(57)【要約】【課題】高電圧用の開閉器に要求される遮断責務（近距離線路故障（ＳＬＦ）電流の遮断と端子短絡故障（ＢＴＦ）電流の遮断）を達成しかつ遮断時間の短い開閉器を提供する。【解決手段】開閉器は圧力容器、通電路、第１接点機構部、第２接点機構部を備える。圧力容器は筒状であり、両縁の開口部を第１側壁および第２側壁で閉鎖し、内部を絶縁スペーサで第１の圧力室および第２の圧力室に区切り、各圧力室に絶縁ガスを密入したものである。通電路は第１圧力室および第２圧力室を通じて外部へ抜けるように配置されている。第１接点機構部は第１圧力室内に配置した真空容器に収容した第１接点を開閉する軸を導入する真空容器の部位の気密性を保持するために軸と摺動自在なシール部材を真空容器に設けている。真空容器は軸を導入する真空容器の部位を圧力容器の第１側壁の一部とするよう配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状であり、両縁の開口部を第１側壁および第２側壁で閉鎖し、内部を絶縁スペーサで第１の圧力室および第２の圧力室に区切り、各圧力室に絶縁ガスを密入した圧力容器と、
前記第１圧力室および前記第２圧力室を通じて外部へ抜けるように配置された通電路と、
前記第１圧力室において前記通電路を接続／遮断するために、前記第１圧力室内に配置した真空容器に収容した第１接点を開閉する軸を導入する前記真空容器の部位の気密性を保持するために前記軸と摺動自在なシール部材を前記真空容器内に設けた第１接点機構部と、
前記第２圧力室において前記通電路を接続／遮断するための第２接点を有する第２接点機構部とを備え、
前記軸を導入する前記真空容器の部位を前記圧力容器の前記第１側壁の一部とするよう前記真空容器を配置した開閉器。
【請求項２】
前記第１接点を含む前記真空容器が真空バルブである請求項１記載の開閉器。
【請求項３】
前記シール部材が真空用フレキシブルチューブである請求項１記載の開閉器。
【請求項４】
筒状であり、両縁の開口部を第１側壁および第２側壁で閉鎖し、内部を絶縁スペーサで第１の圧力室および第２の圧力室に区切り、各圧力室に絶縁ガスを密入した圧力容器と、
前記第１圧力室および前記第２圧力室を通じて外部へ抜けるように配置された通電路と、
前記第１圧力室に配置され、前記通電路を接続／遮断するために並列に接続された２つの真空接点と、
前記第２圧力室に配置され、前記通電路を接続／遮断するために前記真空接点と直列に接続されたガス接点と、
並列に接続された前記２つの真空接点のうち一方の真空接点と前記ガス接点とを閉極し他方の真空接点を開極した通電状態から遮断状態に移行する際に、前記一方の真空接点を開極し、前記ガス接点を開極し、前記他方の真空接点を閉極する制御装置と
を備える開閉器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の接点を有する多点切りの開閉器に関する。
【背景技術】
【０００２】
事故電流の遮断責務を持つ高電圧用の開閉器には、小電流から大電流までを確実に遮断できることが要求される。特に大電流に関しては、以下の二つの遮断責務を満足しなければならないとされている。
【０００３】
一つの遮断責務はアーク消孤直後において接点極間に発生する電圧（過渡回復電圧）の絶対値が低く、瞬間的な上昇率が大きい近距離線路故障（ＳＬＦ）電流を遮断することであり、他の一つは過渡回復電圧の上昇が緩やかな反面、絶対値が大きい端子短絡故障（ＢＴＦ）電流を遮断することである。
【０００４】
近年では、絶縁性ガスとしてＳＦ６ガスを封入した圧力容器の中に一つの遮断部を収納し、遮断動作時には接点間にこの絶縁性ガスを吹き付けてアークを消孤する方式の、ガス吹付形（パッファ形）の開閉器が広く採用されている。この方式では、単一の遮断部ですべての遮断責務を達成する必要がある。
【０００５】
また遮断責務それぞれに対して特化した遮断部を連結し、すべての遮断責務を達成する方式の開閉器も開発されている。これは圧力容器の内部空間を分離して、一方にＢＴＦ遮断性能に優れたパッファ形遮断部を、他方にＳＬＦ遮断性能に優れたパッファ形遮断部をそれぞれ収納し、両者を電気的に直列に接続したものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−３４８７２１号公報
