JP2019121546A

JP2019121546A - ガス遮断器

Info

Publication number: JP2019121546A
Application number: JP2018001706A
Authority: JP
Inventors: 勝美寺門; Katsumi Terakado; 隆浩西村; Takahiro Nishimura; 良彦今村; Yoshihiko Imamura
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2018-01-10
Filing date: 2018-01-10
Publication date: 2019-07-22

Abstract

【課題】発揮できる移動力が小さくなることはなくなり、動力伝達効率が良く、連結部や摺動部の強度の裕度が確保できる双方向駆動機構部を提供する。【解決手段】本発明のガス遮断器は、双方向駆動機構部に動力を伝達しカム溝を有するロッドと、被駆動側導体に固定され第１及び第２のスロット穴を有するケースと、少なくとも３点の移動点を有し、前記ケースの第２のスロット穴に沿って自身が移動できるベルクランクと、前記ケースに支点ピンを中心に回転するように保持され、一端が前記ロッドのカム溝を直線運動すると共に、前記ケースの第１のスロット穴及びレバースロット穴を移動するように設けられた力点ピンを有し、他端が前記ベルクランクの作用点ピンを介して接続され、自身の回転に伴い前記ベルクランクに、前記ケースの第２のスロット穴に沿ってベルクランク支点ピンが移動する移動力を与えるレバーとを備えていることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明はガス遮断器に係り、特に、電極を互いに反対方向に駆動する双方向駆動機構部を備えているものに好適な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、開極動作途中における消弧性ガスの圧力上昇を利用し、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。

このパッファ形ガス遮断器では、電極の相対速度を上げて遮断性能を向上させると共に、操作エネルギーを低減する目的で、固定されていた被駆動側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が提案されている。

このような双方向駆動機構部を適用したガス遮断器の先行技術文献としては、特許文献１を挙げることができる。

この特許文献１に記載されている従来の双方向駆動機構部を適用したガス遮断器を、図６及び図７に示す。図６はガス遮断器の閉極状態、図７はガス遮断器の開極状態をそれぞれ示す。

該図に示すように、特許文献１に記載の双方向駆動機構部を適用したガス遮断器は、絶縁ガスが充填されたタンク５０に駆動側導体６と被駆動側導体７がボルト等の固定手段で固定されており、駆動側導体６は、操作器１からの駆動力を受けて軸方向に移動する樹脂等の絶縁体２、シャフト３、パッファシリンダ４及びノズル５を保持し、被駆動側導体７は、ノズル５とボルト９で連結されて移動するロッド２０、ロッド２０が図の右方向に移動することに伴い、ロッド２０の先端に設けられている接触ピン２１が、先端に形成されているＵ字状溝２２ａに案内されてピン２３を支点として回転するレバー２２、レバー２２が回転することに伴い図の左側に移動する被駆動側電極子２７及びこれらを保持するケース２６からなる双方向駆動機構部２８を備えている。なお、ケース２６は、ベース８を介して被駆動側導体７に固定されている。

操作器１の動作と双方向駆動機構部２８の連動で、第１電極部１０でのパッファシリンダ４と被駆動側導体７が接触し、第２電極部１１でのシャフト３と被駆動側電極子２７が接触しているのが図６の閉極後の状態であり、操作器１の動作と双方向駆動機構部２８の連動で第１電極部１０でのパッファシリンダ４と被駆動側導体７が接触してなく、第２電極部１１でのシャフト３と被駆動側電極子２７が接触していないのが図７の開極後の状態になる。

このような構成のガス遮断器での遮断性能は、第２電極部１１でのシャフト３と被駆動側電極子２７の開極動作に大きく左右される。

図８（ａ）及び図８（ｂ）に、上述した双方向駆動機構部２８の拡大詳細を示す。図８（ａ）はガス遮断器の閉極状態、図８（ｂ）はガス遮断器の開極状態をそれぞれ示し、図８（ａ）から図８（ｂ）に動作すれば開極動作、反対に図８（ｂ）から図８（ａ）に動作すれば閉極動作になる。

