JP2010010008A - Vacuum switchgear - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、真空スイッチギヤに関するものである。 The present invention relates to a vacuum switchgear.
従来この種真空スイッチギヤにおいては、固定電極側端板と動電極側端板と絶縁筒と両端面の接着面積が大きいと、互いの線膨張係数の相違によりクラックが発生する恐れがある。 Conventionally, in this type of vacuum switch gear, if the adhesion area of the fixed electrode side end plate, the moving electrode side end plate, the insulating cylinder, and both end faces is large, cracks may occur due to the difference in linear expansion coefficient.
しかしながら、従来技術では絶縁筒の接着部に生じる熱応力や線膨張係数の相違等によるクラックの発生防止については配慮されていなかった。 However, in the prior art, no consideration has been given to the prevention of cracks due to differences in thermal stress, linear expansion coefficient, etc. generated in the bonded portion of the insulating cylinder.
上記特許文献1の真空スイッチギヤは、絶縁筒の接着部の端部を覆うように金属製の椀状のシールドを設けることによって、電界緩和の効果が期待できる。
The vacuum switchgear of the above-mentioned
しかしながら固定電極側端板、可動電極側端板と絶縁筒の両端面の接着面積が大きい場合、互いの線膨張係数の相違によりクラックが発生する恐れがある。また、同様にエポキシ樹脂等の絶縁外皮と絶縁筒の線膨張係数の相違による絶縁外皮にクラックが発生する恐れがある。 However, when the adhesion area of the fixed electrode side end plate, the movable electrode side end plate, and both end faces of the insulating cylinder is large, cracks may occur due to the difference in coefficient of linear expansion. Similarly, there is a risk that cracks may occur in the insulating shell due to the difference in the linear expansion coefficient between the insulating shell such as epoxy resin and the insulating cylinder.
これを防止するためには絶縁筒の外周壁と端部にシリコーンゴム等の応力緩和材皮を設ける必要がある。しかし、通常、真空容器を構成する固定電極側端板,可動電極側板,絶縁筒,中央シールド,内部端部シールドの固定にはろう付けが用いられている。従って金属製の椀状のシールド板が取り付けられた後に応力緩和材皮を設けることになると、接着部の端部を覆うように形成されている椀状のシールド板によって、絶縁筒の端部付近における応力緩和材皮の形成は困難である。 In order to prevent this, it is necessary to provide a stress relaxation material skin such as silicone rubber on the outer peripheral wall and the end of the insulating cylinder. However, brazing is usually used to fix the fixed electrode side end plate, the movable electrode side plate, the insulating cylinder, the central shield, and the inner end shield constituting the vacuum vessel. Therefore, when the stress relieving material skin is provided after the metal bowl-shaped shield plate is attached, the edge of the insulating cylinder is formed by the bowl-shaped shield plate formed so as to cover the edge of the adhesive portion. It is difficult to form a stress relieving material skin.
本発明の目的は、絶縁外皮の内部および真空容器内部の電界緩和を達成しながら、同時に絶縁筒の接着部に生じる熱応力等によるクラックを防げることが可能な真空スイッチギヤを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a vacuum switchgear capable of preventing cracks due to thermal stress or the like generated in an adhesion portion of an insulating cylinder while simultaneously achieving electric field relaxation inside the insulating shell and inside the vacuum vessel. .
