WO2019092918A1 - 開閉器ユニット及びこれを用いた鉄道車両 - Google Patents

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WO2019092918A1
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WO
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switch unit
case
switch
unit according
cable
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PCT/JP2018/025705
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English (en)
French (fr)
Inventor
亮 茂木
雅人 藪
幸三 田村
裕己 田井
Original Assignee
株式会社日立産機システム
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L9/00—Electric propulsion with power supply external to the vehicle
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/60—Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/66—Vacuum switches
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/60—Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/66—Vacuum switches
    • H01H33/662—Housings or protective screens

Definitions

  • the present invention relates to a switchgear unit and a railcar using the same.
  • a railway vehicle is provided with a switchgear unit for protecting equipment used from load current and accident current.
  • the switch unit when the load current or the fault current is sensed, the electrode is opened by the operation mechanism and the current is interrupted.
  • Some switch units employ a solid insulation method in which the switch is covered with a mold resin such as an epoxy resin cured product and then cured.
  • a mold resin such as an epoxy resin cured product
  • the switch unit can be made smaller.
  • the switch unit is classified into a surface grounding structure in which the surface of the mold resin cured material covering the switch is covered with a conductor, and a surface non-grounding structure not covered with a conductor. With the surface grounding structure, it is possible to prevent an electric shock of a worker during maintenance and inspection.
  • Patent Document 1 discloses an operation mechanism in which a vacuum container constituted by a metal container, an insulation container and a sealing member, and a movable shaft supporting a movable electrode disposed opposite to a fixed electrode are connected via the insulation member.
  • a control rod is provided, and a conductive member is provided on the surface of a mold insulator formed of epoxy resin or the like, and the conductive member is formed by metal spray of aluminum, zinc or the like, or application of a conductive paint.
  • a composite insulating switch gear is disclosed, in which the operating rod and the conductive member have a grounded configuration.
  • the railway vehicle travels outdoors, so the temperature change is large. For this reason, the switchgear unit installed in the railway vehicle needs measures against heat stress.
  • An object of the present invention is to provide a structure in which a triple point does not occur in a switch unit, and to suppress the occurrence of a crack even when a thermal stress is applied.
  • a switch unit comprises a switch in which a fixed electrode and a movable electrode are disposed so as to be able to contact and release, an air-insulated operating rod connected to the movable electrode, and an electromagnetic actuator which drives the air-insulated operating rod.
  • a triple point does not occur, and the occurrence of cracks can be suppressed even when thermal stress is applied.
  • FIG. 1 It is a schematic block diagram which shows the example of vehicle organization of the train which connected the rail vehicle. It is a schematic block diagram which shows the feeding circuit in the train of FIG. It is a top view which shows the switch unit of an Example. It is a fragmentary sectional view which shows the state to which the cable was connected to the switch unit of FIG. It is a top view which shows the state which installed the switchgear unit of FIG. 4 in the roof of a rail vehicle. It is a side view which shows the switch unit of FIG.
  • FIG. 1 schematically shows an example of train formation of a train.
  • the train 100 is formed of eight trains of railway cars 100a, 100b, 100c, 100d, 100e, 100f, 100g and 100h.
  • high-voltage pull-through cables RC1, RC2, RC3, RC4, and RC5 are disposed on the roofs 72 of the railway vehicles 100b, 100c, 100d, 100e, and 100f, respectively.
  • Pantographs PG1 and PG2 are connected to the high-voltage pull-through cables RC3 and RC5.
  • the pantographs PG1 and PG2 receive power from a feeder (not shown).
  • high-voltage lead-through cables RC1, RC2, RC3, RC4, and RC5 are connected between the vehicles by straight joints SJ1, SJ2, SJ3, and SJ4, and branched downward in the vehicle floor by T branch joints TJ1 and TJ2.
  • FIG. 2 schematically shows a feeding circuit in the train of FIG.
  • the vacuum circuit breaker VCB1 for power reception is provided under the floor of the railway vehicle 100b (second eyes), the railway vehicle 100d (four eyes), and the railway vehicle 100f (six eyes).
  • VCB2, VCB3 and main transformers Tr1, Tr2, Tr3 are provided.
  • the high-voltage pull-through cable RC1 of the railway vehicle 100b (second eye) is directly connected to the primary side of the power receiving vacuum circuit breaker VCB1 provided under the floor.
  • the secondary side of the power receiving vacuum circuit breaker VCB1 is connected to the primary winding of the main transformer Tr1.
  • the secondary winding of the main transformer Tr1 supplies electric power to the motor, and the tertiary winding supplies electric power to accessories such as an air conditioner and lighting.
  • the high-voltage pull-through cables RC3 and RC5 branched by the T-branch joints TJ1 and TJ2 of the railway vehicle 100d (four eyes) and the railway vehicle 100f (six eyes) respectively have a power receiving vacuum breaker VCB2 provided under the floor.
  • VCB3 primary side is connected.
  • the secondary sides of the power receiving vacuum circuit breakers VCB2 and VCB3 are connected to the primary windings of the main transformers Tr2 and Tr3, respectively.
