JP2015035288A - 真空スイッチギヤ用真空バルブ - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明では、電極の外形を増やすことなく、遮断容量を上げることを目的に投入時の接触圧力による電極の反りを防ぐとともに、接合時の熱変形量の違いによる電極の反りを低減させることができる真空スイッチギヤ用真空バルブを提案することを目的とする。
【解決手段】
真空容器内に互いに対向するように配置される固定電極と可動電極によって構成され、電極は、対向する電極側に対して、接触・非接触状態となる板状の接点電極と、縦磁界を発生させるコイル電極と、接点電極の中央部およびコイル電極のリング部に取り付ける電極棒と補強板とにより構成され、接点電極は補強板が取り付ける部位の第一領域と、それ以外の部位の第二領域とから構成され、第一領域と第二領域の境界部位から、第二領域の接点電極外周端部になるに連れて、接点電極の縦断面積（厚さ）が大きく形成された接点電極を備えた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、縦磁界を発生させる真空スイッチギヤ用真空バルブに関する。

本発明の従来技術として、特許文献１には、接離自在の一対の接点を有する真空バルブにおいて、接点電極と上面が固着され、電極の軸方向磁界（縦磁界）発生用部材を有し、縦磁界発生用部材の外周側面には軸方向を斜めに横切るスリットを設ける。縦磁界発生用部材の内側には、縦磁界発生用部材よりも導電率の低い高抵抗材補強部材を配し、縦磁界発生用部材の内周面及び補強部材の外周面には互いに螺合するようにねじが切られており、これらをねじ込むことにより一体化する。さらに縦磁界発生用部材の下面及び補強部材の一方の端面にはアダプタを固着したことが記載されている。

また、特許文献２には、真空容器内でアーク柱に対して縦磁界を印加するためのコイル電極を電極裏面に設けた真空バルブにおいて、接点電極とコイル電極との中間に設けられた補強部材と接点との中間に、熱応力により塑性変形自在な金属材料からなる略円板状の接合部材を設け、接点および補強部材の双方とロウ付けにより接合して成ることが記載されている。

さらに、特許文献３には、真空容器内に接触・非接触状態となる円板状の接点電極と、縦磁界を発生させるコイル電極とにより構成され、コイル電極は電極棒に嵌め込んだリング部と、リング部を周方向に等分した位置から放射線状に外側に延びた３本のアーム部と各アーム部の最終端から、接点電極の外周に沿うように湾曲させて形成した３つのコイル部によって構成され、全体として円筒状のコイルを形成することが記載されている。

このように大電流を遮断するために従来の真空バルブ（図５）においては、遮断中に両接点電極４間にアークが生じ、このアークによる電流が、ステンレス鋼などの高抵抗材からなる電極棒２に流れず、コイル電極６を介して導体３に流れる。この電流は接点電極４を半径方向の方へ流れた後、アーム部６ａを通過して円弧部６ｂ、基端部６ｃ、導体３の順で流れ、右ねじの法則により縦磁界を発生させる。また、縦磁界を発生する電極を利用して電流を遮断する場合、同じ電流でコイル電極６の分割数やコイル電極６の高さ等が同じ条件であれば、接点電極の径が大きくなるに従って発生する磁界強度が低下する。そのため、大電流を遮断する場合、コイル電極の分割数を減らし、電流の分流を少なくするなどして遮断に必要な縦磁界強度を維持している。

特開２０１３−４１７３５号公報 特開昭５９−０５８７２５号公報 ２００４ − ３６３０３９号公報

従来の真空バルブにおける縦磁界による電極構造は、遮断性能を飛躍的に向上させる反面、投入（電流を入れる）中の接触圧力が電極棒を中心に加わり、電極棒と接合されていない部位である電極の円周端部付近は拘束フリーとなり反りが生じる。このような加圧時の電極の反りによって、接点電極は電極棒を中心に部分的に接触することで接触面積の減少（接触抵抗の増加）が生じる。電流は部分的に接触する電極面に集中的に流れるため、接点電極面の接触部の温度が電極材料の融点まで上昇することで接点電極の両極が接合され、開離不能となる可能性がある。

通常はこのような開離不能を防止するために、電極の変形が生じないように接点電極と補強板を組み合わせて使用する。これによって接触圧力による電極の変形が減少され、接点電極の接触面積の減少を抑制できる。補強板としてはステンレス鋼などの高強度で、高抵抗材を用いて接触部の反対側の裏面にロウ付けにより接合する。

しかし、ロウ付け時の熱による補強板と電極材間の変形量の違いによって、ロウ付け後に電極棒を中心に電極の円周端部に反りが生じる。したがって、接触圧力による接点電極の変形と同様に接点電極の接触面積が減少（接触抵抗の増加）する問題が生じる。

また、補強板を接合せずに接触面積を増加させるために、電極棒の径を大きくし、接触圧力を広く分布させる方法がある。しかし、電極棒の径の増加は電極棒を取り付けるコイル電極のリング部の径の増加に繋がり、真空バルブ全体が大きくなる。さらに、電極棒を大きくすると、通電時電流が電極棒に流れてしまう可能性があるなどの問題が生じる。

