JPH11265646A

JPH11265646A - 絶縁開閉装置

Info

Publication number: JPH11265646A
Application number: JP6811798A
Authority: JP
Inventors: Ayumi Morita; 歩森田; Makoto Yano; 眞矢野; Toru Tanimizu; 徹谷水
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-03-18
Filing date: 1998-03-18
Publication date: 1999-09-28

Abstract

(57)【要約】【課題】遮断および断路の一連の操作を自動的に行える
ようにして、使い勝手の良く、かつ操作機構の簡素化さ
れた絶縁開閉装置を提供する。【解決手段】可動電極２が、閉位置Ｙ１，開位置Ｙ２，
断路位置Ｙ３の３位置を連続的に移動する真空バルブ１
において、可動電極２が閉位置Ｙ１から断路位置Ｙ３に
移動する途中の開位置Ｙ２が開極速度を減速させる。こ
れにより、遮断性能を低下させることなく、可動電極２
を断路位置Ｙ３に移動させることができ、遮断と断路の
一連の操作が自動的にできるようになった。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、大電流を遮断する
機能を持つ絶縁開閉装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に受変電機器は、電力を遮断器およ
び断路器などで受電し、変圧器で負荷に最適な電圧に変
換して、負荷に電力を供給する。受変電機器を保守点検
する場合、遮断器で遮断した後、断路器を開放して電源
側からの再印加を防止し、さらに接地開閉器を動作させ
て電源側の残留電荷・誘導電流を接地側に流すことによ
って、作業者の安全を確保する。受配電機器の構成に
は、特開平3−273804 号公報に記載されたガス絶縁開閉
装置のように、絶縁ガスを充填したユニット室１３に遮
断器１，断路器２，３、接地開閉器４を個別に製作して
収納したものがある。また、特開平9−249076 号記載の
絶縁開閉装置のように、可動導体９を閉位置Ｙ１・開位
置Ｙ２・断路位置Ｙ３・接地位置Ｙ４の４つの位置に停
止させる機能を設けて、真空バルブ内に遮断器・断路器
・接地開閉器の３機能を集積したものもある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】遮断器・断路器を個別
に配置した絶縁開閉装置では、装置が大型化するだけで
なく、例えば保守点検時の遮断・断路の一連操作を連続
してできないために使い勝手が悪く、さらに作業者が誤
操作する可能性がある。

【０００４】また、単一の真空バルブ内に遮断器・断路
器を集積した絶縁開閉装置では、下記の理由により、操
作機構が複雑化する問題があった。真空遮断器には、大
電流を遮断するための最適を開極距離があり、開極距離
が大きすぎると、電極間から放出される金属粒子の拡散
する領域が増加して周囲の絶縁物を汚すため、真空バル
ブの絶縁性能が劣化する。また、アーク長が増加するた
め、アーク挙動が不安定となり遮断性能が低下すること
もある。一方、開極距離が小さすぎると、遮断後に電極
間に印加される過渡回復電圧に絶えられず、絶縁破壊、
すなわち遮断不能を起こしてしまう。そこで、従来の絶
縁開閉装置では、適切な開位置に可動導体を一旦停止さ
せた状態で遮断動作を完了させ、その後断路操作を個別
に行わなければならず、その結果操作機構が複雑であっ
た。

【０００５】本発明の目的は、遮断器および断路器を一
つの真空容器内に収納した開閉器において、遮断と断路
の一連の操作を自動的にできる使い勝手のよい開閉器を
提供し、かつ操作機構を簡素化・小型化することであ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の絶縁開閉装置では、真空容器内に接離自在
な固定導体と可動電極と前記可動電極を駆動するための
接離手段とを備え、前記可動電極が閉位置，開位置，断
路位置の３つの位置を移動する絶縁開閉装置において、
前記可動導体が閉位置と断路位置の２つの位置に停止
し、かつ可動導体が閉位置から断路位置に移動する途中
で開位置に達したときに開極速度を減速する減速手段を
有することにある。

