JP4660118B2 - 開閉器 - Google Patents

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Description

本発明は、耐電圧特性を向上し得る絶縁ガスを封入した開閉器に関する。
従来のこの種の開閉器における断路器は、電力系統の回路を完全に開路する責務を有しているので、接離自在の一対の接点間は高い耐電圧特性を必要とする。
このため、このような開閉器には、絶縁耐力の優れたSFガスを封入したガス絶縁方式のものが知られている(例えば、特許文献1参照。)。しかしながら、SFガスは、地球温暖化係数が二酸化炭素に比べて23900倍と大きく、大気中に放出しないように厳重に管理しなくてはならない。更に、アークにより分解すると有害な物質が生成される。
このため、SFガスに替わる絶縁ガスとして、優れた絶縁耐力を有するとともに、地球温暖化係数の小さいフッ化炭素系化合物からなる絶縁ガスを用いる技術が知られている(例えば、特許文献2参照。)。しかしながら、この絶縁ガスを用いても、大気中に放出しないように管理をするとともに、アークにより分解されると有害な物質を生成することでは同様である。
一方、上述のような絶縁ガス並みの優れた絶縁耐力が得られるものとして、真空絶縁方式が知られている(例えば、特許文献3参照。)。しかしながら、この真空絶縁方式の開閉器では、一対の接点を収納した真空容器の真空漏れや、真空容器内の部材に吸着されている気体分子の放出などによる真空圧力の変動があり、真空度の管理などが必要となり構造が複雑になっていた。
特開平5−227619号公報 (第2ページ、図7) 特開2003−169410号公報 (第3ページ、図1) 特開2001−176364号公報 (第4ページ、図1)
上記の従来の開閉器においては、接離自在の一対の接点間の耐電圧特性を向上させるため、優れた絶縁耐力を有するガス絶縁方式を用いると、絶縁ガスが地球温暖化に影響を及ぼすので、大気中に放出しないように管理をしなくてはならない問題がある。また、絶縁ガスなどを全く用いない真空絶縁方式では、開閉器の構造が複雑になる問題がある。
このため、有害な物質を生成しない絶縁ガスを用いて環境に調和するとともに、高い耐電圧特性が得られる開閉器が望まれていた。
本発明は上記問題を解決するためになされたもので、環境に調和した絶縁ガスを用いて、耐電圧特性を向上し得る開閉器を得ることを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の開閉器は、絶縁ガスが封入された筒状の絶縁容器
と、この絶縁容器の一方の開口部に気密に固定された上部導体と、前記上部導体に固定さ
れ、且つ前記絶縁容器内端部に固定側接点を設けた固定側通電軸と、前記絶縁容器の他方
の開口部に気密に固定された下部導体と、前記下部導体を気密のもとに進退自在に貫通し
、且つ前記絶縁容器内端部に前記固定側接点と対向して接離自在の可動側接点を設けると
ともに、前記下部導体と電気的に接続された可動側通電軸と、前記絶縁容器外の前記可動
側通電軸に連結された操作機構と、前記絶縁容器内に前記固定側接点を包囲するように埋
め込まれ、且つ前記上部導体と同電位にされた第1のシールド電極と、前記絶縁容器内に
前記可動側接点を包囲するように埋め込まれ、且つ前記下部導体と同電位にされた第2の
シールド電極とを備え、前記第1のシールド電極の先端は、前記固定側接点よりも前記可
動側接点方向に突出し、前記第2のシールド電極の先端は、前記可動側接点が開路状態の
とき、この可動側接点よりも前記固定側接点方向に突出し、前記絶縁容器内に、乾燥空気
、炭酸ガス、窒素ガスのいずれか1種の絶縁ガスを封入し、前記絶縁容器内面の前記上部
導体から前記下部導体までにフッ素系樹脂の絶縁層を設け挟持することを特徴とする。
本発明によれば、絶縁容器に固定側接点および開路状態における可動側接点のそれぞれを包囲して電界緩和するようなシールド電極を埋め込んで、この絶縁容器内に大気中に存在する絶縁ガスを封入しているので、閉路状態はもとより、開路状態においても両接点間で高い耐電圧特性が得られ、環境に調和した開閉器を得ることができる。
