JP2006140038A - 真空遮断器 - Google Patents

Abstract

【課題】バーリヤに主回路が設置される構成を持つ真空遮断器について、耐電圧性能を確保し、放熱性能を向上させ、大電流定格に対して適用可能とする。
【解決手段】本発明の一態様に係る真空遮断器１は、可動側通電軸７が下となり固定側通電軸１２が上となるように真空バルブ６と、真空バルブ６の下側に設置され、可動側通電軸７に操作力を伝達する伝達機構１５〜１７と、真空バルブ６を収容し、真空バルブ６の下側に伝達機構１５〜１７を収容し、真空バルブ６の上側に位置する上面４ｅと、真空バルブ６と伝達機構１５〜１７との間に位置する中面４ｆとを持つバーリヤ４とを具備する。バーリヤ４の上面４ｅには、垂直方向から見た場合に、真空バルブ６の断面の面積以上の面積となる第１開口部５ａが形成されており、中面４ｆには、真空バルブ６の断面の面積以上の面積となる第２開口部５ｂが形成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電力系統の開閉を行う真空遮断器に関する。

真空遮断器は、電力系統の開閉に用いられる。一般的な真空遮断器では、絶縁バーリヤによって形成される内部空間に、真空バルブが設置される。

真空バルブの固定側通電軸は、上部導体と接続される。真空バルブの可動側通電軸は、下部導体と接続される。

この可動側通電軸は、真空バルブの軸方向に動く。真空バルブ内において、固定側通電軸の先端に備えられている接点と可動側通電軸の先端に備えられている接点とが電気的に接続された状態で、真空遮断器はＯＮ状態となり、上部導体と下部導体との間で電流が流れる。固定側通電軸と可動側通電軸とが電気的に離れた状態で、真空遮断器はＯＦＦ状態となり、上部導体と下部導体との間で断線状態となる。

操作機構部は、絶縁操作ロッド経由で、可動側通電軸を動かし、真空バルブ内の接点の開閉を行う（例えば、特許文献１，２参照）。

真空遮断器において、例えば真空バルブなどを含む主回路は、小型化、軽量化を図り、耐電圧性能を満足させるために、絶縁バーリヤに対して設置される。
特開平８−２２２０９０号公報 特開平７−３２０６１０号公報

上記のような、絶縁バーリヤに対して主回路が設置される構成を持つ真空遮断器では、耐電圧性能の確保は容易であるが、連続通電性能を確保することが困難な場合があり、このような構成の真空遮断器を例えば３０００Ａ以上の大電流定格に適用することは困難であった。

本発明は、以上のような実情に鑑みてなされたもので、主回路がバーリヤに対して設置される構成を持つ場合において、耐電圧性能を確保し、放熱性能を向上させ、大電流定格に対しても適用できる真空遮断器を提供することを目的とする。

本発明を実現するにあたって講じた具体的手段について以下に説明する。

上記課題は、電力系統の開閉を行う真空遮断器において、可動側通電軸が下となり固定側通電軸が上となるように垂直に設置される真空バルブと、真空バルブの下側に設置され、可動側通電軸に操作力を伝達する伝達機構と、真空バルブを収容し、真空バルブの下側に伝達機構を収容し、真空バルブの上側に位置する上面と、真空バルブと伝達機構との間に位置する中面とを持つバーリヤとを具備し、バーリヤの上面には、垂直方向から見た場合に、真空バルブの断面の面積以上の面積となる第１開口部が形成されており、バーリヤの中面には、垂直方向から見た場合に、真空バルブの断面の面積以上の面積となる第２開口部が形成されている真空遮断器により、解決される。

本発明においては、バーリヤに主回路が設置される構成を持つ真空遮断器について、耐電圧性能を確保し、放熱性能を向上させ、大電流定格に対して適用可能とする。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の各図において同一の部分については同一の符号を付して説明を省略する。

（第１の実施の形態）
本実施の形態では、バーリヤに対して垂直状態で真空バルブを設置し、垂直方向から見た場合に（水平方向と平行な断面について）、真空バルブの断面の面積よりも大きい面積を持つ開口部を、バーリヤの真空バルブ上側及び下側に設けた真空遮断器について説明する。

図１は、本実施の形態に係る真空遮断器の一例を示す側断面図である。

図２は、本実施の形態に係る真空遮断器の一例を示す斜視図である。

真空遮断器１の操作機構部２内には、操作機構３が備えられている。この操作機構３は、真空遮断器１の主回路を操作する。

本実施の形態においては、３つのバーリヤ４のそれぞれが、操作機構部２に対向して設置されている。なお、本実施の形態では、単相のバーリヤ４が３つ備えられているが、三相一体バーリヤを用いるとしてもよい。