  • the secondary windings of the main transformers Tr2, Tr3 supply power to their respective motors, and the tertiary windings supply power to their respective accessories.
  • the T-branch joint TJ1 and the linear joint SJ2 constitute an integrated switchgear unit 70a.
  • the T-branch joint TJ2 and the linear joint SJ4 constitute an integral switch unit 70b.
  • the switch unit 70a is operated by an external command to automatically open the linear joint SJ2. , Disconnect the main transformer Tr1 affected by the ground fault and the motor connected to it. At this time, the main transformers Tr2 and Tr3 which are not affected by the ground fault Fault remain connected. Therefore, the operation of the train 100 can be continued using the motors connected to these.
  • the ground fault occurs at the position indicated by the symbol “Fault”, so that the switch unit 70a is operated to open the linear joint SJ2 in order to prevent the spread of the fault.
  • the other switch unit 70b may be operated according to the location of the ground fault to disconnect the linear joint SJ4.
  • FIG. 3 is a plan view showing the switch unit of this embodiment.
  • the switch unit 70 is an integrated unit of a T-branch joint and a straight joint.
  • the dashed line shows the internal structure.
  • the switch unit 70 includes a switch 1, a stationary bushing 10A, movable bushings 10B and 10C, an air insulation operation rod 20, an insulation case 21, and an electromagnetic actuator 30. .
  • Each of the bushings 10A, 10B, and 10C has a shape protruding from the insulating case 21.
  • the switch 1 supports the fixed electrode 3, the movable electrode 5 in contact with or separated from the fixed electrode 3, the arc shield 6 covering the fixed electrode 3 and the movable electrode 5, and the arc shield 6. And a bellows 2 and a cylindrical ceramic insulating cylinder 7 constituting a part of the outer container.
  • the switch 1 has a configuration in which the fixed electrode 3 and the movable electrode 5 are disposed so as to be freely contactable and detachable.
  • the ceramic insulating cylinder 7 is composed of a ceramic insulating cylinder 7A and a ceramic insulating cylinder 7B.
  • the arc shield 6 has a flange portion. The flange portion is sandwiched between the ceramic insulating cylinder 7A and the ceramic insulating cylinder 7B. Thus, the arc shield 6 is fixed. Both ends of the ceramic insulating cylinder 7 are covered with an end plate. Thereby, the inside of the ceramic insulating cylinder 7 is maintained in a vacuum state.
  • the fixed electrode 3 of the switch 1 is electrically connected to the bushing conductor 12A via the fixed conductor drawn out of the switch 1. Further, the movable electrode 5 is electrically connected to the bushing conductors 12B and 12C via a movable conductor drawn out of the switch 1.
  • the movable electrode 5 is controlled by the air insulating operation rod 20 to be in contact with or separated from the fixed electrode 3.
  • the air insulation operation rod 20 is connected to the electromagnetic operator 30 so as to be driven.
  • the electromagnetic operator 30 is housed in a mechanism case 82.
  • the mechanism case 82 is made of metal. In the case where the mechanism case 82 is formed of an insulator such as a resin, it is desirable to provide a metal layer on the surface of the mechanism case 82 in the same manner as the metal layer 22 of the insulating case 21 described later.
  • the bushings 10A, 10B, and 10C are formed by combining the bushing conductors 12A, 12B, and 12C with the insulator that constitutes the insulating case 21. With this configuration, the fixed bushing 10A can be separated from the movable bushings 10B and 10C.
  • the bellows 2 is disposed between the movable conductor and the movable end plate. By this structure, the movable conductor can be moved while maintaining the vacuum state of the switch 1.
  • the switch unit 70 is fixed to the base 81 via the stays 83A, 83B and 83C.
  • the insulating case 21 forms the outer shell of the switch unit 70, and is formed of an epoxy resin cured product or the like.
  • the insulating case 21 has a structure in which the switch 1, the bushing conductor 12A on the fixed side, and the bushing conductors 12B and 12C on the movable side are molded.
  • the periphery of the insulting operating rod 20 is covered by the insulating case 21 in a state of having a predetermined surrounding space.
  • the space around the insulting operating rod 20 is sealed by the insulating case 21 and the sealing means.
  • insulating gas such as dry air or SF 6 gas is enclosed.
  • a linear seal and a bellows are applied as a sealing means.
  • the insulating case 21 and the mechanism case 82 are connected by the flanges 85a and 85b respectively provided.
  • a continuous metal layer 22 (represented by a thick line in the drawing) is formed on the surface of the insulating case 21.
  • the metal layer 22 extends to a portion corresponding to the root of the bushings 10A, 10B, 10C (a portion where the end of the cable head is in contact (a portion where the bushings 10A, 10B, 10C are in contact with the cable)).
  • the surface (metal layer 22) of the insulating case 21 is electrically connected to the ground portion of the cable in a state where the cable is connected. In other words, it is desirable that the entire exposed surface of the insulating case 21 be covered with the metal layer 22 when the cable is connected.
  • the metal layer 22 also covers all or at least a part of the connecting surface of the flange 85 a with the mechanism case 82.
