JP3788148B2 - 真空スイッチ及びその運転方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は真空スイッチ及びその運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
真空スイッチギヤの遮断性能及び耐電圧性能は真空圧力が１０^-4Torr以下になると急激に低下する。真空圧力変動の原因には、亀裂発生による真空漏れはもちろんのこと、真空容器等を構成する金属・絶縁物に吸着していた気体分子の放出、さらには雰囲気ガスの透過などがある。高電圧化に伴って真空容器が大型化すると、吸着ガスの放出，雰囲気ガスの透過が無視できなくなる。真空遮断器において、種々の手段を用いて真空度の監視をすることは良く知られている。例えば、USP5,537,858，USP5,739,419，USP4,163,130，実開昭55−45160 号公報，特開昭56−36818 号公報，特開平8−306279 号公報等に記載されている。しかし、USP4,163,130 のように、接地されていない真空容器の真空度を接触式で測定するには、主回路と同電位にある測定装置を接地電位から浮かせるために、トランス等が必要となり、測定装置が大型化して実用化されていない。
【０００３】
また、USP5,739,419，特開平8−306279 号公報等のように真空容器と非接触式で測定しようとする試みはあるが、真空容器の真空度変化を目的の精度で検出する方法は見出されていない。実開昭55−45160 号公報には、接地真空容器であることは明記されていないが、遮断器を収納する第１真空容器を取り囲む第２真空容器に真空測定装置を取り付けた構成が開示されている。又、真空測定装置とともに真空容器に真空ポンプを接続することも記載されている。しかし、第１真空容器と第２真空容器は連通していないから、第１真空容器の真空度を直接測定することができない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
絶縁物を用いて測定端子を主回路と切り離して構成した場合、測定端子のサイズは絶縁物を含めると真空バルブと同程度になってしまうほど大型になる。また、測定端子で発生した電子ｅが、絶縁物と衝突しながら２次電子を発生して電子倍増された状態で真空バルブ内に侵入するため、真空バルブの絶縁性が劣化する問題がある。電源側線路と真空圧力測定素子の外側円筒電極を同電位とし、コンデンサで分圧された電圧を内側電極に印加することによって、絶縁物を不要とすることができる。その結果、測定端子を小型化できるが、コンデンサの対地との絶縁を考慮すると結果的に装置が大型化し、さらに主回路の電圧変動（例えば、サージ電圧など）の影響を受けるという問題がある。また、測定素子が電源側線路と同電位となっているため、測定器、あるいは警告ランプ，警音などを発生するためのリレーへの伝送に絶縁トランスや光伝送を必要とする為、システム全体が複雑化してしまうという問題がある。
【０００５】
本発明の目的は、遮断部の真空度を確実に測定，監視することができ、しかも、遮断部又は断路部に不具合あるいは故障があっても真空スイッチ全体に広がることはなく、信頼性が向上し、かつ、小型化した真空スイッチ及びその運転方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、真空遮断器部と断路器部とをそれぞれ異なった接地真空容器に収容し、その接地真空容器に真空圧力測定装置を設けた真空スイッチに関する。
【０００７】
本発明において、真空遮断器部とは真空遮断を行う必要構成、即ち可動電極，固定電極及びそれらを支持する導体とそれらを収容する真空容器を含む。又、断路器部とは、遮断器部に接続され、必要に応じ遮断器を断路状態に保持する装置で、必要に応じ接地装置を含む。又それらの要素を収納する真空容器を含む。
【０００８】
本発明において、単一真空容器内に遮断器・断路器・接地開閉器を集積した構造では、負荷あるいは開閉装置本体を保守・点検する作業者の安全を確保する上で、操作器の真空圧力チェック機能、あるいは圧力の常時監視機能を付加することが望まれる。これまで、真空圧力検出装置を備えた真空バルブには、電離真空計を取り付けたもの、真空容器内に設けた微小ギャップに電圧を印加し放電して真空度を検出するもの、マグネトロン端子を備えたものなどが知られている。本発明はこれらの公知の真空測定装置を用いることができるが、信頼性，精度の観点から、電離計測計，マグネトロン端子を用いたものが好ましい。また、連続真空度監視には適さないが、メガー装置を測定端子に接続する方式でもよい。これにより、真空度測定のための電源を使用せずに真空度を測定できる。
