JP7225890B2

JP7225890B2 - 接地開閉器

Info

Publication number: JP7225890B2
Application number: JP2019025525A
Authority: JP
Inventors: 岳浅沼; 高晃北村
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2019-02-15
Filing date: 2019-02-15
Publication date: 2023-02-21
Anticipated expiration: 2039-02-15
Also published as: JP7428228B2; JP2023016917A; JP2020135983A

Description

本発明は、短絡電流を投入する機能を備えた接地開閉器に関する。

従来、配電盤等においては、特許文献１に開示されるように、接離可能な固定子及び可動子を備えて主回路を接地する接地開閉器が利用されている。特許文献１では、可動子が回転可能な一対のブレードによって形成される一方、固定子がブレードの先端側に挟まれた状態で接触する接触子を備えている。各ブレードにはボルトが貫設され、このボルトにおけるブレードの外側位置に圧縮コイルばねが遊嵌されてブレードの先端を接触子に押し付けている。

特開平８－１５３４４５号公報

特許文献１の接地開閉器にあっては、誤投入したときに可動子と固定子との接触部分に大電流が流れ、可動子と固定子とが反発して離れてしまう、という問題がある。かかる誤投入の具体例としては、固定子が接続されている母線が課電状態にて、可動子が投入して閉路されたり、閉路状態で母線が課電されたりすることが挙げられる。このような誤投入によって、可動子と固定子と反発して離れると、接地不能となったりアークが進展したりする、という問題がある。

ここで、かかる問題を解消するため、上述した圧縮コイルばねにて付勢力を強くすることが考えられるが、この場合、正常運転時（母線が非課電状態）にて可動子の投入動作等の操作負荷が高くなる。このため、かかる操作負荷に応じて強度を向上した構造が求められて装置が大型化する、という問題がある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、短絡電流通電時の可動子と固定子との反発を抑制しつつ、装置の大型化を回避することができる接地開閉器を提供することを目的とする。

本発明の接地開閉器は、接離可能に設けられて接触状態で通電し、離間状態で通電を遮断する固定子及び可動子を備えた接地開閉器であって、前記固定子は、前記接触状態で前記可動子を挟み込みつつ接触する部分を形成する一対の導電体と、前記一対の導電体の挟み込み方向にて、該一対の導電体で挟まれる空間に少なくとも一部が設けられる磁性部材とを備え、前記磁性部材は、通電時に発生する磁束を該磁性部材自体に集中させることで、前記一対の導電体に相互に接近する方向の電磁吸引力を作用させることを特徴とする。

また、本発明の接地開閉器は、接離可能に設けられて接触状態で通電し、離間状態で通電を遮断する固定子及び可動子を備えた接地開閉器であって、前記可動子は、前記接触状態で前記固定子を挟み込みつつ接触する部分を形成する一対の導電体と、前記一対の導電体の挟み込み方向にて、該一対の導電体で挟まれる空間に少なくとも一部が設けられる磁性部材とを備え、前記磁性部材は、前記一対の導電体で挟まれる空間に位置する主部と、該空間の外部で前記主部に連なり且つ前記挟み込み方向と交差する方向の両側で互いに離れる方向に延伸して形成される側部とを備え、通電時に発生する磁束を該磁性部材自体に集中させることで、前記一対の導電体に相互に接近する方向の電磁吸引力を作用させることを特徴とする。

本発明によれば、固定子及び可動子に短絡電流が通電したときに、磁性部材によって一対の導電体に磁気吸引力を作用させ、可動子と固定子との反発を抑制することができる。これにより、可動子と固定子とが離れることを抑制でき、接地不能となったりアークが進展したりすることで投入不良が発生することを防止することができる。更に、正常運転時には、固定子及び可動子に電流が流れないので、可動子と固定子とが反発しなくなり、且つ、磁性部材による電磁吸引力も作用しなくなる。従って、正常運転時の可動子の投入動作、開極動作における操作負荷が増大しなくなり、これに応じて強度向上等が不要となって装置が大型化することを回避することができる。このように、本発明では、可動子と固定子との反発の抑制と、装置の大型化回避との両立を達成することができる。

