JP2005197129A

JP2005197129A - スイッチギヤ

Info

Publication number: JP2005197129A
Application number: JP2004003323A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Itotani; 孝行糸谷; Seiichi Miyamoto; 聖一宮本; Minoru Kobayashi; 稔小林
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-01-08
Filing date: 2004-01-08
Publication date: 2005-07-21
Anticipated expiration: 2024-01-08
Also published as: JP4394963B2

Abstract

【課題】電流開閉時の荷電粒子拡散を抑制し、可とう性導体の金属箔が折損した場合においても地絡事故に至らないスイッチギヤを提供する。
【解決手段】金属製真空容器１の一端部に配設され、可動電極棒７の外径より大きい内径を有する円環状の無酸素銅製端子１３と、上記金属製真空容器１内で上記円環状の無酸素銅製端子１３から離隔して上記可動電極棒７に配設され、上記円環状の無酸素銅製端子１３の内径より大きく、上記金属製真空容器１の最大内径より小さい外径を有する円盤形状の無酸素銅製端子１５とを設け、上記円環状及び円盤形状の無酸素銅製端子１３、１５間に可とう性導体１６を配設する構成とする。
【選択図】図１

Description

この発明は、スイッチギヤに関するものである。

従来のスイッチギヤは、接地した金属製真空容器内に遮断器用の固定電極と可動電極とを配置し、この両電極の周囲に地絡防止及び電流開閉時における荷電粒子の拡散抑制のため、絶縁物を用いて浮遊電位となるアークシールドを配置している。
可動電極に結合されている可動導体は電流通電阻止用の絶縁物を介して、可動ブレードに結合され、可動導体と側壁との間にフレキシブル導体が絶縁物を介して固定される構成とされている。（例えば特許文献１参照）。

特開２００１−３５１４３８号公報（段落００１１、００４０−００４６、図１、図４）

従来のスイッチギヤは、上記のように構成されているため、電流開閉時における荷電粒子の拡散抑制のために配置する浮遊電位にするための絶縁物とアークシールドの固定が複雑になるという問題点があった。また、フレキシブル導体を構成している金属箔の表面の１枚が万一折損した場合には、地絡に至る可能性があるという問題点があった。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、電流開閉時における荷電粒子の拡散を抑制し、可とう性導体の金属箔の表面の１枚が万一折損した場合においても地絡事故に至らない、構造簡単で信頼性が高く、かつ、小形化できるスイッチギヤを提供することを目的とする。

この発明に係るスイッチギヤは、金属製真空容器の両端にそれぞれ固定された絶縁物容器と、一方の絶縁物容器内に配設され主回路を開閉し得るようにされた固定電極及び可動電極と、上記可動電極に結合され、上記金属製真空容器を貫通すると共に、他方の絶縁物容器内に配設された絶縁物を介して操作装置に連結された可動電極棒と、上記金属製真空容器内で上記可動電極棒及び上記金属製真空容器間に跨って配設された可とう性導体とを有する主回路開閉用真空バルブにおいて、上記金属製真空容器の一端部に配設され、上記可動電極棒の外径より大きい内径を有する円環状の無酸素銅製端子と、上記金属製真空容器内で上記円環状の無酸素銅製端子から離隔して上記可動電極棒に配設され、上記円環状の無酸素銅製端子の内径より大きく、上記金属製真空容器の最大内径より小さい外径を有する円盤形状の無酸素銅製端子とを設け、上記円環状及び円盤形状の無酸素銅製端子間に上記可とう性導体を配設するようにしたものである。

この発明に係るスイッチギヤは、上記のように構成されているため、小形化を図ることができると共に、電気的絶縁性能の信頼性を向上することができる。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を複合絶縁スイッチギヤに適用した例を図にもとづいて具体的に説明する。
図１は、実施の形態１の要部の構成を示す断面図、図２は、実施の形態１を複合絶縁スイッチギヤに適用した構成を示す断面図、図３は、実施の形態１の主要部を構成する可とう性導体の構成を示すもので、（ａ）は無酸素銅製の箔の構成を示す平面図、（ｂ）は同じくステンレス製の箔の構成を示す平面図、（ｃ）は（ａ）に示す無酸素銅製の箔と（ｂ）に示すステンレス製の箔をそれぞれ複数枚重ね合わせて形成した可とう性導体の構成を示す平面図、（ｄ）は（ｃ）において円Ｄで囲まれている部分の構成を示す側面図、（ｅ）は可とう性導体の他の構成の例を示す平面図、図４は、可とう性導体と円盤形状の無酸素銅製端子との固定部の構成を示す断面図である。

