JP5899028B2 - スイッチギヤ - Google Patents

Description

本発明はスイッチギヤに関するものであり、特に摺動通電するスイッチギヤに関する。

スイッチギヤは送配電系統に配置されて、スイッチギヤに流れる電流を開閉等する機器である。従来のスイッチギヤの例として例えば特許文献１に記載されたものがある。特許文献１には、投入・遮断性能を有する真空バルブと、通電・断路・接地をそれぞれ切替可能な接地断路部とを備え、これらを固体絶縁物で一体にモールドした内容が記載されている。

また、摺動通電に関する遮断器の例として例えば特許文献２に記載されたものがある。特許文献２では、真空バルブ内で負担する遮断電流を減らすべく、開極時には限流棒に設けられた抵抗体を通るようにしており、開極時にのみ抵抗体が通電経路に入るよう、開極動作と連動して（一つの同じ操作器から）限流棒が動作するように形成している。限流棒と真空バルブの間は限流棒と摺動する導体で電気的に接続されている。

特開２０１１−４１４０７号公報 特開平４−９２３２９号公報

特許文献１では、主としてフレキシブル導体を用いて接地断路部と真空バルブとを電気的に接続することについて記載されている。フレキシブル導体は、可動部の動きに追従できるように、電気的に接続するために必要な距離以上の長さを備えている必要があり、その分通電損失が大きくなる。また、柔軟性を持たせるべく、薄い板状の導体を積層した形状になっており、通電用面積が減るために通電損失が大きくなる。

また、特許文献２では一つの開閉器のみが記載されており、開閉器間の通電については何ら記載されていない。

本発明では、開閉器間の通電損失を減らすことができるスイッチギヤを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明に係るスイッチギヤは、固定電極と、該固定電極と対向配置されて前記固定電極に対して閉極または開極される可動電極と、前記可動電極に接続される可動導体と、前記固定電極に接続される固定導体と、を各々有する二つの開閉器と、前記二つの開閉器間を電気的に接続する連結導体とを備え、該連結導体は、一の前記開閉器の前記可動電極または前記可動導体と一体に動作し、他の前記開閉器の可動電極と摺動通電し、他の前記開閉器は、周囲を固体絶縁物で覆われ、前記連結導体には、他の前記開閉器の前記可動電極と摺動通電する電極が設けられ、前記連結導体に設けられる該電極は前記固体絶縁物に内接し、該固体絶縁物の内周は、前記連結導体に設けられる前記電極の外周と嵌め合う様に形成され、該電極の動作のガイド機構となることを特徴とする。

本発明によれば、開閉器間の通電損失を減らすことが可能になる。

本発明の開閉器の第１の実施の形態を示す正断面図であり、電圧・電流の投入状態を示す図である。 図１に示す本発明の開閉器の遮断状態の動作を説明するための正断面図である。 図１に示す本発明の開閉器の断路状態の動作を説明するための正断面図である。 図１に示す本発明の開閉器の接地前期状態の動作を説明するための正断面図である。 本発明の開閉器の第２の実施の形態の正断面であり、電圧・電流の投入状態を示す図である。

以下、上記した本発明を実施する上で好適な実施の形態について図面を用いて説明する。下記はあくまでも実施例に過ぎず、発明内容が係る特定の態様に限定して解釈されることを意図する趣旨ではない。

実施例１について図１（ａ）−（ｅ）を用いて説明する。図１（ａ）に示すように、本実施例におけるスイッチギヤは、真空バルブ８と、真空バルブ８に連結導体１を介して接続される気中接地断路部７と、母線用ブッシング中心導体１１と、絶縁カバー１３と、ケーブル用ブッシング中心導体１５が、エポキシ等の固体絶縁物２により一体注型されることで概略構成されている。

真空バルブ８は、固定側セラミックス絶縁筒８ａと、該固定側セラミックス絶縁筒８ａと接合される可動側セラミックス絶縁筒８ｂの両端を、固定側端板３ａ及び可動側端板３ｂで封止することで構成され、内部が真空である真空容器内に、固定側電極１６と、固定側電極１６と対向配置されて固定側電極１６に対して閉極または開極される可動側電極１７と、セラミックス絶縁筒をアークから保護するためのアークシールド８ｃを配備している。固定側電極１６には固定側導体５が接続されており、真空バルブ８の内部から外部に導出されている。固定側導体５はケーブル用ブッシング中心導体１５と接続され、負荷側へ電力を供給できるようになっている。可動側電極１７には可動側導体６が接続されており、真空バルブ８の内部から外部に導出されている。可動側には真空バルブ８内の真空状態を保ったまま、可動側導体６の可動を実現するためのベローズ２２を配置している。真空バルブ８は可動側端板３ｂと可動側導体６に接続されたベローズ２２によって内部の真空を維持しながら可動側電極１７、可動側導体６を軸方向に移動可能とすることによって投入遮断状態を切り替えている。また、ベローズ２２と可動側電極１７の接続部近傍には開閉時のアーク等からベローズ２２を保護するために、ベローズシールドを設けており、併せてベローズ端部における電界の集中を緩和することもできる。固定側セラミックス絶縁筒８ａ周囲には固定側端板３ａとの接続部における電界集中を緩和するための可動側電界緩和シールド３ｃを配置し、また可動側セラミックス絶縁筒８ｂの周囲には可動側端板３ｂとの接続部における電界集中を緩和するために可動側電界緩和シールド４ｃを配置している。

