JP4781178B2 - 電力用開閉装置 - Google Patents

Description

この発明は、電力用開閉装置、特に、発電主回路開閉器における通電部分の放熱構造に関するものである。

従来技術においては、内部導体を取り囲む外部導体の斜面部分に冷却フィンが取り付けられている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１における図１は、発電主回路開閉器の垂直断面を模式的に示したものである。管状の内部導体と、この内部導体に対して容器として取り囲んでいる外部導体を有する。容器は一つの底部分と二つの側面部分および一つの蓋を有しており、蓋は二つの斜面を有し、この斜面部分に冷却フィンが配置されている。冷却フィンは蓋と溶接等により結合されており、蓋に流れる電流が冷却フィンにも流れるようになっている。また蓋は、容器の一つの底部分と二つの側面部分と比べて内部導体から最も離れた位置にあり、蓋を流れる電流は容器全体を流れる電流と比べると小さく、抵抗損による発熱が小さい部分である。冷却フィンはこのような部分に取り付けられている。

特開２００５−３２７２７号公報（４−７頁、図１）

従来技術における構成を持つ発電主回路開閉器においては、容器としての外部導体を構成する蓋の斜面部分に、その斜面部分を構成する構造体の一部として冷却フィンを設けているため、取り付け面積を大きく取れない点が検討課題となる。

この発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、内部導体を取り囲む外部導体の上部を形成する外部導体の水平延在部分における放熱を有効に利用して、装置内部の発熱を外部へ的確に放熱でき、小形化と低コスト化を達成できる電力用開閉装置を提供することを目的とする。

この発明に係る電力用開閉装置では、通電を行う内部導体を取り囲んで収納し前記内部導体との電気的絶縁を気体により行う外部導体を備え、前記外部導体には前記内部導体に流れる電流と逆方向に電流が流れるように構成された電力用開閉装置において、複数の冷却フィン部片を有する冷却フィン構成体が前記外部導体の上部に前記外部導体の水平延在部分と熱的に結合して固着されるようにしたものであって、前記冷却フィン構成体は、前記外部導体の外面あるいは内面の少なくともいずれか一方に固着され、しかも、前記冷却フィン構成体と前記外部導体とは電気的に接続される１点を除いて電気的に絶縁されるものである。

この発明によれば、内部導体を取り囲む外部導体の上部を形成する外部導体の水平延在部分における放熱を有効に利用して、装置内部の発熱を外部へ的確に放熱でき、小形化と低コスト化を達成できるとともに、冷却フィン構成体への電流流通を阻止しつつ冷却フィン構成体を外部導体と同じ電位に保持できる電力用開閉装置を提供することができる。

実施の形態１．
この発明による実施の形態１を図１および図２について説明する。図１は実施の形態１における発電主回路開閉器１の全体構成を示す側面図である。図２は実施の形態１における発電主回路開閉器１の１相分の構成を示す平面図および垂直断面図である。図２（ａ）は平面図を示し、図２（ｂ）は図１のII（ｂ）−II（ｂ）線における断面図を示している。

図１において、発電主回路開閉器１は電流遮断作用を行う遮断部ＣＢと断路作用を行う断路部ＤＳとによって構成され、遮断部ＣＢと断路部ＤＳとを電気的に直列接続する内部導体２と、内部導体２ならびに遮断部ＣＢおよび断路部ＤＳを囲む容器としての外部導体３が設けられる。外部導体３の上部には冷却フィン構成体７が設けられている。

