WO2015186391A1

WO2015186391A1 - ガス遮断器

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Publication number: WO2015186391A1
Application number: PCT/JP2015/056280
Authority: WO
Inventors: 雄輝中井; 将直寺田; 陽一大下
Original assignee: 株式会社日立製作所
Priority date: 2014-06-05
Filing date: 2015-03-04
Publication date: 2015-12-10
Also published as: JP2015230818A

Abstract

　密封タンク（２１）内に駆動側電極と、被駆動側電極、と双方向駆動機構部を設ける。双方向駆動機構部は、駆動側ロッド（１０）と、被駆動側ロッド（１８）と、これらのロッドを反対方向に動作させる回転レバー（１２）と、これらのロッドの動作を規定するガイド（１９）とを備える。駆動側ロッド（１０）が有する第一溝カム（１１）と、回転レバー（１２）が有する第二溝カム（１３）それぞれに、駆動側可動ピン（１５）を連通させ、駆動側ロッド（１０）の動作により回転レバー（１２）を回動させ、被駆動側ロッド（１８）が駆動側ロッド（１０）と反対方向に駆動されることで、被駆動側ロッド（１８）に接続する被駆動側アーク電極（５）が駆動側ロッド（１０）に接続する駆動側電極の前記駆動側アーク電極（４）と反対方向に駆動する。

Description

ガス遮断器

　本発明は電力系統における短絡電流の遮断に用いるガス遮断器に関する。特に、電極を互いに反対方向に駆動する双方向駆動機構を有するガス遮断器に関する。

　高電圧の電力系統に用いるガス遮断器は、開極動作途中の消弧ガス圧力上昇を利用し、圧縮ガスを電極間に生じるアークに吹き付けることで電流を遮断するパッファ形と呼ばれるものが一般的に用いられている。

　圧縮ガスは、機械的圧縮と熱的圧縮により得られる。前者は、油圧やばねなど駆動源となる操作器のエネルギーにより電極と連結されたパッファシリンダを駆動し、パッファピストンとの間の圧縮室の容積を小さくすることで消弧ガスを圧縮し、アークに吹き付けるものである。後者は、アークによる熱で消弧ガスを圧力上昇させ、操作力の付与やアークへの直接吹き付けをするものである。

　アーク熱を吹き付け圧力の形成に利用するものとして、容積固定の熱膨張室を設け、開極時に容積を縮小する機械的圧縮室と併用するパッファ形ガス遮断器が知られている。

　パッファ形ガス遮断器遮断性能を向上させるためには開極速度を大きくすることが必要だが、そのためには操作器をより駆動力の大きいものにする必要があり、装置が大型化しコスト増となる。

　そこで、従来固定されていた被駆動側の電極を開極方向と反対方向に駆動する双方向駆動方式が提案されている。例えば、駆動側電極と被駆動側電極の速度比を任意に設定可能な構造として溝カムを用いたものがある（特許文献１）。

欧州特許出願公開第９３２５００７３号明細書

　特許文献１に係る双方向駆動方式は、溝カムにより被駆動側の速度を任意に設定可能であるが、その溝カムは running course section 17、18とconnection course section19で構成され、connection course section19を挟んでrunning course section17、18の軸が離れている。そのため、回転レバーの回転角を大きくするためには、回転レバーの長さを長くする必要があり、双方向駆動機構装置が大きくなる。

