JP2006080036A - 真空遮断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 接地電位側に振られているアークシールドの電位を改善する。
【解決手段】 接離自在の一対の接点６、７を包囲する中間電位のアークシールド１０を有する真空バルブ１ａと、前記真空バルブ１ａの周りに設けた絶縁層１２と、前記真空バルブ１ａに接続され、端部を前記絶縁層１２から露出した主回路導体１４と、前記アークシールド１０と対向する前記絶縁層１２の外側に、空隙層１７が形成されるように設けた接地電位の導電性部材１５と、前記主回路導体１４端に連結されて前記一対の接点６、７を開閉する操作機構２４とを備えたこと特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、接離自在の一対の接点を有する真空バルブの耐電圧特性および遮断特性を向上し得る真空遮断装置に関する。

従来のこの種の真空遮断装置の遮断部は、接離自在の一対の接点を有し、この一対の接点を包囲するように中間電位のアークシールドを設けた真空バルブを、エポキシ樹脂でモールドして絶縁外皮を形成するとともに、この絶縁外皮の表面に接地電位の接地層を設けたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

これにより、絶縁外皮の絶縁厚さを、優れたエポキシ樹脂の絶縁特性から比較的に薄くでき、遮断部全体を小型にすることができる。また、絶縁外皮の表面には、接地層を設けているので、塵埃、湿潤などによる絶縁抵抗の低下を防止し、据付環境を選ばないものとなっている。
特開２００２−１５２９３０号公報（第９ページ、図１）

上記の従来の真空遮断装置においては、次のような問題がある。
一般に、真空バルブのアークシールドの電位は、一対の接点の電位（１００％）と接地電位（０％）との中間にあり、その電位が５０％近傍のときが最も好ましい。しかしながら、絶縁外皮の絶縁厚さが比較的薄く、また比誘電率が真空バルブ内よりも大きいので、アークシールドと接地間の静電容量が、接点とアークシールド間よりも大きくなり、静電容量比で決まるアークシールドの電位が接地電位側に大きく振られてしまうことになる。

これにより、接点とアークシールド間の電位分担がアークシールドと接地間よりも大きくなり、接点とアークシールド間の耐電圧特性が低下する。また、遮断時の回復電圧にも耐え難くなり遮断特性も低下することになる。特に、一対の接点が開極したとき、一方の接点とアークシールド間の電位分担と、他方の接点とアークシールド間の電位分担とが大きく異なり、耐電圧特性を低下させていた。

このため、接地電位側に振られるアークシールドの電位を抑制し、耐電圧特性、遮断特性を向上させることが望まれていた。

本発明は上記問題を解決するためになされたもので、アークシールドの電位を改善し、耐電圧特性および遮断特性を向上し得る真空遮断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、本発明の真空遮断装置は、接離自在の一対の接点を包囲する中間電位のアークシールドを有する真空バルブと、真空バルブの周りに設けた絶縁層と、真空バルブに接続され、端部を絶縁層から露出した主回路導体と、アークシールドと対向する絶縁層の外側に、空隙層が形成されるように設けた接地電位の導電性部材と、主回路導体端部に連結されて前記一対の接点を開閉する操作機構とを備えたこと特徴とする。

本発明によれば、接離自在の一対の接点を包囲する中間電位のアークシールドを有する真空バルブ部の周りに絶縁層を形成し、この絶縁層の外側に空隙層が形成されるように接地電位の導電性部材を設けているので、接地電位側に振られているアークシールドの電位を５０％に近づくように改善することができ、真空バルブ部の耐電圧特性および遮断特性を向上させることができる。

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に係る真空遮断装置を図１および図２を参照して説明する。図１は、本発明の実施例１に係る真空遮断装置の構成を示す断面図、図２は、本発明の実施例１に係る真空遮断装置のアークシールドの電位を説明する特性図である。

図１に示すように、真空遮断装置は、主回路を開閉する真空バルブ部１ａ、真空バルブ部１ａの周りに形成された絶縁部１ｂ、および真空バルブ部１ａを開閉する操作機構部１ｃで構成されている。

