JP2014049353A - 固体絶縁スイッチギヤおよび固体絶縁スイッチギヤの真空バルブ - Google Patents

Abstract

【課題】接点を有効利用し、かつ接点端部付近や、接点および電極と、中間シールドとの間に流れる金属蒸気を抑制することが可能な固体絶縁スイッチギヤおよび固体絶縁スイッチギヤの真空バルブを提供することである。
【解決手段】実施形態の固体絶縁スイッチギヤは、電流を遮断する真空バルブと、前記真空バルブの外周に設けられた固体の絶縁部と、前記絶縁部の外周に設けられた接地層と、を有する固体絶縁スイッチギヤにおいて、前記真空バルブは、空洞部を有するカップ状の電極の外周側面に複数本のスリットが設けられる。接離可能な一対の接点の一方の面が前記空洞部の開口面に固着され、他方の面に平面部を有する。外周面が前記平面部の端部よりも内側に位置する磁性体が、前記空洞部内に配置される。
【選択図】図４

Description

本発明の実施形態は、固体絶縁スイッチギヤおよび固体絶縁スイッチギヤの真空バルブに関する。

従来の固体絶縁スイッチギヤでは、真空バルブが樹脂などの固体の絶縁物によってモールドされ、絶縁物の表面には導電性塗料を塗布した接地層が設けられる。

真空バルブの碍管内部には金属製の中間シールドが設けられ、中間シールド内には一方の面で接離可能な一対の接点が設けられる。接点の他方の面には電極が固着され、その電極により軸方向の磁界（縦磁界）が印加される。

真空バルブと接地層との距離が近くなると、電極の側面や接点の端部での電界が高くなる。そのため、電極および接点と中間シールドとの距離を離し、電界を抑制することで必要な絶縁性能を確保する必要がある。

しかし、真空バルブが誘電率の高い樹脂などの固体の絶縁物によってモールドされる場合、中間シールドの電位は接地電位に近くなる。

ここで、接点全域にアークが発生し、アークにより生じた金属蒸気が接点の端部付近や、接点および電極と、中間シールドとの間に大量に流れると耐圧が低下する。

一方、接点の中心付近など局所的にアークを集中させると接点の有効利用ができない。

そのため、接点を有効利用し、かつ接点端部でのアークの密度を低減させるためには、軸方向に発生する縦磁界の磁束密度分布のピーク値が、接点の平面部の中心から平面部の端部までの半径方向長さを１００％としたときに、６０％から１００％の間に存在することが望ましい。ここで、接点の曲率が設けられていない部分を平面部と呼ぶ。

特開２００８−２６２７７２号公報

本発明の実施形態が解決しようとする課題は、接点を有効利用し、かつ接点端部付近や、接点および電極と、中間シールドとの間に流れる金属蒸気を抑制することが可能な固体絶縁スイッチギヤおよび固体絶縁スイッチギヤの真空バルブを提供することである。

実施形態の固体絶縁スイッチギヤは、電流を遮断する真空バルブと、前記真空バルブの外周に設けられた固体の絶縁部と、前記絶縁部の外周に設けられた接地層と、を有する固体絶縁スイッチギヤにおいて、前記真空バルブは、空洞部を有するカップ状の電極の外周側面に複数本のスリットが設けられる。接離可能な一対の接点の一方の面が前記空洞部の開口面に固着され、他方の面に平面部を有する。外周面が前記平面部の端部よりも内側に位置する磁性体が、前記空洞部内に配置される。

