專利名稱：開閉器單元及搭載有開閉器單元的開關機構的制作方法
技術領域：
本發明涉及樹脂模制而成的開閉器單元及搭載有開閉器單元的開關機構，尤其涉及使它們的冷卻性能提高的機構。
背景技術：
開關機構作為受配電設備配置在電力系統中，其接收從發電所輸送的發電電力而向負載側進行配電。開關機構內流動有大電流，在使用時，以電流的導通部為中心地成為高溫，從而需要具備冷卻性能。
在此，作為具備冷卻性能的開關機構，存在有專利文獻1中記載的機構。在專利文獻1中，通過在覆蓋開關機構的樹脂層上設置樹脂制或金屬制的翅片而提高冷卻性能。
在先技術文獻
專利文獻
專利文獻1日本特開2001-160342號公報
在此，在專利文獻1中記載的開關機構中，由于翅片的高度或間隔是固定的，從而難以根據樹脂特性高效地進行冷卻。發明內容
因此，本發明的目的在于提供能夠提高冷卻性能的開閉器單元或搭載有開閉器單元的開關機構。
為了實現上述目的，本發明的開閉器單元的特征在于，具有包括可動電極及固定電極的開閉器，該開閉器單元由樹脂一體地鑄塑成形，該樹脂具備樹脂翅片，該樹脂翅片的厚度在樹脂翅片的長度方向上具有梯度。
另外，本發明的開關機構的特征在于具備上述開閉器單元、母線、負載側線纜、操作所述開閉器單元的操作器。
發明效果
根據本發明的開閉器單元或開關機構，能夠提高冷卻性能。
圖1是實施例1的開閉器單元的側剖視圖。
圖2是將實施例1的散熱翅片取出而進行表示的圖。
圖3是表示翅片的厚度d與翅片的效率的相關關系的圖。
圖4是表示使溫度變化時的翅片的高度1與最佳翅片間隔的關系的圖。
圖5是將實施例2的散熱翅片取出而進行表示的圖。
圖6是表示實施例3的開關機構的圖。
具體實施方式
以下，對實施本發明的優選的實施例進行說明。需要說明的是，下述內容僅為實施例，不言而喻的是，其并不局限于該實施形態。
實施例1
使用圖1至圖4對實施例1進行說明。
如圖1所示，本實施例的開閉器單元主要包括接地的金屬殼體21、與該金屬殼體 21連接的環氧樹脂等的固體絕緣物2 (樹脂)，以及通過該固體絕緣物2 —體地鑄塑成形的真空閥沈、接地斷路部27、母線用襯套13、線纜用襯套觀。
真空閥沈在將固定側陶瓷絕緣筒四、可動側陶瓷絕緣筒30、固定側端板31及可動側端板32連接而構成的真空容器8內配備有固定側電極16、可動側電極17、與固定側電極16連接的固定側導體5、與可動側電極17連接的可動側導體6及用于保護陶瓷絕緣筒四、30免受電極開閉時的電弧影響的電弧護罩25。此外，固定側導體5與線纜用襯套中心導體15連接而能夠向負載側配送電力。線纜用襯套中心導體15配置在與固定側導體5 正交的方向，夾在線纜用襯套中心導體15與固定側導體5間的部位集中有導體，從而在使用時熱量容易上升。另外，在可動側，在維持真空閥26內的真空狀態的情況下配置有用于實現可動側導體6可動的波紋管22。真空閥沈通過與可動側端板32和可動側導體6連接的波紋管22維持內部的真空且使可動側電極17、可動側導體6能夠沿軸向移動，從而切換接通斷開狀態。另外，在波紋管22和可動側導體6的連接部附近設置有用于保護波紋管 22免受開閉時的電弧等影響的波紋管護罩33，而且還能夠緩解波紋管22端部的電場的集中。可動側導體6與空氣絕緣及固體絕緣的真空閥沈用操作桿18連接，該真空閥用操作桿18與未圖示的操作器連接。在固定側陶瓷絕緣筒四的周圍配置有用于緩解與固定側端板31的連接部的電場集中的固定側電場緩解護罩34，在可動側陶瓷絕緣筒30的周圍配置有用于緩解與可動側端板32的連接部的電場集中的可動側電場緩解護罩35。