　前記課題を解決するために、本発明に係るガス遮断器は、密封タンク（２１）内に駆動側電極と被駆動側電極を対向して設け、前記駆動側電極は駆動側主電極（２）と駆動側アーク電極（４）を有し、前記被駆動側電極は被駆動側主電極（３）と被駆動側アーク電極（５）を有し、前記駆動側アーク電極（４）は操作器（１）に接続され、前記被駆動側アーク電極（５）は双方向駆動機構部に連結され、前記双方向駆動機構部は、前記駆動側電極からの駆動力を受ける駆動側ロッド（１０）と、前記被駆動側アーク電極（５）に接続した被駆動側ロッド（１８）と、前記駆動側ロッド（１０）の動作に対して前記被駆動側ロッド（１８）を反対方向に動作させる回転レバー（１２）と、前記駆動側ロッド（１０）と前記被駆動側ロッド（１８）の動作を規定するガイド（１９）とを備え、前記駆動側ロッド（１０）が有する第一溝カム（１１）と、前記回転レバー（１２）が有する第二溝カム（１３）それぞれに、駆動側可動ピン（１５）を連通させ、前記駆動側ロッド（１０）の動作により前記駆動側可動ピン（１５）が前記それぞれの溝カム（１１、１３）内を運動することで、前記回転レバー（１２）を回動させ、前記被駆動側ロッド（１８）が前記駆動側ロッド（１０）と反対方向に駆動され、前記被駆動側ロッド（１８）に接続する前記被駆動側アーク電極（５）が前記駆動側ロッド（１０）に接続する前記駆動側電極の前記駆動側アーク電極（４）と反対方向に駆動することを特徴とする。

　本発明によれば、従来の双方向駆動方式に比べ操作エネルギーを小さくすることができる。さらに、回転レバーの回転角を広角にでき、双方向駆動機構部を小さくすることができる。

本発明に係る双駆動機構部の一実施形態を示す断面図である。図１における双方向機構部の駆動側可動ピン１５近傍の拡大図である。本発明に係る双方向機構部の一実施形態を示す正面図である。図３では、ガイド１９は紙面右半分のみ示し、紙面左半分は内部構造を示すため省略している。本発明を適用したガス遮断器の投入状態を示す断面図である。本発明に係る双方向機構部の分解図である。本発明を適用したガス遮断器のストローク特性を示す図である。本発明を適用したガス遮断器の開極途中で、被駆動側アーク電極の動作前の双方向機構部を示す図である。双駆動機構部が図７の状態における遮断部の状態を示す断面図である。本発明を適用したガス遮断器の開極途中で、被駆動側アーク電極の動作中の双方向機構部を示す図である。双駆動機構部が図９の状態における遮断部の状態を示す断面図である。本発明を適用したガス遮断器の開極途中で、被駆動側アーク電極の動作が終了したときの双方向機構部を示す図である。双駆動機構部が図１１の状態における遮断部の状態を示す断面図である。本発明を適用したガス遮断器の遮断動作終了時の双方向機構部を示す図である。双駆動機構部が図１３の状態における遮断部の状態を示す断面図である。

　以下、図面を参照して本発明の実施形態に係るガス遮断器を説明する。

　図４に示すように、ガス遮断器は、駆動側が操作器１にシャフト６の一端が連結される。シャフト６の他端は駆動側アーク電極４に連結される。駆動側アーク電極４と同軸状にノズル８及び駆動側主電極２が設けられる。駆動側主電極２が連結するシリンダの内側の空間に熱膨張室９が形成される。熱膨張室９の設けられたシリンダと、そのシリンダが摺動する他のシリンダの内側の空間には機械的圧縮室７が形成される。

　被駆動側は、被駆動側主電極３及び被駆動側アーク電極５が同軸状に形成される。被駆動側アーク電極５は図１に詳細を示す双駆動機構により駆動側電極と反対方向に駆動される。

　一例を挙げれば、双駆動機構部を構成する駆動側ロッド１０の一端が、駆動側電極に連結されたノズル８の先端にボルト締め等により連結され、双駆動機構部を構成する被駆動側ロッド１８の一端が被駆動側アーク電極４に連結され、駆動側電極と被駆動側アーク電極４が回転レバー１２の回転軸を挟んで連結されることでそれぞれが反対方向に駆動される。

　図４に示す遮断部の投入状態では、操作器１の油圧やばねによる駆動源により、駆動側主電極２と被駆動側主電極３を導通させる位置に設定され、通常時の電力系統の回路を構成する。

　落雷などによる短絡電流を遮断する際には、操作器１を開極方向に駆動し、シャフト６を介し駆動側主電極２及び被駆動側主電極３を引き離す。これらの２つの主電極が解離した後、駆動側アーク電極４と被駆動側アーク電極５が解離し、その間にアークが生成される。

