JP5406869B2

JP5406869B2 - 絶縁操作ロッド及び開閉装置

Info

Publication number: JP5406869B2
Application number: JP2011050984A
Authority: JP
Inventors: 直明井上; 勝志中田; 伸治佐藤; 圭二後藤; 繁稲葉
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-03-09
Filing date: 2011-03-09
Publication date: 2014-02-05
Anticipated expiration: 2031-03-09
Also published as: JP2012190571A

Description

この発明は、例えば遮断器や開閉器などの開閉装置の接点を駆動するために用いられる絶縁操作ロッド及びその絶縁操作ロッドを用いた開閉装置に関するものである。

真空バルブなどを用いる遮断器では、充電部である接点部とそれを操作する機構部を機械的に接続すると共に電気的には絶縁する必要があるため、絶縁操作ロッドを用いて接続している。例えば特許文献１の図１１のような構成例が多く、真空遮断器では、真空バルブの直下に絶縁操作ロッドが設置される。また、遮断器や開閉器は一般大気環境下で使用されるため、大気中の塩分やダストで汚損し、かつ湿潤状態になると耐電圧性能が著しく低下することが知られている。汚損耐電圧性能を向上させるためには、十分に漏洩長を取ることや、絶縁物表面の撥水性の向上、水切り性を向上する方法が知られている。例えば特許文献２の図１に示される絶縁操作ロッドのように襞をつけることで漏洩長を長く取り、また水平な襞の途中に垂直な襞を設けることで水切り性を向上させている。

特開平１０−２４１５１２号公報（第１０頁、図１１）特開平７−２９６６８６号公報（第５頁、図１）

絶縁操作ロッドは接点駆動時の機械的な負荷を小さくするために軽量化が望まれ、さらに、衝撃荷重に耐えるために十分な断面積を有する必要がある。特許文献１、２のような大きな襞を持った絶縁操作ロッドは重量が重くなるという問題があった。また、衝撃荷重に対して、従来の襞形状の絶縁操作ロッドは、襞の部分は外径が大きく、十分な断面積を有しているが、襞のない部分の断面積は小さくなっており、襞の付け根付近に応力集中するという問題があった。さらに、襞の上部は十分に大きい水切り角度をつけてないと、水切り性が悪くなり、汚損液体が襞の上に停滞してしまう問題があった。また、漏洩長を長くするために絶縁操作ロッドの上部に位置する真空バルブより直径が大きくなるなど、機器の縮小化を妨げる要因となっていた。

この発明は上記のような従来技術の問題を解消するためになされたものであり、十分に長い漏洩長と大きな水切り角度を同時に得ることができ、汚損時の耐電圧性能を低下させることなく軽量化、小型化することが可能な絶縁操作ロッド及びその絶縁操作ロッドを用いた開閉装置を提供することを目的としている。

この発明に係る絶縁操作ロッドは、開閉装置の可動接点と、該可動接点を開閉動作させる機構部を連結する絶縁操作ロッドであって、上記絶縁操作ロッドの外周面に螺旋状の襞が設けられてなるとともに、上記襞は上記絶縁操作ロッドの外周面からの突出寸法が、螺旋の周回方向に変化されていることを特徴としている。
また、この発明に係る絶縁操作ロッドは、開閉装置の可動接点と、該可動接点を開閉動作させる機構部を連結する絶縁操作ロッドであって、上記絶縁操作ロッドの外周面に螺旋状の襞が設けられてなるとともに、上記襞は螺旋のピッチが周回方向に変化されていることを特徴としている。
そして、この発明に係る開閉装置は、上記外周面に螺旋状の襞が設けられた絶縁操作ロッドを可動接点と該可動接点を開閉動作させる機構部との連結部に用いたものである。

この発明に係る絶縁操作ロッドにおいては、絶縁操作ロッドの外周面に螺旋状の襞を設けるようにしたことで、襞が螺旋の進行方向に大きな水切り角度を有しているため、汚損液体を停滞させることなく、絶縁操作ロッドの表面を汚損度の低い状態に保つことができる。また、螺旋による大きな水切り角度を有していることで襞の肉厚を薄くできるので、従来の襞形状の場合と同等の漏洩長を確保した場合でも、軽量化、小型化が可能となる。さらに、襞が螺旋の進行方向、即ち軸方向に連続しているので、どの部分の断面積も同じとなるため、局所的な応力集中を防ぐことが可能となる。そして、襞は絶縁操作ロッドの外周面からの突出寸法または螺旋のピッチが、螺旋の周回方向に変化されているので、襞における汚染物質の溜り難さを上記突出寸法または螺旋のピッチに応じて変えることができる。
また、この発明に係る開閉装置は、上記のような効果を有する絶縁操作ロッドを用いたことにより、軽量化、小型化が可能となるほか、耐汚損性が向上することにより信頼性を長期にわたって得ることができる。

