JP2003092051A

JP2003092051A - 開閉装置

Info

Publication number: JP2003092051A
Application number: JP2001281201A
Authority: JP
Inventors: Satoru Shioiri; 哲塩入; Toru Kamikawaji; 徹上川路; Kosuke Sasage; 浩資捧
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2001-09-17
Filing date: 2001-09-17
Publication date: 2003-03-28
Anticipated expiration: 2021-09-17
Also published as: JP4434529B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ＳＦ₆ガスの使用量を抑制し、構造が簡単で
信頼性が高い、真空バルブを使用した開閉装置を提供す
る。【解決手段】先端が可動側接点２７または固定側接点
２６よりも突出した凸部と、へこんだ凹部とをそれぞれ
有する金属部材３１、３０が可動通電軸２７および固定
通電軸２５により支持され、可動側接点２６および固定
側接点２５を包囲するようにそれぞれ設けられ、固定側
接点２６と可動側接点２７とが接触した位置において、
金属部材３１の凸部と金属部材３０の凹部とが嵌め合う
ように配置されている。このような構成により、無負荷
開閉を行っても絶縁性能の優れた真空バルブを有する開
閉装置を提供することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、絶縁性能が優れ、
環境に調和した開閉装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の開閉装置について、２２／３３ｋ
Ｖ、６６／７７ｋＶクラスの特高変電設備を例にとって
説明する。このクラスの開閉装置は、建設費、用地の高
騰とともに、充電部汚損、安全性、騒音などの問題から
開閉装置の小形化や密閉化が要求され、ガス絶縁式開閉
装置（ＧＩＳ：ＧａｓＩｎｓｕｌａｔｅｄＳｗｉｔ
ｃｈｇｅａｒ）やキュービクル形ガス絶縁開閉装置（Ｃ
−ＧＩＳ：ＣｕｂｉｃｌｅｔｙｐｅＧＩＳ）が開発
されてきている。

【０００３】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ＳＦ ₆ガスを封入し小形
化、密閉化したものである。

【０００４】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、狭い用地に短期間で建設でき、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。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
部を構成単位ごと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。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
になった。

【０００５】代表的なキュービクル形ガス絶縁開閉装置
の一例の構成を図１５に示す。同図において、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、及び母線
室１ｃにガス区分されている。

【０００６】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。なお、ケーブルヘッド３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。

【０００７】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
してい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。遮断器１１は絶縁・消弧媒体として高真空を用い
ている。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。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、このよ
うな構成において断路器６は絶縁・消弧媒体としてＳＦ
₆ガスを用いている。このＳＦ₆ガスは空気と比較して約
１００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。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。

【０００９】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ＳＯＦ₂、ＳＯ₂、ＳＯ
₂Ｆ₂、ＳＯＦ₄、ＨＦ、ＳｉＦ₄等の分解生成物や分解ガ
スを発生する。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、特別
な処理や管理が必要になる。事故電流などの遮断は遮断
器１１で行うため、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を断路器６で行
う。従って、断路器６はループ電流の遮断責務を要求さ
れる。このループ電流は定格電流に近い電流値となり、
その際断路器６で分解生成物や分解ガスを発生する。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
て回収するなど取扱いに苦慮している。

【００１０】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２
４０００倍である。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（ＣＯＰ３）において、ＳＦ₆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
が要求されている。このように環境面からも、断路器の
絶縁・消弧媒体としてＳＦ₆ガスを使用しないのが望ま
しい。

【００１１】そこで、断路器の絶縁媒体を真空とした真
空断路器が考えられるが、無負荷で接点を開閉しただけ
でも絶縁性能の低下が大きく、かつ絶縁性能のばらつき
が大きくなる。

【００１２】例えば、絶縁性能のばらつきを標準偏差で
表すと、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１
８％程度に達することもある。断路器では安全性の観点
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は接点の開閉によっ
て絶縁性能が低下し、絶縁の信頼性に欠けるという欠点
がある。このため、真空を断路器の絶縁媒体として用い
る場合、何らかの対策が求められている。

