JP6563160B1

JP6563160B1 - 母線接続装置

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Publication number: JP6563160B1
Application number: JP2019525920A
Authority: JP
Inventors: 慎太郎山田; 勝志中田; 克輝堀田; 泰智大竹; 崇夫釣本; 慎太郎黒明
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2018-12-26
Filing date: 2018-12-26
Publication date: 2019-08-21
Anticipated expiration: 2038-12-26
Also published as: CN113169529B; CN113169529A; WO2020136737A1; US11658467B2; EP3905460A4; US20220006270A1; JPWO2020136737A1; EP3905460A1

Abstract

優れた作業性と、高い信頼性を同時に得ることができる母線接続装置（１０）を得る。母線導体（２０）とブッシング（１６）の通電導体（１５）とが接続された接続部と、接続部を覆う絶縁母線コネクタ（１１）と、絶縁母線コネクタ（１１）の外部から接続部へ連通する作業穴（３２）と、作業穴（３２）に挿入され絶縁母線コネクタを封止する絶縁栓（１２）と、を備え、作業穴（３２）の内周面と絶縁栓（１２）の外周面との間の面圧が、作業穴（３２）の浅部よりも深部で大きいことを特徴とする。

Description

本願は、母線接続装置に関するものである。

遮断器、断路器、開閉器等の電気機器に用いられる母線接続装置は、可撓性絶縁材料で形成された絶縁母線コネクタで周囲を覆われ、主に３方向に穴隙が形成されている。これらの穴隙には、エポキシ樹脂からなるブッシングと絶縁栓、絶縁ゴム又はエポキシ樹脂からなる固体絶縁母線が挿入される。このうちブッシング、絶縁栓は、先端が細くなった円錐台型であり、これらを穴隙に挿入し、安定して取り付けるために、絶縁母線コネクタには、深部が細くなった円錐台型の穴隙が形成されている。

この母線接続装置の組み立て作業においては、絶縁母線コネクタに形成した３つの穴隙のうち、２方向からブッシングと固体絶縁母線を挿入し、絶縁栓を挿入するための作業穴から、ブッシングの先端に突出したスタッドボルトと固体絶縁母線とを固定する。
その後、絶縁母線コネクタの円錐台型の作業穴に、この作業穴の形状に対応した円錐台型の絶縁栓を圧入して固定し、母線接続装置を得ることができる（例えば、先行文献１）。

特開平５−５６５４１号公報

絶縁母線コネクタに形成された円錐台型の作業穴に、作業穴の形状に対応した円錐台型の絶縁栓を圧入する工程において、絶縁栓の外周面と、作業穴の内周面とが全面で接触する。この時、絶縁栓を回転させながら挿入するためには非常に大きな力を要する。
絶縁栓を安定して挿入させるためには、円錐台型の絶縁栓の直径は作業穴の直径と比べて大きくすることが必要であるが、大きくしすぎると面圧が高くなりすぎ、絶縁栓を挿入することができない場合がある。

反対に、円錐台型の絶縁栓を、作業穴と同じ大きさとした場合、面圧は高くなく、挿入作業は容易になる。
一方、絶縁栓の挿入に伴って絶縁母線コネクタの内部の空気層の圧力が上昇する。絶縁栓の外周面と作業穴の内周面との間の面圧が高くない場合、空気層の圧力により絶縁栓の先端付近で、絶縁栓と作業穴との間に気泡を含んでしまう場合がある。この絶縁栓の先端付近は母線に近く、母線に電圧を印加し、遮断器等の電気機器を動作させた場合に、気泡部分で放電し、絶縁母線コネクタを劣化されるという問題がある。

本願は、上記のような問題を解決するためになされたもので、絶縁栓の外周面と作業穴の内周面との間に気泡を含まないために信頼性が高く、かつ絶縁栓の圧入時の作業性にも優れた母線接続装置を得ることを目的とする。

