JP2010178526A

JP2010178526A - タンク型真空遮断器

Info

Publication number: JP2010178526A
Application number: JP2009019044A
Authority: JP
Inventors: Tadahiro Yoshida; 忠広吉田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-01-30
Filing date: 2009-01-30
Publication date: 2010-08-12
Anticipated expiration: 2029-01-30
Also published as: JP5239913B2

Abstract

【課題】圧力タンク内の絶縁性能を確保しながら、圧力タンク内のガス圧を低減できるタンク型真空遮断器を提供する。
【解決手段】圧力タンク２と変流器用タンク４４、５４との間に絶縁体からなる区画スペーサ４７、５７を設け、絶縁性ガスである乾燥空気が封入される空間を圧力タンク２内の第１空間１０と変流器用タンク４４、５４およびブッシング４５、５５内の第２空間とに気密分離し、さらに、区画スペーサ４７、５７の第１空間１０側の沿面長を第２空間２０側の沿面長よりも長く設けるとともに、第１空間１０のガス圧を第２空間２０のガス圧よりも低くした。
【選択図】図１

Description

この発明は、電力の送配電および受配電設備などに用いられるタンク型真空遮断器に関するものである。

従来のタンク型真空遮断器として、乾燥空気を０．４〜０．５ＭＰａ−ｇ程度の高いガス圧で封入した圧力タンクと、この圧力タンク内に設置され一端にベローズが装着された真空バルブ（真空インタラプタ）とを備え、ベローズ外側周辺領域のガス圧と圧力タンク内のガス圧とを気密区分し、ベローズ外側のガス圧を大気圧に保持することでベローズ内外の差圧を低減し、ベローズの損傷を防止するとともに、真空バルブと圧力タンクとの絶縁を確保するものがある（例えば特許文献１参照）。

特開２００７−３０６７０１号公報（図１）

上述のような従来のタンク型真空遮断器においては、圧力タンクに０．４〜０．５ＭＰａ−ｇ程度の高いガス圧が負荷されるため、圧力タンクの肉厚を厚くするなど強固な圧力タンクを設ける必要があり、装置の軽量化および低コスト化が困難であるという問題があった。また、乾燥空気は絶縁耐力がＳＦ_６ガスの約１／３であるため、圧力タンク内のガス圧を低くすると、圧力タンク内の絶縁性能が確保できないという問題があった。

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あり、圧力タンク内の絶縁性能を確保しながら、圧力タンク内のガス圧を低減できるタンク型真空遮断器を提供するものである。

この発明に係るタンク型真空遮断器は、電気的に接地され、複数の開口部を有する圧力タンクと、前記開口部に接続され、外側に変流器が取り付けられる変流器用タンクと、一端が前記変流器用タンクに接続され、他端がブッシング端子により気密封止されたブッシングと、前記圧力タンクと前記変流器用タンクとの間に設けられ、前記圧力タンク内に形成された第１空間と前記変流器用タンクおよび前記ブッシング内に形成された第２空間とを気密分離する絶縁体からなる区画スペーサと、前記第１空間および前記第２空間に封入された絶縁性ガスと、前記第１空間内に設けられ、固定導体およびこの固定導体と接離可能に設けられた可動導体を収容する真空バルブと、前記区画スペーサを貫通して設けられ、前記固定導体と前記ブッシング端子間、および前記可動導体と前記ブッシング端子間の電流経路となる一対の引出導体と、前記可動導体に接続された絶縁ロッドを介して前記可動導体を駆動する開閉手段とを備え、前記区画スペーサの前記第１空間側の沿面長を前記第２空間側の沿面長よりも長く設けるとともに、前記第１空間のガス圧を前記第２空間のガス圧よりも低くしたことを特徴とするものである。

この発明によれば、圧力タンク内の絶縁性能を確保しながら、圧力タンク内のガス圧を低減できるので、タンク型真空遮断器の軽量化および低コスト化を図ることができる。

本発明を実施するための形態におけるタンク型真空遮断器を示す断面図である。本発明を実施するための形態におけるタンク型真空遮断器のうち、圧力タンク周辺の拡大断面図である。図１に示すタンク型真空遮断器を３ユニット並設した状態を示す側面図である。本発明を実施するための他の形態におけるタンク型真空遮断器を示す側面図である。

