TWI434480B

TWI434480B - Solid state insulated busbar gear switch

Info

Publication number: TWI434480B
Application number: TW098115677A
Authority: TW
Inventors: Takuya Kurogi; Kenji Tsuchiya; Takumi Ishikawa; Naoki Nakatsugawa
Original assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2008-07-07
Filing date: 2009-05-12
Publication date: 2014-04-11
Also published as: US8045322B2; SG158059A1; US20100002363A1; KR101030290B1; TW201010221A; JP2010017051A; EP2144343B1; CN101626149B; JP4633145B2; EP2144343A2; KR20100005684A; EP2144343A3; CN101626149A

Description

固態絕緣母線齒輪開關

本發明關於受配電設備之齒輪開關，特別關於配置切斷器、變流器、及零相變流器、計器用變壓器等而構成之固態絕緣母線齒輪開關。

通常，受配電用齒輪開關係於其框體內配置切斷器、斷路器、變流器、零相變流器、及計器用變壓器等而構成。另外，切斷器、或斷路器係搭載於作為機器單元可拉出之台車。藉由該台車之移動，切斷器、或斷路器以可自由接/離於電源側導體與負荷側導體的方式而構成。

於此種受配電用齒輪開關，欲達成包含切斷器的負荷側全體之接地保護之信賴性提升、維修之省力化及長壽命化，而在構成機器單元之切斷器之電源側設置零相變流器之同時，在和收納機器單元之機器室不同的主母線室，收納被固態絕緣的主母線(例如專利文獻1)。

專利文獻1：特開2008-43181號公報

但是，於上述受配電用齒輪開關，係藉由設於切斷器負荷側之變流器，及設於切斷器電源側之零相變流器，來檢測出系統產生之接地等異常，而可以將切斷器設為斷路(open)，因此，可以達成包含切斷器之負荷側全體之接地保護，可以擴大保護範圍，提升其之信賴性。另外，主母線被固態絕緣，因為塵埃附著引起之短路事故之防止用的維修變為不需要，可實現維修之省力化。另外，將被固態絕緣的主母線配置於機器室背部之主母線室而構成，彼等母線間之絕緣距離可縮小，收納空間變小，可實現裝置全體之小型化。

但是，成為多面列盤構成之受配電用齒輪開關時，全體之設置面積增加，因而要求更能縮小列盤構成之設置面積的受配電用齒輪開關。

本發明基於上述事項，目的在於提供較習知列盤構成更能達成省空間化之受配電用的固態絕緣母線齒輪開關。

(1)為達成上述目的，本發明構成為具備：框體，其具有：藉由接地金屬板於正面側被劃分形成的機器室，及於背面側被劃分形成的母線室；於上述框體之機器室內，於上述框體之上下方向被疊載配置的切斷器、變流器、零相變流器、及計器用變壓器所構成之開關器單元；於上述框體之母線室內，於上述框體之寬度方向被配置的固態絕緣之主母線；連結於該主母線、分別被連接於上述開關器單元之一方側的固態絕緣之連接母線；及分別被連接於上述開關器單元之另一方側的固態絕緣之引出母線；上述開關器單元，係具有：可移動之台車；設置於該台車上之上述切斷器；及以覆蓋上述切斷器之正面側及兩側面之3面之外周的方式立設於上述台車上部，安裝有上述變流器、零相變流器、計器用變壓器的構架；於上述切斷器之背面部，使該切斷器之連接於固定電極側的端子與連接於可動電極側的端子被配置於上下之任一，該端子，係介由設於上述框體的空氣套管部而連接成為可與上述連接母線及引出母線呈接/離狀態。

(2)於上述(1)之中，較好是上述切斷器被配置於上述台車上，上述變流器，係以覆蓋上述切斷器之3相負荷側端子中之2相端子的方式被固定於上述構架；上述零相變流器，係以覆蓋上述切斷器之3相電源側端子的方式被固定於上述構架；上述計器用變壓器，係介由熔絲(fuse)被連接於上述切斷器之3相負荷側或電源側之其中任一方端子。

