(57)【要約】【課題】ガス絶縁開閉装置の縮小化を可能とするガス遮断器を提供する。【解決手段】絶縁ガスを密閉した縦長に配置されたタンク内に遮断部を設け、遮断部と母線を主回路導体を介して接続し、遮断部の操作器をタンク外部に配置してガス遮断器を構成する。この操作器は駆動部３と駆動エネルギー蓄積部４よりなる電動リニアモータ操作器であり、駆動部３はタンクに隣接して設けられ、駆動エネルギー蓄積部４は駆動部３から離れて配置する。駆動エネルギー蓄積部４と駆動部３は電気的に接続して構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁ガスを密閉し縦長に配置されたタンク内に遮断部を設け、前記遮断部と母線を主回路導体を介して接続し、前記遮断部がタンク外部に設けられた操作器により駆動されるガス遮断器において、
前記操作器は駆動部と駆動エネルギー蓄積部よりなる電動リニアモータ操作器であり、
前記駆動部は前記タンクに隣接して設けられ、
前記駆動エネルギー蓄積部は前記駆動部から離れて配置され、
前記駆動エネルギー蓄積部と前記駆動部は電気的に接続されたことを特徴とするガス遮断器。
【請求項２】
前記駆動部は、永久磁石又は磁性材を磁化方向を交互に反転させて複数個並べて一体形成した可動子と、
前記可動子を上下から挟み込んで配置した第１の磁極及び第２の磁極と、前記第１の磁極と前記第２の磁極をつなぎ磁束の経路を形成する磁性体と、前記第１の磁極と前記第２の磁極それぞれに巻き回した巻線で構成した固定子とで構成し、
前記エネルギー蓄積部は、前記主回路導体を流れる電流を検出する電流検出器で検出した電流値に応じて前記巻線に供給する電流量を変化させることを特徴とする、
請求項１記載のガス遮断器。
【請求項３】
前記固定子の一単位を前記可動子の動作方向に３の整数倍配置し、
前記巻線は前記隣り合う固定子の一単位毎に、１２０°電気的位相がずれた配置であり、前記巻線に三相交流を流すことで三相リニアモータとしての動作を実現することを特徴とする、
請求項２に記載のガス遮断器。
【請求項４】
前記駆動部が前記タンクの上端部に配置されたことを特徴とする、
請求項１乃至３いずれか１項に記載のガス遮断器。
【請求項５】
前記駆動部が前記タンクの下端部に配置されたことを特徴とする、
請求項１乃至３いずれか１項に記載のガス遮断器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス遮断器（以下、ＧＣＢという。）に関し、特にガス絶縁開閉装置（以下、ＧＩＳという。）の小型化を可能としたＧＣＢに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の電力開閉装置は、電力需要の増大と電力設備の小型・高信頼化の要請から、絶縁・遮断性能の高い六弗化硫黄（ＳＦ6）ガスを封入したタンク内に、通電導体や遮断部などの電気装置を収納することにより開閉装置全体を大幅に縮小したＧＩＳが主流となる傾向が顕著である。
【０００３】
このＧＩＳの最も重要な構成要素は、ＧＣＢであり、このＧＣＢは、ＳＦ6ガスを封入した密封タンク内に遮断部が絶縁スペーサを介して支持される構造となっている。
【０００４】
この遮断部は通常の負荷電流のみならず、事故時の短絡大電流も迅速に遮断するため、高速で駆動される。この駆動エネルギーは大きく、従来、遮断部タンクの外側に大形の操作器が取り付けられ、油圧、又はばね力で駆動されていた。
【０００５】
この油圧、ばね力の発生は、ポンプやモータ以外は全て機械系・高圧流体系の制御・増幅作用で行うため、操作装置が大型化し、ＧＣＢの構成要素の中で操作器はかなりの部分を占めている。
【０００６】
とりわけ、操作器は、その目的から遮断部タンクの端部や下部に取り付けられるため、ＧＣＢの全長や全高を大きくする要因となる。従来、設置面積縮小化要請のため、縦形遮断器が用いられる。従来の遮断器では、駆動エネルギーの伝達効率のため駆動エネルギー蓄積部（アキュムレータや駆動ばね）と駆動部とを離して配置することができなかった。
【０００７】
