JP5468568B2

JP5468568B2 - 水平１点切断路器

Info

Publication number: JP5468568B2
Application number: JP2011124684A
Authority: JP
Inventors: 孝二福川
Original assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Current assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Priority date: 2011-06-02
Filing date: 2011-06-02
Publication date: 2014-04-09
Anticipated expiration: 2031-06-02
Also published as: JP2012252880A

Description

本発明は、従来の水平１点切断路器よりも電路の切り離し動作初期でのアークの発生を短時間に抑えるように改良した水平１点切断路器に関する。

電力系統における発変電所や途中の開閉所では、無負荷状態で電路を開閉する電気機器として断路器が設置されている。図９は、そのような断路器の一例として、一般的な水平一点切り断路器の斜視図を示している。この図に示す水平１点切断路器５は、所定の間隔だけ離れてベース３０から鉛直に立設された２本の回転碍子１０，１２の上端にそれぞれ取り付けられたブレード５０、５３が観音開きのように開閉する構造であり、この開閉によりそれぞれのブレード１０、１２の先端にあるバット接触子５１とフィンガー接触子５４が相互に接離するようになっている（図１０参照）。図１１は、この従来の水平１点切断路器を三相各相に適用した三相一括タイプおよびその駆動系を示したものである。

特開２００８−１９９８６１号公報特開２００７−２８８８６７号公報

しかしながら、従来の一般的な水平１点切断路器の場合、回転碍子の回動に伴い２本のブレードが観音開き戸のように開閉するため、当該断路器による電路の切り離し動作では、水平１点切断路器の２本のブレードの開閉動作を示した図１０（ａ）や当該動作を幾何学的に図示した同図（ｂ）に示すように、動作開始からの時間に応じて双方の接触子間の離隔距離は変化する。すなわち、電路の切り離し動作の初期には両接触子間の隔離距離（図９（ｂ）中、ＰＳ間の距離）の単位時間当たりの変化量は小さく、時間の経過に伴いその変化量は大きくなる。その結果、電路の切り離し動作の初期には、離隔距離の変化が小さく両接触子間に発生するアークを消弧できないことが多く、双方の接触子の銀面を傷めてしまうという問題があった。

そこで、本発明は、前記課題を解決すべく、特に電路の切り離し動作の際に、接触子間に発生するアークを短時間に確実に消弧可能な水平１点切断路器を提供することを目的とする。

前記目的は、本発明によれば、所定の間隔だけ離れてそれぞれ鉛直に立設され、その鉛直方向の軸心周りに互いに同一方向に回動可能な２本の回転碍子と、当該各回転碍子の上端部にそれぞれ一端が固定され互いの向きが１８０度の角度に維持されて回動可能な２本の棒状のブレードと、前記各回転碍子を駆動させる駆動系とを備え、前記一方のブレードの他端には、当該ブレードの長さ方向に直交して突設された平面視凸部からなる接触子が設けられ、また前記他方のブレードの他端には、前記凸部に対向するように当該凸部を係合する凹部からなる接触子が設けられており、前記各回転碍子の回動に伴い前記各ブレードは水平面上を同一回転方向に正転又は逆転して先端の前記各接触子が互いに接離されることで、電路が開閉されるようにしたことを特徴とする水平１点切断路器によって達成される。

本発明の水平１点切断路器においては、前記各ブレードは互いの向きを１８０°維持した状態で水平面上を互いに同一方向に回動するので、これらの先端に互いに接触係合するように形成された接触子も同様に回動し、その結果、従来の水平１点切断路器と比較して、約半分以下の開度角で同じ離隔距離を得ることができる。そして、本発明の水平1点切断路器は、その２本の回転碍子を従来の水平１点切断路器における回転碍子と同等の速度で回動させることとした場合、電路を閉じた状態から同じ離隔距離を得るために約半分以下の時間で済むことになる（ブレード先端の接触子の離隔速度が理論上、約２倍となる）。その結果、２つの接触子間に発生するアークをごく短時間で確実に消弧できるので、接触子の互いに接触する銀面の損傷を著しく低減することができる。

本発明の水平１点切断路器の実施形態の一例を示す斜視図である。本発明の水平１点切断路器における接触子の変形例を示す平面図である図１に示す実施形態の２本のブレードの回動及び接離の状態を説明するための図である。２本のブレードの回動動作を説明するための図である。本発明の水平１点切断路器を三相各相の電路に適用した状態を示す平面図である。図５に示した駆動系を示す側面図である。図５に示した駆動系の変形例を模式的に示す平面図である。図５に示した駆動系のリンク関係を模式的に示す図である。一般的な水平1点切断路器を示す斜視図である。図８に示した水平１点切断路器の２本のブレードの回動動作を説明するための図である。三相電路に設置された一般的な水平１点切断路器の駆動系のリンク関係を示す図である。

