JP7051011B1 - ガス絶縁開閉装置 - Google Patents

Abstract

固定側端子（１）の可動側端子（２）と対向する部分に電界緩和用シールド（１２ｄ）を設け、さらに電界緩和用シールドユニット（１２）を可動側端子（２）の方向へ可動する構造とし、通電を行う機能を固定側端子（１）に、端子間の電界を緩和する機能を電界緩和用シールドユニット（１２）に切り分ける構造とした。可動側端子（２）と固定側端子（１）の距離よりも比較的近い位置で遮断用電極（８）の電界が緩和され、開路時に上昇する回復電圧による再点弧を抑制できるので、遮断用電極（８）を駆動させる速度を低下することが可能となる。

Description

本願はガス絶縁開閉装置に関するものである。

ガス絶縁開閉装置に収納される断路器は、多くの場合は電流を遮断する機能を有していない。例えば、特許文献１には、固定側端子と可動電極棒を備えた可動側端子が対向して配置された断路器において、固定側端子に電流を遮断するための速動機構を備えている。

速動機構には固定側端子と電気的に接続された軸棒と、軸棒の先端に電流を遮断する際に発生するアークを受ける遮断用電極と、軸棒を可動電極棒と係合する係合器と、遮断用電極を軸棒ごと可動電極棒と反対方向に駆動させる開極バネを有している。

固定側端子と可動側端子の間を可動電極棒で閉路する際に可動電極棒と軸棒を係合し、開路させる際に可動電極棒が軸棒を引っ張ることで開極バネを蓄勢し、所定の位置で係合器を乖離させて開極バネを放勢して軸棒を駆動させることで、遮断用電極を可動電極棒と反対方向に乖離させて電流を遮断する構造を有している。

特許第５１９２７８号公報

特許文献１では、固定側端子と可動側端子の間が開路された状態では断路極間となるため、対地間及び相間と比較して高い耐電圧性能を持つ必要がある。このため、固定側端子と可動側端子間の距離が比較的離れている。

また、電流を遮断する際に電流遮断後に発生する回復電圧による再点弧を抑制するために、可動電極棒と遮断用電極が切離した直後から上昇していく回復電圧に対して必要な耐電圧性能を確保する必要がある。

耐電圧性能を確保する対策の一つとして、遮断用電極を固定側端子の内側に格納して端子間の電界を緩和する案がある。しかし、前述のとおり断路極間が離れているため、遮断用電極を短時間で固定側端子に格納するために速く駆動させる必要があった。特にケーブル充電電流遮断のように、比較的高い回復電圧を伴う遮断を行う場合には、さらに速く遮断用電極を駆動させる必要があった。

本願は、このような問題を解決するためになされたもので、回復電圧を伴う遮断の際にも遮断用電極を駆動させる速度を従来よりも低下させることができるガス絶縁開閉装置の構成を提供することを目的とする。

本願に開示されるガス絶縁開閉装置は、
絶縁ガスを封入した密閉容器内に設置された固定側端子と、固定側端子と対向配置され、固定側端子と電気的導通を確保するため接離可能な可動電極棒を備えた可動側端子と、可動側端子と固定側端子の電気的導通を遮断する駆動機構を備えたものであって、固定側端子に、閉路時に可動電極棒と係合する可動式の遮断用電極と、可動式の電界緩和用シールドと、を備え、可動電極棒と遮断用電極との係合の切り離し時に、遮断用電極の動作に連動して電界緩和用シールドが可動側端子方向に移動し、遮断用電極が電界緩和用シールド内側に格納されることを特徴とする。

本願に開示されるガス絶縁開閉装置によれば、
電界緩和用シールドに遮断用電極が格納されることで、可動側端子と固定側端子の距離が比較的短い位置において遮断用電極の電界が緩和され、上昇する回復電圧による再点弧を抑制できるので、遮断用電極を駆動させる速度を低下することが可能となる。

実施の形態１におけるガス絶縁開閉装置の断路器開路状態の要部断面図である。 実施の形態１におけるガス絶縁開閉装置の断路器に搭載される遮断用電極の要部断面図である。 実施の形態１におけるガス絶縁開閉装置の断路器に搭載される電界緩和用シールドユニットの要部断面図である。 実施の形態１におけるガス絶縁開閉装置の断路器閉路状態の要部断面図である。 実施の形態１におけるガス絶縁開閉装置の断路器閉路状態から開路状態へ移行途中において係合部が係合した直後の要部断面図である。 実施の形態１におけるガス絶縁開閉装置の断路器の係合部開放乖離直前の要部断面図である。 実施の形態１におけるガス絶縁開閉装置の断路器の係合部開放乖離直後の要部断面図である。 実施の形態１におけるガス絶縁開閉装置の断路器に搭載される遮断用電極が電界緩和用シールドの内側に格納された直後の要部断面図である。 実施の形態２におけるガス絶縁開閉装置の断路器に搭載される軸棒止端と電界緩和用シールド止端の要部断面図である。

