JP7002675B2 - ガス絶縁開閉装置 - Google Patents

Description

本願は、ガス絶縁開閉装置に関する。

主回路を構成する遮断器及び断路器等を絶縁性ガスとともに密閉容器に収納したガス絶縁開閉装置において、特に定格電流が大きいものは、密閉容器の冷却が重要となる。これに対し、主回路を収納し絶縁性ガスを封入した気密容器の背面に放熱フィンとこの放熱フィンに通風するファンとを設け、気密容器の表面に装着された温度センサの検出した温度をもとにファンを作動及び停止させる制御回路を備えたスイッチギヤが知られている（例えば、特許文献１）。このスイッチギヤにおいては、通電電流の上昇に伴って検出温度が設定温度を超えると制御回路がファンを作動し、放熱フィンを介して気密容器を冷却することで気密容器の縮小化を図り、安価な構成を可能としている。

また、筺体内の複数の密閉容器の相互間に冷却媒体となる空気を通風させる隙間を設けて筺体内の温度上昇を抑制するスイッチギヤが知られている（例えば、特許文献２）。

特開２００２－３２５３１７号公報 特開平１０－９４１２０号公報

特許文献１のスイッチギヤにおいては、スイッチギヤ正面の換気口より外気を取り込み、ケーブルの接続部を経由して背面のファンにより放熱フィンへと通風している。近年、ケーブル接続部も短絡事故点になり得ることから、国際規格（ＩＥＣ：International Electrotechnical Commission が制定する規格）等で、内部アーク事故時の安全性確保のためケーブル接続部周辺も閉じた区画とすることが規制されており、ケーブル接続部のある箇所を通風経路として利用することができない。

この課題を解決した一例が特許文献２のスイッチギヤであり、密閉容器の相互間に冷却媒体となる筺体外部の空気が流通する隙間を空気の流路としている。
一方、気密容器室及びケーブル室で事故時に発生した内部アークにより上昇した圧力を外部へ逃す放圧ダクトの設置が望まれており、筺体内のレイアウトには制限があった。

本願は、上記の課題を解決するための技術を開示するものであり、通風経路がケーブル室を通ることなく主回路を構成し主回路を開閉する主回路機器が収納された主回路室を冷却するとともに、放圧ダクトを有する信頼性の高いガス絶縁開閉装置を提供することを目的とする。

本願に開示されるガス絶縁開閉装置は、主回路を開閉する主回路機器が収納されるとともに絶縁性ガスが封入された主回路室、前記主回路室の上方に配置され、母線が収納された母線室、前記主回路室の下方に配置され、ケーブルが収納されたケーブル室、前記母線室の前方に配置され、少なくとも前記主回路機器を制御する制御機器が収納された低電圧制御室、及びフラッパーを介して前記主回路室の圧力及び前記ケーブル室の圧力が開放される放圧ダクトが、筺体内でそれぞれコンパートメントに区分されて配設されたガス絶縁開閉装置であって、前記主回路室の幅は前記筺体の幅より小さく、前記主回路室の前方下部にファンを有する第一の開口部及び前方上部に第二の開口部を備え、空気を前記第一の開口部から直接または前記低電圧制御室を介して前記主回路室の方向に導入し、前記主回路室の側面部を通って前記第二の開口部から直接または前記低電圧制御室を介して排出する通風経路を設けたものである。

本願に開示されるガス絶縁開閉装置によれば、通風経路がケーブル室を通ることなく主回路機器が収納された主回路室を効率よく冷却できるとともに、放圧ダクトを有した信頼性の高いガス絶縁開閉装置を提供することが可能となる。

