JP5052554B2 - 電力用開閉装置 - Google Patents

Description

この発明は絶縁操作ロッドの連結部近傍における絶縁ロッド沿面絶縁の電界緩和を図った電力用開閉装置に関するものである。

電力用開閉装置は、密閉容器内に可動コンタクトと固定コンタクトとを備え、可動コンタクトを駆動部により操作することにより、電流の遮断又は電気系統の制御をするものである。一般に、電力用開閉装置は、駆動部が接地され、高電圧となる可動コンタクトと駆動部を機械的に連結する操作棒として、ガラス繊維強化プラスチックやエポキシ樹脂等からなる絶縁操作ロッドが用いられる。この絶縁操作ロッドには高電圧における良好な絶縁特性が要求される。

その要求を満足するため、端部に集中する電界を緩和するために従来提案されている電界緩和構造においては、絶縁ロッドの端部に電界シールドが設けられ、電界シールドと対向する絶縁ロッドの面上に非線形抵抗性（電界が高くなると抵抗率が低下する物質）を示す炭化ケイ素粉末を含む樹脂を塗布して低抵抗層を形成し、絶縁ロッドと電界シールドとの結合部の端部に集中する電界を緩和するようにしている。

この電界緩和構造においては、絶縁操作ロッドが、絶縁ロッドと、その端部の貫通孔に通った連結金具により連結された端部金具とからなり、その間隔はギャップ保持材により所定のギャップに保持されている。また、絶縁ロッドと連結金具やギャップ保持材との間の微小ギャップ付近の絶縁ロッド沿面には、電界上昇とともに抵抗率が低下する非線形抵抗層が設けられている。このような絶縁操作ロッドにおいては、直流場でも非線形抵抗層の効果によって絶縁ロッドと連結金具やギャップ保持材との間の微小ギャップの電界は緩和され、耐電圧性能の低下を抑制できる（例えば特許文献１参照）。

特開２０００−２９９０３９号公報

しかしながら、このような絶縁操作ロッドにおいては、非線形抵抗層は電界の高い微小ギャップ付近では抵抗が低いが、微小ギャップから離れるに従い抵抗が高くなるので、微小ギャップから離れた位置の絶縁ロッド沿面の電位と端部金具の電位との間で電位差が生じる。そのため、タンク内に混入した金属異物や、遮断器の動作により発生した金属異物が絶縁ロッドと端部金具との間に入り込んだ場合、金属異物周辺の電界が高くなり耐電圧性能が低下する恐れがある。

また、これを防ぐために、仮に非線形抵抗層のかわりに低抵抗層を設置した場合は、低抵抗層の部分は端部金具と同電位になるので、このような金属異物が入り込んだ場合にも金属異物周辺の電界は抑制され耐電圧性能の低下を防ぐことが可能になるものの、金属異物の存在有無にかかわらず直流場では低抵抗層の端部そのものの電界が高くなるため、やはり耐電圧性能が低下する恐れがある。

このように、上に示した従来の構造は、交流電圧、雷インパルス電圧、直流電圧に対して効果的に絶縁ロッドの端部の電界を緩和することができるが、金属異物が絶縁ロッドと電界シールドとの間に入った場合、金属異物と絶縁ロッド、もしくは電界シールドとの間の微小ギャップの電界が高くなり、耐電圧性能が低下するという問題点があった。

