JP2012150970A - 真空バルブ及びタンク形真空遮断器 - Google Patents

Abstract

【課題】運転状態での真空度低下を検出することは勿論、簡素で故障確率の低い長寿命な機械的構成でありながら、運転停止時や真空バルブの完全真空破壊時でも真空度低下を検出することができる真空バルブを提供する。
【解決手段】本発明は、外部タンク１２に包囲されて内部を真空状態にした真空容器２６と、真空容器２６に接離可能に配置された一対の電極２２，２３と、真空容器２６の真空状態を維持するように連通して真空容器２６の外側に配置されると共に真空容器２６の真空度低下に伴って機械的に状態変化する真空度検出機構部２９と、真空容器２６の真空度低下に伴って真空度検出機構部２９が機械的に状態変化したときに真空容器の真空度が低下したことを検出する真空度検出部３０と、を備えている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、真空バルブ（真空インタラプタ）及びタンク形真空遮断器の真空度低下を検出する技術に関する。

従来、電力系統に用いられている７２ｋＶクラス以上のタンク形真空遮断器（ＶＣＢ）は、絶縁性能に優れた低圧のＳＦ６（六フッ化硫黄）ガスや高圧の乾燥空気を絶縁気体として充填した外部タンク内に、遮断器としてセラミックス製の真空インタラプタ（ＶＩ）を収納したものが使用されている。

真空インタラプタは、外部タンクに包囲された状態で配置されていることから、直接目視することができず、不具合（破損等）の発生状況を容易に確認・判断することができない。また、タンク形真空遮断器は、真空インタラプタの真空状態が破壊されると遮断性能は低下し、通常の負荷電流の遮断さえ不可能となる。このため、真空インタラプタの真空度を把握することは重要であり、運転状態で真空インタラプタの真空度低下を検出する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

図５（Ａ）は、従来の真空インタラプタの一例を示す断面図である。図５において、真空インタラプタ１は、真空容器としての絶縁性のセラミック筐体２と、セラミック筐体２の一方から一端が内部に臨む可動電極３と、セラミック筐体２の他方から一端が内部に臨む固定電極４と、セラミック筐体２の機密状態を維持するために可動電極３の軸線方向に沿う変位を許容するようにセラミック筐体２の内部側に設けられた蛇腹状のベローズ支持体５と、両電極３，４の可動範囲を含むように離間状態でセラミック筐体１の内部に配置された内部シールド６と、を備えている。

図５（Ｂ）に示すように、真空インタラプタ１の内部で放電が開始したことを図示しないセンサが検出することによって、ベローズ支持体５の伸縮に伴う経年劣化等の何らかの要因によって真空インタラプタ１の真空度が低下したことを検知する。

図６のグラフ図に示した曲線はパッシェンカーブと称され、縦軸は放電開始電圧、横軸は圧力（気圧）を示している。なお、パッシェンカーブの横軸は通常、圧力×放電ギャップ長で示されるが、図５（Ｂ）の例では、放電ギャップ長は一定であるため、横軸を単に圧力で示している。
真空インタラプタ１の真空度が良好な場合には、図中のＡに示す領域に存在し、内部は運転電圧、試験電圧に対して十分な耐電圧を持ち、電極３，４からシールド６への放電は発生しない。

一方、真空インタラプタ１の真空度低下が発生すると、内部圧力が上昇し、放電開始電圧もグラフのＡ→Ｂ→Ｃの領域へと次第に変化する。このグラフのＢの領域の下方ピークはパッシェンの底といわれ最も放電しやすい状態であり、上述したように、このとき発生する放電の信号をセンサで電圧検出することによって、真空漏れと判定するものである。

特開平０６−０６０７８０号公報

しかしながら、上述した真空バルブにあっては、以下に示すような問題が生じていた。
（１）真空インタラプタ１が真空度低下しても、一般的には真空状態を監視する装置が無いことが多く、定期点検時等に真空インタラプタ１の開極間に試験電圧を引加して初めて真空度低下を判断することとなる。また、この状態でタンク形真空遮断器が事故遮断しても遮断することができない。
（２）事故遮断でなくても通常の開路操作を行うことで真空インタラプタ１が破壊される可能性もあり、系統の全停電の要因となっていた。
（３）運転状態で真空低下を検出するには、真空低下過程において開極間の耐電圧が最小となるポイント（パッシェンカーブの下方ピーク）で発生する真空インタラプタ１からの放電現象を検出して真空度低下を判断するため、遮断器が運転停止している状態（課電されていない状態）で真空度低下が発生した場合、真空度低下のまま電圧引加しても真空度低下を検出することができない虞がある。
（４）運転状態でのみ真空度低下を監視する装置は、高額であるうえ、センサ等の装置が電子機器であることから１０〜１５年間隔で交換等が必要となる等、メンテナンスも煩雑化してしまう。