本願の母線接続装置は、母線導体とブッシングの通電導体とが接続された接続部と接続部を覆う絶縁母線コネクタと、絶縁母線コネクタの外部から接続部へ連通する作業穴と、作業穴に挿入され絶縁母線コネクタを封止する絶縁栓と、を備え、作業穴の内周面と絶縁栓の外周面との間の面圧が、作業穴の浅部よりも深部で大きく、絶縁栓は先端方向が細くなった円錐台型であり、作業穴は、絶縁栓に対応した円錐台型と比較すると、内周面の中間部分に段差を有し、段差より深部では直径が小さく、浅部では直径が大きいものである。

本願の母線接続装置は、優れた作業性と、高い信頼性を同時に得ることができる。

母線接続装置の使用例を示すスイッチギヤの側面断面図である。実施の形態１の母線接続装置の構造を示す断面図である。実施の形態１の母線接続装置の作業穴部分を示す断面図である。実施の形態１の母線接続装置の組立状態を示す断面図である。実施の形態２及び３の母線接続装置の突出部を説明する断面図である。実施の形態４の母線接続装置の構造を示す断面図である。

実施の形態の説明及び各図において、同一の符号を付した部分は、同一又は相当する部分を示すものである。

実施の形態１．
以下、実施の形態１について図１〜図４を用いて説明する。
図１は、母線接続装置の使用例を示しており、一例として母線接続装置を適用したスイッチギヤの側面断面図を示している。図２〜図４は、実施の形態１に示す母線接続装置の構造を示しており、図２は各部品を解体した状態、図３は作業穴部分を拡大した状態を示している。図４は組み立てた状態を示しており、図４の右側に記載した矢印は、絶縁母線コネクタと絶縁栓、絶縁母線コネクタとブッシングの面間の圧力を模式的に示している。

＜母線接続装置の使用例＞
図１は、母線接続装置１０を用いたスイッチギヤ１の側面断面図を示しており、図１の左側がスイッチギヤ１の正面であり、操作装置が配置された面を示している。
スイッチギヤ１の筐体９内には、断路器２とその操作機構７、真空遮断器３とその電磁操作機構８、接地開閉器４、避雷器５、変流器６が配置されている。スイッチギヤ１の上面及び背面に母線接続装置１０が配置されており、図１の例では、３相の母線が、３系統用いられており、断路器２を収納した筐体内にブッシング１６を用いて取り付けられている。各々の母線接続装置１０は、図１の紙面の手前又は奥側の隣接するスイッチギヤ１との間で母線を接続させて配列している。

＜母線接続装置の構造＞
図２は、本実施の形態で用いた母線接続装置の構造を、主な部品に分解し、断面図で示しており、絶縁栓１２、絶縁母線コネクタ１１、ブッシング１６及び固体絶縁母線２２の４つに大きく分けることができる。それぞれの間に記載した矢印１９は、各部品を組み立てる際の絶縁母線コネクタ１１への挿入方向を示している。

ここで示す母線接続装置１０は、固体絶縁母線２２の端末に接続する母線接続装置１０であり、絶縁母線コネクタ１１の母線取付穴３１は一つのみとなっている。絶縁母線コネクタ１１の母線取付穴３１を左右に各々形成することで、固体絶縁母線２２を連続して接続するための母線接続装置１０として用いることができる。

図２において、図の上部に記載している絶縁栓１２は、下面に金属部３６を有し、この金属部３６には、組み立て工程においてスタッドボルト２７と係合させるための係合穴３５が形成されている。母線接続装置１０の組み立てについては後述するが、スタッドボルト２７の先端と係合穴３５にはネジが切られており、絶縁栓１２の挿入の工程においてスタッドボルト２７を係合穴３５に挿入し回転させることで、ネジに沿って、より深く挿入させることができる。

図２の右部に記載した固体絶縁母線２２は、左右の端部では母線導体２０が露出している。端部以外の中央部分は樹脂製の絶縁シールド２１で被覆され、短絡等を防止する構造となっている。

