JP6029524B2 - 開閉装置 - Google Patents

Description

本発明は開閉装置に係り、例えば乾燥空気、Ｎ_２、ＣＯ_２、ＳＦ_６及びＣＯ_２/Ｎ_２やＳＦ_６/Ｎ_２などの混合ガスを絶縁媒体とする断路器、接地開閉器若しくは断路器と接地開閉器を複合した複合開閉器等に好適な開閉装置に関する。

従来から絶縁媒体としてＳＦ_６ガスなどを使用したガス絶縁開閉装置（以下、ＧＩＳという）が広く使用されている。このＧＩＳ用の断路器の例として特許文献１がある。この特許文献１には、固定接触子の外周に、リング状の永久磁石を配置し、固定接触子と可動子先端との間に発生したアークに電磁力を働かせることによって、電流遮断性能の向上を図っていること、及び永久磁石を金属製のシールド内に配置することで、絶縁にも配慮して従来からの大型化を防止していることが記載されている。

また、小形化に関しては、特許文献２がある。この特許文献２には、極間近傍の電界を緩和するために、それぞれ金属製の電界緩和用シールドの各先端及びその近傍の高電界部表面に、酸化亜鉛の焼結粉末を含む電気絶縁性有機高分子に形成された絶縁被覆を配置することによって、シールド電極と絶縁被覆との間にギャップができても、このギャップの放電が進展してトラッキングを発生しないようにし、絶縁被覆の貫通破壊を防止し、信頼性を保ちつつ小形化を可能としていることが記載されている。

また、磁界強度の調整が容易な構造として、特許文献３がある。この特許文献３には、固定側シールドの先端に可動子の外径よりも大径の開口穴を有する円環状の固定側アークシールドを設け、この固定側アークシールドの内側に溝を設けて永久磁石を配置することが記載されている。

一方、特許文献４には、固定主接点の内側に円筒状の固定アーク接点を配置すると共に、前記固定アーク接点の内部に駆動方向に沿って磁極の極性が配列するように永久磁石を設けて、これにより、アークに働かせる磁界を固定主接点の外側に配置するよりも強めることで、電流遮断性能を向上することが記載されている。

また、接地開閉器の例として、特許文献５がある。この特許文献５には、永久磁石を可動子側に配置することにより、アーク熱による永久磁石の磁性劣化（磁力が弱まる）を抑制し、長期に亘り安定して高い遮断性能を維持することができる旨記載されている。

特開２０１０−２５１０５６号公報 特開２００９−１２４８４８号公報 特開２００７−３２３９９２号公報 特開２００２−３３４６３６号公報 特開２００９−５４３６４号公報

しかしながら、上記した特許文献１乃至５に記載のＧＩＳ用の断路器若しくは接地開閉装置においては、遮断性能を向上させるためには、永久磁石をアークにより近づける必要があるが、これを可能にするためには、永久磁石の固定方法やアーク熱による永久磁石の損傷若しくは磁性劣化の問題がある。

例えば、アーク熱を無視した場合、永久磁石の理想的な配置は、永久磁石を固定接触子よりも僅かに極間側に配置することであるが、この場合、永久磁石の固定方法や断路器を大型化することなく開極時の絶縁性能を確保しなければならないし、その上で、アーク熱から永久磁石を保護しなければならないという課題があった。

本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、永久磁石の磁力を効率よくアーク駆動力に変換することができると共に、永久磁石をアーク熱から断熱して磁性劣化を抑制でき、長期に亘って遮断性能を確保することができる開閉装置を提供することにある。

本発明の開閉装置は、上記目的を達成するために、固定側導体に設けられている固定側接触子と、該固定側接触子に対して往復駆動可能で、可動側導体に可動側接触子を介して支持されている可動子と、該可動子と前記固定側接触子とを接離することにより開極と閉極が行われ、該開極の際に、前記固定側接触子と前記可動子との間に発生するアークに磁界を作用させて消弧する永久磁石とを備えた開閉装置において、前記永久磁石は、前記固定側導体の先端部で、かつ、前記固定側接触子よりも極間側に位置して設置され、その周囲は絶縁部材で覆われていることを特徴とする。

本発明によれば、永久磁石の磁力を効率よくアーク駆動力に変換することができると共に、永久磁石をアーク熱から断熱して磁性劣化を抑制でき、長期に亘って遮断性能を確保することができる。

