JP4864084B2 - 電気的開閉装置 - Google Patents

Description

本発明は、２つの開閉器が開閉装置の閉鎖箱内に設けられ、かつ直列に電気的に接続された電気的開閉装置であって、これら開閉器が各々第１の接触子と第２の接触子を含み、各開閉器の第１の接触子と第２の接触子の少なくとも１つが可動接触子であり、これら２つの開閉器の第１の接触子が、接続手段を用いて機械的および電気的に接続され、更に、開閉器の第１の接触子が、第１の導電性シールドにより少なくとも一部取り囲まれ、又、開閉器の第２の接触子が、第２の導電性シールドにより少なくとも一部取り囲まれている電気的開閉装置に関する。

電気的開閉装置、例えば遮断器は、一般に切り離された接触子間或いは接触子と接地された開閉装置閉鎖箱のような電気的開閉装置の接地部分との間のアーク発生による絶縁破壊を避けるべく、開放位置において充分な絶縁耐力を示さねばならない。絶縁耐力を高めるため、コンデンサを電気的開閉装置の接触子間に並列に設けることが多い。所要の静電容量のためコンデンサが大きく、しかも重くなるので、この開閉装置は、充分なスペースを必要とする。例えば５００ｋｖを超えるような超高圧用途では、２つの遮断器を直列に接続し、かかる高電圧を遮断する。即ち、遮断すべき総電圧を、これら２つの開閉器に配分する必要がある。この種複室遮断器で、各遮断器は、絶縁耐力を高めるべく、各開閉器の接触子間に並列に接続したコンデンサを備えている。この種複室遮断器は、米国特許第３７８６２１６号明細書に示されている。従来技術の一部の構成は、単室遮断器（特に近距離線路故障が発生するときに、過渡電圧を低下させる）および二室遮断器（２つの室で電圧を等しく配分する）に組み入れられた固体絶縁体製のコンデンサを、絶縁目的で、これらの室の周りに設けた、例えば金属薄板製のシールドを開示している。この種開閉装置は、米国特許５７２８９８９号や欧州特許第３３５３３８号明細書に例示されている。米国特許３９５３６９３号明細書は、集積コンデンサのシールドを持つ真空開閉器を示す。これら統合コンデンサを用いて、そのような真空開閉器を直列に使用すれば、該真空開閉器間での適正な電圧配分を保証できる。集積コンデンサは又、シールドとして効果的であり、かつ、アーク生成物の拡散から保護する迷路として役立つ。この目的のため、幾つかのシールドを迷路状に設け、上記接触子を切り離す際に発生するアーク粒子と効果的に交わる迷路を形成する。迷路を形成するために、このようなシールドが多数必要となり、これは、寸法の大きい、特に直径の大きい費用のかかる設計を余儀なくする。各開閉器は、絶縁材料製の開閉器自体の閉鎖箱の中に配置される。

電気的単室開閉器の固有静電容量を大きくし、もって絶縁耐力も高めるべく、中空円筒状で、同心で、かつ部分的に重なり合った２つのシールドでできているコンデンサを、この単室開閉器と並列して使用することも、従来技術、例えば米国特許第３５４１２８４号明細書から知られている。

それ故本発明の目的は、絶縁耐力が高く、かつ開閉装置の２つの直列接続された開閉器間での電圧配分が適正な、高圧用のコンパクトな複室開閉装置を提供することである。

この目的は、第１のシールドと第２のシールドとの間にシールドコンデンサを生成すべく第１のシールドと第２のシールドを配置し、かつ第２のシールドと接続手段との間に別のコンデンサを生成すべく接続手段を部分的に取り囲む第２のシールドを配置し、更に開閉装置の好ましくは接地された閉鎖箱と接続手段の間に第２のコンデンサを形成することで達成される。このような配置構成は、開閉器の開放接触子間に生ずるコンデンサを大きくすることで、電気的開閉装置の絶縁耐力を高め、それにより、電気的開閉装置が開放位置にあるときに、絶縁破壊や放電の虞が少なくなる。絶縁耐力を高めるのに、嵩張ったコンデンサは不要なので、この開閉装置は、コンパクト設計のものであって、かつ全体寸法が小さくされ、特に閉鎖箱の直径が小さくなる。これは、開閉装置の所要スペースが更に小さくなる利点を持つことを意味している。更に、これらシールドの費用は、標準的なコンデンサと比較して少ないから、この開閉装置は、従来の開閉装置より安価である。このシールドの広い表面は放射面としても働き、このことが、開閉装置の熱性能を向上させ、更に、温度上昇試験にとっても有利である。

