JP5319453B2

JP5319453B2 - 接地開閉装置

Info

Publication number: JP5319453B2
Application number: JP2009187458A
Authority: JP
Inventors: 哲塩入; 純一佐藤; 信孝久保田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2009-08-12
Filing date: 2009-08-12
Publication date: 2013-10-16
Anticipated expiration: 2029-08-12
Also published as: JP2011040302A

Description

本発明は、真空中の接点と気中の接点とで対地間絶縁を形成し、確実に電路を開路、接地し得る接地開閉装置に関する。

従来、真空中の優れた絶縁耐力や遮断性能などを利用して開閉器の小型化が図られている。開閉器としては、遮断器、断路器、接地開閉器などが挙げられる（例えば、特許文献１参照。）。

しかしながら、真空中の放電のばらつきは、標準偏差が１０〜１３％であり、気中やガス中に比べて大きい。更に、接点を開閉しただけでも破壊電圧が低下し、ばらつきも更に大きくなる。このため、低い破壊確率とするためは、接点間の絶縁距離を大きくしなければならなかった（例えば、特許文献２参照。）。

特開２００７−３０５５２４号公報（第４ページ、図１）特開２００３−９２０５１号公報（第３〜４ページ、図１）

絶縁媒体に真空を用いた開閉器では、放電のばらつきが大きく、接点間の絶縁距離を大きくしなければならない問題がある。一方、絶縁媒体に気中を用いると、放電のばらつきは小さくなるものの、絶縁耐力が小さく、結果的に接点間の絶縁距離を大きくしなければならない。また、絶縁媒体にＳＦ６ガスのような絶縁ガスを用いることは、環境面から見て好ましいものではない。

このため、気中のように放電のばらつきが小さく、また、真空のように絶縁耐力の優れた絶縁媒体で開閉器を構成し、縮小化を図れるものが望まれていた。ここで、開閉器としては、短絡投入の責務を有する接地開閉器を対象とする。なお、一般的に、遮断器では大電流を開閉する遮断特性、断路器では電路を確実に開閉する絶縁耐力が主に要求され、接地開閉器の責務と相違するものとなる。

本発明は上記問題を解決するためになされたもので、放電のばらつきが小さく、絶縁耐力の優れた絶縁媒体を用い、短絡投入の責務を有する接地開閉装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の接地開閉装置は、主回路に接続される固定側真空接点と、前記固定側真空接点と接離自在の可動側真空接点と、前記可動側真空接点に連結された移動自在の連結可動軸と、前記連結可動軸の外周に設けられた前記固定側真空接点と前記可動側真空接点とを開路するように付勢された開路ばねと、前記連結可動軸端に固定された第１の気中接点と、前記第１の気中接点と接離自在の第２の気中接点と、前記第２の気中接点に連結された接地電位で移動自在の操作軸と、前記固定側真空接点および前記可動側真空接点の周りに設けられた真空側絶縁層と、前記真空側絶縁層に連接されるとともに、前記開路ばね、および前記第１の気中接点、前記第２の気中接点の周りに設けられた気中側絶縁層と、前記真空側絶縁層内に埋め込んだ前記固定側真空接点と同電位の固定側電位分担シールドと、前記真空側絶縁層内に埋め込んだ前記連結可動軸と同電位の可動側電位分担シールドとを具備し、前記固定側電位分担シールド端と可動側電位分担シールド端とがラップしていることを特徴とする。

本発明によれば、真空中の接点と気中の接点とを直列接続して構成し、開路時は両接点間で電位分担し、投入時は真空中の接点で最終的な閉路をするようにしているので、真空側の接点間の放電のばらつきを小さくすることができ、短絡投入の責務を持たせることができる。

本発明の実施例１に係る接地開閉装置の構成を示す断面図。本発明の実施例１に係る接地開閉装置の動作を説明する図。本発明の実施例２に係る接地開閉装置の構成を示す断面図。本発明の実施例３に係る接地開閉装置の構成を示す断面図。

主回路側に絶縁媒体を真空とした接離自在の一対の接点、接地側に絶縁媒体を気中とした接離自在の一対の接点を設け、これらを直列接続し、開路時は真空と気中で主回路電位を分担させ、閉路時は先ず気中の接点を閉路し、次に真空中の接点を閉路するようにしたものである。以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

先ず、本発明の実施例１に係る接地開閉装置を図１、図２を参照して説明する。図１は、本発明の実施例１に係る接地開閉装置の構成を示す断面図、図２は、本発明の実施例１に係る接地開閉装置の動作を説明する図である。

