特開 2024-154553 開閉器駆動装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024154553

(43)【公開日】2024-10-31

(54)【発明の名称】開閉器駆動装置

(51)【国際特許分類】

   H01H 33/53 20060101AFI20241024BHJP

   H01H 33/38 20060101ALI20241024BHJP

   H01H 33/666 20060101ALI20241024BHJP

【ＦＩ】

H01H33/53 A

H01H33/38 A

H01H33/666 P

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023068422

(22)【出願日】2023-04-19

(71)【出願人】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(71)【出願人】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001634

【氏名又は名称】弁理士法人志賀国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】鳥飼 領佑

(72)【発明者】

【氏名】金谷 和長

(72)【発明者】

【氏名】網田 芳明

(72)【発明者】

【氏名】乙幡 将吾

(72)【発明者】

【氏名】宮崎 健作

【テーマコード（参考）】

5G028

【Ｆターム（参考）】

5G028AA01

5G028AA02

5G028DB09

(57)【要約】

【課題】動作不良を抑制することができる開閉器駆動装置を提供することである。
【解決手段】実施形態の開閉器駆動装置は、第１コイルおよび第２コイルと、リングと、第１ケースと、冷却ガス供給配管と、を持つ。リングは、第１コイルと第２コイルとの間に配置され、開閉器に接続される。第１ケースは、第１コイル、第２コイルおよびリングを覆う。冷却ガス供給配管は、第１ケースの内部に冷却ガスを供給する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１コイルおよび第２コイルと、
前記第１コイルと前記第２コイルとの間に配置され、開閉器に接続されるリングと、
前記第１コイル、前記第２コイルおよび前記リングを覆う第１ケースと、
前記第１ケースの内部に冷却ガスを供給する冷却ガス供給配管と、を有する、
開閉器駆動装置。

【請求項2】

前記冷却ガスは、圧縮空気である、
請求項１に記載の開閉器駆動装置。

【請求項3】

前記冷却ガスは、水素である、
請求項１に記載の開閉器駆動装置。

【請求項4】

前記冷却ガスは、ヘリウムである、
請求項１に記載の開閉器駆動装置。

【請求項5】

前記第１ケースを覆う第２ケースをさらに有し、
前記第１ケースおよび第２ケースのうち一方は、導電性材料で形成され、
前記第１ケースおよび第２ケースのうち他方は、前記導電性材料より熱伝導率が小さい材料で形成される、
請求項１から４のいずれか１項に記載の開閉器駆動装置。

【請求項6】

前記第１コイルおよび前記第２コイルに電流を供給する駆動電源をさらに有し、
前記第１ケースは、前記第１コイル、前記第２コイルおよび前記リングに加えて、前記駆動電源を覆う、
請求項１から４のいずれか１項に記載の開閉器駆動装置。

【請求項7】

前記第１ケースは、扉を有する盤であり、前記扉を開いて前記駆動電源を露出させることが可能である、
請求項６に記載の開閉器駆動装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、開閉器駆動装置に関する。

【背景技術】

【0002】

遮断器や断路器等の開閉機器および変圧器や避雷器等の送配電機器などの性能検証のため、大電力試験が実施されている。大電力試験では、短絡発電機により生成される大電流が投入開閉器を介して供試器に供給される。投入開閉器の駆動装置として、電磁反発力を利用した開閉器駆動装置の利用が検討されている。開閉器駆動装置には、動作不良を抑制することが求められる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第４０６５６９２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明が解決しようとする課題は、動作不良を抑制することができる開閉器駆動装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0005】

実施形態の開閉器駆動装置は、第１コイルおよび第２コイルと、リングと、第１ケースと、冷却ガス供給配管と、を持つ。リングは、第１コイルと第２コイルとの間に配置され、開閉器に接続される。第１ケースは、第１コイル、第２コイルおよびリングを覆う。冷却ガス供給配管は、第１ケースの内部に冷却ガスを供給する。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】投入開閉器の概略構成図。