　この２つのアーク電極間に生成されるアークは、機械的圧縮室７による機械的な消弧ガス吹き付けと熱膨張室９によるアーク熱を利用した消弧ガス吹き付けにより、消弧され、電流が遮断される。

　図５に本発明の実施形態における双方向駆動機構部の分解図を示す。駆動側ロッド１０はの紙面右端は、上述のとおりノズル８に取り付けられる。この駆動側ロッド１０には第一溝カム１１が切り込まれている。

　回転レバー１２の一端は二股に分岐し、その間に駆動側ロッド１０を挟み込んで構成する。駆動側ロッド１０の第一溝カム１１と回転レバー１２に切り込まれた第二溝カム１３は紙面垂直方向に積層構造を成し、駆動側可動ピン１５がこれら２つのカムを貫通している。

　回転レバー１２に切り込まれた第二溝カム１３には回転レバー１２の回転軸に対して遠い側の端部に保持ばね２０が固定されている（図２）保持ばね２０は、駆動側可動ピン１５を回転レバー１２の回転軸に向けて付勢するように固定する。

　回転レバー１２に、その両側から突出するように被駆動側可動ピン１６を固定し、被駆動側ロッド１８に切り込まれた第三溝カム１４内を被駆動側可動ピン１６が移動可能となるようにして回転レバー１２と被駆動側ロッド１８を連結する。

　被駆動側ロッド１８と駆動側ロッド１０はガイド１９設けられた被駆動側ロッド押さえ溝１９Ａと駆動側ロッド押さえ溝１９Ｂで上下方向の変位が制限され、運動方向は開極方向のみとなる。

　ガイド１９と回転レバー１２にはレバー回転ピン１７が通される。駆動側可動ピン１５とレバー回転ピン１７はピンをそれぞれ駆動側固定ピン固定ナット２２、レバー回転ピン固定ナット２３で固定されている。

　図１に本発明の実施形態における双方向駆動機構部の詳細を示す。駆動側ロッド１０には、第一溝カム１１が切り込まれており、操作器側１（図４参照）から見て、第一溝カム１１は第一直線部１６１、くぼみ部１６２、曲線部１６３及び第二直線部１６４で構成されている。第一直線部１６１と第二直線部１６４は遮断動作軸と平行に設けられ、かつ、それぞれが同一直線上又は平行に設けられている。第一直線部１６１と前記第二直線部１６４の間には、曲線部１６３及びくぼみ部１６２が被駆動側ロッド１８から遠い側に凸に設けられている。

　回転レバー１２には第二溝カム１３が形成され、被駆動側ロッド１８には第三溝カム１４が切り込まれている。第一溝カム１１及び第二溝カム１３の溝幅に等しい径の駆動側可動ピン１５が第一溝カム１１及び第二溝カム１３内を回動自在に移動するよう構成する。

　被駆動側可動ピン１６を回転レバー１２に設けた孔に嵌めこんで固定し、被駆動側可動ピン１６の両端が回転レバー１２の回転に応じて第三溝カム１４を上下動するように構成する。駆動側可動ピン１５と被駆動側可動ピン１６は回転レバー１２のレバー回転ピン１７を挟んで反対側に配置する。

　駆動側のノズル８に取り付けた駆動側ロッド１０と連結する駆動側アーク電極４が開極方向に駆動される。駆動側ロッド１０の動作により、駆動側ロッド１０と回転レバー１２を連結する駆動側可動ピン１５が第一溝カム１１内を運動し、駆動側可動ピン１５が第一溝カム１１のくぼみ部１６２に差し掛かると、駆動側可動ピン１５は回転レバー１２の第二溝カム１３の上端から下端に運動し、駆動側可動ピン１５が回転レバー１２の端部に固定された保持ばね２０を押し込み、駆動側可動ピン１５がくぼみ部１６２にはまることで、回転レバー１２がレバー回転ピン１７を中心に回転する。

　被駆動側ロッド１８と回転レバー１２を連結する被駆動側可動ピン１６が第三溝カム内１４を紙面上方向に移動することで、被駆動側ロッド１８は駆動側ロッド１０と反対方向に駆動する。

