JP5241974B1 - 発電主回路開閉器 - Google Patents

Abstract

発電主回路開閉器１は、相分離母線２の延伸方向を軸方向とする外被１ｅと、外被１ｅ内に配置され遮断部１０を構成する内部導体１ａ，１ｂと、外被１ｅ上に設けられ外被１ｅ内の空間と複数個の通風口５ａ，５ｂで連通するダクト５と、ダクト５内に配置され前記軸方向に送風する送風機４とを備え、通風口５ａは送風機４の上流側に設けられ、通風口５ｂは送風機４の下流側に設けられ、送風機４による送風は通風口５ａ，５ｂを介してダクト５内及び外被１ｅ内で循環しており、ダクト５内から通風口５ｂを介して外被１ｅ内に送られた送風は、内部導体１ａ，１ｂに直接当たるように構成されている。

Description

本発明は、例えば発電所等において発電機と主変圧器との間に設置される発電主回路開閉器に関するものである。

特許文献１では、相分離母線の中間に発電機遮断器（発電主回路開閉器）を設け、冷却装置による強制風により相分離母線及び発電機遮断器の冷却を行う方式が開示されている。ここで、強制風は、相分離母線の導体内、及び導体と外被との間を循環するようにしている。このような強制風は、発電機遮断器に隣接して設けられた冷却装置を用いて流されており、冷却装置は送風機とクーラとで構成されている。即ち、送風機を出た風は、クーラで冷却された後、発電機遮断器の一端に接続された相分離母線の一端から当該相分離母線の導体と外被との間を通って当該相分離母線の他端まで流れ、当該相分離母線の他端にて導体内に入り、次に当該相分離母線の他端から一端まで流れて発電機遮断器に戻る。更に、発電機遮断器に達した風は、発電機遮断器内で発電機遮断器の導体と外被との間を通過した後、発電機遮断器の他端に接続された相分離母線の一端から当該相分離母線の導体と外被との間を通って当該相分離母線の他端まで流れ、当該相分離母線の他端にて導体内に入り、次に当該相分離母線の他端から一端まで流れて再び送風機に戻ることになる。このように、強制風は相分離母線及び発電機遮断器の全体にわたって流れ、しかもその強制風はクーラによって冷却されている。

また、特許文献２では、発電機と主変圧器との間の相分離母線のみを強制冷却する構成が開示されている。即ち、電動送風機と熱交換器（クーラ）で構成された冷却装置からの風を、ダクトを介して相分離母線の一端から他端まで流した後、再び送風機に戻して循環させている。ここで、強制風は、相分離母線の導体と外被との間を流れる。

一方、上記のような強制風冷を行わない構成の発電主回路開閉器も存在する。例えば、特許文献３では、高出力開閉器（発電主回路開閉器）を自然対流による伝熱により冷却している。即ち、この構成では、外被内部の空気は高出力開閉器の軸方向に流れることはなく、軸に垂直な断面内の外被上部と外被下部とでは温度差が大きくなり、これにより自然対流が発生する。高出力開閉器の内部導体からの発熱は輻射と自然対流により外被に移動し、外被から外気に放出されることになる。

実公平５−２８８９６号公報（第１図） 特公平６−８５６１４号公報（第１図） 特開２００５−３２７２７号公報（第１図）

しかしながら、相分離母線を強制風冷により冷却する従来の構成（特許文献１，２）では、軸方向に延伸する相分離母線の全体にわたって風を流す構成になっていることから、大型の送風機が必要になるという問題があった。また、クーラを設けているので、冷却効果が増大し、小型の発電主回路開閉器でも大きな電流を流すことが可能となる一方で、冷却装置が大型化するという問題があった。なお、発電主回路開閉器では、コンタクト部分の温度上限が規格により定められており、より小型の発電主回路開閉器で大きな電流を流したい場合は、冷却構造を設ける必要がある。

一方、特許文献３に記載された従来技術のように、強制風冷を用いない構成では、自然対流による空気の流速が遅いために熱伝達率が低く、小型の発電主回路開閉器では大きな電流を流すことが困難となる。

