JP2002093293A - 断路器用真空バルブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ＳＦ₆ガスの使用量を抑制して環境に調和し
た、構造が簡単でかつ絶縁の信頼性の高い断路器用真空
バルブを得ること。 【解決手段】絶縁容器21の両端が金属部材22,23a,23bで
気密に封着されてなる真空容器の内部に、一方の金属部
材22を貫通する固定通電軸25に固着された固定側接点24
を設け、他方の金属部材23a,23bを貫通する可動通電軸2
7をベローズ20を介して固着すると共に、可動通電軸27
に固着された可動側接点26を固定側接点24と対向するよ
うに配置し、可動側接点26、固定側接点24の直径よりも
内径が大きなリング状の第３の電極28を、固定側接点24
と可動側接点26との中間に設け、第３の電極28の両端の
固定側接点24と可動側接点26との対向部に、突出部28a,
28bを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、真空開閉装置に係
り、特にＳＦ₆ガスの使用量を抑制して環境に調和し
た、構造が簡単でかつ絶縁の信頼性の高い断路器用真空
バルブに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の従来の開閉装置について、２２
／３３ｋｖ、６６／７７ｋｖクラスの特高変電設備を例
にとって説明する。

【０００３】このクラスの開閉装置は、建設費、用地の
高騰と共に、充電部汚損、安全性、および騒音等の問題
から、開閉装置の小形化や密閉化が要求され、例えばガ
ス絶縁式開閉装置（ＧＩＳ:Gas Insu1ated Switchgea
r）や、キュービクル形ガス絶縁開閉装置（Ｃ−ＧＩＳ:
Cubic1e type GIS）が開発されてきている。

【０００４】このうち、ＧＩＳは、各電気機器をパイプ
状の金属容器で覆い、絶縁媒体として高圧のＳＦ₆ガス
を封入し、小形化、密閉化した開閉装置である。

【０００５】これに対して、Ｃ−ＧＩＳは、ＧＩＳに対
して、より高い信頼性、安全性、保守・点検の簡素化と
同時に、狭い用地に短期問で建設することができ、かつ
周囲との環境に調和させる要請にも対応すべく開発され
た開閉装置である。

【０００６】これは、大気圧近傍の低圧力絶縁ガスを利
用したキュービクル形の容器に、各電気機器を一括して
収納し、内部を構成単位毎に区分したものであり、他の
閉鎖配電盤と同様の外観である。

【０００７】このように、最近では、ＳＦ₆ガスを絶縁
媒体として用いた開閉装置が、多数運転されるようにな
ってきている。

【０００８】図１１は、この種の従来の代表的なキュー
ビクル形ガス絶縁開閉装置の構成例を示す縦断面図であ
る。

【０００９】図１１において、外周を軟鋼板で気密に囲
まれた箱体１の内部は、ＳＦ₆ガス２が密封されてお
り、受電室１ａ、遮断器室１ｂおよび母線室１ｃにガス
区分されている。

【００１０】受電室１ａには、ガス−気中の区分をした
ケーブルヘッド３が、箱１の側面に取り付けられ、避雷
器４および検電がいし５が収納され、それぞれが接続導
体７で接続されている。

【００１１】なお、ケーブル９には、変流器８を貫通し
た電力用ケーブル９が接続されている。

【００１２】また、遮断器室１ｂには、受電室１ａとガ
ス区分される下段の絶縁スペーサ１０ａを介して、図示
しない真空バルブを収納した遮断器１１が収納され、こ
の遮断器１１は接続導体７を介して母線室１ｃとガス区
分される上段の絶縁スペーサ１０ｂに接続されている。

【００１３】遮断器１１は、絶縁・消弧媒体として高真
空を用いている。

【００１４】また、断路器６は、絶縁・消弧媒体として
ＳＦ₆ガスを用いている。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
構成のキュービクル形ガス絶縁開閉装置において、断路
器６は、絶縁・消弧媒体としてＳＦ₆ガスを用いてい
る。

【００１６】このＳＦ₆ガスは、空気と比較して、約１
００倍の消弧性能と約３倍の絶縁性能を持つことが知ら
れている。

【００１７】このＳＦ₆ガスは、通常の運転状態では、
無色、無臭、無味、不燃性の非常に安定した気体であ
り、しかも無毒である。

【００１８】しかしながら、ＳＦ₆ガス中でアーク放電
が発生すると、ＳＦ₆ガスは、ＳＯＦ ₂、ＳＯ₂、ＳＯ₂Ｆ
₂、ＳＯＦ₄、ＨＦ、ＳｉＦ₄等の分解生成物や、分解ガ
スを発生する。

【００１９】そして、このＳＦ₆ガスの分解生成物や分
解ガスは、毒性が強いため、分解したガスを回収する場
合に、特別な処理や管理が必要になる。

【００２０】事故電流等の遮断は、遮断器１１で行なう
ため、分解生成物や分解ガスの発生はないが、変電所内
の母線切替えや線路切替えは、断路器６で行なう。

【００２１】従って、断路器６には、ループ電流の遮断
責務が要求される。このループ電流は、定格電流に近い
電流値となり、その際に断路器６で分解生成物や分解ガ
スを発生する。

【００２２】そして、このような断路器６のガスを回収
する場合、吸着材を通して回収する等、取扱いに苦慮し
ている。

【００２３】また、ＳＦ₆ガスは、地球温暖化の原因と
なる温室効果ガスであり、温室効果係数が二酸化炭素の
２４０００倍である。

【００２４】そのため、１９９７年１２月に京都で開催
された“第３回気候変動に関する国際連合枠組み条約締
約国会議（ＣＰＯ３）”において、ＳＦ₆ガスも削減対
象ガスとして加えられ、排出の抑制と削減についての対
応が要求されてきている。

