JP4712609B2

JP4712609B2 - 開閉装置

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Publication number: JP4712609B2
Application number: JP2006135250A
Authority: JP
Inventors: 敏昭六戸; 賢治土屋
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2006-05-15
Filing date: 2006-05-15
Publication date: 2011-06-29
Anticipated expiration: 2026-05-15
Also published as: JP2007305524A

Description

本発明はガス絶縁開閉装置もしくはスイッチギヤ等の開閉装置に関し、更に詳しくは小形、低コストで環境適合性の良い開閉装置に関するものである。

開閉装置として、その遮断器の接点及び断路器の接点をそれぞれ真空容器内に収納し、高電圧用の開閉装置を提供するものがある。その開閉装置の形式として、大略的に遮断器と断路器とが上下方向に位置するように真空容器内に配置構成したもの（例えば、特許文献１参照。）、及び遮断器と断路器とが水平方向に位置するように真空容器内に配置構成したもの（例えば、特許文献２参照。）等がある。

特開２００４−３６２８８９号公報特開昭５５−６２６２５号公報

上述した真空遮断器及び真空断路器の構成により、遮断及び断路性能は向上されてきている。この種の開閉装置においては、例えば特高変電所向けとして納入する場合に、小形・軽量で、低価格であり、しかもＳＦ₆ガスを使用しない環境調和を図ったガス絶縁開閉装置の要求が高まっている。

しかしながら、前述した従来技術においては、上述した要求を満足するような開閉装置を提供するような配慮がなされていないのが現状である。即ち、近年、地球温暖化防止の観点から、絶縁ガスとして、ＳＦ₆ガスを削減もしくは使用しないことが提唱されている。また、前述した従来技術のように、真空遮断器と真空断路器を用いた場合において、同時に動作させて大電流を遮断すると、電流遮断能力が低い断路器の極間が破損してしまう問題があり、真空遮断器で大電流遮断後に真空断路器を開極させるために、複雑なリンク機構が必要となり、構造が複雑となるため、部品点数の削減の妨げとなっていた。加えて、真空遮断器と真空断路器とが、それぞれ別々の真空容器内に収納され、且つ上下方向又は水平方向に直線状に配置しているため、その軸線方向の長さが大幅に長くなり、開閉装置全体をバランスよく小形化できないという問題があった。

本発明は、上記の状況に鑑みてなされたもので、その目的は、小形、低コストで環境適合性の良い開閉装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、第１の発明は、接地された筐体内に、遮断器及び断路器を備えた開閉装置において、前記筐体内に絶縁性ガスを大気圧以上に封入し、前記筐体内に、遮断器と断路器とを同一真空容器内に並設して収納してなる真空開閉器を、その接点の可動方向が水平となるように絶縁支柱を介して配設し、前記真空開閉器における遮断器の固定電極側に接続する真空接地開閉器を、前記真空開閉器に並設したことを特徴とする。

また、第２の発明は、接地された筐体内に、遮断器及び断路器を備えた開閉装置において、前記筐体内に絶縁性ガスを大気圧以上に封入し、前記筐体内に、遮断器と断路器とを同一真空容器内に並設して収納してなる真空開閉器を、その接点の可動方向が垂直となるように絶縁支柱を介して配設し、前記真空開閉器における遮断器の固定電極側に接続する真空接地開閉器を、前記真空開閉器に並設したことを特徴とする。

更に、第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記真空開閉器における断路器の固定電極側に接続する避雷器を、前記真空開閉器に並設したことを特徴とする。

また、第４の発明は、第１乃至第３発明のいずれかにおいて、前記真空開閉器は、１つの操作器に直動的に連結されていることを特徴とする。

更に、第５の発明は、第１乃至第３発明のいずれかにおいて、前記真空開閉器は、１つの操作器とレバーとに連結されていることを特徴とする。

本発明によれば、遮断器と断路器とをその接点がほぼ並列になるように同一の真空容器に配置した真空開閉器を、絶縁ガス中の接地された筐体内に配置して構成したので、小形、低コストで、環境適合性の良い開閉装置を提供することできる。その結果、顧客の要求に適合する環境適合性の良い開閉装置を提供することできる。

