TW201443963A - 三相共槽型斷路器 - Google Patents

Abstract

提供一種可使氣體絕緣開關裝置小型化的三相共槽型斷路器。由內部具有斷路部且封入絕緣氣體之三個斷路部槽(2、3、4)，及將前述斷路部開關之操作器；及對前述斷路部傳遞前述操作器的驅動力之驅動機構部(5)，來構成三相共槽型斷路器。前述操作器，係由驅動電動機部(8)和對驅動電動機部(8)輸出開關指令之控制暨電源部(9)所構成。驅動電動機部(8)設置於驅動機構部(5)鄰近，控制暨電源部(9)配置在與驅動電動機部(8)不同的場所，而將驅動電動機部(8)與控制暨電源部(9)電性連接。

Description

三相共槽型斷路器

本發明係有關三相共槽型斷路器，特別是具有可使氣體絕緣開關裝置小型化之操作器構成的三相共槽型斷路器。

近年的電力開關裝置，因應電力需要增大與電力設備小型、高可靠化之需要，是藉由在封入有絕緣、斷路性能高的六氟化硫(SF₆)氣體的槽內收納通電導體或斷路部等電氣裝置，來將開關裝置全體大幅縮小，這類氣體絕緣開關裝置(以下稱GIS)明顯有成為主流的傾向。

該GIS最重要的構成要素為斷路器(以下，GCB)，該GCB之構造為，在封入有SF₆氣體的斷路部槽內，斷路部透過絕緣間隔材而被支撐。

該斷路部不僅是通常的負載電流，為了還能將事故時的短路大電流迅速斷路，係以高速驅動。該驅動能量很大，以往會在斷路部槽的外側安裝大型的操作器， 以油壓或彈簧力來驅動。

該油壓或彈簧力的產生，除了泵浦或電動機以外，全是倚賴機械系統、高壓流體系統的控制、增幅作用來進行，故操作裝置會大型化，在GCB的構成要素中，操作器會佔去相當大的部分(全長、全高、全寛，以至於設置面積、體積)。

尤其是，操作器會因為其目的而安裝在斷路部槽的端部或下部，結果造成GCB的全長或全高增大。為了GCB的斷路部的解體維護，必須將操作器安裝在GIS的前面，故GCB的尺寸必然會成為決定GIS大小的要因。

專利文獻1中揭示一種電動彈簧操作氣體斷路器，係將斷路部槽內與斷路器連結之輸出軸，從操作器箱的背板側導入上述操作器箱內，而在上述輸出軸分別連結斷路彈簧和投入彈簧的一端而成之電動彈簧操作氣體斷路器，其特徵為，在與上述輸出軸的動作方向幾乎平行，且相對於上述背板呈垂直方向之動作軸上配置上述斷路彈簧和上述投入彈簧，將上述斷路彈簧及上述投入彈簧的固定端側分別固定至上述背板。

在這樣的構成中，為了因應較大的操作力與較長的動作行程，操作器會變得大型、長尺寸化，故不得不將收納投入彈簧的彈簧盒配置成從操作箱朝斷路部槽的下部延伸，必須將GCB全高抬高，難以使GIS小型化、低矮化。此外，重心也會變高，也會有耐震性降低等問 題。

專利文獻2中揭示一種電力用氣體斷路器，具備：封入有絕緣氣體之金屬槽；及收納該金屬槽之斷路裝置；及設置於前述金屬槽的外部之蓄壓器；及與該蓄壓器隔離配置，藉由前述蓄壓器中蓄積的高壓油而受到驅動之前述斷路裝置的驅動裝置；及包圍前述蓄壓器以阻隔外界大氣之外罩構件；而構成。

該構成中，油壓維持源即蓄壓器是一長尺寸物，且必須將其設置在操作器本體的鄰近，故會有設計自由度受限之問題。

此外，油壓操作器中，雖然操作汽缸本體小型，但必須耐受數百大氣壓的高壓油，故各零件會使用大型重量零件。如此一來，會有GCB大型化的問題。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開昭64-6340