【００２５】このように環境の面からも、断路器６の絶
縁・消弧媒体として、ＳＦ₆ガスを使用しないようにす
るのが望ましい。

【００２６】そこで、断路器６の絶縁媒体を真空とした
真空断路器が考えられているが、絶縁媒体としての真空
は絶縁性能のばらつきが大きく、例えば絶縁性能のばら
つきを標準偏差で表わすと、ＳＦ₆ガスが６〜７％に対
して、真空ギャップは通常１０〜１３％程度であるが、
開閉条件によっては１８％程度に達することもある。

【００２７】そして、断路器６では、安全性の観点から
絶縁の信頼性が強く要求されているが、このように真空
を絶縁媒体として用いた断路器６では、絶縁性能のばら
つきが大きく、絶縁の信頼性に欠けるという問題点があ
る。

【００２８】そのため、真空を断路器６の絶縁媒体とし
て用いる場合に、何らかの対策が求められている。

【００２９】このような理由から、ＳＦ₆ガスを使用し
ない開閉装置の実現が困難になっているのが実状であ
る。

【００３０】本発明の目的は、ＳＦ₆ガスの使用量を抑
制して環境に調和した、構造が簡単でかつ絶縁の信頼性
の高い断路器用真空バルブを提供することにある。

【００３１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１に対応する発明の断路器用真空バルブ
は、絶縁容器の両端が金属部材で気密に封着されてなる
真空容器の内部に、一方の金属部材を貫通する固定通電
軸に固着された固定側接点を設け、他方の金属部材を貫
通する可動通電軸をベローズを介して固着すると共に、
可動通電軸に固着された可動側接点を固定側接点と対向
するように配置し、可動側接点、固定側接点の直径より
も内径が大きなリング状の第３の電極を、固定側接点と
可動側接点との中間に設け、第３の電極の両端の固定側
接点と可動側接点との対向部に、突出部を設けている。

【００３２】従って、請求項１に対応する発明の断路器
用真空バルブにおいては、可動側接点、固定側接点の直
径よりも内径が大きなリング状の第３の電極を、固定側
接点と可動側接点との中間に設け設けて２点ギャップに
することにより、低い電圧での破壊確率を低減すること
ができる。これにより、絶縁媒体として真空を用いた真
空断路器の絶縁の信頼性を向上させることができる。ま
た、温室効果ガスであるＳＦ₆ガスを使用しないため、
環境に調和した断路器を実現することができる。

【００３３】また、請求項２に対応する発明の断路器用
真空バルブは、上記請求項１に対応する発明の断路器用
真空バルブにおいて、第３の電極の軸方向の両側に、固
定側接点および可動側接点を覆うシールドを設け、第３
の電極の突出部の内径と固定側接点および可動側接点の
外径との差の２分の１をＤ₁、シールドの内径と第３の
電極の内径との差の２分の１をＤ₂、シールドの長さを
Ｌ₁とした場合に、Ｄ₁、Ｄ₂、Ｌ₁の関係が、Ｄ₂＝
（０．２５〜０．８）Ｄ₁、Ｌ₁＝（０．５〜２．０）Ｄ
₁となるようにしている。

【００３４】従って、請求項２に対応する発明の断路器
用真空バルブにおいては、第３の電極の背後にシールド
を設けることにより、絶縁容器の表面への金属蒸気の蒸
着が防止され、絶縁容器の沿面の絶縁性能の低下を防止
することができる。また、Ｄ₁、Ｄ₂、Ｌ₁の関係を、Ｄ₂
＝（０．２５〜０．８）Ｄ₁、Ｌ₁＝（０．５〜２．０）
Ｄ₁の範囲とすることにより、第３の電極の突出部の電
界強度の方がシールド端部の電界強度よりも高くなり、
破壊経路が第３の電極を介した破壊経路となる。また、
絶縁容器の径も大きくならず、経済的である。これによ
り、ループ電流等の遮断時の金属蒸気による絶縁容器の
沿面絶縁性能の低下を防止でき、かつ破壊経路が第３の
電極を介した経路となり、低い電圧での破壊確率を低減
することができ、より一層絶縁の信頼性を向上すること
ができる。

【００３５】一方、請求項３に対応する発明の断路器用
真空バルブは、上記請求項１または請求項２に対応する
発明の断路器用真空バルブにおいて、第３の電極の突出
部の凸部と凹部の内径の差をＤ₃とした場合に、Ｄ₁、Ｄ
₃の関係が、Ｄ₃＝（０．１〜０．４）Ｄ₁となるように
している。

【００３６】従って、請求項３に対応する発明の断路器
用真空バルブにおいては、Ｄ₁、Ｄ₃の関係を、Ｄ₃＝
（０．１〜０．４）Ｄ₁とすることにより、破壊経路が
第３の電極を介した経路となり、低い電圧での破壊確率
を低減することができ、より一層真空断路器の絶縁の信
頼性を向上することができる。

【００３７】また、請求項４に対応する発明の断路器用
真空バルブは、上記請求項１乃至請求項３のいずれか１
項に対応する発明の断路器用真空バルブにおいて、第３
の電極の突出部の曲率半径をＲ₁、シールドの両端の曲
率半径をＲ₂とした場合に、Ｒ ₁、Ｒ₂の関係が、Ｒ₂＝
（１．４〜３．０）Ｒ₁となるようにしている。

