JP4403782B2 - 真空スイッチギヤ - Google Patents

Description

本発明は、真空スイッチギヤに係り、特に、接地を条件とする真空容器内に固定電極と可動電極を有する開閉器を封入した真空スイッチギヤに関する。

従来の真空スイッチギヤとしては、例えば、真空容器内に、負荷側導体または母線側導体と主回路導体とを接離する主回路開閉部と、主回路導体を母線側導体または負荷側導体と接地用導体とに接離する主回路接地切換部を収納し、真空容器を接地金属または外表面に接地層を有する絶縁物で形成したものがある。この真空容器には、母線側導体、接地用導体および負荷側導体のそれぞれの一部と主回路導体が収納されている。さらに、真空容器は、母線側導体、接地用導体および負荷側導体の真空容器から突出した部分と母線側、接地側および負荷側とをそれぞれ気中で接続した気中接続部を備えて構成されている。また真空容器の外側には、主回路開閉部および主回路接地切換部をそれぞれ駆動する駆動装置を備えて構成されている（特許文献１参照）。

このように、１つの接地した真空容器内に、遮断機能、断路機能、接地機能を集積化することにより、真空の遮断・絶縁性能を高めることができるため、機器をコンパクトに構成することが可能になる。また、組立時には、機能が集積化された真空容器が１部品となるため、部品点数が削減され、信頼性が向上するという利点がある。また真空容器を接地することにより、オンラインで点検作業を行うことが可能になる。

特開２００１−３４６３０６号公報（第４頁から第６頁、図１参照）

従来の真空スイッチギヤにおいては、製造時、開閉部の開閉動作時に発生する数ミクロンメートル以下の微粒子異物がたまたま真空中の高電界部に到達すると、その微粒子が起因して、運転電圧で絶縁破壊することがある。すなわち、真空スイッチギヤの開閉部のうち主回路開閉部の周囲には、開閉時に発生するアークを遮蔽するための中間シールドが設けられているので、アークの発生に伴って絶縁破壊が生じるのを防止するようになっている。しかし、主回路開閉部以外の導体も電界集中部位となるが、シールドされていないので、その電界集中部位に微粒子異物が発生すると、電界集中部位の導体と、接地された真空容器とが微粒子異物を介して導通して絶縁破壊が生じることがある。この絶縁破壊は、機器本来の絶縁耐力が耐電圧試験により、運転電圧の数倍以上であることが確認されているにも関わらず、発生することがある。そして、この絶縁破壊が、系統の保護制御システムにより地絡事故として認識されると、遮断器が開放され、電力系統が停電に至ることがある。また、絶縁破壊を防止するためには、電界集中部位の電界を緩和することが必要となり、機器を大型化して絶縁距離を長くする必要があった。

本発明の課題は、微粒子異物による絶縁破壊を防止し、機器の絶縁信頼性を向上することにある。

前記課題を解決するために、本発明は、接地を条件とする真空容器内に、固定電極と可動電極を有する開閉部を収納し、固定電極と可動電極を、それぞれ前記真空容器内に配置される配線導体を介して母線側導体または負荷側導体に接続し、前記固定電極及び可動電極の周囲に、前記開閉部の開閉動作に伴って発生するアークを遮蔽する中間シールドを配置した真空スイッチギヤにおいて、前記真空容器の中間シールドが配置されている以外の内側であって、前記各導体の電界集中部位の一部又は全部を覆うように遮蔽板を配置し、該遮蔽板は前記電界集中部位と前記真空容器の間において前記真空容器に対して絶縁した状態で前記真空容器に固定され、かつ、前記各導体の電界集中部位は前記各導体に存する角部、屈曲部、突起部もしくは端部であり、該電界集中部位を微粒子異物により発生する絶縁破壊現象によって生じる荷電粒子から前記遮蔽板で遮蔽するようにしたものである。

このように構成すると、例えば、導体付近の高電界部に微粒子異物の発生に伴って絶縁破壊現象が発生した場合、絶縁破壊現象は導体と遮蔽板との間でのみ発生し、遮蔽板と真空容器との間では絶縁破壊現象が生じないため、地絡には至らず、電力系統の停電の原因になることはない。すなわち、微粒子異物がきっかけとなって絶縁破壊現象が発生したときには、遮蔽板と導体が瞬時に同電位になるが、遮蔽板が真空容器に対して絶縁されているので、導体と遮蔽板との間の電界がなくなり、絶縁破壊現象によって生じた荷電粒子が電界によって加速されなくなり、絶縁破壊現象が持続しなくなるため、絶縁耐力が瞬時に回復し、機器の損傷を防止することができるとともに、地絡を防止し、電力系統の停電の原因になることを防止することができる。

