JP5200191B2 - スイッチギヤ - Google Patents

Description

この発明は、例えば電力の送配電および受電設備などに用いられるスイッチギヤに関し、特に、その筐体構造に関するものである。

耐震性能を考慮した従来のスイッチギヤの技術として、例えば、図８に示すように、主な溶接骨組み鋼材に中空鋼材を使用し、それに断面Ｌ字状鋼材や、断面コの字状鋼材を組み合わせた筐体構造が開示されている。具体的には、高さ方向の中空鋼材４１と、幅方向の中空鋼材４２と、奥行方向の中空鋼材４３とに、筐体の基礎部の奥行方向に配置した断面Ｌ字形の基礎鋼材４４を組み合わせ、更に、これらに断面コの字状鋼材等を適宜組み合わせ全体を溶接結合し筐体の骨組を形成することで、剛性の向上を図ったものである。外面には溶接パネル４５が取り付けられている（例えば、特許文献１参照）。

実開昭６１−１０００４号公報（第２頁、第２図）

特許文献１に示すような従来の筐体構造では、スイッチギヤの高さ、幅、奥行が増加した場合や、スイッチギヤに搭載する遮断器等の主回路機器の重量が増加した場合に、筐体の剛性が低下し、耐震性能の確保が困難となる虞がある。
筐体の剛性を向上させる手段としては、骨組となる鋼材を追加したり、鋼材のサイズを増やしたりすることが考えられるが、これは、筐体の重量増やサイズ拡大につながり、剛性の向上に対してマイナスの影響を与えることになる。また、鋼材の追加やサイズ拡大は、材料や作業時間が増加し、コスト増となるという問題点があった。

この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、筐体の寸法が増加したり、搭載する主回路機器の重量が増加した場合でも、必要な剛性を確保でき、耐震性に優れたスイッチギヤを提供することを目的とする。

この発明に係るスイッチギヤは、遮断器を含む主回路機器と、主回路機器を制御する制御機器とが直方体状をした筐体に収容されたスイッチギヤにおいて、筐体は、直方体状の四隅に立設された縦フレームに、奥行方向フレーム及び幅方向フレームが結合されて骨組みが形成され、筐体の奥行方向の中間部に、少なくとも左右一対の中間縦フレームを有し、中間縦フレームの前後を仕切る鋼板製の仕切板が、中間縦フレームの縦方向全体に固着され、中間縦フレームと仕切板とが一体となって補強メンバーが構成されており、筐体の床面側にある奥行方向フレームの、少なくとも仕切板が設けられた中間縦フレームの下部近傍に、筐体を基礎面に固定するための固定部が設けられているものである。

この発明のスイッチギヤによれば、筐体の奥行方向の中間部に、少なくとも左右一対の中間縦フレームを有し、中間縦フレームの前後を仕切る鋼板製の仕切板が、中間縦フレームの縦方向全体に固着され、中間縦フレームと仕切板とが一体となって補強メンバーが構成されており、筐体の床面側にある奥行方向フレームの、少なくとも仕切板が設けられた中間縦フレームの下部近傍に、筐体を基礎面に固定するための固定部が設けられているので、スイッチギヤの寸法や重量が増加した場合でも、骨組部材の大幅な追加やサイズの増大を抑制して筐体の剛性を維持できるため、コストの上昇を抑制することができる。また、耐震性に優れたスイッチギヤを得ることができる。

この発明の実施の形態１によるスイッチギヤの筐体の骨組み構造を示す斜視図である。 図１の骨組み構造の上面図である。 この発明の実施の形態１によるスイッチギヤの内部構成を示す側面断面図である。 この発明の実施の形態１によるスイッチギヤの内部構成の、他の例を示す側面断面図である。 この発明の実施の形態１によるスイッチギヤの筐体の床面部を示す平面図である。 この発明の実施の形態１によるスイッチギヤの筐体の床面部の、他の例を示す平面図である。 この発明の実施の形態１によるスイッチギヤの筐体の床面部に形成する固定部の他の例を示す部分平面図である。 従来のスイッチギヤの筐体の骨組み構造を示す斜視図である。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるスイッチギヤの筐体の骨組み構造を示す斜視図であり、図２は図１の上面図である。
スイッチギヤは、ほぼ直方体をした筐体１を備え、筐体１の内部には、図示しない遮断器，主母線，主回路導体等の主回路を構成する複数の主回路機器と、主回路機器を制御する制御機器とが収容されている。一般的には、筐体内は、制御機器室，遮断器室，主母線室等に区画されて、その中に各機器が配置されている。
この発明は、スイッチギヤの、特に筐体を構成する骨組み構造に特徴を有するので、先ず、図１、図２によりその骨組み構造から説明する。
なお、図１において、左側の太矢印方向に見た面が前面側なので、以下の説明で、前方，後方，左右，側面，幅方向，奥行方向等の表現は、前面側を基準にするものとする。

