(57)【要約】【課題】短絡投入時の可動子と固定子との反発を抑制しつつ、発熱を回避できるようにすること。【解決手段】接地開閉器（１０）は、接離可能に設けられて接触状態で通電し、離間状態で通電を遮断する可動子（１２）及び固定子（１４）を備えている。固定子は、離間した可動子が接触方向に移動して最初に接触する第１領域（１４Ａ）と、可動子の接触方向への移動で第１領域との接触後に接触する第２領域（１４Ｂ）とを備えている。第１領域は、第２領域より電気抵抗が高い素材を含んで構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
接離可能に設けられて接触状態で通電し、離間状態で通電を遮断する固定子及び可動子を備えた接地開閉器であって、
前記固定子は、離間した前記可動子が接触方向に移動して最初に接触する第１領域と、該可動子の接触方向への移動完了時に接触する第２領域と、を備え、
前記第１領域を構成する部材は、前記第２領域を構成する部材より電気抵抗が高いことを特徴とする接地開閉器。
【請求項２】
前記第１領域を構成する部材は、前記第２領域を構成する部材とは異なり、かつ、前記第２領域を構成する部材よりも電気抵抗が高いことを特徴とする請求項１に記載の接地開閉器。
【請求項３】
前記第１領域及び前記第２領域は、同一の導体により形成され、
前記第１領域の外周面には、前記導体より電気抵抗が高い素材からなる高抵抗層が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の接地開閉器。
【請求項４】
前記固定子は、前記第１領域と前記第２領域との間で前記可動子が接触する第３領域をさらに備え、
前記第３領域を構成する部材は、前記第１領域を構成する部材よりも電気抵抗が低く、前記第２領域を構成する部材よりも電気抵抗が高いことを特徴とする請求項１に記載の接地開閉器。
【請求項５】
前記第１領域は、前記接触方向において導体と該導体より電気抵抗が高い素材からなる高抵抗体とが交互に積層されて構成されていることを特徴とする請求項１に記載の接地開閉器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、短絡電流を投入する機能を備えた接地開閉器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、配電盤等においては、接離可能な固定子及び可動子を備えて主回路を接地する接地開閉器が利用されている（特許文献１参照）。接地開閉器においては、固定子が接続されている回路等が課電状態にて可動子を動作させて閉路する短絡投入が実施される場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−１５３４４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１にあっては、短絡投入を実施する際に、可動子と固定子とが接触する瞬間に生じる大電流によって、可動子と固定子とが反発して離れてしまう、という問題がある。このため、接地開閉器において、接地不能となったりアークが進展したりする、という問題がある。ここで、かかる問題を解消するため、接地した状態の電流経路に高抵抗体を配置して大電流を抑制することが考えられるが、この場合、高抵抗体でのジュール発熱によって接地開閉器の各部にて熱劣化が発生する、という別の問題が生じる。
【０００５】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、短絡投入時の可動子と固定子との反発を抑制しつつ、発熱を回避することができる接地開閉器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の接地開閉器は、接離可能に設けられて接触状態で通電し、離間状態で通電を遮断する固定子及び可動子を備えた接地開閉器であって、前記固定子は、離間した前記可動子が接触方向に移動して最初に接触する第１領域と、該可動子の接触方向への移動完了時に接触する第２領域と、を備え、前記第１領域を構成する部材は、前記第２領域を構成する部材より電気抵抗が高いことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、短絡投入すべく可動子を固定子に接触させる際、該接触の初期段階での電気抵抗が第１領域によって高くなるので、短絡電流を減少させて可動子と固定子との反発力を抑制することができる。これにより、可動子と固定子とが離れることを抑制でき、接地不能となったりアークが進展したりすることで投入不良が発生することを防止することができる。更に、接地完了後は、固定子の第２領域が第１領域より抵抗値が低くなるので、可動子と固定子との接触により電流が流れたときの発熱による熱劣化を防止できる。このように、本発明では、可動子及び固定子間の反発力の低減と、接地完了後の発熱低減との両立を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施の形態に係る接地開閉器の開路状態の概略斜視図である。
