气体绝缘开闭装置 |
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| 申请号 | CN201180005791.1 | 申请日 | 2011-01-12 | 公开(公告)号 | CN102714402A | 公开(公告)日 | 2012-10-03 |
| 申请人 | 株式会社东芝; | 发明人 | 白井英明; 中野修; 武井雅文; 藤原金春; 椎木元晴; | ||||
| 摘要 | 提供一种气体绝缘开闭装置，其滑动部的 摩擦 力 及磨损量较小，并且能够长时间维持该 摩擦力 及磨损量较小的状态。在气体绝缘开闭装置(10)的 母线 一体型 断路器 (27)的容器内封入有绝缘气体，设有可动侧 接触 部(31)、固定侧接触部(32)、及可动接触件(33)，从而构成断路部(30)。此外，除了在可动接触件(33)插入固定侧接触部(32)而电连接的状态下与固定侧接触部(32)的触点 端子 (32a)接触的部分以及在电切断的状态下与可动侧接触部(31)的触点端子(31a)接触的部分以外，在可动接触件(33)的外周面上形成有硬 碳 膜(50)。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种气体绝缘开闭装置，其特征在于， |
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| 说明书全文 | 气体绝缘开闭装置技术领域[0001] 本发明的实施方式涉及气体绝缘开闭装置。 背景技术[0002] 气体绝缘开闭装置具有大功率用的开关和母线等，该大功率用的开关是在事故时将大电流切断的遮断器、将电路接入或切断的断路器、取得接地的接地开闭器等，该母线连结变压器这样的电路。例如，气体绝缘开闭装置发生故障的情况下，可能在送变电系统中发生停电等重大问题。因此，在气体绝缘开闭装置中，在性能方面要求较高的可靠性，并且要求是不需要电力系统停止的、无需维护的装置。 [0003] 气体绝缘开闭装置如上所述，具有各种开关，在其开闭机构部或触点部存在大量的滑动部。此外，将母线分离时，也通过滑动部进行母线的分离。此外，在吸收由热伸缩或地震等导致的位移量时，也通过滑动部进行该位移量的吸收。并且，这些滑动部要求具有摩擦力及磨损量较小等良好的滑动特性，并且要求润滑剂的劣化或减少较少。 [0004] 在以往的气体绝缘开闭装置中，有的气体绝缘开闭装置中对这样的滑动部涂覆应用到一般设备中的、作为公知技术的润滑膏或润滑油。此外，在荷载较大的部位或滑动量较大的部位的滑动部，使用合成树脂材料或将合成树脂材料和润滑剂组合的技术等，来减小摩擦力及磨损量。 [0005] 在先技术文献 [0007] 专利文献1：日本特开2001-132757公报 [0008] 发明的概要 [0009] 发明所要解决的技术问题 [0010] 在上述的以往的气体绝缘开闭装置中，由于长时间的使用，产生滑动部的润滑膏或润滑油的飞散或劣化，存在摩擦力变大的问题。 [0011] 此外，以往的气体绝缘开闭装置中的滑动部的滑动面积较大的情况下，有时使用以特氟隆(注册商标)为代表的合成树脂材料的低摩擦材料，但是由于长时间的使用，有时该低摩擦材料从基体剥离。因此，与基体之间的密接性中存在问题。 发明内容[0012] 在此，本发明是为了解决上述课题而做出的，其目的在于，提供一种滑动部的摩擦力及磨损量较小、并且能够长期持续该摩擦力及磨损量较小的状态的气体绝缘开闭装置。 [0013] 用于解决技术问题的技术手段 [0014] 实施方式的气体绝缘开闭装置在封入有绝缘气体的容器内具备断路部，该断路部具备固定侧接触部、可动侧接触部、及可动接触件，所述可动侧接触部与所述固定侧接触部相对置地配置，所述可动接触件滑动自如地插入在所述可动侧接触部内，并且对所述固定侧接触部和所述可动侧接触部之间进行电开闭。