JP2015015155A - 樹脂絶縁真空バルブ - Google Patents

Abstract

【課題】電界緩和シールドを真空バルブの同軸上に配置し、絶縁厚さや、真空絶縁容器との間隔を全周にわたって均一に保つ。
【解決手段】真空絶縁容器１、接離自在の一対の接点５、６、封着金具２、３を有する真空バルブと、封着金具２、３を囲むように配置される円板部１０ａ、１１ａ、筒部１０ｂ、１１ｂ、湾曲部１０ｃ、１１ｃで構成される電界緩和シールド１０、１１と、円板部１０ａ、１１ａに固定されるとともに、封着金具２、３に当接する第１のリング板２０と、第１のリング板２０の外周に設けられるとともに、円板部１０ａ、１１ａと封着金具２、３とで圧縮される弾性部材１３と、真空バルブの外周に設けられた絶縁層１４と、絶縁層１４の外周に設けられた接地層１５とを備え、第１のリング板２０、弾性部材１３を少なくとも真空バルブの可動側に用いたことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明の実施形態は、真空バルブの外周をエポキシ樹脂のような絶縁材料でモールドした樹脂絶縁真空バルブに関する。

最近、ＳＦ６ガスのような絶縁ガスを用いたガス絶縁方式に替わり、エポキシ樹脂を用いた固体絶縁方式のスイッチギヤが環境調和型として採用されている。真空バルブにおいても、外周がエポキシ樹脂でモールドされ、外部絶縁の補強が行われている（例えば、特許文献１参照。）。

この種の樹脂絶縁真空バルブを図４に示すが、アルミナ磁器よりなる筒状の真空絶縁容器１の両端開口部には、円板状の固定側封着金具２、可動側封着金具３が封着されている。固定側封着金具２の中央部には、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、接離自在の可動側接点６が可動側封着金具３の中央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、伸縮自在の筒状のベローズ８の自由端が封着され、固定端が可動側封着金具３の中央開口部に封着されている。接点５、６の外周には、筒状のアークシールド９が設けられ、金属蒸気の捕捉が行われている。これらにより、真空バルブが構成されている。

固定側封着金具２には、外周端部を囲むように、碗状の固定側電界緩和シールド１０が設けられている。固定側電界緩和シールド１０は、固定側封着金具２に接して半径方向に広がった円板部１０ａ、円板部１０ａに連接し、略９０度曲折して軸方向と平行に伸びた筒部１０ｂ、筒部１０ｂに連接し、所定の曲率を持って曲折された断面Ｕ字状の湾曲部１０ｃで構成されている。可動側封着金具３の外周端部にも、固定側電界緩和シールド１０と同様の碗状の可動側電界緩和シールド１１が設けられている。可動側電界緩和シールド１１は、可動側封着金具３と所定の間隔を持って半径方向に広がった円板部１１ａ、円板部１１ａに連接し、略９０度曲折して軸方向と平行に伸びた筒部１１ｂ、筒部１１ｂに連接し、所定の曲率を持って曲折された断面Ｕ字状の湾曲部１１ｃで構成されている。湾曲部１０ｃ、１１ｃの内周面は、それぞれ真空絶縁容器１と所定の間隔を保っている。

可動側電界緩和シールド１１の円板部１１ａの内周部には、可動側通電軸７を囲むように、筒状の樹脂浸入防止管１２が設けられている。可動側封着金具３と円板部１１ａ間には、導電性のＯリング１３が設けられ、モールド時にエポキシ樹脂が可動側通電軸７側に浸入しないようになっている。真空バルブの外周には、エポキシ樹脂でモールドした絶縁層１４が設けられている。絶縁層１４の両端部は、テーパ状の界面接続部となっている。絶縁層１４の外周には、界面接続部を除いて導電性塗料を塗布した接地層１５が設けられている。

次に、モールド時について、図５を参照して説明する。

注型金型に真空バルブの固定側通電軸４や可動側通電軸７などを固定し、Ｏリング１３を介した可動側電界緩和シールド１１を装着するものの、Ｏリング１３の圧縮程度が円周方向で不安定であると、円板部１１ａと可動側封着金具３の平行がとれないことがある。図５では、誇張して示しているが、円板部１１ａが図示右下がりとなっている。すると、右側では、Ｏリング１３の圧縮が小さく、筒部１１ｂが接地層１５方向に傾斜して絶縁層１４の絶縁厚さが薄くなり、耐電圧特性の低下を招くことになる。左側では、Ｏリング１３が大きく圧縮され、湾曲部１１ｃと真空絶縁容器１の間隔が狭くなり、微小ギャップとなって、電界強度が上昇するとともに、内部応力が上昇することになる。このため、可動側電界緩和シールド１１を可動側封着金具３に略平行して配置することができ、絶縁層１４の絶縁厚さや、真空絶縁容器１との間隔を全周にわたって均一に保つことのできるものが望まれていた。