【００３８】従って、請求項４に対応する発明の断路器
用真空バルブにおいては、Ｒ₁、Ｒ₂の関係を、Ｒ₂＝
（１．４〜３．０）Ｒ₁とすることにより、破壊経路が
第３の電極を介した経路となり、低い電圧での破壊確率
を低減することができ、より一層真空断路器の絶縁の信
頼性を向上することができる。

【００３９】さらに、請求項５に対応する発明の断路器
用真空バルブは、上記請求項１乃至請求項４のいずれか
１項に対応する発明の断路器用真空バルブにおいて、第
３の電極の突出部を、銅・クロム合金で構成している。

【００４０】従って、請求項５に対応する発明の断路器
用真空バルブにおいては、第３の電極の突出部の材質
を、銅・クロム合金とすることにより、ループ電流・進
み小電流・遅れ小電流等の遮断電流が第３の電極を流れ
た場合、遮断電流による第３の電極表面の損傷を防止す
ることができるため、絶縁性能の低下を防止することが
できる。

【００４１】さらにまた、請求項６に対応する発明の断
路器用真空バルブは、上記請求項１乃至請求項４のいず
れか１項に対応する発明の断路器用真空バルブにおい
て、第３の電極の突出部を、銅・タングステン合金で構
成している。

【００４２】従って、請求項６に対応する発明の断路器
用真空バルブにおいては、第３の電極の突出部の材質
を、銅・タングステン合金とすることにより、ループ電
流・進み小電流・遅れ小電流等の遮断電流が第３の電極
を流れた場合、遮断電流による第３の電極表面の損傷を
防止することができるため、絶縁性能の低下を防止する
ことができる。

【００４３】一方、請求項７に対応する発明の断路器用
真空バルブは、上記請求項２に対応する発明の断路器用
真空バルブにおいて、第３の電極の両側に設けられたシ
ールドの先端部に、一端が凹部となったリング状の絶縁
部材を設けている。

【００４４】従って、請求項７に対応する発明の断路器
用真空バルブにおいては、第３の電極の両側に設けられ
たシールドの先端部に、一端が凹部となったリング状の
絶縁部材を設けることにより、破壊経路が第３の電極を
介した経路となり、低い電圧での破壊確率を低減するこ
とができ、より一層真空断路器の絶縁の信頼性を向上す
ることができる。

【００４５】また、請求項８に対応する発明の断路器用
真空バルブは、上記請求項２に対応する発明の断路器用
真空バルブにおいて、第３の電極の両側に設けられたシ
ールドを、セラミックで構成している。

【００４６】従って、請求項８に対応する発明の断路器
用真空バルブにおいては、第３の電極の両側に設けられ
たシールドの材質を、セラミックとすることにより、破
壊経路が第３の電極を介した経路となり、低い電圧での
破壊確率を低減することができ、より一層真空断路器の
絶縁の信頼性を向上することができる。また、シールド
を設けることにより、ループ電流等の電流遮断によって
発生する金属蒸気が絶縁容器の内面に蒸着せず、絶縁容
器の沿面の絶縁性能の低下を防止することができる。

【００４７】さらに、請求項９に対応する発明の断路器
用真空バルブは、上記請求項１に対応する発明の断路器
用真空バルブにおいて、第３の電極の軸方向の両側に、
セラミックからなる円筒状のシールドを設け、第３の電
極の両側に設けられた円筒状のシールドの先端部に曲率
を設け、第３の電極の両側に設けられた円筒状のシール
ドの外表面に導電層を設けている。

【００４８】従って、請求項９に対応する発明の断路器
用真空バルブにおいては、第３の電極の両側に設けられ
たシールドがセラミックからなり、外表面に導電層を設
けることにより、シールドの端部で絶縁破壊が発生する
ことが無く、破壊経路が第３の電極を介した経路とな
る。これにより、低い電圧での破壊確率を低減すること
ができ、より一層真空断路器の絶縁の信頼性を向上する
ことができる。また、シールドを設けることにより、ル
ープ電流等の電流遮断によって発生する金属蒸気が絶縁
容器の内面に蒸着せず、絶縁容器の沿面の絶縁性能の低
下を防止することができる。

【００４９】さらにまた、請求項１０に対応する発明の
断路器用真空バルブは、上記請求項１に対応する発明の
断路器用真空バルブにおいて、絶縁容器の内面に、複数
の凸部を設けている。

【００５０】従って、請求項１０に対応する発明の断路
器用真空バルブにおいては、複数の凸部を設けることに
より、絶縁容器の内面にはループ電流等の電流遮断によ
って発生する金属蒸気が蒸着しない部分ができるため、
絶縁容器の沿面の絶縁性能の低下を防止することがで
き、第３の電極の両側に設けていたシールドが不要にな
り、破壊経路が第３の電極を介した経路となる。これに
より、低い電圧での破壊確率を低減することができ、真
空断路器の絶縁の信頼性を向上することができる。

【００５１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。

【００５２】（第１の実施の形態）図１は、本実施の形
態による断路器用真空バルブの構成例を示す縦断面図で
あり、前述した従来の図１１の断路器６に対応している
図である。

【００５３】図１において、セラミックまたはガラスか
らなる絶縁容器２１を使って真空容器を形成し、その両
端開口部を、金属部材である固定側端板２２および可動
側端板２３ａ，２３ｂでそれぞれ密封して、気密な容器
を構成している。