図１は、本発明を実施するための形態におけるタンク型真空遮断器を示す断面図である。また、図２は、図１に示したタンク型真空遮断器のうち、圧力タンク周辺の拡大断面図である。また、図３は図１に示すタンク型真空遮断器を３ユニット並設した状態を示す側面図であり、図４は本発明を実施するための他の形態におけるタンク型真空遮断器を示す側面図である。以下、図に基づいて、この発明を実施するための形態について説明する。

図１および図２において、電気的に接地された圧力タンク２は、胴部を水平にして設置されており、圧力タンク２の上方には一対の開口部２ａ、２ｂが設けられている。圧力タンク２内には真空バルブ３が圧力タンク２の壁面と空隙を介して設置されている。この真空バルブ３は、セラミック等の絶縁材料からなる筒状の真空容器３１と、この真空容器３１内に収容され、一端が真空容器３１の固定側端部３１ａを気密封止する端板３２に接合された固定導体３３と、この固定導体３３と接離可能に設けられ他端が真空容器３１の可動側端部３１ｂに装着されたベローズ３４を介して真空容器３１外に伸びる可動導体３５とで構成されている。固定導体３３と可動導体３５とが接触する部分には、固定接点３３ａおよび可動接点３５ａがそれぞれ形成されている。なお、端板３２、固定導体３３および可動導体３５は、銅合金やアルミニウム合金等の導電性材料で形成されており、真空バルブ３内は真空に気密保持されている。

圧力タンク２の外部には固定接点３３ａと可動接点３５ａを接離開閉する開閉手段４が設けられている。開閉手段４は、操作ロッド５および絶縁ロッド６を介して可動導体３５を水平方向に移動させることで、固定接点３３ａと可動接点３５ａを接離開閉する。このときベローズ３４が可動導体３５の移動に追従するので真空バルブ３内の真空は保持される。なお、絶縁ロッド６は、可動導体３５と操作ロッド５とを電気的に絶縁しながら接続しているが、絶縁ロッド６と可動導体３５の接続部分は、例えば特開２００７−８９３５６号公報に記載されているような構成を適用することにより、可動導体３５と圧力タンク２間の空間絶縁性能および絶縁ロッド６両端の絶縁体沿面絶縁性能を向上させている。

真空バルブ３の両端には、固定側シールド４１および可動側シールド５１が設けられている。固定側シールド４１は、真空バルブ３の固定側端部３１ａを覆うように配置されており、可動側シールド５１は、真空バルブ３の可動側端部３１ｂおよび可動導体３５の端部を覆うように配置されている。この固定側シールド４１および可動側シールド５１は、アルミニウム合金や銅合金等の導体材料で形成されており、表面はエッジのない平滑面で形成されている。平滑面の表面粗さはＪＩＳに規定される最大高さＲ_ｙが概ね１２μｍ以下であることが望ましい。また、固定側シールド４１および可動側シールド５１の表面には、絶縁性ゴムやエポキシなどの樹脂、またはアルマイト処理もしくは粉体絶縁塗装によって絶縁被覆膜が形成されている。固定側シールド４１および可動側シールド５１の板厚は６ｍｍ程度であり、絶縁被覆の膜厚は１０μｍ〜５ｍｍ程度である。なお、本実施の形態のように、固定側シールド４１および可動側シールド５１を同一形状で構成することにより、部品の種類を削減することができるが、両部材の形状は同一である必要はない。
固定側シールド４１および可動側シールド５１をこのように設けることにより、真空バルブ３の固定側端部３１ａおよび可動側端部３１ｂでの電界集中を緩和できる。