本発明の開閉装置の実施例１であり、閉極状態を示す極間周辺の断面図である。 本発明の開閉装置の実施例１であり、開極中（アーク点孤時）の状態を示す極間周辺の断面図である。 本発明の開閉装置の実施例１であり、開極状態を示す極間周辺の断面図である。 本発明の開閉装置の実施例２であり、閉極状態を示す極間周辺の断面図である。 本発明の開閉装置の実施例２であり、開極状態を示す極間周辺の断面図である。 本発明の開閉装置の実施例３であり、閉極状態を示す極間周辺の断面図である。 本発明の開閉装置の実施例４であり、閉極状態を示す極間周辺の断面図である。 本発明の開閉装置の実施例５であり、開極中（アーク点孤時）の状態を示す極間周辺の断面図である。

本発明では、例えば、乾燥空気、Ｎ_２、ＣＯ_２、ＳＦ_６及びＣＯ_２/Ｎ_２やＳＦ_６/Ｎ_２などの混合ガスを絶縁媒体とする断路器、接地開閉器若しくは断路器と接地開閉器を複合した複合開閉器等の開閉装置において、可動子と固定側接触子とを接離することにより開極と閉極が行われ、該開極の際に、前記固定側接触子と前記可動子との間に発生するアークに磁界を作用させて消弧する永久磁石が、固定側導体の先端部で、かつ、前記固定側接触子よりも極間側に位置して設置され、その周囲は絶縁部材で覆われていることを特徴としている。

これにより、固定側導体の先端に電界緩和効果及び電界放出電子抑制を図った絶縁部材を備えていると共に、絶縁部材内部に永久磁石を有していることで、電流遮断性能と小形化の両立をより高い次元で達成すると共に、長期に亘りその性能を維持できる。

以下、図示した実施例に基づいて本発明の開閉装置について説明する。なお、以下の実施例では、タンク、操作器及び駆動系のリンクなどについては、従来技術の適用範囲内であるため省略している。

図１乃至図３に、本発明の開閉装置の実施例１であるガス絶縁断路器を示す。図１は閉極時の状態、図２は開極中（アーク点孤時）の状態、図３は開極時の状態をそれぞれ示している。

該図に示す如く、本実施例のガス絶縁断路器は、中空円筒状に形成された固定側導体１ａと、この固定側導体１ａの内側に設けられている固定側接触子２ａと、固定側接触子２ａに対して往復駆動可能で、可動側導体１ｂに可動側接触子２ｂを介して支持されている可動子３と、固定側導体１ａの先端部の外周側で、かつ、固定側接触子２ａよりも極間側に位置して設置されているリング状の永久磁石１０ａ（固定側導体１ａの先端中央部に溝を設け、この溝内に永久磁石１０ａを配置しても良い）と、永久磁石１０ａの周囲を覆う例えば、エポキシ樹脂等の固定側絶縁部材５ａとから構成され、これらが図示しないタンクの中に、乾燥空気、Ｎ_２、ＣＯ_２、ＳＦ_６及びＣＯ_２/Ｎ_２やＳＦ_６/Ｎ_２などの混合ガス等の絶縁媒体と共に収納されている。

なお、永久磁石１０ａは、固定側絶縁部材５ａでモールドした後に固定側導体１ａに固定しても良いし、固定側導体１ａの外周側先端部に固定した後に、固定側絶縁部材５ａでモールドしても構わない。後述する各実施例においても、同様である。

このような本実施例の構成において、電流は、固定側導体１ａから固定側接触子２ａ−可動子３−可動側接触子２ｂを介して可動側導体１ｂに流れる。また、可動子３は、図１の矢印で示す左右方向に動作させることにより、固定側接触子２ａとの開極及び閉極動作を行う構造となっている。また、固定側導体１ａの先端近傍には、固定側導体１ａから極間方向（図１の矢印で示す左右方向）及びタンク方向（図１の上下方向）に伸びた固定側絶縁部材５ａを配置すると共に、この固定側絶縁部材５ａの極間側に曲率（円形）を形成することにより、固定側導体１ａの先端における電界を緩和している。また、固定側絶縁部材５ａの可動子３側及び極間側は、断熱性を維持するためにある程度の厚みを確保する必要がある。

図２は、図１の閉極状態から開極状態へと移行する途中段階（アーク点孤中）を示しており、固定側接触子２ａと可動子３の先端との間でアークが発生している。このアークに、本実施例の位置に設置された永久磁石１０ａによる磁界により電磁力が働き、アークを回転駆動することで電流遮断性能を高めることができる。この電流遮断メカニズムは特許文献１、３、４、５と同じである。

