆可自由往复运动地与上述各操作杆同轴配置，驱动杆的一端与上述各操作杆连接；上述电磁铁配置在上述活动铁心和上述固定铁心的周围，响应闭合指令或闭合操作而产生电磁力，以该电磁力作为用于使上述活动铁心和上述固定铁心接触的操作力作用于上述驱动杆上，响应断开指令或断开操作而产生与上述电磁力反方向的电磁力；上述跳开弹簧与上述驱动杆连接，由于上述驱动杆伴随着上述电磁力的发生而移动以蓄积弹力，当由上述电磁铁产生反方向的电磁力时，以上述所蓄积的弹力作为使上述活动铁心和上述固定铁心相互离开的操作力作用于上述驱动杆上。

7.根据权利要求1所述的真空开关机构，其特征在于，上述多个操作器具有：驱动杆，固定在上述驱动杆上的活动铁心，与上述活动铁心相对置地配置在比上述活动铁心更靠操作杆一侧的固定铁心，电磁铁，永久磁铁以及跳开弹簧；其中，上述驱动杆可自由往复运动地与上述各操作杆同轴配置，其一端与上述各操作杆连接；上述电磁铁配置在上述活动铁心和上述固定铁心的周围，响应闭合指令或闭合操作而产生电磁力，以该电磁力作为用于使上述活动铁心和上述固定铁心接触的操作力作用于上述驱动杆上，响应断开指令或断开操作而使上述电磁力的发生停止；上述永久磁铁与上述电磁铁相邻、配置在上述驱动杆的周围、响应上述闭合指令或闭合操作而产生与由上述电磁铁产生的电磁力相同方向的电磁力，以该电磁力作为用于使上述活动铁心和上述固定铁心接触的操作力作用于上述驱动杆上；上述跳开弹簧与上述驱动杆连接，由于上述驱动杆伴随着上述电磁力的发生而移动以蓄积弹力，当上述电磁力的发生停止时，以上述所蓄积的弹力作为使上述活动铁心和上述固定铁心相互离开的操作力作用于上述驱动杆上。

8.根据权利要求1所述的真空开关机构，其特征在于，上述多个操作器具有：驱动杆，固定在上述驱动杆上的活动铁心，与上述活动铁心相对置地配置在比上述活动铁心更靠操作杆一侧的固定铁心，电磁铁，永久磁铁以及跳开弹簧；其中，上述驱动杆可自由往复运动地与上述各操作杆同轴配置，驱动杆的一端与上述各操作杆连接；上述电磁铁配置在上述活动铁心和上述固定铁心的周围，响应闭合指令或闭合操作而产生电磁力，以该电磁力作为用于使上述活动铁心和上述固定铁心接触的操作力作用于上述驱动杆上，响应断开指令或断开操作而产生与上述电磁力反方向的电磁力；上述永久磁铁与上述电磁铁相邻、配置在上述驱动杆的周围、响应上述闭合指令或闭合操作而产生与由上述电磁铁产生的电磁力相同方向的电磁力，以该电磁力作为用于使上述活动铁心和上述固定铁心接触的操作力作用于上述驱动杆上；上述跳开弹簧与上述驱动杆连接，由于上述驱动杆伴随着用于使上述活动铁心和上述固定铁心接触的操作力而移动以蓄积弹力，当由上述电磁铁产生反方向的电磁力时，以上述所蓄积的弹力作为使上述活动铁心和上述固定铁心相互离开的操作力作用于上述驱动杆上。