【図2】第１の実施形態における開閉器駆動装置の概略構成図。

【図3】第１の実施形態の第１変形例における開閉器駆動装置の概略構成図。

【図4】第２の実施形態における開閉器駆動装置の概略構成図。

【図5】第３の実施形態における開閉器駆動装置の概略構成図。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下、実施形態の開閉器駆動装置を、図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
図１は、投入開閉器１の概略構成図である。投入開閉器１は、開閉器本体（開閉器）２と、開閉器駆動装置１０と、を有する。本願において、投入開閉器１の中心軸Ｃと平行な方向をＷ方向とする。開閉器本体２および開閉器駆動装置１０は、Ｗ方向に並んで配置される。＋Ｗ方向は、開閉器駆動装置１０から開閉器本体２に向かう方向である。－Ｗ方向は、開閉器本体２から開閉器駆動装置１０に向かう方向である。

【0008】

開閉器本体２は、固定電極（接点）４と、可動電極（接点）５と、圧力容器６と、絶縁ガスユニット８と、を有する。
固定電極４および可動電極５は、Ｗ方向に並んで配置される。可動電極５は、Ｗ方向に移動することにより、固定電極４に対して当接および離間する。固定電極４は第１外部端子４ｔに接続され、可動電極５は第２外部端子５ｔに接続される。例えば、第１外部端子４ｔは短絡発電機に接続され、第２外部端子５ｔは大電力試験の供試器に接続される。大電力試験では、短絡発電機により生成される大電流が、投入開閉器１を介して供試器に供給される。投入開閉器１は、短絡発電機と供試器との間の電路を接続および遮断する。

【0009】

圧力容器６は、固定電極４および可動電極５を覆う。
絶縁ガスユニット８は、圧力容器６の内部に絶縁ガスを充填する。例えば、絶縁ガスは圧縮空気である。絶縁ガスユニット８は、絶縁ガス供給配管および絶縁ガス排出配管を有する。絶縁ガス供給配管および絶縁ガス排出配管は、圧力容器６に接続される。絶縁ガス供給配管および絶縁ガス排出配管は開閉弁を有する。圧力容器６の内部の絶縁ガスが劣化したとき、絶縁ガス排出配管から圧力容器６の外部へ絶縁ガスが排出される。圧力容器６の内部の絶縁ガスが減少したとき、絶縁ガス供給配管から圧力容器６の内部へ絶縁ガスが供給される。

【0010】

図２は、第１の実施形態における開閉器駆動装置１０の概略構成図である。開閉器駆動装置１０は、駆動装置本体１５と、駆動電源１８（図１参照）と、冷却ガスユニット２０と、を有する。
駆動装置本体１５の中心軸は、投入開閉器１の中心軸Ｃに一致する。駆動装置本体１５は、第１コイル１１と、第２コイル１２と、リング１３と、を有する。

【0011】

第１コイル１１および第２コイル１２の中心軸は、投入開閉器１の中心軸Ｃに一致する。第１コイル１１および第２コイル１２は、Ｗ方向に並んで配置される。第１コイル１１は＋Ｗ方向に配置され、第２コイル１２は－Ｗ方向に配置される。第１コイル１１および第２コイル１２は、それぞれ樹脂材料により封止（モールド加工）される。

【0012】

リング１３は、導電性を有する金属材料により形成される。リング１３の中心軸は、投入開閉器１の中心軸Ｃに一致する。リング１３は、Ｗ方向において、第１コイル１１と第２コイル１２との間に配置される。リング１３の＋Ｗ方向にリング保持部材１６が配置される。リング１３はリング保持部材１６により支持される。リング保持部材１６から＋Ｗ方向に駆動軸１７が伸びる。駆動軸１７は、第１コイル１１の中心を通り、第１コイル１１の＋Ｗ方向に伸びる。図１に示されるように、駆動軸１７は、開閉器本体２の可動電極５に接続される。

【0013】

駆動電源１８は、図１に示されるように、第１コイル１１および第２コイル１２に接続される。駆動電源１８は、第１コイル１１および第２コイル１２に電流を供給する。駆動電源１８の内部には、サイリスタ等のスイッチやコンデンサ、充電抵抗等の電子部品などが搭載される。