此外，在所述可动接触件所滑动的所述断路部的滑动面的至少一部分上形成有硬碳膜。附图说明 [0015] 图1是表示本发明的实施方式的气体绝缘开闭装置的构成的侧视图。 [0016] 图2是表示本发明的实施方式的气体绝缘开闭装置的母线一体型断路器的内部的断路部的截面的图。 [0017] 图3是表示使用于驱动本发明的实施方式的气体绝缘开闭装置的可动接触件的杆部件转动的轴的截面的图。 [0018] 图4是表示本发明的实施方式的气体绝缘开闭装置的母线一体型断路器的内部的其他构成的断路部的截面的图。 [0019] 图5是表示本发明的实施方式的气体绝缘开闭装置的容器的端部的凸缘部的构造的截面的图。 [0020] 图6是表示本发明的实施方式的气体绝缘开闭装置的母线导体的导体连接部的截面的图。 具体实施方式[0022] 以下参照附图说明本发明的实施方式。 [0023] 图1是表示本发明的实施方式的气体绝缘开闭装置10的构成的侧视图。图2是表示母线一体型断路器27的内部的断路部30的截面的图。图3是表示使用于驱动可动接触件33的杆部件35转动的轴37的截面的图。 [0024] 如图1所示，在气体绝缘开闭装置10中，遮断器20以其容器21的轴线与安装面垂直的方式设置。在该遮断器20的上部出口部22a设有变流器23，经由断路器24、接地开闭器25与电缆分线盒26连接。此外，遮断器20的下部出口部22b经由母线一体型断路器27与母线导体连接。 [0025] 在此，说明母线一体型断路器27中的断路部30的构成。 [0026] 在母线一体型断路器27的容器内封入有例如SF6气体等绝缘气体。此外，如图2所示，在该容器内设有可动侧接触部31、固定侧接触部32、及可动接触件33，构成断路部30。另外，虽然未图示，固定侧接触部32与从母线导体分支出的导体连接。 [0027] 可动侧接触部31优选为，设置在与固定侧接触部32相对置的位置，以与沿着各个可动接触件33的移动方向的中心轴大致为同一轴的方式设置。在可动侧接触部31内滑动自如地插入有可动接触件33。该可动接触件33对可动侧接触部31和固定侧接触部32之间进行电开闭。 [0028] 在可动接触件33的一端设有作为连结部件的圆筒状的销34，该销34与形成在杆部件35的一端上的长孔形状的槽36滑动自如地连结。杆部件35的另一端与轴(shaft)37连接，该轴37将由配置于母线一体型断路器27的容器外的操作机构产生的旋转驱动力传递到杆部件35。由此，从轴37传递来的旋转驱动力经由杆部件35传递到可动接触件33，可动接触件33在可动侧接触部31内滑动，能够进行与固定侧接触部32的电开闭(电接触或切断)。 [0029] 在此，除了在可动接触件33插入固定侧接触部32内而电连接的状态(成为闭合的状态)(在图2中以实线表示的状态)下与固定侧接触部32的触点端子32a接触的部分、以及在电切断的状态(成为断开的状态)(在图2中以虚线表示的状态)下与可动侧接触部31的触点端子31a接触的部分之外，在可动接触件33的外周面形成有硬碳膜50。此外，如图2所示，在与可动接触件33的侧面接触的、固定侧接触部32的护罩(shield)32b的内径面上形成有硬碳膜50。此外，也可以在可动侧接触部31的内壁面上形成硬碳膜50。 [0030] 此外，在将可动接触件33的一端与杆部件35的一端的长孔形状的槽36连结的销34的表面形成有硬碳膜50。另外，优选为至少在销34的表面、或者在该销34所滑动的杆部件35的一端的长孔形状的槽36中的与销34之间的滑动面上形成有硬碳膜50。