【特許文献２】特開２００６−３２１２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１の、遮断責務それぞれに対して特化した遮断部を連結してなる開閉器では、全ての接点の遮断動作および投入動作を一つのアクチュエータ（操作部）で行っており、操作部に大きな負荷がかかる。
【０００８】
また同文献１の技術では、連結された遮断部にはすべてパッファ形が採用されている。パッファ形開閉器は、ばね力や油圧を駆動源とする操作部を用いて接点の電極を運動させ、遮断動作および投入動作を行う。このとき遮断動作時においては、接点に高圧の絶縁性ガスを吹き付けるためガスを圧縮する力が操作部に常にかかることになる。
【０００９】
これに加えて操作部が運動させる重量には、電極だけでなく、ガス流を制御するノズルやガスを圧縮するパッファシリンダも追加されるため、操作部への負荷がさらに大きくなる。したがって所望の時間内に遮断動作を完了するために必要な操作エネルギーは、必然的に大きくなる傾向にある。また操作部の種類やサイズが制限され、操作エネルギーを大きくできない場合には、遮断時間が長くなるといった欠点が存在する。
【００１０】
一方、特許文献２に記載の開閉器は、上記の遮断性能と、極間が「開」となった後の極間の絶縁を確保するための開閉器であり、遮断用の接点と絶縁用の接点を直列に接続して構成することで、それぞれの接点間のギャップ長を短くして、遮断操作に要するエネルギーを少なくし、遮断時間を短くしたものである。
【００１１】
この特許文献２の開閉器は、２つの接点のうちの片方は絶縁ガスを封入した第１接点、もう片方は真空バルブを使用した第２接点であり、それぞれの接点のギャップ長を比較的短く構成できるため、接点の遮断時間を短くすることができる。
【００１２】
しかしながら、この場合、まず電流を遮断するための真空バルブの第２接点が開路し、次いで絶縁を確保するための第１接点が開路し、さらに遮断するための真空バルブの第２接点を再び閉路するという３つの工程を経る必要がある。
【００１３】
これは遮断するための真空バルブの第２接点では開路した後において、接点間に発生する電圧を絶縁する機能を有していないため、再び真空バルブの第２接点を閉路する必要があるためである。
【００１４】
このため遮断性能を確保するための真空バルブに対しては、いったん開路した接点を再閉路する機能を要するため、開路操作と閉路操作との間にタイムラグが生じることになる。現在使用されている操作機構では、このタイムラグに数１０ｍｓ以上の時間を要するため、上記２接点の一連の操作を数ｍｓ以内に完了することが困難となる。
【００１５】
また上記特許文献２の技術では、遮断を確保するための接点を真空バルブで実現しており、このため真空バルブの内外の圧力差がシール部に直接かかってしまう。
【００１６】
現在のシール部の性能では、０．１ＭＰａ以上の圧力差がシール部にかかると真空バルブの内部に周囲のガスが漏れて流入してしまう可能性が高い。
【００１７】
本発明が解決しようとする課題は、高電圧用の開閉器に要求される遮断責務（近距離線路故障（ＳＬＦ）電流の遮断と端子短絡故障（ＢＴＦ）電流の遮断）を達成しかつ遮断時間の短い開閉器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の開閉器は、圧力容器、通電路、第１接点機構部、第２接点機構部を備える。
圧力容器は筒状であり、両縁の開口部を第１側壁および第２側壁で閉鎖し、内部を絶縁スペーサで第１の圧力室および第２の圧力室に区切り、各圧力室に絶縁ガスを密入したものである。通電路は前記第１圧力室および前記第２圧力室を通じて外部へ抜けるように配置されている。第１接点機構部は前記第１圧力室において前記通電路を接続／遮断するために、前記第１圧力室内に配置した真空容器に収容した第１接点を開閉する軸を導入する前記真空容器の部位の気密性を保持するために前記軸と摺動自在なシール部材を前記真空容器内に設けている。第２接点機構部は前記第２圧力室において前記通電路を接続／遮断するための第２接点を有する。前記真空容器は前記軸を導入する前記真空容器の部位を前記圧力容器の前記第１側壁の一部とするよう配置されている。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１実施形態の開閉器の構成を示す図である。
【図２】第２実施形態の開閉器の構成を示す図である。