(3)於上述(1)或(2)之中，較好是上述計器用變壓器，係由2個單相變壓器構成，該2個單相變壓器於上述構架之正面內側被並設固定。

(4)於上述(1)～(3)之任一之中，較好是上述切斷器為真空切斷器。

(5)於上述(1)～(4)之任一之中，較好是在上述構架之兩側面的上述變流器及零相變流器之對應部分，為保持絕緣性能，而形成半橢圓之缺口。

(6)於上述(1)之中，較好是在上述主母線、連接母線、及引出母線之表面被覆蓋接地層。

(7)於上述(1)之中，較好是上述開關器單元，係以可由上述框體之正面側引出的方式收納於上述框體。

(8)為達成上述目的，本發明構成為具備：框體，具有：藉由接地金屬板於正面側被劃分形成的機器室，及於背面側被劃分形成的母線室；於上述框體之機器室內，於上述框體之上下方向之各段被疊載配置的切斷器、變流器、零相變流器、及計器用變壓器所構成之上段開關器單元，切斷器、變流器、及零相變流器所構成之中段開關器單元，以及切斷器及計器用變壓器所構成之下段開關器單元；於上述框體之母線室內，於上述框體之寬度方向被配置的固態絕緣之主母線；連結於該主母線、分別被連接於上述上段與上述中段開關器單元之一方側的固態絕緣之連接母線；連接上述中段開關器單元之另一方側與上述下段開關器單元之一方側的固態絕緣之補助連接母線；及分別被連接於上述上段與上述下段開關器單元之另一方側的固態絕緣之引出母線；上述上中下段之各開關器單元，係具有：可移動之台車；設置於該台車上之上述切斷器或上述斷路器；及以覆蓋上述切斷器或上述斷路器之正面側及兩側面之3面之外周的方式立設於上述台車上部，安裝有上述變流器、零相變流器、計器用變壓器之其中至少1個機器的構架；於上述切斷器或上述斷路器之背面部，使該切斷器或斷路器之連接於固定電極側的端子與連接於可動電極側的端子被配置於上下之任一，該端子，係介由設於上述框體的空氣套管部而連接成為可與上述連接母線、補助連接母線及引出母線呈接/離狀態。

(9)於上述(8)之中，較好是上述下段開關器單元之斷路器為真空斷路器。

以下參照圖面說明本發明固態絕緣母線齒輪開關之實施形態。

圖1～3表示本發明固態絕緣母線齒輪開關之實施形態，圖1係表示本發明固態絕緣母線齒輪開關之第1實施形態之縱斷側面圖，圖2為圖1所示本發明固態絕緣母線齒輪開關之正面圖，圖3為圖1所示本發明固態絕緣母線齒輪開關之第1實施形態之概略連接圖。

於圖1～3，固態絕緣母線齒輪開關之框體1，係藉由接地金屬板、亦即間隔板2被劃分為正面側與背面側，於背面側(圖1之左側)被劃分形成母線室5，於正面側(圖1之右側)之上下，另藉由密閉蓋部3被劃分形成2個機器室4、4。於框體1之前面側設置可開關之正面門1A，同樣，於背面側設置可開關之背面門1B。另外，在機器室4、4與正面門1A之背側之間，被劃分形成控制室。於正面門1A，被安裝保護控制器16。

於各機器室4、4之底部，在間隔板2與框體1之兩側面內側，分別配置使外周之3邊被固定的大略矩形支撐板7、7。於該支撐板7、7之上，分別載置2個開關器單元8、8。開關器單元8，係由進行電源電路之電流切斷的真空切斷器(VCB)9之切斷部10a；進行切斷部10a之開關操作的真空切斷器9之操作器10；配置於真空切斷器9之負荷側端子的變流器(CT)11；配置於真空切斷器10之電源側端子的零相變流器(ZCT)12；配置於真空切斷器10之電源側端子的零相變流器(ZCT)12；配置於真空切斷器10之上部的上述任一端子所連接之計器用變壓器(VT)13構成。