以下、本発明の開閉装置の実施の形態を図面を用いて説明する。
図１は、本発明の開閉装置の第１の実施の形態を示す縦断面図で、この図１において、開閉装置の筐体１は、接地金属板で形成され、架台２によって地上に配置されている。この筐体１の前面には、操作箱３が設けられている。この筐体１内には、平行に配置した遮断器４と断路器５とからなる真空開閉器６が水平方向、即ち図１の紙面左右方向に配置されている。この例では、遮断器４が上側に、断路器５が下側に配置されている。

真空開閉器６の詳細な構成を図２を用いて説明すると、この真空開閉器６は、遮断器４と断路器５との可動電極側に位置する共通容器７を備えている。この共通容器７には、遮断器４の絶縁筒８と断路器５の絶縁筒９とが略平行で上下方向に配置されるように、遮断器４の絶縁筒８と断路器５の絶縁筒９との一方端が固定されている。遮断器４の絶縁筒８と断路器５の絶縁筒９との他方端には、それぞれ高圧電極１０，１１が設けられている。

遮断器４の絶縁筒８内には、遮断器４の固定電極４ａとこれに接離する可動電極４ｂとが配置されている。また、断路器５の絶縁筒９内には、断路器５の固定電極５ａとこれに接離する可動電極５ｂとが配置されている。固定電極４ａ，５ａは、高圧電極１０，１１にそれぞれ連結した固定側導体１２，１３によって支持されている。固定電極４ａ，５ａは、例えば電流が流れた場合に磁界を発生させるカップ型もしくはスパイラル型に構成されている。

遮断器４の可動電極４ｂ及び断路器５の固定電極５ａは、各絶縁筒８，９内に導入された可動側導体１４，１５の一端にそれぞれ支持されている。可動側導体１４，１５の一端は、共通容器７内において接続導体１６で接続されている。接続導体１６は絶縁体１７を介して絶縁操作ロッド１８に連結している。絶縁操作ロッド１８における共通容器７の貫通部には、この部分を封止するベローズ１９が設けられている。

絶縁筒８，９の遮断器４の電極及び断路器５の電極に対向する内面には、アークシールド２０が、また絶縁筒８，９の両端には、アークシールド２１が、それぞれ設けられている。このアークシールド２０，２１は、真空中における絶縁耐力を向上させるためのものである。

図１に戻り、上述した真空開閉器６の共通容器７側は、絶縁支柱２２によって筐体１の側面に固定されている。真空開閉器６の絶縁操作ロッド１８は、その外周に設けた可動用Oリングを介して筐体１から操作箱３内に導出されている。この絶縁操作ロッド１８は、操作箱３内の操作器２３に連結している。前記真空開閉器６における断路器５の高圧電極１１は、着脱及び絶縁栓を兼用できる絶縁接続部２４を介して筐体１の下部に配置した固体絶縁の母線２５に接続されている。前記真空開閉器６における遮断器４の高圧電極１０は、筐体１の背部のケーブルヘッド２６を介してケーブル２７に接続されている。ケーブル２７は負荷に接続されている。また、ケーブル２７には、変流器２８が設けられている。

真空開閉器６における遮断器４の上側には、真空接地開閉器２９が遮断器４と平行に配置されている。この真空接地開閉器２９の固定電極は、遮断器４の高圧電極１０に接続している。真空接地開閉器２９の可動電極は、操作箱３内の操作器３０に連結されている。遮断器４の上部には、避雷器３１が真空接地開閉器２９と平行に配置されている。この避雷器３１は、遮断器４の固定電極側に接続している。

筐体１内には、絶縁ガスとしてＮ₂のみもしくはＮ₂と地球温暖化係数が１以下のガスの混合ガスが封入されており、環境調和を図っている。その絶縁ガスとして例えば、空気、Ｎ₂/Ｏ₂混合ガスがある。また、ＣＦ₃ＩもしくはＣＦ₃Ｉを含む混合ガスを用いることができる。電界が集中する部分、例えば、共通容器７、遮断器４の高圧電極１０、断路器５の高圧電極１１、真空接地開閉器２９の固定電極側、避雷器３１の真空接地開閉器２９側、及び真空接地開閉器２９の固定電極と遮断器４の固定電極とを接続する接続部等には、絶縁モールド３２を施している。この絶縁モールドの材料としてはエポキシ、ポリテトラフルオロエチレン、シリコーンゴム、フェノール樹脂などを用いることが可能であり、好ましくは、比誘電率が小さい材料を選択した方が同一厚さによる電界緩和効果が大きく、絶縁性能を向上しやすくすることができる。

