JP5775966B2

JP5775966B2 - ガス遮断器

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Publication number: JP5775966B2
Application number: JP2014509116A
Authority: JP
Inventors: 一浦井; 康明青山; 裕明橋本; 勝彦白石; 加藤　達朗; 達朗加藤; 歩森田; 六戸　敏昭; 敏昭六戸; 陽一大下
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2012-04-06
Filing date: 2013-03-27
Publication date: 2015-09-09
Anticipated expiration: 2033-03-27
Also published as: KR20140138840A; WO2013150929A1; EP2835811A4; US20150091677A1; CN104205280A; EP2835811A1; JPWO2013150929A1

Description

本発明は、ガス遮断器に関するものであり、特に電動で動作させて高電圧を遮断する電動駆動方式ガス遮断器に関する。

遮断器は速やかに事故電流を遮断することにより、電力系統の事故の波及を防止する役割を持つため、より信頼性の高い装置の開発が要請されている。ガス遮断器を操作する操作器として、操作ばねに蓄勢したばね力を解放することにより操作力を得るようにしたばね操作器と、空気圧や油圧を利用して操作力を得るようにした空気圧操作器や油圧操作器が、従来からは知られている。そして、各操作器について言及すると、ばね操作器は低操作力、保守性、経済性に優れており、また空気圧操作器は取り扱いが容易であると共に高い操作力が得られ、更に油圧操作器は低騒音で高い操作力が得られるという特徴がある。

しかしながら、ばね操作器による操作ではばねの弾性力が必ずしも一定でないこと、ばねの位置決め精度が低いこと、複雑で多くの部品から成り立つこと等から動作に対する信頼性について改善の余地がある。また、油圧や空気圧を利用する操作方式では、周囲の温度変化によっては作動流体の漏れるおそれがあり、更には部品の一つでも不具合や故障があると全体が動作しなくなる可能性もあり、取り扱いが困難であると言う側面もある。

ここで、上記の様な点を改善する方式として、電気の力により操作力を生み出す技術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には、直線移動可能なコイルに電流を供給するアクチュエータ構造で、固定された円筒形状の永久磁石から発生する磁界の力との反発力を利用してコイルに繋がる絶縁ロッドを直線運動させる遮断器構成が記載されている。

一方、遮断器とは別の技術として特許文献２及び３に記載された技術もある。これら文献によれば、可動子に配置された永久磁石を挟み込み保持するように配置された磁極歯と、磁極を挟み込み保持する磁極歯を連続につなぐコアと、複数のコアにまとめて巻きまわされた電機子巻線と、磁石の磁極を表裏交互に並べた可動子からなり、永久磁石を挟み込み保持するように配置された磁極歯と、磁石を保持する磁極歯を連続につなぐコアを有した電機子鉄心が可動子の長手方向に沿って複数個配置されている様子が記載されている。

特表２００７−５２３４７５号公報特開２０１０−１４１９７８号公報特開２０１０−２３９７２４号公報

高加速が要求される遮断器向けのアクチュエータにおいては、可動体の質量を低減する必要がある。しかし、特許文献１に記載された内容では、巻線が可動するアクチュエータとなっており、大電流を流すためには径の大きい巻線が必要になるため、巻線の質量が大きくなり、加速度性能が低下してしまう。その他、巻線自体が可動するため、可動体となる巻線に電流を供給する必要があり、配線の取り回しや耐久性に改善の余地がある。この様な種々観点から、信頼性には改善の余地がある。

また、特許文献２や３に記載された内容は、そもそも遮断器に用いることを意図されているものではない。

そこで、本発明では信頼性を改善させるガス遮断器を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係るガス遮断器は、固定接触子と、該固定接触子に対して接触及び開離する可動接触子と、前記固定接触子及び前記可動接触子を内部に有し、該内部が絶縁性ガスで封入されている絶縁タンクと、前記可動接触子が動作するための駆動力を発生させる操作器とを備えるガス遮断器であって、前記操作器は、永久磁石または磁性体を前記操作器の駆動力を発生させる方向に配置する可動子と、該可動子に対向して配置されると共に巻線を有する磁極を備えることを特徴とする。

本発明によれば信頼性を改善させるガス遮断器を提供することが可能になる。

実施例１に係る遮断器の構成図である。実施例１に係る操作部内の一単位を示す図である。実施例１に係るアクチュエータの一単位を説明するための斜視図である。図３の正面図である。図４から巻線を外して図示した図である。実施例２に係る遮断器の断面図である。実施例３に係るアクチュエータを説明するための斜視図である。実施例３に係るアクチュエータを説明する図である。実施例３に係る遮断器の断面図である。実施例３に係る制御系統を示す図である。実施例４に係るアクチュエータの模式的な斜視図である。図１１の正面図である。可動子を二段構成にしたアクチュエータの構成例である。可動子を二段構成にしたアクチュエータの他の構成例である。実施例５に係るアクチュエータを三列並べた構成図である。実施例５に係るアクチュエータを三列並べた構成図であり、電源に三相インバータを用いた場合の図である。実施例５に係るアクチュエータを三列並べた構成図であり、各可動子を機械的に連結した図である。実施例６に係る位置保持機構の投入位置を示す平面図である。実施例６に係る位置保持機構の遮断位置を示す平面図である。実施例６に係る圧縮ばねの長さが最小となる中間位置を示す平面図である。実施例７に係る電磁アクチュエータに遮断器の機械的操作手段を接続した図である。電磁アクチュエータに接続する機械的操作手段を拡大して表示する図である。

