JP6710922B2 - スイッチギヤ及びスイッチギヤのガス封入方法 - Google Patents

Description

本発明は、密閉容器内に電力機器を収容してなるスイッチギヤ、及びそのスイッチギヤに設けた密閉容器内へのガス封入方法に関する。

例えば道路照明の受変電設備等に用いられるスイッチギヤにおいては、粉塵や湿気による汚損・結露から電力機器をより確実に保護できる耐環境性の高いものが求められる。このような耐環境性の高いスイッチギヤは、外殻筐体内に更に密閉容器を備え、高圧充電部の露出防止はもとより汚損・結露からの保護対象となっている電力機器をその密閉容器内に収容し、外部環境から遮断する構造をとっている（例えば特許文献１参照）。

特開２０１３−５１７８２号公報

スイッチギヤの密閉容器は、内部の電力機器を外部環境から遮断することで外部環境からの汚損・結露の発生を防止する一方で、密閉容器内においても規定湿度以下となるように密閉容器内の水分量を十分に低減することが行われている。

その一つの手法として、密閉容器を真空引きして容器内部の水分を十分に除去した上で、露点温度の低いガス、例えばＳＦ_６ガス等の絶縁ガスの封入が行われている。封入するＳＦ_６ガスは、非常に優れた絶縁性能を有するガスでもある。反面、絶縁性能に優れるＳＦ_６ガスは温室効果も非常に高いため、封入ガスとしては近年敬遠されがちである。

そのため、ＳＦ_６ガスの代替ガスとしてドライエアや窒素ガス等が用いられる手法もある。つまり、密閉容器の構造は同じとし、ガスの封入手法もＳＦ_６ガス時の手法を踏襲して行われ、単に封入ガスをＳＦ_６ガスからドライエアや窒素ガス等に変更するのみである。

しかしながら、密閉容器内を真空引きした後にガスを封入する手法では、スイッチギヤの組立時のガス封入の際や、スイッチギヤを設置する現地での施工時のガス再封入の際に、真空引きポンプ等が必要である。真空引きポンプによる施工性は、良好であるとは言えない。また当然ながら、密閉容器を真空引きに耐え得る高剛性な構造にて構成する必要もある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、電力機器を収容する密閉容器内へのガスの封入を容易とし、また密閉容器自体の剛性を抑えて構成することができるスイッチギヤ及びスイッチギヤのガス封入方法を提供することにある。

上記課題を解決するスイッチギヤは、密閉容器内に電力機器を収容してなるスイッチギヤであって、前記密閉容器に封入する封入ガスを導入するための開閉操作可能な入力弁と、前記封入ガスの導入に伴い前記密閉容器の内部ガスを放出するための開閉操作可能な出力弁とを備える。

この構成によれば、密閉容器に入力弁と出力弁とが備えられ、入力弁と出力弁とを共に開弁して、出力弁から内部ガスの放出を行いながら入力弁から相対的に低湿度な封入ガスの導入が可能である。つまり、密閉容器内で少なくとも結露しない程度の低湿度化を図るべく封入ガスの導入（置換）が真空引きせずに略大気圧で可能なため、密閉容器内への封入ガスの封入が容易である。また、密閉容器を真空引きに耐え得るような特段高剛性な構造に構成する必要はなく、密閉容器の小型軽量化が図れる。尚、この場合の封入ガスには、環境負荷の小さいガス（ドライエア、窒素ガス、窒素と酸素の混合ガス等）を用いるのが好ましい。

また、上記のスイッチギヤにおいて、前記入力弁は前記密閉容器の下縁側に設けられ、前記出力弁は前記密閉容器の上縁側に設けられていることが好ましい。
この構成によれば、入力弁は密閉容器の下縁側に、出力弁は密閉容器の上縁側に、つまり入力弁と出力弁とが密閉容器の一端と他端に設けられることから、密閉容器内の封入ガスの置換を効率良く行うことが可能である。

また、上記のスイッチギヤにおいて、前記密閉容器の内部には、前記入力弁と接続されて前記入力弁から導入される封入ガスを複数箇所に設けた放出孔から前記密閉容器内に分配して放出する分配部材が設けられていることが好ましい。

この構成によれば、密閉容器内において、入力弁から導入される封入ガスが分配部材の複数の放出孔から容器の内部空間にそれぞれ放出することが可能となるため、密閉容器内の封入ガスの置換を効率良く行うことが可能である。

