JP2018113797A - スイッチギヤ - Google Patents

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Abstract

【課題】
内部に複数のコンパートメントを有する金属閉鎖形スイッチギヤにおいて、アーク事故等により一部のコンパートメント内に加熱膨張した高温高圧ガス(ホットガス)が発生した場合であっても、他のコンパートメントへの影響を抑えることが可能な信頼性の高いスイッチギヤを提供する。
【解決手段】
内部空間が隔壁により複数のコンパートメントに区分される金属閉鎖形のスイッチギヤであって、前記隔壁の一部に焼結金属を用いた防爆フィルターが設けられていることを特徴とする。
【選択図】 図1

Description

本発明は、スイッチギヤの構造に係り、特に、内部空間が仕切板で複数のコンパートメントに区分される金属閉鎖形スイッチギヤに適用して有効な技術に関する。
金属製の閉鎖箱に開閉器等の高電圧機器を収納する金属閉鎖形スイッチギヤは、発電所や変電所、製鉄所や石油化学プラントなどの電気設備容量の大きな施設に広く普及している。
金属閉鎖形スイッチギヤは、内部空間を金属製仕切板で複数のコンパートメント(収納スペース)に区分するメタルクラッド形、内部空間を非金属製(絶縁製)仕切板で複数のコンパートメントに区分するコンパートメント形、それらの以外のキュービクル形の3つのタイプに大別される。
これらの金属閉鎖形スイッチギヤでは、内部の高電圧機器に短絡事故(アーク事故)等が発生した場合、高温高圧ガス(ホットガス)が爆発的に発生し、スイッチギヤの筐体や仕切板を損傷したり、内部に収納されている他の機器を故障させる可能性がある。そのため、高温高圧ガス(ホットガス)の影響を抑制するための様々な安全対策が検討されている。
本技術分野の背景技術として、例えば、特許文献1のような技術がある。特許文献1には「電気機器を収容する内部空間に外気を取り入れるための吸気部が設けられた筐体を備えたスイッチギヤであって、上記吸気部として、吸気方向よりも排気方向に対する流体エネルギ損失が大きい形状係数を有する貫通穴が設けられた板状体を用いるスイッチギヤ」が開示されている。
特開2011−259600号公報
上述したように、金属閉鎖形スイッチギヤでは、短絡事故(アーク事故)発生時の高温高圧ガス(ホットガス)の影響を最小限に抑えるための装置構造が検討されており、特に、一部のコンパートメント内で発生したホットガスを外部へ逃がしきれなかった場合に、隣接する他のコンパートメントへ及ぼさないようにすることが求められている。
つまり、耐アークの前提条件としては内部アークによるスイッチギヤ外部(盤外)への影響を抑えつつ、他のコンパートメントへの影響を与えないことが求められる。
例えば、あるコンパートメントでアーク事故が起こった場合、当該コンパートメントでは高温高圧ガスが発生し、爆発的に圧力が上昇する。この時、当該コンパートメントの容積だけで圧力に耐えようとすると相当な強度が必要となるため、通常は放圧用ダクトを設ける。
この放圧ダクトの容積を加えても強度が足りないような場合、若しくは、放圧構造を持っていないスイッチギヤを改造するような場合に、バリヤと呼ばれるコンパートメント間の隔壁に防爆構造を採用することで、圧力を逃がす容積を増やしつつもこの防爆構造が高温高圧ガス(ホットガス)を吸収して他のコンパートメントへの影響を抑える構造が求められる。これは、短絡事故(アーク事故)後のスイッチギヤの復旧が容易になるなど、スイッチギヤの安全性・信頼性を高めるうえで、重要な課題である。
上記特許文献1はスイッチギヤ内と外部との境界に位置する吸気部において、板状体を用いることで、スイッチギヤ外部へのホットガスの影響を低減させるものである。しかし、短絡事故の規模によっては吸気部のみへの対策で、隣接するコンパートメントへの影響については考慮されていない。また、既設のスイッチギヤに対して容易に適用できる構造でもない。
このように、内部に複数のコンパートメントを有する金属閉鎖形スイッチギヤにおいて、アーク事故等により一部のコンパートメント内に加熱膨張した高温高圧ガス(ホットガス)が発生した場合であっても、他のコンパートメントへの影響を抑えることが可能な信頼性の高いスイッチギヤが望まれる。