例えば、特許文献１に記載されている縦形遮断器は、前述のとおり、駆動部と駆動エネルギー蓄積部を離すことができないため、遮断部タンク下部に操作器を設置せざるを得ず、ＧＣＢ全高のかさ上げが必要となる。これは、ＧＩＳの小型・低層化に反するものである。更に、ＧＩＳ機器全体の重心も高くなり耐震性も低下するなどの問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１０-１７４２２９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ＧＩＳの小型、低層化のためにはＧＣＢの全長、全高、全幅の縮小低減が必須であるが、遮断部タンクの大きさはＧＣＢの最も大きな使命である事故大電流の高速遮断機能から決まるので小型化に限界がある。よって、操作器部分の小型化が望まれるが、現状では限界がある。
【００１０】
その理由は、高速、大出力を要求される操作器において、システムの殆どが機械系、又は流体系で構成されていて、更に機械力、油圧力の伝達効率、伝達速度が重視されるので操作出力軸を中心として全ての要素が一箇所に集中せざるを得ないからである。
【００１１】
すなわち、前述のアキュムレータや、駆動ばねを操作器本体と離して配置することが出来れば操作器本体は小型化できるが、操作力の伝達効率、伝達速度等、多くの問題があり実現が難しかった。
【００１２】
以上の点に鑑み、本発明の目的は、配置自由度の大きい操作器を用いることで縦形ＧＣＢの低層化を実現し、ひいてはＧＩＳの低層化を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するため、本発明のガス遮断器は、絶縁ガスを密閉し縦形配置されたタンク内に遮断部を設け、前記遮断部と母線を主回路導体を介して接続し、前記遮断部がタンク外部に設けられた操作器により駆動されるように構成する。前記操作器は駆動部と駆動エネルギー蓄積部よりなる電動リニアモータ操作器であり、前記駆動部は前記タンクに隣接して設けられ、前記駆動エネルギー蓄積部は前記駆動部から離れて配置され、前記駆動エネルギー蓄積部と前記駆動部は電気的に接続して構成する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の電動リニアモータ操作器を用いれば、駆動エネルギー蓄積部の配置の自由度が増大し、従来一体構成とすることが必要であった駆動エネルギー蓄積部を駆動部と分離して任意の位置に配置できるので、縦形配置のＧＣＢの低層化が可能となり、ひいてはＧＩＳの低層化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施例１に係るＧＣＢを用いたＧＩＳの構成図である。
【図２】実施例１に係るＧＣＢの詳細図である。
【図３】実施例１に係るアクチュエータの一単位を示す断面図である。
【図４】実施例１に係るアクチュエータの斜視図である。
【図５】図４の正面図である。
【図６】図５から巻線を外して示した図である。
【図７】実施例１に係るアクチュエータを説明するための斜視図である。
【図８】図７の断面図である。
【図９】本発明の別の実施形態を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を実施例として示す図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１７】
図１は、本発明の縦形配置のＧＣＢを用いたＧＩＳの側面図である。遮断部が配置されたガス遮断器２があり、下方の接続部には、計器用変成器１０を介して、母線用断路器８が接続されており、更に主母線６へとつながっている。
【００１８】
ガス遮断器２の上方の接続部には計器用変成器１１を介して線路用断路器９が接続され、その先には、ケーブルヘッド７が接続されている。
【００１９】
図１において、操作器（駆動部）３をガス遮断器２の上部に配置し、操作器（駆動エネルギー蓄積部）４をガス遮断器２と接続するに際し、制御電源ケーブル５を介してガス遮断器２とは離して配置する。
【００２０】
本実施例では、このような構成を採ることで、操作器を分割して配置することが可能となるので、操作器全体をタンクの上端部又は下端部に配置する従来の縦形遮断器と比較して、全高を低く抑えることが可能となる。これにより、縦形配置のＧＣＢの低層化が可能となり、ひいてはＧＩＳの低層化が可能となる。
