JP5111556B2 - 水平一点切断路器 - Google Patents

Description

この発明は、送配電回路の開閉に使用される水平一点切断路器に関する。

大電力を供給する電気設備の点検や保守は、開閉器によって送配電回路を切り離して行われる。開閉器の一つである断路器は、送配電回路を予め遮断器によって遮断した後に使用される装置である。断路器には、ブレードが水平方向に回動する水平一点切断路器と水平二点切切断路器の二種類がある。

水平一点切断路器は、一方のブレードの先端部に取付けられた被挟持側接触子（バットコンタクト）と他方のブレードの先端部に取付けられた挟持側接触子（フィンガーコンタクト）が接触することにより、投入状態となるものである。水平一点切断路器では、バネを有するフィンガーコンタクトが板状のバットコンタクトを挟むことによって、フィンガーコンタクトとバットコンタクトとが導通するようになっている。この水平一点切断路器では、地震などによる振動や、短絡事故の発生時における電磁力などによって、ブレードに水平方向の力が作用することがあり、通電中にフィンガーコンタクトとバットコンタクトとが離脱するという問題があった。

そこで、フィンガーコンタクトとバットコンタクトとの離脱による溶損事故を防止するために、地震時における挟持側接触子と被挟持側接触子の上下方向の相対変位を規制する、水平一点切断路器に関する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）この水平一点切断路器は、一方のブレードの先端部にフック棒受けを設け、他方のブレードの先端部に、断路器の閉路状態で、フック棒受けの穴を貫通する鉤状のフック棒を設け、フック棒がフック棒の穴内を上下方向に移動可能な相対変位を、バッドコンタクトのフィンガーコンタクトに対する上下方向の出代よりもそれぞれ小さくするものである。

特開平１１−１６７８４６号公報

しかし、水平一点切断路器では、冬季にブレードの回動機構に用いられるグリースなどの潤滑剤が固くなることにより、ブレードが投入直前または開放直後に停止することがある。ブレードが投入直前または開放直後で停止した状態では、フィンガーコンタクトとバットコンタクトが完全に接触していないので、この状態で通電を開始すると、接触面でアークが発生し、接触面の金属がアーク熱で溶損するという問題が生ずる。

また、従来の水平一点切断路器では、投入時にはブレード同士の軸心が一致するのが理想であるが、軸心を完全に一致させるのは構造上困難なために、ブレード同士の軸心の相対角度が０〜５°の範囲を投入状態とし、５〜11°の範囲を投入不良と判断しているが、現実にはブームの相対角度が５°の場合でも、フィンガーコンタクトとバットコンタクトとの接触が十分に確保されないという問題がある。

特許文献１の技術は、投入状態におけるバッドコンタクトのフィンガーコンタクトに対する相対変位を規制するものであり、ブレードが投入直前または開放直後で停止した場合の対策にはならない。

そこで、この発明は、ブレードが投入直前または開放直後に停止した場合や、投入時におけるブレード同士の相対角度が比較的大きい場合でも、ブレードの先端部を確実に接触させることが可能な水平一点切断路器を提供することを目的としている。

前記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、対向して設けられる一方の支柱と他方の支柱とを中心としてそれぞれ水平方向に回動可能な導電性のブレードを有し、前記各ブレードの先端部同士が接触可能に構成された水平一点切断路器であって、前記一方のブレードの先端部に、前記一方の支柱を中心とする第１の基準円上に位置しインボリュート曲線を有する第１の接触部を形成し、前記他方のブレードの先端部に、前記他方の支柱を中心とする第２の基準円上に位置しインボリュート曲線を有する第２の接触部を形成し、前記第１の接触部と前記第２の接触部とにおける前記インボリュート曲線部分同士を前記各ブレードの回動によって接触可能としたことを特徴とする水平一点切断路器である。