本発明によれば、機器の損傷と地絡を防止できるとともに、電力系統の停電の原因になることを防止できる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態を示す真空スイッチギヤの縦断面図である。図１において、真空スイッチギヤは、複数のユニットで構成される受配電盤のうち１ユニット１相分の例を示しており、本実施形態では、接地を条件とする真空容器１、２、すなわち接地された金属製（ステンレス製）の真空容器１、２内には、主回路開閉部１０、断路器２０、フレキシブル導体６３、６４、接地装置３０などが収納されているとともに、導体６１、主回路導体６２が真空容器１、２の内外に亘って配置されている。

主回路開閉部１０は、可動電極１１、固定電極１２を備え、スペーサ１５を間にして断路器２０と分かれて真空容器１内に収納されており、可動電極１１、固定電極１２の周囲には開閉時に発生するアークを遮蔽するための中間シールド１３が配置されている。固定電極１２はスペーサ１５の中央部に形成された貫通孔内に挿入されてスペーサ１５に支持されているとともに、断路器２０の固定電極２２に連結されている。可動電極１１の周囲には可動電極１１と固定電極１２の開閉時に発生する荷電粒子が外部に広がるのを防止するための絶縁物１４が配置されており、この絶縁物１４は中間シールド１３の端部に連結されている。また可動電極１１は容器内配線用導体としてのフレキシブル導体６３を介して導体６１に接続されている。導体６１は、真空容器１の内外に渡って配置されたセラミックス製の接続部８１の貫通孔内に挿入されており、導体６１の端部には電界の集中を緩和するための円盤形状部６１ａが一体となって形成されている。この導体６１は、真空容器１の外部に配置された母線と接続される場合には母線側導体となり、負荷が接続された電力線と接続される場合には負荷側導体となる。

可動電極１１は、絶縁ロッド１７を介してベローズ１８と操作ロッド１９に連結されており、外部の操作器に連結された操作ロッド１９の開閉操作によって、固定電極１２と互いに接触したり、あるいは固定電極１２から離れたりするようになっている。すなわち、主回路開閉部１０は、可動電極１１と固定電極１２の開閉動作によって、導体６１と主回路導体６２とを接離するようになっている。また可動電極１１と固定電極１２は、銅にクロムやコバルトなどの物質を微量混合して構成されており、耐アーク性の向上によって、電流遮断能力として優れたものを備えている。なお、フレキシブル導体６３は、薄い銅板を複数枚積層して構成されている。

一方、断路器２０は、補助開閉部として、固定電極２２、可動電極２１を備えて真空容器２内に収納され、主回路導体６２と主開閉部１０とを接離するように構成されている。可動電極２１は容器内配線用導体としてのフレキシブル導体６４を介して主回路導体６２に接続されている。主回路導体６２は、真空容器１の内外に亘って配置されたセラミック製の接続部８２の貫通孔内に挿入されており、主回路導体６２のほぼ中央部には電界を緩和するための円盤形状部６２ａが一体となって形成されている。主回路導体６２は、真空容器１の外部に配置された母線と接続される場合には母線側導体となり、負荷が接続された電力線と接続される場合には負荷側導体となる。また可動電極２１は絶縁ロッド２７を介してベローズ２８、操作ロッド２９に連結されており、外部に配置された操作器によって操作ロッド２９が開閉操作されることに伴って、断路器２０の開閉動作が行われるようになっている。またフレキシブル導体６４と主回路導体６２の端部はそれぞれベローズ３８、接地用導体３９を有する接地装置３０に接続されており、外部に配置された操作器によって接地用導体３９が開閉動作されるようになっている。主回路導体６２は接地用導体３９を介して接地されるようになっている。フレキシブル導体６４は、薄い銅板を複数枚積層して構成されている。

なお、セラミックス製の接続部８１、８２に用いられるセラミックとしては、アルミナ、シリカ、酸化マグネシウム、酸化チタン、マイカ、窒化ホウ素、フッ化アルミニウムなどが用いられる。

上記構成における真空スイッチギヤにおいては、導体６１の円盤形状部６１ａ、主回路導体６２の円盤形状部６２ａ、フレキシブル導体６３、６４、主回路開閉部１０や断路器２０における角部、屈曲部、突起部、端部などは、高電界が印加されたときに電界が集中する電界集中部位となる。このような電界集中部位に、製造時、開閉動作時に数ミクロンメートル以下の微粒子異物が発生すると、そのままでは、その微粒子異物が起因して、絶縁破壊することがある。このような微粒子異物は、基本的には発生しないように、機器を設計・制作しているが、万が一発生した微粒子異物を無害化できれば、制作工程の簡素化と信頼性向上が可能になる。