以下、本発明を実施する上で好適な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って、発明の内容を下記具体的態様に限定することを意図する趣旨ではない。発明自体は、特許請求の範囲の記載を満たす範囲内で種々の態様に変形することが可能であることは言うまでもない。

実施例１について図１ないし図５を用いて説明する。図１は開極状態（ａ）および閉極状態（ｂ）を示す遮断器の構成例である。該図に示す様に、本実施例に係る遮断器は、事故電流を遮断するための遮断部と、該遮断部を操作するための操作部とに大別される。

遮断部は内部にＳＦ₆ガスを充填させた密閉金属容器１内に、密閉金属容器１端部に設けられた絶縁支持スペーサ２に固定された固定側電極（固定側接触子）３と、可動側電極４及び可動電極（可動側接触子）６と、該可動電極６の先端で両電極間に設けられるノズル５と、操作部側に接続されると共に可動側電極４に接続される絶縁支持筒７と、可動側電極４に接続され主回路の一部を構成する主回路導体となる高電圧導体８とを有しており、操作部からの操作力を通じて可動電極６を移動させて電気的に開閉することにより、電流の投入及び遮断が可能である。高電圧導体８の周囲には、高電圧導体８に流れる電流を検出するための電流検出器として働く変流器５１が設けられている。絶縁支持筒７内には操作部側に接続される絶縁ロッド８１が配置されている。

操作部は密閉金属容器１に隣接して設けられる操作器ケース６１内に、アクチュエータ（操作器）１００を設けており、アクチュエータ１００内部には直線動作する可動子２３が配置されている。可動子２３は、密閉金属容器１を気密に保ったまま駆動できる様に設けられる直線シール部６２を通じて絶縁ロッド８１に連結されている。そして、絶縁ロッド８１は可動電極６に連結されている。つまり、可動子２３の動作を通じて遮断部における可動電極６を動作させることが可能になる。

アクチュエータ１００は、密閉金属容器１の表面に絶縁性ガスを封止した状態で設けられる密封端子９０を通じて電源ユニット７１と電気的に接続されている。そして、該電源ユニット７１は、更に制御ユニット７２と接続され、制御ユニット７２からの指令を受けることができる様に形成されている。制御ユニット７２には、変流器５１で検出した電流値が入力される様になっている。電源ユニット７１及び制御ユニット７２は、変流器５１で検出した電流値に応じて下述するアクチュエータ１００の巻線４１に供給する電流量や位相を変化させる制御機構として働く。

図２ないし図５を用いてアクチュエータの構造について説明する。第一の磁極１１と、該第一の磁極１１に対向して配置される第二の磁極１２と、第一の磁極と第二の磁極をつなぐ磁性体１３と、第一の磁極及び第二の磁極の外周に設けられる巻線４１と、を二つ組み合わせて構成される固定子１４の内部に、第一の磁極１１および第二の磁極１２に空隙を介して対向する位置に、永久磁石２１及び該永久磁石２１を挟み込んで支持する磁石固定部材２２から構成される可動子２３を配置してアクチュエータ１００を構成している。永久磁石２１の着磁方向はＹ軸方向（図２中、上下方向）に着磁され、隣り合う磁石毎に交互に着磁されている。磁石固定部材２２は非磁性の材料、例えば、非磁性のステンレス合金、アルミ合金、樹脂材料などが好ましいが、これに限定されるものではない。アクチュエータ１００は、永久磁石２１と、第一の磁極１１及び第二の磁極１２との間隔を保つため、機械的な部品を取り付ける。例えば、リニアガイド、ローラベアリング、カムフォロア、スラストベアリングなどが好ましいが、永久磁石２１と、第一の磁極１１および第二の磁極１２との間隔が保てれば、これに限定されるものでもない。

一般的に永久磁石２１と第一の磁極１１及び第二の磁極１２の間には吸引力（Ｙ軸方向の力）が発生する。しかし、本構成においては、永久磁石２１と第一の磁極１１に発生する吸引力と、永久磁石２１と第二の磁極１２に発生する吸引力とが互いに逆方向になるため力が相殺され吸引力が小さくなる。そのため、可動子２３を保持するための機構が簡素化でき、可動子２３を含む可動体の質量を低減できる。可動体の質量を低減できるため、高加速度駆動や高応答駆動を実現することが可能になる。固定子１４と永久磁石２１が相対的にＺ軸方向（図２中、左右方向）に駆動するため、固定子１４を固定することにより永久磁石２１を含む可動子２３がＺ軸方向へ移動する。反対に、可動子２３を固定し、固定子１４をＺ軸方向に移動させることも可能である。この場合には、可動子と固定子が逆転することになる。あくまでも発生する力は両者の間で生じる相対的な力である。

駆動に際しては、巻線４１に電流を流すことにより、磁界が発生し、固定子１４と永久磁石２１の相対位置に応じた推力を発生することが可能になる。また、固定子１４と永久磁石２１の位置関係と、注入する電流の位相や大きさを制御することにより、推力の大きさ、及び方向の調整が可能になる。可動子２３の動作制御は、開極指令および閉極指令が制御ユニット７２に入力された場合に応じて、電源ユニット７１からアクチュエータ１００における電流を通電し、電気信号をアクチュエータ１００での可動子２３の駆動力に変換することで行う。