【図３】第２実施形態の他の例を示す図である。
【図４】第３実施形態の開閉器の構成を示す図である。
【図５】第３実施形態において、第１接点の開放動作を示す図である。
【図６】第３実施形態において、第２接点の開放動作を示す図である。
【図７】第３実施形態において、第３接点の遮断動作を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して、実施形態を詳細に説明する。  
（第１実施形態）
図１は第１実施形態の開閉器の構成を示す図である。図１に示すように、この第１実施形態の開閉器は、圧力容器２、第１接点機構部２０、第２接点機構部３０、第１駆動部としての駆動操作部６０ａ、第２駆動部としての駆動操作部６０ｂを備える。この開閉器は少なくとも２つの接点（第１接点１ａと第２接点１ｂ）を直列に接続した開閉器である。
【００２１】
圧力容器２は、筒状であり、両縁の開口部を第１側壁８ａおよび第２側壁８ｂで閉鎖し、内部を絶縁スペーサ４で第１圧力室４ａおよび第２圧力室４ｂに区切り、各圧力室４ａ，４ｂに絶縁ガス３を密入している。各圧力室４ａ，４ｂの気圧は、例えば０．２〜０．８ＭＰａ程度である。絶縁ガス３としては、例えばＳＦ６を使用している。
【００２２】
第１圧力室４ａは第１側壁８ａと絶縁スペーサ４により仕切られた圧力容器２内の空間である。第１側壁８ａは中央に穴が空いた円盤状またはコーン形の絶縁板である。第２圧力室４ｂは第２側壁８ｂと絶縁スペーサ４により仕切られた圧力容器２内の空間である。第２側壁８ｂは金属製の蓋である。
【００２３】
第２圧力室４ｂには上方に開口が設けられている。開口には絶縁蓋１３が設けられ、開口が塞がれている。絶縁蓋１３には導体２８が貫通して設けられ、導体２８の一端が可動電極６ｂと電気的に接続されている。絶縁スペーサ４には絶縁スペーサ４を貫通するように固定電極５が固定されている。なお絶縁蓋１３は単なる板状のものだけでなく例えば複合碍管または磁器碍管で構成してもよい。
【００２４】
第１接点機構部２０は、第１圧力室４ａ内に設けられた真空バルブ１１ａ、可動電極６ａ、固定電極５の一端（向かって左側）の電極５ａ、金属ベローズ９を有する。第１接点機構部２０は第１圧力室４ａ内を通る通電路を接続／遮断する。
【００２５】
可動電極６ａは、真空バルブ１１ａのケースの側面に設けられた開口に挿通され、その軸が連結部７ａを介して駆動操作部６０ａに接続されており、駆動操作部６０ａにより往復動作する。可動電極６ａは導体２４と電気的に接続されている。
【００２６】
真空バルブ１１ａは、真空容器内に第１接点１ａと金属ベローズ９を有し、真空状態が維持されている。金属ベローズ９は可動電極６ａの軸が真空バルブ１１ａの開口を出入りする動作に追従して伸縮しつつ真空バルブ１１ａ内の気密性（真空状態）を保持する。金属ベローズ９は真空用フレキシブルチューブである。
【００２７】
真空バルブ１１ａの真空容器は、可動電極６ａの軸を導入する真空バルブ１１ａの開口（軸を導入する真空容器の部位）を圧力容器２の第１側壁８ａの一部とするよう配置されている。
【００２８】
この金属ベローズ９は真空バルブ１１ａの開口の内側に配置されており、真空バルブ１１ａの開口と可動電極６ａの軸との摺動部分の気密性を保持するためのシール部材である。第１接点１ａは固定電極５の一端（向かって左側）の電極５ａと可動電極６ａとで構成される。第１接点１ａは真空接点ともいう。
【００２９】
第２接点機構部３０は、第２圧力室４ａ内に設けられた固定電極５の一端（向かって右側）の電極５ｂ、可動電極６ｂを有する。電極５ｂと可動電極６ｂとで第２接点１ｂが構成される。第２接点１ｂは真空バルブ１１ａの第１接点１ａよりも絶縁耐力が大きい接点であり、ガス接点ともいう。第２接点機構部３０は第２圧力室４ｂ内を通る通電路を接続／遮断する。
【００３０】
開閉器では、接点１ａ，１ｂを共に接続した状態（投入状態）であるときは、導体２４から電流が導入され、導入された電流は可動電極６ａ、固定電極５および可動電極６ｂを通じて導体２８より外部へ導出されるように通電路が形成される。すなわち通電路は導体２４から導入された電流が第１圧力室４ａおよび第２圧力室４ｂを通じて外部へ抜けるように配置されている。
【００３１】
この実施形態の開閉器の動作を説明する。  