そこで、本実施形態においては、電界集中部位など、開閉部１０や断路器２０の開閉動作に伴って発生する微粒子異物の発生領域の一部または全部を遮蔽する遮蔽板１０１、１０３、１０５、１０７、１０９を真空容器１、２の内側に配置し、各遮蔽板１０１、１０３、１０５、１０７、１０９を真空容器１、２に対して絶縁した状態で、すなわち、絶縁部材で構成されたスペーサ１００、１０２、１０４、１０６、１０８を介して真空容器１、２に固定することとしている。遮蔽板１０１、１０７はそれぞれ円筒状に形成されており、遮蔽板１０３、１０５、１０９はそれぞれ板状に形成されている。そして各遮蔽板１０１、１０３、１０５、１０７、１０９の端部は内側に曲げ加工されて、電界が集中するのを緩和するようになっている。遮蔽板１０１は導体６１、円盤形状部６１ａ、フレキシブル導体６３から発生する微粒子異物を遮蔽するように構成されており、遮蔽板１０７は主回路導体６２、円盤形状部６２ａから発生する微粒子異物を遮蔽するように構成されている。遮蔽板１０３はフレキシブル導体６３と可動電極１１との接続部から発生する微粒子異物を遮蔽するようになっており、遮蔽板１０５は断路器２０から発生する微粒子異物を遮蔽するようになっている。また遮蔽板１０９はフレキシブル導体６４、主回路導体６２から発生する微粒子異物を遮蔽するようになっている。

上記構成において、電界集中部位において、微粒子異物の発生に伴って絶縁破壊現象が発生すると、この絶縁破壊現象が発生した瞬間に、電界集中部位と、遮蔽板１０１、１０３、１０５、１０７、１０９が微粒子異物を介して導通し同電位、例えば、運転電圧の２２ｋＶになる。しかし、遮蔽板１０１、１０３、１０５、１０７、１０９が真空容器１、２に対して絶縁されているので、遮蔽板１０１、１０３、１０５、１０７、１０９と電界集中部位の導体とが同電位になった瞬間に、電界集中部位の導体と遮蔽板１０１、１０３、１０５、１０７、１０９との間の電界がなくなり、絶縁破壊現象によって生じた荷電粒子が電界によって加速されなくなり、絶縁破壊現象が持続しなくなる。そして一旦絶縁破壊現象が消滅すると、絶縁破壊のきっかけとなった微粒子異物は絶縁破壊とともに消滅する。しかも、微粒子異物が存在しないときの機器の絶縁耐力は、運転電圧の数倍以上あるため、絶縁耐力が瞬時に回復し、機器の損傷を防止することができる。さらに遮蔽板１０１、１０３、１０５、１０７、１０９と真空容器１、２との間の絶縁耐力を、運転電圧に耐圧するように設計することにより、地絡を防止することができるとともに、絶縁破壊現象が電力系統の停電の原因になることを防止できる。

次に、本発明の第２実施形態を図２および図３にしたがって説明する。本実施形態は、主回路開閉部１０のほかに、２台の断路器２０を真空容器１内に収納し、各断路器２０をそれぞれ主回路開閉部１０に電気的に接続するようにしたものである。そして主回路部１０と各断路器にはそれぞれ接地装置３０が配置されており、主回路開閉部１０、各断路器２０は互いに独立して接地することが可能である。各断路器２０の可動電極２１はフレキシブル導体６４を介して導体６５に接続されており、導体６５はそれぞれ導体６６に接続されている。主回路開閉部１０の可動電極１１はフレキシブル導体６３を介して導体６５に接続されており、主回路開閉部１０の導体６５は導体６７を介して、隣接する断路器２０の導体６５に接続されている。

本実施形態においては、主回路開閉部１０、各断路器２０の周囲を微粒子異物の発生領域として、主回路開閉部１０、各断路器２０、接地装置３０の周囲を囲むように、金属板で構成された遮蔽板１１１、１１３、１１５、１１７、１２１が真空容器１の内側に配置され、各遮蔽板１１１、１１３、１１５、１１７が絶縁部材としてのスペーサ１１０、１１２、１１４、１１８を介して真空容器１に固定され、遮蔽板１２１が絶縁ロッド１７、２７を介して真空容器１に固定されている。板状に構成された遮蔽板１１１、１１３、１１５、１１７、１２１は両端側が大きな半径で内側に曲げ加工されて、電界の集中を緩和できるようになっている。なお、この端部を絶縁物で被覆することで、絶縁耐力をさらに高めることができる。また、端部を絶縁物で被覆するに際しては、シート状セラミックで覆ったり、ダイヤモンド状炭素薄膜を形成したりすることができる。

