JP4811331B2 - 開閉装置 - Google Patents

Description

本発明は開閉装置に係り、特に、複数の遮断部を金属製非接地真空容器内に備えているものに好適な開閉装置に関するものである。

従来の開閉装置の一例として、直列接続された２対の遮断部を同時に開極して電流を遮断する２点切り真空遮断器がある。この開閉装置は、金属製の真空容器内に２対の遮断部を平行に配置している。遮断部の固定電極は、絶縁筒を介して真空容器に支持され、２対の可動電極は、真空容器内で接続導体により接続されている。接続導体は、真空容器内で絶縁物を介して操作棒に連結されている。操作棒と真空容器との間は、絶縁筒を介して真空容器に取り付けられた封止手段により封止されている。前記遮断部の固定電極側には、外部回路と電気的に接続するための２つの回路端子、すなわち母線側端子と負荷側端子を備えている。また、金属製非接地真空容器の周囲は、絶縁物モールドで覆われている。（例えば、特許文献１参照。）

特開２００５−１０８７６６号公報

上述した従来の開閉装置では、絶縁物モールドの外周に帯電を防止するための接地層が設けられるが、この接地層と金属製非接地真空容器との距離が短く、さらに、絶縁物モールドが介在するため、金属製非接地真空容器と接地層との間の静電容量が大きくなる。その結果、金属製非接地真空容器の電位は接地電位近傍の電位に引き寄せられる。

一方、電極の開極状態において、母線側端子の電圧が１００％電位、負荷側端子の電圧が０％になっている状態を考えると、互いに電気的に接続されている可動電極及び接続導体等の電位は、それぞれの固定電極との間の静電容量分リアクタンスと、金属製非接地真空容器との間の静電容量分リアクタンスの分担によって決定されるが、前者に比べて後者が大きいため、５０％電位から外れて金属製非接地真空容器の電位、すなわち、接地電位近傍の電位に引き寄せられる。

この結果、母線側端子に接続された母線側の遮断部と負荷側端子に接続された負荷側の遮断部の電圧分担率は１：１から偏って、母線側端子に接続された母線側の遮断部がほとんどの電圧を分担するようになる。

よって、２点切りの遮断部であるにも関わらず、各遮断部での電圧分担率が大きく偏るため、その一方の遮断部への電圧ストレスが大きくなり、また、金属製非接地真空容器の電位が浮遊していることに伴う電気絶縁性能の不安定性がある。その結果、遮断性能を向上させることができないという問題があった。

本発明は、上述の事柄に基づいてなされたもので、金属製非接地真空容器の電位が浮遊
していることに伴う電気絶縁性能上の不安定性を排除し、その遮断性能を向上させること
ができる開閉装置を提供することを目的とする。

本発明の開閉装置は、上記の目的を解決するために、少なくとも２つの可動電極を、それぞれの固定電極に対して接離可能にした遮断部を有する開閉装置であって、前記遮断部を収納した金属製非接地真空容器と、前記可動電極を接続する接続導体と、前記接続導体に絶縁物を介して連結され、前記金属製非接地真空容器の外部に導出された操作ロッドと、前記操作ロッドにおける前記金属製非接地真空容器の導出部を封止する封止手段と、前記固定電極にそれぞれ連結され、前記金属製非接地真空容器の外部に導出された回路端子と、前記金属製非接地真空容器の周囲を覆う絶縁物モールドと、前記絶縁物モールドの外周を覆う接地層と、前記回路端子間にそれぞれ接続されると共に、その中間部が金属製非接地真空容器に接続され、該金属製非接地真空容器の電位を制御する電位制御手段とを備えているか、或いは前記接地層と前記金属製非接地真空容器との間に接続され、前記金属製非接地真空容器の電位を制御する電位制御手段とを備えていることを特徴とする。

本発明によれば、金属製非接地真空容器の電位を制御することによって、電気絶縁性能上の不安定性を排除することができるので、開閉装置の遮断性能を向上させることができる。

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の実施の形態の縦断面図を示すもので、この図１において、金属製非接地真空容器１内には、２つの遮断部２が配置されている。各遮断部２は、固定電極３と可動電極４とを備えている。各遮断部２は、金属製非接地真空容器１に連結する絶縁筒５内にそれぞれ位置している。各絶縁筒５内には、各遮断部２に対応してアークシールド６が設けられている。各絶縁筒５の固定電極側には、端板７が設けられている。