次に、本発明の水平１点切断路器の実施形態について詳細に説明するが、本発明は以下に説明する実施形態には限定されない。図１は、本発明の水平１点切断路器の実施形態の一例を示す図である。この図に示す本発明の水平１点切断路器１は、２本の回転碍子１０、１２と、ブレード１５、１８と、前記各回転碍子１０、１２を駆動する駆動系とから主に構成されている。

２本の回転碍子１０、１２は、ベース３０の上に所定の間隔だけ離してそれぞれ垂直に立設されている。この間隔は、本発明の水平１点切断路器によって開閉しようとする電路の電圧及び電流の大きさなどによって規定されている。２本の回転碍子１０、１２は、駆動系からの回転力が伝達されてそれぞれの軸線に一致する回転中心の周りに互いに同一方向に回動するようになっている。

回転碍子１０、１２の上端部寄りには、ブレード１５、１８の一端がそれぞれ互いの向きが１８０°の角度に固定されている。この図では、各ブレード１５、１８は、その長さ方向に直交する断面が四角形の角柱状とされているが、このような形状に限定されず、例えば円形、楕円形、三角形などの断面を有する棒状ないし柱状であってもよい。

各ブレード１５、１８の先端には、接触子１７、１９がそれぞれ設けられている。これら両接触子１７、１９は、２本のブレード１５、１８の水平面上の回動により相互に接触又は離隔可能であれば、それぞれの形状について特に限定されない。好ましくは、各接触子１７、１９は互いに係合しつつ接触し、係合が外れながら離隔可能な構造を備えているのがよい。例えば、図１に示すように、一方の接触子１９を平面視凸部に、また他方１７を当該凸部に係合する凹部に形成することができる。さらに、前記平面視凸部は、図２に示すように、平面視インボリュート形状とすることができる。

図２は、図１に示した２本のブレード１５、１８の回動動作を詳細に示す平面図である。この図に示すように、各ブレード１５、１８は、回転碍子１０、１２の回動に付随し、互いにの向きを１８０°の角度に維持しながら、水平面上をこれらが平面視略直線状に並んで両者の接触子同士が互いに接触して電路が閉路する状態と、両者の接触子が離隔して電路が切り離される任意の位置との間を互いに同一方向に回動する。そして、ブレード１８先端の接触子１９には、相手方のブレード１５側に向けてインボリュート形状の凸部２０が形成され、ブレード１５先端の接触子１７には、ブレード１８側に向けて凹部１７が形成されている。電路を閉じる場合には、両ブレード１５、１８は接近して接触子１６，１９の凹凸（１７、２０）が係合しつつ接触し、反対に閉路状態から電路を開く場合には、両ブレード１５、１８は接触子１６、１９の係合が外れながら離隔する。このように、２つの接触子１７、１９に互いに係合する凹凸形状を採用することで、地震や台風の際に各ブレードに水平方向に種々の荷重が加えられた場合でも、接触子１７、１９が互いに離脱するのを防止できる。

図３は、本発明の水平１点切断路器における接触子の一変形例を示す平面図である。この図に示すように、ブレード１９先端の接触子２０は、当該ブレード１９の先端に所定の間隔にて設けられている蝶番１９１、１９２にそれぞれ一端が回動自在に固定された湾曲板３２，３３と、これらの内面にそれぞれ両端が接続されたバネ３４とを備え、平面視インボリュート形状の凸部に形成されている。蝶番１９１、１９２は、湾曲板３２、３３がそれぞれ外側に回動するのを規制する構造を備えていてもよい。また、ブレード１６の先端には、前記インボリュート形状の凸部２０を受け入れる凹部１７が形成されている。このように、２つの接触子の互いに係合接触する部分を凹凸状に形成することで、何らかの原因により各ブレードに水平方向に種々の荷重が加えられた場合でも、接触子の離脱を防止できるという利点を有する。

本発明の水平１点切断路器１の回転碍子及びブレードを駆動する駆動系は、当該断路器における２本の回転碍子を同一方向に回動させることができれば、特に制限されず、従来公知の機構を用いることができる。このような駆動系の機構の一具体例を後述する。

本発明の水平１点切断路器１は、前記したように２つのブレード１５、１８を互いの向きを１８０°の角度に維持しながら同一方向に回動して離隔することから、特に電路の切り離し時において、背景技術で述べた一般的な水平１点切断路器の場合よりも切り離し初期から両接触子間に発生したアークを速やかにかつ確実に消弧させることができる。以下、この点について詳細に説明する。