第２のシールドと接続手段との間に別のコンデンサを生成すべく、第２のシールドが接続手段を少なくとも一部取り囲んでいると、この開閉装置の絶縁耐力は更に高まる。該別のコンデンサは、この開閉器のシールドコンデンサおよび寄生コンデンサに並列であり、従って、この開閉器の静電容量を更に大きくする。実際、以下に述べる例により、第２のシールド１１と接続手段４との間に別のコンデンサＣ₁'''が生ずるよう、第２のシールド１１が接続手段４を少なくとも一部取り囲んでいるという事実は、本発明にとり非常に当を得たものである。何故なら、このことが、コンデンサＣ₁（Ｃ１'＋Ｃ１''＋Ｃ１'''）を大きくし、かつコンデンサＣ₂を小さくし、従って、これら２つの開閉ユニット間での電圧配分を向上させるが、一方、その電圧比がＣ₁／（Ｃ₂＋２Ｃ₁）であり、従って、その値が１／２の方に向かうからである。

特にコンパクトな設計は、上記接続手段が、少なくとも一部、可動接触子を駆動するための駆動ユニットであるときに実現できる。この結果直径の小さい非常にコンパクトな設計が可能になる。この接続手段は又、少なくとも一部、第１のシールドであってもよい。その場合、この第１のシールドは、有利な実施形態では、第１の開閉器の第１の接触子から第２の開閉器の第１の接触子迄延びる。

第２のコンデンサの静電容量と第１のコンデンサの静電容量との比率が、０．５より小さく、好ましくは０．１よりも小さく、特に０．０５よりも小さい場合には、遮断すべき総電圧を、これら２つの開閉器でほぼ等分できる。

本発明を、模範的な、しかし限定的でない図１〜３の実施例により以下に説明する。

本発明の電気的開閉装置１、例えば遮断器を図１に示す。これは、２つの開閉器２、３を収容した閉鎖箱５を含む。２つの開閉器２、３は、接続手段４を介して、端子Ｔ₁（例えば高電位）と端子Ｔ₂（例えば接地）との間に直列に接続されている。開閉動作（開動作又は閉動作）を実行するには、開閉器２と開閉器３を機械的にも電気的にも接続する接続手段４として働く駆動ユニットを用い、開閉器２と開閉器３の双方の可動接触子６（図１中の両頭矢印により示す）を同時に移動させる。駆動ユニット４は、開閉器２と３の間に配置される。駆動ユニット４は、幾つかの梃子と、この例では、図１に示すように閉鎖箱５の外側に設置された駆動機構９に駆動ユニット４を機械的に連結する駆動棒８とを含む。駆動ユニット４は、例えば周知のばね機構、油圧機構或いはモータ駆動装置等の適切な駆動機構９により駆動される。駆動棒８はそれ自体、絶縁材料からなる。駆動ユニット４は、各開閉器２、３の可動接触子６に機械的に連結されており、可動接触子６を駆動する。各開閉器２、３の第２の接触子７は、固定又は可動であって複動遮断器を形成する。しかし基本的には、他のどんな適切な駆動ユニットも、１つ又は複数の駆動ユニットの他のどんな配置構成も、同様に使用できる。例えば双方の接触子が可動接触子であることおよび／又は各開閉器が、それ自体の駆動ユニットを持つことも可能である。

開閉装置１の端子Ｔ₁と端子Ｔ₂を電気的に接続すべく、第１の開閉器２の第２の接触子７を、端子Ｔ₁、例えば高圧端子に接続する。閉位置では、開閉器２、３の第１の接触子６と第２の接触子７が接触し、かつ第１の開閉器２の第１の接触子６は、接続手段４、この例では駆動ユニットに電気的に接続しており、更に該接続手段４が第２の開閉器３の第１の接触子６に電気的に接続しており、それ故、第２の開閉器３の第２の接触子７を経て、端子Ｔ₂、例えば接地端子にも接続している。開閉器２、３の開放位置では、第１の接触子６と第２の接触子７は切り離されており、その電気的な接続を遮断している。