【００１３】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。

【００１４】そこで本発明の目的は、ＳＦ₆ガスの使用
量を抑制し、構造が簡単で信頼性が高い、真空バルブを
使用した開閉装置を提供するにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明に係る開閉装置
は、両端がそれぞれ金属端板で気密に封着された絶縁容
器内に、一方の金属端板を貫通する固定通電軸に固着さ
れた固定側接点を設け、他方の金属端板を貫通する可動
通電軸がベローズを介して固着されると共に、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、可動通電軸および固定通電軸のそれぞれによ
り支持され、可動側接点および固定側接点を包囲する金
属部材がそれぞれ設けられ、それぞれの金属部材にはそ
の先端が可動側接点または固定側接点よりも突出した凸
部と、可動側接点または固定側接点よりもへこんだ凹部
とを設け、固定側接点と可動側接点とが接触した位置に
おいて、可動側の金属部材および固定側の金属部材の凸
部と凹部とが嵌め合うように配置した真空バルブを有す
ることを特徴とする。

【００１６】このような構成により、無負荷開閉を行っ
ても絶縁性能の優れた真空バルブを有する開閉装置を提
供することができる。

【００１７】

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

【００１８】（第１の実施形態）図１は、本発明の第１
の実施形態として、本発明に係る開閉装置、例えば断路
器に使用される真空バルブの構成例を示す縦断面図であ
る。例えば、従来の技術で示した図１５の断路器６用の
真空バルブの構成例を示すものである。

【００１９】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を使って真空容器が形成され、両端
開口部が、固定側端板２２および可動側端板２３ａ、２
３ｂでそれぞれ密封され、気密な容器を構成する。固定
側端板２２には固定側接点２４を接合した固定通電軸２
５が支持固定され、この固定側接点２４と対向して可動
側接点２６が可動通電軸２７に接合されている。この可
動通電軸２７は図示していない操作機構に連結されてい
る。可動通電軸２７と可動側端板２３ｂとの間にはベロ
ーズ２０が設けられ、可動側接点２６や可動通電軸２７
が直線的に移動できる。絶縁容器２１の中間部にはシー
ルド２８が封着金具２９ａ、２９ｂを介して取付けられ
ている。金属部材３０は固定通電軸２５に支持固定さ
れ、固定側接点２４の側面を包囲するように配置されて
いる。金属部材３１は可動通電軸２７に支持固定され、
可動側接点２６の側面を包囲するように配置されてい
る。

【００２０】図２は、本実施形態における可動側接点２
６および金属部材３１の構造を示す。金属部材３１は可
動側接点２６よりも突き出た凸部（突出部）３１ａとへ
こんだ凹部３１ｂで構成されている。固定側接点２４お
よび金属部材３０についても、可動側と同様の構成とな
っていて、金属部材３０は固定側接点２４よりも突き出
た凸部（突出部）とへこんだ凹部で構成されている。接
点の投入時には可動側の金属部材３１の凸部３１ａと固
定側の金属部材３０の凹部が嵌め合うように構成されて
いる。ただし、接点２４、２６が接触した状態で、金属
部材３１と金属部材３０とは接触しない。

【００２１】このような構成で、図示していない開閉装
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、可動側接点２６及び可動通電軸２７が移動し、
断路状態となる。断路状態での固定側接点２４と可動側
接点２６間の電界強度は、金属部材３０、３１によって
電界が緩和され、電界強度が低減される。また、金属部
材３０の凸部、金属部材３１の凸部３１ａの電界強度
は、それぞれ接点２６、２７よりも突き出ているため接
点２６、２７よりも高くなることが考えられる。

【００２２】図３は、接点の無負荷開閉を行い、接点に
機械的衝撃を加えた場合の絶縁破壊確率分布を示す。機
械的衝撃が加わると破壊電圧のばらつきが非常に大きく
なり、例えば破壊確率（累積破壊破壊確率）が０．１％
となる電圧は機械的衝撃を加えることによって３０〜４
０％程度低下する。

【００２３】断路器においては確実な電源の切り離しや
安全性の観点から、より高い絶縁の信頼性が要求され
る。このため、破壊確率で表すと５０％破壊電圧より
も、例えば０．１％などの低破壊確率での絶縁性能が問
題となる。