  • the surface of the insulating case 21 covered by the metal layer 22 and the metallic mechanism case 82 are all electrically connected. If this portion is grounded, the exposed surface which is a high voltage is eliminated, and the safety of the operator can be secured.
  • the metal layer 22 is formed by spraying zinc.
  • the metal used to form the metal layer 22 may be any one having conductivity, and is not limited to zinc.
  • the metal may be an aluminum alloy, a zinc / aluminum alloy, an aluminum / magnesium alloy or the like.
  • the insulating case 21 is formed of an epoxy resin composition.
  • the insulating case 21 is manufactured by molding and curing the switch 1, the stationary side bushing conductor 12A, the movable side bushing conductors 12B and 12C, and the like.
  • a mold resin an epoxy resin manufactured by Nagase ChemteX (model number: XNR4038) and a curing agent (model number: XNH4038) were used. The procedure for molding and curing is as follows.
  • the components such as the switch 1 were placed in a mold and heated at 80 ° C. for 3 hours.
  • the epoxy resin and the curing agent were each heated at 60 ° C. for 3 hours, then mixed, and the epoxy resin composition as a mixture was defoamed and kneaded at 60 ° C. for 30 minutes using a vacuum kneader.
  • the vacuum casting method was used for molds, such as switch 1 grade
  • the defoamed epoxy resin composition was poured into a mold placed with components such as the switch 1 and heated at 80 ° C. for 3 hours.
  • the curing of the epoxy resin composition was performed in two steps of 8 hours at 80 ° C. and 12 hours at 150 ° C.
  • the molded switch 1 etc. were removed from the mold after primary curing at 80 ° C. for 8 hours, and secondary curing was carried out for 12 hours in a thermostatic bath heated to 150 ° C. When the temperature was lowered from 150 ° C. to room temperature, it was cooled over 5 hours from 150 ° C. to room temperature in order to prevent cracking of the cured product due to shrinkage.
  • the metal layer 22 was formed by thermally spraying zinc on the surface of the insulating case 21 which is an epoxy resin cured product.
  • FIG. 6 shows the side of the switch unit 70 of FIG.
  • the switch 1, the bushing conductor 12A on the fixed side, the bushing conductors 12B and 12C on the movable side, the air insulation operation rod 20, etc. are installed substantially parallel to the base 81.
  • connection portion between the insulating case 21 and the mechanism case 82 is covered with the epoxy resin cured product, an effect that triple points do not occur can be obtained. And, even when the thermal stress is applied, the effect that the crack does not occur in the epoxy resin cured product of the insulating case 21 and the metal layer 22 is obtained.
  • FIG. 4 shows a state in which a cable is connected to the switch unit 70 of FIG.
  • the cable connection represents a cross section.
  • the switch unit 70 is installed so that the movable direction of the movable electrode 5 and the traveling direction of the railway vehicle substantially coincide with each other and in contact with the roof of the railway vehicle.
  • Cables 42A, 42B, 42C are connected to the bushings 10A, 10B, 10C, respectively. It is desirable that the portions of the bushings 10A, 10B, 10C in contact with the cables 42A, 42B, 42C and the surface of the insulating case 21 be electrically connected.
  • the cable 42A is led to the front (left direction in FIGS. 1 and 2) of the railcar.
  • the cable 42B is led to the rear (rightward in FIGS. 1 and 2) of the railcar.
  • the cable 42C is connected to the main transformer via a receiving vacuum circuit breaker under the floor.
  • the switch unit 70 has a function as a linear joint that connects the cable 42A and the cable 42B, and has a function as a T-shaped joint that branches the cable 42C.
  • the surfaces of the cables 42A, 42B, 42C are preferably grounded so as not to be a high voltage.
  • a ground layer for example, a metal mesh wound around a conductor via an insulating layer
  • the grounded portions of the cables 42A, 42B, 42C and the metal layer 22 be electrically connected.
  • the bushings 10A, 10B, 10C connecting the T-shaped cable heads 40A, 40B, 40C of the respective cables are disposed laterally with respect to the traveling direction, and are disposed substantially in the same plane as the switch 1. Thereby, a plurality of cables can be connected so as not to interfere with the insulating case 21 (the switch 1) and the mechanism case 82 (the electromagnetic operating device 30) arranged in a straight line in the front-rear direction. For this reason, the overall height and width of the switch unit 70 are reduced as compared with the conventional configuration in which the insulating case 21 (the switch 1) and the mechanism case 82 (the electromagnetic actuator 30) are arranged vertically or horizontally. The projected area when viewed from the direction can be reduced. Thereby, even if the switchgear unit 70 is provided on the roof of the railway vehicle, it is possible to suppress an increase in air resistance caused thereby.
  • insulating plugs 41A, 41B, and 41C are provided on the side opposite to the connection end. Thereby, the surfaces of the T-shaped cable heads 40A, 40B, and 40C are maintained at the ground potential.
  • FIG. 5 is a top view showing the switchgear unit 70 of FIG. 4 installed on the roof of a railway vehicle.
  • the switch unit 70 is housed in the exterior case 80.
