WO2023053261A1 - 開閉装置のリング状コイルスプリングおよびこれを用いた開閉装置 - Google Patents

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直明 井上
純生 吉岡
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三菱電機株式会社
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    • H01H1/36—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage by sliding
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    • 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
    • H01H33/64—Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid wherein the break is in gas
    • H01H33/65—Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid wherein the break is in gas wherein the break is in air at atmospheric pressure, e.g. in open air
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02B—BOARDS, SUBSTATIONS OR SWITCHING ARRANGEMENTS FOR THE SUPPLY OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02B13/00—Arrangement of switchgear in which switches are enclosed in, or structurally associated with, a casing, e.g. cubicle
    • H02B13/02—Arrangement of switchgear in which switches are enclosed in, or structurally associated with, a casing, e.g. cubicle with metal casing
    • H02B13/035—Gas-insulated switchgear
    • H02B13/045—Details of casing, e.g. gas tightness

Definitions

  • This application relates to a ring-shaped coil spring for a switchgear and a switchgear using the same.
  • the switchgear consists of a main circuit section to which high voltage is applied, an operation mechanism section that drives the main circuit switchgear, and a control circuit section.
  • the main circuit section (1) the opening and closing parts of the switch, (2) the parts connecting the switch and other equipment that do not function when fixed with bolts, or (3) bolts from the viewpoint of assembly. There are places where fastening is difficult. At these locations, conductor connections are made using contactors instead of fastening with bolts.
  • This contact is equipped with a garter spring that has the necessary contact pressure load to ensure the function of not only conducting the normal current of the switchgear, but also conducting large currents for short periods of time. (See Patent Document 1, for example).
  • garter springs with different spring loads are required in order to correspond to the lineup of various contactors of switchgear, so the number of types of parts increases. Conversely, if the garter spring corresponding to the maximum energized current is used as the standard specification, there is a problem that the quality will be excessive for products with a small energized current.
  • the present application has been made to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide a ring-shaped coil spring for a switchgear that can obtain a necessary contact load without increasing the types of ring-shaped coil springs. aim.
  • the ring-shaped coil spring of the switchgear disclosed in the present application is mounted around the conductor, and is characterized by having a ring-shaped spring in the coil for increasing the contact load with the conductor.
  • the necessary contact load can be obtained without increasing the types of ring-shaped coil springs.
  • FIG. 1 is a side cross-sectional view of a gas-insulated switchgear according to Embodiment 1.
  • FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of a conductor contact portion according to Embodiment 1; FIG. It is a sectional view of a ring-shaped coil spring.
  • FIG. 2 is a perspective view of a ring-shaped spring according to Embodiments 1 and 2; 4 is a cross-sectional view of a ring-shaped coil spring to which the ring-shaped spring according to Embodiment 1 is attached;
  • FIG. FIG. 8 is a cross-sectional view of a conductor contact portion using a coil spring contact according to Embodiment 2;
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of a coil spring contact to which a ring-shaped spring is mounted according to Embodiment 2;
  • the ring-shaped coil spring of the opening/closing device according to the present application can be applied to switchgears in general, but in the present embodiment, a gas-insulated switchgear will be described as an example.
  • the same reference numerals are assigned to the same contents and corresponding parts, and detailed description thereof will be omitted. In the following embodiments as well, redundant descriptions of the configurations denoted by the same reference numerals will be omitted.
  • FIG. 1 is a side cross-sectional view of a gas-insulated switchgear
  • FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a conductor contact portion.
  • a gas-insulated switchgear 1 includes a circuit breaker 2 , a disconnecting switch and a grounding switch 3 , a bus 4 , a power cable 6 , and the like mounted in a closed container 5 . Insulating gas is enclosed in the closed container 5 .
  • a connection portion between the conductor 7 a in the closed container 5 and the conductor 7 b of the power cable 6 is defined as a conductor contact portion 7 .
  • the conductor contact portion 7 is a portion that is difficult to fasten with a bolt.
