JP4234125B2 - 多回路選択開閉装置 - Google Patents

Description

本発明は、負荷に給電する電源系統を切替える真空バルブを使用した多回路選択開閉装置に関するものである。

一般に、電力配電系統において負荷に給電する電力系統を切替えるには多回路選択開閉装置が用いられている。多回路選択開閉装置としてはガス絶縁式の多回路選択開閉装置が知られている。しかし、ガス絶縁式は絶縁ガス劣化の保守が面倒であり、また、絶縁ガスは固体絶縁物よりも耐電圧特性に劣り三相導体の相間距離を固体絶縁式よりも大きくする必要がある。特に、電力系統２回路、負荷系統１回路のように多回路が３回路以上になると小型化するのが難しくなる。

このため、真空バルブを用いて多回路選択開閉装置を構成するようにしている。真空バルブは絶縁筒の開口端をそれぞれシールド端板で密閉して真空容器を構成する。真空容器内に、一方のシールド端板を貫通する固定導体に連設されている固定電極と、他方のシールド端板を貫通する可動導体に連設されている可動電極とを対向配置し、両電極を囲うようにアークシールドを配置している。

また、真空容器の外側で可動側母線を可動導体に接続し、真空容器の外面を固定側端（固定導体側）から可動側端（可動導体側）まで軸方向全域を固体絶縁物によって覆うようにモールドする。接地外箱は真空容器の可動側から可動側母線を含めて嵌帽して固体絶縁物に密着固定され、接地外箱内に絶縁ガスを封入している。

従来、真空容器を固体絶縁物でモールド絶縁する場合には、真空容器の外面を固定側端から可動側端まで軸方向全域を固体絶縁物によって覆うようにモールドしている。このことは、例えば、下記の特許文献１に記載されている。

特開２００２−１５６４５号公報

従来技術は真空容器の外面を固定側端から可動側端まで軸方向全域を固体絶縁物によって覆うようにモールドしている。可動電極を固定電極に投入すると真空容器と接地外箱の間における固体絶縁物の端面には沿面方向に電源系統電圧相当の大きな電界が加わることになる。このため、固体絶縁物の厚みを大きくしなければならず、多回路選択開閉装置が大型化しコスト高になるという問題点を有する。

本発明の目的は、真空容器をモールド絶縁する固体絶縁物に加わる電界を低減し小型化を図ることができる多回路選択開閉装置を提供することにある。

本発明の特徴とするところは、絶縁筒の開口端をそれぞれシールド端板で密閉して構成されている真空容器を固定側から軸方向に絶縁筒の一部を覆うように固体絶縁物でモールド絶縁するようにしたことにある。

換言すると、本発明は固体絶縁物により絶縁筒を軸方向に覆う位置が、接点電極（固定電極あるいは可動電極）とアークシールドの間の静電容量がアークシールドと接地外箱の間の静電容量より小さくなるようにしたものである。

なお、本明細書においては真空容器（真空バルブ）の固定電極（固定導体）側を固定側、可動電極（可動導体）側を可動側と称する。

本発明は、アークシールドと設置外箱の間の静電容量が接点電極とアークシールドの間の静電容量より大きくなるように絶縁筒の一部を覆うようにモールド絶縁しているので、アークシールドと設置外箱の電圧分担を小さくできる。したがって、固体絶縁物の沿面方向に加わる電界を低減できるので固体絶縁物の厚みを薄くでき、多回路選択開閉装置を小型化することができる。

真空容器は絶縁筒の開口端をそれぞれシールド端板で密閉して構成されている。固定電極は一方のシールド端板を貫通する固定導体に連設されており、可動電極は他方のシールド端板を貫通する可動導体に連設され、固定電極と対向配置されている。真空容器内には接点電極（固定電極と可動電極）を囲うようにアークシールドが配置されている。可動側母線は真空容器の外側で可動導体に接続されている。固体絶縁物は真空容器の固定側端から軸方向に絶縁筒の一部を覆うようにモールド絶縁している。接地外箱は真空容器を可動側端から嵌帽して固体絶縁物に密着固定され、絶縁ガスが封入されている。固体絶縁物により絶縁筒を軸方向に覆う位置は、接点電極とアークシールドの間の静電容量がアークシールドと設置外箱の間の静電容量より小さくなるようにする。