実施の形態１に係るガス絶縁開閉装置の構成を示す側面図である。 実施の形態１に係るガス絶縁開閉装置の構成を示す図で、主回路室を示す正面断面図である。 実施の形態１に係る別のガス絶縁開閉装置の主回路室を示す正面図である。 実施の形態１に係るさらに別のガス絶縁開閉装置の主回路室を示す正面図である。 実施の形態２に係るガス絶縁開閉装置の構成を示す図で、主回路室を示す正面図である。 実施の形態３に係るガス絶縁開閉装置の構成を示す側面図である。 実施の形態４に係るガス絶縁開閉装置の構成を示す側面図である。 実施の形態５に係るガス絶縁開閉装置の構成を示す正面図で、並列した複数の筺体を示す。

以下、本実施の形態について図を参照して説明する。なお、各図中、同一符号は、同一または相当部分を示すものとする。

実施の形態１．
以下、実施の形態１に係るガス絶縁開閉装置について図１及び図２を用いて説明する。
図１は、実施の形態１に係るガス絶縁開閉装置の構成を示す右側面図である。図において、ガス絶縁開閉装置１は、筺体２の内部に複数のコンパートメントを有し、主回路室１０、母線室２０、ケーブル室３０、低電圧制御室４０、放圧ダクト６０に区分されている。

主回路室１０は、主回路を構成し主回路を開閉する主回路機器である遮断器及び断路器等（図示せず）が収納され、絶縁性ガスが封入された気密容器となっている。主回路室１０の上方には母線２１が収納された母線室２０が配設され、主回路の導体部（図示せず）の一端とはブッシング１４を介して母線２１に接続されている。主回路室１０の下方及び後部下方に亘っては、主回路の導体部の他端とブッシング１３を介して接続されるケーブル３１が収納されたケーブル室３０が配設されている。

主回路室１０の後方のコンパートメントには、放圧ダクト６０が配設されている。主回路室１０あるいはケーブル室３０で事故が発生すると内部アークが生じるが、放圧ダクト６０はこの内部アークによる圧力上昇分を外部に逃がすためのものである。ケーブル室３０の放圧ダクト６０側の上部には、内部アークによる圧力上昇分を放圧ダクト６０側に開放するフラッパー６１が設けられている。フラッパー６１は通常使用時は閉鎖されているので、ケーブル室３０自体は閉鎖された区画となっている。また、主回路室１０の後部には、事故発生時、主回路室１０内での内部アークによる圧力上昇分を放圧ダクト６０側に開放するフラッパー６２が設けられている。フラッパー６２は主回路室１０と連通して設けられ、通常使用時は閉鎖されており、内部アークによる圧力上昇分が主回路室１０内に開放されることはない。さらに、放圧ダクト６０の上部には、フラッパー６３が設けられ、放圧ダクト６０内での圧力上昇分を外部へ開放できるようになっている。通常時は放圧ダクト６０は閉鎖空間である。

主回路室１０に隣接した前方には、少なくとも主回路機器の開閉駆動等を制御する制御機器が収容された低電圧制御室４０が配置される。この低電圧制御室４０は、主回路機器の開閉駆動等を制御する制御機器が収容された第一の低電圧制御室（以下、制御室と称する）５０と、主回路機器である遮断器及び断路器の開閉駆動を行う駆動部の収納された第二の低電圧制御室（以下、駆動部室と称する）４５に分けることもできる。
主回路室１０の前方には駆動部室４５が配置され、主回路室１０の前方下部に設けられた第一の開口部１６により、主回路室１０の側面と筺体２との空間と駆動部室４５とが連通している。この第一の開口部１６にはファン１８が設けられ、駆動部室４５の前方で第一の開口部１６と対向する位置にはガス絶縁開閉装置１の外部と連通する第一の換気口７１が設けられている。また、主回路室１０の前方で駆動部室４５の上方、すなわち母線室２０の前方には制御室５０が配置され、主回路室１０の前方上部に設けられた第二の開口部１７により、主回路室１０と筺体２との空間と制御室５０とが連通している。制御室５０の前方で第二の開口部１７と対向する位置には外部と連通する第二の換気口７２が設けられている。
なお、駆動部室４５及び制御室５０は、電圧的には、ケーブル室３０、主回路室１０及び母線室２０に印加される電圧と比し低電圧で動作する機構部及び回路等を具備する、低電圧制御室である。

