JP5791486B2 - 真空開閉装置 - Google Patents

Description

この発明は、例えば電力用高圧受配電設備等に使用される真空開閉装置に関するものである。

従来の真空開閉装置における開放ばね装置は、接圧ばねに対して軸列配置し閉極時における接点タッチ以降の負荷を低減し操作機構の操作力を低減することにより小型化かつ安価に構成できる操作機構を備え開閉装置としている。又、開閉装置の長寿命化のために絶縁物の断面積を増すなどして発生応力を低減することで対応するため装置が大型化していた。

特開２００４−３４２３５９号公報

従来の真空開閉装置（特許文献１）の開放ばねは、接圧ばねに対して串刺し状に軸列配置することを特徴としているが、開閉装置の可動部スペースとして、開放ばね長さと接圧ばね長さとを合わせた軸方向の空間スペースが必要となり、開閉装置を小型に構成する上での制約となっている。
又、開閉装置の長寿命化のために一般的に問題となることが多いのが、リンクレバーの一構成部分である絶縁ロッドの耐久性能である。これを解決するためには、絶縁ロッドの高強度化、又は絶縁ロッドに加わる外力を小さくするかのどちらかの方策が必要である。前者の強度を増すには、絶縁ロッドの断面積を増すことなどが考えられるが、大型化するため開閉装置を小型化する市場要求と相反することになり、小型化を実現しつつ耐久性能を向上するには、絶縁ロッドに加わる力そのものを低減するのが得策となる。しかし、絶縁ロッドに加わる力を低減するには一般的に、開閉速度を遅くするなどの策しかなく、これもまた電流開閉性能とのトレードオフとなるといった問題があった。

この発明の真空開閉装置は、筺体によって支持された真空容器を貫通し、内端部に固定電極を有する固定電極棒と、上記真空容器を進退自在に貫通し、内端部に上記固定電極と離接する可動電極を有する可動電極棒とを備えた真空バルブ、上記可動電極棒の外端部側に設けられ、上記固定電極と上記可動電極の両電極閉極時に両電極間に接触圧力を与える接圧ばね、上記可動電極棒の外端部側に設けられ、両電極の開極時に放勢する開放ばね、上記可動電極棒の外端部に連結され可動電極棒の延長部を形成する連結ロッド、この連結ロッドに軸方向に移動自在に挿通されると共に上記連結ロッドを介し上記可動電極棒の外端部に連結された絶縁ロッド、及びこの絶縁ロッドと連結し、上記固定電極と上記可動電極との離接動作を操作する操作機構を備え、上記接圧ばねと上記開放ばねとは、巻回径を異にする圧縮ばねで構成され上記開放ばねが上記接圧ばねの外側を取り囲むよう上記可動電極棒の同一軸線上に配置すると共に、上記接圧ばねは、上記絶縁ロッドと上記連結ロッドとの間に張架され、上記開放ばねは、上記連結ロッドと上記筺体の固定部との間に張架されたものである。

この発明の真空開閉装置は、可動電極棒の外端部側に設けられ、両電極の閉極時に両電極間に接触圧力を与える接圧ばねと、可動電極棒の外端部側に設けられ、両電極の開極時に放勢する開放ばねとを、巻回径を異にするばねで構成し、開放ばねが接圧ばねの外側を取り囲むよう可動電極棒の同一軸線上に配置したので、真空開閉装置そのものを小型化かつ安価に構成でき、開閉回数の長寿命化の要求にも充分に対応することができ開閉装置の長寿命化が図れる。

この発明の実施の形態１における開閉装置の主回路単極部（開極状態）を示す断面図である。 この発明の実施の形態１における開閉装置の開閉状態を示し、（ａ）は閉極状態を示す断面図、（ｂ）は開極状態を示す断面図である。 この発明の真空開閉装置における接圧ばねと開放ばねの関係を表した負荷特性を示すグラフである。 この発明の実施の形態１における開閉装置の変形例を示す断面図である。

以下、図面に基づいて、この発明の実施の形態を説明する。

実施の形態１
図１において、真空開閉装置は、絶縁モールドフレーム（筺体）１と、この絶縁モールドフレーム１で支持された真空バルブ２とを備えている。
真空バルブ２は、真空容器３と、この真空容器３を貫通し、内端部に固定電極４ａを有する固定電極棒４と、真空容器３を進退自在に貫通し、内端部に固定電極４ａと離接する可動電極５ａを有する可動電極棒５とを備えている。
固定電極４ａの外端部側は、ボルト６により上部端子７と共に絶縁モールドフレーム１で支持されている。
真空容器３を進退自在に貫通して下方（図１）に延びた可動電極棒５は、真空容器３から外に出た部分である可動電極棒５の外端部８が、その端部で可とう導体９を介して絶縁モールドフレーム１に取り付けられた下部端子１０に接続されている。