従ってこの発明の目的は、異物が混入しても耐電圧性能が低下しない絶縁操作ロッドを備えた電力用開閉装置を提供することである。

この発明の電力用開閉装置は、密閉容器と、上記密閉容器内に設けられた固定コンタクトと、上記固定コンタクトに対して離接して回路を開閉する可動コンタクトと、上記可動コンタクトを開閉駆動する操作装置と、上記可動コンタクトおよび上記操作装置間に設けられて、上記操作装置の駆動力を上記可動コンタクトに伝えて上記可動コンタクトを駆動させる絶縁操作ロッドと、上記絶縁操作ロッドおよび上記可動コンタクトの間ならびに上記絶縁操作ロッドおよび上記操作装置の間に設けられて、それらの間を連結する連結装置とを備え、上記連結装置が、上記絶縁操作ロッドとの間の電界を緩和するシールド部分と、このシールド部分と上記絶縁操作ロッドとの間に形成されたギャップとを備え、上記絶縁操作ロッドが、電気絶縁性の絶縁ロッドと、上記絶縁ロッドの表面上の少なくとも上記シールド部分に対向する部位に設けられた低抵抗層と、上記絶縁ロッドの表面上の上記低抵抗層の端部から上記絶縁操作ロッドの沿面絶縁方向に設けられ、電界が高くなるにつれて抵抗率が低くなる非線形抵抗層とを備えていることを特徴とするものである。

この発明の装置によれば、金属異物が絶縁ロッドと端部金具との間に入った場合でも金属異物と絶縁ロッドもしくは金属異物と端部金具との間の微小ギャップの電界集中が抑制され、耐電圧性能が低下しない絶縁操作ロッドを備えた電力用開閉装置を得ることができる。

この発明の実施の形態１による電力用開閉装置の絶縁操作ロッドを示す概略部分側断面図である。 図１の絶縁操作ロッドの概略正面図である。 図１の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿った絶縁操作ロッドの拡大断面図である。 この発明の実施の形態２による絶縁操作ロッドの拡大断面図である。 この発明の実施の形態３による絶縁操作ロッドの拡大断面図である。 この発明の実施の形態４による絶縁操作ロッドの拡大断面図である。

以下、この発明の実施の形態について説明する。

実施の形態１．
図１〜３において、この発明の電力用開閉装置１は、絶縁ガスが封入された金属タンクである密閉容器１６の中に消弧室１８が設置され、消弧室１８の中で固定コンタクト５５と可動コンタクト５６が開閉して回路の接続・遮断を行う。可動コンタクト５６の駆動は操作装置１９により行われるが、高電圧の回路と接地電位の操作装置１９との間は絶縁操作ロッド２により接続されており、電気的に絶縁を保ちながら機械操作力を伝達できる構成となっている。

このように、電力用開閉装置１は、密閉容器１６と、密閉容器１６内に設けられた固定コンタクト５５と、固定コンタクト５５に対して離接して回路を開閉する可動コンタクト５６と、可動コンタクト５６を開閉駆動する操作装置１９と、可動コンタクト５６および操作装置１９間に設けられて、操作装置１９の駆動力を可動コンタクト５６に伝えて可動コンタクト５６を開閉駆動させる絶縁操作ロッド２と、絶縁操作ロッド２と可動コンタクト５６との間および絶縁操作ロッド２と操作装置１９との間に設けられて、それらの間を連結する連結装置２４および２５とを備えている。

絶縁操作ロッド２は、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂、テフロン（登録商標）やナイロン等の熱可塑性樹脂、ＦＲＰ等の複合材からなる絶縁材料で作られた絶縁ロッド３を備えており、この絶縁ロッド３の両端部には貫通孔３ａ（図３参照）が設けられていて、その貫通孔３ａに挿入された連結金具であるピン６および１０によりベルクランクである連結部材７および１１が連結されている。このように図示の例においては、絶縁操作ロッド２の上端部と可動コンタクト５６との間に設けられて、それらの間を連結する連結装置２４は、絶縁操作ロッド２の図で上端部を貫通して延びたピン６と、このピン６に一端で連結されて絶縁操作ロッド２に対してピン６を中心に回動可能とされたベルクランクである連結部材７とにより構成されている。連結部材７の他端は、可動コンタクト５５に連結された可動導体２２と接続されており、両端の間の位置で電力用開閉装置１に枢着されていて、絶縁操作ロッド２の垂直方向の動きを水平方向に変換して可動導体２２に伝達する。

同様に、絶縁操作ロッド２の下端部と操作装置１９との間に設けられて、それらの間を連結する連結装置２５は、絶縁操作ロッド２の図で下端部を貫通して延びたピン１０と、このピン１０に連結されて絶縁操作ロッド２に対してピン１０を中心に回動可能とされたブラケットである連結部材１１とにより構成されている。連結部材１１は可動接地ロッド２３によって操作装置１９に接続されていて、操作装置１９の操作力が、可動接地ロッド２３、ブラケットである連結部材１１を介して絶縁ロッド３に伝達されるようにしてある。