主回路室１０は、側面部の筺体２との間に空間を有し、この構成により、筺体２の前方から主回路室１０の方向に空気が導入されて、主回路室１０の側面部を冷却する。すなわち、ガス絶縁開閉装置１の外部から第一の換気口７１を介して駆動部室４５に外気が取り入れられ、さらに第一の開口部１６のファン１８により主回路室１０側に導入される。導入された空気は主回路室１０の側面に沿って上昇し、第二の開口部１７を介して制御室５０に排出される。主回路室１０側から排出された空気は第二の換気口７２からガス絶縁開閉装置１の外部へ排出される。

主回路室１０の両側面には冷却フィン１５が設けられ、主回路室１０の側面上部には熱電素子１９が設けられている。外部から導入された空気は図中矢印に示すように冷却フィン１５に沿って上昇するので、この上昇気流により効率よく主回路室１０を冷却することができる。また、熱電素子１９は、昇温され主回路の許容温度以下の温度で発電動作し、その熱電素子１９の電力により第一の開口部１６に設けられたファン１８を駆動する。
熱電素子１９を主回路室１０の側面上部に設けるのは、主回路室１０内の加熱したガスが上部に移動するので主回路室１０の側面は上部程高温であり、また主回路室１０の上部はブッシング１４の通電時には電磁誘導により昇温し易いためである。

図２は、図１中Ａ－Ａ方向から見たガス絶縁開閉装置１の構成を示す正面断面図である。母線室２０とケーブル室３０の内部は省略している。図において、主回路室１０の幅は筺体２の幅より小さくしている。そのため、上述したとおり、筺体２と主回路室１０の両側面との間には隙間があり、主回路室１０の両側面の冷却フィン１５はこの隙間に配設される。第一の開口部１６のファン１８により主回路室１０の方向に導入された空気は、主回路室１０の側面を図中矢印のように冷却フィン１５に沿って上昇し、第二の開口部１７から排出される。冷却フィン１５を通過後の空気の一部は母線室２０の下面に衝突し、母線室２０の冷却にも寄与する。

以上のように、本実施の形態１ではケーブル室３０の上部にケーブル室３０とは区分され仕切られた主回路室１０を配設し、主回路室１０の前方、すなわち筺体２の前方より空気を導入し、主回路室１０の両側面を通過させて、主回路室１０を冷却し再び主回路室１０の前方、すなわち筺体２の前方より空気を排出するようにしたので、主回路室１０を効率よく冷却することができる。そして、空気の経路（通風経路）がケーブル室３０を通ることがないため、国際規格に準ずる安全を考慮した通風経路を確保可能な信頼性の高いガス絶縁開閉装置の提供が可能となる。また、このような主回路室１０の前方から空気を導入し、前方へ排出する冷却用通風経路により、主回路室１０の後方に放圧ダクト６０を設けることができる。

また、第一の開口部１６にファン１８を設けたので主回路室１０の冷却効率を向上することが可能となり、さらにこのファン１８を主回路機器の許容温度以下の温度で発電する熱電素子１９によって動作させることにより、ファン１８用の電源が不要となる。これにより、主回路機器の通電損失による熱を利用して冷却に用い、かつ主回路機器をこの熱から保護可能となる。さらに、主回路室１０の冷却が可能になると主回路室１０を縮小することができ、ガス絶縁開閉装置１の低コスト化に繋がる。