2個開關器單元8、8，係於個別之前面側(圖1之右側)具備正面蓋部31。於該正面蓋部31，在其上下方向大略中央安裝棒狀之引出把手15。2個開關器單元8、8分別搭載於台車14。另外，於台車14，於其上部，以覆蓋真空切斷器9與操作器10之正面側及兩側面之3面外周的方式立設構架17。於此構架17被安裝變流器11、零相變流器12及計器用變壓器13。

構成上述開關器單元8的真空切斷器9、變流器11、零相變流器12，係如圖3所示被串接。零相變流器12，係配置於真空切斷器9之電源側，變流器11，係配置於真空切斷器9之負荷側，計器用變壓器13，係於上段連接於真空切斷器9之負荷側，於下段連接於真空切斷器9之電源側。

於開關器單元8的背部，係如圖3所示，配置連接於真空切斷器9之固定電極側(下側)的端子18，及連接於真空切斷器9之可動電極側(上側)的端子19。彼等端子18、19，係介由空氣斷路用套管部以可以接/離狀態被連接於，後述說明之母線室5內之主母線20連接之連接母線21、引出母線22、23。

於圖1，於母線室5內，於框體1之上下方向大略中央部，使固態絕緣之主母線20被配置於框體1之寬度方向。於該主母線20，被連接固態絕緣之連接母線21之一端。於該連接母線21之另一端，被分支為一方側之連接端子21a與另一方側之連接端子21b。一方側之連接端子21a，係以和上側開關器單元8之端子18呈可接/離狀態被導入機器室4內。另一方側之連接端子21b，係以和下側開關器單元8之端子19呈可接/離狀態被導入機器室4內。連接端子21a、連接端子21b，係分別藉由空氣斷路用套管部24、25被固定於間隔板2。

於母線室5內之上側及下側，分別配置被施予固態絕緣之引出母線22、23。於上側之引出母線22之一端設有連接端子22a。該連接端子22a，係以和上述上側開關器單元8之端子19呈可接/離狀態被導入機器室4內，藉由空氣斷路用套管部26被固定於間隔板2。上側引出母線22之另一端被連接於纜線頭部28。

於下側之引出母線23之一端設有連接端子23a。該連接端子23a，係以和上述下側開關器單元8之端子18呈可接/離狀態被導入機器室4內，藉由空氣斷路用套管部27被固定於間隔板2。下側引出母線23之另一端被連接於纜線頭部28。於各纜線頭部28、28分別被連接纜線29之一端。纜線29之另一端被引出於框體1之上方。

於主母線20、連接母線21、引出母線22、23之各表面設有接地層，可實現為感電等之安全性之同時，可實現省維護化、維修之省力化。

以下參照圖4-6詳細說明構成本發明之固態絕緣母線齒輪開關之開關器單元8。圖4為本發明固態絕緣母線齒輪開關之第1實施形態之構成之開關器單元之斜視圖。圖5為圖4所示本發明固態絕緣母線齒輪開關之第1實施形態之構成之開關器單元之側面圖。圖6為圖4所示本發明固態絕緣母線齒輪開關之第1實施形態之構成之開關器單元之分解組裝說明之側面圖。

於圖4-6，和圖1-3之符號為同一符號者表示同一部分。構成開關器單元8之真空切斷器9，係被搭載於具有4個車輪的台車14，由配置於台車之前側的操作器10，及配置於其後部的3個絕緣筒30構成之切斷部10a所形成。於操作器10之前面設有正面蓋部31，於上下方向大略中央被安裝棒狀之引出把手15。

於真空切斷器9之切斷部10a，例如於上側使3個可動電極側端子19，於下側使3個固定電極側端子18被安裝於水平。

構架17，係具備：安裝有零相變流器12與變流器11的側板構架17a；安裝有計器用變壓器13的正面板構架17b；連結正面板構架17b之上部側面與側板構架17a之上部的連結板構架17c、17c。彼等構架17係由鋼板形成，但亦可由例如纖維強化塑膠FRP(Fiber Reinforced Plastics)或鋼板以外之金屬板構成。