図８（ａ）を起点にした開極動作は、操作器１からの駆動力を受けて軸方向に移動する絶縁体２、シャフト３、パッファシリンダ４及びノズル５を介してロッド２０が図の右方向に移動することに伴い、ロッド２０の先端に設けられた接触ピン２１が右方向に移動してレバー２２に接触すると、レバー２２は、レバー２２に形成されたＵ字状溝２２ａに案内されてピン２３を支点にして回転し（図８（ｂ）の状態）、これに伴い被駆動側電極子２７との連結ピン２４が回転し、被駆動側電極子２７に図の上下方向に設けた長円形のスロット穴２５を上下方向に摺動しながら生じる回転接線力６０で被駆動側電極子２７に軸方向の移動力６１を与えることで行われる。また、閉極動作は、この開極動作と反対に動作することによって行われる。

米国特許第６２７１４９４号明細書

しかしながら、上述した特許文献１の双方向駆動機構部では、図８（ａ）に示すように、レバー２２の回転で得られる連結ピン２４での回転接線力６０と、動かしたい被駆動電極子２７の軸方向の移動力６１の間に角度αが生じることが余儀なくされて、発揮できる移動力が分力となって小さくなること、更には、角度αによる摺動部の抵抗が発生するため動力伝達効率が悪くなり、その結果、双方向駆動機を動かすための操作力が大きくなって、連結部や摺動部の強度が低下してしまう。

本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、発揮できる移動力が小さくなることはなくなり、動力伝達効率が良く、連結部や摺動部の強度の裕度が確保できる双方向駆動部を備えたガス遮断器を提供することにある。

本発明のガス遮断器は、上記目的を達成するために、絶縁ガスが密閉されたタンク内に収納されている駆動側導体と被駆動側導体の内、前記被駆動側導体を、操作器からの駆動力を受けて前記駆動側導体の駆動方向とは反対方向に駆動する双方向駆動機構部を備えたガス遮断器であって、前記双方向駆動機構部は、前記操作器の閉極、開極動作に追従して動作するノズルと連結され、前記双方向駆動機構部に動力を伝達しカム溝を有するロッドと、前記被駆動側導体に固定され第１及び第２のスロット穴を有するケースと、少なくとも３点の移動点を有し、前記ケースの前記第２のスロット穴に沿って自身が移動できるベルクランクと、前記ケースに支点ピンを中心に回転するように保持され、一端が前記ロッドの前記カム溝を直線運動すると共に、前記ケースの前記第１のスロット穴及びレバースロット穴を移動するように設けられた力点ピンを有し、他端が前記ベルクランクの作用点ピンを介して接続され、自身の回転に伴い前記ベルクランクに、前記ケースの前記第２のスロット穴に沿ってベルクランク支点ピンが移動する移動力を与えるレバーとを備えていることを特徴とする。

本発明によれば、発揮できる移動力が小さくなることはなくなり、動力伝達効率が良く、連結部や摺動部の強度の裕度が確保できる双方向駆動機構部を備えたガス遮断器を得ることができる。

本発明のガス遮断器の実施例１における閉極状態を示す断面図である。本発明のガス遮断器の実施例１における開極状態を示す断面図である。本発明のガス遮断器の実施例１に採用される双方向駆動機構部を示し、図１の状態の拡大図である。本発明のガス遮断器の実施例１に採用される双方向駆動機構部を示し、図２の状態の拡大図である。図６に示した特許文献１の双方向駆動機構部の閉極状態における移動距離と力を示す図である。本発明のガス遮断器の実施例１に採用される双方向駆動機構部の閉極状態における移動距離と力を示す図である。図４（ａ）の双方向駆動機構部と図４（ｂ）の双方向駆動機構部における被駆動側移動量と動力伝達効率の関係を示す図である。本発明のガス遮断器の実施例２における閉極状態を示す断面図である。特許文献１のガス遮断器における閉極状態を示す断面図である。特許文献１のガス遮断器における開極状態を示す断面図である。特許文献１に採用される双方向駆動機構部を示し、図６の状態の拡大図である。特許文献１に採用される双方向駆動機構部を示し、図７の状態の拡大図である。

以下、図示した実施例に基づいて本発明のガス遮断器を説明する。なお、以下に説明する各図において、上述した従来技術と同一構成部品には同符号を使用する。

図１、図２、図３（ａ）及び図３（ｂ）に、本発明のガス遮断器の実施例１を示す。図１は、第１電極部１０でのパッファシリンダ４と被駆動側導体７が接触し、第２電極部１１でのシャフト３と被駆動側電極子３７が接触している閉極の状態、図２は、第１電極部１０でのパッファシリンダ４と被駆動側導体７が接触してなく、第２電極部１１でのシャフト３と被駆動側電極子３７が接触していない開極の状態、図３（ａ）は、図１の閉極の状態における双方向駆動機構部４４の拡大、図３（ｂ）は、図２の開極の状態における双方向駆動機部４４の拡大をそれぞれ示す。

