JP2011258523A - 真空開閉装置 - Google Patents

Abstract

【課題】接点を包囲している電界緩和シールド自体の耐電圧特性の向上を図る。
【解決手段】真空絶縁容器１の両端開口部に封着された固定側封着金具２および可動側封着金具３と、固定側封着金具２に貫通固定された固定側通電軸４と、固定側通電軸４に固着された固定側接点５と、固定側接点５を包囲するように設けられた固定側電界緩和シールド９と、固定側電界緩和シールド９の外周に設けられた絶縁系酸化物からなる固定側被膜層１０と、固定側接点５と接離自在の可動側接点６と、可動側接点６を包囲するように設けられた可動側電界緩和シールド１１と、可動側電界緩和シールド１１の外周に設けられた絶縁系酸化物からなる可動側被膜層１２と、可動側接点６が固着された可動側通電軸７と、可動側通電軸７に連結された操作機構１４とを具備したことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明の実施形態は、接点を包囲する電界緩和シールドの絶縁耐力を向上し得る真空開閉装置に関する。

従来、真空の持つ優れた絶縁特性、消弧特性を利用した断路器のような真空開閉装置が提案されている。このような真空開閉装置での接離自在の一対の接点は、開路位置において、電界緩和のため、固定側と可動側のそれぞれが電界緩和シールドに包囲されるようになっている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００７−３０５４９７号公報 （第４ページ、図１）

上記の従来の真空開閉装置においては、開路位置において、接点が電界緩和シールドに包囲され収納されるので、電界緩和シールド間で極間絶縁を形成することになる。断路器のような真空開閉装置では、回路を確実に開路する責務から接点間の絶縁距離が、遮断器のような電流遮断を責務にするものに比べて長くなっている。このため、電界緩和シールド間の絶縁距離も長くなる。

一方、接点を収納する筒状の真空絶縁容器は、軸方向に長い形状となっており、電界緩和シールド間の絶縁距離を長くすると、ますます軸方向を長くしなければならない。このため、電界緩和シールド自体の絶縁耐力を向上させ、絶縁距離を縮小できるものが望まれていた。

本発明は上記問題を解決するためになされたもので、極間絶縁を形成する電界緩和シールドからの電界放射電子の発生を抑制し、絶縁耐力の向上を図った真空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、本発明の真空開閉装置は、真空絶縁容器と、前記真空絶縁容器の両端開口部に封着された固定側封着金具および可動側封着金具と、前記固定側封着金具に貫通固定された固定側通電軸と、前記固定側通電軸端部に固着された固定側接点と、前記固定側接点を包囲するように設けられた固定側電界緩和シールドと、前記固定側電界緩和シールドの外周に設けられた絶縁系酸化物からなる固定側被膜層と、前記固定側接点と接離自在の可動側接点と、前記可動側接点を包囲するとともに、前記固定側電界緩和シールドと対向して設けられた可動側電界緩和シールドと、前記可動側電界緩和シールドの外周に設けられた絶縁系酸化物からなる可動側被膜層と、前記可動側接点が固着されるとともに、前記可動側封着金具を移動自在に貫通する可動側通電軸と、前記可動側通電軸と前記可動側封着金具間に封着された伸縮自在のベローズと、前記可動側通電軸に連結された操作機構とを具備したことを特徴とする。

本発明の実施例１に係る真空開閉装置の構成を示す断面図。 本発明の実施例２に係る真空開閉装置の構成を示す要部拡大断面図。 本発明の実施例３に係る真空開閉装置の構成を示す断面図。

本発明の実施例は、電界緩和シールドが臨界電界に達したときに放出される電界放射電子を抑制するものである。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に係る真空開閉装置を図１を参照して説明する。図１は、本発明の実施例１に係る真空開閉装置の構成を示す断面図である。

図１に示すように、アルミナ磁器などのセラミックスからなる筒状の真空絶縁容器１の両端開口部には、固定側封着金具２と可動側封着金具３とが封着されている。固定側封着金具２には、固定側通電軸４が貫通固定され、真空絶縁容器１内の端部に固定側接点５が固着されている。

