JP5444424B2 - 真空インタラプタの動力伝達装置及びそれを備えた真空遮断器 - Google Patents

Description

本発明は、真空回路遮断器に適用される真空インタラプタの動力伝達装置及びそれを備えた真空遮断器に関する。

一般に、真空インタラプタは、電力系統で負荷電流又は事故電流を遮断するための真空回路遮断器、真空開閉器、真空コンタクタなどに適用される中核消弧装置である。電力輸送の制御及び電力系統の保護の役割を果たす真空回路遮断器は、遮断容量が大きく、信頼性と安全性が高く、狭い空間に設置できるなど、多くの利点があり、中間電圧から高電圧までその適用範囲が拡大している。また、産業設備の大型化につれて、遮断器の遮断容量もそれに比例して大容量化する傾向にある。

特別高圧真空インタラプタは、低高圧真空インタラプタに比べて、トリップ状態（開路状態）において固定電極と可動電極との間隔が非常に大きく、投入速度も非常に速いため、投入時に電極に加わる衝撃量が非常に大きい。その投入時の衝撃は固定電極と可動電極の変形を招き、その変形は真空インタラプタの性能を低下させる。これに鑑みて全体の投入速度を下げると、投入時間が長くなり、投入時に真空絶縁破壊の時点で発生するプレアークの発生時間が長くなる。プレアークの発生時間が長くなると真空遮断器の性能に悪影響を及ぼすので、全体の投入時間は一定に維持されるようにしなければならない。

図６は従来の真空インタラプタを示す縦断面図である。

図６に示すように、従来の真空インタラプタは、絶縁容器１が固定側フランジ２と可動側フランジ３とにより密封され、絶縁容器１の内部には内部シールド６が固定され、内部シールド６の内部には固定電極４と可動電極５とが接離可能に対向するように収容され、固定電極４の固定軸４ａは固定側フランジ２に固定結合されて外部と接続され、可動電極５の可動軸５ａは可動側フランジ３に摺動可能に結合されて絶縁容器１の外部に設けられた操作器（符号なし）とリンク及びジョイントにより接続されている。これにより、操作器の出力部の運動と可動軸の運動とは比例的に一致するようになっている。

そして、可動電極５の可動軸５ａにはベローズシールド７が固定結合され、ベローズシールド７と可動側フランジ３との間にはベローズ８が備えられており、可動電極５及び可動軸５ａが絶縁容器１の内部に密封された状態で移動可能に設けられている。

このような従来の真空インタラプタにおいては、事故電流が発生すると、操作器により、可動電極５が固定電極４から離れる方向に移動して固定電極４から分離され、従って、事故電流が遮断される。

次に、事故電流が除去されると、操作器の復元力により、可動電極５が投入方向に（すなわち、固定電極４に向かって）等速度で移動して固定電極４に接触し、従って、投入が行われる。

しかし、このような従来の真空インタラプタにおいては、操作器に備えられた圧縮スプリングの蓄積されたエネルギが可動電極にそのまま反映されることにより、投入時に可動電極が等速度を維持して移動するので固定電極との接触速度が過度に高くなり、従って、可動電極と固定電極との間の衝撃力が増加し、可動電極や固定電極、絶縁容器などの部品が損傷するという問題があった。

そこで、本発明は、変速（減速）投入装置を用いて、投入時に可動電極と固定電極との間での衝突速度の減速を可能にすると共に、プレアーク地域を迅速に通過させてプレアーク時間の短縮を可能にする真空インタラプタの動力伝達装置及びそれを備えた真空遮断器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、真空インタラプタの可動電極を操作するための操作器に結合される駆動リンクと、前記真空インタラプタの可動電極に結合される従動リンクと、前記駆動リンクと前記従動リンクとを連結し、複数のリンクが折畳により前記駆動リンクと前記従動リンクとの間隔を変化させるように結合される折畳リンクと、前記折畳リンクに直交する方向に結合されるカムと、前記カムが摺動可能に結合されるようにガイド凹部が備えられ、前記カムの経路を変化させて前記折畳リンクが選択的に折り畳まれるようにすることで前記駆動リンクと前記従動リンクとの間隔を変化させるようにガイドするカムガイドとを含む、真空インタラプタの動力伝達装置を提供する。