此外，也可以在销34的表面及长孔形状的槽36中的与销34之间的滑动面的双方形成有硬碳膜 50。 [0031] 此外，如图3所示，使用于驱动可动接触件33的杆部件35转动的轴37贯通母线一体型断路器27的容器60而可旋转地设置，其贯通部被气密地密封。作为构成该贯通部的、设置于母线一体型断路器27的容器60的贯通口的内壁面和轴37之间的密封构造体，使用由丁晴橡胶(NBR)等构成的衬垫61。此外，在与衬垫61滑动的轴37的外周面形成有硬碳膜50。 [0032] 在此，说明硬碳膜50。 [0033] 硬碳膜50由摩擦系数较小且硬度较高的材料构成，具体地说，由类金刚石碳(DLC：diamond-like carbon)等形成。由DLC构成的硬碳膜50是高硬度的，所以磨损量较少。因此，通过具备由DLC构成的硬碳膜50，能够得到阻力较小且磨损量较少的良好的滑动特性。此外，该DLC还具有优良的耐腐蚀性。 [0034] 在此，说明DLC的膜形成方法。 [0036] 在等离子CVD法中，能够在常温附近进行涂膜，但是在膜中混入大量的氢，所以无法将膜的硬度做得很高(例如在维氏硬度(HV)下为最大2000左右)。此外，在等离子CVD法中，在前述的销34、杆部件35、可动接触件33、轴37等由金属构成的部位的规定的表面形成由DLC构成的膜时，优选为首先在金属的表面，作为衬底形成与碳(C)之间的反应性优良且提高DLC的密接强度的硅(Si)等的膜。 [0037] 另一方面，在溅射法中，需要加热至200～300℃，但是能够降低氢量，所以能够形成硬度较高的膜(例如在维氏硬度(HV)下为最大4500左右)。此外，在等离子CVD法中，在前述的销34、杆部件35、可动接触件33、轴37等由金属构成的部位的规定的表面形成由DLC构成的膜时，优选为首先在金属的表面，作为衬底形成与碳之间的反应性优良并且具有规定硬度的钨(W)、铬(Cr)等膜。通过作为衬底形成具有规定硬度的钨(W)、铬(Cr)等膜，即使在前述的销34、杆部件35、可动接触件33、轴37等基材变形时，也能够抑制DLC的膜破裂或剥离等损伤。另外，销34、杆部件35、可动接触件33、轴37等由例如铝、铜、不锈钢、铬锰钢等金属构成。 [0038] 另外，在溅射法中，优选为在形成衬底层及DLC层时，在衬底层和DLC层之间，具备DLC的浓度从衬底层朝向DLC层增加并且构成衬底层的材料的浓度减少的梯度复合层。该梯度复合层例如通过使形成衬底层的金属蒸镀量慢慢减少、另一方面使DLC的蒸镀量慢慢增加来形成。通过具备该梯度复合层，能够抑制在衬底层和DLC层之间产生的应力集中，抑制剥离的发生。 [0039] 通过上述方法形成的硬碳膜50的厚度在考虑了部件的配合尺寸、膜的残留应力、密接强度、成膜成本之后，优选为1～2μm左右，该部件的配合尺寸考虑了驱动力的传递效率或顺畅的动作特性。 [0040] 此外，形成硬碳膜50的DLC中的含氢量优选为大约10at％以下。优选该范围的理由在于，含氢量越少则越能得到高硬度的膜。 [0041] 此外，硬碳膜50的硬度优选为维氏硬度(HV)1500以上。在此，硬碳膜50的硬度优选为与被滑动面的硬度不同。 [0042] 接着，说明母线一体型断路器27中的断路部30的作用。 [0043] 由配置于母线一体型断路器27的容器外的转动设备产生的旋转驱动力被传递到轴37后，杆部件35以轴37为中心旋转。并且，可动接触件33的销34在杆部件35的一端的长孔形状的槽36内滑动，可动接触件33被驱动。这时，由于在销34的表面及杆部件35的槽36的滑动面中的至少一方上形成有硬碳膜50，所以能够得到阻力较小且磨损量较少的良好的滑动特性。 [0044] 可动接触件33被驱动，可动接触件33在可动侧接触部31内滑动，可动接触件33的前端部从固定侧接触部32的护罩32b的内径面插入到固定侧接触部32内。