真空バルブ２の一部である可動電極ガイド２ａから外部に突出している可動電極棒５の外端部８には、ねじ孔があけられ、このねじ孔に可動電極棒５の一部分を構成する連結ロッド１２のねじ部がねじ込まれ、更に、このねじ部にねじ込まれたナット１３によって上述の可とう導体９が固着接続され、且つ可動電極棒５に対する連結ロッド１２の固定が行われ、連結ロッド１２によって可動電極棒５の延長部が形成されている。

絶縁ロッド１７は、上端雄ねじ部が連結ロッド１２下部の貫通孔１２ｂから連結ロッド１２の内室１２ｃへ軸方向に移動自在に挿通される。絶縁ロッド１７の上端部は、下方向には、上端雄ねじ部にねじ込まれたナット１６により内室下面１２ｅに対し抜け止めされ、上方向には、上端雄ねじ部が内室上面１２ｄに当接することにより移動範囲が規制された連結状態になっている。
又、リンクレバー２０の一端は、後で説明する操作機構２２のリンク２３に支軸２１ａによって連結されている。
又、絶縁ロッド１７の下端部は、リンクレバー２０の他端に支軸２１ｂによって連結されている。
上述のように両端部が絶縁ロッド１７の下端部とリンク２３の下端部に連結されたリンクレバー２０は、リンク軸２１によって絶縁モールドフレーム１に揺動自在に軸支されている。

連結ロッド１２は、下方（図１）にラッパ状のばね座部１２ａを有し、このばね座部１２ａの上面と絶縁モールドフレーム１の支持板１４との間には、圧縮コイルばねである開放ばね１５が張架されている。
又、開放ばね１５の上端は、支持板１４の下面に可動電極棒５と同軸上に取り付けられた断面Ｌ形の環状リング１４ａで受け止め支持されており、開放ばね１５が可動電極棒５に対して径方向に移動するのを防いで安定させている。この意味で、環状リング１４ａは、開放ばね１５の可動電極棒５に対する径方向の移動を阻止する手段であり、環状リングの代わりに凹部あるいは凸部を設けたり、可動電極ガイド２ａの外周部を開放ばね１５の内周に当接させるようにしたりして同等の横ずれ防止機能をもたせることができる。

開放ばね１５は、上記のごとく一端が環状リング１４ａを介し固定側である絶縁モールドフレーム１の支持板１４に当接しており、他端が可動電極棒５と連結した連結ロッド１２のばね座部１２ａに当接しているので、絶縁モールドフレーム１と可動電極棒５との間に設けられていると言うことができ、又開放ばね１５が支持板１４を介して筺体の一部である絶縁モールドフレーム１に設けられていると言うこともできる。
又、開放ばね１５は、その一端を支持板１４ではなく、他の適当な固定部材（例えば、絶縁筺体）を介して、あるいは絶縁モールドフレーム１により直接支持することもできる。なお、ばね座部１２ａは、連結ロッド１２がナット１３で固定されているので可動電極棒５に対して固定状態にあり移動しない。
更に又、開放ばね１５は、開極動作時に可動電極５ａを固定電極４ａに対して引出し、図１及び図２（ｂ）の開極位置に保持（開極保持）するためのもので、可動電極棒５の外周に嵌められた圧縮コイルばねである。

連結ロッド１２のラッパ状ばね座部１２ａの下面凹所と絶縁ロッド１７の段部間、すなわち可動電極棒５とリンクレバー２０の一端部間には、接圧ばね１８が張架されている。
この接圧ばね１８は、固定電極４ａと可動電極５ａとの間に接触圧力を与える圧縮コイルばねであり、開放ばね１５と接圧ばね１８とは、巻回径を異にする圧縮ばねで構成され、開放ばね１５が接圧ばね１８の外側を取り囲むよう可動電極棒５の延長軸の同一線上に配置され全体として軸長の短縮が図られている。

開放ばね１５及び接圧ばね１８は、図３に示すように開放ばね１５が可動電極５ａに与えるばね作用力の最終点（図示Ｂ点）が、接圧ばね１８が可動電極５ａに与えるばね作用力の最初（図示Ｃ点）よりも大きいように設定してあり、図示の例では、開放ばね１５及び接圧ばね１８のばね定数がこの関係を満たすように設定されている。