バーリヤ４は、操作機構部２に向き合う側面４ａと、この側面４ａと垂直な２つの側面４ｂ，４ｃを持ち、操作機構部２と反対側には側面がない。すなわち、バーリヤ４は、水平方向と平行な断面がコの字形となる。

バーリヤ４は、底面４ｄと、上面４ｅと、バーリヤの底面４ｄと上面４ｅとによって区切られる内部空間を垂直方向に分割する中面４ｆとを持つ。底面４ｄ、上面４ｅ、中面４ｆは、それぞれ平行となる。上面４ｅと中面４ｆには、それぞれ開口部５ａ，５ｂが形成されている。

真空バルブ６は、中面４ｆと上面４ｅとの間の上側内部空間に設置される。主回路は、バーリヤ４で区切られた内部空間にほぼ収容されている。主回路は、真空バルブ６の下部の可動側通電軸７を、カップリング導体８、可とう導体９、接続導体１０経由で、下部導体１１と接続し、真空バルブ６の上部の固定側通電軸１２と上部導体１３を接続した構成により、電流通電経路を形成する。すなわち、上部導体１３と下部導体１１との間は、真空バルブ６、カップリング導体８、可とう導体９、接続導体１０経由で、接続されている。

真空バルブ６の固定側通電軸１２は、上面４ｅの開口部５ａを通り抜けて上部導体１３と接続される。真空バルブ６の可動側通電軸７は、カップリング導体８、可とう導体９、接続導体１０経由で、下部導体１１と接続される。

上部導体１３は、バーリヤ４の上面４ｅにボルト１４ａで固定される。上部導体１３と真空バルブ６とは、ボルト１４ｂで接続される。真空バルブ６の可動側通電軸７とカップリング導体８とは、ボルト１４ｃで接続される。可とう導体９と接続導体１０とは、ボルト１４ｄで接続される。接続導体１０は、バーリヤ４の中面４ｆに、ボルト１４ｅで固定されている。さらに、接続導体１０と下部導体１１とは、ボルト１４ｆにより接続される。

真空バルブ６の可動側通電軸７は、絶縁操作ロッド１５により可動する。絶縁操作ロッド１５は、中面４ｆと底面４ｄとの間の下側内部空間に設置される。

操作機構部２の操作機構３によって発生する操作力は、中央部を回転可能に支持した操作レバー１６及び連結ピン１７経由で、真空バルブ６にねじ接続されている絶縁操作ロッド１５に伝達される。これにより、真空バルブ６の接点の開閉が行われる。

図３は、真空バルブ６と上部導体１３との接続部近傍の一例を示す上視図である。この図３は、上記図１の矢印Ｘの方向から見た状態（真空バルブ６の軸方向において上側から見た状態）を示している。

バーリヤ４の上面４ｅに形成されている開口部５ａは、上部導体１３と真空バルブ６との接続部に位置する。この図３では、開口部５ａをハッチングにより表している。

この図３で示すように、真空バルブ６の軸方向から見た場合に、上部導体１３などの他の機器（部品）を装着していない状態におけるバーリヤ４の上面４ｅの開口部５ａの面積は、真空バルブ６の真空容器の断面積より大きく、開口部５ａの面積は、真空バルブ６の真空容器の断面積の１００％以上となる。

なお、開口部５ａの面積は、上部導体１３などの他の機器を装着した状態においても、真空バルブ６の真空容器の断面積より大きくなることが好ましい。

図４は、真空遮断器１における接続導体１０近傍の一例を示す上断面図である。この図４は、上記図１の矢印Ｙの方向から接続導体１０を見た状態（真空バルブ６の軸方向において上側から接続導体１０を見た状態）を示している。

バーリヤ４の中面４ｆに配置された接続導体１０と可とう導体９とは、この図４では図示しないボルト１４ｄで接続されている。また、接続導体１０と下部導体１１とは、ボルト１４ｆにより接続されている。真空バルブ６とカップリング導体８とは、ボルト１４ｃにより接続されている。カップリング導体８と可とう導体９とは、ボルト１４ｇにより接続されている。