本実施形態においては、主回路開閉部１０、断路器２０、接地装置３０のうち電界集中部位において微粒子異物による絶縁破壊現象が発生しても、真空容器１の内側に、真空容器１に対して絶縁された遮蔽板１１１、１１３、１１５、１１７、１２１が配置されているため、絶縁破壊現象によって機器が損傷するのを防止することができるとともに地絡を防止し、絶縁破壊現象が電力系統の停電の原因となるのを防止することができる。

また本実施形態においては、接続部８１、８２と導体６１、主回路導体６２をそれぞれ同一の方向に向けて配置するとともに、操作ロッド１９、２９、３９を導体６１、主回路導体６２と同一の方向に向けて配置しているため、側面が平面に近い簡単な形状に構成することができ、遮蔽板１１１、１１３、１１５、１１７も簡単な形状となり、設置が容易となる。

また絶縁ロッド１７、２７の周囲に円盤状の遮蔽板１２１を配置しているので、主回路開閉部１０、断路器２０の上部側から発生する微粒子異物に起因して、真空容器１の上部側の空間部で絶縁破壊現象が発生したときには、この絶縁破壊現象を遮蔽板１２１によって瞬時に消滅させることができる。

また主回路開閉部１０、各断路器２０の下面側にも、絶縁部材としてのスペーサを介して遮蔽板を配置することで、下面に落下静止している微粒子異物が浮上するのを防止することができる。

前記各実施形態においては、遮蔽板として金属板を用いたものについて述べたが、遮蔽板としては、セラミックのような絶縁物を用いて構成することもできる。遮蔽板をセラミックで構成した場合、絶縁破壊現象が生じたときには、遮蔽板の表面が導体の電位と同電位となる。このセラミックとしては、アルミナ、シリカ、酸化マグネシウム、酸化チタン、マイカ、窒化ホウ素、フッ化アルミニウムなどがある。

また遮蔽板と導体との間で絶縁破壊現象が起こったあと、遮蔽板に交流運転電圧のピーク値の電位が残ったままになることがあり、この場合、直流電圧に対する絶縁耐力が必要となる。この絶縁耐力に対応した絶縁距離を確保していれば問題はないが、絶縁物の表面に、交流電圧に対する絶縁には影響しないような高抵抗の導電層を設けることにより、遮蔽板に蓄積された電荷を逃がし、直流電圧がかからないようにすることができる。これにより、絶縁距離を小さくし、機器をコンパクト化することができる。例えば、金属板で構成された遮蔽板の表面に金属板と真空容器とを結ぶ高抵抗の導電層を形成する。このときの導電層の抵抗値は１０^１０Ω以上とする必要がある。

また遮蔽板としては、導体と真空容器との間に１つ配置するものについて述べたが、遮蔽板を複数枚重ねて配置することで、各遮蔽板に印加される電圧を低減することができ、より絶縁信頼性を高めることができる。この場合、各遮蔽板と各遮蔽板との間には絶縁部材としてのスペーサが挿入されることになる。

また主回路開閉部１０、断路器２０などの開閉部を真空容器１、２内に収納するに際しては、固定電極と可動電極を有する開閉部を相数分、例えば、３相分収納することもできる。この場合、各相の固定電極と各相の可動電極をそれぞれ各相の容器内配線用導体、例えば、フレキシブル導体を介して各相の母線側導体または各相の負荷側導体に接続し、各相の開閉部の開閉動作に伴って発生する微粒子異物の発生領域の一部または全部を遮蔽する遮蔽板を真空容器の内側に配置し、遮蔽板を真空容器に対して絶縁した状態で真空容器に固定する構成を採用することになる。

本発明の一実施形態を示す真空スイッチギヤの縦断面図である。 本発明の第２実施形態を示す真空スイッチギヤの縦断面図である。 図２に示す真空スイッチギヤの平面図である。

符号の説明

１、２ 真空容器
１０ 主回路部
１１ 可動電極
１２ 固定電極
２０ 断路器
２１ 可動電極
２２ 固定電極
３０ 接地装置
６１ 導体
６２ 主回路導体
６３、６４ フレキシブル導体
１００、１０２、１０４、１０６、１０８ スペーサ
１０１、１０３、１０５、１０７、１０９ 遮蔽板