【０００７】また、本発明は、開位置を閉位置と断路位
置の間で変化させて、遮断性能を調整する絶縁開閉装置
である。

【０００８】また、本発明は、真空容器内に接離自在な
固定導体と可動電極と前記可動電極を駆動するための接
離手段とを備え、前記可動電極が閉位置，開位置，断路
位置の３つの位置を移動する絶縁開閉装置において、可
動電極が断路位置から閉位置に加速しながら移動する絶
縁開閉装置である。

【０００９】また、本発明は、真空容器内に接離自在な
固定導体と可動電極と前記可動電極を駆動するための接
離手段とを備え、前記可動電極が閉位置，開位置，断路
位置の３つの位置を移動する絶縁開閉装置において、前
記開位置における開極距離Ｄ２が断路位置における開極
距離Ｄ３に対して、０.５×Ｄ３＜Ｄ２＜０.７×Ｄ３で
ある絶縁開閉装置である。

【００１０】また、本発明は、真空容器内に対応配置し
た固定電極と接地装置とに開閉する可動電極を備え、上
記可動電極が固定電極から接地位置まで移動する間に閉
位置，開位置，接地位置の３つの位置を移動する絶縁開
閉装置において、前記可動電極が閉位置と接地位置の２
つの位置に停止し、閉位置から接地位置に移動する間に
開位置に達したときに開極速度を減速する減速手段を有
する絶縁開閉装置である。

【００１１】また、本発明は、開位置と閉位置と接地位
置の間で変化させて、遮断性能を調整する絶縁開閉装置
である。

【００１２】また、本発明は、真空容器内に対応配置し
た固定電極と接地装置とに開閉する可動電極を備え、上
記可動電極が固定電極から接地位置まで移動する間に閉
位置，開位置，接地位置の３つの位置を移動する絶縁開
閉装置において、前記可動電極が加速しながら接地位置
から閉位置に移動する絶縁開閉装置である。

【００１３】また、本発明は、可動電極が開位置に達し
たときに作動開始するショックアブソーバを操作機構の
リンク部に設けた絶縁開閉装置である。

【００１４】また、本発明は、可動電極をバネ操作機構
で駆動する開閉装置を構成し、前記バネ操作機構の遮断
バネと別個に衝撃力吸収用バネを設け、可動電極が開位
置に達したときに前記衝撃力吸収用バネを作動開始させ
る絶縁開閉装置である。

【００１５】また、本発明は、衝撃力吸収用バネのバネ
定数を、遮断バネのバネ定数より大きくした絶縁開閉装
置である。

【００１６】さらに、本発明は、可動電極をベローズを
介して真空容器に固定し、上記ベローズの一部にバネ定
数の大きい個所を設けて、伸縮量によってベローズ全体
のバネ定数が変化するようにし、かつ可動電極が開位置
に達したときに、全体のバネ定数が増大するようにベロ
ーズを形成した絶縁開閉装置である。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の実施例を図１ないし図１
２を用いて説明する。

【００１８】（実施例１）本発明の第１の実施例を図１
ないし図７を用いて説明する。以下図示した実施例に基
づいて本発明を詳細に説明する。図１には、遮断機能と
断路機能を備えた真空バルブ１が開示されている。

【００１９】まず、真空バルブ１の構造について説明す
る。接地した金属容器４の周囲にブッシング８，９を設
け、母線あるいは負荷と接続する。金属容器４の内部に
対向して配置した可動電極２と固定電極３を開閉して遮
断・投入を実現する。固定電極３はブッシング９に接続
し、可動電極２はフレキシブル導体１２を介してブッシ
ング８に固定する。つまり、真空バルブ１では、ブッシ
ング９−固定電極３−可動電極２−フレキシブル導体１
２−ブッシング８の経路で電流が流れる。電極周囲に
は、遮断時にアークＡが直接金属容器４に触れないよう
に地絡事故を回避するためのアークシールド１４を設け
た。アークシールド１４は、遮断時に電極から放出され
る金属粒子が飛散して、例えば絶縁ロッド７を汚すな
ど、絶縁性能の劣化を防ぐ役割もある。可動電極２は絶
縁ロッド７と接続し、真空バルブ１と個別に設けた操作
機構で上下に駆動し、固定電極３と可動電極２を開閉す
る。また、絶縁ロッド７はベローズ１１を介して真空容
器４に固定し、真空を維持しながら絶縁ロッド７を駆動
できるようにした。