図１に示すように、接地開閉装置は、図示上下方向の中間部を境として、上側の真空部１ａと、下側の気中部１ｂとで構成されている。

真空部１ａには、真空中で接離する一対の固定側、可動側真空接点２、３を有する真空バルブ４が設けられている。固定側真空接点２には、固定側通電軸５が固着され、真空バルブ４外の固定側主回路導体５に接続されている。固定側主回路導体５は、図示しないスイッチギヤの主回路に接続される。

可動側真空接点３には、可動側通電軸７が固着されている。真空バルブ４の周りには、エポキシ樹脂のような絶縁材料で形成した真空側絶縁層８ａが設けられている。真空側絶縁層８ａの外周には、例えば導電性塗料を塗布して形成した真空側接地層９ａが設けられている。

気中部１ｂには、可動側通電軸７に連結された軸方向に移動自在の連結可動軸１０が設けられている。連結可動軸１０端には、第１の気中接点１１が固着されている。第１の気中接点１１に対向して気中で接離する第２の気中接点１２が、接地極に接続された軸方向に移動自在の操作軸１３端に固着されている。また、連結可動軸１０には、中間部にばね受け板１４が固定されている。ばね受け板１４と真空バルブ４間の連結可動軸１０外周には、真空接点２、３を開路させるように付勢された開路ばね１５が設けられている。

第１、第２の気中接点１１、１２や開路ばね１５の周りには、真空側絶縁層８ａに連接された軸方向の中心部に空洞部１６を有する気中側絶縁層８ｂが設けられている。気中側絶縁層８ｂの外周には、真空側接地層９ａに連接された気中側接地層９ｂが設けられている。

なお、連結可動軸１０の中間部には、空洞部１６の中間部の内面に固定された環状のガイド板１７が設けられ、連結可動軸１０が軸方向と平行に移動できるようになっている。空洞部１６は、開路ばね１５側では、この開路ばね１５が自在に伸縮できる程度の大きさがある。また、気中接点１１、１２側では、気中接点１１、１２間、および気中接点１１、１２と気中側接地層９ｂ間が所定の絶縁耐力を保つような大きさとなっている。

気中側絶縁層８ｂ内には、連結可動軸１０と同電位の筒状の第１の電界緩和シールド１８が第１の気中接点１１を包囲するように埋め込まれている。また、接地電位の筒状の第２の電界緩和シールド１９が第２の気中接点１２を包囲するように埋め込まれている。気中側絶縁層８ｂ端は、固定架台２０に固定される。

これにより、開路時は、真空接点２、３と気中接点１１、１２とで主回路電圧を分担し、対地間の絶縁が維持される。なお、真空接点２、３側は、気中接点１１、１３側よりも電位分担が大きく、ギャップ長も狭いが、真空の優れた絶縁耐力により良好な絶縁が維持される。これは、主回路電圧を真空接点２、３と気中接点１１、１２とで分担するものの、真空接点２、３間に加わる電圧が低下し、放電のばらつきを小さくすることができ、不整放電などが抑制されるためである。即ち、真空接点２、３間の電界ストレスが小さくなるので、真空バルブ４を単独で接地開閉装置に用いる場合と比較し、真空接点２、３間の絶縁距離を短くすることができる。

また、第１の電界緩和シールド１８と第２の電界緩和シールド１９により、空洞部１６内の電界緩和を図ることができ、気中接点１１、１２間の絶縁耐力を向上させることができる。気中の放電のばらつきは、２〜３％と小さい。また、操作力においては、可動側通電軸７、連結可動軸１０、操作軸１３を軸方向に直線状に配置すれば、伝達ロスを抑制することができる。

次に、動作について図２を参照して説明する。

図２（ａ）に示すように、電磁アクチュエータのような図示しない操作機構を操作して操作軸１３を図示上方向に移動させ、気中接点１１、１２を閉路する。第１の気中接点１１には窪みが設けられ、第２の気中接点１２が嵌め込まれるようになっており、確実に閉路することができる。更に、操作軸１３を移動させると、図２（ｂ）に示すように、連結可動軸１０が図示上方に移動し、開路ばね１５が圧縮され、真空接点２、３が閉路する。

真空接点２、３間では、優れた絶縁耐力や遮断性能などから、閉路直前でのプレアークが小さく、短絡電流などの大電流でも確実に投入することができる。即ち、真空接点２、３で短絡投入の責務を持たせることができる。なお、開路するときは、操作軸１３を図示下方向に移動させると、開路ばね１５の放勢力によって、先ず真空接点２、３が開路し、次に気中接点１１、１２が開路する。

上記実施例１の接地開閉装置によれば、真空接点２、３と気中接点１１、１２を直列接続し、開路時は真空接点２、３間と気中接点１１、１２間とで主回路電圧を分担するようにしているので、真空接点２、３間の分担電圧が低下し、放電のばらつきを小さくすることができ、全体形状、特に真空バルブ４の小型化を図ることができる。また、閉路時は真空接点２、３で最終的な投入を行うようにしているので、短絡投入の責務を持たせることができる。

