JP6668935B2 - 導体支持装置 - Google Patents

Description

この発明は、スイッチギヤなどの高圧電流が流れる導体をフレームから絶縁して支持する導体支持装置に関するものである。

スイッチギヤなど電気機器は、高信頼性，小型化に加え、製造時の更なる組立の容易性向上など製造の高効率化や未熟練作業者による品質作り込みなど、近年のグローバル製造拠点化の対応、および老朽化による更新廃棄時の分解分別の容易性などが求められて来ている。
スイッチギヤなどの電気機器では、電流が流れる導体を筐体や架台のフレームから絶縁して支持する導体支持装置を備えている。
導体支持装置は、通常、数１００〜数万Ｖ（ボルト）の電圧で、数１０〜数千Ａ（アンペア）の電流を通電するが、電気回路への雷撃があった場合や、電気回路に短絡事故などが発生した場合には、数倍以上のサージ電圧や数万〜数１０万Ａの異常電流が導体に流れる為、その様な異常電圧や巨大電流の通電に対して、電気的，機械的に耐える性能が求められる。
特に、電気回路の短絡事故時など流れる巨大電流によって、導体間に発生する電磁力は、導体支持装置に対し、数１０００Ｎ（ニュートン）もの負荷荷重となることがあるため、万が一の導体支持装置破壊に伴う二次災害の危険性を阻止するためにも、極めて強固な物とする必要がある。
上記のような導体支持装置として、従来は屋内用樹脂製ポストがいしが市販されており、必要な性能に応じた型式を選定してスイッチギヤなどの電気機器の導体支持に適用されている。
従来の屋内用樹脂製ポストがいしでは、各種のねじ穴をねじ穴の方向による部品管理や、組立作業管理の煩雑さや、使用方法によってはコロナ放電による絶縁劣化を発生させる可能性があり、また、耐電磁力強度を確保するための機械的強度が大きいものは、ねじ穴数や締結ボルト本数が多くなっており、組立作業の工数が多い問題があった。
この問題に対し、特許文献１に示す従来の絶縁支持装置は、導体とフレームにねじ穴部とは別に突起部を設けて絶縁がいしにそれぞれの突起部に嵌合する穴を設け、あるいは絶縁がいしに突起部を設け導体とフレーム側にその突起に嵌合する穴を設けることにより、導体と絶縁がいし、および絶縁がいしとフレームの廻り止めを行い、廻り止め対策としてのねじ穴及びボルト数の削減を行い、導体締付以外の埋め金具が無いため、導体と固定しない部分の埋め金具と導体との間に出来る微小な隙間でのコロナ放電発生による絶縁劣化を防止するものであり、上記の問題を解消するものとなっている。
ただし、このものは、導体あるいはフレームにねじ穴部とは別の突起を設ける加工、あるいは絶縁がいしの突起に嵌合する穴の加工が必要であり、部品加工が多い問題があり、また特に数１０キロアンペアから１００キロアンペアを超えるような短絡大電流通電時に導体に加わる電磁力が絶縁がいしの捻じれになるように作用するときに発生する相対回転移動を防止するための廻り止め部として形成した突起構造部に加わるせん断方向の荷重に耐え得るせん断強度の確保が難しくなるなどの問題があった。
さらに絶縁導体（絶縁被膜で被覆した導体）を固定する場合には、固定ボルトと絶縁被膜との間に発生する微少隙間でコロナ放電が発生することがあり、この対策として特許文献２のものが知られているが、導電塗料の塗布作業が必要で、特に通電電流容量が大きい場合で、複数枚数の絶縁導体を使用して組み立てる場合は、さらに作業が煩雑であるなどの問題があった。
また、ねじ穴数や締結ボルト本数を少なくしつつ機械的強度を高める方法として、ねじ穴部の埋め金具やボルトの材質を高強度材料を使用するが、特許文献３に示す絶縁支持装置は、電気的絶縁性能が必要な部分と高い機械強度が必要な部分である埋め金具部の樹脂を機械強度が高い樹脂材料で一体に注型したものであるが、複数の異なった樹脂の一体注型の為には、一般的な１種類樹脂による注型設備とは別に、複数種類の樹脂の混合槽および注入装置、およびその管理装置などを備えた特別な注型設備が必要で、その為の設備投資やその設備維持の費用が必要であり、総合生産効率や設備利用効率など経済性の面で問題があった。