開閉器２、３は、開放位置で、第１の接触子６と第２の接触子７の間でのアーク発生を防止すべく、充分な絶縁耐力（即ち電気的絶縁破壊なしに、開閉装置１の最大公称電圧に耐える能力）を持たねばならない。開閉器２、３の絶縁耐力を高め、開閉装置１の更にコンパクトな設計を可能にすべく、閉鎖箱５は、例えばＳＦ₆等の絶縁ガスで満たす。従来の遮断器では、通常コンデンサを開閉器の接触子と並列に接続し、もって、周知の如くこの開閉器の絶縁耐力を更に高めていた。

以下の説明では、開閉装置１の開閉器２と開閉器３が対称配置である故、開閉器２、３のうちの唯一の開閉器を参照して述べる。

第１の接触子６は、第１のシールド１０により部分的に取り囲まれている。第１のシールド１０は、導電性材料からなり、かつ第１の接触子６に電気的に接続され、それ故接続手段４（この例では駆動ユニット）にも接続されている。その結果、第１のシールド１０は、第１の接触子６と同一の電位を持つ。導電性の第２のシールド１１は、閉鎖箱５内に配置され、第２の接触子７に電気的に接続され、従って第２の接触子７と同一の電位を持ち、かつ第１の接触子６と第１のシールド１０を少なくとも部分的に取り囲む。第２のシールド１１は、接続手段４、ここでは図１に示す駆動ユニットを少なくとも部分的に取り囲んでいる。但し、例えば第１の開閉器２の第１の接触子６から第２の開閉器３の第１の接触子６迄延びる唯一のシールド１０を形成すれば、第１のシールド１０それ自体を、少なくとも一部接続手段４とすることも可能である。この際、開閉器２と開閉器３の間の電気的接続は、シールド１０により少なくとも一部形成できる。

シールド１０、１１を配置したため、図２に示す如く、寄生コンデンサが生ずる。第１の接触子６（この例では可動接触子）と第２の接触子７（この例では固定接触子）の間、即ち２つの開放された接触子６、７間に、寄生コンデンサＣ₁'が生ずる。第１のシールド１０と第１のシールド１１の間に、シールドコンデンサＣ₁''が生じ、かつ第２のシールド１１と、接続手段４、例えば駆動ユニットとの間に、コンデンサＣ₁'''が生ずる。これら３つのコンデンサは並列に接続されるから、該コンデンサが合体し、第１のコンデンサＣ₁＝Ｃ₁'＋Ｃ₁''＋Ｃ₁'''になる。それ故第１の開閉器２の寄生静電容量が大きくなり、よって、開放された第１の開閉器２の絶縁耐力も高まる。第１のシールド１０と第２のシールド１１が長くなればなる程、コンデンサＣ₁''の静電容量が大きくなる。同様に第２のシールド１１が接続手段４上に延び出る部分が長ければ長い程、コンデンサＣ₁'''の静電容量が大きくなる。開閉装置１のコンパクトな設計が要望されるから、第１のシールド１０と第２のシールド１１を互いに、できるだけ近接配置するとよく、その最小距離は、基本的に、開閉装置１の最大電圧と、コンデンサＣ₁およびコンデンサＣ₂において絶縁体として働く閉鎖箱５内の媒体（例えばＳＦ₆）とで定まる。

更に、接地した閉鎖箱５と、開閉器２、３の第１の接触子６と同一の電位を持つ接続手段４、例えば駆動ユニットとの間に、第２のコンデンサＣ₂が生ずる。第２のシールド１１が接続手段４の上に延び出る部分が長ければ長い程、かつ接続手段４が短ければ短い程、第２のコンデンサＣ₂の静電容量は小さくなる。

その結果、開閉器２と開閉器３の間に生じる電位は、図３に示す電気的開閉装置１の等価回路図から容易に得られる。この閉じた開閉器は、図３には示さない。基本的な物理的関係を使用すれば、中間電圧Ｕ_M（即ち、第１の接触子６と端子Ｔ₂との間の電圧）を、Ｕ_M＝Ｃ₁／（Ｃ₂＋２Ｃ₁）×Ｕとして求め得る。ここで、Ｕは端子Ｔ₁とＴ₂の間の電圧である。この式から、Ｃ₁＞＞Ｃ₂の場合、中間電圧Ｕ_Mは、ほぼＵ／２であると推測できる。それ故、コンデンサＣ₁の静電容量をできるだけ大きくし、かつコンデンサＣ₂の静電容量をできるだけ小さくすれば、開閉器２と開閉器３を直列に接続することで、遮断すべき総電圧を、ほぼ等分できる。

