CN102201296A - 真空开关及真空绝缘开关装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种真空开关及真空绝缘开关装置。该真空开关具备在检查时不需停电地在连续运行过程中诊断真空压力的健康性的功能。为了解决上述问题，在本发明的真空开关中具备：内部为真空、进行电流的接通/切断的真空阀(1)；配置在该真空阀(1)内的中间屏蔽(5)；以及真空测定端子(12)，其具有至少一部分与该中间屏蔽(5)最接近的相向距离大致恒定的面。

Description

真空开关及真空绝缘开关装置
技术领域
本发明涉及真空开关及真空绝缘开关装置，特别是涉及适用于具备测量真空容器内的真空压力的测量装置的设备的真空开关及真空绝缘开关装置。
背景技术
在用电设备中设置如下装置：用于切断负载电流或故障电流的真空切断器；在进行负载的维护检查时为了确保作业者的安全而切断电流的断路器以及在大气中接地的接地开关；检测系统电压/电流的检测装置；以及收纳有保护继电器等的封闭式配电盘(称为开关装置)。
该开关装置的绝缘方式有多种，除现有的空气绝缘盘、使用SF6气体的密封式的气体绝缘开关装置(GIS)外，最近根据应对环境的观点出现了固体绝缘、压缩空气绝缘以及全真空绝缘方式的开关装置。
另外，根据各种绝缘方式，在加速切断器、断路器以及接地开关的各组件的小型化的过程中，提出了一种真空绝缘开关装置，该真空绝缘开关装置收纳了通过环氧树脂铸模使进行电压/电流接通及切断的真空阀和能够在闭合、断路及接地的三位置进行切换的空气绝缘接地断路部一体化的装置(例如参照特开2006-238522号公报)。
但是，已知真空开关装置的耐压性以及切断性依存于真空容器内部的压力。真空中的放电特性为成为压力和距离的乘积的帕邢曲线(Paschen Curve)，因此当压力上升到某值时，绝缘性能急剧下降。在真空开关装置中，不只是损坏故障，还有可能由于环境气体的长期的透过引起压力恶化，因此要求定期检查。
一般来讲，在真空压力的健康性检查中采用如下方式：在将真空开关装置运出到配电盘外部后，对极间施加预定的高电压，根据有无放电来判断健康性。此时，存在在检查时必须停电，或者另外需要高电压电源等的问题。为了应对检查作业的简化或基于始终监视的省力化等省维护要求，期待能够在通常的运行中进行诊断的方法，并且提出了各种方法(例如参照特开2007-080594号公报)。
【专利文献1】特开2006-238522号公报
【专利文献2】特开2007-080594号公报
发明内容
在上述现有技术中，为了保持开闭切换部的可靠性，需要从铸模外部始终监视通过环氧树脂成型的真空阀的真空泄露的技术。另外，在进行真空压力的健康性检查时，在将真空开关装置运到配电盘的外部后，对极间施加预定的高电压，检查有无闪络，由此判断健康性，因此存在在检查时必须停电、或另外需要高电压电源等问题。
本发明的目的在于提供一种能够提高真空压力诊断精度的真空开关或真空绝缘开关装置。
为了达到上述目的，本发明的真空开关器的特征为具备：内部为真空，进行电流的接通/切断的真空阀；配置在该真空阀内的屏蔽；以及真空测定端子，具有至少一部分与该屏蔽最接近的相向距离大致恒定的面。
另外，本发明的真空绝缘开关装置的特征为具备：上述真空开关和具有电路的接地/断路功能的空气绝缘接地断路部。
根据本发明，能够提供真空压力诊断的精度。
附图说明
图1(a)是实施例1的真空开关装置的铸模部的上截面图。(b)是实施例1的真空开关装置的铸模部的横截面图。
图2是实施例1的真空传感器端子的概要图。
图3是实施例1的压力诊断装置的电路图。
图4是表示压力与放电起始电压的关系的特性图。
图5是实施例2的压力诊断装置的配线图。
图6是实施例3的真空开关装置的铸模部的横截面图。
符号说明
