JPWO2004055850A1 - ガス絶縁開閉装置 - Google Patents

Abstract

この発明に係るガス絶縁開閉装置１００は、真空バルブ１を備え、この真空バルブ１は、内部が真空に保たれた真空容器２と、この真空容器２中に配設された固定電極３及び可動電極４を有し、可動電極４は、固定電極３に向かって進退動可能に設けられている。真空バルブ１は、固定電極３と可動電極４が接離することにより、両者に電気的に接続された母線に対して電流の通電・遮断を行う。ガス絶縁開閉装置１００は、さらに、絶縁性ガスが封入され、真空バルブ１を収納するガス密封容器１０と、一端が可動電極４に接続され他端がガス密封容器１０の外部に延出する延長ロッド９とを備えている。そしてさらに、ガス密封容器１０外に配設され、外部からの電気信号により動作し、延長ロッド９の他端に接続する出力軸２１、及び電磁力によりこの出力軸２１を駆動することによって、真空バルブ１の開閉を行う電磁コイル１８，１９を有する電磁操作機構１２とを備えている。

Description

この発明は、ガス絶縁開閉装置に関し、特に絶縁性ガスを封入したガス密封容器内に複数の真空バルブを設置したガス絶縁開閉装置に関するものである。
技術背景
従来、固定電極とこの固定電極に向かって進退動する可動電極とを真空容器中に持ち、固定電極と可動電極が接離することにより電流の通電・遮断を行う真空バルブを、ＳＦ_６等の絶縁性ガスが封入されたガス密封容器中に収納した従来のガス絶縁開閉装置において、真空バルブの可動電極は、レバー、リンク、連結軸等で構成される操作力伝達機構によって、手動の操作レバーまで至るように連結されている（例えば、特開平０２−２５７５３６号公報（第１−２頁、第２図）参照）。
また、例えば三相交流遮断器に用いられる従来のガス絶縁開閉装置においては、一般に３個の真空バルブを有しているが、この３個の真空バルブを並列に配置して、各々の真空バルブの可動電極を連結する為の連結軸を含む連動機構を設け、この３個の真空バルブを同時に動作させている（例えば、特開２０００−２８３３２０号公報参照）。
また、このようなガス絶縁開閉装置においては、真空バルブの可動電極がガス密封容器の壁面を貫通して外に出る部分において、可動電極とガス密封容器の壁面との間に、可動電極の進退動を妨げずに両者間を密閉する目的でベローズが設けられている（例えば、特開平０２−２５７５３６号公報（第１−２頁、第２図）参照）。
このような構成の従来のガス絶縁開閉装置においては、真空バルブの可動電極に接続されるレバー、リンク、連結軸等で構成される操作力伝達機構のために装置の小型化を図ることができず、また、このような操作力伝達機構は、各操作力伝達部品の連結部においてのエネルギーロスが大きく、また、リンク等の回転部品で発生する摩擦力がさらに加わるので、伝達される操作力に関してエネルギー効率が悪いので問題であった。
また、可動電極周囲を密閉する目的で、ベローズを用いた従来のガス絶縁開閉装置においては、ベローズが脆弱で特にねじり方向の力に対して弱く、組み立て調整時に非常に注意を払わなければならず、作業性が悪いので問題であった。
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、小型・軽量化を図ることができるとともに、操作力のエネルギーロスを減少させ、また、ベローズを用いたものであっても組み立て作業性を良くすることができるガス絶縁開閉装置を得ることを目的とする。