遮断部２の可動電極４は、それぞれ導体である可動ホルダ８に支持されている。この可動ホルダ８は、接続導体９で連結されている。接続導体９は、金属製非接地真空容器１内に位置する絶縁物１０を介して真空容器１外に導出した操作ロッド１１に連結している。操作ロッド１１は、操作器１２に連結している。金属製非接地真空容器１における操作ロッド１１の貫通部分は、ベローズ等の封止手段１３で封止されている。

遮断部２の固定電極３は、導体である固定ホルダ１４，１５にそれぞれ支持されている。固定ホルダ１４，１５は、それぞれ端版７を通して金属製非接地真空容器１の外部に導出されて、外部回路と電気的に接続するための主回路端子、即ち母線側端子と負荷側端子となる。一方側の固定ホルダ１４（母線側端子）には、この例では、交流電源１６と系統のインダクタンス１７とが接続されている。また、他方の固定ホルダ１５（負荷側端子）には、負荷１８及び中性点１９が接続されている。

一方側の固定ホルダ１４（母線側端子）と他方側の固定ホルダ１５（負荷側端子）との間には、２つのコンデンサ２０，２０が接続され、このコンデンサ２０，２０の中間部が金属製非接地真空容器１に接続されている。このコンデンサ２０，２０により、金属製非接地真空容器１に、母線側端子１４と負荷側端子１５の中間の電位を与えることができる。

前述した金属製非接地真空容器１，絶縁筒５，端板７，固定ホルダ１４，１５及びコンデンサ２０，２０の外周は、絶縁モールド部２１で覆われている。また、絶縁モールド部２１の外周面は、帯電を防止するための接地層２２で覆われている。

前述したコンデンサ２０，２０の実装状態の一例を、図２を用いて説明する。

図２は絶縁モールド部２１及び接地層２２を省略した状態で下方から絶縁筒５を見た斜視図を示すものであり、この図２において、図１の符号と同符号のものは同一部分である。

該図に示す如く、コンデンサ２０，２０は、２本の絶縁筒５の中間部から互いに逆方向やや外向きにずらして配置されており、コンデンサ２０，２０の一端は金属性非接地真空容器１に接続され、他端はリード導体２３によって端板７に接続されている。

上述した構成により、コンデンサ２０，２０を、母線側端子と負荷側端子との間及び金属製非接地真空容器１に接続するように実装することができる。また、コンデンサ２０，２０は、２本の絶縁筒５の中間部から互いに逆方向やや外向きにずらして配置したことにより、集積率を高くすることができる。

次に、上述した本発明の開閉装置の第１の実施の形態の動作を、図１及び図２を用いて説明する。

この第１の実施の形態においては、母線側端子１４には、交流電源１６と系統のインダクタンス１７とが接続され、負荷側端子１５には負荷１８が接続されている。定常状態では、両遮断部２が投入され、交流電源１６から母線側と負荷側の両遮断部２を経由して、負荷１８に電力が供給される。

このとき、母線側端子１４と負荷側端子１５の電位は同じく１００％電位（電源電圧）になるため、金属製非接地真空容器１の電位も１００％になる。

この状態で、負荷側端子１５と負荷１８の間で地絡Ａが発生すると、事故電流が交流電源１６から地絡Ａの発生点に向かって流れる。これにより、母線側端子１４と負荷側端子１５の電位は略０％電位（接地電位）に低下する。

ここで、保護リレーによって事故電流を検出して、両遮断部２を開極すると、電流零点で事故電流が遮断され、母線側端子１４の電位は１００％に跳ね上がり、負荷側端子１５の電位は略０％にとどまる。このとき、金属製非接地真空容器１の電位は、母線側端子１４と負荷側端子１５の電位差をコンデンサ２０で分担した５０％電位になる。

一方、互いに電気的に接続されている可動ホルダ８，接続導体９，可動電極４の電位は、それぞれの固定電極３との間の静電容量分リアクタンスと、金属製非接地真空容器１との間の静電容量分リアクタンスの分担によって決定されるが、前者に比べて後者が大きいため、金属製非接地真空容器１の電位は、５０％電位に引き寄せられて電気絶縁性能上の不安定性が排除される。

この結果、母線側端子１４に接続された母線側の遮断部２と負荷側端子１５に接続された負荷側の遮断部２の電圧分担率は、ほぼ１：１になり、各遮断部に課せられる電圧ストレスが低減されるため、遮断部２での遮断性能を向上させることができる。

