JP2885233B2 - 真空バルブ形開閉装置の真空度低下検出装置 - Google Patents

真空バルブ形開閉装置の真空度低下検出装置

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JP2885233B2 JP9175071A JP17507197A JP2885233B2 JP 2885233 B2 JP2885233 B2 JP 2885233B2 JP 9175071 A JP9175071 A JP 9175071A JP 17507197 A JP17507197 A JP 17507197A JP 2885233 B2 JP2885233 B2 JP 2885233B2
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    • H01H33/00High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/60Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/66Vacuum switches
    • H01H33/668Means for obtaining or monitoring the vacuum

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  • Measuring Fluid Pressure (AREA)
  • High-Tension Arc-Extinguishing Switches Without Spraying Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は真空バルブを用い
た真空遮断器,真空開閉器等の開閉装置において、真空
バルブの真空度の低下を真空バルブ内部の異常放電を電
気的に検出することによって検知する真空度低下検出装
置に関する。
【0002】
【従来の技術】真空遮断器,真空開閉器は他の遮断器の
消弧室に相当する部分に、高度に脱ガス,排気された完
全密封形の真空バルブが使用されている。真空は理想的
な絶縁媒体であるが真空度が低下した場合はその機能を
発揮することができないため、真空バルブの信頼性が真
空遮断器,真空開閉器の信頼性に対し大きなウエイトを
占めている。
【0003】そこで、真空バルブの製造時に高い信頼性
を確保するため材料の選定,購入,加工精度および脱ガ
ス処置など製造工程の管理,および性能確認試験,検査
など材料の入手から製品出荷まで厳密な品質管理が実施
されている。特に真空バルブの真空度管理は最も重要で
あり、全数について綿密なる管理が実施されている。第
4図は真空バルブの真空度の低下要因の原理的説明図で
あり、製造時に封じられた真空バルブは10-6〜10-7
Torr程度の高真空に保持されるが、真空バルブを構
成している真空容器や電極,導体の内部に残存している
ガス分子がそれらの表面より徐々に放出される内部ガス
放出と、真空バルブの構成材料や接合部分のわずかな欠
陥孔より外部から空気が徐々に侵入してくるスローリー
クとによって徐々に低下する。このうち、ガス放出が原
因となるものは飽和値をもつ曲線的な変化であり、一方
スローリークによるものは孔の大きさに応じた直線的な
変化である。従って、全体としての変化はこれらを重ね
合わせたトータルガスとして示される。真空バルブの真
空寿命の管理のためには、これらの劣化要因に対して適
切な方法をとる必要がある。
【0004】第5図は真空度の低下を直接検出するセン
サを設けた従来の真空バルブを示す概略断面図であり、
真空バルブ1は円筒状の絶縁容器5と、その一方端に結
合された金属製の端板4Aによって支持された固定接触
子2と、絶縁容器の他方端に結合した端板4Bおよび金
属ベロー6により支持された可動接触子3を主要構成要
素とし、可動接触子3を図示しない操作器によって駆動
することにより、負荷電流または充電電流の開閉機能を
有する遮断器や開閉器が構成される。また、真空バルブ
1の内部には絶縁容器5の内側に同心状に金属シールド
7が設けられ、電流遮断時のアークによって生じた金属
蒸気が絶縁容器5の内壁に付着して絶縁性能が低下する
ことを防止するよう構成される。10は真空度センサと
しての例えばマグネトロン素子であり、端板4Aに気密
に取り付けられて真空バルブ内の真空度を検出する。と
ころが、この方式は、真空バルブと真空度センサとの気
密結合部に新たなスローリークを生ずる欠点があり、真
空バルブの信頼性を損なう欠点がある。また既設の真空
バルブに後加工で真空度センサを取り付けることはほと
んど不可能である。
【0005】第6図は真空バルブの内部圧力と極間の交
流フラッシオーバ電圧との関係を示す特性線図であり、
真空バルブ内の真空度が10-3Torrオーダ程度にま
で低下(悪化)するとフラッシオーバ電圧が低下しはじ
め、10-2〜10-1Torrオーダで下限値(10-1
Vオーダ)を示し、100 Torrオーダ以上ではフラ
ッシオーバ電圧は徐々に上昇して大気圧空気中のフラッ
シオーバ電圧にまで回復する。真空バルブでは一般に真
空度が10-2Torr程度にまで低下すると、電力系統
の常規対地電圧に耐えられなくなり、開極状態では接触
子極間または電源系統に接続された接触子と金属シール
ド間に異常放電が発生し、閉極状態では一対の接触子と
金属シールドとの間に異常放電が発生する。そこで従来
技術においても上述の特性に着目し、異常放電を真空バ