絶縁操作ロッド２の上端部においては、絶縁ロッド３の上端部を覆う低抵抗層４が設けられており、絶縁ロッド３の軸方向に見て低抵抗層４の内側には非線形抵抗層５が設けられている。同様に、絶縁操作ロッド２の下端部においては、絶縁ロッド３の下端部を覆う低抵抗層８が設けられており、絶縁ロッド３の軸方向に見て低抵抗層８の内側には非線形抵抗層９が設けられている。低抵抗層４および８は例えば炭化ケイ素（ＳｉＣ）あるいは導電性金属の層あるいは箔であり、非線形抵抗層５および９は例えば炭化ケイ素（ＳｉＣ）や酸化亜鉛（ＺｎＯ）の粉末を含む樹脂の層である。

図３には、絶縁操作ロッド２の上端部と絶縁操作ロッド２との関係だけを示してあるが、この図によく示されているように、この発明の電力用開閉装置１においては、絶縁操作ロッド２を可動コンタクト５６に連結する連結装置２４が、絶縁操作ロッド２との間の電界を緩和するシールド部分２６を備えており、このシールド部分２６と絶縁操作ロッド２との間にはギャップＧ１が形成されている。また、絶縁操作ロッド２は、円柱形状の電気絶縁性の絶縁ロッド３と、絶縁ロッド３の表面上の少なくともシールド部分２６に対向する部位、すなわちギャップＧ１に面する部位、に設けられた低抵抗層４と、絶縁ロッド３の表面上の低抵抗層４の端部４ａから絶縁操作ロッド２の沿面絶縁方向に設けられ、電界が高くなるにつれて抵抗率が低くなる非線形抵抗層５とを備えている。絶縁操作ロッド２の下端部の連結装置２５についても同様である。

すなわち、絶縁操作ロッド２の絶縁ロッド３の上端部に設けられた貫通孔３ａに、ピン１０が挿入されており、ピン１０の両端には連結装置２４ベルクランクである連結部材７が設けられている。絶縁ロッド３と連結部材７との間はピン１０に嵌められたギャップ保持材であるスペーサ２０により所定のギャップＧ１が形成されており、また連結部材７の角部は全て丸められて電界集中が起こらないようにしてあり、連結部材７の絶縁ロッド３に対向する部分によってシールド部分２６が構成されている。

また、低抵抗層４は、絶縁ロッド３の表面のうち少なくともシールド部分２６である連結部材７と対向する部位には低抵抗層４が設けられている。図示の例では低抵抗層４は、絶縁ロッド３の端面を含み、軸方向には連結部材７の縁部を僅かに超えた範囲に設けられていて、図３において連結部材７の下縁部よりも下方の位置に端部４ａを持っている。非線形抵抗層５は、低抵抗層４の端部４ａ上に重ねられた重なり部分５ａを持ち、そこから絶縁ロッド３の沿面絶縁方向、すなわち図３で下方に延びている。

電力用開閉装置は、図１に示すように、連結装置２４および２５に対して所定のギャップＧ２を持って絶縁ロッド３を囲む電界緩和部材１３および１４を備えており、電界緩和部材１３および１４の間には支持絶縁筒１２が設けられている。支持絶縁筒１２は高電圧導体１７を支持する金属ケース１５を支持している。

このような電力用開閉装置１において、電力用開閉装置１が閉じて交流電圧が印加されているとき、もしくは雷サージ電圧、開閉サージ電圧が印加されたときは、絶縁操作ロッド２付近の電界分布は容量場の電界分布となる。容量場では電界緩和部材１３および１４のシールド効果により、等電位線が絶縁ロッド３の端部付近では広くなって電界が下がるため、最大電界部は絶縁ロッド３の端部以外の部位、例えば中央部付近となる。一方、電力用開閉装置が開くと、交流電圧位相に対する開極タイミングで決まる電圧が端部金具である連結部材などの高電圧導体に残留するため、長時間にわたって直流電圧が絶縁ロッド３に印加される状態となる。このとき、絶縁ロッド３の電界分布は容量場から抵抗場へと時間の経過とともに徐々に移行する。抵抗場に移行すると、電界緩和部材の１３および１４によるシールド効果は効かなくなり、等電位線は絶縁ロッド３の両端部に入り込んで端部電界が上昇しようとする。

