(57)【要約】【課題】コンデンサユニットの各コンデンサ素子に加わる衝撃力を緩和して、機械的な破壊を防止するガス絶縁遮断器を提供する。【解決手段】通電又は遮断を切り替えて電路を開閉するガス絶縁遮断器であって、接触又は離反により前記通電又は前記遮断を切り替える接離自在の固定側遮断接点７、可動側遮断接点８とからなる１対の接点と、前記接点と並列に接続された、誘電体を有するコンデンサ１−１〜１−ｎを複数直列接続してなるコンデンサ積層体１と、を備え、前記誘電体は、圧電体であり、前記コンデンサ間にバネ構造体９を配置した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
通電又は遮断を切り替えて電路を開閉するガス絶縁遮断器であって、
接触又は離反により前記通電又は前記遮断を切り替える接離自在の１対の接点と、
前記接点と並列接続され、誘電体を有するコンデンサを複数直列接続してなるコンデンサ積層体と、を備え、
前記誘電体は、圧電体であり、
前記コンデンサ間に弾性体を配置したことを特徴とするガス絶縁遮断器。
【請求項２】
前記弾性体は、バネ構造体であることを特徴とする請求項１に記載のガス絶縁遮断器。
【請求項３】
前記弾性体は、ゴム弾性体であることを特徴とする請求項１に記載のガス絶縁遮断器。
【請求項４】
前記コンデンサは、前記圧電体を間に挟む二つの電極を有し、
互いに隣接する前記コンデンサにおいて、両コンデンサの互いに向き合う前記電極には、前記バネ構造体を収容する溝が形成されていることを特徴とする請求項２に記載のガス絶縁遮断器。
【請求項５】
前記コンデンサ積層体が収容される絶縁筒を更に備え、
前記ゴム弾性体の外径が、前記コンデンサの外径の半分から同径の範囲内の長さであることを特徴とする請求項３に記載のガス絶縁遮断器。
【請求項６】
前記バネ構造体は、導電性の材料からなることを特徴とする請求項２又は４に記載のガス絶縁遮断器。
【請求項７】
前記ゴム弾性体は、導電性の材料からなることを特徴とする請求項３又は５に記載のガス絶縁遮断器。
【請求項８】
誘電体を有するコンデンサを複数直列接続してなるコンデンサ積層体と、
前記コンデンサ積層体を内部に収容する絶縁筒と、
前記コンデンサ積層体の両端に接続される電極と、を備え、
前記誘電体は、圧電体であり、
前記コンデンサの間に弾性体を配置したことを特徴とするコンデンサユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、電力系統中の変電所等で使用される遮断器の遮断接点に設けられるコンデンサユニットを備えたガス絶縁遮断器と、そのコンデンサユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の高電圧絶縁についての技術革新に伴って、ガス絶縁高電圧機器は年々小型化の要望が高まっている。その一方、ガス絶縁高電圧機器を小型化しても電流遮断性能は確保される必要がある。
【０００３】
ガス絶縁高電圧機器の一つであるガス絶縁遮断器により電流遮断を行う場合には、系統が複雑であるため、遮断後に接触子極間に生じる過渡回復電圧は非常に複雑な波形となるのが通例である。このため、ガス絶縁遮断器には、種々の条件における遮断責務が課せられている。従来、このような遮断責務を達成するため、遮断接点の接触子間に発生するアークに圧縮した消弧性ガスを吹き付けることにより、アークを消弧させ、電流の遮断に至る。
【０００４】
さらに、ガス絶縁開閉器において、遮断が成功するためには、電流零点近傍において遮断が成立した後に現れる過渡回復電圧に遮断接点の接触子極間の絶縁が耐える必要がある。そのため、遮断接点と並列にコンデンサユニットを挿入し、遮断後に現れる過渡回復電圧の立ち上がり時間を鈍らせることにより遮断性能を向上させている。このようなコンデンサユニットは、コンデンサ素子が複数直列接続されてなるコンデンサ積層体を有している。
