(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器の内部に該真空容器外部に付設する操作機構により開閉する２つの要素スイッチを封入するとともに前記真空容器内部において各要素スイッチの一方の電極同士を可撓性導体により接続し、樹脂絶縁層により前記真空容器外表面を覆っている電力開閉器において、
一端で絶縁円筒外周端部の角を、他端で金属製真空容器部品外周を被い、前記絶縁円筒外周端部の角を被う側の端部コーナーをこの部分の厚さよりやや小さい半径の円弧をもって丸めている導電性ゴムクッションリングを設け、その外側から前記真空容器外表面とともに前記樹脂絶縁層で覆っていることを特徴とする電力開閉器。
【請求項２】
前記導電性ゴムクッションリングは、前記金属製真空容器部品外周を被う側の端部外周面を突端の厚さがほぼ０となる円錐面状となし、内周面の段部に前記接合部に形成されるろうフィレットの寸法より大きい面取りを施したことを特徴とする請求項１記載の電力開閉器。
【請求項３】
前記導電性ゴムクッションリングは、前記金属製真空容器部品外周を被う側の端部は前記絶縁円筒の軸方向と直交する平面をなし、内周面の段部および前記金属製真空容器部品外周を被う側の内径側端部角部に前記接合部に形成されるろうフィレットの寸法より大きい面取りを施したことを特徴とする請求項１記載の電力開閉器。
【請求項４】
前記要素スイッチの電極と電力開閉器外部とを接続する接続導体を前記樹脂絶縁層の内部において締結手段により連結していることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の電力開閉器。
【請求項５】
前記締結手段はその頭部側断面が円弧状のボルトであることを特徴とする請求項４記載の電力開閉器。
【請求項６】
前記樹脂絶縁層内部の前記接続導体外周に分圧電極を備え、この分圧電極は前記接続導体に固定した絶縁物により位置決めしていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の電力開閉器。
【請求項７】
前記樹脂絶縁層内部に前記接続導体とその一方の電極を接続しその静電容量が前記接続導体に対する極間および相間の浮遊容量より大きい分圧コンデンサを備えていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の電力開閉器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は真空スイッチを用いた電力開閉器に関するもので、さらに詳しくは複数の真空スイッチを一体化した電力開閉器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
母線から受電し各種の負荷機器や他の電気系統に配電するために用いる閉鎖型配電盤は、母線との接続のための母線側導体、負荷への送電ケーブルとの接続のための負荷側導体等の接続導体とともに、母線側導体と負荷側導体とを接離する主回路開閉器、負荷側導体を接地するための接地開閉器、監視制御に必要な制御機器等の内部機器を接地金属製外箱の中に配設している。
特公平７−２８４８８号公報には図６にその構成図を示す閉鎖型配電盤における主要な内部機器である主回路開閉器および接地開閉器を接続導体の一部とともに一体化して機能ユニットとしたリングメイン開閉装置の記載がある。
【０００３】
このリングメイン開閉装置は、絶縁性ガスを封入した容器の内部に主回路開閉器である真空スイッチと接地極をもつ３つの断路器とこれらを接続する接続導体を備え、容器の周壁を貫通する一対のブッシングを介して配電回路網と接続するように構成しており、これを用いてリング状回路網に適用する閉鎖型配電盤の小型化を図っている。
【０００４】
ところが以上のようなリングメイン開閉装置は、真空スイッチは主回路の開閉のみを行い３つの断路器が配電回路網との切離しと切離した回路導体の接地を行う構成となっており、配電回路網の電圧階級と封入する絶縁性ガスとその圧力によって必要な絶縁距離が規定され、また各構成要素の接続関係によってそれぞれの配置が自ずから決まるため容器の小型化に制限が生じ、さらには回路が容器内部で短絡した場合、封入した絶縁性ガスが高温・高圧となる可能性があるため、容器は絶縁性ガスの圧力上昇に耐えかつこの内部圧力を開放するための圧力開放機構を設ける必要があり、構造が複雑でコストが上昇するという問題がある。