上記目的は、絶縁筒の両端を固定電極側端板と可動電極側端板とを接続封止して形成された真空容器と、この真空容器の内部で対向させて取り付けられた固定電極リード及び可動電極リードと、前記固定電極リードの端部に取り付けられた固定電極と、前記可動電極リードに取り付けられた可動電極とを備えた真空スイッチギヤにおいて、前記絶縁筒と前記可動電極側端板との接続部であって、この接続部の外周に外部端部シールドを設け、この外部端部シールドの内周面に設けられた係合部と、この係合部と対向する電極端板に設けられた係合部とを備え、この両係合部同士が嵌合することにより達成される。 The object is to provide a vacuum vessel formed by connecting and sealing the fixed electrode side end plate and the movable electrode side end plate at both ends of the insulating cylinder, and a fixed electrode lead attached facing the inside of the vacuum vessel, and In a vacuum switch gear comprising a movable electrode lead, a fixed electrode attached to an end of the fixed electrode lead, and a movable electrode attached to the movable electrode lead, the insulating tube and the movable electrode side end plate The outer end shield is provided on the outer periphery of the connecting portion, the engaging portion is provided on the inner peripheral surface of the outer end shield, and the electrode end plate is opposed to the engaging portion. This is achieved by fitting the engaging portions to each other.
また上記目的は、前記係部は凹部若しくは凸部で形成されていることにより達成される。 Moreover, the said objective is achieved by the said engaging part being formed in the recessed part or the convex part.
また上記目的は、前記外部端部シールドの外周端には曲面が形成され、この曲面の先端は前記絶縁筒の外周壁より絶縁外皮側に位置することにより達成される。 The above object is achieved by forming a curved surface at the outer peripheral end of the outer end shield, and the distal end of the curved surface is located closer to the insulating skin than the outer peripheral wall of the insulating cylinder.
また上記目的は、前記真空容器外部に位置する前記外部端部シールドの先端は前記絶縁筒と前記各電極側端板の接着部を覆うように成形され、前記先端は絶縁筒の端部より絶縁筒の中心部側に位置することにより達成される。 In addition, the object is to form the tip of the outer end shield located outside the vacuum vessel so as to cover the bonding portion between the insulating tube and each electrode side end plate, and the tip is insulated from the end of the insulating tube. This is achieved by being located on the center side of the cylinder.
本発明によれば、絶縁外皮の内部および真空容器内部の電界緩和を達成しながら、同時に絶縁筒の接着部に生じる熱応力等によるクラックを防げることが可能な真空スイッチギヤを提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the vacuum switchgear which can prevent the crack by the thermal stress etc. which arise in the adhesion part of an insulation cylinder simultaneously can be provided, achieving the electric field relaxation of the inside of an insulation skin and a vacuum vessel.
まず一般的な真空スイッチギヤについて図6〜図8を使って説明する。 First, a general vacuum switch gear will be described with reference to FIGS.
図6は典型的な真空スイッチギヤの構造を示す断面図である。
図6において、真空スイッチギヤ1は、絶縁筒2の両端開口部を固定電極側端板3,可動電極側端板4により気密封止して真空容器5が形成されている。固定側電極リード6は、固定電極側端板3に真空気密に固定されている。可動側電極リード7は、べローズ8を介して可動電極側端板4に固定されて真空を保持したまま固定電極6aと可動電極7aの開閉ができる構成となっている。このような構成の真空容器5は、絶縁筒2内を高電圧に対して優れた絶縁耐力を有する高真空を利用して、高真空中で接点が開閉する際に発生するアークを直ちに消滅させて高電圧回路を遮断するようになっている。6bは固定側電極リード6の固定電極側端板3への位置決めのための鍔部である。
FIG. 6 is a sectional view showing the structure of a typical vacuum switchgear.
In FIG. 6, the
このように真空スイッチギヤ1は、高真空中で固定電極6aと可動電極7aを開閉するため、遮断に必要な電極間距離を大気中の場合より短くして高電圧回路を遮断できる。このため、真空スイッチギヤ1の電極を収納している絶縁筒2の外面をコンパクトにできるという利点がある。
Thus, since the
しかしながら、絶縁筒2がコンパクトにできるものの、絶縁筒2の外側の沿面絶縁距離が短くなるため大気中の汚損物が絶縁筒2の外周に付着した場合、耐電圧が低下して外部短絡を生じやすくなる。そのためこの対策として真空容器5の外周にエポキシ樹脂等の絶縁外皮を設けたものがある。
However, although the insulating
図7は絶縁外皮で樹脂モールドされた従来の樹脂モールド真空バルブの構造を示す断面図である。
図7において、真空容器5の外側には、エポキシ樹脂等の絶縁外皮9が設けられている。一般的なこの種真空スイッチギヤ1では、絶縁筒2の両端開口部を固定電極側端板3と可動電極側端板4により気密封止して真空容器5が形成されている。この真空容器5は固定電極側端板3と可動電極側端板4と絶縁筒2とを組み合わせ、それぞれをろう付けで接着し、さらに接着剤で固定されている。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional resin mold vacuum valve resin-molded with an insulating outer shell.
