JP2018106924A

JP2018106924A - ガス遮断器

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Publication number: JP2018106924A
Application number: JP2016252257A
Authority: JP
Inventors: 将直寺田; Masanao Terada; 山下　太一郎; Taichiro Yamashita; 太一郎山下; 裕明橋本; Hiroaki Hashimoto; 一浦井; Hajime Urai; 廣瀬　誠; Makoto Hirose; 誠廣瀬
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2016-12-27
Filing date: 2016-12-27
Publication date: 2018-07-05
Anticipated expiration: 2036-12-27
Also published as: US10256060B2; JP6824028B2; CN108242371A; US20180182578A1; CN108242371B

Abstract

【課題】最小限の重量増で、電極動作を適切に設定し遮断性能を最大化する溝カム形状を実現する。
【解決手段】密封タンク（１００）内に駆動側電極と被駆動側電極を対向して設け、前記駆動側電極は駆動側主電極（２）と駆動側アーク電極（４）を有し、前記被駆動側電極は被駆動側主電極（３）と被駆動側アーク電極（５）を有し、前記駆動側アーク電極は操作器（１）に接続され、前記被駆動側アーク電極は双方向駆動機構部（１０）に連結されたガス遮断器であって、前記双方向駆動機構部は、前記駆動側電極からの駆動力を受ける駆動側連結ロッド（１１）と、前記被駆動側アーク電極に接続した被駆動側連結ロッド（１３）と、前記駆動側連結ロッドの動作に対して前記被駆動側連結ロッドを反対方向に動作させ回転軸周りに操作器側に折り曲げたレバー（１２）と、前記駆動側連結ロッドと前記被駆動側連結ロッドの動作を規定するガイド（１４）を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は電極を互いに反対方向に駆動する双方向駆動機構を適用したガス遮断器に関する。

高電圧の電力系統に用いるガス遮断器は、開極動作途中の消弧ガス圧力上昇を利用し、圧縮ガスを電極間に生じるアークに吹き付けることで電流を遮断するパッファ形と呼ばれるものが一般的に用いられている。

パッファ形ガス遮断器の遮断性能を維持しつつ操作力（コスト）を低減するため、対向する電極の相対乖離速度を大きくする駆動方式が提案されている。

特許文献１には、駆動源と連結される可動部品の内、電極だけを遮断に必要な動作区間のみ加速させる駆動方式が提案されている。これは、固定された溝カムに沿ってレバーが可動部と共に移動し、動作必要区間で溝カム曲面に沿って回動し、電極を駆動方向と同方向に加速させるものである。

また、特許文献２には、駆動源と連結される可動部（駆動側）と対向配置されている従来固定の電極（被駆動側）を、駆動方向と反対方向に動作させる駆動方式（双方向駆動方式）が提案されている。これは、可動部の動きに連動して動くピンに回転軸固定のフォーク型レバーが回動し、対向電極を駆動方向と反対方向に加速させるものである。

特開２００３−１０９４８０号公報米国特許第６２７１４９４号明細書

特許文献１に記載の駆動方向と同方向に動く方式では、溝カムを用いるため、動作区間の各時刻における電極位置を遮断性能に合わせて適切に設定できるが、電極加速の駆動機構を可動部に取り付ける必要があるため重量増となり、駆動源の操作力を十分小さくすることができない。

特許文献２に記載の方式では、駆動機構が可動部と独立に固定されるため、可動部重量増加を最小限に抑えられ駆動源の操作力を十分小さくすることができるが、フォーク型レバーの形状は直線部と円弧部のみで構成されるため被駆動側電極の各時刻における位置を適切に設定できない。

前記課題を解決するために、本発明は、密封タンク内に駆動側電極と被駆動側電極を対向して設け、前記駆動側電極は駆動側主電極と駆動側アーク電極を有し、前記被駆動側電極は被駆動側主電極と被駆動側アーク電極を有し、前記駆動側アーク電極は操作器に接続され、前記被駆動側アーク電極は双方向駆動機構部に連結されたガス遮断器であって、前記双方向駆動機構部は、前記駆動側電極からの駆動力を受ける駆動側連結ロッドと、前記被駆動側アーク電極に接続した被駆動側連結ロッドと、前記駆動側連結ロッドの動作に対して前記被駆動側連結ロッドを反対方向に動作させ回転軸周りに操作器側に折り曲げたレバーと、前記駆動側連結ロッドと前記被駆動側連結ロッドの動作を規定するガイドを備え、前記駆動側連結ロッドが有する溝カムと、前記ガイドに設けられたピン連通部に、可動ピンを連通させ、前記駆動側ロッドの動作により前記可動ピンが前記溝カム内を移動することで、前記レバーを回動させ、前記被駆動側連結ロッドが前記駆動側連結ロッドと反対方向に駆動され、前記被駆動側連結ロッドに接続する前記被駆動側アーク電極が前記駆動側連結ロッドに接続する前記駆動側電極の前記駆動側アーク電極と反対方向に駆動することを特徴とする。

