JP2004259633A

JP2004259633A - 真空インタラプタ

Info

Publication number: JP2004259633A
Application number: JP2003050261A
Authority: JP
Inventors: Hiromi Ichikawa; 裕己市川; Akira Nishijima; 陽西島; Yoshihiko Matsui; 芳彦松井
Original assignee: Japan AE Power Systems Corp
Current assignee: Japan AE Power Systems Corp
Priority date: 2003-02-27
Filing date: 2003-02-27
Publication date: 2004-09-16

Abstract

【課題】真空インタラプタの真空容器の外周面に作用する圧力が増大しても十分な機械的強度を有する真空インタラプタを提供する。
【解決手段】真空インタラプタ２１の絶縁筒２２の両端側の開口部が、軸方向に突出する筒部である筒フランジ２３，２４を介して固定側端板２５、可動側端板２６で閉止してあり、これら絶縁筒２２、筒フランジ２３，２４、固定側端板２５、可動側端板２６等で形成する真空容器２７を有する真空インタラプタ２１において、固定側端板２５及び可動側端板２６を、真空容器２７の外側に向かって凸となるような曲面で構成して固定側端板２５及び可動側端板２６に絶縁媒体ガスＧのガス圧が作用した場合、筒フランジ２３，２４を外径方向に押し広げる力、すなわちガス圧に対する抗力を発生させてこの部分の機械的強度の低下を防止し得る構造とした。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は真空インタラプタに関するものであり、特に絶縁媒体としてガス（空気、窒素等）が封入されている密封容器内に真空インタラプタを組み込んで構成したＧＩＳ（ガス絶縁開閉装置）やＣ−ＧＩＳ（キュービクル形ガス絶縁開閉器）等の開閉装置や、タンク型ＶＣＢ（真空遮断器）等の単体遮断器に適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
気中絶縁の真空遮断器（ＶＣＢ）や、ミニクラッドに組み込まれている真空インタラプタ（ＶＩ）は、１気圧の大気や、モールドなどの絶縁物で周囲を絶縁されている。また、Ｃ−ＧＩＳ、タンク形ＶＣＢなどに組み込まれているＶＩは、通常、２気圧以下のＳＦ_６ガスで周囲を絶縁されている。
【０００３】
ＶＩでは、消弧媒体及び内部絶縁媒体を真空としており、上記の周囲条件でその真空度、及び絶縁性能を保持するために、ベローズ、可動電極・固定電極、ガラスやセラミックなどの絶縁筒（筒材）、ステンレス等の固定側・可動側端板、シールド、銅等の固定・可動リードなどの部品で構成されている。
【０００４】
ここで特許文献１などに開示されている従来技術に係る真空インタラプタ１の代表的な構成を、図５を参照して説明する。
【０００５】
図５に示すように、真空インタラプタ１の絶縁筒（筒材）２は、その一端側（図５では左側）の開口部が、軸方向に突出する筒部である筒フランジ３を介して固定側端板５で閉止してある。また、真空インタラプタ１の他端側（図５では右側）の開口部は、同様に軸方向に突出する筒部である筒フランジ４を介して可動側端板６で閉止してある。そして、これら絶縁筒２、筒フランジ３，４、固定側端板５、可動側端板６及び後述するベローズ１３により真空容器７が形成されている。
【０００６】
固定リード８は、固定側端板５を気密に貫通しつつ固定側端板５により固定支持されている。この固定リード８の先端（真空容器７内に位置する先端）には、固定電極９が取り付けられている。
【０００７】
可動リード１０は、遊嵌状態で可動側端板６を貫通しており、その先端（真空容器７内に位置する先端）には、可動電極１１が取り付けられている。可動リード１０は、図示しない外部操作機器によって軸方向に移動されるようになっており、可動リード１０の軸方向移動によって固定電極９と可動電極１１とが接離して電流の投入・遮断が行われる。
【０００８】
なお、可動リード１０はガイド板１２を貫通しており、このガイド板１２により支持されつつ軸方向移動できるようになっている。また可動リード１０とガイド板１２との間にはガスが流通できる程度の隙間が存在している。
【０００９】
絶縁筒２の内部空間には、軸方向に伸縮自在な円筒状のベローズ１３が配置されている。このベローズ１３は、その一端側（図５では左側）が可動リード１０に気密に接続されており、その他端側（図５では右側）が可動側端板６に気密に接続されている。このように、可動側端板６と可動リード１０との間にベローズ１３を介在させているため、真空容器７の内部の真空状態を維持しつつ、可動リード１０の軸方向移動を可能にすることができる。
【００１０】
絶縁筒２の内周面には、アークシールド１４が配置されている。アークシールド１４は電極９、１１を囲っており、溶融金属や金属蒸気が絶縁筒２の内周面に付着するのを防止する。
【００１１】
このような真空インタラプタ１では、真空容器７の内部空間が真空となるように排気される。また、真空インタラプタ１は開閉装置等に組み込まれて、数気圧となっている絶縁媒体ガスＧ中に配置される。そして数気圧の絶縁媒体ガスＧは、可動リード１０とガイド板１２との間の隙間を通って、ベローズ１３の内周面で囲ったベローズ内部空間１３ａに浸入する。
【００１２】
【特許文献１】
特開平８−２０３３９４号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、地球温暖化の原因の１つであるＳＦ_６ガスは、その使用量が抑制される方向にあり、市場では乾燥空気や窒素などの代替ガスを絶縁媒体ガスとする開閉装置が求められている。