本実施例のガス遮断器は、図１及び図２に示すように、絶縁ガスが密閉されたタンク５０内に収納されている駆動側導体６と被駆動側導体７の内、被駆動側導体７を、操作器１からの駆動力を受けて駆動側導体６の駆動方向とは反対方向に駆動する双方向駆動機構部４４を備えている。

上記した双方向駆動機構部４４は、操作器１の閉極、開極動作に追従して動作するノズル５と連結され、双方向駆動機構部４４に動力を伝達しカム溝３１を有するロッド３０と、被駆動側導体７に固定され第１のスロット穴３９及び第２のスロット穴４２を有するケース３６と、少なくとも３点の移動点を有し、ケース３６の第２のスロット穴４２に沿って自身が移動できるベルクランク４３と、ケース３６に支点ピン３３を中心に回転するように保持され、一端がロッド３０のカム溝３１を直線運動すると共に、ケース３６の第１のスロット穴３９及びレバースロット穴４０を移動するように設けられた力点ピン３８を有し、他端がベルクランク４３の作用点ピン４１を介して接続され、自身の回転に伴いベルクランク４３に、ケース３６の第２のスロット穴４２に沿ってベルクランク支点ピン３５が移動する移動力を与えるレバー３２とから概略構成されている。

上記したロッド３０のカム溝３１は、軸方向に伸延するように形成され、カム溝３１の途中から伸延方向がずれた段差が形成されている。

また、ベルクランク４３の少なくとも３点の移動点は、レバー３２の他端と接続する作用点ピン４１と、レバー３２の移動に伴い操作器１に連結されるシャフト３と接離する被駆動側接触子３７と接続する連結ピン３４と、ケース３６の第２のスロット穴４２に沿って移動するベルクランク支点ピン３５である。

また、ベルクランク４３は三角形状をなし、この三角形状のベルクランク４３の頂点にベルクランク支点ピン３５が位置し、三角形状のベルクランク４３の一方の角部に作用点ピン４１が位置し、三角形状の他方のベルクランク４３の角部に連結ピン３４が位置している。

また、レバー３２は“く”の字形状をなし、この“く”の字形状のレバー３２の屈曲部に支点ピン３３が位置し、“く”の字形状のレバー３２の一方の端部にレバースロット穴４０が形成され、このレバースロット穴４０を移動する力点ピン３８が位置し、“く”の字形状の他方のレバー３２の端部に作用点ピン４１が位置している。

更に、ケース３６の第１のスロット穴３９は軸方向に傾斜して長円形に形成され、ケース３６の第２のスロット穴４２は軸方向に円弧状の長円形に形成され、レバー３２のレバースロット穴４０はレバー３２の長手方向に長円形に形成されている。

即ち、操作器１の閉極、開極動作に追従してノズル５と連結されたロッド３０が、樹脂等の絶縁体２、シャフト３、パッファシリンダ４及びノズル５を介して双方向駆動機構部４４に動力を伝達する。ロッド３０は、被駆動側導体７にベース８を介して固定されたケース３６に保持されて直線運動し、カム溝３１とケース３６に設けた第１のスロット穴３９と、レバー３２に設けたレバースロット穴４０及び力点ピン３８の組み合わせ動作によって、支点ピン３３にてケース３６に回転するように保持されたレバー３２に間欠動作の回転運動を伝達し、作用点ピン４１がベルクランク４３に移動力を与える。

ベルクランク４３は、作用点ピン４１、被駆動側電極子３７との連結ピン３４、ベルクランク支点ピン３５を備えており、被駆動側電極子３７との連結ピン３４に軸方向のベクトルを発生させることを、ベルクランク支点ピン３５をケース３６に形成された円弧状の第２のスロット穴４２で案内しながら自身が移動することで可能にしている。

これは、図３（ａ）に示すように、ベルクランク４３の作用点ピン４１、ベルクランク支点ピン３５、連結ピン３４に働く作用ベクトル６３、６４、６５の分力のつり合いから作用ベクトル６５が軸方向になることであり、開極、閉極の両方の動作で成立する。