【００２１】
なお、本発明の別の実施形態として、図９に示すように、操作器（駆動部）３をガス遮断器２の下端部に配置する構成としても同様の効果を得ることができる。また、操作器（駆動部）３の配置はガス遮断器２の上下端部に限定されず、操作器（駆動部）３の駆動力を遮断部に伝えることができるガス遮断器２に隣接した位置であればよい。
【００２２】
図２は、ガス遮断器２の内部構造図である。遮断部はＳＦ6ガスを封入したタンク１２に設けられ絶縁支持スペーサ１３に固定された固定側電極１４及び可動側電極１５と、可動側電極１５を支持する絶縁支持筒１７と、可動電極１６及び可動電極１６に接続される絶縁ロッド１８を有しており、操作部からの操作力を通じて可動電極１６を、図中矢印Ａの方向（以下、Ａ方向と称す）に移動させて、遮断部を電気的に開放、接続することにより、電流の遮断、及び通電が可能である。
【００２３】
操作器（駆動部）３は、タンク１２の上端部に設けられる操作器ケース２２内に、電動アクチュエータ２０を有しており、電動アクチュエータ２０内にはＡ方向に直線動作する可動子５０が配置されている。
【００２４】
可動子５０はタンク１２の気密を保ったまま駆動できるように設けられるガスシールユニット２３を通じて、絶縁ロッド１８に接続されている。つまり、可動子５０の動作により、遮断部における可動電極１６をＡ方向に動作させることが可能になる。
【００２５】
電動アクチュエータ２０は、操作器ケース２２に気密を保ったまま操作器ケース２２の外部と配線接続ができるように設けられる密封端子２１を通じて、制御電源ケーブル５と電気的に接続される。
【００２６】
制御電源ケーブル５は操作器（駆動エネルギー蓄積部）４と接続されており、電動アクチュエータ２０が操作器（駆動エネルギー蓄積部）４からの指令及び電流を受けるように構成されている。
【００２７】
操作器（駆動エネルギー蓄積部）４は、計器用変成器１０、１１で検出した電流値に応じて、電動アクチュエータ２０に供給する電流量や位相を変化させる制御機構として働く。
【００２８】
電動アクチュエータ２０は、操作器（駆動エネルギー蓄積部）４から供給される電流により内部に磁界を発生させ、電動アクチュエータ２０内に配置された可動子５０を電磁力により直線駆動させる。
【００２９】
操作器（駆動エネルギー蓄積部）４から供給される電流量や位相を制御することで、可動子５０に働く推力の大きさや向きを変更できるため、操作器（駆動エネルギー蓄積部）４からの指令により、遮断部の駆動速度や、停止位置を任意に制御できる。
【００３０】
以下、電動アクチュエータ２０の具体的構成について説明する。図３、４、５、６に示すように電動アクチュエータ２０は、第一の磁極３１と、該第一の磁極３１に対向して配置される第二の磁極３２と、第一の磁極と第二の磁極をつなぐ磁性体３３と、第一の磁極及び第二の磁極の内周に設けられる巻線４１と、を二つ組み合わせて構成される固定子３０の内部に、第一の磁極３１および第二の磁極３２に空隙を介して対向する位置に、永久磁石５１及び該永久磁石５１を挟み込んで支持する磁石固定部材５２から構成される可動子５０を配置して構成している。
【００３１】
永久磁石５１はＹ方向（図３中、上下方向）に着磁され、隣り合う磁石毎に交互に着磁されている。磁石固定部材５２は非磁性の材料、例えば、非磁性のステンレス合金、アルミ合金、樹脂材料などが好ましいが、これに限定されるものではない。
【００３２】
アクチュエータ２０には、永久磁石５１と、第一の磁極３１及び第二の磁極３２との間隔を保つため、機械的な部品を取り付ける。例えば、リニアガイド、ローラベアリング、カムフォロア、スラストベアリングなどが好ましいが、永久磁石５１と、第一の磁極３１および第二の磁極３２との間隔が保てれば、これに限定されるものではない。
【００３３】
駆動に際しては、巻線４１に電流を流すことにより、磁界が発生し、固定子３０と永久磁石５１の相対位置に応じた推力を発生することが可能になる。また、固定子３０と永久磁石５１の位置関係と、注入する電流の位相や大きさを制御することにより、推力の大きさ及び方向の調整が可能になる。