Claims (11)

1. 接地を条件とする真空容器内に、固定電極と可動電極を有する開閉部を収納するとともに、母線側導体と負荷側導体を前記真空容器の内外に亘って配置し、前記固定電極と前記可動電極を、それぞれ前記真空容器内に配置される配線用導体を介して前記母線側導体と前記負荷側導体のうちいずれか一方に接続し、前記固定電極及び可動電極の周囲に、前記開閉部の開閉動作に伴って発生するアークを遮蔽する中間シールドを配置した真空スイッチギヤにおいて、
   前記真空容器の中間シールドが配置されている以外の内側であって、前記各導体の電界集中部位の一部又は全部を覆うように遮蔽板を配置し、該遮蔽板は前記電界集中部位と前記真空容器の間において前記真空容器に対して絶縁した状態で前記真空容器に固定され、かつ、前記各導体の電界集中部位は前記各導体に存する角部、屈曲部、突起部もしくは端部であり、該電界集中部位を微粒子異物により発生する絶縁破壊現象によって生じる荷電粒子から前記遮蔽板で遮蔽することを特徴とする真空スイッチギヤ。
2. 請求項１に記載の真空スイッチギヤにおいて、前記遮蔽板は、金属板で構成されて、絶縁部材を介して前記真空容器に固定されてなることを特徴とする真空スイッチギヤ。
3. 請求項１に記載の真空スイッチギヤにおいて、前記遮蔽板は、セラミックを含む絶縁物で構成されて、絶縁部材を介して前記真空容器に固定されてなることを特徴とする真空スイッチギヤ。
4. 請求項１に記載の真空スイッチギヤにおいて、前記遮蔽板は、板状絶縁物で構成されて、絶縁部材を介して前記真空容器に固定されてなることを特徴とする真空スイッチギヤ。
5. 請求項２に記載の真空スイッチギヤにおいて、絶縁部材を介して前記真空容器に固定され、前記金属板は、その一部または全部が絶縁被覆されてなることを特徴とする真空スイッチギヤ。
6. 請求項１に記載の真空スイッチギヤにおいて、前記遮蔽板と前記真空容器との距離は、前記母線側導体に接続される電力系統の運転電圧に耐圧する距離に設定されてなることを特徴とする真空スイッチギヤ。
7. 請求項１に記載の真空スイッチギヤにおいて、前記遮蔽板は、前記開閉部、前記母線側導体、前記負荷側導体および容器内配線用導体のうち電界集中部位に相対向して配置されてなることを特徴とする真空スイッチギヤ。
8. 請求項１に記載の真空スイッチギヤにおいて、前記遮蔽板は、前記開閉部、前記母線側導体、前記負荷側導体および容器内配線用導体のうち電界集中部位に相対向して、前記真空容器の下部側に配置されてなることを特徴とする真空スイッチギヤ。
9. 請求項１に記載の真空スイッチギヤにおいて、前記遮蔽板は、金属板で構成されて、絶縁部材を介して前記真空容器に固定され、前記絶縁部材の表面には、前記金属板と前記真空容器とを結ぶ高抵抗の導電層が形成されてなることを特徴とする真空スイッチギヤ。
10. 請求項１に記載の真空スイッチギヤにおいて、前記遮蔽板は、複数枚で構成され、前記各遮蔽板間には絶縁部材が挿入されてなることを特徴とする真空スイッチギヤ。
11. 接地を条件とする真空容器内に、固定電極と可動電極を有する開閉部を相数分収納するとともに、母線側導体と負荷側導体を前記真空容器の内外に亘って相数分配置し、前記各相の固定電極と前記各相の可動電極を、それぞれ各相の容器内配線用導体を介して前記各相の母線側導体と前記各相の負荷側導体のうちいずれか一方に接続し、前記固定電極及び前記可動電極の周囲に、前記各相の開閉部の開閉動作に伴って発生するアークを遮蔽する中間シールドを配置した真空スイッチギヤにおいて、
    前記真空容器の中間シールドが配置されている以外の内側であって、前記各導体の電界集中部位の一部又は全部を覆うように遮蔽板を配置し、該遮蔽板は前記電界集中部位と前記真空容器の間において前記真空容器に対して絶縁した状態で前記真空容器に固定され、かつ、前記各導体の電界集中部位は前記各導体に存する角部、屈曲部、突起部もしくは端部であり、該電界集中部位を微粒子異物により発生する絶縁破壊現象によって生じる荷電粒子から前記遮蔽板で遮蔽することを特徴とする真空スイッチギヤ。

Images