WO2017175450A1

WO2017175450A1 - ガス遮断器

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Publication number: WO2017175450A1
Application number: PCT/JP2017/002417
Authority: WO
Inventors: 勝美寺門; 大輔海老澤; 比佐雄柴崎; 良彦今村
Original assignee: 株式会社日立製作所
Priority date: 2016-04-08
Filing date: 2017-01-25
Publication date: 2017-10-12
Also published as: JP6626771B2; JP2017188367A

Abstract

設計自由度が高く省スペースで信頼性の高い双方向駆動機構を有するガス遮断器を提供する。被駆動側主電極３０が固定された固定部材６と、それに固定された中空カムシャフト２と、その内周を回転可能な中空カムシリンダ３と、その外周を摺動可能な第一スライダ４と、第一スライダ４とノズル１１を連結する連結部材７と、第一スライダ４に保持された第一ピン８と、中空カムシャフト２の外周を摺動可能な第二スライダ５と、それに保持され、被駆動側アーク電極１０に連結された第二ピン９を有し、中空カムシリンダ３は、第一ピン８が貫通する第一螺旋溝３ａと、第二ピン９が貫通する第二螺旋溝３ｂを有し、第一螺旋溝３ａと第二螺旋溝３ｂは逆巻であって、中空カムシャフト２は、第一ピン８が貫通する第一直線溝２ａと、第二ピン９が貫通する第二直線溝２ｂを有する。

Description

ガス遮断器

　本発明は電極を互いに反対方向に駆動する双方向駆動機構を適用した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。

　パッファ形ガス遮断器の性能を向上させるために、従来固定されていた被駆動側電極を駆動側電極の駆動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。駆動側電極と被駆動側電極が相対的に動作するため、操作エネルギーを減少させることができる。

　例えば、特許文献1では、中空のカムシリンダに、駆動側電極と被駆動側電極用に対応する２つの螺旋溝が設けられた双駆動機構が開示されている。この２つの螺旋溝はそれぞれの巻き方向が中心軸に対して逆向きに設けられており、かつ、これら２つの螺旋溝は中空のカムシリンダの円周上の対面位置にそれぞれ設けられている。

　駆動側電極と被駆動側電極に対応する２つの螺旋溝を有する中空のカムシリンダを駆動側電極と被駆動側電極に対応する２つの直線溝を有する中空シャフトに内包させ、駆動側電極の動きに連動するピンと、被駆動側電極の動きに連動するピンから駆動側電極と被駆動側電極に力が伝達される。

　駆動側電極と被駆動側電極に力を伝達する連結棒が、カムシリンダの内側で、中空シャフトの溝と中空カムシリンダの溝とを摺動するピンに接続される。駆動側電極に接続するピンは中空シャフトの駆動側電極に対応する直線溝と中空シリンダの駆動側電極に対応する螺旋溝を摺動し、被駆動側電極に接続するピンは中空シャフトの被駆動側電極に対応する直線溝と中空シリンダの被駆動側電極に対応する螺旋溝を摺動する。

　カムシリンダが軸を中心に回転すると、二つのピンはそれぞれ２つの螺旋溝を互いに逆向きに移動する。それぞれのピンの力が駆動側電極と被駆動側電極に伝達されることで、それぞれの電極が反対方向に駆動される。

米国特許第７７７７１４９号明細書

　しかし、特許文献１に記載の機構では、カムシリンダの内側にそれぞれの電極を駆動するための連結棒を具備するため、十分な駆動力をそれぞれの電極に伝達するためには、操作器からの駆動力を大きくしたり、カムシリンダの径を大きくしなければならないという問題がある。また、連結棒に大きなねじり荷重が生じるため連結棒の強度を考慮しなければならないという問題がある。