また、固定導体３３が接合された端板３２と固定側シールド４１との間には、両部材を電気的に接続するための固定側接続導体４２が設けられ、可動導体３５と可動側シールド５１との間には両者を電気的に接続するための可動側接続導体５２が設けられている。可動側接続導体５２は可動導体３５の移動に追従できるよう可撓導体で構成されており、固定側接続導体４２は板材で構成されている。固定側接続導体４２は、可動接点３３ａと固定接点３５ａの接離開閉時の衝撃を吸収できるよう、弾性係数を調整したブロック材で構成することもできる。

固定側シールド４１および可動側シールド５１の上部には、固定側引出導体４３および可動側引出導体５３がそれぞれ設けられている。固定側引出導体４２および可動側引出導体５２の一端は固定側シールド４１及び可動側シールド５１とそれぞれ電気的に接続されており、他端は圧力タンク２の開口部２ａ、２ｂを介して圧力タンク２外へ延在している。固定側引出導体４２および可動側引出導体５２は中実の導電性材料で形成されており、外周にはそれぞれ突出部４３ａ、５３ａが設けられている。なお、固定側シールド４１および可動側シールド５１の表面には前述したように絶縁被覆膜が形成されているが、固定側シールド４１と固定側引出導体４３との接触部、および可動側シールド５１と可動側引出導体５３との接触部には、電気的導通を確保するため、絶縁被覆膜は形成されていない。固定側シールド４１、固定側接続導体４２および固定側引出導体４３は、例えば、ボルト（図示せず）で共締め固定される。可動側シールド５１、可動側接続導体５２および可動側引出導体５３も同様にして固定される。

そして、圧力タンク２の開口部２ａ、２ｂには、両端にフランジを有する筒状の変流器用タンク４４、５４が接続されており、固定側接続導体４３、可動側接続導体５３はそれぞれ空隙を介してこの変流器用タンク４４、５４に包囲されている。また、変流器用タンク４４、５４には導体に流れる電流を測定する変流器７が取り付けられている。

さらに、変流器用タンク４４、５４の上方には、それぞれブッシング４５、５５が設けられている。ブッシング４５、５５は、一端が変流器用タンク４４、５４に接続されており、他端はブッシング端子４５ａ、５５ａによって気密封止されている。そして、ブッシング４５、５５内には中空状のブッシング側引出導体４６、５６が設置されており、変流器用タンク４４、５４およびブッシング４５、５５により気中絶縁されている。また、ブッシング側引出導体４６、５６の内周部は、固定側引出導体４３および可動側接続導体５３の外周部に嵌合され、両部材は電気的に接続されている。また、ブッシング側引出導体４６、５６の他端は、ブッシング端子４５ａ、５５ａとそれぞれ電気的に接続されている。

そして、圧力タンク２と変流器用タンク４４、５４との間には、それぞれ区画スペーサ４７、５７が設けられ、圧力タンク２内の第１空間１０と変流器用タンク４４、５４およびブッシング４５、５５に包囲されたブッシング側引出導体４６、４７周囲の第２空間２０とを気密分離している。区画スペーサ４７、５７の中央部には固定側引出導体４３および可動側引出導体５３が貫通しており、固定側引出導体４３および可動側引出導体５３の突出部４３ａ、５３ａに対応する位置にそれぞれ窪み部４７ａ、５７ａが設けられている。さらに区画スペーサ４７、５７には、この区画スペーサ４７、５７と固定側引出導体４３、可動側引出導体５３と、第１空間１０内の絶縁性ガスとが接触するトリプルジャンクション４８、５８に窪み部４７ｂ、５７ｂが形成されている。

また、第２空間２０よりもガス圧の低い第１空間１０側の絶縁を確保するため、区画スペーサ４７，５７の第１空間１０側の沿面長を第２空間２０側の沿面長よりも長く設けられている。第１空間１０側の沿面長は、第２空間２０側の沿面長の１．２倍以上の長さであることが望ましい。なお、区画スペーサ４７、５７と変流器用タンク４４、５４との間には第１空間１０と第２空間２０とを気密にシールするためのＯリング（図示せず）が設けられている。