この発明に係るガス絶縁開閉装置は、真空バルブを備え、この真空バルブは、内部が真空に保たれた真空容器と、この真空容器中に配設された固定電極及び可動電極を有し、可動電極は、固定電極に向かって進退動可能に設けられている。真空バルブは、固定電極と可動電極が接離することにより、両者に電気的に接続された母線に対して電流の通電・遮断を行う。ガス絶縁開閉装置は、さらに、絶縁性ガスが封入され、真空バルブを収納するガス密封容器と、一端が可動電極に接続され他端がガス密封容器の外部に延出する延長ロッドとを備えている。そしてさらに、ガス密封容器外に配設され、外部からの電気信号により動作し、延長ロッドの他端に接続する出力軸、及び電磁力によりこの出力軸を駆動することによって、真空バルブの開閉を行う電磁コイルを有する電磁操作機構とを備えている。そのため、真空バルブの可動電極に接続する、従来のレバー、リンク、連結軸等で構成される操作力伝達機構を削減することができ、装置の小型・軽量化を図ることができる。また、各操作力伝達部品の連結部においてのエネルギーロスが無くなり、さらにまた、リンク等の回転部品により発生する摩擦力が無くなるので、効率良く操作力が伝達され、操作力に関してエネルギー効率のよい装置とすることができる。