上記課題を解決するために、本発明は、内部空間が隔壁により複数のコンパートメントに区分される金属閉鎖形のスイッチギヤであって、前記隔壁の一部に焼結金属を用いた防爆フィルターが設けられていることを特徴とする。
本発明によれば、内部に複数のコンパートメントを有する金属閉鎖形スイッチギヤにおいて、コンパートメント間の隔壁(バリヤ)に焼結金属製フィルターを用いることで圧力を逃がす容積を増やしつつもフィルターが高温高圧ガス(ホットガス)を吸収して他のコンパートメントへの影響を抑えることができる。
これにより、内部アークが発生したコンパートメントの高温高圧ガス(ホットガス)の影響を他のコンパートやスイッチギヤの外部(盤外)に低減して排出させることができ、信頼性の高いスイッチギヤを実現できる。
上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明によって明らかにされる。
本発明を適用した一実施形態に係るスイッチギヤの全体概要を示す図である。 本発明を適用した一実施形態に係るスイッチギヤの防爆フィルターを示す図である。 図2のA−A’断面を示す図である。 図2のB−B’方向矢視図である。 本発明を適用した一実施形態に係るスイッチギヤの防爆フィルターを示す図である。 図5のC−C’断面を示す図である。 図5のD−D’方向矢視図である。 本発明を適用した一実施形態に係るスイッチギヤの防爆フィルターを示す図である。 図8のE−E’断面を示す図である。 図8のF−F’方向矢視図である。 本発明を適用した一実施形態に係るスイッチギヤの防爆フィルターを示す図である。 図11のG−G’断面を示す図である。 図11のH−H’方向矢視図である。 本発明を適用した一実施形態に係るスイッチギヤの防爆フィルターを示す図である。 図14のI−I’断面を示す図である。 図14のJ−J’方向矢視図である。 本発明を適用した一実施形態に係るスイッチギヤのベンチレータを示す図である。 図17のK−K’断面を示す図である。 図17のベンチレータのフラッパーが開いた状態を示す図である。
以下、図面を用いて本発明を適用した実施例を説明する。なお、各図面において、同一の構成については同一の符号を付し、重複する部分についてはその詳細な説明は省略する。
図1から図4を参照して、実施例1のスイッチギヤについて説明する。図1は本実施例のスイッチギヤの全体構成を示す断面図である。図2は図1のスイッチギヤの内部に設けられる防爆フィルターの概略構成を示す斜視図である。図3は図2のA−A’断面を示しており、図4は図2のB−B’方向から見た斜視図である。
なお、本明細書中において、防爆フィルターとは、アーク事故等により一部のコンパートメント内に加熱膨張した高温高圧ガス(ホットガス)が発生した場合に、他のコンパートメントへの高温高圧ガス(ホットガス)の熱(温度)や圧力の影響を防止または抑制するフィルターを意味する。
本実施例のスイッチギヤ1は、図1に示すように、筐体2の内部空間がバリヤ(仕切板)4により複数のコンパートメント(収納スペース)に区分された、いわゆる金属閉鎖形スイッチギヤである。筐体2およびバリヤ(仕切板)4には、強度を担保するために、主に鉄やステンレス鋼(SUS材)などの鋼材が使用される。なお、スイッチギヤ1内の各機器には一般的に2000A程度の電流が流れるため、渦電流の影響が問題となる場所にはステンレス鋼(SUS材)を用いるのが望ましい。
筐体2の上部には、筐体2内部に発生する熱や圧力を外部へ排出するためのベンチレータ(換気口)3が設けられている。
筐体2の内部空間は、スイッチギヤ1の前面側(図1の右側)から背面側(図1の左側)に向かって順に、縦方向に重ねて配置された上段遮断器室5および下段遮断器室6、各遮断器室の奥側に配置された上段ケーブル室8および下段ケーブル室9、各遮断器室と各ケーブル室の間、すなわち各遮断器室の奥側で、かつ、各ケーブル室に隣接して配置された母線室7の5つのコンパートメント(収納スペース)に区分されている。