【００５４】固定側端板２２には、固定側接点２４を接
合した固定通電軸２５を支持固定し、この固定側接点２
４と対向して可動側接点２６を可動通電軸２７に接合し
ている。

【００５５】この可動通電軸２７は、図示しない操作機
構に連結している。

【００５６】可動通電軸２７と可動側蓋板２３ａとの間
にはベローズ２０を設け、可動側接点２６、可動通電軸
２７が直線的に移動できるようにしている。

【００５７】固定側接点２４と可動側接点２６との中間
部には固定側接点２４、可動側接点２６の直径よりも内
径が大きなリング状の第３の電極２８を設け、２個の絶
縁容器２１の間に封着金具２９ａ，２９ｂを介して支持
固定している。

【００５８】第３の電極２８の両端には、固定側接点２
４と可動側接点２６との対向部に、突出部２８ａ，２８
ｂを設けている。

【００５９】次に、以上のように構成した本実施の形態
による断路器用真空バルブの作用について説明する。

【００６０】図１において、図示しない開閉装置の制御
回路または手動による断路器の断路指令があった場合に
は、可動側接点２６、可動通電軸２７が移動して、断路
状態となる。

【００６１】図２は、この断路状態での固定側接点２４
と可動側接点２６の部分と、固定側接点２４の電界強度
分布の一例を示す縦断面図である。

【００６２】ここで、矢印の大きさは電界強度の大きさ
を示す。

【００６３】絶縁破壊は、固定側接点２４の端部の電界
強度が高いので、固定側接点２４と第３の電極２８との
ギャップＧ₁が絶縁破壊し、その後全ての印加電圧がギ
ャップＧ₂に加わる。

【００６４】第３の電極２８の可動側接点２６の対向部
には、突出部２８ｂが設けられているので、この部分の
電界強度が高くなり、ギャップＧ₂が絶縁破壊する（破
壊の経路を点線矢印で示す）。

【００６５】一般に、真空ギャップの絶縁破壊確率は、
ワイブル分布関数で表わすことができ、累積破壊確率Ｆ
（ｖ）は次式で表わされる。

【００６６】

【数１】

【００６７】ここで、Ｖ₁は尺度パラメータ、ｍは形状
パラメータ、Ｖ₀は位置パラメータで、Ｖ≦Ｖ₀において
破壊確率が零となる電圧を示す。

【００６８】従って、印加電圧をＶとし、第３の電極２
８と固定側接点２４とのギャップＧ ₁に加わる電圧をＶ
／２とし、ギャップＧ₁の破壊確率をｆ（Ｖ／２）と
し、ギャップＧ₂の破壊確率をｆ（Ｖ）とすると、図２
に示すような２点ギャップの絶縁破壊確率は、次式で表
わされる。

【００６９】Ｆ（Ｖ）＝ｆ（Ｖ／２）・ｆ（Ｖ） 図３は、インパルス電圧で、１点ギャップと２点ギャッ
プの絶縁破壊特性を調査し、累積破壊確率をワイブルプ
ロットで比較して示した特性図である。

【００７０】図３から明らかなように、第３の電極２８
を設けて２点ギャップにすることにより、低い電圧での
破壊確率を低減することができる。

【００７１】これにより、絶縁媒体として真空を用いた
真空断路器の絶縁の信頼性を向上させることができる。

【００７２】また、温室効果ガスであるＳＦ₆ガスを使
用しないので、環境に調和した断路器を実現することが
できる。

【００７３】上述したように、本実施の形態では、ＳＦ
₆ガスの使用量を抑制して環境に調和した、構造が簡単
でかつ絶縁の信頼性の高い断路器用真空バルブを得るこ
とが可能となる。

【００７４】（第２の実施の形態）図４は、本実施の形
態による断路器用真空バルブの構成例を示す縦断面図で
あり、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を
省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。

【００７５】図４において、前記第３の電極２８の軸方
向の両側には、固定側接点２４および可動側接点２６を
包囲する円筒状のシールド３０ａ，３０ｂを設けてい
る。

【００７６】さらに、第３の電極２８の突出部２８ａ，
２８ｂの内径と固定側接点２４および可動側接点２６の
外径との差の２分の１をＤ₁、シールド３０ａ，３０ｂ
の内径と第３の電極２８の内径との差の２分の１を
Ｄ₂、シールド３０ａ，３０ｂの長さをＬ₁とした場合
に、Ｄ₁、Ｄ₂、Ｌ₁の関係が、 Ｄ₂＝（０．２５〜０．８）Ｄ₁、 Ｌ₁＝（０．５〜
２．０）Ｄ₁ となるようにしている。

【００７７】次に、以上のように構成した本実施の形態
による断路器用真空バルブの作用について説明する。

【００７８】図４において、ループ電流等の定格電流遮
断時には、固定側接点２４および可動側接点２６の間で
金属蒸気が発生し、絶縁容器２１の内面に蒸着される。

【００７９】そして、この金属蒸気が絶縁容器２１の内
面に蒸着されると、絶縁容器２１の沿面の絶縁性能が低
下することが懸念される。

【００８０】この点、本実施の形態では、第３の電極２
８の背後にシールド３０ａ，３０ｂを設けていることに
より、絶縁容器２１の表面への金属蒸気の蒸着が防止さ
れ、絶縁容器２１の沿面の絶縁性能の低下を防止するこ
とができる。

【００８１】また、シールド３０ａ，３０ｂを設けてい
ることにより、第３の電極２８の突出部２８ａ，２８ｂ
の電界強度Ｅ₁がシールド３０ａ，３０ｂによって緩和
され、シールド３０ａ，３０ｂの先端部で絶縁破壊する
可能性がある。