次に、図１〜図３によって開極状態から閉極状態への動作について説明する。
図１、図２（ｂ）の開極状態においては、連結ロッド１２が開放ばね１５によって押し下げられ、更に絶縁ロッド１７が接圧ばね１８によって押し下げられ、更にこの絶縁ロッド１７を介して支軸２１ｂによって連結されたリンクレバー２０がリンク２３、操作機構２２を押し上げて図示の位置に保持され、可動電極５ａは開極状態の位置にある。
このとき、開放ばね１５及び接圧ばね１８は、共に初期圧縮状態（初荷重）であり、いずれもそれらの最大伸張状態にある。

なお、閉極動作時には、操作機構２２からの駆動操作力が、リンク２３を介して加えられリンクレバー２０がリンク軸２１を中心に時計方向に回動し、絶縁ロッド１７が図示では上方向へ押し上げられる。
絶縁ロッド１７に伝えられた力は、接圧ばね１８、連結ロッド１２を介して可動電極棒５に伝達され可動電極棒５は上方へ移動する。
その際、開放ばね１５は、支持板１４との間で圧縮され図３のＥ点に達すると接圧ばね１８の初荷重Ｃと等しくなり開放ばね１５と共に接圧ばね１８も圧縮がはじまる。

更に図３のＢ点に達すると、可動電極５ａが固定電極４ａと接触し接点タッチ状態となる。
接点タッチ以降は、可動電極棒５、ばね座部１２ａがそれ以上、上方に移動することがなく、したがって開放ばね１５もそれ以上圧縮されることがない。

リンクレバー２０は、その後も更に操作機構２２により時計方向に回動させられて絶縁ロッド１７を押し上げるので、接圧ばね１５のみが更に押し上げられ圧縮される。そして、閉極状態になった時点で両電極４ａ、５ａ間に図３に示したＤ点の接圧力が与えられて閉極動作が完了し図２（ａ）に示した閉極状態となる。
そして、適正な接圧力（ワイプ寸法）に達したところで操作機構２２からの駆動操作力を停止し、操作機構２２内の図示しないラッチ機構により閉極完了位置を保持する。

次に、閉極状態から開極状態への動作について説明する。
閉極状態から開極状態への動作においては、先程と逆の動作となり、図示しない操作機構２２のラッチ機構を外すことにより、圧縮された接圧ばね１８によって絶縁ロッド１７が下方向へ押し下げられる。
図３のＢ点を通過すると接圧ばね１８のばね力は、開放ばね１５の終荷重と等しくなるため、直列に配置された開放ばね１５も放勢がはじまり、連結ロッド１２と可動電極棒５が共に下へ動き始めるため両電極４ａ、５ａの開状態への動作がはじまる。
やがてＥ点に達すると接圧ばね１８は初荷重位置となり図１に示す連結ロッド１２と絶縁ロッド１７がナット１６にて接触し一体となって更に図示の下方向へ下がり続け、固定電極４ａと、可動電極５ａ間が更に離れて開極動作が完了する。

閉極動作の初期時、絶縁ロッド１７は、接圧ばね１８によって図示の下方向に押し下げられ、まず絶縁ロッド１７の上部に取り付けられたナット１６の下面が内室下面１２ｅに当接（衝突）し、以降は、絶縁ロッド１７と連結ロッド１２は一体となって図示下方向へ動作することで開極状態に達する。

図３のＥ点において、絶縁ロッド１７が連結ロッド１２の内室１２ｃで衝突する時が、開閉工程の中で発生する衝撃力が最大となるポイントであり、開閉装置を長寿命化（多回数の開閉寿命）とする上でネックとなり、例えば、絶縁ロッド１７や連結ロッド１２などを大型化し強度を上げる必要があった。

