JP5557794B2 - モールドスイッチ及びこれを搭載した装置 - Google Patents

Description

本発明はモールドスイッチ及びこれを搭載した装置に関するものである。

開閉器は送配電系統に配置される機器であって、事故電流の遮断や回路の切換え等を行うものである。近年では、設置スペースが限られた場所でも設置できることのニーズの下、空気絶縁よりも絶縁特性が良い固体絶縁を施すことも多くなってきている。固体絶縁を施した場合、絶縁特性は向上するが、気密性が高いため冷却性能を向上させることが望まれる。

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。該特許文献の図１９，図２０には樹脂層が配置されたスイッチギヤの周囲に冷却用フィンが設けられている様子が記載されている。

特開２００１−１６０３４２号公報

しかし、上記特許文献１に記載された構造では単一の相についてのみ記載する（該文献中図１９）か、複数相の集合体にする場合（該文献中図２０）では、各相のスイッチギヤの間にはヒートパイプを配置する場合のみが記載されているに過ぎず、この場合、熱の均質化は図れるものの、該ヒートパイプ部は放熱を行う訳ではなく、放熱は該ヒートパイプ表面にも設けられたフィンであるところ、直接各相のスイッチギヤを冷却していない等、相間の熱溜まりに関して、冷却性能には改善の余地が認められる。一例としては該文献中図２０の様に一列に並べてスイッチギヤを配置した際、並べた列方向において中央部分の温度が高くなる様な温度分布が生じることは避け難く、こうした点により対処していくことが望まれる。

そこで本発明では、冷却性能を向上させることを目的とする。

本発明に係るモールドスイッチ集合体は、上記課題を解決するために固定電極と、該固定電極と接離可能な可動電極と、前記固定電極と接続される固定導体と、前記可動電極と接続される可動導体とを有し、母線側から電力を受電し、負荷側へと電力を供給すると共に、前記可動電極が前記固定電極と接離することで、電流の投入・遮断を行う単相のモールドスイッチが三相組合されたモールドスイッチ集合体であって、前記各相のモールドスイッチは、該モールドスイッチの外周が接地金属板で覆われた領域と固体絶縁物で覆われた領域とを備えており、少なくとも三相のモールドスイッチのうち、両端を他の相のモールドスイッチに覆われるモールドスイッチについて、前記固体絶縁物で覆われた領域の周囲には気体が流入可能であり、前記固体絶縁物の表面には略上下方向に延伸するフィンが設けられていると共に、前記各相のモールドスイッチは相毎に接地金属板で覆われていることを特徴とする。

本発明によれば、冷却性能を向上させることが可能となる。

実施例１に係るモールドスイッチの様子を示す側断面図である。 実施例１に係るモールドスイッチ集合体の様子を示す背面図である。 実施例１に係るモールドスイッチ集合体の様子を示す正面図である。 実施例１に係る一相のモールドスイッチの様子を示す上面図である。 実施例２に係るモールドスイッチの様子を示す側断面図である。 実施例１に係るモールドスイッチ集合体を搭載した開閉器ユニットの側断面図である。 実施例３に係る開閉器ユニットを更に搭載したスイッチギヤの側断面図である。

以下、本発明の実施に際して好適な実施例について説明する。下記はあくまでも実施の例に過ぎず、発明の内容を実施例に限定して解釈されることを意図する趣旨でない。発明は、特許請求の範囲に基づいて定められる内容を満たす中であれば、様々に変形することができるのは言うまでもない事項である。

本実施例について図１ないし図４を用いて説明する。

図１に示す様に、本実施例に係る各相のモールドスイッチは、接地されている金属ケース（接地金属板）１と、該金属ケース１に接続されるエポキシ等の固体絶縁物２（樹脂）と、該固体絶縁物２により一体注型された真空バルブ３と、接地断路部４と、母線用ブッシング５と、ケーブル用ブッシング６とから主として構成されており、金属筺体３４中に内包されている。金属筺体３４は、本明細書中で後述する開閉器ユニット用の接地金属板も兼ねている。尚、図１では側断面図について説明するため、１相のみを説明するが、実際に使用する際には図２に示す様に３相組合せて使用されるものである。他の２相についてもブッシングの配置位置を除き、同様の構成であるので詳細説明は省略する。

