JP2006318919A - 固体絶縁断路器 - Google Patents

Abstract

【課題】断路器の全体に固体絶縁方式を適用して構成の単純化及び小型化が可能であり、高い互換性及び信頼性を有すると共に、環境に優しい断路器を提供する。
【解決手段】断路器１００は、負荷と電気的に接続される断路器ベース１１と、回転動力を提供する駆動源アセンブリ６１と、前記回転動力により回転し、外周面にネジ部が形成された絶縁シャフト４１と、電源側と電気的に接続でき、固定接点３３を備える固定接触子３１と、絶縁シャフト４１に螺合し、断路器ベース１１と電気的に接続した状態で絶縁シャフト４１の回転により、固定接触子３１の固定接点３３に接触する位置と固定接触子３１の固定接点３３から分離される位置とに直線移動可能な可動接触子２１とで構成される。
【選択図】図３

Description

本発明は、受配電用開閉装置の主要機器の１つである断路器（Disconnecting（DS） Switch）に関し、特に、固体絶縁方式を断路器全体に拡大適用して使用上の安全性を極大化し、固体絶縁方式の利点を最大限利用することで、従来の断路器よりサイズを小さくして空間効率性を向上させた固体絶縁断路器ユニット及びこれを含む固体絶縁断路器に関する。

断路器は、負荷電流を除去した後、回路を隔離するための装置であり、普通の負荷電流は開閉しないという点で開閉器（Load breaker Switch）とは異なり、送電線や変電所などで遮断器を開いて無負荷状態で主回路の接続を変更するために回路を開閉する装置（Switch）である。

このような断路器は、一般に、金属閉鎖隔壁を使用したエンクロージャ又は金属気密容器の内部に主に空気又は空気より絶縁力に優れたＳＦ６ガスを絶縁媒質として充填して主回路間、又は大地間の絶縁を維持する。

さらに、無負荷状態で主回路の開閉動作を行う断路器については、多様な形態のスイッチング動作方式の構造が紹介されており、図１４〜１５に示す一般のＳＦ６ガス絶縁開閉装置の断路器を参照して説明する。

図１４は、従来の断路器の開放状態を示す正面図であり、図１５は、図１４の断路器の投入状態を示す正面図であり、図１６は、図１４の断路器の平面図である。

まず、断路器の構成を見ると、断路器は、ガス絶縁の機能を実行するための気密容器又はエンクロージャ２１０の内部に並べて配列される母線（main bus）２０１と、該母線２０１に固定された主回路固定接点２３０と、該主回路固定接点２３０との接続又は分離が選択的に行われるように回動し、ブッシング２０２に結合した主回路可動接点２２０と、該主回路可動接点２２０を駆動するための駆動メカニズム部２６０と、該メカニズム部２６０からの動力を伝達するための動力伝達軸２４０と、動力伝達と同時に主回路部との絶縁を維持するための絶縁リンク部２５０と、を含む。

以下、断路器の動作方式について説明する。

図１４は、断路器が主回路と分離された状態、すなわち、固定接点２３０と可動接点２２０が分離された状態を示す。以下、このような状態を「開放状態」という。

この開放状態で、投入動作のための電気信号を送ると、モータで駆動される駆動メカニズム部２６０により動力伝達軸２４０が、同図において反時計方向に所定角度、例えば、５０゜回転する。その結果、動力伝達軸２４０にピンで連結されている絶縁リンク部２５０は、同図において下方に運動を行い、反時計方向に５０゜回転した後は図１５に示す位置に移動する。それにより、固定接点２３０と可動接点２２０が接続し、母線２０１−固定接点２３０−可動接点２２０−ブッシング２０２が電気的に接続する投入状態に変更されて開閉装置の正常運転のための状態となる。以下、このような状態を「投入状態」という。

逆に、投入状態での主回路部の分離のためには、以上の動作とは反対方向に動力伝達軸２４０が回転し、これに連結された絶縁リンク部２５０及び可動接点２２０が回転して図１４に示すように固定接点２３０と可動接点２２０が分離された開放状態となる。

また、二重母線がある受配電用開閉装置において、断路器は、各母線に１つずつ備えられ、２つの母線のうち１つの母線に事故が発生しても、他の１つの母線を介して電力供給できるように設計されている。これらの配置方式は、母線とエンクロージャ２１０との関係などにより決定されるが、通常は、並べて配列される。

現在、このような断路器を含む受配電用開閉装置は、自動化、小型化、高信頼性化、低コスト化の傾向にあり、急速に開発されている。

それにより、最近の断路器は、無負荷状態で主回路の接続変更のための回路開閉の本来の基本的機能を実行できると共に、小型化のための主回路と主回路間、すなわち、相間に必要な絶縁空間の最小化及び主回路と大地間の絶縁を維持するための絶縁空間の最小化が要求されている。