上述した電流遮断性能をより高めるためには、アークに作用する磁界を強くする必要がある。特許文献１と５に示す構造ではアーク熱から固定側永久磁石の磁性劣化を抑えることができるが、アークと永久磁石との距離が離れてしまうため、断路器への適用が困難であったり、永久磁石の大型化や磁性体を付加したりしなければならず、小形化の妨げになっていた。

また、特許文献３と４では、アーク熱が熱伝導率が高い金属に取付けられるか、或いはアーク発生時の極めて高温となっているプラズマに晒されることによって、磁性が劣化して長期に亘る性能の確保が困難であった。

しかし、上述した本実施例の構成にすれば、永久磁石１０ａは特許文献１、３、４、５のいずれよりもアークに近い位置に配置することができ、永久磁石１０ａの磁界を効率よくアークに働かせることができるため、従来よりも電流遮断性能を向上させることができる。このため、永久磁石１０ａを従来よりも小形化することができる。

また、固定側絶縁部材５ａは熱伝導率が低く、通常のアーク時間である数十ｍｓ間の断熱材として十分な性能を容易に達成することができ、アーク熱から永久磁石１０ａを保護することができる。

図３は開極状態を示しており、永久磁石１０ａは固定側絶縁部材５ａの内部に配置されていることから、固定側絶縁部材５ａの表面における電界が低減されると共に、永久磁石１０ａの小形化が図れるため、固定側絶縁部材５ａの比誘電率に応じた誘電体緩和効果により、固定側絶縁部材５ａの表面における電界は、永久磁石１０ａを配置しない場合とほとんど変わらない。このため、従来よりも電流遮断性能を高めつつ、断路器の小形化が可能となる。

このような本実施例の構成とすることにより、永久磁石１０ａをアークに近づけて配置でき、磁力を効率よくアーク駆動力に変換することができると共に、永久磁石１０ａを固定側絶縁部材５ａでアーク熱から断熱できるため、磁性劣化を抑制でき、長期に亘って遮断性能を確保することができる。

加えて、断路器が開極状態となる場合においても、固定側絶縁部材５ａの誘電体緩和効果により、体格の小形化も図れるので、断路器の小形化が可能となり、ひいては小形のガス絶縁開閉装置を提供することができる。

図４及び図５に、本発明の開閉装置の実施例２であるガス絶縁断路器を示す。図４は閉極時の状態、図５は開極時の状態をそれぞれ示している。

該図に示す本実施例では、実施例１の構成に加え、可動側導体１ｂの先端部で、かつ、可動側接触子２ｂよりも極間側に位置してリング状の第２の永久磁石１０ｂが設置され、この第２の永久磁石１０ｂの周囲は、可動側絶縁部材５ｂで覆われているものである。

このような本実施例の構成とすることにより、アークの距離が長く固定側の永久磁石１０ａの磁界でアークが切れない場合には、第２の永久磁石１０ｂの磁界でアークが切れるようになっている。また、図１乃至図３に示した実施例１に比べて、可動側絶縁部材５ｂにより可動側導体１ｂの先端における電界を低減できるため、可動側導体１ｂの外径を実施例１よりも細くすることができ、その分、実施例１よりもタンク径を細くすることが可能となる。

図５は開極時を示しており、アークに作用させる電磁力をより高めることができる。特に、開極後半のアークが十分に長くなった状態において、固定側及び可動側のアーク起点に、それぞれ効果的に電磁力を作用させることができるため、永久磁石１０ａの更なる小形化が可能である。また、極間においても固定側絶縁部材５ａ及び可動側絶縁部材５ｂにより、極間距離を短くすることができるので、実施例１に比べて更なる小形化が可能である。

図６に、本発明の開閉装置の実施例３であるガス絶縁断路器を示す。

該図に示す本実施例は、図４及び図５に示した実施例２の構成に加え、固定側導体１ａの内部にアークコンタクト４を設けると共に、可動子３の先端部に凹部を形成し、アークコンタクト４と可動子３の凹部が接離するようにしたものである。

このような本実施例では、可動子３を開極した場合、アークは可動子３の先端と固定側のアークコンタクト４の先端との間で発生するため、これまでの例よりも、アーク継続時間を１００ｍｓ前後に長くしても通電性能に影響を与えないことから、固定側の永久磁石１０ａ及び可動側の第２の永久磁石１０ｂの小形化を図ることができる。また、固定側接触子２ａの損傷を抑えることができ、断路器の点検周期の延長や、より長寿命なガス絶縁開閉装置の提供が可能となる。