これに対して、図３に示すように、連結装置２４の連結部材７に面する絶縁ロッド３の表面に低抵抗層４を設け、低抵抗層４の端部４ａから沿面絶縁方向に非線形抵抗層５を設けることにより、可動コンタクトに交流電圧が印加される交流場では電界緩和部材１３、１４の作用により、また可動コンタクトに直流電圧が印加される直流場では低抵抗層４と非線形抵抗層５の作用により、また直流場で且つ金属異物が絶縁ロッド３と連結部材７との間に入り込んだ場合には低抵抗層４の作用により、それぞれ絶縁ロッド３の端部の電界集中を抑制でき、耐電圧性能を保持して電力用開閉装置の信頼性を高めることが可能となる。

実施の形態２．
図４はこの発明の実施の形態２の電力用開閉装置の絶縁操作ロッド２８の上端部付近の拡大断面図を示す。この絶縁操作ロッド２８においては、絶縁ロッド２９が内周面３０および外周面３１を持つ中空の円筒形パイプ形状のものであり、連結装置３２は、パイプ形状の絶縁操作ロッド２８を径方向に貫通して延びたピン３３と、ピン３３の両端に設けられた止め輪を兼ねた電界緩和金具３４と、一端で絶縁ロッド２９の内部でピン３３に枢着され、他端で例えば可動コンタクト５６に連結された連結部材３５と、連結部材３５および絶縁ロッド２９間ならびに電界緩和金具３４および絶縁ロッド２９間でピン３３上に設けられたスペーサ３６とを備えている。

電界緩和金具３４も連結部材３５も角部が曲面にされていて電界緩和作用を持つシールド部３７とされており、スペーサ３６によって絶縁ロッド２９と電界緩和金具３４および連結部材３５との間にそれぞれギャップＧ１が形成されている。

絶縁ロッド２９の表面のうち少なくとも電界緩和金具３４および連結部材３５に面する部位には低抵抗層３８が設けられ、低抵抗層３８の端部３８ａよりも連結装置３２から遠い部位、すなわち絶縁ロッド２９の沿面絶縁方向の端部には非線形抵抗層３９が設けられている。これらの低抵抗層３８および非線形抵抗層３９は図３に示す低抵抗層４および非線形抵抗層５と同じ材質でよいが、絶縁ロッド２９の内周面３０および外周面３１の両者に設けられている。

この絶縁操作ロッド２８においては、絶縁ロッド２９の内周面３０および外周面３１がともに低抵抗層３８と非線形抵抗層３９によって覆われているため、パイプ形状の絶縁操作ロッド２８において、先に説明した実施の形態１の絶縁操作ロッド２の場合と同様に、絶縁ロッド２９の端部の電界集中を抑制できるので、耐電圧性能を確保して信頼性の高い電力用開閉装置を実現することができる。

実施の形態３．
図５はこの発明に係る実施の形態３の電力用開閉装置１の絶縁操作ロッド４０の上端部付近の拡大断面図を示す。この電力用開閉装置１においては、連結装置４１は、絶縁操作ロッド４０に連結される連結部材４２と、連結部材４２から軸方向に延びて例えば固定コンタクト５５に直接あるいは間接的に連結できる連結部４３（一部だけ図示してある）とを備えている。連結部材４２は、絶縁操作ロッド４０の上端部がネジ係合あるいは接着による接合部４４により嵌合連結されるソケット状の嵌合凹部４５を持っている。