特開平８−２８７７５６ （段落００２４，図１） 実開昭６２−７８００８ （第３頁［作用］，第３図） 特開昭５８−１５８８１０ （第３頁，図面）

上記のような、従来の絶縁支持装置は、導体と絶縁がいし間および絶縁がいしと固定フレーム間の構造支持で、絶縁がいしの両端で各１個の最少の締結ボルト数で固定することで、組立作業の簡素化・合理化を行っているが、それに加え、導体に大電流が流れたときに発生する電磁力など導体にねじれ方向の荷重が作用したときなど、各接続部の相対回転移動を防止する廻り止め構造を形成するための突起や穴の嵌合部工作が必要で、導体や固定フレームの加工が複雑化して高価なものとなっている。また絶縁導体を固定する場合には、コロナ発生防止のために導電塗料の塗布作業が煩雑であるなどの問題があり、裸導体および絶縁導体のいずれの場合でも、コロナ放電による絶縁劣化や、ねじ穴の方向による部品の管理の煩雑さを解消できると共に、系統短絡時などで大電流通電で発生する導体間の大きな電磁力に対し、強固に固定でき、導体や固定フレームに特別な加工が不要で、ねじ穴数や締結箇所を削減できる安価な導体支持装置を得ることが課題であった。

この発明に係る導体支持装置は、絶縁部を有する絶縁支持がいしと、前記絶縁支持がいしの他端に埋め込まれ、一部が前記絶縁支持がいしより突出した第１の埋め込み部材と、前記絶縁支持がいしの一端に埋め込まれ、一部が前記絶縁支持がいしより突出した第２の埋め込み部材と、前記第１の埋め込み部材は、支持部材に形成された角穴に嵌合する角柱状で角柱の周囲には、ねじ溝を有し、前記第２の埋め込み部材は、導体に形成された角穴に嵌合する角柱状で中心にねじ穴を有したものである。

この発明によれば、絶縁部を有する絶縁支持がいしと、前記絶縁支持がいしの他端に埋め込まれ、一部が前記絶縁支持がいしより突出した第１の埋め込み部材と、前記絶縁支持がいしの一端に埋め込まれ、一部が前記絶縁支持がいしより突出した第２の埋め込み部材と、前記第１の埋め込み部材は、支持部材に形成された角穴に嵌合する角柱状で角柱の周囲には、ねじ溝を有し、前記第２の埋め込み部材は、導体に形成された角穴に嵌合する角柱状で中心にねじ穴を有したので、系統短絡時などで大電流通電で発生する導体間の大きな電磁力に対し、強固に固定でき、導体や固定フレームに特別な加工が不要で、ねじ穴数や締結箇所を削減できる安価な導体支持装置を得ることが出来る。

絶縁支持碍子 図１に示す絶縁支持がいしの右側面図 図１に示す絶縁支持がいしの左側面図 本発明による裸導体の絶縁支持装置を示す組立図 本発明による２枚の裸導体の絶縁支持装置を示す組立図 本発明による絶縁導体の絶縁支持装置を示す組立図 本発明による２枚の絶縁導体の絶縁支持装置を示す組立図 本発明の絶縁導体の絶縁支持装置の突起付ワッシャ 図８に示す突起付ワッシャの側面図 本発明による別の形態の絶縁支持がいし 図１０に示す絶縁支持がいしの右側面図 図１０に示す絶縁支持がいしの左側面図

実施の形態１
図１において、１は、本発明の絶縁支持がいしで、図２はその右側面図、図３は左側面図である。２は絶縁支持がいし１の本体部を構成する絶縁部で、所要の電気絶縁性能および機械的強度に応じて、一般的にはエポキシ樹脂やポリエステル樹脂などの熱硬化性樹脂、あるいは熱可塑性樹脂、あるいは、それらの樹脂にガラス繊維などの補強材を混合し強度を増した材料、などで注型あるいは成型加工で作る。３は絶縁支持がいし１の片側をフレームなどに固定するための構成部位で第１の埋め込み部材すなわちフレーム固定部、絶縁部２に埋め込まれる部分３ａと支持部材すなわちフレームに形成した角形状の穴に嵌合する略角柱部３ｃと柱状ねじ部３ｂで構成してある。４は、絶縁支持がいし１の他の側で３と対向する面に導体を取り付けるための構成部位で第２の埋め込み部材すなわち導体固定部の埋め金具、絶縁部２に埋め込まれる部分４ａと絶縁部２から突出して、導体に形成した角形状の穴に嵌合する略角柱部４ｂ、角柱部４ｂの面に１か所以上の三角錐状の突起部４ｃを備え、中心にねじ穴４ｄを構成した埋め金具である。埋め金具４は、後述する裸導体７の通電容量を阻害しないために、裸導体７に形成する角穴を極力小さなものとするので、鉄，黄銅，アルミニウムなどの小型で機械的強度が強い金属製とするのが良い。