第１の実施の形態に係る接地開閉器の開路状態の概略斜視図である。第１の実施の形態に係る接地開閉器の閉路状態の概略斜視図である。図３Ａは、第１の実施の形態の可動子を先端側から見た説明図である。図３Ｂは、第１の実施の形態の可動子における磁束分布の説明図である。比較構造の可動子における磁束分布の説明図である。第２の実施の形態に係る接地開閉器の開路状態の概略斜視図である。第２の実施の形態に係る接地開閉器の閉路状態の概略斜視図である。

［第１の実施の形態］
以下、添付図面を参照して、第１の実施の形態に係る接地開閉器について説明する。図１は、第１の実施の形態に係る接地開閉器の開路状態の概略斜視図である。なお、接地開閉器は、図１に示す構成に限定されない。図１に示す接地開閉器は一例に過ぎず、適宜変更が可能である。

図１に示すように、接地開閉器１０は、接離可能に設けられた可動子１２及び固定子１４を備えている。可動子１２及び固定子１４は、三相分として３組設けられており、本実施の形態では、３組の可動子１２及び固定子１４は、概略同一構造が採用される。可動子１２及び固定子１４は、接触状態（図２参照）で通電（閉路）し、図１に示す離間状態で通電を遮断（開路）するものである。ここで、本実施の形態では、接地開閉器１０は空気中（大気中）で電流を遮断する気中開閉器とされ、配電盤の内部等に設置される。

接地開閉器１０は、３組の可動子１２及び固定子１４に対応する位置に設けられた３体のがいし１６と、３体のがいし１６が立設されるベース部材１７とを備えている。更に、接地開閉器１０は、３体のがいし１６の上端側に設けられたブラケット状の支持部材１８と、ベース部材１７上に設けられて可動子１２を回動可能に支持する回動支持部１９とを備えている。支持部材１８は、固定子１４の基端側を支持する支持壁１８ａを備えて形成されている。

固定子１４は、平板状の接続部１４ａと、接続部１４ａの下面に連なって形成されて可動子１２の後述する接触部１２ｂが接触する摺接部１４ｂとを備えている。接続部１４ａは、先端側が摺接部１４ｂより突出しており、この突出した部分にて不図示の回路や母線等が接続される。摺接部１４ｂは、直線方向に延びる形状を備え、可動子１２の接触部１２ｂに接触する部分が概略半円柱状に膨らむ形状を備えている。

ベース部材１７は、がいし１６の設置部分が高くなるように隆起部１７ａを備えて形成されている。また、隆起部１７ａの手前側となるベース部材１７の上面側に、回動支持部１９を形成する３体の起立壁１９ａが連なって形成されている。回動支持部１９は、それぞれの起立壁１９ａに回転可能に連結された３体の回転壁１９ｂを備え、回転壁１９ｂに可動子１２の基端側が支持されている。

可動子１２は、銅等によって形成される一対のブレード部材（導電体）１２ａを備えている。一対のブレード部材１２ａは、先端側の離間幅が基端側の離間幅より大きくなるように概略クランク状に屈曲形成されている。また、一対のブレード部材１２ａの先端側では、相互に接近する方向に膨らんだ形状に設けられ、かかる膨らんだ部分が固定子１４に接触する接触部１２ｂとされる。

可動子１２は、圧縮コイルばねによって構成される接圧ばね（弾性部材）１２ｃを備えている。接圧ばね１２ｃは、一対のブレード部材１２ａに相互に接近する方向の弾性力を加えており、一対のブレード部材１２ａの離れる方向への変位に対して制動している。

具体的には、接圧ばね１２ｃは、一対のブレード部材１２ａそれぞれの外面側二箇所位置に設けられ、該二箇所それぞれで一対のブレード部材１２ａを貫通するボルト１２ｄに挿入されている（図３Ａ参照）。ボルト１２ｄの先端側には、ナット１２ｅが螺合されており、ボルト１２ｄの頭部とブレード部材１２ａ外面との間、ナット１２ｅとブレード部材１２ａ外面との間それぞれに接圧ばね１２ｃが圧縮された状態で配設されている。また、一対のブレード部材１２ａの先端側の内面間には連結筒１２ｆが介在され、かかる連結筒１２ｆの内部にボルト１２ｄが挿通される。なお、ボルト１２ｄの頭部とナット１２ｅの位置関係は逆にしてもよい。