上述した本発明の開閉装置の第１の実施の形態においては、母線２６、真空遮断器４、真空断路器５とから真空開閉器６、真空接地開閉器２９、避雷器３１を、ほぼ並行に配置すると共に水平となるように、筐体１内に配置したので、筐体１の高さ、即ち開閉装置の高さを低く抑え開閉装置全体の小形・低コスト化が可能である。また、筐体１内に、絶縁ガスとしてＮ₂のみもしくはＮ₂と地球温暖化係数が１以下のガスの混合ガスを封入したので、環境調和の良好な開閉装置を提供することができる。

また、真空開閉器６における共通容器７を絶縁支柱２２で筐体１内に支持したことにより、真空開閉器６における共通容器７を浮遊電極とすることができるので、遮断器４の可動電極４ａ及び断路器５の可動電極５ａ側の電位は、各高電圧電極１０，１１の中間電位に近づき、且つアークシールド２０はそれぞれの極間の中間電位に近づくため、２つの電極接点の電位分担の均等化が可能である。そのため、可動電極４ａ，５ａが動作する方向の距離、つまり真空開閉器６のストローク長を大幅に縮めることができる。

言い換えれば、極間距離を短くしながら極間の耐電圧性能の向上を図ることができる。そのため、極間に高い絶縁性能を求められる断路器の仕様を満足することができる。また、極間距離が短くなると、磁石とバネを組み合わせた電磁式の操作器の磁石を大幅に小形化でき、開閉装置全体の小形・軽量化を図ることができる。

ところで、顧客条件により遮断と断路の間に選択のステップが必要な場合には、前記極間を開極後に更に極間長を広げるステップを追加した３位置操作器を適用するかもしくは、開極後に断路状態のステップをシーケンスもしくはインターロック上のみ設定することで対応が容易に可能である。

また、真空開閉器６は、絶縁支柱２２によって筐体１の側面に固定され、絶縁操作ロッド１８を、筐体１の気密を保持した状態で図１中の左右方向に可動できる直線シール構造を用いているので、操作器２３から直接駆動することができる。これにより、リンク機構の部品点数の削減が可能である。また、真空開閉器６の高電圧電極１０，１１を一体絶縁モールド３１で覆ったことにより、高電圧電極１０，１１間の距離を短くすると共に前記極間の絶縁信頼性を向上させることができる。

また、真空開閉器６の高電圧電極１０，１１は、着脱及び絶縁栓を兼用できる絶縁接続部２４を介して固体絶縁の母線２５に接続する構成としたので、万一の故障時には、ケーブルヘッド２６を取り外した後に、筐体１を上方に引き抜くことにより、筐体１全体を交換までの間、絶縁栓となる絶縁接続部２４を使用することで、母線２５を活かすことが可能であり、母線２５の停止期間を短縮できると共に保守に要する時間を短くすることができる。また、操作器２３として、３位置式のものを使用すれば、遮断器４と断路器５を別々の操作器で動作させていた場合の機械式インターロックが不要となる。また、絶縁ガスとしてＣＦ₃ＩもしくはＣＦ₃Ｉを含む混合ガスを用いれば、筐体１内のガス圧力を上げることを押えることができるので、小形・軽量化が図れる。

図３は、本発明の開閉装置の第２の実施の形態を示すもので、この図３において、図１及び図２と同符号のものは同一部分もしくは相当する部分であるので、その説明は省略する。
この実施の形態は、筐体１内にガス区画スペーサ３３を設けて、筐体１内に上方室と下方室を形成し、下方室内に、前述した第１の実施の形態と同様に、真空開閉器６を水平方向配置し、この真空開閉器６の下方に避雷器３１を配置している。また、上方室内には、母線２５と断路器３４を配置している。