固定側接点５に対向して接離自在の可動側接点６が、可動側封着金具３の開口部を移動自在に貫通する可動側通電軸７の端部に固着されている。可動側通電軸７の中間部には、伸縮自在のベローズ８の一方端が封着され、他方端が可動側封着金具３の開口部に封着されている。これにより、真空絶縁容器１内の真空を保って可動側通電軸７を軸方向に移動させることができる。

固定側通電軸４の中間部には、ステンレス製の筒状の固定側電界緩和シールド９が固定側接点５を包囲するように固定されている。固定側電界緩和シールド９の先端部９ａは、所定の曲率を持って折り曲げられており、固定側接点５面よりも可動側接点６側に突出している。開口部の内径は、固定側接点５の外径よりも僅かに大きい。先端部９ａを含む固定側電界緩和シールド９の外周には、形成方法などを後述する固定側被膜層１０が設けられている。

固定側電界緩和シールド９に対向して、ステンレス製の筒状の可動側電界緩和シールド１１が可動側接点６を包囲するように可動側封着金具３に固定されている。可動側電界緩和シールド１１の先端部１１ａは、固定側電界緩和シールド９と同様に、所定の曲率を持って折り曲げられており、開路位置において、可動側接点６面よりも固定側接点５側に突出している。開口部の内径は、可動側接点６の外径よりも僅かに大きい。先端部１１ａを含む可動側電界緩和シールド１１の外周には、形成方法などを後述する可動側被膜層１２が設けられている。

固定側接点５を含む固定側電界緩和シールド９の先端部９ａと、可動側接点６を含む可動側電界緩和シールド１１の先端部１１ａ間には、これらを包囲するようにステンレス製の筒状のアークシールド１３が設けられている。可動側通電軸７には、操作機構１４が連結され、開閉操作が行われる。

次に、固定側被膜層１０と可動側被膜層１２の形成方法を説明する。

被膜層１０、１２は、酸化アルミニウム、酸化チタンのような酸化物を、プラズマで溶かし、その粒子を収束して加速させ、母材に吹き付けるプラズマ溶射で形成したものである。膜厚は、数１０μｍである。なお、アークで酸化物を溶解させ、その粒子を付着させるアーク溶射で被膜層１０、１２を設けてもよい。

ここで、酸化アルミニウム、酸化チタンのような酸化物は、優れた絶縁耐力を有する絶縁物と見なすことができるので、絶縁系酸化物と定義する。

これにより、電界緩和シールド９、１１が真空中で絶縁破壊する臨界電界に達しても、被膜層１０、１２が設けられているため、電界緩和シールド９、１１表面からの電界放射電子の発生が抑制される。被膜層１０、１２の絶縁耐力は数１０ｋＶ／ｍｍであり、電界緩和シールド９、１１自体の耐電圧特性を向上させることができる。

上記実施例１の真空開閉装置によれば、接点５、６を包囲する電界緩和シールド９、１１の表面に、絶縁耐力の優れた被膜層１０、１２を設けているので、電界放射電子の発生を抑制することができ、電界緩和シールド９、１１の破壊電界が向上し、真空絶縁容器１の全体形状の縮小化を図ることができる。

次に、本発明の実施例２に係る真空開閉装置を図２を参照して説明する。図２は、本発明の実施例２に係る真空開閉装置の構成を示す要部拡大断面図である。なお、この実施例２が実施例１と異なる点は、被膜層の厚さである。図２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、固定側と可動側の構成は同様であり、固定側を用いて説明する。

図２に示すように、固定側電界緩和シールド９の表面に設ける固定側被膜層１０は、被膜先端部１０ａの膜厚を数１００μｍとし、外周面などの他の部分よりも厚くしている。プラズマ溶射で吹き付けるとき、先端部９ａで溶射するノズルの移動速度を遅くすることで膜厚を厚くすることができる。