上述した本発明の第１の実施の形態によれば、金属製非接地真空容器１にコンデンサ２０を接続することによって、その電位を制御することができるので、電気絶縁性能上の不安定性を排除することができる。その結果、遮断部２の遮断性能を向上させることができる。

また、複数の遮断部２の電圧分担率が改善されるので、各遮断部２に課せられる電圧ストレスが低減する。その結果、遮断部２の接点間ギャップを短縮できるため、開閉装置を小形化できるという利点がある。更に、遮断部２の可動側遮断速度の低減が可能になるため、低コスト化できるという利点もある。

なお、金属製非接地真空容器１の電位を制御することによって、電気絶縁性能上の不安定性を排除できるという利点もある。

図３は、本発明の開閉装置の第２の実施の形態の縦断面図を示すもので、この図３において、図１の符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明を省略する。

この実施の形態は、回路端子間、即ち母線側端子１４と負荷側端子１５との間に、コンデンサ２０Ａと抵抗体２０Ｂとを並列に接続して構成したものである。

この実施の形態においても、前述した本発明の第１の実施の形態と同様の効果を得られる。また、コンデンサ２０Ａと抵抗体２０Ｂの時定数を適当に設定すると、金属製非接地真空容器１の電位を制御できる周波数領域を低周波領域まで拡張することが可能になる。

図４は、本発明の開閉装置の第３の実施の形態の縦断面図を示すもので、この図４にお
いて、図１の符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。

この実施の形態では、回路端子間、即ち母線側端子１４と負荷側端子１５との間に、２つの非直線抵抗体２０Ｃ，２０Ｃが接続され、この非直線抵抗体２０Ｃ，２０Ｃの中間部が金属製非接地真空容器１に接続されている。

この実施の形態によれば、各遮断部２に印加される電圧ストレスが、非直線抵抗体２０Ｃ，２０Ｃの動作電圧を超えることはないため、一方の遮断部２の接点間の絶縁破壊に引き続いて他方の遮断部２の絶縁破壊が誘発され、最終的に同相の回路端子間の絶縁破壊に進展するのを防止でき、前述した実施の形態と同様な効果を得ることができる。

図５は、本発明の開閉装置の第４の実施の形態の縦断面図を示すもので、この図５において、図１の符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。

この実施の形態は、金属製非接地真空容器１と接地層２２との間に、非直線抵抗体２０Ｄを接続している。

この実施の形態では、金属性非接地真空容器１の対地電位が、単極性電圧の連続印加などの原因によって帯電上昇しても、非直線抵抗体２０Ｄの動作電圧よりも高くならない。つまり、非直線抵抗体２０Ｄは、前記金属製非接地真空容器１の電位を一定の値以下に制限することになる。その結果、耐電圧性能が安定する。また、前述した実施の形態と同様に、開閉装置の小形化及び低コスト化を可能にできるという利点もある。

図６は、本発明の開閉装置の第５の実施の形態の縦断面図を示すもので、この図６において、図１の符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。

この実施の形態は、金属製非接地真空容器１と接地層２２との間に、前記金属製非接地真空容器１の電位を漸減させる直線抵抗体２０Ｅを接続したものである。

この実施の形態によれば、金属性非接地真空容器１の対地電位が単極性電圧の連続印加などの原因によって帯電上昇しても、金属性非接地真空容器１と接地層２２の間の静電容量と、直線抵抗体２０Ｅの抵抗値から決定される時定数で、金属性非接地真空容器１が接地電位に回復するため、耐電圧性能が安定する。また、前述した実施の形態と同様に、開閉装置の小形化及び低コスト化を可能にできるという利点もある。更に、上述した第４の実施の形態に比べて、安価に金属製非接地真空容器１の電圧を制御できるという特徴もある。

図７は、本発明の開閉装置の第６の実施の形態の縦断面図を示すもので、この図７において、図１の符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。

この実施の形態は、前述した回路端子である母線側端子１４と負荷側端子１５との間に、その中間部が金属製非接地真空容器１に接続された２つのコンデンサ，直線抵抗体、或いは非直線抵抗体２０Ｆ，２０Ｆの何れかを接続し、前述した金属製非接地真空容器１と接地層２２との間に、抵抗体２０Ｇを接続して構成したものである。