図２は、第１の実施の形態に係る接地開閉器の閉路状態の概略斜視図である。図２にも示すように、可動子１２において、一対のブレード部材１２ａは、連結板１２ｇによって基端側において連結されて一体化されている。連結板１２ｇの図２中上端側では、上から見てコ字状の磁性部材３０が２体支持されている。磁性部材３０は、鉄材等の磁性体によって構成され、接圧ばね１２ｃよりブレード部材１２ａの基端側に設けられる。

可動子１２は、一対のブレード部材１２ａのうちの一方が回転壁１９ｂに連結されて回動可能となっている。具体的には、可動子１２は、図１に示す横方向に倒伏した状態から回動することで、該回転の軌跡に沿って先端側が上昇し、更に回動が進行して図２に示す縦方向に起立した状態で固定子１４の先端側に可動子１２の先端側が接触する。図２の可動子１２及び固定子１４の接触状態で、一対のブレード部材１２ａが固定子１４の摺接部１４ｂを挟み込みつつ摺接部１４ｂと接触部１２ｂとが接触するようになる。

３体の可動子１２は、その基端側において接続軸部２１を介して接続され、同じタイミングで同じ回転角度で回動するようになっている。また、接続軸部２１は銅等の導電体によって形成され、３体の可動子１２に対して電気的に導通している。接続軸部２１は、不図示の配線等を介して接地されており、可動子１２が接地電位に設定される。

続いて、本実施の形態の磁性部材３０の構成について、図３Ａを参照しつつ説明する。図３Ａは、本実施の形態の可動子を先端側から見た説明図である。図３Ａに示すように、本実施の形態では、１体の可動子１２に対し、同一形状に形成されて向きが異なる２体の磁性部材３０が設けられる。ここで、磁性部材３０では、一対のブレード部材１２ａによる固定子１４（図１参照）の挟み込み方向つまり図３Ａ中左右方向にて、一対のブレード部材１２ａで挟まれる内側空間Ｓが形成される。磁性部材３０において、内側空間Ｓに位置して図３Ａ中上下方向に延びる領域が主部３１とされる。また、磁性部材３０にて、内側空間Ｓの外部で主部３１の図３中上下両端に連なり、且つ、ブレード部材１２ａにおける図３中上下方向（一対のブレード部材１２ａの挟み込み方向と交差する方向）両側近傍に形成される領域が側部３２とされる。従って、磁性部材３０は、それぞれのブレード部材１２ａを内側と幅方向両側とから囲うように設けられる。一方の磁性部材３０の側部３２と他方の磁性部材３０の側部３２とは、図３中上下方向両側で互いに離れる方向（図３中左右方向）に延伸している。

本実施の形態においては、図２に示すように可動子１２及び固定子１４を接触して閉路状態とすることで、それらに短絡電流を通電させることができる。接地開閉器１０では、誤投入される場合、具体的には、固定子１４が接続されている母線が課電状態で可動子１２を投入動作して閉路されたり、かかる母線が閉路状態で課電されたりする場合を想定し、これに対応できる構成が必要になる。誤投入時には、可動子１２に流れる電流が大電流になると、可動子１２の接触部１２ｂが固定子１４の摺接部１４ｂから離れる方向の反発力が発生する。かかる反発力によって、接触部１２ｂが摺接部１４ｂから離れると、接地不能や発弧による損傷のおそれがあるので、これを解消すべく、接圧ばね１２ｃによって接触部１２ｂを摺接部１４ｂに押し付ける付勢力を加えている。

接圧ばね１２ｃによる付勢力を大きくする程、接触部１２ｂが摺接部１４ｂから離れ難くなって接地不能や損傷の発生を回避できるようになるが、接触部１２ｂと摺接部１４ｂとが接触する状態での可動子１２における回動動作の操作負荷が大きくなる。このため、可動子１２の動作用の駆動機構（不図示）にて、強度向上や動作に必要なばねが大きくなり、装置全体の大型化、複雑化を招来することとなる。