また、上記のスイッチギヤにおいて、前記入力弁が１つに対し、前記出力弁が複数設けられていることが好ましい。
この構成によれば、１つの入力弁にて封入ガスの導入を行い、複数の出力弁から内部ガスの放出を行うことが可能となるため、密閉容器内への封入ガスの導入が容易であり、また密閉容器からの内部ガスの放出を効率良く行うことが可能である。

また、上記のスイッチギヤにおいて、前記密閉容器の外側面に締結部材の締結にて補強部材が取り付けられていることが好ましい。
密閉容器内のガス置換を真空引きせずに行う手法を用いているため、密閉容器に求められる剛性はさほど高くなくても十分である。そのため、密閉容器の外側面に対して締結部材の締結により補強部材を取り付けるといった簡易な取付態様でも、密閉容器の十分な剛性を得ることが可能である。

また、上記課題を解決するスイッチギヤのガス封入方法は、上記のスイッチギヤに対し、前記入力弁からの前記封入ガスの導入と、前記封入ガスの導入に伴う前記出力弁からの前記密閉容器の内部ガスの放出とを行い、前記密閉容器内の低湿度化を図るためのガス置換を真空引きせずに行う。

この構成によれば、出力弁から内部ガスの放出を行いながら入力弁から相対的に低湿度な封入ガスの導入が行われるため、密閉容器内で少なくとも結露しない程度の低湿度化を図るべく封入ガスの導入（置換）が真空引きせずに略大気圧で行える。つまり、密閉容器を真空引きに耐え得るような特段高剛性な構造に構成する必要はなく、密閉容器の小型軽量化が図れる。

本発明のスイッチギヤ及びスイッチギヤのガス封入方法を用いることで、電力機器を収容する密閉容器内へのガスの封入を容易とすることができ、また密閉容器自体の剛性を抑えて構成することができる。

実施形態におけるスイッチギヤの概略構成を示す正面図である。 スイッチギヤの概略構成及びガス置換を説明するための斜視図である。 スイッチギヤの概略構成及びガス置換を説明するための側面図である。 スイッチギヤの電気的構成を示す回路図である。 別例におけるスイッチギヤの概略構成を示す斜視図である。

以下、スイッチギヤ及びスイッチギヤのガス封入方法の一実施形態について説明する。
図１〜３に示す本実施形態のスイッチギヤ１０は、例えば道路照明の受変電設備等に用いられるものであって、路側若しくは高架下等に設置されるものである。つまり、スイッチギヤ１０には、粉塵や湿気による汚損・結露から電力機器をより確実に保護できる耐環境性が高く構成されている。

スイッチギヤ１０の外側筐体１１は、少なくとも前面（正面）全体が開口する筐体本体１１ａと、筐体本体１１ａの開口に対して左右それぞれに開閉可能な一対の扉体１１ｂとを備え、扉体１１ｂを開けることで作業者等が内部設備を確認・操作可能である。筐体本体１１ａ内においては、正面視で右端から左に向けて３／４程の範囲で受電装置１２が組み込まれ、左端から右に向けて１／４程の範囲で低圧盤１３が組み込まれている。受電装置１２には、高圧充電部の露出防止や汚損・結露から電力機器を保護するための密閉容器（密閉タンク）１４が用いられる。

本実施形態のスイッチギヤ１０内に収容する電力機器としては、例えば断路器１５、接地開閉器１６、主トランス１７、補助トランス１８、遮断器１９、リレー用変流器２０ａ、及び計測用変流器２０ｂ等が備えられている。これらの内、断路器１５、接地開閉器１６、主トランス１７、及び補助トランス１８等は、汚損・結露からの保護対象となっており、密閉容器１４内に収容されている。これら以外の遮断器１９、リレー用変流器２０ａ、及び計測用変流器２０ｂ等は、低圧盤１３に設置されている。

本実施形態のスイッチギヤ１０内に設置の各種電力機器の結線態様は、図４に示すようになっている。即ち、電力系統に接続される母線に対して断路器１５と接地開閉器１６とが並列に接続されており、接地開閉器１６の後段側電路は密閉容器１４を出て接地されている。断路器１５の後段には、主トランス１７と補助トランス１８とが並列に接続されている。補助トランス１８の後段側電路は密閉容器１４を出て所定設備に接続されている。主トランス１７の後段側電路は、密閉容器１４を出て低圧盤１３側に延び、低圧盤１３上で遮断器１９に接続されている。そして、遮断器１９の後段には、リレー用変流器２０ａ、計測用変流器２０ｂが設置されている。