第１の実施形態の固体絶縁スイッチギヤの構成を示す側面図。 第１の実施形態の固体絶縁スイッチギヤにおける遮断用真空バルブの構成を示す側面図。 第１の実施形態の固体絶縁スイッチギヤにおける遮断用真空バルブの接点部の構成を示す側面図。 第１の実施形態の固体絶縁スイッチギヤにおける遮断用真空バルブの接点部の構成を示す側面断面図。 第１の実施形態の固体絶縁スイッチギヤにおける縦磁界の磁束密度分布図。 第２の実施形態の固体絶縁スイッチギヤにおける遮断用真空バルブの接点部の構成を示す側面図。 図６のＡ−Ａ矢視断面図。 図７の変形例を示すＡ−Ａ矢視断面図。 第３の実施形態の固体絶縁スイッチギヤにおける遮断用真空バルブの接点部の構成を示す側面図。

以下、実施形態を図面に基づき説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の固体絶縁スイッチギヤの構成を示す側面図である。

第１の実施形態の固体絶縁スイッチギヤは、図１に示すように筐体１、ケーブルヘッド２、貫通形変流器３、電力ケーブル４、遮断部８、上部接続導体９、断路部１３、可動側接続部１６、絶縁操作ロッド１８、操作機構１９、母線２１、制御部２２を有する。

筐体１内の背面側にケーブルヘッド２が設けられ、その一方に貫通形変流器３を貫通した電力ケーブル４が接続される。ケーブルヘッド２の他方には、筐体１の中央部に配設された遮断用真空バルブ６を樹脂などの絶縁材料でモールドして絶縁部７を形成した円柱状の遮断部８が上部接続導体９を介して接続される。

筐体１の正面側には、断路用真空バルブ１１を樹脂などの絶縁材料でモールドして絶縁部１２を形成した円柱状の断路部１３が設けられる。遮断部８と断路部１３は並列配置され、これらの間は、板状の下部接続導体１４を樹脂などの絶縁材料でモールドして絶縁部１５を形成した楕円状の可動側接続部１６で接続される。絶縁部７、１２、１５端は、遮断部８と断路部１３側が凸状の円錐状、可動側接続部１６側の両端が凹状の円錐状となっており、図示しない可撓性絶縁物が挿入されて界面接続される。

絶縁部１５の図示下部側には、開口部１７が形成されており、真空バルブ６、１１の可動側に連結された絶縁操作ロッド１８が設けられ、操作機構１９に連結される。

また、絶縁部７、１２、１５の外周表面には、銀塗料などの導電性塗料を塗布した接地層２０が設けられる。断路部１３の固定側には、隣接する盤との接続が行われる母線２１が接続される。なお、正面側には、操作機構１９などを制御する制御部２２が設けられる。

次に遮断用真空バルブ６について、図２を用いて説明する。

図２は、第１の実施形態の固体絶縁スイッチギヤにおける遮断用真空バルブの構成を示す側面図である。

遮断用真空バルブ６は、接点部１０１、通電軸１０２、中間シールド１０３、碍管１０４を有する。

碍管１０４の内部には金属製の中間シールド１０３が設けられ、中間シールド１０３内には接離可能な一対の接点部１０１が設けられる。

接点部１０１について、図３および図４を用いて説明する。図３は、第１の実施形態の固体絶縁スイッチギヤにおける遮断用真空バルブの接点部の構成を示す側面図、図４は、第１の実施形態の固体絶縁スイッチギヤにおける遮断用真空バルブの接点部の構成を示す側面断面図である。なお、図３および図４には一方の接点部１０１のみを記載している。

接点部１０１は、電極１０５、接点１０７、磁性体１０８、補強部材１０９を有する。

例えば銅などの導電率の高い材料からなるカップ状の電極１０５には、外周側面に軸方向を斜めに横切るスリット１０６が複数本設けられる。電極１０５のカップ状の開口面には、遮断性能の優れた例えば銅−クロム合金からなり、対向する図示しない接点と接離可能な接点１０７が固着される。接点１０７が固着される側とは反対側の電極１０５の底部には、軸方向に電流が流れる通電軸１０２が固着される。