図４（ａ）に示す特許文献１における必要軸力をｆ１、駆動力をＦ１としたときの動力伝達効率をｆ１／Ｆ１とし、図４（ｂ）に示す本実施例における必要軸力をｆ２、駆動力をＦ２としたときの動力伝達効率をｆ２／Ｆ２として、これらｆ１／Ｆ１及びｆ２／Ｆ２と被駆動側移動量Ｓにおける動力伝達効率を比較すると、図４（ｃ）となる。

図４（ｃ）から分かるように、特許文献１におけるｆ１／Ｆ１（点線で示す）は、被駆動側移動量Ｓのゼロ点（図４（ａ）の状態）では低いが、本実施例におけるｆ２／Ｆ２（実線で示す）は、被駆動側移動量Ｓのゼロ点（図４（ｂ）の状態）では特許文献１におけるｆ１／Ｆ１（点線で示す）に比べるとかなり高い。

つまり、図４（ｃ）から被駆動側移動量Ｓの全域において、本実施例の動力伝達効率（ｆ２／Ｆ２）が特許文献１の動力伝達効率（ｆ１／Ｆ１）より高いことが読み取れる。特に、その差は、遮断器の性能として重要視される開極動作開始直後に顕著に表れている。

このような実施例によれば、開極動作開始時の動力伝達効率が向上することによって、発生する駆動力の低減と動力伝達部の強度の裕度が確保できるようになる。

加えて、一般的にノズル５は非金属の絶縁材を使用するため、金属より強度が低く、伝達する操作力の大小が強度に大きく影響するという課題があるが、伝達する操作力が小さくできるので、ノズル５の強度に影響することがなくなる。

図５に、本発明のガス遮断器の実施例２における双方向駆動機構部を示す。図５は、実施例１の図３（ａ）に相当する。

該図に示す本実施例の双方向駆動機構部は、実施例１で説明した構成の双方向駆動機構部Ａと、この双方向駆動機構部Ａと同様な構成の双方向駆動機構部Ｂとが、ケース３６を挟んで上下対称に配置されているものである。

即ち、操作器１の閉極、開極動作に追従して動作するノズル５と連結され、双方向駆動機構部４４に動力を伝達しカム溝３１を有するロッド３０と、被駆動側導体７に固定され第１のスロット穴３９及び第２のスロット穴４２を有するケース３６と、少なくとも３点の移動点を有し、ケース３６の第２のスロット穴４２に沿って自身が移動できるベルクランク４３と、ケース３６に支点ピン３３を中心に回転するように保持され、一端がロッド３０のカム溝３１を直線運動すると共に、ケース３６の第１のスロット穴３９及びレバースロット穴４０を移動するように設けられた力点ピン３８を有し、他端がベルクランク４３の作用点ピン４１を介して接続され、自身の回転に伴いベルクランク４３に、ケース３６の第２のスロット穴４２に沿ってベルクランク支点ピン３５が移動する移動力を与えるレバー３２とから構成される実施例１の双方向駆動機構部４４（Ａ）と、この双方向駆動機構部４４（Ａ）と同様な構成の双方向駆動機構部（Ｂ）とが、ケース３６を挟んで上下対称に配置されている。

つまり、本実施例の双方向駆動機構部は、ケース３６の手前側(表側)に配置した実施例１の図３（ａ）に示した双方向駆動機構部４４（Ａ）と対称に、反対側(裏側)にも同様な構成の双方向駆動機構部（Ｂ）を配置して、一対の双方向駆動機構部にしたものである。双方向駆動機構部４４（Ａ）と双方向駆動機構部（Ｂ）の動作は、実施例１と同様である。

このような実施例によれば、実施例１の図３（ａ）と同じ駆動力の低減効果を保ちつつ、双方向駆動機構部４４（Ａ）と双方向駆動機構部（Ｂ）が対称に配置されているので、負荷を分散して駆動することができ、動力伝達部の強度の裕度をさらに上げることができる。

