JP7046272B1 - 開閉器及びガス絶縁開閉装置 - Google Patents

Abstract

軸棒（９）及び軸棒（９）を付勢するばね（１０）を有する固定側端子（２）と、固定側端子（２）と対向配置され、固定側端子（２）と電気的導通を確保する接離可能な可動電極棒（３）を備えた可動側端子（１）とを備えた開閉器（１００）であって、固定側端子（２）は、可動電極棒（３）の移動する軸に対して対称な位置に設けられかつ一端が固定されている複数の絶縁支持部（５、７、１５）により支持されることにより、開路時の衝撃力を分散するようにした。

Description

本開示は、開閉器及びガス絶縁開閉装置に関する。

開閉器の電流遮断性能を向上させるために、消弧構造として速動機構（早切り機構）を備えたものが知られている。速動機構とは、接点の回路時に接点回路速度を上昇させて接点損傷が生じない時間内で消弧に必要な長さまでアークを伸ばし、遮断性能を向上させる技術である。

出願人は、可動電極棒側の限られたスペースに速動機構を設けない構造を有する開閉器を提案している（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示された開閉器は、閉路するときには、固定側端子に対向して配置された可動側端子の内部に備えられた可動電極棒を移動することにより、固定側端子と可動側端子との間の導通を確保し、開路するときには固定側端子に設けられた速動機構によって固定側端子と可動電極棒との間の電流を遮断するように動作する。

特許第５１７９２７８号公報

特許文献１に記載された速動機構は、固定側端子と電気的に接続された軸棒と、軸棒の先端に開路時に発生するアークを受ける接点と、棒軸と可動電極棒を係合する係合器と、棒軸を可動側端子と反対方向に駆動させるばねを有している。そして、固定側端子と可動側端子の間を閉路する際に可動電極棒と軸棒とが係合し、開路する際に所定の位置でばねを放勢することで可動電極棒と軸棒とを乖離させて電流を遮断する構造を有する。そのため、開路する際にばねが放勢することで、可動電極棒と軸棒が乖離した後、可動接点が固定側端子と当接する際に衝撃力が発生する。従来は、可動側端子及び固定側端子を片持ち状態で支持しており、開閉時に発生する衝撃力によって固定側端子及び可動側端子の支持部の方向に大きな荷重が発生する。そのため、衝撃力の耐えうる程度の遮断電流に対応する、あるいは衝撃力が大きくなるため速動機構の高速化に制限がある等の制約が生じていた。

本願は、上記の課題を解決するための技術を開示するものであり、電流遮断時に発生する衝撃力を分散させ、安定した電流遮断機能を備えた開閉器を提供することを目的とする。

本願に開示される開閉器は、可動接点を有する固定側端子と、前記固定側端子と対向配置され、前記固定側端子と電気的導通を確保する接離可能な可動電極棒を備えた可動側端子とを備え、前記可動側端子は、前記固定側端子と対向する側と反対側で固定されており、前記可動接点は前記可動電極棒と同軸に移動する軸棒と、前記軸棒を付勢するばねとを有し、前記固定側端子と前記可動側端子との閉路時には、前記可動電極棒の一端が前記可動接点に係合され、前記固定側端子と前記可動側端子との開路時には、前記可動電極棒が前記可動接点に係合された状態で前記可動側端子の方向に移動することで、前記ばねが蓄勢され、前記可動電極棒が予め定められた位置に達すると前記ばねが放勢されて前記軸棒が前記固定側端子の方向に移動することで前記可動接点を前記可動電極棒から乖離させる開閉器であって、前記固定側端子は、一端が固定されている複数の絶縁支持部により支持され、前記絶縁支持部は前記可動電極棒の移動する軸に対して対称な位置に設けられているものである。

本願に開示される開閉器によれば、固定側端子を軸方向の対称な複数の方向から支持することで、電流遮断時（閉路時）に発生する衝撃力を分散させるので、安定した電流遮断機能が得られる。

実施の形態１に係る開閉器（開路状態）の要部断面図である。 実施の形態１に係る開閉器の固定側端子の一部拡大図である。 実施の形態１に係る開閉器（閉路状態）の要部断面図である。 実施の形態１に係る開閉器（開路動作中）の要部断面図である。 実施の形態１に係る比較例である開閉器の要部断面図である。 実施の形態２に係る開閉器（開路状態）の要部断面図である。