断路器３４の小形化を容易に図ることができるようにするために、筐体１の上方室のガス圧力を下方室のそれよりも高く設定したり、上方室と下方室とに封入する絶縁ガスの種類を変える（例えば、下方室内にＣＦ₃Ｉを含む混合ガスを封入し、上方室内に空気もしくはＮ₂を高ガス圧で封入ことができる）ことを可能にしている。

母線側の断路器３４の可動子３５は、接地開閉器の可動子も兼ねており、３位置式の操作器３６と絶縁ロッド３７で図中の左右方向に駆動され、真空開閉器６と母線２６の切り離し及び真空開閉器６の上部の高電圧電極１０の接地を可能としている。

また、ライン側の接地開閉器３８は、ブレード式になっている。これにより、避雷器３１の素子の径が高電圧導体よりも太いことによるデッドスペース（図中右下の角部分のスペース）に配置可能となり、直線駆動式の接地開閉器を用いた場合よりも小形化が可能である。

また、母線２５を筐体１内の上方に配置したので、ケーブルヘッド２６の位置を第１の実施の形態よりも低くすることが可能となり、ケーブルヘッド２６の上部の空間に放圧弁を装着することができる。

なお、接地開閉器の可動子３９及び操作器４０を真空開閉器６の近傍に設けたことで、万一、筐体１の接地を開放した場合の安全性を確保することができるようにしている。

この第２の実施の形態によれば、前述した第１の実施の形態と同様に、筐体１の高さ、即ち開閉装置の高さを低く抑え開閉装置全体の小形・低コスト化が可能であり、屋内や地下に設置する場合に有効である。また、筐体１内に、絶縁ガスとしてＮ₂のみもしくはＮ₂と地球温暖化係数が１以下のガスの混合ガスを封入したので、環境調和の良好な開閉装置を提供することができる。

図４は、本発明の開閉装置の第３の実施の形態を示すもので、この図４において、図１及び図３と同符号のものは同一部分もしくは相当する部分であるので、その説明は省略する。
この実施の形態は、筐体１内の下方に真空開閉器６を垂直に配置し、その上方に断路器５を介して母線２５を垂直方向に配置し、母線２５の側方に避雷器３１を垂直に配置して構成したものである。接地された筐体１内には、絶縁ガスが大気圧以上封入されている。絶縁ガスとして、フロン系を含む混合ガスや空気やＮ₂やＮ₂/Ｏ₂混合ガスを適用すると、地球温暖化係数（ＧＷＰ）がＳＦ₆単体よりも低く抑えられ環境調和を図ることができる。

真空開閉器６の絶縁操作ロッド１８は、ベローズ４１を介して筐体１に下方に導出されている。真空開閉器６の操作器２３は、その軸線が垂直となるように操作箱３内に配置されている。この操作器２３と絶縁操作ロッド１８は、レバー４２によって連結されている。このレバー４２の支点は、架台２の部分に設けて、真空開閉器６側のレバー比を操作器２３側のそれよりも大きくし、操作器２３の小形化を図っている。また、真空開閉器６の絶縁操作ロッド１８における筐体１の貫通部は、ベローズ４１によってガスの気密が保たれ、その信頼性を向上させている。

また、真空開閉器６における遮断器４の絶縁筒８と断路器５の絶縁筒９との間の寸法（図中の左右方向の長さ）を、極力接近させ、遮断器４の高電圧電極１０と断路器５の高電圧電極１１との間に絶縁モールド３２を設けている。これにより、開閉装置の奥行き方向（図中の左右方向）が短くなるため、設置スペースを小さくすることができる。

この第３の実施の形態によれば、開閉装置の奥行き方向の寸法を小さくすることができるので、設置スペースを小さくすることができる。また、環境調和の良好な開閉装置を提供することができる。

また、開閉装置を保守、点検する場合に、ケーブルヘッド２６の着脱により、開閉装置全体をカセット交換することが可能となり、その作業効率が良い。更に、避雷器３１の外側を絶縁筒で構成した場合、筐体１内の気密を保ったまま、避雷器素子の着脱が可能である。このため、避雷器素子を外して前記絶縁筒にカバーをした状態で据付時の絶縁試験が可能となり、据付工期の短縮を図ることができる。