【０００５】
すなわち、遮断接点と並列にコンデンサユニットを設けることで、遮断接点に生じる遮断後の再起電圧の上昇率を緩和すると共に、２組以上の遮断接点をもつ遮断器の遮断接点に加わる電圧の電圧分担率を均等化し、遮断の容易化を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０６―３３８４３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、ガス絶縁遮断器は、万一の落雷によって雷電圧が機器内に侵入しても、一定の過電圧に耐えられる必要がある。そのため、ガス絶縁遮断器を出荷する前には、規格で定められた雷過電圧を複数回印加して、機器の絶縁信頼性が保たれていることを確認する義務がある。
【０００８】
この確認試験において、上記雷過電圧を印加すると、コンデンサユニットを構成する個々のコンデンサ素子のそれぞれに平均的に雷過電圧が印加される。コンデンサ素子の誘電材料としてセラミックスを用いている場合、セラミックスは電流を流すとそれ自体の形状の変形が生じる圧電効果を有しているため、雷過電圧が印加されると、圧電効果によってコンデンサ素子の積層方向に伸縮衝撃力が発生する。この伸縮衝撃力はコンデンサ積層体全体に発生するため、コンデンサ素子の積層方向に強大な伸縮衝撃力が発生する。この強大な伸縮衝撃力はそのまま個々のコンデンサ素子に加わるため、その強大な力に耐えきれずコンデンサ素子がヒビ割れ等を引き起し、機械的に破壊される虞があった。
【０００９】
本実施形態に係るガス絶縁遮断器は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、コンデンサユニットの各コンデンサ素子に加わる衝撃力を緩和して、機械的な破壊を防止するガス絶縁遮断器を提供することを目的とする。また、そのようなコンデンサユニットを提供することも目的の一つである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するために、本実施形態のガス遮断器は、通電又は遮断を切り替えて電路を開閉するガス絶縁遮断器であって、接触又は離反により前記通電又は前記遮断を切り替える接離自在の１対の接点と、前記接点と並列接続され、誘電体を有するコンデンサを複数直列接続してなるコンデンサ積層体と、を備え、前記誘電体は、圧電体であり、前記コンデンサ間に弾性体を配置したことを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態に係るガス絶縁遮断器の構成を説明するための断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】第１の実施形態に係るコンデンサ素子間の拡大図であり、（ａ）はコンデンサ素子間の接続状態、（ｂ）はコンデンサ素子間の分解状態を示す。
【図４】第２の実施形態に係るガス絶縁遮断器の構成を説明するための断面図である。
【図５】第２の実施形態に係るコンデンサ素子間の拡大図であり、（ａ）はゴム弾性体が最大径の場合、（ｂ）はゴム弾性体が最小径の場合を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［第１の実施形態］
（構成）
以下では、図１〜３を参照しつつ、本実施形態のガス絶縁遮断器の構成を説明する。図１は、本実施形態のガス絶縁遮断器の構成を示す断面図であり、ガス絶縁遮断器の中心軸より片側を示している。
【００１３】
本実施形態のガス絶縁遮断器は、密閉容器（不図示）と、固定側遮断接点７と、可動側遮断接点８を有する。密閉容器内には、消弧性ガスが充填されている。消弧性ガスは、消弧性能及び絶縁性能に優れたガスであり、例えば六フッ化硫黄ガス（ＳＦ６ガス）、空気、二酸化炭素、酸素、窒素またはそれらの混合ガス等が挙げられる。
