JP2006019193A - 開閉装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 真空バルブを複数直列接続した開閉装置の絶縁性能を向上させる。
【解決手段】 接離自在の一対の接点７、８（２１、２２）を有するとともに、この一対の接点７、８（２１、２２）を包囲するように設けられた中間電位のアークシールド１１（２５）を有する直列接続された複数の真空バルブ１ａ、１ｃと、前記複数の真空バルブ１ａ、１ｃの一方の接点７（２１）と前記アークシールド１１（２５）間、および他方の接点８（２２）と前記アークシールド１１（２５）間のそれぞれに並列接続された同容量のインピーダンスを有する電圧分担素子１４、１５（２８、２９）と、これら複数の真空バルブ１ａ、１ｃを同時に開閉する操作機構とを備えたことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電力系統を開閉する複数の真空バルブを直列接続した遮断器の絶縁性能を向上し得る開閉装置に関する。

電力系統を開閉する開閉装置においては、真空絶縁方式、ガス絶縁方式、油絶縁方式などの遮断器が用いられており、いずれの遮断器においても高電圧化の要求から絶縁性能の向上が求められている。この一例として、従来、真空絶縁方式においては、アークシールドに包囲された接離自在の一対の接点を有する同容量の真空バルブを複数直列接続し、全体として高電圧化を図ったものがある。

そして、複数直列接続された真空バルブの電位分担をそれぞれ均等にするため、それぞれの真空バルブの接点間に、コンデンサを並列接続したものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平１０−１２４５９号公報（第４〜５ページ、図９）

上記の従来の開閉装置においては、次のような問題がある。
真空バルブにコンデンサを並列接続することにより、それぞれの接点間の電位分担は均等になるものの、これらの接点を包囲するアークシールドの電位分担は必ずしも均等とはならない。これは、アークシールドの電位が、接点との静電容量と対地間との静電容量とによって決まる中間電位であり、アークシールドと対地間との静電容量をそれぞれの真空バルブで均等にできないためである。

これにより、それぞれの真空バルブにおいては、接点とアークシールド間の電位分担が異なるので、絶縁性能も異なってきて電力系統の電位を均等に分担できなくなる。このため、複数直列接続した真空バルブの数に比例した絶縁性能を得ることができなかった。

本発明は上記問題を解決するためになされたもので、複数直列接続した真空バルブの電位分担を均等にし、絶縁性能を向上し得る開閉装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の開閉装置は、接離自在の一対の接点を有するとともに、この一対の接点を包囲するように設けられた中間電位のアークシールドを有する直列接続された複数の真空バルブと、前記複数の真空バルブの一方の接点と前記アークシールド間、および他方の接点と前記アークシールド間のそれぞれに並列接続された同容量のインピーダンスを有する電圧分担素子と、これら複数の真空バルブを同時に開閉する操作機構とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、複数直列接続された真空バルブのそれぞれの固定側接点とアークシールド間、およびこのアークシールドと可動側接点間に同程度のインピーダンスを有する電圧分担素子をそれぞれ接続しているので、それぞれの真空バルブの接点間、および両接点とアークシールド間の電圧分担がほぼ均等になり、絶縁性能を向上し得る開閉装置を得ることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

先ず、本発明の実施例１に係る開閉装置を図１乃至図４を参照して説明する。図１は、本発明の実施例１に係る開閉装置の構成を示す断面図、図２は、本発明の実施例１に係る真空バルブの周りに配置された複数のコンデンサを説明する図、図３は、本発明の実施例１に係る三相の真空バルブの周りに一列配置された複数のコンデンサを説明する図、図４は、本発明の実施例１に係る三相の真空バルブの周りに三角配置された複数のコンデンサを説明する図である。

図１に示すように、開閉装置は、図示上方の第１の真空バルブ部１ａ、図示中間部の操作部１ｂ、および図示下方の第２の真空バルブ部１ｃに分かれて構成されている。そして、第１の真空バルブ部１ａと第２の真空バルブ部１ｃとで電力系統の開閉が行われ、これらの開閉は操作部１ｂで同時に行われるようになっている。

第１の真空バルブ部１ａにおいて、アルミナ磁器などからなる筒状の真空絶縁容器２には、その両端開口端面に固定側封着金具３と可動側封着金具４とが封着されている。また、この真空絶縁容器２は、二分割されており、その中間部が環状の中間金具５により気密に連結されている。