なお、駆動部室４５が大きく、制御室５０が小さい場合は、第二の換気口７２は第二の開口部１７に対向するように駆動部室４５側の上部に設けてもよい。

上述の図２においては、主回路室１０の両側面に冷却フィン１５を設けた例を示した。しかし、主回路室１０の幅と筺体２の幅とが近く、主回路室１０の両側面と筺体２との間に隙間が十分確保できない場合は、図３に示すように、冷却フィン１５は片側側面にのみ設け、第一の開口部１６、第二の開口部１７は両側面側に設けて、他方の側面の隙間も含め両側面側が通風経路となるようにしてもよい。また、図４に示すように、主回路室１０の片側側面にのみ、冷却フィン１５を設けてもよい。冷却の効率は主回路室１０の両側面に冷却フィン１５を設けた場合が最も高いことは言うまでもない。

実施の形態２．
以下、実施の形態２に係るガス絶縁開閉装置について図５を用いて説明する。
図５は、実施の形態２に係るガス絶縁開閉装置の構成を示す正面図で、主回路室１０の配置がわかるように、主回路室１０の前部にある低電圧制御室４０（４５、５０）は省略するとともに、母線室２０、ケーブル室３０の内部も省略している。実施の形態２では、主回路室１０の前方に低電圧制御室４０との間にも隙間を設け、主回路室１０の側面だけでなく前面にも冷却フィンを設けた例を示している。図において、第一の開口部１６から導入された空気は主回路室１０の側面に設けられた冷却フィン１５に沿って上昇するとともに、図中矢印で示すように主回路室１０の前面に設けられた冷却フィン１５ａに沿って上昇し、第二の開口部１７から排出される。実施の形態１と同様、第一の開口部１６にはファン１８を設け、そのファン１８を熱電素子１９の電力で駆動することもできる。その他、主回路室１０の上方に母線室２０が、下方及び後部下方に亘ってはケーブル室３０が、後方には放圧ダクト６０が、前方には駆動部室４５及び制御室５０が配設される構成等、実施の形態１と同様であるので省略する。

以上のように、本実施の形態２では、実施の形態１と同様に、主回路室１０を冷却する空気の経路（通風経路）がケーブル室３０を通ることがないため、国際規格に準ずる安全を考慮した通風経路を確保可能な信頼性の高いガス絶縁開閉装置の提供が可能となる。また、このような主回路室１０の前方から空気を導入し、前方へ排出する冷却用通風経路により、主回路室１０の後部に放圧ダクト６０を設けることができる。

さらに、ケーブル室３０の上部にケーブル室３０とは区分され仕切られた主回路室１０を配設し、主回路室１０の前方、すなわち筺体２の前方より空気を導入し、主回路室１０の両側面及び前面を通過させて、主回路室１０を冷却し再び主回路室１０の前方、すなわち筺体２の前方より空気を排出するようにしたので、実施の形態１よりも主回路室１０をより高効率で冷却することができる。特に、実施の形態１の図３及び図４で示したような主回路室１０の片側側面にしか冷却フィンを設けられない場合、あるいは片側側面にしか通風経路を設けられない場合には、前面に冷却フィンを配置し、通風経路を設けて冷却効率を向上させることが望ましい。
なお、実際には、主回路室１０の前部は主回路機器を駆動する駆動部が接続されるため、限られた範囲になるが、冷却フィンを配置することで冷却効率が向上することは明らかである。

実施の形態３．
以下、実施の形態３に係るガス絶縁開閉装置について図６を用いて説明する。
図６は、実施の形態３に係るガス絶縁開閉装置の構成を示す側面図である。図において、主回路室１０内の主回路機器である遮断器及び断路器の開閉駆動を行う駆動部４１が主回路室１０の前部に連結されており、駆動部室と主回路室１０とが一体化している。駆動部４１はフランジ等（図示せず）を介して接続され、主回路機器を開閉駆動しても主回路室１０の気密性は維持される。主回路室１０の前方の第一の開口部１６から直接導入された空気は、冷却フィン１５に沿って上昇し、第二の開口部１７を介して制御室５０の第二の換気口７２から排出される。