真空バルブ部１ａには、アルミナ磁器などからなる筒状の真空絶縁容器２の両端開口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、固定側封着金具３には、固定側通電軸５が気密に貫通固定され、真空絶縁容器２内の端部に互いに接離自在の一対の接点となる一方の固定側接点６が設けられている。この固定側接点６と対向して、一対の接点の他方となる可動側接点７が、可動側封着金具４の中央部を移動自在に貫通した可動側通電軸８の端部に設けられている。

可動側通電軸８の真空絶縁容器２内の中間部には、伸縮自在のベローズ９の自由端が気密に取り付けられ、その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８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内の中間部には、両接点６、７を包囲するように筒状のアークシールド１０が、真空絶縁容器２の中間部に気密に設けられた中間金具１１に固定されている。このアークシールド１０は、両接点６、７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絶縁抵抗が低下することを防止するものである。また、このアークシールド１０の電位は、両接点６、７の電位（１００％）と接地電位（０％）との中間の中間電位となっている。

絶縁部１ｂには、真空バルブ部１ａの周りに、例えばエポキシ樹脂をモールドして形成した絶縁層１２が設けられている。この絶縁層１２の固定側端部は、半径方向に突出するとともに、固定側通電軸５に接続され、一方の電路となる固定側導体１３を中央部に露出させて、凹状のテーパー部１２ａに形成されている。また、可動側端部も同様に、半径方向に突出するとともに、可動側通電軸８に接続され、他方の電路となる可動側導体１４を移動自在に露出させて、凸状のテーパー部１２ｂに形成されている。

また、絶縁層１２の外周には、接地電位の筒状の金属容器１５が、半径方向に突出した絶縁層１２の両端にＯリング１６を介して固定されている。ここで、絶縁層１２と金属容器１５間には、例えば乾燥空気、窒素ガス、炭酸ガスなどの絶縁気体を封入する空隙層１７が形成されている。この空隙層１７は、アークシールド１０の外周面と対向する絶縁層１２の外周面に形成されるようになっている。なお、アークシールド１０と対向する絶縁層１２の外周の全周面に空隙層１７を形成すると、アークシールド１０と金属容器１５間の静電容量を抑制するうえで好ましい。

一方、固定側導体１３には、絶縁外皮を設けた例えば母線などの他の電気機器１８の中心導体１９が接続されるようになっている。また、電気機器１８の端部は、凸状のテーパー部１８ａに形成されている。そして、例えばシリコンゴムのような環状の可撓性絶縁物１８ｂを介して、互いのテーパー部１２ａ、１８ａを密着させ、ボルト２０、ナット２１で電気機器１８を固定するようになっている。

また、可動側導体１４には、絶縁外皮を設けた例えば受電ケーブルなどの他の電気機器２２の中心導体２３が接続されるようになっている。また、電気機器２２の端部は、凹状のテーパー部２２ａに形成されている。そして、電気機器１８側と同様に、環状の可撓性絶縁物２２ｂを介して、互いのテーパー部１２ｂ、２２ａを密着させ、ボルト２０、ナット２１で電気機器２２を固定するようになっている。

ここで、絶縁層１２のテーパー部１２ａ、１２ｂは、可撓性絶縁物１８ｂ、２２ｂ、ボルト２０、ナット２１などを用いて他の電気機器１８および２２を接続固定する界面接続部となる。この界面接続部では、沿面距離を増加させるため凸状または凹状のテーパー状になっている。

また、接続固定時、テーパー部１２ａ、１２ｂ−可撓性絶縁物１８ｂ、２２ｂ−テーパー部１８ａ、２２ａで絶縁物相互の界面が形成されるが、ボルト２０、ナット２１で締付けることにより、互いの界面が密着し、優れた絶縁耐力を有するようになる。即ち、この界面接続部により、絶縁物相互を連結でき、また電気機器１８、２２の運転電圧のような所定の電圧に耐え得るようにすることができる。

