JP7154830B2 - スイッチギヤ - Google Patents

Description

本発明は、開閉機器を収納して電源系統を構成するスイッチギヤに関する。

従来のスイッチギヤ内部において、相間短絡または接地短絡によって、アークが発生すると、遮断器室の内部の圧力が上昇する。内部圧力の上昇により、上下に隣接した遮断器室や後部のケーブル室との仕切りが湾曲し、或いは破損して短絡事故が拡大する恐れがある。

そこで、スイッチギヤの天井板上部にヒンジと接続された放圧板を設けることで、筐体の収納機器などが地絡などを起こし、アークが発生して内部圧力が上昇したとき、放圧板を介して高温高圧ガスが放出するものが知られている。

特開平１０－３２２８１１号公報

しかしながら、このようなスイッチギヤにおいては、高温高圧ガスを放出させる際には、高温高圧ガスが開口部より複数の方向に放出する。このため、筐体周囲で作業中の人や筐体周囲の健全な機器にまで、高温高圧ガスによる悪影響が及ぶ可能性が高かった。

本発明の実施形態は、上記のような問題点を解決するために提案されたものである。実施形態の目的は、高温高圧ガスを任意の方向に放出し、筐体周囲で作業中の人や筐体周囲の健全な機器に対する高温高圧ガスの影響を抑制したスイッチギヤを提供することにある。

本発明の実施形態におけるスイッチギヤは、筐体の内部に遮断器室を備えるスイッチギヤにおいて、前記筐体の天井板には、前記筐体の内外を連通する連通孔と、前記連通孔に設けられ、前記筐体の密閉状態と開放状態を開閉により切り替える放圧板と、前記放圧板を覆うように前記天井板に設けられるカバーと、を備え、前記カバーは、開口部を有し、 前記開口部は、所定の方向に向けられ、前記カバーは、多角形状の平面を有する板状のカバー天板と、前記カバー天板の全ての辺より垂直に同じ寸法で延びる辺を有する四角形の平面を有する複数のカバー側壁板と、を備え、前記カバー天板は、前記連通孔の開口より寸法が大きく、前記カバー側壁板の１つには、開口部が設けられ、前記カバー側壁板には、前記カバー側壁板の表面と裏面を連通する開口孔と、前記カバー側壁板に対して取り外し可能で、前記カバー側壁板に取り付けた際に前記開口孔を塞ぐ塞ぎ板と、を備え、前記複数のカバー側壁板のうち、１つの前記カバー側壁板の塞ぎ板を取り外すことを特徴とする。

第１の実施形態の構成を示す斜視図である。 第１の実施形態の放圧板の形状を示す平面図である。 第１の実施形態のカバーの構成を示す斜視図である。 第１の実施形態の天井版における平面図である。 第１の実施形態において、筐体内でアークが発生した場合の、アークや高温高圧ガスの流れを示す図である。 第１の実施形態において、放圧前と放圧後における放圧板の動作を示す斜視図である。 図５のＡ－Ａ断面図である。 第２の実施形態のカバーの構成を示す斜視図である。 第２の実施形態の整流部の構成を示す斜視図である。 第２の実施形態において、筐体内でアークが発生した場合の、アークや高温高圧ガスの流れを示す図である。 第３の実施形態のカバーの構成を示す斜視図である。

［１．第１の実施形態］
［１－１．概略構成］
以下では、図１を参照しつつ、本実施形態に係るスイッチギヤについて説明する。図１は、本実施形態に係るスイッチギヤの構成を示す斜視図である。

図１に示すように、スイッチギヤは、金属製の筐体１の内部に、遮断器、断路器、計器用変成器、母線、接続用の導体などを収容する。筐体１の形状は、天井板１１、側壁板１２、及び底面板１３からなる直方体であり、内部には、遮断器を収納するための遮断器室が設けられている。筐体１は、連通孔２、放圧板３、カバー４を備える。