【００１４】
現在、Ｃ−ＧＩＳ、タンク形ＶＣＢなど開閉装置に使用されているＳＦ_６ガスは、他のガスに比較して大変優れた絶縁特性を有するため、ガス圧は２気圧以下である。しかし、ＳＦ_６ガスを代替ガス（乾燥空気や窒素等）に置換した場合では、ＳＦ_６ガスと同程度の絶縁性能を得るためには、絶縁媒体ガスである代替ガス（乾燥空気や窒素等）のガス圧をさらに高圧化する必要がある。
【００１５】
絶縁媒体ガスのガス圧を高圧化した場合、図５に示すような真空インタラプタ１では、絶縁媒体ガスＧと真空内部との圧力差により過大な外部圧力が絶縁筒２と固定側端板５及び可動側端板６とで形成する当該真空インタラプタ１の真空容器７に作用する。この結果、前記絶縁筒２や筒フランジ３，４等の機械的強度が弱い部分が、当該真空インタラプタの繰り返し開閉操作により破損してその真空漏れを発生する等の問題を生起する。
【００１６】
本発明は、上記従来技術に鑑み、真空インタラプタの真空容器の外周面に作用する圧力が増大しても十分な機械的強度を有する真空インタラプタを提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成する本発明の構成は、次の点を特徴とする。
【００１８】
１）筒材の一端側を、この筒材の一端から軸方向に突出する筒部である一方の筒フランジを介して固定側端板で閉止するとともに、前記筒材の他端側を、この筒材の他端から軸方向に突出する筒部である他方の筒フランジを介して可動側端板で閉止する一方、
前記固定側端板には固定リードを気密に貫通させるとともに、前記可動側端板には可動リードを遊嵌状態で貫通させ、
さらに前記可動側端板と前記可動リードとの間にベローズを介在させることにより、前記筒材，一方及び他方の筒フランジ、前記固定側端板，前記可動側端板並びに前記ベローズで形成した真空容器の内部空間の真空状態を維持するように構成して絶縁ガス中に配置する真空インタラプタにおいて、
前記固定側端板及び可動側端板は、前記真空容器の外側に向かって凸となるような曲面としたこと。
【００１９】
２）上記１）に記載する真空インタラプタにおいて、
曲面は、円曲面であること。
【００２０】
３）上記１）に記載する真空インタラプタにおいて、
曲面は、断面が放物線形状の曲面であること。
【００２１】
４）上記１）に記載する真空インタラプタにおいて、
曲面は、断面が双曲線形状の曲面であること。
【００２２】
５）上記１）に記載する真空インタラプタにおいて、
曲面は、断面が円錐形状の曲面であること。
【００２３】
６）上記１）に記載する真空インタラプタにおいて、
曲面は、その中央部と周辺部とが異なる種類の曲面となるよう、請求項２乃至請求項５に記載する２種以上の曲面を組み合わせたものであること。
【００２４】
７）上記１）に記載する真空インタラプタにおいて、
曲面は、その中央部が平面で、周辺部が請求項２乃至請求項５に記載する何れか一つの曲面であること。
【００２５】
８）上記ｌ）乃至７）の何れか一つに記載する真空インタラプタにおいて、
さらに固定側端板及び可動側端板の厚さを増大させたこと。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２７】
図１は本発明の実施の形態にかかる真空インタラプタ２１を示す。この真空インタラプタ２１の絶縁筒（筒材）２２は、その一端側（図１では左側）の開口部が、軸方向に突出する筒部である筒フランジ２３を介して固定側端板２５で閉止してある。また、他端側（図５では右側）の開口部は、同様に軸方向に突出する筒部である筒フランジ２４を介して可動側端板２６で閉止してある。そして、これら絶縁筒２２、筒フランジ２３，２４、固定側端板２５、可動側端板２６及びベローズ（図１には図示せず。）により真空容器２７が形成されている。ここで、絶縁筒２２は、通常、ガラスやセラミック等で形成するとともに、固定側端板２５及び可動側端板２６は、ステンレス等で形成してある。
【００２８】
固定リード２８は、固定側端板２５を気密に貫通しつつ固定側端板２５により固定支持されている。また、可動リード３０は、図示しない外部操作機器によって軸方向に移動されるようになっており、可動リード１０の軸方向移動によって固定電極と可動電極とが接離して電流の投入・遮断が行われる。すなわち、真空容器２７の内部の構造は図５に示す従来技術に係る真空インタラプタ１と同様である。
【００２９】
かかる真空インタラプタ２１は、その真空容器２７の内部空間が真空となるように排気されており、開閉装置等に組み込まれて、高圧（２気圧以上）となっている絶縁媒体ガス（例えば空気や窒素等）Ｇ中に配置されている。この結果、絶縁媒体ガス（例えば空気や窒素等）Ｇの圧力が、真空容器２７の外周面に作用する。
【００３０】
ここで、固定側端板２５及び可動側端板２６は、真空容器２７の外側に向かって凸となるような曲面としてある。このことにより、固定側端板２５及び可動側端板２６にその外部雰囲気を形成する絶縁媒体ガスＧのガス圧が作用した場合、筒フランジ２３，２４を外径方向に押し広げる力、すなわちガス圧に対する抗力を発生させてこの部分の機械的強度の低下を防止し得る構造となる。
【００３１】
具体的な曲面形状としては、特に制限はないが、球面、断面が放物線形状の曲面、断面が双曲線形状の曲面及び断面が円錐形状の曲面等が考えられる。
【００３２】
表１は、固定側端板２５、可動側端板２６の形状及び板厚を変えて外気圧を真空容器２７に作用させた場合に、機械的強度の弱点となっている筒フランジ２３，２４に発生する最大応力の解析結果を示す。
【００３３】
【表１】