[專利文獻2]日本特開昭62-249325

為使GIS小型化、低矮化，必須縮小減低GCB的全長、全高、全寬，但斷路部槽的大小，是由GCB最大的任務亦即事故大電流的高速斷路機能來決定， 故小型化有其極限。故，雖追求操作器部分的小型化，但現狀有其極限。

其理由在於，要求高速、大輸出的操作器，幾乎全由機械系統或流體系統所構成，更因重視機械力、油壓力的傳遞效率、傳達速度，故不得不以操作輸出軸為中心，將所有要素集中於一處。

也就是說，如果能將前述驅動彈簧或蓄壓器(accumulator)與操作器本體分離，例如配置在斷路器槽的上部或是GIS部分，便能使操作器本體小型化，但會帶來操作力的傳遞效率等許多問題，而難以實現。

有鑑於以上問題點，本發明之目的在於提供一種斷路器，其適於GIS小型化、低矮化且具有配置自由度大的操作器。

本發明之三相共槽型斷路器，係由：內部具有斷路部且封入絕緣氣體之三個斷路部槽；及將前述斷路部開關之操作器；及對前述斷路部傳遞前述操作器的驅動力之驅動機構部；所構成。前述操作器，係由驅動電動機部和對前述驅動電動機部輸出開關指令之控制暨電源部所構成。前述驅動電動機部設置於驅動機構部鄰近，前述控制暨電源部配置在與前述驅動電動機部不同的場所，而將前述驅動電動機部與前述控制暨電源部電性連接。

只要使用本發明之電動線性電動機操作器，驅動電動機部的配置便可自由，又，能夠將習知必須一體構成的控制暨能量源維持部與驅動部分離而配置在任意位置，故可縮小GCB的全長、全高、地板佔有面積。如此一來，可使GIS小型、低矮化。

1‧‧‧斷路部

1a‧‧‧絕緣噴嘴

1b‧‧‧可動側電弧接點

1c‧‧‧緩衝軸棒

1d‧‧‧緩衝汽缸

1e‧‧‧絕緣操作桿

2‧‧‧斷路部槽

3‧‧‧斷路部槽

4‧‧‧斷路部槽

5‧‧‧操作機構部

6‧‧‧旋轉桿

6a‧‧‧大氣中旋轉桿

6b‧‧‧氣體中旋轉桿

7‧‧‧連結桿

8‧‧‧驅動電動機部

9‧‧‧控制暨電源部

10‧‧‧軸承

31‧‧‧動子

32‧‧‧電動致動器

[圖1]本發明之三相共槽型斷路器立體圖。

[圖2]本發明之三相共槽型斷路器側面圖。針對操作機構部5，令其內部構成可視化。

[圖3]本發明之三相共槽型斷路器俯視圖。針對操作機構部5，令其內部構成可視化。

[圖4]從操作機構部側觀看本發明之三相共槽型斷路器時之圖。針對操作機構部5，令其內部構成可視化。

[圖5]旋轉桿一例示意放大圖。

[圖6]本發明之三相共槽型斷路器內部構成示意截面圖。示意閉極狀態。

[圖7]本發明之三相共槽型斷路器內部構成示意截面圖。示意開極狀態。

[圖8]本發明之三相共槽型斷路器可動部概略構成圖。

[圖9]本發明之電動致動器一例示意概略圖。示意截 面構成。

[圖10]圖9之電動致動器沿Z方向之截面構成示意圖。

[圖11]本發明之電動致動器另一構成例示意立體圖。

[圖12]圖11之截面構成示意圖。

以下，依據示意作為實施例之圖面，說明本發明之三相共槽型斷路器。

[實施例1]

在圖1立體圖所示封入有SF₆氣體的斷路部槽2、3、4內，各自配置斷路部(圖6、7)。

在槽2，3，4的端部，配置操作機構部5。在操作機構部5，旋轉桿6(圖5)係以氣體氣密方式裝配，該旋轉桿6被軸承10保持(圖2、3、4)。藉由以該軸承10保持，旋轉桿6會以軸承10為基點做旋轉運動。此外，藉由在軸承10內設置氣體密封部，來維持操作機構部5內的氣體氣密。