真空バルブ３は、固定側セラミックス絶縁筒７，可動側セラミックス絶縁筒８，固定側端板９及び可動側端板１０とを接続して構成される真空容器１１内に、固定側電極１２，可動側電極１３，固定側電極１２と接続される固定側導体１４，可動側電極１３と接続される可動側導体１５、及びセラミックス絶縁筒７，８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１６を配備している。そして、固定側導体１４はケーブル用ブッシング中心導体１７と接続され、負荷側へ電力を配電できる様になっている。ケーブル用ブッシング中心導体１７は固定側導体１４に対し、直交方向に配置しており、ケーブル用ブッシング中心導体１７と固定側導体１４に挟まれる箇所は導体が集中し、使用時に熱が上昇し易い。また、可動側には真空バルブ３内の真空状態を維持したまま、可動側導体１５の可動を実現するためのベローズ１８を配置している。真空バルブ３は可動側端板１０と可動側導体１５に接続されたベローズ１８によって内部の真空を維持しながら可動側電極１３，可動側導体１５を軸方向に移動可能とすることによって投入・遮断状態を切換えている。可動側導体１５は、気中絶縁及び固体絶縁された真空バルブ３用操作ロッド１９と接続されており、該真空バルブ用操作ロッド１９は、図示しない操作器に接続されている。

接地断路部４は、母線用ブッシング中心導体２０と接続されており、この中心導体を介して母線側に接続されるブッシング用固定電極２１と、接地電位としている接地側固定電極２２（ガイド）と、それらの軸方向中間に位置し、フレキシブル導体２４を介して真空バルブ３側の可動側導体１５と電気的に接続される中間固定電極２３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、接地断路部可動導体２５が直線状に接地断路部４内を移動することで、閉・断路・接地の３位置に切換えることが可能となる。接地断路部可動導体２５は、気中絶縁及び固体絶縁された操作ロッド２６と連結しており、図示していない操作機構によって可動が可能となる。そして接地断路部可動導体２５のうち、前記の各固定接点と接触する部位をばね接点２７で構成することにより、接地断路部可動導体２５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様にしている。

母線用ブッシング５は、母線用ブッシング中心導体２０の周囲を固体絶縁物２で覆うことにより、また、ケーブル用ブッシング６は、ケーブル用ブッシング中心導体１７の周囲を固体絶縁物２で覆うことにより構成されている。

真空バルブ用の操作ロッド１９，接地断路部用の操作ロッド２６，固体絶縁物２の材料としては、絶縁特性及び機械的強度を考慮し、かつ成形性も良いことからエポキシ樹脂を使用している。また、操作ロッド１９，２６，固体絶縁物２は、それぞれ自身による固体絶縁とともに、周囲の気体による気体絶縁がなされている。

そして、気中接地断路部４と真空バルブ３は固体絶縁物２により一体注型されている。

金属ケース１と固体絶縁物２の接続部３１はパッキン等により気密に接続されており、該接続部３１からは、操作ロッド１９，２６が配置される密閉空間に気体（水蒸気含む）が入らない様になっている。これにより、塵埃の流入を防止できると共に、湿度の上昇も抑えることができる。

また、操作ロッド１９は金属ケース１と摺動可能に接続されており、両者の間はＯリングにより封止され、気密が保たれている。故に、該摺動部からは気体や水分の出入りはない様になっている。操作ロッド２６は接地側固定電極２２と摺動接触する様に形成されており、該摺動部からは気体や水分の出入りはない様になっている。

図２に示す様に、各相のモールドスイッチは相毎に接地金属板３２で覆われている。各相のモールドスイッチの固体絶縁物２には放熱フィン３０が設けられており、接地金属板３２内で放熱フィン３０の周囲には空間が設けられている。また、金属ケース１と固体絶縁物２と金属筺体３４で囲まれた空間内には、吸湿部３３を設けており、該空間内に存在する水分（水蒸気含む）を吸着し、湿度の上昇を抑制する。湿度が上がると、絶縁特性が低下することに対する対策である。

また、図３に示す様に、金属ケース１と固体絶縁物２と金属筺体３４で囲まれた空間内には、更に防湿対策を施すべく、呼吸部３５が設けられている。呼吸部３５は気体は通過可能であるが、凝縮した水分は通過できない様な径の孔を有する多孔質部材を備えており、水分自体が金属ケース１と固体絶縁物２と金属筺体３４で囲まれた空間内に入らない様にしている。尚、呼吸部３５と吸湿部３３は独立して使用しても良いが、本実施例の様に併用することで、呼吸部３５でそもそも水分が入ることを抑制し、仮に水蒸気として入って来ても吸湿部３３で吸湿して湿度上昇を防止でき、異なる作用で相補的に防湿対策を施すことができる。