この実施形態の場合、直列に接続された２つの接点のうち一方の接点（第１接点１ａ）には、絶縁ガス３の吹き付けを利用しなくても良好な遮断性能が得られる真空バルブ１１ａを使用している。
【００３２】
この真空バルブの開口部分に使用されている金属ベローズ９は、通常、真空バルブ１１ａの内部と外部との圧力差が０．１５ＭＰａ程度のガスシール性能を有するものであり、０．１５ＭＰａ以上の圧力差がかかると真空バルブ１１ａ内部に外部のガスが漏れて流入してしまう。
【００３３】
この実施形態の絶縁ガス３が封入されている第１圧力室４ａ内の気圧は、通常０．２〜０．８ＭＰａ程度であり、真空バルブ１１ａのガスシール性能を超えてしまう。
【００３４】
そこで、この第１実施形態では、真空バルブ１１ａの摺動部である開口を含む側壁部分（金属ベローズ９でシールされている部分）を大気中に露出している第１側壁８ａの一部とするように真空バルブ１１ａを配置しているので、真空バルブ１１ａの金属ベローズ９にかかる気圧は大気圧そのものであり、気圧差はなく０．１ＭＰａ以下となる。
【００３５】
したがって、２つの接点１ａ，１ｂのうち一方の接点（第２接点１ｂ）を絶縁耐力の大きいものにし遮断を確実にすると共に、他方の接点（第１接点１ａ）を高速で遮断性能の良好な真空バルブ１１ａを使用して金属ベローズ９でのガスの漏洩による真空バルブ１１ａ内への絶縁ガス３の流入を防ぐことができる。
【００３６】
このようにこの第１実施形態によれば、高電圧用開閉器に要求される遮断責務（近距離線路故障（ＳＬＦ）電流の遮断と端子短絡故障（ＢＴＦ）電流の遮断）を達成でき、かつ絶縁信頼性の高い開閉器を提供することができる。
【００３７】
（第２実施形態）
以下、図２を参照して第２実施形態の開閉装置について説明する。図２は第２実施形態の開閉器の構成を示す図である。なおこの第２実施形態において第１実施形態と同じ構成には同一の符号を付しその説明を省略する。
【００３８】
図２に示すように、この第２実施形態の開閉器は、第１実施形態で説明した第１側壁８ａに代えて、複合碍管１０を使用している。
【００３９】
この第２実施形態では、第１側壁８ａの代わりに複合碍管１０と金属の遮蔽板１２を用いている。複合碍管１０はＦＲＰ（繊維強化プラスチック）樹脂などの素管の周囲にシリコンゴムなどの合成樹脂の層を形成した碍管である。複合碍管１０は軸方向の幅（長さ）を、気中側の絶縁を所定の気中絶縁距離が保てる長さにする。これにより、通電路と気中側の沿面絶縁を良好な状態に維持することができる。
【００４０】
したがってこの第２実施形態によれば、気中側の沿面絶縁を含め、圧力容器２とこの圧力容器内部の第１接点１ａとの間の絶縁を良好な状態に維持することができる。
【００４１】
なおこの例では、第１圧力室４ａ内で所定の気中絶縁距離を保つための手段として、複合碍管１０を用いたが、この他、図１に示した第１側壁８ａを例えば図３に示すようなコーン形または円錐形などの磁器碍管１４として、気中絶縁距離をとるようにしてもよい。
【００４２】
（第３実施形態）
以下、図４乃至図７を参照して第３実施形態の開閉装置について説明する。図４は第３実施形態の開閉器の構成を示す図である。なおこの第３実施形態において第１実施形態および第２実施形態と同じ構成には同一の符号を付しその説明を省略する。
【００４３】
図４に示すように、この第３実施形態の開閉器は、絶縁スペーサ４に固定された３つの電極５ａ，５ｂ，５ｃを有する固定電極５１と、第１圧力室４ａ内に並列に配置および接続された複数の真空バルブ（真空バルブ１１ａ，１１ｃ）と、真空バルブ１１ａの第１接点１ａを、連結部７ａを介して開閉する駆動操作部６０ａと、真空バルブ１１ｃの第３接点１ｃを、連結部７ｃを介して開閉する駆動操作部６０ｃと、第２接点１ｂ（ガス接点）を、連結部７ｂを介して開閉する駆動操作部６０ｂと、これら駆動操作部６０ａ，６０ｂ，６０ｃをそれぞれ制御する制御装置４０と、導体２４ａ，２４ｃとを備える。
【００４４】
図４に示す開閉器の状態は、並列に接続された２つの真空接点（第１接点１ａ、第３接点１ｃ）のうち一方の真空接点（第１接点１ａ）とガス接点（第２接点１ｂ）とを閉極し他方の真空接点（第３接点１ｃ）を開極した通電状態を示している。
【００４５】
この第３実施形態の開閉器は、真空バルブ１１ａの第１接点１ａと真空バルブ１１ｃの第３接点１ｃとを固定電極５１を二股に分岐させて電気的に並列に接続し、第１接点１ａおよび第３接点１ｃと第２接点１ｂ（ガス接点）とを直列に接続したものである。