前記折畳リンクは、前記駆動リンクの端部に回動可能に結合される第１折畳リンクと、一端が前記第１折畳リンクに回動可能に結合され、他端が前記従動リンクの端部に回動可能に結合される第２折畳リンクとからなるようにしてもよい。

また、前記第１折畳リンクと前記第２折畳リンクが結合される部位に前記カムが結合されるようにしてもよい。

また、前記ガイド凹部は、前記可動電極と平行に形成される第１凹部と、前記第１凹部の前記可動電極側端部から前記可動電極に向かって広がるように曲面又は傾斜面で形成される第２凹部と、前記第２凹部の前記可動電極側端部から前記第１凹部の前記操作器側端部に向かって曲面又は傾斜面で形成される第３凹部とからなるようにしてもよい。

また、前記第１凹部、前記第２凹部、及び前記第３凹部の間には、前記カムが前記各凹部に沿って移動できるようにガイドする突起部が形成されるようにしてもよい。

また、前記第１凹部と前記第２凹部が接する地点は、前記真空インタラプタが投入される際に前記可動電極と固定電極との間で発生するプレアークが始まる地点、又は前記プレアークが始まる地点の前後近傍に形成されるようにしてもよい。

また、前記第２凹部と前記第３凹部が接する地点は、前記可動電極が固定電極に接触する時点と同一であるか、又は少なくとも接触する時点以降まで形成されるようにしてもよい。

また、前記駆動リンクと前記従動リンクとの間には、引張型弾性部材がさらに備えられるようにしてもよい。

そして、本発明は、操作器と、前記操作器に結合されて直線運動する可動電極、及び前記可動電極が選択的に接離する固定電極を有する真空インタラプタと、前記操作器と前記真空インタラプタとの間に備えられ、前記操作器と前記可動電極との間隔を変化させる動力伝達装置とを含む、真空遮断器を提供する。

本発明による真空インタラプタの動力伝達装置及びそれを備えた真空遮断器においては、操作器と真空インタラプタの可動電極との間で複数のリンクが折り畳まれて操作器と可動電極との間隔を変化させることにより、真空インタラプタが投入状態に切り替えられる際に可動電極と固定電極との衝撃量を低減することができる。これにより、可動電極の投入時にプレアーク地域での全通過時間が短縮され、電極の焼損を防止することができる。

本発明による真空インタラプタと動力伝達装置を示す縦断面図である。 図１の動力伝達装置を示す斜視図である。 図１の真空インタラプタと動力伝達装置の動作状態を示す縦断面図である。 図１の真空インタラプタと動力伝達装置の動作状態を示す縦断面図である。 本発明による真空インタラプタの動力伝達装置によるプレアーク低減効果を説明するためのグラフである。 従来の真空インタラプタを示す縦断面図である。

以下、本発明による真空インタラプタの動力伝達装置及びそれを備えた真空遮断器を添付図面に示す一実施形態に基づいて詳細に説明する。

図１は本発明による真空インタラプタと動力伝達装置を示す縦断面図であり、図２は図１の動力伝達装置を示す斜視図であり、図３及び図４は図１の真空インタラプタと動力伝達装置の動作状態を示す縦断面図である。

図１及び図２に示すように、本実施形態による真空遮断器は、操作器と真空インタラプタとの間に備えられ、操作器の駆動方向によって操作器と真空インタラプタの可動電極との間隔を変化させる、真空インタラプタの動力伝達装置（以下、動力伝達装置と略称する）を含む。

動力伝達装置は、操作器に結合される駆動リンク１０と、真空インタラプタの可動電極５に結合される従動リンク２０と、駆動リンク１０と従動リンク２０とを連結する第１折畳リンク３１及び第２折畳リンク３５と、第１折畳リンク３１及び第２折畳リンク３５の中間に直交する方向にそれぞれ結合される第１カム４１及び第２カム４５と、第１カム４１及び第２カム４５が摺動可能に結合される第１カムガイド５１及び第２カムガイド５５と、駆動リンク１０と従動リンク２０との間に結合される弾性部材６０とを含む。

駆動リンク１０は、所定の直径を有する棒状に形成される。駆動リンク１０の一端は、操作器の軸部に結合され、駆動リンク１０の他端は、従動リンク２０に対向するように操作器の軸部と一直線上に配置される。

従動リンク２０は、駆動リンク１０と同様に、所定の直径を有する棒状に形成される。従動リンク２０の一端は、真空インタラプタの可動電極５に結合され、従動リンク２０の他端は、駆動リンク１０に対向するように可動電極５と一直線上に配置される。

