JP2003132770A - 真空遮断器 - Google Patents

真空遮断器

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JP2003132770A
JP2003132770A JP2001324330A JP2001324330A JP2003132770A JP 2003132770 A JP2003132770 A JP 2003132770A JP 2001324330 A JP2001324330 A JP 2001324330A JP 2001324330 A JP2001324330 A JP 2001324330A JP 2003132770 A JP2003132770 A JP 2003132770A
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JP
Japan
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bellows
circuit breaker
fixed
wave
vacuum circuit
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JP2001324330A
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Kunzan Hayashi
君山 林
Toshio Hattori
敏雄 服部
Yasuaki Suzuki
安昭 鈴木
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】軸方向に衝撃変位を受けるベローズを用いる真
空バルブ構造において、ベローズの固定端と可動端に隣
接する蛇腹波の応力及びベローズと端板の接合部の応力
を小さくし、耐衝撃性に優れた、かつ組立作業が容易に
実施する真空バルブを提供する。 【解決手段】軸方向に伸縮する蛇腹部10と、この蛇腹部
の端部に突出する筒部11と14を有するベローズにおい
て、前記蛇腹部の端部におけるベローズの内径rを、そ
の他の部分におけるベローズの内径より大きく形成し、
筒部11と14の内周と外周に定位溝を備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高速遮断器および
高速変位が発生する真空遮断器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】例えば発電機等には、漏電等のトラブル
が発生した場合に備え、電極を切り離して電力の供給を
遮断する遮断器が取付けられている。この遮断器にはガ
ス式、真空式など種々あるが、本発明が対象としている
遮断器は、内部が真空となった真空遮断器である。
【0003】この真空遮断器は、内部が真空(真空は、
絶縁と電極接離時のアークの発生を防止するため)とな
った密閉容器内に固定電極と可動電極とが取付けられ、
漏電時に可動電極が切り離されて電力供給が遮断する比
較的小型のものである。
【0004】この真空遮断器は、例えば図1(a)
(b)(詳細は後述する)に示すように、漏電等のトラ
ブルによって可動電極が固定電極から離れ変位したとき
に生じる衝撃を吸収するために蛇腹状のベローズが取付
けられている。このベローズは、図2(a)(b)(詳
細は後述する)に示すように、蛇腹状になっており、こ
の蛇腹の軸芯から山部までの距離Rと軸芯から谷部まで
の距離rは、ベローズの全長に渡って一定である。ま
た、山部と谷部の曲率も同じとなるように、ベローズ自
体の板厚は均一となっている。
【0005】尚、従来の真空遮断器として、例えば特開
2000−3648号公報がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】近年、発電機の大容量
化が進むにつれ、遮断器そのものも大型化する必要があ
るが、省スペースを考慮すると大型化できないという問
題がある。従がって、従来の大きさの遮断器で大容量を
受ける検討が種々行われている。
【0007】ところで、従来の大きさの遮断器で大容量
を受けるには、可動電極を高速で接離しなくてはなら
い。可動電極が高速で接離すると、ベローズが大きな衝
撃により激しい振動を起し、この振動によってベローズ
