JP5619044B2 - 開閉器ユニット複合体またはスイッチギヤ - Google Patents

Description

本発明は、真空開閉器、開閉器ユニット、開閉器ユニット複合体またはスイッチギヤに関するものであり、特に、真空開閉器が樹脂などの固体絶縁物で注型されているものに関する。

スイッチギヤは配電系統等に配置される機器であり、電流を投入・遮断さらには断路や負荷側の接地等の状態を各々切り替える機構を搭載するものである。

ここで、従来のスイッチギヤの例について、例えば特許文献１に記載されているものがある。当該特許文献によれば、当該特許文献内の要訳書にも記載がある様に、複数の主回路開閉部を備えており、母線側端子と負荷側端子とを接離する主回路開閉部を有する複数の第１の真空バルブ及び上記負荷側端子と接地導体とを接離する接地開閉部を有する複数の第２の真空バルブ並びに上記複数の第１、第２の真空バルブと、上記負荷側端子の電流取り出し口と上記第１の真空バルブの母線側端子を相互に接続する母線と、第１の真空バルブの負荷側端子と第２の真空バルブの非接地側端子とを接続する接続導体とを樹脂によって一体注型すると共に、表面に接地用の導電処理を施し、１相分の複合絶縁スイッチギヤを構成するモールド開閉器ユニットを備え、上記導電処理部を接地電位とした構成を有するスイッチギヤについて記載されている。

当該構成は、１相分について複数の開閉部を一括して樹脂で注型することにより、真空バルブの空間占有体積を減らし、小型化している。さらに、樹脂の表面に接地用の導電処理を施すことにより、充電露出部を無くし、作業者の安全性を確保している。また、各相毎に外表面となる樹脂の表面が接地されるので、相間での短絡事故は生じず、３相短絡事故の発生を防止している。

特開２００５−１９７０６１号公報

上記従来の複合絶縁スイッチギヤでは、真空容器の側面の樹脂の表面に導電処理を施して接地電位としているため、真空開閉器内にアーク汚損防止用のアークシールドを配置した場合に、アークシールドの電位が接地電位である樹脂表面とアークシールド間の浮遊静電容量の影響で接地電位に近付き、高電圧側の電極との間の電位差が大きくなってしまう。従って、絶縁耐力を確保するために真空開閉器の表面における絶縁距離を長くする必要が生じ、結果として真空容器の長さを長くせざるを得ず、大型化につながっていた。真空バルブの大型化に伴い、真空開閉器の外側を覆う樹脂量が増加し、重量が増大するという問題点があった。

そこで本発明では、小型化できる真空開閉器等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複合体は、固定電極、及び該固定電極に対向すると共に該固定電極に対して接触し、または離れる可動電極と、 該固定電極及び該可動電極を内包し、かつ内部が真空となる真空容器と、該真空容器に支持されて前記固定電極及び前記可動電極を覆うアークシールドと、前記真空容器の外側に注型されると共に、自身の表面が接地電位である固体絶縁物と、該固体絶縁物の外表面と前記真空容器の外表面の間に配置され、自身が母線である、または母線に接続されている導体を備える真空開閉器と、該真空開閉器と電気的に接続される接地開閉器と、ケーブルを備える開閉器ユニットの複合体であって、前記開閉器ユニットは導体から供給される電流を前記ケーブルに導通させ、または遮断させることが可能であり、前記接地開閉器は、接地開閉器用固定電極及び該接地開閉器用固定電極と接触し、または離れる接地開閉器用可動電極とを備え、該接地開閉器用可動電極を動作させることで回路を切り替えて接地状態に移行させ、前記複数の開閉器ユニットは前記真空容器と前記接地開閉器が交互に並べられると共に、一直線に配置されることを特徴とする。

本発明によれば、小型化できる真空開閉器等を提供することが可能になる。

実施例に係るスイッチギヤの正断面図である。 実施例に係るスイッチギヤを上方から見た平面図である。 実施例に係るスイッチギヤの側断面図である。 実施例に係る１相の開閉器ユニットの単線結線図である。 実施例に係るスイッチギヤのうち、真空バルブ部の構造を示す側断面図である。