図１及び図２において、筐体１を構成する骨格フレームは、直方体状をした筐体１の４隅の垂直方向に、断面矩形状の中空鋼材からなる縦フレーム２ａ，２ｂが配置され、筐体１の左右側面の奥行方向の中間部には、垂直方向に向けて断面矩形状の中空鋼材からなる中間縦フレーム３ａ，３ｂが配置されている。これらを連結するために、天井側の左右には、断面Ｌ字形状の鋼材からなる奥行方向フレーム４が配置され、床側の左右には、同じく断面Ｌ字形状の鋼材からなる奥行方向フレーム５が配置され、また、幅方向には、断面矩形状の中空鋼材からなる幅方向フレーム６が配置されている。
更に、上下方向の中間部にも、中間奥行方向フレーム７、中間幅方向フレーム８が配置されており、これらのフレーム同士は、溶接等により一体に接合されて、筐体１の主要骨格が形成されている。

なお、背面側の縦フレーム２ｂと幅方向フレーム６，８との接合部には補強板９が設けられ、天井側の奥行方向フレーム４と幅方向フレーム６等の接合部には補強板１０（図２参照）が設けられている。
そして、天井面と両側面と背面には、パネル（図示せず）が取り付けられ、前面には開閉扉（図示せず）が設けられて、これらでスイッチギヤの筐体１の主要部が構成されている。

本願発明の特徴とするところは、筐体１の奥行方向の中間部にある（中央部近傍にある）左右一対の中間縦フレーム３ａに、鋼板製の仕切板を設けた点であるので、次にその仕切板の構成について説明する。
中間縦フレーム３ａには、その前後の空間を仕切るように、上部側から順に、上部仕切板１１，遮断器室上部仕切板１２，遮断器室中間部仕切板１３，遮断器室下部仕切板１４が配置され、その左右端が溶接等により中間縦フレーム３ａに接合されて固着されている。仕切板同士の接合部も溶接等により固着されている。
遮断器室上部仕切板１２と遮断器室中間部仕切板１３には、後述するブッシングを取り付けるための開口部１２ａ，１３ａが設けられており、更に、遮断器室中間部仕切板１３と遮断器室下部仕切板１４には、点検口１３ｂ，１４ｂが設けられている。各点検口１３ｂ，１４ｂは、通常はカバー（図示せず）が取り付けられる。

このように、左右の中間縦フレーム３ａの最上部から最下部までを塞ぐように、上部仕切板１１から遮断器室下部仕切板１４までの各仕切板を設けたので、図２のように上面から見た場合、左右の側面を構成する剛性部材（縦フレーム２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ及び奥行方向フレーム４，５等）と、上述の中間縦フレーム３ａと各仕切板（１１〜１４等）とで構成される剛性部材で、Ｈ形の剛性構造となっている。
このような構成により、仕切板がないものと比較して、筐体１の固有振動数は約２０％程度の向上が見込まれるので、フレームの大きさや断面積を増やすことなく、スイッチギヤの筐体１の剛性を向上させることが可能となる。

なお、当該仕切板１１〜１４は、図のように４分割したもので説明したが、分割数はこれに限定するものではなく、また、分割せずに１枚の仕切板で構成しても良い。
また、左右の中間縦フレーム３ａ間を、複数の幅方向フレームで接続しておき、中間縦フレーム３ａと幅方向フレームで形成される開口を埋めるように、平板状の鋼板を溶接して仕切板としても良い。

次に、図１及び図２で説明したような筐体の骨格を、具体的にスイッチギヤの筐体として使用する場合について説明する。
図３は、図１の筐体骨格を使用したスイッチギヤの側面断面図である。周囲のパネルや前面の扉等は省略している。また、内部に収容する機器も、説明に必要な部分のみを表示している。
中間縦フレーム３ａは、スイッチギヤに搭載する主回路機器の重量が集中するスイッチギヤの前後方向の中間部に配置されている。そして、この中間縦フレーム３ａに、先に説明したような上部仕切板１１，遮断器室上部仕切板１２，遮断器室中間部仕切板１３，遮断器室下部仕切板１４が固着されている。これらの仕切板より前方側は、例えば、真空遮断器のような遮断器（図示せず）が収容される遮断器室１５となっており、仕切板より後方側は、主母線１６が収容される主母線室１７となっている。

