WO2004055850A1

WO2004055850A1 - ガス絶縁開閉装置

Info

Publication number: WO2004055850A1
Application number: PCT/JP2002/013132
Authority: WO
Inventors: Nobumoto Tohya; Masahiro Arioka; Kenichi Koyama; Tomotaka Yano
Original assignee: Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha
Priority date: 2002-12-16
Filing date: 2002-12-16
Publication date: 2004-07-01
Also published as: JPWO2004055850A1; CN100373514C; TW579534B; CN1708819A; TW200411693A; JP4555086B2

Description

明細書ガス絶縁開閉装置技術分野

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、 S F 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、レバ一、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 0 2— 2 5 7 5 3 6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、特閧 2 0 0 0— 2 8 3 3 2 0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 0 2— 2 5 7 5 3 6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一、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、ぺ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、ぺ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。発明の開示

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。図面の簡単な説明

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。

発明を実施するための最良の形態

実施例 1 .

図 1はこの発明のガス絶縁開閉装置 1 0 0の断面図である。ガス絶縁開閉装置 1 0 0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 2 a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 2 bを進退動自在に貫通して設けられている。側壁 2 の可動電極 4が貫通する部分にはべローズ 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 2 b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 3 aと、可動電極 4の先端に設けられた可動接触子 4 a とが離接し真空バルブ 1が開閉する。固定接触子 3 aと可動接触子 4 a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、ばか穴の径ょり小さい外径を有する軸部材 8 bを所定の遊びを持って貫通させ、さらに軸部材 8 bの中心穴に締着されたビス 8 b の頭部によって、この軸部材 8 bから抜けることを規制されている。そして、系止板 7は、絶縁口ッド 8に対して軸部材 8 b上を所定の距離だけ移動可能に支持され、これによつて接圧ばね 5の伸長量を規制している。絶縁ロッド 8は、ェ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 1 0 内に収納されている。ガス密封容器 1 0内には S F ₆ガス等の絶縁性ガスが封入されている。ガス密封容器 1 0の一側の側壁は、ベース板 1 1を構成している。このべ一ス板 1 1には、所定の大きさの延出開口 1 1 a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 1 1 aを通つて他端を外部に延出している。

ガス密封容器 1 0の外部に電磁操作機構 1 2が設置されている。電磁操作機構 1 2は、ペース板 1 1から延びる二本の支持部材 1 5によって支持されている。電磁操作機構 1 2は、まず、中央部に円筒状の永久磁石 1 6を有している。そしてさらに、永久磁石 1 6の真空バルブ 1側には、環状に形成された第 1の電磁コィル 1 8が、永久磁石 1 6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 1 6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 1 9が、永久磁石 1 6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 1 6、第 1の電磁コイル 1 8、及び第 2の電磁コイル 1 9の中央穴内を貫通するように、円柱状の可動子 2 0が軸線方向に移動可能に設けられている。そして、可動子 2 0の中心軸上に出力軸 2 1が貫通して固着されている。

また、第 1の電磁コイル 1 8のさらに真空バルブ 1側に、厚板円板状の第 1のヨーク 2 2が並設されている。一方、第 2の電磁コイル 1 9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 2 3が並設されている。出力軸 2 1は第 1のヨーク 2 2及び第 2のヨーク 2 3の中央穴を進退動自在に貫通している。可動子 2 0、第 1のヨーク 2 2、及び第 2のヨーク 2 3は、各々鉄で作製されている。

電磁操作機構 1 2と真空バルブ 1と延長口ッド 9は、同一直線上に配置されている。電磁操作機構 1 2の出力軸 2 1と延長ロッド 9は、長さ調整機構 2 4によつて接続されている。長さ調整機構 2 4は、円筒の内側に雌ねじが螺刻されたもので、出力軸 2 1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 2 4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 2 1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 2 4 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 2 1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 1 1の延出開口 1 1 aには、延長ロッド 9の軸線に沿って円筒状のガイド 2 5が固定されている。延長ロヅド 9は、このガイド 2 5に緩やかに案内されて軸方向に摺動する。そして、ガイド 2 5の外周にベロ一ズ 2 6が設けられている。