并且，固定侧接触部32的触点端子32a与可动接触件33的前端部的侧面的未形成有硬碳膜50的部分接触，从而成为电闭合的状态(在图2中以实线表示的状态)。这时，通过形成于可动侧接触部31的滑动面的硬碳膜50及形成于可动接触件33的周面的硬碳膜50，能够得到阻力较小且磨损量较少的良好的滑动特性。 [0045] 另外，在此，说明了可动接触件33在可动侧接触部31内滑动、可动接触件33的前端部从固定侧接触部32的护罩32b的开口插入固定侧接触部32内的工序的作用效果，但是在使可动接触件33的前端部从固定侧接触部32内脱离的情况下，也同样能够得到良好的滑动特性。 [0046] 如上所述，通过在实施方式的气体绝缘开闭装置10的母线一体型断路器27中的滑动面上形成由类金刚石碳(DLC)构成的硬碳膜50，能够得到阻力较小且磨损量较少的良好的滑动特性。 [0047] 此外，能够构成不需要润滑膏等润滑剂的滑动部。此外，通过允许固定侧接触部32与可动接触件33之间的滑动，能够容易地进行定心调整，该定心调整是使沿着可动接触件33的移动方向的、可动侧接触部31的中心轴和可动接触件33的中心轴大致为同一轴的调整，从而提高了组装性。由此，能够提供可靠性较高的气体绝缘开闭装置。 [0048] 在此，母线一体型断路器27的构成不限于上述的构成。图4是表示母线一体型断路器27的内部的具备其他构成的断路部30的截面的图。 [0049] 在图4所示的断路部30中，可动接触件33由圆筒状的部件构成，一端侧(插入固定侧接触部32的一侧)开口。此外，在可动接触件33的另一端侧设有活塞部70，另一端的开口被堵塞。可动接触件33可滑动地配置在筒状的缸体72内，该缸体72具备由空间构成的缓冲室71。该缸体72作为可动侧接触部发挥功能。 [0050] 此外，在可动接触件33上，在活塞部70侧的侧壁上形成有将可动接触件33的内部及缓冲室71连通的连通口33a。该连通口33a沿着可动接触件33的周方向至少形成1个。另外，在形成多个该连通口的情况下，优选为沿着可动接触件33的周方向均等地形成。 [0051] 此外，虽然未图示，与上述的可动接触件33同样，在活塞部70的一端部(与可动接触件33侧不同侧的端部)具备圆筒状的销，与形成于杆部件35的一端的长孔形状的槽36滑动自如地连结。 [0052] 在缸体72的固定侧接触部32侧形成有滑动通路部73，该滑动通路部73具有比可动接触件33的外径稍大的口径，并使可动接触件33能够滑动。在该滑动通路部73的内周面设有触点端子72a。 [0053] 另一方面，从滑动通路部73到活塞部70侧(在图4中为滑动通路部73的右侧)，构成有缓冲室71，该缓冲室71具有比滑动通路部73的通路径大的通路径。如图4所示，在构成缓冲室71的缸体72的内周面上形成有硬碳膜50。活塞部70的外周面在该缸体72的内周面上滑动。另外，也可以不在构成缓冲室71的缸体72的内周面上形成硬碳膜50，而在活塞部70的外周面上形成有硬碳膜。此外，也可以在构成缓冲室71的缸体72的内周面及活塞部70的外周面双方形成有硬碳膜。 [0054] 在该断路部30中，与上述的可动接触件33同样(参照图2)，由配置于母线一体型断路器27的容器外的转动设备产生的旋转驱动力被传递到轴37后，杆部件35以轴37为中心旋转。并且，可动接触件33的销(未图示)在杆部件35的一端的长孔形状的槽36内滑动，可动接触件33被驱动。 [0055] 若可动接触件33被朝向将其前端插入固定侧接触部的方向(在图4中为左方向)驱动，则缓冲室71内的充满SF6气体等绝缘气体的空间的体积减少。