以下、本発明を実施する上で好適となる実施例について各図を用いて説明する。尚、当該実施例はあくまでも一例に過ぎず、当該具体的態様に発明を限定する趣旨でないことは言うまでもない。発明は特許請求の範囲に記載された内容を満たす限りにおいて種々の態様に変形することが可能である。

実施例について図１ないし図５を用いて説明する。尚、下記で使用するアルファベットＡ−Ｃを有する機器は各々同一アルファベットを有する他の機器と接続されるものである。

図１に示す様に、スイッチギヤの開閉器ユニット１は、真空バルブ１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃと、接地断路部５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃと、真空バルブ１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ内部に配置されるそれぞれの固定側導体と電気的に接続されるケーブル用ブッシング４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃと、接地断路部５０Ａ−５０Ｃの母線側固定電極５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃをそれぞれ電気的に接続する共通母線６０を備えており、これらをエポキシ等の固体絶縁物３０により一体注型することにより１つの開閉器ユニット１で３回路分の開閉器の１相分を構成している。そして、固体絶縁物３０の外側の表面は導電塗装が施され接地されている。

図５を用いて真空バルブの構造を説明する。尚、本図では一例として真空バルブ１０Ａについて説明するが、他の真空バルブ１０Ｂ、１０Ｃについても同様に構成される。真空バルブ１０Ａは、固定側セラミックス絶縁筒１２と、固定側セラミックス絶縁筒１２と同一軸方向に配置されて固定側セラミックス絶縁筒１２に接合される可動側セラミックス絶縁筒２２と、固定側セラミックス絶縁筒１２の端部開口を封止する固定側端板１３と、可動側セラミックス絶縁筒２２の端部開口を封止する可動側端板２３とから構成されて、内部を真空とする真空容器内に、固定側電極１６と、固定側電極１６に対向すると共に固定側電極１６に対して接触し、または離れる可動側電極２６と、固定側電極１６に接続される固定側ホルダ１７と、可動側電極２６に接続される可動側ホルダ２７と、真空容器を構成する固定側及び可動側セラミックス絶縁筒をアークから保護するためのアークシールド２０とを配備している。固定側ホルダ１７はブッシング導体３９Ａに接続され、負荷側へ電力を供給できるようになっている。また、可動側ホルダ２７の可動を実現するためのベローズ２９を配置している。真空バルブ１０Ａは可動側端板２３と可動側ホルダ２７に接続されたベローズ２９によって内部の真空を維持しながら可動側電極２６、可動側ホルダ２７を軸方向に移動可能とすることによって投入・遮断状態を切り替えている。また、ベローズ２９と可動側電極２６の間には開閉時のアーク等からベローズ２９を保護するために、ベローズ２９を覆う様にベローズシールド２８を設けており、該ベローズシールド２８を設けることで併せてベローズ端部における電界の集中を緩和することもできる。固定側セラミックス絶縁筒１２の周囲には、固体絶縁物３０に埋め込まれた状態で固定側端板１３との接続部における電界集中を緩和するための固定側電界緩和シールド１４を配置し、可動側セラミックス絶縁筒２２の周囲には固体絶縁物３０に埋め込まれた状態で可動側端板２３との接続部における電界集中を緩和するために可動側電界緩和シールド２４をそれぞれ配置している。真空バルブの可動側ホルダ２７には真空バルブ操作用絶縁ロッド３４Ａが機械的に接続され、図示しない操作機構によって開閉動作する。真空バルブ１０Ｂ、１０Ｃは上記と同じ構成で同様に動作する。固定側ホルダ１７は、真空容器外部に導出されてブッシング導体３９Ａと接続され、該ブッシング導体３９Ａは固体絶縁物３０に覆われてケーブル用ブッシング４０Ａを形成する。