が破損してしまう可能性があることが判った。
【0008】従来のベローズを図2(a)(b)に示
す。図2(a)において、可動電極2の外周を覆うよう
に蛇腹波10からなるベローズ5が取付けられている。
ベローズ5の上部は可動端端板6に固定されている。こ
の可動端端板6は可動電極2の外周に固定されている。
一方、ベローズ5の下方は固定端端板7に固定され、こ
の固定端端板7は図示されていないが遮断器のケーシン
グに固定されており、可動電極2が上下動できるように
なっている。
【0009】このような従来のベローズは図2(b)に
示すように、ベローズ5が可動電極2の軸方向に低速で
変位した場合、蛇腹波10の応力波分布は点線で示すよ
うに軸方向とほぼ同等となるが、高速で変位した場合は
応力波が蛇腹波10の上下両端部の端板6,7によって
往復反射され、端板6,7付近で集中するため、実線で
示すように円弧を描く。従がって、この応力によって端
板6,7付近の蛇腹波10に亀裂が発生することが判っ
た。
【0010】これに対し、上記特開2000−3648
号公報は、容器壁を貫通しかつ揺動する可動レバーに一
端が固定され、他方端が容器壁に固定された蛇腹状のベ
ローズが記載されている。このベローズは、揺動動作に
より固定端にて生じた曲げ応力を緩和するため、端部に
おける山高さを、その他の部分における山高さより小さ
くしたものである。
【0011】しかしながら、本発明の軸方向に作動する
真空バルブに対して、ベローズの山高さを小さくして応
力を緩和する効果を有するものの、ベローズ両端におけ
る亀裂の発生を防止することについては配慮されていな
い。
【0012】本発明の目的は、ベローズに対する応力を
緩和し、耐衝撃性に優れたベローズを有する真空遮断器
を提供することにある。
【0013】
【発明が解決するための手段】上記目的は、密閉容器内
に設けられた固定電極と、この固定電極と接離する可動
電極と、この可動電極と前記密閉容器に固定された蛇腹
波状のベローズを備えた真空遮断器において、前記可動
電極と密閉容器の固定部分に位置する前記蛇腹波の内径
をその他の部分の内径よりも大きくしたことにより達成
される。
【0014】また、上記目的は、前記ベローズの蛇腹波
の内径は、前記固定部から中央部に向けて連続的に減少
することにより達成される。
【0015】また、上記目的は、前記ベローズの前記固
定部に位置する蛇腹波の板厚は、その他の部分の板厚よ
りも厚いことにより達成される。
【0016】また、上記目的は、前記ベローズの前記固
定部に位置する蛇腹波の山部と谷部の板厚は、この山部
と谷部とを接続する部分の板厚よりも厚いことにより達
成される。
【0017】また、上記目的は、前記ベローズの前記固
定部に位置する蛇腹波の山部と谷部の曲率半径は、その
他の部分の山部と谷部の曲率半径よりも大きいことによ
り達成される。
【0018】また、上記目的は、密閉容器内に設けられ
た固定電極と、この固定電極と接離する可動電極と、こ
の可動電極と前記密閉容器に固定された蛇腹波状のベロ
ーズと、このベローズと前記可動電極との間に設けられ
た第1の固定板と、前記ベローズと前記密閉容器との間
に設けられた第2の固定板とを備えた真空遮断器におい
て、前記第1の固定板の外縁は、前記蛇腹波の内周に設
けられた環状溝に挿入され、前記第2の固定板の内縁
は、前期蛇腹波の外縁に設けられた溝に挿入されたこと
により達成される。
【0019】
【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。図1(a)(b)
は、本発明を備えた遮断器の断面図であり、(a)は遮
断器の電極が閉じた状態を示し、(b)は電極が開放さ
れた状態を示す。図1(a)において、遮断器は絶縁性
を有するセラミックス円筒3でケースが形成されてい
る。このセラミック円筒3上端部には金属製の封止金具
4が設けられている。この封止金具4は固定電極1の外
周に溶接されている。セラミックス円筒3の下端部には
ベローズ5に溶接された固定端端板7が設けられてい
る。ベローズ5の内部を貫通するように可動電極2が設
けられている。この可動電極2とベローズ5とは固定端
端板6を介して固定されている。固定端端板6と可動電
極2の表面は溶接されることによって、ケースの内部は