如圖5一例所示，旋轉桿6是由大氣中旋轉桿6a與氣體中旋轉桿6b所構成。該氣體中旋轉桿6b，其構造為在操作機構部5內藉由銷將絕緣操作桿1e緊固(圖3)。絕緣操作桿1e，係將從操作機構部5側傳遞而來的驅動力傳遞至斷路部側。

大氣中旋轉桿6a，是在操作機構部5的上面，三相份藉由銷而連結在連結桿7上(圖3)。連結桿7是在直線上動作，故大氣中旋轉桿6a係做成長孔以便以史格-羅素(Scott-Russell)方式驅動。

本發明之電動線性電動機操作器的驅動電動機部8，係構成為被該連結桿7夾住。本實施例中，驅動電動機部8固定於操作機構部5的上面。

圖3中，是做成配置於各相間的二個驅動電動機部8，但依必要之操作力不同，只要有其中一方的驅動電動機部8即可。

對驅動電動機部8輸出開關指令之控制暨電源部9，能夠藉由纜線9a而與驅動電動機部8連結，故全體構成能夠配置於不佔據位置的方便場所。圖4中示意了配置於操作機構部5下部的例子，但並不限於此。

如圖6所示，當三相共槽型斷路器為導通狀態，使連結桿7朝圖的上方向衝程(stroke)，藉此，緊固於連結桿7上的旋轉桿6會透過軸承而朝逆時鐘旋轉。如此一來，與旋轉桿6連結的絕緣操作桿1e會朝紙面右方向移動，斷路部1成為斷開狀態。

反之如圖7所示，斷路器在斷開狀態下，使連結桿7朝圖的下方向衝程，藉此，斷路部1進入導通狀態。

圖6及圖7所示斷路部1的可動側，至少如圖8所示，是將絕緣噴嘴1a、用來將電流斷路的接點部 亦即可動側電弧(arcing)接點1b、緩衝軸棒1c、緩衝汽缸1d及絕緣操作桿1e，分別配置於同軸上而構成。

驅動電動機部8固定於操作機構部5的上面，而與固定在操作機構部5下部之控制暨電源部9電性連接(圖4)。

電流檢測用變流器(未圖示)會計測與斷路部的固定側及可動側連接之主電路導體的電流，所檢測之電流值會輸入至控制暨電源部9。控制暨電源部9，具有因應變流器所檢測之電流值而改變供給至驅動電動機部8的電流量或相位之功能。

以下，利用圖9及圖10，說明驅動電動機部8的詳細構造。圖9為構成驅動電動機部8之電動致動器32與定子31之一例，圖10為從Z方向示意圖9所示定子105的截面形狀之圖。

本實施例中，電動致動器32是以2個定子105作為一單位而構成。定子105如圖10所示，係由：磁性體103；及磁性體103具有之第一磁極101；及與該第一磁極101相向配置之第二磁極102；及設置於第一磁極101及第二磁極102的外周之線圈104；而構成。

在定子105的第一磁極101及第二磁極102之間，隔著空隙而配置動子31，該動子31由永久磁鐵106及包夾並支撐該永久磁鐵106之磁鐵固定構件107所構成。

永久磁鐵106的磁化方向為Y方向(圖9 中，上下方向)，每個相鄰磁鐵被交互磁化。此外，磁鐵固定構件107的材質為非磁性材料。

動子31，係保持永久磁鐵106與第一磁極101及第二磁極102之間的間隔，故受到機械性零件支撐，該機械性零件會拘束對於Z方向以外的方向的動作。

驅動時，在線圈104流通電流藉由產生磁場，可因應定子105與永久磁鐵106的相對位置而產生推力。此外，藉由控制定子105與永久磁鐵106的位置關係，以及在線圈104流通的電流的相位或大小，便可調整推力大小及方向。

由具有上述電動致動器32之驅動電動機部8及控制暨電源部9所構成之電動線性電動機操作器，是藉由導通電流來產生操作力，藉此，不需設置複雜的機械性機構，便可實現讓可動電極停止在衝程的前進端位置、後退端位置、以及衝程中間位置計3處以上的位置。

