JP5015845B2 - 開閉器装置 - Google Patents

Description

この発明は、電界緩和手段を備えた例えば真空遮断器等の開閉器装置に関するものである。

電力系統において、電流の遮断を可能とするため電気的接点を真空中に配置した真空遮断器（真空バルブ）を三相遮断器の場合３個収納した開閉器装置が広く使用されている。このような開閉器装置では設置容積が限られていることが多く、真空遮断器の小型化、軽量化が求められている。例えば、特許文献１記載のガス絶縁開閉装置用真空遮断器において、真空遮断器の絶縁容器と端板との接合部の電界集中を緩和し真空遮断器の寸法を縮小する発明が開示されている。この発明では、真空遮断器の絶縁容器と固定側端板／可動側端板との接合部の外周部を覆うように設けた電界緩和シールドと真空遮断器支持構造体とが一体化された電界緩和構造体が設置されている。このような構造とすることで、真空遮断器の局所的な電界集中を抑え、真空遮断器間距離ならびに真空遮断器と接地電位間の距離を縮小することが可能となり、さらに電界緩和シールドと真空遮断器支持構造体との一体化により部品点数の削減が可能となる。

特開２００３−２１７４１０号公報（第１頁、図１）

上記のような従来の真空遮断器等の開閉器装置では、電界緩和手段を金属等の強度のある材料を用いて構成していたので、コストアップを招く他、電界緩和手段が重量物となるため、開閉動作に伴い電界緩和手段に振動、衝撃による大きな慣性力が発生し、電界緩和手段及びその取付部に対し、この慣性力に耐え得る構造が必要となるため、電界緩和手段の強度向上、及び取付部の強度向上が必要となり、取付強度向上のためのネジ加工箇所の増大、及び複雑な補強構造を構成する必要が生じ、製造性、組立性が悪くなる問題があった。

この発明は、上記のような従来技術の課題を解決するためになされたものであり、電界緩和手段が軽量で取付構造を簡素にでき、コスト増を招くこともなく、製造性、組立性に優れた開閉器装置を提供することを目的としている。

この発明に係る開閉器装置は、電界緩和手段を有する開閉器装置において、上記電界緩和手段として導電性を有する非金属材料を用い、上記開閉器装置の開閉手段として真空遮断器が用いられ、上記真空遮断器を構成する真空容器内部に一端が固定電極側端部材または可動電極側端部材に固定され他端が対極側に向けて軸方向に延びる電界緩和リングと、上記固定電極側端部材と上記可動電極側端部材との間に設けられ真空容器を構成する絶縁容器とを備え、上記電界緩和手段の軸方向に延伸された端部は、上記絶縁容器と上記固定電極側端部材または上記可動電極側端部材との接続位置より対極側に延伸され、上記電界緩和リングの軸方向に延伸された端部は、上記電界緩和手段の軸方向に延伸された端部より対極側に延伸され、上記電界緩和手段の外周面は緩やかに径方向外側に湾曲されたものである。

この発明においては、等電位線の急激な変曲点を耐電圧性能の高い真空中に移動させる事ができ、電界緩和手段先端部の曲率を小さくする事が可能となり、電界緩和手段のさらなる、小型化、軽量化も可能となるものである。

実施の形態１．
図１〜図３はこの発明の実施の形態１に係る開閉器装置としての真空遮断器を説明する図であり、図１は電界緩和手段を備えた真空遮断器を示す要部断面図、図２は図１に示された電界緩和手段近傍の拡大断面図、図３は図１に示された電界緩和手段について計算によって求められた電界を等電位線で示す図である。図において、真空遮断器１０は絶縁材を用いた円筒状の真空容器１と、真空容器１内の一端側に軸方向に設けられた固定側電極２と、真空容器１内の他端側に上記固定側電極２に対向して軸方向に移動可能に設けられた可動側電極３を備えている。真空容器１は、アルミナセラミック等の絶縁材により形成され、軸方向に離間して配設された円筒状の絶縁容器１１、１２と、絶縁容器１１、１２の間に介装された金属製で円筒状の中間アークシールド１３と、絶縁容器１１の上端部に接合された固定側端部材１４と、絶縁容器１２の下端部に接合された椀状の第１部材１５ａとドーナツリング状の第２部材１５ｂからなる可動側端部材１５によって構成されている。