上記構成によれば、最小限の重量増で、電極動作を適切に設定し遮断性能を最大化する溝カム形状、及び、それが実装される駆動機構が実現できる。

また、レバーを回転軸周りに操作器側に折り曲げることで、回転による開閉軸方向変位を大きくすることができ、被駆動側のストローク長が従来と同じ場合、開閉軸と垂直な方向の幅を小さくすることができる。

以上の通り、本発明によれば、遮断性能を確保しながら操作器のエネルギーを最小とするような溝カム形状が実現可能であり、従来の駆動方式に比べ操作エネルギーを小さくすることができる。また、可動ピンに働く過度の力を緩和できるため、信頼性の高い双方向駆動機構を実現できる。

実施例１に係るガス遮断器の双方向駆動機構の開極途中で被駆動側電極の動作直前の状態を示す詳細図である。実施例１に係るガス遮断器の閉極状態を示す図である。実施例１に係るガス遮断器の双方向駆動機構の分解斜視図である。実施例１に係るガス遮断器のストローク特性を示す図である。実施例１に係るガス遮断器の開極途中で、被駆動側アーク電極の動作直前の状態を示す図である。実施例１に係るガス遮断器の開極途中で、被駆動側アーク電極の動作終了の状態を示す図である。実施例１に係るガス遮断器の開極状態を示す図である。実施例１に係るガス遮断器の駆動側アーク電極と被駆動側アーク電極の速度比を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態に係るガス遮断器を説明する。なお、下記はあくまでも実施の例であり、発明の内容を下記具体的態様に限定することを意図する趣旨ではない。発明自体は、特許請求の範囲に記載された内容に即して種々の態様で実施することが可能である。以下の実施例では機械的圧縮室及び熱膨張室を有する遮断器の例を挙げて説明するが、本願発明を、例えば、機械的圧縮室のみを有する遮断器に適用することも可能である。

図２に、実施例１におけるガス遮断器の投入状態を示す。

密封タンク１００内に駆動電極と被駆動電極が同軸状に対向して設けられる。駆動側電極は駆動側主電極２と駆動側アーク電極４を有し、被駆動電極は被駆動側主電極３と被駆動側アーク電極５を有する。

密封タンク１００に隣接して操作器１が設けられる。操作器１にはシャフト６が連結され、シャフト６の先端には駆動側アーク電極４が設けられる。シャフト６と駆動側アーク電極４は機械的圧縮室７及び熱膨張室９内を貫通して設けられる。

熱膨張室９の遮断部側には駆動側主電極２及びノズル８が設けられる。駆動側アーク電極４に対向して同軸上に被駆動側アーク電極５が設けられる。被駆動側アーク電極５の一端とノズル８の先端部は双方向駆動機構部１０に連結される。

図２に示すように、ガス遮断器は、投入状態では操作器１の油圧やばねによる駆動源により、駆動側主電極２と被駆動側主電極３を導通させる位置に設定され、通常時の電力系統の回路を構成する。

落雷などによる短絡電流を遮断する際には、操作器１を開極方向に駆動し、シャフト６を介し駆動側主電極２と被駆動側主電極３を引き離す。その際、駆動側アーク電極４と被駆動側アーク電極５の間にアークが生成する。機械的圧縮室７による機械的な消弧ガス吹きつけと、熱膨張室９によるアーク熱を利用した消弧ガス吹きつけにより、アークを消弧することで、電流を遮断する。

このパッファ形ガス遮断器の操作エネルギーを低減するため、従来固定されていた被駆動側アーク電極を駆動側電極の駆動方向と反対方向に駆動する双方向駆動機構部１０を設ける。以下に、図１及び図３、図４に基づいて本実施例１における双方向駆動方式について説明する。