しかしながら、ガス絶縁開閉装置の断路器及びＳＦ６絶縁ガスを利用した断路器の場合、断路器の全体サイズの縮小には限界があった。

このため、従来の断路器の場合、固体バリア絶縁を利用したり、絶縁ガスの正常状態圧力を上げるなどの方法を用いて一部部品の小型化を行ってきたが、このような方法もその効果に限界があり、性能維持のための管理事項が増加するため、断路器の使用及び管理が不便であるという問題があった。

さらに、母線などの掃除やガスの圧力点検などの日常的な維持補修を持続的に行う必要があり、絶縁媒質として使用されるＳＦ６ガスが地球温暖化防止のための使用規制が予想される温暖化ガスの１つであるため、環境に影響を与えるという問題もあった。

従って、本発明は、このような問題を解決するために提案されたもので、本発明の目的は、断路器の全体に固体絶縁方式を適用して構成の単純化及び小型化が可能であり、高い互換性及び信頼性を有すると共に、環境に優しい断路器を提供することにある。

このような目的を達成するための本発明に係る断路器は、一方向に貫通開口した中空型フレームであり、負荷との電気的接続のための負荷接続部を有し、前記負荷接続部を囲むように固体絶縁物で形成される断路器ベースと、回転動力を提供する駆動源アセンブリと、電気的絶縁材で形成され、前記駆動源アセンブリからの回転動力により回転し、外周面にネジ部が形成された絶縁シャフトと、電源側と電気的に接続でき、固体絶縁物で囲まれた固定接点を備える固定接触子と、前記絶縁シャフトに螺合し、前記断路器ベースの負荷接続部と電気的に接続した状態で前記絶縁シャフトの回転により、前記固定接触子の固定接点に接触する位置と前記固定接触子の固定接点から分離して離隔する位置とに直線移動可能な可動接触子と、前記断路器ベースと前記固定接触子間に電気的絶縁のために設置され、前記可動接触子の貫通移動を許容するための内部空洞部を有する固体絶縁物で形成される絶縁スペーサと、前記駆動源アセンブリと前記絶縁シャフト間に設置され、前記駆動源アセンブリからの回転動力を前記絶縁シャフトに伝達すると同時に、前記駆動源アセンブリと前記断路器ベース間を電気的に絶縁する絶縁動力伝達部アセンブリとから構成されることを特徴とする。

本発明による固体絶縁断路器は、断路器の各構成要素を固体絶縁構造に構成し、固体絶縁物の直線長さは短くても絶縁沿面距離は長く構成し、主要構成部品をアセンブリ化することにより、構成の単純化及び小型化が可能となり、高い互換性及び信頼性を有すると共に、環境に優しい断路器を提供するという効果がある。

以下、図面に基づいて本発明の好ましい実施形態による固体絶縁断路器について詳細に説明する。

図１は、本発明の好ましい一実施形態による断路器の組立状態を示す立体斜視図であり、図２は、図１の断路器の平面図であり、図３は、図２の断路器の開放状態のIII −III 線の断面図であり、図４は、図３の断路器の投入状態の断面図である。

図１〜図４に示すように、受配電用断路器は、適用される３相交流回路に対応するように並列配置される３つの断路器１００から構成される。

このような断路器１００は、電気的負荷の分岐接続のための胴部を提供する断路器ベース１１と、電源側と接続する固定接触子３１と、該固定接触子３１に接触する位置及び固定接触子３１から分離して離隔する位置に直線移動可能な可動接触子２１と、該可動接触子２１に動力を伝達する絶縁シャフト４１と、開放状態で可動接触子２１と固定接触子３１間の絶縁距離を提供するための絶縁スペーサ５１と、回転動力を提供する駆動源アセンブリ６１と、該駆動源アセンブリ６１からの回転動力を絶縁シャフト４１に伝達する絶縁動力伝達部アセンブリ７１とから構成される。

断路器ベース１１は、図４に示すように、一方向に貫通開口した中空型フレームであり、固体絶縁物で構成され、投入状態で固定接触子３１から供給された電流を負荷に伝達するための負荷接続用導体を有する負荷接続部１３、１５を含む。該負荷接続部１３、１５は、凸状に形成されて負荷側導体内に挿入されて電気的に接続する凸状接続部１３と、凹状に形成されて他の負荷側導体が挿入されて電気的に接続する凹状接続部１５である。断路器ベース１１の中空部内には、固定接触子３１から分離して開放された開放状態の可動接触子２１が位置する。具体的に、断路器ベース１１の内周面には中空型の断路器ベース導体１９が凸状接続部１３及び凹接続部１５からなる負荷接続部１３、１５と電気的に接続するように固定設置される。このような断路器ベース導体１９の中空部内に可動接触子２１の負荷側可動導体２５が断路器ベース導体１９に電気的に接続した状態で長手方向に摺動可能に設置される。負荷側可動導体２５は、断路器ベース導体１９の中空部内で摺動運動するが、断路器ベース導体１９と負荷側可動導体２５は、該負荷側可動導体２５の一端部の外周を囲んで固定設置される負荷側バンド接点２８（図６参照）と断路器ベース導体１９の内周面間との摺動接触により常に電気的接続状態を維持する。前記バンド接点(商品名: ドイツの「Multi-Contact AG」社製造)としては、マルチバンド（Multi Band）という商標で販売されている製品が利用でき、ここで、前記バンド接点は、ＬＡ−ＣＵマルチラムバンド接点（LA-CU Multilam Contact Band）の略語である。このようなバンド接点は、長く延長された２つのステンレス製のストリップ間に複数の銅製の接触板を連結したものであり、電気的伝達材として利用され、高い電気的導電性、耐摩耗性、耐熱性などの特徴を有するために、接触及び分離により電流を伝達する産業用電気的接触材として活用され始めた部品である。