接地斷路部27具備與母線用襯套中心導體14連接而經由該中心導體與母線側連接的襯套用固定電極3、作為接地電位的接地側固定電極(引導件)19、位于它們的軸向中間且經由柔性導體20與真空閥沈側的可動側導體6電連接的中間固定電極9，內部與空氣絕緣。另外，所述各固定電極的內徑均相等，且配置成直線狀。相對于所述各固定電極， 通過接地斷路部可動導體4呈直線狀地在接地斷路部27內移動，能夠切換為閉、斷路、接地的三個位置。接地斷路部可動導體4與空氣絕緣及固體絕緣的操作桿18連結，通過未圖示的操作機構能夠實現可動。此外，通過以彈簧接點10構成接地斷路部可動導體4中的、與所述各固定接點接觸的部位，能夠在不妨礙接地斷路部可動導體4可動的情況下利用彈性力實現可靠的接觸。
母線用襯套13利用固體絕緣物2覆蓋母線用襯套中心導體14的周圍而構成，另外，線纜用襯套觀利用固體絕緣物2覆蓋線纜用襯套中心導體15的周圍而構成。
作為真空閥用的操作桿12、接地斷路部用的操作桿18、固體絕緣物2的材料，考慮到絕緣特性及機械強度且成形性良好的情況，使用環氧樹脂。另外，操作桿12、18、固體絕緣物2分別通過自身實現固體絕緣，另外利用周圍的氣體實現氣體絕緣。
此外，接地斷路部可動導體4、固定側導體5、可動側導體6、空氣部7、真空容器8 利用固體絕緣物2—體地鑄塑成形，在覆蓋接地斷路部可動導體4、固定側導體5、可動側導體6的固體絕緣物2的外表面設置有由和固體絕緣物2相同的部件形成的散熱翅片1。如圖1所示，與熱產生源最近的外表面成為散熱翅片的最長的厚度部位1'，隨著遠離熱產生源，所述外表面的散熱翅片1的厚度d逐漸(連續)變短。在此，導體集中的部位(由于成為電阻的導體的密度高)、電極彼此接觸的部位(由于產生接觸電阻)相當于熱產生源。而且，若覆蓋固體絕緣物2，則氣密性變高而散熱性能下降，從而更容易蓄積熱量。另一方面， 即使是上述的熱產生源的周圍，在熱產生源的周圍被氣體包圍的情況下，散熱性能提高，即使發熱性高，也難以產生熱積存的情況。基于這一點考慮，對于屬于導體集中的部位且周圍被固體絕緣物2覆蓋的部位的線纜用襯套中心導體15及真空閥沈所夾著的散熱翅片而言，翅片的厚度形成得大，隨著離開該部分，翅片的厚度減薄。另外，屬于電極彼此接觸的部位且周圍被固體絕緣物2覆蓋的部位的彈簧接點10與襯套用固定電極3的周圍設置的翅片的厚度形成得大，隨著離開該部分，翅片的厚度減薄。在本說明書中，作為熱產生源且被固體絕緣物2覆蓋的部位稱為“熱蓄積部位”。母線用襯套13或線纜用襯套觀的周圍屬于熱蓄積部位。
接下來，對本實施例的開閉器單元的使用時的狀態進行說明。在開閉器單元與電力系統連接的情況下，若從母線向開閉器單元內供給電力，而且接地斷路部27處于閉位置、真空開閉器也接通，則從電力系統側經由母線通過母線用襯套中心導體14—襯套用固定電極3—彈簧接點10—接地斷路部可動導體4—彈簧接點10—中間固定電極9—柔性導體20 —可動側導體6 —可動側電極17 —固定側電極16 —固定側導體5 —線纜用襯套中心導體15并經由線纜向負載側輸送電力。在這種情況下，在上述各電流導通部產生與電阻值對應的焦耳熱。在如開關機構那樣施加有高電壓的情況下，發熱量變得非常大，從而考慮散熱性成為設備制作上必不可少的事項。