そして、固定側封着金具３には、固定側通電軸６が気密に貫通固定され、真空絶縁容器２内の固定側通電軸６端に互いに接離自在の一対の接点の一方となる固定側接点７が設けられている。また、固定側接点７と対向して一対の接点の他方となる可動側接点８が可動側通電軸９端に設けられている。この可動側通電軸９の真空絶縁容器２内の中間部には、伸縮自在のベローズ１０の自由端が気密に取り付けられ、固定端が可動側封着金具４の中央開口部に気密に取り付けられている。これにより、内部圧力１×１０^−２Ｐａ以下の真空を維持しながら、可動側通電軸９を軸方向に移動させることが可能となっている。

また、真空絶縁容器２内の中間金具５には、両接点７、８を包囲するようにこの両接点７、８と異なる電位（接点７、８の電位と接地電位との中間の中間電位）の筒状のアークシールド１１が固定されている。そして、両接点７、８の電流開閉時に発生する金属蒸気が真空絶縁容器２の内面に付着して沿面の絶縁抵抗が低下することを防止している。

一方、真空絶縁容器２外の固定側通電軸６は、一方の電路となる第１の固定部材１２に固定されている。そして、第１の固定部材１２と真空絶縁容器２外の可動側通電軸９端に接続された第１の可動端子１３間には、直列接続された第１のコンデンサ１４と第２のコンデンサ１５とが並列接続されている。また、この第１のコンデンサ１４と第２のコンデンサ１５との接続点は、中間金具５に接続されている。

なお、第１のコンデンサ１４と第１の固定部材１２間、および第１のコンデンサ１４と第２のコンデンサ１５との接続点と中間金具５間は、一般の導体で接続固定されている。しかしながら、第２のコンデンサ１５と第１の可動端子１３間は、可撓性の導体で接続されている。

ここで、第１および第２のコンデンサ１４および１５は、例えばセラミックスコンデンサからなり、その静電容量は同容量であるとともに、固定側接点７と可動側接点８間、両接点７、８とアークシールド１１間、およびアークシールド１１と対地間とで形成される静電容量よりも大きく、数百ｐFである。

第２の真空バルブ部１ｃには、第１の真空バルブ部１ａと同様の構成が操作部１ｂを対称の軸として対称的に配置されている。即ち、筒状の真空絶縁容器１６の両端開口端面には、固定側封着金具１７と可動側封着金具１８とが封着されている。また、この真空絶縁容器１６は、その中間部が環状の中間金具１９により気密に連結されている。

そして、固定側封着金具１７には、固定側通電軸２０が気密に貫通固定され、この固定側通電軸２０端に固定側接点２１が設けられている。また、固定側接点２１と対向して可動側接点２２が可動側通電軸２３端に設けられている。可動側通電軸２３の真空絶縁容器１６内の中間部には、伸縮自在のベローズ２４の自由端が気密に取り付けられ、固定端が可動側封着金具１８の中央開口部に気密に取り付けられている。

また、真空絶縁容器１６内の中間金具１９には、両接点２１、２２を包囲するように、両接点２１、２２と異なる電位（接点２１、２２の電位と接地電位との中間の中間電位）の筒状のアークシールド２５が固定され、両接点２１、２２の電流開閉時に発生する金属蒸気により沿面の絶縁抵抗が低下することを防止している。

一方、真空絶縁容器１６外の固定側通電軸２０は、他方の電路となる第２の固定部材２６に固定されている。そして、第２の固定部材２６と真空絶縁容器１６外の可動側通電軸１８に接続された第２の可動端子２７間には、直列接続された第３のコンデンサ２８と第４のコンデンサ２９とが並列接続されており、第３のコンデンサ２８と第４のコンデンサ２９との接続点は、中間金具１９に接続されている。

なお、第３のコンデンサ２８と第２の固定部材２６間、および第３のコンデンサ２８と第４のコンデンサ２９との接続点と中間金具１９間は、一般の導体で接続固定されているが、第４のコンデンサ２９と第２の可動端子２７間は、可撓性の導体で接続されている。

ここで、第３および第４のコンデンサ２８および２９は、例えばセラミックスコンデンサからなり、その静電容量は同容量であり、更に、第１および第２のコンデンサ１４および１５とも同容量である。また、このような第１、第２、第３および第４のコンデンサ１４、１５、２８および２９を電圧分担素子と称する。なお、この電圧分担素子は、抵抗体など高インピーダンスを有するものを用いることができる。

また、これらの電圧分担素子は、全て同容量のものを用いれば、各部の電圧分担が同様になり好ましい。しかしながら、耐電圧特性からみると、１５％程度変化していてもよい。これは、真空中の放電のばらつきと同程度のためである。なお、電圧分担素子の容量が１５％を超えて異なると、真空中の放電のばらつき以上に各部の電圧分担が異なり、耐電圧特性を大きく低下させることになる。