【００４６】
導体２４ａと導体２４ｃとは図に入っていない先の方で接続されている。真空バルブ１１ａには金属ベローズ９ａが設けられている。真空バルブ１１ｃには金属ベローズ９ｃと可動電極６ｃが設けられている。
【００４７】
制御装置４０は事故信号を検出すると各駆動操作部６０ａ，６０ｂ，６０ｃを制御して対応する接点１ａ，１ｂ，１ｃを開閉動作させて通電路を遮断する。
【００４８】
続いてこの第３実施形態の開閉器の動作を説明する。なお動作を説明するにあたり、説明を分かり易くするために、図５〜図７は図面を簡素化しているが、構成はすべて図４とのものと同じである。
この第３実施形態の場合、通常運転時、つまり通電状態では、図４に示すように、第１圧力室４ａに設けた並列に接続されている一方の真空バルブ１１ａの第１接点１ａを「閉」状態とし、もう一方の真空バルブ１１ｃの第３接点１ｃを「開」状態とする。また第２圧力室４ｂの絶縁機能を有する第２接点１ｂを「閉」状態とする。
【００４９】
このとき制御装置４０が事故信号を検出すると、制御装置は以下のように駆動操作部６０ａ〜６０ｃを制御して各接点を以下のように順に動作させる。
【００５０】
まず制御装置４０は駆動操作部６０ａを制御して、図５に示すように、連結部７ａ（電極６ａ）を矢印Ａの方向に引き込み、「閉」状態であった真空バルブ１１ａの第１接点１ａを開極して電流を遮断する。
【００５１】
次いで、制御装置４０は第１接点１ａの開極とほぼ同時に、駆動操作部６０ｂを制御して、図６に示すように、連結部７ｂ（電極６ｂ）を矢印Ｂの方向に引き込み、絶縁耐力の大きい第２接点１ｂを開極する。
【００５２】
さらに、制御装置４０は第１接点１ａの開極に連続して（第２接点１ｂの開極とほぼ同時に）、駆動操作部６０ｃを制御して、図７に示すように、連結部７ｃ（電極６ｃ）を矢印Ｃの方向に押し出し、「開」状態であった真空バルブ１１ｃの第３接点１ｃを閉極して各真空バルブ１１ａ，１１ｃの接点間の電圧をゼロとする。
【００５３】
上記のような真空バルブの開極動作と閉極動作を別々の真空バルブ１１ａ，１１ｃで実施することで、真空バルブを１接点で構成した場合の、真空バルブ開極動作から閉極動作に連続動作させたときに発生するタイムラグをなくすことができる。
【００５４】
このようにこの第３実施形態によれば、第１圧力室４ａに複数の真空バルブ１１ａ，１１ｃを並列に接続して配置し、開極動作と閉極動作を別々に行うことで、開閉器全体としての遮断時間を例えば数ｍｓ程度に短縮することができる。
【００５５】
すなわち上述した実施形態によれば、高電圧用の開閉器に要求される遮断責務（近距離線路故障（ＳＬＦ）電流の遮断と端子短絡故障（ＢＴＦ）電流の遮断）を達成しかつ遮断時間の短い開閉器を提供することができる。
【００５６】
なお、上記実施形態では、２つの真空バルブ１１ａ，１１ｃのうち、真空バルブ１１ａを開極動作、真空バルブ１１ｃを閉極動作させるようにしたが、逆であってもよい。
【００５７】
また、上記実施形態では、第１圧力室４ａに真空バルブ１１ａの第１接点１ａ（真空接点）を配置し、第２圧力室４ｂに絶縁性能の高い接点１ｂ（ガス接点）を配置したが、これらの接点は直列に接続されるのであれば、配置が逆であってもよい。また複数構成であってもよい。
【００５８】
本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、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。
【符号の説明】
【００５９】
１ａ，１ｂ，１ｃ…接点、２…圧力容器、３…絶縁ガス、４…絶縁スペーサ、４ａ…第１圧力室、４ｂ…第２圧力室、５…固定電極、５ａ，５ｂ，５ｃ…電極、６ａ，６ｂ，６ｃ…可動電極、７ａ，７ｂ，７ｃ…連結部、８ａ，８ｂ…側壁、９，９ａ，９ｃ…金属ベローズ、１０…複合碍管、１１ａ，１１ｃ…真空バルブ、１２…遮蔽板、１３…絶縁蓋、１４…磁器碍管、２０…第１接点機構部、２４，２４ａ，２４ｃ，２８…導体、３０…第２接点機構部、４０…制御装置、５１…固定電極、６０ａ，６０ｂ，６０ｃ…駆動操作部。
【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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