若缓冲室71内的充满绝缘气体的空间的体积减少，则缓冲室71内的绝缘气体经由可动接触件33的连通口33a被导入可动接触件33内，并从可动接触件33的前端的开口喷出。 [0056] 另一方面，若可动接触件33被朝向将其前端向缸体72内移动的方向(在图4中为右方向)驱动，则缓冲室71内的空间扩张，从而绝缘气体被从可动接触件33的前端的开口导入可动接触件33内。并且，被导入到可动接触件33内的绝缘气体经由可动接触件33的连通口33a被导入缓冲室71内。在上述的工序中，在可动接触件33的前端产生绝缘气体的喷出或吸入，将在电流开闭时在可动接触件33的前端和固定侧接触部32的触点端子32a之间产生的电弧在短时间内消弧。 [0057] 这样，根据具备其他构成的断路部30，通过在构成缓冲室71的缸体72的内周面上形成硬碳膜50，在驱动可动接触件33时，能够得到阻力较小且磨损量较少的良好的滑动特性。此外，能够构成不需要润滑膏等润滑剂的滑动部。由此，能够提供可靠性较高的气体绝缘开闭装置。 [0058] (其他实施方式) [0059] (凸缘部的构造) [0060] 在此，说明在母线一体型断路器27以外的滑动面上具备与前述的实施方式同样的硬碳膜50的构成部。另外，硬碳膜50的形成方法与前述的方法相同。 [0061] 图5是表示封入有绝缘气体的容器的端部的凸缘部的构造的截面的图。另外，对于与前述的实施方式的气体绝缘开闭装置10的构成相同的部分赋予相同的符号，并省略或简略重复的说明。 [0062] 图5所示的凸缘部的构造例如在具备拆卸功能的母线等的容器中采用。如图5所示，在封入有绝缘气体的容器80的端部设有容器凸缘81。在该容器凸缘81的内周面上插入有圆管90的一端。此外，在圆管90的另一端设有圆管凸缘91。该圆管凸缘91与相邻的设备的凸缘100连接。例如，如图5所示，母线导体110等从容器80经由圆管凸缘91被导出至相邻的设备。 [0063] 此外，在容器凸缘81的内周面上设有衬垫82，维持容器凸缘81的内周面和圆管90的外周面之间的气密。此外，在圆管90的一端侧的外周面上形成有硬碳膜50。并且，圆管90的一端侧在由衬垫82维持气密的状态下，与容器凸缘81可滑动地连接。 [0064] 这样，在圆管90的一端侧的外周面上形成硬碳膜50，并且能够在容器凸缘81的内周面上滑动，从而能够得到阻力较小且磨损量较少的良好的滑动特性。此外，能够抑制衬垫82的磨损和变形，所以能够长时间地维持气密性。此外，能够提高与相邻设备之间的分离或连接等的操作性。此外，能够构成不需要润滑膏等润滑剂的滑动部。 [0065] (母线导体的构造) [0066] 图6是表示母线导体的导体连接部的截面的图。 [0067] 如图6所示，在导体连接部中，在母线导体120上设有凸形滑动接触部121。另一方面，在与该母线导体120连接的母线导体130上设有凹形滑动接触部131。并且，母线导体120的凸形滑动接触部121与母线导体130的凹形滑动接触部131配合，从而将两母线导体120、130连接。 [0068] 此外，在母线导体120的凸形滑动接触部121的前端部121a的外周面及母线导体130的凹形滑动接触部131的内周面中的至少某一方形成有硬碳膜50。另外，也可以在凸形滑动接触部121的前端部121a的外周面及凹形滑动接触部131的内周面双方形成有硬碳膜50。 [0069] 此外，在母线导体120的内周设有触点端子122，与母线导体130连接时，与母线导体130的外周面电接触。 [0070] 在此，通过母线导体120的凸形滑动接触部121与母线导体130的凹形滑动接触部131相配合，两母线导体120、130电连接，并且通过该配合而发挥两母线导体120、130间的支承功能。 [0071] 在上述的导体连接部的构成中，例如由于地震或热膨胀等的影响，有时母线导体120和母线导体130的中心轴偏移，但是通过凸形滑动接触部121的前端部121a与凹形滑动接触部131的内周面滑动，能够吸收该位移。这时，在凸形滑动接触部121的前端部121a的外周面及凹形滑动接触部131的内周面中的至少某一方形成有硬碳膜50，所以能够得到阻力较小且磨损量较少的良好的滑动特性。此外，能够构成不需要润滑膏等润滑剂的滑动部。 [0072] (滑动脚及基座的构造) [0073] 图7是表示从侧面观察母线140的滑动脚及基座的侧视图。 [0074] 如图7所示，母线140在内部容纳母线导体(未图示)，具备封入有绝缘气体的容器141。并且，构成多个母线140的多个容器141经由凸缘142一体地连接，构成母线导体组。此外，在容器141的下部以规定的间隔具备滑动脚143，该滑动脚143由设置于基底144上的基座145从下方支承。 [0075] 此外，在与滑动脚143接触的基座145的接触面及与基座145接触的滑动脚143的接触面中的至少某一方的接触面上形成有硬碳膜50。另外，也可以在双方的接触面上形成有硬碳膜50。 [0076] 在上述的滑动脚及基座的构成中，例如由于地震或热膨胀等的影响而母线140位移的情况下，滑动脚143和基座145通过滑动面滑动，从而能够吸收该位移。这时，由于在与滑动脚143接触的基座145的接触面及与基座145接触的滑动脚143的接触面中的至少某一方的接触面上形成有硬碳膜50，所以能够得到阻力较小且磨损量较少的良好的滑动特性。此外，由于硬碳膜50的磨损量较少，能够长时间地得到良好的滑动特性。 [0077] (实施例及比较例) [0078] 在此，测定了在轴的外周面上形成硬碳膜的情况(实施例)和在轴上涂敷滑动润滑膏的情况(比较例)下的旋转力矩。 [0079] 作为实施例，在图3所示的、在与衬垫滑动的轴的外周面上形成硬碳膜的实验装置中，测定了旋转力矩。作为比较例，代替在实施例中使用的实验装置的硬碳膜而在轴上涂敷了滑动润滑膏的实验装置中，测定了旋转力矩。 [0080] 旋转力矩的测定设想实际的使用状況，在一定时间放置后使轴旋转，并测定了该旋转力矩。测定的结果为，在轴上形成了硬碳膜的实验装置(实施例)的力矩值是在轴上涂敷了滑动润滑膏的实验装置(比较例)的力矩值的50～70％。 [0081] 根据以上说明的实施方式，滑动部的摩擦力及磨损量较小，并且能够长时间持续该摩擦力及磨损量较小的状态。 [0082] 以上说明了本发明的若干实施方式，但是这些实施方式只是作为例子提示，不意图限定发明的范围。这些新的实施方式可以通过其他各种形态来实施，在不脱离发明的主旨的范围内，可以进行各种省略、置换、变更。这些实施方式及其变形包含在发明的范围和主旨内，包含在权利要求书中记载的发明及其等价范围内。 [0083] 符号的说明 [0084] 10…气体绝缘开闭装置、20…遮断器、21、60、80、141…容器、22a…上部出口部、22b…下部出口部、23…变流器、24…断路器、25…接地开闭器、26…电缆分线盒、27…母线一体型断路器、30…断路部、31…可动侧接触部、31a、32a、72a、122…触点端子、32…固定侧接触部、32b…护罩、33…可动接触件、33a…连通口、34…销、35…杆部件、36…槽、37…轴、 50…硬碳膜、61、82…衬垫、70…活塞部、71…缓冲室、72…缸体、81…容器凸缘、90…圆管、 91…圆管凸缘、100、142…凸缘、110、120、130…导体、121…凸形滑动接触部、121a前端部、 131…凹形滑动接触部、140…母线、143…滑动脚、144…基底、145…基座。 |
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