JP5380467B2 - 開閉器ユニット及びスイッチギヤ - Google Patents

Description

本発明は、開閉器ユニット及びスイッチギヤに関するものである。

受電設備においては、負荷電流あるいは事故電流を遮断するための遮断器、負荷の保守点検を行う際に作業者の安全を確保するための断路器と接地開閉器、系統電圧・電流の検出装置、更に保護リレーなどの全部または一部が収納された閉鎖形配電盤（スイッチギヤと称す）を設置している。

スイッチギヤは、限られた設置スペースに設置する場合が多く、小型化されたものが望まれることが多い。そして、スイッチギヤの大きさを決定するに際し、遮断部等の開閉器を含む開閉器ユニットがスイッチギヤ内で大きな体積を有していることから、開閉器ユニットを小型化できることが望まれる。

ここで、従来の開閉器として例えば特許文献１に記載されたものがある。該特許文献１では、直線状に二つの接点部が上下に配置されており、可動電極棒が上下に存在し、上下の可動電極棒に挟まれる形で平型接点が配置されている。

特開２００９−５０８２９４号公報

しかし、特許文献１に記載された構造では固定電極同士が電気的に接続された構造であるため、母線やケーブルが分散されてしまい、高電圧部が大きくなってしまい、小型化が困難であった。そこで、本発明では小型化を実現できる開閉器ユニットまたはスイッチギヤを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明に係る開閉器ユニットは、直線状に複数の開閉器が配置される開閉器ユニットであって、一の開閉器の可動電極と他の開閉器の固定電極が電気的に接続されていることを特徴とする。

また、本発明に係るスイッチギヤは、上記開閉器ユニットと、該開閉器ユニットに接続される母線と、該開閉器ユニットに接続されるケーブルと、これらの少なくとも一部を内部に収納する筺体とを備えていることを特徴とする。

本発明によれば、小型化を実現できる開閉器ユニットまたはスイッチギヤの提供が可能となる。

本発明の一実施の形態を一部断面で示す側面図である。 本発明の一実施の形態を示す背面図である。 図１に示す一実施の形態のモールドスイッチ部の断面図である。 本発明の他の実施の形態を一部断面で示す側面図である。

以下、本発明を実施する上で好適となる実施例について図面を用いて説明する。尚、下記はあくまでも実施の例であり、本発明の内容を下記実施例の具体的態様に限定する趣旨でないことは言うまでもない。

実施例１について図１ないし図３を用いて説明する。

図１に示す様に、スイッチギヤ１は、開閉器ユニットに相当するモールドスイッチ２と、モールドスイッチ２に電力系統からの電力を供給する母線８０と、モールドスイッチ２からの電力を負荷側へと配電するケーブル９０と、モールドスイッチ２内の開閉器を操作する操作装置５，６と、操作装置５，６とモールドスイッチ２内開閉器を連結する連結装置５１，６１及びこれらを内包する筺体２１とから概略構成される。

図３に示す様に、モールドスイッチ２は、電流の投入・遮断機能を有する真空絶縁開閉スイッチ３と、投入・断路・接地の３ポジションに切替可能な気中絶縁開閉スイッチ４と、負荷側に印加される電圧を検出する電圧検出器７と、母線８０と接続される母線接続用ブッシング８と、負荷側へ電流を送るケーブル９０に接続されるケーブル接続用ブッシング９をエポキシ樹脂１０により一体にモールド成形することで構成されている。そして、真空絶縁開閉スイッチ３と気中絶縁開閉スイッチ４は直線状に配置されている。

各々について詳細に説明する。真空絶縁開閉スイッチ３は、固定側セラミックス絶縁筒３０ｂ，可動側セラミックス絶縁筒３０ａ，固定側端板及び可動側端板とを接続して構成される真空容器３０内に、固定側電極３１，可動側電極３２，固定側電極３１と接続される固定側導体２２，可動側電極３２と接続される可動側導体３４、及びセラミックス絶縁筒３０ａ，３０ｂを電極の開閉時のアークから保護するためのアークシールド３６を配備している。そして、可動側導体３４は金属ベローズ３５を介して、真空容器３０外に導出され、フレキシブル導体１１を通じてケーブル接続用ブッシング中心導体３３と接続され、母線側からの電力を負荷側へ配電する。また、可動側電極３２は、絶縁操作ロッド５２にも連結されており、操作装置５からの操作力が連結装置５１を経由して絶縁操作ロッド５２に伝達される。