本発明は上述のかかる事情に鑑みてなされてものであり、運転状態での真空度低下を検出することは勿論、簡素で故障確率の低い長寿命な機械的構成でありながら、運転停止時や真空バルブの完全真空破壊時でも真空度低下を検出することができる真空バルブを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る真空バルブは、外部タンクに包囲されて内部を真空状態にした真空容器と、該真空容器内に接離可能に配置された一対の電極と、該電極の可動範囲を含むように離間状態で前記真空容器の内部に配置された内部シールドと、を備えた真空バルブであって、前記真空容器の真空状態を維持するように連通して前記真空容器の外側に配置されると共に前記真空容器の真空度低下に伴って機械的に状態変化する真空度検出機構部と、前記真空容器の真空度低下に伴って前記真空度検出機構部が機械的に状態変化したときに前記真空容器の真空度が低下したことを検出する真空度検出部と、を備えていることを特徴とする。

本発明では、真空容器内の真空度低下を機械的に検出するので、運転状態での真空度低下を検出することは勿論、簡素で故障確率の低い長寿命な機械的構成でありながら、運転停止時や真空バルブの完全真空破壊時でも真空度低下を検出することができる。

また、本発明に係る真空バルブは、前記真空度検出機構部は、前記真空容器の内部と連通されて前記真空容器の真空度が高いときには収縮状態とされ且つ前記真空容器の真空度が低いときには伸張状態に状態変化する蛇腹状のベローズ体と、該ベローズ体の伸張に連動して変位することで前記真空度検出部をＯＮ又はＯＦＦする検出体と、を備えていることを特徴とする。

本発明では、真空容器の真空度に伴って蛇腹状のベローズ体が伸縮運動を行い、検出体の位置が該ベローズ体の動きに連動して変位し、真空度検出部が所定値以上の変位を検知することによって真空度低下を検出する。すなわち、本発明によれば、真空容器内の真空度を機械的な動きに変換し、この動きを真空容器の外側で検出するので、簡素な機械的構成のみで真空度低下を検出することが可能となり、安価且つ高寿命な真空バルブを構成することができる。なお、真空度が異常状態になったときに当該異常状態が検出できるように、予め検出体の変位量を決めておくものとする。

さらに、本発明に係る真空バルブは、真空度度検出部は前記外部タンクの外側に配置されていることを特徴とする。

本発明では、外部タンクや真空容器の影響を受け難い位置に検出部を配置することにより、安価で簡素な構成の機械的なスイッチの他、電気的な高精度のセンサ等の設置も可能とすることができる。

また、本発明に係る真空バルブは、前記真空度検出部は前記検出体の変位に連動してＯＮ又はＯＦＦする可動接点方式のマイクロスイッチであり、該マイクロスイッチが前記真空容器の真空度低下に伴ってＯＮ又はＯＦＦした際には外部報知器を作動させることを特徴とする。

本発明では、スイッチのＯＮ・ＯＦＦに応じて真空度低下の報知手段を容易に設置することができる。

さらに、本発明に係るタンク形真空遮断器は、上記の何れかの発明に係る真空バルブを備えたことを特徴とする。

本発明に係る真空バルブを用いて真空遮断器を構成することにより、安価且つ高寿命な真空遮断器を実現することができる。

本発明の真空バルブは、運転状態での真空度低下を検出することは勿論、簡素で故障確率の低い長寿命な機械的構成でありながら、運転停止時や真空バルブの完全真空破壊時でも真空度低下を検出することができる。