本実施例の双方向駆動機構部１０は、図１及び図３に示すように、被駆動側連結ロッド１３と駆動側連結ロッド１１をガイド１４で遮断動作方向に移動自在に保持しつつ、ガイド１４に回動自在に設けられたレバー１２により連結して構成される。

駆動側連結ロッド１１には溝カム１６が切り込まれており、操作器側から見て、第二直線部１６Ｃ、連結部１６Ｂ、第一直線部１６Ａで構成される。第一直線部１６Ａと第二直線部１６Ｃは互いに異なる軸線上に設けられ、その間に連結部１６Ｂが設けられる。なお、連結部１６Ｂの形状は、遮断部の動作特性に応じて任意に設計することが可能であり、例えば、曲線や直線とすることが考えられる。

駆動側連結ロッド１１はガイド１４に設けられた溝により上下方向の変位を制限され（図３の溝１４Ａ、溝１４Ｂ参照）、遮断部の動作軸と水平方向のみ移動可能となる。

レバー１２に切り込まれた丸穴２６と溝カム１６に駆動側可動ピン１７を連通する。この際、ガイド切り欠き部１４Ｃを設けることで、駆動側可動ピン１７とガイド１４との干渉を防いでいる。このガイド切り欠き部１４Ｃは、駆動側可動ピン１７の可動範囲を覆う連通穴としてもよい。連通穴とすることで、ガイド１４の機械的強度を向上させることができる。また、レバー１２には丸穴２７を有し、レバー１２と被駆動側連結ロッド１３に被駆動側可動ピン１８を連通する。駆動側可動ピン１７は駆動側可動ピン六角頭２３を利用して駆動側可動ピン締結ねじ２４を駆動側可動ピン固定ナット２５と締結する。

駆動側可動ピン１７が駆動側連結ロッド１１の溝カム１６内を移動することにより、レバー固定ピン１５を回転軸としてレバー１２が回転する。この回転運動によりレバー１２に切り込まれたレバー被駆動側ガイド溝１９が被駆動側連結ロッド１３に取り付けられた被駆動側可動ピン１８に力を伝達することで、被駆動側アーク電極５と連結する被駆動側連結ロッド１３を駆動側連結ロッド１１とは反対方向に駆動される。

双方向駆動機構部１０と駆動側との連結は、例えば、ノズル８に締結リング２０を取り付け、締結リング２０に駆動側連結ロッド１１の先端部が貫通する穴を設け、駆動側締結ねじ２１をナットで締め付ける構造とする。

レバー固定ピン１５は一本の部材によりガイド１４及びレバー１２を貫通する構成としてもよいが、図３に示すように、２本の部材としてそれぞれをガイド１４の両端に設け、レバー１２を両側から回動自在に保持する構成とするのが望ましい。レバー固定ピン１５がガイド１４から外れないようにするには、例えば、ピンの両端に溝を切り込みそれぞれにレバー固定ピン止め輪２２をはめ込むことで実現できる。このような構成とすることで、レバー固定ピン１５が駆動側連結ロッド１１に干渉するおそれなく設計することが可能となるので、設計自由度が向上する。

レバー１２は、９０度以上１８０度未満の角度θａで操作器側に折り曲げられる。この角度θａは、力の伝達効率を高める目的で被駆動側アーム長Ｌ１と駆動側アーム長Ｌ２との比Ｌ１／Ｌ２をなるべく小さくし、かつ、遮断器に収まるよう駆動側連結ロッドと被駆動側連結ロッドの間隔Ｄをなるべく小さくするよう設定される。また、Ｙ軸とレバー固定ピン１５、被駆動側可動ピン１８を結んだ直線との角度θｂは、被駆動側アーム長Ｌ１をなるべく小さくするよう、レバー回動開始時・終了時のＹ軸に対する角度を等しくするよう設定されるのが望ましい。

図１に示す被駆動側アーク電極５の動作直前状態における駆動側のアーム長はＹ軸に対して操作器１側に位置し（θｃ＿１＞０）、図６に示す被駆動側アーク電極５の動作終了状態における駆動側のアーム長はＸ軸に対して駆動側連結ロッド１１側に位置する（θｃ＿２＞０）。これは、駆動側可動ピン１７が第一溝カム１６の連結部１６Ｂを動くとき、第一溝カム１６の面から受ける力によりレバー１２に常に一方向の回転力が加えられるようにするためである。