　上記の課題に鑑み、本発明のガス遮断器は、密封タンク（１００）内に、ノズル（１１）と同軸上に設けた駆動側アーク電極（１２）及び駆動側主電極（２０）を有する駆動側電極と、前記駆動側電極と対向して配置した被駆動側アーク電極（１０）及び被駆動側主電極（３０）を有する被駆動側電極を設け、ノズル（１１）と被駆動側アーク電極（１０）とを連結する双駆動機構を設け、前記双駆動機構は、被駆動側主電極（３０）が固定された固定部材（６）と、固定部材（６）に固定された中空カムシャフト（２）と、中空カムシャフト（２）の内周を回転可能な中空カムシリンダ（３）と、中空カムシャフト（２）の外周を摺動可能な第一スライダ（４）と、第一スライダ（４）とノズル（１１）を連結する連結部材（７）と、第一スライダ（４）に保持された第一ピン（８）と、中空カムシャフト（２）の外周を摺動可能な第二スライダ（５）と、第二スライダ（５）に保持され、被駆動側アーク電極（１０）に連結された第二ピン（９）を有し、中空カムシリンダ（３）は、第一ピン（８）が貫通する第一螺旋溝（３ａ）と、第二ピン（９）が貫通する第二螺旋溝（３ｂ）を有し、第一螺旋溝（３ａ）と第二螺旋溝（３ｂ）は逆巻であって、中空カムシャフト（２）は、第一ピン（８）が貫通する第一直線溝（２ａ）と、第二ピン（９）が貫通する第二直線溝（２ｂ）を有することを特徴とする。

　本発明の双駆動機構を有する遮断器により、低操作力と信頼性を実現することができる。

本発明の双駆動機構を有するガス遮断器の一例を示す断面図である。遮断器が閉極状態であるときの、双駆動機構の状態を示す図である。遮断器が開閉途中の状態であるときの、双駆動機構の状態を示す図である。遮断器が開極状態であるときの、双駆動機構の状態を示す図である。本発明の双駆動機構を動作軸方向から見た図である。中空カムシリンダの展開図の一例である。

　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。なお、下記はあくまでも実施の例であり、発明の内容を下記具体的態様に限定することを意図する趣旨ではない。発明自体は、特許請求の範囲に記載された内容に即して種々の態様で実施することが可能である。

　図１に、本発明の実施形態におけるガス遮断器の双駆動機構を示す。密封タンク１００内に駆動側電極と被駆動側電極が同軸上に対向して設けられる。駆動側電極は駆動側主電極２０と駆動側アーク電極１２を有し、被駆動側電極は被駆動側主電極３０と被駆動側アーク電極１０を有する。

　密封タンク１００に隣接して操作器１５が設けられる。操作器１５には駆動力を伝えるシャフト１６が連結され、シャフト１６の先端には駆動側アーク電極１２が設けられる。シャフト１６と駆動側アーク電極１２は機械的圧縮室１３及び熱膨張室１４内を貫通して設けられる。

　熱膨張室１４の遮断部側には駆動側主電極２０及びノズル１１が設けられる。駆動側アーク電極１２に対向して同軸上に被駆動側アーク電極１０が設けられる。被駆動側アーク電極１０の一端とノズル１１の先端部は双方向駆動機構１に連結される。

　図１に示すように、ガス遮断器は、投入状態では操作器１５の油圧やばねによる駆動源により、駆動側主電極２０と被駆動側主電極３０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１５を開極方向に駆動し、シャフト１６を介し駆動側主電極２０と被駆動側主電極３０を引き離す。その際、駆動側アーク電極１２と被駆動側アーク電極１０の間にアークが生成される。機械的圧縮室１３による機械的な消弧ガス吹きつけと、熱膨張室１４によるアーク熱を利用した消弧ガス吹きつけにより、アークを消弧することで、電流を遮断する。

　このパッファ形ガス遮断器の操作エネルギーを低減するため、従来固定されていた被駆動側アーク電極を駆動側電極の駆動方向と反対方向に駆動する双方向駆動機構１を設ける。以下に、本発明の実施形態における双方向駆動方式について説明する。

　図１に本発明の双駆動機構を有するガス遮断器の一例を示す。双駆動機構１の中空シャフト２が固定部材６に固定され、固定部材６には被駆動側主電極３０が設けられる。駆動側の構成は、通常の二室熱パッファ形の遮断器であるが、この構成に限らず、例えば、機械パッファ形の遮断器であってもよい。

　本発明の双駆動機構１は図５に示すように、中空シャフト２内周に回転可能に中空カムシリンダ３を配し、さらに中空シャフト２の外周に遮断動作軸方向に摺動可能な第一スライダ４を設け、第一スライダ４を連結部材７によりノズル１１に連結して構成される。

　操作器１５からの駆動力を第一スライダ４に伝達する連結部材７は中空シャフト２の外側を延伸し、固定部材６に設けられた孔を貫通してノズル１１に連結される。なお、別の構成として、固定部材６と被駆動側主電極３０との間に設けられた隙間から連結部材７を通してノズル１１に連結することも可能である。

　中空カムシリンダ３は図６に示すように螺旋溝を有し、中空シャフト２は図２～４に示すように直線溝を有する。第一ピン８は、中空カムシリンダ３及び中空シャフト２に設けられた第一螺旋溝３ａ及び直線溝２ａを貫通して第一スライダ４に固定される。