図２の下部にはブッシング１６が記載されている。ブッシング１６の中央には金属製の通電導体１５が配置されており、この通電導体１５の周囲が樹脂製のブッシングモールド１４で覆われている。
通電導体１５にはスタッドボルト２７が取り付けられており、母線導体２０の端部を上下から押さえ込み保持するための割り端子２５と、側面から母線導体２０を保持するためのコンタクト導体２６が取り付けられている。

中央に記載した絶縁母線コネクタ１１は、下面にはブッシング取付穴３０、右面には固体絶縁母線２２を取り付けるための母線取付穴３１、上面には、母線導体２０をスタッドボルト２７に固定する作業を行い、その後に絶縁栓１２を挿入する作業穴３２が形成されている。
ブッシング１６のうち絶縁母線コネクタ１１に挿入する部分の形状が円錐台型であることに対応し、ブッシング取付穴３０も深部が徐々に細くなった円錐台型をしている。

作業穴３２に挿入する絶縁栓１２は、ブッシング１６と同様に円錐台型である。作業穴３２の形状も基本的にはブッシング取付穴３０と同様に、挿入する絶縁栓１２に対応して下方向に徐々に一定割合で細くなった円錐台型となっているのが一般的である。
図３には、作業穴３２と絶縁栓１２の部分を拡大して示している。
図３に示した作業穴３２において、破線３８で示した形状は、円錐台型の絶縁栓１２に対応した一般的な円錐台型の作業穴３２を示している。

本実施の形態の作業穴３２では、従来の一般的な作業穴３２と同様に基本形状としては円錐台型であり、作業穴３２の浅部から深部へ進むにしたがって、徐々に細くなっている。
しかし、図３の破線３８で示した円錐台型が示す一般的な作業穴３２と比較すると、作業穴３２の外部に近い浅部では、開口部１７を加えた直径の大きさであり、絶縁栓１２に対応した一般的な作業穴３２の直径よりも大きくなっている。

さらに、作業穴３２の深部について円錐台型の一般的な作業穴３２と比較すると、開口部１７とは反対の突出部１３を有しており、絶縁栓１２に対応した作業穴３２よりも直径が小さくなっている。
本実施の形態においては、この開口部１７、突出部１３を有することにより、従来の一般的な作業穴３２と比較して、作業穴３２の外部に近い浅部では直径が大きく、反対に深部では直径が小さく、また、中間部分に段差を有する形状となる。そのため、後述するように母線接続装置１０を組み立てた時に、作業穴３２の内周面と絶縁栓１２の外周面との面圧に目的とする分布を形成することができる。

＜母線接続装置の組み立て＞
図２及び図３は母線接続装置１０の構造を説明するために各部品を分離した状態を示しており、図４は組み立て後の状態を示している。
図２〜図４に基づいて、組み立て手順の概要を説明する。

絶縁母線コネクタ１１のブッシング取付穴３０、母線取付穴３１に、各々ブッシング１６、固体絶縁母線２２を挿入する。ブッシング１６の通電導体１５と固体絶縁母線２２の母線導体２０とは、以下のように接続部を形成する。
ブッシング１６の通電導体１５に挿入したスタッドボルト２７に２つの割り端子２５とコンタクト導体２６を取り付け、図４に示すように固体絶縁母線２２の母線導体２０は、上下から割り端子２５の間に挟まれ、さらに背面からコンタクト導体２６により挟み込まれ固定される。この接続作業は、絶縁母線コネクタ１１に設けられた作業穴３２から行う。

その後、外部から大きな力を加えて絶縁栓１２を作業穴３２に挿入し、絶縁栓１２の下面の係合穴３５にスタッドボルト２７のねじ切りした部分を係合させる。
その後、ネジを回転させることで、絶縁栓１２をより正確に、絶縁母線コネクタ１１の深い位置に固定することができる。