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
以下、本発明の実施例1に係る開閉器を図面を参照して説明する。図1は、本発明の実施例1に係る開閉器の構成を示す断面図である。
図1に示すように、この種の開閉器における断路器は、図示上段の主回路を開閉する開閉部1aと図示下段の開閉部1aを操作する操作部1bとに分かれて構成されている。
開閉部1aには、例えばエポキシ樹脂のような絶縁材料でモールドした筒状の第1の絶縁容器2が設けられている。この第1の絶縁容器2の一方端の開口部には、一方の電路となる上部導体3が気密に固定され、この上部導体3の略中央部に第1の絶縁容器2内の端部に固定側接点4を設けた固定側通電軸5が固定されている。また、固定側接点4と対向して、第1の絶縁容器2内の端部に接離自在の可動側接点6を設けた可動側通電軸7が設けられている。
この可動側通電軸7は、第1の絶縁容器2の他方端の開口部に、その一側面が気密に固定された他方の電路となる下部導体8の略中央部を進退自在に貫通するようになっている。また、可動側通電軸7は、下部導体8を貫通する部分に設けられた接触子9により摺動接触され、更に、Oリング10により気密が保たれるようになっている。なお、可動通電軸7が軸方向に平行移動できるように、ガイド筒11が設けられている。
そして、第1の絶縁容器2の絶縁層内部には、固定側通電軸5を包囲するように、固定側通電軸5と同電位にされた第1のシールド電極12が埋め込まれている。また、可動通電軸7を包囲するように、可動側通電軸7と同電位にされ、第1のシールド電極12と離隔された第2のシールド電極13が埋め込まれている。
第1の絶縁容器2内には、乾燥空気、炭酸ガス、窒素ガスのような大気中に存在するいずれか1種の環境に調和した絶縁ガス14が図示しない封入バルブから略大気圧で大気圧よりも高い圧力(正圧力)で封入されている。なお、この圧力は、第1の絶縁容器2の機械的強度を許容する範囲内で高くすれば、絶縁ガス14自体の絶縁耐力が向上するので好ましい。
操作部1bには、筒状の第2の絶縁容器15が設けられ、その一方端の開口部が下部導体8の他側面に固定されている。また、第2の絶縁容器15の他方端の開口部には、操作機構16が取り付けられている。操作機構16には、第2の絶縁容器15内の可動側通電軸7端部に取り付けられた絶縁操作ロッド17が連結され、第1の絶縁容器2内の接点4、6の開閉が行われるようになっている。
ここで、第1のシールド電極12の先端は、固定側接点4の先端よりも可動側接点6と対向する方向に距離D1だけ突出している。また、第2のシールド電極13の先端は、可動側接点6が移動して開路として保持される位置になったとき(開路状態)、可動側接点6の先端よりも固定側接点4と対向する方向に距離D2だけ突出している。そして、開路状態における接点4、6間を距離G1とすると、距離D1は、距離DI=(0.2〜0.5)×距離G1としている。また、距離D2は、距離D2=0.2×距離G1としている。このため、第1のシールド電極12と第2のシールド電極13との先端間の距離G2は、距離G1よりも短い距離となる。
これにより、閉路状態における耐電圧特性は良好に保たれるとともに、開路状態においても、固定側接点4では第1のシールド電極12に包囲され、また、可動側接点6では第2のシールド電極13に包囲されて電界緩和がなされ、良好な耐電圧特性を保つことができる。
なお、距離D1が、0.2×距離G1以下では、固定側接点4の電界緩和、特に固定側接点4の外周端部の電界緩和を充分に行うことができない。また、0.5×距離G1以上では、第1のシールド電極12と第2のシールド電極13との先端間の距離G2を充分に確保することができず、貫通方向における耐電圧特性を良好に保つことができない。更に、距離D2が、0.2×距離G1以下では、開路状態における可動側接点6の電界緩和、特に可動側接点6の端部の電界緩和を充分に行うことができない。