操作機構部１ｃには、図示しない絶縁操作ロッドを介して可動側導体１４に連結された永久磁石、開路コイル、閉路コイルなどを有する電磁アクチュエータのような操作機構２４が設けられている。この操作機構２４により、両接点６、７の開閉が行われる。

次に、絶縁層１２の外径をφ１とし、金属容器１５の内径をφ２とした場合のアークシールド１０の電位を図２を参照して説明する。ここで、絶縁層１２の絶縁厚さは、遮断部１ａを開閉したときに発生する機械的強度に耐え得るように、数十ｍｍの一定の厚さを有している。

図２に示すように、アークシールド１０の電位は、金属容器１５の内径φ２と絶縁層１２の外径φ１との比、φ２／φ１を大きくするに伴って上昇し、接地電位側から５０％に限りなく近づく特性となっている。これは、金属容器１５の内径φ２と絶縁層１２の外径φ１との比を大きくすることで、空隙層１７のギャップ長が広がり、アークシールド１０と金属容器１５との間で形成される静電容量が小さくなるためである。しかしながら、φ２／φ１＝２以上では、アークシールド１０の電位の上昇する傾きは低下している。

即ち、空隙層１７の比誘電率は絶縁層１２よりの小さいので、金属容器１５の内径φ２を大きくしていくと、アークシールド１０と金属容器１５間の静電容量は内径φ２に比例して小さくなる。しかしながら、金属容器１５の内径φ２と絶縁層１２の外径φ１との比をφ２／φ１＝２以上に大きくしていくと、金属容器１５の内面の面積も大きくなり、静電容量が然程小さくならないためである。なお、絶縁層１２の外径φ１は所定の値で一定であるので、接点６、７などの主回路とアークシールド１０間で形成される静電容量は所定の値で一定である。

これより、φ２／φ１＝２の点は、金属容器１５の内径φ２の増加を抑えて、アークシールド１０と金属容器１５間の静電容量を小さくでき、アークシールド１０の電位を５０％に近づけるように改善するのに最適な値となる。なお、φ２／φ１＝２以上では、アークシールド１０の電位をより５０％に近づけることができるものの、金属容器１５の内径φ２を大きくする割合に比べて電位を改善する効果が小さいので好ましくない。

なお、金属容器１５の内径φ２と絶縁層１２の外径φ１との比がφ２／φ１＝０．４以下では、空隙層１７の分担電圧が大きくなり、この空隙層１７内で放電が発生する。例えば、真空バルブ部１ａの定格電圧が２０ｋＶから６０ｋＶクラスでは、絶縁層１２の比誘電率を４、空隙層１７の比誘電率を１とすると、定格電圧程度から空隙層１７内で放電が始まってしまう。

ここで、空隙層１７内には、絶縁気体が封入されているので、環境に左右されず、絶縁層１２沿面の絶縁抵抗を低下させることがない。

上記実施例１の真空遮断装置によれば、真空バルブ部１ａの周りに絶縁層１２を形成し、この絶縁層１２の外側に空隙層１７が形成されるように接地電位の金属容器１５を設けているので、アークシールド１０と金属容器１５間の静電容量が小さくなり、接地電位側に振られている中間電位のアークシールド１０の電位を５０％に近づくように改善することができ、真空バルブ部１ａの耐電圧特性および遮断特性を向上させることができる。

なお、上記実施例１では、空隙層１７内に絶縁気体を封入することで説明したが、真空遮断装置を設置する環境が低湿度で塵埃などが少ない条件であれば、空隙層１７内に大気中の空気が流通するようになっていてもよい。このため、金属容器１５は、空隙層１７が維持できる機械的強度を有し、接地電位が与えられる導電性材料からなる導電性部材でよい。

次に、本発明の実施例２に係る真空遮断装置を図３を参照して説明する。図３は、本発明の実施例２に係る真空遮断装置の構成を示す要部断面図である。なお、この実施例２が実施例１と異なる点は、絶縁層内にシールドを埋め込んだことである。図３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。