【００３４】
図４は上記したアクチュエータ２０の一単位の構成の斜視図を示している。該図に示す様に、第一の磁極３１と、第二の磁極３２と、第一の磁極と第二の磁極をつなぐ磁性体３３と、巻線４１と、で構成された固定子３０に対し、永久磁石５１を有する可動子がＺ方向に相対運動する。複数の永久磁石５１を磁石固定部材等により機械的に連結することにより、連続的にＺ方向の推力が得られ、可動子の開閉動作が可能になる。
【００３５】
図５は、図４の正面図である。図６は、図５において第一の磁極３１、第二の磁極３２及びそれらをつなぐ磁性体３３の関係を理解容易な様に、図５から巻線４１を削除した図である。
【００３６】
図４及び図５から分かる様に、巻線４１は、第一の磁極３１と第二の磁極３２に各々に巻かれ、永久磁石５１を挟み込むように配置される。巻線４１と永久磁石５１が対向して配置されるため、巻線４１で発生した磁束が効率よく永久磁石５１に作用する。よって、アクチュエータを小型軽量化できる。
【００３７】
さらに、第一の磁極３１、第二の磁極３２、第一の磁極と第二の磁極をつなぐ磁性体３３により磁気回路が閉じており、磁気回路の経路を短くすることが可能になる。これにより、大きな推力を発生することが可能になる。また、永久磁石５１の周りが磁性体で覆われているため外部への漏れ磁束を低減でき、周りの機器への影響を低減できる。
【００３８】
本実施例に適用する電動アクチュエータについて図７、８を用いて説明する。本実施例では、三単位のアクチュエータ２０ａ、２０ｂ、２０ｃがＺ方向（可動電極の動作軸方向）に並んで配置されて構成される。本実施例においては、上述の通り、一単位が二つの固定子で構成されていてもよく、三単位の電動アクチュエータはその３倍数個の固定子から構成されてもよい。
【００３９】
三単位のアクチュエータは永久磁石５１に対して電気的に位相がずれた位置に配置されている。本実施例においては、一単位が２つの固定子で構成されており、三単位のアクチュエータは計６つの固定子から成る。
【００４０】
また、アクチュエータ２０ａに対して、アクチュエータ２０ｂは電気的位相が１２０°ずれて配置され、アクチュエータ２０ｃについては電気的位相が２４０°ずれて配置されている。
【００４１】
このアクチュエータ配置において、各アクチュエータの巻線４１に三相交流を流すと三相のリニアモータと同様の動作が実現できる。三単位のアクチュエータを使用することで、各アクチュエータを三つの独立したアクチュエータとして個々に電流を制御して推力を調整することが可能になる。
【００４２】
各アクチュエータにおける巻線には、操作器（駆動エネルギー蓄積部）から各々異なる大きさ又は異なる位相の電流を注入することができる。本実施例では、一つの交流電源から供給されるＵ、Ｖ、Ｗの三相電流を分けて供給する。これにより、複数の電源を具備する必要がなく構成を簡素化できる。
【００４３】
以上に示した本発明の電動リニアモータ操作器を用いることで、ＧＣＢにおける駆動エネルギー蓄積部の配置の自由度が増大する。これにより、従来一体構成が必要であった操作器の駆動エネルギー蓄積部と駆動部を分離して任意の位置に配置することができる。その結果、ＧＣＢの低層化が可能となり、ＧＩＳ全体の全高及び重心高さ低減を実現できる。
【符号の説明】
【００４４】
２・・・ガス遮断器
３・・・操作器（駆動部）
４・・・操作器（駆動エネルギー蓄積部）
５・・・制御電源ケーブル
６・・・主母線
１２・・・タンク
１３・・・絶縁支持スペーサ
１４・・・固定側電極
１５・・・可動側電極
１６・・・可動電極
１７・・・絶縁支持筒
１８・・・絶縁ロッド
２０・・・電動アクチュエータ
２１・・・密封端子
２２・・・操作器ケース
２３・・・ガスシールユニット
３０・・・固定子
３１・・・第一の磁極
３２・・・第二の磁極
３３・・・磁性体    
４１・・・巻線
５０・・・可動子
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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