図４に示す様に、固体絶縁物２の側面側の外表面には固体絶縁物２からなる放熱フィン３０を上下方向に間隔を持たせながら設けてある。放熱フィン３０は、固体絶縁物２の注型時に共に成型することで、製造工程も増加しない。該注型は金型を放熱フィン３０を形成できる様に変えるのみで達成される。こうして、固体絶縁物２の該表面には放熱フィン３０が形成される。放熱フィン３０を設けることで固体絶縁物２の表面積が拡大し、冷却性能が向上する。本明細書中では、３相共に放熱フィン３０を設ける場合を例として説明しているが、最も使用時に高温となるのは両端を他の相のモールドスイッチに覆われる中央に配置されるモールドスイッチであり、このモールドスイッチに放熱フィン３０を設けておけば最高温度を低減でき、平準化を図ることができ、効果的である。無論複数相それぞれに放熱フィン３０を設けることで、各々の冷却性能を向上させ、全体的な温度を低減することも可能である。

上記の様に構成されるモールドスイッチの３相集合体について、使用時の冷却と、更に絶縁性向上について説明する。

モールドスイッチは、投入時において母線側から母線用ブッシング５→母線用ブッシング中心導体２０→ブッシング用固定電極２１→ばね接点２７（図１中上側）→接地断路部可動導体２５→ばね接点２７（図１中下側）→中間固定電極２３→フレキシブル導体２４→可動側導体１５→可動側電極１３→固定側電極１２→固定側導体１４→ケーブル用ブッシング中心導体１７と流れ、ケーブルを介して負荷側へと電力を供給する。モールドスイッチ内は、大電流が流れるため、上記電流経路内で発熱する。そして、本実施例の様に真空バルブ３と接地断路部４とを近接して並べ、固体絶縁物２で一体モールドした構成では、小型化が図れているが、逆に一定の発熱量に対しての集約度は高まり、放熱性を高める必要が生じる。

そこで、本実施例では固体絶縁物２の表面に放熱フィン３０を設けることとし、放熱性能を高めている。ここで、放熱フィン３０は対流により冷却を促進できる様に配置されていれば良く、即ちその様な効果が期待される傾きを略上下方向と定める。但し、好ましくは放熱フィンが上下（鉛直）方向を向いていることが良く、この場合暖まり密度が低下した気体が上昇し、接地金属板３２等で冷やされることで密度が低下した気体が下降する対流が効率良く生まれる。

また、本実施例では各相のモールドスイッチを各相個別に接地金属板３２内に収納している。これにより、各相のモールドスイッチ間の空間を調節することが可能となる。そこで、接地金属板３２内で放熱フィン３０の周囲には空間を設けることにより、空気が入り易くしている。本実施例の様に放熱フィン３０を設ける場合、放熱フィン３０からの熱放出量は大きくなることから、この様な態様において、放熱フィン３０の周囲に空間を設けることは単に固体絶縁物２の周囲に空間を設ける場合等と比較しても有益である。尚、各相のモールドスイッチが収納される接地金属板３２で囲まれた空間自体は、開放系としており、該空間外からの空気も流入できる様になっている。

上記の様にすることで、絶縁特性が高い固体絶縁物２は冷却性能が高まることが期待される。

一方、金属ケース１と固体絶縁物２と金属筺体３４で囲まれた空間内は固体絶縁物で敷き詰められておらず、また電流経路となる箇所も中間固定電極２３，フレキシブル導体２４等とさほど多くないため、発熱量及びその集約度共に、固体絶縁物２で囲まれた空間と比較すると低くなる。従って、冷却の観点から言うと、固体絶縁物２で囲まれた空間と比較してゆとりが存在する。しかし、真空バルブ用操作ロッド１９や操作ロッド２６の絶縁特性に関しては、固体絶縁物と比較して絶縁特性は低い気中絶縁であるため、湿度上昇に対する許容量は低くなる。そこで、固体絶縁物２で囲まれた空間についてはなるべく空気が流入する様にしたが、金属ケース１と固体絶縁物２と金属筺体３４で囲まれた空間内は空気の出入りも呼吸部３５のみに制限し、該呼吸部３５によって水分の流入を防ぎ、更に吸湿部３３により、流入してしまった水蒸気や水分を吸着することとしている。この点からすると、固体絶縁物２で囲まれた空間は放熱性を高める必要があるのに対し、金属ケース１と固体絶縁物２と金属筺体３４で囲まれた空間内は逆に空気の出入りを制限し、絶縁特性を高める様にしている。この様に本実施例では、一つの装置内で各々の特性に着目して、空間に仕切りを設ける様にしている。