【００８２】図５は、第３の電極２８の突出部２８ａ，
２８ｂの電界強度をＥ₁、シールド３０ａ，３０ｂの先
端部の電界強度をＥ₂、第３の電極２８の突出部２８
ａ，２８ｂの内径と固定側接点２４および可動側接点２
６の外径との差の２分の１をＤ ₁、シールド３０ａ，３
０ｂの内径と第３の電極２８の内径との差の２分の１を
Ｄ₂、シールド３０ａ，３０ｂの長さをＬ₁とした場合の
電界強度比Ｅ₁／Ｅ₂とＤ ₁、Ｄ₂、Ｌ₁の関係を示す特性
図である。

【００８３】例えば、Ｄ₂／Ｄ₁が０．２５以上になる
と、第３の電極２８の突出部２８ａ，２８ｂの電界強度
Ｅ₁が、シールド３０ａ，３０ｂ端部の電界強度Ｅ₂より
も高くなる。

【００８４】また、Ｄ₂／Ｄ₁が大きくなると、絶縁容器
２１の径が大きくなり、真空バルブのコストが高くな
る。

【００８５】そこで、上記Ｄ₁、Ｄ₂、Ｌ₁の関係が、 Ｄ₂＝（０．２５〜０．８）Ｄ₁、 Ｌ₁＝（０．５〜
２．０）Ｄ₁ の範囲となるようにすることにより、第３の電極２８の
突出部２８ａ，２８ｂの電界強度Ｅ₁の方が、シールド
３０ａ，３０ｂ端部の電界強度Ｅ₂よりも高くなり、前
記図２に示すようなギャップＧ₁，Ｇ₂の破壊経路とな
る。

【００８６】また、絶縁容器２１の径も大きくならず、
経済的である。

【００８７】これにより、ループ電流等の遮断時の金属
蒸気による絶縁容器２１の沿面絶縁性能の低下を防止す
ることができ、かつ破壊経路が第３の電極２８を介した
経路となり、低い電圧での破壊確率を低減することがで
き、より一層真空断路器の絶縁の信頼性が向上する。

【００８８】上述したように、本実施の形態では、前述
した第１の実施の形態と同様の効果が得られるのに加え
て、絶縁容器２１の沿面絶縁性能の低下を防止すること
ができ、かつ低い電圧での破壊確率を低減することがで
き、より一層真空断路器の絶縁の信頼性を向上すること
が可能となる。

【００８９】（第３の実施の形態）本実施の形態による
断路器用真空バルブは、前述した第１の実施の形態また
は第２の実施の形態の断路器用真空バルブにおいて、前
記第３の電極２８の突出部２８ａ，２８ｂの内径と固定
側接点２４および可動側接点２６の外径との差の２分の
１をＤ₁、第３の電極２８の突出部２８ａ，２８ｂの凸
部と凹部の内径の差をＤ₃とした場合に、Ｄ₁、Ｄ₃の関
係が、 Ｄ₃＝（０．１〜０．４）Ｄ₁ となるようにしている。

【００９０】次に、以上のように構成した本実施の形態
による断路器用真空バルブの作用について説明する。

【００９１】図６は、前述のＤ₁やＬ₁を一定にした場合
の第３の電極２８の突出部２８ａ，２８ｂの電界強度Ｅ
₁と、シールド３０ａ，３０ｂの先端部の電界強度をＥ₂
との比率Ｅ₁／Ｅ₂と、Ｄ₁、Ｄ₃の関係を示す特性図であ
る。

【００９２】例えば、Ｄ₃／Ｄ₁が０．１以上になると、
第３の電極２８の突出部２８ａ，２８ｂの電界強度Ｅ₁
が、シールド３０ａ，３０ｂ端部の電界強度Ｅ₂よりも
高くなり、破壊経路が前記図２に示すようにギャップＧ
₁，Ｇ₂となる。

【００９３】また、Ｄ₃／Ｄ₁が０．４以上になると、Ｅ
₁／Ｅ₂は飽和する傾向にある。

【００９４】従って、上記Ｄ₁、Ｄ₃の関係が、 Ｄ₃＝（０．１〜０．４）Ｄ₁ となるようにすることにより、破壊経路が第３の電極２
８を介した経路となる。

【００９５】これにより、低い電圧での破壊確率を低減
することができ、より一層真空断路器の絶縁の信頼性が
向上する。

【００９６】上述したように、本実施の形態では、前述
した第１または第２の実施の形態と同様の効果が得られ
るのに加えて、低い電圧での破壊確率を低減することが
でき、より一層真空断路器の絶縁の信頼性を向上するこ
とが可能となる。

【００９７】（第４の実施の形態）本実施の形態による
断路器用真空バルブは、前述した第１の実施の形態乃至
第３の実施の形態のいずれかの実施の形態の断路器用真
空バルブにおいて、前記第３の電極２８の突出部２８
ａ，２８ｂの曲率半径をＲ₁、シールドシールド３０
ａ，３０ｂの両端の曲率半径をＲ₂とした場合に、Ｒ₁、
Ｒ₂の関係が、 Ｒ₂＝（１．４〜３．０）Ｒ₁ となるようにしている。

【００９８】次に、以上のように構成した本実施の形態
による断路器用真空バルブの作用について説明する。

【００９９】図７は、前述のＤ₁、Ｄ₂、Ｄ₃やＬ₁を一定
にした場合の第３の電極２８の突出部２８ａ，２８ｂの
電界強度Ｅ₁と、シールド３０ａ，３０ｂの先端部の電
界強度をＥ₂との比率Ｅ₁／Ｅ₂と、Ｒ₁、Ｒ₂の関係を示
す特性図である。