バーリヤ４の中面４ｆの開口部５ｂのうちの一部は、接続導体１０によって覆われているが、バーリヤ４の中面４ｆの開口部５ｂのうちの他の部分は、開口している。この図４では、バーリヤ４の側面４ａ〜４ｃについての断面をハッチングで表し、加えて中面４ｆの開口部５ｂのうち接続導体１０が設置された後においても開口している部分を、ハッチングで表している。

真空バルブ６の軸方向から見た場合に、接続導体１０などの他の機器を装着していない状態におけるバーリヤ４の中面４ｆの開口部５ｂの面積は、真空バルブ６の真空容器の断面積より大きく、開口部５ｂの面積は、真空バルブ６の真空容器の断面積の１００％以上となる。

なお、開口部５ｂの面積は、接続導体１０などの他の機器を装着した状態においても、真空バルブ６の真空容器の断面積より大きくなることが好ましい。

図５は、接続導体１０などの各種機器がバーリヤ４に設置されていない状態におけるバーリヤ４の中面４ｆの開口部５ｂの一例を示す上断面図である。この図５は、上記図４と同一の状態により、他の機器が設置されていないバーリヤ４の中面４ｆの開口部５ｂを示している。

接続導体１０などの各種機器がバーリヤ４に設置されていない状態におけるバーリヤ４の中面４ｆの開口部５ｂの面積は、真空バルブ６の真空容器の断面積の１００％以上となる。

上記のような構成を持つ真空遮断器１の作用について以下に説明する。

本実施の形態に係る真空遮断器１には、真空バルブ６と上部導体１３との接続部近傍のバーリヤ４の上面４ｅに開口部５ａが設けられており、またバーリヤ４の中面４ｆと接続導体１０とで形成される開口部５ｂが設けられている。

このような開口部５ａ，５ｂを設けることにより、定格電流通電時に、バーリヤ４の下側内部空間、上側内部空間、さらにバーリヤ４によって形成される空間の外に、空気の流れを発生させることができる。すなわち、この開口部５ａ，５ｂは、煙突効果を奏する。

さらに、互いの開口部５ａ，５ｂを垂直方向の直線位置に設けることにより。定格電流通電中に発生する空気の流れを下から上への最短距離とすることができ、バーリヤ４によって形成される内部空間の熱伝導率を向上させることができる。なお、開口部５ａ，５ｂは、垂直方向から見た場合に、互いに一部で重なるとしてもよい。

他の機器を取り外した状態におけるバーリヤ４の上面４ｅの開口部５ａと中面４ｆの開口部５ｂとは、真空バルブ６の絶縁容器の断面積以上である。このため、例えば上面４ｅの開口部５ａが上部導体１３で覆われたり、中面４ｆの開口部５ｂが接続導体１０で覆われたとしても、バーリヤ４の内部空間で下から上への空気の流れを確保することができる。なお、本実施の形態とは逆に各開口部が真空バルブ６の絶縁容器の断面積よりも小さい場合には、上部導体１３や接続導体１０などにより各開口部が覆われて空気が流れにくくなる。

以上説明した本実施の形態においては、定格電流通電時に、バーリヤ４の下側内部空間から上側内部空間を経由し、バーリヤ４によって形成される空間外に、空気が流れる。

このため、主回路に発生する熱を空気の流れによりバーリヤ４の外部に放熱させることができ、定格電流通電による主回路の温度上昇を抑制できる。

また、本実施の形態のように、開口部５ａ，５ｂを設けた真空遮断器１に対して基礎検証試験を実施すると、開口部５ａ，５ｂがない場合と比較して定格電流通電時の最大温度上昇値を約１０度程度抑制することができた。

開口部５ａ、５ｂの面積が真空バルブ４の絶縁容器の断面積よりも小さい場合には、空気の流れの促進を図ることは困難であり、また上部導体１３や接続導体１０により開口部５ａ，５ｂが塞がれてしまう場合がある。しかしながら、本実施の形態では、開口部５ａ，５ｂの面積が、バーリヤ４に他の機器を装着していない状態で、真空バルブ４の絶縁容器の断面積以上となるため、空気の流れによる放熱性能を向上させることができる。

本実施の形態に係る真空遮断器１は、例えば３０００Ａ以上の大電流定格に適用可能である。

なお、本実施の形態においては、バーリヤ４に、真空バルブ６と同軸状態であり、真空バルブ６の軸方向において、真空バルブ６の断面よりも大きい径を持つ開口部５ａ，５ｂを、真空バルブ６の上下に設けることが好ましい。