固定側電極２は固定側端部材１４に固定され、該固定側端部材１４を軸方向に貫通する固定側電極棒２１と、この固定側電極棒２１の先端部（図の下端部）に接合された固定側接点部材２２からなる。可動側電極３は可動側電極棒３１と、該可動側電極棒３１の先端部（図の上端）に接合された可動側接点部材３２からなる。そして、可動側電極棒３１の下端部は可動側端部材１５の中心部に固定された軸方向の軸受を構成する樹脂製のガイド部材４によって摺動可能に保持され、可動側電極棒３１の軸方向中央部は、一端が可動側端部材１５に固定されたベローズ５の他端に対して固定されている。また、真空容器１内における電界緩和を目的として、絶縁容器１１と固定側端部材１４の接続部内側には固定側電界緩和リング６が設けられ、絶縁容器１２と可動側端部材１５の接続部内側には可動側電界緩和リング７が設けられている。

そして、真空容器１を構成する可動側端部材１５の外周部には、下端部が第２部材１５ｂに固定され、主体部が第２部材１５ａの外方を包囲するように緩やかに径方向外側に湾曲された導電性を有する非金属材料からなる電界緩和手段としての電界緩和シールド８が設けられている。該導電性を有する非金属材料として好ましく用いることができるものとしては、導電性樹脂材料、導電性ゴム材料、導電性コーティングが施された樹脂材料、及び導電性コーティングが施されたゴム材料などを挙げることができ、これらの少なくとも１つを用いて例えば公知の注型手段等を用いて容易に形成することができる。また、導電性樹脂材料や導電性コーティングが施された樹脂材料などの基材としての樹脂材料としては、例えば公知の熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂などから適宜選択して用いることができる。なお、上記電界緩和シールド８の可動側端部材１５から固定側端部材１４方向への軸方向長さは、真空容器１内側に配設された可動側電界緩和リング７よりも短く構成されている。また、可動側電極３の操作機構等、その他の構成は従来の真空遮断器、ないしは開閉器装置と同様であるので図示及び説明を省略する。

上記のように構成された実施の形態１においては、電界緩和手段を構成する電界緩和シールド８として、導電性樹脂材料、導電性ゴム材料、導電性コーティングが施された樹脂材料、及び導電性コーティングが施されたゴム材料などから選択された導電性を有する非金属材料を用いたことにより電界緩和手段の大幅な軽量化が可能となる。このような電界緩和シールド８の軽量化に伴い、該電界緩和シールド８の固定手段として、例えば取付けネジによる締結具を用いる場合、その数を削減できる等の簡略化した構造とすることが可能となり、製造性、組立性を改善することができる。さらに、電界緩和シールド８の可動側端部材１５から固定側端部材１４方向への軸方向長さを、真空容器１内側に配設された可動側電界緩和リング７よりも短くしたことにより、図３に示す電界計算結果のように、等電位線の急激な変曲点を耐電圧性能の高い真空中に移動させる事ができる。このため、電界緩和シールド８先端部の曲率を小さくする事が可能となり、電界緩和シールド８のさらなる、小型化、軽量化も可能となる。

実施の形態２．
図４〜図６は、この発明の実施の形態２に係る開閉器装置としての真空遮断器を説明するものであり、図４は電界緩和手段を備えた真空遮断器を示す要部断面図、図５は図４に示された電界緩和手段近傍の拡大断面図、図６は図４に示された電界緩和手段の構造を示す斜視図である。なお、各図を通じて同一符号は同一または相当部分を示すものとし、重複する説明を省略する。図において、可動側端部材１５に固定された電界緩和手段としての電界緩和シールド８Ａは、実施の形態１に示されたガイド部材４を一体化したガイド機能付電界緩和シールドとして形成されている。即ち、該電界緩和シールド８Ａの主体部を構成する外周部には椀状の電界緩和シールド部８１が設けられ、その中心底部には可動側電極３の軸方向の軸受を構成する６角形の貫通孔８２ａを有するガイド部８２が一体的に設けられている。

なお、上記電界緩和シールド８Ａは、実施の形態１と同様に導電性を有する非金属材料を用いて構成され、具体的には導電性樹脂材料、導電性ゴム材料、導電性コーティングが施された樹脂材料、及び導電性コーティングが施されたゴム材料の少なくとも１つを用いて形成されるが、導電性コーティングを用いる場合は、可動側電極棒３１に接する部分及びその周辺部には導電性コーティングを施さなくても良い。また、電界緩和シールド８Ａにおける電界緩和シールド部８１の可動側端部材１５から固定側端部材１４方向への軸方向長さは、真空容器１内側に配設された可動側電界緩和リング７よりも短く構成されている等、その他の構成は実施の形態１と同様であるので説明を省略する。