【０１００】例えば、Ｒ₂／Ｒ₁が１．４以上になると、
第３の電極２８の突出部２８ａ，２８ｂの電界強度Ｅ₁
が、シールド３０ａ，３０ｂ端部の電界強度Ｅ₂よりも
高くなり、破壊経路が前記図２に示すようにギャップＧ
₁，Ｇ₂となる。

【０１０１】また、Ｒ₂が大きくなると、絶縁容器２１
の径が大きくなり、真空バルブのコストがアップし、経
済的でない。

【０１０２】従って、上記Ｒ₁、Ｒ₂の関係が、 Ｒ₂＝（１．４〜３．０）Ｒ₁ となるようにすることにより、破壊経路が第３の電極２
８を介した経路となる。

【０１０３】これにより、低い電圧での破壊確率を低減
することができ、より一層真空断路器の絶縁の信頼性が
向上する。

【０１０４】上述したように、本実施の形態では、前述
した第１の実施の形態乃至第３の実施の形態のいずれか
の実施の形態と同様の効果が得られるのに加えて、低い
電圧での破壊確率を低減することができ、より一層真空
断路器の絶縁の信頼性を向上することが可能となる。

【０１０５】（第５の実施の形態）本実施の形態による
断路器用真空バルブは、前述した第１の実施の形態乃至
第４の実施の形態のいずれかの実施の形態の断路器用真
空バルブにおいて、前記第３の電極２８の突出部２８
ａ，２８ｂを、銅・クロム合金で構成している。

【０１０６】次に、以上のように構成した本実施の形態
による断路器用真空バルブにおいては、第３の電極２８
の突出部２８ａ，２８ｂの材質を、銅・クロム合金とし
ていることにより、ループ電流・進み小電流・遅れ小電
流等の遮断電流が第３の電極２８を流れた場合、遮断電
流による第３の電極２８表面の損傷を防止することがで
きるため、絶縁性能の低下を防止することができる。

【０１０７】上述したように、本実施の形態では、本実
施の形態では、前述した第１の実施の形態乃至第４の実
施の形態のいずれかの実施の形態と同様の効果が得られ
るのに加えて、絶縁性能の低下を防止することが可能と
なる。

【０１０８】（第６の実施の形態）本実施の形態による
断路器用真空バルブは、前述した第１の実施の形態乃至
第４の実施の形態のいずれかの実施の形態の断路器用真
空バルブにおいて、前記第３の電極２８の突出部２８
ａ，２８ｂを、銅・タングステン合金で構成している。

【０１０９】次に、以上のように構成した本実施の形態
による断路器用真空バルブにおいては、第３の電極２８
の突出部２８ａ，２８ｂの材質を、銅・タングステン合
金としていることにより、ループ電流・進み小電流・遅
れ小電流等の遮断電流が第３の電極２８を流れた場合、
遮断電流による第３の電極２８表面の損傷を防止するこ
とができるため、絶縁性能の低下を防止することができ
る。

【０１１０】上述したように、本実施の形態では、本実
施の形態では、前述した第１の実施の形態乃至第４の実
施の形態のいずれかの実施の形態と同様の効果が得られ
るのに加えて、絶縁性能の低下を防止することが可能と
なる。

【０１１１】（第７の実施の形態）図８は、本実施の形
態による断路器用真空バルブの構成例を示す縦断面図で
あり、図４と同一部分には同一符号を付してその説明を
省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。

【０１１２】図８において、前記第３の電極２８の両側
に設けられたシールド３０ａ，３０ｂの先端部に、一端
が凹部となったリング状の絶縁部材３１ａ，３１ｂを設
けている。

【０１１３】また、絶縁部材３１ａ，３１ｂの凹部に
は、メタライズ層を塗布し、シールド３０ａ，３０ｂの
先端部をろう付けしている。

【０１１４】ここで、絶縁部材３１ａ，３１ｂの材質と
しては、例えばセラミックを用いることが好ましい。

【０１１５】次に、以上のように構成した本実施の形態
による断路器用真空バルブにおいては、シールド３０
ａ，３０ｂの先端部の電界強度は高くなるが、絶縁部材
３１ａ，３１ｂで覆っていることにより、シールド３０
ａ，３０ｂの先端部で絶縁破壊が発生することが無い。

【０１１６】このため、破壊経路が前記図２に示すよう
にギャップＧ₁，Ｇ₂となり、第３の電極２８を介した経
路となる。

【０１１７】これにより、低い電圧での破壊確率を低減
することができ、より一層真空断路器の絶縁の信頼性が
向上する。

【０１１８】また、シールド３０ａ，３０ｂを設けてい
ることにより、前述した第２の実施の形態と同様に、ル
ープ電流等の電流遮断によって発生する金属蒸気が、絶
縁容器２１の内面に蒸着せず、絶縁容器２１の沿面の絶
縁性能の低下を防止することができる。

【０１１９】上述したように、本実施の形態では、前述
した第２の実施の形態と同様の効果が得られるのに加え
て、低い電圧での破壊確率を低減することができ、より
一層真空断路器の絶縁の信頼性を向上することが可能と
なる。

【０１２０】（第８の実施の形態）本実施の形態による
断路器用真空バルブは、前述した第２の実施の形態の断
路器用真空バルブにおいて、前記第３の電極２８の両側
に設けられたシールド３０ａ，３０ｂを、セラミックで
構成している。