図３は上記したアクチュエータ１００の一単位の構成の斜視図を示している。図３〜５に示す様に、第一の磁極１１と、第二の磁極１２と、第一の磁極１１と第二の磁極１２をつなぐ磁性体１３と、巻線４１と、で構成された固定子１４に対し、永久磁石２１を有する可動子がＺ軸方向に相対運動するように構成される。図２に示すように、可動子２３は複数の永久磁石２１をＮ極とＳ極を交互に反転させつつ磁石固定部材等により可動側接触子の動作軸方向に機械的に連結する。可動子のこれらのＮ極とＳ極に対向して固定子１４の第一の磁極１１及び第二の磁極１２を配置する。巻線４１に交流電流を流すことで、連続的にＺ軸方向の推力が得られ、可動子２３の長さに応じて駆動距離を長くすることが可能になる。

本実施例では、第一の磁極１１と第二の磁極１２をつなぐ磁性体１３をＹ軸方向で分割している。これにより、巻線４１の作業性が向上する。さらに、第一の磁極１１と第二の磁極１２をＺ軸方向にずらして調整することも可能になる。第一の磁極１１と第二の磁極１２をずらして配置した場合、永久磁石の着磁方向を変えることにより推力を増加させることが可能になる。その他、そもそも上側の磁極を用いなくともＺ軸方向に駆動させることは可能であり、こう言った変形を行うことなどが具体的に考えられる。但し、本実施例の様に、第一と第二の磁極で可動子を挟み込む様に構成することで、永久磁石と磁極間の吸引力が小さく、直線駆動させても駆動方向（Ｚ軸方向）と垂直方向（Ｘ軸方向およびＹ軸方向）のブレが極めて小さくなる。即ち、遮断器に適用する上では、操作力を伝える可動子が直線シール部６２を通過しても、直線シール部６２の変形が小さいために、シール部における機械的な負担が小さくなる。

これは、駆動に伴う直線シール部６２の摺動動作不具合だけでなく、可動電極６の接触子の傾きを防止することにもつながるので、接触摺動部のかじりや電極からの微小金属異物が発生しにくい構造となる。かじりは遮断や投入の動作不良に結びつく可能性があり、金属異物は絶縁性能低下による絶縁事故に結びつく可能性がある。また、シール変形に伴うガス遮断器内部のＳＦ₆ガスが外部へ漏洩する量を低減できる。この様に様々な観点から、遮断器としての信頼性を向上させることが可能になる。

図４は、図３の正面図である。図５は、図４において第一の磁極１１、第二の磁極１２及びそれらをつなぐ磁性体の関係を理解容易な様に、図４から巻線を削除した図である。両図から分かる様に、巻線４１は、第一の磁極１１と第二の磁極１２に各々に巻かれ、永久磁石２１を挟み込むように配置される。巻線４１と永久磁石２１が対向して配置されるため、巻線４１で発生した磁束が効率よく永久磁石２１に作用する。よって、アクチュエータを小型軽量化できる。さらに、第一の磁極１１・第二の磁極１２・第一の磁極と第二の磁極をつなぐ磁性体１３、により磁気回路が閉じており、磁気回路の経路を短くすることが可能になる。これにより、大きな推力を発生することが可能になる。また、永久磁石２１の周りが磁性体で覆われているため外部への漏れ磁束を低減でき、周りの機器への影響を低減できる。

上記の様に構成した本実施例に係るガス遮断器は、図１（ａ）の閉極状態から図１（ｂ）の開極状態に移行して電流を遮断する。その際、遮断部で発生したアークに消弧性能を有するＳＦ₆ガスで吹き付けることで、アークプラズマを消滅させ、事故電流を遮断する。

本実施例によれば、永久磁石をアクチュエータの駆動力を発生させる方向に配置する可動子と、可動子に対向して配置されると共に巻線を有する磁極を備える様なアクチュエータを遮断器に搭載しているので、巻線を駆動させる場合と比較して、可動子を軽量化することができ、また巻線を駆動させる場合の様に、可動子に配線を設ける必要がない。よって、信頼性を向上させることが可能になる。

また、本実施例では、永久磁石を用いた場合について説明したが、永久磁石の代わりに磁性体を可動子に配置して構成することも可能である。磁性体とは磁石から吸引力を受ける部材を指し、代表的な部材としては鉄やケイ素鋼板などが挙げられる。

本実施例では遮断部と操作部のガス区画を別にしており、操作器の駆動は直線シール部６２を介して行っているが、遮断部と操作部を同一ガス区画として、操作部も遮断部と同じ高気圧ＳＦ₆ガスで充填した状態でもよい。図１に示す様に遮断部と操作部のガス区画が別区画の場合は、遮断部は高気圧ＳＦ₆ガスで充填されているが、操作部の操作器ケース６１は外部（大気）と密閉される場合と密閉されない場合が存在する。密閉される場合、操作器ケース６１内部は大気圧の乾燥空気や窒素、ＳＦ₆ガスが充填される。操作部が密閉されていると、外部環境の影響を受けにくく、湿度や雨水や昆虫などの混入など性能を低下させる要因を排除できるため、信頼性の高い操作部が提供できる。しかし、密閉された場合には内部を点検することが困難となるため、万が一、操作部で不具合が発生した場合の内部異常要因の検出や、簡単な内部保守点検の実施が困難となる。このような内部点検の容易さを優先させるならば操作器ケースを密閉させる必要はない。

