JP6685146B2 - ガス遮断器 - Google Patents

Description

本発明は電極を互いに反対方向に駆動する双方向駆動機構を適用したガス遮断器に関する。

高電圧の電力系統に用いるガス遮断器は、開極動作途中の消弧ガス圧力上昇を利用し、圧縮ガスを電極間に生じるアークに吹き付けることで電流を遮断するパッファ形と呼ばれるものが一般的に用いられている。

パッファ形ガス遮断器の遮断性能を向上させるために、従来固定されていた被駆動側の電極を駆動側電極の駆動方向と反対方向に駆動する双方向駆動方式が提案されている。

例えば、特許文献１には、フォーク型レバーによる方式が提案されている。この発明では、フォークの窪み部に駆動側の動きに連動したピンが接触することでフォーク型レバーが回動し、これを開閉軸方向の往復運動に変換することで、被駆動側アーク電極を駆動側電極の駆動方向と反対方向に駆動するものである。フォークの窪み部からピンが離れた状態では、レバーは位置保持し、被駆動側アーク電極は静止する。

この発明は、電流遮断に必要な時間領域に、最小限の駆動力で効率よく被駆動側を動かすことを目的としている。

また、特許文献２には、溝カムを用いた双方向駆動方式が提案されている。これは、駆動側の動きに応じて、溝カム内をピンが移動し、カムを回動させることで、カムに連結した被駆動側アーク電極を駆動側電極と反対方向に駆動するものである。溝カムを任意形状にすることで被駆動側アーク電極と駆動側電極の所望の速度比を実現可能である。

米国特許第６２７１４９４号明細書 特開２００３−１０９４８０号公報

しかし、特許文献１に記載のフォーク型レバーの形状は直線部と円弧部のみで構成されるため被駆動側の速度を任意に設定できないという問題がある。また、開閉動作の度にピンがフォーク型レバーの窪み部に接触し、フォーク型レバーに過度の力がかかるおそれがある。

特許文献２は溝カムにより被駆動側の速度を任意に設定可能であるが、溝カムが略円弧状となり、駆動側の動きに対し被駆動側が常に動作するため、被駆動側の動きを所望の時間領域に限定することが困難である。また、溝カムが略円弧状であることから、装置が大きくなるという問題がある。

前記課題を解決するために、本発明のガス遮断器では、密封タンク１００内に駆動側電極と被駆動側電極を対向して設け、前記駆動側電極は駆動側主電極２と駆動側アーク電極４を有し、前記被駆動側電極は被駆動側主電極３と被駆動側アーク電極５を有し、駆動側アーク電極５は操作器１に接続され、被駆動側アーク電極５は双方向駆動機構部１０に連結されている。双方向駆動機構部１０は、前記駆動側電極からの駆動力を受ける駆動側連結ロッド１１と、被駆動側アーク電極５に接続した被駆動側連結ロッド１３と、駆動側連結ロッド１１の動作に対して被駆動側連結ロッド１３を反対方向に動作させる２つのレバー１２と、駆動側連結ロッド１１と被駆動側連結ロッド１３が内部を移動するガイド１４とを備え、２つのレバー１２はガイド１４の外側であって両側に配置され、互いにレバー固定部材１５により回動自在に固定され、前記ガイドは側面にそれぞれ第二溝カムを有し、駆動側連結ロッド１１が有する第一溝カム１６と、ガイドの側面に有するそれぞれの第二溝カム１７と、２つのレバー１２それぞれが有する第三溝カム１９それぞれに、可動ピン１８を連通させ、可動ピン１８が、遮断部の開閉動作軸に対して略直交するように保持する、前記レバーの外側面のそれぞれに設けられた姿勢保持部材２２を有し、前記可動ピンの前記第一溝カム、第二溝カム、第三溝カム内を移動する円筒部分の長さを前記２つのレバー、前記ガイド及び前記駆動側連結ロッドの積層方向厚さ以上とし、前記２つのレバーの端面と前記姿勢保持部材の間のガタ（ΔＬｐ）とピン長（Ｌｐ）の比（ΔＬｐ／Ｌｐ）を０．００２とし、前記姿勢保持部材の直径（Ｄ）と前記可動ピンの径（ｄ）の比（Ｄ／ｄ）が前記レバーのそれぞれの外側面に前記それぞれの姿勢保持部材の内側面が接触するように設けられることを特徴とする。