  • the connecting portion 12 between the circuit breaker 2 and the conductor or the connecting portion 13 between the grounding switch 3 and the conductor is connected by a bolt in FIG. You can also In this case, one conductor is connected to conductor 7a and the other conductor is connected to conductor 7b.
  • a conductor contact structure is generally used for the opening/closing portion of the switch itself.
  • the conductor contact portion 7 is around the conductor 7a and the conductor 7b, contacts the conductor 7a and the conductor 7b, and is mounted with a contactor 7c so as to sandwich them.
  • Three ring-shaped coil springs 7d are arranged around the contactor 7c to apply a necessary load to the contactor 7c in order to fix the conductors 7a and 7b.
  • the ring-shaped coil spring 7d is made of a general spring metal material such as piano wire, hard steel wire, or stainless steel wire, and is formed into a ring shape as shown in FIG.
  • Conductors 7a, 7b, and contacts 7c are made of a highly conductive material such as copper or aluminum. In FIG. 2, the conductors 7a and 7b are in contact with the contactor 7c, respectively, and the contactor 7c is applied with a radially inward load of the ring-shaped coil spring 7d.
  • a contact load is generated between the contactor 7c and the conductor 7a, and between the contactor 7c and the conductor 7b.
  • current can flow through the paths of the conductor 7a and the contactor 7c, and between the contactor 7c and the conductor 7b.
  • a larger current is applied, a larger electromagnetic repulsive force is generated at the contact portion, so a high contact load is required to suppress the electromagnetic repulsive force.
  • a ring-shaped spring 8a is attached to the ring-shaped coil spring 7d in order to apply this high contact load.
  • a spring metal material such as piano wire, hard steel wire, or stainless steel wire is used for the ring-shaped spring 8a. As shown in FIG. 4, this spring metal material is formed into a ring shape, and a part thereof is overlapped. The diameter of the ring of the ring-shaped spring 8a is adjusted in advance to the inner diameter of the ring-shaped coil spring.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a ring-shaped coil spring 7d to which a ring-shaped spring 8a is attached.
  • a ring-shaped spring 8a is mounted along the inner peripheral side inside the coil of the ring-shaped coil spring 7d so as to match the inner diameter of the ring-shaped coil spring 7d.
  • the ring-shaped spring 8a is mounted inside the ring-shaped coil spring 7d by passing the tip of the ring-shaped spring 8a through the spring gap of the ring-shaped coil spring 7d.
  • the contact load is increased by standardizing the ring-shaped coil spring 7d without increasing the types of the ring-shaped coil spring 7d, and using the ring-shaped coil spring 7d with the additional ring-shaped spring 8a only when the applied current is large. can be done.
  • the ring-shaped spring 8a to be inserted prevents the ring-shaped coil spring 7d from coming off even when the joint is detached due to manufacturing defects in the joint due to welding or caulking of the ring-shaped coil spring 7d itself. There are also possible effects.
  • the number of ring-shaped springs 8a to be inserted into the ring-shaped coil springs 7d is not limited to one, and two or more may be mounted. As a result, the load that compresses the ring-shaped spring 8a radially inward can be adjusted by changing the number of the ring-shaped springs 8a. When two or more springs are mounted, the material of the ring-shaped spring 8a may be changed, or the diameter of the ring may be changed to change the radially inward compressive load.
  • a ring-shaped spring 8a wound more than twice may be used. This makes it possible to adjust the load that compresses the ring-shaped spring 8a radially inward by changing the number of turns.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of a conductor contact portion of a contact using a ring-shaped coil spring (hereinafter referred to as a coil spring contact) according to Embodiment 2.
  • a coil spring contact a ring-shaped coil spring
  • FIG. 2 Since the ring-shaped coil spring 7d shown in FIG. 2 is made of a general metal material for springs, such as piano wire, hard steel wire, and stainless steel wire, its current-carrying performance itself is low.
  • energization is performed via the contactor 7c.
  • the application of the contact pressure is performed by the ring-shaped coil spring 7d.