接点１０７の一方の面は、電極１０５の開口面と同様の大きさの開口面となっており、接点１０７の開口面と電極１０５の開口面が固着される。その内部は電極１０５の空洞部１０５ａと接点１０７の空洞部１０７ａとが連結される。接点１０７には、図示しない接点と接離する面の外周端部に、電界を抑制するための所定の曲率が設けられる。また、接点１０７が図示しない接点と接離する面において、図４の破線間のような曲率が設けられていない部分を平面部と呼ぶ。図４中の破線は平面部の端部を示している。

空洞部１０５ａ，１０７ａ内には、例えば純鉄製の筒状の磁性体１０８が設けられる。ここで、磁性体１０８の外周面が接点１０７の平面部の端部よりも内側に位置するように配置される。

また空洞部１０５ａ，１０７ａ内には、電極１０５の空洞部１０５ａの底部と、接点１０７の空洞部１０７ａの上面部とを機械的に支持固定し、絶縁物やステンレスからなる補強部材１０９が設けられる。

このように構成された真空バルブでは、軸方向に発生する縦磁界の磁束密度分布は図５に示すようなものになる。本実施形態では、筒状の磁性体１０８の外周面が接点１０７の平面部の端部よりも内側に位置するように配置されることによって、縦磁界の磁束密度は平面部の中心付近で極小値となる。また、磁性体１０８により高められた磁界は、接点１０７の平面部の中心から平面部の端部までを１００％とした場合、６０％から１００％の間で磁束密度が極大値となる。接点１１３をさらに有効に利用することと製造の面から考えると、８０％から１００％の間で磁束密度が極大値となるほうがより望ましい。

このことによって、磁束密度が極大値となる位置より内側（接点１０７中心側）では、図示しない接点と接点１０７との間に発生するアークの密度はおよそ均一となり、磁束密度が極大値となる位置より外側（接点１０７端部側）ではアークの密度は低くなる。

接点１０７端部付近でのアーク密度を低くすることができるため、接点１０７端部付近や、接点部１０１（接点１０７および電極１０５）と中間シールド１０３との間に流れる金属蒸気を抑制することが可能となる。

そのため、接点部１０１と中間シールド１０３との距離を縮小することができ、スイッチギヤ全体としての小型化に貢献することができる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態の構成について、図６および図７を用いて説明する。なお、第１の実施形態の各部と同一部分は同一符号で示し、説明は省略する。図６は、第２の実施形態の固体絶縁スイッチギヤにおける遮断用真空バルブの接点部の構成を示す側面図、図７は、図６のＡ−Ａ矢視断面図である。なお、図６および図７は一対の接点部のうち、一方の接点部を示している。

この第２の実施形態が、第１の実施形態と異なる点は接点部１０１にある。以下に第１の実施形態と異なる点について説明する。

本実施形態の接点部１０１は、腕部１１０、円弧部１１１、接続ピン１１２、接点１１３、磁性体１１４を有する。

通電軸１０２の軸方向端部には、通電軸１０２の軸方向に対して垂直方向外側に延長された腕部１１０が結合され、円弧部１１１が腕部１１０の先端に支持され、通電軸１０２を中心とした円周方向に沿って円弧状に設けられる。

円弧部１１１には、接続ピン１１２が設けられ、円弧部１１１は接続ピン１１２を介して接点１１３に接続される。接点１１３には、図示しない接点と接離する面の外周端部に、電界を抑制するための所定の曲率が設けられる。また、接点１１３が図示しない接点と接離する面において、曲率が設けられていない部分を平面部と呼ぶ。図７では、破線の内側（通電軸１０２側）が平面部であり、破線は平面部の端部を示している。

通電軸１０２の周囲であって、接続ピン１１２の近傍かつ接点１１３に面した領域には板状の磁性体１１４が配置される。磁性体１１４は、例えば円弧状や略Ｌ字状であり、平面部の端部よりも内側かつ通電軸１０２から見たときに接続ピン１１２を覆うように配置される。