  • the switch unit 70 is accommodated in the exterior case 80 in a state of being fixed to the base 81.
  • the switchgear unit 70 is mounted on the railway vehicle in a state of being stored in the exterior case 80.
  • the exterior case 80 has an inclined portion in the front (the traveling direction of the train), and has flat portions on the left and right of the switch unit 70. Also, the cables 42A, 42B, 42C are mechanically supported. As a result, the switch unit 70 can be covered, vibration and shake of the cables 42A, 42B, and 42C can be suppressed, and air resistance can be reduced. In addition, the bushings 10A, 10B, and 10C can be prevented from being biased.
  • the switch unit 70 since the switch unit 70 has a reduced overall height and width as compared with the conventional structure, the exterior case 80 covering this can also be reduced in overall height and width, and the projected area when viewed from the traveling direction can be reduced. It can be made smaller. Thereby, also when switchgear unit 70 on the roof of a railcar is covered with exterior case 80, the increase in the air resistance by it can be controlled.
  • the roof of the railway vehicle, the T-type cable heads 40A, 40B, 40C, and the surface of the switch unit 70 all have a ground potential in order to ensure the safety of the workers. It has become. For this reason, it is not necessary to secure an insulation distance between the switch unit 70 or the exterior case 80 and the roof of the railway vehicle, and both may be disposed close to each other. Thereby, the height from the roof of the railway vehicle to the highest part of switchgear unit 70 or exterior case 80 can be suppressed.
  • switchgear unit 70 or exterior case 80 in contact with the roof of a railway vehicle. Thereby, even if the roof of the railway vehicle is made higher than before, the position of the pantograph can be kept at the same height as before.
  • each of the bushings 10A, 10B, 10C is disposed in a direction substantially perpendicular to the movable direction of the movable electrode 5. Thereby, the workability at the time of connecting T-type cable head 40A, 40B, 40C can be improved.

Abstract

開閉器ユニットにおいて、三重点が生じない構造とし、熱ストレスが加わる場合であってもクラックの発生を抑制する。固定電極と可動電極とを接離自在に配置した開閉器と、可動電極に接続された気中絶縁操作ロッドと、気中絶縁操作ロッドを駆動する電磁操作器と、開閉器を覆う絶縁ケースと、電磁操作器を覆う機構ケースと、ケーブルを接続するブッシングと、を備えた開閉器ユニットであって、絶縁ケースの表面と機構ケースの表面とが電気的に接続され、これらの表面が接地電位となるように構成されている。

Description

開閉器ユニット及びこれを用いた鉄道車両
　本発明は、開閉器ユニット及びこれを用いた鉄道車両に関する。
　鉄道車両には、負荷電流や事故電流から使用機器を保護するための開閉器ユニットが設置されている。開閉器ユニットにおいては、負荷電流や事故電流を感知すると、操作機構によって電極が開となり、電流が遮断される。
