JP2009266511A - 真空遮断器 - Google Patents

Abstract

【課題】可動電極の初期の開離速度を増加させて遮断性能を向上することができ、可動及び固定電極の接触面の損耗を少なくし、電極間の耐電圧性能及び遮断性能の向上を図ると共に、使用寿命を延ばせる真空遮断器を提供する。
【解決手段】真空状態を維持する絶縁容器１１内に、通電導体１３の先端に固定した固定電極１２と通電導体１６の先端に固定した可動電極１５とを、各接触面を対向させて配置してバルブ本体１０を構成する。可動電極１５の通電導体１５を操作する操作系統に、圧接ばね２０と補助圧接ばね２１を設けており、この補助圧接ばね２１は、可動電極１５の遮断動作の途中でばね圧力の付勢が終了し、かつ投入動作の途中からばね圧の蓄勢を開始するように配置している。
【選択図】図１

Description

本発明は真空遮断器に係り、特に可動及び固定接触子間に接触圧力を与える圧接ばねを備える真空遮断器に関する。

一般に、真空遮断器は小型の構成で大電流を遮断できることから、変電や配電設備等に数多く使用されている。真空遮断器のバルブ本体の部分は、真空状態を維持するセラミック等の絶縁容器内に、通電導体の端面に固定した固定電極と、同様に通電導体の端面に固定した可動電極とを対向させて構成しており、このバルブ本体を大気中或いは絶縁ガス雰囲気中に配置し、またバルブ本体の近傍に可動電極を駆動操作する操作器を備えて真空遮断器として使用している。

真空遮断器に用いる操作器は、回転軸の回転をレバー等の介在により直線運動にし、可動電極を直線移動させて固定電極との接離を行わせる。つまり、操作器は制御装置からの遮断指令に基づき、可動電極を固定電極から引き離して遮断の操作を行い、また投入指令に基づき可動電極を固定電極に接触させる投入の操作をするが、更に圧接ばねとかワイプばねと称するばねを設けている。

圧接ばね等は、可動電極の遮断及び投入操作を円滑に行え、しかも可動及び固定電極の投入操作の完了時に所定の接触圧力を加え、また可動電極を固定電極に投入する際、各電極の接触面を損傷させるチャタリングを防ぐために使用されている。

圧接ばね等を真空遮断器に用いた例に、特許文献１がある。この真空遮断器では、操作器の回転軸に可動電極の通電導体を操作するレバーを固定し、かつレバーの先端部にカム装置を設けており、このカム装置と一端が係合する接圧ばねを、可動電極の通電導体の延長線上に配置している。そして、レバーが電極開の位置から電極閉の位置に移動する間に、カム装置が接圧ばねに作用して蓄勢して押圧力を加えるようにし、逆に電極閉の位置から電極開の位置に移動するときは、接圧ばねの押圧力を徐々に解除する構造にしている。

また、特許文献２の真空遮断器では、操作器の回転軸にレバーを介して変換機構を連結し、この変換機構によって水平方向の往復運動から、垂直方向の往復運動に変換して可動電極を固定した通電導体を操作する構成にしている。そして、可動電極の通電導体の延長線上に設ける絶縁操作ロッドの下端には、ワイプばねを介在させる構造にし、可動及び固定電極間の開閉操作を円滑に行えるようにしている。

特開平８−２９８０４０号公報 特開平６−１０３８６３号公報

しかし、上記した特許文献１及び２に記載されている真空遮断器は、いずれもレバーや操作機構の部分に１個の接圧ばねを設けている。１個の接圧ばねを用いて、操作器による可動電極の遮断及び投入操作を、円滑に行おうとしても限界がある。

１個の接圧ばねの使用では、可動及び固定電極間に接触圧力を加える押圧力の適切な調整が難しいし、ばね圧力が十分でないと操作器の操作力を十分に補助できなくなる。しかも、図５に示す可動電極の動作する時間とストロークの関係で表しているストローク特性で検討してみると、従来の真空遮断器の可動電極は、ストローク特性線Ｓ１の如くなっている。

つまり、従来の真空遮断器の可動電極は、遮断動作時（図中左側）の動作の開始時点Ｔｏから遮断動作完了点Ｔｏ１までと、投入動作時（図中右側）の動作の開始時点Ｔｅから投入動作完了点Ｔｅ１までの双方とも、一定の割合で直線的に変化するストローク特性となる。