このように構成された真空バルブでは、遮断動作が行われると、事故電流や負荷電流は、一方の通電軸１０２から腕部１１０、円弧部１１１、接続ピン１１２、接点１１３を経て、他方の接点１１３に流入する。流入した電流は、接点１１３、接続ピン１１２、円弧部１１１、腕部１１０を経て通電軸１０２に流出する。

ここで、円弧部１１１を流れる電流により接点１１３間に軸方向の磁界（縦磁界）が生じる。また接続ピン１１２を流れる電流により生じる磁束は、磁性体１１４により曲げられ、接点１１３間に縦磁界が生じる。

この磁界は、接点１１３中心部では円弧部１１１による磁界と逆向きであり、接点端部側では円弧部１１１による磁界と同じ向きである。これにより、接点１１３中心部で低く、接点端部側で高い磁束密度分布となる。ただし、本実施形態では、磁性体１１４が平面部の端部よりも内側に位置するように配置されることによって、縦磁界の磁束密度は図５で示すように平面部の中心付近で極小値となる。そして接点１１３の平面部の中心から平面部の端部までを１００％とした場合、６０％から１００％の間で極大値となる。接点１１３をさらに有効に利用することと製造の面から考えると、８０％から１００％の間で磁束密度が極大値となるほうがより望ましい。

このことによって、第１の実施形態と同様に、磁束密度が極大値となる位置より内側（接点１１３中心側）では、図示しない接点と接点１１３との間に発生するアークの密度はおよそ均一となり、磁束密度が極大値となる位置より外側（接点１１３端部側）ではアークの密度は低くなる。

接点１１３端部付近でのアーク密度を低くすることができるため、接点１１３端部付近や、接点部１０１と中間シールド１０３との間に流れる金属蒸気を抑制することが可能となる。

そのため、接点部１０１と中間シールド１０３との距離を縮小することができ、スイッチギヤ全体としての小型化に貢献することができる。

第２の実施形態の変形例として、図８に示すように接続ピン１１２の周囲に設けた磁性体１１４が通電軸１０２の周囲で一体となっていてもよい。

このように構成することによって、第２の実施形態の効果に加えて、磁性体１１４が一体となっているため部品点数を削減でき、組み立て工程を容易化することができる。

（第３の実施形態）
第３の実施形態の構成について、図９を用いて説明する。なお、第１の実施形態および第２の実施形態の各部と同一部分は同一符号で示し、説明は省略する。図９は、第３の実施形態の固体絶縁スイッチギヤにおける遮断用真空バルブの接点部の構成を示す側面図である。なお、図９は一対の接点部のうち、一方の接点部を示している。

この第３の実施形態が、第１の実施形態および第２の実施形態と異なる点は接点部１０１にある。以下に第１の実施形態と異なる点について説明する。

本実施形態の接点部１０１は、電極１０５、接点１１５を有し、接点１１５には、端部付近でテーパ部１１６が設けられる。図９では電極１０５にスリット１０６を設けているが、本実施形態においてスリット１０６は必須ではなく、設けなくてもよい。

このように構成されることによって、接点１１５の中心付近では、図示しない接点との距離が短く、テーパ部１１６では、図示しない接点との距離が長くなる。接点間の距離が短いとアークの密度が高く、接点間の距離が長いとアークの密度が低くなるため、テーパ部１１６を設けることによって接点１１５端部付近でのアーク密度を低くすることが可能となる。

そのため、接点１１５端部付近や、接点部１０１と中間シールド１０３との間に流れる金属蒸気を抑制することが可能となる。このことによって、接点部１０１と中間シールド１０３との距離を縮小することができ、スイッチギヤ全体としての小型化に貢献することができる。

また、本実施形態は第１の実施形態もしくは第２の実施形態と組み合せてもよく、そのことによって接点１１５端部付近や、接点部１０１と中間シールド１０３との間に流れる金属蒸気をより抑制することが可能となる。