本発明の実施の形態１に係る絶縁操作ロッドの要部を示す図。図１に示された絶縁操作ロッドを用いた開閉装置である真空遮断器の構成例を概念的に示す図。図１に示された絶縁操作ロッドの漏洩長及び水切り角度を説明する図。従来の一般的な襞形状を有する絶縁操作ロッドの漏洩長及び水切り角度を比較説明する参考図。本発明の実施の形態２に係る絶縁操作ロッドの要部を示す図。本発明の実施の形態３に係る絶縁操作ロッドの要部を示す図。本発明の実施の形態４に係る絶縁操作ロッドの要部を示す図。本発明の実施の形態５に係る絶縁操作ロッドの要部を示す図。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る絶縁操作ロッドの要部を示す図、図２は図１に示された絶縁操作ロッドを用いた開閉装置である真空遮断器の構成例を概念的に示す図である。図において、絶縁操作ロッド１は、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂の絶縁体からなる丸棒状の円柱部２と、この円柱部２の軸方向両端部に埋め込まれた少なくとも２つの金属製の埋金３を有し、円柱部２の外周面には、同じく熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂からなる螺旋状の襞４が円柱部２と一体に形成されていることを特徴としている。なお、２つの埋金３、３相互は電気的に絶縁されており、後述するように一方は遮断器などの可動接点（図示省略）側に、他方は該可動接点を駆動する機構部に接続される。

真空遮断器５は、上記図１のように構成された絶縁操作ロッド１を、図２に示すように、真空バルブ５１と機構部５２の間に配設し、絶縁操作ロッド１と真空バルブ５１の可動接点（図示省略）とは連結部５３を介して連結され、絶縁操作ロッド１と機構部５２は連結部５４を介して連結された構成となっている。なお、この例では３相交流に対応して真空バルブ５１、絶縁操作ロッド１、及び各連結部５３、５４は相毎にモールドフレーム５５に収容されて並設され、機構部５２の上部に設置されている。

図３は、図１に示された実施の形態１に係る絶縁操作ロッド１の漏洩長及び水切り角度を説明する図、図４は、従来の一般的な襞形状を有する絶縁操作ロッド１０の漏洩長及び水切り角度を比較説明する参考図である。なお、図中の太線は絶縁操作ロッド１、１０の上端部の埋金３から下端部の埋金３に至る絶縁体の表面に沿った漏洩長を模式的に示している。図２に示すような真空遮断器５は通常の大気環境下で使用されるため、長期使用により大気中の塩分やダストで汚損され、かつ湿潤状態になると耐電圧性能が著しく低下する。汚損時の耐電圧性能を維持するために、従来は図４の太線で示す漏洩長Ｌｃを長く取る必要があった。図４のように襞が３つの場合、漏洩長Ｌｃは式（１）で表すことができる。

漏洩長Ｌｃ＝（水平部長さＡｃ）×２＋（絶縁操作ロッドの全長Ｂｃ）＋３×｛（襞高さＣｃ）／ｃｏｓ（θ１ｃ）＋（襞高さＣｃ）／ｃｏｓ（θ２ｃ）｝−３×｛（襞高さＣｃ）×ｔａｎ（θ１ｃ）＋（襞高さＣｃ）×ｔａｎ（θ２ｃ）｝・・・式（１）
但し、θ１ｃ：水切り角度（図４の襞の上面の傾斜角度）、
θ２ｃ：水切り角度（図４の襞の下面の傾斜角度）。

更に、汚損液体を襞上に停滞させないように水切り角度θ１ｃ、θ２ｃを大きく取る必要があった。しかし、水切り角度θ１ｃ、θ２ｃを大きく取るためには必然的に襞が分厚くなり、それに伴い重量化するという問題点があった。また、水切り角度θ１ｃ、θ２ｃを大きくすると漏洩長Ｌｃは短くなってしまうため、絶縁操作ロッドの全長Ｂｃを長くして漏洩長Ｌｃを確保する必要があった。なお、上記絶縁操作ロッドの全長Ｂｃは、後述する実施の形態１の絶縁操作ロッドの全長Ｂを含め、絶縁材からなる円柱部２の全長を意味している。

これに対し、図３に示す本発明の実施の形態１における絶縁操作ロッド１では、襞４が螺旋形状であるため、従来の襞形状の場合と同様に襞を乗り越える経路の漏洩長Ｌ１と、螺旋の内周に沿った漏洩長Ｌ２の両方を考慮する必要がある。
図３のように襞４が３つ（３周）の場合、襞４を乗り越える経路の漏洩長Ｌ１は式（２）で表すことができる。