側板構架17a，係使上下方向設有2個半橢圓形缺口36的大略矩形之2片側板37、37，以和台車14之寬度方向大略等間隔呈對向，使側板37、37的上角部與下角部分別藉由變流器安裝構件35、35予以連結而形成。設於此側板構架17a的合計4個缺口36，係為迴避設於真空切斷器9之外周的構架17引起之絕緣性能降低而設置。另外，於上側變流器安裝構件35，使分別覆蓋3相中之2相之可動電極側端子19的變流器11、11藉由螺栓被螺固。於下側變流器安裝構件35，使以1個鐵心覆蓋3相之固定電極側端子18的特殊軌道(race track)型零相變流器12藉由螺栓被螺固。另外，於側板構架17a之側板37、37之正面側上部，於開關器單元8內側方向被安裝形成凸緣部40a，設有安裝孔。

正面板構架17b，係由計器用變壓器13藉由螺栓被螺固的大略矩形正面板部38，及在該正面板部38之兩側部於操作器10之上部藉由螺栓被螺固的側面呈大略長方形之支撐板部39、39形成。於支撐板部39、39設有安裝孔，用於連接後述說明之連結板構架17c、17c。

如圖4所示，連結板構架17c、17c，係側面呈梯形、上方呈大略字形之鋼板，於梯形狀側板之底部，形成設有側板構架17a安裝孔的凸緣部40b，於另一方側板設有正面板構架17b安裝孔。

計器用變壓器13，係並設2個單相變壓器13a，藉由V/V連接線和可動電極側端子19構成電路。其中，單相變壓器13a、13a，係樹脂模塑形，於其本體上部(圖4、6為左側部)具備主電路端子(一次側端子)13b，一次側之保護熔絲13c，於本體側部(圖4、6為上側部)具備二次側端子13d，介由底座13e被固定於正面板構架17b。另外，如圖4所示，主電路端子13b，係藉由連接線34連接於位於真空切斷器9之切斷部10a的上側可動電極側端子19。

以下參照圖6說明本發明固態絕緣母線齒輪開關之第1實施形態之構成之開關器單元8之組裝方法。首先，於圖6(a)之上側表示計器用變壓器13、連接線34、正面板構架17b、支撐板構架17c之分解狀態，於圖6(a)之下左側表示變流器11、零相變流器12、側板構架17a之分解狀態，於圖6(a)之下右側表示台車14上搭載之操作器10與切斷部10a所構成之真空切斷器9之組裝狀態。亦即，開關器單元8可區分為大略3個構成部，將該各構成部分別組裝之後，連結各構成部而組裝成為全體。

於圖6(b)之上側，計器用變壓器13，係於正面板構架17b介由底座13e藉由螺栓被螺固。正面板構架17b與連結板構架17c、17c之連結，係使正面板構架17b之支撐板部39、39上形成之安裝孔，定位於連結板構架17c、17c之另一方側板上形成之安裝孔，插入安裝螺栓予以螺固而進行。

之後，使正面板構架17b之支撐板部39、39之底部與操作器10之上部藉由螺栓螺固，而將正面板構架17b固定設置於操作器10。另外，使計器用變壓器13之主電路端子13b藉由連接線34連接於位於真空切斷器9之切斷部10a之上側之可動電極側端子19。

之後，安裝側板構架17a。具體言之為，使變流器11、11與零相變流器12覆蓋特定電極端子而將側板構架17a插嵌於台車14，使側板構架17a之側板37、37下部藉由螺栓被螺固於台車14。側板構架17a與連結板構架17c、17c之連結，係使側板構架17a之凸緣部40a、40a上形成之安裝孔，定位於連結板構架17c、17c之凸緣部40b、40b上形成之安裝孔，插入安裝螺栓予以螺固而進行。如圖5所示為組裝完成之開關器單元8之側面圖。

依據上述說明之本發明固態絕緣母線齒輪開關之第1實施形態，將真空切斷器9與計器用變壓器13配設於同一開關器單元8，因此，受配電用齒輪開關之段疊層構成中，習知需要2段之切斷器與計器用變壓器之並列電路，於本發明中可以1段構成。