【００２４】本実施形態の金属部材３０、３１を設ける
ことにより接点２６、２７の電界強度が低減され、破壊
電圧が向上する。これに対して、金属部材３０、３１間
の絶縁性能は、前述したように電界強度が高くなるが、
図３に示すように機械的衝撃が加わらないので、破壊電
圧のばらつきが小さくなる。このため、低破壊確率の電
圧は向上する。このように、無負荷開閉を行っても絶縁
性能の優れた断路器用真空バルブを提供することができ
る。

【００２５】（第２の実施形態）次に本発明の第２の実
施形態について説明する。この実施形態は、図１及び図
２に示す第１の実施形態の真空バルブにおいて、金属部
材３１の凸部３１ａの先端部が可動側接点２６より突出
した長さ（可動側接点２６よりも突出した金属部材３１
の凸部３１ａの先端部と可動側接点２６との距離）をＨ
₁とし、金属部材３１の凹部３１ｂの幅をＷとし、可動
側接点２６と固定側接点２４との間のギャップ長をｄと
すると、前記Ｈ₁、Ｗ、ｄの関係が、Ｈ₁＝（０．０８〜０．３）ｄ、Ｗ≦７．０・Ｈ₁ となるような金属部材３１を用いたものである。また、
可動側について記述したが、固定側についてもＨ₁、
Ｗ、ｄの関係は同様である。

【００２６】図１及び図２に示す構成において、金属部
材３１の凸部３１ａに対向する可動側接点の位置２６ａ
では凸部３１ａによって十分に電界強度が低減される
が、金属部材３１の凹部３１ｂに対向する可動側接点２
６の位置２６ｂでは十分に電界強度が低減しないことが
考えられる。このため、金属部材３１の凸部３１ａの先
端部が可動側接点２６より突出した長さ（可動側接点２
６よりも突出した金属部材３１の凸部３１ａの先端部と
可動側接点２６との距離）をＨ₁とし、金属部材３１の
凹部３１ｂの幅をＷとし、可動側接点２６と固定側接点
２４との間のギャップ長をｄとした場合のＨ₁、Ｗ、ｄ
と可動側接点の２６ｂの位置での電界強度の関係を発明
者が調査した。

【００２７】図４は、前述のＨ₁、Ｗ、ｄと可動側接点
の２６ｂの位置での電界強度の関係を示す。ここで、Ｅ
ａは金属部材３１が無い場合の電界強度を示す。Ｈ₁／
ｄが大きくなるほど、つまり金属部材３１の凸部３１ａ
の高さが高くなるほど２６ｂの電界強度は低くなり、Ｈ
₁／ｄを０．０８以上にすると金属部材３１が無い場合
より２６ｂの電界強度が２０％以上低減される。また、
金属部材３１の凹部３１ｂの幅Ｗが広くなるほど、電界
強度が高くなり、Ｈ₁／ｄが０．０８以上では凹部の幅
Ｗを７．０Ｈ₁以下にすると、金属部材３１が無い場合
よりも２６ｂの電界強度は２０％以上低減される。

【００２８】次に、図５は金属部材３１の凸部３１ａの
電界強度とＨ₁、ｄの関係を示す。ここで、Ｅｂは無負
荷開閉を行わない場合の破壊確率０．１％の電界強度を
示す。Ｈ₁／ｄが大きくなるほど、つまり金属部材３１
の凸部３１ａの高さが高くなるほど突出部３１ａの電界
強度は高くなり、Ｈ₁／ｄが０．３より大きな値になる
と、Ｅｂよりも高くなる。従って、Ｈ₁／ｄが０．０８
〜０．３の範囲で、Ｗを７．０Ｈ₁以下にすると、接点
の電界強度も低減され、金属部材からの絶縁破壊の確率
が低く、絶縁性能の優れた断路器用真空バルブを提供す
ることができる。

【００２９】（第３の実施形態）図６は、本発明の第３
の実施形態として、本発明に係る開閉装置、例えば断路
器に使用される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、異なる部分についてのみ述べる。図６において、
金属部材３２は固定通電軸２５に支持固定され、金属部
材３３は可動通電軸２７に支持固定されている。