可動接触子２１は、図３に示すように、固定接触子３１から分離された開放状態で断路器ベース１１の内部に位置し、図４に示すように、投入状態では固定接触子３１の方に移動して固定接点３３に接触し、それにより、外部電源側に接続された母線−母線連結部８１（図５を参照）−固定接点３３−可動接触子２１−断路器ベース１１内の断路器ベース導体１９−負荷接続部１３、１５を経て外部負荷に電流が供給される回路が構成される。この可動接触子２１については、図６に基づいて詳細に後述する。

固定接触子３１は、断路器ベース１１の長手方向の一端部に配置され、母線連結部８１に連結される。さらに、固定接触子３１は、投入状態であるとき、可動接触子２１と接触して電気的に接続し、全体的に「コ」字状の断面を有し、可動接触子２１は、その「コ」字状の凹入部分に入って摺動接触して固定接触子３１と通電する。また、固定接触子３１の凹入部分において、絶縁シャフト４１の一端部がベアリングのような回転支持手段により回転可能に支持される。

絶縁シャフト４１は、電気的絶縁性及び耐摩耗性に優れた強化プラスチックのような絶縁材軸で構成され、可動接触子２１を固定接触子３１に接触する位置（投入状態）又は固定接触子３１から分離して離隔する位置（開放状態）に移動させる動力伝達機構として作用する。このような可動接触子２１を固定接触子３１に接触する位置又は固定接触子３１から分離して離隔する位置に移動させる移動方式は多様であるが、本発明者は、断路器が占める空間を最小にするために、ネジ山４３を有することにより、動力伝達も可能で、沿面絶縁距離は長いながらも実際の直線距離は短い絶縁シャフト４１を採用した。絶縁シャフト４１にネジ山４３が形成され、可動接触子２１の内周面にもそれに対応するネジ山が形成されているため、駆動源アセンブリ６１から動力が供給されて絶縁シャフト４１が回転することにより、可動接触子２１が絶縁シャフト４１のネジ山４３に沿って直線移動できる（詳しくは、図６に基づいて後述する）。このために、絶縁シャフト４１は、可動接触子２１（及び断路器ベース１１）を貫通して配置され、一端が固定接触子３１に回動可能に支持され、他端が絶縁動力伝達部アセンブリ７１に駆動可能に結合する。

絶縁スペーサ５１は、接点が分離された開放状態で可動接触子２１及び固定接触子３１が充分な空間及び沿面絶縁距離を確保できるように断路器ベース１１と固定接触子３１間に設置される。さらに、絶縁スペーサ５１は、可動接触子２１の貫通移動を許容するための内部空洞部を備え、該内部空洞部の内周面には凹凸部５７が形成されることで、絶縁距離、特に、沿面絶縁距離を増加させることができる。この凹凸部５７を形成することにより、必要な絶縁距離を確保すると共に、絶縁スペーサ５１、さらに断路器１００の長さが大幅に縮小する。

駆動源アセンブリ６１は、断路器１００の固定接触子３１が位置する端部の他側端部に配置される駆動源であり、動力伝達部、より具体的には絶縁シャフト４１を回転させる動力を提供する。この絶縁シャフト４１の回転により可動接触子２１が固定接触子３１に接触する位置又は固定接触子３１から分離される位置に直線移動できることは前述した通りである。このような駆動源アセンブリ６１については、図１２〜１３に基づいて詳細に後述する。

絶縁動力伝達部アセンブリ７１は、駆動源アセンブリ６１と断路器ベース１１間に装着されて駆動源アセンブリ６１の動力を絶縁シャフト４１に伝達すると同時に、断路器ベース１１の開口部、より具体的には固定接触子３１側の開口部の反対側開口部を絶縁する役割を果たす。このような絶縁動力伝達部アセンブリ７１については、図７〜１１に基づいて詳細に後述する。