（第２の実施の形態）
本実施の形態においては、上記第１の実施の形態におけるバーリヤ４の内部の空気の通過道にヒートシンクを設置した真空遮断器について説明する。

図６は、本実施の形態に係る真空遮断器における真空バルブ６と上部導体１３との接続部近傍の一例を示す上視図である。この図６は、上記図３と同一の条件により描かれている。

開口部５ａ近傍の上部導体１３には、この開口部５ａを通り抜ける空気により放熱を促進させるヒートシンク１８が取り付けられている。なお、ヒートシンク１８は、真空バルブ６、または真空バルブ６と上部導体１３との双方に取り付けられるとしてもよい。

垂直方向について、バーリヤ４に他の機器を取り付けた状態における開口部５ａに対してヒートシンク１８を投影した場合の占有面積は、バーリヤ４に他の機器を取り付けた状態における開口部５ａの面積の２５％〜７５％とする。

図７は、本実施の形態に係る真空遮断器における接続導体１０近傍の一例を示す上断面図である。この図７は、上記図４と同一の条件により描かれている。

開口部５ｂは、側面４ａと接続導体１０と中面４ｆとにより形成されている。本実施の形態では、カップリング導体８の開口部５ｂ側に、開口部５ｂを通り抜ける空気により放熱を促進させるヒートシンク１９が取り付けられている。なお、ヒートシンク１９は、真空バルブ６、カップリング導体８、可とう導体９、接続導体１０、下部導体１１の少なくも一つに取り付けられるとしてもよい。

垂直方向について、バーリヤ４に他の機器を取り付けた状態における開口部５ｂに対してヒートシンク１９を投影した場合の占有面積は、バーリヤ４に他の機器を取り付けた状態における開口部５ｂの面積の２５％〜７５％とする。

上記の２つのヒートシンク１８，１９の面積を開口部５ａ，５ｂの面積の２５％以上とするのは、ヒートシンク１８，１９が小さすぎると、ヒートシンク１８，１９による放熱効果が低下するためである。また、７５％以下とするのは、ヒートシンク１８，１９が大きすぎると開口部５ａ，５ｂを通り抜ける空気の流動が抑制され放熱効果が低下するためである。

本実施の形態に係る真空遮断器では、開口部５ａに設けられたヒートシンク１８と、また開口部５ｂに設けられた放熱用のヒートシンク１９とにより、上記第１の実施の形態よりも、より有効に空気の流れを利用して放熱を行うことができる。

本実施の形態においては、放熱効率を向上させることができ、上記第１の実施の形態よりも、電流通電による主回路の温度上昇を抑制できる。

真空バルブ６の軸方向について、ヒートシンク１８，１９を、それぞれ開口部５ａ，５ｂに対して投影した場合に、ヒートシンク１８，１９の面積が大きすぎるとそれぞれ開口部５ａ，５ｂを塞ぎ、空気の流れが滞る。逆に、ヒートシンク１８，１９を、それぞれ開口部５ａ，５ｂに対して投影した場合に、ヒートシンク１８，１９の面積が小さすぎるとヒートシンク１８，１９による放熱が困難となる。そこで、本実施の形態では、ヒートシンク１８，１９を、それぞれ開口部５ａ，５ｂに対して投影した場合に、ヒートシンク１８，１９の面積がバーリヤ４に他の部品を取り付けた状態における開口部５ａ，５ｂの面積の２５％〜７５％となるように真空遮断器を作成し、放熱性能を確保し、主回路の温度上昇を抑制している。

（第３の実施の形態）
上記各実施の形態に係る真空遮断器において、バーリヤ４のうち操作機構部２に向き合う側面４ａは削除されてもよい。

図８は、開口部５ａ，５ｂが形成されておらず側面４ａがある従来の真空遮断器、開口部５ａ，５ｂが形成されており側面４ａがある真空遮断器、開口部５ａ，５ｂが形成されており側面４ａがない真空遮断器について、各機器の温度上昇値を表すグラフである。

この図８において、開口部５ａ，５ｂが形成されておらず側面４ａがある従来の真空遮断器の温度上昇値は、ひし形のマークで表されている。

開口部５ａ，５ｂが形成されており側面４ａがある真空遮断器の温度上昇値は、三角形のマークで表されている。

開口部５ａ，５ｂが形成されており側面４ａがない真空遮断器の温度上昇値は、円マークで表されている。

この図８に示すように、真空遮断器を構成する各種機器のうち、例えば上部導体１３、固定側通電軸１２については、開口部５ａ，５ｂを形成することにより温度上昇値が抑制されている。

