JP3830730B2

JP3830730B2 - 真空バルブ

Info

Publication number: JP3830730B2
Application number: JP2000158457A
Authority: JP
Inventors: 晋木下; 善博伊藤; 聡槙島; 敏夫清水; 洋紀関谷
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2000-05-29
Filing date: 2000-05-29
Publication date: 2006-10-11
Anticipated expiration: 2020-05-29
Also published as: JP2001338557A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空遮断器、真空断路器等に組込まれ電路の開閉に使用される真空バルブに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ビル等の電力を受電・配電する場合、電力系統からの引き込み部には、鉄箱型のＣ−GIS（キュービクル型ガス閉鎖配電盤 Cubicle‐type Gas Insulated Switchgear）が設置され、落雷等の万が一の電力トラブルに対処すると共に、電力の安定供給に寄与している。また、Ｃ−GISは、都市のビル地階に設置されることが多く、都市部の高い地価や建設費の抑制の観点から、設置面積を最小限にとどめるために小型化の要求が高い。
【０００３】
従来、Ｃ−GISはその名前の示す通り、圧力容器内にＳＦ₆（六ふっ化硫黄）ガスを充満した中に、電流を通電・遮断する高電圧部を入れ、対地と絶縁していた。しかしながら、ＳＦ₆ ガスは、1997年12月に開催された地球温暖化防止京都会議で地球温暖化ガスとされ、大気への漏洩を厳しく制限された。また、絶縁特性が優れているＳＦ₆ガスであっても、小型化する上で、ＳＦ₆ガスの中に設けられる部品や機器の小型化や相間距離の短縮により電界が厳しくなり、ガスの絶縁破壊が起こる確率が高くなる。そこで、今までのＣ−GISではなく、真空バルブや真空断路器を使用することにより、両者および金属導体を注型したものが検討されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、セラミックス製の碍管を有する真空バルブや真空断路器は線膨張率の異なる複数種類の材料から構成されるために、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂で被覆あるいは注型（モールド）した場合、材料の接する界面や溶接部に高い残留応力が発生し、き裂（クラック）を発生させる原因となり、最悪の場合は地絡事故に到る。
そこで本発明は、複数種類の材料の接する界面や溶接部においてき裂が発生することの少ない真空バルブを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、円筒状のセラミックス碍管と、このセラミックス碍管の端部に接合された円板状のシールリングと、このシールリングの中心を貫通する電極と、前記セラミックス碍管と前記シールリングとの接合部を囲繞して設けられた金属キャップと、この金属キャップを包含して前記電極から前記セラミックス碍管まで被覆する絶縁被覆とを備え、前記絶縁被覆の残留応力を抑制させるように前記金属キャップの端部は前記セラミックス碍管の端部と０〜４mm重なり合い、前記金属キャップの端部内径は前記セラミックス碍管の端部外径よりも０〜２mm大きく形成されていると共に、前記金属キャップの内側の前記セラミックス碍管と前記シールリングとの接合部の近傍には繊維質強化の充填体が形成されていることを特徴とする。
【０００６】
この発明によれば、真空バルブの異種材料の接する部分を覆う金属キャップを設けることにより、高残留応力部を外部から隔絶することになる。このことにより、万が一発生したき裂も金属キャップの外側に出ることがない。また、金属キャップ外側の部分の残留応力がき裂を発生させる応力値よりも低くなるため、高残留応力部を導電性金属キャップ内に隔絶することができ、き裂が外部に広がることがない。また、セラミックス碍管とシールリングの接合部からのき裂発生の可能性を低減することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