そこで、本発明では、電極の外形を増やすことなく、遮断容量を上げることを目的に投入時の接触圧力による電極の反りを防ぐとともに、接合時の熱変形量の違いによる電極の反りを低減させることができる真空バルブを提案することを目的とする。

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。 本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、真空容器内に互いに対向するように配置される固定電極と可動電極によって構成され、電極は、対向する電極側に対して、接触・非接触状態となる板状の接点電極と、縦磁界を発生させるコイル電極と、接点電極の中央部およびコイル電極のリング部に取り付ける電極棒と補強板とにより構成され、接点電極は補強板が取り付ける部位の第一領域と、それ以外の部位の第二領域とから構成され、第一領域と第二領域の境界部位から、第二領域の接点電極外周端部になるに連れて、接点電極の縦断面積（厚さ）が大きく形成された接点電極を備えることで達成できる。

本発明によれば、遮断に必要な縦磁界強度を維持しながら、投入時の接触圧力の印加および接合時の熱負荷による接点電極の変形を低減でき、接点電極の接触面積を最大にすることで接点電極の温度上昇を抑制するとともに、電極の外形を大きくすることなく、遮断容量を増大することができる真空バルブが得られる。

一般的な真空スイッチギヤ（第１のタイプ）構造を示す断面図である。 一般的な真空スイッチギヤ（第２のタイプ）構造を示す断面図である。 本発明の第１の実施例である真空バルブの断面図である。 本発明の第１の実施例である真空バルブの分解斜視図である。 本発明の第１の実施例である真空バルブの電極棒詳細図である。 本発明の第２の実施例である真空バルブの断面図である。 従来の真空バルブの断面図である。

一般的な真空スイッチギヤは、真空容器内に備えた直列接続された２対の遮断部を同時に開極して電流を遮断する２点切り真空スイッチギヤとして種々のタイプのものがある。

まず、第１のタイプのものとして、真空バルブ２本を固定電極が外側になるように一直線に配置し、その中間部分において可動電極を操作器にて開閉操作をするものが既に知られている。また、第２のタイプのものとして、真空バルブを平行に配置し、それぞれの可動電極を１つの操作器により開閉するものも既に知られており、リンク機構を不要とするような第２のタイプの真空スイッチギヤが提案されている。

そこで、本発明の実施例を詳細に説明する前に、上述の第１のタイプと第２のタイプの真空ギアスイッチを図１，図２にしたがって説明する。
図１は一般的な第１のタイプである真空スイッチギヤの断面図である。
図２は一般的な第２のタイプである真空スイッチギヤの断面図である。
図１において、第１のタイプの真空スイッチギヤでは、図からも明らかなように、２本の電極３が、固定電極が外側に、可動電極が内側になるように絶縁容器１２内に一直線上に配置されている。これらの電極１３にはそれぞれ端板１２ａと１２ｂが取り付けられている。絶縁容器１２内には高圧のＳＦ6ガスが充填されている。そして、２本の電極１３の可動電極が摺動接触子１６ａを介して接触導体６により接続される。これにより、１対の遮断部１６が直列に接続される。

一方、上記遮断部２６を構成する各可動電極はリンク部２７を介して絶縁操作手段２０に連結されており、更には、図示しない操作器に連結される。即ち、上記の絶縁操作手段２０が図示しない操作器により図示左右方向に操作されると、リンク部２７により可動電極の上下方向の動きに変換され、２本の電極１３の遮断部が同時に開閉操作される。絶縁操作手段１０は、高電位にある遮断部と接地電位にある操作器とを電気的に絶縁するために、絶縁部材により構成される。

図２において、第２のタイプの真空スイッチギヤでは、２本の電極１３が固定電極同士で隣接し、かつ可動電極同士が隣接するように絶縁容器１２内に平行に配置されている。これらの電極１３にはそれぞれ端板１２ａと１２ｂが取り付けられている。この絶縁容器１２内には上記と同様に高圧ＳＦ6ガスが充填されており、２本の電極３の可動電極同士が摺動接触子１６ａを介して接触導体１６により接続され、これにより１対の遮断部２６が直列に接続される。

一方、上記遮断部２６を構成する各可動電極は連結部２８により連結されており、更には絶縁操作手段２０により操作器２２に連結される。即ち、上記操作器２２が絶縁操作手段２０を図の上方向に移動させることにより、２本の電極１３の遮断部が同時に開閉操作される。絶縁操作手段２０は高電位にある遮断部と接地電位にある操作器２２とを電気的に絶縁するために、絶縁部材により構成される。

このように、以上に説明した第１のタイプの真空スイッチギヤは、１つの遮断部を１つの真空容器に収納した真空バルブを２本使用し、これを直列接続することで２点切り真空スイッチギヤを形成している。また、第２のタイプの真空スイッチギヤでは、高電位にある遮断部と接地電位にある操作器とを電気的に絶縁する絶縁操作手段が、真空容器外に配置される構造となっている。