実施の形態１は、銅製の真空容器部１ａを有する金属製真空容器１と、この金属製真空容器１の一端、即ち図において下端に結合された第１の絶縁物容器２と、金属製真空容器１の他端、即ち図において上端に結合された第２の絶縁物容器３とで構成されている。第１の絶縁物容器２内には、主回路開閉部４を形成する固定電極４ａと可動電極４ｂとが配設され、固定電極４ａは固定電極棒５によって支承され、固定電極棒５は封着部材６を介して第１の絶縁物容器２に固定されている。
また、可動電極４ｂは金属製真空容器１を貫通する可動電極棒７によって支承され、可動電極棒７は第２の絶縁物容器３内に配設された電流通電阻止用の絶縁物８を介して操作棒９に結合され、操作棒９は後述する操作装置に連結され、この操作装置によって図１において上下方向に駆動し得るようにされている。

第２の絶縁物容器３内では操作棒９にベローズ１０の一端が固定され、ベローズ１０の他端は封着部材１１を介して第２の絶縁物容器３に固定されているため、容器内の真空を維持しつつ、操作棒９及び可動電極棒７を駆動することができ、可動電極４ｂと固定電極４ａとからなる主回路開閉部４を開閉することができる。
また、主回路開閉部４による電流開閉時に発生するアークの拡散を抑制し、第１の絶縁物容器２の内面の汚損を防ぐため、主回路開閉部４の周囲を囲むように、アークシールド１２が第１の絶縁物容器２に配設されている。なお、第１、第２の絶縁物容器２、３及び可動電極棒７と操作棒９とを結合する絶縁物８は、真空バルブ製作時における真空、ろう付け時の高温条件に耐える必要があるため、例えばアルミナセラミックで製作されている。

金属製真空容器１は、真空容器部１ａの一端に設けられて、ほぼ中央部に可動電極棒７が貫通する貫通孔を有する円環状の無酸素銅製端子１３と、この無酸素銅製端子１３の外面に設けられた通電用の外部接続用端子１４とを有する。
また、円環状の無酸素銅製端子１３から離隔した位置で可動電極棒７に円盤形状の無酸素銅製端子１５が設けられ、可とう性導体１６の一端がステンレス製の押え板１７によって上記円盤形状の無酸素銅製端子１５に押さえ付けられた状態でねじ１８により固定されている。

可とう性導体１６の詳細構成については後述するが、図示のように複数個所で内側または外側に湾曲して蛇行する形状とされ、主回路開閉部４の開閉動作時に各湾曲部が変形するようにされると共に、可動電極棒７と真空容器部１ａとを電気的に接続している。また、可とう性導体１６の他端は真空容器部１ａの円環状の無酸素銅製端子１３にステンレス製の押え板１９によって押さえ付けられた状態でねじ２０により固定されている。従って、主回路開閉部４が閉状態の場合には、固定電極棒５−固定電極４ａ−可動電極４ｂ−可動電極棒７−円盤形状の無酸素銅製端子１５−可とう性導体１６−円環状の無酸素銅製端子１３−外部接続用端子１４の経路で通電路が形成されることになる。

なお、円盤形状の無酸素銅製端子１５は必ずしも円盤形状に限られるものではなく、中央部に貫通孔を有する円環状として貫通孔に可動電極棒７を挿通して適宜の位置で無酸素銅製端子１５と可動電極棒７とを接合して一体化するようにしてもよい。
また、可動電極棒７と操作棒９とを結合し、両者間の通電を阻止する絶縁物８は、電気的絶縁に優れた真空中に配設されるため、絶縁物８自身を小形化することができ、従って、複合絶縁スイッチギヤとしても小形化することができる。
更に、金属製真空容器１と第１、第２の絶縁物容器２、３は、それぞれ円筒形状とされているため、製作が容易である他、周囲に絶縁層であるモールドを形成する際、応力集中を軽減することができ、モールドの製作も容易となる。

次に、図２にもとづいて上述した実施の形態１を適用した複合絶縁スイッチギヤについて説明する。図２において、図１と同一または相当部分には同一符号を付して説明を省略する。図１で説明した実施の形態１の周囲に絶縁層であるモールド３０を設けると共に、モールド３０の外側表面に導電処理３１を施し、この部分を接地電位としている。