本発明のいくつかの実施形態について説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…筐体
２…ケーブルヘッド
３…貫通形変流器
４…電力ケーブル
６，１１…真空バルブ
７，１２，１５…絶縁層
８…遮断部
９，１４…接続導体
１３…断路部
１６…可動側接続部
１７…開口部
１８…絶縁操作ロッド
１９…操作機構
２０…接地層
２１…母線
２２…制御部
１０１…接点部
１０２…通電軸
１０３…中間シールド
１０４…碍管
１０５…電極
１０６…スリット
１０７，１１３，１１５…接点
１０８，１１４…磁性体
１０９…補強部材
１１０…腕部
１１１…円弧部
１１２…接続ピン
１１６…テーパ部

Claims (6)

1. 電流を遮断する真空バルブと、
   前記真空バルブの外周に設けられた固体の絶縁部と、
   前記絶縁部の外周に設けられた接地層と、
   を有する固体絶縁スイッチギヤにおいて、
   前記真空バルブは、
   外周側面に複数本のスリットが設けられ、空洞部を有するカップ状の電極と、
   一方の面が前記空洞部の開口面に固着され、他方の面に平面部を有する接離可能な一対の接点と、
   前記空洞部内に配置され、外周面が前記平面部の端部よりも内側に位置する磁性体と
   を備える固体絶縁スイッチギヤ。
2. 接離可能であり、接離する面に平面部を有する一対の接点を備える真空バルブと、
   前記真空バルブの外周に設けられた固体の絶縁部と、
   前記絶縁部の外周に設けられた接地層と、
   を有する固体絶縁スイッチギヤにおいて、
   前記真空バルブは、
   軸方向に電流が流れる通電軸と、
   前記通電軸の軸方向に対して垂直方向外側に延長された腕部と、
   前記腕部の先端に支持され、前記通電軸を中心とした円周方向に沿って円弧状に設けられた円弧部と、
   前記円弧部に設けられ、前記接点に接続される接続ピンと、
   前記通電軸の周囲であって、前記接続ピン近傍かつ前記接点に面した領域で、前記平面部の端部よりも内側かつ前記通電軸から見たときに前記接続ピンを覆うように配置された磁性体と
   を備える固体絶縁スイッチギヤ。
3. 前記平面部に垂直な軸方向の磁界の磁束密度は、前記平面部の中心付近で極小値となり、前記平面部の中心から前記平面部の端部までの半径方向長さを１００％としたときに６０％から１００％の間に極大値が存在する請求項１又は請求項２に記載の固体絶縁スイッチギヤ。
4. 外周側面に複数本のスリットが設けられ、空洞部を有するカップ状の電極と、
   一方の面が前記空洞部の開口面に固着され、他方の面に平面部を有する接離可能な一対の接点と、
   前記空洞部内に配置され、外周面が前記平面部の端部よりも内側に位置する磁性体と
   を備える固体絶縁スイッチギヤの真空バルブ。
5. 接離可能であり、接離する面に平面部を有する一対の接点と、
   軸方向に電流が流れる通電軸と、
   前記通電軸の軸方向に対して垂直方向外側に延長された腕部と、
   前記腕部の先端に支持され、前記通電軸を中心とした円周方向に沿って円弧状に設けられた円弧部と、
   前記円弧部に設けられ、前記接点に接続される接続ピンと、
   前記通電軸の周囲であって、前記接続ピン近傍かつ前記接点に面した領域で、前記平面部の端部よりも内側かつ前記通電軸から見たときに前記接続ピンを覆うように配置された磁性体と
   を備える固体絶縁スイッチギヤの真空バルブ。
6. 前記平面部に垂直な軸方向の磁界の磁束密度は、前記平面部の中心付近で極小値となり、前記平面部の中心から前記平面部の端部までの半径方向長さを１００％としたときに６０％から１００％の間に極大値が存在する請求項４又は請求項５に記載の固体絶縁スイッチギヤの真空バルブ。

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