本実施例の様に構成することにより、冷却が必要な場所についての冷却性能を高めることができ、併せて冷却以上に絶縁特性を高めることが必要な場所については絶縁特性を高めることも可能となる。

実施例２について図５を用いて説明する。実施例１では真空バルブ用操作ロッド１９，操作ロッド２６の金属筺体３４との接続に摺動機構を設ける場合について説明したが、本実施例では摺動機構の代わりに気中ベローズ４０を設けている。

また、実施例１では金属ケース１と固体絶縁物２と金属筺体３４で囲まれた空間内は呼吸部３５を設け、空気の出入り自体は許容し、水分の流入を防ぐ様にしたが、本実施例では、呼吸部３５を設けず、密閉空間としている。そして、該密閉空間内には乾燥空気４１を封入している。乾燥空気４１を用いることで、水分含有量が減り、絶縁特性を高めることができる。

本実施例の様に、摺動機構に関わらず、ベローズを用いることによっても、気密性を維持しつつ、操作ロッドの可動を実現することが可能である。尚、摺動機構とベローズとは真空バルブ３と気中接地断路部４で混在して使用しても良く、またいずれが摺動機構やベローズであっても良いことは言うまでもない。

また、呼吸部３５を設けず、密閉空間とすることは実施例１の構成でも可能である。

この様な各々の実施例間での部材の交換等については発明の本質を変化させるものでなく、種々の変形が可能である。

本実施例では、実施例１で説明した三相分のモールドスイッチの集合体を開閉器ユニット５０に搭載した例について図６を用いて説明する。

モールドスイッチの集合体は金属筺体３４から操作ロッド１９，２６が出た後、リンク機構５２に接続される。そして、リンク機構５２は操作器５１へと接続される。モールドスイッチの集合体，リンク機構５２，操作器５１は更に開閉器ユニット５０用の接地金属板５３に内容される。

この様に構成することで、操作器５１が発生させた操作力がリンク機構５２を介して操作ロッド１９，２６に各々独立して伝わり、各相のモールドスイッチについて投入動作や遮断動作、更には断路動作や接地動作を実現できる様になる。

尚、本実施例では実施例１で説明したモールドスイッチの集合体を搭載した例について説明したが、無論実施例２で直接説明した内容や種々の変形例についても開閉器ユニット５０に搭載可能であることは言うまでもない。

本実施例では、実施例３で説明した開閉器ユニット５０を更にスイッチギヤ１００に搭載した例について図７を用いて説明する。

開閉器ユニット５０はケーブル用ブッシング６にケーブル１０１が接続され、該ケーブル１０１は負荷側に接続される。これにより、開閉器ユニット５０が母線側から受電した電力が負荷側に供給できる様になる。開閉器ユニット５０及びケーブル１０１は、更に金属筺体１０２に収納される。

金属筺体１０２にその他収納されて、スイッチギヤ１００を構成する部材としては例えば、保護リレーや電圧検出器，電流検出器等が挙げられ、必要に応じてこれらを搭載することも言うまでもなく可能である。

１ 金属ケース
２ 固体絶縁物
３ 真空バルブ
４ 接地断路部
５ 母線用ブッシング
６ ケーブル用ブッシング
７ 固定側セラミックス絶縁筒
８ 可動側セラミックス絶縁筒
９ 固定側端板
１０ 可動側端板
１１ 真空容器
１２ 固定側電極
１３ 可動側電極
１４ 固定側導体
１５ 可動側導体
１６ アークシールド
１７ ケーブル用ブッシング中心導体
１８ ベローズ
１９ 真空バルブ用操作ロッド
２０ 母線用ブッシング中心導体
２１ ブッシング用固定電極
２２ 接地側固定電極
２３ 中間固定電極
２４ フレキシブル導体
２５ 接地断路部可動導体
２６ 操作ロッド
２７ ばね接点
３０ 放熱フィン
３１ 接続部
３２ 接地金属板
３３ 吸湿部
３４，１０２ 金属筺体
３５ 呼吸部
４０ 気中ベローズ
４１ 乾燥空気
５０ 開閉器ユニット
５１ 操作器
５２ リンク機構
１００ スイッチギヤ
１０１ ケーブル