そして、図１に示す様に、接地断路部５０Ａは、共通母線６０に接続される接地断路部母線側固定電極５１Ａと、接地電位とされている接地断路部接地側固定電極５４Ａと、それらの中間に位置し、フレキシブル導体５５Ａを介して真空バルブ１０Ａの可動側ホルダ２７と電気的に接続される接地断路部中間固定電極５３Ａを備えており、内部は例えば空気絶縁としている。また、上記の固定電極５１Ａ、５３Ａ、５４Ａは直線状に配置され、内径はいずれも等しくしている。これらの固定電極５１Ａ、５３Ａ、５４Ａに対して軸方向に一様な外径を有する接地断路部可動電極５２Ａが接地断路部５０Ａ内を直線状に動作することで、閉・断路・接地の各状態に移行させることが可能となる。接地断路部可動電極５２Ａは、図示しない操作機構と接続される接地断路部操作用絶縁ロッド３５Ａと連結し、動作させることが可能となる。そして接地断路部可動電極５２Ａのうち、前記の各固定電極５１Ａ、５３Ａ、５４Ａと接触する部位を自然状態での半径が各固定電極の内径より大きいばね接点などで構成することにより、接触時には戻り弾性力による押圧力が印加され、可動電極５２Ａ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なる。尚、上記では接地断路部５０Ａについて代表して説明したが、接地断路部５０Ｂ、５０Ｃについてもやはり同様の構成を有する。

共通母線６０は、真空容器の外表面と固体絶縁物の外表面の間に配置されて、接地断路部母線側固定電極５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃを相互に接続している。

図２の平面図では、１相の開閉器ユニット１が３相分（１、１ｂ、１ｃ）配列されている様子を示している。スイッチギヤは３相分の開閉器ユニットを備えることで構成される。３つの開閉器ユニット１、１ｂ、１ｃは、ケーブル用ブッシングの位置を除いては同形状であり、異なる相で前後に配置されるケーブル用ブッシング４０Ａ、４０Ａｂ、４０Ａｃ（Ｂ、Ｃも同様）は図１の方向から見てずらして配置する様にしている。該図において、開閉器ユニット１は上視図にて、開閉器ユニット１ｂ・１ｃは共通母線を通る断面図にて表示している。該図に示す様に、同相の開閉器ユニット内で、真空バルブ１０と接地断路部５０は、一直線状に交互に（記号で示すと）１０Ａ→５０Ａ→１０Ｂ→５０Ｂ→１０Ｃ→５０Ｃと並べて配置しているため、異なる相間の間隔が小さくなり、複数の相全体の開閉器ユニットを備えるスイッチギヤ全体の幅も小さくなっている。共通母線６０は接地断路部５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃの接地断路部母線側固定電極５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃを電気的に接続しており、真空バルブの側面に配置することにより、（接地断路部母線側固定電極５１に対して図１中で下側に配置すると言うことも考えられるが、当該配置と比較して、）図１または図３に示すブッシング導体３９Ａ、３９Ｂ、３９Ｃ、３９Ｃｂ、３９Ｃｃとの干渉を避けられると共に、後述する様に真空バルブ内の電界を改善することができ、トータルとして開閉器ユニット１の小型・軽量化を実現している。

図３に示す様に、ケーブル用ブッシング４０Ｃ（４０Ｃｂ、４０Ｃｃも図示を省略しているが同様）は、ケーブルヘッド４１Ｃに接続され、該ケーブルヘッド４１Ｃは更にケーブル４２Ｃに接続される。

図４は、図１に示す様な装置で構成されるスイッチギヤの単相結線図である（回路状態は図１とは異なる）。本図において、図１の接地断路部５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃは、それぞれ接地断路部母線側固定電極５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃと、接地断路部可動電極５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃと、接地断路部接地側固定電極５４Ａ、５４Ｂ、５４Ｃにより構成され、それぞれ図４に示した５１Ａ・５１Ｂ・５１Ｃ、５２Ａ・５２Ｂ・５２Ｃ、５４Ａ・５４Ｂ・５４Ｃに相当する。同様に、図１の真空バルブ１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃは、それぞれ図４の１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃに相当し、それぞれ固定側電極１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃと、可動側電極２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃが接触し、または離れることにより電流を開閉する。図４のケーブル用ブッシング４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃは、（ケーブルヘッドを通じて）図１に示したケーブル４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃに接続される。図４において、接地断路部可動電極５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃを閉位置に切り替えた後に、真空バルブ１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃの可動側電極２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃを閉位置に各々投入することで、共通母線６０と各ケーブルブッシング４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃが各々電気的に接続され、例えば母線側から電力をケーブル側に供給できる。断路時には、まず真空バルブ１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃの可動側電極２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃの開動作により電流を遮断し、その後、接地断路部可動電極５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃを断路位置に切り替える。接地時は、断路時からさらに接地断路部可動電極５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃを接地位置に切り替え、かつ、真空バルブ１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃの可動側電極２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃを投入位置にすることにより達成できる。