図５は、本発明の開閉装置の第４の実施の形態を示すもので、この図５において、図１及び図４と同符号のものは同一部分もしくは相当する部分であるので、その説明は省略する。
この実施の形態は、絶縁区画スペーサ３３によって、筐体１内を下部室と上部室とに区画し、下部室内に、真空開閉器６とライン側の真空接地開閉器４３とを垂直方向で筐体１の奥行き方向に並設し、上部室内に、母線２５と母線側の真空接地開閉器４４とを垂直方向で筐体１の奥行き方向に並設して構成されている。

ライン側の真空接地開閉器４３及び母線側の真空接地開閉器４４は、それぞれ操作箱３内の操作器４５，４６とこれらに連結したレバー４７，４８によってそれぞれ開閉操作される。真空開閉器６も同様に操作箱３内の操作器２３とこれに連結したレバー４０によって開閉操作される。

筐体１における上部室及び下部室内には、真空開閉器６、ライン側の真空接地開閉器４３及び母線側の真空接地開閉器４４の接点を真空内に封入しているので、遮断性能が要求されないことから、絶縁ガスとしてＣＦ₃Ｉを含む混合ガスが封入されている。また、真空開閉器６の操作器２３、ライン側の真空接地開閉器４３の操作器４５及び母線側の真空接地開閉器４４の操作器４６の操作ストロークの長ストローク化し、その径方向の寸法の増加を抑えている。

真空開閉器６は絶縁支柱２２によって接地された筐体１内に固定されている。真空開閉器６の絶縁操作ロッド１８における筐体１に貫通部には、ベローズ４１が設けられており、筐体１内は、ガス気密と絶縁が確保されている。ライン側の真空接地開閉器４３には、健全性の診断を可能とするために、真空接地開閉器４３を閉極したときに、開閉装置の絶縁抵抗を測定するためのメガリング端子４９が設けられている。

真空接地開閉器４１の設置は、筐体１内に封入したガスの種類やガス圧力に無関係に投入容量仕様を容易に満足させている。加えて、真空絶縁のＶ−ｔ特性はフラットであり、且つ万一の発弧時においても、消弧性能が極めて高いことから、前記真空接地開閉器４３が自己回復の保護ギャップの機能を兼ねることが可能である。つまり、過電圧が加わった場合のみ真空接地開閉器４１の極間が点弧し、機器に過電圧が加わることを防止すると共に極間のアークは速やかに消弧されるため自己回復機能を備えた保護ギャップと同様な効果を有する。

この第４の実施の形態によれば、前述した第３の実施の形態と同様に、開閉装置の奥行き方向の寸法を小さくすることができるので、設置スペースを小さくすることができるとともに、環境調和の良好な開閉装置を提供することができる。

図６は、本発明の開閉装置の第４の実施の形態を示すもので、この図６において、図１及び図５と同符号のものは同一部分もしくは相当する部分であるので、その説明は省略する。
この実施の形態は、筐体１内の下部側内に、真空開閉器６とライン側の真空接地開閉器４３と避雷器３１を垂直方向で筐体１の奥行き方向に並設し、筐体１内の上部側内に、固体絶縁の２つ母線２５を筐体１の奥行き方向に並設し、この母線２５と真空開閉器６における遮断器４の高電圧電極１０との間に、２つ母線２５のいずれか一方を高電圧電極１０に接続する断路器５０を設けて構成されている。

断路器５０は各母線２５にそれぞれ接続した各固定子５１，５１と、これらの固定子５１，５１に共通の可動子５２を備えている。可動子５２は、操作器５３のねじ状の絶縁ロッド５４に係合しており、ねじ状の絶縁ロッド５４の回転により、図面上、左右方向に移動する。図は断路器４８が共に開極時を示しており、この状態で、可動子５２が右方向に順次移動すると、図面上、左側の母線２５と真空開閉器６における遮断器４の高電圧電極１０とを接続するように閉極し、更に、右方向の移動により、左側の母線２５と真空開閉器６における遮断器４の高電圧電極１０との接続を断つように開極し、更に、右方向の移動により、右側の母線２５と真空開閉器６における遮断器４の高電圧電極１０とを接続するように閉極する。