In FIG. 7, an
このような構成の真空スイッチギヤ1ではあるが、真空容器5の内部と絶縁外皮9内の接着部の両端部に電界集中が生じる恐れがある。このような電界集中を防ぐために絶縁外皮9内に金属製シールド板を設ける構造が提案されている。
Although it is the
また、図8に示すように真空容器の外周に、固定側電極リード6を露出させてエポキシ樹脂をモールドした絶縁外皮9を設けている。そして、この絶縁外皮9内には固定電極側端板3と可動電極側端板4と絶縁筒2が固定されている。この絶縁筒2の接着部の端部を覆うように金属製の椀状の外部端部シールド4(外)を設けた構造がある。
Further, as shown in FIG. 8, an insulating
この種真空スイッチギヤにおいては、上述したように固定電極側端板3,可動電極側端板4と絶縁筒2の両端面の接着面積が大きいと、互いの線膨張係数の相違によりクラックが発生する恐れがある。
In this type of vacuum switchgear, cracks occur due to the difference in linear expansion coefficient between the fixed electrode
本発明の発明者らはクラックの発生防止を種々検討した結果、以下のような実施例を得た。 The inventors of the present invention have studied various methods for preventing the occurrence of cracks, and as a result, obtained the following examples.
本発明の実施例1に係る真空スイッチギヤを図1〜図9を参照して説明する。 A vacuum switchgear according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図1は本発明の実施例1に係る真空スイッチギヤの構成図である。
図1において、真空容器5はセラミックなどの絶縁材料で製造された概略円筒状の絶縁筒2を含んで形成されている。この真空容器5内に固定側電極リード6と可動側電極リード7が対向配置されている。各電極リード6と7の内端にはそれぞれ固定電極6aと可動電極7aが取り付けられている。固定電極6aと可動電極7aは銅などの良導電体で製造されている。固定側電極リード6は鍔部6bが形成された概略棒状からなり、固定電極側端板3を貫通して鍔部6bの一側面を固定電極側端板3に固定されている。
FIG. 1 is a configuration diagram of a vacuum switchgear according to
In FIG. 1, a
一方、可動側電極リード7は同様に概略棒状からなり、可動電極側端板4の孔を貫通して配設されている。この可動側電極リード7は可動電極側端板4との間に設けられた伸縮手段としてのベローズ8が設けられており、このベローズ8によって可動電極側端板4と接続されている。
On the other hand, the
可動電極7aは移動手段(図示せず)によって固定電極6aと接離ができるようになっている。また、固定電極側端板3および可動電極側端板4の中央部には孔が形成され、この孔に固定側電極リード6と可動電極リード7が貫通されている。
The
真空容器5は絶縁筒2の両端を気密封止するために、絶縁筒2の両端に固定電極側端板3と可動電極側端板4が固着されている。両電極6a,7aの接離時にはアークべーパーが生じて絶縁筒2の内周面を汚損してしまうため、両電極6a,7aを囲む中央シールド10が絶縁筒2内に固着されている。これらの部品の絶縁筒2内壁への固定は銀ろう付けが用いられている。このために生じる絶縁筒2と可動電極側端板4の接着部の電界集中を防ぐために、絶縁筒2と可動電極側端板4の接着部を覆うように内部端部シールド4(内)が取付けられている。
In the
可動電極側端板4はステンレス鋼などで製造されており、線膨張係数は16.0×10-6(1/K)である。この可動電極側端板4と接着固定されるアルミナなどで製造される絶縁筒2の線膨張係数は7.5×10-6(1/K)である。
The movable electrode
このような熱物性値の違いにより、熱が加わるモールディング工程の中で大きく異なった自由膨張もしくは収縮が生じ接着界面の端部に熱応力が発生する。 Due to such difference in thermophysical values, greatly different free expansion or contraction occurs in the molding process in which heat is applied, and thermal stress is generated at the end of the adhesive interface.