【0014】

投入開閉器１を閉極する場合には、駆動電源１８から第２コイル１２のみに電流が供給される。電磁誘導により、リング１３に誘導電流が流れる。第２コイル１２とリング１３との間に電磁反発力が作用して、リング１３は＋Ｗ方向に移動する。リング保持部材１６および駆動軸１７を介して、可動電極５が＋Ｗ方向に移動する。可動電極５が固定電極４に当接して、投入開閉器１が閉極する。

【0015】

逆に、投入開閉器１を開極する場合には、駆動電源１８から第１コイル１１のみに電流が供給される。第１コイル１１とリング１３との間に電磁反発力が作用して、リング１３は－Ｗ方向に移動する。可動電極５が－Ｗ方向に移動し、可動電極５が固定電極４から離間して、投入開閉器１が開極する。

【0016】

このように、実施形態の開閉器駆動装置１０は、電磁反発力を利用した電磁反発操作機構である。この開閉器駆動装置１０は機械部品が少なく、多頻度および高速で安定した動作が可能である。この開閉器駆動装置１０は小型であり、調査や点検が容易である。

【0017】

冷却ガスユニット２０は、図２に示されるように、冷却ガスにより駆動装置本体１５を冷却する。冷却ガスユニット２０は、第１ケース２１と、冷却ガス供給配管２４と、冷却ガス排出配管２５と、を有する。

【0018】

第１ケース２１は、鉄や銅、アルミニウムなどの金属材料または樹脂材料等により形成される。第１ケース２１は、円筒または多角筒などの筒状である。第１ケース２１の中心軸は、投入開閉器１の中心軸Ｃに一致する。第１ケース２１の±Ｗ方向の両端部は閉塞される。第１ケース２１は、駆動装置本体１５に含まれる第１コイル１１、第２コイル１２およびリング１３を覆う。図１に示されるように、第１ケース２１の＋Ｗ方向の天板には、駆動軸１７が通る孔が形成される。第１ケース２１の内部は密閉される。

【0019】

冷却ガス供給配管２４および冷却ガス排出配管２５は、第１ケース２１に接続される。冷却ガス供給配管２４は、第１ケース２１の内部に冷却ガスを供給する。冷却ガス供給配管２４の上流側には、冷却ガスを供給するポンプ（不図示）等が設置される。冷却ガス排出配管２５は、第１ケース２１の内部から冷却ガスを排出する。冷却ガスは、連続して供給および排出される。第１ケース２１の内部には、常に低温の冷却ガスが流通する。冷却ガスユニット２０は、冷却ガスの強制対流により、駆動装置本体１５を冷却する。

【0020】

一般に、第１コイル１１および第２コイル１２は、多頻度で通電して動作させると自己発熱する。自己発熱により、第１コイル１１および第２コイル１２の温度が上昇する。これにより、第１コイル１１および第２コイル１２の内部抵抗が高くなり、第１コイル１１および第２コイル１２を流れる電流が減少する。その結果、第１コイル１１および第２コイル１２とリング１３との間に作用する電磁反発力が低下する。

【0021】

投入開閉器１は、短絡発電機の近くに設置される。短絡発電機の発熱量は大きい。投入開閉器１の第１コイル１１および第２コイル１２は、短絡発電機から受熱する。これにより、前述された自己発熱の場合と同様に、第１コイル１１および第２コイル１２とリング１３との間に作用する電磁反発力が低下する。

【0022】

実施形態の開閉器駆動装置１０は、第１ケース２１と、冷却ガス供給配管２４と、を持つ。第１ケース２１は、第１コイル１１、第２コイル１２およびリング１３を覆う。冷却ガス供給配管２４は、第１ケース２１の内部に冷却ガスを供給する。
第１ケース２１の内部に冷却ガスが供給され、駆動装置本体１５が冷却される。駆動装置本体１５の自己発熱および外部からの受熱による温度上昇が抑制される。第１コイル１１および第２コイル１２とリング１３との間に作用する電磁反発力の低下が抑制される。したがって、熱による開閉器駆動装置１０の動作不良が抑制される。