　開閉器ユニットには、開閉器をエポキシ樹脂硬化物等のモールド樹脂で覆い、その後、硬化させた固体絶縁方式を採用したものがある。固体絶縁方式は、絶縁媒体に樹脂を用いることから、ガス絶縁や油絶縁で必要とされる絶縁媒体を密閉するタンクが不要となり、開閉器ユニットを小さくすることができる。また、固体絶縁方式は、絶縁媒体の漏洩対策が不要であり、絶縁媒体の漏洩に対する保守点検を省くこともできる。
　開閉器ユニットは、開閉器を覆っているモールド樹脂硬化物の表面を、導電体で被覆した表面接地構造と、導電体で被覆していない表面非接地構造と、に分類される。表面接地構造とした場合、保守点検時における作業者の感電を防ぐことができる。
　特許文献１には、金属容器と絶縁容器と封着部材とで構成された真空容器と、固定電極に対向配置された可動電極を支持する可動軸が絶縁部材を介して連結された操作機構の操作棒と、を含み、エポキシ樹脂等により形成されたモールド絶縁体の表面に導電部材を設けた構成を有し、導電部材は、アルミニウム、亜鉛等の金属溶射又は導電性塗料の塗布により形成したものであり、操作棒及び導電部材は、接地された構成を有する、複合絶縁スイッチギヤが開示されている。
特開２００５－１９７１２８号公報
　鉄道車両は、屋外を走行するため、気温の変化が大きい。このため、鉄道車両に設置される開閉器ユニットには、熱ストレス対策が必要となる。
　特許文献１に記載の複合絶縁スイッチギヤにおいては、モールド絶縁体と操作機構との間に隙間があり、金属製の封着部材、操作棒、ベローズ等が大気中に露出している。また、樹脂硬化物で形成されたモールド絶縁体の表面がすべて導電処理されているわけではなく、操作棒とモールド絶縁体の表面の導電部材とは、それぞれ別個に接地がなされている。このため、モールド絶縁体、導電部材の金属及び空気が接する三重点があり、熱ストレスを加えた際にこの三重点が起点となり、モールド絶縁体、導電部材等にクラックが発生するおそれがある。また、別個に接地を行うため、そのための回路部品が必要となり、製造コストの面からも改善の余地がある。
　本発明の目的は、開閉器ユニットにおいて、三重点が生じない構造とし、熱ストレスが加わる場合であってもクラックの発生を抑制することにある。
　本発明の開閉器ユニットは、固定電極と可動電極とを接離自在に配置した開閉器と、可動電極に接続された気中絶縁操作ロッドと、気中絶縁操作ロッドを駆動する電磁操作器と、開閉器を覆う絶縁ケースと、電磁操作器を覆う機構ケースと、ケーブルを接続するブッシングと、を備え、絶縁ケースの表面と機構ケースの表面とが電気的に接続され、これらの表面が接地電位となるように構成されている。
　本発明によれば、開閉器ユニットにおいて、三重点が生じない構造とし、熱ストレスが加わる場合であってもクラックの発生を抑制することができる。
鉄道車両を連ねた列車の車両編成の例を示す模式構成図である。 図１の列車におけるき電回路を示す概略構成図である。 実施例の開閉器ユニットを示す平面図である。 図３の開閉器ユニットにケーブルが接続された状態を示す部分断面図である。 図４の開閉器ユニットを鉄道車両の屋根に設置した状態を示す上面図である。 図３の開閉器ユニットを示す側面図である。
　以下、本発明を実施する上で好適となる例について図面を用いて説明する。尚、下記はあくまでも実施の例に過ぎず、発明の内容が下記具体的態様に限定されるものではない。
本発明は、本明細書に記載した態様を含めて種々の態様に変形することが無論可能である。
　まず、本発明に係る開閉器ユニットを適用した鉄道車両の車両編成例について説明する。
　図１は、列車の車両編成の例を模式的に示したものである。
　本図において、列車１００は、鉄道車両１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ、１００ｅ、１００ｆ、１００ｇ、１００ｈの８両編成で構成されている。これらのうち、鉄道車両１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ、１００ｅ、１００ｆの屋根７２上にはそれぞれ、高圧引き通しケーブルＲＣ１、ＲＣ２、ＲＣ３、ＲＣ４、ＲＣ５が配置されている。高圧引き通しケーブルＲＣ３、ＲＣ５には、パンタグラフＰＧ１、ＰＧ２が接続されている。
パンタグラフＰＧ１、ＰＧ２は、図示しないき電線から電力を受電する。また、各高圧引き通しケーブルＲＣ１、ＲＣ２、ＲＣ３、ＲＣ４、ＲＣ５は、直線ジョイントＳＪ１、ＳＪ２、ＳＪ３、ＳＪ４で車両間を接続され、Ｔ分岐ジョイントＴＪ１、ＴＪ２で車両床下方向に分岐されている。
　つぎに、鉄道車両のき電回路について説明する。
　図２は、図１の列車におけるき電回路の概略を示したものである。
　本図に示すように、列車１００において、鉄道車両１００ｂ（二両目）、鉄道車両１００ｄ（四両目）、鉄道車両１００ｆ（六両目）の床下（Ｂｏｔｔｏｍ）には、それぞれ、受電用真空遮断器ＶＣＢ１、ＶＣＢ２、ＶＣＢ３、及び、主変圧器Ｔｒ１、Ｔｒ２、Ｔｒ３が設けられている。
　また、鉄道車両１００ｂ（二両目）の高圧引き通しケーブルＲＣ１は、床下に設けられた受電用真空遮断器ＶＣＢ１の１次側に直接接続されている。そして、受電用真空遮断器ＶＣＢ１の２次側は、主変圧器Ｔｒ１の１次巻線に接続されている。主変圧器Ｔｒ１の２次巻線は、電動機に電力を供給し、３次巻線は、エアコンや照明などの補器へ電力を供給する。同様に、鉄道車両１００ｄ（四両目）及び鉄道車両１００ｆ（六両目）のＴ分岐ジョイントＴＪ１、ＴＪ２で分岐された高圧引き通しケーブルＲＣ３、ＲＣ５はそれぞれ、床下に設けられた受電用真空遮断器ＶＣＢ２、ＶＣＢ３の１次側に接続されている。受電用真空遮断器ＶＣＢ２、ＶＣＢ３の２次側はそれぞれ、主変圧器Ｔｒ２、Ｔｒ３の１次巻線に接続されている。主変圧器Ｔｒ２、Ｔｒ３の２次巻線は、それぞれの電動機に電力を供給し、３次巻線は、それぞれの補器へ電力を供給する。
　なお、Ｔ分岐ジョイントＴＪ１と直線ジョイントＳＪ２とは、一体の開閉器ユニット７０ａを構成している。Ｔ分岐ジョイントＴＪ２と直線ジョイントＳＪ４とは、一体の開閉器ユニット７０ｂを構成している。