連通孔２は、遮断器室と連通する孔である。連通孔２の形状は、任意の形状とすることができるが、アークや高圧ガスの抜けやすさや加工上の観点から長方形であることが望ましい。連通孔２には、遮断器室を密閉する蓋となる放圧板３が設置される。放圧板３は板状の部材であり、その材質は、塑性変形が可能な材質であれば任意の材料を利用することができる。例えば金属製の板状部材を放圧板３とすることができる。放圧板３の形状は、連通孔２の形状と対応する形状であり、連通孔２の形状が長方形の場合には、放圧板３の形状も長方形となる。放圧板３の寸法は、連通孔２の開口より一回り大きな寸法とする。放圧板３は、筐体１の外部に配置され、連通孔２を筐体１の外側から蓋をする。

図２は、放圧板３の形状を示す平面図である。放圧板３には、フラップ部３１、折り曲げ部３２、固定部３３が設けられる。

固定部３３は、放圧板３を筐体１に固定する際にビスなどの固定用部材を通すための孔３３ａを含む。

フラップ部３１は、連通孔２より一回り大きな寸法を有する放圧板３の一部である。フラップ部３１は、筐体１内でアークが発生した際に、連通孔２を通過したアークや高圧ガスによる応力を受ける。

折り曲げ部３２は、放圧板３の表面から裏面に連通する複数の孔３２ａからなる。フラップ部３１が、アークや高温高圧ガスを受けた際に、折り曲げ部３２が変形することでフラップ部３１が跳ね上がる。折り曲げ部３２は、連通する複数の孔３２ａとしたが、フラップ部３１が応力を受けた際にフラップ部３１が跳ね上がることができれば、他の形状であっても良い。例えば、放圧板３の表面に設けた溝や、表面から裏面まで連通しない穴であっても良い。

図１に戻り、筐体１の天井板１１にはカバー４が設けられる。カバー４は、天井板１１に設置することで、１つの開口部を有し、連通孔２や放圧板３を覆う部材となる。図３は、本実施形態のカバー４の構成を示す斜視図である。図３に示すように、カバー４は、上カバー４１、カバー側壁４２、カバー固定部４３からなる。上カバー４１、カバー側壁４２、カバー固定部４３は、それぞれ板状の部材である。

上カバー４１の形状は長方形であり、カバー４が天井板１１に設置された場合には、長辺のうちの１つが筐体１と接し、長辺のうち他の辺は筐体１から離れる。この際、上カバー４１と天井板１１とがなす角を、角度θとする。カバー側壁４２の形状は三角形であり、上カバー４１の短辺と接するように、２つ設けられる。カバー側壁４２は、カバー４が天井板１１に設置された場合には、１つの辺が筐体１と接し、もう１つの辺が上カバー４１と接する。それぞれのカバー側壁４２と上カバー４１とは、垂直となるように接している。カバー固定部４３は、上カバー４１、及びカバー側壁４２から延びる板状の部材である。カバー固定部４３には、上カバー４１、カバー側壁４２を天井板１１に固定する際にボルト４４などの固定用部材を固定するための孔が設けられる。

上記形状のカバー４を天井板１１に設置することで、カバー４及び天井板１１により、長方形形状の開口部が形成させる。すなわち、開口部の長辺の１つは、上カバー４１の筐体１から離れた側の長辺であり、開口部の他の長辺は、天井板１１である。また、開口部の短辺は、カバー側壁４２の筐体１や上カバー４１と接しない辺である。

［１－２．開口部の向き］
以上のような構成の開口部を、天井板１１に設置すると開口部より、カバー内部に設置された、放圧板３を覗き見ることができる。筐体１内でアークが発生した際には、連通孔２を通過し、放圧板３を跳ね上げたアークや高温高圧ガスを開口部より任意の１方向に放出させる。このアークや高圧ガスを放出させる方向を開口部の向きとする。

カバー４は、開口部の向きが天井板１１における内側を向くように天井板１１に配置される。天井板１１における内側とは、天井板１１が長方形の場合、開口部の向きが長方形の中心を向く方向である。また、線対称である長方形の場合には、対称軸に対して、開口部の向きが直交する場合も内向きとする。また、天井板１１に複数のカバーが設置される場合には、各カバー４における開口部がそれぞれ向き合っている状態も、開口部の向きが天井板１１における内側を向いているといえる。

図４は、本実施形態の天井板１１における平面図である。図４に示すように、２つのカバー４の開口部の向きは、向かい合う。

［１－３．作用］
以下では、本実施形態に係るスイッチギヤの動作について説明する。図５は、筐体１内でアークが発生した場合の、アークや高温高圧ガスの流れを示す図である。図６は、放圧前と放圧中や放圧後における放圧板３の動作を示す図である。図７は、放圧中における図５のＡ－Ａ断面図である。