図２において、発電主回路開閉器１の閉路状態において通電を行う管状の内部導体２が設けられ、この内部導体２に対して容器として構成される外部導体３が内部導体２を取り囲んでおり、電流は図の矢印方向に流れ、外部導体３には内部導体２に流れる電流と逆方向に電流が流れる。容器としての外部導体３は一つの底部分４と二つの側面部分５および一つの蓋６によって構成されており、内部導体２から容器としての外部導体３の各部への距離はほぼ等距離にある。内部導体２と外部導体３との電気的絶縁は容器としての外部導体３の内部に存在する空気により気体絶縁として行われる。
冷却フィン構成体７は、長手方向に延在する短冊状の板材からなる冷却フィン部片７ａを平板状のベースプレート部材９上に突出して溶接あるいは鋳造等で一体に形成することにより構成されている。
冷却フィン構成体７は、蓋６の上部（外面）に配置され、すなわち容器として構成される外部導体３の上部における外部導体３の水平延在部分を形成する蓋６に外部導体３と熱的に結合して装着状態で固着される。冷却フィン構成体７が外部導体３の水平延在部分を形成する蓋６に装着状態で固着されることにより、内部導体２からの放熱が蓄積される外部導体３の上部における外部導体３の水平延在部分を形成する蓋６からの放熱を効果的に行うことができる。また、冷却フィン構成体７が外部導体３の水平延在部分を形成する蓋６に装着状態で固着されており、外部導体３の一部を構成するものではないので、外部導体３そのものは構造的に変更を加える必要がなく容易に冷却フィン構成体７の取り付けを行うことができる。そして、冷却フィン構成体７が装着状態で固着されるのは外部導体３の水平延在部分を形成する蓋６であり、斜面等に取り付けるものに比べて取付面積を大きくとることができ、冷却を確実に行うことができる。
ベースプレート部材９と冷却フィン部片７ａとにより構成される冷却フィン構成体７のベースプレート部材９の下面には被膜状の電気絶縁材８が被着状態で固着して形成され、冷却フィン構成体７が蓋６に装着状態で固着されることにより、電気絶縁材８が冷却フィン構成体７のベースプレート部材９との間に介在し冷却フィン構成体７と蓋６とを電気的に絶縁するものである。
冷却フィン構成体７と蓋６との間には電気絶縁性の極めて薄い電気絶縁材８を介在させるようにしており、容器としての外部導体３を流れている電流が冷却フィン構成体７に流れることはない。
ただし、冷却フィン構成体７に電流は流したくないが電位的に接地電位としておきたい場合があり、その場合は冷却フィン構成体７と接地電位に保持されている容器としての外部導体３は図示しない１点において電気的に接続されている。
ここで、冷却フィン構成体７における冷却フィン部片７ａは、容器としての外部導体３を構成する蓋６の上面に装着状態で固着されたベースプレート部材９から上方へ突出する。冷却フィン構成体７は外部導体３の水平延在部分としての蓋６の上面に装着状態で固着され、容器を構成する外部導体３からの放熱を的確に行うものである。

なお、電気絶縁材８を介在させたことにより、容器としての外部導体３から冷却フィン構成体７への伝熱が阻害されることが懸念されるが、冷却フィン部片７ａの大きさと比べて電気絶縁材８は極めて薄い層で構成されており、冷却フィン部片７ａを含めた冷却フィン構成体７による熱伝導に与える影響はそれ程大きくない。
このことは、以下の試算からも確認できる。フィン部片７ａの長さが５０ｍｍ程度であり、電気絶縁材８の厚さが０．１ｍｍ程度であるものとする。フィン部片７ａの材質をアルミとすればその熱伝導率は１００〜２００Ｗ／m・k 程度であり、電気絶縁材８として熱伝導性接着剤を用いることによってその熱伝導率は２Ｗ／m・k 程度となる。熱伝導による部材の熱通過率＝熱伝導率÷通過長さであり、この値が大きいほど熱伝導性が良いことになる。フィンの熱通過率は１００÷５０＝２であって、電気絶縁材８の熱通過率は２÷０．１＝２０であり、このように相対的に極薄い電気絶縁材８の熱通過に対する抵抗は小さいといえる。