本発明の一実施形態に係る真空バルブを搭載したタンク形真空遮断器の説明図である。 本発明の一実施形態の真空バルブを示す要部の断面図である。 本発明の一実施形態の真空バルブを示し、（Ａ）は真空度適性時の要部の断面図、（Ｂ）は真空度低下時の要部の断面図である。 本発明の一実施形態の真空バルブを示し、（Ａ）は真空度適性時の要部の断面図、（Ｂ）は真空度低下時の要部の断面図である。 従来の真空バルブを示し（Ａ）は電極非接触状態の真空バルブの断面図、（Ｂ）は電極接触状態（放電状態）の真空バルブの断面図である。 真空バルブ内での放電発生時の電圧と圧力変化との関係を示すグラフ図である。

次に、本発明の一実施形態に係る真空バルブについて、図面を参照して説明する。尚、以下に示す実施例は本発明の真空バルブにおける好適な具体例であり、技術的に好ましい種々の限定を付している場合もあるが、本発明の技術範囲は、特に本発明を限定する記載がない限り、これらの態様に限定されるものではない。また、以下に示す実施形態における構成要素は適宜、既存の構成要素等との置き換えが可能であり、かつ、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能である。したがって、以下に示す実施形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。

図１は本発明の一実施形態に係る真空バルブを搭載したタンク形真空遮断器の説明図、図２は本発明の一実施形態の真空バルブを示す要部の断面図、図３は本発明の一実施形態の真空バルブを示し、図３（Ａ）は真空度適性時の要部の断面図、図３（Ｂ）は真空度低下時の要部の断面図である。

図１に示すように、タンク形真空遮断器１０は、架台１１に設置されて電気的に接地された外部タンク１２と、外部タンク１２の両端に固定された支持板１３と、外部タンク１２の上面に支持された一対のブッシング変流器１４と、ブッシング変流器１４の上端に支持されたブッシング１５と、ブッシング変流器１４とブッシング１５とを貫通して下端が外部タンク１２の内部に臨む高電圧導体１６，１７と、高電圧導体１６，１７の上端に設けられたブッシング端子１８と、外部タンク１２の内部に設けられた真空バルブ（以下、「真空インタラプタ」という。）１９と、を備えている。尚、ブッシング変流器１４、ブッシング１５、高電圧導体１６，１７、ブッシング端子１８は、公知のものが用いられているため、ここではその詳細な説明は省略する。

外部タンク１２の内部には、高電圧導体１６，１７や真空インタラプタ１９といった主回路部とアース電位の外部タンク１２との絶縁のために、絶縁性能に優れた低圧力のＳＦ６ガス等が封入されている。また、外部タンク１２の内部には、内部支持板２０に固定された駆動機構部２１に一端が支持された可動電極２２と、図右側の支持板１３に一端が固定された固定電極２３と、が設けられている。

可動電極２２及び固定電極２３は、高電圧導体１６，１７の下端とそれぞれ電気的に接続された可動側シールド２４と固定側シールド２５とに覆われている。この真空インタラプタ１９の両端を覆うように配置された可動側シールド２４と固定側シールド２５とは、例えば、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、真空インタラプタ１９の両端部付近での電界集中を緩和する。また、可動電極２２は、駆動機構部２１の駆動によって軸線方向に沿って変位する。

真空インタラプタ１９は、図２に示すように、外部タンク１２に包囲されて内部を真空状態にした真空容器２６と、真空容器２６の内部で接離可能に配置された可動電極２２と固定電極２３との各他端に設けられた可動接点２２ａ及び固定接点２３ａと、各接点２２ａ，２３ａの可動範囲を含むように離間状態で真空容器２６の内部に配置された内部シールド２７と、可動電極２２の軸線方向に沿う変位を真空容器２６の内部真空状態を維持するように許容する蛇腹状のベローズ支持体２８と、を備えている。さらに、真空インタラプタ１９は、図１に示すように、真空容器２６の真空状態を維持するように連通して真空容器２６の外側に配置されると共に真空容器２６の真空度低下に伴って機械的に状態変化する真空度検出機構部２９と、真空容器２６の真空度低下に伴って真空度検出機構部２９が機械的に状態変化したことを電気的に検出して前記真空容器の真空度が低下したことを検出する真空度検出部３０と、を備えている。