  • the coil spring contact 9 in FIG. 6 uses a spring metal material with good electrical conductivity such as a copper alloy, and the coil spring contact 9 itself has the functions of both electrical conductivity and application of contact pressure. As shown in FIG. 6, by attaching the coil spring contact 9 to the cylindrical conductor 10 and inserting it into the recessed conductor 11, the path between the cylindrical conductor 10 and the coil spring contact 9 and the path between the coil spring contact 9 and the recessed conductor 11 are formed. can be energized.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of the coil spring contact to which the ring-shaped spring shown in Embodiment 2 is attached.
  • a ring-shaped spring 8a matching the inner diameter of the ring-shaped coil spring 7d is added to add a radially inward spring load.
  • the coil spring contact 9 applies a contact load to both the inside and the outside. That is, as shown in FIG. 7, a ring-shaped spring 8a along the inner and inner circumference of the coil of the coil spring contact 9 is matched with the inner diameter of the coil spring contact 9, and a coil spring contact is aligned with the outer diameter of the coil spring contact 9.
  • a ring-shaped spring 8a along the inner and inner circumference of the coil of the coil spring contact 9 is matched with the inner diameter of the coil spring contact 9, and a coil spring contact is aligned with the outer diameter of the coil spring contact 9.
  • a spring metal material such as piano wire, hard steel wire, or stainless steel wire is used for the ring-shaped spring 8b. As shown in FIG. 4, this spring metal material is formed into a ring shape, and a part thereof is overlapped. The diameter of the ring of the ring-shaped spring 8b is adjusted in advance to the diameter of the outer peripheral side of the ring-shaped coil spring.
  • the ring-shaped spring 8b is mounted inside the coil spring contact 9 by passing the tip of the ring-shaped spring 8b through the spring gap of the coil spring contact 9. As shown in FIG.
