JP6290746B2

JP6290746B2 - ユニット開閉器及び開閉装置

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Publication number: JP6290746B2
Application number: JP2014172330A
Authority: JP
Inventors: 美稀山崎; 雅人藪; 佐藤　隆; 隆佐藤
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2014-08-27
Filing date: 2014-08-27
Publication date: 2018-03-07
Anticipated expiration: 2034-08-27
Also published as: JP2016046235A

Description

本発明はユニット開閉器及び開閉装置に係り、特に、電力機器用或いは鉄道車両等に搭載される受配電用開閉機器に好適なユニット開閉器及び開閉装置に関する。

従来の開閉装置の例について、特許文献１に記載されている固体絶縁スイッチギヤの構成を用いて説明する。

特許文献１に記載されている従来の開閉装置は、真空バルブをシリコンゴムやエポキシ樹脂のような絶縁材料でモールドしたユニット開閉器、固体絶縁母線、固体絶縁操作機構ケースなどを組み合わせることによって、色々な構成の開閉装置を構成している。

特に、ユニット開閉器の構成は、可動側と固定側にそれぞれ１つの電気接続部を具備し、それぞれの電気絶続部には中心部に電気を通電するための導体部や接触子を、その周辺部分には電気的な絶縁を確保するために円錐状の固体絶縁物を備えている。

固体絶縁スイッチギヤのユニット開閉器は、可動側と固定側にそれぞれ１つの電気接続部を具備しているが、一方の電気接続部に２つの回路を接続する場合、電気接続部にＴ字形などの分岐用固体絶縁母線を接続し、その分岐用固体絶縁母線に２つの回路を接続するようにしている。

特開２００５−２５１４１３号公報

しかしながら、上述した特許文献１に記載の固体絶縁スイッチギヤには、ユニット開閉器、可動側と固定側にそれぞれ１つの電気接続部を具備しているが、一方の電気接続部に２つの回路を接続する場合、電気接続部に一旦Ｔ字形の分岐用固体絶縁母線を接続し、その分岐用固体絶縁母線に２つの回路を接続する必要があり、部品点数の増加と開閉装置の大型化を招く恐れがある。

特に、装置の小型化のためには、絶縁として必要な最小限の幅が要求されるため、固定側の電気接続部に面圧確保のための締め付け構造を備えるスペースが小さくなり、面圧不足による電気的性能の確保が難しくなる可能性がある。つまり、電気接続部に面圧不足による微小ギャップが形成され、電界分布が乱れ、部分放電が発生して絶縁劣化を起こす可能性がある。

近年の開閉装置は、高電圧化や大容量化が要求され、非常に小さいギャップであっても容易に部分放電が発生する可能性がある。例えば、定格電圧６ｋＶのものを１２ｋＶに電圧格上げを行うと、数１００μｍ以下の微小ギャップにおいて部分放電が発生することがある。

従って、開閉装置の小型化により、電気接続部の固体絶縁物同士の接触面が絶縁性能を満たす最小限のスペースであっても、偏荷重などによる接触面における微小ギャップの発生を防止し、面圧を確保することで部分放電特性を向上し得る開閉装置が望まれている。

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、一方の電気接続部に２つの回路を接続する場合であっても、部品点数の増加と装置の大型化が防止できると共に、偏荷重に対する接触面の微小ギャップが防止でき、部分放電特性の向上を図ることができるユニット開閉器及び開閉装置。