【0023】

冷却ガスは、空気や圧縮空気、水素、ヘリウムなどである。図１に示される開閉器本体２は、絶縁ガスとして圧縮空気を利用している。絶縁ガスとして開閉器本体２に供給される圧縮空気を、冷却ガスとして第１ケース２１にも供給することができる。これにより、開閉器駆動装置１０のコストが抑制される。水素やヘリウムは、空気に比べて熱伝導率が大きい。冷却ガスとして水素やヘリウムを利用することにより、第１コイル１１および第２コイル１２が効率的に冷却される。

【0024】

前述されたように、投入開閉器１は短絡発電機の近くに設置される。短絡発電機は、電気的ノイズを発生させる場合がある。投入開閉器１の駆動装置本体１５に電気的ノイズが作用すると、開閉器駆動装置１０の動作不良が発生する可能性がある。
第１ケース２１が駆動装置本体１５を覆うので、電気的ノイズが駆動装置本体１５に作用しにくくなる。電気的ノイズによる開閉器駆動装置１０の動作不良が抑制される。

【0025】

図３は、第１の実施形態の第１変形例における開閉器駆動装置１０の概略構成図である。第１変形例の開閉器駆動装置１０は、供給配管開閉弁２４ｖおよび排出配管開閉弁２５ｖを有する点で、第１の実施形態の開閉器駆動装置１０と異なる。第１の実施形態と同様である部分に関する第１変形例の説明は省略される場合がある。

【0026】

第１変形例の冷却ガスユニット２０は、供給配管開閉弁２４ｖおよび排出配管開閉弁２５ｖを有する。供給配管開閉弁２４ｖは、冷却ガス供給配管２４に設置され、冷却ガス供給配管２４の冷却ガス流路を開閉する。排出配管開閉弁２５ｖは、冷却ガス排出配管２５に設置され、冷却ガス排出配管２５の冷却ガス流路を開閉する。冷却ガスとして、空気に比べて熱伝導率が大きい水素やヘリウムなどが使用される。

【0027】

第１変形例の冷却ガスユニット２０の作用は以下の通りである。供給配管開閉弁２４ｖが開弁され、排出配管開閉弁２５ｖが閉弁される。冷却ガスが第１ケース２１に供給される。供給配管開閉弁２４ｖが閉弁され、第１ケース２１の内部に冷却ガスが封止される。第１コイル１１および第２コイル１２は、自己発熱および外部から受熱する。第１コイル１１および第２コイル１２は、周囲の冷却ガスに放熱する。冷却ガスは、第１ケース２１の内部で自然対流し、第１ケース２１に放熱する。

【0028】

第１ケース２１の内部の冷却ガスが劣化したとき、排出配管開閉弁２５ｖが開弁される。冷却ガス排出配管２５から第１ケース２１の外部へ冷却ガスが排出される。第１ケース２１の内部の冷却ガスが減少したとき、供給配管開閉弁２４ｖが開弁される。冷却ガス供給配管２４から第１ケース２１の内部へ冷却ガスが供給される。

【0029】

以上のように、第１変形例の冷却ガスユニット２０は、冷却ガスとして、熱伝導率が大きい水素やヘリウムなどを使用する。冷却ガスユニット２０は、冷却ガスの自然対流により、駆動装置本体１５を冷却する。冷却ガスの排出量が抑制され、開閉器駆動装置１０の運転コストが抑制される。

【0030】

（第２の実施形態）
図４は、第２の実施形態における開閉器駆動装置１０の概略構成図である。第２の実施形態の開閉器駆動装置１０は、第２ケース２２を有する点で、第１の実施形態の開閉器駆動装置１０と異なる。第１の実施形態と同様である部分に関する第２の実施形態の説明は省略される場合がある。

【0031】

第２の実施形態の冷却ガスユニット２０は、第２ケース２２を有する。第２ケース２２は、第１ケース２１を覆う。第２ケース２２の側板には、冷却ガス供給配管２４および冷却ガス排出配管２５が通る孔が形成される。第２ケース２２の内部は密閉される。例えば、第２ケース２２の内部には空気が充填される。