以上の様に構成された本実施例に係るスイッチギヤにおいて、図５を用いて共通母線６０の配置について説明する。

図５は遮断状態を示している。遮断状態において図示しない接地断路部は投入状態であり、電圧は共通母線６０とフレキシブル導体５５Ａ及び真空バルブ１０Ａの可動側電極２６と可動側ホルダ２７に印加されているが、固定側電極１６と電気的に接続されるブッシング導体３９Ａには電圧が印加されていない。

この時、アークシールド２０の電位は、浮遊静電容量を介して、接地された固体絶縁物３０の表面と、固体絶縁物３０の表面と真空容器の外表面の間に配置される高電圧の共通母線導体６０と可動側電極２６と可動側ホルダ２７の影響を受けて、アークシールドの電位は印加電圧の４０〜６０％となる。これにより、セラミックス絶縁筒１２と２２における電位分担が概略均等になるため、真空バルブ内部及び周囲の電界集中が小さくなる。よって、絶縁信頼性を確保したまま、真空バルブの長さをより短くして真空バルブを小型化することが可能となる。これにより、真空バルブの周囲に注型される固体絶縁物を含めても全体としてスイッチギヤを小型化することにもつながる。真空バルブの小型化及び特に固体絶縁物の注型量の低減により、コスト削減を実現できる。

一方で、共通母線を真空バルブ部の側面以外の部分に配置した場合、アークシールド２０の電位は、浮遊静電容量を介して、接地された固体絶縁物３０の表面と、高電圧の可動側電極２６と可動側ホルダ２７の影響を受け、共通母線導体６０の影響は受けない。そのため、アークシールド２０の電位は印加電圧の２０〜４０％と上述した場合より低くなり、セラミックス絶縁筒１２と２２の電位分担が不均等となってしまう。故に、真空バルブ内部および周囲の電界集中が大きくなるので、真空バルブを細くしたり、または固体絶縁物を薄くしたりすることが困難となる。

即ち、上述した様に複数の真空バルブと共通母線を一体注型した開閉器ユニットにおいては、共通母線を真空バルブの側面に配置することにより、真空バルブをより細くすることが可能になる。更には、真空バルブの小型化に伴い、真空バルブの周囲を覆う固体絶縁物についても少なくすることができ、開閉器ユニット、または開閉器ユニットを複数備えた複合体、更にはスイッチギヤについても小型軽量化を図ることができる。特に、真空バルブを複数有することになればなるほど、小型化の効果も大きくなるので、スイッチギヤにおける小型化の効果は最も大きい。

尚、上記小型軽量化の効果は、接地断路部の代わりに、真空バルブによる接地開閉器を配置した場合にも同様に得ることが可能である。

尚、上記の実施例においては高電圧の導体として共通の母線を用いたが、上述した様に母線であるかに依らず、一方の高電圧電極側に加わる程度の高電圧が印加されていれば、真空バルブを構成する絶縁筒の電位の均等分担と言う作用を奏し、結果的に真空バルブの小型化という効果を達成可能である。そして、一方の高電圧電極側に加わる程度の高電圧が印加されると言う条件は、導体自身が母線であるか、または母線に接続されていれば満たす様になることは言うまでもないことである。本実施例では、特に共通化した共通母線を用いることで不要な構成を追加せず、機能を集約化させることで部材の低減・体積の低減を実現している。更に、当該共通母線は、接地断路部の母線側固定電極と一体に成形されており、部品点数の一層な低減を実現している。

尚、アークシールドの電位制御と言う意味では、固体絶縁物３０の表面と真空容器の外表面の間に導体が配置されていれば、制御は可能であるが、特に真空容器の側面に配置されていると適正に電位制御を行うことが可能である。側面の中でも、更に真空バルブ内のいずれかの電極と当該導体の間に制御対象となるアークシールドが位置する様な位置関係を満たしているとより効果的である。