第１折畳リンク３１は、駆動リンク１０の他端に回動可能に結合される上側第１折畳リンク３２及び下側第１折畳リンク３３からなり、第２折畳リンク３５は、一端が上側第１折畳リンク３２及び下側第１折畳リンク３３にそれぞれ回動可能に結合され、他端が従動リンク２０に回動可能に結合される上側第２折畳リンク３６及び下側第２折畳リンク３７からなる。

第１カム４１及び第２カム４５は、所定の直径と長さを有する丸棒状に形成される。第１カム４１は、上側第１折畳リンク３２と上側第２折畳リンク３６とが連結される地点に結合され、第２カム４５は、下側第１折畳リンク３３と下側第２折畳リンク３７とが連結される地点に結合される。つまり、上側第１折畳リンク３２と上側第２折畳リンク３６とは第１カム４１を中心に回動可能に結合され、下側第１折畳リンク３３と下側第２折畳リンク３７とは第２カム４５を中心に回動可能に結合される。そして、第１カム４１は、上側第１折畳リンク３２と上側第２折畳リンク３６とを結合する第１カムピン４２と、第１カムピン４２の両端に備えられ、後述する第１カムガイド５１の上側ガイド凹部５２及び後述する第２カムガイド５５の上側ガイド凹部５６に摺動可能に結合される第１カムローラ４３とからなる。同様に、第２カム４５は、下側第１折畳リンク３３と下側第２折畳リンク３７とを結合する第２カムピン４６と、第２カムピン４６の両端に備えられ、後述する第１カムガイド５１の下側ガイド凹部５３及び後述する第２カムガイド５５の下側ガイド凹部５７に摺動可能に結合される第２カムローラ４７とからなる。

第１カムガイド５１及び第２カムガイド５５は、所定の厚さを有する板体で形成され、第１カム４１及び第２カム４５の両側に所定の間隔をおいて固定設置される。そして、第１カムガイド５１の一側面、詳しくは、第１カム４１及び第２カム４５に対向する面には、第１カム４１及び第２カム４５が摺動可能に挿入される上側ガイド凹部５２及び下側ガイド凹部５３がそれぞれ形成される。同様に、第２カムガイド５５の一側面、詳しくは、第１カム４１及び第２カム４５に対向する面には、第１カム４１及び第２カム４５が摺動可能に挿入される上側ガイド凹部５６及び下側ガイド凹部５７がそれぞれ形成される。

上側ガイド凹部５２は、可動電極５と平行に形成される上側第１凹部５２１と、上側第１凹部５２１の真空インタラプタ（又は、可動電極５）側端部から半径方向と真空インタラプタ方向の略中間方向（すなわち、可動電極５に向かって広がる方向）に曲面又は傾斜面で形成される上側第２凹部５２２と、上側第２凹部５２２の端部から操作器に向かって狭まる方向に曲面又は傾斜面で形成される上側第３凹部５２３とからなる。同様に、上側ガイド凹部５６は、可動電極５と平行に形成される上側第１凹部５６１と、上側第１凹部５６１の真空インタラプタ（又は、可動電極５）側端部から半径方向と真空インタラプタ方向の略中間方向（すなわち、可動電極５に向かって広がる方向）に曲面又は傾斜面で形成される上側第２凹部５６２と、上側第２凹部５６２の端部から操作器に向かって狭まる方向に曲面又は傾斜面で形成される上側第３凹部５６３とからなる。また、上側第１凹部５２１、上側第２凹部５２２、及び上側第３凹部５２３の間には、第１カム４１が各凹部に沿って円滑に移動できるように、上側突起部５２４が形成され、上側第１凹部５６１、上側第２凹部５６２、及び上側第３凹部５６３の間には、第１カム４１が各凹部に沿って円滑に移動できるように、上側突起部５６４が形成される。

ここで、上側第１凹部５２１、５６１の端部、詳しくは、上側第１凹部５２１、５６１の端部と上側第２凹部５２２、５６２の端部が接する地点は、真空インタラプタが投入される際に可動電極５と固定電極４との間で発生するプレアークが始まる地点であることが好ましい。そして、上側第２凹部５２２、５６２の端部と上側第３凹部５２３、５６３の端部が接する地点は、可動電極５が固定電極４に接触する時点と同一であるか、又は少なくとも接触する時点以降まで形成されることが、信頼性の面で好ましい。