【００２０】可動電極２は、電極が接触する閉位置Ｙ１
と、雷などのサージ電圧が印加されても絶縁が保証され
る断路位置Ｙ３の２つの位置に停止する。例えばＪＥＣ
規格２３００，２３１０などに記載されるように、断路
器の極間耐電圧は遮断器のそれに比べて高く設定されて
いる。それゆえ、可動電極２が断路位置Ｙ３に存在する
ときの開極距離、電極とアークシールド１４間の絶縁距
離、などは断路器の耐電圧仕様で設計しなければならな
い。また、可動電極２が断路位置Ｙ３に存在するとき
は、作業者の安全を確保する上で、万一の場合でも電極
間で絶縁破壊するのではなく、接地側に放電するように
絶縁協調を図る必要がある。例えば、図２に示すよう
に、電極間の電界Ｅ３を電極２，３−アークシールド１
４間の電界Ｅ１，Ｅ２に比べて小さくして、放電経路４
１ではなく、放電経路４２−４３で絶縁破壊するように
構成する。

【００２１】できるだけ開閉装置を小型にするには、以
下の手順で開位置Ｙ２，断路位置Ｙ３を決定すればよ
い。図４は、電極間の耐電圧、および遮断性能の可動電
極２の位置に対する依存性を示したものである。電極間
の耐電圧は開極距離Ｄが増えるにつれて上昇する。ま
た、グラフ中の遮断性能には、遮断後の真空バルブ内の
耐電圧特性を加味してある。開極距離Ｄがある値以上に
なると、金属粒子の放出量が増加し、絶縁物表面に付着
して耐電圧が低下する問題が生じる。次に、開位置Ｙ
２，断路位置Ｙ３の決定方法について述べる。遮断器お
よび断路器の耐電圧仕様から、開位置Ｙ２の下限および
断路位置Ｙ３を定める。次に、図４中のハッチ部分の領
域で、遮断性能が最大となる開位置Ｙ２を求めればよ
い。電極形状によって絶縁性能および遮断性能は異なる
が、一般に開位置Ｙ２における開極距離Ｄ２は、断路位
置における開極距離Ｄ３に対して０.５×Ｄ３＜Ｄ２＜
０.７×Ｄ３となるように調整すればよい。

【００２２】図１および図３を用いて、可動電極２の開
閉特性について説明する。図３は、開極動作における可
動電極２の位置の時間変化を示す。符号Ｐは従来の絶縁
開閉装置の開極特性であり、符号Ｑは本発明の絶縁開閉
装置の開極特性を示す。符号Ｙ２は、閉位置Ｙ１と断路
位置Ｙ３の間に存在し、遮断をする上で最適な開極距離
Ｄｉを与える開位置を表す。開位置Ｙ２における開極距
離Ｄ２が最適距離Ｄｉより小さければ遮断後の過渡回復
電圧を絶えられずに遮断不能を起こし、また最適距離Ｄ
ｉより大きいとアークが不安定となって遮断性能が低下
したり、さらに金属粒子の拡散領域が広がって真空バル
ブ１の絶縁性能が劣化する問題が生じる。そのため、従
来の絶縁開閉装置では開極特性Ｐに示すように、開位置
Ｙ２で可動電極２を一旦停止させて遮断を完了した後、
個別の操作で断路位置Ｙ３に移動させていた。本実施例
では、開閉特性Ｑのように開極距離Ｄが最適距離Ｄｉと
なる時間ｔ１で開極速度を強制的に減速して遮断時の猶
極距離Ｄを最適距離Ｄｉに保ち、さらに断路位置Ｙ３ま
で移動できるようにした。

【００２３】具体的には図９に示す操作機構を用いれば
よい。図９は、図１に示した真空バルブ１をバネ操作機
構２５で操作する開閉装置を示している。符号３０は遮
断バネ部であり、蓄制された遮断バネ３１を個別に設け
たトリップ機構で開放して駆動力を発生し、駆動力はシ
ャフト２２などを通じて絶縁ロッド７に伝達される。符
号２０はストッパ２０を表す。ストッパ２０はシャフト
２２の回転量を制限して可動電極２の移動距離を決定す
るものであり、可動電極２が断路位置Ｙ３に達したとき
にシャフト２２がストッパ２０に衝突するように調整す
る。また、ストッパ２０とともに、ショックアブソーバ
２１を設け、可動電極２が開位置Ｙ２に達したときに作
動開始するようにしておく。