ここで、断路器ベース１１、固定接触子３１を囲む外装部、絶縁シャフト４１、絶縁スペーサ５１、及び絶縁動力伝達部アセンブリ７１は、全て固体絶縁物で形成される。勿論、断路器ベース１１内の負荷接続部１３、１５、可動接触子２１の負荷側バンド接点２８、固定接点側バンド接点２７、負荷側可動導体２５、固定接点側可動導体２３、及び固定接点３３などの電気的接続を必要とする内部部品は、金属製導体で構成される（図６を参照）。固体絶縁物は、エンジニアリングプラスチック、ポリマー、エポキシなどの多様な種類があるが、本発明者は、断路器が使用される環境を考慮して絶縁性及び機械的強度に優れたエポキシを採択した。しかしながら、本発明がこれに限定されるものではないということは、当業者であれば十分に理解できる。また、絶縁シャフト４１は、ネジ山４３を加工しなければならないため、エポキシよりは絶縁性及び加工性に優れた強化プラスチックで形成することが好ましい。

駆動源アセンブリ６１、絶縁動力伝達部アセンブリ７１、断路器ベース１１、絶縁スペーサ５１、固定接触子３１は、直線的に順次配列される。これは、可動接触子２１が固定接触子３１との接触又は分離が行われる位置に直線移動するように構成された本発明の重要な特徴の１つによってのみ達成される。

このような配列により、従来の母線２０１と接点２２０、２３０が上・下で交差する方式で配列される場合（図１４〜１５を参照）に比べて、断路器が占める空間を大幅に減らすことができる。このような断路器の体積減少は、断路器が内蔵されるパイプライン構造のエンクロージャの半径を縮小できるため、受配電用開閉装置の設置空間が小さくなり、製造コストが減少するなどの追加的な利点を提供する。

図５は、図３の断路器ベース１１、絶縁スペーサ５１、及び固定接触子３１などの外形を示すための分解斜視図である。

図５に基づいて、前述した各構成要素間の電気的絶縁を保障する絶縁プレート９１について詳細に説明する。

絶縁プレート９１は、中央部が開口している形状であるため、可動接触子２１の移動の障害とならない。さらに、絶縁プレート９１は、断路器ベース１１などの他の構成要素のように固体絶縁物で形成され、他の構成要素よりは機械的な強度が低いが、柔軟性及び密着力があるため、各構成要素間に挿入されてそれらの間の隙間からの電気的漏洩を防止して絶縁の信頼性を向上させる素材で形成されなければならない。本発明者は、このような素材としてシリコーン（ケイ素樹脂）を採択したが、これに限定されない。

このように絶縁プレート９１は、絶縁物で製造された他の構成要素、すなわち、絶縁動力伝達部アセンブリ７１、断路器ベース１１、絶縁スペーサ５１、固定接触子３１のそれぞれの接続時にそれらの間に挿入される。この絶縁プレート９１は、沿面絶縁距離を長く確保するために屈曲した形状を有し、絶縁動力伝達部アセンブリ７１、断路器ベース１１、絶縁スペーサ５１、固定接触子３１の絶縁プレート接続面も絶縁プレート９１の屈曲した面に対応して形成される。

このような接続を、図５に示す断路器ベース１１と絶縁スペーサ５１を例に挙げて説明する。

絶縁プレート９１は、絶縁のための沿面距離を長くするために、「Ｖ」字状の突出又は折曲した形状部（絶縁スペーサ５１側から見ると、「Ｖ」字状の凹形状部）を有する。従って、断路器ベース１１の接続面１７には「Ｖ」字状の環状接続溝１８が備えられ、絶縁スペーサ５１の接続面には絶縁プレート９１の環状折曲部９２に密着して接続できる環状突出部（図示せず）が形成される。それにより、断路器ベース１１と絶縁スペーサ５１間に挿入される絶縁プレート９１が両者の接続隙間を完全に密閉し、その接続隙間からの電流漏洩を防止する。断路器ベース１１と絶縁スペーサ５１は、最終的に、接続面１７に形成したネジ孔と締結プレート５３に形成されたボルト孔５５を貫通したボルトにより締結されるか、又は、溶接などの方法で締結される。

以下、図６に基づいて可動接触子及び絶縁シャフトの構成及びこれらの間の関係を詳細に説明する。

図６に示すように、可動接触子２１は、大きく負荷側可動導体２５と固定接点側可動導体２３から構成される。

固定接点側可動導体２３は、内周面にネジ山が形成され、内部中空部に挿入される絶縁シャフト４１のネジ山４３と噛み合う。また、投入状態で固定接点３３と接続する端部には、外周面を囲んで固定接点側バンド接点２７が固定設置される。固定接点側可動導体２３の外周面には、長手方向に誘導スロット２４が形成される。

負荷側可動導体２５は、固定接点側可動導体２３の外周より大きい内径を有して固定接点側可動導体２３の引き入れ及び引き出しができる中空体である。凸状接続部１３は、断路器ベース導体１９と電気的に接続し、負荷側可動導体２５の端部には、断路器ベース導体１９と接触して電気的に接続する負荷側バンド接点２８が外周面を囲んで固定設置される。

負荷側バンド接点２８は、可動接触子２１の回路開閉のための位置移動に関係なく、常に断路器ベース導体１９と電気的に接続する。すなわち、負荷側可動導体２５が投入位置に移動しても、負荷側可動導体２５の負荷側バンド接点２８は、断路器ベース導体１９と接触した状態で摺動しながら依然として接触した状態を維持する。