【０００５】
以上のような問題点を解決するため、本願発明者は先に特願平１１−９５５８３号で主回路開閉部、接地開閉部、および夫々の負荷側電極を電気的に接続する可撓性導体を真空容器内に収容した複合真空スイッチを形成し、この複合真空スイッチの１回路３相分を絶縁性樹脂の注形により一体化して上述のリングメイン開閉装置と同等の機能を備えた電力開閉器を提案している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した電力開閉器を構成している複合真空スイッチは、セラミック等を用いた絶縁円筒の端面にろう付けにより金属製の真空容器部品を接合して形成した真空容器中に主回路開閉部と接地開閉部とを封入したものである。真空容器の接合部は絶縁円筒の端面にメタライジングにより金属層を形成してこの金属層と金属製真空容器部品をろう付けしたものであるため、真空容器中で最も機械的強度が小さい。複数の複合真空スイッチを一体化している絶縁性樹脂層の硬化収縮による圧縮応力や通電による熱応力によって真空容器の接合部が損傷しないよう種々の対策を講じている。また、真空容器の接合部には絶縁円筒端面のメタライジング金属層とろうフィレット部とでエッジが形成されるため電界集中による放電を防止するための対策も必要である。
この発明は、真空容器の接合部における機械的損傷の防止、電界集中による放電の防止をより合理的に実現することを目的としている。また、生産性を向上させより小型化した電力開閉器の実現を目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明による電力開閉器は、一端で絶縁円筒外周端部の角を、他端で金属製真空容器部品外周を被い、前記絶縁円筒外周端部の角を被う側の端部コーナーをこの部分の厚さよりやや小さい半径の円弧をもって丸めている導電性ゴムクッションリングを設け、その外側から前記真空容器外表面とともに前記樹脂絶縁層で覆ったものである。
【０００８】
また、導電性ゴムクッションリングは、金属製真空容器部品外周を被う側の端部外周面を突端の厚さがほぼ０となる円錐面状となし、内周面の段部に接合部に形成されるろうフィレットの寸法より大きい面取りを施したものである。
【０００９】
また、導電性ゴムクッションリングは、金属製真空容器部品外周を被う側の端部は絶縁円筒の軸方向と直交する平面をなし、内周面の段部および金属製真空容器部品外周を被う側の内径側端部角部に前記接合部に形成されるろうフィレットの寸法より大きい面取りを施したものである。
【００１０】
また、要素スイッチの電極と電力開閉器外部とを接続する接続導体を樹脂絶縁層の内部において締結手段により連結したものである。
【００１１】
また、締結手段はその頭部側断面が円弧状のボルトとしたものである。
【００１２】
また、樹脂絶縁層内部の接続導体外周に分圧電極を備え、この分圧電極は接続導体に固定した絶縁物により位置決めたものである。
【００１３】
また、樹脂絶縁層内部に接続導体とその一方の電極を接続しその静電容量が接続導体に対する極間および相間の浮遊容量より大きい分圧コンデンサを備えたものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明を適用した電力開閉器を図を用いて説明する。なお、この発明の各実施の形態を示す図面においてはそれぞれ同等もしくは相当する部分に同一の符号を付し説明の重複する部分は省略する。
図１はこの発明の第１の実施形態である電力開閉器の要部断面図であり、この電力開閉器は、主回路開閉部１、接地開閉部２、主回路開閉部１と接地開閉部２とを封入する真空容器３および真空容器３を包み込む外装絶縁体４を主体として構成している。
【００１５】
主回路開閉部１は中間部を絶縁体で連結した第１の可動電極１１と第１の固定電極１２とで構成し、接地開閉部２は第２の可動電極２１と第２の固定電極２２とで構成しており、第１の可動電極１１と第２の固定電極２２の間を可撓性の連携導体１８で接続している。真空容器３は、断面が長円形で主回路開閉部１と接地開閉部２とが平行に貫通する開口３１ａおよび３１ｂを設けた金属製の容器胴部３１、セラミック製の絶縁円筒３２１〜３２３、円筒状封着部材３３１と３３２、底を第１の可動電極１１または第２の可動電極２２または第１の固定電極１２または第２の固定電極２２のいずれかが貫通する開口部を設けたカップ状封着部材３４１〜３４４、円筒状のアークシールド３５、ベローズ３６１と３６２および電界緩和リング３７１と３７２とで構成している。外装絶縁体４はクッションリング４１１〜４１４、樹脂絶縁層４２で構成している。