図１はこの発明のガス絶縁開閉装置の実施例を示す断面図である。
図２は図１のガス絶縁開閉装置のベローズの詳細を示す斜視図である。

図１はこの発明のガス絶縁開閉装置１００の断面図である。ガス絶縁開閉装置１００は、電流の通電・遮断を行う真空バルブ１を備えている。真空バルブ１は、有底円筒状の真空容器２を有している。この真空容器２内に固定電極３と可動電極４が収納されている。固定電極３は、真空容器２の一側の側壁２ａに固定されている。そして、固定電極３には、図示しない主回路母線が電気的に接続されている。
固定電極３に対向するように可動電極４が配設されている。可動電極４は、真空容器２の他側の側壁２ｂを進退動自在に貫通して設けられている。側壁２ｂの可動電極４が貫通する部分にはベローズ５が設けられている。ベローズ５は可動電極４と真空容器２の側壁２ｂとを伸縮自在に密閉している。真空容器２の内部は、遮断時に発生するアークを早く拡散させ消弧するために真空状態に保たれている。
可動電極４が、固定電極３に対して進退動することにより、固定電極３の先端に設けられた固定接触子３ａと、可動電極４の先端に設けられた可動接触子４ａとが離接し真空バルブ１が開閉する。固定接触子３ａと可動接触子４ａとに所定の接圧荷重を負荷する目的で、可動電極４の端部に接圧ばね６が配置されている。接圧ばね５は、可動電極４の端部に接続された系止板７と絶縁ロッド８との間に縮接されている。系止板７は中央部に穿孔されたばか穴に、絶縁ロッド８から真空バルブ１方向に突出する、ばか穴の径より小さい外径を有する軸部材８ｂを所定の遊びを持って貫通させ、さらに軸部材８ｂの中心穴に締着されたビス８ｂの頭部によって、この軸部材８ｂから抜けることを規制されている。そして、系止板７は、絶縁ロッド８に対して軸部材８ｂ上を所定の距離だけ移動可能に支持され、これによって接圧ばね５の伸長量を規制している。絶縁ロッド８は、エポキシ樹脂で作製され、後で述べる延長ロッド９と真空バルブ１との間を電気的に絶縁している。
真空バルブ１、接圧ばね５、絶縁ロッド８及び系止板７は、ガス密封容器１０内に収納されている。ガス密封容器１０内にはＳＦ_６ガス等の絶縁性ガスが封入されている。ガス密封容器１０の一側の側壁は、ベース板１１を構成している。このベース板１１には、所定の大きさの延出開口１１ａが形成されている。そして、一端を絶縁ロッド８に接続された延長ロッド９は、この延出開口１１ａを通って他端を外部に延出している。
ガス密封容器１０の外部に電磁操作機構１２が設置されている。電磁操作機構１２は、ベース板１１から延びる二本の支持部材１５によって支持されている。電磁操作機構１２は、まず、中央部に円筒状の永久磁石１６を有している。そしてさらに、永久磁石１６の真空バルブ１側には、環状に形成された第１の電磁コイル１８が、永久磁石１６と中心軸を一致させて隣接して配設されている。また、永久磁石１６の反対側には同じく環状に形成された第２の電磁コイル１９が、永久磁石１６と中心軸を一致させて隣接して配設されている。このように並んで配設された永久磁石１６、第１の電磁コイル１８、及び第２の電磁コイル１９の中央穴内を貫通するように、円柱状の可動子２０が軸線方向に移動可能に設けられている。そして、可動子２０の中心軸上に出力軸２１が貫通して固着されている。
また、第１の電磁コイル１８のさらに真空バルブ１側に、厚板円板状の第１のヨーク２２が並設されている。一方、第２の電磁コイル１９の真空バルブ１と反対の側に同じく厚板円板状の第２のヨーク２３が並設されている。出力軸２１は第１のヨーク２２及び第２のヨーク２３の中央穴を進退動自在に貫通している。可動子２０、第１のヨーク２２、及び第２のヨーク２３は、各々鉄で作製されている。
電磁操作機構１２と真空バルブ１と延長ロッド９は、同一直線上に配置されている。電磁操作機構１２の出力軸２１と延長ロッド９は、長さ調整機構２４によって接続されている。長さ調整機構２４は、円筒の内側に雌ねじが螺刻されたもので、出力軸２１と延長ロッド９の各々の端部に形成された雄ねじを両端に螺合させている。長さ調整機構２４に対して、延長ロッド９を所定の方向に回転させると、延長ロッド９は出力軸２１から離れるように軸方向に移動し、これにより、絶縁ロッド８と真空バルブ１との距離が縮まる。また、この長さ調整機構２４に対して、延長ロッド９を反対方向に回転させると、出力軸２１と延長ロッド９とが近づき、結果、絶縁ロッド８と真空バルブ１との距離が広がる。
また、ベース板１１の延出開口１１ａには、延長ロッド９の軸線に沿って円筒状のガイド２５が固定されている。延長ロッド９は、このガイド２５に緩やかに案内されて軸方向に摺動する。そして、ガイド２５の外周にベローズ２６が設けられている。
