JPH0750807Y2 - ガス絶縁開閉装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この考案は、ガス絶縁開閉装置に関するものである。

〔従来の技術〕

第３図は、例えば、東芝レビユー第35巻第９号779〜783
ページに示されている従来のガス絶縁開閉装置を示す側
面図である。

図において、符号（１）はガス絶縁導体であり、ブツシ
ングや変圧器などへ接続される。（２）は断路器、
（３）は遮断器、（４）はガス絶縁導体で、A,B,C各相
の断路器（5a）（5b）（5c）のいずれかと遮断器（３）
とを接続する。断路器（5a）（5b）（5c）はそれぞれ紙
面の前後方向に延びる母線（6a）（6b）（6c）に接続さ
れ、これらは架台（７）上に設置されている。（８）は
遮断器（３）の架台、（９）は遮断器（３）の容器の変
流器収納部、（10）はガス絶縁導体（４）内の導体、
（11）はガス絶縁導体（４）の容器であつて、一部を断
面して示している。

このように構成されている従来のガス絶縁開閉装置にお
いては、架台や各機器の温度差及び材料の相違による熱
伸縮差や地震時の架台の振動などによる変位差は、ガス
絶縁導体（４）の容器（11）や導体（10）の曲げ変形若
しくは遮断器（３）のタンクの接続部（Ｋ）や遮断器
（5a）（5b）（5c）のタンクの接続部（Ｌ）の変形な
ど、各部の許容応力内での弾性変形によつて対処されて
いる。

〔考案が解決しようとする問題点〕

従来のガス絶縁開閉装置は、以上のように構成されてい
るので、超々高圧ガス絶縁開閉装置のように、各部の寸
法が大きくなると、熱伸縮差が増加し、しかも、ガス絶
縁導体（４）の容器（10）の曲げ剛性も非常に大きくな
り、従つて、熱伸縮差や架台の地震時の振動などによる
変位を、これら部材の弾性変形により吸収することは困
難となり、その結果、各機器の容器やその接続部に過大
な力や応力を生じるという問題点があつた。

この考案は、上記のような問題点を解決するためになさ
れたもので、熱伸縮や振動による変位に十分対処するこ
とが可能でかつ経済的でもあるガス絶縁開閉装置を得る
ことを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この考案に係るガス絶縁開閉装置は、上下層の配置の各
機器を連結する連結機器にベローズを上下方向に設け、
このベローズの最上端より上部の機器と最下端より下部
の機器とを連結棒で連結し、この連結棒を上下層機器の
各架台の材料の熱膨脹係数にほゞ等しい材料により構成
すると共に、この連結棒の長さを上下層機器の各架台の
高さの差の１〜1/2倍の長さにしているものである。

〔作用〕

この考案におけるガス絶縁開閉装置は、気温のみによつ
て変化する架台の高さの差分と連結棒の長さとをほゞ等
しくしているので、これらの間における最終的な熱伸縮
差がなく、また、ガス絶縁開閉装置の本体部分は通電に
よる温度上昇が各部ほぼ等しくなるように設計されてい
るので、これらの部分における熱伸縮量はほゞ等しくな
り、従つて、架台を含む全ガス絶縁開閉装置の上下方向
の熱伸縮による変形応力はベローズ部により吸収され
て、他の部分にはほとんど起こらない。しかし、ベロー
ズが設けられているために、地震等による上下層間の変
位も無理なく対処される。また、架台と連結棒とでは、
機器の重量や内部ガス圧による荷重が異なっているが、
このような荷重による変形や応力は、一度運転状態に入
れば一定のものであり、温度変化による変形や応力のよ
うに繰り返し変動するものではなく、しかもその値が小
さいため、強度上問題とはならない。

〔実施例〕

以下、この考案をその一実施例を示すガス絶縁開閉装置
の一部側面図により説明する。

第１図において、同図に含まれていない部分、及び、第
３図に示した符号と同一符号で示したものは、第３図に
示したものと同一又は同等のものである。

図において、符号（12）は上下層の機器、即ち断路器
（5a）と遮断器（３）とを連結する連結機器としてのガ
ス絶縁導体であり、このガス絶縁導体（12）は、全体と
して逆Ｌ字状になっている。また、ガス絶縁導体（12）
は、断路器（5a）と遮断器（３）とを電気的に接続する
導体（10）、この導体（10）を囲繞する接続容器（11
a）〜（11c）、及び垂直部分に設けられている２個のベ
ローズ（13a），（13b）を有している。