【００２４】上記の操作機構によれば、可動電極２が開
位置Ｙ２に達したときに開極速度が急激に減速するた
め、遮断時の開極距離Ｄは最適開極距離Ｄｉにほぼ保た
れた状態で遮断を完了し、その後自動的に断路位置Ｙ３
まで移動する。つまり、遮断と断路の一連操作が自動的
できるようになり、使い勝手が良く、かつ作業者が誤操
作するおそれのない安全な開閉装置となる。また、遮断
と断路を２段階で操作していた従来の絶縁開閉装置に比
べて操作機構が簡素化される。さらに、可動電極２が断
路位置Ｙ３に達する前に開極速度を低下させるため、オ
ーバーストロークＯ１，Ｏ２はほとんどなくなり、ベロ
ーズ７の寿命が向上する。

【００２５】図５は投入動作における可動電極２の位置
の時間変化を示したものである。符号Ｒは従来の絶縁開
閉装置の閉極特性、符号Ｓは本発明の絶縁開閉装置の閉
極特性を示す。本発明では、断路位置Ｙ３から投入を開
始するため、従来の絶縁開閉装置より投入ストロークが
長く、電極が接触する直前の投入速度が大きくなる。真
空遮断器では、投入直前の微小ギャップ状態において電
極間にアークが発弧し、投入後電極が溶着する問題があ
り、操作機構には溶着力以上の大きな引き外し力が要求
される。しかし、本発明では、投入速度が増加したた
め、アークの発弧時間、すなわち電極の溶着力を低減で
き、操作機構を小型にできる。

【００２６】また、開位置Ｙ２によって遮断性能をコン
トロールできるため、定格遮断電流が異なる真空バルブ
であっても定格電圧が等しければ開位置Ｙ２を調整すれ
ばよい。つまり、同一の操作機構で済ますことができ、
汎用化が可能で、低価格にできる。

【００２７】さらに、本発明は、図６あるいは図７に示
す従来型の真空バルブにも適用できる。図６は、可動電
極２を上下方向に駆動する真空バルブを表したものであ
る。図７は回動操作型の真空バルブを示し、操作ブレー
ド１０がストッパ２０を支点に回動して電極の開閉を行
う。金属容器４は、浮遊電位として小型にしても良い
し、あるいは接地電位として上記の絶縁協調を実現して
も良い。いずれも、可動電極２を閉位置Ｙ１と断路位置
Ｙ３に停止させるようにし、可動電極２が開位置Ｙ２に
達したときに開極速度を減速させれば本発明を実施でき
る。

【００２８】なお、勿論のことであるが、本実施例は空
気操作機構など、バネ操作機構以外のものにも適用でき
る。また、ショックアブソーバを用いた方式でなく、リ
ンク部に位置センサを取り付けて、サーボ，フィードバ
ックなどの制御系を構築しても同様の効果が実現でき
る。

【００２９】（実施例２）本発明の第２の実施例は、遮
断器と接地開閉器を集積した真空バルブであり、図８に
その構成を示す。浮遊電位、あるいは接地電位とする金
属容器４の周囲に、絶縁筒１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃで金
属容器４と絶縁された固定電極３，可動電極２，接地装
置１５を配置し、可動電極２は閉位置Ｙ１と接地位置Ｙ
４に停止する。可動電極２が、閉位置Ｙ１から接地位置
Ｙ４に移動するに際して開位置Ｙ２に達したとき開極速
度を減速させる。これにより、単一の操作機構で遮断と
接地の操作を自動的に連続操作できるようになる。な
お、図８の真空バルブ１では、可動電極２を閉位置Ｙ１
と断路位置Ｙ３に停止させて遮断と断路の機能を実現
し、かつ個別の操作機構で可動電極２と接地装置１５を
開閉して接地機能を実現してもよい。この場合、単一真
空バルブ内に、遮断，断路，接地の３機能を集積でき、
開閉装置全体が小型になる利点がある。