另外，固態絕緣之主母線20、連接母線21、引出母線22、23，被配置於機器室4之背部之母線室5，可縮小彼等母線間之絕緣距離，收納空間變小，可實現齒輪開關全體之小型化。如此則，可以大幅削減列盤構成時之盤面數，可縮小列盤構成之受配電用齒輪開關之設置面積。

另外，構成為：於構架17安裝變流器11、零相變流器12、計器用變壓器13之後，將該構架17安裝於台車14上搭載之真空切斷器9與操作器10之外周。因此，例如事故時欲替換真空切斷器9時，由框體1拉出，拆除構架17，將構架17安裝於新的真空切斷器9即可完成替換作業。如此則，事故時之回復作業可以簡化之同時，可縮短作業時間。

另外，在構架17之兩側面之變流器11與零相變流器12之對應之部分，形成半橢圓形之缺口36、36，如此則，可確保開關器單元8之絕緣性能。將計器用變壓器13固定於構架17，如此則，可將真空切斷器9與計器用變壓器13搭載於同一單元。

另外，於真空切斷器9之電源側配置零相變流器12，因此可進行包含真空切斷器9在內的負荷側全體之接地保護。結果可擴大保護範圍。

於本發明之實施形態中，於真空切斷器9之電源側端子配置零相變流器，於負荷側端子配置變流器11，但不限定於此態樣，亦可於負荷側端子配置零相變流器12，於電源側端子配置變流器11。

以下參照圖7-10說明本發明固態絕緣母線齒輪開關之第2實施形態。圖7為本發明固態絕緣母線齒輪開關之第2實施形態之縱斷側面圖。圖8為圖7所示本發明固態絕緣母線齒輪開關之一部分斷面顯示之背面圖。圖9為圖7所示本發明固態絕緣母線齒輪開關之第2實施形態之概略連接圖。圖10為通常之受配電用齒輪開關之習知例之概略連接圖。以下說明中，和上述本發明第1實施形態同一構成要素附加同一符號，並省略該部分之說明。

首先，圖10為通常之受配電用齒輪開關之習知例，係由機器單元以上下2段搭載而成的框體100、101之2面之列盤構成。於框體100之上段搭載機器單元102，其由以下構成：真空切斷器9，設於真空切斷器9之固定電極側與可動電極側的斷路部80，設於真空切斷器9之負荷側的零相變流器12，及設於真空切斷器9之電源側的變流器11；於下段搭載機器單元102，其由以下構成：計器用變壓器81，及斷路部80。於框體101之上段，被搭載和框體100之上段搭載之機器單元102同一構成之機器單元102，於下段搭載由計器用變壓器81、斷路部80與空氣斷路器82構成之機器單元102。於框體100之右側並列設置框體101，主母線20貫穿兩框體而設。主母線20，係介由設於2個真空切斷器9、9的可動電極側之斷路部80、80呈可接/離狀態被連接。

和該通常之受配電用齒輪開關之電路構成為等效之電路，係由本發明之固態絕緣母線齒輪開關構成，其為本發明第2實施形態。本實施形態之固態絕緣母線齒輪開關，其和上述第1實施形態之固態絕緣母線齒輪開關之不同點如下，其他點則共通。

(1)如圖7所示，本實施形態中，藉由間隔板2與密閉蓋部3被劃分形成的機器室4，係於上下方向以3段構成。因此，各機器室4搭載之開關器單元8合計亦需要3單元。該3個開關器單元8，如圖9所示，上段開關器單元8係具備：真空切斷器9，設於真空切斷器9之固定電極側與可動電極側的斷路部80，設於真空切斷器9之負荷側的變流器11，設於真空切斷器9之電源側的零相變流器12；及計器用變壓器13。中段開關器單元8係具備：真空切斷器9，設於真空切斷器9之固定電極側與可動電極側的斷路部80，設於真空切斷器9之電源側的變流器11，及設於真空切斷器9之負荷側的零相變流器12。下段開關器單元8係具備：真空斷路器32，設於真空斷路器32之固定電極側與可動電極側的斷路部80，及計器用變壓器13。