ルブの外部から電気的に検出することにより、真空度の
低下を間接的に検知する方式の真空度低下の検出装置が
幾つか知られている。
【0006】第7図は第1の従来技術を示す構成図であ
り、交流電力系統11と負荷系統12との間に設けられ
た遮断器,開閉器等の真空バルブ1には、その負荷側に
避雷器13,CR形サージアブソーバ14等が設けら
れ、極間の異常放電による放電電流IS が流れることに
着目し、避雷器13またはサージアブソーバ14の接地
線側に電流センサ15を設け、開極時に発生する放電電
流を検出することにより、真空度の低下を検知するよう
構成されている。
【0007】第8図は第2の従来技術を示す構成図であ
り、真空バルブ1の極間異常放電100に付随して発生
する高周波ノイズを、真空バルブの電源系統側に高圧コ
ンデンサ16を介して接続された高周波ノイズの検出器
17で検出するよう構成されている。第9図は第3の従
来技術を示す構成図であり、開極時,閉極時に金属シー
ルド7と接触子との間に発生する異常放電101Sによ
って上昇する金属シールド7の電位を、絶縁容器5を貫
通して引き出された金属シールドの外部端子7Aに高圧
コンデンサ17を介して分圧コンデンサ18を接続し、
分圧コンデンサ18の電位を電圧検出器19で測定する
よう構成されている。
【0008】第10図は第4の従来技術を示す構成図で
あり、第3の従来技術と同様に発生する異常放電101
Sによる金属シールド7の電位上昇を、絶縁容器5の外
面との間に間隙を保持して配された電位センサ20で検
出するよう構成されている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】第1の従来技術におい
ては、避雷器やサージアブソーバを利用して異常放電を
検出できるが、遮断時または投入時の異常電圧によって
生ずる放電電流と異常放電100によって生ずる放電電
流とを弁別するための弁別回路を電流センサ15の出力
側に設ける必要があり、検出回路が複雑化するという問
題がある。
【0010】第2の従来技術では、極間で異常放電が発
生すると直ちにアーク放電に移行してしまうことが実験
的に検証されており、極間のアークドロップが小さいた
めに、検出される高周波ノイズの電荷量が数pCと極め
て小さく、信頼性の高い検出ができにくいという問題が
あり、かつ高周波ノイズ検出用の高圧コンデンサ16を
真空バルブごとに設ける必要があり装置が大型化すると
いう問題がある。
【0011】また、第3の従来技術は第2の従来技術と
同様に高圧コンデンサ16を必要とし、かつ絶縁容器を
貫通して外部端子を設けなければならず、真空度の維持
性能に悪影響を及ぼす危険性がある。第4の従来技術で
は、金属シールドと電位センサとの結合キャパシタンス
が小さいために、他相の真空バルブ等との間に静電容量
結合が生じやすく、検出結果の判定精度が低く、誤判定
を犯しやすい欠点がある。
【0012】この発明の目的は、真空バルブの真空度の
低下によって発生する異常放電を高圧コンデンサを用い
ず、かつ精度よく検出でき、したがって構成が簡素で小
型な真空度の低下検出装置を得ることにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明によれば、三相交流電力系統に接続された
開閉装置の真空バルブが絶縁容器と、この絶縁容器の一
方の端部に結合された端板によって支持された固定接触
子と、前記絶縁容器の他方の端部に結合された端板およ
び金属ベローにより支持された可動接触子とを備え、前
記絶縁容器内部に前記両接触子との間に真空ギャップを
保持して同心状に配された金属シールドを持ち、前記真
空バルブの真空度の低下を前記両接触子と金属シールド
との間の異常放電により検出するものにおいて、前記絶
縁容器の器壁に埋設されて前記金属シールドに対向する
よう絶縁支持されるとともにその外部端子のみが前記絶
縁容器の外側に露出するように配設された外部電極と、
この外部電極と大地間に接続された分圧コンデンサとを
備え、前記異常放電を前記分圧コンデンサの端子電圧に
より検出するものとする。
【0014】上記手段において、真空バルブの円筒状の
絶縁容器の外周部側の金属シールドの対向位置に外部電
極と、これに導電接続された分圧コンデンサを設ける構
成とすることにより、比誘電率が気体のそれより大きい
絶縁容器の静電容量を高圧コンデンサに兼用して異常放
電による金属シールドの電位上昇を分圧コンデンサの電
位上昇として真空バルブごとに検出できるので、真空度
の低下を精度よくかつ各相ごとに検知することができ
る。さらに、外部電極を絶縁容器の器壁に埋設し、その
外部端子のみが絶縁容器の外側に露出するように配設す
ることにより、一対の端板に対して十分な沿面絶縁距離
を確保できるので,外部絶縁の信頼性がより高くなる。
【0015】
【発明の実施の形態】以下この発明を実施例に基づいて
説明する。第1図および第2図はこの発明の参考例を示
す真空度低下検出装置を含む真空バルブの断面図であ
り、第1図は閉極状態を,第2図は開極状態を示したも
のである。第1図において、真空バルブ31の円筒状の
絶縁容器5の内側には、一対の接触子2および3を間隙
2 を保持して包囲する金属シールド7が設けられ、絶
縁容器5の外周面には金属シールド7に対向するよう円
筒状に形成された外部電極32が設けられ、外部電極3
2は分圧コンデンサ33を介して接地され、分圧コンデ
ンサ33の端子電圧VS は図示しない電位計により検出
される。絶縁容器5は比誘電率5ないし7程度の絶縁材
で構成されるので、金属シールド7と接触子2および3