気中絶縁開閉スイッチ４は、母線接続用ブッシング中心導体２３と接続されており、この中心導体２３を介して母線側と接続される固定電極４０と、可動電極４３のガイドの役割を果たすと共に、接地電位としている接地側固定電極４２と、それらの軸方向中間に位置し、接続導体４４を介して真空絶縁開閉スイッチ３側の固定側導体２２と電気的に接続される中間固定電極４１を備えており、内部は気中絶縁されている。また、これら各固定電極は、内径をいずれも等しくし、直線状に配置されている。これらの各固定電極に対し、可動電極４３が直線状に気中絶縁開閉スイッチ４内を移動することで、投入・断路・接地の３位置に切換えることが可能となる。可動電極４３は、気中絶縁操作ロッド６２と連結しており、気中絶縁操作ロッド６２は連結装置６１を介して操作装置６と接続されている。
これにより、気中絶縁操作ロッド６２は操作装置６により動作できる。そして気中絶縁開閉スイッチ４のうち、前記の各固定電極と接触する部位をスプリングコンタクト２４で構成することにより、気中絶縁開閉スイッチ４の可動を妨げず、かつ弾性力により確実に接触を実現できるようにしている。

上記の様に、真空絶縁開閉スイッチ３は負荷側に配置される開閉器であり、気中絶縁開閉スイッチ４は母線側に配置される開閉器である。

真空絶縁開閉スイッチ３と気中絶縁開閉スイッチ４の間の電気的接続関係について説明する。中間固定電極４１は、可動電極４３の位置によらず可動電極４３と接触しており、両者は常に同電位となっている。上述の様に、中間固定電極４１は真空絶縁開閉スイッチ３側の固定側導体２２と電気的に接続されていることから、中間固定電極４１と常に同電位の状態にある可動電極４３についても真空絶縁開閉スイッチ３側の固定側導体２２と電気的に接続されている。一方で、互いに接近している固定側導体２２と固定電極４０の間は、エポキシ樹脂１０による固体絶縁により絶縁を保っている。

母線接続用ブッシング８は、母線接続用ブッシング中心導体２３の周囲をエポキシ樹脂１０で覆うことにより、また、ケーブル接続用ブッシング９は、ケーブル接続用ブッシング中心導体３３の周囲をエポキシ樹脂１０で覆うことにより構成されている。そして、ケーブル接続用ブッシング９には、内部を通るケーブル接続用ブッシング中心導体３３と電気的に接続される様に、負荷側の電位を測定する電圧検出器７を配置している。両ブッシングは、同一面内に配置されており、更に同じ側に配置する様にしている。また、ブッシングの長さについては、母線接続用ブッシング８よりもケーブル接続用ブッシング９を長くしている。

図２は本実施例のスイッチギヤ２面の盤毎に設けられた母線接続用ブッシング８間を母線８０で相互に接続して列盤構成した２面のスイッチギヤ１の背面図を示している。ケーブル接続用ブッシング９にケーブル９０を紙面下方向に引出すことにより負荷機器に電力を供給するが、ケーブル接続用ブッシング９を母線接続用ブッシング８よりも長く構成することで、ケーブル９０を紙面上方向にも引出すことができる。

また、真空絶縁開閉スイッチ３の入り切りは、連結装置５１を介して電磁操作方式の第１の操作装置５により操作され、３ポジション気中絶縁開閉スイッチ４における通電するための閉位置、雷等のサージ電圧に対して点検作業者の安全を確保するための断路位置及び接地とするための接地準備位置への切換えは、連結装置６１を介してモータ駆動方式の第２の操作装置６により操作される。

尚、第１の操作装置５に電磁操作方式、第２の操作装置６にモータ駆動方式を適用したが、電動ばね方式等の他の操作方式を採用することも可能である。

次に、モールドスイッチ２による投入・遮断・断路・接地の各動作について説明する。

図１では投入状態を示している。

この投入状態から遮断状態に移行するには、操作装置５を操作し、連結装置５１を介して絶縁操作ロッド５２を固定側電極３１から離れる方向に操作させる。これにより、絶縁操作ロッド５２の先端に固定側電極３１と対向して設けられる可動側電極３２は固定側電極３１から接離し、真空絶縁開閉スイッチ３内で遮断動作が行われる。