この実施の形態によれば、２つの母線を有する系統に適合する小形かつ低コストであり、環境調和の良好な開閉装置を提供することができる。

図７は、本発明の開閉装置の第４の実施の形態を示すもので、この図６において、図１及び図６と同符号のものは同一部分もしくは相当する部分であるので、その説明は省略する。
この実施の形態は、筐体１内の下部側に、母線２５を垂直で筐体１の奥行き方向に並設し、その上方に、真空開閉器６と真空接地開閉器４３の可動電極が上部になるように垂直で筐体１の奥行き方向に並設し、筐体１の下部空間に計測用の電圧器５５を設置してある。また、母線２５とライン間の絶縁信頼性を高めながら筐体１の小形化を可能とするために、母線２５と真空開閉器６との間に絶縁バリア５６を配置してある。

また、真空開閉器６の絶縁操作ロッド１８は、その自重及び真空容器との差圧により、固定電極に接触する方向に力が加わるため、操作器２３が必要とする接触圧力を軽減できる構成となっている。接地開閉器４３においても同様である。筐体１内には、前述したように真空開閉器６と真空接地開閉器４３と母線２５を収納すると共に、大気圧以上の絶縁ガスが封入されている。

母線２５の外表面は固体絶縁物で覆うことにより、母線２５の相間及び計測用の電圧器の接地場所との間を短くすることができる。なお、絶縁ガスに替わってシリコーン液や直物油などの分解性のある絶縁性の液体を使用しても同様な効果が期待できる。

この第６の実施の形態におれば、計測器の一体化が可能で小形かつ低コストであり、環境調和の良好な開閉装置を提供することができる。

本発明の開閉装置の第１の実施の形態を示す縦断面図である。図１に示す本発明の開閉装置の第１の実施の形態に用いた真空開閉器の一例を示す縦断面図である。本発明の開閉装置の第２の実施の形態を示す縦断面図である。本発明の開閉装置の第３の実施の形態を示す縦断面図である。本発明の開閉装置の第４の実施の形態を示す縦断面図である。本発明の開閉装置の第５の実施の形態を示す縦断面図である。本発明の開閉装置の第６の実施の形態を示す縦断面図である。

符号の説明

１筐体
２架台
３操作箱
４遮断器
５断路器
６真空開閉器
７共通容器
８絶縁筒
９絶縁筒
１０高圧電極
１１高圧電極
１２固定側導体
１３固定側導体
１４可動側導体
１５可動側導体
１６接続導体
１７絶縁体
１８絶縁操作ロッド
１９ベローズ
２２絶縁支柱
２３操作器
２４絶縁接続部
２５母線
２６ケーブルヘッド
２７ケーブル
２８変流器
２９真空接地開閉器
３０操作器
３１避雷器
３２絶縁モールド

Claims

接地された筐体内に、遮断器及び断路器を備えた開閉装置において、前記筐体内に絶縁性ガスを大気圧以上に封入し、前記筐体内に、遮断器と断路器とを同一真空容器内に並設して収納してなる真空開閉器を、その接点の可動方向が水平となるように絶縁支柱を介して配設し、前記真空開閉器における遮断器の固定電極側に接続する真空接地開閉器を、前記真空開閉器に並設したことを特徴とする開閉装置。
接地された筐体内に、遮断器及び断路器を備えた開閉装置において、前記筐体内に絶縁性ガスを大気圧以上に封入し、前記筐体内に、遮断器と断路器とを同一真空容器内に並設して収納してなる真空開閉器を、その接点の可動方向が垂直となるように絶縁支柱を介して配設し、前記真空開閉器における遮断器の固定電極側に接続する真空接地開閉器を、前記真空開閉器に並設したことを特徴とする開閉装置。
請求項１又は２に記載の開閉装置において、前記真空開閉器における断路器の固定電極側に接続する避雷器を、前記真空開閉器に並設したことを特徴とする開閉装置。
請求項１乃至３のいずれかに記載の開閉装置において、前記真空開閉器は、１つの操作器に直動的に連結されていることを特徴とする開閉装置。
請求項１乃至３のいずれかに記載の開閉装置において、前記真空開閉器は、１つの操作器とレバーとに連結されていることを特徴とする開閉装置。