WO2015029606A1

WO2015029606A1 - 開閉器

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Publication number: WO2015029606A1
Application number: PCT/JP2014/068262
Authority: WO
Inventors: 和長金谷; 網田　芳明; 腰塚　正; 佐藤　正幸; 祐樹松井
Original assignee: 株式会社東芝
Priority date: 2013-08-26
Filing date: 2014-07-09
Publication date: 2015-03-05
Also published as: US9659727B2; JP2015043656A; US20160225557A1

Abstract

　高電圧用開閉器に要求される遮断責務を容易に達成可能で、かつ、遮断時間の短い開閉器を提供する。絶縁性媒体が充填された圧力容器（１、２）と、接点を有する複数の接点部（７、９）と、接点を駆動する複数の操作部（２９、３０）と、圧力容器（１、２）内を接点部の数と同数区分し、内部空間（１０１、１０２）を形成する絶縁スペーサ（３）と、絶縁スペーサ（３）を貫通し、この絶縁スペーサ（３）に固定された電極（６）と、を備え、内部空間（１０１、１０２）ごとに、それぞれ一つの接点部が設けられ、すべての接点が、電極（６）を介して電気的に直列に接続され、各操作部（２９、３０）は、対応する接点を駆動する。

Description

開閉器

　本発明の実施形態は、複数個の接点を接離する多点切り開閉器に関する。

　事故電流の遮断責務を持つ高電圧用の開閉器には、小電流から大電流までを確実に遮断できることが要求される。特に大電流に関しては、以下の二つの遮断責務を満足しなければならない。

　一つは、電流零点直後の電圧（過渡回復電圧）の立ち上がり初期において、その絶対値は低いが急峻な変化率をもつ三角波形の電圧が現れてしまう近距離線路故障（ＳＬＦ）電流の遮断である。もう一つは、過渡回復電圧の初期の立ち上がりは緩やかであるが終期に絶対値の高い電圧が印加されてしまう遮断器端子短絡故障（ＢＴＦ）電流の遮断である。

　近年では、絶縁性ガスとしてＳＦ_６ガスを封入した圧力容器の中に、接離可能な接点を有する一つの遮断部を収容し、遮断動作時にはこの接点に絶縁性ガスを吹き付け、アークを消弧する方式のパッファ形の開閉器が広く採用されている。この方式では、単一の開閉器で、上記２つの遮断責務を達成する必要がある。

　一方、遮断責務のそれぞれに対して特化した遮断部を連結し、上記２つの遮断責務を達成する方式の開閉器も開発されている。すなわち、複数の遮断部を有し、各遮断部がそれぞれの遮断責務を分担する方式の開閉器である。このような開閉器は、圧力容器の内部空間を分離して、一方にＢＴＦ遮断性能に優れたパッファ形の遮断部を、他方にＳＬＦ遮断性能に優れたパッファ形の遮断部をそれぞれ収容し、両者を電気的に直列に接続して構成される。

特開２００３―３４８７２１号公報

　上記のような遮断責務のそれぞれに対して特化した遮断部を連結してなる開閉器は、各遮断部が接離自在な接点をそれぞれ有し、すべての接点の遮断動作及び投入動作を単一の操作部（アクチュエータ）で行っている。そのため、操作部への負担が大きくかかる。

　従って、操作部の種類やサイズが制限され、操作エネルギーを大きくできない場合には遮断時間が長くなるといった欠点が存在する。

　本実施形態に係る開閉器は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、高電圧用開閉器に要求される遮断責務を容易に達成可能で、かつ、遮断時間の短い開閉器を提供することを目的とする。

　上記の目的を達成するために、本実施形態の開閉器は、絶縁性媒体が充填された密閉容器と、接点を有する複数の接点部と、前記接点を駆動する複数の操作部と、前記密閉容器内を前記接点部の数と同数区分し、内部空間を形成する絶縁スペーサと、前記絶縁スペーサを貫通し、この絶縁スペーサに固定された電極と、を備え、前記内部空間ごとに、それぞれ一つの前記接点部が設けられ、すべての前記接点が、前記電極を介して電気的に直列に接続され、前記各操作部は、対応する前記接点を駆動することを特徴とする。

第１の実施形態に係る開閉器の全体構成を示す断面図であり、投入状態を示す。図１の部分拡大断面図である。第１の実施形態に係る開閉器の全体構成を示す断面図であり、遮断状態を示す。図３の部分拡大断面図である。第２の実施形態に係る開閉器の真空接点部の全体構成を示す断面図であり、投入状態を示す。第２の実施形態に係る開閉器の真空接点部の全体構成を示す断面図であり、遮断状態を示す。第３の実施形態に係るガス接点部の操作部の断面図であり、投入状態を示す。第３の実施形態に係るガス接点部の操作部の断面図であり、遮断状態を示す。第４の実施形態に係る開閉器の遮断状態を示す断面図である。第５の実施形態に係る開閉器の遮断状態を示す断面図である。第６の実施形態に係る開閉器の回路図である。

　［第１の実施形態］
　（全体構成）
　以下では、図１～４を参照しつつ、本実施形態の開閉器の構成について説明する。図１、図３は、本実施形態の開閉器の全体構成を示す断面図であり、それぞれ投入状態、遮断状態を示す。図２、図４はそれぞれ図１、図３の部分拡大断面図である。

　本実施形態の開閉器は、複数の接点が電気的に直列に接続された複数の接点部を有し、接点を接離することにより、電流の投入状態と遮断状態とを切り替える。本実施形態の開閉器は、接地された金属あるいは碍子等からなる圧力容器１、２と、圧力容器１、２に接続されたブッシング４、５と、接離自在な一対の接点を有する複数（ここでは２つ）の接点部７、９と、圧力容器１、２内を接点部の数と同数（ここでは２つ）に区分する絶縁スペーサ３と、絶縁スペーサ３を貫通して固定された固定電極６とを備える。

　圧力容器１、２は、一面が有底で対向する面が開口した円筒状の容器であり、開口した端部はフランジ部になっている。圧力容器１、２によって密閉容器が構成される。圧力容器１、２は、互いに向かい合わせたフランジ部で絶縁スペーサ３を挟んで締結されている。