負荷側可動導体２５の外周面には、長手方向に形成された回転防止スロット２９が備えられる。該回転防止スロット２９に断路器ベース導体１９（図４を参照）の内周面から固定的に突出形成される回転防止ピン（図示せず）が挿入され、負荷側可動導体２５の長手方向の直線移動のみを許容し、回動は防止する。また、固定接点側可動導体２３に形成された誘導スロット２４と負荷側可動導体２５に形成された誘導ピン２６により、固定接点側可動導体２３も回転は許容されずに長手方向の直線移動のみが許容される。

負荷側可動導体２５と固定接点側可動導体２３が断路器ベース１１内に後退した開放状態（図３参照）で、絶縁シャフト４１が一方向に回転すると、固定接点側可動導体２３が固定接点３３の方に直線移動し、負荷側可動導体２５に近い誘導スロット２４の端部壁（図示せず）に誘導ピン２６が係止されると、固定接点側可動導体２３が最大に引き出された状態（図４を参照）となる。その後、絶縁シャフト４１が一方向に持続的に回転すると、負荷側可動導体２５も固定接点側可動導体２３に引かれて固定接点３３の方に直線移動し始め、断路器ベース導体１９の前記回転防止ピンが図６の回転防止スロット２９の左側閉鎖端部の壁面に係止されるまで直線移動する。ここで、固定接点側可動導体２３の端部に固定設置された固定接点側バンド接点２７は固定接点３３に接触して閉回路が形成された状態（投入状態）となる（図４を参照）。

このような投入状態で、絶縁シャフト４１が他方向に回転すると、固定接点側可動導体２３が固定接点３３から遠ざかる方向に直線運動して負荷側可動導体２５内に引き入れられ、その後、絶縁シャフト４１の同方向への持続的な回転により誘導スロット２４の固定接点側バンド接点２７側の端部２４’に誘導ピン２６が係止されると、誘導ピン２６により加圧されて負荷側可動導体２５も断路器ベース１１の方に移動し、結局、図３に示すように、断路器ベース１１内に位置する状態となる。ここで、固定接点側バンド接点２７は、固定接点３３から充分な空間及び沿面距離を置いて分離して離隔し、回路は開放される。

以上のように、固定接点側可動導体２３と負荷側可動導体２５が別体に２段型可動導体で構成された実施形態とは異なり、固定接点側可動導体２３と負荷側可動導体２５が単一体で構成される変形実施形態も可能である。すなわち、可動接触子２１が１つの中空シリンダ形状に形成され、両端部の外周面上にバンド接点が固定設置される構成である。この場合、可動接触子２１の内周面には絶縁シャフト４１のネジ山４３に対応するネジ山が形成され、外周面には断路器ベース導体１９から突出した前記回転防止ピンが挿入される、前述した回転防止スロット２９のようなスロットが形成される。この場合も、絶縁シャフト４１が回転しても可動接触子２１は回転できずに直線往復運動のみを行い、回路の投入状態と開放状態間の回路開閉動作が可能となる。しかしながら、このような、一体型可動接触子２１は、２段構造の可動接触子２１に比べて構造は簡単であるが、適切な絶縁距離を確保するためには絶縁スペーサ５１をより長くするしかないため、断路器１００の全長が長くなるという欠点がある。

従って、断路器１００を小型化するためには、可動接触子２１を一体型に構成するよりは、２段型に構成することが好ましい。さらに、本図面では便宜上、２段型のみを示したが、断路器１００の長さをより縮小するためには、可動接触子２１を３段以上の多段構造に構成することもできる。

例えば、３段で形成する場合は、内部に固定接点側可動導体２３が挿入される中空体で、自身は負荷側可動導体２５に挿入される媒介導体（図示せず）を採択する方法が考慮できる。この場合、媒介導体には、負荷側可動導体２５の誘導ピン２６が係止される長手方向の誘導スロット２４のようなスロットを形成し、固定接点側可動導体２３の誘導スロット２４に係止される誘導ピン２６のようなピンも形成すればよい。

４段以上の場合も、必要な数の媒介導体を挿入して多段型可動導体を構成することが可能であり、これについては、当業者であればこれ以上の説明がなくても理解できる。

以下、図７〜図１１に基づいて本発明による絶縁動力伝達部アセンブリ７１の構成及び動作を詳細に説明する。

図示されたように、絶縁動力伝達部アセンブリ７１は、断路器が使用される受配電用開閉装置の要求定格容量によって、絶縁動力伝達ユニット７１’が単一構造又は複数個が重なった構造で構成される。

このような絶縁動力伝達ユニット７１’は、駆動源アセンブリ６１と絶縁シャフト４１間に設置され、駆動源アセンブリ６１からの回転動力により回転して絶縁シャフト４１を回転させる少なくとも１つの回転子７５と、該回転子７５を回転可能に支持し、固体絶縁物で形成される１対の絶縁ハウジング７３と、１対の絶縁ハウジング７３間に配置される絶縁プレート９１とを含む。中央開口部９３と、沿面絶縁距離を長くするための折曲部９２とを有する絶縁プレート９１は、前述してあるので、ここではその説明を省略する。

