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公開番号2021072683
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210506
出願番号2019197063
出願日20191030
発明の名称スイッチギヤ
出願人株式会社日立産機システム
代理人ポレール特許業務法人
主分類H02B 1/20 20060101AFI20210409BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】
スイッチギヤ内に母線として備えられる導体において、導体の損失を増大させることなく放熱性能を向上可能な導体およびそれを用いたスイッチギヤを提供する。
【解決手段】
母線と、前記母線に接続される電力機器と、前記母線および前記電力機器を格納する筐体と、を備え、少なくとも前記母線の一部は、配線方向に延伸する複数の導体が対向して配置されており、前記複数の導体の対向する面に少なくとも1つ以上の凹凸部が前記導体の延伸方向に延在することを特徴とする。
【選択図】 図1
特許請求の範囲【請求項1】
母線と、
前記母線に接続される電力機器と、
前記母線および前記電力機器を格納する筐体と、を備え、
少なくとも前記母線の一部は、配線方向に延伸する複数の導体が対向して配置されており、前記複数の導体の対向する面に少なくとも1つ以上の凹凸部が前記導体の延伸方向に延在することを特徴とするスイッチギヤ。
続きを表示(約 1,300 文字)【請求項2】
請求項1に記載のスイッチギヤであって、
前記複数の導体は、2つの導体が対向して配置されていることを特徴とするスイッチギヤ。
【請求項3】
請求項1に記載のスイッチギヤであって、
前記複数の導体は、3つの導体がそれぞれ対向して配置されていることを特徴とするスイッチギヤ。
【請求項4】
請求項2に記載のスイッチギヤであって、
前記2つの導体の両方に凹部が前記導体の延伸方向に延在することを特徴とするスイッチギヤ。
【請求項5】
請求項2に記載のスイッチギヤであって、
前記2つの導体の両方に凸部が前記導体の延伸方向に延在することを特徴とするスイッチギヤ。
【請求項6】
請求項2に記載のスイッチギヤであって、
前記2つの導体の内、一方の導体に凹部が前記導体の延伸方向に延在し、他方の導体に凸部が前記導体の延伸方向に延在することを特徴とするスイッチギヤ。
【請求項7】
請求項2に記載のスイッチギヤであって、
前記2つの導体の内、一方の導体に凹部または凸部が前記導体の延伸方向に延在し、他方の導体は凹凸部の無い直方体導体であることを特徴とするスイッチギヤ。
【請求項8】
請求項4に記載のスイッチギヤであって、
前記2つの導体の幅方向に前記凹部がそれぞれ複数配置されていることを特徴とするスイッチギヤ。
【請求項9】
請求項3に記載のスイッチギヤであって、
前記3つの導体は、中央に配置される中央導体と、前記中央導体の両隣に配置される2つの端導体で構成されていることを特徴とするスイッチギヤ。
【請求項10】
請求項9に記載のスイッチギヤであって、
前記中央導体は、前記2つの端導体と対向する面に凹部を有し、
前記2つの端導体は、前記中央導体と対向する面にのみ凹部を有することを特徴とするスイッチギヤ。
【請求項11】
請求項9に記載のスイッチギヤであって、
前記中央導体は、凹凸部の無い直方体導体であり、
前記2つの端導体は、前記中央導体と対向する面にのみ凹部を有することを特徴とするスイッチギヤ。
【請求項12】
請求項9に記載のスイッチギヤであって、
前記中央導体は、前記2つの端導体と対向する面に凸部を有し、
前記2つの端導体は、前記中央導体と対向する面にのみ凹部を有することを特徴とするスイッチギヤ。
【請求項13】
請求項5に記載のスイッチギヤであって、
前記凸部に黒色塗装が施されていることを特徴とするスイッチギヤ。
【請求項14】
請求項1に記載のスイッチギヤであって、
前記複数の導体の各々の厚みと前記複数の導体の各々の導体間距離が等しいことを特徴とするスイッチギヤ。
【請求項15】
請求項1に記載のスイッチギヤであって、
前記複数の導体は、当該複数の導体の対向方向と、前記導体の延伸方向と、重力方向とがそれぞれ互いに垂直になるように配置されていることを特徴とするスイッチギヤ。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、スイッチギヤの構造に係り、特に、スイッチギヤ内に備えられる導体構造に関する。
続きを表示(約 4,800 文字)【背景技術】
【0002】
金属製の閉鎖箱に開閉器等の高電圧機器を収納する金属閉鎖形スイッチギヤは、発電所や変電所、製鉄所や石油化学プラントなどの電気設備容量の大きな施設に広く普及している。
【0003】
金属閉鎖形スイッチギヤは、内部空間を金属製仕切板で複数のコンパートメント(収納スペース)に区分するメタルクラッド形、内部空間を非金属製(絶縁製)仕切板で複数のコンパートメントに区分するコンパートメント形、それらの以外のキュービクル形の3つのタイプに大別される。