　接点部７の接点は圧力容器１内に、接点部９の接点は圧力容器２内にそれぞれ収容されており、絶縁スペーサ３に固定された固定電極６と電気的に直列に接続されている。また、ブッシング４、５内には導体２４、２８が接点部７、９に向けて延びるように配置されており、導体２４が接点部７の接点に、導体２８が接点部９の接点に電気的に接続されている。

　開閉器が投入状態にあるときには、ブッシング４から電流が導入され、電流は導体２４、接点部７の接点、固定電極６、接点部９の接点、導体２８を順次経てブッシング５へ導出されるようになっている。また開閉器が遮断状態にあるときは、接点部７、９の各接点が開離し、電流が遮断されている。以下、本実施形態の開閉器の詳細な構成について説明する。

（詳細構成）
（内部空間１０１、１０２）
　圧力容器１、絶縁スペーサ３、及びブッシング４によって内部空間１０１が形成され、圧力容器２、絶縁スペーサ３、及びブッシング５によって内部空間１０２が形成されている。内部空間１０１、１０２は密閉状態にあり、本実施形態では完全な密封状態にある。このような内部空間１０１、１０２には絶縁性媒体が充填されている。

　絶縁性媒体は、例えば、六フッ化硫黄ガス（ＳＦ_６ガス）、二酸化炭素、窒素、乾燥空気、またはそれらの混合ガス、絶縁油等とすることができる。本実施形態ではＳＦ_６ガスが充填されている。なお、内部空間１０１と内部空間１０２の圧力は、不図示のガス供給系や真空ポンプ等により必要に応じて異なるものとすることも、同じにすることもできる。本実施形態では、内部空間１０１のガスの圧力は内部空間１０２のガス圧力以下であり、かつ大気圧以上になっている。

（接点部７）
　接点部７は、高真空の真空容器に電極を収容した真空接点部であり、高真空の優れた絶縁耐力と消弧性を利用して電流の遮断を行う。以下では、接点部７を真空接点部７とする。真空接点部７は、接点を有する真空バルブ８を備える。また、真空接点部７には、真空バルブ８の接点を駆動する操作部２９と、操作部２９の駆動力を真空バルブ８の接点に伝達する連結部３２と、一端が固定電極６に接続された真空バルブ８の他端と接続され、真空バルブ８の接点を圧力容器１内で支持する支持部３４とが設けられている。

　この真空バルブ８は、内部が高真空の円筒状の真空容器８ａを有し、この真空容器８ａが圧力容器１内に収容されている。この真空容器８ａは、例えば、ガラス又はセラミック等からなる絶縁碍筒である。真空容器８ａ内には、接点を構成する一対の固定電極１１及び可動電極１４と、ベローズ３１とが収容されている。

　固定電極１１と可動電極１４は対向配置されている。固定電極１１は、絶縁スペーサ３に固定された固定電極６に固定され、可動電極１４が機械的に接離可能になっている。可動電極１４が固定電極１１から開離した際、両電極１１、１４間にはアークが発生するようになっている。可動電極１４は一端が固定電極１１と対向し、他端が真空容器８ａ壁面を貫通し、その外部に延出している。ベローズ３１は、伸縮自在であり、可動電極１４が固定電極１１から接離する場合でも真空容器８ａ内を気密に保つ。

　連結部３２は、絶縁性の部材で構成された棒状の絶縁ロッド１３と、導電性の部材で構成された棒状の操作ロッド１５とから構成される。絶縁ロッド１３及び操作ロッド１５は固定電極１１及び可動電極１４と同軸上に配置されている。絶縁ロッド１３は、その一端は可動電極１４と接続され、他端が操作ロッド１５と接続されており、圧力容器１内に延びている。操作ロッド１５は、絶縁ロッド１３から圧力容器１壁面を貫通し圧力容器１外へ延出し、操作部２９と接続されている。

　操作部２９は、圧力容器１の外部に配置されており、接点を接離自在に駆動する。すなわち、操作部２９の駆動力により、操作ロッド１５及び絶縁ロッド１３を一直線上に押し引きし、可動電極１４が固定電極１１に対して接離可能になっている。なお、操作部２９の駆動は、例えば、開閉器外部に設置された制御装置からの指令信号により開始することができる。

　操作ロッド１５が貫通する圧力容器１壁面部分には、図示しない弾性体のパッキンを有するシール部１６が設けられており、内部空間１０１は、操作ロッド１５がシール部１６のパッキンと摺接する場合でも気密性が保たれる。

　支持部３４は、一端がシール部１６の設けられた圧力容器１壁面に固定され、他端が可動電極１４と接続されている。この支持部３４は、大別すると、絶縁ロッド１３を取り囲み、シール部１６が設けられた圧力容器１壁面から絶縁スペーサ３に向かって延びる絶縁支持部２１と、一端が絶縁支持部２１と接続され、他端が可動電極１４に接続されている通電支持部２２とから構成される。

　絶縁支持部２１と通電支持部２２は、絶縁ロッド１３及び操作ロッド１５と接触しないように同心状に設けられている。通電支持部２２と可動電極１４との間には、導電性の部材からなる通電接触子２３が両者に電気的に接続されて配置されており、可動電極１４が操作部２９により摺動可能になっている。真空バルブ８は、真空容器８ａの一端が固定電極１１に固定され、他端が可動電極１４を介して支持部３４に支持される。

（接点部９）
　接点部９は、パッファ式のガス遮断部、若しくは、非パッファ式のガス接点部を使用することができる。パッファ式のガス遮断部は、接点を構成する電極や、絶縁性ガスをアークに吹き付けるための圧力を蓄積するパッファシリンダ、アークに絶縁性ガスの吹き付けを案内するノズルを有しており、遮断動作及び投入動作では、これらの部材も電極と共に連動して操作部が駆動させる。一方、非パッファ式のガス接点部は、このようなパッファシリンダやノズルは備えていない。本実施形態の接点部９は、非パッファ式で真空接点部７より絶縁耐力が高く、高速駆動可能なガス接点部である。以下では、接点部９をガス接点部９とする。ガス接点部９は、接点を備える。また、ガス接点部９には、ガス接点部９の接点を駆動する操作部３０と、操作部３０の駆動力をガス接点部９の接点に伝達する連結部３３と、ガス接点部９の接点の移動方向を定める支持部３５とが設けられている。