【００３０】図７は、本実施形態における可動側接点２
６および金属部材３３の構造を示す。金属部材３３は可
動側接点２７よりも突き出した凸部（突出部）３３ａと
可動側接点よりもへこんだ凹部３３ｂで構成されてい
る。金属部材３３の凸部３３ａの半径方向の断面は半円
筒状の形状をしている。固定側接点２４および金属部材
３２についても、可動側と同様の構成となっている。固
定側接点２４と可動側接点２６の投入時には可動側の金
属部材３３の凸部３３ａと固定側の金属部材３２の凹部
が嵌め合うように構成されている。ただし、接点２４、
２６が接触した状態で、金属部材３２と金属部材３３と
は接触しない。

【００３１】このような構成により、断路状態での固定
側接点２４と可動側接点２６の電界強度は金属部材３
２、３３によって電界緩和され、電界強度が低減され
る。また、金属部材３２の凸部、金属部材３３の凸部３
３ａの電界強度は、接点２４、２６よりも突き出ている
ため接点２４、２６よりも高くなることが考えられる。
しかしながら、金属部材３２の凸部、金属部材３３の凸
部３３ａは、接点２４、２６の開閉を行っても接触しな
いので、図３に示すように破壊電圧の低下やばらつきが
大きくなることもない。

【００３２】従って、第１の実施形態で説明したように
固定側接点２４と可動側接点２６の電界強度が低減され
るので、無負荷開閉を行っても絶縁性能の優れた断路器
用真空バルブを提供することができる。

【００３３】（第４の実施形態）この実施形態は、図６
及び図７に示す第３の実施形態の真空バルブにおいて、
金属部材３３の凸部３３ａの先端部が可動側接点２６よ
り突出した長さ（可動側接点２６よりも突出した金属部
材３３の凸部３３ａの先端部と可動側接点２６との距
離）をＨ₂、可動側接点２６と固定側接点２４との間の
ギャップ長をｄとすると、前記Ｈ₂、ｄの関係がＨ₂＝（０．１〜０．３）ｄとなるような金属部材３３を用いたものである。また、
可動側について記述したが、固定側についても、Ｈ₂、
ｄの関係は同様である。

【００３４】図６及び図７に示す構成において、金属部
材３３の凸部３３ａに対向する可動側接点の位置２６ａ
では凸部３３ａによって十分に電界強度が低減される
が、金属部材３３の凸部３３ａから離れた可動側接点２
６の位置２６ｂでは十分に電界強度が低減しないことが
考えられる。このため、金属部材３３の凸部３３ａの先
端部が可動側接点２６より突出した長さ（可動側接点２
６よりも突出した金属部材３３の凸部３３ａの先端部と
可動側接点２６との距離）をＨ₂とし、可動側接点２６
と固定側接点２４の間のギャップ長をｄとした場合のＨ
₂、ｄと可動側接点の２６ｂの位置での電界強度の関係
を発明者が調査した。

【００３５】図８は、前述のＨ₂、ｄと可動側接点の２
６ｂの位置での電界強度の関係を示す。ここで、Ｅａは
金属部材３３が無い場合の電界強度を示す。Ｈ₂／ｄが
大きくなるほど、つまり金属部材３３の凸部３３ａの高
さが高くなるほど２６ｂの電界強度は低くなり、Ｈ₂／
ｄを０．１以上にすると金属部材３３が無い場合より２
６ｂの電界強度が２０％以上低減される。

【００３６】次に、金属部材３３の凸部３３ａの電界強
度とＨ₂、ｄは前述した図５に示すような関係になる。
第２の実施形態で説明したように、Ｅｂは無負荷開閉を
行わない場合の破壊確率０．１％の電界強度を示す。Ｈ
₂／ｄが大きくなるほど、つまり金属部材３３の凸部３
３ａの高さが高くなるほど凸部３３ａの電界強度は高く
なり、Ｈ₂／ｄが０．３より大きな値になると、Ｅｂよ
りも高くなる。従って、Ｈ₂／ｄを０．１〜０．３の範
囲にすると、接点の電界強度も低減され、金属部材から
の絶縁破壊の確率が低く、絶縁性能の優れた断路器用真
空バルブを提供することができる。