操作部１ｂには、第１の可動端子１３に第１のカップリング３０が固定され、この第１のカップリング３０にL字状の第１のレバー３１の一方端が可動ピン３２により回動自在に連結されている。また、第２の可動端子２７にも第２のカップリング３３が固定され、この第２のカップリング３３にL字状の第２のレバー３４の一方端が可動ピン３５により回動自在に連結されている。

そして、第１のレバー３１と第２のレバー３４とは、それぞれの他方端が重ね合わせられてコ字状に配置されるとともに、重ね合わせた部分に絶縁操作ロッド３６の一方端が可動ピン３７により回動自在に連結されている。また、これら第１のレバー３１と第２のレバー３４との曲折した中間部には、図示しない開閉装置の固定部材に固定された固定ピン３８、３９がそれぞれ設けられている。なお、第１の可動端子１３と第２の可動端子２７間は、伸縮自在の可撓性導体４０で接続されている。

絶縁操作ロッド３６の他方端には、図示しない操作機構が連結され、この絶縁操作ロッド３６を矢印方向（図示左方向）に移動すれば、固定ピン３８を支点として、第１のレバー３１の一方端が矢印方向（図示上方）に移動する。同時に、固定ピン３９を支点として、第２のレバー３４の一方端が矢印方向（図示下方）に移動し、第１の真空バルブ部１ａの両接点７、８、および第２の真空バルブ部１ｃの両接点２１、２２のそれぞれが閉極する。なお、絶縁操作ロッド３６の移動を上述と逆にすれば、第１の真空バルブ部１ａの両接点７、８、および第２の真空バルブ部１ｃの両接点２１、２２はそれぞれ開極する。

ここで、これらの第１、第２、第３および第４のコンデンサ１４、１５、２８および２９は、図２に示すように、トータルで静電容量を増大させるため、真空絶縁容器２、１６の外周に等間隔で複数個配置してもよい。

また、図３に示すように、三相分を配置する場合には、相間方向の絶縁距離を縮めるため、各相のコンデンサを相間方向と直交する方向に複数個を一列配置してもよい。更に、静電容量を増大させ、相間方向の絶縁距離を縮めるため、図４に示すように、両側相を同様の三角形配置とし、中相をこれと逆の三角形配置にしてもよい。

上記実施例１の開閉装置によれば、第１の真空バルブ部１ａの固定側接点７と可動側接点８間、および第２の真空バルブ部１ｃの固定側接点２１と可動側接点２２間の静電容量を同容量にでき、更には、第１の真空バルブ部１ａの両接点７、８とアークシールド１１間、および第２の真空バルブ部１ｃの両接点２１、２２とアークシールド２５間の静電容量を同容量とすることができるので、第１の固定部材１２と第２の固定部材２６間に加わる電位を、第１の真空バルブ部１ａと第２の真空バルブ部１ｃとで均等に分担でき、絶縁性能を向上させた開閉装置とすることができる。

また、電流遮断時に第１の真空バルブ部１ａの接点７、８間、および第２の接点２１、２２間に加わる回復電圧も均等にすることができるので、遮断特性も向上させることができる。

なお、上記実施例１では、二つの真空バルブ部で説明したが、三つ以上の複数の真空バルブ部においても、操作機構をそれぞれ連結して、同容量の静電容量を有するコンデンサをそれぞれの真空バルブ部に接続すれば、絶縁性能を向上し得る開閉装置が得られる。

次に、本発明の実施例２に係る開閉装置を図５を参照して説明する。図５は、本発明の実施例２に係る開閉装置の構成を示す部分断面図である。なお、この実施例２が実施例１と異なる点は、アークシールドを静電結合により電位固定することである。図５において、実施例１と同様の構成部分においては、同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。また、第１の真空バルブ部と第２の真空バルブ部とは同一構成であるので、第１の真空バルブ部を用いて説明する。

図５に示すように、真空絶縁容器２の外周には、環状の絶縁カラー４１を介して、アークシールド１１と軸方向の長さが同程度の筒状の中間電極４２が設けられている。また、中間電極４３は、第１のコンデンサ１４と第２のコンデンサ１５との接続点の電位に固定されている。

これにより、アークシールド１１と中間電極４２間の静電容量が、互いが対向する電極面積が大きいことより、接点７、８間や接点７、８とアークシールド１１間などの静電容量よりも大きくなり、アークシールド１１の電位を第１のコンデンサ１４と第２のコンデンサ１５間の接続点の電位に固定することができる。

上記実施例２の開閉装置によれば、実施例１による効果のほかに、真空絶縁容器２内を真空に維持する部材の一つである中間金具５に、第１のコンデンサ１４と第２のコンデンサ１５間の接続線を接続する作業が不要となる。