特開２００９−１９３７３４号公報

本発明が解決しようとする課題は、可動側電界緩和シールド１１の円板部１１ａを可動側封着金具３と略平行に配置し、絶縁層１４の絶縁厚さや、真空絶縁容器１との間隔を全周にわたって均一に保ち、電界強度や内部応力の上昇を抑えて絶縁特性を向上し得る樹脂絶縁真空バルブを提供することにある。

上記課題を解決するために、実施形態の樹脂絶縁真空バルブは、真空絶縁容器、接離自在の一対の接点、封着金具を有する真空バルブと、前記封着金具を囲むように配置される半径方向に広がった円板部、前記円板部に連接され軸方向に伸びた筒部、前記筒部に連接され端部が曲折された湾曲部で構成される電界緩和シールドと、前記円板部に固定されるとともに、前記封着金具に当接する第１のリング板と、前記第１のリング板の外周に設けられるとともに、前記円板部と前記封着金具とで圧縮される弾性部材と、前記真空バルブの外周に設けられた絶縁層と、前記絶縁層の外周に設けられた接地層とを備え、前記第１のリング板、前記弾性部材を少なくとも前記真空バルブの可動側に用いたことを特徴とする。

本発明の実施例１に係る樹脂絶縁真空バルブの構成を示す要部拡大断面図。 本発明の実施例２に係る樹脂絶縁真空バルブの構成を示す要部拡大断面図。 本発明の実施例３に係る樹脂絶縁真空バルブの構成を示す要部拡大断面図。 従来の樹脂絶縁真空バルブの構成を示す断面図。 従来の樹脂絶縁真空バルブの構成を示す要部拡大断面図。

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に係る樹脂絶縁真空バルブを図１を参照して説明する。図１は、本発明の実施例１に係る樹脂絶縁真空バルブの構成を示す要部拡大断面図である。なお、樹脂絶縁真空バルブの構成は、可動側を除き、従来と同様であるので、全体の説明を省略する。また、従来と同様の構成部分は、同一符号を付した。

図１に示すように、可動側電界緩和シールド１１の円板部１１ａには、断面矩形状で環状の第１のリング板２０を同軸上に固定している。第１のリンク板２０の外径は、可動側封着金具３の外径よりも小さい。第１のリング板２０の外周には、Ｏリング１３が設けられ、円板部１１ａと可動側封着金具３端部間で圧縮されるようになっている。第１のリング板２０の高さは、図示上面が可動側封着金具３に当接したとき、Ｏリング１３が１０〜２０％の範囲で圧縮されるように調整されている。内径は、可動側通電軸７の外径よりも大きい。

真空絶縁容器１の外周には、従来と同様に、絶縁層１４が設けられ、その外周に接地層１５が設けられている。円板部１１ａの内周には、可動側通電軸７を囲むように樹脂浸入防止管１２が設けられている。

モールド時には、第１のリング板２０の全周を可動側封着金具３に当接させた状態で注型金型に固定する。即ち、可動側電界緩和シールド１１を可動側封着金具３に押し付け、Ｏリング１３の全周を均一に圧縮した状態とする。そして、エポキシ樹脂をキャビティーに注入して加熱硬化させ、絶縁層１４を形成する。これにより、円板部１１ａと可動側封着金具３の平行度が向上し、筒部１１ｂ、湾曲部１１ｃが同軸上に配置される。筒部１１ｂから接地層１５までの絶縁厚さ、および真空絶縁容器１と湾曲部１１ｃの間隔は、全周にわたって均一なものとなる。また、Ｏリング１３の全周を均一に圧縮しているので、可動側通電軸７側への樹脂の浸入を確実に防止することができる。

なお、モールドにあたって、真空絶縁容器１は、例えばサンドブラスト処理により粗面化し、シランカップリング剤のような表面改質剤を塗布し、また、可動側封着金具３は、粗面化後、エポキシ樹脂とダイマー酸により構成されるプライマー処理を施こすことが好ましい。更に、エポキシ樹脂には、ビスフェノールＡ型、あるいはビスフェノールＦ型と酸無水物硬化剤とシリカ粒子の組合せを用い、熱膨張率を約１．８×１０^−５（１／Ｋ）とする。可動側電界緩和シールド１１、第１のリング板２０には、このモールド樹脂と同程度の熱膨張率を有する真鍮などの銅合金を用いることが応力緩和上、好ましい。

これらの結果、部分放電開始電圧は、従来に比べて実験値で約５０％向上した。また、湾曲部１１ｃ先端の応力は、解析値で１ｍｍ偏芯させると約２０％上昇する。供試した真空バルブは外径φ１５０ｍｍ、絶縁層１４の絶縁厚さは３５ｍｍ、湾曲部１１ｃと真空絶縁容器１の間隔は５ｍｍ、第１のリング板２０の高さは３ｍｍである。