図５に示すように、筐体１内で発生した高温高圧ガスは、連通孔２を経由し、放圧板３を跳ね上げ、筐体１外部へ放出される。高温高圧ガスは、放出の際に、上カバー４１により上方向への放出を制限され、カバー側壁４２により横方向への放出を制限させる。

（高温高圧ガスの放出方向の制限のメカニズム）
高温高圧ガスに押圧された放圧板３は、折り曲げ部３２が塑性変形することにより、上カバー４１に接触するまで跳ね上がる。図６（ａ）に示すように、放圧前には、放圧板３は、連通孔２を塞いでいる。すなわち、放圧板３のフラップ部３１は、天井板１１に接している。

そして、筐体１内部で高温高圧ガスが発生すると、連通孔２を経由して放圧板３に接触した高温高圧ガスの応力により、放圧板３のフラップ部３１が跳ね上がる。図６（ｂ）は、放圧板３のフラップ部３１が跳ね上がった状態を示す斜視図である。跳ね上がったフラップ部３１は、上カバー４１に接触後は、跳ね上がり動作が上カバー４１により規制されるので、それ以上は跳ね上がることは無い。つまり、連通孔２より放出された高温高圧ガスは、上カバー４１に接触した放圧板３や上カバー４１に接触することで、その流路が変更される。

図５に示すように、連通孔２から放出させる高温高圧ガスは、上カバー４１に対して直角に接触しない。すなわち、上カバー４１が、天井板１１に対して平行に設けられるのではなく、所定の角度θを有して配置される。そのため、上カバー４１に接触した高温高圧ガスは、開口部に向けて流れが変更される。

また、一部の高温高圧ガスは、上カバー４１に接触した後、カバー側壁４２方向へ流れを変更する。カバー側壁４２に衝突した高温高圧ガスは、開口部に向けて流れが変更される。

以上のように、連通孔２から放出された高温高圧ガスは、上カバー４１やカバー側壁４２により流れの向きが規制され、開口部が向いている方向へと高温高圧ガスを放出する。

また、放圧板３は塑性変形が可能な部材であるため、図７に示すように、高温高圧ガスの放出が終了しても、放圧板３が跳ね上がった位置で静止する。つまり、放圧板３が跳ね上がる前の位置に戻り、連通孔２を塞ぐことは無い。

［１－４．効果］
（１）以上のようにスイッチギヤは、放圧板３を覆うように天井板１１に設けられるカバーに設けられる開口部が、任意の方向に向けられている。そのため、筐体１内部で発生した高温高圧ガスを任意の方向に放出することができるため、筐体１周囲で作業中の人や筐体１周囲の健全な機器に対する高温高圧ガスの影響を抑制することが可能となる。

（２）開口部が、天井板１１においてカバー４が設置された面における内側を向いている。そのため、開口部より放出された高温高圧ガスが、天井板１１上を長い距離移動する。長い距離移動することにより、高温高圧ガスの温度が低下し、勢いが軽減されるので、筐体１周囲で作業中の人や筐体１周囲の健全な機器に対する高温高圧ガスの影響を抑制することが可能となる。

（３）また、開口部より放出された高温高圧ガスを、筐体１周囲で作業中の人や筐体１周囲の健全な機器から離す方向に放出させるだけでなく、天井板１１上を長い距離移動させる。このような開口部の向きとしては、以下の（ａ）～（ｃ）とすることができる。

（ａ）カバー４が設置された面における内側を、カバー４が設置された面の中心とする。
（ｂ）カバー４が設置された面が線対称である場合には、カバー４が設置された面における内側を線対称における対称軸とする。
（ｃ）天井板１１に複数のカバーが設置される場合には、各カバー４における開口部をそれぞれ向き合わせる。

（４）放圧板３は、固定部３３とは反対側に設けられ連通孔２の開口より寸法の大きなフラップ部３１と、固定部３３とフラップ部３１との間に設けられる折り曲げ部３２と、備える。これにより、筐体１内部で高温高圧ガスが発生した場合には、高温高圧ガスにより、折り曲げ部３２が折り曲がることで、筐体１内部で発生した高温高圧ガスを確実に開放することができる。また、折り曲げ部３２を複数の孔により構成することで、折り曲げ部３２がより曲がりやすくなる。