尚、本実施例では二つの固定子１４でアクチュエータ１００を構成した例を示しているが、固定子の個数が二つに限定されるものでないことは言うまでもない。固定子の個数は一つでも遮断器の操作器として駆動可能である。一方、個数を増加させることにより、個数に比例して大きな推進力を与えることが可能となる。

実施例２について図６を用いて説明する。本実施例に係るガス遮断器は、絶縁物で構成された碍子などの絶縁容器９内に固定側接触子となる固定側電極３と、固定側電極３と接触及び開離されて、可動側接触子となる可動電極６と、可動電極６における固定側電極３側の先端に設けられるノズル５を備えており、当該絶縁容器９内には絶縁ガスとしてＳＦ₆ガスが封入されている。絶縁ガスとしては他のガスを用いることが可能であり、具体例を挙げると、ＳＦ₆とＮ₂やＣＦ₄の混合ガスや、ＣＯ₂ガスなどのＳＦ₆ガス代替ガスがある。遮断部を収納した絶縁容器９の下側には、操作部を収納する他の絶縁容器１０が取り付けられている。絶縁容器１０内にはアクチュエータ１００と、アクチュエータ内から遮断部側に突出する可動子２３と、該可動子２３の遮断部側の先端に設けられる絶縁ロッド８１と、該絶縁ロッド８１と可動電極６を連結する遮断部操作ロッド６２（直線シール部）とを配置しており、絶縁容器１０内にも絶縁容器９内と同様の絶縁ガスが封入されている。二つの絶縁容器９及び絶縁容器１０の間はガス吸入口３６で繋がっており、当該ガス吸入口３６の途中で、絶縁容器９側には分解ガスフィルター３８が設けられている。そして、分解ガスフィルター３８は、絶縁容器９内で傘３７に覆われている。

アクチュエータ１００は絶縁ロッド８１を介して遮断部操作ロッド６２（直線シール部）と連結されていて、遮断部に推力が伝達される。尚、アクチュエータ１００は実施例１で説明したリニアアクチュエータであり、ここでの説明は省略する。リニアアクチュエータは外周を小さく構成できるため、絶縁容器１０内に配置できる。よって、ガス遮断器を小形にすることができ、設置面積を従来のばね操作器に比べて小さくできる。

また、遮断部の絶縁容器９内のガス空間３９と、操作部の絶縁容器１０内のガス空間４０は、直線シールとなる遮断部操作ロッド６２（直線シール部）により互いに隔絶されたガス空間として構成できる。遮断動作時においては、上部の遮断部で発生したアークによって粉末状のＳＦ₆ガス分解生成物が生じる。そして、当該分解生成物が絶縁容器９内の下面に堆積することになるが、操作部が収納されたガス空間４０と遮断部ガス空間３９とを別ガス区画とすることで、操作部ガス空間４０には分解生成物は入らない。よって、摺動抵抗を一層増大させる恐れがない。

また、ガス空間を完全に隔絶する必要はなく、分解ガスフィルターを介して連通してもよい。ガス空間３９と４０を連通することで、効率よく絶縁ガスの封入、回収が可能となる。図６では、分解ガスフィルター３８を介してガス吸入口３６により連通させた場合を示している。更にガス吸入口３６には傘３７を設けている。ガス吸入口３６に傘３７を設けることで、ガス吸入口３６に分解ガス生成物が入らない状態を形成でき、操作部ガス空間４０内に入ることがなく、アクチュエータに分解生成物堆積し、摺動抵抗を増大させることがない。加えて、本実施例では、傘３７の内側（ガス吸入口３６側）に、分解ガスフィルターも設けており、仮に傘３７の隙間からガス吸入口３６に分解生成物が入っても当該フィルターにより除去され、操作部ガス空間４０には分解生成物は入らない。よって、摺動抵抗を一層増大させる恐れを減らすことができる。

実施例３について図７ないし図１０を用いて説明する。本実施例では、三単位のアクチュエータ１００ａ、１００ｂ、１００ｃがＺ軸方向（可動電極６の動作方向）に並んで配置されて構成される。一単位については、実施例１で既に説明した通りであり、ここでの説明は省略する。三単位のアクチュエータは永久磁石２１に対して電気的に位相がずれた位置に配置されている。一単位を一つの固定子とすれば、三単位のアクチュエータは三つの固定子から成り、同様に一単位をＮ個の固定子とすれば、三単位のアクチュエータは３×Ｎ個の（３の倍数からなる）固定子から成る。本実施例においては、具体的にアクチュエータ１００ａに対して、アクチュエータ１００ｂは電気的位相が１２０°（または６０°）、アクチュエータ１００ｃは電気的位相が２４０°（または１２０°）ずれている。このアクチュエータ配置において、各アクチュエータの巻線４１に三相交流を流すと三相のリニアモータと同様の動作が実現できる。三単位のアクチュエータを使用することで、各アクチュエータを三つの独立したアクチュエータとして個々に電流を制御して推力を調整することが可能になる。各アクチュエータにおける巻線には、制御機構から各々異なる大きさまたは異なる位相の電流を注入することができる。一つのやり方としては一つの交流電源から供給されるＵ、Ｖ、Ｗの三相電流を分けて供給すると言うことが考えられる。この場合、複数の電源を具備する必要がなく、簡便である。また、この場合、上記した密封端子も３×Ｎ個とするか、同一の電流を流すアクチュエータに対しては密封端子を共有化するか、と言った選択肢がある。