本実施の形態の絶縁母線コネクタ１１の作業穴３２には、図３に示したように、外部に近い浅部に開口部１７、深部に突起部１３が形成されている。そのため、本実施の形態の作業穴３２は、一般的な円錐台型の場合と比較し、外部に近い浅い部分は直径が大きく、深部では直径が小さくなっている。したがって作業穴３２に絶縁栓１２を挿入する場合に、挿入段階の当初は、直径の大きな穴隙に挿入することで、非常に容易に進めることができる。
図４で示すように、作業穴３２へ絶縁栓１２全体を挿入すると、面圧は高くなり、絶縁栓１２の外周面と作業穴３２の内周面との間の面圧は、作業穴３２の外部に近い浅部では直径が大きいため低く、深部では直径が小さいため高くなる。

絶縁栓１２の外周面と作業穴３２の内周面との間の面圧の分布について図４を用いて、さらに詳細に述べる。
図４の母線接続装置の断面図の右側に示した複数の矢印３９の長さは、絶縁栓１２の外周面と作業穴３２の内周面との間の面圧の大きさを模擬的に示しており、矢印３９の縦方向の並びは母線接続装置１０内での位置を示している。

図４において、下側に記載した一群の矢印４４は、ブッシング１６をブッシング取付穴３０に取付けた場合の面圧分布を示している。ここでは、すべての矢印４４は同一の長さであり、全面が同一の面圧であることを示している。つまり、ブッシング取付穴３０は、円錐台型のブッシング１６と同様の円錐台型であるため面圧は面内分布を有さない。

上側に記載した一群の矢印４５は、絶縁栓１２を作業穴３２に挿入した場合の面圧分布を示している。つまり、作業穴３２の外部に近い浅部は、開口部１７が形成され作業穴３２が大きくなっているので、一般的な円錐台型の作業穴３２の場合に比べて面圧は低くなり、深部では、突起部１３により作業穴３２が小さくなっているので面圧は高くなっている。

一方、絶縁栓１２を絶縁母線コネクタ１１の作業穴３２に挿入する過程で、絶縁母線コネクタ１１の中央部分に、図４に示すように空気層３７が形成される。この空気層３７の内部圧力は絶縁栓１２の挿入が進行するにしたがって上昇する。

しかし、作業穴３２の深部では突起部１３と絶縁栓１２とが対向するため、上述のように非常に高い圧力で相互に押圧する。そのため、絶縁母線コネクタ１１の中央の空気層３７の内部圧力が高くなった場合でも、空気層３７中の空気は、突起部１３と絶縁栓１２とで形成される界面に侵入することができず、界面部分に気泡は形成されない。

＜本実施の形態の母線接続装置の効果＞
突起部１３と絶縁栓１２の外周面とが接する作業穴３２の深部は、スタッドボルト２７、固体絶縁母線２２の母線導体２０等に非常に近い部分であり、強い電界が印加される。しかし、作業穴３２の内周面の突起部１３と絶縁栓１２の外周面との間には気泡は含まれず、相互に直接接しているため、放電等を生じることはなく、劣化のない優れた母線接続装置１０を得ることができる。

一般的な作業穴３２のように円錐台型の作業穴３２の場合、外部に近い浅部及び深部の区別なく全体を均等に直径を小さくすることで、作業穴３２の内周面と絶縁栓１２の外周面との面圧を高めることができ、本実施の形態で示したように作業穴３２と絶縁栓１２との界面に空気を含まず、放電を防止することが可能である。

しかし、作業穴３２の内周面と絶縁栓１２の外周面との全面の面圧を高めた場合、絶縁栓１２の挿入に本実施の形態の場合よりも大きな力が必要となり、母線接続装置１０の組み立て工程が非常に困難になる。