遮断器室上部仕切板１２の開口部１２ａ（図１参照）には、上部ブッシング１８ａが取り付けられる。この上部ブッシング１８ａには上部一次端子１９ａが貫設されている。上部一次端子１９ａの後方には、上部導体２０が接続され、この上部導体２０は、計器用変流器２１を貫通して外部と接続されるようになっている。
また、遮断器室中間部仕切板１３の開口部１３ａ（図１参照）には、下部ブッシング１８ｂが取り付けられる。下部ブッシング１８ｂには、下部一次端子１９ｂが貫設されており、その後方の主母線室１７側は、３相の主母線１６のそれぞれと接続される。主母線室１７の上部及び後部を覆うように、主母線室仕切板２２がボルト等で締結されて筐体側に固定されている。こうして、遮断器室中間部仕切板１３と、遮断器室下部仕切板１４と、主母線室仕切板２２とに囲まれて形成された空間が主母線室１７である。

遮断器室１５内の図示は省略しているが、例えば、前面側から出し入れ可能な遮断器が収容されており、遮断器の背面の上部側から上部端子が導出され、下部側から下部端子が導出され、上部端子は上部ブッシング１８ａに貫設した上部一次端子１９ａと接続され、下部端子は下部ブッシング１８ｂに貫設した下部一次端子１９ｂと接続されるようになっている。
また、遮断器室１５の上方は、制御機器が収容される制御器室２３となっており、適宜、仕切板等によって仕切られて区画されているが、本願発明の主要部ではないので詳細な説明は省略する。

図３から分かるように、各仕切板１１〜１４は、中間縦フレーム３ａと一体になって強度メンバーとなり、筐体１の剛性を高める役目をすると共に、遮断器室上部仕切板１２，遮断器室中間部仕切板１３，遮断器室下部仕切板１４は、遮断器が収容される遮断器室１５の隔壁の一部を構成し、更に、遮断器室１５と主母線室１７とを区画する隔壁も兼ねている。そして、スイッチギヤ筐体の中間部にあらかじめ位置決めされて配置されたこれらの仕切板部に、上部及び下部ブッシング１８ａ，１８ｂを取り付けることにより、一次端子の寸法調整が容易となる。
また、この仕切板部にスイッチギヤの質量の大きな割合を占める上記部品を取り付けることで、この部分でスイッチギヤの主要質量を支持することができ、スイッチギヤ全体の剛性の向上を図ることが可能になる。

図４は、スイッチギヤの内部構成の他の例を示す側面断面図である。図３と同等部分は同一符号で示して説明は省略し、相違点を中心に説明する。
中間縦フレーム３ａに、上部仕切板１１から遮断器室下部仕切板１４までが固着されているのは、図３と同じである。相違点は、主母線室１７の空間を形成する主母線室仕切板の構成である。
スイッチギヤが大形化すると、これまでに説明してきた中間縦フレーム３ａ以外に、背面側の縦フレーム２ｂに近い側にも図のように中間縦フレーム３ｂが設けられている。そこで、この中間縦フレーム３ｂを利用して、更に、これに幅方向フレーム２４と奥行方向フレーム２５を追加して、主母線室１７の後部側の仕切板の取付部材として利用する。

すなわち、幅方向フレーム２４と奥行方向フレーム２５に主母線室上部仕切板２６を溶接等で取り付け、幅方向フレーム２４と中間縦フレーム３ｂに主母線室後部仕切板２７を溶接等で取り付ける。これにより、遮断器室中間部仕切板１３，遮断器室下部仕切板１４，主母線室上部仕切板２６，主母線室後部仕切板２７で囲まれた空間が、主母線室１７となる。
なお、主母線室後部仕切板２７には点検口（図示せず）が設けられており、通常はカバー（図示せず）が取り付けられる。

このように、中間縦フレーム３ａより更に奥側に別の中間縦フレーム３ｂが設けられているような場合は、それを利用して主母線室１７を構成する仕切板を取り付けることで、仕切板とフレームとが一体になって剛性が高められるため、スイッチギヤの筐体の剛性を更に向上させることができる。