また、本実施形態の密閉容器１４は、内部湿度が規定湿度以下、例えば２０℃で湿度が１５％以下となるようにドライエア（窒素ガス、窒素と酸素の混合ガス等でも可）の封入がなされている。ドライエアは、極めて低湿度で、露点温度が例えば−６０℃のものが用いられる。

ここで、密閉容器１４の前面下縁側中央部には、ガス導入用の入力弁２１が備えられている。入力弁２１は、レバー２１ａの操作により手動開閉が可能である。密閉容器１４内の底面付近には、その入力弁２１と接続される分配パイプ２２が設置されている。分配パイプ２２は、中央部と両側部とで３つに分岐しており、前面から後面側に延びている。また、この分配パイプ２２の上面には、複数の放出孔２２ａが所定箇所に設けられている。また、入力弁２１を設けた密閉容器１４の下縁側とは反対に、密閉容器１４の前面上縁側の中央部及び両側部の３箇所には、ガス放出用の出力弁２３がそれぞれ備えられている。各出力弁２３は、入力弁２１と同様の構成のものであり、レバー２３ａの操作により手動開閉が可能である。

また、密閉容器１４へのドライエアの封入に際しては、ドライエア置換装置２４が用いられる。本実施形態のドライエア置換装置２４は、ドライエアが充填されるドライエアボンベ２４ａと、圧力調整器２４ｂと、接続ホース２４ｃとを備えるものである。換言すれば、本実施形態では真空ポンプは用いてない。

そして、密閉容器１４へのドライエアの封入を作業者が行うにあたって、先ず接続ホース２４ｃの先端部が密閉容器１４の入力弁２１に接続される。次いで、入力弁２１及び３つの出力弁２３がそれぞれ開弁される。

圧力調整器２４ｂの操作（開弁及び設定圧例えば５ｋｐａ）によりドライエアボンベ２４ａからドライエアの出力が開始され、入力弁２１から密閉容器１４内にドライエアが順次導入される。ドライエアは、図２及び図３に示すように密閉容器１４内に備えられる分配パイプ２２及びその放出孔２２ａにより、密閉容器１４の底面全体に分配されて放出される。また、この入力弁２１からのドライエアの導入に伴い、開弁状態にある各出力弁２３からは密閉容器１４内の内部ガス（湿った内部エア）が順次大気に放出される。つまり、密閉容器１４内へのドライエアの導入（置換）は略大気圧で行われる。

密閉容器１４の内部湿度が規定湿度以下、例えば湿度１５％以下となるのに十分な時間（例えば１時間）が経過すると、圧力調整器２４ｂによるドライエアの出力が停止され、また入力弁２１及び出力弁２３が作業者により閉弁される。またこの場合、出力弁２３の１つに湿度監視器２３ｂ（図３参照）を組み込み、密閉容器１４から放出される内気エアの湿度を作業者が目視可能とし、内部ガスが規定湿度以下となったことでドライエアの導入を停止させてもよい。こうして、密閉容器１４内にドライエアの封入がなされる。

このように本実施形態では、密閉容器１４内のドライエアの置換（封入）が略大気圧で行われるため、密閉容器１４内へのドライエアの封入が容易である。また、密閉容器１４を特段高剛性な構造に構成する必要はなく、密閉容器１４の小型軽量化が可能である。尚、このガスの置換（封入）手法は、出力弁２３から内部ガス（湿った内部エア）を放出しながら行うため、導入するガスが環境負荷の小さいガスであることが好ましく、本実施形態で用いるドライエア（窒素ガス、窒素と酸素の混合ガス等でも同様）といったガスを用いることで可能となっている。