【００３４】
図２（ａ）乃至（ｄ）は、このときの試験対象とした真空インタラプタの一部を抽出して作用する外力とともに模式的に示したものである。ちなみに、図２（ａ）乃至（ｃ）は、順に固定側端板２５の板厚を薄くしたものであり、（ｄ）は、従来技術と同様の平板状の固定側端板５を使用したものである。また、同図中の矢印で当該真空容器２７，７に作用する絶縁媒体ガスＧのガス圧を示している。ここで、板厚は、図２（ｄ）に示す従来技術を基準の１００％とし、図２（ａ）に示す場合を１２５％、図２（ｂ）に示す場合を１００％、図２（ｃ）に示す場合を７５％としている。
【００３５】
上記表１を参照すれば、固定側端板２５、可動側端板２６を曲面形状とすると、筒フランジ２３，２４が外径方向に押し広げられるので、最大応力が６８％に低下して耐圧力性能が向上していることが分かる。また、固定側端板２５、可動側端板２６を曲面形状とするとともに、板圧を増加させると、最大応力が７２％から６７％へ低下して耐圧性能が向上していることが分かる。
【００３６】
上記実施の形態では、固定側端板２５、可動側端板２６の形状を一種類の曲面形状としたが、複数種類の曲面形状を組み合わせることもできる。図３は中央部３５ａの球面と周辺部３５ｂの放物面とを組み合わせて固定側端板３５（可動側端板の場合も同様。）を形成した場合である。このように複数種類の曲面を組み合わせる場合のみならず、図４に示すように、中央部４５ａの平面と周辺部４５ｂの放物面とを組み合わせて固定側端板４５（可動側端板の場合も同様。）を形成しても良い。すなわち、周辺部さえ曲面で形成すれば、中央部は平面であっても同様に耐力向上を図り得る。
【００３７】
なお、上述した実施の形態に係る真空インタラプタは、筒材として中央部の金属筒の両端に絶縁筒を接合した形式のものであるが、全体が絶縁筒となっている形式のものにも同様に適用し得る。
【００３８】
【発明の効果】
以上、実施の形態と共に具体的に説明したように本発明によれば、真空容器の機械的強度における弱点部となっている筒フランジに作用する応力が低下するので、当該真空インタラプタの耐圧性能の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる真空インタラプタを示す構成図である。
【図２】本形態の実施の形態に係る真空インタラプタの性能を調べるべく、このときの試験対象とした真空インタラプタの一部を抽出して作用する外力とともに模式的に示す模式図で、（ａ）乃至（ｃ）は、順に固定側端板２５の板圧を薄くしたものであり、（ｄ）は、従来技術と同様の平板状の固定側端板５を使用したものである。
【図３】複数種類の曲面を組み合わせた固定側端板の一例を示す断面図である。
【図４】平面と曲面とを組み合わせた固定側端板の一例を示す断面図である。
【図５】従来技術に係る真空インタラプタを示す構成図である。
【符号の説明】
２１真空インタラプタ
２２絶縁筒
２３，２４筒フランジ
２５固定側端板
２６可動側端板
２７真空容器
２８固定リード
３０可動リード