次に断路動作が行われる。投入状態からの断路状態への移行動作は、遮断動作に続いて行われる。この際、操作装置６を操作し、連結装置６１を介して気中絶縁開閉スイッチ４の気中絶縁操作ロッド６２を固定電極４０から離れる方向に駆動する。これにより、可動電極４３及び可動電極４３に設けられるスプリングコンタクト２４と固定電極４０との極間距離を離すことができ、断路状態へと移行し、スプリングコンタクト２４が接地側固定電極４２及び固定電極４０のいずれとも接触しない位置に移動させる。ここで、本実施例に係る開閉器ユニットによれば、真空絶縁開閉スイッチ３の電極間を遮断状態にした上で、気中絶縁操作ロッド６２を断路状態にする二重の断路構造になっており、可動電極４３及び可動電極４３に設けられるスプリングコンタクト２４と固定電極４０との極間距離については、真空絶縁開閉スイッチ３が例えば真空漏れを起こした場合にも断路状態の信頼性が低下しない様、遮断位置における真空絶縁開閉スイッチ３の電極間距離よりも広いものとしておくのが良い。

続いて接地状態へと移行する。接地状態への移行は、まず上記断路動作に引き続き、操作装置６を操作し、連結装置６１を介して気中絶縁開閉スイッチ４の気中絶縁操作ロッド６２を固定電極４０から離れる方向に更に駆動し、気中絶縁操作ロッド６２側のスプリングコンタクト２４が接地側固定電極４２と接触する様にする。これにより接地側固定電極４２→スプリングコンタクト２４→可動電極４３→中間固定電極４１→接続導体４４→固定側導体２２→固定側電極３１が電気的に接続し、これらは接地電位となる。即ち、この際、真空絶縁開閉スイッチ３の電極間には固定側電極３１の接地電位と負荷側の電位が印加される可動側電極３２の電位差が印加されており、この時点では負荷側は接地されていない。

この状態から操作装置５を操作し、連結装置５１を介して絶縁操作ロッド５２を固定電極３１に近づける方向に操作させ、絶縁操作ロッド５２の先端に固定側電極３１と対向して設けられる可動側電極３２を固定側電極３１に接触させる。これにより、固定側電極３１と可動側電極３２が導通し、負荷側が接地され、接地動作が完了する。

尚、投入から接地までは常に行わなければならない訳ではなく、投入状態から遮断状態や断路状態に移行させたい場合には、上記手順のうち、遮断状態や断路状態までで停止させれば良い。また、接地→断路→遮断→投入の動作（接地⇒投入までの全てのみでなく、途中のみ断路⇒投入等も含む）については、上記手順と逆の手順で行えばよい。

本実施例によれば、真空絶縁開閉スイッチ３と気中絶縁開閉スイッチ４について、一方の可動電極と他方の固定電極とを電気的に接続する様にしたことにより、高電圧部である母線やケーブルがモールドスイッチ２の端同士に分散されず、集約化でき、モールドスイッチ２を小型化することができる。尚、軸方向に集中的に開閉器を配置しているので、軸方向以外の方向については大幅に小型化できるのは当然である。そして、モールドスイッチ２はスイッチギヤ全体の中で大きな体積を占めるのでスイッチギヤ全体の小型化も併せて達成することが可能となる。

また、一方の可動電極と他方の固定電極とを電気的に接続する様にしたことに伴い、一方の固定電極と他方の固定電極については、絶縁することとしている。これにより、一方の可動電極と他方の固定電極とを電気的に接続する様にした場合であっても、絶縁破壊がされない様にできる。そして、本実施例では絶縁の具体的態様としてエポキシ樹脂１０による固体絶縁を行っている。エポキシ樹脂１０等樹脂モールドは絶縁特性が高いため、絶縁距離を短くすることができ、二つの開閉器間を軸方向に近付けることができることから、軸方向には大型化しやすい開閉器を軸方向に複数配置する態様においては、大型化を防ぐことができ、有用なものとなる。

また、本実施例では真空絶縁開閉スイッチ３と３ポジション気中絶縁開閉スイッチ４の組合せにより投入・遮断・断路・接地の４つの回路条件を構成している。投入・遮断・接地性能を真空絶縁開閉スイッチ３に集約し、通電・絶縁性能を真空絶縁開閉スイッチ３と３ポジション気中絶縁開閉スイッチ４の２つの開閉スイッチにて担保することにより、構造を簡素化、多段式絶縁とでき、安全性及び信頼性が確保されている。なお、３ポジション気中絶縁開閉スイッチ４を２ポジション形としても、断路位置での対地絶縁が１段となるだけであり、同様な作用効果を発揮できる。