図１〜図４に本発明の一実施例を示す。図１は正面観の縦断面図、図２は図１のＡ−Ａ断面図、図３は図２の平面図、図４は要部の拡大断面図を示す。なお、図１〜図４に示す実施例は３回路で接地開閉器用の真空バルブを別に設ける例を示し、本発明の多回路選択開閉装置を収納する筐体は図示を省略している。また、図４に太線の１点鎖線で囲った範囲を示しているのは、後述する本発明の効果を説明するためである。

図１〜図４において、１相毎に３個の真空バルブ１ａ、１ｂ、１ｃが設けられている。真空バルブ１を構成する真空容器２は絶縁筒３の開口端をそれぞれシールド端板４、５で密閉して構成されている。真空バルブ１を構成する固定電極（固定接点）６は図示下側の一方のシールド端板５を貫通する固定導体７の先端に連設されている。可動導体９は他方のシールド端板４を貫通して固定導体７の上側に固定導体７と同一軸線上に設けられている。固定電極６に対向する可動導体９の先端には可動電極（可動接点）８が連設して固定されている。可動電極８と固定電極６は対向配置されている。

固定電極６と可動電極８の接点電極は周囲をアークシールド１０により囲われている。可動導体９は真空容器２から突出し操作ロッド１１を介して操作器１２に連結されている。操作器１２は可動電極８を固定電極６と接離させる駆動機構部（図示せず）に連結されている。

可動導体９の上下動に対して真空容器２の真空を保つためにステンレス製のベローズ1３が設けられている。可動導体９には真空容器２の外側で可動側母線１４が接続されている。可動側母線１４は摺動接触子を備えており、摺動接触子により可動導体９と電気的に接続される。可動側母線１４は図１に示すように同一相の３個の真空バルブ１ａ、１ｂ、１ｃにおけるそれぞれの可動導体９に接続されている。

真空容器２の固定側から軸方向（垂直方向）に絶縁筒３の一部を覆うように固体絶縁物１５によってモールド絶縁されている。固体絶縁物１５により絶縁筒３を軸方向に覆う位置（上端位置）１５ａは固定電極６あるいは可動電極８とアークシールド１０の間の静電容量がアークシールド１０と接地外箱１６の間の静電容量より小さくなるようにしている。図１、図２、図４は、固体絶縁物１５の上端位置１５ａがアークシールド１０の垂直方向の下端近傍に設けられている例を示している。

天井部を蓋された接地外箱１６は３個の真空バルブ１ａ、１ｂ、１ｃを真空容器２の可動側から可動側母線１４を含めて嵌帽して、下側の開口部を固体絶縁物１５に密着固定されている。接地外箱１６内には絶縁ガスが封入されている。固体絶縁物１５に保持された３個の真空バルブ１ａ、１ｂ、１ｃは絶縁ガスが充填されている接地外箱１６内に収納される。真空バルブ１ａ、１ｂ、１ｃの操作ロッド１１は接地外箱１６内で可動導体９に連結され、接地外箱１６を貫通して操作器１２に連結される。

各相（Ｕ、Ｖ、Ｗ）の真空バルブ１ａ〜１ｃと接地外箱１６などから構成される開閉器ユニット２６（２６Ｕ、２６Ｖ、２６Ｗ）は図２に示すように３相分並べて配置されている。固体絶縁物１５の下部は下方になるのに従い径が小さくなるテーパー状に形成され、ケーブルヘッド１７に連結されている。固定導体７は固定側母線２４に接続され、ケーブルヘッド１７を介してケーブル１８に接続される。固体絶縁物１５の周囲には接地層１９が形成されている。

真空バルブ１には図２、図４に示すように接地開閉器用の真空バルブ２０が並設されている。真空バルブ２０は真空バルブ１と同様に固体絶縁物１５により保持されている。真空バルブ２０の固定側は接続導体２１により真空バルブ１の固定導体７に接続され、可動側は操作ロッド２２を介して操作器２３に連結されている。