なお、主回路室１０の前方上部に第二の換気口７２を兼用した第二の開口部１７を設け、冷却フィン１５に沿って上昇した空気を、制御室５０を介さないで直接排出してもよい。

以上のように、本実施の形態３では、実施の形態１と同様に、主回路室１０を効率よく冷却することができるとともに、主回路室１０を冷却する空気の経路（通風経路）がケーブル室３０を通ることがないため、国際規格に準ずる安全を考慮した通風経路を確保可能な信頼性の高いガス絶縁開閉装置の提供が可能となる。また、このような主回路室１０の前方から空気を導入し、前方へ排出する冷却用通風経路により、主回路室１０の後方に放圧ダクト６０を設けることができる。

また、実施の形態２の態様に倣って冷却フィンを主回路室１０の前面で駆動部４１と連結していない面に設けることもできる。あるいは主回路室１０との連結部に近い駆動部４１の側面に設けることで、主回路室１０の冷却効率を向上させることも可能である。

実施の形態４．
以下、実施の形態４に係るガス絶縁開閉装置について図７を用いて説明する。
図７は、実施の形態４に係るガス絶縁開閉装置の構成を示す側面図である。駆動部室４５及び制御室５０は、電圧的には、ケーブル室３０、主回路室１０及び母線室２０に印加される電圧と比し低電圧で動作する機構部及び回路等を具備する、低電圧制御室であるため、区分することなく一体化し、一つの低電圧制御室４０とすることも可能である。図において、主回路室１０の前方に制御室が配設され、主回路室１０内の主回路機器に対応する位置に駆動部が配置され（図示せず）、その上方に例えばラックに取り付けるように制御機器（図示せず）が配置される。外部から空気を導入する第一の換気口７１、及び主回路室１０の側面部を循環した空気を排出する第二の換気口７２ともに低電圧制御室４０の前方に設けられている。

以上のように、本実施の形態４では、実施の形態１と同様に、主回路室１０を効率よく冷却することができるとともに、主回路室１０を冷却する空気の経路（通風経路）がケーブル室３０を通ることがないため、国際規格に準ずる安全を考慮した通風経路を確保可能な信頼性の高いガス絶縁開閉装置の提供が可能となる。また、このような主回路室１０の前方から空気を導入し、前方へ排出する冷却用通風経路により、主回路室１０の後部に放圧ダクト６０を設けることができる。

本実施の形態において、実施の形態２のように主回路室１０の前面に冷却フィンを設けて、主回路室１０の冷却効率を向上させることも可能である。

実施の形態５．
以下、実施の形態５に係るガス絶縁開閉装置について図８を用いて説明する。
図８は、実施の形態５に係るガス絶縁開閉装置１００の構成を示す正面図で、主回路室１０の配置がわかるように、主回路室１０の前部にある低電圧制御室４０（４５、５０）は省略している。実施の形態１から４のいずれかで示したガス絶縁開閉装置の筺体２が複数並列に配置され、列盤されている。図において、隣接する筺体２の母線室２０間は母線連結部２２で母線２１間が接続されている。隣接する筺体２の主回路室１０側面部間には補強部材８０が配設され、主回路室１０の内の主回路機器の開閉駆動に対して強度を補強するとともに、主回路室１０の側面部の冷却に寄与する。補強部材８０は鉄あるいはステンレスが用いられ、金属としての熱伝導は高くないが、空気よりも高いため、主回路室１０の側面部の冷却に寄与する。
なお、図８では、筺体２が３つ配列した例を示したが、２であっても３以上であってもよい。

以上のように、本実施の形態５では実施の形態１から４と同様の効果を奏する。さらに、ガス絶縁開閉装置１００は実施の形態１から４のいずれかで示したガス絶縁開閉装置の筺体２を複数横に配列、列盤するとともに、隣接する筺体２の主回路室１０間に補強部材８０を設けたので、各筺体２の主回路室１０の強度を向上させるとともに、主回路室１０の側面部の冷却に寄与可能となる。
実施の形態１の図３及び図４で示したような、主回路室１０内の片側側面のみしか通風経路を設けることができない、あるいは主回路室１０の片側側面のみしか冷却フィン１５を設けることができない場合には、本実施の形態のように筺体２の側面から冷却することにより、主回路室１０の冷却効率を向上することが可能となる。