レバー１２は開極方向と垂直な向きの力がかからないように、左右対称な形状とするのが望ましい。そこで、本実施例では駆動側連結ロッド１１を挟み込むようにレバー下部を切り取った構造としている。

以下、図４から図７を用いて、開極動作途中の状態ごとに説明する。

図４は、横軸に時間をとり、縦軸に駆動側電極ストロークと被駆動側電極ストロークをとった図である。時刻ａは開極開始時刻であり、時刻ｂは被駆動側アーク電極５の動作直前（図５の状態）の時刻である。時刻ｃは被駆動側アーク電極５の動作終了の時刻である（図６の状態）。時刻ｄは駆動側動作が完了し開極状態に至る時刻である（図７の状態）。
各時刻での両電極のストロークは、たとえば駆動側アーク電極４の時刻ａから時刻ｂまでのストロークをｓ４ａｂのように表す。

図５は被駆動側アーク電極５の動作直前の状態を示す図である。時刻ａから時刻ｂまでのストロークは駆動側アーク電極４がｓ４ａｂ（≠０）、被駆動側アーク電極５がｓ５ａｂ（＝０）であり、被駆動側アーク電極５は静止している。つまり、溝カムの第二直線部１６Ｃの直線部が駆動側可動ピン１７を通過する間は被駆動側アーク電極５が静止した状態を実現する（以下この状態を、間欠駆動という。）。換言すると、第二直線部１６Ｃの長さを調整することで、被駆動側を任意の時間領域のみ運動させることができる。

図６は被駆動側アーク電極５の動作終了の状態を示す図である。時刻ａから時刻ｃまでのストロークは駆動側アーク電極４がｓ４ａｃ（＞ｓ４ａｂ）、被駆動側アーク電極５がｓ５ａｃ（＞ｓ５ａｂ）であり、両電極とも移動している。このとき、駆動側可動ピン１７は溝カムの第一直線部１６Ａに差し掛かる。

図７は開極状態を示す図である。時刻ａから時刻ｄまでのストロークは駆動側アーク電極４がｓ４ａｄ（＞ｓ４ａｃ）、被駆動側アーク電極５がｓ５ａｄ（=ｓ５ａｃ）であり、被駆動側アーク電極５は静止している。溝カムの第一直線部１６Ａが駆動側可動ピン１７を通過する間は被駆動側アーク電極５が静止した間欠駆動状態を実現する。

以上のように、溝カムの連結部１６Ｂで駆動側可動ピン１７が溝カム内を移動することで、レバー１２を回転させ被駆動側アーク電極５が開極方向と反対方向に駆動し、溝カム１６の第一直線部１６Ａ及び第二直線部１６Ｃで駆動側可動ピン１７が動作を制限されることで、被駆動側アーク電極５が静止する間欠駆動状態となる。

本実施例のように、レバー１２の折り曲げ角度θａを開閉軸に垂直な軸に対して、レバー１２の振れ角を等しくするよう設定することで、省スペースな双方向駆動機構を実現できる。

図８は、横軸に駆動側アーク電極４のストロークをとり、縦軸に駆動側アーク電極４と被駆動側アーク電極５の速度比をとった図である。本実施例では、駆動側アーク電極４がストロークｓ４ａｂに達したときに、被駆動側アーク電極５が動き出し、ｓ４ａｃで被駆動側アーク電極５が止まるようにしている。また、立ち上がりは急加速とし、二段階に減速している。これは、被駆動側アーク電極５が駆動側アーク電極４を抜ける時刻ｂ（図４参照）から被駆動側アーク電極５を急激に加速させ、電極間距離を短時間で長くするものである。

このような動作は、とりわけ進み小電流遮断に有効である。進み小電流遮断では、遮断各時刻の極間絶縁破壊電圧が回復電圧を上回ることが必要である。極間絶縁破壊電圧は各時刻の極間距離に依存するため短時間でできるだけ極間距離を稼ぐ必要があるからである。

本実施例では、進み小電流遮断に必要なストローク特性を実現できる双方向駆動機構の溝カム形状を示したが、様々な遮断責務に対して最適なストローク特性があり、それらは、本実施例の任意曲線で構成される連結部１６Ｂの形状を変更することで実現可能である。