ここで、比較構造として、本実施の形態の可動子１２の構成から磁性部材３０を省略した図４に示す構成について検討する。図４は、比較構造の可動子における磁束分布の説明図である。比較構造にて、閉路状態として通電すると、図４に示すように、可動子１２にて紙面手前から奥行方向に流れる電流（短絡電流）によって、可動子１２の中央部を中心として同心円上に分布するよう電流磁界の磁束Ｂｃが発生する。

図３Ｂは、第１の実施の形態の可動子における磁束分布の説明図である。これに対し、本実施の形態では、可動子１２に流れる電流の向きは比較構造と同じとなるが、図３Ｂに示すように、磁束Ｂａの分布を比較構造の磁束Ｂｃに対し変更することができる。具体的には、鉄材からなる磁性部材３０自体に磁束Ｂａを集中させることができる。これにより、特に、磁性部材３０の主部３１に磁束Ｂａが集磁し、ブレード部材１２ａから見て、一対のブレード部材１２ａが相互に接近する方向側で磁束Ｂａの分布が疎となり、その反対側で磁束Ｂａの分布が密となる。かかる磁束Ｂａの分布によって、一対のブレード部材１２ａが相互に接近する方向（図３Ｂ中の白矢印で示す方向）の電磁吸引力（ローレンツ力）が作用し、接触部１２ｂ及び摺接部１４ｂ（図１参照）間の接圧向上を通じて、それらの反発及び離間を防止することができる。

このような電磁吸引力は、可動子１２に通電した場合にだけ発生するものであり、通電しない正常運転時に、かかる電磁吸引力は発生しない。従って、接圧ばね１２ｃの付勢力（弾性力）ひいては可動子１２の操作負荷を維持しつつ、接触部１２ｂ及び摺接部１４ｂの反発及び離間を防止することができる。従って、可動子１２の駆動機構を含む装置全体の大型化、複雑化の回避と、短絡電流通電時の可動子１２と固定子１４との反発の抑制とを同時に達成することができる。

また、図３Ｂに示す磁束Ｂａにあっては、ブレード部材１２ａの同図中上下両側にて磁性部材３０の側部３２に集中でき、ブレード部材１２ａ周りにて磁束Ｂａの発生位置の安定化を図ってブレード部材１２ａに作用する磁気吸引力が安定することを期待できる。

［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について図５及び図６を参照して説明する。なお、以下の説明において、第１の実施の形態と同一若しくは同等の構成部分については同一符号を用いる場合があり、説明を省略若しくは簡略にする場合がある。

図５は、第２の実施の形態に係る接地開閉器の開路状態の概略斜視図である。図６は、第２の実施の形態に係る接地開閉器の閉路状態の概略斜視図である。図５及び図６に示すように、第２の実施の形態では、第１の実施の形態に対し、挟み込む構造を固定子５４に設け、固定子５４によって可動子１２を挟み込み可能としている。

第２の実施の形態において、可動子１２は、板状に形成されつつ、先端側が膨出した形状の頭部１２ｈを有するように設けられている。

固定子５４は、平板状の接続部５５の下面に対し、第１の実施の形態における可動子１２の先端側と同様の構造を設けて構成される。固定子５４は、下側を開放する一対のブレード部材（導電体）５４ａを備えている。一対のブレード部材５４ａの先端側では、相互に接近する方向に膨らむ接触部５４ｂが形成され、かかる接触部５４ｂが可動子１２の頭部１２ｈを挟み込みつつ接触する。そして、固定子５４は、一対のブレード部材５４ａに相互に接近する方向の力を加える構成として、第１の実施の形態と概略同一構造の接圧ばね１２ｃ、ボルト１２ｄ、ナット１２ｅ、連結筒１２ｆ、連結板１２ｇを有している。

固定子５４において、一対のブレード部材５４ａの基端側が連結板５４ｇによって連結されている。連結板５４ｇの図５中下端側では、第１の実施の形態と同様の形態、材質からなる磁性部材３０が支持されている。磁性部材３０は、接圧ばね１２ｃよりブレード部材５４ａの基端側に設けられる。