【０１２１】次に、以上のように構成した本実施の形態
による断路器用真空バルブにおいては、第３の電極２８
の両側に設けられたシールド３０ａ，３０ｂの材質を、
セラミックとしていることにより、第３の電極２８の突
出部２８ａ，２８ｂの電界強度がシールド３０ａ，３０
ｂによって低減されることが無い。

【０１２２】このため、破壊経路が前記図２に示すよう
にギャップＧ₁，Ｇ₂となり、第３の電極２８を介した経
路となる。

【０１２３】これにより、低い電圧での破壊確率を低減
することができ、より一層真空断路器の絶縁の信頼性が
向上する。

【０１２４】また、シールド３０ａ，３０ｂを設けてい
ることにより、前述した第２の実施の形態と同様に、ル
ープ電流等の電流遮断によって発生する金属蒸気が、絶
縁容器２１の内面に蒸着せず、絶縁容器２１の沿面の絶
縁性能の低下を防止することができる。

【０１２５】上述したように、本実施の形態では、前述
した第２の実施の形態と同様の効果が得られるのに加え
て、低い電圧での破壊確率を低減することができ、より
一層真空断路器の絶縁の信頼性を向上することが可能と
なる。

【０１２６】（第９の実施の形態）図９は、本実施の形
態による断路器用真空バルブの構成例を示す縦断面図で
あり、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を
省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。

【０１２７】図９において、前記第３の電極２８の軸方
向の両側に、セラミックからなる円筒状のシールド３２
ａ，３２ｂを設けている。

【０１２８】また、第３の電極２８の両側に設けられた
円筒状のシールド３２ａ，３２ｂの先端部に、曲率を設
けている。

【０１２９】さらに、第３の電極２８の両側に設けられ
た円筒状のシールド３２ａ，３２ｂの外表面に、導電層
を設けている。

【０１３０】ここで、導電層は、第３の電極２８と電気
的に同電位としている。

【０１３１】次に、以上のように構成した本実施の形態
による断路器用真空バルブにおいては、第３の電極２８
の両側に設けられたシールド３２ａ，３２ｂがセラミッ
クからなり、外表面に導電層を設けていることにより、
シールド３２ａ，３２ｂの端部で絶縁破壊が発生するこ
とが無いる。

【０１３２】このため、破壊経路が前記図２に示すよう
にギャップＧ₁，Ｇ₂となり、第３の電極２８を介した経
路となる。

【０１３３】これにより、低い電圧での破壊確率を低減
することができ、より一層真空断路器の絶縁の信頼性が
向上する。

【０１３４】また、シールド３２ａ，３２ｂを設けてい
ることにより、前述した第１の実施の形態と同様に、ル
ープ電流等の電流遮断によって発生する金属蒸気が、絶
縁容器２１の内面に蒸着せず、絶縁容器２１の沿面の絶
縁性能の低下を防止することができる。

【０１３５】上述したように、本実施の形態では、前述
した第１の実施の形態と同様の効果が得られるのに加え
て、低い電圧での破壊確率を低減することができ、より
一層真空断路器の絶縁の信頼性を向上することが可能と
なる。

【０１３６】（第１０の実施の形態）図１０は、本実施
の形態による断路器用真空バルブの構成例を示す縦断面
図であり、図１と同一部分には同一符号を付してその説
明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。

【０１３７】図１０において、絶縁容器３３の内面に、
複数の凸部を設けている。

【０１３８】次に、以上のように構成した本実施の形態
による断路器用真空バルブにおいては、絶縁容器３３の
内面に複数の凸部を設けていることにより、絶縁容器３
３の内面には、ループ電流等の電流遮断によって発生す
る金属蒸気が蒸着しない部分ができるため、絶縁容器３
３の沿面の絶縁性能の低下を防止することができる。

【０１３９】これにより、第３の電極２８の両側に設け
ていたシールドが不要となり、破壊経路が前記図２に示
すようにギャップＧ₁，Ｇ₂となり、第３の電極２８を介
した経路となる。

【０１４０】これにより、低い電圧での破壊確率を低減
することができ、より一層真空断路器の絶縁の信頼性が
向上する。

【０１４１】上述したように、本実施の形態では、前述
した第１の実施の形態と同様の効果が得られるのに加え
て、低い電圧での破壊確率を低減することができ、より
一層真空断路器の絶縁の信頼性を向上することが可能と
なる。

【０１４２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、Ｓ
Ｆ₆ガスの使用量を抑制して環境に調和した、構造が簡
単でかつ絶縁の信頼性の高い断路器用真空バルブを提供
することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による断路器用真空バルブの第１、第
５、第６の実施の形態をそれぞれ示す縦断面図。