　ガス接点部９の接点は、真空接点部７の真空バルブ８が有する接点よりも絶縁耐力が大きくなっており、この接点は、圧力容器２内に対向配置された一対の固定電極１２と可動電極１８とから構成されている。固定電極１２は固定電極６に固定され、可動電極１８が固定電極１２に対して機械的に接離可能になっている。

　可動電極１８を機械的に接離可能にしているのは、連結部３３と操作部３０である。連結部３３は、絶縁性の部材で構成された棒状の絶縁ロッド１７と、導電性の部材で構成された棒状の操作ロッド１９とから構成される。絶縁ロッド１７及び操作ロッド１９は固定電極１２及び可動電極１８と同軸上に配置されている。絶縁ロッド１７は、その一端は可動電極１８と接続され、他端が操作ロッド１９と接続されており、圧力容器２内に延びている。操作ロッド１９は、絶縁ロッド１７から圧力容器２壁面を貫通し圧力容器２外へ延出し、操作部３０と接続されている。

　操作部３０は、圧力容器２の外部に配置されており、接点を接離自在に駆動する。すなわち、操作部３０の駆動力により、操作ロッド１９及び絶縁ロッド１７を一直線上に押し引きし、可動電極１８が固定電極１２に対して接離可能になっている。なお、操作部３０の駆動は、例えば、開閉器外部に設置された制御装置からの指令信号により開始することができる。

　操作ロッド１９が貫通する圧力容器２壁面部分には、図示しない弾性体のパッキンを有するシール部２０が設けられており、内部空間１０２は、操作ロッド１９がシール部２０のパッキンと摺接する場合でも気密性が保たれる。

　支持部３５は、一端がシール部２０の設けられた圧力容器２壁面に固定され、他端が可動電極１８と接続されている。この支持部３５は、大別すると、絶縁ロッド１７を取り囲み、シール部２０が設けられた圧力容器２壁面から絶縁スペーサ３に向かって延びる絶縁支持部２５と、一端が絶縁支持部２５と接続され、他端が可動電極１８に接続されている通電支持部２６とから構成される。

　絶縁支持部２５と通電支持部２６は、絶縁ロッド１７及び操作ロッド１９と接触しないように同心状に設けられている。通電支持部２６と可動電極１８との間には、導電性の部材からなる通電接触子２７が両者に電気的に接続されて配置されており、可動電極１８が操作部３０により摺動可能になっている。

（投入状態）
　以上の構成により、本実施形態の開閉器が投入状態にあるときは、ブッシング４から導入される電流は、導体２４、通電支持部２２、通電接触子２３、可動電極１４、固定電極１１、固定電極６、固定電極１２、可動電極１８、通電接触子２７、通電支持部２６及び導体２８を順次経てブッシング５へ導出される。

（遮断動作）
　一方、開閉器の外部から電流遮断の指令信号が操作部２９、３０に与えられると、操作部２９、３０の可動電極１４、１８が固定電極１１、１２から開離する駆動力により、可動電極１４、１８が固定電極１１、１２から同時に開離し電流遮断を開始する。具体的には、真空バルブ８の可動電極１４が固定電極１１から開離する。この過程で、固定電極１１と可動電極１４間には電極より蒸発した粒子と電子によって構成されるアークが発生するが、真空容器８ａ内は高真空であるためアークを構成する物質は拡散し、形状を留めていることができずに消滅する。これにより通電電流を遮断する。また、ガス接点部９において、可動電極１８が固定電極１２から開離し、両電極１２、１８間にアークが発生するが、両電極１２、１８間の絶縁距離を確保することにより、アークは消滅する。

　この遮断過程において、内部空間１０２では、アークによって発生するＳＦ_６ガスの分離ガスが発生する。この分離ガスは真空バルブ８の絶縁碍からなる真空容器８ａの表面層を腐食する作用があるが、真空容器８ａは、密封された内部容器１０１内に収容されているので、内部空間１０２内で発生した分離ガスにより腐食する心配がない。

　なお、真空バルブ８は耐高圧性が良くないベローズ３１を備えているが、内部空間１０１のガスの圧力を、ベローズ３１が耐え得る圧力である、内部空間１０２のガス圧力以下かつ大気圧以上とした。これにより、内部空間１０２の接点における絶縁耐力を確保しつつ、内部空間１０１のベローズ３１が保護される。

　以上のように、遮断過程において、ＳＬＦ遮断責務における急峻な過渡回復電圧を真空接点部７が負担し、ＢＴＦ遮断責務における高い過渡復電圧を、絶縁耐力が高いガス接点部９が負担することで、両遮断責務を容易に達成することができる。

（効果）
（１）本実施形態の開閉器は、複数の接点部の接点のそれぞれに対して接点を駆動する操作部を有していることにより、操作部一つ当たりの負荷が小さくなるので、接点を高速に開離することができる。

（２）接点部７、９には、操作部２９、３０の駆動力を接点に伝達する連結部３２、３３が設けられ、操作部２９、３０は圧力容器１、２の外側に配置され、連結部３２、３３は、圧力容器１、２内に気密性を保ちつつ圧力容器１、２を貫通し操作部２９、３０と接続されている。これにより、操作部２９、３０が、遮断過程で生じるアークによって発生するＳＦ_６ガスの分離ガスと直接接触することがなくなり、この分離ガスによる操作部２９、３０への腐食作用を防止することができる。また、操作部２９、３０が圧力容器１、２の外側に配置されているので、操作部２９、３０のメンテナンス性が向上する。

（３）複数の接点部のうち、少なくとも一つの接点部を、接点を備えた真空バルブを有する真空接点部７とし、少なくとも一つの接点部を、真空バルブ８の接点よりも絶縁耐力の大きい接点を有するガス接点部９とした。これにより、遮断過程において、ＳＬＦ遮断責務における急峻な過渡回復電圧を真空接点部７が負担し、ＢＴＦ遮断責務における高い過渡復電圧を、絶縁耐力が高いガス接点部９が負担することで、両遮断責務を容易に達成することができる。このように、少なくとも一つの真空接点部７と、少なくとも一つのガス接点部９を有することにより、ＳＬＦ遮断責務とＢＴＦ遮断責務を、それぞれの接点部が分担して達成することができる。