固定電極棒５、外部接続用端子１４にはそれぞれ外部導体３２、３３が接続され、モールド３０によってブッシング構造３４、３５が一体的に形成されており、図示しないケーブル等が接続できるようになっている。
外部導体３２、３３は固定電極棒５、外部接続用端子１４と一体的に製作されていてもよい。

操作棒９は絶縁物８によって通電部と電気的に絶縁されており、操作棒９、ベローズ１０及び封着部材１１は接地電位とすることが可能であるため、可動側のモールド３０の終端は封着部材１１となり、可動部位である操作棒９の周囲までモールド３０でバリヤ等を形成する必要がなく、モールド３０の形状の簡素化を図ることができる。主回路開閉部４を開閉動作させる操作装置４０との結合は操作棒９を接地電位にすることができるため、絶縁物を介することなく直接結合することができ、従って、簡素化を図ることができる。また、充電露出部がないため、相間、回路間、盤との絶縁距離をとる必要がなく、従って、盤として小形化を図ることが可能であり、更に、塩害、結露等の外部環境に左右されない信頼性の高いスイッチギヤを提供することができる。

なお、円盤形状の無酸素銅製端子１５の外径φＡは、図１に示すように、金属製真空容器１の最大内径部となるφＣより小さく、円環状の無酸素銅製端子１３の内径φＢよりも大きくされている。また、円環状の無酸素銅製端子１３の内径φＢは可動電極棒７の最大外径φＤより大きくされている。
このような寸法関係に加え、無酸素銅製端子１５及び１３間には可とう性導体１６が配設されているため、主回路開閉部４の電流開閉によって発生する荷電粒子が円環状の無酸素銅製端子１３を越えて接地電位部となる操作棒９、ベローズ１０、封着部材１１に到達することはない。従って、電流開閉によって発生する荷電粒子の拡散防止を簡単な構造で実現することができる上、絶縁物８の表面が汚損されることもなく、電気的絶縁性の信頼性が向上する。

次に、可とう性導体１６の構成の一例を図３にもとづいて説明する。可とう性導体１６は無酸素銅箔１６ａとステンレス箔１６ｂとを交互に積層することにより構成するものであるが、図３（ａ）は、そのうち無酸素銅箔１６ａの構成を示す平面図、図３（ｂ）は、ステンレス箔１６ｂの構成を示す平面図、図３（ｃ）は、ステンレス箔１６ｂと無酸素銅箔１６ａとを交互に積層した状態の平面図、図３（ｄ）は、図３（ｃ）の円Ｄで囲んだ部分の側面図、図３（ｅ）は、図３（ａ）〜（ｄ）とは異なる形状の例を示す平面図である。

図３（ａ）〜（ｄ）に示す例は、中央部から放射状に４本の延在部が設けられ、十字状となるように形成したものである。
図３（ａ）に示すように、無酸素銅箔１６ａは、中央部１６１と、中央部から放射状に延在する４本の延在部１６２とから構成され、中央部１６１には径がφＥの孔１６３が設けられ、その周囲で各延在部１６２の付け根部分に固定用と位置決め用を兼ねた孔１６４が設けられている。なお、孔１６４は４個所に形成する必要はなく、２個所以上に形成すれば十分である。また、各延在部１６２の先端部にも固定用と位置決め用を兼ねた孔１６５が設けられている。

図３（ｂ）に示されるステンレス箔１６ｂも、中央部１６６と中央部から放射状に延在する４本の延在部１６７とから構成されている。延在部１６７の長さは図３（ａ）に示す無酸素銅箔１６ａの延在部１６２より短くされており、図３（ｃ）に示すように、無酸素銅箔１６ａとステンレス箔１６ｂとを中央部を合わせて積層した時、先端部に斜線で示すように無酸素銅箔の集合体となる通電部１６８が形成されるようにしている。ステンレス箔の中央部１６６には、無酸素銅箔の中央部の孔１６３の径φＥより大きい径であるφＦの径の孔１６９が形成されている。この孔は、図３（ｃ）に示すように、無酸素銅箔１６ａとステンレス箔１６ｂとを積層した時、中央部に斜線で示すように、無酸素銅箔の集合体となる通電部１７０を形成するためである。