次に、本実施形態の特徴的な効果を記載する。
（１）密閉容器１４に入力弁２１と出力弁２３とが備えられ、入力弁２１と出力弁２３とを共に開弁して、出力弁２３から内部ガス（湿った内部エア）の放出を行いながら入力弁２１からのドライエアの導入が行われる。つまり、密閉容器１４内の低湿度化を図るべくドライエアの導入（置換）を真空引きせずに略大気圧で行うことができるため、密閉容器１４内へのドライエアの封入を真空ポンプを用いることなく容易に行うことができる。また、密閉容器１４を真空引きに耐え得るような特段高剛性な構造に構成する必要がないため、密閉容器１４の小型軽量化を図ることができる。

（２）入力弁２１は密閉容器１４の下縁側に、出力弁２３は密閉容器１４の上縁側にそれぞれ設けられる。つまり、入力弁２１と出力弁２３とが密閉容器１４の一端と他端に設けられることから、密閉容器１４内のドライエアの置換を効率良く行うことができる。

（３）密閉容器１４内には、入力弁２１と接続され、複数の放出孔２２ａを有する分配パイプ２２が設置される。つまり、密閉容器１４内において、入力弁２１から導入されるドライエアが分配パイプ２２の複数の放出孔２２ａから容器１４の内部空間にそれぞれ放出されるため、このことによっても密閉容器１４内のドライエアの置換を効率良く行うことができる。

（４）密閉容器１４には、入力弁２１が１つ、出力弁２３が３つ設けられる。つまり、１つの入力弁２１にてドライエアの導入が行われ、３つの出力弁２３から内部ガスの放出が行われるため、密閉容器１４内へのドライエアの導入を容易に行うことができ、また密閉容器１４からの内部ガスの放出を効率良く行うことができる。

（５）密閉容器１４内のガスの置換を時間経過に基づいて行うようにすれば、時間計時のみで簡単に行うことができる。
（６）密閉容器１４内のガスの置換を出力弁２３から放出されるガスの湿度監視（湿度監視器２３ｂによる）に基づいて行うようにすれば、ガスの置換をより確実に行うことができ、またドライエアの使用量の節約も期待できる。

（７）密閉容器１４の内部ガスを出力弁２３から放出しながら行うため、入力弁２１から導入するガスの一部が大気に放出される。そのため、ドライエアや窒素ガス等を用いる本実施形態の手法では、環境に与える影響は極めて小さい。

尚、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
・密閉容器１４内に封入する封入ガスとして、ドライエア以外で、窒素ガス、窒素と酸素の混合ガスを用いてもよく、更にはこれ以外のガスを用いてもよい。この場合、環境負荷の小さいガスを用いるのが好ましい。また、シリカゲル等の乾燥剤を密閉容器１４内に配置し、ドライエア等と併用してもよい。

・入力弁２１を密閉容器１４の前面下縁側、出力弁２３をその前面上縁側に設けたが、入力弁２１を上縁側、出力弁２３を下縁側に設けてもよい。また、左縁側、右縁側に分けて設けてもよい。また、密閉容器１４の前面以外、例えば側面、背面、上面、底面等に設ける等、入力弁２１と出力弁２３との設置位置を適宜変更してもよい。

・入力弁２１を１つ、出力弁２３を３つとしたが、入力弁２１と出力弁２３との数を適宜変更してもよい。例えば、出力弁２３を１つにしてもよい。
・密閉容器１４内において、入力弁２１と接続されて複数の放出孔２２ａを有する図２に示すような分配パイプ２２を設置したが、分配パイプ２２の構成はこれに限らず、適宜変更してもよい。また、分配パイプ２２自体を用いなくてもよい。

・入力弁２１及び出力弁２３の開閉を手動で行うものを用いたが、逆止弁等の一方向弁を用いてもよい。また、アクチュエータで開閉を行う自動開閉弁を用いてもよい。
・スイッチギヤ１０の設置環境によって周囲温度が例えば−５℃以下となるような場合等、スイッチギヤ１０にスペースヒータ等を用い、特に密閉容器１４内に結露を誘発させるような極低温となることを未然に防止する構成としてもよい。

・スイッチギヤ１０に用いられる電力機器や結線は一例であり、これらを適宜変更してもよい。また、密閉容器１４の形状についても矩形箱形状のみならず、例えば円筒形状等、適宜変更してもよい。