（４）また、真空接点部７の真空バルブ８は接触式の接点を有し、可動電極１４の重量も小さいため、非常に短時間の遮断動作が可能である。また、ガス接点部９は、パッファ形のガス接点部としても専用の操作部を有しているので、開閉器全体として操作部一つ当たりの負荷を小さくし、接点を高速に開離することができる。更に、本実施形態のガス接点部９は、可動電極１８にパッファシリンダやノズルを有していないので、パッファ形の接点部に比べて操作部３０の駆動する可動重量が低減される。これにより、操作部３０は可動電極１８を更に高速に駆動させることができるので、絶縁距離を確保するために必要な時間を大幅に短縮することができる。以上のように、本実施形態の開閉器は、従来のパッファ形の接点部を複数有する開閉器と比べて、電流遮断および絶縁距離の確保をより短時間で行えるので、遮断時間を短縮することができる。

（５）本実施形態の開閉器は、内部空間１０１と内部空間１０２を密封する構造としたので、それぞれ独立に異なる圧力にすることができる。具体的には、内部空間１０１のガスの圧力を内部空間１０２のガス圧力以下かつ大気圧以上とした。これにより、内部空間１０２の接点における絶縁耐力を確保しつつ、内部空間１０１のベローズ３１を保護することができる。

［第２の実施形態］
（構成）
　第２の実施形態について、図５及び図６を用いて説明する。図５、６は、第２の実施形態に係る真空接点部７の拡大断面図であり、図５が真空接点部７の投入状態、図６が真空接点部７の遮断状態を示す。第２の実施形態は、第１の実施形態と基本構成は同じである。第１の実施形態と異なる点のみを説明し、第１の実施形態と同じ部分については同じ符号を付して詳細な説明は省略する。

　第２の実施形態に係る開閉器は、真空接点部７の操作部として、電磁反発操作部４１を用いている。電磁反発操作部４１は、電磁反発力を利用したものであり開極動作において高い応答性を有する。この電磁反発操作部４１は、機構箱４２と、高速開極部２０１と、ワイプ機構部２０２と、保持機構部２０３とを有する。

　機構箱４２は、一端面が開口し、この開口縁が圧力容器１のシール部１６が設けられた壁面に固定接続された内部が中空の箱であり、高速開極部２０１、ワイプ機構部２０２、及び保持機構部２０３の各部材がこの機構箱４２内に収容されている。

　高速開極部２０１は、可動軸４３と、電磁反発コイル４４と、反発リング４５とから構成される。可動軸４３は操作ロッド１５と接続された棒状体である。反発リング４５は良導体からなる環状体であり、環状の穴が可動軸４３に嵌め込まれ可動軸４３の周囲に固定されている。機構箱４２の内壁には支持部５７が固定され、支持部５７が可動軸４３に向けて延びている。電磁反発コイル４４は、良導体からなり、この支持部５７に反発リング４５と対向するように設置されている。電磁反発コイル４４には、不図示のコイル励磁手段が接続されており、コイル励磁手段の有するコンデンサから電磁反発コイル４４に電流を供給できるようになっている。この電流により電磁反発コイル４４は励磁され、反発リング４５に電磁反発力を与え、可動軸４３を駆動させる。なお、電磁反発コイル４４及び反発リング４５に用いる良導体としては、銅、銀、金、アルミニウム、鉄が挙げられる。

　ワイプ機構部２０２は、高速開極部２０１の電磁反発力を保持機構部２０３に伝達する。このワイプ機構部２０２は、可動部４３に嵌着されたつば４６と、絶縁物からなるカップリング４７と、つば４６とカップリング４７との間に配置されるワイプばね４８と、つば４６を押さえるつば押さえ４９と、可動軸４３が衝突したときの衝撃を抑える衝撃吸収体５０とから構成される。

　カップリング４７は例えば平板であり、つば４６と対向配置されている。ワイプばね４８は、つば４６とカップリング４７とに付勢力が加わる状態で、一端がつば４６に、他端がカップリング４７に接続されている。つば押さえ４９は、底面が有底の筒状体である。つば押さえ４９は、つば４６とワイプばね４８とを取り囲むようにしてカップリング４７に固定され、底面がつば４６のストッパーの役割を果たしている。なお、つば押さえ４９の底面には開口が設けられ、可動軸４３が移動可能になっている。衝撃吸収体５０はカップリング４７に固定されており、可動軸４３による衝突衝撃を吸収する。

　保持機構部２０３は、永久磁石５１と、開路ばね５２と、電磁ソレノイド５３と、可動部５４と、衝撃吸収体５５と、保持機構箱５６とから構成される。保持機構箱５６は、機構箱４２の内面に固定され、内部には、永久磁石５１、開路ばね５２、電磁ソレノイド５３、可動部５４、及び衝撃吸収体５５が収容されている。

　可動部５４は、永久磁石５１の吸引力が働く磁性体からなる。可動部５４は、概略Ｔ字形状でその脚５４ａが保持機構箱５６の開口から可動軸４３側に向けて延出しカップリング４７に固定されている。永久磁石５１は、保持機構箱５６の可動軸４３側の内面に固定され、可動部５４の両手５４ｂと対向する。永久磁石５１は、可動部５４を吸引する。永久磁石５１と電磁ソレノイド５３と可動部５４は、真空バルブ８の接点を構成する可動電極１４を閉接させる方向に推力を発生させる。

　開路ばね５２は、可動部５４の両手５４ｂと永久磁石５１が設けられた保持機構箱５６の壁面との間に、可動部５４に付勢力を与えるように設置されている。なお、開路ばね５２としては、開路状態においては、上記付勢力が、真空バルブ８の自閉力と永久磁石５１の吸引力との和より大きく、閉路状態においては、可動部５４に対する永久磁石５１の吸引力より小さいものを用いる。

　電磁ソレノイド５３は、導電性の部材からなる巻線であり、可動部５４の脚５４ａのつけ根に巻回されて固定されている。電磁ソレノイド５３には、不図示の外部電源が接続されており、外部電源から電流を供給し電磁ソレノイド５３を励磁可能に構成されている。衝撃吸収体５５は、保持機構箱５６の開口と対向する保持機構箱５６内面に固定されている。