漏洩長Ｌ１＝（水平部長さＡ）×２＋（絶縁操作ロッドの全長Ｂ）＋３×｛（襞高さＣ）／ｃｏｓ（θ１）＋（襞高さＣ）／ｃｏｓ（θ２）｝−３×｛（襞高さＣ）×ｔａｎ（θ１）＋（襞高さＣ）×ｔａｎ（θ２）｝・・・式（２）
但し、θ１：襞４の上面の傾斜角度、
θ２：襞４の下面の傾斜角度。

また、図３のように襞４が３つ（３周）の場合、螺旋の内周に沿った漏洩長Ｌ２は式（３）で表すことができる。
漏洩長Ｌ２＝（水平部長さＡ）×２＋（絶縁操作ロッドの全長Ｂ）−（襞の有る部分の長さＤ）＋[（襞の間隔Ｅ）^２＋｛（絶縁操作ロッドの直径Ｆ）×π｝^２]^１／２×３・・・式（３）

一方、水切り角度については、襞の間隔Ｅを大きくすることで螺旋状の水切り角度θ３が大きくなるため、襞４の厚さを薄くすることが可能となり、それによって襞４を乗り越える経路の漏洩長Ｌ１が長くなる。
なお、螺旋状の水切り角度θ３については、式（４）で表すことができる。
螺旋状の水切り角度θ３＝ｔａｎ^−１［（襞の間隔Ｅ）／｛（絶縁操作ロッドの直径Ｆ）×π｝］・・・式（４）

また、螺旋の内周に沿った漏洩長Ｌ２については絶縁操作ロッドの円柱部２の直径Ｆを確保することで十分な長さを得ることができる。このため、実施の形態１における螺旋状の襞４の場合、通常の襞形状をもつ絶縁操作ロッドと同じ漏洩長、同じ水切り角度であっても、重量を４０％程度削減することが可能となる。また、図４のような通常の襞形状をもつ絶縁操作ロッドの場合、襞の部分と襞のない部分の断面積が異なるため、遮断器動作時の衝撃荷重に対し、襞の付け根付近に応力が集中していたが、本発明の形状である螺旋状の襞４の場合、その襞４が螺旋の進行方向、即ち軸方向に連続して形成されているため、どの断面でも断面積は同じとなるため、局所的な応力集中は生じない。

上記のように、実施の形態１においては、絶縁操作ロッド１を構成する絶縁材からなる円柱部２の外周面に螺旋状の襞４を設けるようにしたので、螺旋状の襞４が有する螺旋状の角度θ３が汚損に対する水切り角度となるため、襞４の厚さを厚くすることなく、大きな水切り角度を得ることが可能となる。また、同じ長さの絶縁操作ロッドにおいて、襞４の高さが同じであれば、襞の厚さが薄い方が漏洩長は長くなる。このため、螺旋状の襞４を有する実施の形態１では、十分に長い漏洩長と大きな水切り角度を同時に得ることができ、汚損時の耐電圧性能を低下させることなく軽量化、小型化することが可能となる。

また、襞４が螺旋状の大きな水切り角度を有していることにより、汚損液体を停滞させることなく、絶縁操作ロッド１の表面を汚損度の低い状態に保つことができる。また、螺旋の内周に沿った漏洩長Ｌ２と、螺旋の襞４を乗り越える経路の漏洩長Ｌ１の両方を考慮する必要があるものの、襞４の厚さを薄くできることで、従来と同等の漏洩長を確保した場合でも、軽量化、小型化が可能となる。更に、どの部分の断面積も同じとなるため、局所的な応力集中を防ぐことが可能となるなどの効果が得られる。

また、実施の形態１に係る開閉装置である真空遮断器５は、上記のような特徴を有する絶縁操作ロッド１を可動接点と、該可動接点を開閉動作させる機構部５２との連結に用いたことにより、軽量化、小型化が可能となるほか、絶縁操作ロッド１部分での耐汚損性が向上することにより信頼性を長期にわたって得ることができる。

実施の形態２．
図５は本発明の実施の形態２に係る絶縁操作ロッドの要部を示す図である。なお、この実施の形態２においては、絶縁操作ロッド１Ａは、図５に示すように２条の螺旋状の襞４１、４２を有していることを特徴としている。螺旋状の襞４１、４２が２条に形成されていることにより、各襞４１、４２を乗り越える経路の漏洩長が長くなるため、その分、襞４１、４２の高さを低くすることも可能となる。このため、実施の形態１に示した構成例の場合よりもさらに小型化、軽量化することが可能となる。