回転子７５は、絶縁プレート９１の中央開口部９３を介して両面がそれぞれ絶縁ハウジング７３と対面する。また、回転子７５は、図９に示すように、略円盤型であり、その円盤型の両面の中心部には軸部及び軸受部が形成されたため、互いに対面して結合できる構造である。回転子７５と絶縁ハウジング７３間には、若干の隙間が存在して回転子７５の回転を可能とする。本発明者は、公差は約１ｍｍ程度が好ましいという結論を出した。このような公差を考慮して選定されたＯリング７７が回転子７５と絶縁ハウジング７３の対向面間に介在して前記隙間を維持する。これにより、摩擦力が最小である状態で、回転子７５が１対の絶縁ハウジング７３間で容易に回転可能となる。

回転子７５は、円盤部と該円盤部の両面中心に位置する軸部及び軸受部とからなる外形を有するため、それぞれの回転子７５のその表面距離、すなわち、沿面距離が長く、さらに、複数の回転子７５の軸部と軸受部を結合して重複して構成すると、当然その沿面距離は倍となる。従って、回転子７５は、駆動源アセンブリ６１からの回転動力を絶縁シャフト４１に伝達する役割だけでなく、駆動源アセンブリ６１と断路器ベース１１間の電気的絶縁のための充分な沿面距離を提供する役割も果たす。本発明者の実験によると、例えば、定格電圧が２４ｋＶ級又は２５.８Ｖ級である開閉装置で要求される絶縁性能を充足させるためには、５つの回転子７５が必要である。この場合、６つの絶縁ハウジング７３と５つの絶縁プレート９１も必要であることは自明である。すなわち、３つの絶縁動力伝達ユニット７１’が重なる（図９を参照）。

絶縁ハウジング７３のそれぞれの両面には、例えば、屈曲部７４、折曲部９２などの環状の凹凸部が対応して形成されることで、絶縁動力伝達ユニット７１’の結合時に結合体積が最小になり、充分な絶縁距離が確保される。この屈曲部７４、折曲部９２などの凹凸部は、断路器の容量による沿面上絶縁距離の確保を考慮して、その突出や陥没の程度（凸部及び凹部の数）を変更して適用できる。

従って、図示した形態に限定されるものではなく、前述した絶縁動力伝達ユニット７１’の目的範囲又は原理内で変更されたものであれば、本発明の範囲から外れるものではない。

以上のような原理に基づいた絶縁動力伝達ユニット７１’の構成により、絶縁動力伝達部アセンブリ７１のサイズを大幅に減少することができ、これにより、断路器全体のサイズの減少などの利点が生じる。

絶縁動力伝達部アセンブリ７１の回転子７５間の駆動接続、回転子７５と駆動源アセンブリ６１の主回転軸６３との駆動接続、及び回転子７５と絶縁シャフト４１との駆動接続は、多様な方法がある。１つの方法としては、一側に突起部を形成し、相手の接続部側に前記突起部が嵌合する凹溝部を形成して嵌合して駆動可能接続する方法がある。このような駆動接続方法を採択して、本発明は、図１０及び図１１に示すように、回転子７５の軸部７６と絶縁シャフト４１の端部を六角形断面に形成し、回転子７５の軸部７６が形成された反対面の軸受部（図示せず、図９参照）と主回転軸６３の端部にも六角形断面の接続凹部６３’を形成した。

以下、図１２及び図１３に基づいて、本発明による固体絶縁断路器１００のうち駆動源アセンブリ６１の構成及び動作を詳細に説明する。

本発明による固体絶縁断路器１００は、３相交流の回路に適用される例であり、それぞれの相（Ｒ、Ｓ、Ｔ）に対応して３つが並列に配列されて固体絶縁断路器アセンブリを構成する。

駆動源アセンブリ６１は、大きく３つの主回転ギア６４と、２つの補助ギア６５と、これらに動力を提供する駆動モータ６８とから構成される。主回転ギア６４は、それぞれ固体絶縁断路器ユニット１００、より具体的には、回転子７５の結合突起７６に駆動可能に接続する主回転軸６３に結合している。補助ギア６５は、３つの主回転ギア６４の回転方向を一致させるために、主回転ギア６４間に噛み合って配列される（図１３参照）。また、駆動ギア６７は、駆動モータ６８から動力が伝達されて連結ギア６６を回転させ、該連結ギア６６は、補助ギア６５のうち１つと同一軸に設置される。

このように構成される本発明の一実施形態による断路器は、従来とは異なって駆動源を除いた通電部位を全て固体絶縁物で囲んで製造する固体絶縁方法を適用し、固体絶縁物の直線長さは短くても絶縁沿面距離は長く構成することにより、その断路器のサイズを大幅に縮小できる。