本開示は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

１、１００：ガス絶縁開閉装置、 ２：筺体、 １０：主回路室、 １３、１４：ブッシング、 １５、１５ａ：冷却フィン、 １６：第一の開口部、 １７：第二の開口部、１８：ファン、 １９：熱電素子、 ２０：母線室、 ２１：母線、 ２２：母線連結部、 ３０：ケーブル室、 ３１：ケーブル、 ４０：低電圧制御室、 ４１：駆動部、 ４５：駆動部室（第一の低電圧制御室）、 ５０：制御室（第二の低電圧制御室）、 ６０：放圧ダクト、 ６１、６２、６３：フラッパー、 ７１：第一の換気口、 ７２：第二の換気口、 ８０：補強部材

Claims (8)

1. 主回路を開閉する主回路機器が収納されるとともに絶縁性ガスが封入された主回路室、
   前記主回路室の上方に配置され、母線が収納された母線室、
   前記主回路室の下方に配置され、ケーブルが収納されたケーブル室、
   前記母線室の前方に配置され、少なくとも前記主回路機器を制御する制御機器が収納された低電圧制御室、
   及びフラッパーを介して前記主回路室の圧力及び前記ケーブル室の圧力が開放される放圧ダクトが、筺体内でそれぞれコンパートメントに区分されて配設されたガス絶縁開閉装置であって、
   前記主回路室の幅は前記筺体の幅より小さく、
   前記主回路室の前方下部にファンを有する第一の開口部及び前方上部に第二の開口部を備え、空気を前記第一の開口部から直接または前記低電圧制御室を介して前記主回路室の方向に導入し、前記主回路室の側面部を通って前記第二の開口部から直接または前記低電圧制御室を介して排出する通風経路を設けたガス絶縁開閉装置。
2. 前記主回路室の側面部に冷却フィンを設けた請求項１に記載のガス絶縁開閉装置。
3. 前記主回路室の前面部にさらに冷却フィンを設けた請求項２に記載のガス絶縁開閉装置。
4. 前記放圧ダクトは、前記主回路室の後部に配設された請求項１から３のいずれか１項に記載のガス絶縁開閉装置。
5. 前記主回路室の側面部上方に熱電素子を設け、前記熱電素子による電力により前記ファンを駆動させる請求項１から４のいずれか１項に記載のガス絶縁開閉装置。
6. 前記主回路室の前部には、前記主回路機器を開閉駆動する駆動部が連結され、
   空気を前記駆動部の前方下部に設けられた前記第一の開口部から前記主回路室の方向に導入し、前記主回路室の側面部を通って前記第二の開口部から直接または前記低電圧制御室を介して排出する通風経路を設けた請求項１から５のいずれか１項に記載のガス絶縁開閉装置。
7. 前記低電圧制御室は、前記主回路機器を開閉駆動する駆動部が収納された第一の低電圧制御室と、前記制御機器が収納された第二の低電圧制御室とを備え、
   前記第一の低電圧制御室は前記主回路室の前方に配設され、
   空気を前記第一の低電圧制御室を介して前記第一の開口部から前記主回路室の方向に導入し、前記主回路室の側面部を通って前記第二の開口部から前記第一の低電圧制御室または前記第二の低電圧制御室を介して排出する通風経路を設けた請求項１から５のいずれか１項に記載のガス絶縁開閉装置。
8. 前記筺体が複数横に配列され、隣接する前記筺体間の前記主回路室の側面部に補強部材を設けた請求項１から７のいずれか１項に記載のガス絶縁開閉装置。

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