この結果、操作器で可動電極を操作しても、１個の接圧ばねでは初期開離速度を大きくできないから、遮断特性を向上できなくなる。また、可動電極の投入速度も低下させることができないから、定数ｋと可動電極側の質量ｍと衝突時の速度ｖで求められる衝撃エネルギＥ（＝ｋｍｖ^２）が大きく、可動及び固定電極間の接触面を損耗させるチャタリングが生じ易く、各電極の接触面の損傷が著しくなってしまう問題がある。

真空遮断器では、上記のことを考慮して圧接ばねを用いてより遮断性能を向上させると共に、チャタリングに起因する可動及び固定電極の接触面の損耗を少なくし、電極間の耐電圧性能及び遮断性能の向上を図ると共に、長期間の使用を可能にすることが望まれている。

本発明の目的は、可動電極の初期の開離速度を増加させて遮断性能を向上することができると共に、可動及び固定電極の接触面の損耗を少なくし、電極間の耐電圧性能及び遮断性能の向上を図ると共に、使用寿命を延ばすことができる真空遮断器を提供することにある。

本発明の真空遮断器は、真空状態を維持する絶縁容器内に、通電導体の先端に固定した固定電極と通電導体の先端に固定した可動電極とを、各接触面を対向させて配置してバルブ本体を構成し、前記可動電極の通電導体の操作系統に圧接ばねを備えたもので、前記操作系統に補助圧接ばねを設け、前記補助圧接ばねは、可動電極の遮断動作の途中でばね圧力の付勢が終了し、かつ投入動作の途中からばね圧の蓄勢を開始するように配置して構成したことを特徴としている。

好ましくは、前記可動電極の通電導体に、前記操作系統の一部をなす中間連結棒を係合させ、前記可動電極の通電導体と中間連結棒との係合部に、前記主圧接ばね及び補助圧接ばねを同心配置して構成したことを特徴としている。

本発明のように圧接ばね及び補助圧接ばねを用いて真空遮断器を構成すれば、可動電極を開離する遮断操作の際には、固定電極から可動電極が離れた後も補助圧接ばねが伸び続けるので、可動電極の初期の開離速度を大きくできるから遮断性能を向上でき、操作器を大型にする必要がないので経済的に製作することができる。また、可動電極の投入操作の際には、補助圧接ばねの働きで可動電極の投入速度を適切に低下させることができるから、可動及び固定電極間のチャタリングを回避して両電極の損耗を大幅に少なくでき、電極間の耐電圧性能及び遮断性能の向上を図ると共に、真空遮断器の使用寿命を延ばすことができる。

本発明の真空遮断器は、真空状態を維持する絶縁容器内に、通電導体の先端に固定した固定電極と通電導体の先端に固定した可動電極とを、各接触面を対向させて配置してバルブ本体を構成する。前記可動電極の通電導体の操作系統に圧接ばねを備えており、しかも前記操作系統に補助圧接ばねを設け、前記補助圧接ばねは、可動電極の遮断動作の途中でばね圧力の付勢が終了し、かつ投入動作の途中からばね圧の蓄勢を開始するように配置している。

以下、本発明の真空遮断器について、図面に示す実施例を用いて説明する。図１の真空遮断器の例は、バルブ本体１０を碍管１内に収納し、碍管１の上下の端面に端子２、３を配置して絶縁ガスを封入する碍子形真空遮断器の構造である。

碍管１は、中空の支持碍子４に支持させて絶縁距離を確保しており、またこの支持碍子４を貫通して操作器のレバー（図示せず）等に連結する絶縁操作ロッド５により、バルブ本体１０を開閉操作している。

真空遮断器の主要部であるバルブ本体１０は、通常のものと同様にセラミック製で内部を真空状態に維持する絶縁容器１１を用い、絶縁容器１１の一端側に固着する通電導体１３の先端に固定電極１２を固定し、及び絶縁容器１１の他端側に設けるベローズ１４に固着する通電導体１６の先端に可動電極１５を固着し、これら固定電極１２及び可動電極１５の接触面を対向させて配置している。

図の例では、可動電極１５の通電導体１６を、接続導体１８に保持させる集電子１７に係合させており、これにより端子２−通電導体１３−固定電極１２−可動電極１５−通電導体１６−集電子１７−接続導体１８−端子３に至る電気回路ができる構成にしている。