（遮断動作）
　本実施形態の開閉器の遮断動作過程における電磁反発操作部４１の開極動作について説明する。まず、真空バルブ８の固定電極１１と可動電極１４が接している閉路状態において、コイル励磁手段に対して開閉器外部から開極指令を与えると、コイル励磁手段のコンデンサから電磁反発コイル４４に電流が供給され、電磁反発コイル４４が励磁される。これにより、反発リング４５に電磁反発力を与え、可動軸４３と連結部３２を介して可動電極１４が、固定電極１１から電磁反発操作部４１の方向（以下、真空接点部７において、開路方向という。また、この逆方向を閉路方向という。）に高速に開極動作する。

　可動軸４３は、開路方向に移動し、つば４６がワイプばね４８を圧縮するとともに、衝撃吸収体５０に衝突する。このとき、可動軸４３は、衝撃吸収体５０により閉路方向への跳ね返りが低減され、ワイプばね４８と衝撃吸収体５０を介してカップリング４７を開路方向に押し込む。

　一方、保持機構部２０３の電磁ソレノイド５３には、可動軸４３によりカップリング４７を開路方向に押し込むタイミング以前に、外部電源から電流が供給される。これにより、電磁ソレノイド５３が永久磁石５１の磁束を打ち消す方向に励磁され、可動部５４に対する永久磁石５１の吸引力が低下し、可動部５４は開路ばね５２の付勢力により開路方向に駆動する。

　そして、カップリング４７を介してつば押さえ４９がつば４６に当接することにより、可動部５４がカップリング４７、つば押さえ４９、及びつば４６を一体的に引っ張り、可動軸４３を介して可動電極１４をさらに開極させる。その後、可動軸４３の慣性力と開路ばね５２の付勢力とにより、可動電極１４は所定のギャップになるまで開かれ、可動部５４が衝撃吸収体５５と衝突する。この衝撃は衝撃吸収体５５によって吸収されて可動部５４が停止する。なお、所定のギャップとは、電流遮断に必要な固定電極１１の接点と可動電極１４の接点との間の間隔である。

　可動電極１４と固定電極１１の間隔が所定のギャップになった後、電磁反発コイル４４と電磁ソレノイド５３への電流の供給を停止し、これらの励磁を解除する。例えば、外部電源として電荷が蓄積したコンデンサを用い、蓄積した電荷を放出し、電荷がなくなったことにより励磁を解除するようにしても良い。この解除後も、開路ばね５２の付勢力は、真空バルブ８の自閉力、永久磁石５１の吸引力の和より大きいため、真空バルブ８の接点は開路状態を維持する。

（投入状態）
　図５の投入状態において、真空バルブ８の固定電極１１と可動電極１４は、所定の荷重で接触している。永久磁石５１による可動部５４の吸引力は、ワイプばね４８と開路ばね５２による開路力より大きくなっている。そのため、永久磁石５１の吸引力により、可動部５４はその両手５４ｂが開路ばね５２を圧縮し、永久磁石５１と当接し、可動部５４が永久磁石５１に固定された状態になっている。一方、この吸引力により可動軸４３を介して可動電極１４は固定電極１１と当接しているとともに、ワイプばね４８による付勢力が加わっている。このように、真空バルブ８の固定電極１１と可動電極１４は、ワイプばね４８による荷重で接触しており、可動部５４への永久磁石５１の吸引力により投入状態（閉路状態）を維持する。

（効果）
　本実施形態に係る開閉器は、第１の実施形態と同様の効果に加えて、以下の効果を奏する。本実施形態では、真空接点部７の操作部を電磁反発操作部４１とした。真空接点部７は電流遮断に必要な可動電極１１の接点の移動距離であるストロークが短く、可動する部材の重量が小さいため、開極動作において高い応答性が得られ、遮断時間を更に短縮することができる。

　特に、本実施形態では電磁反発操作部４１に、電磁反発コイル４４と、電磁反発コイル４４を固定する支持部５７と、電磁反発コイル４４に対向して設けられた反発リング４５とからなる高速開極部２０１を設けた。これにより、励磁された電磁反発コイル４４と反発リング４５との間に働く電磁反発力によって、開極動作を行う電磁反発操作部４１は、ばね力や油圧を駆動源とする操作部に比べて、駆動力の立ち上がりが非常に速く、非常に高い応答性を得ることができる。このため、急峻な過渡回復電圧についてのＳＬＦ遮断性能に優れる。

　また、電磁反発操作部４１に、真空バルブ８の接点に推力を与える推力発生手段を設けた。具体的には、可動軸４３にカップリング４７、つば押さえ４９、及びつば４６等を介して間接的に接続された磁性体からなる可動部５４と、永久磁石５１と、電磁ソレノイド５３とを設けた。これにより、可動部５４に、永久磁石５１及び励磁された電磁ソレノイド５３の吸引力が働くので、特に、可動部５４及び可動軸４３に対して閉路方向に推力を発生させ、可動電極１４を駆動して固定電極１１と接触させることができる。

［第３の実施形態］
（構成）
　第３の実施形態について、図７および図８を用いて説明する。第３の実施形態は、第１の実施形態と基本構成は同じである。第１の実施形態と異なる点のみを説明し、同じ部分については同じ符号を付して詳細な説明は省略する。

　第３の実施形態に係る開閉器は、ガス接点部９の操作部として、リニア操作部を用いている。図７、８は、第３の実施形態に係るリニア操作部の断面図であり、図７がガス接点部９の投入状態、図８がガス接点部９の遮断状態を示す。

　リニア操作部６１は、磁力の相互作用を利用したもので開極動作において高い応答性を有する。このリニア操作部６１は、一端面が開口し、この開口縁が圧力容器２のシール部２０が設けられた壁面に固定接続された機構箱６２と、機構箱６２に収容されたリニア電動機６３と、リニア電動機６３を機構箱６２の内面に固定する固定部材６４とを有している。

　リニア電動機６３は、固定部材６４に固定された円柱状の固定子６５と、固定部材６４とは反対側に位置し固定子６５の軸方向に可動する円筒状の可動子６６とを有する。固定子６５は、同心の二重殻を構成する外側パイプ６５ａと内側パイプ６５ｂとからなる。外側パイプ６５ａと内側パイプ６５ｂとの間には、一定のクリアランスが設けられている。可動子６６は、その径が内側パイプ６５ｂの径より大きく、外側パイプ６５ａの径より小さくなっており、可動子６６は外側パイプ６５ａと内側パイプ６５ｂとの間を軸方向に移動可能になっている。可動子６６は操作ロッド１９と接続されており、可動子６６の駆動力が操作ロッド１９に伝達する。