このため、上述した実施例と同様な効果が得られることは勿論、ライフサイクルコストが低減できるメリットを付加することができる。

図７に、本発明の開閉装置の実施例４であるガス絶縁断路器を示す。

該図に示す本実施例は、実施例１の構成に加え、固定側に永久磁石を２段設けた場合の例である。

即ち、図７に示す如く、リング状の永久磁石１０ａの極間方向に、この永久磁石１０ａに隣接してリング状の第２の永久磁石１０ｃを設け、永久磁石１０ａ及び第２の永久磁石１０ｃを、固定側絶縁部材５ａで覆うようにし、第２の永久磁石１０ｃは、固定側絶縁部材５ａで支持するようにしたものである。

このような本実施例の構成とすることにより、アーク駆動力を発生させる磁界は、タンク径方向成分であるので、同極の永久磁石１０ａと第２の永久磁石１０ｃを突き合わせることより、効果的にタンク径方向の磁界を強めることができる。

このため、上述した実施例と同様な効果が得られることは勿論、永久磁石１０ａと第２の永久磁石１０ｃがあることで、アーク遮断のための磁界が半分で済み、その分、永久磁石１０ａ及び第２の永久磁石１０ｃの小形化を図ることができる。

なお、上述した実施例では、永久磁石をリング状としているが、矩形状磁石を多数リング状に並べても同様な効果を発揮することができる。

図８に、本発明の開閉装置の実施例４であるガス絶縁断路器を示す。

該図に示す本実施例は、実施例１の構成に加え、可動子３の先端付近に可動子内永久磁石１１を配置した場合の例である。

即ち、本実施例のように、可動子３の先端付近に可動子内永久磁石１１を配置することにより、可動子３の先端はアーク熱により高温となるため、磁性劣化を抑えることができる範囲で可動子３の先端近くに可動子内永久磁石１１を配置すると、図８に示すように、アークに作用するタンク径方向成分の磁界を強めることができ、その分、固定側の永久磁石１０ａの小形化を図ることができる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１ａ…固定側導体、１ｂ…可動側導体、２ａ…固定側接触子、２ｂ…可動側接触子、３…可動子、４…アークコンタクト、５ａ…固定側絶縁部材、５ｂ…可動側絶縁部材、１０ａ…永久磁石、１０ｂ、１０ｃ…第２の永久磁石、１１…可動子内永久磁石。

Claims (9)

1. 固定側導体に設けられている固定側接触子と、該固定側接触子に対して往復駆動可能で、可動側導体に可動側接触子を介して支持されている可動子と、該可動子と前記固定側接触子とを接離することにより開極と閉極が行われ、該開極の際に、前記固定側接触子と前記可動子との間に発生するアークに磁界を作用させて消弧する永久磁石とを備えた開閉装置において、
   前記永久磁石は、前記固定側導体の先端部で、かつ、前記固定側接触子よりも極間側に位置して設置され、その周囲は絶縁部材で覆われていることを特徴とする開閉装置。
2. 請求項１に記載の開閉装置において、
   前記永久磁石は、前記固定側導体の極間方向先端部の外周側に設置されていることを特徴とする開閉装置。
3. 請求項１又は２に記載の開閉装置において、
   前記可動側導体の先端部で、かつ、前記可動側接触子よりも極間側に位置して第２の永久磁石が設置され、該第２の永久磁石の周囲は絶縁部材で覆われていることを特徴とする開閉装置。
4. 請求項３に記載の開閉装置において、
   前記固定側導体の内部にアークコンタクトを設け、該アークコンタクトと前記可動子が接離することを特徴とする開閉装置。
5. 請求項１又は２に記載の開閉装置において、
   前記永久磁石の極間方向に、該永久磁石に隣接して第２の永久磁石を設け、該第２の永久磁石は、前記絶縁部材で覆われて支持されていることを特徴とする開閉装置。
6. 請求項１又は２に記載の開閉装置において、
   前記可動子の先端側に永久磁石が設置されていることを特徴とする開閉装置。
7. 請求項３又は５に記載の開閉装置において、
   前記永久磁石及び前記第２の永久磁石は、リング状に形成されていることを特徴とする開閉装置。
   
8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の開閉装置において、
   前記絶縁部材は、少なくとも極間側が曲率をもって形成されていることを特徴とする開閉装置。
9. 請求項８に記載の開閉装置において、
   前記絶縁部材は、エポキシ樹脂で形成されていることを特徴とする開閉装置。

Images