通電時在各部分產生的焦耳熱在經由彈簧接點10的襯套用固定電極3和接地斷路部可動導體4的接點部位、可動側電極17和固定側電極16的接觸部位變大，另外，在這些部位附近、尤其在固定有固定側導體5和真空容器端部的部位附近放出的熱量容易局部集中。另外，作為開閉器內部的各導體的接地斷路部可動導體4、固定側導體5及可動側導體6的導體溫度上升，因此促進伴隨溫度上升產生的熱電子放出而導致絕緣性能降低。為了防止溫度上升，可以想到抑制發熱本身，具體而言，增大接地斷路部可動導體4、固定側導體5、可動側導體6而降低電流密度，或者在開閉部增大相對于電極16、17的接觸壓而降低接觸電阻。然而，前者導致裝置整體的大型化，后者需要利用操作機構產生大的驅動力從而導致增大每個回路的容量，結果無論哪種情況都可能導致裝置的大型化。
因此，不能夠以電阻降低來降低發熱量，提高散熱性能才是針對溫度上升的有效對策。當提高散熱性能時，在通電時的開閉器的各部分產生的焦耳熱以電極彼此的接點及導體為中心地發熱，鑒于此，以這些發熱部位附近為中心地進行散熱是更有效率的。然而， 在如本實施例的開閉器單元那樣開閉器單元利用固體絕緣物2 —體地鑄塑成形的情況下， 若將該固體絕緣物2的外表面整體形成為冷卻用的翅片形狀，則就連在固體絕緣物2的外表面與收納開閉器單元的開關機構的盤之間的溫度差低的部位、即提高散熱性能的必要性很小的部位也都一律安裝冷卻用的翅片。
尤其是，當設置固體絕緣物制的翅片時，由于比金屬的導熱率低，所以在固體絕緣物制的翅片內產生溫度分布，熱量沒有傳遞到遠離發熱部位的部位，即使在該部位設置散熱用的翅片有利于提高散熱性能的程度也低。將翅片設在整體上的做法將導致開閉器單元整體重量的增大，因此并非隨意地設置翅片，而是優選以在充分有利于散熱性能的提高的位置配置翅片的方式確定翅片的形狀及其安裝位置。
因此，在本實施例的開閉器單元中，夾在線纜用襯套中心導體15及真空閥沈間的散熱翅片設置成增大翅片的厚度，隨著遠離該部分而使翅片的厚度減薄。另外，對設置在彈簧接點10和襯套用固定電極3的周圍的翅片也增大翅片的厚度，隨著離開該部分也減薄翅片的厚度。
如上述那樣，電流導通時在電流導通部位產生焦耳熱。然后，產生的焦耳熱向周圍的介質傳遞，從周圍的介質向外部散熱。在此，由于在線纜用襯套中心導體15和真空閥沈內的導體雙方產生的熱量向線纜用襯套中心導體15及真空閥沈所夾著的固體絕緣物2傳遞，從而需要進一步提高散熱性能。在本實施例中，夾在線纜用襯套中心導體15及真空閥 26間的散熱翅片形成為，增大翅片的厚度，隨著離開該部分而減薄翅片的厚度。作為熱蓄積部位的該部分增大了翅片的厚度，從而能夠提高散熱性能。另一方面，隨著離開作為熱蓄積部位的該部分，導體的密集度下降，也不再是原本發熱部位的附近，并且固體絕緣物制的翅片的導熱率小，從而也難以傳遞來自熱蓄積部位的熱量，因而考慮這兩點，提高散熱性能的必要性也變小。因此，為了防止大型化，隨著離開作為熱蓄積部位的該部分而逐漸減薄散熱翅片1的厚度。