以下、本願に係るガス絶縁開閉装置の好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、同一内容および相当部については同一符号を配し、その詳しい説明は省略する。以降の実施の形態も同様に、同一符号を付した構成について重複した説明は省略する。

実施の形態１．
図１は実施の形態１のガス絶縁開閉装置の断路器開路状態の要部断面図である。電路を開閉するために必要な基本的な機能は、固定側端子１、可動側端子２、および可動電極棒３から構成される。これら構成は、ガスを封入した密閉容器内に配置されている。以下各構成につき詳細に説明する。

円筒導体１１は、一端面が固定側端子１の一端と同軸上に、機械的および電気的に接続されている。また、他端面は機械的および電気的にベース導体５ｂに接続されている。機械的接続方法としてボルト固定を行なってもよく、電気的接続を得るために接触面を銀メッキしてもよい。また、外周を曲面で形成されたベース導体５ａがベース導体５ｂを覆うように固定される。

ピストン６は、ベース導体５ｂに対し垂直かつ固定側端子１に形成された開口部と同軸に機械的および電気的に接続されている。従って言うまでもないが、ピストン６は固定されており、動かない。機械的接続方法としてボルト固定を行なってもよく、電気的接続を得るために接触面を銀メッキしてもよい。

円筒形状のシリンダ７は、ピストン６に挿設されており、ピストン用接触子９によって相互間の電気的導通を確保している。このシリンダ７はピストン６に沿って摺動するが、動作の詳細は後述する。

シリンダ７の開口端部の外周部に張り出し部１３が形成または配設される。張り出し部１３の径は、円筒導体１１の内径とほぼ同じ外径をもち、シリンダ７の移動に伴い、円筒導体１１の内周面を左右に移動可能とする。

ストッパ１４は、内径が張り出し部１３の外径より小さいものであって、円筒導体１１の円筒内の予め定められた位置に形成される。この予め定められた位置は、開極バネ１０の弾性力などにより決定される。また、つるまき状の開極バネ１０はシリンダ７の外周に沿って配設され、一端は、張り出し部１３の端部に設けたバネ受けに固定され、他端は固定側端子１側の円筒内部のばね受けに固定されている。

シリンダ７の固定側端子１側の先端部にはシリンダ７と同軸に機械的および電気的に接続された棒状の遮断用電極８が接続されている。図２は、遮断用電極８の要部断面図である。遮断用電極８は、台座となる軸棒止端８ａ、軸棒止端８ａから延びる軸棒８ｂ、軸棒８ｂの周囲に配設される接圧バネ８ｃ、軸棒８ｂに取り付けられた雄側係合部８ｄ、軸棒８ｂ上を摺動可能な補助電極８ｅより構成されている。接圧バネ８ｃは、つるまき状であり、軸棒８ｂの周囲に雄側係合部８ｄと同軸に配設されるとともに、接圧バネ８ｃの一端は軸棒止端８ａに固定され、他端は補助電極８ｅに固定されている。軸棒止端８ａには、後述する、開極バネ１０の状態に応じて、後述する電界緩和用シールド止端１２ａに設ける接触端面１２ｅと接触する接触端面８ｆを形成する。

雄側係合部８ｄの一端部は、軸棒８ｂ内に挿入され取り付けられる。他端部は、後述する可動電極棒３の雌側係合部３ａと閉路時に係合する。また、接圧バネ８ｃの開放状態において、雄側係合部８ｄの先端部は補助電極８ｅよりも内側に位置する。

補助電極８ｅは、軸棒８ｂが貫通可能な孔部を中央に形成したリング形状をしており、軸棒８ｂ上を軸方向に摺動可能とする。このような構造により、後述する可動電極棒３が、図１の紙面右から左へ動いて補助電極８ｅと接触し、さらに補助電極８ｅを押圧すると、補助電極８ｅに一端が取り付けられた接圧バネ８ｃが縮んで、補助電極８ｅを軸棒止端８ａ側に移動させることで、補助電極８ｅの開口部から雄側係合部８ｄが突出し、雌側係合部３ａと係合する（後述する図４参照）。接圧バネ８ｃが縮むことで補助電極８ｅを可動電極棒３へ当接させる荷重を付与し、補助電極８ｅは可動電極棒３から遮断用電極８への電導を担う。