下側ガイド凹部５３には、下側第１凹部５３１、下側第２凹部５３２、及び下側第３凹部５３３が形成され、下側第１凹部５３１、下側第２凹部５３２、及び下側第３凹部５３３は、上側第１凹部５２１、上側第２凹部５２２、及び上側第３凹部５２３に対称となるように形成される。同様に、下側ガイド凹部５７には、下側第１凹部５７１、下側第２凹部５７２、及び下側第３凹部５７３が形成され、下側第１凹部５７１、下側第２凹部５７２、及び下側第３凹部５７３は、上側第１凹部５６１、上側第２凹部５６２、及び上側第３凹部５６３に対称となるように形成される。また、下側第１凹部５３１、下側第２凹部５３２、及び下側第３凹部５３３の間には、第２カム４５が各凹部に沿って円滑に移動できるように、下側突起部５３４が形成され、下側第１凹部５７１、下側第２凹部５７２、及び下側第３凹部５７３の間には、第２カム４５が各凹部に沿って円滑に移動できるように、下側突起部５７４が形成される。

弾性部材６０は、引張コイルばねからなり、一端は駆動リンク１０の端部に結合され、他端は駆動リンク１０の端部に対向する従動リンク２０の端部に結合される。しかしながら、弾性部材６０は必須の構成要素ではない。すなわち、弾性部材６０を備えなくても、本実施形態による真空インタラプタの動力伝達装置は、折畳リンク、カム、及びカムガイドにより動作可能である。

図中、絶縁容器１、固定側フランジ２、可動側フランジ３、固定電極４、可動電極５、内部シールド６、ベローズシールド７、ベローズ８など、従来と同一の部分には同一の符号を付す。

以下、このような本実施形態による真空インタラプタの動力伝達装置及びそれを備えた真空遮断器の作用効果を説明する。

図３に示すように、事故電流が発生して真空インタラプタがトリップ状態に切り替えられると、操作器により駆動リンク１０が操作器方向に引っ張られる。すると、第１折畳リンク３１及び第２折畳リンク３５に結合された第１カム４１が、第１カムガイド５１及び第２カムガイド５５の第３凹部５２３、５６３に沿って移動すると共に、第１折畳リンク３１及び第２折畳リンク３５に結合された第２カム４５が、第１カムガイド５１及び第２カムガイド５５の第３凹部５３３、５７３に沿って移動する。すると、第１折畳リンク３１及び第２折畳リンク３５が伸びると共に、弾性部材６０により従動リンク２０が駆動リンク１０に従って操作器方向に移動する。すると、従動リンク２０に結合された可動電極５が固定電極４から分離され、従って、真空回路が遮断される。ここで、第１カム４１及び第２カム４５がそれぞれ第３凹部５２３、５６３及び第３凹部５３３、５７３の操作器側端部に至ると、第１折畳リンク３１及び第２折畳リンク３５は完全に伸びた状態となり、可動電極５の可動接点と固定電極４の固定接点とが完全に分離された状態となる。

次に、図４に示すように、事故電流が除去されて真空インタラプタが投入状態に切り替えられると、操作器により駆動リンク１０が真空インタラプタ方向に押される。すると、第１カム４１が第１カムガイド５１及び第２カムガイド５５の第１凹部５２１、５６１に沿って移動すると共に、第２カム４５が第１カムガイド５１及び第２カムガイド５５の第１凹部５３１、５７１に沿って移動する。このとき、第１折畳リンク３１及び第２折畳リンク３５は、伸びた状態で速い速度で真空インタラプタ方向に移動する。すると、第１カム４１が第１カムガイド５１及び第２カムガイド５５の第２凹部５２２、５６２に沿って移動して広がると共に、第２カム４５が第１カムガイド５１及び第２カムガイド５５の第２凹部５３２、５７２に沿って移動して広がり、駆動リンク１０に伝達される操作器の押圧力の一部が第１カム４１及び第２カム４５、第１カムガイド５１及び第２カムガイド５５、並びに弾性部材６０の引張力により吸収されることにより、従動リンク２０の移動速度が急激に減少する。すると、従動リンク２０に結合された可動電極５が、プレアーク地域までは迅速に移動し、プレアーク地域からは次第に速度が遅くなり、可動電極５が固定電極４に接触する時点ではほぼ停止する。