一般的に金属／絶縁体／絶縁ガスの３種類の異なる物質が接するトリプルジャンクション部は、局部的な電界集中が起きて絶縁性能が低下しやすいが、本実施の形態のように、固定側引出導体４３および可動側引出導体５３にそれぞれ突出部４３ａ、５３ａを設けることにより、等電位線が滑らかに広げられてトリプルジャンクション部４８、５８の電界の強さが弱められるので、トリプルジャンクション部４８、５８からの絶縁破壊が抑制され、絶縁耐力を向上させることができる。

また、区分スペーサ４７、５７は、トリプルジャンクション部４８、５８に窪み部４７ｂ、５７ｂが形成されているので、より一層トリプルジャンクション部４８、５８の電界の強さを弱めることができるため、トリプルジャンクション部４８、５８からの絶縁破壊が更に抑制され、絶縁耐力を向上させることができる。

区画スペーサ４７、５７は、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂で形成されている。区画スペーサ４７、５７の樹脂注型時に突出部４３ａを有する固定側引出導体４３および突出部５３ａを有する可動側引出導体５３を予め型内に設置しておき、これらをインサート成形することにより、突出部４３ａ、５３ａと嵌合する窪み４７ａ、５７ａを形成するとともに、区画スペーサ４３、５３と固定側引出導体４３および可動側引出導体５３との間を気密シールしている。

そして、第１空間１０および第２空間２０には、絶縁性ガスとして水分含有量が１０ｐｐｍ以下の乾燥空気がそれぞれ封入されており、第１空間１０のガス圧が第２空間２０のガス圧よりも低くなるように充填されている。本実施の形態においては、第１空間の最高使用ガス圧を０．２ＭＰａ−ｇ未満、第２空間のガス圧を０．４〜０．５ＭＰａ−ｇとしているが、この値に限定されるものでない。

このように、本実施の形態におけるタンク型真空遮断器１においては、区画スペーサ４７、５７の第１空間１０側の沿面長と第２空間２０側の沿面長より長くし、エッジのない平滑面で形成した固定側シールド４１および可動側シールド５１を真空バルブ３の両端部を覆うように設けることにより、固定側シールド４１および可動側シールド５１と圧力タンク２間の空間における電界、および真空バルブ３の絶縁物沿面上の発生電界を０．２ＭＰａ−ｇ未満の乾燥空気中で絶縁保持できる発生電界に収まるように低減することができる。

また、第１空間１０すなわち圧力タンク２内の乾燥空気圧を０．２ＭＰａ−ｇ未満としたので、圧力タンク２の強度を下げることができ、圧力タンク２の薄肉化あるいは圧力タンク２の補強部材を低減することができるので、装置の軽量化および低コスト化を図ることができる。
さらに、圧力タンク２内のガス圧を０．２ＭＰａ−ｇ未満としたことにより、第二種圧力容器の検定を受ける必要がなくなる。

また、圧力タンク２内のガス圧を低減したことにより、真空バルブ３内のベローズ３４内外の圧力差を低減できるので、ベローズの補強が不要となり、汎用の構造を流用することができる。

また、特許文献１に示された従来のタンク型真空遮断器においては、ベローズ外側周辺領域のガス圧と圧力タンク内のガス圧とを気密区分し、ベローズ外側のガス圧を大気圧に保持するために、シール部材が最高１１５℃まで温度上昇する導体と接触して設けられており、耐熱性の高い高価なシール部材を使用する必要があったが、本実施の形態のタンク型真空遮断器１においては、圧力タンク２のガス圧を一様にすることができ、従来のようにシール部材を導体と接触して設ける必要がないので、高価なシール部材を使用する必要がなくなる。

さらに、従来のタンク型真空遮断器においては、ベローズ外側のガス圧を大気圧に保持するために、シール部材が可動部材に接触して設けられていたので、真空バルブ内の固定接点と可動接点の接離開閉に要する操作力が大きく、開閉手段である操作機構を大型化する必要があったが、本実施の形態のタンク型真空遮断器１においては、真空バルブ３内の固定接点３３ａと可動接点３５ａの接離開閉に要する操作力を低減できるので、開閉手段４を小型化することができる。