可動側導体６において可動側電極１７が接続される側とは逆側では、連結導体１に接続されている。連結導体１は剛性を有する導体であり、下述する気中接地断路部７の中間電極１０と一体に形成されており、連結導体１を介して真空バルブ８と気中接地断路部７の間を電気的に接続する。可動側導体６は、連結導体１を介して真空バルブ用操作ロッド１８に接続されており、真空バルブ用操作ロッド１８は図示しない連結機構等を介して図示しない操作器に接続され、該操作器からの操作力を受けて駆動する。真空バルブ用操作ロッド１８が駆動することで、連結導体１、可動側導体６及び該可動側導体６に接続される可動側電極１７が駆動する。

気中接地断路部７は、母線用ブッシング中心導体１１を介して母線側と電気的に接続されるブッシング用固定電極１４と、接地電位とされている接地断路部接地側固定電極１９と、それらの中間に位置する中間電極１０と、これら各電極に対して閉極または開極される可動電極を有する接地断路部可動導体４とを備えている。本実施例では、接地断路部可動導体４に設けられる可動電極はばね電極４ａ、４ｂから構成されている。ブッシング用固定電極１４、接地断路部接地側固定電極１９、中間電極１０の内周側に対してばね電極４ａ、４ｂが摺接することで、通電される。ばね材で構成することにより、接地断路部可動導体４の可動を妨げず、かつ弾性力により確実に接触を実現できる接点にしている。ブッシング用固定電極１４、接地断路部接地側固定電極１９、中間電極１０はばね電極４ａ、４ｂの摺接を実現するべく、直線状に各々が配置されていると共に、各電極の内径は等しく形成されている。これらの各電極に対して接地断路部可動導体４が気中接地断路部７内を直線状に移動することで、閉・断路・接地の位置に切り替えることが可能となる。気中接地断路部７の内部は気中絶縁としている。

接地断路部可動導体４は、接地断路部用操作ロッド２５に接続され、接地断路部用操作ロッド２５はやはり図示しない連結機構等を介して図示しない操作器に接続され、該操作器からの操作力を受けて駆動する。接地断路部用操作ロッド２５が駆動することで、接地断路部可動導体４が駆動し、該接地断路部可動導体４に設けられるばね電極４ａ、４ｂも同様に動作する。操作器は、図示していないが、真空バルブ用の可動側導体６と、接地断路部の接地断路部可動導体４を異なるタイミングで独立して動かせるように、それぞれ別に（独立して）操作力を発生させられるようになっている。

接地断路部可動導体４のガイドの役割を兼ねている連結導体１を介して真空バルブ側の可動側導体６と電気的に接続される。連結導体１の気中接地断路部７側の端部位置には、接地断路部可動導体４が貫通可能なように連結導体端部位の穴１ｃが設けられ、穴１ｃの内周に、接地断路部可動導体４の駆動方向に延びた形状を有する中間電極１０が連結導体１と一体に動作できるように設けられている。

連結導体１の端部のうち真空バルブ８側については、上述のように可動側導体６に固定されており、可動側導体６の軸方向における動作と共に動くようになっている。即ち、連結導体１は静止された導体ではなく、可動部（可動電極または可動導体等）と共に動作をしながら摺動する導体となっている。
図１（ｂ）は連結導体を操作機構から見た図で、図１（ａ）の破線で囲んでいる部位を示す。図１（ｂ）では中間電極１０の軸方向に伸延する箇所は省略して描かれている。該図に示すように連結導体端部位エッジ１ｄは特に固定されておらず、可動側導体６と共に動作することは妨げられない。

可動側導体６を軸方向に移動させ投入と遮断の切り替えを行う際には、連結導体１も軸方向に動作するが、この際に連結導体１と一体に設けられる中間電極１０が気中接地断路部７のばね接点と接触を維持できるよう、中間電極１０は可動側導体６の動作距離以上の長さを有している。これにより、中間電極１０とばね接点が接触状態（電気的に接続された状態）を維持しながら、連結導体１が可動側導体６の軸の上下方向の動きと一緒に動くことを実現している。