第２の実施の形態においては、閉路状態で固定子５４のブレード部材５４ａに電流が流れ、かかる電流によって発生する磁束を磁性部材３０自体に集中させることができる。
これにより、第１の実施の形態と同様に、一対のブレード部材５４ａが相互に接近する方向の電磁吸引力が作用するようになる。この結果、接触部５４ｂ及び可動子１２の頭部１２ｈ間の接圧向上を通じて、それらの反発及び離間を抑制することができる。

なお、本発明は上記各実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状、向きなどについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。

可動子１２及び固定子１４、５４の構造や向きについては、上記と同様の機能を有する限りにおいて、種々の変更が可能である。例えば、可動子１２を直線方向に動作して固定子１４と切離可能にする等、接地開閉器１０の設置スペースや通電容量等に応じることができる。

また、上記接地開閉器１０を気中開閉器とした場合を説明したが、絶縁性ガス（消弧性ガス）や真空の環境下で可動子１２及び固定子１４、５４が開閉する開閉器とすることを妨げるものでない。

また、磁性部材３０は、一対のブレード部材１２ａ、５４ａで挟まれる内側空間Ｓに少なくとも一部が設けられて磁束を集中できる限りにおいて、種々の変更が可能である。例えば、上記各実施の形態にて磁性部材３０をコ字状としたが、これをＶ字状、Ｕ字状に湾曲若しくは屈曲させた形状としたり、図３Ａ中上下両側の側部３２を省略した構成としたりしてもよい。更に、上記各実施の形態では、ブレード部材１２ａ、５４ａの挟み方向に磁性部材３０を２体並べたが、これらを連結してＨ字状の単一の磁性部材３０を配置したり、内側空間Ｓの内部に単一の平坦な片状或いは板状の磁性部材３０を配置したりしてもよい。かかる形態の磁性部材３０において、複数の板材を組み合わせた構造とすることで、製作コストを低減することができる。

１０接地開閉器
１２可動子
１２ａブレード部材（導電体）
１２ｃ接圧ばね（弾性部材）
１４固定子
３０磁性部材
３１主部
３２側部
５４固定子
５４ａブレード部材（導電体）
Ｓ内側空間（空間）

Claims

接離可能に設けられて接触状態で通電し、離間状態で通電を遮断する固定子及び可動子を備えた接地開閉器であって、
前記固定子は、前記接触状態で前記可動子を挟み込みつつ接触する部分を形成する一対の導電体と、
前記一対の導電体の挟み込み方向にて、該一対の導電体で挟まれる空間に少なくとも一部が設けられる磁性部材とを備え、
前記磁性部材は、通電時に発生する磁束を該磁性部材自体に集中させることで、前記一対の導電体に相互に接近する方向の電磁吸引力を作用させることを特徴とする接地開閉器。
接離可能に設けられて接触状態で通電し、離間状態で通電を遮断する固定子及び可動子を備えた接地開閉器であって、
前記可動子は、前記接触状態で前記固定子を挟み込みつつ接触する部分を形成する一対の導電体と、
前記一対の導電体の挟み込み方向にて、該一対の導電体で挟まれる空間に少なくとも一部が設けられる磁性部材とを備え、
前記磁性部材は、前記一対の導電体で挟まれる空間に位置する主部と、該空間の外部で前記主部に連なり且つ前記挟み込み方向と交差する方向の両側で互いに離れる方向に延伸して形成される側部とを備え、通電時に発生する磁束を該磁性部材自体に集中させることで、前記一対の導電体に相互に接近する方向の電磁吸引力を作用させることを特徴とする接地開閉器。
前記磁性部材は、前記一対の導電体で挟まれる空間に位置する主部と、該空間の外部で前記主部に連なり且つ前記挟み込み方向と交差する方向の両側で互いに離れる方向に延伸して形成される側部とを備えていることを特徴とする請求項１に記載の接地開閉器。
前記一対の導電体に相互に接近する方向の弾性力を加える弾性部材を更に備えていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の接地開閉器。