（５）カバー４は、長方形の上カバー４１と、三角形状のカバー側壁４２とから成り、上カバー４１の長方形における１辺と、カバー側壁４２における三角形の１辺とが一続きになっている。連通孔２から放出された高温高圧ガスは、上カバー４１やカバー側壁４２により流れの向きが規制され、開口部が向いている方向へと放出される。

［２．第２の実施形態］
［２－１．構成］
以下では、図８を参照しつつ、本実施形態に係るスイッチギヤについて説明する。本実施形態は、カバー４の構成を変更したものである。本実施形態では、カバー４内に整流板５１を設けた。

図８は、本実施形態のカバーの構成を示す斜視図である。図８に示すように、カバー４は、上カバー４１、カバー側壁４２、カバー固定部４３に加えて、整流部５を備える。整流部５は、上カバー４１と平行に設置された板状の部材である整流板５１を有する。整流板５１は、開口部から放出される高温高圧ガスの天井板１１方向への放出を規制する。

図９は、整流部５の構成を示す斜視図であり、図９に示すように、整流部５は、整流板５１、整流部側面５２、整流部底面５３と、を備える。

整流部５の形状は、１つの側面が無い三角柱である。三角柱の底面にあたる部分が整流部側面５２であり、三角柱の側面にあたる部分が整流板５１と、整流部底面５３となる。整流板５１と整流部底面５３とがなす角は、角度θとする。つまり、上カバー４１と天井板１１とがなす角と同じ角度である。そのため、整流部５を上カバー４１に固定した際には、上カバー４１と整流板５１とが平行となる。

整流部側面５２には、整流部５をカバー４に固定するためのナットウエルド用の孔が開けられる。整流部５は、ナットウエルド５４によりカバー４に固定される。

［２－２．作用］
以下では、本実施形態に係るスイッチギヤの動作について説明する。図１０は、筐体１内でアークが発生した場合の、アークや高温高圧ガスの流れを示す図である。

図１０に示すように、筐体１内で発生した高温高圧ガスは、連通孔２を経由し、放圧板３を跳ね上げ、筐体１外部へ放出される。高温高圧ガスは、放出の際に、上カバー４１により上方向への放出を制限されると共に、整流板５１により下方向への放出が制限される。

以上のように、連通孔２から放出した高温高圧ガスは、上カバー４１やカバー側壁４２や整流部５により流れの向きが規制され、開口部が向いている方向へと高温高圧ガスを放出する。

［２－３．効果］
以上のようにスイッチギヤは、整流板５１を設けることにより、高温高圧ガスの放出方向を一方向に規制することができる。上カバー４１と天井板１１とのなす角、及び整流板５１と整流部底面５３とがなす角を、θとすることで、放出する高温高圧ガスの放出方向を角度θ方向のみとすることができる。筐体１周囲で作業中の人や筐体１周囲の健全な機器に対する高温高圧ガスの影響を抑制することが可能となる。また、θを４５°とすることで、筐体１からより遠くに高温高圧ガスを放出することが可能となる。

［３．第３の実施形態］
［３－１．構成］
以下では、図１１を参照しつつ、本実施形態に係るスイッチギヤに説明する。本実施形態は、カバー４の構成を変更したものである。図１１は、本実施形態のカバーの構成を示す斜視図である。

図１１に示すように、カバー６は、カバー天板６１と、カバー側壁板６２とを有する。カバー天板６１は、四角形状の平面を有する板状の部材である。カバー天板６１の平面は、連通孔２の開口より大きい寸法である。

カバー側壁板６２は、長方形状の板状の部材である。４つのカバー側壁板６２は、カバー天板６１の４辺より垂直に同じ寸法で延びる。カバー側壁板６２の１つには、開口部が設けられる。カバー側壁板６２は、開口孔６２ａと塞ぎ板６２ｂとを備える。開口孔６２ａは、カバー側壁板６２の表面と裏面を連通する。塞ぎ板６２ｂは、カバー側壁板６２に対して取り外し可能で、カバー側壁板６２に取り付けた際に開口孔６２ａを塞ぐ。