　このような殻構造を有するリニア電動機６３は、図７、８に示すように、概略等しい磁化エネルギーを保持した外側永久磁石６７の列及び内側永久磁石６８の列により発生する磁界と、三相コイル６６ａの励磁によって、三相コイル６６ａが巻回された可動子６６を軸方向に進退させ、これが直線方向の推力となる。

　すなわち、リニア電動機６３の内部において、三相コイル６６ａは、可動子６６に巻装されている。その巻装箇所は、貫通せずに十分な強度を維持できる程度に一段深く掘り下げられており、三相コイル６６ａは、可動子６６の外周面と面一若しくは埋没している。三相コイル６６ａには、外部電源（不図示）から供給される電力を励磁電流として供給する駆動装置（不図示）が接続されている。

　外側永久磁石６７の列及び内側永久磁石６８の列は、可動子６６を形成する殻壁を挟んで軸方向に沿って敷設されている。可動子６６の殻壁と、外側永久磁石６７の列及び内側永久磁石６８の列との間には、一定のクリアランスが設けられている。

　内側永久磁石６８は、円弧状又は円環形状であり、内側パイプ６５ｂに固定されている。内側永久磁石６８は、内側パイプ６５ｂの外周面に嵌め込まれ、内側パイプ６５ｂの軸方向に複数並べられることで、可動子６６の内周面と対向する。

　外側永久磁石６７は、円弧状又は円環形状であり、外側パイプ６５ａに固定されている。外側永久磁石６７は、外側パイプ６５ａの内周面に嵌め込まれ、外側パイプ６５ａの軸方向に複数並べられることで、可動子６６の外周面と対向する。

　内側永久磁石６８と外側永久磁石６７は、それぞれ、磁化の向きを少しずつ変えて並べたハルバッハ配列で並べられている。本実施形態では、可動子６６の中心軸を含む断面において、隣接の永久磁石の磁化の向きが最大でも９０度ずつ回転するように永久磁石が配置される。

　また、内側永久磁石６８の列と外側永久磁石６７の列とでは、回転する磁化の向きが逆である。すなわち、例えば、外側永久磁石６７の列に沿って順番に見た磁化の向きは時計回りになり、内側永久磁石６８の列に沿って順番に見た磁化の向きは反時計回りになる。

　更に、この内側永久磁石６８と外側永久磁石６７は、可動子６６の殻壁を挟んで１対１で対向するように配置される。磁化ベクトルが同じ向きの半径方向成分を有する内側永久磁石６８及び外側永久磁石６７が対向し、磁化ベクトルが逆向きの軸方向成分を有する内側永久磁石６８及び外側永久磁石６７が対向する。この半径方向及び軸方向とは円弧状又は円環状の外側永久磁石６７及び内側永久磁石６８を基準にした方向である。

（遮断動作）
　本実施形態の開閉器の遮断動作過程におけるリニア操作部６１の開極動作について説明する。まず、開閉器の外部から駆動装置に開極指令を与えると、三相コイル６６ａに励磁電流が供給され、三相コイル６６ａが励磁される。これにより磁界が発生する。一方、外側永久磁石６７と内側永久磁石６８は概略等しい磁化エネルギーを保持しているので、外側永久磁石６７の列と内側永久磁石６８の列とのクリアランスに半径方向の磁束が極めて多く分布している。三相コイル６６ａはこのクリアランスに配置されているので磁束の大部分が三相コイル６６ａと直角に鎖交することとなる。

　そのため、磁力の相互作用によって大きな推力が発生し、三相コイル６６ａが巻回された可動子６６は、操作ロッド１９から固定部材６４の方向（以下、ガス接点部９において、開路方向という。また、この逆方向を閉路方向という。）に高速に開極動作する。可動子６６の開路方向への移動により、操作ロッド１９が退行すると、可動電極１８の可動接点が固定電極１２の固定接点から開離し始め、アークの電流零点の経過後に消弧し、電流遮断に至る。

　電流遮断に至るタイミング、すなわち可動電極１８の可動接点と固定電極１２の固定接点との間隔が所定のギャップに到達するように駆動装置により励磁電流を流す。所定のギャップになり可動子６６及び可動電極１８が停止すると、駆動装置の運転を停止し、可動子６６に働く推力をゼロにする。これにより、ガス接点部９の開路状態を維持する。

（効果）
　本実施形態に係る開閉器は、第１の実施形態と同様の効果に加えて、以下の効果を奏する。本実施形態では、ガス接点部９の操作部をリニア操作部６１とした。このリニア操作部６１は、ばね力や油圧を駆動源とする操作部と、電磁反発力を駆動源とする第２の実施形態の電磁反発操作部４１との中間の性質を示す。すなわち、駆動力の立ち上がりは電磁反発操作部４１に比べるとやや劣るが、ばね力や油圧を駆動源とする操作部と比べると十分に早い。

　また、電磁反発操作部４１に比べて、より磁化エネルギーの大きな外側永久磁石６７及び内側永久磁石６８を用いたり、これらの数を増大させたり、三相コイル６６ａの巻き数を増やしたりと、駆動エネルギーの大容量化が容易である。

　従って、本実施形態のリニア操作部６１は、接点部に、比較的長いストロークと高い応答性が要求される場合に好適な操作部である。ガス接点部９にはこのような性能が要求されるため、ガス接点部９に本実施形態のリニア操作部６１を適用することにより、開極動作において高い応答性が得られ、更に遮断時間の短縮が可能な開閉器を得ることができる。

　［第４の実施形態］
（構成）
　第４の実施形態について、図９を用いて説明する。第４の実施形態は、第１の実施形態と基本構成は同じである。第１の実施形態と異なる点のみを説明し、同じ部分については同じ符号を付して詳細な説明は省略する。

　図９は、第４の実施形態に係る開閉器の全体構成を示す断面図である。本実施形態では、図９に示すように、コンデンサ７１が内部空間１０１に収容されており、このコンデンサ７１が、固定電極６に接続された通電並設部７２と、通電支持部２２に接続された通電並設部７３との間に、真空バルブ８に対して電気的に並列に接続されている。