図 2はべローズ 2 6の詳細を示す斜視図である。ベローズ 2 6は蛇腹円筒状の伸縮部 2 6 aと、この伸縮部 2 6 a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 2 6 bと、この伸縮部 2 6 aの真空バルプ 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 2 6 cとから構成されている。そして、ベロ一ズ 2 6は、外径フランジ部 2 6 bを押さえ板 2 7とベース板 1 1との間に挟持されて固定されている。そして、押さえ板 2 7は、ベース板 1 1に立設された雄ねじ 2 8にナット 2 9で締着される。また、内径フランジ部 2 6 c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 2 6は、延長ロヅド 9の外周部とガス密封容器 1 0の延出開口 1 1 a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 2 6 a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 1 2、長さ調整機構 2 4、及びべローズ 2 6は、 1つのスイッチングュニヅトを構成し、ガス絶縁開閉装置 1 0 0は、三相交流の電流を制御するために 3個のスィヅチングュニヅトを並設している。各々のスィツチングュニヅトに設けられた電磁操作機構 1 2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 2 4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 1 0 0は、ガス密封容器 1 0の外部に配設されて外部からの電気信号により動作し、延長口ッド 9の端部に接続する出力軸 2 1と電磁力により出力軸 2 1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 1 8 , 1 9を持つ電磁操作機構 1 2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 1 2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 —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 2 1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一、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 1 0の壁面に形成された延出開口

1 1 aから外部に延出し、延長口、ソド 9の外周部とガス密封容器 1 0の延出開口

1 l a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べローズ 2 6が設けられているので、延長ロヅド 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 1 2の第 1の電磁コイル 1 8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 1 8は電磁力を発生し、この電磁力によって可動子 2 0を吸引する。これにより、可動子 2 0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 1 8の吸引力は、出力軸 2 1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 3 aと可動接触子 4 a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 3 aと可動接触子 4 aに所定の接圧荷重を負荷する。

そして、可動子 2 0が閉成位置側に移動したとき、可動子 2 0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 2 2に近接する。可動子 2 0が第 1 のヨーク 2 2に近接すると、永久磁石 1 6から可動子 2 0を介して第 1のヨーク 2 2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 2 0は第 1のョ —ク 2 2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 1 8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 1 2の第 2の電磁コイル 1 9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 1 9は電磁力を発生し、この電磁力によって可動子 2 0を吸引する。これにより、可動子 2 0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 1 9の吸引力は、可動子 2 0と第 1のヨーク 2 2との間の吸引力に打ち勝って、出力軸 2 1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 2 0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 3 aと可動接触子 4 aとが離間し真空バルブ 1が開成する。

こうして、可動子 2 0が閧成位置側に移動したとき、可動子 2 0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 2 3に近接する。可動子 2

0が第 2のヨーク 2 3に近接すると、永久磁石 1 6から可動子 2 0を介して第 2 のヨーク 2 3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 2 0は第 2のヨーク 2 3に吸引される。そのため、この後、第 2の電磁コイル 1 9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 1 6、可動子 2 0、第 1のヨーク 2 2、及び第 2のヨーク 2 3は、永久磁石 1 6の磁力によつて、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 1 0 0においては、電磁操作機構 1 2は、出力軸 2 1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 1 8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 1 9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 1 8 , 1 9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 1 2は、出力軸 2 1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 1 6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 2 1に固着された可動子 2 0と、この可動子 2 0を囲繞する永久磁石 1 6と、可動子 2 0が閉成位置側に移動したときに可動子 2 0と近接し、可動子 2 0及び永久磁石 1 6とともに磁路を形成する第 1 のヨーク 2 2と、可動子 2 0が開成位置側に移動したときに可動子 2 0と近接し、可動子 2 0及び永久磁石 1 6とともに磁路を形成する第 2のヨーク 2 3とを有するので、永久磁石 1 6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 1 0 0の組み立て時の延長口ッド 9の長さの調整の方法を説明する。長さ調整機構 2 4が設けられているので、電磁操作機構 1 2の出力軸 2 1に対して延長ロッド 9を回転させることにより、出力軸 2 1 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、絶縁口ッド 8と真空バルブ 1との距離を調整して、結果、固定接触子 3 aと可動接触子

4 a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に固定されたべローズ 2 6も一緒に回転してしまう。そのため

、予めナット 2 9を緩めておき、ベロ一ズ 2 6の外径フランジ部 2 6 bに対する押さえ板 2 7の押圧力を無くしておくと、ベローズ 2 6は自由に回転することができ、脆弱なベロ一ズ 2 6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 2 6は、蛇腹円筒状の伸縮部 2 6 aと、伸縮部 2 6 a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 2 6 cと、伸縮部 2 6 a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 2 6 bとを有し、この外径フランジ部 2 6 bをガス密封容器 1 0の壁面を形成するベース板 1 1とこのベ一ス板 1 1に締着される押さえ板 2 7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 2 6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 2 6を変形させてしまうことがない。

また、延長ロヅド 9と出力軸 2 1との間に長さ調整機構 2 4が設けられているので、真空バルブ 1と電磁操作機構 1 2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

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、前記真空ノレプ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

B冑

口ッドと、

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、前記延長の

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

囲

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、

前記延長口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べ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 . 前記べローズは、

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口ヅ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、該可動電極を閧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、

前記可動子が前記閧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とを特徴とする請求項 4に記載のガス絶縁開閉装置 c