　このとき、仮に回転レバー１２の第二溝カム１３に保持ばね２０がない場合を考慮すると、駆動側可動ピン１５は駆動側ロッド１０の第一溝カム１１が開極方向に運動しているとき、くぼみ部１６２を通過せずに曲線部１６３に移動するため、回転レバー１２が回転することができず、駆動側可動ピン１５が停止し、遮断動作が停止する。

　このような事態を防ぐため、回転レバー１２に第二溝カム１３と保持ばね２０を設けることで、駆動側可動ピン１５が回転レバー１２の第二溝カム１３に固定された保持ばね２０を押し込み、駆動側可動ピン１５がくぼみ部１６２にはまることで、レバー回転ピン１７を通る垂線を中心軸としたとき、回転レバー１２の上部と下部が中心軸を超えて回転することができ、回転角を広角にすることができる。

　図１は、ガス遮断器の投入状態における双方向駆動機構部の断面図である。駆動側可動ピン１５は前記第一溝カム内の前記第一直線部１６１の端部に位置し、駆動側ロッド１０と被駆動側ロッド１８は静止状態である。このとき、駆動側可動ピン１５と被駆動側可動ピン１６は回転レバー１２のレバー回転ピン１７を挟んで反対方向に位置する。駆動側可動ピン１５は第二溝カム１３内の端部に設けられた保持ばね２０で保持されている（図２参照）。

　図２は、回転レバー１２の駆動側ロッド１０側端部詳細を示す拡大図である。保持ばね２０は前記回転レバー１２の第二溝カム１３の端部を塞ぐように固定されている。保持ばね２０は、例えば、皿ばね、コイルばね等が挙げられるが、駆動側可動ピン１５を付勢できるものであれば、ばねに限定されない。保持ばね２０は、駆動側可動ピン１５をレバー回転ピン１７に向けて第二溝カム１３の端部に押しつけて保持する。保持ばね２０は保持ばね固定部２４で支えられ、保持ばね固定部２４は回転レバー１２の端部にボルトで固定する。

　図３は、双方向駆動機構部を遮断動作軸方向から見た図である。図３ではガイド１９の内部構成を示すため、ガイド１９を紙面右半分のみ示し、紙面左半分は省略した。回転レバー１２の一端は２股に構成し、この間に駆動側ロッド１０が配される。また、保持ばね２０と保持ばね固定部２４は回転レバー１２の二股の先端に挟み込まれた状態で固定される。

　図４は、ガス遮断器の投入状態である。投入状態では操作器１の油圧やばねによる駆動源により、駆動側主電極２と被駆動側主電極３を導通させる位置に設定され、通常時の電力系統の回路を構成する。

　落雷などによる短絡電流を遮断する際には、操作器１を開極方向に駆動し、シャフト６を介し駆動側主電極２及び被駆動側主電極３を引き離す。その際、駆動側アーク電極４と被駆動側アーク電極５の間にアークが生成される。機械的圧縮室７による機械的な消弧ガス吹き付けと熱膨張室９によるアーク熱を利用した消弧ガス吹き付けにより、このアークを吹き消すことで電流を遮断する。

　図６に、駆動側アーク電極４と被駆動側アーク電極５のストロークを示す。時刻ａは、駆動側アーク電極４の動作開始時刻を示す。時刻ｂは、駆動側可動ピン１５が回転レバー１２の第二溝カム１３の上端から下端に運動し、駆動側可動ピン１５をくぼみ部１６２に押し込むことで、被駆動側アーク電極４の動作が開始する時刻を示す。時刻ｃは駆動側可動ピン１５が曲線部１６３の移動を開始する時刻を示す。時刻ｄは、駆動側可動ピン１５が曲線部１６３を抜けて、被駆動側アーク電極５の動作が終了する時刻を示す。時刻ｅは、駆動側可動ピン１５が第二直線部１６４の端部に到達し、駆動側アーク電極４の動作が終了する時刻を示す。

　図７は、被駆動側アーク電極５と連結している被駆動側ロッド１８の動作直前の双方向駆動機構部の断面図である。駆動側可動ピン１５が第一溝カム内の前記くぼみ部１６２手前まで移動し、駆動側ロッド１０は開極方向に動作しているが前記被駆動側ロッド１８は静止している。

