JP2015201268A - 電力用開閉装置 - Google Patents

Abstract

【課題】駆動装置を大型化させることのない電力用開閉装置を提供することを目的とする。
【解決手段】この電力用開閉装置１において駆動装置４は回転力を発生させ、伝達装置３は、駆動装置４による回転力を直線運動力に変換して、可動接触子部２１に伝達する。この伝達装置３は、円筒部３１と円柱部３２を有する。円筒部３１と円柱部３２は、互いに挿入関係を有し、一方が可動接触子部２１と接続され、他方が駆動装置４によって軸回転される。円筒部３１及び円柱部３２の重なり部分に形成される螺子切り部３３を備える。駆動装置４に接続された一方を回転させることで、他方を直線移動させ、連動して可動接触子部２１を前記対向接触子部２２に対して移動させる。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、電力系統において電流遮断及び投入を切り換える電力用開閉装置に関する。

電力系統において、過大な事故電流、進み小電流、リアクトル遮断等の遅れ負荷電流、又は極めて小さな事故電流等の遮断を要する場合に交流遮断器が利用される。ガス遮断器は、遮断過程で接触子を機械的に切り離し、切り離しの過程で発弧したアーク放電を消弧性ガスの吹き付けによって消弧する。

上記のような交流遮断器は、現在パッファ型と呼ばれるタイプが広く普及している。パッファ型ガス遮断器は、消弧性ガスが充填された密閉容器内に、対向接触子部と可動接触子部を対向して配置され、可動接触子部に連結された操作ロッドを対向接触子部側に押し出し又は引き離すことによって、可動接触子部を対向接触子部に接触又は開離させる（例えば、特許文献１参照）。

この交流遮断器には、接触子の離反に伴って容積が減少し、内部の消弧性ガスを昇圧する昇圧室を有し、昇圧室で昇圧させた消弧性ガスをアーク放電に対して強力に吹き付けることで、アーク放電が小さくなる電流零点で消弧し、両接触子の絶縁性能を回復させ、電流の遮断を完了させる。

この交流遮断器の可動接触子部の駆動と昇圧室の容積減少の原動力を出力する駆動装置は、主に油圧式やバネ式が多く用いられてきた。油圧式は油圧アクチュエータを用いて可動部を駆動する方式である。バネ式は、圧縮したバネを開放した際のエネルギーを用いて可動部を駆動する方式である。油圧式やバネ式においては、駆動装置と交流遮断器の間に多数のリンクを配置し、駆動装置の駆動エネルギーをリンクを介して可動接触子部に伝える。

特開２０１３−１４０６９３号公報

近年、交流遮断器は、小型化及び低駆動化の一途を辿っており、交流遮断器を含む電力開閉装置の小型化も要望されている。そこで、交流遮断器に対して駆動エネルギーを供給する駆動装置の小型化が期待される。

しかしながら、交流遮断器の駆動エネルギーを多く消費する一因は、消弧性ガスを昇圧する昇圧室の圧力上昇であるが、圧力上昇を低く抑えてしまうと、電流遮断に必要な時間、例えば５０Ｈｚでは少なくとも１０ｍｓの間で遮断に必要なガス圧力を維持することが難しくなる。

そのため、より性能の良い電力開閉装置を求めようとすると駆動装置が大型化し、電力開閉装置の小型化に逆行してしまう。特に、油圧式やバネ式においては、可動接触子部を絶縁ロッドによって押し出したり引き離したりするため、絶縁ロッドのストローク分だけ駆動装置が大型化してしまっていた。そこで、駆動装置の大型化を抑制し、電力開閉装置を小型化することのできる、駆動エネルギー発生方法が求められる。

そこで、本実施形態に係る電力用開閉装置は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、駆動装置を大型化させることのない電力用開閉装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本実施形態に係る電力用開閉装置は、電流遮断と投入を切り替える交流遮断器と当該交流遮断器を駆動させる駆動装置と当該駆動装置の駆動力を前記交流遮断器に伝達する伝達装置を含み構成される電力用開閉装置であって、前記交流遮断器は、電気的な接点となって相対的に接離する対向接触子部及び可動接触子部を備え、前記駆動装置は、回転力を発生させ、前記伝達装置は、前記駆動装置による前記回転力を直線運動力に変換して、前記可動接触子部に伝達すること、を特徴とする。

第１の実施形態に係る電力用開閉装置の構成を示す断面図である。 第２の実施形態に係る電力用開閉装置の構成を示す断面図である。

（第１の実施形態）
（構成）
以下、図１を参照しつつ、第１の実施形態に係る電力用開閉装置の構成を説明する。電力用開閉装置１は、電力系統の電流遮断と投入を切り換える電力線上の機器である。この電力用開閉装置１は、主に交流遮断器２と駆動装置４と伝達装置３を備えている。