  • the ring-shaped spring 8b to be inserted into the ring-shaped coil spring 7d is not limited to one, and two or more may be mounted, like the ring-shaped spring 8a.
  • the load that compresses the ring-shaped spring 8b radially outward can be adjusted by changing the number of the ring-shaped springs 8b.
  • the material of the ring-shaped spring 8b may be changed, or the diameter of the ring may be changed to change the compressive load radially outward.
  • the ring-shaped spring 8b may be wound twice or more. This makes it possible to adjust the load that compresses the ring-shaped spring 8b radially inward by changing the number of turns.

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Abstract

ガス絶縁開閉装置（１）の接続部の様々なラインナップに対応するためには、様々なばね荷重のスプリングが必要となり、部品の種類が増加する。逆に通電電流が最大のものに対応したスプリングを標準仕様とすると、小さい通電電流の製品に対しては過剰品質となってしまう。このため、ばね用金属材料をリング状に形成し、その一部を重ねた構造のリング状のばね（８ａ、８ｂ）の先端をリング状コイルスプリング（７ｄ）のばねの隙間からコイル内に通して装着することで、リング状コイルスプリング（７ｄ）の種類を増やすことなく、必要な接触荷重を得ることができる。

Description

開閉装置のリング状コイルスプリングおよびこれを用いた開閉装置
　本願は、開閉装置のリング状コイルスプリングおよびこれを用いた開閉装置に関する。
　開閉装置は、高電圧が印加される主回路部、主回路の開閉器を駆動する操作機構部、および制御回路部によって構成されている。主回路部では、（１）開閉器の開閉部分、（２）開閉器と他の機器との接続部においてボルト締結で固定した場合機能を果たさない箇所、あるいは（３）組立性の観点からボルト締結が困難な箇所が存在する。これらの箇所には、ボルトでの締結ではなく、接触子を用いて導体接続を行う。
　この接触子には、開閉装置の常時の通電電流を通電するだけでなく、短時間の大電流に対しても通電する機能を確保するために必要な接圧荷重が与えられたガータスプリングを備えている（例えば、特許文献１を参照）。
特許第５１８８１７６号公報
　しかしながら、開閉装置の様々な接触子のラインナップに対応するためには、異なるばね荷重のガータスプリングが必要となるため、部品の種類が増加する。逆に通電電流が最大のものに対応したガータスプリングを標準仕様とすると、小さい通電電流の製品に対しては過剰品質となってしまうという課題がある。
　本願は、上述のような問題を解決するためになされたもので、リング状コイルスプリングの種類を増やすことなく、必要な接触荷重を得ることができる開閉装置のリング状コイルスプリングを提供することを目的とする。
　本願に開示される開閉装置のリング状コイルスプリングは、導体の周囲に装着されたものであって、コイル内に、導体との接触荷重を増加するためのリング状のばねを備えたことを特徴とする。
　本願に開示される開閉装置のリング状コイルスプリングによれば、リング状コイルスプリングの種類を増やすことなく、必要な接触荷重を得ることができる
実施の形態１に係るガス絶縁開閉装置の側部断面図である。 実施の形態１に係る導体接触部の拡大断面図である。 リング状コイルスプリングの断面図である。 実施の形態１および２に係るリング状のばねの斜視図である。 実施の形態１に係るリング状のばねを装着したリング状コイルスプリングの断面図である。 実施の形態２に係るコイルスプリングコンタクトを用いた導体接触部の断面図である。 実施の形態２に係るリング状のばねを装着したコイルスプリングコンタクトの断面図である。
　以下、本願に係る開閉装置のリング状コイルスプリングの好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。本願に係る開閉装置のリング状コイルスプリングは、開閉装置全般に適用できるが、本実施の形態では、ガス絶縁開閉装置を例にして説明する。なお、同一内容および相当部については同一符号を配し、その詳しい説明は省略する。以降の実施形態も同様に、同一符号を付した構成について重複した説明は省略する。
実施の形態１．