このように構成される多回路選択開閉装置の動作は良く知られているので詳細説明を省略するが、１相の単線接続図は図５のようになる。例えば、真空バルブ１ｃの固定側に負荷系統Ｌが接続され、また、真空バルブ１ａ、１ｂの固定側には異なる電源系統Ａ、Ｂが接続されているとする。操作器１２（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ）により真空バルブ１（１ａ、１ｂ、１ｃ）を駆動する。真空バルブ１（１ａ、１ｂ、１ｃ）の駆動は添字（ａ、ｂ、ｃ）が同じ操作器１２（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ）により行われる。

負荷系統Ｌに給電するには、各相（Ｕ、Ｖ、Ｗ）の真空バルブ１ｃを投入して真空バルブ１ａを投入する。真空バルブ１ｃの固定側に接続された負荷系統Ｌには真空バルブ１ａの固定側に接続された電源系統Ａから給電される。また、負荷系統Ｌに電源系統Ｂから給電する場合には各相（Ｕ、Ｖ、Ｗ）の真空バルブ１ａを開放して、真空バルブ１ｂ投入する。このようにして多回路の選択切換が行われる。なお、真空バルブ１の開閉点検は真空バルブ２０を投入して行われる。真空バルブ２０の駆動は操作器２３（２３ａ、２３ｂ、２３ｃ）により行われる。

さて、本発明では真空バルブ１を構成する真空容器２の固定側から軸方向に絶縁筒３の一部を覆うように固体絶縁物１５によりモールド絶縁している。真空バルブ１を投入状態にし、固定導体７と可動導体９に電源系統電圧が印加されている場合の等電位面分布をシュミレーションして解析した結果を図６〜図８に示す。

等電位面分布を解析したのは図４に太線の１点鎖線で囲った範囲で、固体絶縁物１５が真空バルブ１の固定側をモールドする位置（高さ）をパラメータとしている。接点電極（固定電極６と可動電極８）つまり固定導体７（可動導体９）の電位を１００％、接地外箱１６の電位を０％とし、アークシールド１０の電位は浮遊電位として計算している。

図６は、固体絶縁物１５が真空容器２のシールド端板５と絶縁筒３の一部を含む位置（高さ）までモールドしている場合の等電位面分布を示す。等電位面分布は分布幅が小さいと電界が大であることを示している。なお、図６の図示左側には、構成と解析結果を比較するために図４の１点鎖線で囲んだ構成を示している。

このケースでは、アークシールド１０と接地外箱１６の間に、固体絶縁物１５が一部入り込む形になるため、アークシールド１０と接地外箱１６の間の静電容量が増加する。アークシールド１０の電位は、接点電極（固定電極６と可動電極８）つまり固定導体７（可動導体９）とアークシールド１０の間の静電容量と、アークシールド１０と接地外箱１６の間の静電容量との逆比例になる。静電容量が大きいと電圧分担が小さくなる。このケースでは、アークシールド１０の電位が接地外箱１６の電位に向かって引き下げられて５６％になっている。また、固体絶縁物１５と絶縁筒３の接合点５０の電位は４３％になっている。

図７は、固体絶縁物１５が真空容器２のシールド端板５の下部までモールドしている場合の等電位面分布を示す。このケースでは、アークシールド１０と接地外箱１６の間に、固体絶縁物１５が入り込まないため、アークシールド１０の電位は図６のケースよりもやや高い６５％になっている。また、固体絶縁物１５の中心軸側は固定導体７に接しているため、接合点５０電位は１００％になる。

図８は、固体絶縁物１５が真空容器２の絶縁筒３の上端までモールドしている場合の等電位面分布を示す。このケースでは、アークシールド１０と接地外箱１６の間に、固体絶縁物１５が全て入り込む形になるため、アークシールド１０の電位は図６のケースよりも大きく引き下げられて、３５％になっている。また、固体絶縁物１５はシールド端板４に接しているため、接合点５０の電位は１００％になる。
図９は、図６〜図８に示した３通りのケースについて、固体絶縁物１５と絶縁筒３の接合点５０を原点とし固体絶縁物１５と接地外箱１５の接合点５１への経路における電界強度分布を比較して示した特性図である。図９の横軸の右方向が接地外箱１６に対応する。縦軸は電界強度の相対値で、対数表示している。

