JP4446799B2 - 真空遮断器 - Google Patents

Description

本発明は、例えば各種の電力設備や変電所内機器等における電路（電気回路）を開閉もしくは断続する場合などに用いる真空遮断器に関する。

従来、真空遮断器は、平常状態の電路を開閉したり、接地事故や短絡事故などの異常時に、故障状態を検知する過電流継電器などを組み合わせて、自動的に瞬時に電路を遮断する等の機能を有し、各種の電力設備や変電所内機器もしくは高速鉄道車両などに広く使用されている（例えば下記特許文献１，２参照）。

図６は従来の真空遮断器の一例を示すもので、図において、１は真空遮断器Ａの操作機構部で、その操作機構部１の正面側（図６で左側）には、当該真空遮断器Ａに接続した電気回路等の断続操作を自動もしくは手動で行わせるための各種操作ボタン（不図示）等が設けられ、上記操作機構部１の背面側（図６で右側）に設けた絶縁フレーム２内には上記の電気回路等を接続する上下一対の接続端子３，４が設けられている。

また上記一対の接続端子３・４間には、絶縁性の真空容器等で形成した真空バルブ５が設けられ、その真空バルブ５内には、上側の接続端子３に固定ロッド６０等を介して導通する固定電極６と、下側の接続端子４に可撓導体８を有するシャントＳおよび可動ロッド７０等を介して導通する可動電極７とが、上下に対向して設けられている。上記可撓導体８は多数の導電性金属薄板を積層した構成である。また上記固定電極６は図の位置に固定して設けられ、可動電極７は可動ロッド７０とともに上下方向に移動可能であり、それによって可動電極７が固定電極６に接触もしくは離間するように構成されている。

そして例えば各種電力設備における電源回路等の両端部を上記接続端子３，４に接続することによって上記回路内に固定電極６と可動電極７とが対向配置された構成となり、その固定電極６に可動電極７を接離させることによって上記電源電路等の断続もしくは開閉を行うもので、図の場合は前記操作機構部１内の駆動機構で揺動レバー９を揺動させることによって、碍子等の絶縁体１０および可動ロッド７０を介して上記可動電極７を固定電極６に向かって進退動させる構成である。

上記のような真空遮断器、特に電源回路等を断続もしくは開閉する固定電極６と可動電極７とを真空バルブ５内に収容配置したものは以下のような利点がある。
（１）電流遮断後の電極６・７の絶縁回復特性が良好であり、遮断性能に優れる。
（２）アークエネルギーが小さいため電極６，７の損耗が少なく寿命が長い。
（３）真空中で断続動作を行うため、絶縁耐力が高く、電極６，７の間隙を狭くすることができる。又それによって小型化が可能となる。
（４）真空バルブによって電極６，７が完全密封されるため電流遮断時のアークの放出がなくなって安全性が向上すると共に、断続音のもれが少なく、保守点検も不要である。

以上のように真空遮断器は多くの利点を有しているため広い分野で使用されるようになってきている。しかしながら、従来の真空遮断器における前記シャントを構成する可撓導体は、その両端部を可動ロッドや接続端子に直接もしくは接続用導体を介して導電接続するのが一般的であり、その場合、可撓導体と可動ロッドまたは接続端子もしくは接続用導体との接合は図６のようなボルト止めのほか、ろう付け等によって行っていたので、充分な取付強度が得られなかったり、電気抵抗が増大する等の不具合があった。また例えば上記のようなろう付けした可撓導体を真空バルブ内に配置すると、何らかの原因で真空バルブ内の真空度が時間の経過とともに次第に低下してしまう等の不具合があった。さらに従来は前記の可撓導体等よりなるシャントを真空バルブの外側に配置するものであるから真空遮断器が大型化する等の問題があった。