なお、本実施の形態においては、第１空間１０および第２空間２０に封入された絶縁性ガスとして乾燥空気を用いたが、絶縁性ガスは乾燥空気に限定されるものではなく、窒素や二酸化炭素等を用いることもできる。また、絶縁性ガスとして絶縁性能の高いＳＦ_６ガスを用いることにより、第１空間１０内のガス圧をさらに低減することができる。

このように構成されたタンク型真空遮断器１は、三相交流を通電させるため、図３に示すように同一のタンク型真空遮断器１を、単一の操作部５９を備えた架台６０上に３ユニット並設し、かつ、タンク型真空遮断器各ユニットに設けられたブッシング端子４５ａ、５５ａ露出部の耐電圧性能を確保した構成で用いられる。このように、３ユニットを同一の構成とすることにより、部品および組立作業の共用化を図ることができる。

なお、本実施の形態においては、一相分の真空バルブ３を圧力タンク２内に収納した構成としたが、図４に示すように三対の開口部が設けられた１つの圧力タンク２１内に三相分の真空バルブ３を収容し、引出導体４２、４３、４６、４７、開閉手段４、変流器用タンク４４、５４、ブッシング４５、５５、および区画スペーサ４７、５７をそれぞれ三相分設けた三相一括型のタンク型真空遮断器としても、本実施の形態と同様の効果を得るこことができる。また、このように三相一括型のタンク型真空遮断器とすることにより、圧力タンク２１を構成する材料を削減することができ、ベース板６１への組立て、圧力タンク２１への組付けを集約することができる。

本実施の形態によれば、圧力タンク２と変流器用タンク４４、５４との間に絶縁体からなる区画スペーサ４７、５７を設け、絶縁性ガスである乾燥空気が封入される空間を圧力タンク２内の第１空間１０と変流器用タンク４４、５４およびブッシング４５、５５内の第２空間とに気密分離し、さらに、区画スペーサ４７、５７の第１空間１０側の沿面長を第２空間２０側の沿面長よりも長く設けるとともに、第１空間１０のガス圧を第２空間２０のガス圧よりも低くしたことにより、圧力タンク２内の絶縁性能を確保しながら、圧力タンク２内のガス圧を低減することができる。

また、本実施の形態によれば、真空バルブ３の両端部を覆うように設けられた固定側シールド４１および可動側シールド５１をさらに設けたので、絶縁性能を向上させることができる。

また、本実施の形態によれば、固定側引出導体４３および可動側引出導体５３の外周に突出部４３ａ、５３ａをそれぞれ形成し、この突出部４３ａ、５３ａを区画スペーサ４７、５７によって覆うことにより、絶縁耐力をさらに向上させることができる。

さらに、本実施の形態によれば、区画スペーサ４７、５７には、引出導体４３、５３と第１空間１０内の絶縁性ガスとが接触するトリプルジャンクション部４８、５８に窪み部４７ｂ、５７ｂが形成されているので、トリプルジャンクション部からの絶縁破壊を抑制することができる。

また、本実施の形態によれば、固定側シールド４１および可動側シールド５１の固定側引出導体４３および可動側引出導体５３側の表面に絶縁体からなる被覆膜を形成したことにより、真空バルブ３両端部の電界集中を緩和できる。

また、本実施の形態によれば、一対の引出導体をそれぞれ固定側引出導体４３とブッシング側引出導体４６、可動側引出導体５３とブッシング側引出導体４７とに分割して構成したので、タンク型真空遮断器１の組立てが容易になる。

また、本実施の形態によれば、従来から用いられているＳＦ_６ガスに比べて温暖化係数がゼロである乾燥空気を絶縁性ガスとして用いたので、地球温暖化を抑制することができる。