この発明によれば、距離がばらついても円滑に接触することが可能なインボリュート曲線部分同士を接触させるので、ブレードが投入直前または開放直後に停止した場合や、投入時におけるブレードの相対角度が比較的大きい場合でも、第１の接触部と第２の接触部とを確実に接触させることが可能となる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載された水平一点切断路器において、第１の基準円の直径と第２の基準円の直径は、同一に設定されている、ことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載された水平一点切断路器において、前記第１の接触部と前記第２の接触部は、互いに噛み合う少なくとも一つの歯と歯溝を有するインボリュート歯車から構成されている、ことを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の水平一点切断路器において、前記歯と歯溝は、上下方向に形成された二つの噛み合い部をそれぞれ有しており、一方の噛み合い部は前記ブレードの軸方向に延びており、他方の噛み合い部は前記ブレードの軸方向に対して直交する方向に延びている、ことを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項３または４に記載の水平一点切断路器において、前記インボリュート歯車は、少なくとも歯の歯厚方向に弾性変形可能な弾性部材を有しており、噛み合い状態に応じて歯厚が変形可能である、ことを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、第１の接触部と第２の接触部とを確実に接触させることが可能となるので、ブレードが投入直前または開放直後に停止した場合や、投入時におけるブレードの相対角度が比較的大きい場合でも、通電によって接触部分にアークが生ずることを回避することができ、接触部分のアーク熱による溶損を防止することができる。

請求項２に記載の発明によれば、第１の基準円の直径と第２の基準円の直径は、同一に設定されているので、ブレードの軸方向の長さを同一とすることができる。このため、ブレードおよびブレードを回動させる機構を共通化することができ、製造コストを削減できる。

請求項３に記載の発明によれば、第１の接触部と第２の接触部は、インボリュート歯車から構成されているので、インボリュート歯車を製造する装置を使用して第１の接触部と第２の接触部を製作することができ、インボリュート曲線の加工が容易となる。

請求項４に記載の発明によれば、歯と歯溝は、上下方向に形成された２つの噛み合い部をそれぞれ有しているので、歯と歯溝とが互いに噛み合った状態では、上下それぞれ２点、合計４点で接触させることが可能となる。これにより、ブレードの軸方向に引張荷重、押込荷重が加わった際でも、歯と歯溝との噛み合いをロックすることができ、外力に対して歯と歯溝との離脱を確実に防止することができる。

請求項５に記載の発明によれば、インボリュート歯車は、噛み合い状態に応じて歯の歯厚が変形可能であるので、歯車のバックラッシによる接触不良を解消し、接触部の密着性を高める。つまり、第１の接触部および第２の接触部の加工時に、バックラッシを極力小とする高精度な加工を施すことなく、第１の接触部および第２の接触部を高めることができる。

この発明の実施の形態１に係る水平一点切断路器の正面図である。 図１の水平一点切断路器における第１の接触部と第２の接触部との噛み合い状態を示す拡大平面図である。 図１の水平一点切断路器のブレードの詳細を示す平面図である。 この発明の実施の形態２に係る水平一点切断路器の第１の接触部を示す拡大正面図である。 図４の第１の接触部を示す拡大平面図である。 この発明の実施の形態２に係る水平一点切断路器の第２の接触部を示す拡大正面図である。 図６の第２の接触部を示す拡大平面図である。 この発明の実施の形態２に係る水平一点切断路器における第１の接触部と第２の接触部との噛み合い状態を示す拡大断面図である。 この発明の実施の形態３に係る水平一点切断路器における第１の接触部と第２の接触部との噛み合い状態を示す拡大平面図である。

以下、この発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。

（実施の形態１）
図１ないし図３は、この発明の実施の形態１を示している。この水平一点切断路器１は、図１に示すように、主として、ベース２と、支柱３、４と、ブレード５、６とで構成されている。この水平一点切断路器１は、例えば変電所に配置されており、点検や保守などの際に送配電回路を確実に切り離すために使用される。

一方の支柱３と他方の支柱４は、碍子を主要部材とする円柱状に形成されており、互いに対向して設けられている。一方の支柱３と他方の支柱４は、それぞれ垂直方向に延びており、下端部がベース２に固定されている。一方の支柱３の上端部には、ブレード５が回動可能に取付けられており、他方の支柱４の上端部には、ブレード６が回動可能に取付けられている。図３に示すように、一方のブレード５と他方のブレード６の軸方向の長さは、同一（ｄ１＝ｄ２）に設定されている。

一方のブレード５は、水平方向に延びる導電性の帯状板材から構成されている。ブレード５は、碍子３の軸心Ｐ１を中心として水平方向に回動可能となっている。一方のブレード５は、碍子３に対して片持ち構造となっており、自由端部の撓みが所定値以内になるように設計されている。他方のブレード６は、水平方向に延びる導電性の帯状板材から構成されている。ブレード６は、碍子４の軸心Ｐ２を中心として水平方向に回動可能となっている。他方のブレード６は、碍子４に対して片持ち構造となっており、自由端部の撓みが所定値以内になるように設計されている。