【００３７】（第５の実施形態）図９は、本発明の第５
の実施形態として、本発明に係る開閉装置、例えば断路
器に使用される真空バルブの構成例を示す縦断面図であ
る。図９に示す断路器用真空バルブにおいて、可動通電
軸２７および固定通電軸２５に支持され、可動側接点２
６と固定側接点２４を包囲する円筒状の金属部材３５、
３４を設け、それぞれの金属部材３５、３４の先端部が
前記可動側接点２６と固定側接点２４よりも突出し、可
動側の金属部材３５の内径が固定側の金属部材３４の外
径よりも大きくなるように構成している。図９において
は可動側の金属部材３５の直径が大きくなるように構成
されているが、金属部材３４、３５のいずれか一方の内
径が他方の外径より大きいことが本実施形態の趣旨であ
る。

【００３８】図９に示す断路器用真空バルブにおいて、
固定側接点２４の電界強度は金属部材３４によって電界
緩和され、可動側接点２６の電界強度は金属部材３５に
よって電界緩和されるので、電界強度が低減される。従
って、無負荷開閉などの機械的衝撃が加わる部分の電界
強度が低減されるので、第１乃至第４の実施形態で説明
したように絶縁性能の優れた断路器用真空バルブを提供
することができる。

【００３９】（第６の実施形態）この実施形態は、図９
に示す第５の実施形態の断路器用真空バルブにおいて、
可動側接点２６と固定側接点２４を包囲する円筒状の金
属部材３５、３４のうち、一方の直径が大きい方の金属
部材の先端部、例えば金属部材３５の先端部３５ａが可
動側接点２６より突出した長さ（可動側接点２６よりも
突出した金属部材３５の先端部３５ａと可動側接点２６
との距離）をＨ₄、もう一方の直径が小さい方の金属部
材３４の先端部３４ａが固定側接点２４より突出した長
さ（固定側接点２４よりも突出した金属部材３４の先端
部３４ａと固定側接点２４との距離）をＨ₃、可動側接
点２６と固定側接点２４の間のギャップ長をｄとする
と、前記Ｈ₃、Ｈ₄の関係が、Ｈ₃＝（０．０５〜０．３）ｄＨ₄＝（０．１〜０．４）ｄとなるような金属部材３５、３４を用いたものである。
また、金属部材３４、３５の内径はいずれかの金属部材
の内径が大きく、接点２４、２６が投入された状態で
は、金属部材３４、３５同士が接触しないように構成さ
れている。

【００４０】図９に示す構成において、金属部材３４、
３５によって固定側接点２４や可動側接点２６の電界強
度は低減される。可動側接点２６と固定側接点２４をそ
れぞれ包囲する円筒状の金属部材３５、３４のうち、一
方の直径が小さい方の金属部材の先端部、例えば金属部
材３４の先端部３４ａが固定側接点２４より突出した長
さ（固定側接点２４よりも突出した金属部材３４の先端
部３４ａと固定側接点２４との距離）をＨ₃、もう一方
の直径が大きい方の金属部材の先端部、例えば金属部材
３５の先端部３５ａが可動側接点２６より突出した長さ
（可動側接点２６よりも突出した金属部材３５の先端部
３５ａと可動側接点２６との距離）をＨ ₄、可動側接点
２６と固定側接点２４の間のギャップ長をｄとした場合
の固定側接点２４や可動側接点の２６の電界強度につい
て発明者が調査した。

【００４１】図１０は、前述のＨ₃、Ｈ₄と固定側接点２
４や可動側接点２６の電界強度の関係を示す。図中のＨ
₃が固定側接点２４、Ｈ₄が可動側接点２６の電界強度を
示す。ここで、Ｅａは図４及び図８と同様に、金属部材
３４、３５が無い場合の電界強度を示す。Ｈ₃／ｄ、Ｈ₄
／ｄが大きくなるほど、つまり金属部材３４、３５の突
出部の高さが高くなるほど接点の電界強度は低くなり、
金属部材の直径が小さい固定側はＨ₃／ｄを０．０５以
上にすると金属部材３４が無い場合より固定側接点２４
の電界強度が２０％以上低減される。また、可動側にお
いては、金属部材３５の直径が大きくなるので、金属部
材３５が無い場合よりも可動側接点２６の電界強度を２
０％低くするためには、Ｈ₄／ｄを０．１以上にしなけ
ればならない。