図３は電界緩和用シールドユニット１２の要部断面図である。電界緩和用シールドユニット１２は、台座となる電界緩和用シールド止端１２ａ、電界緩和用シールド止端１２ａから延びる支柱１２ｂ、支柱１２ｂの周囲に配設されたシールドバネ１２ｃ、支柱１２ｂの先端部に取り付けられた電界緩和用シールド１２ｄにより構成されている。

電界緩和用シールド止端１２ａは、シリンダ７が貫通可能な孔部１２ｇが中央に形成されている。さらに、図１に示す開路時には、電界緩和用シールド止端１２ａの端部と円筒導体１１が接触するとともに、開極バネ１０の弾性力がシールドバネ１２ｃの弾性力よりも大きく設定されているため、接触端面１２ｆを軸棒止端８ａに形成された接触端面８ｇで押圧した状態で係合している。支柱１２ｂは固定側端子１を貫通し、先端部に電界緩和用シールド１２ｄが取り付けられている。シールドバネ１２ｃは、一端を支柱１２ｂと、他端を固定側端子１の外周に形成された凹部と結合されている。電界緩和用シールド１２ｄは、電界の集中を緩和できるように、表面がなだらかな曲面で形成され、図１で示す開路時および図８で示す切り離し後には、電界緩和用シールド１２ｄの先端部が、補助電極８ｅの先端部よりも可動側端子２側に配置され、電界緩和用シールド１２ｄの内側に遮断用電極８が格納された状態となる。

次に、図１の可動側端子２について説明する。可動側端子２に搭載された可動電極棒３は、中空に成形されており、この中空部に雌側係合部３ａが配設される。雌側係合部３ａは、外周面に可動電極棒用接触子４を設け、可動側端子２と電気的に接続される。可動電極棒３は、可動側端子２を貫通する貫通孔２ａ内を図１の紙面左右方向に摺動可能に構成される。このような構成により、図４で後述するように、閉路時に、可動電極棒３が固定側端子１の内側まで移動して、雌側係合部３aと固定側端子１側の雄側係合部８ｄとが係合し、可動側端子２と固定側端子１とが電気的に接続されて電路を形成する。

以上のように構成されたガス絶縁開閉装置の断路器の動作を説明する。
開極バネ１０は、図１に示す開路状態において、シールドバネ１２ｃが圧縮された状態の弾性力より強い弾性力を設定している。これにより、開極バネ１０の弾性力を受けるシリンダ７に機械的に接続されている軸棒止端８ａには、紙面左側方向の力が発生するため、遮断用電極８は、電界緩和用シールドユニット１２と共に円筒導体１１端面付近で保持される。また、シールドバネ１２ｃは圧縮された状態である。また、ピストン６はシリンダ７の最も深い位置まで挿入され、補助電極８ｅは、軸棒８ｂの先端部に位置し、雄側係合部８ｄが補助電極８ｅ内に配置されている。

図４は図示しない駆動装置が、可動側端子２の貫通孔２ａから可動電極棒３を、紙面左方向の固定側端子１の方向に移動させるように駆動し、可動電極棒３と補助電極８ｅとが当接した閉路状態を示している。この状態では、補助電極８ｅが可動電極棒３に押されて、紙面左側に押し込まれ、軸棒８ｂ上を移動するのに伴い、補助電極８ｅに一端が固定された接圧バネ８ｃも補助電極８ｅと共に紙面左側へ押し込まれ圧縮される。この時、補助電極８ｅから雄側係合部８ｄが突出し、可動電極棒３の中空部内に入り込んでいく。雄側係合部８ｄの外径は、雌側係合部の内径より小さいので、ストレス無く、可動電極棒３内に突入する。この閉路状態では主回路電流は、可動側端子２、可動電極棒３、固定側端子１へと流れる。

次に開路動作を説明する。図５は、図４の閉路状態から開路状態に戻る際に、可動電極棒３が、紙面右方向の可動側端子２側に移動していく。可動電極棒３が可動側端子２側へ移動完了するまで、雄側係合部８ｄと、雌側係合部３aとの係合は保持されたまま、遮断用電極８も可動側端子２側へ移動する。また、可動電極棒３と遮断用電極８接触しており、電気的に接続した状態を保持している。このような状態で、可動電極棒３と遮断用電極８とが、図５の状態から図６の状態に、可動側端子２側へ移動するのに伴い、雄側係合部８ｄが固定されている一連の部品、すなわち軸棒８ｂ、補助電極８ｅ、接圧バネ８ｃ、シリンダ７も可動電極棒３および雌側係合部３ａとともに図面右側に移動する。そしてシリンダ７の移動に伴い開極バネ１０は圧縮され蓄勢される。また、遮断用電極８の移動に伴い、電界緩和用シールド止端１２ａは、軸棒止端８ａから受ける力から解放されるため、シールドバネ１２ｃは放勢され、電界緩和用シールドユニット１２は可動側端子２側へ移動する。