本実施例では、異なる線膨張係数の材料で製造される部材の接着面積を小さくすることで熱応力の発生を防ぐようにしたものである。さらに絶縁外皮9の線膨張係数は22〜26×10-6(1/K)であり、絶縁筒2の線膨張係数との差が大きく、絶縁外皮9のクラックを防止する必要がある。そのために絶縁筒2の外周面と端部に応力緩和材皮2a(シリコンゴム等)がコーティングされている。
In the present embodiment, the generation of thermal stress is prevented by reducing the bonding area of members manufactured with materials having different linear expansion coefficients. Furthermore, the linear expansion coefficient of the insulating
真空容器5の外部にも絶縁筒2と可動電極側端板4の接着部における電界緩和が必要であることから、外部端部シールド4(外)が固定されている。この外部端部シールド4(外)と可動電極側端板4の取り付け手段はろう付けではなく、可動電極側端板4と同心状に凸部4bを有する外部端部シールド4(外)と凸部4bを有する可動電極側端板4を嵌め合わせて固定している。従って、ろう付けにより絶縁筒2と固定電極側端板3と可動電極側端板4とが接合されて真空容器が形成された後に応力緩和材皮2aが絶縁筒2の外周を覆われている。応力緩和材皮2aが絶縁筒2の端部まで形成させた後に外部端部シールド4(外)を設けるようになっている。
The external end shield 4 (outside) is also fixed to the outside of the
本実施例である絶縁筒2と可動電極側端板4との接着部を拡大図(円で囲んで拡大図)で再度説明すると、可動電極側端板4に設けられた凸部4bと対向するように外部端部シールド4(外)に凹部4cが設けられている。絶縁筒2の直下に位置する可動電極側端板4に対して外部端部シールド4(外)の先端4aは絶縁筒2の外径より張り出し、絶縁筒2の外周に設けられた応力緩和材皮2aよりも張り出している。
When the bonded portion between the insulating
外部端部シールド4(外)の詳細な構造を図2,図3で説明する。 The detailed structure of the outer end shield 4 (outside) will be described with reference to FIGS.
図2は実施例1で説明した電極側端板の凸部を示す斜視図(a)と平面図(b)である。
図3は実施例1で説明した外部端部シールドの凹部を示す斜視図(a)と平面図(b)である。
図2,図3において、図2に示す可動電極側端板4の凸部4bと図3に示す外部端部シールド4(外)の凹部4cは機械加工またはおよび鋳造によって製造される。
FIG. 2 is a perspective view (a) and a plan view (b) showing a convex portion of the electrode side end plate described in the first embodiment.
FIG. 3 is a perspective view (a) and a plan view (b) showing the concave portion of the outer end shield described in the first embodiment.