特に、ノズル５の固定部が２個所で支持されているので、非金属であるノズル５に加わる負荷が軸対称になり、無理な曲げ変形を生じさせないという強度上の利点がある。

なお、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易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…操作器、２…絶縁体、３…シャフト、４…パッファシリンダ、５…ノズル、６…駆動側導体、７…被駆動側導体、８…ベース、９…ボルト、１０…第１電極部、１１…第２電極部、２０、３０…ロッド、２１…接触ピン、２２、３２…レバー、２２ａ…レバーのＵ字状溝、２３…ピン、２４、３４…連結ピン、２５…スロット穴、２６、３６…ケース、２７、３７…被駆動側電極子、２８、４４…双方向駆動機構部、３１…カム溝、３３…支点ピン、３５…ベルクランク支点ピン、３６…ケース、３８…力点ピン、３９…第１のスロット穴、４０…レバースロット穴、４１…作用点ピン、４２…第２のスロット穴、４３…ベルクランク、５０…タンク、６０…回転接線力、６１…軸方向の移動力、６３、６４、６５…作用ベクトル、α…回転接線力と軸方向の移動力の角度、Ｓ…被駆動側移動量、ｆ１…特許文献１における必要軸力、ｆ２…実施例１における必要軸力、Ｆ１…特許文献１における駆動力、Ｆ２…実施例１における駆動力、ｆ１／Ｆ１…特許文献１における動力伝達効率、ｆ２／Ｆ２…実施例１における動力伝達効率。

Claims

絶縁ガスが密閉されたタンク内に収納されている駆動側導体と被駆動側導体のうち、前記被駆動側導体を、操作器からの駆動力を受けて前記駆動側導体の駆動方向とは反対方向に駆動する双方向駆動機構部を備えたガス遮断器であって、
前記双方向駆動機構部は、前記操作器の閉極、開極動作に追従して動作するノズルと連結され、前記双方向駆動機構部に動力を伝達しカム溝を有するロッドと、前記被駆動側導体に固定され第１及び第２のスロット穴を有するケースと、少なくとも３点の移動点を有し、前記ケースの前記第２のスロット穴に沿って自身が移動できるベルクランクと、前記ケースに支点ピンを中心に回転するように保持され、一端が前記ロッドの前記カム溝を直線運動すると共に、前記ケースの前記第１のスロット穴及びレバースロット穴を移動するように設けられた力点ピンを有し、他端が前記ベルクランクの作用点ピンを介して接続され、自身の回転に伴い前記ベルクランクに、前記ケースの前記第２のスロット穴に沿ってベルクランク支点ピンが移動する移動力を与えるレバーとを備えていることを特徴とするガス遮断器。
請求項１に記載のガス遮断器であって、
前記ロッドの前記カム溝は、軸方向に伸延するように形成され、前記カム溝の途中から伸延方向がずれた段差が形成されていることを特徴とするガス遮断器。
請求項１又は２に記載のガス遮断器であって、
前記ベルクランクの少なくとも３点の移動点は、前記レバーの他端と接続する作用点ピンと、前記レバーの移動に伴い前記操作器に連結されるシャフトと接離する被駆動側接触子と接続する連結ピンと、前記ケースの前記第２のスロット穴に沿って移動するベルクランク支点ピンであることを特徴とするガス遮断器。
請求項３に記載のガス遮断器であって、
前記ベルクランクは三角形状をなし、三角形状の前記ベルクランクの頂点に前記ベルクランク支点ピンが位置し、三角形状の前記ベルクランクの一方の角部に前記作用点ピンが位置し、三角形状の他方の前記ベルクランクの角部に前記連結ピンが位置することを特徴とするガス遮断器。
請求項１乃至４のいずれか１項に記載のガス遮断器であって、
前記レバーは“く”の字形状をなし、“く”の字形状の前記レバーの屈曲部に前記支点ピンが位置し、“く”の字形状の前記レバーの一方の端部に前記レバースロット穴が形成され、このレバースロット穴を移動する前記力点ピンが位置し、“く”の字形状の他方の前記レバーの端部に前記作用点ピンが位置することを特徴とするガス遮断器。
請求項１乃至５のいずれか１項に記載のガス遮断器であって、
前記第１のスロット穴は軸方向に傾斜して形成された長円形であり、前記第２のスロット穴は軸方向に形成された円弧状の長円形であり、前記レバースロット穴は前記レバーの長手方向に形成された長円形であることを特徴とするガス遮断器。
請求項１乃至６のいずれか１項に記載のガス遮断器であって、
前記双方向駆動機構部（Ａ）と、前記双方向駆動機構部（Ａ）と同様な構成の双方向駆動機構部（Ｂ）とが、前記ケースを挟んで上下対称に配置されていることを特徴とするガス遮断器。