そして、ベローズ（13a）（13b）は、通常、同径とさ
れ、長さも形状もほゞ同じものを用いるとよい。もちろ
ん、ベローズ（13a）（13b）は１個でもよいが、２個設
ける方が無理がなく好ましい。これらのベローズ（13
a）（13b）は、軸心方向をほゞ垂直にして互にほぼ同一
軸心上に設けられ、これらの間にはガス絶縁導体（12）
の一部である接続容器（11a）を設けて接続され、ま
た、両端にも接続容器（11b）（11c）が設けられること
が多い。

また、ベローズの最上端例えばベローズ（13a）の上端
より上部の機器すなわち接続機器（11b）と、最下端例
えばベローズ（13b）の下端より下部の機器すなわち接
続機器（11c）とに、取付金具例えばフランジ（14）（1
5）が固定して設けられており、このフランジ（14）（1
5）間を連結棒（16）によつて第２図に示すように結合
している。なお、この例では、架台（７），（８）及び
連結棒（16）は熱膨張係数の等しい材料例えば炭素鋼で
構成されている。

また、架台（７），（８）及び連結棒（16）のそれぞれ
の長さをL₃，L₂，L₁とすると、これらの長さの間には、 L₁≒（L₃−L₂） の関数を有するように、ベローズ（13a）（13b）の間の
接続容器（11a）の長さが調整されている。

更に、この例では、遮断器（３）、断路器（5a）のタン
クと、ガス絶縁導体（12）を構成している接続容器（11
a）（11b）（11c）とは、通常、いずれも同じ材質例え
ばアルミニウム合金で構成されている。

この考案の実施例によるガス絶縁開閉装置は、上記のよ
うに構成されているので、各層機器間の上下方向の変位
差は、各機器や各部材の温度・材質・長さの差に関係す
る熱伸縮量の差により生じる。しかし、上記実施例で
は、上層の機器である断路器（5a）の架台（７）の長さ
L₃と下層の機器である遮断器（３）の架台（８）の長さ
L₂との差（L₃−L₂）が、連結棒（16）の長さL₁とほぼ同
長にされており、また、同じ炭素鋼で作られ、しかも、
いずれも通電による発熱は無く、ほぼ同温度となってい
るため、架台（７）と連結棒（16）との間に熱収縮差は
殆どない。ここで、架台（７），（８）と連結棒（16）
とでは、機器の重量や内部ガス圧による荷重が異なって
いるが、このような荷重による変形や応力は、一度運転
状態に入れば一定のものであり、温度変化による変形や
応力のように繰り返し変動するものではなく、しかもそ
の値が小さいため、強度上問題とはならない。

また、遮断器（３）、断路器（5a）及びガス絶縁導体
（16）の各容器（11a）〜（11c）の材料は、通常同材料
で構成されていて、いずれも通電により同程度に発熱し
てほぼ同温度になっており、しかも断路器（5a）の長さ
が、ガス絶縁導体（12）の垂直部分の長さL₁＋L₅から連
結棒（16）の長さL₁を差し引いた長さL₅と遮断器（３）
の高さL₄とを加えた長さに対してほぼ等しくされている
ので、上記熱伸縮量の差による上下方向の変位差は、殆
ど生じない。

ここで、架台（７），（８）及び連結棒（16）につい
て、それらの材料である鋼材の熱膨張係数をβ_１、温度
変化量をΔT₁とし、遮断器（３），断路器（5a）及びガ
ス絶縁導体（12）の各容器について、それらの材料であ
るアルミニウム合金の熱膨張係数をβ_２、温度変化量を
ΔT₂とする。

まず、図１の左側の部分の高さ、即ち架台（７）の高さ
L₃と断路器（5a）の高さL₆とを加えた高さの温度変化に
よる伸縮量ΔL₁は、L₃×ΔT₁×β_１＋L₆×ΔT₂×β_２で
表される。

また、図１の右側の部分の高さ、即ち連結棒（16）の高
さL₁とガス絶縁導体（12）の垂直部分の一部の高さL₅と
遮断器（３）の高さL₄と架台（８）の高さL₂とを加えた
高さの温度変化による伸縮量ΔL₂は、L₁×ΔT₁×β_１＋
L₅×ΔT₂×β_２＋L₄×ΔT₂×β_２＋L₂×ΔT₁×β_１で表
される。