交流遮断器２は、消弧性ガスが充填された密閉容器内に対向接触子部２２と可動接触子部２１を備える。消弧性ガスは、電流遮断過程で発弧するアーク放電に吹き付けられる六フッ化硫黄ガス等である。可動接触子部２１と対向接触子部２２は、互いに先端を対向させた電力線上の接点であり、相対的に接触及び開離可能となっている。例えば、密閉容器内に固定された対向接触子部２２に対して可動接触子部２１がスライドし、可動接触子部２１のスライド方向に応じて両者が接触及び開離する。対向接触子部２２は位置を固定してもよいし、可動接触子部２１に対して可動としてもよい。可動接触子部２１と対向接触子部２２との接触により電路が閉状態となると電流が投入され、開離により電路が開状態となると、可動接触子部２１と対向接触子部２２との間に発弧するアーク放電が消弧に至った後、電流遮断が完了する。

この交流遮断器２は、アーク放電に吹き付ける消弧性ガスを昇圧する昇圧室２３を有する。昇圧室２３は、ピストン２３ａとシリンダ２３ｂにより画成され、ピストン２３ａとシリンダ２３ｂの相対的な接近に伴う容積減少により内部の消弧性ガスを昇圧する。例えば、ピストン２３ａは密閉容器内に固定され、シリンダ２３ｂは、可動接触子部２１の一構成要素となり、可動接触子部２１とともにスライドする。シリンダ２３ｂのピストン２３ａ方向への移動により、昇圧室２３内の消弧性ガスは昇圧される。

駆動装置４は、可動接触子部２１の動力源である。この駆動装置４は、伝達装置３を介して可動接触子部２１と連結される。駆動装置４は、例えば回転モータであり、回転力を発生させてシャフト４１を軸回転させる。この駆動装置４には角位置センサ４２が取り付けられている。角位置センサ４２は、シャフト４１の回転角度を検出するロータリエンコーダやロータリポテンショメータ等である。

この駆動装置４は、例えばコンピュータとドライバにより構成される制御部４３を備えている。制御部４３は、角位置センサ４２の検出信号を入力として、駆動装置４を制御する制御信号を出力する。検出信号が示す回転角度や回転数をパラメータとして演算を実行し、可動接触子部２１の移動距離や移動速度を算出し、その算出結果に応じた回転力を駆動装置４に発生させる。

伝達装置３は、駆動装置４と交流遮断器２の可動接触子部２１との間に介在し、駆動装置４の回転力を直線運動力に変換して可動接触子部２１をスライドさせる。この伝達装置３は、回転力と直線運動力の変換器として、挿入関係にあり、螺子切り部３３により噛合した円筒部３１と円柱部３２とを備えている。

円筒部３１は、可動接触子部２１の対向接触子部２２とは反対側に配置され、可動接触子部２１と共通の中心軸線を有する。円筒部３１の一端部には節点３７が設けられており、円筒部３１は、この節点３７で可動接触子部２１の一端と回転可能に連結する。円筒部３１の他端部は、円筒内部へ通じる開口を有する。円柱部３２は、円筒部３１と共通軸線を有し、可動接触子部２１、円筒部３１に続いて配置されている。円柱部３２の先端は、円筒部３１の開口から内部に挿入されている。この円柱部３２は、駆動装置４のシャフト４１の先端に一体的に成型され、または駆動装置４のシャフト４１先端に連結し、駆動装置４のシャフト４１と共に駆動装置４の回転力を受けて回転する。

螺子切り部３３は、円柱部３２と円筒部３１の重なり合った部分、すなわち挿入により円筒部３１の外周面に対面する円柱部３２の内周面と、円柱部３２の内周面に対面する円筒部３１の外周面にそれぞれ穿設されている。円筒部３１と円柱部３２は、この螺子切り部３３によって螺合している。尚、駆動装置４と円柱部３２は、電力用開閉装置１において位置が固定である。一方、円筒部３１と可動接触子部２１は、他部材に摺動可能に支持されて可動となっている。

（動作）
このような電力用開閉装置１の動作について説明する。電力系統において過大な事故電流、進み小電流、リアクトル遮断等の遅れ負荷電流、又は極めて小さな事故電流が生じ、電力用開閉装置１に遮断信号が入力されると、駆動装置４はシャフト４１を回転させる。シャフト４１が回転すると、このシャフト４１に連結されている円柱部３２も回転する。

円柱部３２は位置が固定されている。そのため、円柱部３２の回転が螺子切り部３３の螺合関係によって円筒部３１の直線運動に変換される。このとき、駆動装置４の回転方向によって円筒部３１は、対向接触子部２２から離れる方向に移動する。同時に、この円筒部３１に連結されている可動接触子部２１も、円筒部３１に引きずられて対向接触子部２２から離れる方向に移動する。