【0004】
これらの金属閉鎖形スイッチギヤ内には、「母線」と呼ばれる受変電設備の主回路になる導体が配置されている。高圧受電の需要家においては、変圧器二次側から配電用遮断器に至るまでの電線路を母線とし、配電用遮断器から分電盤までの電線路は幹線として区別されている。母線には大容量の電力を負担できる銅帯やバスダクトが使用されることが多く、1,000〜2,000Aを超える大電流を流すこともある。
【0005】
従来のスイッチギヤ内の母線(導体)は、電流通流によりジュール損失が発生し、導体温度が上昇する。導体温度が上昇すると、スイッチギヤ盤内にある半導体などの電気部品の寿命が低下したり、永久磁石の特性が悪化する可能性があった。
【0006】
本技術分野の背景技術として、例えば、特許文献1のような技術がある。特許文献1には「真空バルブの固定側電極に接続される固定側の導体又は可動側電極に接続される可動側の導体に、断面がくし形の放熱フィンを設けた真空遮断器」が開示されている。
【0007】
特許文献1に記載されている形状では、導体に放熱(冷却)フィンを取り付けることで、放熱面積を増大させ、導体の冷却効率を高めることで温度上昇を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
特開2001−6502号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
しかしながら、上記特許文献1の技術では、放熱(冷却)フィンにも電流が通流し、導体損失に加えて冷却フィン自体にも損失が発生し、全体の損失が増加するという課題がある。
【0010】
また、放熱(冷却)フィンの損失を抑制するために絶縁体フィンを用いた場合、金属よりも熱伝導が低いため、放熱性能が悪化するという課題がある。
【0011】
さらに、放熱(冷却)フィンの設置により導体の重量が増加するため、支持部材が必要となり、スイッチギヤの小型化には不利である。
【0012】
そこで、本発明の目的は、スイッチギヤ内に母線として備えられる導体において、導体の損失を増大させることなく放熱性能を向上可能な導体およびそれを用いたスイッチギヤを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0013】
上記課題を解決するために、本発明は、母線と、前記母線に接続される電力機器と、前記母線および前記電力機器を格納する筐体と、を備え、少なくとも前記母線の一部は、配線方向に延伸する複数の導体が対向して配置されており、前記複数の導体の対向する面に少なくとも1つ以上の凹凸部が前記導体の延伸方向に延在することを特徴とする。
【発明の効果】
【0014】
本発明によれば、スイッチギヤ内に母線として備えられる導体において、導体の損失を増大させることなく放熱性能を向上可能な導体およびそれを用いたスイッチギヤを実現することができる。
【0015】
これにより、スイッチギヤの信頼性向上と小型化が図れる。
【0016】
上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明によって明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
本発明の実施例1に係る凹部を有するスイッチギヤ導体を示す図である。
本発明の実施例1に係る2つの導体の電流密度分布の概念図である。
本発明の実施例1に係る凸部を有するスイッチギヤ導体を示す図である。(変形例1)
本発明の実施例1に係る凹部と凸部を有するスイッチギヤ導体を示す図である。(変形例2)
本発明の実施例1に係る凸部を有する導体と直方体導体で構成されるスイッチギヤ導体を示す図である。(変形例3)
本発明の実施例1に係る凹部を有する導体と直方体導体で構成されるスイッチギヤ導体を示す図である。(変形例4)
本発明の実施例1に係る複数の凹部を有するスイッチギヤ導体を示す図である。(変形例5)
本発明の実施例1に係る複数の凹部を有するスイッチギヤ導体を示す図である。(変形例6)
本発明の実施例1に係る複数の凹部を有するスイッチギヤ導体を示す図である。(変形例7)
本発明の実施例1に係る3つの導体の電流密度分布の概念図である。
本発明の実施例1に係る凹部を有する導体と直方体導体で構成されるスイッチギヤ導体を示す図である。(変形例8)
本発明の実施例1に係る凹部と凸部を有するスイッチギヤ導体を示す図である。(変形例9)
本発明の実施例1に係る凸部を有するスイッチギヤ導体を示す図である。(変形例10)
本発明の実施例1に係る凸部を有する導体と直方体導体で構成されるスイッチギヤ導体を示す図である。(変形例11)
本発明の実施例1に係る凸部を有する導体と直方体導体で構成されるスイッチギヤ導体を示す図である。(変形例12)
本発明の実施例1に係る凸部に黒色塗装を施したスイッチギヤ導体を示す図である。(変形例13)
本発明の実施例2に係るスイッチギヤ導体を示す図である。
本発明の実施例3に係るスイッチギヤ導体を示す図である。
本発明の実施例3に係るスイッチギヤ導体を示す図である。(変形例14)
本発明の実施例3に係るスイッチギヤ導体を示す図である。(変形例15)