一方のブレード５は、支柱３内に設けられた回動機構（図示略）と連結されている。他方のブレード６は、支柱４内に設けられた回動機構（図示略）と連結されている。一方のブレード５と他方のブレード６は、各回動機構に連結されたリンク部材７を介して水平方向に連動して回動するように構成されている。一方のブレード５と他方のブレード６は、例えば回動機構の電動機の回転駆動力によって、水平方向に回動可能となっている。

図１に示すように、一方のブレード５の自由端側の先端部には、支柱３の軸心Ｐ１を中心とする第１の基準円Ｃ１上に位置し、インボリュート曲線を有する第１の接触部としてのインボリュート歯車の歯５１が形成されている。ここで、歯５１は、圧力角は２０°となっている。歯５１は、基準円ピッチとブレード幅Ｗとが同程度となるように、モジュールが設定されている。つまり、第１の接触部は、インボリュート歯車の１つの歯５１で構成されている。歯５１の歯面５１ａの表面には、導電率の高い金属、例えば銀が貼り付けられている。

他方のブレード６の自由端側の先端部には、碍子４の軸心Ｐ２を中心とする第２の基準円Ｃ２上に位置し、インボリュート曲線を有する第２の接触部としてのインボリュート歯車の歯溝６１が形成されている。ここで、歯溝６１は、圧力角は２０°となっている。歯溝６１は、基準円ピッチとブレード幅Ｗとが同程度となるように、モジュールが設定されている。つまり、第２の接触部は、インボリュート歯車の１つの歯溝６１で構成されている。歯溝６１の歯面６１ａの表面には、導電率の高い金属、例えば銀が貼り付けられている。

図２に示すように、歯５１と歯溝６１は、一方のブレード５と他方のブレード６が回動することによって互いに噛み合い、各歯面５１ａ、６１ａにおける２点Ｑ１、Ｑ２で接触するようになっている。そして、歯５１と歯溝６１が噛み合った状態では、ブレード５、６は送配電回路を構成する導電部材の一部として機能する。ここで、歯５１および歯溝６１の圧力角を２０°以下に設定していることにより、図３に示すように、ブレード５、６が回動角度θ１、θ３（または、回動角度θ２、θ４）の位置まで移動した場合であっても、歯５１および歯溝６１は２点で接触を維持することが可能となっている。

次に、実施の形態１の水平一点切断路器１の操作順序および作用について説明する。

まず、送配電回路の点検や保守においては、回路を遮断する場合には、遮断器（図示略）を操作して回路を遮断した後、回路の切り離しを確実にするために、水平一点切断路器１を操作し回路を開放状態とする。

水平一点切断路器１を開放操作することにより、図１の２点鎖線で示すように、一方のブレード５と他方のブレード６は、水平方向に回動し、投入状態の位置に対してほぼ９０°回動した位置で停止する。ブレード５、６が回動する際は、図３に示すように、ブレード５の回動角度θ１、θ２がインボリュート歯車の圧力角の２０°以下の場合は、歯５１と歯溝６１は２点で接触している。そして、さらにブレード５、６が回動し、回動角度θ１、θ２が２０°より大きくなると、歯５１と歯溝６１との接触が終了する。

次に、点検作業などが終了し、回路を再投入する場合には、まず、水平一点切断路器１に設けられた回動機構によって、ブレード５、６を回動させる。このとき、図３に示すように、ブレード５、６の回動角度θ１、θ２が圧力角の２０°以下となると、歯５１と歯溝６１は歯面５１ａ、６１ａの２点Ｑ１、Ｑ２で接触するようになる。そして、ブレード５、６の回動角度θ１、θ２が０°となるまで、ブレード５、６を回動させる。この状態では、ブレード５の軸心Ｐ３とブレード６の軸心Ｐ４が一直線上に位置し、歯５１と歯溝６１は歯面５１ａ、６１ａの２点Ｑ１、Ｑ２で接触する。その後、ブレード５、６が所定の位置にあることを確認した後、遮断器を閉操作して点検が終了した回路への通電が行われる。

以上のように、実施の形態１の水平一点切断路器１によれば、歯５１と歯溝６１は、各支柱３、４の軸心Ｐ１，Ｐ２を中心とする基準円Ｃ１、Ｃ２上に位置しているので、ブレード５、６の回動角度θ１、θ２が、歯５１と歯溝６１の圧力角以下の場合には２点で接触することになる。すなわち、インボリュート曲線で構成される歯５１と歯溝６１の歯面５１ａ、６１ａは、なだらかなカーブとなるので、２点Ｑ１、Ｑ２の接触距離を長く設定することができる。したがって、冬季に回動機構に用いられるグリースなどの固化によってブレード５、６が投入直前または開放直後に停止した場合や、強風や地震による揺れなどによる外力によって投入状態におけるブレード５、６の相対角度が比較的大きくなった場合でも、通電によって接触部分にアークが生ずることを回避することができ、アーク熱による溶損を防止することができる。