以下、本実施の形態について図を参照して説明する。なお、各図中、同一符号は、同一または相当部分を示すものとする。
本実施の形態に係る開閉器は、例えば電力会社の変電所及び一般需要家の受電点に設置されるガス絶縁開閉装置に用いられる。

実施の形態１．
以下、実施の形態１に係る開閉器について図を用いて説明する。
図１は、本実施の形態１に係る開閉器の構造を示す要部断面図である。図において、開閉器１００は開路状態である。開閉器１００は、一端がフランジ４に固定された第一の絶縁支持部５に可動側端子１及び固定側端子２の各上部が支持されており、可動側端子１と固定側端子２とは対向して配置されている。可動側端子１の下部にはフランジ４に接続された可動側の支持導体６により支持され、固定側端子２の下部には第二の絶縁支持部７と連結するための連結部１３が設けられ、支持導体６に固定された第二の絶縁支持部７が連結部１３に連結されて固定側端子２を支持している。更に、支持導体６は、中心に導体を備え、その周囲を絶縁物で覆い、フランジ４に固定されたブッシング１６に接続し支持されている。連結部１３の内部には直交する二方向にざぐり穴が設けられ、一方のざぐり穴で固定側端子２と連結部１３とが接続され、直交する他方のざぐり穴で第二の絶縁支持部７と連結部１３とが接続されている。これら接続に使用されるボルトが連結部１３から突出して、電界集中の発生を抑制している。

固定側端子２は外形が円筒形であり、可動側端子１側に可動接点８の軸棒９が円筒の軸に沿って配置され、軸棒９の周囲にはばね１０が設けられている。
可動側端子１は、固定側端子２の軸棒９と同軸に可動電極棒３が設けられ、その可動電極棒３の一端が可動接点８と係合することで開閉器１００が閉路し、可動電極棒３と可動接点８との係合が開放されることで、開閉器１００が開路する。また、可動電極棒３の他端は可動軸１１に接続され、可動軸１１は、例えばベローズを介してフランジ４の外部で操作機構部１２に接続されている。可動軸１１、可動電極棒３及び軸棒９は同軸である。

次に、開閉器１００において電流遮断機能を有する速動機構について説明する。図２は、固定側端子２の一部拡大図で可動接点８の構造を示す図である。可動接点８は上述したように軸棒９とその周囲に設けられたばね１０を備え、以下で述べるように閉路時には可動電極棒３の一端が可動接点８と係合し、軸棒９と電気的に接続される。なお、軸棒９は静止端１４により、開路時の位置が位置決めされている。図３は、開閉器１００が閉路状態を示す図である。図４は、図３の閉路状態から図１の開路状態への移行中の状態、すなわち開路動作中を示す図である。

図３において、閉路時は、操作機構部１２により可動軸１１を介して可動電極棒３が固定側端子２の方向に移動する。そして、可動電極棒３は固定側端子２に挿入され、ばね１０を押し込んで可動接点８と係合され、可動側端子１と固定側端子２とが電気的に導通する。

図４において、開閉器１００が開路動作を開始すると、操作機構部１２により可動電極棒３は可動側端子１側へ移動するとともに、可動接点８の軸棒９は可動電極棒３と係合したまま可動側端子１側に移動し、可動接点８を構成するばね１０が伸びるように蓄勢される。可動電極棒３または軸棒９が予め定められた所定の位置に達すると可動接点８と可動電極棒３との係合が外れ、ばね１０が放勢される。可動接点８は固定側端子２内へ格納され、可動電極棒３は可動側端子１内へ格納され、開路動作が完了し、図１の開路状態となる。