　図１はガス絶縁開閉装置の側部断面図、図２は導体接触部の拡大断面図である。ガス絶縁開閉装置１は、密閉容器５に遮断器２、断路器および接地開閉器３、母線４、および電力ケーブル６などが搭載されている。密閉容器５内には絶縁ガスが封入されている。密閉容器５内の導体７ａと電力ケーブル６の導体７ｂとの接続部分を導体接触部７とする。
　導体接触部７は、ボルト締結しにくい箇所である。また、遮断器２と導体の接続部１２、あるいは、接地開閉器３と導体の接続部１３について、図１ではボルト接続としているが、導体接触部７と同じ部材を介在させた導体接触構造とすることもできる。この場合、一方の導体を導体７ａに接続し、他方の導体を導体７ｂに接続する。それ以外にも開閉器自体の開閉する部分にも導体接触構造が一般に用いられる。
　図２において、導体接触部７は、導体７ａと導体７ｂとの周囲であって、導体７ａおよび導体７ｂに接触し、これらを挟持するように接触子７ｃが装着されている。接触子７ｃの周囲には、導体７ａおよび導体７ｂを固定するために、接触子７ｃに必要な荷重を加えるリング状コイルスプリング７ｄが３個配設されている。
　リング状コイルスプリング７ｄは、ピアノ線、硬鋼線、またはステンレス鋼線などの一般的なばね用の金属材料が用いられ、図３に示すように、コイルばねをリング状に形成している。導体７ａ、導体７ｂ、接触子７ｃには銅またはアルミなどの導電性のよい材料が用いられる。図２において、導体７ａと導体７ｂはそれぞれ接触子７ｃと接触しており、接触子７ｃには、リング状コイルスプリング７ｄの径方向内側への荷重が与えられる。
　このため、接触子７ｃと導体７ａ、および接触子７ｃと導体７ｂとの間に接触荷重が生じる。これにより、導体７ａと接触子７ｃ、接触子７ｃと導体７ｂの経路で電流通電が可能となる。また、大きな電流を通電するほど、接触部に大きな電磁反発力が発生するため、電磁反発力を抑え込むために、高い接触荷重が必要となる。
　この高い接触荷重を与えるため、リング状コイルスプリング７ｄにリング状のばね８ａを装着する。リング状のばね８ａにはピアノ線、硬鋼線、ステンレス鋼線などのばね用金属材料が用いられる。このばね用金属材料を図４に示すように、リング状に形成し、その一部を重ねて構成される。リング状のばね８ａのリングの径を、あらかじめリング状コイルスプリングの内周側の径に合わせておく。
　図５は、リング状のばね８ａを装着したリング状コイルスプリング７ｄの断面図である。リング状コイルスプリング７ｄの内側に、リング状コイルスプリング７ｄの内径に合わせ、リング状コイルスプリング７ｄのコイル内を、内周側に沿ってリング状のばね８ａを装着している。組立時はリング状のばね８ａの先端を、リング状コイルスプリング７ｄのばねの隙間から通していくことで、リング状コイルスプリング７ｄの内部にリング状のばね８ａを装着する。
　図２のような導体接触部７にリング状のばね８ａを装着したリング状コイルスプリング７ｄを用いた場合、接触子７ｃを、リング状コイルスプリング７ｄの径方向内側に圧縮する荷重に加え、リング状のばね８ａの径方向内側に圧縮する荷重が追加されるため、導体接触部７の電流通電に必要な接触子７ｃの接触荷重を増加させる効果がある。これにより、通電電流のラインナップが様々ある場合、リング状コイルスプリングを標準仕様とし、大電流に対応する場合のみ、リング状のばね８ａをリング状コイルスプリング内に装着することで対応可能となる。すなわち、リング状コイルスプリング自体は１種類となり、部品種類が増えることを抑制できるとともに、コスト低減となる。
　以上説明した構成により、リング状コイルスプリング７ｄの種類を増やすことなく標準化し、通電電流が大きい場合のみ、リング状のばね８ａを追加したリング状コイルスプリング７ｄを用いることで接触荷重を増加させることができる。
　また、挿入されるリング状のばね８ａには、リング状コイルスプリング７ｄ自体の溶接またはかしめによる接合部の製造不良により、接合部がはずれるような場合にも、リング状コイルスプリング７ｄの脱落を防止できる効果もある。
　さらに、リング状コイルスプリング７ｄ内に挿入するリング状のばね８ａは、１本に限らず、２本以上を装着しても良い。これにより、リング状のばね８ａの径方向内側に圧縮する荷重をリング状のばね８ａの本数を変更することにより調節することが可能となる。２本以上装着する際に、リング状のばね８ａの材質を変更し、あるいは、リングの径を変えて径方向内側への圧縮荷重を変化させてもよい。
　さらに、リング状のばね８ａを二重以上に巻いたものを用いても良い。これによりリング状のばね８ａの径方向内側に圧縮する荷重を巻数の変更により調節することが可能である。
実施の形態２
　図６は、実施の形態２に示すリング状コイルスプリングを用いたコンタクト（以下コイルスプリングコンタクト）の導体接触部の断面図である。図２に示したリング状コイルスプリング７ｄはピアノ線、硬鋼線、ステンレス鋼線などの一般的なばね用の金属材料で製作されているため、それ自体の通電性能は低い。図２の実施の形態１では、接触子７ｃを介して通電を行う。接触圧力の付与は、リング状コイルスプリング７ｄが行うというように機能が分かれていた。