・図５は、密閉容器１４の高剛性化を図る一例である。密閉容器１４の両側壁外側面１４ａ，１４ｂと背壁外側面１４ｃとのそれぞれに補強部材２５が取り付けられている。補強部材２５は、金属板材を用いてコ字状で長尺状に形成されており、適宜設けられる取付部２５ａに対して外側からの取付ボルト２６の締結により各外側面１４ａ〜１４ｃに取り付けられる。因みに、両側壁外側面１４ａ，１４ｂ及び背壁外側面１４ｃには、それぞれ長手方向が水平方向に向けられた３本の補強部材２５が上下方向に所定間隔を空けて取り付けられている。

ここで、密閉容器に対して真空引きを行うことを想定した場合、密閉容器をより高剛性に構成するために補強部材（補強リブ）が各壁部内側面に溶接して強固に固定することが一般に行われる。また、真空引きを行う際に密閉容器の変形が生じるため、これに対応する溶接態様が求められ、煩雑である。

これに対し本実施形態では、密閉容器１４内のガス置換を真空引きせずに行う手法を用いているため、密閉容器１４に求められる剛性はさほど高くなくても十分である。従って、密閉容器１４の外側から取付ボルト２６にて補強部材２５を取り付けるといった簡易な取付態様でも、密閉容器１４の剛性を十分得ることができる。また、ガス置換の際の密閉容器１４の変形は殆ど生じないため、取付ボルト２６の締結構造や位置等を特段考慮する必要もない。尚、補強部材２５や取付ボルト２６（締結部材）の構造、配置、数等はこれに限らず、適宜変更してもよい。

次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想を以下に追記する。
（イ）スイッチギヤのガス封入方法において、前記密閉容器のガス置換を時間経過で行うことを特徴とするスイッチギヤのガス封入方法。

（ロ）スイッチギヤのガス封入方法において、前記密閉容器のガス置換を前記出力弁から放出されるガスの湿度監視に基づいて行うことを特徴とするスイッチギヤのガス封入方法。

（ハ）スイッチギヤのガス封入方法において、前記封入ガスは、ドライエア、窒素ガス、窒素と酸素の混合ガスであることを特徴とするスイッチギヤのガス封入方法。

１４…密閉容器、１５…断路器（電力機器）、１６…接地開閉器（電力機器）、１７…主トランス１７（電力機器）、１８…補助トランス（電力機器）、２１…入力弁、２２…分配パイプ（分配部材）、２３…出力弁、２５…補強部材、２６…取付ボルト（締結部材）。

Claims (6)

1. 密閉容器内に電力機器を収容してなるスイッチギヤであって、
   前記密閉容器に封入するドライエアを導入するための開閉操作可能な入力弁と、前記ドライエアの導入に伴い前記密閉容器の内部エアを大気に直接放出するための開閉操作可能な出力弁とを備え、
   前記出力弁には、前記密閉容器から放出される内部エアの湿度を監視するための湿度監視器が設けられていることを特徴とするスイッチギヤ。
2. 請求項１に記載のスイッチギヤにおいて、
   前記入力弁は前記密閉容器の下縁側に設けられ、前記出力弁は前記密閉容器の上縁側に設けられていることを特徴とするスイッチギヤ。
3. 請求項１又は２に記載のスイッチギヤにおいて、
   前記密閉容器の内部には、前記入力弁と接続されて前記入力弁から導入されるドライエアを複数箇所に設けた放出孔から前記密閉容器内に分配して放出する分配部材が設けられていることを特徴とするスイッチギヤ。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載のスイッチギヤにおいて、
   前記入力弁が１つに対し、前記出力弁が複数設けられていることを特徴とするスイッチギヤ。
5. 請求項１〜４の何れか１項に記載のスイッチギヤにおいて、
   前記密閉容器の外側面に締結部材の締結にて補強部材が取り付けられていることを特徴とするスイッチギヤ。
6. 密閉容器内に電力機器を収容してなるスイッチギヤであって、前記密閉容器に封入するドライエアを導入するための開閉操作可能な入力弁と、前記ドライエアの導入に伴い前記密閉容器の内部エアを大気に直接放出するための開閉操作可能な出力弁とを備えたスイッチギヤに対し、前記入力弁からの前記ドライエアの導入と、前記ドライエアの導入に伴う前記出力弁からの前記密閉容器の内部エアの大気への直接放出とを行い、前記密閉容器内の低湿度化を図るためのガス置換を真空引きせずに前記出力弁から内部エアを放出しながら行うことを特徴とするスイッチギヤのガス封入方法。

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