これに対し、本実施の形態に示した母線接続装置１０では、作業穴３２の深部の面圧を高め、放電を防止することができると同時に、作業穴３２の外部に近い浅部では開口部１７を形成して作業穴３２の直径を大きくし、面圧を通常よりも低くすることができる。そのため、作業穴３２に絶縁栓１２を挿入するための力は、作業穴３２が一般的な円錐台型の場合を超えることがなく、母線接続装置１０の組み立て工程に問題を生じることはない。

なお、作業穴３２の外部に近い浅部で面圧を低くしたが、この部分はスタッドボルト２７、母線導体２０等の高電圧部分から離れており、放電の問題は生じない部分であり、面圧を低くしたことによる不都合はない。
以上のように、本実施の形態においては、作業性、信頼性に優れた良好な母線接続装置１０を得ることができる。

実施の形態２．
本実施の形態の母線接続装置１０について、主に図５（ａ）を用いて説明する。
基本的な母線接続装置１０の構成は、実施の形態１と同じであり、本実施の形態においては、ブッシング取付穴３０の形状が異なっている。

図５（ａ）は、本実施の形態に係る母線接続装置１０の断面図であり、上部分の絶縁栓１２の構成及び形状、作業穴３２が一般的な円錐台型に比較して、外部に近い浅部に開口部１７、深部に突出部１３を有し、途中に段差を有している点は実施の形態１と同様である。また、その結果、作業穴３２の深部での面圧が高くなるため、空気を含みにくく、放電等を防止することができ、また外部に近い浅部での面圧は低くなく、作業性にも問題を生じない点も実施の形態１と同じである。

本実施の形態では、絶縁母線コネクタ１１のブッシング取付穴３０とブッシング１６との関係においても、上記の作業穴３２と絶縁栓１２の関係を適用し、ブッシング取付穴３０の外部に近い浅部に開口部１７、深部に突出部１３を備えている

その結果、作業穴３２と絶縁栓１２、ブッシング取付穴３０とブッシング１６のいずれの界面においても、深部で高い面圧を達成することができ、界面に空気を含むことがなかった。また高電圧となる部分でも放電は生じることはない。
さらに、作業穴３２及びブッシング取付穴３０の外部に近い浅部では、面圧を低くすることができ、良好な作業性を得ることができる。
以上のように、本実施の形態においては、作業性、信頼性に優れた良好な母線接続装置１０を得ることができる。

実施の形態３．
本実施の形態の母線接続装置１０について、主に図５（ｂ）を用いて説明する。
基本的な母線接続装置１０の構成は、実施の形態１及び実施の形態２と同じであり、本実施の形態においては、作業穴３２及びブッシング取付穴３０の内部に形成した、開口部１７及び突出部１３の形状が図５（ａ）等に示したように階段状ではなく、開口部２９から突出部２８にかけてなだらかに作業穴３２及びブッシング取付穴の大きさが変化している点が異なっている。

図５（ｂ）は、本実施の形態に係る母線接続装置１０の断面図であり、作業穴３２及びブッシング取付穴３０が一般的な円錐台型に比較して、深部に穴の大きさを小さくする突出部２８、外部に近い浅部に開口部２９を有する点は実施の形態２と同様である。

図５（ｂ）において、破線３８は一般的な円錐台型の作業穴３２及びブッシング取付穴３０の断面形状を示している。本実施の形態では、突出部２８、開口部２９を有することで、作業穴３２及びブッシング取付穴３０の直径の大きさを、一般的な円錐台型の場合と比較して、深部では小さく、外部に近い浅部では大きくしている。つまり、円錐台型の側面の傾き角を小さくしたということができる。

その結果、作業穴３２と絶縁栓１２、ブッシング取付穴３０とブッシング１６のいずれの界面においても、深部で高い面圧を達成することができ、界面に空気を含むことがない。そのため高電圧となる部分でも放電は生じることがない。
さらに、作業穴３２、ブッシング取付穴３０の外部に近い浅部では、面圧を低くすることができ、作業性に問題が生じることはない。
以上のように、本実施の形態においては、作業性、信頼性に優れた良好な母線接続装置１０を得ることができる。