【００４２】次に、金属部材３４、３５の先端部３４
ａ、３５ａの電界強度とＨ₃、Ｈ₄、ｄの関係を図５に示
す。ここで、Ｅｂは第２の実施形態で説明したように、
無負荷開閉を行わない場合の破壊確率０．１％の電界強
度を示す。Ｈ₃／ｄ、Ｈ₄／ｄが大きくなるほど、つまり
金属部材３４、３５の先端部３４ａ、３５ａの高さが高
くなるほど先端部３４ａ、３５ａの電界強度は高くな
り、固定側の金属部材３４の先端部３４ａの電界強度
は、Ｈ₃／ｄが０．３より大きな値になると、Ｅｂより
も高くなる。従って、Ｈ₃／ｄが０．０５〜０．３の範
囲にすると、接点の電界強度も低減され、さらに金属部
材からの絶縁破壊の確率も低くなる。同様に、可動側の
金属部材３５の先端部３５ａの電界強度はＨ₄／ｄが
０．４より大きな値になると、Ｅｂよりも高くなる。従
って、Ｈ₄／ｄが０．１〜０．４の範囲にすると、接点
の電界強度も低減され、さらに金属部材からの絶縁破壊
の確率も低くなる。このように、最適な金属部材の突出
部の高さＨ₃、Ｈ₄にすることにより絶縁性能の優れた断
路器用真空バルブを提供することができる。

【００４３】（第７の実施形態）図１１は、本発明の第
７の実施形態として、本発明に係る開閉装置、例えば断
路器に使用される真空バルブの可動側接点４０および金
属部材３１の構造を示す。図１１において、金属部材３
１の凹部３１ｂと対向する可動側接点４０の端部が可動
通電軸２７よりもへこんだ形状をしている。図１１は可
動側について示しているが、固定側についても同様に金
属部材３０の凹部３０ｂと対向する固定側接点の端部は
固定通電軸よりもへこんだ形状をしている。

【００４４】図１１に示す断路器用真空バルブにおい
て、金属部材３１の凹部３１ｂに対向した可動側接点４
０の端部４０ａの電界強度が低減され、機械的衝撃が加
わる部分の電界強度が低減されるので、種々の開閉を行
っても絶縁性能の優れた断路器用真空バルブを提供する
ことができる。

【００４５】（第８の実施形態）次に、本発明の第８の
実施形態について説明する。本実施形態は、図１、図
２、図６、図７、図９、及び図１１に示す断路器用真空
バルブにおいて、金属部材３０、３１、３２、３３、３
４、３５の材質をステンレス鋼またはタングステンにし
たものである。

【００４６】このように、図１、図２、図６、図７、図
９、及び図１１に示す断路器用真空バルブにおいて、金
属部材３０、３１、３２、３３、３４、３５の材質をス
テンレス鋼またはタングステンにすることにより、固定
側と可動側の金属部材との間の絶縁性能が向上する。

【００４７】図１２は本発明者等が行った雷インパルス
耐電圧性能と材料との比較を示す。なお、材料は銅（無
酸素銅）、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）、タングステ
ンである。また、試験に用いた電極形状は直径３４ｍｍ
の平板電極で、ギャップ長は１．５ｍｍである。

【００４８】図１２において、銅材と比較してステンレ
ス鋼で１．７倍、タングステンで１．９倍である。ただ
し、銅材の表面に真空蒸着などの手法によりタングステ
ンをコーティングしても同様な効果が得られるので、本
実施形態の範囲は金属部材の表面材料をステンレス鋼ま
たはタングステンとする。このように、金属部材の材質
をステンレス鋼またはタングステンとすることにより、
絶縁性能の優れた断路器用真空バルブを提供することが
できる。

【００４９】（第９の実施形態）次に、本発明の第９の
実施形態について説明する。本実施形態は図１、図２、
図６、図７、図９、及び図１１に示す断路器用真空バル
ブにおいて、金属部材３０、３１、３２、３３、３４、
３５の表面に複合電解研磨処理または電子ビーム処理
（電子ビームによる改質層を設ける処理）を施したもの
である。