本発明のユニット開閉器は、上記目的を達成するために、相対向して配置された可動電極及び固定電極を少なくとも備えた真空インタラプタが固体絶縁物でモールドされていると共に、前記固定電極側には第１及び第２の電気接続部を、前記可動電極側には第３の電気接続部を具備し、かつ、前記可動電極側には集電機構及び前記可動電極を開閉可能に駆動する絶縁操作ロッドを備え、前記固定電極側の第１の電気接続部には、該第１の電気接続部に、軸方向の締め付け力を加える締め付け装置が設置されており、前記第１の電気接続部は、固定側ブッシング導体とアレスタ導体の接触部及び該固定側ブッシング導体とアレスタ導体のそれぞれを覆う固体絶縁物同士の接触部を含み、かつ、前記締め付け装置は、軸方向の締め付け力を、少なくとも前記固定側ブッシング導体とアレスタ導体のそれぞれを覆う前記固体絶縁物同士の接触部に加えるものであり、前記締め付け装置は、前記第１の電気接続部近傍の前記固定側ブッシング導体を覆う前記固体絶縁物の外周部に設置されたヒンジ部品と、該ヒンジ部品を介して回転するバクル部品とから成り、かつ、前記アレスタ導体を覆う前記固体絶縁物上には凹部が設けられ、この凹部内に、前記ヒンジ部品を介して回転した前記バクル部品が収まることにより、前記固定側ブッシング導体を覆う固体絶縁物とアレスタ導体を覆う固体絶縁物の接触部に、軸方向の締め付け力が加わるものであることを特徴とする。

また、本発明の開閉装置は、上記目的を達成するために、上記構成のユニット開閉器を３台平行に配置し、それぞれのユニット開閉器の前記固定電極側の１つの前記第１の電気接続部が回路間連結母線でそれぞれ電気的に接続されると共に、前記ユニット開閉器のそれぞれの下方に各ユニット開閉器の前記可動電極を独立に開閉する３台の電磁操作器を平行に配置し、かつ、３台の前記ユニット開閉器の第１のユニット開閉器の固定電極側の第２の電気接続部にはパンタグラフ回路が接続され、前記第１のユニット開閉器の可動電極側の第３の電気接続部にはＡＣ回路又はＤＣ回路が接続され、第２のユニット開閉器の固定電極側の第２の電気接続部にはアレスタが接続され、前記第２のユニット開閉器の可動電極側の第３の電気接続部には、前記第１のユニット開閉器の可動電極側の第３の電気接続部に接続されたＡＣ回路又はＤＣ回路以外の回路が接続され、第３のユニット開閉器の可動電極側の第３の電気接続部にはアース回路が接続されていることを特徴とする。

本発明によれば、一方の電気接続部に２つの回路を接続する場合であっても、部品点数の増加と装置の大型化が防止できると共に、偏荷重に対する接触面の微小ギャップが防止でき、部分放電特性の向上を図ることができる効果が得られる。

本発明のユニット開閉器の実施例１を示す縦断面図である。図１のＡ部を拡大して示す斜視図である。図２の断面図である。本発明のユニット開閉器の実施例１であり、固定側ブッシング導体とアレスタ導体及び固体絶縁物の接触面とアレスタ固体絶縁物の接触面が接続される前の接触面の状態を示す半断面斜視図である。図４の状態から固定側ブッシング導体とアレスタ導体及び固体絶縁物の接触面とアレスタ固体絶縁物の接触面が接続された後の接触面の状態を示す半断面斜視図である。本発明の実施例３である開閉装置を示す縦断面図である。本発明の実施例３である開閉装置の１つのユニット開閉器を示す縦断面図である。本発明の実施例３である開閉装置の電気接続部を締め付ける前の状態を示す斜視図である。本発明の実施例３である開閉装置の電気接続部を締め付けた後の状態を示す斜視図である。

以下、図示した実施例に基づいて本発明のユニット開閉器及び開閉装置を説明する。なお、各実施例において、同一構成部品には同符号を使用する。

図１乃至図３に、本発明のユニット開閉器の実施例１を示す。

図１に示すように、本実施例のユニット開閉器１は、相対向して配置された固定電極２ａ及び可動電極３ａ、固定電極２ａに接続されている固定導体２及び可動電極３ａに接続されている可動導体３、セラミック絶縁筒４から構成される真空インタラプタ５と、可動導体３に接続される中心導体である可動側ブッシング導体６、固定導体２に接続される中心導体である固定側ブッシング導体７とがエポキシ樹脂などの固体絶縁物８でモールドされ、更に、真空インタラプタ５の可動側には、ばねコンタクト９などの集電機構と、真空インタラプタ５の可動導体３を固定導体２に対して接離（開閉）自在に駆動する気中絶縁操作ロッド１０とを備えている。