図３に示すように、絶縁部１ｂの絶縁層１２内には、固定側封着金具３と可動側封着金具４とに中央開口部がそれぞれ接続固定された金属製の椀状のシールド３０、３１が埋め込まれている。また、シールド３０、３１は、それぞれがアークシールド１０の外周面を覆うように配置されている。なお、シールド３０、３１は、板状、穴明き板状、網目状の何れでもよい。

これにより、主回路とアークシールド１０間で形成される高圧側の静電容量は、アークシールド１０と真空絶縁容器２内の接点６、７などの主回路間で形成される静電容量に、アークシールド１０とシールド３０、３１間で形成される静電容量が加算される。このため、アークシールド１０と金属容器１５間で形成される接地側の静電容量とで分圧されるアークシールド１０の電位を改善することができる。即ち、アークシールド１０の電位は、接地側の静電容量よりも高圧側が小さく接地電位側に振られているが、高圧側の静電容量が大きくなるので、その電位を５０％に近づくように改善することができる。

ここで、アークシールド１０の外周面を完全に覆ってしまうようなシールド３０、３１を設ければ、高圧側の静電容量を更に大きくすることができる。この場合、互いのシールド３０、３１は、接点６、７が閉極時には同電位になるものの、開極時には異電位となるので、この電位差に耐え得るように離隔されていればよい。

なお、真空絶縁容器２の両端開口面に封着されている固定側封着金具３、可動側封着金具４の封着部では、電界集中を起こし易いが、シールド３０、３１により、電界緩和を図ることができる。

上記実施例２の真空遮断装置によれば、真空バルブ部１ａの周りに形成した絶縁層１２内にシールド３０、３１を埋め込んでいるので、接地電位側に振られている中間電位のアークシールド１０の電位を５０％に近づくように更に改善することでき、真空バルブ部１ａの耐電圧特性および遮断特性を向上させることができる。

本発明の実施例１に係る真空遮断装置の構成を示す断面図。 本発明の実施例１に係る真空遮断装置のアークシールドの電位を説明する特性図。 本発明の実施例２に係る真空遮断装置の構成を示す要部断面図。

符号の説明

１ａ 真空バルブ部
１ｂ 絶縁部
１ｃ 操作機構部
２ 真空絶縁容器
３ 固定側封着金具
４ 可動側封着金具
５ 固定側通電軸
６ 固定側接点
７ 可動側接点
８ 可動側通電軸
９ ベローズ
１０ アークシールド
１１ 中間金具
１２ 絶縁層
１２ａ、１２ｂ、１８ａ、２２ａ テーパー部
１３ 固定側導体
１４ 可動側導体
１５ 金属容器
１６ Ｏリング
１７ 空隙層
１８、２２ 電気機器
１８ｂ、２２ｂ 可撓性絶縁物
１９、２３ 中心導体
２０ ボルト
２１ ナット
２４ 操作機構
３０、３１ シールド

Claims (5)

1. 接離自在の一対の接点を包囲する中間電位のアークシールドを有する真空バルブと、
   前記真空バルブの周りに設けた絶縁層と、
   前記真空バルブに接続され、端部を前記絶縁層から露出した主回路導体と、
   前記アークシールドと対向する前記絶縁層の外側に、空隙層が形成されるように設けた接地電位の導電性部材と、
   前記主回路導体端部に連結されて前記一対の接点を開閉する操作機構とを備えたこと特徴とする真空遮断装置。
2. 前記一対の接点の一方と他方とにそれぞれ接続固定するとともに、離間して配置したシールドを前記絶縁層内に埋め込んだことを特徴とする請求項１に記載の真空遮断装置。
3. 前記絶縁層の外径をφ１とし、
   前記金属容器の内径をφ２としたとき、
   φ２／φ１の比を、φ２／φ１＝０．４〜２としたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の真空遮断装置。
4. 他の電気機器が連結されるとともに、所定の電圧に耐え得る界面接続部を前記絶縁層端に設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の真空遮断装置。
5. 前記導電性部材を金属容器とし、前記空隙層内に絶縁気体を封入したことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の真空遮断装置。

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