また、第１の基準円Ｃ１の直径と第２の基準円Ｃ２の直径は、同一に設定されているので、ブレード５、６の軸方向の長さを同一とすることができる。このため、一方のブレード５および他方のブレード６を回動させる機構を共通化することができ、製造コストを削減できる。さらに、第１の接触部と第２の接触部は、インボリュート歯車の歯５１と歯溝６１から構成されているので、インボリュート歯車を製造する装置を使用して歯５１と歯溝６１を製作することができ、インボリュート曲線の加工が容易となる。

また、歯５１と歯溝６１とが接触している状態では、ブレード５、６が略一直線状となり、従来の水平一点切断路器のような突出部が形成されないので、コロナ放電の発生を抑えることができる。さらに、この水平一点切断路器１は、ブレードの先端部に歯５１と歯溝６１を設けるだけでよいので、既存の水平一点切断路器にも容易に適用することが可能となる。

（実施の形態２）
図４ないし図８は、この発明の実施の形態２を示している。この実施の形態２が実施の形態１と異なるところは、歯５１と歯溝６１の構成のみであり、その他の部分は実施の形態１に準じるので、準じる部分に実施の形態１と同一の符号を付すことにより、準じる部分の説明を省略し、後述する実施の形態３についても同様とする。

第１の接触部としての歯５２は、図４に示すように、ブレード５の先端の断面形状を略コの字型に加工され、噛み合い部としての上歯５２１と下歯５２２で構成されている。図５に示すように、上歯５２１は、実施の形態１の歯５１と同等の形状で構成されている。下歯５２２は、上歯５２１の基準円を反時計回りに９０°回転した基準円上に位置し、インボリュート曲線を有するインボリュート歯車の歯であり、歯面５２２ａを有している。

第２の接触部としての歯溝６２は、図６に示すように、ブレード６の先端の断面形状を略逆コの字型に加工され、噛み合い部としての上歯溝６２１と下歯溝６２２で構成されている。図７に示すように、上歯溝６２１は、実施の形態１の葉溝６１と同等の形状で構成されている。下歯溝６２２は、上歯溝６２１の基準円を反時計回りに９０°回転した基準円上に位置し、インボリュート曲線を有するインボリュート歯車の歯溝であり、平面形状が鉤型となっている。つまり、下歯溝６２２は、それぞれ、隣接する歯に挟まれた１つの歯溝から構成され、１つの歯底面と、この歯底面の両端からそれぞれ半径方向外方に延びる歯面（６２１ａ、６２２ａ）によって形成されている。

歯５２と歯溝６２においては、上歯５２１と上歯溝６２１とが噛み合い可能となっており、図８に示すように、下歯５２２と下歯溝６２２とが噛み合い可能となっている。

このように構成された実施の形態２においては、歯５２は、上下方向に形成された上歯５２１および下歯５２２と、歯溝６２は上歯溝６２１および下歯溝６２２を有しているので、歯５２と歯溝６２が互いに噛み合った状態では、歯面の４点（Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４）で接触するので、実施の形態１に比べてさらに歯５２と歯溝６２との接触性を高めることが可能となる。また、ブレード５、６の軸方向Ｐ３、Ｐ４に引張荷重、押込荷重が作用する場合であっても、歯５２と歯溝６２の下方向に形成された下歯５２２と下歯溝６２２は、ブレード５、６の軸方向Ｐ３、Ｐ４と直交する方向に延びているので、ブレード５、６に大きな外力が作用した場合でも、歯５２と歯溝６２との接触状態を維持することができる。つまり、下歯５２２と下歯溝６２２は、ブレード５、６に引張荷重、押込荷重が加わる際に、歯５２と歯溝６２の噛み合いをロックする役目を果たしており、歯５２と歯溝６２との離脱を確実に防止することができる。