另，上述說明僅為一例，凡是構造為將電氣訊號變換成驅動力，可控制驅動力大小或方向，且可使動子停止在衝程的前進端位置、後退端位置、衝程中間計3處以上的位置以及可再驅動，則亦可使用具有其他構成之電動致動器。

利用圖11，12，說明本實施例中運用之驅動電動機部8。本實施例中，三單位的電動致動器32a，32b，32c是於Z方向(可動電極的動作軸方向)並排配置。

另，本實施例中，如上述般，一單位是由二個定子所構成，三單位的電動致動器共計由六個定子構成，但一單位亦可由一個以上的定子所構成，三單位的電動致動器亦可由其3倍數個的定子所構成。

相對於電動致動器32a，電動致動器32b係電氣相位錯開120°而配置，電動致動器32c則是電氣相位錯開240°而配置。

此一電動致動器配置中，若於各電動致動器的線圈104流通三相交流，則能夠實現與三相線性電動機同樣的動作。藉由使用三單位的電動致動器，亦可將各電動致動器做成三個獨立的電動致動器，個別控制電流而調整推力。

對各電動致動器的線圈，能夠從控制暨電源部注入各自不同大小或不同相位的電流。作為一例，可考慮將從一個交流電源供給之U，V，W三相電流分開供給。在此情形下，便不需具備複數個電源，故較簡便。

如上所述，只要使用本發明之電動線性電動機操作器，則驅動電動機部的配置便可自由，習知必需為一體構成的控制暨電源部能夠與驅動電動機部分離而配置在任意位置，故可縮小GCB的全長，全高，地板佔有面積。如此一來，可使GIS小型、低矮化。

1e‧‧‧絕緣操作桿

2‧‧‧斷路部槽

3‧‧‧斷路部槽

4‧‧‧斷路部槽

5‧‧‧操作機構部

6‧‧‧旋轉桿

6a‧‧‧大氣中旋轉桿

6b‧‧‧氣體中旋轉桿

7‧‧‧連結桿

8‧‧‧驅動電動機部

Claims (5)

1. 一種三相共槽型斷路器，係由：內部具有斷路部且封入絕緣氣體之三個斷路部槽；及將前述斷路部開關之操作器；及對前述斷路部傳遞前述操作器的驅動力之驅動機構部；所構成，該三相共槽型斷路器，其特徵為：前述操作器，係由驅動電動機部和對前述驅動電動機部輸出開關指令之控制暨電源部所構成，前述驅動電動機部設置於前述驅動機構部鄰近，前述控制暨電源部，配置於與前述驅動電動機部不同的場所，將前述驅動電動機部與前述控制暨電源部電性連接。
2. 如申請專利範圍第1項之三相共槽型斷路器，其中，前述驅動機構部，具有身為史格-羅素(Scott-Russell)機構的旋轉桿，前述旋轉桿的一端與連結桿連結，該連結桿傳遞來自前述驅動電動機部的驅動力，前述旋轉桿的另一端與絕緣操作桿連結，該絕緣操作桿對前述斷路部傳遞來自前述驅動電動機部的驅動力。
3. 如申請專利範圍第2項之三相共槽型斷路器，其中，前述驅動電動機部配置於前述驅動機構部的上面，前述控制暨電源部配置於前述驅動機構部的下面。
4. 如申請專利範圍第1至3項任一項之三相共槽型斷 路器，其中，前述驅動電動機部，係由動子，使永久磁鐵或磁性材一面交互反轉其磁化方向一面並排複數個而一體形成；及定子，由從上下包夾前述動子而配置之第1磁極及第2磁極，及連接前述第1磁極與前述第2磁極而形成磁通量路徑之磁性體，及分別捲繞於前述第1磁極與前述第2磁極之線圈所構成；所構成，前述控制暨電源部，因應電流檢測器檢測之流通於主電路導體的電流值，來改變供給至前述線圈的電流量。
5. 如申請專利範圍第4項之三相共槽型斷路器，其中，將前述定子的一單位於前述動子的動作方向配置3的整數倍，前述線圈是於前述相鄰定子的每一單位錯開120°電氣相位而配置，藉由對各個前述定子的線圈流通三相交流，而可實現三相線性電動機之動作。