しかし、この実施の形態１によれば、絶縁ロッド１７と連結ロッド１２が衝突する際には、その衝突前に動き始めた絶縁ロッド１７は速度Ｖ１で、Ｂ点から動き出した連結ロッド１２はＶ２の速度であるため、衝突時には双方の差、すなわちＶ１からＶ２の速度を差し引いた相対速度となる。このため衝突時に発生する衝撃力は従来例でのばね荷重の設定にくらべた速度比に応じた分だけ軽減でき、絶縁ロッド１７と連結ロッド１２を大型化し強度向上しなくとも長寿命化が可能となる。
例えば、衝突時の絶縁ロッド１７の速度Ｖ１＝２ｍ／ｓ、連結ロッド１２の速度Ｖ２＝１ｍ／ｓであれば、この実施の形態１の構造では、連結ロッド１２に対して絶縁ロッド１７が衝突する際には、衝突速度Ｖ＝Ｖ１−Ｖ２＝２ｍ／ｓ−１ｍ／ｓ＝１ｍ／ｓの速度で衝突することになるが、従来のように（図３のような開放ばねと接圧ばね荷重の関係としない場合）は、衝突直前速度は同じくＶ１＝２ｍ／ｓの場合、連結ロッド１２はまだ動きだしていないのでＶ２＝０ｍ／ｓであるため、衝突速度Ｖ＝Ｖ１−Ｖ２＝２ｍ／ｓ−０ｍ／ｓ＝２ｍ／ｓの速度で衝突することになる。この速度に応じた衝撃力が絶縁ロッド１７と連結ロッド１２に加わることになる。

なお，ここではリンクレバー２０を絶縁モールドフレーム１で支持する形態で説明したが、図４で示すように絶縁モールドフレーム３０と共に筐体を構成する台車フレーム３１にリンクレバー２０を支持するようにしても良い。
また、ここではリンクレバー２０を用いて操作機構２２の駆動力の方向を変える例で説明したが、これに限るものではなく、リンクレバー２０を用いずに、操作機構２２と真空バルブ２とを直線的に配置した上で、操作機構２２が可動電極棒５の延長線上となるように配置して、操作機構２２で可動電極棒５を直動するように接続しても良い。
更に、この発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１ 絶縁モールドフレーム（筺体）
２ 真空バルブ
２ａ 可動電極ガイド
３ 真空容器
４ 固定電極棒
４ａ 固定電極
５ 可動電極棒
５ａ 可動電極
６ ボルト
７ 上部端子
８ 可動電極の外端部
９ 可とう導体
１０ 下部端子
１２ 連結ロッド
１２ａ 連結ロッドのラッパ状ばね座部
１２ｂ 貫通孔
１２ｃ 連結ロッド内室
１２ｄ 内室上面
１２ｅ 内室下面
１３ ナット
１４ 支持板
１４a 環状リング
１５ 開放ばね
１６ ナット
１７ 絶縁ロッド
１８ 接圧ばね
２０ リンクレバー
２１ リンク軸
２１ａ、２１ｂ 支軸
２２ 操作機構
２３ リンク。
３０ 絶縁モールドフレーム
３１ 台車フレーム（筺体）。

Claims (3)

1. 筺体によって支持された真空容器を貫通し、内端部に固定電極を有する固定電極棒と、上記真空容器を進退自在に貫通し、内端部に上記固定電極と離接する可動電極を有する可動電極棒とを備えた真空バルブ、上記可動電極棒の外端部側に設けられ、上記固定電極と上記可動電極の両電極閉極時に両電極間に接触圧力を与える接圧ばね、上記可動電極棒の外端部側に設けられ、両電極の開極時に放勢する開放ばね、上記可動電極棒の外端部に連結され可動電極棒の延長部を形成する連結ロッド、この連結ロッドに軸方向に移動自在に挿通されると共に上記連結ロッドを介し上記可動電極棒の外端部に連結された絶縁ロッド、及びこの絶縁ロッドと連結し、上記固定電極と上記可動電極との離接動作を操作する操作機構を備え、
   上記接圧ばねと上記開放ばねとは、巻回径を異にする圧縮ばねで構成され上記開放ばねが上記接圧ばねの外側を取り囲むよう上記可動電極棒の同一軸線上に配置すると共に、
   上記接圧ばねは、上記絶縁ロッドと上記連結ロッドとの間に張架され、
   上記開放ばねは、上記連結ロッドと上記筺体の固定部との間に張架されていることを特徴とする真空開閉装置。
2. 上記操作機構と上記絶縁ロッドとは、上記筺体に揺動自在に支持され一端部を上記操作機構に連結し他端部を上記絶縁ロッドに連結したリンクレバーを介し間接に、又はこのリンクレバーを介さず直接に連結したことを特徴とする請求項１に記載の真空開閉装置。
3. 上記開放ばねが上記可動電極に与えるばね作用力の最大値を、上記接圧ばねが上記可動電極に与えるばね初荷重よりも大きく設定したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の真空開閉装置。

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