発電主回路開閉器１の閉路状態において内部導体２に通電されると、内部導体２と外部導体３とは逆方向に電流が流れる。外部導体３に流れる電流は内部導体２の電流によって誘起され内部導体２からの距離が近いほど大きな電流が流れることになるが、この実施の形態１の場合はこれらの距離がほぼ等距離にあり、容器としての外部導体３の底部分４と側面部分５および蓋６にはほぼ同程度の電流が流れている。ただし、蓋６に取り付けられた冷却フィン構成体７は蓋６とは１点を除いて電気的に絶縁されており、冷却フィン構成体７に電流が流れることはない。内部導体２に流れる電流による発熱のために内部の空気が熱せられて容器としての外部導体３の上部に滞留する。また、蓋６自身も発熱する。これらの熱は容器としての外部導体３の内部から冷却フィン７を介して外部に放散される。
ここで、冷却フィン構成体７は、容器を構成する外部導体３にその上部平面の大きな面積部分に内部導体２との距離を最小限にして取り付けることができるため、機器全体の高さを抑えることができるとともに、内部導体２を取り囲む容器としての外部導体３の上部を形成する外部導体３の水平延在部分における放熱を有効に利用して、装置内部の発熱を外部へ確実に放熱でき、効率よく冷却することができるものであって、機器の小形化や低コスト化を達成できる。
また、冷却フィン構成体７は、容器を構成する外部導体３に電気絶縁材８を介して取り付けられ、容器としての外部導体３にのみ電流が流れ冷却フィン構成体７には電流が流れない形態となっているため、冷却フィン構成体７の位置を内部導体２に内部導体２への絶縁距離を確保する限度まで、より近付けることができて、機器全体の高さをさらに抑えることができ、より効率よく冷却することができるものであって、機器の小形化や低コスト化をさらに推進することができる。

この発明による実施の形態１によれば、発電主回路開閉器１における主回路部の内部導体２を収納し、この内部導体２との電気的絶縁を空気などの気体により行い、前記内部導体２を取り囲むように配設された外部導体３を備え、前記外部導体３には発電主回路開閉器１の閉路状態において前記内部導体２に流れる電流とは逆方向に電流が流れるように構成された発電主回路開閉器１からなる電力用開閉装置において、前記外部導体３の上部における前記外部導体３の水平延在部分を形成する蓋６に平板状のベースプレート部材９から突出して設けた複数のフィン部片７ａを有する冷却フィン構成体７が前記蓋６と熱的に結合して装着状態で固着されるようにしたので、容器としての外部導体３に格別の変更を加えることなく、内部導体２を取り囲む外部導体３の上部を形成する外部導体３の水平延在部分における放熱を有効に利用して、装置内部の発熱を外部へ確実に放熱でき、小形化と低コスト化を達成できる電力用開閉装置を提供することができる。

また、この発明による実施の形態１によれば、前項における構成において、前記冷却フィン構成体７は、前記外部導体３に電気絶縁材８からなる電気絶縁性部材を介して取り付けられたことを特徴とするので、容器としての外部導体３に格別の変更を加えることなく、内部導体２を取り囲む外部導体３の上部を形成する外部導体３の水平延在部分における放熱を有効に利用して、装置内部の発熱を外部へ確実に放熱できるとともに、冷却フィン構成体７への電流流通を阻止でき、小形化と低コスト化をより的確に達成できる電力用開閉装置を提供することができる。

実施の形態２．
この発明による実施の形態２を図３について説明する。図３はこの発明の第２の実施の形態を示すもので、発電主回路開閉器１の１相分の平面図および垂直断面図である。図３（ａ）は平面図を示し、図３（ｂ）は垂直断面図を示している。
この実施の形態２において、ここで説明する特有の構成以外の構成については、先に説明した実施の形態１における構成と同一の構成内容を具備し、同様の作用を奏するものである。図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