密閉された真空容器となっている(このケースは、真空
の空間内で組立てられるため、内部は真空状態とな
る)。
【0020】ベローズ5に取付けられた固定端端板7に
は金属の定位金具8が取付けられている。この定位金具
8は作動ガイド9に設けられた溝17に嵌合されてい
る。作動ガイド9は可動電極2が上下動するときの支持
体となるため、作動ガイド9と可動電極2との間には隙
間がある。この隙間によってベローズ5内と大気とは通
状態となっている。
【0021】図1(b)に示すように、仮に漏電等のト
ラブルが発生した場合、可動電極2が下がり電極1,2
同士が離れ、電力の送電が停止される。このとき、可動
電極2にはベローズ5が取付けられているため、可動電
極2の衝撃は吸収される。
【0022】ここで、従来のベローズについて図2
(a)(b)で説明する。図2(a)において、軸方向
に作動するベローズ5は上述したように、低速変位を受
けた場合、各々蛇腹波に生じた最大応力は全長に渡って
ほぼ一定となるが、衝撃変位を受けた場合、応力波が生
じ、この応力波がベローズの可動端端板6と固定端端板
7により往復反射されて両端端板の付近に高い応力が生
じる。
【0023】本発明のベローズは、蛇腹の軸芯から山部
までの距離Rは変えずに、軸芯から谷部までの距離rを
上下の端板に近づくにしたがって大きくしたものであ
る。
【0024】以下、本発明の実施例を説明する。図3は
ベローズの拡大断面図である。図3において、可動電極
2の外周に溶接された端板6はベローズ5の蛇腹部10
から突出した円筒11の内周に環状溝12が形成され、
この環状溝12内に端板6の外縁が嵌合されてろう材1
3で接合されている。また、ベローズ5の固定端側も同
じく、真空遮断器のケースに固定される端板7はベロー
ズ5の蛇腹部から突出した筒部14の外周に環状溝15
が形成され、この環状溝15内に端板7の外縁が嵌合さ
れてろう材16で接合されている。
【0025】ベローズ5の両端部がこのように固定され
ていると、可動電極2が高速動作によって引き起こされ
た負荷が端部端板6,7を通って環状溝12,15の側
壁で受けられるため、軸方向に接合界面のせん断応力が
緩和され、ベローズ5の耐久性が向上する。また、環状
溝12,15の位置は予め決められているため、ろう付
け接合作業における接合位置を決めるのが容易となり作
業効率が向上する。
【0026】次に、本発明を備えたベローズの形状とそ
の効果を図4(a)(b)を用いて説明する。図4
(a)はベローズの断面図である。(b)はその効果を
説明する図である。図4(a)において、蛇腹10の軸
芯から山部までの距離Rは全長に渡って同じ長さになっ
ている。軸芯から谷部までの距離rを上下の端板に近づ
くにつれて大きくなっている。
【0027】図4(b)において、ベローズ5が軸方向
に変位したとき、蛇腹波10の中央部にかかった応力は
分散され端部側の蛇腹波の応力も低下することになる。
従って、ベローズ5は図4(b)で示すように可動電極
2が高速で動作しても低速での動作と同じように均一な
応力分布となる。
【0028】さらに、端板近傍の距離rを大きくしたこ
とにより、ベローズ5と可動電極2との間のスペースが
増加するため、ガイド9を可動電極2に挿入する際、ガ
イド9がベローズに衝突することを回避できる。
【0029】次に、本発明の他の実施例について図5、
図6を用いて説明する。図5は、図6の実施例部分を特
定するための図である。図6は、他の実施例を示す図で
ある。
【0030】図5において、矢印は蛇腹波10の作動方
向を示す。この蛇腹波10は可動電極2に固定される部
分を可動端といい、ケースに固定される部分を固定端と
いう。
【0031】図6(a)は、蛇腹波10の端部(可動端
と固定端を含む)における蛇腹波の板厚を、その他の部
分における蛇腹波の板厚より大きく形成し、端部の蛇腹
波が中央部の蛇腹波より硬い構造としているため、固定
端付近における応力が中央部に分散され、応力の集中が
緩和できる。
【0032】なお、一つの蛇腹波における応力の分布を
考えると、最大応力が波の山頂部18あるいは谷低部19に
て生じるのは一般であるため、図6(b)に示すように
蛇腹部の端部における蛇腹波の山部18と谷部19の板
厚を、蛇腹波の山腹部20の板厚より大きく形成し、蛇
腹波の変位を山腹部に大いに分担させることによって最