図２はベローズ２６の詳細を示す斜視図である。ベローズ２６は蛇腹円筒状の伸縮部２６ａと、この伸縮部２６ａの真空バルブ１側の端部に形成され、開口端部から外径方向に広がる外径フランジ部２６ｂと、この伸縮部２６ａの真空バルブ１と反対側の端部に形成され、内径方向に狭まる内径フランジ部２６ｃとから構成されている。そして、ベローズ２６は、外径フランジ部２６ｂを押さえ板２７とベース板１１との間に挟持されて固定されている。そして、押さえ板２７は、ベース板１１に立設された雄ねじ２８にナット２９で締着される。また、内径フランジ部２６ｃは中央穴に延長ロッド９を貫通させて両者間の隙間を密閉している。すなわち、ベローズ２６は、延長ロッド９の外周部とガス密封容器１０の延出開口１１ａの周縁部との間に設けられ、延長ロッド９の進退動を妨げずに両者間を密閉、つまりガスシールしている。蛇腹円筒状の伸縮部２６ａは、非常に小さな力で伸縮する。
図１に戻り、真空バルブ１、接圧ばね５、絶縁ロッド８、系止板７、電磁操作機構１２、長さ調整機構２４、及びベローズ２６は、１つのスイッチングユニットを構成し、ガス絶縁開閉装置１００は、三相交流の電流を制御するために３個のスイッチングユニットを並設している。各々のスイッチングユニットに設けられた電磁操作機構１２は、外部からの電気信号により動作し、例えば、３個の真空バルブ１を同時に開閉させる。そして、各真空バルブ１間の微妙なタイミンクのばらつきは、一つの方法として長さ調整機構２４によって調整される。
このように、この実施例のガス絶縁開閉装置１００は、ガス密封容器１０の外部に配設されて外部からの電気信号により動作し、延長ロッド９の端部に接続する出力軸２１と電磁力により出力軸２１を駆動し真空バルブ１の開閉を行う第１，第２の電磁コイル１８，１９を持つ電磁操作機構１２を有するので、真空バルブ１の可動電極４に接続する、従来のレバー、リンク、連結軸等で構成される操作力伝達機構を削減することができ、装置の小型・軽量化を図ることができる。また、従来存在した各操作力伝達部品の連結部におけるエネルギーロスが無くなり、さらにまた、リンク等の回転部品により発生する摩擦力も無くなるので、効率良く操作力が伝達され、操作力に関してエネルギー効率のよい装置とすることができる。
また、真空バルブ１は、三相交流の電流を制御するために３個が並設されており、これに対して電磁操作機構１２は、各々の真空バルブ１に対して１個が設けられているので、従来のものに比べて、３個の真空バルブを連動して動作させる為の連動機構を削減することができ、装置のさらなる小型・軽量化を図ることができる。また、従来存在した連動機構が削減されることにより、さらにエネルギーロスが無くなり、さらにエネルギー効率のよい装置とすることができる。また、従来存在した連動機構が削減されることにより、真空バルブ１を必ずしも本実施例のように並列に配置する必要がなくなり、真空バルブ１のレイアウトが自由になるので、装置の形状の規制が減少する。
そして、可動電極４の軸線と出力軸２１の軸線とが同一直線上にあり、従来真空バルブ１の可動電極４に接続されていたレバー、リンク、連結軸等で構成される操作力伝達機構が不要となり、さらなる装置の小型・軽量化を図ることができる。
さらにまた、延長ロッド９は、ガス密封容器１０の壁面に形成された延出開口１１ａから外部に延出し、延長ロッド９の外周部とガス密封容器１０の延出開口１１ａの周縁部との間に、延長ロッド９の進退動を妨げずに両者間を密閉してガスシールするベローズ２６が設けられているので、延長ロッド９が進退動するときの抵抗が非常に小さくなり、真空バルブ１の動作のばらつきが低減される。さらに、この実施例のように、複数個の真空バルブ１が設けられたものにあっては、各々の真空バルブ１間の動作のばらつきも低減される。
次に動作を説明する。電磁操作機構１２の第１の電磁コイル１８が外部から供給された電力によって励磁されると、第１の電磁コイル１８は電磁力を発生し、この電磁力によって可動子２０を吸引する。これにより、可動子２０が図１の矢印Ａ方向に移動する。そして、第１の電磁コイル１８の吸引力は、出力軸２１を真空バルブ１側に押し、これにより真空バルブ１の固定接触子３ａと可動接触子４ａとが接触し真空バルブ１が閉成する。このとき、接圧ばね６は所定の長さ縮んで固定接触子３ａと可動接触子４ａに所定の接圧荷重を負荷する。
そして、可動子２０が閉成位置側に移動したとき、可動子２０の真空バルブ１側の端面が微小な間隔を空けて第１のヨーク２２に近接する。可動子２０が第１のヨーク２２に近接すると、永久磁石１６から可動子２０を介して第１のヨーク２２までつながる経路で磁路が形成され、この磁路により可動子２０は第１のヨーク２２に吸引される。そして、この吸引力は接圧ばね６の復元力よりも大きなものなので、この後、第１の電磁コイル１８の励磁が無くなっても、真空バルブ１は閉成状態に保持される。