［３－２．作用効果］
以上のようにスイッチギヤは、カバーの形状を変更しなくとも、高温高圧ガスの放出方向を選択し、一方向に規制することができる。すなわち、開口部を設けたい方向の、カバー側壁板６２の塞ぎ板６２ｂを取り外すことにより、任意の一方向へ高温高圧ガスの放出方向することが可能となる。これにより、筐体１の周囲に設置される機器の設置場所の変更や、筐体１周囲で作業中する人の作業スペースの変更に合わせて、高温高圧ガスの放出方向を決定することができる。

また、本実施形態では、カバー天板６１が長方形のカバーを用いたがこれに限らない。例えば、カバー天板６１を六角形や八角形などの多角形とすることができる。これにより、ガスの放出方向をより細かく決定することができる。

［４．他の実施形態］
本明細書においては、本発明に係る複数の実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図していない。具体的には、発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

本実施形態では、連通孔２を遮断器室と連通する孔としたが、これに限らない。スイッチギヤ内の母線を収容する母線室や、接続用の導体を収容するケーブル室などスイッチギヤ内の各室の天井部に設けても良い。

１…筐体
１１…天井板
１２…側壁板
１３…底面板
２…連通孔
３…放圧板
３１…フラップ部
３２ａ…孔
３３…固定部
３３ａ…孔
４…カバー
４１…上カバー
４２…カバー側壁
４３…カバー固定部
４４…ボルト
５…整流部
５１…整流板
５２…整流部側面
５３…整流部底面
５４…ナットウエルド
６…カバー
６１…カバー天板
６２…カバー側壁板
６２ａ…開口孔
６２ｂ…塞ぎ板

Claims (7)

1. 筐体の内部に遮断器室を備えるスイッチギヤにおいて、
   前記筐体の天井板には、前記筐体の内外を連通する連通孔と、
   前記連通孔に設けられ、前記筐体の密閉状態と開放状態を開閉により切り替える放圧板と、
   前記放圧板を覆うように前記天井板に設けられるカバーと、
   を備え、
   前記カバーは、開口部を有し、
   前記開口部は、所定の方向に向けられ、
   前記カバーは、
   多角形状の平面を有する板状のカバー天板と、
   前記カバー天板の全ての辺より垂直に同じ寸法で延びる辺を有する四角形の平面を有する複数のカバー側壁板と、
   を備え、
   前記カバー天板は、前記連通孔の開口より寸法が大きく、
   前記カバー側壁板の１つには、開口部が設けられ、
   前記カバー側壁板には、
   前記カバー側壁板の表面と裏面を連通する開口孔と、
   前記カバー側壁板に対して取り外し可能で、前記カバー側壁板に取り付けた際に前記開口孔を塞ぐ塞ぎ板と、
   を備え、
   前記複数のカバー側壁板のうち、１つの前記カバー側壁板の塞ぎ板を取り外すことを特徴とするスイッチギヤ。
2. 前記開口部は、前記天井板において前記カバーが設置された面における内側を向いていること、
   を特徴とする請求項１に記載のスイッチギヤ。
3. 前記カバーが設置された面における内側は、前記カバーが設置された面の中心であること、
   を特徴とする請求項２に記載のスイッチギヤ。
4. 前記カバーが設置された面が線対称であり、前記カバーが設置された面における内側は、前記線対称における対称軸であること、
   を特徴とする請求項２または請求項３に記載のスイッチギヤ。
5. 前記天井板に複数の前記カバーが設置され、
   各カバーにおける前記開口部がそれぞれ向き合っている請求項１乃至４のいずれか１項に記載のスイッチギヤ。
6. 前記放圧板は、板状の部材であり、
   前記放圧板の一端側に設けられる固定部と、
   前記固定部とは他端側に設けられ、前記連通孔の開口より寸法の大きなフラップ部と、
   前記固定部と前記フラップ部との間に設けられる折り曲げ部と、
   を備える請求項１乃至５のいずれか１項に記載のスイッチギヤ。
7. 前記折り曲げ部は、前記放圧板の表面から裏面へと連通する複数の孔より構成される請求項６に記載のスイッチギヤ。

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