1真空阀；2固定侧陶瓷筒；3固定侧端子板；4固定导体；5中间屏蔽；6可动侧陶瓷筒；7可动侧端子板；8可动导体；12真空测定端子；13绝缘物；14导电涂装；16母线连接用绝缘套管；17负载连接用绝缘套管；18测定端子电压检测部；19压力诊断装置；20电压计；21判定部；22柔性导体；23真空阀用绝缘棒；24接地断路部用绝缘棒；25空气绝缘接地断路部；26电容器；27连结点；28金属机壳；29接地用空气接点；30中间空气接点；31绝缘套管侧固定电极；32接地侧固定电极；33空气可动导体
具体实施方式
以下，使用附图对实施本发明的优选实施例进行说明。另外，下述实施例只不过是实施的例子，不意味将本发明限定于实施例的具体方式。
(实施例1)
图1表示本发明的真空开关装置的铸模部截面图。
图1(a)是从上部观看真空开关装置的俯视图，图1(b)是从侧面看真空开关装置的横截面图。
如图1(b)所示那样，真空阀1由以下部分构成：固定侧陶瓷筒2；密封地覆盖固定侧陶瓷筒2的端部的固定侧端子板3；固定导体4；配置在真空阀1内的电极的周围的中间屏蔽5；可动侧陶瓷筒6；密封地覆盖可动侧陶瓷筒6的端部的可动侧端子板7；可动导体8；虽然未图示但是用于在维持真空状态的同时使所述可动导体8动作的风箱(bellows)；设置在所述固定导体4的前端的固定电极；以及与该固定电极相向并且设置在所述可动导体8的前端的可动电极。可动电极能够在通过风箱维持真空气密的同时进行动作，与固定电极接触断开，起到开关装置的作用。
真空阀1的开闭通过真空阀用绝缘棒23进行、空气绝缘接地断路部25通过接地断路部用绝缘棒24进行开闭。空气绝缘接地断路部25为能够在闭合、断路以及接地的三个位置进行切换的构造。
真空阀用绝缘棒23与接地断路部用绝缘棒24之间通过柔性导体22连接。
通过环氧树脂等绝缘物13对具备中间屏蔽5的真空阀1的周围进行铸模。对绝缘物13的外围部实施导电涂装14，并使该涂装面接地。另外，通过绝缘物13与真空阀1同时地对真空压力诊断用真空测定端子12进行铸模。真空测定端子12与导电涂装14电气绝缘。
真空测定端子12为了获得能够充分确保真空测定端子12和中间屏蔽5之间的静电电容的面积，如图2所示那样，真空测定端子12使中心与中间屏蔽5大致相同，并且具有大致同心圆状地覆盖中间屏蔽5的外周侧的至少一部分的形状。真空测定端子12通过使中心与中间屏蔽5大致相同并且大致同心圆状地覆盖外周侧的至少一部分，由此中间屏蔽5和真空测定端子12的距离成为等间隔，(因为能够使中间屏蔽5和真空测定端子12最接近的部位形成平面状)，并且在中间屏蔽5和真空测定端子12之间电场能够均匀分布。
在此，作为真空测定端子12、测定端子电压检测部18的材料，优选在进行铸模时加工性良好的金属，例如黄铜或铝。
另外，上述的真空测定端子12与测定端子电压检测部18连接。通过绝缘物13对真空测定端子12进行铸模，但是测定端子电压检测部18露出，与外部的压力诊断装置连接。在通过绝缘物13对真空测定端子12进行铸模时，预先将其安装在填充绝缘物13的模具中，在铸模后与绝缘物13一起从模具中取出，由此能够实现埋入到正确的位置。另外，在本实施例中使测定端子电压检测部18露出，但是使其露出并非是使本发明奏效的必要条件，也可以被铸模。关于真空测定端子12，埋入到铸模内也不是进行真空测定的必要条件。
如图3所示，真空测定端子12经由测定端子电压检测部18与压力诊断装置19连接。该压力诊断装置19由电容器26(电容量C0)及与电容器26并联连接的、测定电容器26的输出电压Vout的电压计20、以及与该电压计20连接的、判定真空压力是否正常的判定部21构成。真空测定端子12与一端接地的电容器26的另一端侧连接，电压计20测定电容器26两端产生的电压Vout。判定部21比较预先决定的基准值和电压计20测定到的测定值，在超过基准值时判定为真空压力以上，在低于基准值时判定为真空压力正常。