通電導体１６と絶縁操作ロッド５間に、操作系統の一部となる中間連結棒１９を介在させている。そして、この通電導体１６の端部と中間連結棒１９との連結部分に、操作器による可動電極１５の開極の操作力を補助し、固定電極１２と可動電極１５間に接触圧力を加える圧接ばね２０を配置し、更に補助圧接ばね２１を配置している。

補助圧接ばね２１は、後述する如く圧接ばね２０のばね圧力を補足して初期開離速度を増加させるために動作するように設けられる。

図２を用いてより具体的に説明すると、通電導体１６の下端部の一部を細く形成した係合部１６Ａを設け、この係合部１６Ａを中間連結棒１９の端部に形成した係合溝１９Ａに摺動可能に係合し、しかも係合突起部１６Ｂにより連結が外れない構成にしている。

その上、これら固定電極１２と可動電極１５との間に、圧接ばね２０及び補助圧接ばね２１を同心的に配置している。補助圧接ばね２１は、その一端を中間連結棒１９の端部に設けたばね受け座２３に支持させ、他端を通電導体１６の下端部に摺動できるように配置した摺動ばね受け座２４に支持させている。

この構成とすることにより、両電極１２、１５間が開極する遮断動作の初期に、圧接ばね２０のばね圧力に補助圧接ばね２１のばね圧力を加えた大きな力を作用させ、初期開離速度を増加させる作用をする。そして、補助圧接ばね２１は通電導体１６の移動途中（電極間の開離途中）で係止部１８Ａとの係合が解かれ、更に間隔ｌだけ移動する。なお、この接続導体１８の係止部１８Ａと摺動ばね受け座２４間の間隔ｌは、補助圧接ばね２１のばね圧力を蓄勢するための撓み量ｄ、及び可動電極１５の開極距離Ｓ（＝ｌ＋ｄ）を考慮して決定する。

また逆に、摺動ばね受け座２４は、通電導体１６が上方に移動操作されて両電極１２、１５が閉じられる投入動作の途中で、接続導体１８の一部に形成した係止部１８Ａと係合し、補助圧接ばね２１はばね圧力の蓄勢を開始する。そして、通電導体１６及び中間連結棒１９の移動に伴って、補助圧接ばね２１はばね圧力の十分な蓄勢が行われ、投入動作の終了時に圧接ばね２０と協働して電極１２、１５間に押圧力を加えて接触圧力を増加させ、また次の遮断動作に利用できるようにしている。

次に、本発明の真空遮断器について、図３（ａ）から（ｅ）を用いての可動電極１５の開離する遮断動作過程、また図４（ａ）から（ｅ）を用いての可動電極１５の投入動作過程について、順に説明する。

制御装置からの遮断指令で、操作器が動作を開始する直前は、両電極１２、１５が投入状態にあり、図３（ａ）に示す如く操作系統に配置された圧接ばね２０及び補助圧接ばね２１の双方とも、圧縮されてばね圧力を付勢している。

続いて、図３（ｂ）の如く可動電極１５の開離する遮断動作の当初の状態では、中間連結棒１９が下方に移動するが、固定及び可動電極１２、１５は接触状態にあり、圧接ばね２０及び補助圧接ばね２１の双方が同時に伸びることにより、操作系統の操作力を補助し、初期の開離速度を増加させる。

可動電極１５が開離すると、図３（ｂ）の如く圧接ばね２０と補助圧接ばね２１は放勢状態を続け、初期の初開離速度を増加させる。図３（ｃ）の如く、先に圧接ばね２０は最大長さまで伸びた時点で、その力は放勢状態となるが、補助圧接ばね２１は継続して放勢状態を続け、補助圧接ばね２１が最大長さまで伸び続けることで、初開離速度を維持する。

図３（ｄ）の如く、これ以後は操作器のレバー等に連結する遮断ばね（図示せず）が伸び続けて、可動電極１５は圧接ばね２０と補助圧接ばね２１なしで開離動作が進行する。最終的に、図３（ｅ）の如く可動電極１５は完全に移動して開離し、遮断動作を完了した状態になる。

この可動電極１５の遮断動作のとき、本発明の真空遮断器では、図５に特性線Ｓ２で示すように、遮断動作時（図中左側）の動作の開始時点Ｔｏより、圧接ばね２０と補助圧接ばね２１のばね押圧力が操作系統の操作力に加わって、可動電極１５の初期の開離速度が速くなるから、遮断動作完了点Ｔｏ２までの時間が短くできるため、遮断性能が向上する。