【００１４】
固定側遮断接点７と可動側遮断接点８は、密閉容器内に収容され、互いに対向配置されている。固定側遮断接点７は密閉容器内に固定され、可動側遮断接点８は固定側遮断接点７に対して移動可能になっており、可動側遮断接点８の移動によって、両遮断接点を接触又は離反させることで電流を導通し又は遮断する。
【００１５】
図１に示すように、本実施形態のガス絶縁遮断器は、コンデンサユニット５を有している。コンデンサユニット５は、絶縁筒３、コンデンサ積層体１、バネ構造体９、接続電極２及びシールド電極４を有する。
【００１６】
絶縁筒３は、対向配置された両遮断接点７、８と平行に延びるように密閉容器内に配置され、両遮断接点７、８と並列接続されている。図２は、中心軸方向から見た本実施形態のガス絶縁遮断器を示し、図１のＡ−Ａ断面図である。図２に示すように、絶縁筒３は、中心軸周りに円周方向に複数個（６個）配置される。図１の絶縁筒３はそのうちの一つである。
【００１７】
絶縁筒３は、絶縁物で構成された筒であり、その両端は開口し、内部は中空である。この中空部分には、コンデンサ積層体１が収容されている。
【００１８】
コンデンサ積層体１は、複数のコンデンサ素子１−１〜１−ｎが直列接続されて構成されている。各コンデンサ素子１−１〜１−ｎは、円柱形状を有し、図３に示すように、誘電体１ａの両端に電極１ｃ、１ｄを接合し、誘電体１ａの周りを絶縁体１ｂでモールドしてなる。誘電体１ａは、絶縁体１ｂ及び電極１ｃ、１ｄによって覆われるが、電極１ｃ、１ｄは、その少なくとも一部が絶縁体１ｂに覆われず露出している。
【００１９】
誘電体１ａは、セラミックス等の高誘電体材料で構成されている。すなわち、誘電体１ａは、圧電効果を有する圧電体であり、この誘電体１ａに電流が流れるとその形状が変形する。絶縁体１ｂはエポキシ樹脂等の絶縁材料で構成される絶縁物である。電極１ｃ、１ｄは導体である。必要に応じてコンデンサ素子の個数を調節することで、コンデンサユニット５は必要とする静電容量及び耐電圧性能を有する。
【００２０】
本実施形態のコンデンサ積層体１では、コンデンサ素子とコンデンサ素子との間にバネ構造体９が配置されている。バネ構造体９は、弾性力を有する弾性体である。バネ構造体９は、バネ構造を有し、各種金属材料などの導電性の材料で構成することができる。
【００２１】
図３はコンデンサ積層体１中のコンデンサ素子間の拡大図を示し、図３（ａ）はコンデンサ素子間の接続状態を、図３（ｂ）はコンデンサ素子間の分解状態を示している。図３（ｂ）に示すように、隣接するコンデンサ素子の電極１ｃ、１ｄには、溝１０が設けられており、バネ構造体９が当該溝１０に嵌合できるようになっている。すなわち、絶縁筒３内には、コンデンサ素子１−１〜１−ｎと、バネ構造体９とが交互に収容されており、図３（ａ）のように、バネ構造体９が、隣接するコンデンサ素子同士の互いに向き合う２つの電極１ｃ、１ｄの溝１０に収容され位置決めされている。
【００２２】
図１に示すように、絶縁筒３内の両端に位置するコンデンサ素子１−１、１−ｎには、絶縁筒３内のコンデンサ積層体１を挟むようにして、接続電極２が接続されている。コンデンサ積層体１は当該接続電極２を介してシールド電極４に接続されている。シールド電極４の外周には、外部シールド６が設けられている。外部シールド６は、接続電極２を覆うように中心軸方向にせり出している。外部シールド６は、接続電極２の外面と絶縁筒３の内面との間が微小ギャップ、いわゆるトリプルジャンクションに電界が局所的に集中して高電界となるのを低減するものである。
【００２３】
（作用・効果）
ガス絶縁遮断器の出荷前における機器の絶縁信頼性試験、すなわち規格で定められた雷過電圧を複数回印加する試験において、コンデンサ素子１−１〜１−ｎの誘電体１ａに電流が流れる。誘電体１ａは圧電効果を有する圧電体であるので、電流が流れることで中心軸方向に伸縮し、伸縮衝撃力が発生する。