図６は可動電極棒３が遮断用電極８を伴って可動側端子２側へ移動し、開路所定位置に戻る直前、すなわち係合部乖離直前の状態を示している。雄側係合部８ｄと雌側係合部３ａが係合された状態における開路動作の最終位置を示しており、ストッパ１４と張り出し部１３とが接触している。この時、開極バネ１０は最も縮んだ状態である。これ以上、可動電極棒３が図面右側に移動しようとしても、シリンダ７はストッパ１４に阻止されて右側に動くことができない。ストッパ１４と張り出し部１３とが解放器として機能し、雄側係合部８ｄと雌側係合部３ａは係合を維持しきれなくなり、係合を解放し始める。

図６の状態での主回路電流経路は、順に、可動側端子２、可動電極棒３、補助電極８ｅ、雄側係合部８ｄ、軸棒８ｂ、シリンダ７、ピストン６、ベース導体５ｂ、５ａ、円筒導体１１、固定側端子１である。

図７は係合部乖離直後の状態を示している。雄側係合部８ｄと雌側係合部３ａの係合が解かれることにより、開極バネ１０が放勢され、伸長しはじめる。雄側係合部８ｄ、軸棒８ｂ、接圧バネ８ｃおよびシリンダ７は、図面左側へと勢いよく移動し始める。ただし接圧バネ８ｃで可動電極棒３側への接圧が与えられている補助電極８ｅは接圧バネ８ｃが伸び切るまでの間は可動電極棒３に接触し、電気的接続を保持したままである。また、電界緩和用シールドユニット１２は電界緩和用シールド止端１２ａと軸棒止端８ａが切離されたままのため、図６に示す位置から変化なく、可動側端子２に最も近づいた状態となっている。接圧バネ８ｃが伸び切ると可動電極棒３と補助電極８ｅが乖離し始める。このように、接圧バネ８ｃを用いることで、係合部が開放されて乖離した直後でも、補助電極８ｅと可動電極棒３が電気的接続を一定時間保持することで回復電圧上昇タイミングを遅らせ、かつ、遮断用電極の開離初速度を上昇させることができる。

図８はさらに開極バネ１０が放勢され、可動電極棒３から乖離した補助電極８ｅを含む遮断用電極８が電界緩和用シールド１２ｄの内側に移動し、電界緩和用シールド止端１２ａが軸棒止端８ａに接触した時を示している。補助電極８ｅが可動電極棒３と切離されたため回復電圧は上昇するが、既に遮断用電極８は電界緩和用シールド１２ｄの内側に格納されている。このような配置により、可動側端子２側の表面に対向するのは、固定側端子１側の電界緩和用シールド１２ｄの表面となり、共になだらかな金属面が対向している状態となるため、電界の上昇が抑制され、再点弧の発生の可能性を低くできる。その後、さらに開極バネ１０は放勢され、軸棒止端８ａが電界緩和用シールド止端１２ａを、円筒導体１１の端面まで押し込み、図１に示す開路状態に戻る。

以上のように、本実施の形態によれば、所定の位置まで動作する電界緩和用シールド１２ｄの内側に遮断用電極８が格納されることで、固定側端子１と可動側端子２の距離が比較的近い位置でも、遮断用電極８の電界が緩和され、上昇する回復電圧による再点弧を抑制できるので、遮断用電極８を駆動させる速度を低下させることが可能となる。遮断用電極８の駆動速度を低下させることで開極バネ１０の弾性力を低下させることが可能となり、開極バネ弾性力の低下に伴い動作による衝撃が低下する。動作時の衝撃が低下すると、断路器各部の機械的な強度を比較的低く設計することが可能となり、従来構造よりも構造の簡素化及びコスト低減を見込める。

実施の形態２
図２の遮断用電極８の軸棒止端８ａと図３の電界緩和用シールドユニット１２の電界緩和用シールド止端１２ａは、開路状態では図１に示すように、底部を一部に有する円筒状台座を２つ重ねたように組み合わされている。すなわち、図２、図３を参照すると、軸棒止端８ａに形成された接触端面８ｆと電界緩和用シールド止端１２ａに形成された接触端面１２ｅにおいて、それぞれの移動方向と平行な面同士で接触するとともに、軸棒止端８ａの底部に形成された接触端面８ｇと電界緩和用シールド止端１２ａの底部に形成された接触端面１２ｆとが移動方向と垂直な面同士で接触する。この場合、開極バネ１０とシールドバネ１２ｃの弾性力は、接触端面８ｇと接触端面１２ｆにのみかかるため、開路状態と閉路状態を繰り返すことにより、損傷する恐れがある。