次に、本発明の実施例３に係る開閉装置を図６を参照して説明する。図６は、本発明の実施例３に係る開閉装置の構成を示す部分断面図である。なお、この実施例３が実施例２と異なる点は、アークシールドの静電結合を大きくすることである。図６において、実施例２と同様の構成部分においては、同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。また、第１の真空バルブ部と第２の真空バルブ部とは同一構成であるので、第１の真空バルブ部を用いて説明する。

図６に示すように、真空絶縁容器２の外周には、アークシールド１１と軸方向の長さが同程度の筒状の中間電極４３が設けられている。この中間電極４３は、第１のコンデンサ１４と第２のコンデンサ１５との接続点の電位に固定されるとともに、例えばエポキシ樹脂のような絶縁材料でモールドされた絶縁外皮４４で覆われている。

これにより、アークシールド１１と中間電極４３間には、空気よりも比誘電率の大きい絶縁外皮４４が介在するので、この間の静電容量が大きくなる。このため、アークシールド１１の電位を第１のコンデンサ１４と第２のコンデンサ１５間の接続点の電位に確実に固定することができるようになる。更には、エポキシ樹脂に例えばチタン酸バリウムや酸化チタンなどのエポキシ樹脂の比誘電率よりも高い誘電率体の粉末を混合すれば、アークシールド１１と中間電極４３間の静電容量が大きくなり好ましい。

上記実施例３の開閉装置によれば、実施例２による効果のほかに、アークシールド１１と中間電極４３間の静電容量が大きくなるので、アークシールド１１の電位固定がより確実になる。

本発明の実施例１に係る開閉装置の構成を示す断面図。 本発明の実施例１に係る真空バルブの周りに配置された複数のコンデンサを説明する図。 本発明の実施例１に係る三相の真空バルブの周りに一列配置された複数のコンデンサを説明する図。 本発明の実施例１に係る三相の真空バルブの周りに三角形配置された複数のコンデンサを説明する図。 本発明の実施例２に係る開閉装置の構成を示す部分断面図。 本発明の実施例３に係る開閉装置の構成を示す部分断面図。

符号の説明

１ａ 第１の真空バルブ部
１ｂ 操作部
１ｃ 第２の真空バルブ部
２、１６ 真空絶縁容器
３、１７ 固定側封着金具
４、１８ 可動側封着金具
５、１９ 中間金具
６、２０ 固定側通電軸
７、２１ 固定側接点
８、２２ 可動側接点
９、２３ 可動側通電軸
１０、２４ ベローズ
１１、２５ アークシールド
１２ 第１の固定部材
１３ 第１の可動端子
１４ 第１のコンデンサ
１５ 第２のコンデンサ
２６ 第２の固定部材
２７ 第２の可動端子
２８ 第３のコンデンサ
２９ 第４のコンデンサ
３０ 第１のカップリング
３１ 第１のレバー
３２、３５、３７ 可動ピン
３３ 第２のカップリング
３４ 第２のレバー
３６ 絶縁操作ロッド
３８、３９ 固定ピン
４０ 可撓性導体
４１ 絶縁カラー
４２、４３ 中間電極
４４ 絶縁外皮

Claims (5)

1. 接離自在の一対の接点を有するとともに、この一対の接点を包囲するように設けられた中間電位のアークシールドを有する直列接続された複数の真空バルブと、
   前記複数の真空バルブの一方の接点と前記アークシールド間、および他方の接点と前記アークシールド間のそれぞれに並列接続された同程度のインピーダンスを有する電圧分担素子と、
   これら複数の真空バルブを同時に開閉する操作機構とを備えたことを特徴とする開閉装置。
2. 接離自在の一対の接点を有するとともに、この一対の接点を包囲するように設けられた中間電位のアークシールドを有する直列接続された複数の真空バルブと、
   前記複数の真空バルブの外周に、前記アークシールドと対向するようにそれぞれ設けられた中間電極と、
   前記複数の真空バルブの一方の接点と前記中間電極間、および他方の接点と前記中間電極間のそれぞれに並列接続された同程度のインピーダンスを有する電圧分担素子と、
   これら複数の真空バルブを同時に開閉する操作機構とを備えたことを特徴とする開閉装置。
3. 前記電圧分担素子は、コンデンサからなるとともに、その静電容量は、前記一対の接点間、これらの接点と前記アークシールド間、および前記アークシールドと対地間のそれぞれの静電容量よりも大きいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の開閉装置。
4. 前記中間電極を覆う絶縁外皮を設けたことを特徴とする請求項２に記載の開閉装置。
5. 前記絶縁外皮にエポキシ樹脂よりも高い誘電率体の粉末を混合させたことを特徴とする請求項４に記載の開閉装置。

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