この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、クーラを用いることなく、小型の送風機による送風で内部導体を効果的に冷却することで、より大きな電流を流すことが可能な発電主回路開閉器を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る発電主回路開閉器は、発電機と主変圧器との間を接続する相分離母線の中間に配置され、前記相分離母線と接続される遮断部を備えた発電主回路開閉器であって、前記相分離母線の延伸方向を軸方向とする外被と、この外被内に配置され、前記遮断部を構成する内部導体と、前記外被上に設けられ、前記外被内の空間と複数個の通風口で連通するダクトと、このダクト内に配置され前記軸方向に送風する送風機と、を備え、前記複数個の通風口は、前記軸方向において前記遮断部の内部導体の位置に対応して設けられるとともに前記送風機の下流側に設けられた第１の通風口と、前記軸方向において前記送風機の上流側に設けられた第２の通風口を含み、前記送風機による送風は、前記第１及び第２の通風口を介して、前記ダクト内及び前記外被内で循環しており、前記ダクト内から前記第１の通風口を介して前記外被内に送られた送風は、前記遮断部を構成する内部導体の前記軸方向の少なくとも一部に直接当たるように構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、クーラを用いることなく、小型の送風機による送風で内部導体を効果的に冷却することで、より大きな電流を流すことが可能になる、という効果を奏する。

図１は、実施の形態に係る発電主回路開閉器の要部の縦断面図である。 図２は、図１におけるＡ−Ａ断面図である。

以下に、本発明の実施の形態に係る発電主回路開閉器を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態．
図１は、本実施の形態に係る発電主回路開閉器の要部の縦断面図、図２は、図１におけるＡ−Ａ断面図である。以下、図１及び図２を参照して、本実施の形態の構成について説明する。発電主回路開閉器１は、図示しない発電機と主変圧器との間を接続する相分離母線２の中間に設置されている。相分離母線２は、外被２ｂと、外被２ｂ内に配置され軸方向に延伸する内部導体２ａとを備えて構成される。

発電主回路開閉器１は、外被１ｅと、外被１ｅ内に配置され相分離母線２の内部導体２ａと接続された遮断部１０（遮断器）と、外被１ｅ内に設置され遮断部１０及び相分離母線２の内部導体２ａと接続された断路部１１（断路器）と、外被１ｅに設けられた送風装置３とを備えて構成される。

遮断部１０は、相分離母線２の内部導体２ａに接続される内部導体１ａ（第１の内部導体）と、断路部１１に接続される内部導体１ｂ（第２の内部導体）と、内部導体１ａ，１ｂ間に挟まれて配置された絶縁部９とを備えている。内部導体１ａ，１ｂは、いずれも例えば円筒状であり、軸方向に離隔して配置されている。内部導体１ａは固定側導体であり、その内部に配置された固定コンタクト（図示せず）と接続されている。内部導体１ｂは可動側導体であり、その内部に配置された可動コンタクト（図示せず）と接続されている。可動コンタクト（図示せず）は、筒状の絶縁部１０内を往復動することで、固定コンタクト（図示せず）と接触又は非接触となる。内部導体１ｂは、内部導体１ａよりも軸方向に長尺である。

断路部１１は、遮断部１０の内部導体１ｂに接続される内部導体１ｃ（第３の内部導体）と、相分離母線２の内部導体２ａ及び内部導体１ｃに接続される内部導体１ｄ（第４の内部導体）とを備えている。断路部１１では、内部導体１ｃが軸方向に往復動することで、遮断部１０の内部導体１ｂと接触又は非接触となる。

発電主回路開閉器１の外被１ｅは相分離母線２の外被２ｂと接続されており、外被１ｅ，２ｂ内の空間は一体となって外部に対して密閉されている。外被２ｂ，１ｅ内には空気が存在する。相分離母線２は例えば水平に配置されており、発電主回路開閉器１の外被１ｅは軸方向を例えば水平にして配置されている。外被１ｅは、例えば、断面矩形の箱形であり、相分離母線２の延伸方向を軸方向とし、軸方向に長尺である。

送風装置３は、外被１ｅ上、例えばその上部、に設けられている。送風装置３は、ダクト５と、ダクト５内の送風機４とを備えて構成される。ダクト５は、送風機４により送風された風の風路を構成する。ダクト５は、例えば、断面矩形の箱形であり、外被１ｅの軸方向に長尺である。ダクト５は、外被１ｅの軸方向におけるその長さが外被１ｅよりも短く、概略内部導体１ａ〜１ｄの範囲を覆うように配置されている。

ダクト５の下面と当該下面に接触する外被１ｅの上面には、通風口５ａ，５ｂが設けられている。すなわち、ダクト５の下面に設けられた複数の開口と外被１ｅの上面に設けられた同数の開口とが一致して通風口５ａ，５ｂが形成されている。通風口５ａ（第２の通風口）は、送風機４に対して上流側に設けられ、外被１ｅ内からダクト５内に風を吸い込むのに用いられる。通風口５ｂ（第２の通風口）は、送風機４に対して下流側に設けられ、ダクト５内から外被１ｅ内へ風を送り出すのに用いられる。通風口５ａは例えば１個設けられ、通風口５ｂは例えば３個設けられている。通風口５ａ，５ｂを設けることにより、これらの通風口５ａ，５ｂによってダクト５内と外被内１ｅ内の空間が連通する。