なお、ステンレス箔の中央部１６６の孔１６９の周囲には無酸素銅箔１６ａと同様に、固定用と位置決め用とを兼ねた孔１６４が設けられ、各延在部１６７の先端部にも同様な目的で孔１６５が設けられている。また、無酸素銅箔１６ａとステンレス箔１６ｂとは図３（ｄ）に示すように、両端面にステンレス箔１６ｂが位置するようにして交互に積層され、各箔の相互間はろう付けによって固定されている。
この状態で各延在部１６２、１６７は図１に示すように、複数個所で内側または外側に湾曲され、主回路開閉部４の開閉時に変形し得るようにされている。

なお、ステンレス箔１６ｂは、通常表面に酸化皮膜を形成しており、真空中で無酸素銅箔１６ａと凝着を起こさないが、温度によっては酸化皮膜がとれ、凝着を起こす。従って、酸化皮膜がとれない温度でのろう付けを実施し、ステンレス箔の凝着防止の効果を得るため、例えばＢＡＧ−８のようなろう材を使用する。また、ステンレスは銅よりも強度が大きいため、ステンレス箔１６ｂの肉厚を無酸素銅箔１６ａより薄くして、可とう性導体の組立性を向上すると共に、主回路開閉部４を動作させる際の操作装置４０の負荷を軽減し、操作装置４０の小形化を図っている。

具体的には、無酸素銅箔１６ａの肉厚は0.5ｍｍ以下、ステンレス箔１６ｂの肉厚は0.1ｍｍ以下とするのが理想的である。可とう性導体１６の両端面をステンレス箔としている理由は、変形の疲労により箔が折損する一枚目の強度を大きくすること及びステンレスの材料そのものの耐電圧性能が銅より良いためである。

図３（ｅ）に可とう性導体１６の他の例として中央部から６本の延在部が放射状に延びた形状のものを示している。符号は図３（ａ）〜（ｄ）と対応する部分に同符号を付している。通電部１６８が延在部１６２の延長方向の先端ではなく、円周方向に突出する形で形成されているため、図３（ｃ）の場合よりも金属製真空容器１を小径にすることができる。なお、以上の説明では延在部の数が４本、６本の例を示したが、これに限られるものではなく、２本以上の延在部を放射状に配設した構成であれば同様な効果を期待することができる。延在部の本数、幅、箔の枚数、通電部面積は通電電流の大きさと金属製真空容器の径に応じて適宜選択されることになる。

次に、可とう性導体１６の可動電極棒７への固定構造について説明する。
図４は、可動電極棒７の円盤形状の無酸素銅製端子１５と可とう性導体１６の一端（図３における中央部１６１、１６６近傍）との固定部を拡大して示した概略図である。可とう性導体１６は、その中央部１６１、１６６を円盤形状の無酸素銅製端子１５とステンレス製押え板１７とで挟み込み、可とう性導体１６の孔１６４にねじまたはボルト１８を挿入して固定する。図は皿ねじ１８による例を示しているが、他のねじ、ボルトでもよいことは云うまでもない。

中央部１６１、１６６の通電部１７０を押え板１７の肉厚の厚い部位１７ａで押え、無酸素銅箔１６ａとステンレス箔１６ｂとが積層されている部分を肉厚の薄い部位１７ｂで押えている。肉厚の厚い部位１７ａの厚さＫは、肉厚の薄い部位１７ｂの厚さＪにステンレス箔１６ｂの肉厚と枚数とを掛けた厚さを加えた寸法となっている。

ねじ１８で予め固定することにより組立作業性が向上する上、通電部１７０の積層部は、ねじ１８を締めることによって加圧され、補助的にはろう材を加えるが、真空中のろう付け時に箔間が凝着して接合される。ステンレス製押え板１７はねじ１８のみの固定ではなく、ろう付けによって可とう性導体１６及び可動電極棒７と強固に接合される。円盤形状の無酸素銅製端子１５についても同様に固定部が形成される。

なお、図示のステンレス製押え板１７の形状は一例を示すものであり、図示の形状に限定されるものではない、即ち可とう性導体１６の通電部１７０に合わせて肉厚の厚い部位１７ａを形成し、可とう性導体１６の固定用孔１６４に合わせてねじ孔を形成すればよい。

また、可とう性導体１６は主回路開閉部４の開閉動作に合わせて湾曲部が変形するが、変形時に可動電極棒７と接触した場合には、一部の電流の通電経路が接触部を介するようになるため、接触部において可とう性導体１６と可動電極棒７との軽度の溶着が発生し、不都合を招く。このため、図１、図２に示すように、円環状の無酸素銅製端子１３の貫通孔の部分に可動電極棒７を取り囲む溶着防止用のカバー５０を配設し、可とう性導体１６の寿命の向上を図っている。