可動接触子部２１が対向接触子部２２から離れると、可動接触子部２１と対向接触子部２２との間にアーク放電が発弧する。また、可動接触子部２１に連結されたシリンダ２３ｂも可動接触子部２１とともに移動してピストン２３ａとの距離を縮めており、昇圧室２３内が昇圧され、その昇圧によって消弧性ガスがアーク放電に向けて強力に吹き付けられる。そして、電流零点に至ってアーク放電が消弧すると、電流の遮断が終了する。

一方、駆動装置４の回転方向によっては、円筒部３１は対向接触子部２２に近づく方向に移動する。同時に可動接触子部２１も対向接触子部２２に接近し、遂には可動接触子部２１と対向接触子部２２とが接触し、電流投入状態となる。

このような駆動装置４の回転力発生に伴う可動接触子部２１の移動状態において、角位置センサ４２は、その回転を検出して回転角度及び回転数を示す信号を制御部４３に出力する。制御部４３は、この信号を解析することで可動接触子部２１の移動速度を把握し、所望の移動速度となるように駆動装置４の回転速度を変更し、また可動接触子部２１の移動距離を把握し、所望の移動距離となると駆動装置４の回転を停止させる。

（作用効果）
この電力用開閉装置１の電流遮断及び投入の動作において、駆動装置４から延びるシャフト４１及びシャフト４１の先端に形成された円柱部３２は、軸回転のみで軸方向への移動はない。すなわち、この電力用開閉装置１では、油圧式やバネ式によりリンクを押し引きする駆動装置及び伝達装置に必要とされるリンクのストロークを確保する必要はない。このため、この電力用開閉装置１では、油圧式やバネ式に比べて駆動装置４及び伝達装置３の大型化が抑制されている。

また、油圧式やバネ式によるリンク構造によっては、リンク同士が必ずしも軸方向に一直線に並ぶことはないため、駆動エネルギーの伝達ロスが生じる。そのため、油圧式やバネ式によれば、伝達ロス分を見越して駆動装置の出力を大きくする必要があった。しかしながら、この電力用開閉装置１によれば、駆動装置４の駆動エネルギーを非常に効率よく伝達することが可能となる。このため、駆動装置４の低出力化が達成でき、駆動装置４の大型化を更に抑制することができる。

このように、本実施形態の電力用開閉装置１では、駆動装置４は回転力を発生させ、伝達装置３は、駆動装置４による回転力を直線運動力に変換して、可動接触子部２１に伝達するようにした。これにより、駆動装置４の大型化を抑制することができる。

また、本実施形態によれば、角位置センサ４２によって駆動装置４の回転を検出し、可動接触子部２１の移動制御にフィードバックするようにした。可動接触子部２１の移動には、遮断状況や事故電流の状態に合わせて任意の駆動が可能であること、高速移動が可能であること、可動接触子部２１の応答性能が良いことが要求される。任意の駆動が要求されるのは、事故電流は交流であり其の電圧は周期的に変動していること、及び事故発生時の位相がランダムであることにより、事故電流の発生から消弧の状態推移を鑑みて遮断しやすい適切なタイミングで遮断動作を行うことが望ましいからである。可動接触子部２１の高速移動及び応答性能が要求されるのは、遮断動作は、遮断指令開始から数十ｍｓｅｃという短時間で完了しなければならないからである。

本実施形態によれば、可動接触子部２１の移動距離や移動速度を状況に合わせて精密にコントロールすることが可能となり、電流遮断において遮断状況や事故電流の状態に合わせて効率的で安定的な遮断性能を達成できる。

尚、本実施形態では、伝達装置３は、円筒部３１が可動接触子部２１と接続され、円柱部３２が駆動装置４によって軸回転されるようにし、円筒部３１及び円柱部３２の重なり部分に形成される螺子切り部３３を備えた。これに限らず、円筒部３１と円柱部３２の関係を逆にし、すなわち円柱部３２が可動接触子部２１と接続され、駆動装置４のシャフト４１の先端に円筒部３１を形成し、駆動装置４に接続された一方の円筒部３１又は円柱部３２を回転させることで、他方の円筒部３１又は円柱部３２を直線移動させ、連動して可動接触子部２１を対向接触子部２２に対して移動させることができるのはいうまでもない。

（第２の実施形態）
（構成）
次に、図２を参照しつつ、第２の実施形態に係る電力用開閉装置１の構成を説明する。尚、交流遮断器２に関しては第１の実施形態と同一構成につき説明を省略する。第２の電力用開閉装置１は、例えば３００ｋＶ以上の高電圧回路に使用され、交流遮断器２を２台直列に接続した２点切り遮断構造を有する。各交流遮断器２は、共通軸上に可動接触子部２１側を内側にして向かい合わせにして配置される。伝達装置３は、一機であり、両交流遮断器２の間に介在する。