【０００９】
本発明の真空スイッチは、真空容器内に絶縁物を介して遮断器の固定電極と可動電極とを対向して設け、該真空容器を取り囲んで第１真空容器を設ける。その第１真空容器に真空度測定装置を設ける。また、接地された第１真空容器に、絶縁物を介して固定電極と可動電極とを対向して設け、圧力測定時に該第１真空容器の同軸電極の周囲に磁界発生装置を取り付け、あるいは測定時以外は取り外すことができるようにしても良い。また、接地真空容器の真空度が低下した時に真空度を回復するための真空ポンプを設けるのが良い。
【００１０】
本発明の真空スイッチギヤによれば、主回路と測定端子を電気的に分離できるため、真空度監視・測定機能の信頼性が向上し、さらに真空度低下時においても真空ポンプにより再度高真空を得ることができ、真空スイッチギヤの安全性が確保できるようになる。遮断部と断路部を分離することにより、それらの不具合が全体に広がるのを防ぐことができる。また、遮断部を収容する真空容器の真空度が直接監視できるので、信頼性が高まる。
【００１１】
遮断部の可動電極−固定電極対と、断路部の可動電極−固定電極対が真空容器に絶縁物を介して同軸方向に配置されているため、遮断時の大きな駆動力が電極対に掛かっても、駆動力を軸方向に吸収，緩和できるので、真空スイッチの信頼性が高まる。そして、第１接地真空容器又は第２接地真空容器が真空容器を取り囲んでいるので、その真空容器に不具合が起こっても、第１接地真空容器又は第２接地真空容器が保護する作用をする。
【００１２】
本発明の真空スイッチ及び真空スイッチギヤの運転方法によれば、真空ポンプを必要に応じあるいは随時運転することにより、接地真空容器のみならず真空遮断器部の真空容器の真空度までも同時に向上し、あるいは必要な真空度に維持することができ、真空スイッチ及び真空スイッチギヤの性能を著しく向上することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例を図１により説明する。図１に示す本実施例の真空スイッチは、遮断器部の可動電極１１及び固定電極１０を収容する真空容器１，真空容器１を取り囲む第１接地真空容器２，第１接地真空容器２に取り付けた真空圧力測定端子１１０，第１接地真空容器２に取り付けた真空ポンプ９１，断路器部及び接地部を収納する第２接地真空容器３を概略備えている。真空容器１及び第１接地真空容器２は、大部分が強度の高い金属例えばステンレススチールなどの導電性材料で構成される。そして、第１接地真空容器２は接地されている。導体部分以外は、アルミナなどの絶縁物７，８で構成する。
【００１５】
真空容器１の上下に絶縁物７，８を設けることにより、真空容器１を構成する。真空容器１の内部に、接離自在な固定電極１０と可動電極１１を配置し、両者を操作機構の指令によって接離させて投入及び遮断を行う。可動電極１１に接続された可動導体１５が絶縁物７を貫通する。可動電極１１と絶縁物７の間には、可動電極の運動を許容するわずかな隙間があるので、真空容器１と第１接地真空容器２の真空は連通している。従って、真空測定装置１１０が真空容器１及び接地真空容器２の真空度を直接測定あるいは監視することができる。
【００１６】
可動導体１５の他端はフレキシブル導体６０を介して電源導体６１に接続される。また、可動導体の上記他端は絶縁物１２を介して操作機構のリンク機構に可動ブレード１３により接続される。可動ブレード１３は絶縁物１２に接続されたベローズ１７により気密に封止される。
【００１７】
接地真空容器２は端板２０と側壁２９とから構成され、真空容器１を取り囲むように真空部２ａがある。接続部８１は母線（図示せず）と接続されている。
【００１８】
固定電極１８側は、第２接地真空容器３に収納された断路器の可動電極４９，固定電極５０，フレキシブル導体７４，接地装置の可動電極３２，固定電極３１等を収納する第２接地真空容器３が設けられる。第１接地真空容器２と第２接地真空容器３とは絶縁物８によって互いに気密に遮断されている。従って、真空圧力測定端子１２０，真空ポンプ９０が別個に設けられている。断路器の可動電極４９に接続された可動導体４５は絶縁物４３，可動ブレード４４を介して操作機構のリンク機構に接続される。
【００１９】
可動導体４５は、フレキシブル導体７４を介して負荷導体７０に接続され、負荷（図示せず）に接続部８２を介して電気的に接続される。
【００２０】