【図２】本発明による断路器用真空バルブの第１、第３
の実施の形態をそれぞれ示す縦断面図。

【図３】本発明による断路器用真空バルブの第１の実施
の形態の作用を説明するための特性図。

【図４】本発明による断路器用真空バルブの第２、第
４、第８の実施の形態をそれぞれ示す縦断面図。

【図５】本発明による断路器用真空バルブの第２の実施
の形態の作用を説明するための特性図。

【図６】本発明による断路器用真空バルブの第３の実施
の形態の作用を説明するための特性図。

【図７】本発明による断路器用真空バルブの第４の実施
の形態の作用を説明するための特性図。

【図８】本発明による断路器用真空バルブの第７の実施
の形態を示す縦断面図。

【図９】本発明による断路器用真空バルブの第９の実施
の形態を示す縦断面図。

【図１０】本発明による断路器用真空バルブの第１０の
実施の形態を示す縦断面図。

【図１１】従来の代表的なキュービクル形ガス絶縁開閉
装置の構成例を示す縦断面図。

【符号の説明】

１…開閉装置の箱体、 １ａ…受電室、 １ｂ…遮断器室、 １ｃ…母線室、 ２…ＳＦ₆ガス、 ３…ケーブルヘッド、 ４…避雷器、 ５…検電がいし、 ６…断路器、 ７…接続導体、 ８…変流器、 ９…ケーブル、 １０ａ…スペーサ、 １０ｂ…スペーサ、 １１…遮断器、 １２…接続母線、 １３…操作機構、 １４…制御箱、 ２０…ベローズ、 ２１…絶縁容器、 ２２…固定側端板、 ２３…可動側端板、 ２４…固定側接点、 ２５…固定通電軸、 ２６…可動側接点、 ２７…可動通電軸、 ２８…第３の電極、 ２８ａ…第３の電極の突出部、 ２８ｂ…第３の電極の突出部、 ２９ａ…封着金具、 ２９ｂ…封着金具、 ３０ａ…シールド、 ３０ｂ…シールド、 ３１ａ…絶縁部材、 ３１ｂ…絶縁部材、 ３２ａ…シールド、 ３２ｂ…シールド、 ３３…絶縁容器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大島 巖 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中事業所内 Ｆターム(参考） 5G026 BB02 BB12 BB14 CB01 EA04 EB04 EB08 HA01 HB02

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁容器の両端が金属部材で気密に封着
   されてなる真空容器の内部に、前記一方の金属部材を貫
   通する固定通電軸に固着された固定側接点を設け、 前記他方の金属部材を貫通する可動通電軸をベローズを
   介して固着すると共に、前記可動通電軸に固着された可
   動側接点を前記固定側接点と対向するように配置し、 前記可動側接点、固定側接点の直径よりも内径が大きな
   リング状の第３の電極を、前記固定側接点と可動側接点
   との中間に設け、 前記第３の電極の両端の固定側接点と可動側接点との対
   向部に、突出部を設けて成ることを特徴とする断路器用
   真空バルブ。
2. 【請求項２】 前記請求項１に記載の断路器用真空バル
   ブにおいて、 前記第３の電極の軸方向の両側に、前記固定側接点およ
   び可動側接点を覆うシールドを設け、 前記第３の電極の突出部の内径と前記固定側接点および
   可動側接点の外径との差の２分の１をＤ₁、 前記シールドの内径と前記第３の電極の内径との差の２
   分の１をＤ₂、 前記シールドの長さをＬ₁とした場合に、 前記Ｄ₁、Ｄ₂、Ｌ₁の関係が、 Ｄ₂＝（０．２５〜０．８）Ｄ₁、 Ｌ₁＝（０．５〜
   ２．０）Ｄ₁ となるようにしたことを特徴とする断路器用真空バル
   ブ。
3. 【請求項３】 前記請求項１または請求項２に記載の断
   路器用真空バルブにおいて、 前記第３の電極の突出部の凸部と凹部の内径の差をＤ₃
   とした場合に、 前記Ｄ₁、Ｄ₃の関係が、 Ｄ₃＝（０．１〜０．４）Ｄ₁ となるようにしたことを特徴とする断路器用真空バル
   ブ。
4. 【請求項４】 前記請求項１乃至請求項３のいずれか１
   項に記載の断路器用真空バルブにおいて、 前記第３の電極の突出部の曲率半径をＲ₁、前記シール
   ドの両端の曲率半径をＲ₂とした場合に、 前記Ｒ₁、Ｒ₂の関係が、 Ｒ₂＝（１．４〜３．０）Ｒ₁ となるようにしたことを特徴とする断路器用真空バル
   ブ。
5. 【請求項５】 前記請求項１乃至請求項４のいずれか１
   項に記載の断路器用真空バルブにおいて、 前記第３の電極の突出部を、銅・クロム合金で構成した
   ことを特徴とする断路器用真空バルブ。
6. 【請求項６】 前記請求項１乃至請求項４のいずれか１
   項に記載の断路器用真空バルブにおいて、 前記第３の電極の突出部を、銅・タングステン合金で構
   成したことを特徴とする断路器用真空バルブ。
7. 【請求項７】 前記請求項２に記載の断路器用真空バル
   ブにおいて、 前記第３の電極の両側に設けられたシールドの先端部
   に、一端が凹部となったリング状の絶縁部材を設けたこ
   とを特徴とする断路器用真空バルブ。
8. 【請求項８】 前記請求項２に記載の断路器用真空バル
   ブにおいて、 前記第３の電極の両側に設けられたシールドを、セラミ
   ックで構成したことを特徴とする断路器用真空バルブ。
9. 【請求項９】 前記請求項１に記載の断路器用真空バル
   ブにおいて、 前記第３の電極の軸方向の両側に、セラミックからなる
   円筒状のシールドを設け、 前記第３の電極の両側に設けられた円筒状のシールドの
   先端部に曲率を設け、 前記第３の電極の両側に設けられた円筒状のシールドの
   外表面に導電層を設けたことを特徴とする断路器用真空
   バルブ。
10. 【請求項１０】 前記請求項１に記載の断路器用真空バ
    ルブにおいて、 前記絶縁容器の内面に、複数の凸部を設けたことを特徴
    とする断路器用真空バルブ。