【0032】

第２ケース２２は、熱伝導率が小さい樹脂材料等で形成される。第２ケース２２により、外部から駆動装置本体１５への熱伝達が抑制される。第１ケース２１は、導電性を有する金属材料で形成される。第１ケース２１および第２ケース２２により、外部から駆動装置本体１５への電気的ノイズの伝達が抑制される。冷却ガスユニット２０は、冷却ガスの強制対流により、駆動装置本体１５を冷却する。駆動装置本体１５の自己発熱による温度上昇が抑制される。以上により、熱および電気的ノイズによる開閉器駆動装置１０の動作不良が抑制される。

【0033】

第２の実施形態では、第１ケース２１が導電性を有する金属材料で形成される。第２ケース２２は、第１ケース２１の導電性材料より熱伝導率が小さい樹脂材料で形成される。これに対して、第２ケース２２が導電性を有する金属材料で形成され、第１ケース２１が第２ケース２２の導電性材料より熱伝導率が小さい樹脂材料で形成されてもよい。

【0034】

（第３の実施形態）
図５は、第３の実施形態における開閉器駆動装置１０の概略構成図である。第２の実施形態の開閉器駆動装置１０は、盤２８の内部に駆動装置本体１５および駆動電源１８を収容する点で、第１の実施形態の開閉器駆動装置１０と異なる。第１の実施形態と同様である部分に関する第３の実施形態の説明は省略される場合がある。

【0035】

第３の実施形態の冷却ガスユニット２０は、第１ケース２１として盤２８を有する。盤２８は、鉄などの金属材料等により箱状に形成される。盤２８は、駆動装置本体１５に加えて、駆動電源１８を覆う。盤２８は、開閉可能な扉２９を有する。扉２９を開くことにより、駆動電源１８が外部に露出するので、駆動電源１８を操作することができる。盤２８には、冷却ガス供給配管２４および冷却ガス排出配管２５が接続される。

【0036】

駆動電源１８は、駆動装置本体１５と同様に、多頻度で通電して動作させると自己発熱する。自己発熱により、駆動電源１８の温度が上昇する。これにより、駆動電源１８の内部抵抗が高くなり、第１コイル１１および第２コイル１２に供給される電流が減少する。その結果、第１コイル１１および第２コイル１２とリング１３との間に作用する電磁反発力が低下する。

【0037】

駆動電源１８は、駆動装置本体１５と同様に、短絡発電機から受熱する。これにより、前述された自己発熱の場合と同様に、第１コイル１１および第２コイル１２とリング１３との間に作用する電磁反発力が低下する。

【0038】

盤２８は、駆動装置本体１５に加えて駆動電源１８を覆う。盤２８の内部に冷却ガスが供給され、駆動電源１８が冷却される。駆動電源１８の自己発熱および外部からの受熱による温度上昇が抑制される。第１コイル１１および第２コイル１２とリング１３との間に作用する電磁反発力の低下が抑制される。したがって、熱による開閉器駆動装置１０の動作不良が抑制される。

【0039】

前述されたように、投入開閉器１は短絡発電機の近くに設置される。短絡発電機は、電気的ノイズを発生させる場合がある。投入開閉器１の駆動電源１８の内部には、多くの電子部品が搭載される。駆動電源１８に電気的ノイズが作用すると、開閉器駆動装置１０の動作不良が発生する可能性がある。
盤２８が駆動電源１８を覆う。盤２８により、外部から駆動電源１８への電気的ノイズの伝達が抑制される。電気的ノイズによる開閉器駆動装置１０の動作不良が抑制される。

【0040】

第３の実施形態と同様に、第１および第２の実施形態においても、駆動装置本体１５に加えて駆動電源１８が、第１ケース２１の内部に収容されてもよい。
第３の実施形態と同様に、第１および第２の実施形態においても、第１ケース２１が盤２８でもよい。

【0041】

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、第１ケース２１と、冷却ガス供給配管２４と、を持つ。これにより、開閉器駆動装置１０の動作不良を抑制することができる。

【0042】

本発明のいくつか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り、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、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。

【符号の説明】

【0043】

２…開閉器本体（開閉器）、１０…開閉器駆動装置、１１…第１コイル、１２…第２コイル、１３…リング、１８…駆動電源、２１…第１ケース、２２…第２ケース、２４…冷却ガス供給配管、２８…盤、２９…扉。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】