本発明によれば、遮断性能を確保しながら操作器のエネルギーを最小とするような溝カム形状が実現可能であり、従来の双方向駆動方式に比べ操作エネルギーを小さくすることができる。また、省スペースで信頼性の高い双方向駆動機構を実現できる。

本発明の実施形態に係るガス遮断器の双方向駆動機構の詳細図である。 本発明の実施形態に係るガス遮断器の閉極状態を示す図である。 本発明の実施形態に係るガス遮断器の双方向駆動機構の正面図である。 本発明の実施形態に係るガス遮断器の双方向駆動機構の分解斜視図である。 本発明の実施形態に係るガス遮断器の可動ピン姿勢ずれを示す模式図である。 本発明の実施形態に係るガス遮断器の姿勢保持部材の径と姿勢ずれ量の関係を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態に係るガス遮断器を説明する。なお、下記はあくまでも実施の例であり、発明の内容を下記具体的態様に限定することを意図する趣旨ではない。発明自体は、特許請求の範囲に記載された内容に即して種々の態様で実施することが可能である。以下の実施例では機械的圧縮室及び熱膨張室を有する遮断器の例を挙げて説明するが、本願発明を、例えば、機械的圧縮室のみを有する遮断器に適用することも可能である。

本発明に係るガス遮断器の実施形態は、駆動側・被駆動側の速度比を可変としかつ間欠駆動を可能とするように、駆動側と連結するロッド内に任意曲線部と直線部で構成される第一の溝カムを切り込み、可動ピンが直線部に存在するときは被駆動側が運動しないようなストッパーの役割をし、可動ピンが曲線部に存在するときはピン運動のガイドの役割をする第二の溝カムを駆動側連結ロッドを両側から挟みこむガイド板に切り込み、可動ピンをガイド板の外側に設けた同一形状の２つのレバーに切り込んだ溝に通し、可動ピンの両端に、可動ピンがピン軸に直角な２軸周りに回転することを抑制する姿勢保持部材を設け、可動ピンの運動に伴いレバーが回動し、被駆動側電極を駆動側と反対方向に運動させるものである。

図２に、本発明の実施形態におけるガス遮断器の投入状態を示す。

密封タンク１００内に駆動電極と被駆動電極が同軸状に対向して設けられる。駆動側電極は駆動側主電極２と駆動側アーク電極４を有し、被駆動電極は被駆動側主電極３と被駆動側アーク電極５を有する。

密封タンク１００に隣接して操作器１が設けられる。操作器１にはシャフト６が連結され、シャフト６の先端には駆動側アーク電極４が設けられる。シャフト６と駆動側アーク電極４は機械的圧縮室７及び熱膨張室９内を貫通して設けられる。

熱膨張室９の遮断部側には駆動側主電極２及びノズル８が設けられる。駆動側アーク電極４に対向して同軸上に被駆動側アーク電極５が設けられる。被駆動側アーク電極５の一端とノズル８の先端部は双駆動機構部１０に連結される。

図２に示すように、ガス遮断器は、投入状態では操作器１の油圧やばねによる駆動源により、駆動側主電極２と被駆動側主電極３を導通させる位置に設定され、通常時の電力系統の回路を構成する。

落雷などによる短絡電流を遮断する際には、操作器１を開極方向に駆動し、シャフト６を介し駆動側主電極２と被駆動側主電極３を引き離す。その際、駆動側アーク電極４と被駆動側アーク電極５の間にアークが生成する。機械的圧縮室７による機械的な消弧ガス吹きつけと、熱膨張室９によるアーク熱を利用した消弧ガス吹きつけにより、アークを消弧することで、電流を遮断する。