送風機４は、例えば断路部１１の上方に配置され、外被１ｅの軸方向に送風する。通風口５ａは、例えば断路部１１の上方に配置されている。詳細には、通風口５ａは、軸方向において内部導体１ｄの位置に対応して内部導体１ｄの上方に設けられている。三つの通風口５ｂのうちの一つは軸方向において内部導体１ａの位置に対応して内部導体１ａの上方に配置され、別の一つは軸方向において内部導体１ｂの位置に対応して内部導体１ｂの上方に配置されている。そして、残りの一つは、軸方向において内部導体１ｂの断路部１１側の端部に対応して当該端部の上方に配置されている。ここで、当該端部は、内部導体１ｃと内部導体１ｂとの接続箇所でもある。

このような構成により、ダクト５内から通風口５ｂを通過して外被１ｅ内へ流入した風が、直接、略垂直に内部導体１ａ，１ｂ、及び内部導体１ｃと内部導体１ｂとの接続箇所に当たるようにできる。また、送風機４から送り出された風は、ダクト５内から通風口５ｂを介して外被１ｅ内に流入し、更に外被１ｅ内から通風口５ａを介してダクト５内に流出することで、外被１ｅ内及びダクト５内を循環する一方で、相分離母線２の外被２ａ内はほとんど循環しない。つまり、送風機４の送風による空気の循環は、概略、外被１ｅ内及びダクト５内で閉じている。なお、図１及び図２では、外被１ｅ内及びダクト５内における空気の流れを矢印で示している。

次に、本実施の形態の動作について説明する。送風機４を動作させることにより、空気は通風口５ａを介して外被１ｅ内からダクト５内に取り込まれ、風がダクト５内を矢印に沿って流れ、それぞれの通風口５ｂに分配されて外被１ｅ内に流れ込む。通風口５ｂから外被１ｅ内に流れ込んだ風は、内部導体１ａ〜１ｃに直接当り、内部導体１ａ〜１ｃの周りを回りこむようにして外被１ｅ内の底部に到達する。一方、空気は通風口５ａを介して外被１ｅ内からダクト５内に取り込まれているので、通風口５ａの周囲の空気は通風口５ａに向かって引かれるため、外被１ｅ底部などの大部分の空気は全体として通風口５ａに向かって流れる。

以上のようにして、外被１ｅ内及びダクト５内の空気を循環させるとともに、通風口５ｂからの風を直接内部導体１ａ〜１ｃに当てており、風の当った部位は風速が速い状態となっている。内部導体１ａ〜１ｃに当る風速が速いと、その部位の熱伝達率が大きくなり、当該部位から空気への熱の移動を多くすることができる。これは、例えば、円柱に垂直に風が当る場合の熱伝達率は風速の平方根にほぼ比例していることからもわかる。

発電主回路開閉器１内の内部導体１ａ〜１ｄに対して、上記のように、主に内部導体１ａ，１ｂに直接風が当たるような風の当て方をするメリットは次のとおりである。内部導体１ａ，１ｂは単純な導体ではなく、電流を開閉するためのコンタクトなどにより構成されている。一般的に通電時の発熱が大きい部位は遮断部１０のコンタクト部分であり、内部導体１ａ〜１ｄは軸方向に一様な温度ではなく、遮断部１０のコンタクト部分が最大となる温度分布をしていることが多い。そのため、上記のように内部導体１ａ，１ｂに直接風が当たるようにすることで、遮断部１０のコンタクトおよびその近傍に風を当てることにより、当該コンタクトの冷却が促進されることになり、内部導体１ａ〜１ｄの温度分布を平準化することができる。

また、遮断部１０のコンタクトの影響により、発電主回路開閉器１の内部導体１ａ，１ｂの温度は相分離母線２の内部導体２ａの温度よりも高いことが多く、発電主回路開閉器１の内部導体１ａ，１ｂの温度のみを下げれば、通電電流をより大きくすることが可能となる。なお、遮断部１０のコンタクトは、その上限温度が規格により定められているので、通電電流を大きくするためには、抵抗を小さくするように大型化して発熱を抑制するか、あるいは、風冷等により冷却する必要がある。

また、本実施の形態では、内部導体１ｃと内部導体１ｂとの接続箇所は、断路器１１のコンタクト（図示せず）部分に該当し、遮断器１０のコンタクト部分よりは発熱は小さいものの、当該接続箇所も通電時の発熱が大きい部位である。そのため、当該接続箇所の上方にも通風口５ｂを設け、当該接続箇所に直接風が当たるようにして、冷却効果を高めている。