上段遮断器室5および下段遮断器室6のそれぞれには、真空遮断器(VCB)10が収納されている。真空遮断器(VCB)10には、それぞれ電磁操作器11が設けられている。真空遮断器(VCB)10および電磁操作器11は、台車12上に搭載されており、台車12をスイッチギヤ1の前面側(図1の右側)へ引き出すことにより、真空遮断器(VCB)10や電磁操作器11の交換やメンテナンスを行うことができる。
なお、上記したコンパートメント(収納スペース)の数や配置はあくまでも例示であって、必ずしも5つに限定されるものではない。また、上下のコンパートメントに収納される機器の例として、真空遮断器(VCB)を挙げているが、空気遮断器やガス遮断器等の開閉器であってもよい
上段ケーブル室8および下段ケーブル室9のそれぞれには、外部との取り合いのためのケーブル14が配線されており、各ケーブル14はケーブル端末処理部15を介して、変流器(CT)16へ電気的に接続される。なお、上段ケーブル室8および下段ケーブル室9に配置される変流器(CT)16の数や配置も例示であり、これらに限定されるものではない。
上段ケーブル室8および下段ケーブル室9の各変流器(CT)16は、それぞれブッシング17を介して上段遮断器室5および下段遮断器室6の各真空遮断器(VCB)10に電気的に接続される。
母線室7には、母線(R,S,T)13が配置されており、ブッシング17を介して上段遮断器室5および下段遮断器室6の各真空遮断器(VCB)10と電気的に接続されている。
ここで、本実施例のスイッチギヤ1は、図1に示すように、コンパートメント(収納スペース)を区分するバリヤ(仕切板)4の一部に、防爆フィルター18が設けられている。図1では、上段遮断器室5と母線室7と下段遮断器室6の間のバリヤ4、母線室7と上段ケーブル室8の間のバリヤ4、母線室7と下段ケーブル室9の間のバリヤ4、上段ケーブル室8と下段ケーブル室9の間のバリヤ4、ベンチレータ3内に防爆フィルター18を設けた例を示している。
例えば、上段遮断器室5で内部アーク事故(内部短絡事故)が発生した場合、上段遮断器室5内に高温高圧ガス(ホットガス)が発生する。このホットガスの温度と圧力の影響で、上段遮断器室5を形成している隔壁、すなわち上段遮断器室5と下段遮断器室6の間のバリヤ4や、上段遮断器室5と上段ケーブル室8の間のバリヤ4、上段遮断器室5と母線室7の間のバリヤ4、上段遮断器室5と筐体2の間のバリヤ4などに変形や破断が生じる恐れがある。
上段遮断器室5を形成する隔壁に変形や破断が生じると、他のコンパートメントに収納された機器、特に上段遮断器室5に隣接するコンパートメントに収納された機器に熱や圧力が加わり誤動作や故障等の影響を及ぼす可能性がある。
そこで、本実施例のスイッチギヤでは、各コンパートメントを構成するバリヤ(仕切板)4の一部に防爆フィルター18を設け、高温高圧ガス(ホットガス)が他のコンパートメントへ進出する際に、ホットガスの熱(温度)と圧力を防爆フィルター18により緩和することで、他のコンパートメントへの影響を低減できるようにしている。バリヤでコンパートメント間を遮断する場合と比べて、他のコンパートメントを放圧室替わりに利用できることになり、限られたスイッチギヤ内の容積でもホットガスの外部への影響を低減できることになる。
図2から図4を用いて、防爆フィルター18の構成を説明する。本実施例の防爆フィルター18は、図2および図3に示すように、押え金具19の凹部に焼結金属22を嵌め込み、焼結金属22の支持部材となる外枠20で支持固定する額縁型の構造となっている。外枠20と焼結金属22の間にはシール材となるパッキン21が配置されており、焼結金属22の外周部からのホットガスの漏れを防いでいる。また、押え金具19と外枠20は溶接により接合される。
パッキン21には、ネオプレンゴムやOリングなどのシール性と密着性が担保できる材料を選択して用いる。押え金具19および外枠20には、鉄やステンレス鋼(SUS材)など共同が担保できる鋼材を使用する。なお、パッキン21は押え金具19と焼結金属22の間に配置してもよく、焼結金属22の両面に配置してもよい。また、押え金具19と外枠20の接合は、ボルトとナットによるボルト固定としてもよい。