また、制御装置からの投入遮断指令を受けた操作器の動作開始で、図４（ａ）の如く可動電極１５が開離した状態から、図４（ｂ）の如く中間連結棒１９が上方に移動する。その後、図４（ｃ）の如く補助圧接ばね２１が係止部１８Ａに接触する。このため、補助圧接ばね２１は中間連結棒１９の移動に伴い、圧縮されて先行してばね圧力の蓄勢を開始する。

図４（ｄ）の如く更に中間連結棒１９が上方に移動すると、圧接ばね２０及び補助圧接ばね２１の双方は圧縮され、それぞればね圧力を蓄勢し続け、図４（ｅ）の如く両電極１２、１５の投入完了の時点になると、圧接ばね２０及び補助圧接ばね２１の双方ともばね圧力を蓄勢が完了する。

このように、通電導体１６及び中間連結棒１９の移動に伴って補助圧接ばね２１の端部は、可動電極１５が固定電極１２に接触する前に係止部１８Ａに係合し、操作エネルギを補助圧接ばね２１のばね圧力として蓄勢を開始し、両電極１２、１５の投入完了間で蓄勢をし続ける。このため、本発明の真空遮断器では、図５にストローク特性線Ｓ２で示すように、可動電極１５のストローク特性は、開極距離Ｓ（＝ｌ＋ｄ）の間で一様とならず、投入動作の後半より変化する。

つまり、可動電極１５は投入動作時（図中右側）の動作の開始時点Ｔｅから間隔ｌに達するまでの間は、圧接ばね２０のため略一様に変化して行くが、補助圧接ばね２１の撓みが始まって撓み量ｄが終了する投入動作完了点Ｔｅ２まで変化度合いが変わるため、投入完了時間が遅れらせられるので、可動電極１５の投入速度を低下できる。

したがって、両電極１２、１５の接触面の衝撃エネルギを大幅に減少でき、接触面のチャタリングを効果的に防止できる。例えば、可動電極１５の投入速度を、従来のものより３割減少できると、衝撃エネルギは従来の約半分になるから、チャタリング防止に有効である。

上記した実施例では、本発明の真空遮断器を碍子形真空遮断器に使用した例で説明したが、気中或いは筐体内に収納して使用するものにも適用できることは明らかである。また、実施例の碍子形真空遮断器では、圧接ばね２０と補助圧接ばね２１とを、通電導体１６の端部と中間連結棒１９との連結部分に同心的に配置しているが、これらの配置個所は適宜変更することができる。例えば、圧接ばね２０と補助圧接ばね２１は、可動電極１５の通電導体１６に連なる絶縁ロッドや操作ロッド、或いは操作機構等を有する操作系統の途中に適宜設けることができるし、更には係止部１８Ａも構造を変えて設けることができる。

本発明の一実施例である碍管内蔵型の真空遮断器を一部断面して示す概略縦断面図である。 図１の要部を拡大して示す概略縦断面図である。 （ａ）から（ｅ）は本発明の真空遮断器における電極の遮断動作時の過程を順に示す模式図である。 （ａ）から（ｅ）は本発明の真空遮断器における電極の投入動作時の過程を順に示す模式図である。 真空遮断器の可動電極のストローク特性図である。

符号の説明

１０…バルブ本体、１１…絶縁容器、１２…固定電極、１５…可動電極、１３、１６…通電導体、１９…中間連結棒、２０…圧接ばね、２１…補助圧接ばね。

Claims (2)

1. 真空状態を維持する絶縁容器内に、通電導体の先端に固定した固定電極と通電導体の先端に固定した可動電極とを、各接触面を対向させて配置してバルブ本体を構成し、前記可動電極の通電導体の操作系統に圧接ばねを備えた真空遮断器において、前記操作系統に補助圧接ばねを設け、前記補助圧接ばねは、可動電極の遮断動作の途中でばね圧力の付勢が終了し、かつ投入動作の途中からばね圧の蓄勢を開始するように配置して構成したことを特徴とする真空遮断器。
2. 請求項１において、前記可動電極の通電導体に前記操作系統の一部をなす中間連結棒を係合させ、前記可動電極の通電導体と中間連結棒との係合部に、前記主圧接ばね及び補助圧接ばねを同心配置して構成したことを特徴とする真空遮断器。

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