これに対し、L₃＋L₆≒L₁＋L₅＋L₄＋L₂、かつL₁≒L₃−L₂
であるため、L₅≒L₆−L₄となる。また、上記ΔL₂の式を
整理すると、ΔL₂＝（L₁＋L₂）×ΔT₁×β_１＋（L₄＋
L₅）×ΔT₂×β_２となる。

従って、ΔL₂≒（L₃−L₂＋L₂）×ΔT₁×β_１＋（L₄＋L₆
−L₄）×ΔT₂×β_２＝L₃×ΔT₁×β_１＋L₆×ΔT₂×β_２
＝ΔL₁となる。つまり、この式からもΔL₁≒ΔL₂となる
ことが確認できる。

例えば、L₁＝2750mm、L₂＝500mm、L₃＝3250mm、L₄＝120
0mm、L₅＝800mm、L₆＝2000mmとすると、L₁＝L₃−L₂＝27
50mmとなり、通電及び気温の変化による熱伸縮量の差は
０となる。

このように、断路器（5a）と遮断器（３）には、熱伸縮
差による上下方向の力が殆ど働かず、また、多少の温度
差や長さの差による熱膨張差は、断路器（5a）や遮断器
（３）の容器が多少変形することにより吸収され、大き
な応力が発生することはない。

また、熱膨張や地震時の振動による各層の機器間の水平
方向の変位差は、例えば、7mの架台（７）上で15mm程度
であり、ベローズ（13a），（13b）の曲げ変形により容
易に吸収することが可能であって、機器には大きな応力
は発生しない。

しかも、ベローズ（13a），（13b）のために内部のガス
圧により生じる数10トンに及び大きな推力は、連結棒
（16）によって支持されているので、遮断器（３）や断
路器（5a）には大きな力は加わらず、従って、その架台
（７），（８）も大きな剛性を必要とせず、通常の構造
で十分であるので、経済的にも有利である。

次に、架台（７），（８）及び連結棒（16）に加わる荷
重の熱伸縮率（熱伸縮量）への影響について考える。

まず、架台（８）は、遮断器（３）を支えるもので、短
く、しかも薄い遮断器（３）のタンクを直接支えるため
に広い支持面を要し、非常に大きな断面（第１図では紙
面と直角方向の奥行き寸法が大きくなっている。）で支
える構造となっている。このため、架台（８）の荷重に
よる伸縮量は、非常に小さく、無視できる程度である。

また、架台（７）は、断路器（5a）〜（5c）や母線（6
a）〜（6c）等を支えており、架台（７）の脚１本当た
りに加わる垂直方向の荷重は、この例では２トン程度で
ある。しかし、架台（７）には、母線内部のガス圧によ
る推力の一部、即ち数10トン程度の水平方向の大きな力
が加わるため、架台（７）の脚には大きな曲げ応力が発
生する。従って、架台（７）の脚には、例えば厚さが10
mmで断面積が11930mm²といった大断面のＨ形鋼が使用さ
れる。

ここで、垂直方向の荷重により架台（７）に発生する応
力は、およそ自重／（２本の脚の断面積）＝2000（kg）
／（２×11930（mm²））＝0.084（kg/mm²）となり、伸
縮歪みは、自重による応力／鋼の弾性係数＝0.084（kg/
mm²）/21000（kg/mm²）＝４×10^-6となる。そして、架
台（７）の脚の伸縮量は、脚の長さを3250（mm）とする
と、歪み×脚の長さ＝４×10^-6×3250（mm）＝0.013（m
m）となり、無視できる程度である。

次に、連結棒（16）については次のように概算できる。
まず、ベローズ（13a），（13b）の直径を900mm、ガス
圧5kg/cm²とすると、推力は、（π/4）×90²（cm²）×
５（kg/cm²）＝25446（kg）となる。これに対し、M36の
ねじを切った直径40mmの連結棒（16）を４本使用した場
合、連結棒（16）の大部分を占める直径40mmの部分の応
力は、25446（kg）／｛４×（π/4）×40²（mm²）｝＝
5.07（kg/mm²）となり、伸びは、5.07（kg/mm²）×2750
（mm）/21000（kg/mm²）＝0.66（mm）となる。