同樣，關于設置在彈簧接點10和襯套用固定電極3的周圍的固體絕緣物2，也覆蓋襯套用固定電極3、接地斷路部可動導體4及彈簧接點10和襯套用固定電極3的接點部位， 從而成為熱蓄積部位。因此，對于設置在該部位的散熱翅片1，增大散熱翅片1的厚度且隨著離開該部分而減薄散熱翅片1的厚度。
由此，能夠提高冷卻性能且不會造成必要限度以上的大型化。
對散熱翅片的最佳設計條件進行說明。通常，由于樹脂外皮的散熱翅片1的形狀如圖2所示那樣根據厚度(d)、高度(1)、板厚(t)、翅片間隔(b)來形成，所以需要適當確定這些形狀參數。基本上，由于散熱翅片1是擴大向周圍的傳熱面會降低表面的熱密度，從而傳熱面積越大，性能變得越好。然而，若任意地擴大表面積，則會預料到表面的導熱率下降、 到散熱翅片1前端的導熱效率下降。即，散熱翅片1最為有效的情況是散熱面整體與熱源為相同溫度的情況。因此，利用金屬時導熱率大而難以顯著產生溫度分布，利用固體絕緣物 2時導熱率小，可顯著產生溫度分布，為此，散熱翅片1的厚度不統一，以散熱翅片1可有效進行冷卻的方式使散熱翅片1帶有梯度(在翅片的長度方向上帶有梯度)。
翅片的效率表示“實際的散熱量”與“散熱翅片的全表面與熱源的溫度相等的情況下的散熱量”的比例，也可以解釋為有效工作的表面積的比率。翅片的效率利用雙曲線正切函數(tanh)以如下方式表述。
式1
權利要求
1.一種開閉器單元，具有具備可動電極及與該可動電極對置的固定電極的開閉器；與所述可動電極或所述固定電極中的一方電連接且與母線連接的襯套導體；與所述可動電極或所述固定電極中的另一方電連接且與線纜連接的襯套導體，所述開閉器單元的特征在于，該開閉器單元由樹脂一體地鑄塑成形，該樹脂具備樹脂翅片，該樹脂翅片的厚度在該樹脂翅片的長度方向上具有梯度。
2.根據權利要求1所述的開閉器單元，其特征在于，所述樹脂翅片的厚度在熱蓄積部位附近厚，在發熱量小的部位附近薄。
3.根據權利要求2所述的開閉器單元，其特征在于，所述熱蓄積部位為所述各襯套導體的周圍，在該襯套導體的周圍，所述樹脂翅片的厚度最厚。
4.根據權利要求1至3中任意一項所述的開閉器單元，其特征在于，所述開閉器為具備接通和斷開功能的斷路器及能夠切換接通和接地的接地開閉器。
5.根據權利要求4所述的開閉器單元，其特征在于，所述斷路器為在內部真空的真空容器內收納有所述可動電極及所述固定電極的真空斷路器，所述接地開閉器為在切換接通和接地的基礎上還能夠切換成斷路的接地斷路開閉器。
6.根據權利要求1至5中任意一項所述的開閉器單元，其特征在于， 所述翅片具有厚度連續地增加或減少的部位。
7.根據權利要求1至5中任意一項所述的開閉器單元，其特征在于， 所述翅片具有厚度階段性增加或減少的部位。
8.一種開關機構，具備權利要求1至7中任意一項所述的開閉器單元、母線、負載側線纜、對所述任意的可動電極進行操作的操作器。
全文摘要
本發明的目的在于提供能夠提高冷卻性能的開閉器單元或搭載有開閉器單元的開關機構。用于實現上述目的的開閉器單元具有可動電極及固定電極，其特征在于，該開閉器單元由樹脂模制成形，該樹脂具備散熱用的樹脂翅片，該散熱用的樹脂翅片在翅片的長度方向上厚度帶有梯度。
文檔編號H01H9/52GK102543557SQ201110384270
公開日2012年7月4日 申請日期2011年11月28日 優先權日2010年11月30日
發明者內海知明, 土屋賢治, 山崎美稀, 森田步 申請人:株式會社日立制作所