図２は本発明に用いられる真空測定装置の一例であるマグネトロン方式真空測定装置の断面図で、測定端子１５０は、第１接地金属容器２の側面に取り付けられる。測定端子１５０は、同軸電極１５２とその周囲に配置した磁界発生用のコイル１５６で構成する。同軸電極１５２は円筒形の外側電極１５３とそれを貫通する内側電極１５４を備え、両者は絶縁部１５１で電気的に絶縁される。なお、コイル１５６の代わりにリング状の永久磁石を用いてもよい。また、永久磁石のＮ極とＳ極を逆にしても同様の性能が得られる。
【００２１】
次に測定端子１５０の動作について説明する。電源回路１３０によって内側電極１５４に負の直流電圧を印加する。印加する電圧は、交流電圧、あるいはパルス状の電圧であってもよい。内側電極１５４から放出された電子ｅは、電界Ｅとコイル１５６で印加した磁界Ｂによってローレンツ力を受け、内側電極１５４の周囲を回転運動する。回転運動する電子ｅは残留ガスを衝突電離させ、発生した陽イオンＩが内側電極１５４に流れ込む。このイオン電流ｊは残留ガス量、すなわち圧力に依存するため、抵抗Ｒの両端に発生する電圧Ｖによって圧力を測定できる。圧力を常時監視する場合には、抵抗Ｒの両端の電圧Ｖによってリレーを動作させ、警報ランプを点灯、あるいは警音を発生させればよい。なお、図３に示すように、真空容器１の遮断性能及び絶縁性能は圧力Ｐが１０^-4Torr以上になると急激に低下するので、真空度がこの値よりも低下しないように（圧力が高くならないように）監視する必要がある。上記実施例で示したマグネトロン方式真空圧力測定端子１５０は、１０^-6Torr程度まで識別可能であり、真空圧力監視として十分有効である。
【００２２】
接地した真空容器２に測定端子１５０を取り付けたため、測定端子１５０の電源回路
１３０を主回路と分離できる。それゆえ、測定端子１５０を浮かせるためのトランスなどが不要となり、抵抗Ｒから直接測定器、あるいはリレー回路に伝送できるため、測定システムは小型で簡略化でき、真空スイッチ全体を小型化できる。また、主回路からのサージによる誤動作がなくなって信頼性が向上する。また、測定端子１５０を第１接地真空容器２に直接接続したため、絶縁筒を介して測定端子を取り付けるよりも、真空容器１に侵入する電子の数が少なく、真空容器１の遮断性能および絶縁性能の低下を回避できる利点がある。
【００２３】
また、第１及び第２接地真空容器２及び３には、真空ポンプ９１，９０が取り付けられているため、万が一真空容器１，第１及び第２接地真空容器２及び３内の真空度が真空容器を構成する部品からのガス放出等により悪化しても、測定端子１５０により検知し、真空ポンプ９１，９０を作動させて内部の真空度を回復させることができる。
【００２４】
真空容器１の円筒状の側壁１ａは、ステンレススチールの導電性材料で形成され、側壁１ａはセラミックスなどの絶縁物で形成された絶縁物８部で固定支持され、かつ絶縁物７部で支持されている。絶縁物８の中央部には、導体１４が設けられ、真空容器１内には導体１４と接続する固定電極１０が設けられている。固定電極１０に対向して可動電極１１が設けられ、遮断器を構成している。真空容器１内の遮断器の可動電極１１を操作する可動導体１５は、絶縁物７を貫通してフレキシブル導体６０に接続され、絶縁物１２を介して可動ブレード１３に接続される。可動ブレード１３は、操作機構部を収納した操作機構に接続されており、操作機構部の動作により可動導体１５を往復運動させる。操作機構には制御装置（図示せず）を備えていて遮断器の操作に必要な信号を発生する。それにより、可動導体１５の往復運動により可動電極１１と固定電極１０との接離が行われる。
【００２５】
このように真空容器１を第１接地真空容器２に収納しているので、真空容器１は、中間的な電位になり、第１接地真空容器２との間で絶縁破壊が生じるのを防止することができる。また、真空容器と第１接地真空容器で絶縁を維持するので真空容器１が万一真空漏れを起こしても絶縁を保つことができる。
【００２６】
真空容器１を収納している第１接地真空容器２は、その軸線方向が真空容器１の軸線方向と同じ方向に配置されている。第１接地真空容器２の一方の端部には、真空容器１の内部方向に凸形状の端板２０が溶接により固定されている。第２接地真空容器３には、その真空度を測定するための真空圧力測定端子１１０が取り付けられている。真空容器側壁には真空ポンプ９１が取り付けられており、第２接地真空容器３の真空圧力の回復が可能である。
【００２７】