なお、固定側電界緩和シールドは、固定側封着金具や固定側通電軸に固定され、同軸上に配置されるが、可動側と同様に、Ｏリング１３と第１のリング板２０を用いて固定することができる。このため、Ｏリング１３と第１のリング板２０は、少なくとも可動側に用いるものとなる。

また、Ｏリング１３に替えて、導電性のゴムパッキンを用いてもよい。これらを、弾性部材と称する。弾性部材は、モールド時の温度に耐える耐熱性を有していることは勿論であるが、中空のものを用いると、小さい圧縮力で全周を圧縮することができ、第１のリング板２０を容易に可動側封着金具３に当接させることができる。

上記実施例１の樹脂絶縁真空バルブによれば、可動側電界緩和シールド１１の円板部１１ａに第１のリング板２０を設け、この全周が可動側封着金具３に当接するまでＯリング１３を圧縮するようにしているので、円板部１１ａと可動側封着金具３の平行度が向上し、筒部１１ｂと湾曲部１１ｃを真空バルブの同軸上に配置することができる。そして、筒部１１ｂから接地層１５までの絶縁厚さ、および真空絶縁容器１と湾曲部１１ｃの間隔を全周にわたって均一なものとすることができ、絶縁特性や内部応力特性を向上させることができる。

次に、本発明の実施例２に係る樹脂絶縁真空バルブを図２を参照して説明する。図２は、本発明の実施例２に係る樹脂絶縁真空バルブ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、湾曲部を断面Ｕ字状から断面円状としたことである。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。

図２に示すように、可動側電界緩和シールド１１の湾曲部１１ｃを、端部が筒部１１ｂと対向するまで曲折させ、断面円状としている。なお、湾曲部１１ｃを丸棒とし、筒部１１ｂに連接してもよい。

上記実施例２の樹脂絶縁真空バルブによれば、実施例１による効果のほかに、湾曲部１１ｃ近傍における絶縁層１４の内部応力の低減を図ることができる。

次に、本発明の実施例３に係る樹脂絶縁真空バルブを図３を参照して説明する。図３は、本発明の実施例３に係る樹脂絶縁真空バルブの構成を示す要部拡大断面図である。なお、この実施例３が実施例２と異なる点は、円板部に第２のリング板を設けたことである。図３において、実施例２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、可動側電界緩和シールド１１の円板部１１ａには、Ｏリング１３の外周に、環状の第２のリング板２１を同軸上に固定している。第２のリング板２１は、内径が可動側封着金具３の外径よりも僅かに大きく、高さが第１のリング板２０よりも高くなっている。第１のリング板２０と第２のリング板２１の間隔は、Ｏリング１３の圧縮を妨げるものではない。

上記実施例３の樹脂絶縁真空バルブによれば、実施例２による効果のほかに、第２のリング板２１に可動側封着金具３を嵌め込むことにより、より確実に可動側電界緩和シールド１１を同軸上に配置することができる。

以上述べたような実施形態によれば、固定側と可動側の電界緩和シールドを真空絶縁容器や封着金具の同軸上に配置することができるので、絶縁層の絶縁厚さと、湾曲部と真空絶縁容器との間隔を、全周にわたって均一化することができ、絶縁特性を向上させることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、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。これら新規な実施形態は、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ともに、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 真空絶縁容器
２ 固定側封着金具
３ 可動側封着金具
１０ 固定側電界緩和シールド
１０ａ、１１ａ 円板部
１０ｂ、１１ｂ 筒部
１０ｃ、１１ｃ 湾曲部
１１ 可動側電界緩和シールド
１３ Ｏリング
１４ 絶縁層
２０ 第１のリング板
２１ 第２のリング板

Claims (5)

1. 真空絶縁容器、接離自在の一対の接点、封着金具を有する真空バルブと、
   前記封着金具を囲むように配置される半径方向に広がった円板部、前記円板部に連接され軸方向に伸びた筒部、前記筒部に連接され端部が曲折された湾曲部で構成される電界緩和シールドと、
   前記円板部に固定されるとともに、前記封着金具に当接する第１のリング板と、
   前記第１のリング板の外周に設けられるとともに、前記円板部と前記封着金具とで圧縮される弾性部材と、
   前記真空バルブの外周に設けられた絶縁層と、
   前記絶縁層の外周に設けられた接地層とを備え、
   前記第１のリング板、前記弾性部材を少なくとも前記真空バルブの可動側に用いたことを特徴とする樹脂絶縁真空バルブ。
2. 前記湾曲部の端部を前記筒部と対向するまで曲折したことを特徴とする請求項１に記載の樹脂絶縁真空バルブ。
3. 前記円板部に、内径が前記封着金具の外径よりも僅かに大きく、高さが前記第１のリング板よりも高い第２のリング板を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の樹脂絶縁真空バルブ。
4. 前記電界緩和リング、前記第１のリング板に、モールド樹脂の熱膨張率と同様な銅合金を用い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項に記載の樹脂絶縁真空バルブ。
5. 前記弾性部材を中空と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項に記載の樹脂絶縁真空バルブ。

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