(2)於圖7，係於母線室5內，於上段機器室4之背面側與中段機器室4之背面側位置，於框體1之寬度方向配設被施予固態絕緣之主母線20。於該主母線20，被連接固態絕緣之連接母線21之一端。於該連接母線21之另一端，被分支為一方側之連接端子21a與另一方側之連接端子21b。一方側之連接端子21a，係以和上段開關器單元8之下側端子18呈可接/離狀態被導入機器室4內。另一方側之連接端子21b，係以和中段開關器單元8之上側端子19呈可接/離狀態被導入機器室4內。另外，使中段開關器單元8之下側端子18與下段開關器單元8之上側端子19呈可接/離狀態，而將補助連接母線33之連接端子33a、33b分別被導入機器室4內。圖8表示彼等被施予固態絕緣之主母線20、連接母線21、引出母線22、23、補助連接母線33與各機器室4背面部之連接配置狀態。

依據上述本發明固態絕緣母線齒輪開關之第2實施形態，除可獲得和上述第1實施形態同樣效果以外，可使習知受配電用齒輪開關之2段疊層2面列盤構成的包含計器用變壓器13之通常之受配電電路構成，以3段疊層1面予以構成。如此則，可以大幅削減列盤構成時之盤面數，可以大幅縮小列盤構成之受配電用齒輪開關之設置面積。

另外，構成為：於構架17安裝變流器11、零相變流器12、計器用變壓器13之後，將該構架17安裝於台車14上搭載之真空切斷器9等之外周。因此，變流器11等各機器之安裝需要否或配置場所可以簡單變更。亦即，可實現元件之共通性與組裝之容易性，可減少生產成本。

另外，於上述本發明實施形態中，構成為由框體1之上方引出纜線29，但亦可由下方側予以引出。

(發明效果)

依據本發明，將切斷器與計器用變壓器配設於同一開關器單元，在受配電用齒輪開關之段疊層構成中，習知須為2段之切斷器與計器用變壓器之並列電路，可以僅以1段構成。如此則，可以大幅削減列盤構成時之盤面數，可以大幅縮小列盤構成之受配電用齒輪開關之設置面積。

1．．．框體

1A．．．正面門

1B．．．背面門

2．．．間隔板

3．．．密閉蓋部

4．．．機器室

5．．．母線室

6．．．控制室

7．．．支撐板

8．．．開關器單元

9．．．真空切斷器

10．．．操作器

10a．．．切斷部

11．．．變流器

12．．．零相變流器

13．．．計器用變壓器

14．．．台車

15．．．引出把手

17．．．構架

18．．．固定電極側端子

19．．．可動電極側端子

20．．．主母線

21．．．連接母線

21a、21b．．．連接端子

22a、23a．．．連接端子

22、23．．．引出母線

24、25．．．空氣斷路用套管部

26、27．．．空氣斷路用套管部

28．．．纜線頭部

29．．．纜線

36．．．缺口

圖1為本發明固態絕緣母線齒輪開關之第1實施形態之縱斷側面圖。

圖2為圖1所示本發明固態絕緣母線齒輪開關之正面圖。

圖3為圖1所示本發明固態絕緣母線齒輪開關之第1實施形態之概略連接圖。

圖4為本發明固態絕緣母線齒輪開關之第1實施形態之構成之開關器單元之斜視圖。

圖5為圖4所示本發明固態絕緣母線齒輪開關之第1實施形態之構成之開關器單元之側面圖。

圖6為圖4所示本發明固態絕緣母線齒輪開關之第1實施形態之構成之開關器單元之分解組裝說明之側面圖。

圖7為本發明固態絕緣母線齒輪開關之第2實施形態之縱斷側面圖。

圖8為圖7所示本發明固態絕緣母線齒輪開關之一部分斷面顯示之背面圖。

圖9為圖7所示本發明固態絕緣母線齒輪開關之第2實施形態之概略連接圖。

圖10為通常之受配電用齒輪開關之習知例之概略連接圖。