端板２０と絶縁物１２の一端とはベローズ１７で接続されて第１接地真空容器２の気密を保っている。導体６１にフレキシブル導体６０の一方の端部が固定されている。第２接地真空容器３の円筒状の側壁３９は、例えばステンレススチールなどの高強度の導電性材料で形成される。第２接地真空容器３は、その軸線方向が第１接地真空容器２の軸線方向と同じ方向に沿って配置されている。側壁３９には絶縁物８を貫通して導体１４が固定され、導体１４の第２接地真空容器３側には断路器４０の固定電極５０が設けられている。固定電極５０に対向して可動電極４９が配置されている。可動電極４９には、可動導体４５，フレキシブル導体７４の取付部，絶縁物４３を介して可動ブレード又は可動導体４４が接続されている。端板７８と絶縁物４３の一端とはベローズ４６で接続されて第２接地真空容器３の気密を保っている。
【００２８】
可動ブレード４４は、操作機構部を収納した操作箱にリンク機構を介して接続されており、操作機構部の動作により可動ブレード４４を往復運動させる。可動ブレード４４の往復運動により可動電極４９と固定電極５０との接離が行われる。このように、遮断器の固定電極１０と断路器４０の固定電極４９を導体１４の両端部に設けているので、断路器４０をゆっくり投入して力を加えた後、遮断器４０を投入することにより遮断器の可動電極１１に加える力と断路器４０の可動電極４９をバランスさせることができる。その結果、絶縁物８を薄く形成しても良く、小型化できる。
【００２９】
接地装置の固定電極３１と対向して可動電極３２が配置されている。可動電極３２は可動ブレード又は可動電極３３に接続されている。側壁３９の筒部内にはベローズ３４が設けられており、ベローズ３４の一端が筒部に、他端が可動ブレード３３に接続されて第２接地真空容器３の気密を保っている。可動ブレード３３には図示しない接地導体が取り付けられており、接地されている。可動ブレード３３は図示しないリンクに接続され、リンクは図示しない操作機構部に接続されている。固定導体３１は導体７０と接続されている。可動導体４５にはフレキシブル導体７４の一端が接続されており、フレキシブル導体７４の他端部は導体７０と接続される。導体７０の外周側には、ブッシング７１が設けられている。ブッシング７１の外周側には導体８２を介して負荷導体７７と接続される。
【００３０】
第２接地真空容器３の側壁３９の横側には、その真空度を測定するための真空圧力測定端子１２０が取り付けられている。
【００３１】
第１接地真空容器と第２接地真空容器を直線状に配置し真空スイッチを構成しているので、奥行きがコクパクトなスイッチギヤを提供できる。また、第１接地真空容器１及び第２接地真空容器３は、それぞれ接地されており、その側壁は接地電位となっているので、三相分接触もしくは近接させて配置することができ、コンパクトなスイッチギヤを提供できる。
【００３２】
また、遮断器の可動ブレードを往復運動させる駆動系で構成して固定導体１４の両端に遮断器の固定電極と断路器の固定電極を配置している。従って、遮断器の可動電極に加える力と断路器の可動電極に加える力をバランスさせることができるので、絶縁物８を薄く形成しても良く、小型化できる。また、遮断器を収納した第１接地真空容器と断路器，接地装置を収納した第２接地真空容器とを接続する構成にしているので絶縁性上の信頼性が向上する。また、遮断器と、断路器及び接地装置を個別に組立てることができるので、スイッチギヤを構成する上での自由度が増す。
【００３３】
第１接地真空容器及び第２接地真空容器に取り付けたそれぞれの真空測定装置内の空間は真空容器と連通しており、真空測定装置によって真空容器の真空圧力を測定あるいは常時監視している。第１接地真空容器２及び第２接地真空容器３には、各々真空ポンプ９０，９１が取り付けられているため、万が一真空容器内の真空が真空容器を構成する部品からのガス放出等により悪化しても、測定端子により検知し、真空ポンプ９０，９１を作動させることで内部の真空度を回復させることができる。これにより真空スイッチの安全性，信頼性を高めることができる。真空度を監視しながら、真空スイッチの性能を高めることができるという、画期的な効果を有する。
【００３４】
真空スイッチにおいて、遮断時点に電極から放出される金属粒子が真空圧力測定装置に入射するのを防止するため、真空圧力測定装置は遮断器の固定電極と可動電極を収納する真空容器１の外側に取り付けるのがよい。また、真空圧力測定装置の取付部に磁性体を用いることにより、真空圧力測定装置の磁気抵抗を減らすことができる。
【００３５】
本発明で用いられる真空圧力測定装置の１例において、同軸電極と、該同軸電極の周囲に取り付けた磁界発生装置により真空圧力を測定する真空圧力測定端子を設けることができる。
【００３６】