例えば、固定側通電軸１２については、開口部５ａ，５ｂを形成しない場合よりも、開口部５ａ，５ｂを形成した場合の方が、温度上昇値を約６（Ｋ），７（Ｋ）程度抑えることができている。

本発明は、電気系統の開閉を行う真空遮断器の分野に有効である。

本発明の第１の実施の形態に係る真空遮断器の一例を示す側断面図。 同実施の形態に係る真空遮断器の一例を示す斜視図。 同実施の形態に係る真空遮断器における真空バルブと上部導体との接続部近傍の一例を示す上視図。 同実施の形態に係る真空遮断器における接続導体近傍の一例を示す上断面図。 接続導体などの各種部品がバーリヤに設置されていない状態におけるバーリヤの中面の開口部の一例を示す上断面図。 本発明の第２の実施の形態に係る真空遮断器における真空バルブと上部導体との接続部近傍の一例を示す上視図。 同実施の形態に係る真空遮断器における接続導体近傍の一例を示す上断面図。 真空遮断器のバーリヤに開口部を形成した場合としない場合とにおける温度上昇値の差の例を示すグラフ。

符号の説明

１…真空遮断器、２…操作機構部、３…操作機構、４…バーリヤ、４ａ〜４ｃ…側面、４ｄ…底面、４ｅ…上面、４ｆ…中面、５ａ，５ｂ…開口部、６…真空バルブ、７…可動側通電軸、８…カップリング導体、９…可とう導体、１０…接続導体、１１…下部導体、１２…固定側通電軸、１３…上部導体、１４ａ〜１４ｇ…ボルト、１５…絶縁操作ロッド、１６…操作レバー、１７…連結ピン、１８，１９…ヒートシンク

Claims (8)

1. 電力系統の開閉を行う真空遮断器において、
   可動側通電軸が下となり固定側通電軸が上となるように垂直に設置される真空バルブと、
   前記真空バルブの下側に設置され、前記可動側通電軸に操作力を伝達する伝達機構と、
   前記真空バルブを収容し、前記真空バルブの下側に前記伝達機構を収容し、前記真空バルブの上側に位置する上面と、前記真空バルブと前記伝達機構との間に位置する中面とを持つバーリヤと
   を具備し、
   前記バーリヤの上面には、垂直方向から見た場合に、前記真空バルブの断面の面積以上の面積となる第１開口部が形成されており、
   前記バーリヤの中面には、前記垂直方向から見た場合に、前記真空バルブの断面の面積以上の面積となる第２開口部が形成されている
   ことを特徴とする真空遮断器。
2. 請求項１記載の真空遮断器において、
   前記第１開口部と前記第２開口部とは、前記垂直方向から見た場合に少なくとも一部が重なる位置関係にあることを特徴とする真空遮断器。
3. 請求項１又は請求項２記載の真空遮断器において、
   前記垂直方向から見た場合において、他の機器を前記バーリヤに装着していない状態の前記第１開口部の面積は、前記真空バルブの断面積以上の大きさであることを特徴とする真空遮断器。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の真空遮断器において、
   前記垂直方向から見た場合において、他の機器を前記バーリヤに装着していない状態の前記第２開口部の面積は、前記真空バルブの断面積以上の大きさであることを特徴とする真空遮断器。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の真空遮断器において、
   前記固定側通電軸側で前記真空バルブと上部導体が接続されており、
   前記第１開口部の近傍に、前記真空バルブと前記上部導体とのうちの少なくとも一方に放熱用の上部ヒートシンクをさらに具備することを特徴とする真空遮断器。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の真空遮断器において、
   前記垂直方向から見た場合において、前記上部ヒートシンクの面積が、他の機器を前記バーリヤに装着した状態の前記第１開口部の面積の２５％〜７５％となることを特徴とする真空遮断器。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の真空遮断器において、
   前記真空バルブの前記可動側通電軸に、カップリング導体、可とう導体、接続導体経由で、下部導体が接続されており、
   前記第２開口部の近傍に、前記カップリング導体、前記可とう導体、前記接続導体、前記下部導体の少なくとも一つについての放熱用の下部ヒートシンクをさらに具備することを特徴とする真空遮断器。
8. 請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の真空遮断器において、
   垂直方向から見た場合において、前記下部ヒートシンクの面積が、他の機器を前記バーリヤに装着した状態の前記第２開口部の面積の２５％〜７５％となることを特徴とする真空遮断器。

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