また、本実施例では複数の開閉器を同軸配置とすることで、モールドスイッチ２は略円筒形とできることから（母線８０やケーブル９０に接続されるブッシング部は除く。）、スイッチギヤ１に配置された際にスイッチギヤ１のモールドスイッチ２の軸方向以外の方向の寸法が縮小され、スイッチギヤ１が小型・軽量化される。また、モールドスイッチ２自体も形状が回転対称とされ、生産性の向上が図れる。

また、例えば、真空絶縁開閉スイッチ３と並行して導体が配置され、導体に真空絶縁開閉スイッチ３と同方向又は逆方向の電流を通電した場合、真空絶縁開閉スイッチと導体間には吸引方向又は反発方向に電磁力が発生する。真空絶縁開閉スイッチの電流を遮断するメカニズムとして、電流遮断時に電極間に発生するアークを、電極間に縦磁界を発生させ消孤させる方式や電極円周上にアークを駆動させ拡散・消孤させる方式が用いられるが、この時上述した真空絶縁開閉スイッチと導体間に発生する電磁力はアークに横向きに作用するため、電極間の磁場が変化し、遮断性能が低下する可能性がある。従来、真空絶縁開閉スイッチと並行して導体を配置する場合は、電流遮断時の電極間磁場に影響を与えないよう距離を確保している。これに対し、本実施例では真空絶縁開閉スイッチ３と気中絶縁開閉スイッチ４の絶縁性能は独立で、真空絶縁開閉スイッチ３で電流を遮断する際に発生するアークに横向きの電磁力が作用しないため、信頼性の向上が図れる。

また、一体モールドする複数開閉器を同軸配置することで、複数開閉器間の絶縁構造がシンプルになるため、複数開閉器間がむやみに大型化することなく、エポキシ樹脂の厚さが低減できる。これにより、放熱効率の向上や樹脂使用量の低減も図れる。

また、母線接続用ブッシング８とケーブル接続用ブッシング９を同一面に配置し、かつ、同じ側に配置したことで、作業時にスイッチギヤ１に対して一方向から作業することができ、取り付け・メンテナンス時等の作業性の向上が図れる。

また、ケーブル接続用ブッシング９を母線接続用ブッシング８より長く構成することで、負荷側に接続されるケーブル９０の引出し方向、母線８０の２段構成等の顧客の設置環境に応じた様々な仕様に対して、柔軟に対応できる。

例えば、図２は本実施例のスイッチギヤ２面の盤毎に設けられた母線接続用ブッシング８間を母線８０で相互に接続して列盤構成した背面図であり、ケーブル接続用ブッシング９にケーブル９０を紙面下方向に引出すことにより負荷機器に電力を供給するが、ケーブル接続用ブッシング９を母線接続用ブッシング８よりも長く構成することで、ケーブル９０を紙面上方向にも引出すことができる。

勿論、母線接続用ブッシング８をケーブル接続用ブッシング９より長くしても良いが、顧客の設置環境に応じて対応するには、負荷側に接続されるケーブルが自由に配線できる方がメリットがあり、母線がケーブルの邪魔にならない様、ケーブル接続用ブッシング９を母線接続用ブッシング８より長く構成している。この際、ケーブル接続用ブッシング９とケーブルとを回転可能に（例えばＴ型ケーブルヘッドを用いる等）接続させると、設置場所（現地）に行ってから自由にケーブル引出し方向を調整できるため、一層有益である。

実施例２について図４を用いて説明する。本実施例では、実施例１で説明したモールドスイッチ２の上下を反転させたモールドスイッチ１０２を適用している。これに伴い、操作装置１０５，１０６、連結装置１５１，１６１も上下を入れ替えている。他の部位に関しては実施例１と同様であり、重複説明は省略する。

本実施例の様に、モールドスイッチ１０２の上下を反転させても、前述した実施の形態と同様な効果を得ることが可能である。

上記各実施例では、直線状に配置された複数開閉器について、真空絶縁開閉スイッチ３の固定側電極と母線側に接続される開閉器である気中絶縁開閉スイッチ４の可動電極とを接続しており、母線８０については盤中央に近い部位に配置されるようになっている。これにより、顧客からの要望等、何らかの理由により、モールドスイッチの上下を反転する必要が生じた場合にも、母線８０の位置は盤中央から変化しないため、作業性が大きく変化することがない。一方、ケーブルについては上下等各方向に引出し可能とすれば、ケーブル接続用ブッシング９がいずれの位置にあってもケーブル自体の配線に支障はない。