また、真空圧力測定装置の前記同軸電極の中心電極と対向して、同軸電極の外部電極と同電位に保った電極を設けても良い。前記同軸電極を、内側面に金属メッキを施したコップ型のセラミック筒とそれを貫通する中心電極で構成することができるなど、種々の変更，改良を加えることも本発明の思想の範囲内である。
【００３７】
真空測定装置の電源としてメガーを用いることができる。図４にはその概略図を示す。図において、第１接地真空容器２の側壁に真空測定装置２３０の端子を取り付ける。測定装置は内側電極２３４の回りを取り囲む外部電極２３３を有し、電極間は絶縁物２３１で絶縁される。一対の永久磁石２３７が外側電極２３３の外側に設けられる。真空度測定に当たっては、メガー２４１の端子２４２を内側電極２３４と真空容器２に接続することにより、メガーを電源として真空度を測定することができる。この場合、測定のために電源を一切必要としないから、装置が簡略化され、かつ安全である。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、真空圧力監視・測定の信頼性が向上し、その結果安全性の高い真空スイッチ及び真空スイッチギヤを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による真空スイッチギヤの構成を示す断面図である。
【図２】本発明の実施例に用いられた真空圧力測定装置の構造を示す断面図である。
【図３】真空絶縁性能と真空度の関係を示すグラフである。
【図４】本発明の他の実施例における真空測定装置の構成を示す概略図である。

Claims (7)

1. 真空遮断器の固定電極及び該固定電極と接離する可動電極を収納する真空容器と、該真空容器と連通し、該真空容器から電気的に絶縁されて該真空容器を収納する第１接地真空容器と、断路器及び接地装置を収納し、前記真空容器及び第１接地真空容器から電気的に絶縁され、かつ、気密に遮断された第２接地真空容器とを備え、前記第１接地真空容器と真空容器及び前記第１接地真空容器と第２接地真空容器は、同軸方向に配置されていると共に、前記第１及び第２接地真空容器には、それぞれ真空圧力測定端子及び真空ポンプが接続されていることを特徴とする真空スイッチ。
2. 前記真空容器内の真空遮断器と電気的に接続され、前記第１接地真空容器から引き出された電源導体と、前記第２接地真空容器内の断路器と電気的に接続され、前記第２接地真空容器から引き出された負荷導体と、前記第２接地真空容器内の接地装置と電気的に接続され、前記第２接地真空容器から引き出された接地導体とを更に備えていることを特徴とする請求項１に記載の真空スイッチ。
3. 前記第１接地真空容器と第２接地真空容器とは絶縁物によって互いに気密に遮断されると共に、前記絶縁物の中央部を導体が貫通して設けられ、該導体の前記第１接地真空容器内端部には前記真空遮断器の固定電極が設けられ、かつ、前記導体の前記第２接地真空容器内端部には前記断路器の固定電極が設けられていることを特徴とする請求項１、又は２に記載の真空スイッチ。
4. 前記真空圧力測定端子は、前記第１及び第２接地真空容器のそれぞれに直接接続されていることを特徴とする請求項１に記載の真空スイッチ。
5. 前記真空圧力測定端子は、前記第１及び第２接地真空容器のそれぞれの真空と連通する空間を有する同軸電極と、該同軸電極の周囲に配置された磁界発生装置とから成ることを特徴とする請求項１又は４に記載の真空スイッチ。
6. 前記同軸電極は、円筒状の外側電極と、該外側電極を貫通する内側電極と、前記両電極を絶縁する絶縁物とで形成されることを特徴とする請求項５に記載の真空スイッチ。
7. 真空遮断器の固定電極及び該固定電極と接離する可動電極を収納する真空容器と連通し、該真空容器と同軸方向に配置され電気的に絶縁されて該真空容器を収納する第１接地真空容器と、断路器及び接地装置を収納し、前記第１接地真空容器と同軸方向に配置されると共に前記真空容器及び第１接地真空容器から電気的に絶縁され、かつ、気密に遮断された第２接地真空容器のそれぞれに接続された真空圧力測定端子に電源が接続された真空測定装置で、前記真空容器内と前記第１及び第２接地真空容器内の真空度を常時監視し、前記真空容器内と前記第１及び第２接地真空容器内の真空度が所定の真空度よりも低下した時に、前記第１及び第２接地真空容器のそれぞれに接続されている真空ポンプを起動して前記真空容器内と前記第１及び第２接地真空容器内の真空度を回復させることを特徴とする真空スイッチの運転方法。

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