【００１６】
真空容器３は、容器胴部３１に設けた４つの開口３１ａおよび３１ｂの外側にそれぞれ円筒状封着部材３３１または３３２、絶縁円筒３２１〜３２３のいずれか、カップ状封着部材３４１〜３４４のいずれかをろう付けにより気密に接合して積み重ね、カップ状封着部材３４１または３４２の底面の開口部周縁にベローズ３６１または３６２の一端を、また開口３１ａの周縁とこれと対向するカップ状封着部材３４３の底面に電界緩和リング３７１を、開口３１ｂの周縁とこれと対向するカップ状封着部材３４４の底面に電界緩和リング３７２をそれぞれろう付けにより接合している。なお、絶縁円筒３２２はその内面中央部に段部を備えており、この段部に内周壁面との間に均等な隙間をもたせてアークシールド３５を取付けている。絶縁円筒３２１と３２２の直径は絶縁円筒３２３のそれより大きい。これは第１の可動電極１１はその中央部に絶縁ロッド１１ａとロッドシールド１１ｂを備えており、また絶縁円筒３２２の内面中央部にアークシールド３５を取付けているためである。
【００１７】
容器胴部３１、絶縁円筒３２１と３２２、円筒状封着部材３３１、カップ状封着部材３４１と３４３で形成する内部空間中央に主回路開閉部１を、容器胴部３１、絶縁円筒３２３、円筒状封着部材３３２、カップ状封着部材３４２と３４４で形成する内部空間中央に接地開閉部２を取付け両者を連携導体１８で接続し、第１の可動電極１１とベローズ３６１の他端を、第２の可動電極２１とベローズ３６２の他端を、第１の固定電極１２とカップ状封着部材３４３の底部開口周縁を、第２の固定電極２２とカップ状封着部材３４４の底部開口周縁をそれぞれろう付けにより気密に接合し封止している。セラミック製の絶縁円筒３２１〜３２３とこれに接合する金属製の各部材との熱膨張率の相違によるろう付けによる接合部の残留応力を低減するため金属製の各部材についてその材質および形状に工夫を要することは従来の真空スイッチの場合と同一である。
【００１８】
円筒状封着部材３３１または３３２の外周から絶縁円筒３２１〜３２３の接合部近傍にかけて一体的に、また絶縁円筒３２１とカップ状封着部材３４１の接合部近傍に、また絶縁円筒３２１〜３２３とカップ状封着部材３４１〜３４４の接合部近傍にそれぞれクッションリング４１１〜４１４を被せ、カップ状封着部材３４１と３４２の底側端部および第１の固定電極１２および第２の固定電極２２の回路接続側端部を除く真空容器３および固定電極１２および２２の外表面とクッションリング４１１〜４１４の外表面は樹脂絶縁層４２で覆っている。
【００１９】
クッションリング４１１〜４１４は導電性ゴムを圧縮成形法等により成形したもので、成形した状態でのその内直径は真空容器３に嵌め合わせる部分の外形寸法より若干小さくなっている。その断面形状を図２に示す。
【００２０】
図２（ａ）はクッションリング４１１と４１２の断面形状を示しており、Ｘ１部分が絶縁円筒３２１〜３２３の端部を被い、Ｙ１部分がカップ状封着部材３４１〜３４４の外周面端部を被う。Ｘ１部分の外径側コーナーにはこの部分の厚さより小さい半径の丸みをもたせ真空容器３へ装着した状態においてこの部分での電界緩和を図っている。また、Ｙ１部分の外径側は円錐面としておりその端部で肉厚をほぼ０としている。また、内径側でＸ１部分に隣接する角部には絶縁円筒３２１〜３２３とカップ状封着部材３４１〜３４４の接合部に形成されるろうフィレットとの干渉を避けるための面取りを施している。
【００２１】
図２（ｂ）はクッションリング４１３と４１４の断面形状を示しており、Ｘ２部分が絶縁円筒３２１〜３２３の端部を被い、Ｙ２部分が円筒状封着部材３３１または３３２の外周面を被う。また、容器胴部３１に接する端面をＺで示している。Ｘ２部分の外径側コーナーにはこの部分の厚さより小さな半径の丸みをもたせ真空容器３へ装着した状態においてこの部分での電界緩和を図っている。Ｙ２部分の内径側でＸ２部分に隣接する角部と端面Ｚ側の角部には絶縁円筒３２１〜３２３と円筒状封着部材３３１または３３２の接合部および容器胴部３１と円筒状封着部材３３１または３３２の接合部に形成されるろうフィレットとの干渉を避けるための面取りを施している。Ｚ面は容器胴部３１に密着するよう平面になっている。