これに対して、電磁操作機構１２の第２の電磁コイル１９が外部から供給された電力によって励磁されると、第２の電磁コイル１９は電磁力を発生し、この電磁力によって可動子２０を吸引する。これにより、可動子２０が図１の矢印Ｂ方向に移動する。そして、第２の電磁コイル１９の吸引力は、可動子２０と第１のヨーク２２との間の吸引力に打ち勝って、出力軸２１を真空バルブ１と反対の側に引く、このとき、接圧ばね６は系止板７によって所定の伸長量に制限されており、この伸長量は可動子２０の移動距離より短いので、これにより真空バルブ１の固定接触子３ａと可動接触子４ａとが離間し真空バルブ１が開成する。
こうして、可動子２０が開成位置側に移動したとき、可動子２０の真空バルブ１と反対側の端面が微小な間隔を空けて第２のヨーク２３に近接する。可動子２０が第２のヨーク２３に近接すると、永久磁石１６から可動子２０を介して第２のヨーク２３までつながる経路で磁路が形成され、この磁路により可動子２０は第２のヨーク２３に吸引される。そのため、この後、第２の電磁コイル１９の励磁が無くなっても、真空バルブ１は開成状態に保持される。永久磁石１６、可動子２０、第１のヨーク２２、及び第２のヨーク２３は、永久磁石１６の磁力によって、真空バルブ１を閉成位置と開成位置の２位置に保持する永久磁石保持装置を構成している。
このように、本実施例のガス絶縁開閉装置１００においては、電磁操作機構１２は、出力軸２１を介して真空バルブ１の可動電極４を閉成位置側に付勢する第１の電磁コイル１８と、可動電極４を開成位置側に付勢する第２の電磁コイル１９とからなるので、真空バルブ１の可動電極４を閉成位置側に移動させるときも、開成位置側に移動させるときも、電磁コイル１８，１９の電磁力によって動作させることとなり、動作が安定し信頼性が向上する。
また、電磁操作機構１２は、出力軸２１に作用して真空バルブ１の可動電極４を閉成位置と開成位置の２位置に保持する永久磁石保持装置を有しているので、永久磁石１６によって可動電極４を閉成位置と開成位置に保持することとなり、保持機構を簡単に構成することができ、部品点数を少なくしてコストダウンを図るとともに小型化を図ることができる。
そして、永久磁石保持装置は、出力軸２１に固着された可動子２０と、この可動子２０を囲繞する永久磁石１６と、可動子２０が閉成位置側に移動したときに可動子２０と近接し、可動子２０及び永久磁石１６とともに磁路を形成する第１のヨーク２２と、可動子２０が開成位置側に移動したときに可動子２０と近接し、可動子２０及び永久磁石１６とともに磁路を形成する第２のヨーク２３とを有するので、永久磁石１６を１個使うだけで上述の保持機構を構成することができコストダウンを図ることができる。
次に、本実施例のガス絶縁開閉装置１００の組み立て時の延長ロッド９の長さの調整の方法を説明する。長さ調整機構２４が設けられているので、電磁操作機構１２の出力軸２１に対して延長ロッド９を回転させることにより、出力軸２１に対して延長ロッド９を出入りさせることができる。そしてこれにより、絶縁ロッド８と真空バルブ１との距離を調整して、結果、固定接触子３ａと可動接触子４ａとの離間距離を調整することができる。この際、延長ロッド９を回転させると、延長ロッド９に固定されたベローズ２６も一緒に回転してしまう。そのため、予めナット２９を緩めておき、ベローズ２６の外径フランジ部２６ｂに対する押さえ板２７の押圧力を無くしておくと、ベローズ２６は自由に回転することができ、脆弱なベローズ２６であっても変形することがない。
すなわち、この実施例のベローズ２６は、蛇腹円筒状の伸縮部２６ａと、伸縮部２６ａの一側の端部に内径方向に延びて形成され延長ロッド９に密閉して固着する内径フランジ部２６ｃと、伸縮部２６ａの他側の端部に外形方向に延びて形成された外径フランジ部２６ｂとを有し、この外径フランジ部２６ｂをガス密封容器１０の壁面を形成するベース板１１とこのベース板１１に締着される押さえ板２７との間に挟み込まれて固定されている。そのため、ベローズ２６をねじらずに延長ロッド９の長さの調整をすることができ、ベローズ２６を変形させてしまうことがない。
また、延長ロッド９と出力軸２１との間に長さ調整機構２４が設けられているので、真空バルブ１と電磁操作機構１２との間の距離を容易に調整することができ、特に複数の真空バルブ１が設けられた本実施例のようなガス絶縁開閉装置にあっては、各々の真空バルブ１間の動作タイミングを合わせる作業を容易に行うことができる。