このパッファ形ガス遮断器の操作エネルギーを低減するため、従来固定されていた被駆動側アーク電極を駆動側電極の駆動方向と反対方向に駆動する双方向駆動機構１０を設ける。以下に、図１に基づいて本発明の実施形態における双方向駆動方式について説明する。

本発明の双方向駆動機構１０は、図１に示すように、被駆動側連結ロッド１３と駆動側連結ロッド１１をガイド１４で遮断動作方向に移動自在に保持しつつ、ガイド１４に回動自在に設けられたレバー１２により連結して構成される。

駆動側連結ロッド１１には第一溝カム１６が切り込まれており、操作器側から見て、第二直線部１６Ｃ、連結部１６Ｂ、第一直線部１６Ａで構成される。第一直線部１６Ａと第二直線部１６Ｃは互いに異なる軸線上に設けられ、その間に連結部１６Ｂが設けられる。

第一溝カム１６の鉛直方向の変位幅は、第二溝カム１７の鉛直方向の変位幅内及び第三溝カム１９の鉛直方向の変位幅内に収まるように構成する。なお、連結部１６Ｂの形状は、遮断部の動作特性に応じて任意に設計することが可能であり、例えば、曲線や直線とすることが考えられる。

駆動側連結ロッド１１はガイド１４に設けられた溝（図４の３０）により上下方向の変位を制限され、遮断部の動作軸と水平方向のみ移動可能となる。

ガイド１４には、図１に示すように、第一溝カム１６の上下方向幅に等しく、例えば曲線で構成される第二溝カム１７が切り込まれている。なお、第二溝カム１７の形状は曲線に限定されるものではなく、遮断動作特性に応じて適宜変更可能である。第一溝カム１６と第二溝カム１７は紙面垂直方向の積層構造を成し、両溝カムの重なり部分に可動ピン１８が配され互いに可動自在に連結される（図４参照）。

さらに、レバー１２に切り込まれた第三溝カム１９に可動ピン１８が通され、レバー固定ピン１５を回転軸としてレバー１２が回転する。このとき、可動ピン１８は、第一溝カムの連結部１６Ｂ上を移動するときに、第二溝カム１７を一方向に転がりながら移動する。この可動ピン１８の一方向の移動により、第三溝カム１９の内壁の片側に力が働き、レバー１２の回転方向が規定される。なお、第三溝カム１９の形状は特に限定されず、遮断動作特性に応じて適宜変更可能である。

この回転運動によりレバー１２に取り付けられた被駆動側移動ピン２０が被駆動側連結ロッド１３に切り込まれたガイド溝２１に力を伝達することで、被駆動側アーク電極５と連結する被駆動側連結ロッド１３を駆動側連結ロッド１１とは反対方向に駆動する。

被駆動側連結ロッド１３はガイド１４に設けられた溝（図４の３１）により上下方向の変位を制限され、遮断部の動作軸と水平方向のみ移動可能となる。

双方向駆動機構１０と駆動側との連結は、例えば、ノズル８に締結リング２３を取り付け、締結リング２３に駆動側連結ロッド１１の先端部が貫通する穴を設け、駆動側締結ねじ２４をナットで締め付ける構造とする。

図３に本発明の実施形態における双方向駆動機構の正面図、図４に本発明の実施形態における双方向駆動機構の分解斜視図を示す。

レバー１２はガイド１４の外側に同一形状で２つ取り付ける。可動ピン１８は、ガイド１４内の第二溝カム１７と、駆動側連結ロッド１１内の第一溝カム１６と、レバー１２内の第三溝カム１９を貫通する。可動ピン１８は、どの部位にも固定されておらず、各溝内を自由に移動することができる。しかし、動作の自由度が高い分、可動ピン軸と直交する２軸周りの回転も生じうる。この回転で、図３の左右両側でピンと３種溝の当たり方がばらばらとなり、局所的な接触力が大きくなってピンと溝が固渋する可能性がある。そのため、可動ピン１８の両端に姿勢保持部材２２を設ける。可動ピン締結ナット２６で姿勢保持部材２２を固定する。