図４から図１の状態へ移行する開路動作中に、ばね１０が放勢することで、可動接点８が固定側端子２内移動し、軸棒９が静止端１４に当接するため、衝撃力が発生する。開閉器はこの衝撃力に耐える構造を備える必要がある。図５は実施の形態１の比較例に相当する図で、図１と異なるのは第二の絶縁支持部７を備えておらず、固定側端子２を下方から支持していないことである。図５のような構造の場合、開路時に可動接点８は固定側端子２内へ格納され、軸棒９が静止端１４に当接する時に衝撃力が発生すると、固定側端子２に対して水平方向に荷重が作用し、固定側端子２は第一の絶縁支持部５によって片持ち構造で支持されているため、第一の絶縁支持部５には図中矢印で示すように上向きに荷重が作用する。この構造において、電流遮断性能の向上を図る場合には、ばね１０の荷重を増加させて、開閉速度を増加させることが考えられる。しかしながら、ばね１０の蓄勢エネルギに依存する衝撃力の増加は第一の絶縁支持部５の変形または破壊を生じさせる虞がある。

本実施の形態１においては、図１、図３及び図４に示すように、固定側端子２の上部を第一の絶縁支持部５で支持し、可動軸１１に対して対称な位置にあたる固定側端子２の下部を第二の絶縁支持部７で支持している。第一の絶縁支持部５及び第二の絶縁支持部７は可動軸１１に対して対称でかつ平行となるように固定側端子２を支持している。すなわち、図１中の可動軸１１と第一の絶縁支持部５との距離Ｌ１と可動軸１１と第二の絶縁支持部７との距離Ｌ２とはほぼ等しくなるように第一の絶縁支持部５及び第二の絶縁支持部７を設けている。

また、本実施の形態１においては、図１、図３及び図４で一相分の開閉器の構造を示したが、三相用の開閉器ではこれら機器が水平方向に３つ並ぶことになる。すなわち、図面中奥行き方向に３つ並ぶ構成で開閉器を構成することになる。その場合、固定側端子２を支持する第一の絶縁支持部５及び第二の絶縁支持部を上下に配置することで、三相分の機器の互いの距離を小さくすることが可能となる。

第一の絶縁支持部５及び第二の絶縁支持部７には例えばエポキシ樹脂等を用い、開閉衝撃が生じる時の、第一の絶縁支持部５及び第二の絶縁支持部７の弾性変形量が同等となるよう調整することで、第一の絶縁支持部５及び第二の絶縁支持部７のいずれか一方に偏って荷重が作用することがない構造とすることが望ましい。このような構造とすることで、開閉器１００を支持するフランジ４への衝撃力の伝搬を抑制することが可能となる。そのため、フランジ４の強度を上げることなく、開閉速度を増加させて、電流遮断性能の向上を図ることが可能となる。

以上のように、実施の形態１に係る開閉器１００によれば、固定側端子２を可動軸１１に対して対称な位置で第一の絶縁支持部５及び第二の絶縁支持部７により支持し、第一の絶縁支持部５及び第二の絶縁支持部７は可動軸１１に平行で一端がフランジ４で固定されているので、開閉器１００の開閉動作の衝撃力を第一の絶縁支持部５及び第二の絶縁支持部７で分散させることができ、安定した電流遮断機能を備えた開閉器を提供することが可能となる。

また、第一の絶縁支持部５及び第二の絶縁支持部７により固定側端子２を支持し、荷重を分散させることで、第一の絶縁支持部５、第二の絶縁支持部７及び操作機構部１２の機械的な強度を従来よりも低く設計することが可能となるため、開閉器の小型化が可能となり、開閉器の設置スペースの縮小化及び開閉器のコスト低減を見込むことが可能となる。

実施の形態２．
以下、実施の形態２に係る開閉器について図６を用いて説明する。
図６は、本実施の形態２に係る開閉器の構造を示す要部断面図である。図において、開閉器１００は開路状態である。図１と異なるのは、固定側端子２の下部をフランジ４に直接固定された第二の絶縁支持部１５により支持されている点である。その他の構造は実施の形態１と同様のため、説明を省略する。

図６において、第二の絶縁支持部１５はフランジ４に直接固定され、可動側の支持導体６は第二の絶縁支持部１５とは独立してフランジ４に固定されている。第二の絶縁支持部１５と第一の絶縁支持部５とは実施の形態１のように、可動軸１１と第一の絶縁支持部５との距離Ｌ１と可動軸１１と第二の絶縁支持部１５との距離Ｌ２とがほぼ等しくなるように、可動軸１１に対して対称な位置でかつ可動軸１１と平行となるように配置される。また、第二の絶縁支持部１５は第一の絶縁支持部５と両者の弾性変形量が同等となるよう調整する。このように、固定側端子２の下部を第二の絶縁支持部１５で直接支持するので、実施の形態１のように連結部１３を設ける必要がなく、部品点数を削減することが可能となる。なお、可動側端子１は第一の絶縁支持部５とフランジ４に固定された支持導体６とで支持されている。