また、気中絶縁操作ロッド１０の周囲の空間は、固体絶縁物８とゴムベローズ１１などの可撓性部材によって封止され、内部には乾燥空気などの絶縁ガスが封入されている。なお、ゴムベローズ１１の代りに直線シールを適用したり、透湿性を備えた膜で封止しても良いし、或いは気中絶縁操作ロッド１０の沿面距離を十分に大きく確保することによって、その周囲の空間は封止せずに大気状態としてもよい。

また、本実施例のユニット開閉器１は、真空インタラプタ５の固定導体２側に２つの第１の電気接続部１２及び第２の電気接続部１３、可動導体３側に１つの第３の電気接続部１４を具備している。固定導体２側の第２の電気接続部１３及び可動導体３側の第３の電気接続部１４は、コーン形のブッシングであり、固定導体２側の第１の電気接続部１２は、凹形状になっている。即ち、固定導体２側の第１の電気接続部１２は、アレスタ固体絶縁物２３で覆われたアレスタ導体２２の端部が同軸円錐凸状に形成されると共に、固定側ブッシング導体７の一方端が同軸円錐凹状に形成された接続部であり、この両者の接続部の凹凸部が嵌合することで、アレスタ導体２２と固定側ブッシング導体７が電気的に接続されている。しかも、固定側ブッシング導体７の同軸円錐凹状に形成された中央底部には貫通穴（図示せず）が設けられ、この貫通穴を貫通させたボルト１５によって固定導体２が固定側ブッシング導体７と電気的に締結され、固定側ブッシング導体７の同軸円筒凹状の内面が電接面（ボルト１５による締結で固定導体２と電気的に接続）となっている。

そして、本実施例のユニット開閉器１は、固定電極２ａ側の第１の電気接続部１２には、この第１の電気接続部１２に、軸方向の締め付け力を加える締め付け装置２４が設置されている。

図２及び図３を用いて、上述した締め付け装置２４を具体的に説明する。図２及び図３は、固定導体２側の第１の電気接続部１２を拡大して示すものである。

該図に示す如く、本実施例で採用されている締め付け装置２４は、第１の電気接続部１２近傍の固定側ブッシング導体７を覆う固体絶縁物８の外周部の全周に４ヶ所設置されたヒンジ部品２４ａと、このヒンジ部品２４ａを介して回転する４つのバクル部品２４ｂとから構成され、一方、アレスタ導体２２を覆うアレスタ固体絶縁物２３上には凹部（溝）２３ａが設けられており、この凹部２３ａ内に、ヒンジ部品２４ａを介して回転したバクル部品２４ｂが収まることにより、固定側ブッシング導体７を覆う固体絶縁物８とアレスタ導体２を覆うアレスタ固体絶縁物２３の接触部に、軸方向の締め付け力が加わるものである。

更に詳述すると、本実施例の締め付け装置２４は、絶縁性能を確保するために必要な固定側ブッシング導体７とアレスタ導体２２が接触している部分の固定側ブッシング導体７を覆う固体絶縁物８の径方向の最小厚さｔにより形成される接続部のスペースの中で、固定導体２の軸方向に一定の軸力（締め付け力）が、第１の電気接続部１２の全周（全面）に加わるように締め付けるもので、これにより、第１の電気接続部１２の固体絶縁物８とアレスタ固体絶縁物２３の接続部の全周に締め付け力が加わり、両者を強固に接続することができる。