接着，对真空压力恶化的情况进行说明。真空中的放电特性，如图4所示，为表示压力和放电起始电压的关系的帕邢曲线，因此，在主电路和中间屏蔽5之间的距离为恒定时，当压力上升到某值以上时，在主电路-中间屏蔽5之间发生放电，中间屏蔽5的电位V1上升。在此，为确保真空测定端子12-中间屏蔽5之间的静电电容C1，预先决定真空测定端子12的形状、真空测定端子12-中间屏蔽5之间的距离，由此能够从真空测定端子12检测各相的输出电压Vout。即，真空测定端子12-中间屏蔽筒5之间的静电电容C1值重要，必须不能从规定值发生变动。
在此，根据电容器26的静电电容C0与真空测定端子12-中间屏蔽5之间的静电电容C1的比来决定输出电压Vout，能够通过下述公式进行计算。
Vout＝V1×C1/(C1+C0)
此时，预先设定C0、C1以使电压Vout收容在压力诊断装置19的检测范围内。
即C0、C1为已知的常数，因此通过测定电压Vout，能够计算中间屏蔽5的电位V1。并且，电压V1如上述那样依赖于真空阀1内的压力而变化，并且在真空压力发生异常产生放电时上升，因此能够根据电压V1或电压Vout值来诊断真空开关装置的真空压力的健康性。
在本实施例中，真空测定端子12使中心与中间屏蔽5大致相等，并且具有大致同心圆状地覆盖中间屏蔽5的外周侧的至少一部分的形状，由此能够使中间屏蔽5和真空测定端子12最接近的部位形成平面状，静电电容C1不易发生变动，并且通过使与中间屏蔽5相向的面积发生变化，由此能够使静电电容的大小也自由地变化，从而提高真空压力诊断的精度。由此，能够自由地设计静电电容的值，以使电压Vout收容在压力诊断装置19的检查范围内。
另外，在本实施例中，使中间屏蔽5与圆筒状的真空阀1匹配做成圆筒状，因此关于真空测定端子12也大致同心圆状地覆盖，但是对于中间屏蔽，如果具备一部分的中间屏蔽与真空测定端子之间的最接近的相向距离大致恒定的面，则能够通过相向面之间形成电容器，并且静电电容C1不易发生变动，并且对于通过使相向的面积发生变化，使静电电容的大小自由变化，能够获得一定效果。
作为具有该特征的情况，考虑如下情况：中间屏蔽和真空测定端子的至少一部分成为相似形状，关于该相似形状部分，两者的相向距离大致恒定。此时，能够使通过相向面之间形成的电容器的静电电容更加稳定，并且仅仅对于中间屏蔽，与具有一部分的中间屏蔽和真空测定端子之间最接近的相向距离大致恒定的面的情况相比是有利的。
另外，在中间屏蔽和真空测定端子(至少)成为相似形状，并且两者的相向距离大致恒定的情形中，进一步像本实施例那样，中间屏蔽5为圆筒状，真空测定端子1使中心2与中间屏蔽5大致相同，并且具有大致同心圆状地覆盖中间屏蔽筒5的外周侧的至少一部分的形状，由此能够消除角部，能够缓和电场集中，更有意义。
另外，关于中间屏蔽5，在本实施例中主要对防止电弧附着在绝缘筒上的电弧屏蔽进行了说明，但是在真空恶化、产生放电时，与电弧屏蔽无关地发生放电而导通，因此能够普遍适用于真空阀1内的屏蔽。
(实施例2)
使用图5对实施例2进行说明。在本实施例中，说明三相排列在实施例1内说明的真空开关装置的情况，但是关于各真空开关装置与实施例1相同，省略重复说明。
在本实施例中，如图5所示那样通过连结点27合成施加三相的真空测定端子12的电压的测定端子电压检测部18，将合成后的电压施加到与在电容器26的接地侧连接的一端不同的另一端上。因此，检测的输出电压Vout成为与在三相的测定端子中产生的电压的合成值成比例的值。
根据在实施例1中说明的内容，能够诊断真空开关装置的真空压力的健康性，但是在中间屏蔽感应的电位为主电路的大致40％，比现有的值高，并且在接点的状态(接通、切断)下，电位产生变动，因此S/N比容易下降。因此，在本实施例中，如图5所示那样将三相的信号合成，输入到判断真空压力异常的检测器，由此消除随机噪声，提高S/N比。例如关于真空度，使正常时的信号为0，在某一相发生异常三相失衡时，产生信号，由此能够监视真空容器的真空泄露。关于正常时和异常时的电压，只要调整各静电电容即可，并非必须在正常时为0在异常时电位从0开始变化。