図１に示すように、図に表われていない電極接点を包囲する円筒状のセラミックス碍管１の両端に円板状のシールリング２，３が接合され、シールリング２，３の中心を貫通して、上記電極接点に連なる固定電極４および可動電極５が設けられている。６はセラミックス碍管１とシールリング２，３との溶接部であり、内部は真空に保持されている。
【００１３】
固定電極４および可動電極５側のシールリング２，３に、中心に孔のあいた皿の形をした導電性金属キャップ７，８（無酸素銅製厚さ１mm）を取付け、導電性金属キャップ７，８の内側と外側およびセラミックス碍管１の外周をエポキシ樹脂により真空中で注型して絶縁被覆９を形成した。導電性金属キャップ７，８の内径は、セラミックス碍管１の外径よりも２mm（半径で１mm）大きくし、導電性金属キャップ７，８とセラミックス碍管１の重なる長さを１mmとした。一方、比較のために、導電性金属キャップ７，８を取り付けないで固定電極４からシールリング３にわたる外周をエポキシ樹脂により真空で注型し真空バルブも製作した。
【００１４】
両者の残留応力に対する特性を調べるために、100℃の熱水と０℃の冷水に交互に１時間ずつ浸漬する冷熱試験を行った。導電性金属キャップ７，８を取り付けずに注型した真空バルブは５サイクル内でき裂を発生したが、導電性金属キャップ７，８を取り付けて注型した真空バルブは10サイクルでもき裂を発生しなかった。
【００１５】
（実施例２）
図２に示すように、固定電極４と可動電極５（図示していない）のシールリング２，３の形状を従来よりもセラミックス碍管１の外側に延ばし、シールリング２，３の外縁に導電性金属キャップ10を形成した形状とした。この導電性金属キャップ10とセラミックス碍管１との間隔を２mm、重なり長さを２mmとし、外周をエポキシ樹脂により真空で注型した。一方、比較のために、シールリング２，３に導電性金属キャップ10を形成していない従来の形の真空バルブの外周をエポキシ樹脂により真空で注型した。
【００１６】
両者の残留応力に対する特性を調べるために、100℃の熱水と０℃の冷水に交互に１時間ずつ浸漬する冷熱試験を行った。導電性金属キャップ10を有しない真空バルブは５サイクル内でき裂を発生したが、真空バルブは10サイクルでもき裂を発生しなかった。
【００１７】
（実施例３）
図３に示すように、固定電極４と可動電極５付近の電極を支持するシールリング２あるいは３の間にガラスウールを充填し、導電性金属キャップ７，８（厚さ１mm）を固定し、外周をエポキシ樹脂により真空中で注型した。真空で注型しているため、ガラスウールの繊維間には樹脂が含浸されて繊維強化の充填体11が形成されている。導電性金属キャップ７，８の内径は、セラミックス碍管１の外径よりも２mm（半径で１mm）大きくし、導電性金属キャップ７，８とセラミックス碍管１との重なる長さを１mmとした。
【００１８】
残留応力に対する特性を調べるために、100℃の熱水と０℃の冷水に交互に１時間ずつ浸漬する冷熱試験を行った。導電性金属キャップ７，８内にガラスウールを充填し注型した真空バルブは15サイクルでもき裂を発生しなかった。
【００１９】
（実施例４）
同じく図３に示すように、固定電極４と可動電極５付近の電極を支持するシールリング２あるいは３の間に銅ウールを充填し、導電性金属キャップ７，８（厚さ１mm）を固定し、外周をエポキシ樹脂により真空中で注型した。真空で注型しているため、銅ウールの繊維間には樹脂が含浸されて繊維強化の充填体11が形成されている。導電性金属キャップ７，８の内径は、セラミックス碍管１の外径よりも２mm（半径で１mm）大きくし、導電性金属キャップ７，８とセラミックス碍管１との重なる長さを１mmとした。
【００２０】
残留応力に対する特性を調べるために、100℃の熱水と０℃の冷水に交互に１時間ずつ浸漬する冷熱試験を行った。導電性金属キャップ７，８内に銅ウールを充填し注型した真空バルブは15サイクルでもき裂を発生しなかった。
【００２１】
（寸法範囲の検討）