図８は図７の断面図を表している。本構成においては、永久磁石２１と、複数のアクチュエータ２００を用いた構成と、の位置関係によらず一定の推力を発生できる。さらに、制御によりブレーキ力（減衰力）を発生したり、ブレーキによって生じた電力を回生したり、電気エネルギーを効率良く使用することも可能である。アクチュエータにおいて減速させるためのブレーキ力を発生することも可能であり、従来の油圧操作器やばね操作器のダッシュポットなどのブレーキ装置を不要にすることができ、遮断器の小型化が実現できる。さらに、装置の部品点数が減るため信頼性およびメンテナンス性が向上する。

図９には、図７及び図８で説明した複数のアクチュエータをガス遮断器に適用した様子を示している。全体の構成は、実施例１で説明しており、重複箇所についての説明は省略する。本実施例の構成においては、アクチュエータに連結させて位置センサ７５を設けており、複数のアクチュエータの巻線に供給する電流を制御することにより、可動子２３および絶縁ロッド８１の位置、速度や加速度を細かく制御することが可能になる。したがって、開閉動作の制御や加減速パターンを制御することが可能になる。可動子２３および絶縁ロッド８１の位置、速度や加速度を細かく制御するには、複数のアクチュエータに、独立して電流を供給する必要があり、電源ユニット７１からの電流はガス封止された状態で電流を供給できる様、密封端子２０１を通して各アクチュエータに供給している。加えて、図９では操作用の電源ユニット７１からの電流の供給が何らかの原因により困難になった場合でも、遮断操作が可能なようにコンデンサや充電器で構成される蓄電ユニット７３から電気エネルギーが供給される様にしている。

電源ユニット７１、制御ユニット７２、蓄電ユニット７３の構成例について図１０を用いて説明する。図１０内において制御ユニット７２は、計器用変圧器５２及び変流器５１からの測定値が送られる保護制御装置５３と、アクチュエータ制御装置５４に対応する。そして、インバータ５５及び電源切り替えスイッチ５６が電源ユニット７１に対応する。また、蓄電ユニット７３は、充電装置５９とコンデンサ５８から構成されている。

制御ユニット７２内の保護制御装置５３は、変流器５１、計器用変圧器５２からの電流、電圧データを受け取るが、系統事故が発生した場合や、運転員による開閉指令を受けた場合、保護制御装置５３からアクチュエータ制御装置５４に、遮断または投入指令を送信する。アクチュエータ制御装置５４は、インバータ５５を制御してアクチュエータ１００の推力を発生させる。ここで、アクチュエータ１００には図示しない位置センサが取り付けられており、位置情報をアクチュエータ制御装置５４に送信して、アクチュエータの動作を制御する。ここで、位置センサについては、位置センサに代えて加速度センサ、磁束密度センサなどを用いて、各測定データから動作特性を制御してもよい。

また、コンデンサには容量の大きい電解コンデンサなどが用いられている。本実施例ではコンデンサを複数のユニット５８ａ、５８ｂ、５８ｃに分割しており、充電切り替えスイッチ５７と電源切り替えスイッチ５６により、電源となるコンデンサを個別に充電し、動作時に使用すべきコンデンサを選択している。遮断器では遮断動作においては高速で駆動する必要があり、またパッファ反力により大きな推力が必要とされる。一方で、投入動作においては、遮断動作の２倍〜４倍の時間でもよく、推力も小さくてよい。したがって、遮断時と投入時では駆動に必要な瞬時の電力が異なる。遮断と投入で使用するコンデンサを分けて使用することで、投入用のコンデンサの充電電圧を下げ、耐電圧の低い安価なコンデンサを使用することが可能である。遮断器では、遮断−投入−遮断の一連の動作を充電無しに行うなどの仕様がある。さらに投入−遮断の仕様が付加される場合もある。こうした仕様を要求される場合でも、本実施例の様にコンデンサを分割することで動作責務に対応した拡張が容易になる。また、実運用では連続動作が常に行われるわけではなく、動作に使用したコンデンサだけを充電するだけでよく、充電時間を短縮することが可能になる。

実施例４について図１１ないし図１４を用いて説明する。尚、既に説明した内容と重複する箇所については、説明を省略する。図１１に示す様に、本実施例に示すアクチュエータは、前出の図３に示すアクチュエータをＹ軸方向に二つ重ねたような構成であり、上下平行して設けられた二つの可動子が固定子を貫く構成をしている。それぞれの可動子を構成する各々の永久磁石２１を挟み込むように巻線４１がＹ軸方向に対向するように配置され、可動子の外側を、磁性体１３が上下に設けられた磁極をつないで構成する。

図１２（ｂ）において、Ｙ軸方向を上下方向とした場合、固定子は、二段の上側の永久磁石側の第一の磁極１１と、二段の下側の永久磁石側の第二の磁極１２と、これらの磁極の間に設けられた第三の磁極１５と、これらそれぞれをつなぐ磁性体１３を有する。

このようにＹ軸方向にアクチュエータを並べて配置し、第一の磁極１１と第二の磁極１２と第三の磁極をつなぐＹ軸方向中間部の磁性体１３を共通化することで、アクチュエータを小型にできる。本発明の実施例では、一例として、二つのアクチュエータを、Ｙ軸方向に並べた構成について説明したが、アクチュエータの個数および方向については本構成に限定されるものでない。