上記実施例２の真空開閉装置によれば、実施例１による効果のほかに、電界強度が最も高くなる先端部９ａの絶縁耐力を更に向上させることができる。

次に、本発明の実施例３に係る真空開閉装置を図３を参照して説明する。図３は、本発明の実施例３に係る真空開閉装置の構成を示す断面図である。なお、この実施例３が実施例１と異なる点は、電界緩和シールドの形状である。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、固定側電界緩和シールド９の先端には、半径方向に広がった平滑面９ｂを設け、固定側接点５面と同様の位置としている。可動側電界緩和シールド１１も同様であり、半径方向に広がった平滑面１１ｂを設け、開路位置において可動側接点６面と同様の位置としている。平滑面９ｂ、１１ｂを含む外周面には、それぞれ固定側被膜層１０、可動側被膜層１２を設けている。

上記実施例３の真空開閉装置によれば、実施例１による効果のほかに、接点５、６面と平滑面９ｂ、１１ｂとが平行平板電極配置となり、実施例１よりも軸方向が短い電界緩和シールド９、１１で電界緩和を図ることができる。

以上述べたような実施例によれば、それぞれの電界緩和シールド９、１１の表面に電界放射電子の発生を抑制する被膜層１０、１２をそれぞれ設けているので、絶縁耐力を向上させることができる。

以上において幾つかの実施例を述べたが、これらの実施例は、単に例として示したもので、本発明の範囲を限定することを意図したものではない。実際、ここにおいて述べた新規な装置は、種々の他の形態に具体化されてもよいし、さらに、本発明の主旨またはスピリットから逸脱することなく、ここにおいて述べた装置の形態における種々の省略、置き換えおよび変更を行ってもよい。付随する請求項およびそれらの均等物は、本発明の範囲および主旨またはスピリットに入るようにそのような形態若しくは変形を含むことを意図している。

１ 真空絶縁容器
２ 固定側封着金具
３ 可動側封着金具
４ 固定側通電軸
５ 固定側接点
６ 可動側接点
７ 可動側通電軸
８ ベローズ
９ 固定側電界緩和シールド
９ａ、１１ａ 先端部
９ｂ、１１ｂ 平滑面
１０ 固定側被膜層
１０ａ 被膜先端部
１１ 可動側電界緩和シールド
１２ 可動側被膜層
１３ アークシールド
１４ 操作機構

Claims (5)

1. 真空絶縁容器と、
   前記真空絶縁容器の両端開口部に封着された固定側封着金具および可動側封着金具と、
   前記固定側封着金具に貫通固定された固定側通電軸と、
   前記固定側通電軸端部に固着された固定側接点と、
   前記固定側接点を包囲するように設けられた固定側電界緩和シールドと、
   前記固定側電界緩和シールドの外周に設けられた絶縁系酸化物からなる固定側被膜層と、
   前記固定側接点と接離自在の可動側接点と、
   前記可動側接点を包囲するとともに、前記固定側電界緩和シールドと対向して設けられた可動側電界緩和シールドと、
   前記可動側電界緩和シールドの外周に設けられた絶縁系酸化物からなる可動側被膜層と、
   前記可動側接点が固着されるとともに、前記可動側封着金具を移動自在に貫通する可動側通電軸と、
   前記可動側通電軸と前記可動側封着金具間に封着された伸縮自在のベローズと、
   前記可動側通電軸に連結された操作機構と
   を具備したことを特徴とする真空開閉装置。
2. 前記絶縁系酸化物は、酸化アルミニウムであることを特徴とする請求項１に記載の真空開閉装置。
3. 前記固定側被膜層および前記可動側被膜層の膜厚を、外周面より先端部の方を厚くしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の真空開閉装置。
4. 前記固定側被膜層および前記可動側被膜層を溶射で形成し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項に記載の真空開閉装置。
5. 前記固定側電界緩和シールドおよび前記可動側電界緩和シールドのそれぞれが対向する面を平滑面とし、それぞれの平滑面を前記固定側接点および前記可動側接点のそれぞれの面と同様の位置に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項に記載の真空開閉装置。

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