フレーム固定部３は埋め込み部３ａ部で絶縁部２の注型あるいは成型時に絶縁部２の樹脂と強固に接着などの方法で固着されており、導体固定構成部の埋め金具４も埋め込まれる部位４ａと絶縁部２は、同じく注型あるいは成型時に絶縁部２の樹脂と接着などの方法で強固に固着されており、それぞれの引抜き方向およびねじり方向の外力に対して所定の機械的強度が確保されている。

図４は、本発明による絶縁支持装置を示す図で、絶縁支持がいし１をフレーム５にナット６で固定し、裸導体７を固定した状態を示す。フレーム５は、図示していないが、絶縁支持がいし１のフレーム固定部位３に絶縁部２から突出して形成した略角柱部３ｃと嵌合する角穴が形成されており、この角穴に略角柱部３ｃを嵌め込んで、ねじ溝すなわち柱状ネジ部３ｂをナット６で締付けることで強固に固定される。
絶縁部２は、主として耐トラッキング性，耐アーク性などを含めた電気的絶縁特性にすぐれた樹脂材料の選定、フレーム固定部３は、必要機械的強度に応じて、大きさ（機械的強度は、特に柱状ねじ部のねじ径の大きさが支配する）および鉄，アルミ，黄銅などの金属加工品、あるいは熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂の成形品や注型品の選択が出来るので、経済的にも最適な絶縁支持がいしが得られる。
導体７は、絶縁支持がいし１の導体固定部の埋め金具４に、絶縁部２から突出して形成した略角柱部４ｂと嵌合する角穴（図示なし）が形成されており、この角穴に略角柱部４ｂを嵌め込んで、締結ボルト８でしめこむことで、導体７は、絶縁支持がいし１に対し回動不能に強固に固定できる。９はワッシャである。この時、絶縁支持がいし１の導体固定部４の略角柱部４ｂの平面に形成した１個以上の三角錐状の突起部４ｃが、導体７の角穴の面に食い込むことで、さらに強固に導体の回転ずれを阻止する効果もあるが、この突起部４ｃは、後述する絶縁導体を固定する場合に、その本来の目的効果を発するものである。詳細は後述する。

この導体支持装置は、以上の様に構成されているので、導体と絶縁支持がいしをボルト１個、絶縁支持がいしをフレームにはナット１個の最少締結部品および締結作業で、導体に短絡大電流が流れて、電磁力が発生し、絶縁支持がいしに対して大きな曲げ力や導体を回転させる力が加わった場合でも、強固に導体の回動および締結部のゆるみを阻止し、電気的且つ機械的に機能保持できるものであり、絶縁支持がいし１の電気的機械的な要求性能に応じて、最適な絶縁部２の材料およびフレーム固定部３の材料、さらにその組み合わせを最適なものに選定することが出来るので、経済的で安価なものが得られる。

図５は、２枚の導体７の間にスペーサ１０を固定した状態を示す導体支持装置を示す図である。導体は裸導体である。同一番号で示すものは同一または相当部材である。締結ボルト１１は、導体７とスペーサ１０の厚み分だけ、締結ボルト８より長くしたものである。

図６は、絶縁導体の場合の導体支持装置を示す図で、１２は絶縁導体で、１２ａは絶縁被覆を示す。絶縁被覆１２ａは、絶縁チューブや絶縁樹脂で導体の通電接続部以外の部分を被覆している。この部分は、絶縁支持がいし１の導体固定部４の金属と導体１２の金属の間に絶縁被覆１２ａが介在するので、絶縁被覆と導体固定部４の金属部の間や導体１２とボルト８などの間に、微小な金属空間が発生しないように、絶縁導体１２の絶縁被覆１２ａを導体固定部４に形成した三角錐状突起部４ｃが切り込んで絶縁導体１２の金属部に食い込むことで、この部分の金属部が同電位とするものである。これによって、絶縁支持がいし１および絶縁被覆１２ａの劣化を防ぐことが出来る。
なお、突起部は三角錐状に限らず、四角錐などの多角錘状又は円錐状で有れば良い。