【００５０】このように、図１、図２、図６、図７、図
９、及び図１１に示す断路器用真空バルブの金属部材３
０、３１、３２、３３、３４、３５の表面に複合電解研
磨処理または電子ビーム処理を施し、表面を平滑化する
ことにより、固定側と可動側の金属部材との間の絶縁性
能を向上させることができる。

【００５１】図１３は、金属部材の表面状態の違いと雷
インパルス破壊電圧の比較を示す。発明者らは表面粗さ
約１μｍ程度に仕上げた電極とその電極を複合電解研磨
処理した電極の雷インパルス耐電圧特性を比較した。電
解液は、りん酸と硫酸の混合液である。一般に真空中の
絶縁破壊は、図１３からもわかるように絶縁破壊を繰り
返すたびに破壊電圧が高くなる。これをコンディショニ
ング効果と呼び、これを利用したコンディショニング処
理を真空バルブの製造の最終工程で行っている。

【００５２】図１３から明らかなように、複合電解研磨
処理を行うことにより、少ない破壊回数で高い絶縁性能
を示し、かつ最終の破壊電圧も約２０ｋＶ高い。

【００５３】このように、複合電解研磨処理を行うこと
により、コンディショニング処理に要する時間を短縮す
ることができるという利点がある。

【００５４】図１４は、金属部材に電子ビーム処理を行
った場合の耐電圧特性の比較を示す。

【００５５】図１４から明らかなように電子ビーム処理
を行うことにより、少ない破壊回数で高い絶縁性能を示
し、かつ最終の破壊電圧も約２０ｋＶ高い。

【００５６】このように、電子ビーム処理（電子ビーム
による改質層を設ける処理）を行うことにより、コンデ
ィショニング処理に要する時間を短縮することができる
という利点がある。

【００５７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
構造が簡単で、絶縁信頼性の高い真空バルブを有する開
閉装置を提供することができ、ＳＦ₆ガスの使用量を抑
制し、環境に調和した開閉装置を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１及び第２の実施形態に係る断路
器用真空バルブの構成を示す縦断面図。