この実施の形態においても、前述した実施の形態と同様な効果を得ることができる。

なお、上述の実施の形態においては、コンデンサ，直線抵抗体、或いは非直線抵抗体２０Ｆ，２０Ｆ，抵抗体２０Ｇを絶縁モールド部２１内に入れ込むようにしたが、これらを絶縁モールド部２１から外部に引き出して、外付け形式に配置することも可能である。

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の実施の形態における絶縁モールド部及び接地層を省略した状態で下方から絶縁筒を見た斜視図である。 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 金属製非接地真空容器
２ 遮断部
３ 固定電極
４ 可動電極
５ 絶縁筒
６ アークシールド
７ 端板
８ 可動ホルダ
９ 接続導体
１０ 絶縁物
１１ 操作ロッド
１２ 操作器
１３ ベローズ（封止手段）
１４ 母線側端子（固定ホルダ）
１５ 負荷側端子（固定ホルダ）
１６ 交流電源
１７ インダクタンス
１８ 負荷
１９ 中性点
２０，２０Ａ コンデンサ
２０Ｂ，２０Ｇ 抵抗体
２０Ｃ，２０Ｄ，２０Ｆ 非直線抵抗体
２１ 絶縁モールド部
２２ 接地層
２３ リード導体

Claims (9)

1. 少なくとも２つの可動電極を、それぞれの固定電極に対して接離可能にした遮断部を有する開閉装置であって、前記遮断部を収納した金属製非接地真空容器と、前記可動電極を接続する接続導体と、前記接続導体に絶縁物を介して連結され、前記金属製非接地真空容器の外部に導出された操作ロッドと、前記操作ロッドにおける前記金属製非接地真空容器の導出部を封止する封止手段と、前記固定電極にそれぞれ連結され、前記金属製非接地真空容器の外部に導出された回路端子と、前記金属製非接地真空容器の周囲を覆う絶縁物モールドと、前記絶縁物モールドの外周を覆う接地層と、前記回路端子間にそれぞれ接続されると共に、その中間部が金属製非接地真空容器に接続され、該金属製非接地真空容器の電位を制御する電位制御手段とを備えていることを特徴とする開閉装置。
2. 請求項１に記載の開閉装置において、
   前記電位制御手段は、前記金属製非接地真空容器の電位を前記回路端子間の電位に制御するコンデンサで構成されていることを特徴とする開閉装置。
3. 請求項１に記載の開閉装置において、
   前記電位制御手段は、コンデンサと抵抗体が並列に接続されて構成されていることを特徴とする開閉装置。
4. 請求項１に記載の開閉装置において、
   前記電位制御手段は、非直線抵抗体で構成されていることを特徴とする開閉装置。
5. 少なくとも２つの可動電極を、それぞれの固定電極に対して接離可能にした遮断部を有する開閉装置であって、前記遮断部を収納した金属製非接地真空容器と、前記可動電極を接続する接続導体と、前記接続導体に絶縁物を介して連結され、前記金属製非接地真空容器の外部に導出された操作ロッドと、前記操作ロッドにおける前記金属製非接地真空容器の導出部を封止する封止手段と、前記固定電極にそれぞれ連結され、前記金属製非接地真空容器の外部に導出された回路端子と、前記金属製非接地真空容器の周囲を覆う絶縁物モールドと、前記絶縁物モールドの外周を覆う接地層と、前記接地層と前記金属製非接地真空容器との間に接続され、前記金属製非接地真空容器の電位を制御する電位制御手段とを備えていることを特徴とする開閉装置。
6. 請求項５に記載の開閉装置において、
   前記電位制御手段は、前記金属製非接地真空容器の電位を一定の値以下に制限する非直線抵抗体で構成されていることを特徴とする開閉装置。
7. 請求項５に記載の開閉装置において、
   前記電位制御手段は、前記金属製非接地真空容器の電位を漸減させる直線抵抗体で構成されていることを特徴とする開閉装置。
8. 請求項５に記載の開閉装置において、
   前記回路端子間にそれぞれ接続されると共に、その中間部が金属製非接地真空容器に接続され、該金属製非接地真空容器の電位を制御する第２の電位制御手段を更に備えていることを特徴とする開閉装置。
9. 請求項８に記載の開閉装置において、
   前記第２の電位制御手段は、コンデンサ，直線抵抗体，非直線抵抗体のうちの何れか一つで構成されていることを特徴とする開閉装置。

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