なお、本実施の形態においては、作業穴３２とブッシング取付穴３０の双方に開口部２９及び突出部２８を形成した例を示したが、作業穴３２又はブッシング取付穴３０のみに開口部２９及び突出部２８を形成しても同様の効果を得ることができる。

実施の形態４．
本実施の形態の母線接続装置１０について、主に図６を用いて説明する。
基本的な母線接続装置１０の構成は、実施の形態１と同じであり、図６では、母線接続装置１０を組み立て、ブッシング１６を介して筐体９に取付けた状態を示している。
実施の形態１と比較して、本実施の形態においては、固体絶縁母線２２の中心に中空部４０を有する中空母線４１を用いた点が異なっている。

中空母線４１を用いたことによって、空気層３７の体積を大きくすることができ、作業穴３２へ絶縁栓１２を挿入するときの空気層３７の圧力上昇を小さくすることができる。そのため、絶縁栓１２と作業穴３２との界面、ブッシング１６とブッシング取付穴３０への空気の侵入を防止することができる。

以上のように、本実施の形態の母線接続装置１０は、絶縁栓１２と作業穴３２との界面、ブッシング１６とブッシング取付穴３０への空気の侵入を防止することで放電を防止し、作業性にも問題を生じることがなく、作業性、信頼性に優れた母線接続装置１０を得ることができる。

本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

１スイッチギヤ、２断路器、３真空遮断器、４接地開閉器、５避雷器、６変流器、７操作機構、８電磁操作機構、９筐体、１０母線接続装置、１１絶縁母線コネクタ、１２絶縁栓、１３突出部、１４ブッシングモールド、１５通電導体、１６ブッシング、１７開口部、１９矢印、２０母線導体、２１絶縁シールド、２２固体絶縁母線、２５割り端子、２６コンタクト導体、２７スタッドボルト、２８突出部、２９開口部、３０ブッシング取付穴、３１母線取付穴、３２作業穴、３５係合穴、３６金属部、３７空気層、３８破線、３９矢印、４０中空部、４１中空母線、４４矢印、４５矢印。

Claims

母線導体とブッシングの通電導体とが接続された接続部と、
前記接続部を覆う絶縁母線コネクタと、
前記絶縁母線コネクタの外部から接続部へ連通する作業穴と、
前記作業穴に挿入され前記絶縁母線コネクタを封止する絶縁栓と、を備え、
前記作業穴の内周面と前記絶縁栓の外周面との間の面圧が、前記作業穴の浅部よりも深部で大きく、
前記絶縁栓は先端方向が細くなった円錐台型であり、
前記作業穴は、前記絶縁栓に対応した円錐台型と比較すると、内周面の中間部分に段差を有し、前記段差より深部では直径が小さく、浅部では直径が大きいことを特徴とする母線接続装置。
前記絶縁母線コネクタに形成されたブッシング取付穴に、前記ブッシングを挿入し、
前記ブッシングの外周面と前記ブッシング取付穴の内周面との間の面圧が、前記ブッシング取付穴の浅部よりも深部で大きいことを特徴とする請求項１に記載の母線接続装置。
前記ブッシングは先端方向が細くなった円錐台型であり、
前記ブッシング取付穴は、前記ブッシングに対応した円錐台型と比較すると、内周面の中間部分に段差を有し、前記段差より深部では直径が小さく、浅部では直径が大きいことを特徴とする請求項２に記載の母線接続装置。
前記ブッシングは先端方向が細くなった円錐台型であり、
前記ブッシング取付穴は、前記ブッシングに対応した円錐台型と比較すると、内周面の直径の変化が大きく、前記深部では直径が小さく、前記浅部では直径が大きいことを特徴とする請求項２に記載の母線接続装置。
前記母線導体が、一方の端部から他方の端部に通じる中空穴を備えたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の母線接続装置。