１、１ｂ、１ｃ 開閉器ユニット
１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｃｂ、１０Ｃｃ 真空バルブ
１２ 固定側セラミックス絶縁筒
１３ 固定側端板
１４ 固定側電界緩和シールド
１６、１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ 固定側電極
１７ 固定側ホルダ
２０ アークシールド
２２ 可動側セラミックス絶縁筒
２３ 可動側端板
２４ 可動側電界緩和シールド
２６、２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ 可動側電極
２７ 可動側ホルダ
２８ ベローズシールド
２９ ベローズ
３０ 固体絶縁物
３１ 気中側シールド
３２ 真空監視センサ
３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃ 真空バルブ操作用絶縁ロッド
３５Ａ、３５Ｂ、３５Ｃ 接地断路部操作用絶縁ロッド
３９Ａ、３９Ｂ、３９Ｃ、３９Ｃｂ、３９Ｃｃ ブッシング導体
４０Ａ、４０Ａｂ、４０Ａｃ、４０Ｂ、４０Ｂｂ、４０Ｂｃ、４０Ｃ、４０Ｃｂ、４０Ｃｃ ケーブル用ブッシング
４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ ケーブルヘッド
４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃ ケーブル
５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ 接地断路部
５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃ 接地断路部母線側固定電極
５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ 接地断路部可動電極
５３Ａ、５３Ｂ、５３Ｃ 接地断路部中間固定電極
５４Ａ、５４Ｂ、５４Ｃ 接地断路部接地側固定電極
５５Ａ、５５Ｂ、５５Ｃ フレキシブル導体
６０、６０ｂ、６０ｃ 共通母線

Claims (8)

1. 固定電極、及び該固定電極に対向すると共に該固定電極に対して接触し、または離れる可動電極と、
   該固定電極及び該可動電極を内包し、かつ内部が真空となる真空容器と、
   該真空容器に支持されて前記固定電極及び前記可動電極を覆うアークシールドと、
   前記真空容器の外側に注型されると共に、自身の表面が接地電位である固体絶縁物とを備える真空開閉器と、
   該真空開閉器と電気的に接続される接地開閉器と、ケーブルを備える開閉器ユニットの複合体であって、
   前記開閉器ユニットは導体から供給される電流を前記ケーブルに導通させ、または遮断させることが可能であり、
   前記接地開閉器は、接地開閉器用固定電極及び該接地開閉器用固定電極と接触し、または離れる接地開閉器用可動電極とを備え、
   該接地開閉器用可動電極を動作させることで回路を切り替えて接地状態に移行させ、前記複数の開閉器ユニットは前記真空容器と前記接地開閉器が交互に並べられると共に、一直線に配置され、
   前記固体絶縁物の外表面と前記真空容器の外表面の間に配置され、自身が母線である、または母線に接続されている導体を備えることを特徴とする開閉器ユニット複合体。
2. 請求項１に記載の開閉器ユニット複合体であって、
   前記真空開閉器における前記導体は前記真空容器の側面に配置されていることを特徴とする開閉器ユニット複合体。
3. 請求項２に記載の開閉器ユニット複合体であって、
   前記真空開閉器における前記固定電極または前記可動電極と前記導体の間に前記アークシールドが位置する様に該導体を配置することを特徴とする開閉器ユニット複合体。
4. 請求項１ないし３のいずれか一つに記載の開閉器ユニット複合体であって、
   前記真空開閉器は更に前記可動電極に接続される可動側ホルダを備え、
   前記接地開閉器は、母線側固定電極と、中間固定電極と、接地側固定電極と、
   該母線側固定電極、中間固定電極及び接地側固定電極との間を接離することで回路を切り替える接地開閉器用可動電極とを備え、
   更に前記可動側ホルダと前記接地開閉器用可動電極は電気的に接続されていることを特徴とする開閉器ユニット複合体。
5. 請求項４に記載の開閉器ユニット複合体であって、
   前記接地開閉器は更に断路機能も備える接地断路器であることを特徴とする開閉器ユニット複合体。
6. 請求項５に記載の開閉器ユニット複合体であって、
   前記母線側固定電極は共通母線によって接続されていることを特徴とする開閉器ユニット複合体。
7. 請求項６に記載の開閉器ユニット複合体であって、
   前記母線側固定電極及び前記共通母線は一体に成形されていることを特徴とする開閉器ユニット複合体。
8. 請求項７に記載の開閉器ユニット複合体を３相分備えていることを特徴とするスイッチギヤ。