産業上の利用の可能性

この発明のガス絶縁開閉装置は、発電所、変電所などの電気所に設置されるガス絶縁開閉装置として用いることができ、特に三相交流の電流を制御するためのガス絶縁開閉装置として最適である。

Claims (9)

1. 内部が真空に保たれた真空容器、該真空容器中に配設された、固定電極、及び該固定電極に向かって進退動可能に設けられた可動電極を有し、前記固定電極と前記可動電極が接離することにより電流の通電・遮断を行う真空バルブと、
   絶縁性ガスが封入され、前記真空バルブを収納するガス密封容器と、
   一端が前記可動電極に接続され他端が前記ガス密封容器の外部に延出する延長ロッドと、
   前記ガス密封容器外に配設され、外部からの電気信号により動作し、前記延長ロッドの前記他端に接続する出力軸、及び電磁力により前記出力軸を駆動し前記真空バルブの開閉を行う電磁コイルを有する電磁操作機構とを備える
   ことを特徴とするガス絶縁開閉装置。
2. 前記真空バルブは、複数個が設けられ、前記電磁操作機構は、各々の該真空バルブに対して１個が設けられている
   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. 前記可動電極の軸線と前記出力軸の軸線とが同一直線上にある
   ことを特徴とする請求項２に記載のガス絶縁開閉装置。
4. 前記延長ロッドは、前記ガス密封容器の壁面に形成された延出開口から外部に延出しており、
   前記延長ロッドの外周部と前記ガス密封容器の前記延出開口の周縁部との間に、前記延長ロッドの進退動を妨げずに両者間を密閉するベローズが設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項３のいずれかに記載のガス絶縁開閉装置。
5. 前記ベローズは、
   蛇腹円筒状の伸縮部と、
   前記伸縮部の一側の端部から内径方向に延びて形成され再内径部が前記延長ロッドに密閉して固着する内径フランジ部と、
   前記伸縮部の他側の端部から外形方向に延びて形成された外径フランジ部と
   を有し、
   前記外径フランジ部を、前記ガス密封容器の壁面と該壁面に締着される押さえ板との間に挟み込まれて固定されている
   ことを特徴とする請求項４に記載のガス絶縁開閉装置。
6. 前記電磁操作機構は、前記出力軸を介して前記真空バルブの前記可動電極を閉成位置側に付勢する第１の電磁コイルと、該可動電極を開成位置側に付勢する第２の電磁コイルとを有する
   ことを特徴とする請求項１に記載のガス絶縁開閉装置。
7. 前記電磁操作機構は、前記出力軸に作用して前記真空バルブの前記可動電極を閉成位置と開成位置の２位置に保持する永久磁石保持装置をさらに備える
   ことを特徴とする請求項６に記載のガス絶縁開閉装置。
8. 前記永久磁石保持装置は、
   前記出力軸に固着された可動子と、
   前記可動子を囲繞する永久磁石と、
   前記可動子が前記閉成位置側に移動したときに該可動子と近接し、該可動子及び前記永久磁石とともに磁路を形成して、該可動子を該閉成位置に保持する第１のヨークと、
   前記可動子が前記開成位置側に移動したときに該可動子と近接し、該可動子及び前記永久磁石とともに磁路を形成して、該可動子を該開成位置に保持する第２のヨークとを有する
   ことを特徴とする請求項７に記載のガス絶縁開閉装置。
9. 前記延長ロッドと前記出力軸との間に長さ調整機構が設けられている
   ことを特徴とする請求項４に記載のガス絶縁開閉装置。

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