このように、主として発電主回路開閉装置１の内部導体１ａ，１ｂのみに直接風を当て、概略外被１ｅ内及びダクト５内で風が循環するように構成しているので、クーラを用いることなく、出力の小さな小型の送風機４で効果的に冷却することができ、送風装置５の小型化と通電電流を高めることが可能となる。

なお、本実施の形態では、通風口５ｂは、内部導体１ａ、内部導体１ｂ、及び内部導体１ｂと内部導体１ｃとの接続箇所にそれぞれ対応して、三箇所に設けたが、遮断部１０を構成する内部導体１ａ，１ｂの軸方向の少なくとも一部に直接当たるように構成することでも同様の効果が得られる。例えば、通風口５ｂのうち内部導体１ａの位置に対応したもの又は内部導体１ｂの位置に対応したもののみを設ける構成も可能である。ただし、これらの構成よりも、本実施の形態の構成の方がより冷却効果が高い。また、通風口５ａ，５ｂの設置個数も図１の例に限定されるものではないが、通風口５ｂから外被１ｅ内に流入する送風の流速が遅くなり冷却効果が減じないようにする必要がある。

以上のように、本発明は、発電主回路開閉器として有用である。

１ 発電主回路開閉器、２ 相分離母線、１ａ〜１ｄ，２ａ 内部導体、１ｅ，２ｂ 外被、３ 送風装置、４ 送風機、５ ダクト、５ａ，５ｂ 通風口、９ 絶縁部、１０ 遮断部、１１ 断路部。

Claims (3)

1. 発電機と主変圧器との間を接続する相分離母線の中間に配置され、前記相分離母線と接続される遮断部を備えた発電主回路開閉器であって、
   前記相分離母線の延伸方向を軸方向とする外被と、
   この外被内に配置され、前記遮断部を構成する内部導体と、
   前記外被上に各相毎に分離して設けられ、前記外被内の空間と複数個の通風口で連通するダクトと、
   このダクト内に配置され前記軸方向に送風する送風機と、
   を備え、
   前記複数個の通風口は、前記軸方向において前記遮断部の内部導体の位置に対応して設けられるとともに前記送風機の下流側に設けられた第１の通風口と、前記軸方向において前記送風機の上流側に設けられた第２の通風口を含み、
   前記送風機による送風は、前記第１及び第２の通風口を介して、前記ダクト内及び前記外被内で循環しており、
   前記ダクト内から前記第１の通風口を介して前記外被内に送られた送風は、前記遮断部を構成する内部導体の前記軸方向の少なくとも一部に直接当たるように構成されていることを特徴とする発電主回路開閉器。
2. 前記遮断部を構成する内部導体は、固定側導体である第１の内部導体と、この第１の内部導体と前記軸方向に離隔して配置された可動側導体である第２の内部導体と、前記第１の内部導体と前記第２の内部導体との間に挟まれ内部に可動コンタクトが配置される絶縁部とを備え、
   前記第１の通風口は二つの通風口から成り、当該二つのうちの一方は前記軸方向において前記第１の内部導体の位置に対応して設けられ、当該二つのうちの他方は前記軸方向において前記第２の内部導体の位置に対応して設けられており、
   前記ダクト内から前記第１の通風口のうちの前記一方を介して前記外被内に送られた送風は前記第１の内部導体に直接当たり、前記ダクト内から前記第１の通風口のうちの前記他方を介して前記外被内に送られた送風は前記第２の内部導体に直接当たるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の発電主回路開閉器。
3. 前記発電主回路開閉器には前記遮断部に接続された断路部が設けられており、
   前記遮断部を構成する内部導体は、固定側導体である第１の内部導体と、この第１の内部導体と前記軸方向に離隔して配置された可動側導体である第２の内部導体と、前記第１の内部導体と前記第２の内部導体との間に挟まれ内部に可動コンタクトが配置される絶縁部とを備え、
   前記外被内には、前記断路部を構成し前記第２の内部導体と接続された第３の内部導体が設けられており、
   前記第１の通風口は三つの通風口から成り、当該三つのうちの一つは前記軸方向において前記第１の内部導体の位置に対応して設けられ、当該三つのうちの別の一つは前記軸方向において前記第２の内部導体の位置に対応して設けられ、当該三つのうちの残りは前記軸方向において前記第２の内部導体と前記第３の内部導体との接続箇所に対応して設けられており、
   前記ダクト内から前記第１の通風口のうちの前記一つを介して前記外被内に送られた送風は前記第１の内部導体に直接当たり、前記ダクト内から前記第１の通風口のうちの前記別の一つを介して前記外被内に送られた送風は前記第２の内部導体に直接当たり、前記ダクト内から前記第１の通風口のうちの前記残りを介して前記外被内に送られた送風は前記接続箇所に直接当たるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の発電主回路開閉器。
   

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