外枠20には、格子状に複数の開口が設けられており、図2のB−B’方向から見た場合、図4に示すように、これらの開口から焼結金属22が露出して見える。
図2から図4に示す構成の防爆フィルター18を、スイッチギヤ1内のバリヤ4に設けた開口部(図示せず)に位置を合わせ、外枠20とバリヤ4を溶接やボルト固定により取り付ける。
内部アーク事故(内部短絡事故)により発生したホットガス23は、図2,図3に示すように、押え金具19側から外枠20側へ向かって流れ、外枠20の格子状の複数の開口を介して、隣接するコンパートメント内へ放出される。
焼結金属22は、金属製の粉体を溶融点前後の温度で焼き固めたものであり、粒同士の間隙(空隙)が大きく開いている多孔質体(ポーラス)である。この構造的な特徴から、防爆や引火防止、温度変化や圧力変化を減少させる緩衝効果が得られる。
従って、本実施例のスイッチギヤのように、内部空間を区分する隔壁(バリヤ4)の一部に、焼結金属を用いた防爆フィルターを設置することで、アーク事故等により一部のコンパートメント内に加熱膨張した高温高圧ガス(ホットガス)が発生した場合であっても、他のコンパートメントへホットガスが流入する際に焼結金属によりホットガスが冷却・減圧されて、他のコンパートメント内の機器への影響を抑制することができる。
また、焼結金属を介してホットガスを他のコンパートメントへ放出することができるため、各コンパートメントに放圧室やダクトを設ける必要がなく、スイッチギヤをコンパクトに構成することができる。
本実施例のように、焼結金属に外枠を設けた防爆フィルターとすることで、必要な場所に容易に取り付けることが可能となる。また、既設のスイッチギヤの防爆性能を向上させる目的で改造する際にも、従来取り付けていたバリヤ等の金属板を外し防爆フィルターと取り換えるだけで改造できるため、簡便に作業を行うことが可能となる。
なお、外枠20の開口を格子状に複数設けることで、外枠20自体の強度と焼結金属22を支持する強度を十分に持たせることができるが、後述する実施例2のように、外枠20の中央部に大きな開口を設けて、外枠20の周縁部で焼結金属22を支持固定するようにしてもよい。
図5から図7を参照して、実施例2のスイッチギヤについて説明する。図5は本実施例の防爆フィルターの概略構成を示す斜視図である。図6は図5のC−C’断面を示しており、図6は図5のD−D’方向から見た矢視図である。
本実施例の防爆フィルター18は、実施例1の防爆フィルターと同様に額縁型の構造であり、実施例1の変形例である。
外枠20の周縁部に取手24が設けられており、中央部に大きな開口が設けられている点において、実施例1の防爆フィルターとは異なる。その他の構成は実施例1と同様である。
外枠20に取手24を設けることで、防爆フィルター18の取付け・取り外しの際の取り扱いが容易になる。また、外枠20の設ける開口を、中央部に大きく設けることで、ホットガスの通過面積を広げることができ、ホットガスが発生したコンパートメント内の圧力と温度をより短時間に緩和することができる。
図8から図10を参照して、実施例3のスイッチギヤについて説明する。図8は本実施例の防爆フィルターの概略構成を示す斜視図である。図9は図8のE−E’断面を示しており、図10は図8のF−F’方向から見た矢視図である。
本実施例の防爆フィルター18は、図8から図10に示すように、押え金具19の凹部に焼結金属22を上方から挿入し、焼結金属22の支持部材となる外枠20で支持固定するスライド型の構造となっている。その他の構成は実施例1と同様である。
本実施例の防爆フィルター18のように、焼結金属22を上方から矢印方向(下方)にスライドさせて押え金具19の凹部に装着する構造とすることで、焼結金属22を交換する際の交換性(作業性)が向上する。経年劣化などでの焼結金属の交換が必要な場合に有効な構造である。
なお、図8から図10では、焼結金属22を押え金具19の上方から矢印方向(下方)にスライドさせる構造としているが、横方向または下方から挿入するようにしてもよい。また、外枠20に設ける開口は、実施例1のように格子状に複数設けてもよい。