図４に示すように、導電性金属キャップ７とセラミックス碍管１との間隔をｙとし、導電性金属キャップ７とセラミックス碍管１との重なる長さｘをパラメータとして耐クラック性を調査した。その結果を図５に示す。図５の斜線部分Ｇ10は10サイクルの冷熱試験に合格した範囲を示し、斜線部分Ｇ５は５サイクルの冷熱試験に合格した範囲を示す。このことから、導電性金属キャップ７，８，10とセラミックス碍管１の間隔は０〜2.5mm、好ましくは０〜２mmがよく、導電性金属キャップ７，８，10とセラミックス碍管１の重なる長さは、−１〜５mm、好ましくは０〜４mmがよいことがわかる。
【００２２】
上記のように、真空バルブや真空断路器を熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂で注型することにより、電気絶縁性を向上させることが可能となり小型化できる。しかしながら、真空バルブや真空断路器は、線膨張率の異なる複数種類の材料から構成されているため、必ず異種材料界面で内部応力（残留応力）が発生する。この界面で発生する内部応力は、各材料の物性によるから、線膨張率の近い材料で構成すれば低減できるが、実際には不可能である。
【００２３】
上記各実施例によれば、導電性金属キャップ７，８あるいは10を設置することにより、注型することにより発生する内部応力を導電性金属キャップ７，８，10の外側の絶縁被覆９と内側の絶縁被覆９で隔絶し、万が一き裂が発生してもき裂を導電性金属キャップ７，８，10内に収め、導電性金属キャップ７，８，10の外側に伝播させないようにすることができる。
【００２４】
この導電性金属キャップ７，８，10の寸法については、その端部内径とセラミックス碍管１の端部外径の隙間を０〜２mmとすることにより、き裂を発生させない構成となる。また、しばしばセラミックス碍管１には施釉しやすいように段が付いたものがある。段付きのセラミックス碍管についても、同様に導電性金属キャップ７，８，10の端部内径とセラミックス碍管外径との隙間を０〜２mmとすることにより、き裂を発生させない構成となる。
【００２５】
導電性金属キャップ７，８，10の端部とセラミックス碍管１の重なり寸法は０〜４mm、段の付いたセラミックス碍管については、段の付いた部分から０〜４mmとすることにより、き裂を発生させない構成となる。
【００２６】
さらに固定電極４と可動電極５につば（10）の付いた形状にすることにより、導電性金属キャップ７，８と同様の効果となり、部品点数の削減、生産コストの低下を期待できる。また、導電性金属キャップ７，８，10の内側と固定電極や可動電極また接合部の間にガラスウール等の繊維状材料を充填することにより繊維強化材料とし、き裂発生を防止することができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、外周に形成された絶縁被覆にき裂発生の恐れの少ない信頼性の高い真空バルブを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の真空バルブの右半を示す断面図。
【図２】本発明の第２の実施例の真空バルブの右半を示す断面図。
【図３】本発明の第３および第４の実施例の真空バルブの右半を示す断面図。
【図４】本発明の真空バルブの寸法の検討におけるＸＹ座標を定義する図。
【図５】上記寸法検討の結果を示す図。
【符号の説明】
１…セラミックス碍管、２，３…シールリング、４…固定電極、５…可動電極、６…セラミックス碍管とシールリングとの溶接部、７，８，10…導電性金属キャップ、９…絶縁被覆、11…繊維強化充填体、Ｇ10…10サイクル冷熱試験に合格した範囲、Ｇ５…５サイクル冷熱試験に合格した範囲。

Claims

円筒状のセラミックス碍管と、このセラミックス碍管の端部に接合された円板状のシールリングと、このシールリングの中心を貫通する電極と、前記セラミックス碍管と前記シールリングとの接合部を囲繞して設けられた金属キャップと、この金属キャップを包含して前記電極から前記セラミックス碍管まで被覆する絶縁被覆とを備え、前記絶縁被覆の残留応力を抑制させるように前記金属キャップの端部は前記セラミックス碍管の端部と０〜４mm重なり合い、前記金属キャップの端部内径は前記セラミックス碍管の端部外径よりも０〜２mm大きく形成されていると共に、前記金属キャップの内側の前記セラミックス碍管と前記シールリングとの接合部の近傍には繊維質強化の充填体が形成されていることを特徴とする真空バルブ。