Claims (12)

1. 固定電極と、該固定電極と接離可能な可動電極と、前記固定電極と接続される固定導体と、前記可動電極と接続される可動導体とを有し、母線側から電力を受電し、負荷側へと電力を供給すると共に、前記可動電極が前記固定電極と接離することで、電流の投入・遮断を行う単相のモールドスイッチが三相組合されたモールドスイッチ集合体であって、
   前記各相のモールドスイッチは、該モールドスイッチの外周が接地金属板で覆われた領域と固体絶縁物で覆われた領域とを備えており、
   少なくとも三相のモールドスイッチのうち、両端を他の相のモールドスイッチに覆われるモールドスイッチについて、前記固体絶縁物で覆われた領域の周囲には気体が流入可能であり、前記固体絶縁物の表面には略上下方向に延伸するフィンが設けられていると共に、前記各相のモールドスイッチは相毎に接地金属板で覆われていることを特徴とするモールドスイッチ集合体。
2. 請求項１に記載のモールドスイッチ集合体であって、
   前記三相のモールドスイッチは、各相共に前記固体絶縁物で覆われた領域の周囲には気体が流入可能であることを特徴とするモールドスイッチ集合体。
3. 請求項１または２に記載のモールドスイッチ集合体であって、
   前記接地金属板と前記固体絶縁物は気密に接続されており、
   前記接地金属板で覆われた領域は密閉され、乾燥空気が封入されていることを特徴とするモールドスイッチ集合体。
4. 請求項１または２に記載のモールドスイッチ集合体であって、
   前記接地金属板と前記固体絶縁物は気密に接続されており、
   前記接地金属板で覆われた領域は、該領域の外部に対して防湿されていることを特徴とするモールドスイッチ集合体。
5. 請求項４に記載のモールドスイッチ集合体であって、
   前記防湿は気体は通過可能であるが、凝縮した水分は通過不能な多孔質部材により行われていることを特徴とするモールドスイッチ集合体。
6. 請求項４または５に記載のモールドスイッチ集合体であって、
   前記防湿は前記接地金属板で覆われた領域内に配置された吸湿部材を備えていることを特徴とするモールドスイッチ集合体。
7. 請求項３ないし６のいずれか一つに記載のモールドスイッチ集合体であって、
   更に前記接地金属板で覆われた領域内には前記可動導体に操作器からの操作力を伝える気中絶縁ロッドが配置されていることを特徴とするモールドスイッチ集合体。
8. 請求項７に記載のモールドスイッチ集合体であって、
   前記気中絶縁ロッドと前記接地金属板は気中ベローズと接続されており、前記気中絶縁ロッドと前記気中ベローズ、及び前記気中ベローズと前記接地金属板とは各々気密に接続されていることを特徴とするモールドスイッチ集合体。
9. 請求項７に記載のモールドスイッチ集合体であって、
   前記気中絶縁ロッドは前記接地金属板と気密に摺動可能であることを特徴とするモールドスイッチ集合体。
10. 請求項７ないし９のいずれか一つに記載のモールドスイッチ集合体は、更に投入・接地・断路を切替可能な開閉器を備えており、該開閉器に操作器からの操作力を伝える第２の気中絶縁ロッドも前記接地金属板で覆われた領域内に配置されていることを特徴とするモールドスイッチ集合体。
11. 請求項１０に記載のモールドスイッチ集合体と、前記各気中絶縁ロッドに伝わる操作力を発揮する操作器と、該操作器及び前記各気中絶縁ロッドに接続されるリンク機構と、前記モールドスイッチ集合体・前記操作器・前記リンク機構を開閉器ユニット用接地金属板で内包することを特徴とする開閉器ユニット。
12. 請求項１１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、負荷側に電力を供給するケーブルと、前記開閉器ユニットと前記ケーブルとを内部に有する筺体を備えることを特徴とするスイッチギヤ。