（実施の形態３）
図９は、この発明の実施の形態３を示している。この実施の形態３が実施の形態１と異なるところは、歯５３と歯溝６３の構成である。

第１の接触部としての歯５３は、主として、第１のクリップ部材５３１ａ、第２のクリップ部材５３１ｂ、歯厚調節バネ５３２で構成されている。歯厚調節バネ５３２は、第１のクリップ部材５３１ａと第２のクリップ部材５３１ｂの先端部側（開閉端側）を閉方向に付勢するように（後端部側が開く方向に弾性力が加わるように）配設されている。

第２の接触部としての歯溝６３は、主として、第１の挟持部材６３１ａ、第２の挟持部材６３１ｂ、歯溝調節バネ６３２で構成されている。歯溝調節バネ６３２は、第１の挟持部材６３１ａと第２の挟持部材６３１ｂの先端部側（開閉端側）を閉方向に付勢するように（先端部側が閉じる方向に弾性力が加わるように）配設されている。

実施の形態３においては、歯５３と歯溝６３は、噛み合い状態に応じて歯厚が変形可能であるので、歯５３の歯面５３ａと歯溝６３の歯面６３ａとの圧力角が２０°以下の場合には、歯５３と歯溝６３は２点で接触する。

このように構成された実施の形態３においては、歯５３は、弾性部材としての歯厚調節バネ５３２により噛み合い状態に応じて歯厚が変形可能であり、歯溝６３は、弾性部材としての歯溝調節バネ６３２により噛み合い状態に応じて歯溝の大きさが変形可能であるので、歯５３と歯溝６３のバックラッシによる接触不良を解消し、接触性を高めることが可能となる。つまり、歯５３と歯溝６３の加工時には、バックラッシを抑制するための高精度な加工を施すことなく、容易に歯溝調節バネ６３２に歯５３と歯溝６３の接触性を高めることができる。さらに、歯厚調節バネ５３２および歯溝調節バネ６３２は、台風などの強風や地震などによる振れを緩和するショックアブソーバの役割を果たすので、歯５３と歯溝６３との接触を良好に維持することができる。

以上、この発明の実施の形態について説明したが、具体的な構成は、これらの実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、この発明に含まれる。例えば、歯５１と歯溝６１は、基準円ピッチとブレード幅Ｗとが同程度となるように１つとしているが、２以上の歯や歯溝が形成される構成としてもよい。また、歯５１と歯溝６１には、異物侵入防止のためのダストカバーを備えるようにしてもよい。さらに、実施の形態３において、歯５３と歯溝６３にそれぞれバネ５３２、６３２を設けているが、いずれか一方のみに設けてもよい。

１ 水平一点切断路器
２ ベース台
３、４ 支柱
５、６ ブレード
５１、５２、５３ 歯（第１の接触部）
６１、６２、６３ 歯溝（第２の接触部）
５３２ 歯厚調節バネ（弾性部材）
６３２ 歯溝調節バネ（弾性部材）
Ｃ１ 第１の基準円
Ｃ２ 第２の基準円

Claims (5)

1. 対向して設けられる一方の支柱と他方の支柱とを中心としてそれぞれ水平方向に回動可能な導電性のブレードを有し、前記各ブレードの先端部同士が接触可能に構成された水平一点切断路器であって、
   前記一方のブレードの先端部に、前記一方の支柱を中心とする第１の基準円上に位置しインボリュート曲線を有する第１の接触部を形成し、
   前記他方のブレードの先端部に、前記他方の支柱を中心とする第２の基準円上に位置しインボリュート曲線を有する第２の接触部を形成し、
   前記第１の接触部と前記第２の接触部とにおける前記インボリュート曲線部分同士を前記各ブレードの回動によって接触可能としたことを特徴とする水平一点切断路器。
2. 前記第１の基準円の直径と前記第２の基準円の直径は、同一に設定されている、ことを特徴とする請求項１に記載の水平一点切断路器。
3. 前記第１の接触部と前記第２の接触部は、互いに噛み合う少なくとも一つの歯と歯溝を有するインボリュート歯車から構成されている、ことを特徴とする請求項１または２に記載の水平一点切断路器。
4. 前記歯と歯溝は、上下方向に形成された二つの噛み合い部をそれぞれ有しており、一方の噛み合い部は前記ブレードの軸方向に延びており、他方の噛み合い部は前記ブレードの軸方向に対して直交する方向に延びている、ことを特徴とする請求項３に記載の水平一点切断路器。
5. 前記インボリュート歯車は、少なくとも歯の歯厚方向に弾性変形可能な弾性部材を有しており、噛み合い状態に応じて歯厚が変形可能である、ことを特徴とする請求項３または４に記載の水平一点切断路器。

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