　図８は、被駆動側アーク電極５の動作直前の状態である。時刻ａから時刻ｂまでのストロークでは、前記駆動側アーク電極４は駆動ａｂ（＞被駆動ａｂ）、被駆動側アーク電極５は被駆動ａｂ＝０であり、被駆動側アーク電極５は動作していない。

　図９は、被駆動側アーク電極５と連結している被駆動側ロッド１８が動作直後の双方向駆動機構部の断面図である。駆動側可動ピン１５が第一溝カム内のくぼみ部１６２に差し掛かると駆動側可動ピン１５は回転レバー１２の第二溝カム１３の上端から下端まで移動し、回転レバー１２の下部に設けた保持ばね２０を押し込むことで、駆動側可動ピン１５が第一溝カム１１内のくぼみ部１６２に到達する。このとき、回転レバー１２がレバー回転ピン１７を中心に回転し、被駆動側可動ピン１６が第三溝カム１４内の上端まで移動し、被駆動側ロッド１８が駆動側ロッド１０と反対方向に動作する。

　図１０は、被駆動側アーク電極５の動作直後の状態である。時刻ａから時刻ｃまでのストロークは、動側アーク電極４は駆動ａｃ（＞被駆動ａｃ）、被駆動側アーク電極５は被駆動ａｃであり、両電極とも動作している。

　図１１は、被駆動側アーク電極５と連結している被駆動側ロッド１８の動作が終了したときの双方向駆動機構部の断面図である。被駆動側アーク電極５の動作が終了した状態である。駆動側可動ピン１５が第一溝カム１１内のくぼみ部１６２を抜け、第二直線部１６４の手前まで移動する。

　駆動側可動ピン１５は回転レバー１２に設けた下部の保持ばね２０に押し戻され第二溝カム１３の下端から上端まで移動する。このとき、駆動側ロッド１０は開極方向に動作し、被駆動側可動ピン１６が第三溝カム内の下端まで移動し、被駆動側ロッド１８の動作は終了する。

　図１２は、被駆動側アーク電極５の動作が終了した状態である。時刻ａから時刻ｄまでのストロークは、駆動側アーク電極４は駆動ａｄ（＞被駆動ａｄ）、被駆動側アーク電極５は被駆動ａｄであり、駆動側アーク電極４は開極方向に動作し、前記被駆動側アーク電極５の動作は終了する。

　図１３は、ガス遮断器の開極状態（遮断動作完了時）における双方向駆動機構部の断面図である。駆動側可動ピン１５が第一溝カム１１内の第二直線部１６４の端部に到達すると、駆動側ロッド１０の動作は終了し、被駆動側ロッド１８は静止状態となる。駆動側可動ピン１５は下部の保持ばね２０で保持され、第二溝カム１３内での移動を抑制されている。

　図１４は、ガス遮断器の開極状態（遮断動作完了時の状態）である。時刻ａから時刻ｅまでのストロークは、駆動側アーク電極４は駆動ａｅ（＞被駆動ａｅ）、被駆動側アーク電極５は被駆動ａｅであり、駆動側アーク電極４の動作は終了し、被駆動側アーク電極５は静止状態である。

　以上のように、駆動側ロッドの第一溝カムに設けたくぼみ部と回転レバーに第二溝カム、保持ばねを設けることで回転レバーの回転角を広角にできるため、双方向駆動機構部を小さくすることができる。

　また、本実施例に示す構成にすれば、第一溝カムの直線部、くぼみ部、曲線部の設計自由度が大きいことから、遮断部構成、遮断方式の異なる機種に応じて容易に設計変更が可能であり、遮断性能を確保するような最適な溝カム形状が設計可能である。

　なお、上記実施例では駆動側ロッドが紙面下側に位置しているが、紙面上側に位置した構成でも同様の効果を発揮する。また、上記実施例では熱膨張室と機械的圧縮室とを併用するパッファ形ガス遮断器について説明したが、本発明はこの形式に限らず、熱膨張室又は機械的圧縮室の一方のみを有するガス遮断器についても同様に適用することが可能である。