【図２】第１の実施の形態に係る可動子の移動過程となる図１と同様の斜視図である。
【図３】第１の実施の形態に係る接地開閉器の閉路状態の概略斜視図である。
【図４】第１の実施の形態に係る閉路状態の可動子及び固定子を一部断面視した概略側面図である。
【図５】第２の実施の形態に係る閉路状態の可動子及び固定子を一部断面視した概略側面図である。
【図６】第３の実施の形態に係る閉路状態の可動子及び固定子を一部断面視した概略側面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
［第１の実施の形態］
以下、添付図面を参照して、第１の実施の形態に係る接地開閉器について説明する。図１は、第１の実施の形態に係る接地開閉器の開路状態の概略斜視図である。なお、接地開閉器は、図１に示す構成に限定されない。図１に示す接地開閉器は一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
【００１０】
図１に示すように、接地開閉器１０は、接離可能に設けられた可動子１２及び固定子１４を備えている。可動子１２及び固定子１４は、三相分として３組設けられており、本実施の形態では、３組の可動子１２及び固定子１４は、概略同一構造が採用される。可動子１２及び固定子１４は、接触状態（図３参照）で通電（閉路）し、図１に示す離間状態で通電を遮断（開路）するものである。ここで、本実施の形態では、接地開閉器１０は空気中（大気中）で電流を遮断する気中開閉器とされ、配電盤の内部等に設置される。また、本実施の形態は、高電圧、高電流での課電状態で開路状態から閉路状態として接地短絡投入可能とされる。
【００１１】
接地開閉器１０は、３組の可動子１２及び固定子１４に対応する位置に設けられた３体のがいし１６と、３体のがいし１６が立設されるベース部材１７とを備えている。更に、接地開閉器１０は、３体のがいし１６の上端側に設けられたブラケット状の支持部材１８と、ベース部材１７上に設けられて可動子１２を回動可能に支持する回動支持部１９とを備えている。
【００１２】
支持部材１８は、固定子１４の基端側を支持する支持壁１８ａを備えて形成され、固定子１４の構成については後述する。
【００１３】
ベース部材１７は、がいし１６の設置部分が高くなるように隆起部１７ａを備えて形成されている。また、隆起部１７ａの手前側となるベース部材１７の上面側に、回動支持部１９を形成する３体の起立壁１９ａが連なって形成されている。回動支持部１９は、それぞれの起立壁１９ａに回転可能に連結された３体の回転壁１９ｂを備え、回転壁１９ｂに可動子１２の基端側が支持されている。
【００１４】
可動子１２は、銅等の導電体によって形成される一対のブレード部材１２ａを備えている。一対のブレード部材１２ａは、先端側の離間幅が基端側の離間幅より大きくなるように概略クランク状に屈曲形成されている。一対のブレード部材１２ａの先端側は、２本の連結軸１２ｂを介して連結されて一体化されている。また、一対のブレード部材１２ａの先端側では、相互に接近する方向に膨らんだ形状をなし、かかる膨らんだ部分が固定子１４に接触する接触部１２ｃとされる。
【００１５】
図２は、第１の実施の形態に係る可動子の移動過程となる図１と同様の斜視図である。図３は、第１の実施の形態に係る接地開閉器の閉路状態の概略斜視図である。図２及び図３にも示すように、可動子１２において、一対のブレード部材１２ａは、連結板１２ｄによって基端側においても連結されて一体化されている。可動子１２は、一対のブレード部材１２ａのうちの一方が回転壁１９ｂに連結されて回動可能となっている。具体的には、可動子１２は、図１に示す横方向に倒伏した状態から、先端側が回転軌跡に沿って上昇して図２に示すように固定子１４の先端側から可動子１２の接触部１２ｃが接触し、その後、更に回動が進行して図３に示す縦方向に起立した状態となる。
【００１６】
３体の可動子１２は、その基端側において接続軸部２１を介して接続され、同じタイミングで同じ回転角度で回動するようになっている。また、接続軸部２１は銅等の導電体によって形成され、３体の可動子１２に対して電気的に導通している。接続軸部２１は、不図示の配線等を介して接地されており、可動子１２が接地電位に設定される。
【００１７】
続いて、本実施の形態の固定子１４の構成について、説明する。固定子１４は、平板状の接続部１４ａと、接続部１４ａの下面に連なって形成されて可動子１２の接触部１２ｃが接触する摺接部１４ｂとを備えている。接続部１４ａは、先端側が摺接部１４ｂより突出しており、この突出した部分にて不図示の回路や母線等が接続される。
【００１８】