図１２は、図４及び図５で説明した内容が、上記図１１について説明した通り、二段に置き換えられている様子を示している。

また、図１３および図１４には、Ｙ軸方向にアクチュエータを二つ並べた他の構成について説明する。Ｙ軸方向に二つ並べた可動子２３ａと可動子２３ｂを可動子連結部品２４で連結し、両可動子が一体に動作する様にしている。複数の可動子を連結することにより、可動子の剛性が向上し耐衝撃性や応答性が向上する。

可動子が駆動する際、アクチュエータ各部に、推力に比例した反力が加わる。そのため、反力による各部の変形や可動子と固定子の電気的位相のずれを生じる。複数の固定子およびアクチュエータを固定することで、その影響を低減することが可能である。図１３においては、各アクチュエータは固定板３０に固定され、各部の変形を防止できる。

また、図１３では各アクチュエータを共通の固定板３０に固定することで各部の変形を防止する例について説明したが、この様な構成に限定されるものでなく、例えば、図１４に示す場合等、他の構成とすることも可能である。該図１４では、各固定子間およびアクチュエータ間に、それぞれスペーサ３１を配置しており、各部の変形を低減できる。固定板３０およびスペーサ３１の接合方法としては、ボルト締結、接着剤塗布や溶接が具体的に挙げられるが、他の方法により接合することも可能である。

本実施例においては、三段の磁極を用いてこれらで二段の可動子を挟み込む様に構成しており、高出力構造とすることができる。

実施例５について図１５ないし図１７を用いて説明する。既に説明した同一の符号を付された構成と、同一の機能を有する部分については、ここでの説明を省略する。

ガス遮断器はそもそもガス遮断器に通電されるＵ、Ｖ、Ｗの三相の電流を遮断できる必要があり、当該三相分の可動接触子を操作できる様に、アクチュエータの各巻線を電源２０９に直列に接続して三列並べた構成を図１５に示す。この時、アクチュエータはアクチュエータに駆動力を発生させる方向（可動子の駆動方向）とは垂直方向に三つ並べて配置されている。アクチュエータは製造上、巻線抵抗や磁石磁束などと言った若干の特性ばらつきが生じてしまう場合がある。本実施例では、係るばらつきを防止するためのものである。本実施例に一例として示す構成によれば、個々のアクチュエータの特性ばらつきなどによる電流の不均一を防止することが可能になり、三つのアクチュエータを同時に動作させることが可能になる。

図１６では、図１５で示した電源２０９に代えて三相のインバータ２１０を適用し、三相アクチュエータとして駆動させる場合を示している。この場合、アクチュエータに駆動力を発生させる方向にも三つのアクチュエータが並ぶこととなり、図１５において電源側も三相電流を有することから３×３＝９個のアクチュエータが備えられることになる。各アクチュエータ１００の磁石と固定子の位置関係が異なり、可動接触子に駆動力を発生させる方向に三列並べて配置させたアクチュエータ１００ａと１００ｂと１００ｃのそれぞれに対して、図１５と同じ様に、位置関係の同じアクチュエータを直列に配置することで、アクチュエータの不均一動作を防止できる。

更に図１７では、三つのアクチュエータの可動子２３ａ、可動子２３ｂ、可動子２３ｃを剛性を有する可動子連結部品２４で結合した場合を示している。本構成により、三つの可動子に若干の不均一が生じた場合においても、三つの絶縁ロッド８１を物理的に連結させているので、機械的な観点からも同時に駆動させることができる。当該連結による各可動子の均一駆動は単独でも用いることができるが、上記図１５、図１６に記載した様に電流を用いて均一に制御しようとする場合と併せて使用すると、各々異なる特性に基づいて均一に駆動させようとするので、相補的に働くことができ、より効果的である。

また、三つの絶縁ロッド８１ａ、８１ｂ、８１ｃの長さや開閉器の開閉する位置を変えることにより、１回の動作でも複数のタイミング（各々の絶縁ロッドにより異なるタイミング）で開閉動作が可能となる。

さらに、複数の可動子を連結することにより、連結した可動子のいずれかにのみ位置センサを取り付ければ足りるので、アクチュエータ制御のための位置センサの数を低減できると言うメリットがある。

また、本実施例においては各構成ともＵ、Ｖ、Ｗの三つの可動子を用いた構成について説明したが、設置環境に応じて可動子の数を変更することは原理的に何ら支障はない。即ち、本実施例の可動子の数に限定されるものではない。

実施例６について図１８ないし図２０を用いて説明する。遮断器の位置保持は図１８ないし図２０に示される実施例によっても実現できる。

図１８は投入位置、図１９は遮断位置、図２０は圧縮ばね４００の長さが最小となる中間位置をそれぞれ示している。本実施例では、電磁アクチュエータ１００と遮断部４０１を結合するリンク系４０２に、長さが最小（最も自然長からばねが圧縮された位置）となる位置４０３が遮断器の投入位置と遮断位置の間になるように構成された圧縮ばね４００が結合されている。即ち、圧縮ばね４００の長さが最小となる中間位置では、圧縮ばね４００と、可動子２３が垂直になる様に形成される。この様な関係性を備えることで、遮断器の投入位置では圧縮ばね４００の弾性力が遮断器の投入方向に、遮断位置では遮断方向に作用するので、停電などによりアクチュエータが操作エネルギーを喪失した場合でも遮断器は重力、ガス圧による推力、外部からの振動などに対抗して投入位置、もしくは遮断位置を保持することが可能となる。