図11から図13を参照して、実施例4のスイッチギヤについて説明する。図11は本実施例の防爆フィルターの概略構成を示す斜視図である。図12は図11のG−G’断面を示しており、図13は図11のH−H’方向から見た矢視図である。
本実施例の防爆フィルター18は、図11から図13に示すように、焼結金属22が押え金具19、蝶番取付金具25および外枠20により支持固定されており、蝶番取付金具25に取り付けられた蝶番26を介して、スイッチギヤ1のバリヤ4に回動可能に取り付けられる蝶番式の構造となっている。その他の構成は実施例1と同様である。なお、押え金具19側の外枠20は、ボルト固定などによりバリヤ4に固定される。
本実施例の防爆フィルター18のように、防爆フィルター18(焼結金属22)を蝶番26を介してバリヤ4に設置することで、焼結金属22を交換する際の交換性(作業性)が向上する。実施例3と同様に、経年劣化などでの焼結金属の交換が必要な場合に有効な構造である。
図14から図16を参照して、実施例5のスイッチギヤについて説明する。図14は本実施例の防爆フィルターの概略構成を示す斜視図である。図15は図14のI−I’断面を示しており、図16は図14のJ−J’方向から見た矢視図である。
本実施例の防爆フィルター18は、図14から図16に示すように、外枠20の周縁部をボルト27とナット28によりスイッチギヤ1のバリヤ4に固定することで、焼結金属22を支持固定するボルト固定式の構造となっている。
本実施例の防爆フィルター18のように、押え金具19を用いずに焼結金属22を外枠20およびボルト27、ナット28でバリヤ4に固定することで、部品点数を減らすことができる。また、ボルト27とナット28で容易に着脱が可能であるため、取り外し頻度が比較的多い場所に適している。
図17から図19を参照して、実施例6のスイッチギヤについて説明する。図17はベンチレータ(換気口)の概略構成を示す断面図である。図18は図17のK−K’断面を示し、図19はベンチレータのフラッパー31が開いた状態を示している。
実施例1の図1の説明で述べたように、筐体2の上部には、筐体2内部に発生する熱や圧力を外部へ排出するためのベンチレータ(換気口)3が設けられている。
ベンチレータ(換気口)3は、枠29(スイッチギヤの筐体2)に固定されており、内部にフランジ30が設けられている。また、上部にはベンチレータ(換気口)3内が加圧された際に開き、内部のガスを外部(上部)へ放出するフラッパー31が設けられている。
本実施例のスイッチギヤでは、ベンチレータ3の内部のフラッパー31の下部側に防爆フィルター18(焼結金属22)を設けることで、スイッチギヤ内部で発生したホットガスをフラッパー3を開放して外部(上部)へ放出する際に冷却・減圧することができる。これにより、例えば、スイッチギヤ内部で発生したホットガスをベンチレータから外部(上部)へ放出する際、スイッチギヤの上方に配置された配線やダクトへのホットガスの影響を抑制することができる。
なお、ベンチレータ3内部への防爆フィルター18(焼結金属22)の設置は、上記の実施例1から実施例5のいずれかの手段を用いる。また、スイッチギヤに設置されたベンチレータへ焼結金属を取り付けてもよく、既存のベンチレータを取り外し、内部に焼結金属を設けた別のベンチレータに交換することも可能である。
以上説明したように、本発明の各実施例によれば、アーク事故等により一部のコンパートメント内に加熱膨張した高温高圧ガス(ホットガス)が発生した場合であっても、他のコンパートメントへの影響やベンチレータから放出される放出ガスの影響を抑えることができ、スイッチギヤの信頼性が向上する。
なお、上記の各実施例で説明した防爆フィルターは、新規に製作するスイッチギヤに設けてもよく、既設のスイッチギヤの隔壁(バリヤ)の一部に新たに設置してもよい。実施例1から実施例5の防爆フィルターのように、焼結金属を含むユニットとして構成することで、既設のスイッチギヤにも簡便な改造で設置することができる。
また、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