図３において、長手方向に延在する短冊状の板材からなる複数の冷却フィン部片７ａは桁部材１０によって互いに連結され、各冷却フィン部片７ａが桁部材１０による結合によって井桁状の冷却フィン構成体７として構成されている。
冷却フィン部片７ａは実施の形態１ではベースプレート部材９（図１参照）と一体となっていたが、この実施の形態２ではベースプレート部材はなく井桁状になった冷却フィン構成体７が、蓋６の上部（外面）に配置され、すなわち容器として構成される外部導体３の上部における外部導体３の水平延在部分を形成する蓋６に外部導体３と熱的に結合して装着状態で固着されている。冷却フィン７と蓋６との間には電気絶縁性の、極めて薄い電気絶縁材８を介在させるようにしており、これらについては実施の形態１と同様である。ただし、電気絶縁材８は冷却フィン構成体７と蓋６との間のみに存在することになり、冷却フィン構成体７と同じ井桁状で構成されることになる。
なお、この実施の形態２のような冷却フィン構成体７としたことにより、熱伝導上熱抵抗となるベースプレート部材がなくなったことや電気絶縁材８の面積が減ったことにより、全体として熱通過率を大きくすることができる。

この発明による実施の形態２によれば、通電を行う内部導体２を取り囲んで収納し前記内部導体２との電気的絶縁を気体により行う外部導体３を備え、前記外部導体３には前記内部導体２に流れる電流と逆方向に電流が流れるように構成された電力用開閉装置において、冷却フィン構成体７が前記外部導体３の上部に前記外部導体３の水平延在部分と熱的に結合して取り付けられるようにし、かつ、前記冷却フィン構成体７として、冷却フィン部片７ａが桁部材１０により連結して井桁状に組み付けられ、その冷却フィン構成体７が前記外部導体３に装着状態で固着されて取り付けられるようにしたので、容器としての外部導体３に格別の変更を加えることなく、内部導体２を取り囲む外部導体３の上部を形成する外部導体３の水平延在部分における放熱を有効に利用して、装置内部の発熱を外部へ確実に放熱できるとともに、冷却フィン構成体７の部分における熱通過率を大きくして冷却を的確に行え、小形化と低コスト化を推進できる電力用開閉装置を提供することができる。

実施の形態３．
この発明による実施の形態３を図４について説明する。図４はこの発明による実施の形態３を示すもので、発電主回路開閉器１の１相分の垂直断面図である。
この実施の形態３において、ここで説明する特有の構成以外の構成については、先に説明した実施の形態１または実施の形態２における構成と同一の構成内容を具備し、同様の作用を奏するものである。図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

この実施の形態３では、冷却フィン構成体７は容器としての外部導体３の水平延在部分を構成する蓋６の内面に装着状態で固着されている。冷却フィン部片７ａは外部導体３の水平延在部分を構成する蓋６に装着状態で固着されたベースプレート部材９から容器としての外部導体３の内方へ内部導体２へ向かい下方に突出している。この場合、内部導体２から冷却フィン部片７ａ先端までの距離が他の部位までの距離に比べて短くなるため、スペーサ１１によって蓋６を上方に持ち上げて、内部導体２からの絶縁距離を保っている。
また、容器３内では内部導体２に流れる電流によって磁界が発生し、この磁界によって冷却フィン構成体７のベースプレート部材９に渦電流が流れる心配がある。これを防ぐためにベースプレート部材９はスリット１２で複数個に細分化されていて、接地されている以外は互いに電流が流れるような電気的接続はなされていない。これによって渦電流を抑えることができる。
この実施の形態３のように容器３内面に冷却フィンを設置しても内部導体２を冷却するという意味では、容器３外面に付けた場合とで何ら冷却性能は変ることはない。

そして、この実施の形態３では、容器を構成する外部導体３の内面に冷却フィン構成体７を設けるものについて述べたが、容器としての外部導体３の内面に冷却フィン構成体７を装着状態で固着して設けるとともに、容器としての外部導体３の外面に冷却フィン構成体７を装着状態で固着することにより設けて、この実施の形態３における構成と実施の形態１または実施の形態２における構成とを組み合わせた形態としてもよい。
すなわち、容器としての外部導体３の上部における蓋６からなる外部導体３の水平延在部分に、その内面および外面の少なくとも一方へ冷却フィン構成体７を装着状態で固着して設けることができる。