2 and 3, the
可動電極側端板4の凸部4bと外部端部シールド4(外)の凹部4cの取り付け工程を以下に説明する。
A process of attaching the
可動電極側端板4の凸部4bと外部端部シールド4(外)の凹部4cとが重ならないように外部端部シールド4(外)を可動電極側端板4の底面円周に位置させる。外部端部シールド4(外)を絶縁筒2の端部に接触させるまでに電極側端板の外壁に滑らせる。その後、外部端部シールド4(外)の凹部と電極側端板の凸部4bが嵌め合うように外部端部シールド4(外)を真空容器5の軸方向を中心に回転させる。外部端部シールド4(外)の凹部と電極側端板の凸部4bが嵌め合わされた状態で図1に示した絶縁外皮9によって真空容器全体がモールドされる。
The outer end shield 4 (outside) is positioned on the circumference of the bottom surface of the movable electrode
図3の外部端部シールド4(外)の形状はシールドが外端に曲面が設けられる。外部端部シールド4(外)の先端4aは絶縁筒2の外周壁より絶縁外皮9側に位置している。これによって、図9に示すように絶縁筒2の端部と電極側板との接着部に生じる電界は、外部端部シールド4(外)がない従来構造の標準電界図9(a)に対し、本発明の実施例を示す図9(b)では電極強度のピーク値が低くなる(実験結果では33%低くなった)。
The shape of the outer end shield 4 (outer) in FIG. 3 is such that the shield has a curved surface at the outer end. The
図4は実施例2を説明するシールド板を取り付けた状態の真空スイッチギヤの部分断面図である。
図4において、実施例1と同じように真空容器5の外部にも絶縁筒2と可動電極側端板4の接着部における電界緩和が必要である。そのため外部端部シールド4(外)を取り付けは、外部端部シールド4(外)と可動電極側端板4の取り付け手段はろう付けではなく可動電極側端板4と同心状に真空容器5の端部の外部に設けられる凹部を有する外部端部シールド4(外)と凸部を有する可動電極側端板4が嵌め合うようにして固定している。
FIG. 4 is a partial cross-sectional view of the vacuum switchgear with the shield plate for explaining the second embodiment attached.
In FIG. 4, the electric field relaxation at the bonding portion between the insulating
図4の部分拡大図で示す可動電極側端板4の凸部4bと外部端部シールド4(外)の凹部4cは塑性加工などで製造している。可動電極側端板4の凸部4bは図3の場合、360°全周に設けたが、本実施例では凸部4bは2箇所以上であっても固定可能である。これらの取り付けは可動電極側端板4の凸部4bと外部端部シールド4(外)の凹部4cのRによる弾性変形を利用することが可能である。そこで、本実施例では外部端部シールド4(外)を絶縁筒2の端部に接触させるまで外部端部シールド4(外)を電極側端板への挿入方向11に可動電極側端板4の外壁で滑らせ、外部端部シールド4(外)の凹部4cと可動電極側端板4の凸部4bが嵌め合うようにしている。
The
図5は実施例3を説明するシールド板を取り付けた状態の真空スイッチギヤの部分断面図である。
図5において、実施例3の形態では、外部端部シールド4(外)が真空容器の外部にまで位置し、絶縁筒2と外部端部シールド4(外)の接着部を覆うように曲げられた板によって形成されている。外部端部シールド4(外)の曲率部の先端4aは絶縁筒2の端部から絶縁筒2の中央部の方に位置される。このようにシールド板に曲率部を設けることと、接着部を覆うように曲げられた板に形成することによって、真空容器内外部の大幅な電界緩和が期待できる。
FIG. 5 is a partial cross-sectional view of the vacuum switchgear with a shield plate for explaining the third embodiment attached thereto.