このことを、本発明の水平１点切断路器における２つのブレードの回動動作を幾何学的に図示した図３を参照して説明する。図３（ａ）において、線分ＯＰ及び線分ＳＴがそれぞれブレードを示し、点Ｐ及び点Ｓにそれぞれ接触子が配置されているものとする。ここで、便宜上、２本のブレードの長さ（線分ＯＰ及び線分ＳＴの長さ）を等しく１であるとすると、線分ＰＱ（＝線分ＲＳ）、線分ＱＮ（＝線分ＮＲ）はそれぞれ以下の数1に示す式で与えられる。

このようにして得られる線分の長さから、ピタゴラスの定理を用いて線分ＰＳの長さを求めると、次の数２に示す式が得られる。

この線分ＰＳの長さが例えば１となる回動角θの値を求めると、数３に示す結果が得られる。

図３（ｂ）は、本発明の水平１点切断路器１と従来の水平１点切断路器５とで、２つの接触子が同じ距離だけ離隔するのに各ブレードが回動する角度を比較したものである。この図において、点Ｏ及び点Ｔがそれぞれ回転碍子の回転中心であり、点Ｐ及び点Ｒが本発明の水平１点切断路器の２本のブレード先端の接触子を示し、点Ｖ及び点Ｗが従来の水平１点切断路器の２本のブレード先端の接触子を示しているものとする。この図から明らかなように、接触子間の離隔距離が同一となるのに、本発明の水平１点切断路器１の２本のブレード（線分ＯＢ、線分ＲＴ）の線分ＯＴとのなす角度θは、従来の水平１点切断路器５の場合の角度Φの約１／２となる。本発明の水平１点切断路器１の回動角θについては前記のとおりであるので、ここでは、従来の水平１点切断路器５の２本のブレードの離隔距離（線分VWの長さ）が線分OVや線分TWと等しくなる場合の回動角Φを求める。まず、線分VWの長さは数４に示す式で与えられるので、前記と同様に線分ＶＷの長さ＝線分OVの長さ＝線分TWの長さ（＝１）となる回動角Φを求めた結果を数４に示す。

以上の結果から、図３（ｂ）から判読できるように、ブレードの長さ分だけ回動するのに、本発明の水平１点切断路器１では、θ＝３２．２°回動させるのみであるのに対し、従来の水平１点切断路器５ではΦ＝６０°回動させなければならないことになる。このことは、本発明の水平１点切断路器１と従来の水平１点切断路器５との２本のブレードの回動初期からの角速度が等しいとすると、各ブレードの接触子が切り離し初期から所定の距離だけ離隔するまでの時間は、従来の水平１点切断路器５と比較して本発明の水平１点切断路器１の方が約１／２程度早いことを示している。

図５は、本発明の水平１点切断路器を三相各相の電路に適用した三相一括タイプの一例を示す平面図であり、（ａ）は三相電路が閉じた状態、（ｂ）は開いた状態を示している。また、図６は、図５に示す駆動系の一例を示す側面図である。図５において、符号１０１、１０２、１０３；１２１、１２２，１２３は回転碍子、１１１、１１２、１１３；１３１、１３２、１３３は回転碍子の電線接続部、１５１、１５２、１５３；１８１，１８２，１８３はブレード、１６１、１６２、１６３は凹部を備えた接触子、１９１、９１２、１９３は凸部を備えた接触子をそれぞれ示している。

本発明の三相水平１点切断路器２では、駆動連結部３６からの回転力がシャフト３７、ウォーム３８、３９及びウォームホィール４０、４１を通して回転碍子１０２、１２２に伝達され、これらの回動に伴いクランク２５２、２８２が回動し、軸２４２，２７２を介してリンク４２，４３が図面に向かって左右方向に駆動され、リンク４２，４３の両端の軸２４１、２７１；２４３，２７３を介してクランク２５１、２８１；２５３、２８３が回動する。これにより、両側の電路に設置された回転碍子１０１、１２１；１０３、１２３が回動することで、それぞれブレード１５１、１８１；１５３、１８３が同一方向に回転することで、三相各相の電路は本発明の水平１点切断路器２により開閉される。

図５（ａ）の状態から同図（ｂ）の状態に電路を切り離す場合には、特に、三相電路の切り離し（開放）指令に基づいて駆動系の駆動連結部３６が作動し、シャフト３７及びその両端に取り付けたウォーム３８、３９が回転するのに伴い、回転碍子１０２、１２２もともに平面視反時計方向に回動し、それぞれの接触子１６２、１９２が離隔していく。それとともに、クランク２５１〜２５３；２８１〜２８３、連結棒４２，４３からなるリンク機構によって回転碍子１０２、１２２の回転が回転碍子１０１、１０３；１２１，１２３に伝達され、これらとともに各ブレード１５１，１５３；１８１，１８３が同一方向に回動して、三相とも接触子が離隔することになる。