真空度検出機構部２９は、真空容器２６の固定電極２３側の側壁２６ａに設けられており、側壁２６ａに形成された連通孔２６ｂと、連通孔２６ｂを気密状態で覆った状態で真空容器２６と連通する蛇腹状のベローズ体３１と、ベローズ体３１を覆うように側壁２６ａに固定されたカバー３２と、カバー３２の気密状態を維持した状態で貫通する棒状の検出体３３と、を備えている。

ベローズ体３１は、連通孔２６ｂを介して真空容器２６の内部と連通されており、真空容器２６の真空度が高いときには収縮状態とされ、真空容器２６の真空度が低いときには伸張状態に状態変化する。尚、ベローズ体３１の材質や形状等は、真空容器２６の真空状態による圧力が最大のときに破損等が発生しない強度を備えると共に、真空容器２６の真空度変化に応じて伸縮が可能であれば特に限定されるものではない。また、真空容器２６の真空度の変化に応じて膨張・収縮等の状態変化が発生するものであれば、蛇腹状である必要もない。さらに、真空容器２６の真空度変化に応じて伸縮等が可能であれば、例えば、ベローズ体３１に替わる金属パイプ等の円筒体と、この円筒体の内部に気密状態で挿入されて真空度に応じて円筒内を進退動することで全体が伸縮するロッド（検出体３３）等、真空容器２６と連通すると共に気密状態を維持することがでる機械的構造に特に限定されるものではない。

検出体３３は、絶縁性の棒状のものが用いられており、図３に示すように、一端はベローズ体３１に接続され、他端は支持板１３を貫通している。

真空度検出部３０は、支持板１３の外側に設けられた金属製のケース３４と、ケース３４の内部に設けられたマイクロスイッチ等の可動接点方式のスイッチ３５と、スイッチ３５の接点に接続された配線コード３６と、ケース３４に固定された絶縁性のブッシング３７と、を備えている。尚、ブッシング３７は、配線コード３６が電気的に接続される接点（図示せず）を保持しており、この接点を介して警報ランプや警報ブザー等の報知手段と電気的に接続することができる。

尚、スイッチ３５は、基本的には、単なる可動接点方式の簡素な機械的スイッチを用いることにより、安価且つ耐久性に優れた検出手段とすることができるが、外部タンク１２の外側に配置することができるため、例えば、検出体３３の変位によって遮断される赤外センサ等の電気的スイッチ等を適用することも可能である。

上記の構成において、真空容器２６の内部圧力（真空度）が適正な範囲にあるときには、ベローズ体３１は図３（Ａ）に示すように、伸縮状態にあり、検出体３３はスイッチ３５をＯＦＦしている。

一方、ベローズ支持体２８の破損等により真空容器２６の内部圧力が一定値以上（真空インタラプタ１９の耐電圧が低下する圧力相当）となった場合、真空インタラプタ１９の内部と真空インタラプタ１９の外部との圧力差でベローズ体３１が膨張（伸張）し、検出体３３を軸線方向に沿って変位させる。

これにより、図３（Ｂ）に示すように、検出体３３がスイッチ３５をＯＮし、タンク形真空遮断器１０が運転状態であるとき及び運転停止状態であるときに関わらず、真空インタラプタ１９の真空度低下を検出し、外部報知手段（遠隔監視装置を経由して制御所等への警報出力を含む）により警報報知を出力させることができる。

尚、ベローズ体３１は、常時は強制収縮状態にあるため、所謂クセが付き易い。そこで、図４（Ａ），（Ｂ）に示すように、カバー３２の内壁とベローズ体３１との間に、ベローズ体３１を伸張方向に引っ張り付勢するコイルスプリング３８といった引っ張り部材を併設しても良い。また、ベローズ体３１に伸張方向に付勢設定されたコイルスプリング等を内装（インサート）することも可能である。