１・・・操作器
２・・・駆動側主電極
３・・・被駆動側主電極
４・・・駆動側アーク電極
６・・・シャフト
８・・・ノズル
９・・・熱膨張室
１０・・・駆動側ロッド
１１・・・第一溝カム
１２・・・回転レバー
１３・・・第二溝カム
１４・・・第三溝カム
１５・・・駆動側可動ピン
１６・・・被駆動側可動ピン
１７・・・レバー回転ピン
１８・・・被駆動側ロッド
１９・・・ガイド
１９Ａ・・・被駆動側ロッド押さえ溝
１９Ｂ・・・駆動側ロッド押さえ溝
２０・・・保持ばね
２１・・・タンク
２２・・・駆動側固定ピン固定ナット
２３・・・レバー回転ピン固定ナット
２４・・・保持ばね固定部
１６１・・・第一直線部
１６２・・・くぼみ部
１６３・・・曲線部
１６４・・・第二直線部

Claims

　密封タンク内に駆動側電極と被駆動側電極を対向して設け、前記駆動側電極は駆動側主電極と駆動側アーク電極を有し、前記被駆動側電極は被駆動側主電極と被駆動側アーク電極を有し、前記駆動側アーク電極は操作器に接続され、前記被駆動側アーク電極は双方向駆動機構部に連結されたガス遮断器であって、
　前記双方向駆動機構部は、前記駆動側電極からの駆動力を受ける駆動側ロッドと、前記被駆動側アーク電極に接続した被駆動側ロッドと、前記駆動側ロッドの動作に対して前記被駆動側ロッドを反対方向に動作させる回転レバーと、前記駆動側ロッドと前記被駆動側ロッドの動作を規定するガイドとを備え、
　前記駆動側ロッドが有する第一溝カムと、前記回転レバーが有する第二溝カムそれぞれに、駆動側可動ピンを連通させ、前記駆動側ロッドの動作により前記駆動側可動ピンが前記第一溝カム内及び前記第二溝カム内それぞれを運動することで、前記回転レバーを回動させ、前記被駆動側ロッドが前記駆動側ロッドと反対方向に駆動され、前記被駆動側ロッドに接続する前記被駆動側アーク電極が前記駆動側ロッドに接続する前記駆動側電極の前記駆動側アーク電極と反対方向に駆動されるガス遮断器。
　請求項１に記載のガス遮断器において、
　前記第一溝カムは第一直線部と第二直線部を有し、
　前記第一直線部と前記第二直線部は遮断動作軸と平行に設けられ、かつ、それぞれが同一直線上又は平行に設けられ、
　前記第一直線部と前記第二直線部の間には、曲線部とくぼみ部が前記被駆動側ロッドから遠い側に凸に設けられることを特徴とする、
ガス遮断器。
　請求項２に記載のガス遮断器において、
　前記駆動側可動ピンが前記第一直線部を移動するとき、前記回転レバーの回転が静止した状態であり、
　前記駆動側可動ピンが前記くぼみ部に差し掛かると、前記回転レバーが回転を開始し、
　前記駆動側可動ピンが前記くぼみ部を抜けると前記回転レバーは回転を終了し、
　前記駆動側可動ピンが前記第二直線部を移動するとき、前記回転レバーの回転が静止した状態であることを特徴とする、
ガス遮断器。
　請求項１に記載のガス遮断器において、
　前記第二溝カムの前記回転レバーの回転軸に対して遠い側の端部には、前記駆動側可動ピンを前記回転レバーの回転軸に向けて付勢する弾性体が設けられていることを特徴とするガス遮断器。
　請求項２に記載のガス遮断器において、
　前記第二溝カムの前記回転レバーの回転軸に対して遠い側の端部には、前記駆動側可動ピンを前記回転レバーの回転軸に向けて付勢する弾性体が設けられていることを特徴とするガス遮断器。
　請求項３に記載のガス遮断器において、
　前記第二溝カムの前記回転レバーの回転軸に対して遠い側の端部には、前記駆動側可動ピンを前記回転レバーの回転軸に向けて付勢する弾性体が設けられていることを特徴とするガス遮断器。