また、主要構成要素をアセンブリ（組立体）化することにより、全体的な組立が非常に簡便になり、地球温暖化防止のための使用規制が予想される温暖化ガスの１つであるＳＦ６ガスを絶縁用ガスとして使用せずに固体絶縁物を利用することにより、環境に優しい特徴を有すると共に、このような絶縁用ガスを使用しないことにより、ガスの圧力を点検して漏洩ガスを補充するなどの別途の維持補修作業が不要であるため、維持コストが低減するという経済性を有する。

また、二重母線に使用される場合も、互換性に優れるという利点がある。

すなわち、従来のガス絶縁断路器は、二重母線に使用するために２つの断路器を並列に設置し、これらの間をガスが充填された連結管で連結するなどの追加的な作業及び構成要素を要求する。

しかしながら、本発明の好ましい一実施形態による断路器は、固体絶縁方式を採用するので、連結管などの別途構成要素が必要なくて簡単である。また、全体のサイズが減少するため、従来のように並列的に配置せずに上・下に配置することができる。

本発明の好ましい一実施形態による断路器の組立状態を示す立体斜視図である。 図１の断路器の平面図である。 図２の断路器の開放状態のIII −III 線の断面図である。 図３の断路器の投入状態を示す断面図である。 図３の断路器ベース、絶縁スペーサ、及び固定接触子などの分解斜視図である。 図３の可動接触子及び絶縁シャフトの構成及びこれらの間の作動関係を説明するための斜視図である。 図３の絶縁動力伝達部アセンブリの結合状態を示す斜視図である。 図７の分解斜視図である。 図７の結合断面図である。 図７の結合関係を具体的に示す分解斜視図である。 図１０で一般的に使用される結合方式を説明するための斜視図である。 図３の駆動源アセンブリの斜視図である。 図１２の作動関係を示す概念図である。 従来の断路器の開放状態を示す正面図である。 図１４の断路器の投入状態を示す正面図である。 図１４の断路器の平面図である。

符号の説明

１１ 断路器ベース
１３ 負荷接続部
２１ 可動接触子
２３ 固定接点側可動導体
２５ 負荷側可動導体
２７ 固定接点側バンド接点
２８ 負荷側バンド接点
３１ 固定接触子
３３ 固定接点
４１ 絶縁シャフト
５１ 絶縁スペーサ
５３ 締結プレート
６１ 駆動源アセンブリ
６３ 主回転軸
６４ 主回転ギア
６５ 補助ギア
６８ 駆動モータ
７１ 絶縁動力伝達部アセンブリ
７３ 絶縁ハウジング
７５ 回転子
８１ 母線連結部
９１ 絶縁プレート
１００ 断路器

Claims (17)