実施の形態３．
図６は本発明の実施の形態３に係る絶縁操作ロッドの要部を示す図である。なお、この実施の形態３においては、絶縁操作ロッド１Ｂは、図６に示すように３条の螺旋状の襞４１、４２、４３を有していることを特徴としている。螺旋状の襞４１、４２、４３が３条になっていることにより、各襞４１、４２、４３を乗り越える経路の漏洩長はさらに長くなるため、その分、襞の高さを低くすることが可能となる。このため、実施の形態２に示した構成例の場合よりもさらに小型化、軽量化することが可能となる。

実施の形態４．
図７は本発明の実施の形態４に係る絶縁操作ロッドの要部を示す図である。なお、この実施の形態４においては、絶縁操作ロッド１Ｃは、図７に示すように襞４Ａは１条であるが、襞４Ａの円柱部２外周面からの突出寸法が、螺旋の進行方向、即ち軸方向に変化されていることを特徴としている。この例では、襞４Ａの高さは、図の上から下方向に、Ｃ１＞Ｃ２＞Ｃ３のように連続的に下方向へ行くほど低くなっていることを特徴としている。

絶縁操作ロッド１Ｃの表面に付着した汚損液体は、重力によって上から下方向へ流れるため、襞の高さが一様であれば、自然と下の方の襞の方が汚損度が高くなってしまう。これに対し、実施の形態４に係る図７に示すような襞４Ａの場合、下へ行くほど襞４Ａの高さが低いため、汚染物質が溜まり難くなるという効果が得られる。

実施の形態５．
図８は本発明の実施の形態５に係る絶縁操作ロッドの要部を示す図である。なお、この実施の形態５においては、絶縁操作ロッド１Ｄは、図８に示すように襞４Ｂの間隔を異なるようにしたことを特徴としている。この例では、襞４Ｂの間隔は、Ｅ１＜Ｅ２のように上から下へ行くほど大きくなっている。襞４Ｂに付着した汚染液体は重力によって上から下へ流れるため、襞の間隔が全て同じであれば、螺旋状の水切り角度（図３のθ３参照）も全ての螺旋部分で同じとなるため、自然と下部の方が上部より汚損度が高くなってしまう。これに対し、実施の形態５に示すような構成の場合、下へ行くほど、襞４Ｂの螺旋の間隔が広くなるため、螺旋状の水切り角度も大きくなる。これにより、下へ行くほど汚染物質が溜まり難くなるという特徴を有する。

なお、上記実施の形態１から実施の形態５の発明を適宜相互に組み合わせて構成しても良い。例えば、図５のものと図７のものを組み合わせ、あるいは図５、図７、及び図８のものを組み合わせるなども差し支えない。さらに、図５、図６のように襞を複数条設ける場合、図の上方から見たときの複数の襞の位置が中心軸に対して対称関係となるように設けても差し支えない。その他、この発明の範囲内で種々の変形や変更が可能であることは言うまでもない。

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ絶縁操作ロッド、２円柱部、３埋金、４、４１、４２、４３、４Ａ、４Ｂ襞、５真空遮断器、５１真空バルブ、５２機構部、５３、５４連結部、５５モールドフレーム、Ｌ１漏洩長（襞４を乗り越える経路）、Ｌ２漏洩長（螺旋の内周に沿った経路）、Ａ水平部長さ、Ｂ絶縁操作ロッドの全長、Ｃ襞高さ、Ｄ襞の有る部分の長さ、Ｅ、Ｅ１、Ｅ２襞の間隔、Ｆ絶縁操作ロッドの円柱部の直径、 θ１襞の上面の傾斜角度、 θ２襞の下面の傾斜角度、 θ３水切り角度。

Claims

開閉装置の可動接点と、該可動接点を開閉動作させる機構部を連結する絶縁操作ロッドであって、上記絶縁操作ロッドの外周面に螺旋状の襞が設けられてなるとともに、上記襞は上記絶縁操作ロッドの外周面からの突出寸法が、螺旋の周回方向に変化されていることを特徴とする開閉装置の絶縁操作ロッド。
開閉装置の可動接点と、該可動接点を開閉動作させる機構部を連結する絶縁操作ロッドであって、上記絶縁操作ロッドの外周面に螺旋状の襞が設けられてなるとともに、上記襞は螺旋のピッチが周回方向に変化されていることを特徴とする開閉装置の絶縁操作ロッド。
上記襞が複数条設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の開閉装置の絶縁操作ロッド。
上記請求項１から請求項３の何れかに記載の絶縁操作ロッドを、可動接点と、該可動接点を開閉動作させる機構部との連結部に用いてなることを特徴とする開閉装置。