また、上記各実施例によれば、母線側に接続される開閉器であり、投入・接地機能を有する気中絶縁開閉スイッチ４の可動電極と真空絶縁開閉スイッチ３の電極とを接続したので、複数の開閉器が同軸に直線状に配置された場合であっても、母線側の開閉器に接地機能を持たせると共に、負荷側の開閉器のみに遮断器能を持たせる回路構成が実現できる。
直線状に複数の開閉器を配置するには、スペース上、複数開閉器の各可動電極側が各々離れる方向に移動する様に設置されるのが通常であり、係る場合にも母線側の開閉器に接地機能を持たせるには、母線側の開閉器の固定電極側でなく、可動電極側が負荷側の開閉器に接続される必要がある。係る構成を具備することにより、上記した直線状に配置された効果に加えて、母線側の開閉器に遮断特性を持たせる必要が無くなり、構造を簡素化するという効果も得られるようになる。

更に、気中絶縁開閉スイッチ４に断路機能も持たせることにより、別途断路器を設ける必要が無くなり、一層構造を簡素化でき、小型化にも寄与する。

尚、本発明の実現には各スイッチが気中絶縁・真空絶縁・ガス絶縁等特定の絶縁方式でなければならないという制約はなく、絶縁性能の良い例えば真空絶縁を用いることで小型化に寄与できるという更なる効果は奏し得る。

１ スイッチギヤ
２，１０２ モールドスイッチ
３ 真空絶縁開閉スイッチ
４ （３ポジション）気中絶縁開閉スイッチ
５ （第１の）操作装置
６ （第２の）操作装置
７ 電圧検出器
８ 母線接続用ブッシング
９ ケーブル接続用ブッシング
１０ エポキシ樹脂
１１ フレキシブル導体
２２ 固定側導体
２３ 母線接続用ブッシング中心導体
２４ スプリングコンタクト
３０ 真空容器
３０ａ 絶縁筒
３１ 固定側電極
３２ 可動側電極
３３ ケーブル接続用ブッシング中心導体
３４ 可動側導体
３５ 金属ベローズ
３６ アークシールド
４０ 固定電極
４１ 中間固定電極
４２ 接地固定電極
４３ 可動電極
４４ 接続導体
８０ 母線
９０ ケーブル
１５１，１６１ 連結装置
１５２，１６２ 気中絶縁操作ロッド

Claims (5)

1. 複数の開閉器が直線状に同軸配置される開閉器ユニットであって、
   前記各開閉器は、固定電極と、前記固定電極に対して直線状に前記開閉器内を移動する可動電極とを備え、
   一の開閉器の固定電極は母線と電気的に接続され、
   他の開閉器の可動電極は負荷側ケーブルと電気的に接続され、
   前記一の開閉器の可動電極と前記他の開閉器の固定電極が電気的に接続され、
   前記一の開閉器の固定電極と前記他の開閉器の固定電極の間は樹脂モールド絶縁され、
   前記一の開閉器及び前記他の開閉器は、略円筒状に樹脂モールドされ、
   前記一の開閉器は母線側に配置された母線側開閉器であり、
   前記他の開閉器は負荷側に配置された負荷側開閉器であり、
   前記母線側開閉器が前記母線と接続される母線側ブッシングを有し、
   前記負荷側開閉器が前記負荷側ケーブルと接続される負荷側ブッシングを有し、
   前記母線側ブッシングと前記負荷側ブッシングが同一面で、かつ同じ側に配置されていることを特徴とする開閉器ユニット。
2. 請求項１に記載の開閉器ユニットであって、
   前記母線側開閉器は投入・接地機能を有しており、
   前記負荷側開閉器は投入・遮断器能を有していることを特徴とする開閉器ユニット。
3. 請求項２に記載の開閉器ユニットであって、
   前記母線側開閉器は投入・断路・接地機能を有していることを特徴とする開閉器ユニット。
4. 請求項１に記載の開閉器ユニットであって、
   前記負荷側ブッシングは前記母線側ブッシングよりも長いことを特徴とする開閉器ユニット。
5. 請求項１に記載の開閉器ユニットと、該開閉器ユニットに接続される母線と、該開閉器ユニットに接続されるケーブルと、これらの少なくとも一部を内部に収納する筺体とを備えていることを特徴とするスイッチギヤ。

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