連結導体１は、気中接地断路部用の可動導体４の動作時には動作せずに、接地断路部用の可動導体の停止時には、接地断路部可動導体４に対して、連結導体１が接地断路部可動導体４の軸方向の上下に動作するようになっている。

図１（ｃ）は連結導体１の気中接地断路部７側端部位置の形状を示す。中間電極１０の外周は、気中接地断路部７の周囲を覆う固体絶縁物２の内周側と接触するが、該中間電極１０の外周には凹部１ａと凸部１ｂが形成されている。

図１（ｄ）に示すように、接地断路部用の可動導体４の端部にはばね電極４ｂが設けられ、電気的に閉極または開極が行われるようになっている。

図１（ｅ）は中間電極１０の外周と接触する箇所の固体絶縁物２の形状を示している。当該個所における固体絶縁物２の内周には凹部２ａと凸部２ｂが形成されている。これら固体絶縁物２の内周に形成された凹部２ａと凸部２ｂは、それぞれ中間電極１０の外周に形成した凸部１ｂ及び凹部１ａと嵌め合うように形成されている。これにより、連結導体１が接地断路部可動導体４の軸方向の上下に動作する際には、固体絶縁物２の内周に形成した凹部２ａと凸部２ｂが、中間電極１０の外周に形成した凸部１ｂ及び凹部１ａと嵌め合うことで、上下運動に対する回転や傾きが抑えられ、接触部の齧りが抑制できる（即ち、固体絶縁物２の内周に設けた凹凸部が中間電極１０のガイド機構となる）。

図２は遮断状態を示す。図１に示した投入状態では、母線用ブッシング中心導体１１から気中接地断路部７、真空バルブ８を経由してケーブル用ブッシング中心導体１５に負荷電流が通電されている。その状態でケーブル用ブッシングに接続された負荷側で短絡が発生し大きな故障電流が流れた場合、図３に示すように真空バルブ８を遮断することによって故障電流を遮断する。

図３は断路状態を示す。接地断路部可動導体４と接地断路部ブッシング用固定電極１４、接地断路部可動導体４と接地断路部接地側固定電極１９のいずれも導通が無くなり、かつ、接地断路部可動導体４と接地断路部ブッシング用固定電極１４のギャップが大で、接地断路部可動導体４と接地断路部接地側固定電極１９のギャップが小になる位置まで接地断路部可動導体４を操作機側の方に駆動することにより断路状態となる。

このとき、母線用ブッシング中心導体１１とケーブル用ブッシング中心導体１５の間は真空バルブ８と気中接地断路部７の２点で断路されるため、信頼性が高い。また、接地断路部可動導体４と接地断路部接地側固定電極１９の間の耐電圧を、真空バルブ８の固定側電極１６と可動側電極１７の間の耐電圧よりも低く設計することにより、地絡優先の高信頼構造とすることができる。

図４は接地状態を示す。接地の前期状態として、接地断路部可動導体４と接地断路部接地側固定電極１９が接触する位置まで接地断路部可動導体４を操作機側の方に駆動することにより、接地断路部可動導体４、連結導体１及び可動側電極１７が接地電位となり、真空バルブ８内の電極間には負荷側との電位差が加わる。

接地の前期状態から、図５に示すように真空バルブ８を投入することにより、ケーブル用ブッシング中心導体１５は、真空バルブ８、連結導体１、接地断路部中間電極１０、接地断路部可動導体４、接地断路部接地側固定電極１９を経由して接地される。この際、ケーブル用ブッシング中心導体１５が課電状態にあったとしても、最終的な投入動作は真空バルブ８で行うため、気中接地断路部７に短絡電流投入容量は要求されない。

接地状態から再び投入状態に戻すためには、真空バルブ８内を遮断状態にし、その後接地断路部可動導体４を移動させ、ばね電極４ａがブッシング用固定電極１４と接触するようにし、その後真空バルブ８内において可動側電極１７を投入する。

上記のスイッチギヤ内部では、電流が流れる各部でジュール熱が発生し、電極或いは各導体から局所的に放熱される。そのため内部の導体の温度が上昇してしまい、熱電子放出が促進されて絶縁性能が低下する可能性がある。そこで、高電圧・電流の通電のためには発熱量の低減（回路抵抗低減）が必要になる。