本実施例では、電流の入り切りを行う真空バルブの要部の構造１の例を説明する。

図１は、本実施例の真空バルブの要部の構成断面図の例である。図２は、一方の真空バルブ１を示す分解斜視図である。実施例１に係る真空容器（図示せず）内に互いに対向するように配置される固定される電極と可動される電極によって構成され、電極は、対向する電極側に対して、接触・非接触状態となる板状の接点電極４と、縦磁界を発生させるコイル電極６と、接点電極４の中央部およびコイル電極６のリング部６ｃに取り付けるべき電極棒２と接点電極の補強のための補強板５とにより構成される。

図３は接点電極４の断面図を示す。接点電極４は補強板５が取り付ける部位の第一領域４ｂと、それ以外の部位の第二領域４ａとから構成され、第一領域４ｂと第二領域４ａの境界部位から、第二領域４ａの接点電極外周端部になるに連れて接点電極の縦断面積（厚さ）が段階的に大きく形成される。第一領域４ｂにおける接点電極厚さ４ｆより第二領域４ａにおける接点電極厚さ４ｅの方が厚くなっている。これによって、変形しやすい第二領域４ａの接点電極外周端部の剛性が大きくなる。

また、接点電極４は、電極棒２の突起２ｄが嵌め合うように補強板５を取り付ける部位の第一領域４ｂの中央に穴４ｃが形成される。

本実施例では実施例１の基本構造に図４に示す接点電極４を用いて説明する。実施例１と同様に補強板５を取り付ける部位の第一領域４ｂと、それ以外の部位の第二領域４ａとから構成され、第一領域４ｂと第二領域４ａの境界部位から、第二領域４ａの接点電極外周端部になるに連れ、前記接点電極の縦断面積（厚さ）が2段階以上に構成され、接点電極の厚さが段階的に大きく形成される。

電極棒２はステンレス鋼のような高抵抗材とコイル電極６を組み合わせることで、遮断に必要な縦磁界強度を維持することができる。また、接点電極の第一領域４ｂと第二領域４ａの境界部位から、第二領域４ａの接点電極外周端部になるに連れ、前記接点電極の厚さが2段階以上に構成され、段階的に大きく形成されることで、接点の剛性を段階的に変化させ、投入時の接触圧力の印加や接合時の熱負荷による接点電極の変形を低減させることできる。これによって接点電極の接触面積を最大にすることができ、接点電極の温度上昇を抑制するとともに電極の外形を大きくすることなく、遮断容量を増大させることができる。

１ 真空バルブ
２ 電極棒
２ｄ 電極棒底辺の突起
４ 接点電極
４ａ 接点電極の第二領域
４ｂ 接点電極の第一領域
４ｃ 接点電極中央部穴
４ｅ 接点電極の第二領域における電極厚さ
４ｆ 接点電極の第一領域における電極厚さ
５ 補強板
６ コイル電極
６ａ コイル電極のアーム部
６ｂ コイル電極の円弧部
６ｃ コイル電極のリング部（基端部）
１２ 絶縁容器
１２ａ 固定側絶縁容器の金属板
１２ｂ 可動側絶縁容器の金属板
１３ 電極
１６ａ 摺動接触子
２０ 絶縁操作手段
２２ 操作器
２６ 遮断部
２７ リンク部
２８ 連結部

Claims (3)

1. 真空容器内に互いに対向するように配置される固定電極と可動電極によって構成され、前記電極は、対向する電極側に対して、接触・非接触状態となる板状の接点電極と、縦磁界を発生させるコイル電極と、前記接点電極の中央部および前記コイル電極のリング部に取り付けるべき電極棒と補強板とにより構成される真空スイッチギヤ用真空バルブにおいて、
   前記接点電極は補強板が取り付ける部位の第一領域と、それ以外の部位の第二領域とから構成され、第一領域と第二領域の境界部位から、第二領域の接点電極外周端部になるに連れて接点電極の縦断面積（厚さ）が大きく形成された接点電極を備えたことを特徴とする真空スイッチギヤ用真空バルブ。
2. 前記接点電極は、補強板を取り付ける部位の第一領域と、それ以外の部位の第二領域とから構成され、第一領域と第二領域の境界部位から、第二領域の接点電極外周端部になるに連れ、前記接点電極の縦断面積（厚さ）が2段階以上に構成され、段階的に大きく形成される前記電極棒を備えることを特徴とする請求項1に記載の真空スイッチギヤ用真空バルブ。
3. 前記接点電極は、補強板が取り付ける部位の第一領域と、それ以外の部位の第二領域とから構成され、前記電極棒の突起が嵌め合うように前記補強板が取り付ける部位の第一領域の中央に穴が形成されことを特徴とする請求項１記載の真空スイッチギヤ用真空バルブ。