特性ａは固体絶縁物１５で絶縁筒３の一部を含むようにモールドした図６の場合の電界強度分布、特性ｂは固体絶縁物１５で固定側シールド端板５の下部までモールドした図７の場合の電界強度分布、特性ｃは固体絶縁物１５で絶縁筒３の上端まで全体を含むようにモールドした図８の場合の電界強度分布である。

これらを比較すると、固体絶縁物１５で絶縁筒３の一部を含むようにモールドした場合の電界値は、特性ａから明らかなように特性ｂの固体絶縁物１５でシールド端板５の下部までモールドした場合や、特性ｃの固体絶縁物１５で絶縁筒３の全体を含むようにモールドした場合に比べて大きく低減されている。したがって、固体絶縁物１５の沿面方向に加わる電界を低減できるので固体絶縁物１５の厚みを薄くでき、多回路選択開閉装置を小型化することができる。

また、真空バルブ１を固定するという機能に加えて、固体絶縁物１５の接合部５０の絶縁信頼性を向上できるという効果を奏することもできる。

図１０に本発明の実施例２を示す。図１０において実施例１と異なるところは可動側母線２５を可撓性導体で構成したことにある。

実施例２においても固体絶縁物１５の沿面方向に加わる電界を低減でき、また、可動側母線２５に摺動接触子を設ける必要がないので部品数を低減できるという効果がある。

図１１〜１３に本発明の実施例３を示す。図１１は正面観の縦断面図、図１２は図１１のＢ−Ｂ断面図、図１３は図１２の平面図を示す。

実施例３は各相の真空バルブ１ａを遮断器、真空バルブ１ｂを接地開閉器、真空バルブ１ｃを断路器として用いるようにしたものである。各相（Ｕ、Ｖ、Ｗ）の真空バルブ１ａ〜１ｃと接地外箱１６などから構成される開閉器ユニット２６（２６Ｕ、２６Ｖ、２６Ｗ）は図１２に示すように３相分並べて配置されている。そして図１３に示すように、遮断器用の真空バルブ１ａは操作器１２ａ、接地開閉器用の真空バルブ１ｂは操作器２３ｂ、断路器用の真空バルブ１ｃは操作器２３ｃによって３相一括で開閉動作される。実施例３における１相の単線接続図は真空バルブ１ａ〜１ｃで示すと図１４のようになる。

実施例３においても固体絶縁物１５の沿面方向に加わる電界を低減でき、多回路選択開閉装置を小型化することができる。

図１５、図１６に本発明の実施例４を示す。実施例４は実施例３において接地外箱１６を三相一括形に構成したものである。接地外箱１６の内部に、各相（Ｕ、Ｖ、Ｗ）の全ての真空バルブ１ａ〜１ｃが配置されている。

実施例４においても２つの相の固体絶縁物１５に加わる電界を低減でき、また、絶縁ガス区画が１つになるために構造が簡単になるという効果を奏する。

本発明の実施例１を示す正面観の縦断面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 図２の平面図である。 実施例１における要部の拡大断面図である。 本発明の実施例１における１相の単線接続図である。 本発明を説明するための等電位面分布図である。 本発明を説明するための等電位面分布図である。 本発明を説明するための等電位面分布図である。 本発明を説明するための特性図である。 本発明の実施例２を示す構成図である。 本発明の実施例３を示す正面観の縦断面図である。 図１１のＢ−Ｂ断面図である。 図１２の平面図である。 本発明の実施例３における１相の単線接続図である。 本発明の実施例４を示す正面観の縦断面図である。 図１５の平面図である。

符号の説明

１…真空バルブ、２…真空容器、３…絶縁筒、４…可動側シールド端板、５…固定側シールド端板、６…固定電極、７…固定導体、８…可動電極、９…可動導体、１０…アークシールド、１１…操作ロッド、１２…操作器、１３…ベローズ、１４…可動側母線、１５…固体絶縁物、１６…接地外箱、１７…ケーブルヘッド、１８…ケーブル、１９…接地層、２０…真空バルブ、２１…接続導体、２２…操作ロッド、２３…操作器、２４…固定側母線、２５…可撓性可動側母線、２６…開閉器ユニット。