また、他の実施の形態によれば、１つの圧力タンク２１内に、三相分の真空バルブ３を収容し、引出導体４２、４３、４６、４７、開閉手段４、変流器用タンク４４、５４、ブッシング４５、５５、および区画スペーサ４７、５７をそれぞれ三相分設けた三相一括型のタンク型真空遮断器とすることにより、圧力タンク２１を構成する材料を削減することができ、ベース板６１への組立て、圧力タンク２１への組付けを集約することができる。

１タンク型真空遮断器、２圧力タンク、２ａ，２ｂ開口部、３真空バルブ、４、開閉手段、６絶縁ロッド、７変流器、１０第１空間、２０第２空間、３１ａ固定側端部、３１ｂ可動側端部、３３固定導体、３５可動導体、４１固定側シールド、４２固定側接続導体、４３固定側引出導体、４３ａ，５３ａ突出部、４４，５４変流器用タンク、４５，５５ブッシング、４５ａ，５５ａブッシング端子、４６，４７ブッシング側引出導体、４７，５７区画スペーサ、４７ｂ，５７ｂ窪み部、４８、５８トリプルジャンクション部、５１可動側シールド、５２可動側接続導体。

Claims

電気的に接地され、複数の開口部を有する圧力タンクと、
前記開口部に接続され、外側に変流器が取り付けられる変流器用タンクと、
一端が前記変流器用タンクに接続され、他端がブッシング端子により気密封止されたブッシングと、
前記圧力タンクと前記変流器用タンクとの間に設けられ、前記圧力タンク内に形成された第１空間と前記変流器用タンクおよび前記ブッシング内に形成された第２空間とを気密分離する絶縁体からなる区画スペーサと、
前記第１空間および前記第２空間に封入された絶縁性ガスと、
前記第１空間内に設けられ、固定導体およびこの固定導体と接離可能に設けられた可動導体を収容する真空バルブと、
前記区画スペーサを貫通して設けられ、前記固定導体と前記ブッシング端子間、および前記可動導体と前記ブッシング端子間の電流経路となる一対の引出導体と、
前記可動導体に接続された絶縁ロッドを介して前記可動導体を駆動する開閉手段とを備え、
前記区画スペーサの前記第１空間側の沿面長を前記第２空間側の沿面長よりも長く設けるとともに、前記第１空間のガス圧を前記第２空間のガス圧よりも低くしたことを特徴とするタンク型真空遮断器。
請求項１に記載のタンク型真空遮断器であって、
１つの前記圧力タンクに、前記変流器用タンク、前記ブッシング、前記区画スペーサ、前記真空バルブ、前記引出導体および前記開閉手段を一相分設けたことを特徴とするタンク型真空遮断器。
請求項１に記載のタンク型真空遮断器であって、
１つの前記圧力タンクに、前記変流器用タンク、前記ブッシング、前記区画スペーサ、前記真空バルブ、前記引出導体および前記開閉手段を三相分設けたことを特徴とするタンク型真空遮断器。
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のタンク型真空遮断器であって、
前記真空バルブの両端部を覆うように設けられた一対のシールドをさらに設け、前記シールドは、前記引出導体と電気的に接続されるとともに、前記接続導体を介して前記固定導体および前記可動導体とそれぞれ電気的に接続されていることを特徴とするタンク型真空遮断器。
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のタンク型真空遮断器であって、
前記引出導体は、外周に突出部を有し、前記突出部は前記区画スペーサによって覆われていることを特徴とするタンク型真空遮断器。
請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のタンク型真空遮断器であって、
前記区画スペーサと前記引出導体と前記第１空間内の前記絶縁性ガスとが接触するトリプルジャンクション部に窪み部が形成されていることを特徴とするタンク型真空遮断器。
請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のタンク型真空遮断器であって、
前記シールドは、前記引出導体側の表面が絶縁体によって被覆されていることを特徴とするタンク型真空遮断器。
請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載のタンク型真空遮断器であって、
前記引出導体は、複数に分割されていることを特徴とするタンク型真空遮断器。
請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載のタンク型真空遮断器であって、
前記絶縁性ガスは、乾燥空気であることを特徴とするタンク型真空遮断器。