大応力の緩和を図ることができる。
【0033】図6(c)は、蛇腹部の端部における蛇腹
波の山頂部21と谷低部22の曲率半径を、その他の部
分における蛇腹波の山頂部と谷低部の曲率半径より、大
きく形成したものである。すなわち、端部における蛇腹
波がその他の部分にける蛇腹波と同様な変位を受けで
も、応力集中の緩和を図ることができる。
【0034】なお、以上の説明ではベローズは真空遮断
器に適用した場合について説明したが、必ずしも真空遮
断器に限られるものではなく、ガス遮断器あるいは液体
遮断器に応用することも可能である。
【0035】
【発明の効果】本発明によれば、ベローズに対する応力
を緩和し、耐衝撃性に優れたベローズを有する真空遮断
器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明を備えた真空遮断器の詳細断面
図である。
【図2】図2は、従来の遮断器に使用されるベローズの
断面図である。
【図3】図3は、本発明を備えたベローズの拡大断面図
である。
【図4】図4は、本発明を備えたベローズの断面図とそ
の効果を表す図である。
【図5】図5は、本発明の他の実施例を説明するために
ベローズの動作と構造を説明するための図である。
【図6】図6は、本発明の他の実施例を示す図である。
【符号の説明】
1…固定電極、2…可動電極、3…セラミックス円筒、
4…金属封止金具、5…ベローズ、6…ベローズの可動
端端板、7…ベローズの固定端端板、8…ガイド定位金
具、9…ガイド、10…蛇腹波、11…ベローズ可動端
に突出する円筒、12…ベローズ可動端に突出する円筒
内周の溝、13…ベローズ可動端の接合部、14…ベロ
ーズ固定端に突出する円筒、15…ベローズ固定端に突
出する円筒外周の溝、16…ベローズ固定端の接合部、
17…ガイドに備えた溝、18…蛇腹波の山頂部、19
…蛇腹波の谷低部、R…ベローズの外径、r…ベローズ
の内径。
フロントページの続き (72)発明者 鈴木 安昭 茨城県日立市国分町一丁目1番1号 株式 会社日立製作所電機システム事業部内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】密閉容器内に設けられた固定電極と、この
    固定電極と接離する可動電極と、この可動電極と前記密
    閉容器に固定された蛇腹波状のベローズを備えた真空遮
    断器において、前記可動電極と密閉容器の固定部分に位
    置する前記蛇腹波の内径をその他の部分の内径よりも大
    きくしたことを特徴とする真空遮断器。
  2. 【請求項2】前記ベローズの蛇腹波の内径は、前記固定
    部から中央部に向けて連続的に減少することを特徴とす
    る請求項1記載の真空遮断器。
  3. 【請求項3】前記ベローズの前記固定部に位置する蛇腹
    波の板厚は、その他の部分の板厚よりも厚いことを特徴
    とする請求項1記載の真空遮断器。
  4. 【請求項4】前記ベローズの前記固定部に位置する蛇腹
    波の山部と谷部の板厚は、この山部と谷部とを接続する
    部分の板厚よりも厚いことを特徴とする請求項1記載の
    真空遮断器。
  5. 【請求項5】前記ベローズの前記固定部に位置する蛇腹
    波の山部と谷部の曲率半径は、その他の部分の山部と谷
    部の曲率半径よりも大きいことを特徴とする請求項1記
    載の真空遮断器。
  6. 【請求項6】密閉容器内に設けられた固定電極と、この
    固定電極と接離する可動電極と、この可動電極と前記密
    閉容器に固定された蛇腹波状のベローズと、このベロー
    ズと前記可動電極との間に設けられた第1の固定板と、
    前記ベローズと前記密閉容器との間に設けられた第2の
    固定板とを備えた真空遮断器において、前記第1の固定
    板の外縁は、前記蛇腹波の内周に設けられた環状溝に挿
    入され、前記第2の固定板の内縁は、前期蛇腹波の外縁
    に設けられた溝に挿入されたことを特徴とする真空遮断
    器。
JP2001324330A 2001-10-23 2001-10-23 真空遮断器 Withdrawn JP2003132770A (ja)

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