1. 一方向に貫通開口した中空型フレームであり、負荷との電気的接続のための負荷接続部を有し、前記負荷接続部を囲むように固体絶縁物で形成される断路器ベースと、
   回転動力を提供する駆動源アセンブリと、
   電気的絶縁材で形成され、前記駆動源アセンブリからの回転動力により回転し、外周面にネジ部が形成された絶縁シャフトと、
   電源側と電気的に接続でき、固体絶縁物で囲まれた固定接点を備える固定接触子と、
   前記絶縁シャフトに螺合し、前記断路器ベースの負荷接続部と電気的に接続した状態で前記絶縁シャフトの回転により、前記固定接触子の固定接点に接触する位置と前記固定接触子の固定接点から分離して離隔する位置とに直線移動可能な可動接触子と、
   前記断路器ベースと前記固定接触子間に電気的絶縁のために設置され、前記可動接触子の貫通移動を許容するための内部空洞部を有する固体絶縁物で形成される絶縁スペーサと、
   前記駆動源アセンブリと前記絶縁シャフト間に設置され、前記駆動源アセンブリからの回転動力を前記絶縁シャフトに伝達すると同時に、前記駆動源アセンブリと前記断路器ベース間を電気的に絶縁する絶縁動力伝達部アセンブリと、
   から構成されることを特徴とする固体絶縁断路器。
2. 前記駆動源アセンブリ、前記絶縁動力伝達部アセンブリ、前記断路器ベース、前記絶縁スペーサ、前記固定接触子は、順次直線配列されることを特徴とする請求項１に記載の固体絶縁断路器。
3. 前記絶縁動力伝達部アセンブリと前記断路器ベース間、前記断路器ベースと前記絶縁スペーサ間、及び前記絶縁スペーサと前記固定接触子間のうち少なくとも１ヶ所に装着され、沿面絶縁距離を長くするための折曲部を有し、固体絶縁物で形成された絶縁プレートをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の固体絶縁断路器。
4. 前記可動接触子に直線移動のための動力を提供するために、前記絶縁シャフトが前記可動接触子を貫通して設置され、前記絶縁シャフトの一端は前記固定接触子内で回転可能に支持され、前記絶縁シャフトの他端は前記絶縁動力伝達部アセンブリに回転動力を受けるために駆動可能に接続し、前記絶縁シャフトの外周面と前記可動接触子の内周面にはそれぞれ対応するネジ山が形成されて相対的に駆動可能に結合し、
   前記絶縁シャフトの回転時に前記可動接触子が直線移動するように、前記可動接触子の外周面には回転防止スロットが形成され、前記断路器ベースには、固定的に突設して前記回転防止スロットに挿入されて前記可動接触子の回転は許容せずに前記可動接触子の直線移動のみを許容する回転防止ピンが形成されることを特徴とする請求項１に記載の固体絶縁断路器。
5. 前記断路器ベースが、
   負荷接続用導体を有する負荷接続部と、
   前記可動接触子と電気的に接続する断路器ベース導体とを含むことを特徴とする請求項１に記載の固体絶縁断路器。
6. 前記断路器ベースの負荷接続部が、
   中空の内周面に設置される前記断路器ベース導体と電気的に接続するように固定設置され、導体で形成される凸状接続部及び凹状接続部を含むことを特徴とする請求項５に記載の固体絶縁断路器。
7. 前記可動接触子が、
   １つの中空シリンダ状に形成され、両端部の外周面上にバンド接点が固定設置されることを特徴とする請求項１に記載の固体絶縁断路器。
8. 前記可動接触子が、
   前記絶縁シャフトと相対的に駆動可能に結合して、前記絶縁シャフトの回転により前記固定接触子から分離される位置又は前記固定接触子に接触する位置に直線移動可能な固定接点側可動導体と、
   前記固定接点側可動導体に駆動可能に接続して前記固定接点側可動導体の直線移動に従って同じ方向に従動して直線移動可能な負荷側可動導体とを含む２段型可動導体で構成されることを特徴とする請求項１に記載の固体絶縁断路器。
9. 前記固定接点側可動導体が、
   内周面にネジ山が形成された中空体であり、外周面に誘導スロットが形成され、前記固定接触子に対向する端部に外周面を囲むように設置されて前記固定接触子の固定接点に接触できる固定接点側バンド接点を備え、
   前記負荷側可動導体が、
   前記固定接点側可動導体の外周より大きい内径を有して前記固定接点側可動導体が引き入れ及び引き出しできる中空体であり、外周面に形成される回転防止スロット及び前記断路器ベースの負荷接続部に電気的に接続し、外周面を囲むように設置される負荷バンド接点と、
   前記固定接点側可動導体が挿入されて前記固定接点側可動導体の回転を防止すると同時に、前記固定接点側可動導体の前記誘導スロットの端部壁により直線移動のための駆動力を受ける誘導ピンとを備えることを特徴とする請求項８に記載の固体絶縁断路器。
10. 前記可動接触子が、
    前記固定接点側可動導体と前記負荷側可動導体間に挿入される中空型の媒介導体をさらに含むことで多段型可動導体で構成されることを特徴とする請求項８に記載の固体絶縁断路器。
11. 前記絶縁スペーサの内周面は、凹凸面に形成されることを特徴とする請求項１に記載の固体絶縁断路器。
12. 前記絶縁動力伝達部アセンブリが、
    前記駆動源アセンブリと前記絶縁シャフト間に設置され、前記駆動源アセンブリからの回転動力により回転して前記絶縁シャフトを回転させる少なくとも１つの回転子と、
    前記回転子を回転可能に支持し、固体絶縁物で形成される絶縁ハウジングとから構成される組立体であることを特徴とする請求項１に記載の固体絶縁断路器。
13. 前記絶縁動力伝達部アセンブリが、
    略円盤型であり、円盤型の両面の中心部に軸部及び軸受部を有して対面して結合できる構造である少なくとも１つの回転子と、
    前記回転子を回転可能に支持し、固体絶縁物で形成される少なくとも１対の絶縁ハウジングと、
    前記１対の絶縁ハウジング間に設置され、固体絶縁物で形成される絶縁プレートとから構成され、
    前記絶縁ハウジング及び前記絶縁プレートは、それぞれ密着するように対応して形成される突起部と凹溝部を有することを特徴とする請求項１に記載の固体絶縁断路器。
14. 前記駆動源アセンブリが、
    前記絶縁動力伝達部アセンブリに駆動可能に接続する主回転軸と、
    前記主回転軸と一体で回転する主回転ギアと、
    前記主回転ギアを駆動する回転力を提供する駆動モータとを含むことを特徴とする請求項１に記載の固体絶縁断路器。
15. 前記絶縁シャフトが、強化プラスチック絶縁物で形成され、前記断路器ベース及び前記絶縁スペーサが、エポキシ絶縁物で形成されることを特徴とする請求項１に記載の固体絶縁断路器。
16. 前記絶縁プレートが、シリコーン絶縁物で形成されることを特徴とする請求項３に記載の固体絶縁断路器。
17. 前記絶縁ハウジングが、エポキシ絶縁物で形成されることを特徴とする請求項１２に記載の固体絶縁断路器。

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