Claims

筒材の一端側を、この筒材の一端から軸方向に突出する筒部である一方の筒フランジを介して固定側端板で閉止するとともに、前記筒材の他端側を、この筒材の他端から軸方向に突出する筒部である他方の筒フランジを介して可動側端板で閉止する一方、
前記固定側端板には固定リードを気密に貫通させるとともに、前記可動側端板には可動リードを遊嵌状態で貫通させ、
さらに前記可動側端板と前記可動リードとの間にベローズを介在させることにより、前記筒材，一方及び他方の筒フランジ、前記固定側端板，前記可動側端板並びに前記ベローズで形成した真空容器の内部空間の真空状態を維持するように構成して絶縁ガス中に配置する真空インタラプタにおいて、
前記固定側端板及び可動側端板は、前記真空容器の外側に向かって凸となるような曲面としたことを特徴とする真空インタラプタ。
請求項１に記載する真空インタラプタにおいて、
曲面は、円曲面であることを特徴とする真空インタラプタ。
請求項１に記載する真空インタラプタにおいて、
曲面は、断面が放物線形状の曲面であることを特徴とする真空インタラプタ。
請求項１に記載する真空インタラプタにおいて、
曲面は、断面が双曲線形状の曲面であることを特徴とする真空インタラプタ。
請求項１に記載する真空インタラプタにおいて、
曲面は、断面が円錐形状の曲面であることを特徴とする真空インタラプタ。
請求項１に記載する真空インタラプタにおいて、
曲面は、その中央部と周辺部とが異なる種類の曲面となるよう、請求項２乃至請求項５に記載する２種以上の曲面を組み合わせたものであることを特徴とする真空インタラプタ。
請求項１に記載する真空インタラプタにおいて、
曲面は、その中央部が平面で、周辺部が請求項２乃至請求項５に記載する何れか一つの曲面であることを特徴とする真空インタラプタ。
請求項１乃至請求項７の何れか一つに記載する真空インタラプタにおいて、
さらに固定側端板及び可動側端板の厚さを増大させたことを特徴とする真空インタラプタ。