被駆動側移動ピン２０は、レバー１２（レバー被駆動側穴２８）と被駆動側連結ロッド１３（ガイド溝２１）を貫通し、両側から移動ピン締結ナット２７で固定する。

レバー固定ピン１５は、ガイド１４から外れないよう、固定リング２５を両端に取り付ける。

可動ピン１８が溝カム内を自由に移動可能とするよう、可動ピン１８の円筒部分の長さをレバー１２及びガイド１４の積層方向厚さ以上とする。

レバー固定ピン１５は動作区間中常に静止し、ボルト・ナットで強固に締結する必要がないため、固定リングを取り付ける構成としたが、可動ピン１８、被駆動側移動ピン２０と同様、ナットで締結してもよい。

被駆動側移動ピン２０は、レバー被駆動側穴２８とガイド溝２１を貫通するが、レバー１２に長穴、被駆動側連結ロッド１３に丸穴とする構成でも良い。

図５に本発明の実施形態に係るガス遮断器の可動ピン姿勢ずれを表す模式図を示す。可動ピン１８が第三溝カム１９、第一溝カム１６、第二溝カム１７（それぞれ図４参照）それぞれとの間のガタにより、図の紙面垂直方向軸周りに回転する場合を考える。可動ピン１８の紙面手前と奥の中心間ずれをδとする。レバー固定ピン１５と被駆動側移動ピン２０はそれぞれレバー固定ピン穴２９、レバー被駆動側穴２８とはめあい構造となっているため、可動ピン１８の両端中心間ずれδを引き起こす力がレバー１２に伝達され、それぞれのピン１５及び２０の中心を結ぶ線分の中点（ねじり回転中心３２）を軸としたねじれの力によりそれぞれのピンがδｆだけたわむ。可動ピン１８の両端中心間ずれδが大きくなるとδｆが大きくなる。δｆが大きくなるとピンに作用する応力が大きくなり、この応力がピンの径、長さ、材質によって決まる降伏点を大きく越えると塑性変形を引き起こし、部品間の固渋や破壊に至る。

一方、本発明の姿勢保持部材２２で可動ピン１８両端を押さえれば、たとえ可動ピン１８が傾いたとしてもレバー１２の外側面に姿勢保持部材２２の内側面が接触し、もとの姿勢に戻そうとする力が働くため、レバー１２の傾きが抑制され、上記故障には至らない。

姿勢保持部材を円形のワッシャータイプとすると、外径Ｄとピン径ｄの比と可動ピン１８の両端中心間ずれδとの間には図６の関係が成り立つ。縦軸に（δ／ΔＬｐ）、横軸に（Ｄ／ｄ）をとり、レバー１２の端面と姿勢保持部材２２の間のガタ（ΔＬｐ）とピン長（Ｌｐ）の比（ΔＬｐ／Ｌｐ）を０．００２とする。容易に予想されるように、（Ｄ／ｄ）が大きいほどδは小さくなり、可動ピン１８は傾きづらくなる。

上記では姿勢保持部材を円形ワッシャータイプとして説明したが、角形ワッシャータイプでも可能である。姿勢保持部材の形状は、姿勢保持部材２２がレバー１２の両側に接触した状態で保持されることで可動ピン１８の軸を遮断部の開閉動作軸に対し略直交した状態に保持するものであればよく、特に限定されないが、小型化を考えると厚みのない平板状のものが好ましい。また、小型化を考慮すると、姿勢保持部材２２は可動ピン１８の両端に固定されるのが好ましい。なお、姿勢保持部材２２を可動ピン１８の両端に一体成型した構成も考えられる。

本実施例は図３に示すように、第一溝カム１６と第二溝カム１７を可動ピン１８の軸方向に重ねることで省スペースな双方向駆動機構を実現できる。さらに、可動ピン１８が溝カムを有するどの部位にも固定されず、姿勢保持部材２２により可動ピン１８の軸が遮断部の開閉動作軸に対して略直交した状態に保持されるため、可動ピン１８に働く過度の力を緩和することで、信頼性の高い双方向駆動機構を実現できる。