（作用・効果）
　第１の実施形態における開閉器の遮断状態においては、事故電流遮断後に開閉器に印加される過渡回復電圧の半分の電圧が、真空バルブ８及びガス接点部９の接点のそれぞれに印加される。真空バルブ８の耐電圧値は、ガス接点部９の接点よりも低いため、この接点より低い電圧で絶縁破壊が生じ、そのときの電圧値によって開閉器の耐電圧性能が決定する。一方、本実施形態においては、真空バルブ８に対して並列にコンデンサ７１を接続しているので、真空バルブ８に印加される電圧がガス接点部９の接点よりも小さくなり、開閉器の耐電圧性能を向上させることができる。

　このときのコンデンサ７１の容量は、真空バルブ８及びガス接点部９の接点の寄生容量と、真空バルブ８及び接点の耐電圧値を考慮して決定する。すなわち、真空バルブ８の耐電圧値をＡ、ガス接点部９の接点の耐電圧値をＢ、真空バルブ８の寄生容量ａ、ガス接点部９の接点の寄生容量をｂ、コンデンサ７１の容量をｃとした場合、コンデンサ７１容量ｃは、ｃ＝（Ｂ／Ａ）ｂ－ａとする。このようにコンデンサ容量を設計することで、真空バルブ８とガス接点部９の接点との耐電圧値の比と、真空バルブ８とガス接点部９の接点との分圧の比を同一にすることができ、開閉器の耐電圧値Ｖを、Ｖ＝Ａ＋Ｂまで向上させることができる。

　以上のように、本実施形態によれば、耐電圧性能が高い開閉器を得ることができる。

　［第５の実施形態］
（構成）
　第５の実施形態について、図１０を用いて説明する。第５の実施形態は、第４の実施形態と基本構成は同じである。第４の実施形態と異なる点のみを説明し、同じ部分については同じ符号を付して詳細な説明は省略する。

　図１０は、第５の実施形態に係る開閉器の全体構成を示す断面図である。本実施形態では、図１０に示すように、第４の実施形態のコンデンサ７１に代えて、サージアブゾーバ７４を、通電並設部７２、７３を介して真空バルブ８に対して電気的に並列に接続する。本実施形態のサージアブゾーバ７４の制限電圧は、真空バルブ８の耐電圧値以下になっている。

（作用・効果）
　本実施形態によれば、第４の実施形態と同様な作用効果に加えて、以下のような作用効果を奏することができる。すなわち、サージアブゾーバ７４を真空バルブ８と並列に電気的に接続したことにより、事故電流遮断後に印加される過渡回復電圧がサージアブゾーバ７４の制限電圧を超える場合、真空バルブ８が絶縁破壊する前にサージアブゾーバ７４が通電状態となり、真空バルブ８にはサージアブゾーバ７４の制限電圧超の電圧が印加されなくなる。

　その結果、開閉器に印加される電圧は、大部分が絶縁耐力の高いガス接点部９の接点に分担されることとなり、開閉器の耐電圧性能を向上させることができる。

　［第６の実施形態］
（構成）
　第６の実施形態について、図１１を用いて説明する。第６の実施形態は、第１の実施形態と基本構成は同じである。第１の実施形態と異なる点のみを説明し、同じ部分については同じ符号を付して詳細な説明は省略する。

　図１１は、第６の実施形態に係る開閉器の回路図である。本実施形態の開閉器８４は、図１１に示すように、複数の接点部８１を有し、各接点部８１の操作部８２の全てが一つの制御装置８３に接続されている。制御装置８３は、それぞれの操作部８２の状態を監視し、遮断指令及び投入指令をそれぞれの操作部８２に対して個別に出力する。操作部８２の状態は、例えば、第２の実施形態の電磁反発操作部４１や第３の実施形態のリニア操作部６１へ供給される電流値によって監視しても良いし、各接点部８１の可動接点の位置を検出する検出器を設けて監視しても良い。

　また、開閉器８４には回路保護手段を設けても良い。回路保護手段としては、例えば、サージアブゾーバや避雷器等を用いることができる。

（作用・効果）
　本実施形態によれば、第１の実施形態と同様な作用効果に加えて、以下のような作用効果を奏することができる。すなわち、制御装置８３を備えたことにより、各接点部８１の接点が開極および閉極するタイミングを任意に制御することができる。例えば、特性の異なる複数の操作部８２における遮断動作および投入動作の同期をとることができるので、開閉器８４の遮断性能を向上させることができる。また、複数の接点部８１に真空接点部７やガス接点部９が含まれる場合に、真空接点部７への遮断指令出力以後にガス接点部９への遮断指令出力を行い、真空接点部７及びガス接点部９の特性を最大限に活かせるようにすることができる。

　また、制御装置８３は各操作部８２の状態を監視しているので、全ての操作部８２若しくは一部の操作部８２が何らかの原因により動作しなかった場合、回路保護手段により開閉器８４の信頼性を向上させることができる。

　以上のように、本実施形態によれば、遮断性能及び信頼性の高い開閉器を得ることができる。

［その他の実施形態］
　本明細書においては、本発明に係る複数の実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図していない。具体的には、第１乃至第６の実施形態を全て又はいずれかを組み合わせたものも包含される。以上のような実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

（１）例えば、第１の実施形態では、遮断過程において、操作部２９、３０の駆動力により可動電極１４、１８が固定電極１１、１２から同時に開離するようにしたが、まず、真空バルブ８の可動電極１４の可動接点が固定電極１１の固定接点から開離させて通電電流を遮断し、続いてガス接点部９の可動電極１８の可動接点を固定電極１２の固定接点から開離させ、両電極１２、１８間の絶縁距離を確保するようにしても良い。

（２）第２の実施形態では、保持機構部２０３の可動部５４を、高速開極部２０１の可動軸４３にワイプ機構部２０２を介して間接的に接続していたが、可動部５４を可動軸４３に直接的に接続するようにしても良い。

（３）第４及び第５の実施形態では、コンデンサ７１及びサージアブゾーバ７４を圧力容器１内に設置したが、圧力容器１外に設置し、導体を圧力容器１に貫通させる等の伝達手段によって真空バルブ８に対して電気的に並列に接続するようにしても良い。