1…スイッチギヤ、2…筐体、3…ベンチレータ(換気口)、4…バリヤ(仕切板)、5…上段遮断器室、6…下段遮断器室、7…母線室、8…上段ケーブル室、9…下段ケーブル室、10…真空遮断器(VCB)、11…電磁操作器、12…台車、13…母線(R,S,T)、14…ケーブル、15…ケーブル端末処理部、16…変流器(CT)、17…ブッシング、18…防爆フィルター、19…押え金具、20…外枠、21…パッキン、22…焼結金属、23…ホットガス、24…取手、25…蝶番取付金具、26…蝶番、27…ボルト、28…ナット、29…枠、30…フランジ、31…フラッパー。

Claims (12)

  1. 内部空間が隔壁により複数のコンパートメントに区分される金属閉鎖形のスイッチギヤであって、
    前記隔壁の一部に焼結金属を用いた防爆フィルターが設けられていることを特徴とするスイッチギヤ。
  2. 請求項1に記載のスイッチギヤであって、
    前記防爆フィルターは、前記焼結金属と当該焼結金属を支持固定する支持部材との間に弾性体を備えることを特徴とするスイッチギヤ。
  3. 請求項2に記載のスイッチギヤであって、
    前記防爆フィルターは、前記隔壁に取り付けられ前記焼結金属を支持固定する押え金具を備え、
    前記焼結金属は、前記押え金具の凹部に嵌合され、前記支持部材により前記押え金具との間に支持固定されることを特徴とするスイッチギヤ。
  4. 請求項2に記載のスイッチギヤであって、
    前記防爆フィルターは、前記隔壁に取り付けられ前記焼結金属を支持固定する押え金具を備え、
    前記焼結金属は、前記押え金具の凹部に挿入され、前記支持部材により前記押え金具との間に支持固定されることを特徴とするスイッチギヤ。
  5. 請求項2に記載のスイッチギヤであって、
    前記防爆フィルターは、蝶番を介して前記隔壁に回動可能に取り付けられ前記焼結金属を支持固定する押え金具を備え、
    前記焼結金属は、前記支持部材により前記押え金具との間に支持固定されることを特徴とするスイッチギヤ。
  6. 請求項2に記載のスイッチギヤであって、
    前記防爆フィルターは、複数のボルトとナットにより前記支持部材を前記隔壁に取り付けることで前記焼結金属を支持固定するボルト固定式の防爆フィルターであることを特徴とするスイッチギヤ。
  7. 請求項3から5のいずれか1項に記載のスイッチギヤであって、
    前記押え金具は、溶接または複数のボルトとナットにより前記隔壁に取り付けられることを特徴とするスイッチギヤ。
  8. 請求項3から7のいずれか1項に記載のスイッチギヤであって、
    前記支持部材は、格子状に複数の開口を有することを特徴とするスイッチギヤ。
  9. 請求項3から7のいずれか1項に記載のスイッチギヤであって、
    前記支持部材は、中央に開口を有し、前記開口の周縁部により前記焼結金属を支持固定することを特徴とするスイッチギヤ。
  10. 請求項3から9のいずれか1項に記載のスイッチギヤであって、
    前記支持部材は、少なくとも1つ以上の取手を備えることを特徴とするスイッチギヤ。
  11. 請求項1から10のいずれか1項に記載のスイッチギヤであって、
    前記スイッチギヤは、筐体の内部に縦方向に重ねて配置され、各々に遮断器が収納される複数の遮断器室と、
    前記複数の遮断器室の奥側に配置され、前記遮断器と電気的に接続されるケーブルが収納されるケーブル室と、
    前記複数の遮断器室の奥側で、かつ、前記ケーブル室に隣接して配置され、前記遮断器と電気的に接続される母線が収納される母線室と、を備え、
    前記防爆フィルターは、前記複数の遮断器室の各々の遮断器室間、前記複数の遮断器室と前記ケーブル室の間、前記複数の遮断器室と前記母線室の間、前記ケーブル室と前記母線室の間のうち、少なくとも1箇所に設けられていることを特徴とするスイッチギヤ。
  12. 請求項1から11のいずれか1項に記載のスイッチギヤであって、
    前記スイッチギヤの筐体上部にベンチレータを備え、
    当該ベンチレータ内のフラッパーの下部側に前記焼結金属が設けられていることを特徴とするスイッチギヤ。
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