ここで、接点4、6間で断路器の責務である電力系統のループ電流を遮断したときのアークによる金属蒸気は、第1の絶縁容器2内面に付着するが、その殆どが第1のシールド電極12と対向する内面に付着する。つまり、接点4、6間が開離した直後に金属蒸気が最も多く拡散され、第1のシールド電極12と対向する第1の絶縁容器2内面の近傍に金属蒸気による付着物が付着する。しかしながら、この第1の絶縁容器2内面には、第1のシールド電極12により電界緩和がされているので、耐電圧特性を大きく低下させることがない。
また、可動側接点6が固定側接点4と開離して、接点4、6間の中間部を過ぎて開路位置に達するまでの範囲では、アークが消滅しているので、金属蒸気の新たな拡散はない。このため、接点4、6間の中間部から第2のシールド電極13と対向する第1の絶縁容器2内面には、付着物が付着することが少ない。つまり、開路状態の耐電圧特性を左右する第1のシールド電極12と第2のシールド電極13間が対向する第1の絶縁容器2内面の中間部には付着物が少なく、耐電圧特性を大きく低下させることがない。
一方、アークにより絶縁ガス14が分解して、分解生成物ができるが、大気中に存在する環境に調和した絶縁ガス14を用いているので、その化合物は有害物質とはならない。また、この絶縁ガス14による耐電圧特性は電界依存性を示さないので、両接点4、6の端部に大きな丸みを持たせるような電界緩和をする必要がなく、構造を簡素なものとすることができる。両接点4、6の端部に簡単な丸みを持たせた程度の構造で、この絶縁ガス14は電界依存性を示す略大気圧でのSFガスと比べて同等以上の耐電圧特性を得ることができる。
上記実施例1の開閉器によれば、第1の絶縁容器2に、固定側接点4を包囲し、その先端が固定側接点4よりも突出した第1のシールド電極12を埋め込み、また、可動側接点6を包囲し、その先端が開路状態における可動側接点6よりも突出した第2のシールド電極13を埋め込んで、この第1の絶縁容器2内に環境に調和した絶縁ガス14を封入しているので、閉路状態はもとより、開路状態においても両接点4、6の電界緩和がされて高い耐電圧特性が得られる。また、ループ電流などの遮断時の金属蒸気による付着物が第1の絶縁容器2内面に付着しても耐電圧特性に影響を及ぼすことが少ない開閉器を得ることができる。
なお、第1の絶縁容器2および第2の絶縁容器15の外装に、上部導体3や下部導体8と絶縁された接地層を設けていても、上記と同様な耐電圧特性を得ることができる。
次に、本発明の実施例2に係る開閉器を図2を参照して説明する。図2は、本発明の実施例2に係る開閉器の構成を示す断面図である。なお、この実施例2が実施例1と異なる点は、第1の絶縁容器の内面に突出部を設けたことである。図2において、実施例1と同様の構成部分においては、同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
図2に示すように、第1の絶縁容器2の内面には、固定側接点4と開路状態に達した可動側接点6との中間部に、内側に突出した環状の突出部2aを設けている。この突出部2aの形成には、例えば、第1の絶縁容器2のモールド時に内面を形成する金型を複数分割したものとすれば容易に設けることができる。
上記実施例2の開閉器によれば、実施例1の効果の他に、アークによる金属蒸気の拡散が固定側接点4と可動側接点6との中間部の突出部2aにより阻止され、第1の絶縁容器2内面に付着する付着物が第2のシールド電極13と対向する面に付着し難くなるので、耐電圧特性を更に向上させることができる。
次に、本発明の実施例3に係る開閉器を図3を参照して説明する。図3は、本発明の実施例3に係る開閉器の構成を示す断面図である。なお、この実施例3が実施例1と異なる点は、第1の絶縁容器の内面に複数の突出部を設けたことである。図3において、実施例1と同様の構成部分においては、同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
図3に示すように、第1の絶縁容器2の内面には、固定側接点4と開路状態に達した可動側接点6との中間部から下部導体8までの間に、内側に突出した環状の突出部2a、2b、2cを複数設けている。これらの突出部2a、2b、2cの形成には、例えば、第1の絶縁容器2のモールド時に内面を形成する金型を複数分割したものとすれば容易に設けることができる。