　例えば、鉄道車両１００ｃ（三両目）の高圧引き通しケーブルＲＣ２で地絡故障Ｆａｕｌｔが発生した場合には、外部からの指令により開閉器ユニット７０ａを動作させ、直線ジョイントＳＪ２を自動で開放することにより、地絡故障Ｆａｕｌｔの影響を受ける主変圧器Ｔｒ１およびそれに接続された電動機を切り離す。このとき、地絡故障Ｆａｕｌｔの影響を受けない主変圧器Ｔｒ２、Ｔｒ３は接続されたままである。このため、これらに接続された電動機を用いて列車１００の運転を続行することができる。
　本図においては、符号Ｆａｕｌｔで示す位置で地絡故障が生じた場合を例に説明しているため、故障の波及を防ぐべく、開閉器ユニット７０ａを動作させて直線ジョイントＳＪ２を開放している。この例に限らず、地絡故障の場所に応じて、もう１つの開閉器ユニット７０ｂを動作させ、直線ジョイントＳＪ４の切り離しを行うようにしてもよい。このような構造とすることにより、鉄道車両の屋根７２の上に作業者が登ることなく、不具合箇所を含む高電圧ケーブルと健全な高電圧ケーブルとを自動的に分離することができる。
　つぎに、開閉器ユニットの詳細な構成について実施例を用いて説明する。
　図３は、本実施例の開閉器ユニットを示す平面図である。
　本図において、開閉器ユニット７０は、Ｔ分岐ジョイントと直線ジョイントとを一体化したものである。破線は内部構造を示している。
　開閉器ユニット７０は、開閉器１と、固定側のブッシング１０Ａと、可動側のブッシング１０Ｂ、１０Ｃと、気中絶縁操作ロッド２０と、絶縁ケース２１と、電磁操作器３０と、を備えている。
　ブッシング１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃはいずれも、絶縁ケース２１から突き出た形状を有している。
　開閉器１は、固定電極３と、固定電極３に対する接触又は開離をする可動電極５と、固定電極３及び可動電極５の周囲を覆うアークシールド６と、アークシールド６を支持し開閉器１の外側容器の一部を構成する円筒形状のセラミック絶縁筒７と、ベローズ２と、を含む。言い換えると、開閉器１は、固定電極３と可動電極５とを接離自在に配置した構成を有する。
　セラミック絶縁筒７は、セラミック絶縁筒７Ａとセラミック絶縁筒７Ｂとから構成されている。アークシールド６は、フランジ部を有する。このフランジ部は、セラミック絶縁筒７Ａとセラミック絶縁筒７Ｂとの間に挟まれている。これにより、アークシールド６は固定されている。セラミック絶縁筒７の両端部は、端板で覆われている。これにより、セラミック絶縁筒７の内部は、真空状態に維持されている。
　開閉器１の固定電極３は、開閉器１の外に引き出された固定導体を介して、ブッシング導体１２Ａと電気的に接続されている。また、可動電極５は、開閉器１の外に引き出された可動導体を介してブッシング導体１２Ｂ、１２Ｃと電気的に接続されている。そして、可動電極５は、気中絶縁操作ロッド２０によって、固定電極３との接離が制御される。気中絶縁操作ロッド２０は、電磁操作器３０に接続され、駆動されるようになっている。電磁操作器３０は、機構ケース８２に収納されている。機構ケース８２は、金属製である。
なお、機構ケース８２が樹脂などの絶縁物で形成されている場合は、後述の絶縁ケース２１の金属層２２と同様に、機構ケース８２の表面に金属層を設けることが望ましい。
　ブッシング導体１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃと絶縁ケース２１を構成する絶縁物とが組み合わされることにより、ブッシング１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃが形成されている。この構成により、固定側のブッシング１０Ａを可動側のブッシング１０Ｂ、１０Ｃから切り離すことができる。ベローズ２は、可動導体と可動側の端板との間に配置されている。この構造により、開閉器１の真空状態を維持したまま、可動導体を移動することができるようになっている。
　なお、開閉器ユニット７０は、ステー８３Ａ、８３Ｂ、８３Ｃを介してベース８１に固定されている。
　絶縁ケース２１は、開閉器ユニット７０の外殻をなすものであり、エポキシ樹脂硬化物などで形成されている。絶縁ケース２１は、開閉器１、固定側のブッシング導体１２Ａ、可動側のブッシング導体１２Ｂ、１２Ｃ等をモールドした構造を有している。気中絶縁操作ロッド２０の周囲は、所定の周囲空間を有する状態で、絶縁ケース２１により覆われている。気中絶縁操作ロッド２０の周囲空間は、絶縁ケース２１と封止手段によって封止されている。その内部である周囲空間には、乾燥空気やＳＦ６ガスなどの絶縁ガスが封入されている。なお、封止手段としては、直線シールやベローズが適用されている。
　絶縁ケース２１と機構ケース８２とは、それぞれが有するフランジ８５ａ、８５ｂにより接続されている。
　絶縁ケース２１の表面には、連続した金属層２２（図中、太線で表している。）が形成されている。金属層２２は、ブッシング１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃの根元に該当する部位（ケーブルヘッドの端部が接する部分（ブッシング１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃがケーブルに接する部分））まで達している。これにより、絶縁ケース２１の表面（金属層２２）は、ケーブルが接続された状態で、ケーブルの接地部分と電気的に接続されるようになる。言い換えると、ケーブルが接続された状態では、絶縁ケース２１の露出した表面全体が金属層２２で覆われた構成となることが望ましい。
　また、金属層２２は、フランジ８５ａの機構ケース８２との接続面の全部又は少なくとも一部をも覆っている。これにより、金属層２２で覆われた絶縁ケース２１の表面及び金属製の機構ケース８２はすべて、電気的に接続される。この部分を接地すれば、高電圧となる露出面がなくなるため、作業者の安全を確保することができる。