図６は、三相各相の駆動系の一例を示している。この図に示す駆動系は、中央の水平１点切断路器の下側に設けられており、駆動モーター４３の出力軸４４の略中間には、かさ歯車４６とこれに直交して噛み合うハンドル４８付きのかさ歯車４７とを内蔵する手動操作部４５が設けられ、他端は駆動連結部３６内に導入されている。駆動連結部３６内では、出力軸４４の先端に固定されたかさ歯車４９に直交してシャフト３７の中間に固定されたかさ歯車５０が噛み合っている。シャフト３７は、該水平１点切断路器１の設置方向に沿って駆動連結部３７から両側に延びている。シャフト３７の両端部にはそれぞれウォーム３８と、これとねじの向きが同じウォーム３９とが固定され、回転碍子１１２，１２２の下端寄りにこれらと同心に固定されたウォームホィール４０、４１と噛み合い、シャフト３７の回転を回転碍子１１２、１２２に伝達している。このようにウォーム３８、３９とウォームホィール４０，４１とからなるウォームギヤを用いることで、これが備えるセルフロック機能が働き、回転碍子１０２、１２２の回転が規制され、接触子の離脱を防止できる。

図７は、図５に示した駆動系の変形例を模式的に示す平面図である。この図に示すように、回転碍子１０２、１２２の下部には、さらにクランク２５２、２８２が固定されており、これらの先端の軸２４２，２７２を介して回動自在な連結棒４２、４３がそれぞれ連結されている。両側の水平１点切断路器の回転碍子１０１、１０３及び１２１、１２３の下部にも中央の断路器と同様に、クランク２５１，２５３及び２８１、２８３が固定されており、これらの先端に設けられた軸２４１、２４３及び２７１，２７３を介して連結棒４２，４３の両端がそれぞれ連結されてリンク機構が構成されている。

図８は、本発明の電路器における駆動系及びリンク機構のリンク数を求めるために、当該駆動系及びリンク機構を模式化して図示したものである。この図から明らかなように、本発明の水平１点切断路器は、そのリンク数が最左側（第１相）、中央（第２相）、最右側（第３相）の順にそれぞれ、２、０、２となる。一方、従来の水平１点切断路器の場合、図１２に示すように、第１〜３相の水平１点切断路器のリンク数はそれぞれ、４、７、８である。したがって、本発明の水平１点切断路器によれば、従来の水平１点切断路器よりも駆動系のリンク数を著しく低減できるという利点がある。

以上説明したように、本発明の水平１点切断路器によれば、従来の水平１点切断路器よりも電路切り離し動作初期の時間当たりの離隔距離を大きくできるので、結果として接触子間に発生するアークを短時間に確実に消弧させることができる。また、本発明の水平１点切断路器を三相各相に適用した場合には、従来の水平１点切断路器の場合よりも駆動系におけるリンク数を低減することができ、その結果故障の発生頻度を低減することができる。

１水平１点切断路器
２水平１点切断路器（三相）
１０、１２回転碍子
１１、１３電線接続部
１５、１８ブレード
１６、１９接触子
１７凹部
２０凸部
２５、２８クランプ
２４、２７軸
２３、２６連結棒
３０ベース
３２、３３側壁
３４付勢手段
３６駆動連結部
３７シャフト
３８、３９ウォーム
４０、４１ウォームホィール
１９１、１９２蝶番
W１、W２電線

Claims

所定の間隔だけ離れてそれぞれ鉛直に立設され、その鉛直方向の軸心周りに互いに同一方向に回動可能な２本の回転碍子と、
当該各回転碍子の上端部にそれぞれ一端が固定され互いの向きが１８０度の角度に維持されて回動可能な２本の棒状のブレードと、
前記各回転碍子を駆動させる駆動系とを備え、
前記一方のブレードの他端には、当該ブレードの長さ方向に直交して突設された平面視凸部からなる接触子が設けられ、また前記他方のブレードの他端には、前記凸部に対向するように当該凸部を係合する凹部からなる接触子が設けられており、
前記各回転碍子の回動に伴い前記各ブレードは水平面上を同一回転方向に正転又は逆転して先端の前記各接触子が互いに接離されることで、電路が開閉されるようにしたことを特徴とする水平１点切断路器。
前記平面視凸部は、内部に配置された付勢手段と、これを挟む１対の側板とで少なくとも形成され、前記付勢手段によって前記各側板は互いに離隔する方向に付勢されてなる請求項１に記載の水平１点切断路器。
前記凸部の水平方向における断面形状は、平面視インボリュート形状に形成されてなる請求項１または２に記載の水平１点切断路器。