摺接部１４ｂは、可動子１２先端の回動方向に沿う方向であって直線方向に延びる形状を備えている。また、摺接部１４ｂは、可動子１２の接触する部分が概略半円柱状に膨らむ形状を備えている。固定子１４の摺接部１４ｂは、先端側を形成する第１領域１４Ａと、第１領域１４Ａ以外となる基端側からの所定領域を形成する第２領域１４Ｂとを備えて形成されている。図１ないし図３においては、見易さを考慮して第１領域１４Ａに対して網点を施して表しているが、各領域１４Ａ、１４Ｂの外観は特に限定するものでなく任意である。
【００１９】
図４は、第１の実施の形態に係る閉路状態の可動子及び固定子を一部断面視した概略側面図である。図４に示すように、第１領域１４Ａは、固定子１４から離間した可動子１２が固定子１４に接近して接触する接触方向に移動（回動）したときに、最初に接触する領域とされる。第２領域１４Ｂは、第１領域１４Ａに対して接触方向に隣接しており、可動子１２の接触方向への移動で第１領域１４Ａとの接触後に接触する領域であって、該移動完了時に可動子１２が接触する領域とされる。第２領域１４Ｂは、通常の閉路状態において、可動子１２と固定子１４とが通電する領域となる。
【００２０】
第１領域１４Ａを構成する部材にあっては、第２領域１４Ｂを構成する部材と異なっており、第２領域１４Ｂを構成する部材よりも電気抵抗が高くなっている。具体的には、第２領域１４Ｂが銅や銅と同等の導体とされ、第１領域１４Ａは、銅に対して約１０００倍の低効率となるカーボン等を用いることが例示できる。なお、上記の各領域１４Ａ、１４Ｂを構成する部材の関係は、各領域１４Ａ、１４Ｂで同じ材料を含み、組成の違いにより電気抵抗を異ならせた場合も含んで意味するものである。
【００２１】
続いて、上記接地開閉器１０の短絡投入動作について説明する。図１に示す開路した状態にて、接地開閉器１０が設置される配電盤のメンテナンス等を行う場合、不図示の駆動機構等を介して可動子１２が固定子１４に接触する接触方向に移動される。このとき、図１では離間状態となって通電を遮断していた状態から、図４の二点鎖線で示すように、固定子１４の第１領域１４Ａに可動子１２の接触部１２ｃが接近するようになり、それらが接触する直前に第１領域１４Ａと接触部１２ｃとで逆電流が発生する。この逆電流の発生によって、可動子１２が接触方向に移動する方向とは反対方向に反発力が発生することとなる。
【００２２】
ところが、本実施の形態では、上述のように第１領域１４Ａの電気抵抗を高くしたので、逆電流の電流値を減少させることができ、ひいては、可動子１２に対する反発力を軽減することができる。これにより、固定子１４に対して可動子１２が反発して離れることに起因する接地不能や内部アークの進展を回避することができ、投入不良になることを防止することができる。
【００２３】
また、本実施の形態では、可動子１２が固定子１４の第１領域１４Ａに接触した後、可動子１２の回動によって更に接触方向に摺動され、図４に示すように可動子１２が第２領域１４Ｂに接触する。これにより、可動子１２及び固定子１４が通常の通電状態となり、接地開閉器１０での接地短絡投入が完了する。この状態では、固定子１４では抵抗値が低い第２領域１４Ｂにて通電するので、該通電による発熱を低減することができる。従って、本実施の形態では、上述した固定子１４に対して可動子１２が反発することを抑制する効果と、接地完了後に可動子１２及び固定子１４の接触部分で発熱することを低減する効果とを同時に得ることができる。
【００２４】
ここで、作動条件の具体例を挙げると、固定子１４が接続される回路（不図示）が定格電圧７．２ｋＶ、短絡容量４０ｋＡである場合、回路内抵抗が０．１８Ωとなる。このとき、第１領域１４Ａの抵抗値を１Ω程度とすることで、第１領域１４Ａと可動子１２との間に発生する短絡電流を６．１ｋＡまで低減できる。可動子１２の反発力は電流の二乗に比例するので、第１領域１４Ａの抵抗値を１Ωとした場合、反発力が約１／４３となって反発力を十分に低減することが可能となる。よって、第１領域１４Ａの抵抗値としては、回路内抵抗値等の条件によって変わるものの、約１〜１０Ω程度に設定されることで、固定子１４に対する可動子１２の反発力を低減できる。
【００２５】
次に、本発明の前記以外の実施の形態について説明する。なお、以下の説明において、説明する実施の形態より前に記載された実施の形態と同一若しくは同等の構成部分については同一符号を用いる場合があり、説明を省略若しくは簡略にする場合がある。
【００２６】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について図５を参照して説明する。図５は、第２の実施の形態に係る閉路状態の可動子及び固定子を一部断面視した概略側面図である。図５に示すように、第２の実施の形態では、第１の実施の形態に対し、第１領域１４Ａの構成を変更している。
【００２７】