上述したように、L₁＝L₃−L₂であれば、架台（７）の高
さ＋断路器（5a）の高さの熱伸縮量とその他の部分の熱
伸縮量との差は理論上は０となるが、実際には連結棒
（16）の荷重による伸びが両者間の伸びの差として残る
ことになる。しかし、荷重による伸縮により発生する応
力は、機器を据え付けガスを圧入した後には変化しない
ものであり、しかもその値が0.66（mm）程度の小さいも
のであるため、破壊に至る恐れはない。

一方、熱伸縮により発生する応力は、気象や通電量の変
化等により繰り返し変化するものである。例えば、１日
１回昼夜で変化するとしても、機器の寿命50年間には約
1.8万回の繰り返しとなる。従って、この熱応力のよう
な繰り返し応力は疲労破壊を生じさせる恐れがあるが、
この実施例では熱伸縮量の差を０としているため、疲労
破壊が防止される。

以上、L₁とL₃−L₂とがほぼ等しい場合について示した
が、次にL₁がL₃−L₂の半分の場合について考えてみる。

例えば、L₁＝2750mm、L₂＝500mm、L₃＝6000mm、L₄＝200
0mm、L₅＝2500mm、L₆＝1750mmとする。

いま、気温が組立時から３℃上昇し、通電部がさらに20
℃上昇した厳しい場合を考えてみると、架台（７）の高
さL₃と断路器（5a）の高さL₆を加えた高さに対して、そ
の他の部分の高さ、即ち連結棒（16）の高さL₁とガス絶
縁導体（12）の垂直部分の一部の高さL₅と遮断器（３）
の高さL₄と架台（８）の高さL₂とを加えた高さの伸縮量
の差は、次のとおり求められる。

即ち、（架台（７）の高さ＋断路器（5a）の高さ）の熱
伸縮量＝L₃×ΔT₁×β_１＋L₆×ΔT₂×β_２＝6000（mm）
×30（℃）×11.7×10^-6（1/℃）＋1750（mm）×50
（℃）×23.9×10^-6（1/℃）＝4.20（mm） 同様に、その他の部分の高さの熱伸縮量は、L₁×ΔT₁×
β_１＋L₅×ΔT₂×β_２＋L₄×ΔT₂×β_２＋L₂×ΔT₁×β
_１＝2750（mm）×30（℃）×11.7×10^-6（1/℃）＋2500
（mm）×50（℃）×23.9×10^-6（1/℃）＋2000（mm）×
50（℃）×23.9×10^-6（1/℃）＋500（mm）×30（℃）
×11.7×10^-6（1/℃）＝6.53（mm） 従って、伸縮量の差は6.53−4.20≒2.3mmとなる。

この程度の伸縮量の差であれば、遮断器（３）の接続部
（Ｋ）や断路器（5a）の接続部（Ｌ）やガス絶縁導体
（12）の曲げなどにより、許容応力内で対処することが
可能である。

なお、一般に、固体の熱膨張係数そのものは、圧力の影
響を考慮しなくてもよいため、（「機械工学便覧 改訂
第５版」（昭和43年日本機械学会発行）の11−４頁参
照）30℃の温度上昇による連結棒（16）の伸びを、荷重
による伸びを考慮して求めると、（2750（mm）＋0.66
（mm））×30（℃）×11.7×10^-6（1/℃）＝0.96548（m
m）となる。一方、荷重による伸びを考慮しない場合
は、上述したように、2750（mm）×30（℃）×11.7×10
^-6（1/℃）＝0.96525（mm）となる。

このように、荷重による伸びを考慮した場合としない場
合とでは、0.0001mm単位の違いしかない。即ち、荷重に
よる伸縮率も熱による伸縮率も共に小さい数値となるた
め、工学的には、それぞれ伸縮率を元の長さに掛けたも
のを加え合わせても問題はなく、このような概算法をと
っている。

これを一般的な式で示すと次のとおりになる。但し、
l₀：元の長さ、Δl₁：荷重による伸縮量、Δl₂：熱によ
る伸縮量、l:荷重と熱により伸びた長さとし、Δl₁，Δ
l₂はl₀に比べて非常に小さいものとする。