更に、本実施例では、図３に示す如く、アレスタ導体２２を覆うアレスタ固体絶縁物２３の接触面１２ａにＶ字状の凹部又は凸部が、固定側ブッシング導体７を覆う固体絶縁物８の接触面１２ｂにＶ字状の凸部又は凹部が１つ形成され、この凹部と凸部が弾性体から成るシリコンゴム等のシール材２５を接触部全周（全面）に介在して嵌め合うことにより、固定側ブッシング導体７とアレスタ導体２２及びアレスタ導体２２を覆うアレスタ固体絶縁物２３と固定側ブッシング導体７を覆う固体絶縁物８が接続されている。

なお、シール材２５は、上述した如く、接触部の全周（全面）に設けても良いし、凹部と凸部の嵌合部のみに設けてもよい。そのシール材は、単体で設けてもよいし、固体絶縁物と一体化されていてもよい。また、接触面１２ａ、１２ｂの形状は、Ｖ字状以外に、角形、丸形或いは波形のような平面以外であっても構わない。

このような本実施例の構成とすることにより、第１及び第２の電気接続部１２及び１３に２つの回路を接続する場合であっても、部品点数の増加と装置の大型化が防止できると共に、固定側ブッシング導体７を覆う固体絶縁物８側の接触面１２ｂとアレスタ導体２２を覆うアレスタ固体絶縁物２３側の接触面１２ａに、両者が嵌め合えるように１つの凹部と凸部を形成することで、偏荷重に対する接触面１２ａと１２ｂの微小ギャップが防止でき、部分放電特性の向上効果が得られる。

しかも、凹部と凸部に弾性体のシール材２５を介在することにより、接触面１２ａと１２ｂの間で弾性体のシール材２５が弾性変形し、接触面１２ａと１２ｂの微小ギャップを防止しながら、固体絶縁物８の接触面１２ｂとアレスタ固体絶縁物２３の接触面１２ａを嵌め合い両者を接続することができる効果がある。

図４及び図５に、本発明のユニット開閉器の実施例２を示す。図４は、固定側ブッシング導体７とアレスタ導体２２及び固体絶縁物８の接触面１２ｂとアレスタ固体絶縁物２３の接触面１２ａが接続される前の接触面の状態を示し、図５は、固定側ブッシング導体７とアレスタ導体２２及び固体絶縁物８の接触面１２ｂとアレスタ固体絶縁物２３の接触面１２ａが接続された後を示す。

該図に示す本実施例では、アレスタ導体２２を覆うアレスタ固体絶縁物２３の接触面１２ａにＶ字状の凹部又は凸部が、固定側ブッシング導体７を覆う固体絶縁物８の接触面１２ｂにＶ字状の凸部又は凹部が複数個（本実施例では３つ）形成され、この３つの凹部と凸部が弾性体から成るシリコンゴム等のシール材２５を介在して嵌め合うことで、固定側ブッシング導体７とアレスタ導体２２及びアレスタ導体２２を覆うアレスタ固体絶縁物２３と固定側ブッシング導体７を覆う固体絶縁物８が接続されている。

また、弾性体のシール材２５は、上述した実施例１と同様な配置構成が取れることは勿論、固定側ブッシング導体７を覆う固体絶縁物８の接触面１２ｂに付着形成されても良いし、アレスタ導体２２を覆うアレスタ固体絶縁物２３の接触面１２ａに付着形成されても良い。