１：操作器
２：駆動側主電極
３：被駆動側主電極
４：駆動側アーク電極
５：被駆動側アーク電極
６：シャフト
７：機械的圧縮室
８：ノズル
９：熱膨張室
１０：双方向駆動機構部
１１：駆動側連結ロッド
１２：レバー
１３：被駆動側連結ロッド
１４：ガイド
１４Ｃ：ガイド切り欠き部
１５：レバー固定ピン
１６：溝カム
１６Ａ：第一直線部
１６Ｂ：連結部
１６Ｃ：第二直線部
１７：駆動側可動ピン
１８：被駆動側可動ピン
１９：レバー被駆動側ガイド溝
２０：締結リング
２１：駆動側締結ねじ
２２：レバー固定ピン止め輪
２３：駆動側可動ピン六角頭
２４：駆動側可動ピン締結ねじ
２５：駆動側可動ピン固定ナット
２６：丸穴
２７：丸穴
１００：密封タンク
Ｌ１：被駆動側アーム長
Ｌ２：駆動側アーム長

Claims

密封タンク内に駆動側電極と被駆動側電極を対向して設け、前記駆動側電極は駆動側主電極と駆動側アーク電極を有し、前記被駆動側電極は被駆動側主電極と被駆動側アーク電極を有し、前記駆動側アーク電極は操作器に接続され、前記被駆動側アーク電極は双方向駆動機構部に連結されたガス遮断器であって、
前記双方向駆動機構部は、前記駆動側電極からの駆動力を受ける駆動側連結ロッドと、前記被駆動側アーク電極に接続した被駆動側連結ロッドと、前記駆動側連結ロッドの動作に対して前記被駆動側連結ロッドを反対方向に動作させ回転軸周りに操作器側に折り曲げたレバーと、前記駆動側連結ロッドと前記被駆動側連結ロッドの動作を規定するガイドを備え、
前記駆動側連結ロッドが有する溝カムと、前記ガイドに設けられたピン連通部に、可動ピンを連通させ、前記駆動側連結ロッドの動作により前記可動ピンが前記溝カム内を移動することで、前記レバーを回動させ、前記被駆動側連結ロッドが前記駆動側連結ロッドと反対方向に駆動され、前記被駆動側連結ロッドに接続する前記被駆動側アーク電極が前記駆動側連結ロッドに接続する前記駆動側電極の前記駆動側アーク電極と反対方向に駆動されるガス遮断器。
前記溝カムは、第一直線部と、前記第一直線部に対し異なる軸上に設けられた第二直線部、及び前記第一直線部と前記第二直線部をつなぐ連結部で構成されることを特徴とする、
請求項１に記載のガス遮断器。
前記レバーは、前記ガイドの両側にそれぞれ設けられたレバー固定ピンにより回動自在に支持されることを特徴とする、
請求項１又は２に記載のガス遮断器。
開閉動作開始から終了における前記レバーが形成する動作角は、前記レバー固定ピンの中心点を通る開閉動作軸に対する垂線に対しほぼ同じ角度であることを特徴とする、
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のガス遮断器。
前記可動ピンの中心点は、前記レバー固定ピンの中心点を通る開閉動作軸に対する垂線に対し前記操作器側に位置することを特徴とする、
請求項１乃至４のいずれか１項に記載のガス遮断器。
前記可動ピンの中心点は、前記レバー固定ピンの中心点を通る開閉動作軸に対し下方側に位置することを特徴とする、
請求項１乃至５のいずれか１項に記載のガス遮断器。
前記可動ピンが前記第一直線部及び前記第二直線部内を移動するときは前記レバーは静止し、
前記可動ピンが前記連結部内を移動するときは前記レバーが支点を中心に回転する、
請求項１乃至６のいずれか１項に記載のガス遮断器。
開極動作において、前記可動ピンは、前記第二直線部、前記連結部、前記第一直線部を一方向に移動し、
閉極動作において、前記可動ピンは、前記第一直線部、前記連結部、前記第二直線部を一方向に移動する、
請求項１乃至７のいずれか１項に記載のガス遮断器。
前記溝カムの前記第一直線部と、前記第二直線部と、前記連結部と、の位置関係は、駆動側動作に対する被駆動側動作の速度比で決まることを特徴とする、
請求項１乃至８のいずれか１項に記載のガス遮断器。