以上までの説明では、縦フレームと幅方向フレームを中空鋼材とし、上下の奥行方向フレームは断面Ｌ字形状の鋼材としたもので説明したが、フレームの材料はこれに限定するものではなく、筐体の大きさや収容機器の荷重，配置等によって、適宜、中空鋼材やＬ字形状鋼材、溝形鋼材、又はＨ形鋼材等を選択して使い分ければよい。また、中空鋼材の場合は、断面矩形状以外に、断面円形や、断面三角形等のものでも良い。
但し、少なくとも荷重が大きく掛かる中間縦フレーム３ａの部分は、断面矩形状の中空鋼材を用いるのが望ましく、また、４隅の支柱となる縦フレーム２ａ，２ｂも中空鋼材を使用するのが良い。鋼材断面の辺の長さと断面積を同じとして、等辺Ｌ字形状鋼材と、正方形の中空鋼材とを比較すれば、中空鋼材の方が断面二次モーメントが大きいのは周知であり、特に荷重のかかる部材に中空鋼材を使用すれば、剛性の向上に効果を発揮する。

次に、本願発明のもう一つの特徴部である基礎の固定部について説明する。
図５は、スイッチギヤの筐体１の床面部を上方から見た平面図である。図５に示すように、スイッチギヤの筐体１の床面に配置したＬ字形鋼材からなる奥行方向フレーム５には、建屋側の基礎部と溶接により固定する固定穴である基礎溶接用穴２８が設けられている。この基礎溶接用穴２８は、スイッチギヤの筐体１の主要骨組を構成している縦フレーム２ａ，２ｂと、中間縦フレーム３ａ，３ｂの下部近傍、すなわち、それらのフレームに隣接する位置に設けられている。通常、４隅の縦フレーム２ａ，２ｂの近傍は基礎に固定されるが、中間部に配置されて仕切板が固着された中間縦フレーム３ａの下部近傍も必ず基礎溶接用穴２８を設け、基礎と固定するようにした点が本願の特徴部である。

図６は、筐体１を床面に固定する固定部の他の例であり、図５と同様にスイッチギヤの筐体１の床面部を上方から見た平面図である。図５と同等部分は同一符号を付して説明は省略する。
図に示すように、床面に配置したＬ字形鋼材からなる奥行方向フレーム５には、建屋の床面の基礎部とボルト等で締結固定するための基礎締結用穴２９が設けられている。この基礎締結用穴２９は、図５と同様に、スイッチギヤ筐体１の骨組を構成している縦フレーム２ａ，２ｂと、中間縦フレーム３ａ，３ｂの下部近傍、すなわち、それらのフレームに隣接する位置に設けられている。この場合も、中間縦フレーム３ａの下部近傍には、必ず固定穴２９を設けた点が，本願の特徴部である。
このように、筐体１の主要骨組近傍で基礎と固定し、また、仕切板が固着された中間縦フレーム３ａの下部近傍では必ず固定穴を設けて固定するようにしたので、前述の、中間フレームの全面に仕切板を設けたことによる剛性の向上に加えて、筐体を基礎に据え付けたときの剛性が向上し、これにより耐震性の向上を図ることができる。

図７は、更に基礎固定部の他の例を示す部分平面図である。図では、中間縦フレーム３ａの下部近傍を代表して示しているが、他の部分も同様である。
図７（ａ）は、貫通穴の一部を切り欠いて形成した基礎締結用切欠部３０を固定部とするものであり、（ｂ）は、Ｕ字状に切り欠いて形成した基礎締結用切欠部３１を固定部とすものである。切欠形状としたことにより、筐体１の幅方向における、基礎ボルトとの位置合わせの裕度が増すため筐体の設置が容易となる。
（ｃ）は、奥行方向フレーム５に別部材の基礎固定板３２を溶接により固着し、これに基礎締結用穴３３を設けたものである。この場合は、基礎面に設置する基礎ボルトの配置の自由度が増す。