このような本実施例の構成としても、その効果は実施例１と同様である。

図６乃至図９に、本発明の実施例３である開閉装置を示す。

該図に示すように、本実施例の開閉装置は、実施例１で説明した構成のユニット開閉器１を３台（１Ａ、１Ｂ、１Ｃ）平行に配置し、それぞれの第１、第２及び第３のユニット開閉器１Ａ、１Ｂ及び１Ｃの固定導体２側の第１の電気接続部１２が、回路間連結母線固体絶縁物２７で覆われた回路間連結母線２６でそれぞれ電気的に接続されると共に、第１、第２及び第３のユニット開閉器１Ａ、１Ｂ及び１Ｃのそれぞれ下方に各ユニット開閉器１Ａ、１Ｂ、１Ｃの可動導体３を独立に開閉する３台の電磁操作器（図示せず）を平行に配置し、かつ、第１のユニット開閉器１Ａの固定導体２側の第２の電気接続部１３には、ケーブルヘッド１７Ａ及びケーブル１７を介してパンタグラフ回路２１が接続され、第１のユニット開閉器１Ａの可動導体３側の第３の電気接続部１４には、ケーブルヘッド１６Ａ及びケーブル１６を介してＡＣ回路（例えば変圧器）１９又はＤＣ回路（例えば変換器）２０が接続され、第２のユニット開閉器１Ｂの固定導体２側の第２の電気接続部１３にはアレスタ回路が接続され、第２のユニット開閉器１Ｂの可動導体３側の第３の電気接続部１４には、第１のユニット開閉器１Ａの可動電極３ａ側の第３の電気接続部１４に接続されたＡＣ回路１９又はＤＣ回路２０以外の回路が接続され、第３のユニット開閉器１Ｃの可動導体３側の第３の電気接続部１４にはアース回路が接続されている。

即ち、図６に示すように、実施例１で説明した構成の第１、第２及び第３のユニット開閉器１Ａ、１Ｂ及び１Ｃを紙面左右方向に３回路分配置し、それぞれの第１の電気接続部１２が回路間連結母線２６で接続されている。そして、本実施例では、紙面右側の第３のユニット開閉器１Ｃの可動導体３側にはアース回路が接続され、紙面中間の第２のユニット開閉器１Ｂの可動導体３側にはＤＣ回路２０が、固定導体２側にはアレスタ回路が接続され、紙面左側の第１のユニット開閉器１Ａの可動導体３側にはＡＣ回路１９が、固定導体２側にはパンタグラフ回路２１が接続されている。

このような本実施例の構成とすることにより、第１及び第２の電気接続部１２及び１３に２つの回路を接続する場合、従来は、電気接続部に一旦Ｔ字形の分岐用固体絶縁母線を接続し、その分岐用固体絶縁母線に２つの回路を接続する必要があったが、本実施例では、Ｔ字形の分岐用固体絶縁母線を接続する必要がなくなり、従って、第１及び第２の電気接続部１２及び１３に２つの回路を接続する場合であっても、部品点数が増加することはなくなり、装置の大型化を招くことを防止できる。

また、図８及び図９に示すように、第１の電気接続部１２に締め付け装置２４を備えることにより、開閉装置の小型化による電気接続部の固体絶縁物同士の接触面が、絶縁性能を満たす最小限のスペースであっても、偏荷重などによる接触面における微小ギャップの発生を防止し、面圧を確保することで部分放電特性を向上し得る開閉装置を提供することができる。

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、さまざま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やす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。実施例の構成の一部について、構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１…ユニット開閉器、１Ａ…第１のユニット開閉器、１Ｂ…第２のユニット開閉器、１Ｃ…第３のユニット開閉器、２…固定導体、２ａ…固定電極、３…可動導体、３ａ…可動電極、４…セラミック絶縁筒、５…真空インタラプタ、６…可動側ブッシング導体、７…固定側ブッシング導体、８…固体絶縁物、９…ばねコンタクト、１０…気中絶縁操作ロッド、１１…ゴムベローズ、１２…第１の電気接続部、１２ａ…アレスタ固体絶縁物の接触面、１２ｂ…固体絶縁物の接触面、１３…第２の電気接続部、１４…第３の電気接続部、１５…ボルト、１６、１７…ケーブル、１６Ａ、１７Ａ…ケーブルヘッド、１９…ＡＣ回路、２０…ＤＣ回路、２１…パンタグラフ回路、２２…アレスタ導体、２３…アレスタ固体絶縁物、２３ａ…凹部、２４…締め付け装置、２４ａ…ヒンジ部品、２４ｂ…バクル部品、２５…シール材、２６…回路間連絡母線、２７…回路間連絡母線固体絶縁物。