さらに、第一溝カムの曲線部の設計自由度が大きいことから、遮断部構造、遮断方式の異なる機種に応じて簡易に設計変更可能であり、遮断性能を確保するような最適な曲線形状が設計可能である。また、直線部の長さ、領域を自由に設定できることから、被駆動側を任意の時間領域のみ運動させることができる。

このような動作は、とりわけ進み小電流遮断に有効である。進み小電流遮断では、遮断各時刻の極間絶縁破壊電圧が回復電圧を上回ることが必要である。極間絶縁破壊電圧は各時刻の極間距離に依存するため短時間でできるだけ極間距離を稼ぐ必要があるからである。

本実施例では、進み小電流遮断に必要なストローク特性を実現できる双方向駆動機構の溝カム形状を示したが、様々な遮断責務に対して最適なストローク特性があり、それらは、本実施例の任意曲線で構成される連結部１６の形状を変更することで実現可能である。

また、第一溝カムの前記第一直線部１６Ａと、第二の直線部１６Ｃと、連結部１６Ｂと、第二溝カム１７と、第三溝カム１９の位置関係を調整することで、駆動側動作に対する被駆動側動作の速度比を変更することが可能である。

１・・・操作器、２・・・駆動側主電極、３・・・被駆動側主電極、４・・・駆動側アーク電極、５・・・被駆動側アーク電極、６・・・シャフト、７・・・機械的圧縮室、８・・・ノズル、９・・・熱膨張室、１０・・・双方向駆動機構部、１１・・・駆動側連結ロッド、１２・・・レバー、１３・・・被駆動側連結ロッド、１４・・・ガイド、１５・・・レバー固定ピン、１６・・・第一溝カム、１６Ａ・・第一直線部、１６Ｂ・・連結部、１６Ｃ・・第二直線部、１７・・・第二溝カム、１８・・・可動ピン、１９・・・第三溝カム、２０・・・被駆動側移動ピン、２１・・・ガイド溝、２２・・・姿勢保持部材、２３・・・締結リング、２４・・・駆動側締結ねじ、２５・・・固定リング、２６・・・可動ピン締結ナット、２７・・・移動ピン締結ナット、２８・・・レバー被駆動側穴、２９・・・レバー固定ピン穴、３０・・・駆動側ガイド、３１・・・被駆動側ガイド、３２・・・ねじり回転中心

Claims (12)