一例では、第１のコンデンサＣ₁の静電容量が２５０ｐＦであり、又接地した閉鎖箱５に対する第２のコンデンサＣ₂の静電容量が２０ｐＦであるように、開閉器２、３およびシールド１０、１１の幾何形状（例えば長さと距離）を選択し得る。この結果、中間電圧Ｕ_M＝０．４８×Ｕが得られる。この式は、開閉器２と開閉器３が、両方ともほぼ同一の電圧を遮断することを意味している。

一般的に言えば、適正な電圧配分を達成すべく、Ｃ₂は０．５×Ｃ₁より小さく、好適には０．１×Ｃ₁より小さく、特に０．０５×Ｃ₁より小さくなければならない。

以上の説明から、結論として、第２のシールド１１をできるだけ長くし、特に第２のシールド１１を、接続手段４の上に更に突出させると、Ｃ₁''とＣ₁'''（それ故Ｃ₁も）が大きく、かつＣ₂が小さくなることになるから、この方策は有効である。

本発明の一実施形態による電気的開閉装置の略図である。 本発明により生成されたコンデンサの略図である。 電気的開閉装置の回路図である。

符号の説明

１ 電気的開閉装置、２、３ 開閉器、４ 接続手段、５ 閉鎖箱、６、７ 接触子、１０、１１ 導電性シールド

Claims (5)

1. 第１および第２の２つの開閉器（２、３）が開閉装置の閉鎖箱（５）内に設けられ、かつ直列に電気的に接続された電気的開閉装置であって、
   前記開閉器（２、３）が各々、接触状態を切換え可能に設けられた第１の接触子（６）と第２の接触子（７）とを含み、当該各開閉器（２、３）における前記第１の接触子（６）と前記第２の接触子（７）とのうちの少なくとも前記第１の接触子（６）が可動接触子（６）であり、かつ前記２つの開閉器（２、３）の第１の接触子（６）が互いに、接続手段（４）を介して機械的および電気的に接続されており、
   前記第１の接触子（６）は、第１の導電性シールド（１０）によって少なくともその一部分を取り囲まれており、前記第２の接触子（７）は、第２の導電性シールド（１１）によって少なくともその一部分を取り囲まれているが、前記第１の導電性シールド（１０）には取り囲まれておらず、
   前記第１の導電性シールド（１０）は、前記第１の接触子（６）に電気的に接続されており、前記第２の導電性シールド（１１）は、前記第２の接触子（７）に電気的に接続されていると共に、前記第１の導電性シールド（１０）の少なくとも一部分を非接触で取り囲んでいて、前記第１の導電性シールド（１０）と前記第２の導電性シールド（１１）とを互いに離間して対向配置された両電極として含んでなるシールドコンデンサ（Ｃ1''）が生成されており、かつ
   前記第２の導電性シールド（１１）は、前記接続手段（４）の表面の少なくとも一部分を非接触で取り囲んでいて、前記第２の導電性シールド（１１）と前記接続手段（４）の表面とを互いに離間して対向配置された両電極として含んでなる、別のコンデンサ（Ｃ1'''）が生成されており、
   前記電気的開閉装置（１）の閉鎖箱（５）が、接地された閉鎖箱（５）であり、当該閉鎖箱（５）と前記接続手段（４）との間に、第２のコンデンサ（Ｃ2）が生成されている
   ことを特徴とする電気的開閉装置。
2. 前記接続手段（４）は、前記可動接触子（６）を駆動する駆動ユニットによって少なくともその一部分が形成されたものである
   ことを特徴とする請求項１記載の電気的開閉装置。
3. 前記接続手段（４）は、その表面の少なくとも一部分が、前記第１の導電性シールド（１０）の表面によって形成されたものである
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の電気的開閉装置。
4. 前記第１の導電性シールド（１０）は、前記第１の開閉器（２）の第１の接触子（６）から前記第２の開閉器（３）の第１の接触子（６）まで連続して延びてそれらを取り囲むように形成されたものである
   ことを特徴とする請求項３記載の電気的開閉装置。
5. 前記第２のコンデンサ（Ｃ₂）の静電容量値の、前記第１のコンデンサ（Ｃ₁）の静電容量値に対する比率が、0.5よりも小さい（つまりＣ ₂ ＜0.5Ｃ ₁ ）
   ことを特徴とする請求項１から４の１つに記載の電気的開閉装置。

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