図２１及び図２２を用いて電磁式アクチュエータを備えた遮断器において、機械的操作により遮断部接点を操作する方法を説明する。上記実施例では、電源喪失時用に蓄電ユニットを設ける等の対処もしているが、本実施例では更に手動操作も可能にできる様に構成した例を説明する。

具体的には、図示しない遮断器に対してメインフレーム３０２が固定されており（図上は、アクチュエータ側のみが記載されているが、メインフレーム３０２は遮断器側まで伸びて形成される）、これにアクチュエータ１００がフレーム３０２上に設けられたアクチュエータ１００保持用のフレーム３０１を介してボルト締結などにより固定される。また、フレーム３０２には位置決め用に凸部３０３を設けており、アクチュエータ１００をフレーム３０２に締結する際の位置決めが容易になる。フレーム３０２の一端（下述する手動ハンドル側）には、ブロック３０８がフレーム３０２に対してボルト締結されて接続されている。なお、ブロック３０８は遮断器の通常運転状態（即ち、手動制御ではなく電動で制御する場合）では外しておいても良い。図２２に示す様に、ブロック３０８の中間部には貫通部があり、図示を略したメネジが構成されている。このブロック３０８に対して遮断部接点の動作方向にスピンドル３０７が上記貫通部を貫通して接続されている。スピンドル３０７の外周面にはオネジを形成している。スピンドル３０７の外周面にはオネジが構成され、ブロック３０８に設けた貫通部にはメネジが形成されているため、スピンドル３０７の一端に取り付けられた手動ハンドル３０９を操作させ、スピンドル３０７を回転させることにより、スピンドル３０７が遮断部接点の動作方向に動く。スピンドル３０７とブロック３０８に設けた貫通部におけるオネジとメネジについては、いずれか一方にオネジ、他方にメネジを設けていれば良い。尚、スピンドル３０７の他端には、盤状部材３０６がネジ締結などで固定されている。

アクチュエータ１００において、遮断部接点側とは反対側における端部金具２４ａには、上記盤状部材３０６が回転可能な様に形成された空隙部が設けられている。手動操作時には、この端末金具２４ａに形成した空隙部に盤状部材３０６を差込み、支持部材３０５を設け、支持部材３０５と端末金具２４ａとの間で盤状部材３０６が回転自在に支持される。支持部材３０５は、略半円状に形成されており、図示を略したボルトで端末金具２４ａに対して締結される。

アクチュエータ１００の遮断部接点側の端末金具２４ｂにはリンク系３０４のロッド３０４ａが接続されている。ロッド３０４ａの遮断部接点側の一端は、ナット３０４ｂを介してヒンジ３０４ｃに接続されている。ヒンジ３０４ｃはピン締結によりリンク３０４ｄに接続されている。リンク系３０４は図示を略した遮断部内の絶縁操作ロッドを介して遮断部接点に接続される。これによって、遮断部接点とアクチュエータ１００とが略一直線上に構成される。

遮断部接点の開路操作を機械的に行う場合には、図２１に示した状態において、ハンドル３０９をスピンドル３０７が開路する方向に回転させる。これにより盤状部材３０６が端末金具２４ａから離れようとするが、支持部材３０５で保持されるために盤状部材３０６と端末金具が一体となって動作する。よって、アクチュエータの可動子も開路方向に移動し、ひいては遮断部の可動側電極も開路方向に移動する。

遮断部接点の閉路操作を機械的に行う場合には、開路操作時とはハンドル３０９を逆回転させることにより、スピンドル３０７が前進して端末金具２４ａに盤状部材３０６が接触して可動子２３が閉路方向に移動する。可動子２３が閉路方向に移動することで、遮断部の可動側電極も閉路方向に移動する。

尚、本実施例では可動子が二段に形成されている場合について説明しているが、一段、または三段以上であっても良い。三段以上の場合には、二段の場合と同じ様に、可動子連結部品を設けて、可動子連結部品にスピンドルを連結すればよい。一段の場合には、可動子連結部品はないので、可動子自体、または可動子と連結する部材に上記と同様な空隙部を設けることで、当該空隙部にスピンドルの様な機械的開閉手段を接続すれば良い。尚、空隙部の形状やハンドル形状は円形形状としたが、他の形状とすることも無論可能である。機能として、スピンドルの様な機械的開閉手段を接続し、動作できる様にすれば良い。本実施例の様に、手動ハンドルを用いて回転式に動作させる場合には、スピンドルの様な機械的開閉手段が回転自在に支持されていれば足りる。