第２の実施の形態において、第１領域１４Ａ及び第２領域１４Ｂからなる摺接部１４ｂは、同一素材で一体となる銅等の導体によって略全体が形成されている。そして、第１領域１４Ａの外周面には、導体より電気抵抗が高い上述したカーボン等の素材からなる高抵抗層１４Ａａが形成されている。これにより、第２領域１４Ｂに比べて第１領域１４Ａの方が、電気抵抗が高い素材を含んで構成され、可動子１２が接触した際の電気抵抗値も第２領域１４Ｂより第１領域１４Ａの方が高くなる。従って、第２の実施の形態においても、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができ、且つ、第１領域１４Ａに高抵抗層１４Ａａを被覆や積層によって形成できるので、カーボン等の使用量を削減しつつ抵抗値を簡単に変更することができる。なお、摺接部１４ｂは、第１領域１４Ａ及び第２領域１４Ｂにて、一体ではなく別体とした同一の導体を並設して形成してもよい。
【００２８】
［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態について図６を参照して説明する。図６は、第３の実施の形態に係る閉路状態の可動子及び固定子を一部断面視した概略側面図である。図６に示すように、第３の実施の形態においても、第１の実施の形態に対し、第１領域１４Ａの構成を変更している。
【００２９】
第３の実施の形態において、第１領域１４Ａは、接触方向（図６中右方向）において、導体１４Ａｂと、導体１４Ａｂより電気抵抗が高い素材からなる高抵抗体１４Ａｃとが交互に複数積層されて構成されている。導体１４Ａｂは銅や銅と同等の導体とされ、高抵抗体１４Ａｃは、上述と同様のカーボン等を用いることが例示できる。従って、第２領域１４Ｂに比べて第１領域１４Ａの方が、電気抵抗が高い素材を含んで構成され、第３の実施の形態においても、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００３０】
第３の実施の形態では、摺接部１４ｂにおける第１領域１４Ａの上面と、接続部１４ａとの間に隙間Ｓが形成される。従って、接続部１４ａに接続される回路等からの電流は、接続部１４ａ、摺接部１４ｂの第２領域１４Ｂ、第１領域１４Ａの順に流れるようになる。これにより、可動子１２が固定子１４の先端側（図６中左端側）に接触（位置）する程、電流が流れる高抵抗体１４Ａｃが多くなって抵抗値を高くすることができる。言い換えると、可動子１２が接触方向に移動するに従って、固定子１４と可動子１２との間での抵抗値が段階的に下がるよう変えることができ、可動子１２及び固定子１４間の反発力が緩和されることが期待できる。なお、隙間Ｓの内側に絶縁部材や高抵抗部材を挟み込み、上述した順序で電流が流れるようにしても同様の作用、効果が期待できる。
【００３１】
なお、本発明は上記各実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状、向きなどについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。
【００３２】
可動子１２及び固定子１４の構造や向きについては、上記と同様の機能を有する限りにおいて、種々の変更が可能である。例えば、可動子１２を直線方向に動作して固定子１４と切離可能にする等、接地開閉器１０の設置スペースや通電容量等に応じたものとすることができる。
【００３３】
また、上記接地開閉器１０を気中開閉器とした場合を説明したが、絶縁性ガス（消弧性ガス）や真空の環境下で可動子１２及び固定子１４が開閉する開閉器とすることを妨げるものでない。
【００３４】
また、第１及び第２の実施の形態において、固定子１４は、第１領域１４Ａと第２領域１４Ｂとの間で可動子１２が接触する第３領域を更に備えた構成としてもよい。そして、かかる第３領域を構成する部材は、第１領域１４Ａを構成する部材よりも電気抵抗が低く、かつ、第２領域１４Ｂを構成する部材よりも電気抵抗が高くなるようにしてもよい。つまり、第１領域１４Ａ、第３領域、第２領域１４Ｂの順で電気抵抗が順次低くなるような構成である。このように第３領域を設けた構成によれば、可動子１２が第１領域１４Ａから第３領域を経て第２領域１４Ｂに移動（摺動）する際、固定子１４と可動子１２との間での抵抗値を段階的に変えることができる。もちろん、電気抵抗を４段階以上に変えるような構成としても同様の効果を得ることができる。第３の実施の形態においては、第１領域１４Ａのうち、導体１４Ａｂと高抵抗体１４Ａｃとを交互に複数積層した領域が第３領域に相当するものである。
【符号の説明】
【００３５】
１０  接地開閉器
１２  可動子
１４  固定子
１４Ａ  第１領域
１４Ｂ  第２領域
１４Ａａ  高抵抗層
１４Ａｂ  導体
１４Ａｃ  高抵抗体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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