　金属層２２は、亜鉛を溶射することにより形成されている。なお、金属層２２を形成するために用いる金属は、導電性を有するものであればよく、亜鉛に限定されるものではない。当該金属は、アルミニウム合金でもよいし、亜鉛・アルミニウム合金、アルミニウム・マグネシウム合金等であってもよい。
　絶縁ケース２１は、エポキシ樹脂組成物で形成されている。絶縁ケース２１は、開閉器１、固定側のブッシング導体１２Ａ、可動側のブッシング導体１２Ｂ、１２Ｃ等をモールドし、硬化することにより作製した。モールド樹脂には、ナガセケムテックス製のエポキシ樹脂（型番はＸＮＲ４０３８）と、硬化剤（型番はＸＮＨ４０３８）とを用いた。モールド及び硬化の手順は、次のとおりである。
　開閉器１等の部品を金型に配置した後、８０℃で３時間加熱した。エポキシ樹脂と硬化剤をそれぞれ６０℃で３時間加熱した後、混合し、混合物であるエポキシ樹脂組成物は真空混練機を用いて６０℃で３０分間脱泡混練した。
　開閉器１等のモールドには、真空注型法を用いた。
　脱泡済みのエポキシ樹脂組成物を開閉器１等の部品が配置され８０℃で３時間加熱された金型の中に流し込んだ。エポキシ樹脂組成物の硬化は、８０℃で８時間、１５０℃で１２時間の２段階とした。モールドした開閉器１等は、８０℃で８時間の一次硬化後に金型から外し、１５０℃に熱した恒温槽で１２時間の二次硬化を行った。１５０℃から室温に下がる際、収縮が原因による硬化物の割れを防ぐため、１５０℃から室温へは５時間かけて冷却した。
　エポキシ樹脂硬化物である絶縁ケース２１の表面に亜鉛を溶射することにより、金属層２２を形成した。
　図６は、図３の開閉器ユニット７０の側面を示したものである。
　図６に示すように、開閉器１、固定側のブッシング導体１２Ａ、可動側のブッシング導体１２Ｂ、１２Ｃ、気中絶縁操作ロッド２０等は、ベース８１に対して略平行に設置されている。
　本実施例によれば、絶縁ケース２１と機構ケース８２との接続部をエポキシ樹脂硬化物で覆うため、三重点が生じないという効果が得られる。そして、熱ストレスが加わる場合であっても、絶縁ケース２１のエポキシ樹脂硬化物や金属層２２にクラックが発生しないという効果が得られる。
　図４は、図３の開閉器ユニット７０にケーブルが接続された状態を示したものである。
ケーブルの接続部については、断面を表している。以下では、主として、図３と異なる部分について説明する。
　図４に示すように、開閉器ユニット７０は、可動電極５の可動方向と鉄道車両の進行方向とが略一致するように、かつ、鉄道車両の屋根上と接するように設置されている。ブッシング１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃのそれぞれには、ケーブル４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃが接続されている。ブッシング１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃがケーブル４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃに接する部分と絶縁ケース２１の表面とは、電気的に接続されていることが望ましい。
　ケーブル４２Ａは、鉄道車両の前方（図１及び図２の左方向）へ引き通されている。ケーブル４２Ｂは、鉄道車両の後方（図１及び図２の右方向）へ引き通されている。ケーブル４２Ｃは、床下の受電用真空遮断器を介して主変圧器に接続されている。言い換えると、開閉器ユニット７０は、ケーブル４２Ａとケーブル４２Ｂとを接続する直線ジョイントとしての機能を有し、かつ、ケーブル４２Ｃを分岐するＴ型ジョイントとしての機能を有する。なお、ケーブル４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃの表面は、高電圧とならないように接地されるようになっていることが望ましい。ケーブル４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃの表面が直接接地されていない場合には、ケーブル４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃの表面層の内側に接地層（例えば、導線の周囲に絶縁層を介して金属メッシュを巻き付けたもの）を設けることが望ましい。さらに、ケーブル４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃの接地された部位と金属層２２とは、電気的に接続されるようになっていることが望ましい。
　各ケーブルのＴ型ケーブルヘッド４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃを接続するブッシング１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃは、進行方向に対して側方に配置され、かつ、開閉器１と略同一平面内に配置されている。これにより、前後方向に直線状に並ぶ絶縁ケース２１（開閉器１）及び機構ケース８２（電磁操作器３０）と干渉しないように、複数のケーブルを接続できる。このため、絶縁ケース２１（開閉器１）と機構ケース８２（電磁操作器３０）とを上下方向あるいは左右方向に並べた従来の構成に比べ、開閉器ユニット７０の全高および全幅を縮小し、進行方向から見たときの投影面積を縮小することができる。これにより、鉄道車両の屋根上に開閉器ユニット７０を設けても、それによる空気抵抗の増加を抑制することができる。
　なお、Ｔ型ケーブルヘッド４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃには、接続端と反対側に絶縁栓４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃが設けられている。これにより、Ｔ型ケーブルヘッド４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃの表面は、接地電位に保たれている。