【００２２】
クッションリング４１１〜４１４は、真空容器３の絶縁円筒３２１〜３２３の端部に形成するメタライズ層外周縁あるいは他の部材との接合部に形成されるろうフィレットの外周縁部分での電界集中を緩和させる。なお、樹脂絶縁層４３を注形法等により形成するときのろうフィレット部への樹脂のしみ込みを防止するとともに、樹脂絶縁層４３の収縮応力および運転時の温度変化による熱応力を緩和する作用をもつ。
【００２３】
真空容器３に主回路開閉部１と接地開閉部２を組み込み、さらにクッションリング４１１〜４１４を上述のように取付け、これを所定の金型に固定し注形法によりエポキシ樹脂の樹脂絶縁層４２を形成する。
【００２４】
以上のように構成した電力開閉器は、真空容器３の内部に設けた２つの要素スイッチによって主回路開閉部１と接地開閉部２を構成し、真空容器３の絶縁円筒と各金属製封止部品との接合部外周にクッションリングを取付け端子部および可動電極の封着部近傍を除く外表面を外装絶縁体４で包囲しているため、真空容器３の接合部強度の低下がなく、また各荷電部分の間に必要な絶縁距離を削減でき、従来のリングメイン開閉装置と同等の機能を小さな占有容積の中で実現できる。さらに、万一電力開閉器内部で短絡が発生しても当該部分は真空のため、電力開閉器の取付部分における圧力上昇がなく高い安全性を備えた電力開閉装置の構成が容易で、経済的な効果が大きい。
【００２５】
以上の説明では、電力開閉器を一対の主回路開閉部と接地開閉部からなる１相分の要素スイッチをもつものとしたが、これを３相分一体化した電力開閉器としてもよい。
【００２６】
図３は図１で示す電力開閉器の変形例に関する要部断面図であり、図１に示す電力開閉器とは次の点で異なっている。
容器胴部３に設けた主回路開閉部１側の２つの開口部のうち第１の固定電極１２側の開口３１ｃがアークシールド３５の大きさと同一になっており、この開口３１ｃの周縁にアークシールド３５の一端をろう付けにより接合している。絶縁円筒３２２はその一方の端部近傍で直径を徐々に減じ端部で絶縁円筒３２３と同一寸法としている。
【００２７】
以上のように構成したので、主回路開閉部１側の固定電極１２と接合するカップ状封着部材が接地開閉部２側の固定電極２２と接合するカップ状封着部材と共用できるため封着部材の種類数を削減できる。
【００２８】
実施の形態２．
図４はこの発明の第２の実施形態である複合真空スイッチの固定電極引出し部の部分断面図である。
第１の固定電極１２は樹脂絶縁層４２内部で終端しており、連結導体５１を介して母線側接続端子５２に接続している。また、第２の固定電極２２も樹脂絶縁層４２内部で終端しており、連結導体５３を介して負荷側接続端子５４に接続している。樹脂絶縁層４２内部で負荷側接続端子５４の外周には電圧検出用として用いる円筒状の分圧用電極５５を支持絶縁物５６を介して負荷側接続端子５４と同心に配置している。
第１の固定電極１２と連結導体５１と母線側接続端子５２の連結、第２の固定電極２２と連結導体５３と負荷側接続端子５４の連結はいずれも頭部をその側断面が円弧状のボルト６０を用いて締結している。
【００２９】
以上のように構成したので、真空容器と主回路開閉部と接地開閉部とで一体化した状態で樹脂絶縁層形成用の金型に固定するとき、各ろう付け部分の許容応力によって決まる各可動電極および各固定電極の位置関係に許される相対的な寸法誤差に余裕が生じる。これは、固定電極１２と連結導体５１と母線側接続端子５２の連結部、固定電極２２と連結導体５３と負荷側接続端子５４の連結部で寸法調整ができるからである。例えば、各連結部に適宜調整代を与えておき、金型に対応する組立治具上で連結導体５１と母線側接続端子５２の連結、第２の固定電極２２と連結導体５３と負荷側接続端子５４の連結を行えばよい。
【００３０】
このような構成によって生産性が向上し製造コストを低減できる。また、導体接続部近傍の電界を緩和できるため、樹脂絶縁層４２の当該部分における厚さを小さくでき電力開閉器を小形化できる。