図７は、２枚の絶縁導体１２の間に絶縁スペーサ１３を固定した状態を示す導体支持装置を示す図である。この場合には、三角錐状突起付ワッシャ１４で絶縁導体１２と締付けボルト１１および絶縁支持がいし１の導体固定部４を同電位にしている。図８，図９に、三角錐状突起付ワッシャ１４の例を示す。１４ａは、ボルト頭と絶縁導体の座面を保護する座面部、１４ｂは、絶縁導体１２に形成したボルト穴（図示無）に嵌合する角柱部、１４ｃは、締付けボルトを締付けたときに、絶縁導体１２の絶縁被覆１２ａを切り裂いて絶縁導体の金属部に食い込むよう形成した三角錐状突起、１４ｄはボルト貫通穴である。三角錐状突起付ワッシャ１４の絶縁導体１２と嵌合する部分１４ｂは、角柱状に形成したものを示しているが、１４ｄ部は円筒状でもよい。

実施の形態２
図１０、図１１，図１２に示す絶縁支持がいし１５は、さらに回転方向及び曲げ方向の耐荷重を強化できるものである。
図１０で、１５は強化した絶縁支持がいし、１６は、その絶縁部、１７は回転方向及び曲げ方向の耐荷重を強化したフレーム固定部である。絶縁部１６に埋め込む部分１７ａ部に溝を設けており、絶縁部と引抜き耐荷重を強化している。さらにフレームと嵌合する角柱部は必要強度まで大きくしている。こうすることにより、フレーム固定部１７を熱硬化性あるいは熱可塑性樹脂材料を採用しても、機械的に強固な絶縁支持がいしを得ることが出来る。
さらにフレーム固定部１７を熱硬化性あるいは熱可塑性樹脂材料など誘電材料（絶縁物）を使用することで、絶縁支持がいし１５の全長（フレーム固定面から導体取り付け面までの距離）を伸ばすことなく、内部埋め込み部１７ａの長さを伸ばし、溝１７ｅの数を増やすことが出来るので、さらに強度が強いものが得られる。
また、導体固定部の埋め金具１８の絶縁部１６に埋め込む部分１８ａには、溝１８ｅが設けられており、こちらも絶縁部と引抜き耐荷重を強化している。

１ 絶縁支持がいし
２ 絶縁部
３ フレーム固定部，３ａ フレーム固定部の埋め込み部，３ｂ 略角柱部
３ｃ 柱状ねじ部
４ 導体固定部の埋め金具，４ａ 埋め込み部， ４ｂ 角柱部，４ｃ 突起部
４ｄ ねじ穴
５ フレーム
６ ナット
７ 導体（裸導体）
８ ボルト
９ ワッシャ
１０ スペーサ
１１ ボルト
１２ 絶縁導体，１２ａ 絶縁被覆
１３ スペーサ
１４ 突起付ワッシャ，１４ａ ワッシャ座面部，１４ｂ 角柱部，１４ｃ 突起，
１４ｄ ボルト貫通穴
１５ 強化した絶縁支持がいし
１６ 絶縁部
１７ フレーム固定部，１７ａ フレーム固定部の埋め込み部，１７ｂ 角柱部
１７ｃ 柱状ねじ部，１７ｄ 空洞部，１７ｅ 溝
１８ 導体固定部の埋め金具，１８ａ 埋め込み部，１８ｂ 角柱部
１８ｃ 突起部，１８ｄ ねじ穴，１８ｅ 溝

Claims (6)

1. 絶縁部を有する絶縁支持がいしと、
   前記絶縁支持がいしの他端に埋め込まれ、一部が前記絶縁支持がいしより突出した第１の埋め込み部材と、
   前記絶縁支持がいしの一端に埋め込まれ、一部が前記絶縁支持がいしより突出した第２の埋め込み部材と、
   前記第１の埋め込み部材は、支持部材に形成された角穴に嵌合する角柱状で角柱の周囲には、ねじ溝を有し、
   前記第２の埋め込み部材は、導体に形成された角穴に嵌合する角柱状で中心にねじ穴を有したことを特徴とする導体支持装置。
2. 前記第２の埋め込み部材は、角柱部に多角推状又は円錐状の突起部を有することを特徴とする請求項１に記載の導体支持装置。
3. 前記第１の埋め込み部材は、前記絶縁支持がいしに埋め込まれた部分に溝を設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の導体支持装置。
4. 前記第２の埋め込み部材は、前記絶縁支持がいしに埋め込まれた部分に溝を設けたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の導体支持装置。
5. 前記第１の埋め込み部材は、金属で形成され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項に記載の導体支持装置。
6. 前記第１の埋め込み部材は、絶縁物で形成されたことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の導体支持装置。

Images