以上のように、実施の形態１のスイッチギヤによれば、遮断器を含む主回路機器と、主回路機器を制御する制御機器とが直方体状をした筐体に収容されたスイッチギヤにおいて、筐体は、直方体状の四隅に立設された縦フレームに、奥行方向フレーム及び幅方向フレームが結合されて骨組みが形成され、筐体の奥行方向の中間部に、少なくとも左右一対の中間縦フレームを有し、中間縦フレームの前後を仕切る鋼板製の仕切板が、中間縦フレームの縦方向全体に固着され、中間縦フレームと仕切板とが一体となって補強メンバーが構成されており、筐体の床面側にある奥行方向フレームの、少なくとも仕切板が設けられた中間縦フレームの下部近傍に、筐体を基礎面に固定するための固定部が設けられているので、特に荷重の負荷が大きい筐体の中間部の剛性が向上し、スイッチギヤの寸法や重量が増加した場合でも、骨組部材の大幅な追加やサイズの増大を抑制して筐体の剛性を維持できるため、コストの上昇を抑制することができる。
また、スイッチギヤの筐体の主要骨組みの下部近傍、特に、仕切板が固着されて荷重が多く掛かる中間縦フレームの下部近傍が基礎に確実に固定されるため、スイッチギヤの剛性が向上し、耐震性に優れたスイッチギヤを得ることができる。

また、仕切板の前方にあって遮断器が収容される遮断器室と、後方にあって主母線が収容される主母線室とが仕切板で区画されると共に、遮断器と主母線とを接続するブッシングが仕切板に取り付けられているので、上記効果に加えて、仕切板が遮断器室と主母線室とを区画する仕切板を兼ねているため、別途、区画用の仕切板を設ける必要がなく、更に、仕切板に主回路のブッシングを取り付けたことにより、寸法調整が容易となり、組立作業時間の短縮を図ることができる。

また、筐体を構成する各フレームのうち、少なくとも仕切板が設けられた中間縦フレームは、断面矩形状の中空鋼材を使用したので、筐体の重量を増やすことなく、剛性を向上させることができる。

１ 筐体 ２ａ，２ｂ 縦フレーム
３ａ，３ｂ 中間縦フレーム ４，５ 奥行方向フレーム
６ 幅方向フレーム ７ 中間奥行方向フレーム
８ 中間幅方向フレーム ９，１０ 補強板
１１ 上部仕切板 １２ 遮断器室上部仕切板
１２ａ，１３ａ 開口部 １３ 遮断器室中間部仕切板
１３ｂ，１４ｂ 点検口 １４ 遮断器室下部仕切板
１５ 遮断器室 １６ 主母線
１７ 主母線室 １８ａ 上部ブッシング
１８ｂ 下部ブッシング １９ａ 上部一次端子
１９ｂ 下部一次端子 ２０ 上部導体
２１ 計器用変流器 ２２ 主母線室仕切板
２３ 制御器室 ２４ 幅方向フレーム
２５ 奥行方向フレーム ２６ 主母線室上部仕切板
２７ 主母線室後部仕切板 ２８ 基礎溶接用穴
２９，３３ 基礎締結用穴 ３０，３１ 基礎締結用切欠部
３２ 基礎固定板。

Claims (4)

1. 遮断器を含む主回路機器と、前記主回路機器を制御する制御機器とが直方体状をした筐体に収容されたスイッチギヤにおいて、
   前記筐体は、前記直方体状の四隅に立設された縦フレームに、奥行方向フレーム及び幅方向フレームが結合されて骨組みが形成され、
   前記筐体の奥行方向の中間部に、少なくとも左右一対の中間縦フレームを有し、前記中間縦フレームの前後を仕切る鋼板製の仕切板が、前記中間縦フレームの縦方向全体に固着され、前記中間縦フレームと前記仕切板とが一体になって補強メンバーが構成されており、前記筐体の床面側にある奥行方向フレームの、少なくとも前記仕切板が設けられた前記中間縦フレームの下部近傍に、前記筐体を基礎面に固定するための固定部が設けられていることを特徴とするスイッチギヤ。
2. 請求項１記載のスイッチギヤにおいて、
   前記仕切板の前方にあって前記遮断器が収容される遮断器室と、後方にあって主母線が収容される主母線室とが前記仕切板で区画されると共に、前記遮断器と前記主母線とを接続するブッシングが前記仕切板に取り付けられていることを特徴とするスイッチギヤ。
3. 請求項１又は請求項２記載のスイッチギヤにおいて、
   前記筐体を構成する前記各フレームのうち、少なくとも前記仕切板が設けられた前記中間縦フレームは、断面矩形状の中空鋼材が使用されていることを特徴とするスイッチギヤ。
4. 請求項２記載のスイッチギヤにおいて、
   前記仕切板は開口部を有し、前記ブッシングは前記仕切板の前記開口部に取り付けられていることを特徴とするスイッチギヤ。

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