上記実施例3の開閉器によれば、実施例1の効果の他に、アークによる金属蒸気の拡散が固定側接点4と可動側接点6との中間部の突出部2aにより阻止され、第1の絶縁容器2内面に付着する付着物が第2のシールド電極13と対向する面に付着し難くなるとともに、突出部2b、2cにより沿面距離が増大するので、耐電圧特性を更に向上させることができる。
次に、本発明の実施例4に係る開閉器を図4を参照して説明する。図4は、本発明の実施例4に係る開閉器の構成を示す断面図である。なお、この実施例4が実施例1と異なる点は、第1の絶縁容器の内面にフッ素系樹脂の絶縁層を設けたことである。図4において、実施例1と同様の構成部分においては、同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
図4に示すように、第1の絶縁容器2の内面には、優れた耐熱性と耐アーク性を持ったフッ素系樹脂からなる内面が平滑な筒状の絶縁層18を設けている。この絶縁層18は、第1の絶縁容器2を製造後、その内面に予め製造しておいた絶縁層18を挿入し、上部導体3と下部導体8とで挟持している。
上記実施例4の開閉器によれば、実施例1の効果の他に、絶縁層18が耐熱性と耐アーク性を有しているので、両接点4、6で電流を遮断したときのアークによる損傷を抑えることができる。
なお、上記実施例4では、絶縁層18の内面を平滑面として説明したが、内面に実施例2または実施例3のような環状の突出部を設けてもよい。
本発明の実施例1に係る開閉器の構成を示す断面図。 本発明の実施例2に係る開閉器の構成を示す断面図。 本発明の実施例3に係る開閉器の構成を示す断面図。 本発明の実施例4に係る開閉器の構成を示す断面図。
符号の説明
1a 開閉部
1b 操作部
2 第1の絶縁容器
2a、2b、2c 突出部
3 上部導体
4 固定側接点
5 固定側通電軸
6 可動側接点
7 可動側通電軸
8 下部導体
9 接触子
10 Oリング
11 ガイド筒
12 第1のシールド電極
13 第2のシールド電極
14 絶縁ガス
15 第2の絶縁容器
16 操作機構
17 絶縁操作ロッド
18 絶縁層

Claims (2)

  1. 絶縁ガスが封入された筒状の絶縁容器と、
    この絶縁容器の一方の開口部に気密に固定された上部導体と、
    前記上部導体に固定され、且つ前記絶縁容器内端部に固定側接点を設けた固定側通電軸と

    前記絶縁容器の他方の開口部に気密に固定された下部導体と、
    前記下部導体を気密のもとに進退自在に貫通し、且つ前記絶縁容器内端部に前記固定側接
    点と対向して接離自在の可動側接点を設けるとともに、前記下部導体と電気的に接続され
    た可動側通電軸と、
    前記絶縁容器外の前記可動側通電軸に連結された操作機構と、
    前記絶縁容器内に前記固定側接点を包囲するように埋め込まれ、且つ前記上部導体と同電
    位にされた第1のシールド電極と、
    前記絶縁容器内に前記可動側接点を包囲するように埋め込まれ、且つ前記下部導体と同電
    位にされた第2のシールド電極とを備え、
    前記第1のシールド電極の先端は、前記固定側接点よりも前記可動側接点方向に突出し、
    前記第2のシールド電極の先端は、前記可動側接点が開路状態のとき、この可動側接点よ
    りも前記固定側接点方向に突出し、
    前記絶縁容器内に、乾燥空気、炭酸ガス、窒素ガスのいずれか1種の絶縁ガスを封入し、
    前記絶縁容器内面の前記上部導体から前記下部導体までにフッ素系樹脂の絶縁層を設け挟
    持することを特徴とする開閉器。
  2. 前記固定側接点と開路状態にある前記可動側接点間の中間部から前記下部導体までの間
    の前記絶縁容器内面に、内側に突出した複数の環状の突出部を設けたことを特徴とする請
    求項1に記載の開閉器。
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