これにより、真空インタラプタが投入状態に切り替えられる際に可動電極５と固定電極４との衝撃量を低減することができる。そして、可動電極５の投入が開始される時点からプレアーク地域までの投入が非常に速い速度で行われ、プレアークが始まる地点で速い投入速度から急激に減速するため、従来のように等速度で移動する場合に比べて、プレアーク地域での全通過時間を短縮することができる。これは図５に示すグラフから分かる。すなわち、投入開始点での投入は、操作器の推力とリンク間の弾性部材により従来に比べて著しく速い速度で開始され、プレアークが始まる地点からは急激に減速する。さらに、２つの電極が接触する地点では投入速度がほぼゼロに近くなる。つまり、本実施形態においては、プレアーク地域では投入速度が高速から低速に下げられるが、プレアーク地域での全通過時間は従来のように等速度で投入される場合に比べて短くなる。

４ 固定電極
５ 可動電極
１０ 駆動リンク
２０ 従動リンク
３１ 第１折畳リンク
３５ 第２折畳リンク
４１ 第１カム
４５ 第２カム
５１ 第１カムガイド
５５ 第２カムガイド
５２１、５３１、５６１、５７１ 第１凹部
５２２、５３２、５６２、５７２ 第２凹部
５２３、５３３、５６３、５７３ 第３凹部
６０ 弾性部材

Claims (8)

1. 真空インタラプタの可動電極を操作するための操作器に結合される駆動リンクと、
   前記真空インタラプタの可動電極に結合される従動リンクと、
   前記駆動リンクと前記従動リンクとを連結し、複数のリンクが折畳により前記駆動リンクと前記従動リンクとの間隔を変化させるように結合される折畳リンクと、
   前記折畳リンクに直交する方向に結合されるカムと、
   前記カムが摺動可能に結合されるようにガイド凹部が備えられ、前記カムの経路を変化させて前記折畳リンクが選択的に折り畳まれるようにすることで前記駆動リンクと前記従動リンクとの間隔を変化させるようにガイドするカムガイドと、を含み、
   前記ガイド凹部は、
   前記可動電極と平行に形成される第１凹部と、
   前記第１凹部の前記可動電極側端部から前記可動電極に向かって広がるように曲面又は傾斜面で形成される第２凹部と、
   前記第２凹部の前記可動電極側端部から前記第１凹部の前記操作器側端部に向かって曲面又は傾斜面で形成される第３凹部と、
   からなる、真空インタラプタの動力伝達装置。
2. 前記折畳リンクは、
   前記駆動リンクの端部に回動可能に結合される第１折畳リンクと、
   一端が前記第１折畳リンクに回動可能に結合され、他端が前記従動リンクの端部に回動可能に結合される第２折畳リンクと、
   からなる、請求項１に記載の真空インタラプタの動力伝達装置。
3. 前記第１折畳リンクと前記第２折畳リンクが結合される部位に前記カムが結合される、請求項２に記載の真空インタラプタの動力伝達装置。
4. 前記第１凹部、前記第２凹部、及び前記第３凹部の間には、前記カムが前記各凹部に沿って移動できるようにガイドする突起部が形成される、請求項１に記載の真空インタラプタの動力伝達装置。
5. 前記第１凹部と前記第２凹部が接する地点は、前記真空インタラプタが投入される際に前記可動電極と固定電極との間で発生するプレアークが始まる地点、又は前記プレアークが始まる地点の前後近傍に形成される、請求項１又は４に記載の真空インタラプタの動力伝達装置。
6. 前記第２凹部と前記第３凹部が接する地点は、前記可動電極が固定電極に接触する時点と同一であるか、又は少なくとも接触する時点以降まで形成される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の真空インタラプタの動力伝達装置。
7. 前記駆動リンクと前記従動リンクとの間には、引張型弾性部材がさらに備えられる、請求項１に記載の真空インタラプタの動力伝達装置。
8. 操作器と、
   前記操作器に結合されて直線運動する可動電極、及び前記可動電極が選択的に接離する固定電極を有する真空インタラプタと、
   前記操作器と前記真空インタラプタとの間に備えられ、前記操作器と前記可動電極との間隔を変化させる動力伝達装置と、を含み、
   前記動力伝達装置が請求項１〜７のいずれか一項に記載のものである、真空遮断器。

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