　図５は、図４の開閉器ユニット７０を鉄道車両の屋根に設置した状態を示す上面図である。
　図５においては、開閉器ユニット７０が外装ケース８０に収納されている。開閉器ユニット７０は、ベース８１に固定した状態で、外装ケース８０に収納されている。さらに、開閉器ユニット７０は、外装ケース８０に収納された状態で、鉄道車両に装着されている。
　外装ケース８０は、前方（列車の進行方向）に傾斜部を有し、開閉器ユニット７０の左右に平面部を有する。また、ケーブル４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃを機械的に支持している。
これにより、開閉器ユニット７０を覆うとともに、ケーブル４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃの振動やぶれを抑制することができ、空気抵抗を小さくすることができる。また、ブッシング１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃに偏荷重が掛からないようにすることができる。
　上述のとおり、開閉器ユニット７０は、従来構造に比べ全高および全幅を縮小したものであるため、これを覆う外装ケース８０も、全高および全幅を小さくでき、進行方向から見たときの投影面積を小さくできる。これにより、鉄道車両の屋根上の開閉器ユニット７０を外装ケース８０で覆った場合も、それによる空気抵抗の増加を抑制することができる。
　以上で説明したように、本実施例においては、作業者の安全性を確保するべく、鉄道車両の屋根、Ｔ型ケーブルヘッド４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ及び開閉器ユニット７０の表面はいずれも、接地電位になっている。このため、開閉器ユニット７０又は外装ケース８０と鉄道車両の屋根との間で絶縁距離を確保する必要がなく、両者を近接配置してもよい。これにより、鉄道車両の屋根から開閉器ユニット７０又は外装ケース８０の最高部までの高さを抑えることができる。
　更に具体的には、開閉器ユニット７０又は外装ケース８０を鉄道車両の屋根と接触させて配置することも可能になる。これにより、鉄道車両の屋根を従来よりも高くしたとしても、パンタグラフの位置を従来と同じ高さに留めることができる。
　また、各ブッシング１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃは、可動電極５の可動方向に対して実質的に直角な方向に配置されている。これにより、Ｔ型ケーブルヘッド４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃを接続する際の作業性を向上させることができる。
　１：開閉器、２：ベローズ、３：固定電極、５：可動電極、６：アークシールド、７：セラミック絶縁筒、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ：ブッシング、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ：ブッシング導体、２０：気中絶縁操作ロッド、２１：絶縁ケース、２２：金属層、３０：電磁操作器、４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ：Ｔ型ケーブルヘッド、４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ：絶縁栓、４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃ：ケーブル、７０、７０ａ、７０ｂ：開閉器ユニット、７２：屋根、８０：外装ケース、８１：ベース、８２：機構ケース、８３Ａ、８３Ｂ、８３Ｃ：ステー、８５ａ、８５ｂ：フランジ。

Claims (10)

  1. 　固定電極と可動電極とを接離自在に配置した開閉器と、
    　前記可動電極に接続された気中絶縁操作ロッドと、
    　前記気中絶縁操作ロッドを駆動する電磁操作器と、
    　前記開閉器を覆う絶縁ケースと、
    　前記電磁操作器を覆う機構ケースと、
    　ケーブルを接続するブッシングと、を備え、
    　前記絶縁ケースの表面と前記機構ケースの表面とが電気的に接続され、これらの表面が接地電位となるように構成されている、開閉器ユニット。
  2. 　前記絶縁ケースの表面は、金属層で覆われている、請求項１記載の開閉器ユニット。
  3. 　前記ケーブルが接続された状態では、前記絶縁ケースの露出した表面全体が前記金属層で覆われた構成となる、請求項２記載の開閉器ユニット。
  4. 　前記絶縁ケースは、エポキシ樹脂硬化物で形成されている、請求項１記載の開閉器ユニット。
  5. 　前記ブッシングが前記ケーブルに接する部分と前記絶縁ケースの表面とは、電気的に接続されている、請求項１記載の開閉器ユニット。
  6. 　前記金属層は、亜鉛、アルミニウム、亜鉛・アルミニウム合金又はアルミニウム・マグネシウム合金で形成されている、請求項２記載の開閉器ユニット。
  7. 　前記絶縁ケースの前記機構ケースに接する面は、少なくとも一部が前記金属層で覆われている、請求項２記載の開閉器ユニット。
  8. 　前記絶縁ケース及び前記機構ケースは、それぞれが有するフランジにより接続されている、請求項１記載の開閉器ユニット。
  9. 　前記機構ケースは、金属製である、請求項１記載の開閉器ユニット。
  10. 　請求項１～９のいずれか一項に記載の開閉器ユニットを備えた、鉄道車両。
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