Claims (7)

1. 絶縁筒の両開口にシールド端板を設けて密閉した真空容器内に固定電極と可動電極を対向配置し、両電極を囲うようにアークシールドを設け、前記アークシールドを絶縁筒が囲んでいる真空バルブと、前記アークシールドを囲む絶縁筒の一部を、前記真空容器の固定側から軸方向に覆うようにモールドする固体絶縁物と、前記真空容器を可動側から嵌帽して前記固体絶縁物に密着固定され、絶縁ガスが封入されている接地外箱とを具備し、前記固体絶縁物は、外面に形成された接地層を介して接地されていることを特徴とする多回路選択開閉装置。
2. 絶縁筒の両開口にシールド端板を設けて密閉した真空容器内に固定電極と可動電極を対向配置し、両電極を囲うようにアークシールドを設け、前記アークシールドを絶縁筒が囲んでいる各相毎の真空バルブと、前記アークシールドを囲む絶縁筒の一部を、前記真空容器の固定側から軸方向に覆い各相の真空バルブ毎にモールド絶縁する固体絶縁物と、前記各相の真空容器毎に可動側から嵌帽してそれぞれ前記各相毎の固体絶縁物に密着固定され、絶縁ガスが封入されている各相毎に設けられる接地外箱とを具備し、前記固体絶縁物は、外面に形成された接地層を介して接地されており、前記絶縁筒と前記固体絶縁物との接合点の端位置が前記アークシールドの垂直方向の下端近傍とされたことを特徴とする多回路選択開閉装置。
3. 絶縁筒の両開口にシールド端板を設けて密閉した真空容器内に固定電極と可動電極を対向配置し、両電極を囲うようにアークシールドを設け、前記アークシールドを絶縁筒が囲んでいて各相に複数台配置されている真空バルブと、前記アークシールドを囲む絶縁筒の一部を、前記真空容器の固定側から軸方向に覆い各相の複数台の真空バルブ毎に一括してモールド絶縁する各相毎の固体絶縁物と、前記各相の複数台の真空バルブに可動側から嵌帽してそれぞれ前記各相毎の固体絶縁物に密着固定され、絶縁ガスが封入されている各相毎に設けられる接地外箱とを具備し、前記固体絶縁物は、固定側の前記シールド端板の周方向全面を覆い、外面に形成された接地層を介して接地されており、前記絶縁筒と前記固体絶縁物との接合点の端位置が前記アークシールドの垂直方向の下端近傍とされたことを特徴とする多回路選択開閉装置。
4. 請求項３において、各相の複数台の真空バルブは３台であり、該各相の３台の真空バルブは、相毎に遮断器、接地開閉器および断路器として用いるようにしたことを特徴とする多回路選択開閉装置。
5. 請求項２〜４のいずれか１項において、前記各相の固定電極には各々固定導体が連設され、前記各相の可動電極には各々可動導体が連設され、該各々の可動導体間は電気的に接続され、前記各々の固定導体間は電気的に独立していることを特徴とする多回路選択開閉装置。
6. 絶縁筒の開口端をそれぞれシールド端板で密閉して構成されている真空容器と、前記一方のシールド端板を貫通する固定導体に連設されている固定電極と、前記他方のシールド端板を貫通する可動導体に連設され、前記固定電極と対向配置されている可動電極と、前記固定電極と前記可動電極を囲うように前記真空容器内に配置されているアークシールドと、前記真空容器の外側で前記可動導体に接続されている可動側母線と、前記アークシールドを囲む絶縁筒の一部を、前記真空容器の固定側から軸方向に覆うようにモールド絶縁する固体絶縁物と、前記真空容器を可動側から嵌帽して前記固体絶縁物に密着固定され、絶縁ガスが封入されている接地外箱とを具備し、前記固体絶縁物は、固定側の前記シールド端板の周方向全面を覆い、外面に形成された接地層を介して接地されており、前記絶縁筒と前記固体絶縁物との接合点の端位置が前記アークシールドの垂直方向の下端近傍とされたことを特徴とする多回路選択開閉装置。
7. 請求項６において、前記可動側母線は可撓性導体で構成されていることを特徴とする多
   回路選択開閉装置。

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