Claims

相対向して配置された可動電極及び固定電極を少なくとも備えた真空インタラプタが固体絶縁物でモールドされていると共に、前記固定電極側には第１及び第２の電気接続部を、前記可動電極側には第３の電気接続部を具備し、かつ、前記可動電極側には集電機構及び前記可動電極を開閉可能に駆動する絶縁操作ロッドを備え、
前記固定電極側の第１の電気接続部には、該第１の電気接続部に、軸方向の締め付け力を加える締め付け装置が設置されており、
前記第１の電気接続部は、固定側ブッシング導体とアレスタ導体の接触部及び該固定側ブッシング導体とアレスタ導体のそれぞれを覆う固体絶縁物同士の接触部を含み、かつ、前記締め付け装置は、軸方向の締め付け力を、少なくとも前記固定側ブッシング導体とアレスタ導体のそれぞれを覆う前記固体絶縁物同士の接触部に加えるものであり、
前記締め付け装置は、前記第１の電気接続部近傍の前記固定側ブッシング導体を覆う前記固体絶縁物の外周部に設置されたヒンジ部品と、該ヒンジ部品を介して回転するバクル部品とから成り、かつ、前記アレスタ導体を覆う前記固体絶縁物上には凹部が設けられ、この凹部内に、前記ヒンジ部品を介して回転した前記バクル部品が収まることにより、前記固定側ブッシング導体を覆う固体絶縁物とアレスタ導体を覆う固体絶縁物の接触部に、軸方向の締め付け力が加わるものであることを特徴とするユニット開閉器。
請求項１に記載のユニット開閉器において、
前記アレスタ導体を覆う前記固体絶縁物の接触面に凹部又は凸部が、前記固定側ブッシング導体を覆う前記固体絶縁物の接触面に凸部又は凹部がそれぞれ少なくとも１つ形成され、該凹凸部が嵌め合うことにより、前記アレスタ導体を覆う前記固体絶縁物と前記固定側ブッシング導体を覆う前記固体絶縁物が接続されることを特徴とするユニット開閉器。
請求項２に記載のユニット開閉器において、
前記アレスタ導体を覆う前記固体絶縁物の接触面と前記固定側ブッシング導体を覆う前記固体絶縁物の接触面にそれぞれ形成された少なくとも１つの前記凹凸部に、シール材が介在されていることを特徴とするユニット開閉器。
請求項３に記載のユニット開閉器において、
前記シール材は、前記アレスタ導体を覆う前記固体絶縁物の接触面の凹部又は凸部、或いは前記固定側ブッシング導体を覆う前記固体絶縁物の接触面の凹部又は凸部のいずれかに付着されていることを特徴とするユニット開閉器。
請求項１乃至４のいずれか１項に記載のユニット開閉器を３台平行に配置し、それぞれのユニット開閉器の前記固定電極側の１つの前記第１の電気接続部が回路間連結母線でそれぞれ電気的に接続されると共に、前記ユニット開閉器のそれぞれの下方に各ユニット開閉器の前記可動電極を独立に開閉する３台の電磁操作器を平行に配置し、かつ、３台の前記ユニット開閉器の第１のユニット開閉器の固定電極側の第２の電気接続部にはパンタグラフ回路が接続され、前記第１のユニット開閉器の可動電極側の第３の電気接続部にはＡＣ回路又はＤＣ回路が接続され、第２のユニット開閉器の固定電極側の第２の電気接続部にはアレスタ回路が接続され、前記第２のユニット開閉器の可動電極側の第３の電気接続部には、前記第１のユニット開閉器の可動電極側の第３の電気接続部に接続されたＡＣ回路又はＤＣ回路以外の回路が接続され、第３のユニット開閉器の可動電極側の第３の電気接続部にはアース回路が接続されていることを特徴とする開閉装置。