また、分圧用電極５５の金型への位置決めは負荷側接続端子５４の位置によって決まるため金型から位置決めする必要がなく作業性が改善できる。また分圧用電極５５を負荷側接続端子５４の任意の位置に取付できるため、樹脂絶縁層４２１内部の電位分布を最適化することが容易で小形化に寄与する。
【００３１】
以上の説明では、分圧用電極を負荷側接続端子の周囲の設けるものとしたが、図５のように連結導体５３から接続線５５を介してコンデンサ６を接続しモールド外部にコンデンサ端子６１を設ける構造としてもよい。
コンデンサ６の容量を極間の浮遊容量や相間の浮遊容量より大きくすれば、母線側や隣接する相が充電中でも電圧検知が可能である。
【００３２】
【発明の効果】
この発明による電力開閉器は、真空容器の絶縁円筒と金属製真空容器部品の接合部近傍を導電性ゴムのクションリングで被いその外側から前記真空容器外表面とともに樹脂絶縁層を覆い、導電性ゴムクッションリングはその一端で絶縁円筒外周端部の角を、他端で金属製真空容器部品外周を被うとともに、絶縁円筒外周端部の角を被う側の端部コーナーをこの部分の厚さよりやや小さい半径の円弧をもって丸めたので、絶縁円筒端部の角の外径側コーナー部分の電界集中を緩和させ、かつ、接合部に形成されるろうフィレットの外周縁部分での電界集中を緩和させる。また、樹脂絶縁層を注形法等により形成するときのろうフィレット部への樹脂のしみ込みを防止し、樹脂絶縁層の収縮応力および運転時の温度変化による熱応力を緩和する。
【００３３】
また、導電性ゴムクッションリングは、金属製真空容器部品外周を被う側の端部外周面を突端の厚さがほぼ０となる円錐面状となし、内周面の段部に接合部に形成されるろうフィレットの寸法より大きい面取りを施したので、接合部に形成されるろうフィレットの外周縁部分での電界集中をより確実に緩和させる。
【００３４】
また、導電性ゴムクッションリングは、金属製真空容器部品外周を被う側の端部は絶縁円筒の軸方向と直交する平面をなし、内周面の段部および金属製真空容器部品外周を被う側の内径側端部角部に前記接合部に形成されるろうフィレットの寸法より大きい面取りを施したので、接合部に形成されるろうフィレットの外周縁部分での電界集中をより確実に緩和させる。
【００３５】
また、要素スイッチの電極と電力開閉器外部とを接続する接続導体を樹脂絶縁層の内部において締結手段により連結したので、生産性が向上し製造コストを低減できる。
【００３６】
また、締結手段はその頭部側断面が円弧状のボルトとしたので、導体接続部近傍の電界が緩和し樹脂絶縁層の当該部分における厚さを小さくでき電力開閉器を小形化できる。
【００３７】
また、樹脂絶縁層内部の接続導体外周に分圧電極を備え、この分圧電極は接続導体に固定した絶縁物により位置決めたので、分圧用電極を金型で位置決めする必要がなく作業性が改善でる。さらに分圧用電極を接続導体の任意の位置に取付できるため、樹脂絶縁層内部の電位分布を最適化することが容易で電力開閉器を小形化できる。
【００３８】
また、樹脂絶縁層内部に接続導体とその一方の電極を接続しその静電容量が接続導体に対する極間および相間の浮遊容量より大きい分圧コンデンサを備えたので、母線側や隣接する相が充電中でも電圧検知が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明による電力開閉器の第１の実施形態を示す要部断面図である。
【図２】  この発明による電力開閉器に用いるクッションリングの断面図である。
【図３】  図１に示す電力開閉器の変形例を示す要部断面図である。
【図４】  この発明による電力開閉器の第２の実施形態を示す要部断面図である。
【図５】  図４に示す電力開閉器の変形例を示す要部断面図である。
【図６】  従来のリングメイン開閉装置の構成図である。
【符号の説明】
１‥主回路開閉部、２‥接地開閉部、３‥真空容器３、４‥外装絶縁体
３２１〜３２３‥絶縁円筒、３３１と３３２‥円筒状封着部材
３４１〜３４４‥カップ状封着部材、４１１〜４１４‥クッションリング
４２‥樹脂絶縁層
【図１】
0003758435.tif 000002
【図２】
0003758435.tif 000003
【図３】
0003758435.tif 000004
【図４】
0003758435.tif 000005
【図５】
0003758435.tif 000006
【図６】
0003758435.tif 000007