絶縁操作ロッド４０は、一端に連結装置４１の嵌合凹部４５に挿入されて嵌合連結される嵌合凸部４６を持つ絶縁ロッド４７と、絶縁ロッド４７の外周面上に設けられた低抵抗層４８と、非線形抵抗層４９とを備えている。

絶縁操作ロッド４０と連結装置４１の連結部材４２の図で下端は角部が曲面にされていて電界緩和作用を持つシールド部５７とされており、このシールド部５７と連結部材４２との間には、円環状のギャップＧ１が設けられている。このギャップＧ１は、図示の例では、連結装置４１の径方向寸法と絶縁操作ロッド４０の絶縁ロッド４７の径方向寸法との相違により形成されたものである。

すなわち、連結部材４２のほぼ円筒形の嵌合凹部４５の内周面から内側に突出して設けられて接合部４４を形成する環状ランド部４５ａの内径は、嵌合凹部４５の内周面の直径よりも小さく、また、絶縁ロッド４７の本体部の外周面から外側に突出して設けられて接合部４４を形成する環状ランド部４７ａの外径は本体部の直径よりも大きい。このため、連結部材４２の嵌合凹部４５の内周面と絶縁操作ロッド４０の本体部の外周面との間に、周方向に延びた環状のギャップＧ１が形成されるのである。

また、先に説明したものと同様に、絶縁ロッド４７の表面には接合部４４付近から連結部材４２に面した位置に低抵抗層４８が設けられ、低抵抗層４８の端部４８ａから絶縁ロッド４７の沿面絶縁方向に非線形抵抗層４９が設けられている。

実施の形態４．
図６はこの発明に係る実施の形態４の電力用開閉装置の絶縁操作ロッド５０の上端部付近の拡大断面図を示す。この電力用開閉装置においては、絶縁操作ロッド５０が中空パイプ形状であり、図５に示す絶縁操作ロッド４０と連結装置４１に対して相違している点は、連結装置４１の連結部材４２の内側中心に、軸方向に延びて外周部に環状ランド部５１を持つほぼ円柱形のボス部５２が設けられていて、連結部材４２内の嵌合凹部５３が環状の空間であることであり、また、絶縁操作ロッド５０は、絶縁ロッド５４の内周面に低抵抗層５８と、非線形抵抗層５９と、連結部材４２のボス部５２の環状ランド部５１と接合されて内側接合部６０を形成する環状ランド部６１とを備えていることである。ボス部５２の先端は球面状にされて電界緩和のためのシールド部６２として作用するようにしてある。

また、絶縁操作ロッド５０と連結装置４１の連結部材４２との間には、絶縁ロッド５４の外周面に設けられた円環状のギャップＧ１の他に、絶縁ロッド５４の内周面とボス部５２の外周面との間に円環状のギャップＧ３が設けられている。このギャップＧ３も、連結装置４１の径方向寸法と絶縁ロッド５４の径方向寸法との相違により形成されたものである。すなわち、連結部材４２のボス部５２の本体部の直径は環状ランド部５１の外周面の直径よりも小さく、また、絶縁ロッド５４の内周面から内側に突出して環状ランド部５１との間に内側接合面６０を形成する環状ランド部６１の内周面の直径は絶縁ロッド５４の本体部の内径よりも小さく、このため、連結部材４２のボス部５２の本体部の外周面と絶縁ロッド５４の本体部の内周面との間に、周方向に延びた環状のギャップＧ３が形成されるのである。その他の構成は図５に示すものと同様である。

この実施形態によると、絶縁ロッド５４の内周面と外周面の接合部付近から端部金具である連結装置４１に面した部位に低抵抗層４８および５８が設けられ、低抵抗層４８および５８の端部には非線形抵抗層４９および５９が設けられているため、直流場において絶縁ロッド５４と連結装置４１との接合部付近の微小ギャップの電界が緩和され、且つ絶縁ロッド５４と連結装置４１との間に金属異物が入り込んでも低抵抗層４８および５８の効果で金属異物周辺における電界集中を抑制することができるため、耐電圧性能を保持することが可能となる。