この伝達装置３は、駆動装置４のシャフト４１先端に第１の歯車３４を嵌合している。駆動装置４のシャフト４１は、交流遮断器２の並びと直交して延び、第１の歯車３４が交流遮断器２の軸線上に至る。第１の歯車３４には、２個の第２の歯車３５が噛合している。２個の第２の歯車３５は、各交流遮断器２に対応する。

第１及び第２の歯車３４、３５は、円錐面を有し、円錐面に歯が刻まれたベベルギアであり、両第２の歯車３５は、第１の歯車３４の回転軸に対して直交する回転軸を有する。両第２の歯車３５は、それぞれ、各交流遮断器２から延びて相向かい合うシャフト３６の先端に形成される。円柱部３２は、各シャフト３６の他端に形成され、交流遮断器２の可動接触子部２１と連結された各円柱部３２に挿入され、それぞれ螺子切り部３３によって螺合している。

（動作）
この電力用開閉装置１では、駆動装置４が回転力を発生させると、その回転力が第１及び第２の歯車３４、３５の噛合によって両交流遮断器２に分配される。そして、両交流遮断器２に至るシャフト３６を回転させ、シャフト３６先端の円柱部３２の回転が螺子切り部３３によって円筒部３１の直線運動力に変換される。そのため、両交流遮断器２において各可動接触子部２１が対向接触子部２２に対してスライドする。

（作用効果）
この電力用開閉装置１によれば、一機の駆動装置４及び伝達装置３によって２機の交流遮断器２を同時駆動させることが可能となる。そのため、電力用開閉装置１全体として大型化を抑制することが可能となる。また、第２の歯車３５の歯数を相違させることで、開離距離が異なる２つの交流遮断器２において同時に電流遮断を完了させることが可能となる。

尚、第１の歯車３４に噛合させる第２の歯車３５は２機に限らず複数とでき、２機の交流遮断器２に限らず複数の交流遮断器２を同時駆動させることができる点はいうまでもない。

（その他の実施形態）
本明細書においては、本発明に係る実施形態を説明したが、この実施形態は例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図していない。実施形態で開示の構成の全て又はいずれかを組み合わせたものも包含される。以上のような実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１ 電力用開閉装置
２ 交流遮断器
２１ 可動接触子部
２２ 対向接触子部
２３ 昇圧室
２３ａ ピストン
２３ｂ シリンダ
３ 伝達装置
３１ 円筒部
３２ 円柱部
３３ 螺子切り部
３４ 第１の歯車
３５ 第２の歯車
３６ シャフト
３７ 節点
４ 駆動装置
４１ シャフト
４２ 角位置センサ
４３ 制御部

Claims (4)

1. 電流遮断と投入を切り替える交流遮断器と当該交流遮断器を駆動させる駆動装置と当該駆動装置の駆動力を前記交流遮断器に伝達する伝達装置を含み構成される電力用開閉装置であって、
   前記交流遮断器は、電気的な接点となって相対的に接離する対向接触子部及び可動接触子部を備え、
   前記駆動装置は、回転力を発生させ、
   前記伝達装置は、前記駆動装置による前記回転力を直線運動力に変換して、前記可動接触子部に伝達すること、
   を特徴とする電力用開閉装置。
2. 前記伝達装置は、
   互いに挿入関係を有し、一方が前記可動接触子部と接続され、他方が前記駆動装置によって軸回転される円筒部及び円柱部と、
   前記円筒部及び前記円柱部の重なり部分に形成される螺子切り部と、
   を備え、
   前記駆動装置に接続された一方の前記円筒部又は前記円柱部を回転させることで、他方の前記円筒部又は前記円柱部を直線移動させ、連動して前記可動接触子部を前記対向接触子部に対して移動させること、
   を特徴とする請求項１記載の電力用開閉装置。
3. 前記交流遮断器は、複数備えられ、
   前記伝達装置は、
   前記駆動装置の回転力によって回転する第１の歯車と、
   前記各交流遮断器に対応して設けられ、前記第１の歯車と異なる方向に向く回転軸を有し、前記第１の歯車と螺合する複数の第２の歯車と、
   を備え、
   前記伝達装置は、前記各交流遮断器に対して前記駆動装置の回転力を分配し、分配した各回転力をそれぞれ直線運動力に変換して、前記各可動接触子部に伝達すること、
   を特徴とする請求項１又は２記載の電力用開閉装置。
4. 前記駆動装置の回転を検出する角位置センサを備えること、
   を特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の電力用開閉装置。

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