上記のように構成された実施の形態２においては、電界緩和シールド８Ａを導電性樹脂材料、導電性ゴム材料、導電性コーティングが施された樹脂材料、及び導電性コーティングが施されたゴム材料などから選ばれた少なくとも１つの導電性を有する非金属材料を用いて構成したことにより、大幅な軽量化が可能となる。この軽量化に伴い、電界緩和シールド８Ａの固定手段として用いられる例えば取付けネジとネジ穴を削減する等の簡略化した構造とすることが可能となり、製造性、組立性の優れた真空遮断器が得られる。また、電界緩和シールド部８１の可動側端部材１５から固定側端部材１４方向への軸方向長さが、可動側電界緩和リング７よりも短く構成されていることにより、実施の形態１と同様に、等電位線の急激な変曲点を耐電圧性能の高い真空中に移動させる事が可能となり、電界緩和シールド８Ａ先端部の曲率を小さくする事が可能となり、電界緩和シールド８Ａの更なる小型化、軽量化が可能となる。さらに、可動側電極３の軸方向の軸受を構成するガイド部８２を電界緩和シールド部８１と共に一体的に構成したので、部品点数の更なる削減が図れ、安価な真空遮断器を提供することができる。

なお、上記実施の形態１、２では、電界緩和手段としての電界緩和シールド８（８Ａ）を可動側電極３の側に設けた例について説明したが、固定側電極２の側に同様に設け、あるいは固定側電極２と可動側電極３の双方の側に設けるようにしても良い。また、この発明を真空遮断器に適用した場合について説明したが、必ずしも真空遮断器に限定されるものでは無く、例えばガス遮断器等の同様な電力用の開閉器装置にも用いることができる。

この発明の実施の形態１に係る開閉器装置としての電界緩和手段を備えた真空遮断器を示す要部断面図。 図１に示された電界緩和手段近傍の拡大断面図。 図１に示された電界緩和手段について計算により求められた電界を等電位線で示す図。 この発明の実施の形態２に係る開閉器装置としての電界緩和手段を備えた真空遮断器を示す要部断面図。 図４に示された電界緩和手段近傍の拡大断面図。 図４に示された電界緩和手段の構造を示す斜視図。

符号の説明

１ 真空容器、 １１、１２ 絶縁容器、 １３ 中間アークシールド、 １４ 固定側端部材、 １５ 可動側端部材、 ２ 固定側電極、 ２１ 固定側電極棒、 ２２ 固定側接点部材、 ３ 可動側電極、 ３１ 可動側電極棒、 ３２ 可動側接点部材、 ４ ガイド部材、 ５ ベローズ、 ６ 固定側電界緩和リング、 ７ 可動側電界緩和リング、 ８、８Ａ 電界緩和シールド（電界緩和手段）、 ８１ 電界緩和シールド部、 ８２ ガイド部、 ８２ａ 貫通孔、 １０ 真空遮断器（開閉器装置）。

Claims (5)

1. 電界緩和手段を有する開閉器装置において、上記電界緩和手段として導電性を有する非金属材料を用い、
   上記開閉器装置の開閉手段として真空遮断器が用いられ、上記真空遮断器を構成する真空容器内部に一端が固定電極側端部材または可動電極側端部材に固定され他端が対極側に向けて軸方向に延びる電界緩和リングと、上記固定電極側端部材と上記可動電極側端部材との間に設けられ真空容器を構成する絶縁容器とを備え、
   上記電界緩和手段の軸方向に延伸された端部は、上記絶縁容器と上記固定電極側端部材または上記可動電極側端部材との接続位置より対極側に延伸され、
   上記電界緩和リングの軸方向に延伸された端部は、上記電界緩和手段の軸方向に延伸された端部より対極側に延伸され、上記電界緩和手段の外周面は緩やかに径方向外側に湾曲されたことを特徴とする開閉器装置。
2. 電界緩和手段を有する開閉器装置において、上記電界緩和手段として導電性を有する非金属材料を用い、開閉手段として真空遮断器が用いられているものであって、上記電界緩和手段は、上記真空遮断器の可動電極側端部材の外周部を覆うように設けられ、かつ、可動側電極棒を軸方向にガイドするガイド部と一体的に形成したことを特徴とする開閉器装置。
3. 上記導電性を有する非金属材料は、導電性樹脂材料、導電性ゴム材料、導電性コーティングが施された樹脂材料、及び導電性コーティングが施されたゴム材料の少なくとも１つを用いたものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の開閉器装置。
4. 上記樹脂材料として、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂が用いられていることを特徴とする請求項３に記載の開閉器装置。
5. 上記電界緩和手段は、上記真空遮断器の固定電極側端部材または可動電極側端部材の少なくとも一方の外周部を覆うように設けられていることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかに記載の開閉器装置。

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