実施の形態１は、以上のように、可とう性導体１６を可動電極棒７に固定しているため、可動電極棒７と可とう性導体１６と金属製真空容器１とが同電位となる結果、万一可とう性導体１６の折損が発生した場合でも地絡事故には至らず、電気的絶縁性能の信頼性を向上することができる。

この発明の実施の形態１の要部の構成を示す断面図である。実施の形態１を複合絶縁スイッチギヤに適用した構成を示す断面図である。実施の形態１の要部を構成する可とう性導体の構成を示すもので、（ａ）は無酸素銅箔の構成を示す平面図、（ｂ）はステンレス箔の構成を示す平面図、（ｃ）は無酸素銅箔とステンレス箔とを交互に積層した状態の平面図、（ｄ）は図３（ｃ）の円Ｄで囲まれた部分の側面図、（ｅ）は可とう性導体の他の形状を示す平面図である。可とう性導体と可動電極棒との固定部を拡大して示す概略図である。

符号の説明

１金属製真空容器、１ａ真空容器部、２第１の絶縁物容器、
３第２の絶縁物容器、４主回路開閉部、４ａ固定電極、
４ｂ可動電極、５固定電極棒、６封着部材、７可動電極棒、
８絶縁物、９操作棒、１０ベローズ、１１封着部材、
１２アークシールド、１３円環状の無酸素銅製端子、
１４外部接続用端子、１５円盤形状の無酸素銅製端子、
１６可とう性導体、１７、１９押え板、３０モールド、
３１導電処理層、３４、３５ブッシング、４０操作装置、
５０カバー、１６１、１６６中央部、１６２、１６７延在部、
１６３、１６９孔、１６８、１７０通電部。

Claims

金属製真空容器の両端にそれぞれ固定された絶縁物容器と、一方の絶縁物容器内に配設され主回路を開閉し得るようにされた固定電極及び可動電極と、上記可動電極に結合され、上記金属製真空容器を貫通すると共に、他方の絶縁物容器内に配設された絶縁物を介して操作装置に連結された可動電極棒と、上記金属製真空容器内で上記可動電極棒及び上記金属製真空容器間に跨って配設された可とう性導体とを有する主回路開閉用真空バルブにおいて、上記金属製真空容器の一端部に配設され、上記可動電極棒の外径より大きい内径を有する円環状の無酸素銅製端子と、上記金属製真空容器内で上記円環状の無酸素銅製端子から離隔して上記可動電極棒に配設され、上記円環状の無酸素銅製端子の内径より大きく、上記金属製真空容器の最大内径より小さい外径を有する円盤形状の無酸素銅製端子とを設け、上記円環状及び円盤形状の無酸素銅製端子間に上記可とう性導体を配設するようにしたことを特徴とするスイッチギヤ。
上記可とう性導体は、２種類の異種金属箔を交互に重ね合わせて構成され、上記可動電極棒が貫通する孔部及び上記孔部の周囲に形成されたリング状の通電部並びに各金属箔を固定する第１の固定部を有する中央部と、この中央部から放射状に延在すると共に、上記固定電極及び可動電極の開閉動作時に変形する複数の部位を有し、先端部に各金属箔を固定する第２の固定部及び通電部を有する複数の延在部とから構成されていることを特徴とする請求項１記載のスイッチギヤ。
上記可とう性導体は、無酸素銅箔とステンレス箔とを交互に重ね合わせて構成すると共に、端面にステンレス箔を配設したことを特徴とする請求項１または請求項２記載のスイッチギヤ。
上記可とう性導体は、上記ステンレス箔の肉厚を上記無酸素銅箔の肉厚より薄くすることを特徴とする請求項３記載のスイッチギヤ。
上記円盤形状の無酸素銅製端子と可とう性導体との固定は、円盤形状の無酸素銅製端子上に配設された可とう性導体を押え板で押圧し、上記円盤形状の無酸素銅製端子と押え板とをねじまたはボルトで固定すると共に、上記可とう性導体の各箔をろう付け接合することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項記載のスイッチギヤ。
上記可とう性導体は、ステンレス表面の酸化膜を真空中で維持し得る温度でろう付け可能なろう材により各箔をろう付けすることを特徴とする請求項３または請求項４記載のスイッチギヤ。
上記円環状の無酸素銅製端子の内径部に、上記可とう性導体と可動電極棒との接触を抑制するカバーを設けたことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項記載のスイッチギヤ。