In FIG. 5, in the form of Example 3, the outer end shield 4 (outside) is positioned to the outside of the vacuum vessel and is bent so as to cover the bonding portion between the insulating
図5の部分拡大図で示す電極側端板の凸部状態4bと外部端部シールドの凹部4cは塑性加工などで製造できるが、可動電極側端板4の凸部は2箇所以上設けられている。これらの取り付け方は実施例2と同様であり、電極側端板の凸部状態4bと外部端部シールドの凹部4c状態の弾性効果を利用するものである。つまり、外部端部シールド4(外)を絶縁筒2の端部に接触させるまで外部端部シールド4(外)を電極側端板への挿入方向11に可動電極側端板4の外壁に滑らせ、外部端部シールド4Soutの凹部と電極側端板の凸部が嵌め合わせるようになっている。
The
真空容器5の外周には、所定の厚さで設けられた樹脂などで製造する絶縁外皮9で形成されている。このとき、絶縁外皮9内部に隙間ができる恐れがあるため、真空容器5の外周形状は大きな凸凹などの複雑な形状を用いることは難しい。しかし、一般的な構造を示した図8のように、絶縁外皮9内部の電界緩和のために椀状の中央シールド10を用いて電界集中を防げる構造にする場合、絶縁外皮9を設ける際に隙間が生じる恐れがある。
The outer periphery of the
本実施例に示した3つの外部端部シールド4(外)は凹部4cの先端4aに大きく曲面を設け、絶縁筒2の外周壁より絶縁外皮9内部に位置させている。これにより大きく曲げるなどの複雑な構造を設けずに電界緩和が期待できる。また、外部端部シールド4(外)の表面および可動電極側端板4の表面に導電性の塗料が塗布されることで、絶縁外皮と外部端部シールドの凹部4cおよび可動電極側端板4の接触界面に剥離が生じても絶縁性能を確保することができる。
The three outer end shields 4 (outside) shown in the present embodiment are provided with a large curved surface at the
1 真空スイッチギヤ
2 絶縁筒
2a 応力緩和材皮
3 固定電極側端板
4 可動電極側端板
4(内) 内部端部シールド
4(外) 外部端部シールド
4a 先端
4b 凸部
4c 外部端部シールドの凹部
5 真空容器
6 固定側電極リード
6a 固定電極
6b 鍔部
7 可動側電極リード
7a 可動電極
8 ベローズ
9 絶縁外皮
10 中央シールド
11 シールドの電極側端板への挿入方向
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記絶縁筒と前記可動電極側端板との接続部であって、この接続部の外周に外部端部シールドを設け、この外部端部シールドの内周面に設けられた係合部と、この係合部と対向する電極端板に設けられた係合部とを備え、この両係合部同士が嵌合することを特徴とする真空スイッチギヤ。 A vacuum vessel formed by connecting and sealing the fixed electrode side end plate and the movable electrode side end plate at both ends of the insulating cylinder, and a fixed electrode lead and a movable electrode lead attached facing each other inside the vacuum vessel; In a vacuum switchgear comprising a fixed electrode attached to an end of the fixed electrode lead, and a movable electrode attached to the movable electrode lead,
A connecting portion between the insulating cylinder and the movable electrode side end plate, an outer end shield is provided on the outer periphery of the connecting portion, an engaging portion provided on an inner peripheral surface of the outer end shield, and The vacuum switchgear characterized by including an engaging portion provided on an electrode end plate facing the engaging portion, and the engaging portions are fitted to each other.
前記係部は凹部若しくは凸部で形成されていることを特徴とする真空スイッチギヤ。 The vacuum switchgear according to claim 1, wherein
The vacuum switchgear characterized in that the engaging part is formed by a concave part or a convex part.
前記外部端部シールドの外周端には曲面が形成され、この曲面の先端は前記絶縁筒の外周壁より絶縁外皮側に位置することを特徴とする真空スイッチギヤ。 The vacuum switchgear according to claim 1, wherein
A vacuum switchgear characterized in that a curved surface is formed at an outer peripheral end of the outer end shield, and a distal end of the curved surface is positioned closer to an insulating skin than an outer peripheral wall of the insulating cylinder.
前記真空容器外部に位置する前記外部端部シールドの先端は前記絶縁筒と前記各電極側端板の接着部を覆うように成形され、前記先端は絶縁筒の端部より絶縁筒の中心部側に位置することを特徴とする真空スイッチギヤ。 The vacuum switchgear according to claim 1, wherein
The tip of the outer end shield located outside the vacuum vessel is formed so as to cover the bonding portion between the insulating tube and each electrode side end plate, and the tip is on the center side of the insulating tube from the end of the insulating tube. Vacuum switchgear characterized by being located in
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