1. 密封タンク内に駆動側電極と被駆動側電極を対向して設け、前記駆動側電極は駆動側主電極と駆動側アーク電極を有し、前記被駆動側電極は被駆動側主電極と被駆動側アーク電極を有し、前記駆動側アーク電極は操作器に接続され、前記被駆動側アーク電極は双方向駆動機構部に連結されたガス遮断器であって、
   前記双方向駆動機構部は、前記駆動側電極からの駆動力を受ける駆動側連結ロッドと、前記被駆動側アーク電極に接続した被駆動側連結ロッドと、前記駆動側連結ロッドの動作に対して前記被駆動側連結ロッドを反対方向に動作させる２つのレバーと、前記駆動側連結ロッドと前記被駆動側連結ロッドが内部を移動するガイドとを備え、
   前記２つのレバーは前記ガイドの外側であって両側に配置され、互いにレバー固定部材により回動自在に固定され、
   前記ガイドは側面にそれぞれ第二溝カムを有し、
   前記駆動側連結ロッドが有する第一溝カムと、前記ガイドの側面に有するそれぞれの第二溝カムと、前記２つのレバーそれぞれが有する第三溝カムそれぞれに、可動ピンを連通させ、
   前記可動ピンの軸が、遮断部の開閉動作軸に対して略直交するように保持する、前記レバーの外側面のそれぞれに設けられた姿勢保持部材を有し、
   前記可動ピンの前記第一溝カム、第二溝カム、第三溝カム内を移動する円筒部分の長さを前記２つのレバー、前記ガイド及び前記駆動側連結ロッドの積層方向厚さ以上とし、前記２つのレバーの端面と前記姿勢保持部材の間のガタ（ΔＬｐ）とピン長（Ｌｐ）の比（ΔＬｐ／Ｌｐ）を０．００２とし、前記姿勢保持部材の直径（Ｄ）と前記可動ピンの径（ｄ）の比（Ｄ／ｄ）が前記レバーのそれぞれの外側面に前記それぞれの姿勢保持部材の内側面が接触するように設けられることを特徴とする、
   ガス遮断器。
2. 前記姿勢保持部材は前記可動ピンに少なくとも２つ配置され、前記姿勢保持部材が前記２つのレバーそれぞれに接していることを特徴とする、請求項１に記載のガス遮断器。
3. 前記駆動側連結ロッドの動作により前記可動ピンが前記第一溝カム、前記第二溝カム、及び前記第三溝カムそれぞれを移動することで、前記レバーを回動させ、前記被駆動側連結ロッドが前記駆動側連結ロッドと反対方向に駆動され、前記被駆動側連結ロッドに接続する前記被駆動側アーク電極が前記駆動側連結ロッドに接続する前記駆動側電極の前記駆動側アーク電極と反対方向に駆動される、請求項２に記載のガス遮断器。
4. 前記第一溝カムは、第一直線部と、前記第一直線部に対し異なる軸上に設けられた第二直線部、及び前記第一直線部と前記第二直線部をつなぐ連結部で構成され、
   前記第一溝カムの鉛直方向の変位幅は、前記第二溝カムの鉛直方向の変位幅内であり、かつ、第三溝カムの鉛直方向の変位幅内に収まることを特徴とする、
   請求項３に記載のガス遮断器。
5. 前記可動ピンが前記第一直線部及び前記第二直線部上を移動するときに前記レバーは静止し、
   前記可動ピンが前記連結部上を移動するときは前記レバーが前記レバー固定部材を支点に回転する、
   請求項４に記載のガス遮断器。
6. 前記可動ピンが前記連結部上を移動するときに前記可動ピンが前記第二溝カム及び前記第三溝カムそれぞれを移動することを特徴とする、
   請求項４に記載のガス遮断器。
7. 前記可動ピンが前記連結部上を移動するときに前記可動ピンが前記第二溝カム及び前記第三溝カムそれぞれを移動することを特徴とする、
   請求項５に記載のガス遮断器。
8. 開極動作において、前記可動ピンは、前記第二直線部、前記連結部、前記第一直線部を一方向に移動し、閉極動作において、前記可動ピンは、前記第一直線部、前記連結部、及び前記第二直線部を一方向に移動する、
   請求項４に記載のガス遮断器。
9. 開極動作において、前記可動ピンは、前記第二直線部、前記連結部、前記第一直線部を一方向に移動し、閉極動作において、前記可動ピンは、前記第一直線部、前記連結部、及び前記第二直線部を一方向に移動する、
   請求項５に記載のガス遮断器。
10. 開極動作において、前記可動ピンは、前記第二直線部、前記連結部、前記第一直線部を一方向に移動し、閉極動作において、前記可動ピンは、前記第一直線部、前記連結部、及び前記第二直線部を一方向に移動する、
    請求項６に記載のガス遮断器。
11. 開極動作において、前記可動ピンは、前記第二直線部、前記連結部、前記第一直線部を一方向に移動し、閉極動作において、前記可動ピンは、前記第一直線部、前記連結部、及び前記第二直線部を一方向に移動する、
    請求項７に記載のガス遮断器。
12. 前記第一溝カムの前記第一直線部と、前記第二直線部と、前記連結部と、前記第二溝カムと、前記第三溝カムの位置関係は、前記駆動側電極の動作に対する前記被駆動側電極の動作の速度比で決まることを特徴とする、
    請求項４に記載のガス遮断器。

Images