【００３０】（実施例３）本発明の第３の実施例を、図
１０および図１１を用いて説明する。本実施例は、図９
に示したバネ操作機構２５の遮断バネ部にショックアブ
ソーバ２１の機能を持たせたものである。図１０および
図１１に、遮断バネ部３０の構造を示す。図１０は、引
っ張り用の遮断バネ３１とその両端を固定するバネ支持
金具３２，３３で構成される。支持金具３２は、可動電
極２が閉位置Ｙ１のとき位置Ｌ１，断路位置Ｙ３（ある
いは接地位置Ｙ４）のとき位置Ｌ３に停止し、可動電極
２が開位置Ｙ２に達したとき位置Ｌ２を通過する。ここ
で、遮断バネ３１の外側、あるいは内側に衝撃力吸収用
バネ３４を個別に設けておき、衝撃力吸収用バネ３４は
支持金具３２が位置Ｌ２に達したときに作動開始する。
図１１は、遮断バネ３１に圧縮バネを用いた場合であ
る。この場合も、支持金具３２が位置Ｌ２に達したと
き、衝撃吸収用バネ３４が作動開始するように構成す
る。本実施例では、可動電極２が開位置Ｙ２に達する
と、衝撃吸収用バネ３４がブレーキとして働くため、開
極速度が低下する。それゆえ、実施例１のショックアブ
ソーバ２１を用いたときと同様の効果を有する。なお、
衝撃力吸収用バネ３４のバネ定数を、遮断バネ３１のバ
ネ定数より大きくしておけば、図３の開極特性図に示し
たオーバシュートＯ１，Ｏ２は小さくなり、かつ振動周
期も長くなるため、遮断性能が安定化され、ベローズ７
の寿命も向上する。

【００３１】（実施例４）本発明の第４の実施例を図１
２を用いて説明する。開極速度を低下させる機能をベロ
ーズ７に持たせる場合である。ベローズ７にバネ定数が
大きい部分Ｋ１とバネ定数が小さい部分Ｋ２を設けるこ
とにより、可動電極２が高速で移動する間はバネ定数の
小さい部分Ｋ２が主に動作し、可動電極２が開位置Ｙ２
に達すると、部分Ｋ２が十分圧縮された状態となってバ
ネ定数の大きい部分Ｋ１が動作し始めるようになる。つ
まり、可動電極２が開位置Ｙ２に達したときに、開極速
度が減速される。本実施例では、操作機構に従来の遮断
器で使用していたものをそのまま利用できる利点があ
る。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、遮断器および断路器を
集積した真空バルブにおいて、遮断および断路の一連の
操作が自動的にできるので、使い勝手がよくなり、作業
者の誤操作の可能性がなくなった。さらに、２段階で操
作していた従来の絶縁開閉装置に比べて、操作機構が簡
素化，小型化できるようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例である真空バルブの側断面図で
ある。