との間の静電容量C 1 は、金属シールドと外部電極32
との間の静電容量C2 に較べて小さく、かつ分圧コンデ
ンサ33の静電容量CS はC1 <C2 ≪CS なる条件を
満足する大きさに設定される。したがって、定常運転時
には三相交流電力系統11の対地電圧Vg は、各相真空
バルブそれぞれに、直列静電容量C1 ,C2 ,CS に逆
比例する形で静電容量分圧されるので、分圧コンデンサ
33の端子電圧VS は微小な電圧値となる。一方真空バ
ルブ31の真空度が10-2Torrオーダにまで低下す
ると、一対の接触子2および3と金属シールド7との間
で異常放電101Sが発生し、金属シールド7の電位が
電源系統の常規対地電圧Vg に上昇し、この電位Vg
静電容量C2 およびCS で静電容量分圧することにな
る。したがって分圧コンデンサ33の端子電圧VS は上
昇するので、この電位上昇を電位計によって検出するこ
とによって異常放電の発生を検出でき、真空度が低下し
た真空バルブを容易に検知することができる。
【0016】真空バルブ31が第2図に示す開極状態の
場合、負荷側の接触子3はほぼ零電位となるが、真空度
が低下した場合の異常放電は極間寸法L1 に較べて大き
いギャップ長L2 を有する金属シールド7側に放電しや
すい性質を有するので、閉極状態におけると同様に異常
放電を検出することができる。なお、外部電極32には
充電電流が流れるだけなので、絶縁容器5の外周面に沿
面絶縁距離を残した所定の幅で導電性塗膜または箔状電
極を被着することによって容易に形成でき、ことに真空
バルブ31をSF6 ガス雰囲気中に配設することによっ
てより外部絶縁の信頼性の高い真空度低下検出装置が得
られる。
【0017】第3図はこの発明の実施例を示す要部の断
面図であり、真空バルブ41がその絶縁容器35に埋設
された埋込形外部電極42を備え、分圧コンデンサを接
続するための外部端子42Aのみが絶縁容器35の外側
に露出するよう構成された点が前述の参考例と異なって
おり、一対の端板4A,4Bに対して十分な沿面絶縁距
離を確保できるので、外部絶縁の信頼性のより優れた真
空バルブとその真空度低下検出装置が得られる。
【0018】
【発明の効果】この発明は前述のように、真空バルブの
絶縁容器に外部電極を設け、金属シールドとの間の絶縁
容器の静電容量を高圧コンデンサに兼用する構成とする
ことにより、各相真空バルブのうちいずれに真空度低下
が生じたかを容易かつ開閉いずれの状態においても検知
できる利点が得られる。さらに、外部電極を絶縁容器に
埋設し、その外部端子のみが絶縁容器の外側に露出する
ように配設することにより、外部絶縁の信頼性がより高
い真空バルブ形開閉装置とその真空度低下検出装置が得
られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の参考例を示す閉極状態における断面
【図2】この発明の参考例を示す開極状態における断面
【図3】この発明の実施例を示す要部の断面図
【図4】真空バルブの真空度の経年変化を示す原理的説
明図
【図5】真空度センサを備えた従来の真空バルブを示す
概略断面図
【図6】真空バルブの真空度対極間フラッシオーバ特性
線図
【図7】第1の従来技術を示す構成図
【図8】第2の従来技術を示す構成図
【図9】第3の従来技術を示す構成図
【図10】第4の従来技術を示す構成図
【符号の説明】
1,31,41…真空バルブ、2,3…接触子、4A,
4B…端板、5,35…絶縁容器、7…金属シールド、
10…真空度センサ、11…電源系統、12…負荷系
統、16…高圧コンデンサ、18,33…分圧コンデン
サ、32…外部電極、42…埋込形外部電極、100…
極間異常放電、100S…金属シールドへの異常放電。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柴田 和郎 神奈川県川崎市川崎区田辺新田1番1号 富士電機株式会社内 (72)発明者 鈴木 伸夫 神奈川県川崎市川崎区田辺新田1番1号 富士電機株式会社内 (56)参考文献 特開 昭52−86165(JP,A) 特開 昭49−59974(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01H 33/66

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】三相交流電力系統に接続された開閉装置の
    真空バルブが絶縁容器と、この絶縁容器の一方の端部に
    結合された端板によって支持された固定接触子と、前記
    絶縁容器の他方の端部に結合された端板および金属ベロ
    ーにより支持された可動接触子とを備え、前記絶縁容器
    内部に前記両接触子との間に真空ギャップを保持して同
    心状に配された金属シールドを持ち、前記真空バルブの
    真空度の低下を前記両接触子と金属シールドとの間の異
    常放電により検出するものにおいて、前記絶縁容器の器
    壁に埋設されて前記金属シールドに対向するよう絶縁支
    持されるとともにその外部端子のみが前記絶縁容器の外
    側に露出するように配設された外部電極と、この外部電
    極と大地間に接続された分圧コンデンサとを備え、前記
    異常放電を前記分圧コンデンサの端子電圧により検出す
    ることを特徴とする真空バルブ形開閉装置の真空度低下
    検出装置。
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