次に、本発明の実施例２に係る接地開閉装置を図３を参照して説明する。図３は、本発明の実施例２に係る接地開閉装置の構成を示す断面図である。なお、この実施例２が実施例１と異なる点は、真空接点間の電位分担を改善することである。図３において、実施例１と同様の構成部分においては、同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。

図３に示すように、真空側絶縁層８ａ内に、固定側真空接点２と同電位の筒状の固定側電位分担シールド２１を真空バルブ４を囲むように埋め込んでいる。固定側電位分担シールド２１の端部は、真空バルブ４の軸方向の中間部まで伸びている。また、連結可動軸１０と同電位の筒状の可動側電位分担シールド２２を、固定側電位分担シールド２１と所定の絶縁距離を保って真空バルブ４を囲むように埋め込んでいる。可動側電位分担シールド２２も真空バルブ４の軸方向の中間部まで伸びている。

ここで、図３に示すように、可動側電位分担シールド２２よりも固定側電位分担シールド２１の外径を大きくすれば、真空接点２、３間の静電容量を増すことができ、分担電圧を大きく低下させることができる。また、固定側電位分担シールド２１端と可動側電位分担シールド２２端が同軸状にラップするようにすれば、更に静電容量を増加させることができる。なお、上記と逆に、可動側電位分担シールド２２よりも固定側電位分担シールド２１の外径を小さくしても、真空接点２、３間の分担電圧を小さくすることができる。

上記実施例２の接地開閉装置によれば、実施例１による効果のほかに、真空接点２、３間の電位分担を改善することができ、更に全体形状の小型化を図ることができる。

次に、本発明の実施例３に係る接地開閉装置を図４を参照して説明する。図４は、本発明の実施例３に係る接地開閉装置の構成を示す断面図である。なお、この実施例３が実施例２と異なる点は、真空接点間の電位分担を改善することである。図４において、実施例２と同様の構成部分においては、同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。

図４に示すように、固定側電位分担シールド２１と可動側電位分担シールド２２間に電位を改善する電位改善絶縁層２３を設けている。電位改善絶縁層２３の比誘電率は、この内周および外周の真空側絶縁層８ａよりも大きくしている。例えば、エポキシ樹脂に酸化バリウムを混合すれば比誘電率を大きくすることができ、予め電位改善絶縁層２３を形成しておき、真空バルブ４と一体でモールドすることにより、真空側絶縁層８ａ内に電位改善絶縁層２３を設けることができる。

上記実施例３の接地開閉装置によれば、真空接点２、３間の電位分担を更に改善することができ、全体形状の小型化を図ることができる。

１ａ真空部
１ｂ気中部
２固定側真空接点
３可動側真空接点
４真空バルブ
５固定側通電軸
６固定側主回路導体
７可動側通電軸
８ａ真空側絶縁層
８ｂ気中側絶縁層
９ａ、９ｂ接地層
１０連結可動軸
１１第１の気中接点
１２第２の気中接点
１３操作軸
１４ばね受け板
１５開路ばね
１６空洞部
１７ガイド板
１８第１の電界緩和シールド
１９第２の電界緩和シールド
２０固定架台
２１固定側電位分担シールド
２２可動側電位分担シールド
２３電位改善絶縁層

Claims

主回路に接続される固定側真空接点と、
前記固定側真空接点と接離自在の可動側真空接点と、
前記可動側真空接点に連結された移動自在の連結可動軸と、
前記連結可動軸の外周に設けられた前記固定側真空接点と前記可動側真空接点とを開路するように付勢された開路ばねと、
前記連結可動軸端に固定された第１の気中接点と、
前記第１の気中接点と接離自在の第２の気中接点と、
前記第２の気中接点に連結された接地電位で移動自在の操作軸と、
前記固定側真空接点および前記可動側真空接点の周りに設けられた真空側絶縁層と、
前記真空側絶縁層に連接されるとともに、前記開路ばね、および前記第１の気中接点、前記第２の気中接点の周りに設けられた気中側絶縁層と、
前記真空側絶縁層内に埋め込んだ前記固定側真空接点と同電位の固定側電位分担シールドと、
前記真空側絶縁層内に埋め込んだ前記連結可動軸と同電位の可動側電位分担シールドとを具備し、
前記固定側電位分担シールド端と可動側電位分担シールド端とがラップしていることを特徴とする接地開閉装置。
前記固定側電位分担シールドと可動側電位分担シールド間の電位改善絶縁層の比誘電率を、前記真空側絶縁層よりも大きくしたことを特徴とする請求項１に記載の接地開閉装置。