【図２】図１の実施例における電極周辺の拡大図であ
る。

【図３】本発明の実施例、および従来の真空遮断器にお
ける開極特性を説明するグラフである。

【図４】本発明の実施例において、開位置Ｙ２および断
路位置Ｙ３を決めるための特性図である。

【図５】本発明の実施例、および従来の真空遮断器にお
ける投入特性を説明するグラフである。

【図６】本発明の他の実施例である真空バルブの側断面
図である。

【図７】本発明の他の実施例である真空バルブの側断面
図である。

【図８】本発明の他の実施例である真空バルブの側断面
図である。

【図９】本発明を実現するために必要な操作機構の概念
図を示したものである。

【図１０】本発明を実現するために必要な操作機構の遮
断バネ部を示したものである。

【図１１】本発明を実現するために必要な操作機構の遮
断バネ部を示したものである。

【図１２】本発明の他の実施例である真空バルブの側断
面図である。

【符号の説明】

１…真空バルブ、２…可動電極、３…固定電極、４…金
属容器、７…絶縁ロッド、８，９…ブッシング、１０…
操作ブレード、１１…ベローズ、１２…フレキシブル導
体、１４…アークシールド、２０…ストッパ、２１…シ
ョックアブソーバ、２５…操作機構、３０…遮断バネ
部、３１…遮断バネ、３４…衝撃吸収用バネ、Ｙ１，Ｙ
２，Ｙ３，Ｙ４…位置、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３…位置、Ｋ
１，Ｋ２…部分、Ｏ１，Ｏ２…オーバストローク、Ｐ，
Ｑ…開極特性、Ｒ，Ｓ…投入特性、ｔ…時間。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】真空容器内に接離自在な固定電極と可動電
極と前記可動電極を駆動するための接離手段とを備え、
前記可動電極が閉位置，開位置，断路位置の３つの位置
を移動する絶縁開閉装置において、前記可動電極が閉位置と断路位置の２つの位置に停止す
るものであって、前記可動電極が閉位置から断路位置に
移動するに際して開位置に達したときに開極速度を減速
する減速手段を備えたことを特徴とする絶縁開閉装置。
【請求項２】請求項１に記載の前記開位置を閉位置と断
路位置の間で変化させて、遮断性能を調整することを特
徴とする絶縁開閉装置。
【請求項３】真空容器内に接離自在な固定電極と可動電
極と前記可動電極を駆動するための接離手段とを備え、
前記可動電極が閉位置，開位置，断路位置の３つの位置
を移動する絶縁開閉装置において、前記可動電極が断路位置から閉位置に加速しながら移動
することを特徴とする絶縁開閉装置。
【請求項４】真空容器内に設置された接離自在な固定電
極と可動電極と前記可動電極を駆動するための接離手段
とを備え、前記可動電極が閉位置，開位置，断路位置の
３つの位置を移動する絶縁開閉装置において、前記開位置における開極距離Ｄ２が断路位置における開
極距離Ｄ３に対して０.５×Ｄ３＜Ｄ２＜０.７×Ｄ３で
あることを特徴とする絶縁開閉装置。
【請求項５】真空容器内に対応配置した固定電極と接地
電極とに開閉する可動電極を備え、上記可動電極が固定
電極から接地電極まで移動する間に閉位置，開位置，接
地位置の３位置を移動する絶縁開閉装置において、前記可動電極が閉位置と接地位置の２つの位置に停止す
るものであって、閉位置から接地位置に移動するに際し
て開位置に達したときに開極速度を減速する減速手段を
有することを特徴とする絶縁開閉装置。
【請求項６】請求項５に記載の前記開位置を閉位置と接
地位置の間で変化させて、遮断性能を調整することを特
徴とする絶縁開閉装置。
【請求項７】真空容器内に対応配置した固定電極と接地
装置とに開閉する可動電極を備え、上記可動電極が固定
電極から接地装置まで移動する間に閉位置，開位置，接
地位置の３位置を移動する絶縁開閉装置において、前記可動電極が閉位置と接地位置の２つの位置に停止
し、前記可動電極が接地位置から閉位置に加速しながら
移動することを特徴とする絶縁開閉装置。
【請求項８】請求項１ないし５のいずれかに記載の前記
可動電極が開位置に達したときに作動開始するショック
アブソーバを操作機構のリンク部に設けたことを特徴と
する絶縁開閉装置。
【請求項９】請求項１ないし５のいずれかに記載の前記
可動電極をバネ操作機構で駆動する開閉装置を構成し、
前記バネ操作機構の遮断バネと個別に衝撃吸収用バネを
設け、可動電極が開位置に達した時に前記衝撃力吸収用
バネを作動開始させることを特徴とする絶縁開閉装置。
【請求項１０】請求項９記載の前記衝撃力吸収用バネの
バネ定数を、遮断バネのバネ定数より大きくしたことを
特徴とする絶縁開閉装置。
【請求項１１】請求項１ないし５のいずれかに記載の前
記可動電極をベローズを介して真空容器に固定し、上記
ベローズの一部にバネ定数の大きい個所を設けて、伸縮
量によってベローズ全体のバネ定数が変化するように
し、かつ可動電極が開位置に達したときに、全体のバネ
定数が増大するようにベローズを形成したことを特徴と
する絶縁開閉装置。