これに対し、軸棒止端８ａと電界緩和用シールド止端の接触面を、円錐台形状の台座を２つ重ねたように、傾斜する面同士で接触させることにより、弾性力が２方向に分散される構成とした。具体的には、図９に示すように、軸棒止端８ａに形成された傾斜接触面８ｈと電界緩和用シールド止端１２ａに形成された傾斜接触面１２ｈとが係合することにより、移動方向と平行及び垂直方向に弾性力を分散させることができる。このような傾斜面は、例えば、従来の軸棒止端８ａの垂直面を一部切断して傾斜面を形成することにより、軸棒止端８ａを軽量化できることにもなり、遮断用電極８の駆動速度を向上することにも寄与する。

以上のように、接触部位を傾斜状にすることで、開極バネ放勢後に機械的に接触する際に、開極バネとシールドバネの弾性力を、バネの動作方向と動作の垂直方向に分散させることができるとともに、材料の少量化を図ることで遮断用電極の駆動速度の向上を見込むことができる。

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：固定側端子、２：可動側端子、３：可動電極棒、３ａ：雌側係合部、４：可動電極棒用接触子、５ａ、５ｂ：ベース導体、６：ピストン、７：シリンダ、８：遮断用電極、８ａ：軸棒止端、８ｂ：軸棒、８ｃ：接圧バネ、８ｄ：雄側係合部、８ｅ：補助電極、８ｆ、８ｇ：接触端面、８ｈ：傾斜接触面、９：ピストン用接触子、１０：開極バネ、１１：円筒導体、１２：電界緩和用シールドユニット、１２ａ：電界緩和用シールド止端、１２ｂ：支柱、１２ｃ：シールドバネ、１２ｄ：電界緩和用シールド、１２ｅ、１２ｆ：接触端面、１２ｇ：孔部、１２ｈ：傾斜接触面。

Claims (4)

1. 絶縁ガスを封入した密閉容器内に設置された固定側端子と、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ため接離可能な可動電極棒を備えた可動側端子と、前記可動側端子と前記固定側端子の電気的導通を遮断する駆動機構を備えたガス絶縁開閉装置において、
   前記固定側端子に、閉路時に前記可動電極棒と係合する可動式の遮断用電極と、可動式の電界緩和用シールドと、を備え、前記可動電極棒と前記遮断用電極との係合の切り離し時に、前記遮断用電極の動作に連動して前記電界緩和用シールドが前記可動側端子方向に移動し、前記遮断用電極が前記電界緩和用シールド内側に格納されることを特徴とするガス絶縁開閉装置。
2. 前記遮断用電極が前記電界緩和用シールドの内側に格納された後、前記遮断用電極と前記電界緩和用シールドが前記固定側端子方向に移動することを特徴とする請求項１に記載のガス絶縁開閉装置。
3. 前記遮断用電極は、閉路時に前記可動電極棒の端部と接触する補助電極、前記可動電極棒内の雌側係合部と係合する雄側係合部、前記可動電極棒と前記遮断用電極との係合の切り離し時に、前記雌側係合部と前記雄側係合部が乖離しても前記補助電極を前記可動電極棒端部との接触を一定時間保持するよう付勢する接圧バネ、を有することを特徴とする請求項１または２に記載のガス絶縁開閉装置。
4. 絶縁ガスを封入した密閉容器内に設置された固定側端子と、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ため接離可能な可動電極棒を備えた可動側端子と、前記可動側端子と前記固定側端子の電気的導通を遮断する駆動機構を備えたガス絶縁開閉装置において、
   前記固定側端子に、閉路時に前記可動電極棒と係合する可動式の遮断用電極と、可動式の電界緩和用シールドと、を備え、前記可動電極棒と前記遮断用電極との係合の切り離し時に、前記遮断用電極の動作に連動して前記電界緩和用シールドが動作し、前記遮断用電極が前記電界緩和用シールド内側に格納される構成であり、前記遮断用電極の台座となる軸棒止端と前記電界緩和用シールドの台座となる電界緩和用シールド止端のそれぞれの壁面が傾斜面を有しており、前記軸棒止端と前記電界緩和用シールド止端との係合時に、前記傾斜面同士が接触していることを特徴とするガス絶縁開閉装置。

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