　図６のコイルスプリングコンタクト９は、銅合金などの通電性のよいばね用金属材料を用いており、コイルスプリングコンタクト９自体が通電性能と接触圧力の付与の両方の機能を有している。図６のように、円柱導体１０にコイルスプリングコンタクト９を装着させ、凹導体１１に挿入することで、円柱導体１０とコイルスプリングコンタクト９の経路、及びコイルスプリングコンタクト９と凹導体１１の経路での通電が可能となる。
　図７は、実施の形態２に示すリング状のばねを装着したコイルスプリングコンタクトの断面図である。実施の形態１の場合は、図５に示すようにリング状コイルスプリング７ｄの内径に合わせたリング状のばね８aを追加して、径方向内側へのばね荷重を追加していた。
　これに対し、図６の場合、コイルスプリングコンタクト９は、その内側と外側の両方に対して接触荷重を印加している。すなわち、図７に示すようにコイルスプリングコンタクト９の内径に合わせ、コイルスプリングコンタクト９のコイル内内周側に沿ったリング状のばね８ａと、コイルスプリングコンタクト９の外径に合わせ、コイルスプリングコンタクト９のコイル内外周側に沿ったリング状のばね８ｂとをコイルスプリングコンタクト９に装着することで、コイルスプリングコンタクト９の径方向内側および径方向外側に対する接触荷重を増加することが可能となる。
リング状のばね８ｂには、リング状のばね８ａと同様、ピアノ線、硬鋼線、ステンレス鋼線などのばね用金属材料が用いられる。このばね用金属材料を図４に示すように、リング状に形成し、その一部を重ねて構成される。リング状のばね８ｂのリングの径を、あらかじめリング状コイルスプリングの外周側の径に合わせておく。
組立時はリング状のばね８ｂの先端を、コイルスプリングコンタクト９のばねの隙間から通していくことで、コイルスプリングコンタクト９の内部にリング状のばね８ｂを装着する。
　さらに、リング状コイルスプリング７ｄ内に挿入するリング状のばね８ｂは、リング状のばね８ａと同様に、１本に限らず、２本以上を装着しても良い。これにより、リング状のばね８ｂの径方向外側に圧縮する荷重をリング状のばね８ｂの本数を変更することにより調節することが可能となる。２本以上装着する際に、リング状のばね８ｂの材質を変更し、あるいは、リングの径を変えて径方向外側への圧縮荷重を変化させてもよい。
　さらに、リング状のばね８ａ同様、リング状のばね８ｂを二重以上に巻いたものを用いても良い。これによりリング状のばね８ｂの径方向内側に圧縮する荷重を巻数の変更により調節することが可能である。
　これにより、前述のように、コイルスプリングコンタクト９の種類の標準化を行い、通電電流が大きい場合のみ、リング状のばね８ａ、８ｂの両方またはいずれか一方を追加することが可能となる。また、コイルスプリングコンタクト９の溶接およびかしめによる接合部の製造不良により接合部がはずれた場合に対しても、コイルスプリングコンタクト９自体の脱落を防止する効果もある。
　本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
１:ガス絶縁開閉装置、２：遮断器、３：接地開閉器、４：母線、５：密閉容器、６：電力ケーブル、７：導体接触部、７ａ：導体、７ｂ：導体、７ｃ：接触子、７ｄ：リング状コイルスプリング、８ａ、８ｂ：リング状のばね、９：コイルスプリングコンタクト、１０：円柱導体、１１：凹導体。

Claims (6)

  1. 　導体の周囲に装着される開閉装置のリング状コイルスプリングにおいて、コイル内に、前記導体との接触荷重を増加するためのリング状のばねを備えたことを特徴とする開閉装置のリング状コイルスプリング。
  2. 　前記導体は、２つの導体を挟持して固定するための接触子であることを特徴とする請求項１に記載の開閉装置のリング状コイルスプリング。
  3. 　コイル内の内周側に沿って前記リング状のばねが装着されていることを特徴とする請求項１または２に記載の開閉装置のリング状コイルスプリング。
  4. 　第１の導体に挿入して接続するように形成された第２の導体の周囲に装着された開閉装置のリング状コイルスプリングにおいて、前記第１の導体に対する接触荷重を増加するように、リング状のばねがコイル内の外周側に沿って装着されていることを特徴とする開閉装置のリング状コイルスプリング。
  5. 　前記第２の導体に対する接触荷重を増加するために、前記リング状のばねとは別のリング状のばねがコイル内の内周側に沿って装着されていることを特徴とする請求項４に記載の開閉装置のリング状コイルスプリング。
  6. 　請求項１から５のいずれか一項に記載の開閉装置のリング状コイルスプリングを備えた開閉装置。
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