この発明による実施の形態３によれば、発電主回路開閉器１における主回路部の内部導体２を収納し、この内部導体２との電気的絶縁を空気などの気体により行い、前記内部導体２を取り囲むように配設された外部導体３を備え、前記外部導体３には前記内部導体２が閉路状態において流れる電流とは逆方向に電流が流れるように構成された発電主回路開閉器１からなる電力用開閉装置において、前記外部導体３の上部における前記外部導体３の水平延在部分を形成する蓋６に平板状のベースプレート部材９から突出して設けた複数のフィン部片７ａを有する冷却フィン構成体７が前記外部導体３の水平延在部分を形成する蓋６に前記ベースプレート部材９を接合し前記蓋６と熱的に結合して装着状態で固着されるようにするとともに、前記ベースプレート部材９がスリット１２によって細分化されるようにしたので、内部導体２を取り囲む外部導体３の上部を形成する外部導体３の水平延在部分における放熱を有効に利用して、装置内部の発熱を外部へ確実に放熱できるとともに、冷却フィン構成体７に流れる電流を有効に阻止でき、冷却フィン構成体７を内部導体２への絶縁距離を確保する限度まで近付けることができて、小形化と低コストを推進できる電力用開閉装置を提供することができる。

また、この発明による実施の形態３によれば、発電主回路開閉器１における主回路部の内部導体２を収納し、この内部導体２との電気的絶縁を空気などの気体により行い、前記内部導体２を取り囲むように配設された外部導体３を備え、前記外部導体３には前記内部導体２が閉路状態において流れる電流とは逆方向に電流が流れるように構成された発電主回路開閉器１からなる電力用開閉装置において、前記外部導体３の上部に複数のフィン部片７ａを有する冷却フィン構成体７が前記外部導体３の蓋６からなる水平延在部分と熱的に結合して装着状態で固着して設けられ、しかも、前記冷却フィン構成体７は、前記外部導体３の外面あるいは内面の少なくともいずれか一方に取り付けられたことを特徴とするので、内部導体２を取り囲む外部導体３の上部を形成する外部導体３の水平延在部分における放熱を有効に利用して、装置内部の発熱を外部へ確実に放熱できるとともに、冷却フィン構成体７を外部導体３の外面あるいは内面の少なくともいずれか一方において適切に配置でき、小形化と低コスト化を達成できる電力用開閉装置を提供することができる。

この発明による実施の形態１における発電主回路開閉器の全体構成を示す側面図である。 この発明による実施の形態１における発電主回路開閉器の構成を示す平面図および垂直断面図である。 この発明による実施の形態２における発電主回路開閉器の構成を示す平面図および垂直断面図である。 この発明による実施の形態３における発電主回路開閉器の構成を示す垂直断面図である。

符号の説明

１ 発電主回路開閉器、２ 内部導体、３ 容器を構成する外部導体、４ 底部分、５ 側面部分、６ 蓋、７ 冷却フィン構成体、７ａ 冷却フィン部片、８ 電気絶縁材、９ ベースプレート部材、１０ 桁部材、１１ スペーサ、１２ スリット。

Claims (4)

1. 通電を行う内部導体を取り囲んで収納し前記内部導体との電気的絶縁を気体により行う外部導体を備え、前記外部導体には前記内部導体に流れる電流と逆方向に電流が流れるように構成された電力用開閉装置において、複数の冷却フィン部片を有する冷却フィン構成体が前記外部導体の上部に前記外部導体の水平延在部分と熱的に結合して固着されるようにしたものであって、前記冷却フィン構成体は、前記外部導体の外面あるいは内面の少なくともいずれか一方に固着され、しかも、前記冷却フィン構成体と前記外部導体とは電気的に接続される１点を除いて電気的に絶縁されることを特徴とする電力用開閉装置。
2. 前記冷却フィン構成体は、前記外部導体に電気絶縁性部材を介して固着されるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の電力用開閉装置。
3. 前記冷却フィン構成体として、冷却フィン部片が桁部材により連結して井桁状に組み付けられ、前記外部導体に固着されるようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電力用開閉装置。
4. 前記冷却フィン構成体として、ベースプレート部材に冷却フィン部片が設けられ、前記ベースプレート部材が前記外部導体に固着されるようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電力用開閉装置。

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