【図２】本発明の第１及び第２の実施形態における主
要部の構成を示す斜視図。

【図３】本発明の第１及び第２の実施形態の作用を示
すグラフ。

【図４】本発明の第２の実施形態の作用を示すグラ
フ。

【図５】本発明の第２、第４、及び第６の実施形態の
作用を示すグラフ。

【図６】本発明の第３及び第４の実施形態に係る断路
器用真空バルブの構成を示す縦断面図。

【図７】本発明の第３及び第４の実施形態における主
要部の構成を示す斜視図。

【図８】本発明の第４の実施形態の作用を示すグラ
フ。

【図９】本発明の第５及び第６の実施形態に係る断路
器用真空バルブの構成を示す縦断面図。

【図１０】本発明の第６の実施形態の作用を示すグラ
フ。

【図１１】本発明の第７の実施形態における主要部の構
成を示す斜視図。

【図１２】本発明の第８の実施形態の作用を示すグラ
フ。

【図１３】本発明の第９の実施形態の作用（複合電解研
磨処理の場合）を示すグラフ。

【図１４】本発明の第９の実施形態の作用（電子ビーム
処理の場合）を示すグラフ。

【図１５】従来の開閉装置の構成を示す縦断面図。

【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、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、３３…絶縁容器２２…固定側端板２３（２３ａ、２３ｂ）…可動側端板２４…固定側接点２５…固定通電軸２６、４０…可動側接点２７…可動通電軸２８…シールド２９ａ、２９ｂ…封着金具３０、３１、３２、３３、３４、３５…金属部材３１ａ、３３ａ…凸部（突出部）３４ａ、３５ａ…先端部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者捧浩資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 BA02 BB17 CA02 CB02 CC03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】両端がそれぞれ金属端板で気密に封着され
た絶縁容器内に、一方の前記金属端板を貫通する固定通
電軸に固着された固定側接点を設け、他方の前記金属端
板を貫通する可動通電軸がベローズを介して固着される
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、前記可動通電軸お
よび前記固定通電軸のそれぞれにより支持され、前記可
動側接点および前記固定側接点の側面を包囲する金属部
材がそれぞれ設けられ、それぞれの前記金属部材にはそ
の先端が前記可動側接点または前記固定側接点よりも突
出した凸部と、前記可動側接点または前記固定側接点よ
りもへこんだ凹部とを設け、前記固定側接点と前記可動
側接点とが接触した位置において、可動側の前記金属部
材および固定側の前記金属部材の凸部と凹部とが嵌め合
うように配置した真空バルブを有することを特徴とする
開閉装置。
【請求項２】請求項１に記載の開閉装置において、前記
金属部材の凸部の先端部が前記可動側接点または前記固
定側接点より突出した長さをＨ₁、前記金属部材の凹部
の幅をＷ、前記可動側接点と前記固定側接点との間のギ
ャップ長をｄとすると、前記Ｈ₁、Ｗ、ｄの関係が、Ｈ₁＝（０．０８〜０．３）ｄ、Ｗ≦７．０・Ｈ₁ となるようにしたことを特徴とする開閉装置。
【請求項３】請求項１に記載の開閉装置において、前記
可動通電軸および前記固定通電軸に支持された前記金属
部材の半径方向の断面がそれぞれ半円筒状の形状で、そ
れぞれの前記金属部材の先端部が前記固定側接点および
前記可動側接点よりも突出していることを特徴とする開
閉装置。
【請求項４】請求項３に記載の開閉装置において、前記
金属部材の先端部が前記可動側接点または前記固定側接
点より突出した長さをＨ₂、前記可動側接点と前記固定
側接点との間のギャップ長をｄとすると、前記Ｈ₂、ｄ
の関係が、Ｈ₂＝（０．１〜０．３）ｄとなるようにしたことを特徴とする開閉装置。
【請求項５】両端がそれぞれ金属端板で気密に封着され
た絶縁容器内に、一方の前記金属端板を貫通する固定通
電軸に固着された固定側接点を設け、他方の前記金属端
板を貫通する可動通電軸がベローズを介して固着される
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、前記可動通電軸お
よび前記固定通電軸のそれぞれにより支持され、前記可
動側接点と前記固定側接点の側面を包囲する円筒状の金
属部材をそれぞれ設け、それぞれの前記金属部材の先端
部が前記可動側接点と前記固定側接点よりも突出し、一
方の前記金属部材の内径がもう一方の前記金属部材の外
径よりも大きい真空バルブを有することを特徴とする開
閉装置。
【請求項６】請求項５に記載の開閉装置において、前記
可動側接点と前記固定側接点の側面を包囲する円筒状の
金属部材のうち、直径が小さい方の前記金属部材の先端
部が前記可動側接点または前記固定側接点より突出した
長さをＨ₃、直径が大きい方の前記金属部材の先端部が
前記可動側接点または前記固定側接点より突出した長さ
をＨ₄、前記可動側接点と前記固定側接点との間のギャ
ップ長をｄとすると、前記Ｈ₃、Ｈ₄、ｄの関係が、Ｈ₃＝（０．０５〜０．３）ｄＨ₄＝（０．０１〜０．４）ｄとなるようにしたことを特徴とする開閉装置。
【請求項７】請求項１または請求項２に記載の開閉装置
において、前記金属部材の凹部と対向する接点の端部を
通電軸よりもへこませたことを特徴とする開閉装置。
【請求項８】請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の
開閉装置において、前記金属部材の少なくとも表面の材
質をステンレス鋼としたことを特徴とする開閉装置。
【請求項９】請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の
開閉装置において、前記金属部材の少なくとも表面の材
質をタングステンとしたことを特徴とする開閉装置。
【請求項１０】請求項１乃至請求項７のいずれかに記載
の開閉装置において、前記金属部材の表面を複合電解研
磨処理したことを特徴とする開閉装置。
【請求項１１】請求項１乃至請求項７のいずれかに記載
の開閉装置において、前記金属部材の表面に電子ビーム
による改質層を設けたことを特徴とする開閉装置。