真空バルブ８と気中接地断路部７を電気的に接続する上で、更に両者に設けられる可動導体の各々独立した動きを許容するためには柔軟な動作機能ができるフレキシブル導体２０を用いることが考えられるが、フレキシブル導体２０は柔軟性を持たせるべく、最短距離で導体間を連結するための長さ以上の導体の長さが必要である。導体が長くなれば、その分通電距離は増えて発熱量も増大する。さらに、フレキシブル導体２０は可動側導体６軸の上下方向に動くことを抑制しないように、柔軟な変形ができる薄い銅の板状を重ねた形状になっている。薄い板状部材を重ねているので、通電断面積が小さくなり、抵抗が剛体から成る他の導体と比べると大きくなってしまう。

ここで、本実施例では真空バルブ８と気中接地断路部７を連結導体１により電気的に接続しており、該連結導体１は、真空バルブ８の可動側導体６と一体に動作し、気中接地断路部７の可動電極であるばね接点と摺動通電するようにしているので、柔軟性がなくとも真空バルブ８と気中接地断路部７を電気的に接続することが可能になる。故に真空バルブ８と気中接地断路部７間を最短距離で接続することも可能になり、また、薄い板状部材を重ねる必要もないため、通電損失を著しく減らすことができる。

実施例２について、図５を用いて説明する。図５（ａ）に示すように、本実施例では、ばね材で構成する電極３４ｂは中間電極３０の内周に設けられ、連結導体３１と可動導体３４が電気的に接続されている。それ以外の点については実施例１と同様であり、ここでの説明は省略する。

図５（ｂ）は連結導体３１の端部位置の形状を示す。気中接地断路部７の固体絶縁物２と接触する中間電極３０の外周には、実施例１と同様に凹部１ａと凸部１ｂが形成されている。中間電極３０の内周は可動導体３４が通過する穴１ｃとなっており、内周にはばね材で構成する電極３４ｂが設けられている。

本実施例でも、連結導体３１が可動導体３４の軸方向の上下動作時に固体絶縁物２の内周に形成した凹部２ａと凸部２ｂが、中間電極３０の外周に形成した凸部１ｂ及び凹部１ａと嵌め合うように、接触しながら動作することでガイドの役割が果たされる。即ち、上下運動に対する回転や傾きが抑えられ、接触部の齧りが抑制できる。

上記各実施例に代表される内容によれば、通電断面を最大限に増やせる低抵抗構造の連結導体を用いることが可能になり、接触抵抗個所が最低限に抑えられるので、高効率に高電圧・高電流の投入、遮断、断路、接地が行える。

１、３１ 連結導体
１ｃ 連結導体端部位の穴
２ 固体絶縁物
３ａ 固定側端板
３ｂ 可動側端板
３ｃ 固定側電界緩和シールド
４ 接地断路部可動導体
４ａ 母線側ばね電極
４ｂ 接地側ばね電極
４ｃ 可動側電界緩和シールド
５ 固定側導体
６ 可動側導体
７ 気中接地断路部
８ 真空バルブ
８ａ 固定側セラミックス絶縁筒
８ｂ 可動側セラミックス絶縁筒
８ｃ アークシールド
１０、３０ 中間電極
１１ 母線用ブッシング中心導体
１３ 絶縁カバー
１４ ブッシング用固定電極
１５ ケーブル用ブッシング中心導体
１６ 固定側電極
１７ 可動側電極
１８ 操作ロッド
１９、２４ 接地断路部接地側固定電極
２０ フレキシブル導体
２２ ベローズ
２３ フレキシブル導体固定部
３４ 可動導体
３４ａ、３４ｂ 電極

Claims (3)

1. 固定電極と、
   該固定電極と対向配置されて前記固定電極に対して閉極または開極される可動電極と、
   前記可動電極に接続される可動導体と、
   前記固定電極に接続される固定導体と、
   を各々有する二つの開閉器と、
   前記二つの開閉器間を電気的に接続する連結導体とを備え、
   該連結導体は、一の前記開閉器の前記可動電極または前記可動導体と一体に動作し、他の前記開閉器の可動電極と摺動通電し、
   他の前記開閉器は、周囲を固体絶縁物で覆われ、
   前記連結導体には、他の前記開閉器の前記可動電極と摺動通電する電極が設けられ、
   前記連結導体に設けられる該電極は前記固体絶縁物に内接し、
   該固体絶縁物の内周は、前記連結導体に設けられる前記電極の外周と嵌め合う様に形成され、該電極の動作のガイド機構となることを特徴とするスイッチギヤ。
2. 請求項１に記載のスイッチギヤであって、
   一の前記開閉器は真空バルブであり、
   他の前記開閉器は通電・断路・接地を切替可能な接地断路部であり、
   前記固体絶縁物は他の前記開閉器である接地断路部に加えて前記真空バルブの周囲も覆っていることを特徴とするスイッチギヤ。
3. 請求項２に記載のスイッチギヤであって、
   前記連結導体の内周には、ばね接点が設けられていることを特徴とするスイッチギヤ。