本発明の適用対象となるスイッチギヤの全体概要を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0018】
以下、図面を用いて本発明を適用した実施例を説明する。なお、各図面において、同一の構成については同一の符号を付し、重複する部分についてはその詳細な説明は省略する。
【実施例】
【0019】
先ず、図19を参照して、本発明の適用対象となるスイッチギヤについて説明する。図19は、スイッチギヤの全体概要を示す図である。
【0020】
本実施例のスイッチギヤ12は、図19に示すように、筐体2の内部空間がバリヤ(仕切板)6により複数のコンパートメント(収納スペース)に区分された、いわゆる金属閉鎖形スイッチギヤである。筐体2およびバリヤ(仕切板)6には、強度を担保するために、主に鉄やステンレス鋼(SUS材)などの鋼材が使用される。なお、スイッチギヤ12内の各機器には一般的に2,000A程度の電流が流れるため、渦電流の影響が問題となる場所にはステンレス鋼(SUS材)を用いるのが望ましい。
【0021】
筐体2の内部空間は、スイッチギヤ12の正面側(図19の右側)から背面側(図19の左側)に向かって順に、縦方向に重ねて配置された上段遮断器室8および下段遮断器室9、下段遮断器室9の奥側に配置されたケーブル室10、上段遮断器室8の奥側に配置された母線室11の各コンパートメント(収納スペース)に区分されている。ケーブル室10と母線室11は縦方向に重ねて配置されている。
【0022】
上段遮断器室8および下段遮断器室9のそれぞれには、真空遮断器(VCB)などの電力機器1が収納されている。電力機器1には、それぞれ電磁操作器7が設けられている。電力機器1および電磁操作器7は、図示していない台車上に搭載されており、台車をスイッチギヤ12の正面側(図19の右側)へ引き出すことにより、電力機器1や電磁操作器7の交換やメンテナンスを行うことができる。
【0023】
なお、上述したコンパートメント(収納スペース)の数や配置はあくまでも例示であって、必ずしもこれに限定されるものではない。また、上下のコンパートメントに収納される機器の例として、真空遮断器(VCB)を挙げているが、空気遮断器やガス遮断器などの開閉器であってもよい
ケーブル室10には、外部との取り合いのためのケーブル4が配線されており、各ケーブル4はケーブル端末処理部5を介して、図示していない変流器(CT)などの電力機器へ電気的に接続される。なお、ケーブル室10内に配線されるケーブル4の数や配置も例示であり、これに限定されるものではない。
【0024】
母線室11には、母線(R,S,T)3が配置されており、図示していないブッシングを介して上段遮断器室8および下段遮断器室9の電力機器(真空遮断器:VCB)1と電気的に接続されている。なお、母線室11に配置される母線3の数や配置も例示であり、これに限定されるものではない。
【0025】
次に、図1から図15を参照して、スイッチギヤ12内に母線3として備えられる導体について説明する。図1は、本実施例に係る凹部を有するスイッチギヤ導体を示す図である。図2は、2つの導体の電流密度分布の概念図である。また、図3から図8B、及び図10から図15は、図1の変形例(変形例1〜13)を示す図である。また、図9は、3つの導体の電流密度分布の概念図である。
【0026】
なお、図1では、母線3の構造が分かり易くなるように、上述した図19のスイッチギヤ12の構成の内、電力機器1と筐体2と母線3のみを模式的に示している。
【0027】
本実施例のスイッチギヤは、図1に示すように、筐体2と、筐体2内に配置された電力機器1と、電力機器1と図示しない別の電力機器とを接続するための母線3を備えている。母線3は、凹部202を有する複数の導体101で構成され、凹部202は、導体101の互いに対向する面に設けられている。導体101は、例えば、電気抵抗率が低く、熱伝導率の高い銅などの導体材料で構成される。
【0028】
図1のように、対向して配置される導体101の互いに対向する面にそれぞれ凹部202を設けることで、電流通流によるジュール損失の増大を抑制することができる。
【0029】
この理由を、図2を用いて説明する。図2は、2つの導体100に電流方向303の同位相の交流電流が流れた際の電流密度分布の概念図である。なお、便宜上、図2では電流方向を一方向として示したが、電流は交流であるため、逆方向にも流れることになる。導体100に電流が通流した際、近接効果により導体中央部は電流密度が低い電流疎部301で構成されるのに対し、導体外側では電流密度が高い電流密部302で構成される。
【0030】
したがって、電流密部302で構成される領域に凸部を設けた場合、表皮効果により凸部に電流が集中し、損失が増大する可能性がある。一方、電流密部302で構成される領域に凹部を設けた場合、凹部による電流の通流面積減少により、抵抗が増大し、損失が増大する可能性がある。
(【0031】以降は省略されています)

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