尚、本実施例において各実施例間でまたがる共通の構成を備える箇所については、特段確認的に規定するまでもなく、同様の効果を奏することができるのは言うまでもない。

１金属容器
２絶縁支持スペーサ
３固定側電極
４可動側電極
５ノズル
６可動電極
７絶縁支持筒
８高電圧導体
９遮断部絶縁容器
１０遮断部支持絶縁容器
１１第一の磁極
１２第二の磁極
１３磁性体
１４固定子
１５第三の磁極
２１永久磁石
２２磁石固定部材
２３可動子
２４可動子連結部品
３０固定板
３１スペーサ
３６ガス吸入口
３７傘
３８分解ガスフィルター
３９、４０ガス空間
４１巻線
５１変流器
５２計器用変圧器
５３保護制御装置
５４アクチュエータ制御装置
５５、２１０インバータ
５６電源切り替えスイッチ
５７充電切り替えスイッチ
５８コンデンサ
５９充電装置
６１操作器ケース
６２直線シール部
７１電源ユニット
７２制御ユニット
７３蓄電ユニット
７５位置センサ
８１絶縁ロッド
９０密封端子
１００アクチュエータ
２００複数のアクチュエータ
２０１密封端子
２０９電源
３０１、３０２フレーム
３０３凸部
３０４、４０２リンク系
３０４ａロッド
３０４ｂナット
３０４ｃヒンジ
３０４ｄリンク
３０５支持部材
３０６盤状部材
３０７スピンドル
３０８ブロック
３０９手動ハンドル
４００圧縮ばね
４０１遮断部
４０３長さが最小となる位置

Claims

固定接触子と、該固定接触子に対して接触及び開離する可動接触子と、前記固定接触子及び前記可動接触子を内部に有し、該内部が絶縁性ガスで封入されている絶縁タンクと、前記可動接触子が動作するための駆動力を発生させる操作器とを備えるガス遮断器であって、前記操作器は、永久磁石または磁性体をＮ極及びＳ極を交互に反転させつつ前記可動接触子の動作軸方向に配置する可動子と、該可動子のＮ極及びＳ極に対向して配置されると共に巻線を有する磁極を備えることを特徴とするガス遮断器。
請求項１に記載のガス遮断器であって、前記操作器は複数存在し、該複数の操作器の複数の可動子は連結されており、一体に動作することを特徴とするガス遮断器。
請求項１又は２に記載のガス遮断器であって、前記操作器は前記可動接触子の動作軸方向とは略垂直方向に複数並べて配置され、該複数の操作器の前記巻線は電気的に直列に接続されていることを特徴とするガス遮断器。
請求項１又は２に記載のガス遮断器であって、前記操作器は、前記可動接触子の動作軸方向及び該動作軸方向とは略垂直方向、に各々複数並べて配置され、前記動作軸方向とは略垂直方向に並べて配置される前記操作器の前記巻線は、各々電気的に直列に接続されていることを特徴とするガス遮断器。
請求項４に記載のガス遮断器であって、前記操作器は、前記略垂直方向に前記ガス遮断器のＵ、Ｖ、Ｗの各相に対応する様に三列並べて配置され、かつ、前記動作軸方向にも三列並べて配置され、該三列に並べて配置される前記操作器の前記巻線に対して列毎にＵ、Ｖ、Ｗのいずれか所定の相の電流を導通させることを特徴とするガス遮断器。
請求項１乃至５のいずれか１項に記載のガス遮断器であって、前記磁極は対向して設けられる第一の磁極と第二の磁極を有し、前記第一の磁極と前記第二の磁極は磁性体により接続され、前記可動子は前記第一の磁極と前記第二の磁極の間に軸方向移動自在に設けられ、前記第一の磁極は第一の巻線を有し、前記第二の磁極は第二の巻線を有することを特徴とするガス遮断器。
請求項１乃至５のいずれか１項に記載のガス遮断器であって、前記磁極は第一の磁極と該第一の磁極に対向して設けられる第三の磁極と、該第三の磁極に対向して設けられる第二の磁極を有し、前記第一の磁極と前記第二の磁極と前記第三の磁極は磁性体により接続され、前記可動子は前記第一の磁極と前記第三の磁極の間及び前記第三の磁極と前記第二の磁極の間にそれぞれ１つずつ軸方向移動自在に設けられ、前記第一の磁極は第一の巻線を有し、前記第二の磁極は第二の巻線を有し、前記第三の磁極は前記第一の巻線及び前記第二の巻線に対向する位置にそれぞれ巻線を有することを特徴とするガス遮断器。
請求項１乃至７のいずれか１項に記載のガス遮断器であって、前記操作器または前記操作器と前記可動接触子との間には圧縮ばねが備えられ、該圧縮ばねは、前記可動接触子が前記固定接触子に対して接触する位置と開離する位置の間に位置する際に長さが最小になることを特徴とするガス遮断器。
請求項１乃至８のいずれか１項に記載のガス遮断器であって、前記操作器の前記可動接触子と遠い側に着脱可能に設けられた前記可動接触子を駆動する手動ハンドルを有することを特徴とするガス遮断器。
請求項１乃至９のいずれか１項に記載のガス遮断器であって、更に前記巻線に対して電流を供給する複数のコンデンサと、投入または遮断動作時に前記巻線に対して電流を供給するコンデンサを切り替える切替手段とを備えることを特徴とするガス遮断器。
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のガス遮断器であって、前記絶縁タンクと、前記操作器が設けられるタンクは隔絶されると共に、いずれも内部に絶縁ガスを封入して構成されることを特徴とするガス遮断器。
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のガス遮断器であって、前記絶縁タンクと、前記操作器が設けられるタンクは、いずれも内部に絶縁ガスを封入して構成され、前記絶縁タンクと、前記操作器が設けられるタンクの間は連通口により連通されると共に、該連通口にはフィルターが設けられることを特徴とするガス遮断器。