JP4712609B2 - 開閉装置 - Google Patents

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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、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、第の発明は、第又は第の発明において、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、第の発明は、第乃至第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、第の発明は、第乃至第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 (5)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 請求項又は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。
  4. 請求項乃至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。
  5. 請求項乃至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。
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