　図１～４に示すように、双駆動機構１の第二スライダ５も、第一スライダ４と同様に、中空シャフト２の外側に摺動可能に設けられる。第二ピン９は第二スライダ５に保持され、後述の第二直線溝２ｂ、第二螺旋溝３ｂを貫通してこれらの溝を摺動可能に配される。また、第二ピン９は被駆動側アーク電極１０に連結されており、中空カムシリンダ３の回転運動が第二ピン９の動きを介して被駆動側アーク電極１０の直線運動に変換される。

　第一ピン８と第二ピン９のそれぞれは、中空シャフト２に設けられた直線溝、及び中空カムシリンダ３に設けられた螺旋溝と接触する位置において、摩擦抵抗の小さい材質を採用するのが好ましい。また、第一ピン８と第二ピン９それぞれは、例えば、ピンの一端をネジ形状にしておき、ナットで締結したり、又は、ピンの両端に溝を掘り締結リングを嵌めることで固定することができる。

　本実施例では、中空シャフト２は二種類の直線溝を有する。駆動側電極と連動する第一直線溝２ａと被駆動側電極と連動する第二直線溝２ｂの溝を中空シャフト２の円周方向対面上に設ける。開極時の駆動側アーク電極１２と被駆動側アーク電極１０の距離は絶縁電界距離の要請により決定される。双駆動機構の場合、駆動側アーク電極１２と被駆動側アーク電極１０はそれぞれ反対方向に移動し、各移動距離は前述の絶縁電界距離と速度と強度の要請で決定される。

　中空シャフト２の内側に設置される中空カムシリンダ３は二種類の螺旋溝を有する。駆動側電極と連動する第一螺旋溝３ａと被駆動側電極と連動する第二螺旋溝３ｂの溝を中空カムシリンダ３の円周方向対面上に設ける。また、第一螺旋溝３ａは第一直線部３ａａ、曲線部３ａｂ、第二直線部３ａｃを有する。二種類、四箇所に設けられた溝の形状を任意に変更することで、駆動側電極と被駆動側電極を任意の相対速度で引き離すことが可能となる。

　操作器１５から連結部材７を介し第一スライダ４が保持する第一ピン８に駆動力が伝達されることで、第一ピン８は中空シャフト２が有する第一直線溝２ａに沿って移動する。中空シャフト２に設けられた第一直線溝２ａは、第一ピン８が中空カムシリンダ３に設けられた第一螺旋溝３ａを移動して中空カムシリンダ３を回転運動させるためのガイドの役目を有する。

　中空カムシリンダ３が回転運動をするとき、第一螺旋溝３ａと反対巻きに設けられた第二螺旋溝３ｂにより第二ピン９が第一ピン８と反対方向に第二直線溝３ｂに沿って移動する。中空シャフト２に設けられた第二直線溝２ｂは、第二ピン９が中空カムシリンダ３の回転運動を受けて運動するためのガイドの役目を有する。

　以下、双駆動機構１の動作を遮断動作との関係で説明する。図２は遮断動作開始前（遮断部が閉極状態のとき）の双駆動機構の状態を示している。この状態から遮断動作が進み遮断動作途中の双駆動機構の状態を示したのが図３である。更に遮断動作が進み、遮断動作が完了した時の双駆動機構の状態を示したのが図４である。

　図２では、駆動側アーク電極１２と被駆動側アーク電極１０、及び、駆動側主電極２０と被駆動側主電極３０がともに閉極状態である。図３では、駆動側アーク電極１２と被駆動側アーク電極１０は閉極状態であり、駆動側主電極２０と被駆動側主電極３０は閉極状態である。図４では、駆動側アーク電極１２と被駆動側アーク電極１０、及び、駆動側主電極２０と被駆動側主電極３０がともに開極状態である。

　図２の状態から図３の状態に至るまでは、操作器１５の駆動力により駆動側主電極２０及び駆動側アーク電極１２が紙面右方向に移動するが、被駆動側主電極３０と被駆動側アーク電極１０は動作せず、駆動側主電極２０と被駆動側電極３０だけが開極する。通電経路は駆動側アーク電極１２と被駆動側アーク電極１０を通じて形成される。

　この際、第一ピン８は中空カムシリンダ３の第一螺旋溝３ａの第一直線部３ａａを移動するのみであり、このとき中空カムシリンダ３は回転しないので、第二ピン９は動かず被駆動側アーク電極１０も動作しない。