図４に示した構成とすれば、常時は図４（Ａ）に示すように、コイルスプリング３８の付勢に抗してベローズ体３１は収縮状態にあり、真空容器２６内が所定の圧力になったときには、図４（Ｂ）に示すように、コイルスプリング３８に引っ張り付勢を補助力としてベローズ体３１を伸張させ、検出体３３がスイッチ３５をＯＮする。尚、コイルスプリング３８の付勢力は、真空容器２６の内部圧力が適正状態にある際にベローズ体３１が伸張せず且つ真空容器２６の内部圧力が所定の圧力になったときにはベローズ体３１が伸張するように調整する。これにより、真空度の僅かな低下を検知して、まだ正常領域内にあるときに警報出力をすることにより、真空インタラプタの破壊を未然に防ぐことができる。
このように、真空容器２６の内部と連通されたベローズ体３１を配置することにより、真空容器２６の真空度が正常に保たれている時は、ベローズ体３１が収縮して検出体３３とスイッチ３５とが離間（又はＯＦＦ状態で接触）しており、真空容器２６の真空度が低下するとベローズ体３１が真空容器２６の真空度による吸引力を上回って伸張することで検出体３３がスイッチ３５をＯＮする簡素な構成で警報出力することが可能となる。

なお、図３、図４の例では、真空度検出機構部２９を水平方向に設けたが、真空容器２６の底部に連通孔２６ｂを開け、真空度検出機構部２９を垂直方向に設けて、真空度が低下したときに検出体３３が垂直下方向に変位するようにしても良い。このようにすれば、コイルスプリング３８の代わりに、検出体３３の自重、あるいはベローズ体３１下部に適当な錘を取り付けることにより、任意の真空容器内圧力で異常を検出することができる。勿論この構成においてもコイルスプリングを使用しても良い。

以上、本実施の形態による真空インタラプタにあっては、以下に示す効果を奏することができる。
（１）運転状態での真空度低下を検出可能
タンク形真空遮断器１０が運転状態で真空容器２６の真空度低下検出が可能であり、放電検出装置を常時設置することでリアルタイムに真空低下検出および警報出力が可能である。したがって、完全に故障に至る前に（図６のＡ領域内の任意の圧力で）異常を検知することができるので、予防保全に繋げることができる。
（２）構造が簡単で故障確立が低い
電子機器による真空低下検出センサを設置すること無く機械的な構造であることから、経年劣化等によるトラブルの可能性が低く、信頼性が高い。
（３）真空インタラプタ１９の完全真空破壊時でも検出が可能
真空インタラプタ１９の真空破壊時に一時的に通過するパッシェンの底部分を通過する瞬間を検出する方法ではなく、機械的にベロー体３１ズが状態変化することで真空度低下を検出することから、真空度低下したタンク形真空遮断器１０を再充電した場合でも検出が可能である。
（４）真空検出機構がタンク形真空遮断器１０と同程度の寿命を確保
真空検出機構が機械的な装置で使用による経年で劣化する要素が少なく、タンク形真空遮断器１０の寿命まで修理を不要とすることが可能となる。

１０…タンク形真空遮断器
１９…真空バルブ（真空インタラプタ）
２２…可動電極
２３…固定電極
２６…真空容器
２９…真空度検出機構部
３０…真空度検出部

Claims (5)

1. 外部タンクに包囲されて内部を真空状態にした真空容器と、該真空容器内に接離可能に配置された一対の電極と、を備えた真空バルブであって、
   前記真空容器の真空状態を維持するように連通して前記真空容器の外側に配置されると共に前記真空容器の真空度低下に伴って機械的に状態変化する真空度検出機構部と、前記真空容器の真空度低下に伴って前記真空度検出機構部が機械的に状態変化したことにより前記真空容器の真空度が低下したことを検出する真空度検出部と、を備えていることを特徴とする真空バルブ。
2. 前記真空度検出機構部は、前記真空容器の内部と連通されて前記真空容器の真空度が高いときには収縮状態とされ且つ前記真空容器の真空度が低いときには伸張状態に状態変化する蛇腹状のベローズ体と、該ベローズ体の伸張に連動して変位することで前記真空度検出部をＯＮ又はＯＦＦする検出体と、を備えていることを特徴とする請求項１に記載の真空バルブ。
3. 前記真空度検出部は前記外部タンクの外側に配置されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の真空バルブ。
4. 前記真空度検出部は前記検出体の変位に連動してＯＮ又はＯＦＦする可動接点方式のマイクロスイッチであり、該マイクロスイッチが前記真空容器の真空度低下に伴ってＯＮ又はＯＦＦした際には外部報知器を作動させることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の真空バルブ。
5. 請求項１乃至請求項４の何れかに記載の真空バルブを備えていることを特徴とするタンク形真空遮断器。

Images