ｌ＝l₀（１＋Δl₁／l₀）｛１＋Δl₂／（l₀＋Δl₁）｝ ＝l₀〔１＋Δl₁／l₀＋Δl₂／（l₀＋Δl₁）＋（Δl₁／
l₀）×｛Δl₂／（l₀＋Δl₁）｝〕≒l₀（１＋Δl₁／l₀＋
Δl₂／l₀） 通常、架台（７）と架台（８）との高さの差（L₃−L₂）
よりも連結棒（16）の長さL₁の方が小さいが、この比が
0.5であつても、上記のように適用可能である場合があ
る。すなわち、連結棒の長さL₁は架台の高さの差（L₃−
L₂）に完全に等しくなくてもよく、従つて、比を0.5以
上として、できるだけ１に近付けるのがよい。

このように、ガス絶縁導体（12）の垂直部分の一部にベ
ローズ（13a），（13b）及び連結棒（16）を設けること
により、上記垂直部分の連結棒（16）の範囲では、温度
変化による伸縮量が連結棒（16）の伸縮量となる。ま
た、架台（７）と連結棒（16）とは同様の温度変化をす
るため、連結棒（16）の長さを、架台（７）の高さから
架台（８）の高さを差し引いた長さとほぼ等しくする、
即ち１〜1/2倍にするとともに、連結棒（16）の材料を
架台（８）と同じにすることにより、架台（８）の高さ
を差し引いた架台（７）の部分と上記垂直部分の連結棒
（16）の範とは、温度変化による高さ方向の伸縮量がほ
ぼ等しくなる。また、断路器（5a）、ガス絶縁導体（1
2）及び遮断器（３）の構成材料は一般に同じ材料であ
り、断路器（5a）の高さと、ガス絶縁導体（12）の連結
棒（16）の範囲外の部分に遮断器（３）の高さを加えた
高さとは等しくなり、かつ両者は同様の温度変化をする
ため、これらの温度変化による高さ方向の伸縮量もほぼ
等しくなる。従って、第１図の右側と左側とでは、温度
変化による上下方向への伸縮量の差が殆どなくなり、そ
れによる応力の発生が防止されることになる。

〔考案の効果〕

以上のように、この考案によれば、多層式のガス絶縁開
閉装置の層間を接続する部分である連結機器の容器にベ
ローズを介装すると共に、ベローズの最上下端よりもそ
れぞれ上下側に設けられている機器間に連結棒を取り付
け、この連結棒を各機器の架台と同じ膨脹係数を有する
材料とし、かつその長さも両架台高さの差の１〜1/2倍
としているので、気温の差による熱伸縮や地震時の大き
な横揺れに十分耐える能力を有し、しかも、内部ガス圧
による推力が連結棒に負荷されて架台に負荷されないた
めに、特に強固な剛性を有しない架台や取付具で構成し
ても十分であり、従つて、経済性と安全性に秀れたガス
絶縁開閉装置を得ることができる効果を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この考案の一実施例によるガス絶縁開閉装置
の一部側面図、第２図は第１図のII部の詳細断面図、第
３図は従来のガス絶縁開閉装置の側面図である。 （３）……機器（遮断器）、（5a）（5b）（5c）……機
器（断路器）、（6a）（6b）（6c）……母線、（７）
（８）……架台、（11a）（11b）（11c）……接続容
器、（12）……連結機器（ガス絶縁導体）、（13a）（1
3b）……ベローズ、（14）（15）……取付金具（フラン
ジ）、（16）……連結棒。 各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】第１の架台と、 この第１の架台により支持されている遮断器と、 上記第１の架台よりも高い第２の架台と、 上記第２の架台により上記遮断器よりも上層に支持され
   ている断路器と、 上記遮断器及び上記断路器を電気的に接続する導体、上
   下方向に向けて設けられ上記導体を囲繞するベローズ、
   このベローズの上部と上記断路器の容器との間に気密に
   接続され上記導体を囲繞する上部接続容器、及び上記ベ
   ローズの下部と上記遮断器の容器との間に気密に接続さ
   れ上記導体を囲繞する下部接続容器を有している連結機
   器と、 上記上部接続容器の上端部及び下部接続容器にそれぞれ
   設けられた取付金具間に連結されている連結棒と を備え、 上記第１の架台、上記遮断器の容器、及び上記連結機器
   の高さの和と、上記第２の架台及び上記断路器の容器の
   高さの和とがほぼ等しくなっており、かつ、上記連結棒
   は、上記第１及び第２の架台とほぼ等しい熱膨張係数を
   有する材料により構成されていると共にその長さが上記
   第１及び第２の架台の高さの差の１〜1/2倍の長さに構
   成されていることを特徴とするガス絶縁開閉装置。