JP4660118B2

JP4660118B2 - 開閉器

Info

Publication number: JP4660118B2
Application number: JP2004155404A
Authority: JP
Inventors: 哲塩入; 純一佐藤; 修阪口; 勝宮川
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2004-05-26
Filing date: 2004-05-26
Publication date: 2011-03-30
Anticipated expiration: 2024-05-26
Also published as: JP2005339918A

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_６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_６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_６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_６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
１０Ｏ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

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。
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。