以上のように、この発明によれば、可動コンタクトへの直流電圧印加時において、絶縁ロッドと端部金具である連結部材との間の微小ギャップＧ１およびＧ２における電界集中を抑制でき、交流電圧印加時には電界緩和材により電界集中を緩和でき、且つ金属異物が絶縁ロッドと連結部材との間に入り込んだ場合にも低抵抗層により金属異物周辺の電界集中を抑制できるため、耐電圧性能を確保して信頼性の高い電力用開閉装置を実現することができる。

以上に図示して説明した電力用開閉装置は発明の具体的一実施例であって実際の発明の適用にあたっては様々な変形が可能であり、またそれぞれの具体例の特徴を全てあるいは選択的に組み合わせて用いることもできる。

この発明は電力用開閉装置に利用できるものである。

１ 電力用開閉装置、２、２８、４０、５０ 絶縁操作ロッド、３、２９、４７、５４ 絶縁ロッド、４、３８、４８、５８ 低抵抗層、４ａ 端部、５、３９、４９、５９ 非線形抵抗層、６、３３ ピン、１３、１４ 電界緩和部材、１６ 密閉容器、１９ 操作装置、２０、３６ スペーサ、２４、２５、３２、４１ 連結装置、２６、３７、５７、６２ シールド部分、３０ 内周面、３１ 外周面、４５、５３ 嵌合凹部、４６ 嵌合凸部、５５ 固定コンタクト、５６ 可動コンタクト、Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３ ギャップ。

Claims (7)

1. 密閉容器と、上記密閉容器内に設けられた固定コンタクトと、
   上記固定コンタクトに対して離接して回路を開閉する可動コンタクトと、
   上記可動コンタクトを開閉駆動する操作装置と、
   上記可動コンタクトおよび上記操作装置間に設けられて、上記操作装置の駆動力を上記可動コンタクトに伝えて上記可動コンタクトを駆動させる絶縁操作ロッドと、
   上記絶縁操作ロッドおよび上記可動コンタクトの間ならびに上記絶縁操作ロッドおよび上記操作装置の間に設けられて、それらの間を連結する連結装置とを備え、
   上記連結装置が、上記絶縁操作ロッドとの間の電界を緩和するシールド部分と、このシールド部分と上記絶縁操作ロッドとの間に形成されたギャップとを備え、
   上記絶縁操作ロッドが、電気絶縁性の絶縁ロッドと、上記絶縁ロッドの表面上の少なくとも上記シールド部分に対向する部位に設けられた低抵抗層と、上記絶縁ロッドの表面上の上記低抵抗層の端部から上記絶縁操作ロッドの沿面絶縁方向に設けられ、電界が高くなるにつれて抵抗率が低くなる非線形抵抗層とを備えていることを特徴とする電力用開閉装置。
2. 上記連結装置が、上記絶縁操作ロッドを貫通して延びたピンと、上記ピンに連結されて上記絶縁操作ロッドに対して上記ピンを中心に回動可能な連結部材とを備えていることを特徴とする請求項１に記載の電力用開閉装置。
3. 上記ギャップが、上記連結装置と上記絶縁操作ロッドとの間に設けられたスペーサにより形成されるものであることを特徴とする請求項１あるいは２に記載の電力用開閉装置。
4. 上記連結装置が、上記絶縁操作ロッドが嵌合連結される嵌合凹部を持ち、上記絶縁操作ロッドが上記嵌合凹部に挿入されて嵌合連結される嵌合凸部を持つことを特徴とする請求項１に記載の電力用開閉装置。
5. 上記ギャップが、上記連結装置の径方向寸法と上記絶縁操作ロッドの径方向寸法との相違により形成されたものであることを特徴とする請求項１あるいは４に記載の電力用開閉装置。
6. 上記絶縁ロッドが内周面および外周面を持つ中空のパイプ形状であり、
   上記低抵抗層および上記非線形抵抗層が、上記絶縁ロッドの内周面および外周面に設けられていることを特徴とする請求項１、４あるいは５に記載の電力用開閉装置。
7. 上記連結装置に対して所定のギャップを持って上記絶縁ロッドを囲む電界緩和部材を備えたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の電力用開閉装置。

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