【００２４】
本実施形態では、弾性力を有するバネ構造体９をコンデンサ素子とコンデンサ素子との間にそれぞれ配置したため、一つ一つのコンデンサ素子に発生した伸縮衝撃力は、隣接したバネ構造体９に吸収され、他のコンデンサ素子にまで伸縮衝撃力が及ばない。これにより、強大な伸縮衝撃力が発生することがなくなるため、その強大な伸縮衝撃力に耐え切れずコンデンサ素子がヒビ割れ等で機械的に破壊されるのを防止することができる。
【００２５】
コンデンサ素子１−１〜１−ｎの互いに隣接する電極１ｃ、１ｄに、バネ構造体９を配置する溝１０を設けたことにより、溝１０に深さがあることでバネ構造体９の位置ずれを防止できる。すなわち、絶縁筒３にコンデンサ素子とバネ構造体９を交互に挿入してコンデンサユニット５を構成する際に、簡単な作業で確実にバネ構造体９を所定の位置に配置することができ、バネとしての機能、つまり上記伸縮衝撃力の吸収作用を損なうことを防止することができる。
【００２６】
また、電極１ｃ、１ｄに溝１０を設けたことにより、溝１０の深さの分だけ、コンデンサ素子１−１〜１−ｎの積層方向の長さを短くすることができるので、省スペース化できる。その結果、ガス絶縁遮断器をより小型化することができる。さらに、溝１０を設けない場合と比べて、省スペース化できる分コンデンサ素子を多く配置することができるので、同じスペースであっても耐電圧性能を高くすることができる。
【００２７】
バネ構造体９を導電性の材料で構成したことにより、バネ構造体９がコンデンサ素子間の接続部としての役割を果たすので、隣接するコンデンサ素子の電極１ｃ、１ｄを電気的に接続するための新たな部材を配置する必要が無くなり、部品点数を少なくすることができる。
【００２８】
以上のように、本実施形態によれば、絶縁信頼性が良好であり、簡易構成で安価なコンデンサユニットを有するガス絶縁遮断器を得ることができる。
【００２９】
［第２の実施形態］
（構成）
第２の実施形態について、図４、５を用いて説明する。第２の実施形態は、第１の実施形態と基本構成は同じである。第１の実施形態と異なる点のみを説明し、第１の実施形態と同じ部分については同じ符号を付して詳細な説明は省略する。
【００３０】
図４は、第２の実施形態に係るガス絶縁遮断器の構成を示す断面図であり、ガス絶縁遮断器の中心軸より片側を示している。本実施形態のガス絶縁遮断器は、コンデンサユニット５において、第１の実施形態のバネ構造体９をゴム弾性体１１としている点、コンデンサ素子１−１〜１−ｎの電極１ｅ、１ｆに溝を設けていない点で異なる。
【００３１】
ゴム弾性体１１は、弾性力を有するゴムからなる弾性体である。図４に示すように、ゴム弾性体１１は、コンデンサ素子とコンデンサ素子との間に配置されている。図５（ａ）（ｂ）に示すように、ゴム弾性体１１の外径は、コンデンサ素子の最外径の半分から同径の範囲内の長さに構成することができる。図５（ａ）のゴム弾性体１１ａがコンデンサ素子の最外径と同径である場合を示し、図５（ｂ）のゴム弾性体１１ｂがコンデンサ素子の最外径の半分の径である場合を示している。ゴム弾性体１１は、導電性のゴム材料で構成することができる。
【００３２】
（作用・効果）
本実施形態に係るガス遮断器は、第１の実施形態と同様の作用効果を奏する。本実施形態では、コンデンサ素子とコンデンサ素子との間に、バネ構造体９の代わりにゴム弾性体１１を配置したことにより、一つ一つのコンデンサ素子１−１〜１−ｎに発生した伸縮衝撃力は、隣接するゴム弾性体１１に吸収され、他のコンデンサ素子にまで伸縮衝撃力が及ばない。そのため、強大な伸縮衝撃力が発生することがなくなるので、強大な伸縮衝撃力に耐え切れずコンデンサ素子１−１〜１−ｎが機械的に破壊されるのを防止することができる。