　図３の状態から図４の状態に至るまでは、操作器１５の駆動力により駆動側主電極２０及び駆動側アーク電極１２が紙面右方向に移動するのに加え、被駆動側アーク電極１０が紙面左方向に移動する。これにより、駆動側アーク電極１２と被駆動側アーク電極１０が開極することで極間にアークが生じる。

　この際、第一ピン８は中空カムシリンダ３の第一螺旋溝３ａの曲線部３ａｂを移動し、中空カムシリンダ３が回転する。この際、第二ピン９が第二螺旋溝３ｂを移動することで紙面左側に移動する。これにより、第二ピン９に固定された被駆動側アーク電極１０が紙面左側に動作する。

　被駆動側アーク電極１０の動作が完了しても、被駆動側電極はすぐには停止せず紙面右側に移動し続ける。このとき、第一ピン８は中空カムシリンダ３の第二直線部３ａｃを移動する。

　すなわち、駆動側アーク電極１２を有する駆動側の開極動作は、双駆動機構１により若干の時間差をもって逆方向の直線運動に変換されて被駆動側アーク電極１０に伝えられる。これにより本発明の双駆動機構による遮断動作が実現される。

　本発明では、第一スライダ４とノズル１１を連結する連結部材７を中空カムシリンダの外側に設けることで中空カムシリンダの直径を小さくし、軽くすることで低操作力及び組み立て性を向上させることが可能となる。

　１・・・双駆動機構、２・・・中空シャフト、２ａ・・・第一直線溝、２ｂ・・・第二直線溝、３・・・中空カムシリンダ、３ａ・・・第一螺旋溝、３ａａ・・・第一直線部、３ａｂ・・・曲線部、３ａｃ・・・第二直線部、３ｂ・・・第二螺旋溝、４・・・第一スライダ、５・・・第二スライダ、６・・・固定部材、７・・・連結部材、８・・・第一ピン、９・・・第二ピン、１０・・・被駆動側アーク電極、１１・・・ノズル、１２・・・駆動側アーク電極、１３・・・機械的圧縮室、１４・・・熱膨張室、１５・・・操作器、１６・・・シャフト、２０・・・駆動側主電極、３０・・・被駆動側主電極、１００・・
・密封タンク

Claims

　タンク内に、ノズルと同軸上に設けた駆動側アーク電極及び駆動側主電極を有する駆動側電極と、前記駆動側電極と対向して配置した被駆動側アーク電極及び被駆動側主電極を有する被駆動側電極を設け、
　前記ノズルと前記被駆動側アーク電極とを連結する双駆動機構を設け、
　前記双駆動機構は、前記被駆動側主電極が固定された固定部材と、前記固定部材に固定された中空カムシャフトと、前記中空カムシャフトの内周を回転可能な中空カムシリンダと、前記中空カムシャフトの外周を摺動可能な第一スライダと、前記第一スライダと前記ノズルを連結する連結部材と、前記第一スライダに保持された第一ピンと、前記中空カムシャフトの外周を摺動可能な前記第二スライダと、前記第二スライダに保持され、前記被駆動側アーク電極に連結された第二ピンを有し、
　前記中空カムシリンダは、前記第一ピンが貫通する第一螺旋溝と、前記第二ピンが貫通する第二螺旋溝を有し、前記第一螺旋溝と前記第二螺旋溝は逆巻であって、
　前記中空カムシャフトは、前記第一ピンが貫通する第一直線溝と、前記第二ピンが貫通する第二直線溝を有することを特徴とする、
　ガス遮断器。
　請求項１において、前記第一螺旋溝は、第一直線部と曲線部と第二直線部を有し、前記第一ピンが前記曲線部を移動するときに、前記第二ピンが前記第二螺旋溝を移動することを特徴とする、ガス遮断器。
　請求項１において、前記連結部材は２本設けられることを特徴とする、ガス遮断器。
　請求項２において、前記連結部材は２本設けられることを特徴とする、ガス遮断器。
　請求項１において、前記固定部材は、前記連結部材が貫通する孔を有することを特徴とする、ガス遮断器。
　請求項２において、前記固定部材は、前記連結部材が貫通する孔を有することを特徴とする、ガス遮断器。
　請求項３において、
　前記固定部材は、前記連結部材が貫通する孔を有することを特徴とする、ガス遮断器。
　請求項４において、前記固定部材は、前記連結部材が貫通する孔を有することを特徴とする、ガス遮断器。