以上のように実施の形態２によれば、実施の形態１と同様の効果を奏するとともに、少ない部品点数で、固定側端子２を２方向から支持し、第一の絶縁支持部５と第二の絶縁支持部１５に作用する荷重を分散させる構造を有する開閉器を得ることができる。

その他の実施の形態．
上記実施の形態１、２では、固定側端子２を可動軸１１に対する対称な位置として上部下部から絶縁支持部で支持する例について示したが、固定側端子２を支持する２つの支持部材に同等に開閉時の荷重が分散するように設計できれば、上部、下部に限るものではない。垂直方向からずれた角度で対称な位置であってもよいし、可動軸１１に対し水平方向の位置であってもよい。

また、上記実施の形態１、２では、固定側端子２を可動軸１１に対する対称な位置として上部下部から絶縁支持部で支持する例について示したが、絶縁支持部は２つに限るものではない。可動軸１１から等距離で、可動軸１１の周りに等角となるような配置で、荷重を分散できるようにすればよい。

上記実施の形態１、２及びその他の実施の形態に係る開閉器をガス絶縁開閉装置に用いる場合は、操作機構部以外、すなわち可動側端子、固定側端子及び各絶縁支持部等がＳＦ_６ガスまたはドライエア等の封入された密閉容器に収納され、密閉容器の外部から操作機構部により開閉操作が行われることになる。

本開示は、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：可動側端子、 ２：固定側端子、 ３：可動電極棒、 ４：フランジ、 ５：第一の絶縁支持部、 ６：支持導体、７、１５：第二の絶縁支持部、 ８：可動接点、 ９：軸棒、 １０：ばね、 １１：可動軸、 １２：操作機構部、 １３：連結部、 １４：静止端、 １６：ブッシング、 １００：開閉器、 Ｌ１：可動軸と第一の絶縁支持部との距離、 Ｌ２：可動軸と第二の絶縁支持部との距離

Claims (7)

1. 可動接点を有する固定側端子と、前記固定側端子と対向配置され、前記固定側端子と電気的導通を確保する接離可能な可動電極棒を備えた可動側端子とを備え、
   前記可動側端子は、前記固定側端子と対向する側と反対側で固定されており、
   前記可動接点は前記可動電極棒と同軸に移動する軸棒と、前記軸棒を付勢するばねとを有し、
   前記固定側端子と前記可動側端子との閉路時には、前記可動電極棒の一端が前記可動接点に係合され、
   前記固定側端子と前記可動側端子との開路時には、前記可動電極棒が前記可動接点に係合された状態で前記可動側端子の方向に移動することで、前記ばねが蓄勢され、前記可動電極棒が予め定められた位置に達すると前記ばねが放勢されて前記軸棒が前記固定側端子の方向に移動することで前記可動接点を前記可動電極棒から乖離させる開閉器であって、
   前記固定側端子は、一端が固定されている複数の絶縁支持部により支持され、前記絶縁支持部は前記可動電極棒の移動する軸に対して対称な位置に設けられていることを特徴とする開閉器。
2. 複数の前記絶縁支持部は、前記可動電極棒の移動する軸に対して平行で、かつ等距離に設けられている請求項１に記載の開閉器。
3. 複数の前記絶縁支持部は、樹脂からなり、弾性変形量が同等である請求項１または２に記載の開閉器。
4. 複数の前記絶縁支持部の１つは、前記固定側端子及び前記可動側端子の両方を支持している請求項１から３のいずれか１項に記載の開閉器。
5. 複数の前記絶縁支持部の１つは、前記可動電極棒の移動する軸に対して、前記固定側端子及び前記可動側端子の両方を支持している前記絶縁支持部とは対称な位置に設けられている請求項４に記載の開閉器。
6. 前記絶縁支持部を２つ備え、一方は前記固定側端子の上部を支持し、他方は前記固定側端子の下部を支持している請求項１から５のいずれか１項に記載の開閉器。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載の開閉器を備えたガス絶縁開閉装置。

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