（４）第４の実施形態では、通電支持部２２に通電並設部７３を接続してコンデンサ７１を真空バルブ８と並列接続したが、通電支持部２２の形状を、コンデンサ７１と真空バルブ８とが並列接続される形状とすれば、通電並設部７３を設けなくても良い。

（５）第４の実施形態では、コンデンサ７１の容量を、真空バルブ８及びガス接点部９の接点の寄生容量と、真空バルブ８及びガス接点部９の接点の耐電圧値を考慮して決定したが、ガス接点部９の接点の寄生容量と、真空バルブ８及びガス接点部９の接点の耐電圧値を考慮して決定しても良い。すなわち、コンデンサ７１の容量をａ、ガス接点部９の接点の寄生容量をｂ、真空バルブ８の耐電圧値をＡ、ガス接点部９の接点の耐電圧値をＢとした場合、コンデンサ７１容量ａは、ａ＝ｂ×（Ｂ／Ａ）とする。このようにコンデンサ容量を設計することで、真空バルブ８に印加される電圧をガス接点部９の接点よりも低くすることができる。

１、２　圧力容器
３　　　絶縁スペーサ
４、５　ブッシング
６　　　固定電極
７　　　真空接点部
８　　　真空バルブ
８ａ　　真空容器
９　　　ガス接点部
１１、１２　　固定電極
１３、１７　　絶縁ロッド
１４、１８　　可動電極
１５、１９　　操作ロッド
１６、２０　　シール部
２１、２５　　絶縁支持部
２２、２６　　通電支持部
２３、２７　　通電接触子
２４、２８　　導体
２９、３０　　操作部
３１　　ベローズ
３２、３３　　連結部
３４、３５　　支持部
４１　　電磁反発操作部
４２　　機構箱
４３　　可動軸
４４　　電磁反発コイル
４５　　反発リング
４６　　つば
４７　　カップリング
４８　　ワイプばね
４９　　つば押さえ
５０　　衝撃吸収体
５１　　永久磁石
５２　　開路ばね
５３　　電磁ソレノイド
５４　　可動部
５４ａ　脚
５４ｂ　両手
５５　　衝撃吸収体
５６　　保護機構箱
５７　　支持部
６１　　リニア操作部
６２　　機構箱
６３　　リニア電動機
６４　　固定部材
６５　　固定子
６５ａ　外側パイプ
６５ｂ　内側パイプ
６６　　可動子
６６ａ　三相コイル
６７　　外側永久磁石
６８　　内側永久磁石
７１　　コンデンサ
７２　　通電並設部
７３　　通電並設部
７４　　サージアブゾーバ
８１　　接点部
８２　　操作部
８３　　制御装置
８４　　開閉器
１０１　内部空間
１０２　内部空間

Claims

　絶縁性媒体が充填された密閉容器と、
　接点を有する複数の接点部と、
　前記接点を駆動する複数の操作部と、
　前記密閉容器内を前記接点部の数と同数区分し、内部空間を形成する絶縁スペーサと、
　前記絶縁スペーサを貫通し、この絶縁スペーサに固定された電極と、
　を備え、
　前記内部空間ごとに、それぞれ一つの前記接点部が設けられ、
　すべての前記接点が、前記電極を介して電気的に直列に接続され、
　前記各操作部は、対応する前記接点を駆動することを特徴とする開閉器。
　前記接点部の少なくとも一つには、前記操作部の駆動力を前記接点に伝達する連結部が設けられ、
　前記操作部は、前記密閉容器の外側に配置され、
　前記連結部は、前記密閉容器内の気密性を保ちつつ前記密閉容器を貫通し、前記操作部と接続されていることを特徴とする請求項１に記載の開閉器。
　前記接点部のうち、
　少なくとも一つの接点部が、接点を備えた真空バルブを有する真空接点部であり、
　少なくとも一つの接点部が、前記真空バルブの接点よりも絶縁耐力の大きい接点を有する接点部であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の開閉器。
　前記真空バルブの接点に、コンデンサが並列接続されていることを特徴とする請求項３に記載の開閉器。
　前記真空バルブの接点に、サージアブソーバが並列接続されていることを特徴とする請求項３に記載の開閉器。
　前記接点部のうちの少なくとも一つの接点部の操作部が、
　コイルと、
　前記コイルを固定するコイル固定部と、
　前記コイルと対向して設けられた対向良導体と、
　前記対向良導体を貫通し、この対向良導体に固定された可動軸と、
　前記コイルに電流を供給し、前記コイルを励磁するコイル励磁手段と、
　を備え、
　前記コイルが励磁され、前記コイルと前記対向良導体との間で反発力が発生し、前記可動軸に推力を与えることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の開閉器。
　前記操作部は、前記可動軸に直接又は間接に接続され、前記可動軸に推力を与える推力発生手段を有することを特徴とする請求項６に記載の開閉器。
　前記推力発生手段は、前記可動軸と直接又は間接に接続された磁性体からなる可動部と、永久磁石と、電磁ソレノイドと、を備えることを特徴とする請求項７に記載の開閉器。
　前記接点部のうちの少なくとも一つの接点部の操作部が、
　円環状若しくは円弧状の永久磁石の磁極がその中心軸を含む断面において最大でも９０度ずつ回転するよう当該永久磁石を隣接させて構成される第一の永久磁石の列と、
　円環状若しくは円弧状の永久磁石の磁極がその中心軸を含む断面において最大でも９０度ずつ回転するよう当該永久磁石を隣接させて構成される第二の永久磁石の列と、
　磁化ベクトル半径方向成分が同じ向きの前記第一の永久磁石と前記第二の永久磁石とを対向させ、両列が一定距離を保つように固定する二重筒構造の固定子と、
　前記第一の永久磁石の列と前記第二の永久磁石の列との間に位置するコイルを有し、前記固定子の軸方向に可動する筒状の可動子と、
　前記コイルに電流を供給し励磁するコイル励磁手段と、を備え、
　前記可動子が、前記接点を駆動することを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の開閉器。
　前記各操作部のそれぞれに接続された制御装置を備え、
　前記制御装置は、前記操作部の開極動作及び閉極動作の動作開始を制御することを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の開閉器。
　前記絶縁性媒体がＳＦ_６ガスであることを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の開閉器。
　前記内部空間は、前記内部空間毎に内圧が可変であることを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の開閉器。