【００３３】
また、ゴム弾性体１１の外径を、コンデンサ素子の最外径の半分から同径の範囲内の長さにした。これにより、絶縁筒３にコンデンサ素子とゴム弾性体１１を交互に挿入してコンデンサユニット５を構成する際に発生するゴム弾性体１１の径方向の位置ずれは、最大でも図５（ｂ）のようにコンデンサ素子の最外径の半分の位置までとなり、ゴムとしての機能、つまり上記伸縮衝撃力の吸収作用を損なう可能性を小さくすることができる。また、ゴム弾性体１１の外径を上記範囲内で小さくすることにより、上記吸収作用を確保しつつもガス絶縁遮断器の製造コストを小さくすることができる。
【００３４】
ゴム弾性体１１の外径を上記範囲内とすることにより、径方向の位置ずれが生じても上記吸収作用が確保されるので、コンデンサ素子１−１〜１−ｎの電極１ｅ、１ｆに位置決めのための溝を設ける必要がなくなり、結果としてガス絶縁遮断器の製造が容易となる。
【００３５】
本実施形態では、コンデンサ素子間に配置する弾性体をゴム弾性体１１としたことにより、軸方向に薄くても上記伸縮衝撃力の吸収作用を得ることができ、軸方向に省スペース化することができる。
【００３６】
ゴム弾性体１１を導電性の材料で構成したことにより、ゴム弾性体１１がコンデンサ素子間の接続部としての役割を果たすので、隣接するコンデンサ素子の電極１ｅ、１ｆを電気的に接続するための新たな部材を配置する必要が無くなり、部品点数を少なくすることができる。
【００３７】
以上のように、本実施形態によれば、絶縁信頼性が良好であり、簡易構成で安価なコンデンサユニットを有するガス絶縁遮断器を得ることができる。
【００３８】
［その他の実施形態］
本明細書においては、本発明に係る複数の実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図していない。具体的には、第１、２の実施形態を全て又はいずれかを組み合わせたものも包含される。以上のような実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【００３９】
例えば、第１、２の実施形態では、絶縁筒３を遮断接点７、８の周囲に複数円周状に設けたが、絶縁筒を内筒と外筒の２重筒構造とし、絶縁筒は当該内筒が遮断接点７、８を取り囲むように配置しても良い。この場合、内筒と外筒との間にコンデンサ積層体を収容する。
【００４０】
第１、２の実施形態では、固定側遮断接点７を固定して、可動側遮断接点８のみ軸方向に移動させるよう構成したが、固定側遮断接点７に対して可動側遮断接点８が相対的に移動するように、固定側遮断接点７も軸方向に移動させ、相対的開極速度を向上させようとするいわゆるデュアルモーション機構にしても良い。
【００４１】
第２の実施形態では、コンデンサ素子１−１〜１−ｎの電極１ｅ、１ｆに、第１の実施形態のような溝を設けていないが、これらの電極１ｅ、１ｆにゴム弾性体１１が収容するする溝を設けても良い。すなわち、互いに隣接するコンデンサ素子において、両コンデンサの互いに向き合う電極１ｅ、１ｆに、ゴム弾性体１１を収容する溝を設け、当該溝にゴム弾性体１１を嵌合するようにしても良い。
【符号の説明】
【００４２】
１  コンデンサ積層体
１−１〜１−ｎ  コンデンサ素子
１ａ  誘電体
１ｂ  絶縁体
１ｃ〜１ｆ  電極
２  接続電極
３  絶縁筒
４  シールド電極
５  コンデンサユニット
６  外部シールド
７  固定側遮断接点
８  可動側遮断接点
９  バネ構造体
１０  溝
１１  ゴム弾性体
１１ａ  最大径のゴム弾性体
１１ｂ  最小径のゴム弾性体
【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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