另外，在本实施例中，对在连结点27的一个部位将三相的测定端子电压检测部18一并合成的情况进行了说明，但是也可以设置多个连结点，阶段性地合成电压。另外，即使不将三相全部合成，仅仅合成两相，对提高S/N比也有一定效果。
为了检查真空测定端子12是否正常故工作，使用作为产品出厂前的常规试验的AC耐压试验。真空测定端子12在三相的合成电压失衡时产生信号，因此通过进行分别对各相施加AC电压的试验，能够确认真空测定端子12是否正常工作。以往单独实施真空测定端子12的检查和AC耐压试验，但是在该方法中，能够同时进行真空测定端子12的检查和AC耐压试验，因此能够缩短开关装置出厂前试验的项目、时间。
(实施例3)
使用图6对本发明实施例3进行说明。在图6中，对在上述各实施例中说明的真空开关装置的断路状态进行说明。除此之外与上述相同，在此省略重复说明。
在本实施例中，关于断路状态，使空气绝缘接地断路部25的中间空气接点30和绝缘套管侧固定电极31的距离大于空气绝缘接地断路部25的接地用空气接点29与接地侧固定电极32的距离。另外，还使真空阀1侧的接点在切断位置，提高断路状态的可靠性。接地侧固定电极32与接地电位的金属机壳28连接。
通过该结构，即使在负载侧发生雷击等异常时，因为使真空阀1一侧位于切断位置，所以异常不会波及到母线侧，能够提高可靠性。
另外，即使假设发生了真空泄露时，真空阀1内的切断状态被破坏，接点间导通，将负载侧的异常状态的电位施加到空气可动导体33上时，由于空气绝缘接地断路部25的中间空气接点30和绝缘套管侧固定电极31的距离大于空气绝缘接地断路部25的接地用空气接点29和接地侧固定电极32的距离，所以空气可动导体33的中间空气接点30与绝缘套管侧固定电极31之间不导通，空气可动导体33的接地用空气接点29和接地侧固定电极32之间导通。因此，异常不会波及到母线侧，能够做成接地优先构造。异常波及到母线侧关系到异常还波及到其它电路，关系到使负载侧的一电路的异常扩散。由此，如上述那样，通过使异常不会波及到母线侧地做成接地优先构造，能够提供电力系统自身的可靠性。
另外，关于涉及本实施例的部分，不必与上述各实施例中的真空压力诊断一起使用，还能够用于不进行真空压力诊断的开关或开关装置。

Claims (7)

1.一种真空开关，其特征在于，具备：
真空阀，其内部为真空，进行电流的接通/切断；
屏蔽，其配置在该真空阀内；
真空测定端子，其具有至少一部分与该屏蔽最接近的相向距离大致恒定的面。
2.根据权利要求1所述的真空开关，其特征在于，
所述屏蔽和所述真空测定端子在至少一部分具有相似形状部，该相似形状部中的所述屏蔽和所述真空测定端子的相向距离大致恒定。
3.根据权利要求2所述的真空开关，其特征在于，
所述屏蔽为圆筒状，所述真空测定端子使中心与所述屏蔽大致相同，并且具有大致同心圆状地覆盖所述屏蔽的外周侧的至少一部分的形状。
4.根据权利要求1～3的任意一项所述的真空开关，其特征在于，
在不同的相间合成在所述真空测定端子施加的电压。
5.根据权利要求4所述的真空开关，其特征在于，
三相一并合成在所述真空测定端子施加的电压。
6.一种真空绝缘开关装置，其特征在于，具备：
权利要求1～5的任意一项所述的真空开关；以及具有电路的接地/断路功能的空气绝缘接地断路部。
7.根据权利要求6所述的开关装置，其特征在于，
所述空气绝缘接地断路部具备：可动导体；设置在该可动导体中的中间空气触点以及接地用空气触点；与母线侧绝缘套管连接的绝缘套管侧固定电极；以及为接地电位并与所述接地用空气触点接触分离的接地侧固定电极，
所述中间空气触点与所述绝缘套管侧固定电极的距离大于所述接地用空气触点与所述接地侧固定电极的距离。
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