特開平８−２２２０９０号公報 特開平８−２２２０９４号公報

本発明は上記の問題点に鑑みて提案されたもので、前記のような真空遮断器を小型コンパクトに構成すると共に、耐久性および安定性のよい真空遮断器を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために本発明による真空遮断器は、以下のように構成したものである。即ち、各種電力設備における電気回路を接続する一対の接続端子間に設けた真空バルブ内に、前記一方の接続端子に固定ロッドを介して導通する固定電極と、他方の接続端子に可撓導体を有するシャント及び可動ロッドを介して導通する可動電極とを対向させて設け、前記可動電極を固定電極に接離させて前記両接続端子に接続した電気回路の断続、又は開閉操作を行うようにした真空遮断器において、前記可撓導体の両端部を可動ロッド、又は接続端子に導電接続するために、前記可撓導体と可動ロッドもしくは接続端子、又は前記可撓導体と接続用導体とを電子ビーム溶接により一体的に溶着接合し、前記可撓導体は多数枚の導電性金属薄板を積層してなり、前記可動ロッドの軸方向に沿って略Ｓ字状に湾曲形成されることを特徴とする。
また、前記可撓導体を有するシャントは、前記可動ロッドの下側の小径部に挿通され、前記可動ロッドの上部の大径部の下端と前記小径部に螺合されたナットとの間に挟んで締め付け固定されることを特徴とする。
また、高真空槽内の真空中で電子ビーム溶接により前記可撓導体が前記接続用導体に溶着接合されることを特徴とする。
また、各種電力設備における電気回路を接続する一対の接続端子間に設けた真空バルブ内に、前記一方の接続端子に固定ロッドを介して導通する固定電極と、他方の接続端子に可撓導体を有するシャント及び可動ロッドを介して導通する可動電極とを対向させて設け、前記可動電極を固定電極に接離させて前記両接続端子に接続した電気回路の断続、又は開閉操作を行うようにした真空遮断器の製造方法において、多数枚の導電性金属薄板を積層してなり、前記可動ロッドの軸方向に伸縮するＳ字状に湾曲形成される前記可撓導体の両端部が、それぞれ前記シャントの接続用導体である内導体と外導体とに形成された凹部に位置決め保持される工程と、高真空槽内の真空中で、前記可撓導体の一方の端部を前記凹部内で前記内導体と押え金具とに挟んだ状態で電子ビーム溶接すると共に、前記可撓導体の他方の端部を前記凹部内で前記外導体と押え金具とに挟んだ状態で電子ビーム溶接する工程と、を具備することを特徴とする。

また本発明による真空遮断器は、可撓導体等よりなるシャントを電極と共に真空バルブ内に収容配置するようにしたもので、それによって、真空遮断器全体を小型化することが可能となる。この場合、シャントを構成する可撓導体の取付けを前記従来のようなろう付けで行うと、前述のように真空バルブ内の真空度が経時的に低下する不具合がある。そこで、本発明者等は、この真空度が経時的に低下する原因を解明するため鋭意検討を行った結果、その原因が、大気中でろう付けを行ったことにより、そのろう付け箇所に吸収された酸素等のガスが使用中に徐々に放出されるためであることを突き止め、ろう付けに代わる接合方法を種々探索した結果、上記のような電子ビーム溶接によれば真空バルブ内の高真空が安定して保持されることを知見し、さらに検討を重ねて本発明を完成させるに至ったものである。

以上のように本発明による真空遮断器は、可撓導体を電子ビーム溶接により取付けるようにしたため、簡単・確実に溶接接合することができる。また可撓導体等よりなるシャントを電極と共に真空バルブ内に収容配置したことによって、真空遮断器全体を小型コンパクトに構成することができる。さらに前記の電子ビーム溶接による溶接箇所にはガスが殆ど含まれておらず、従って真空バルブ内は高真空が保持され電極の消耗などが起き難く、電極間での開閉動作が良好に安定して行われる。よって、耐久性および安定性のよい真空遮断器を提供することが可能となる。

以下、図に示す実施形態に基づいて本発明を具体的に説明する。図１は本発明による真空遮断器の一実施形態を示す側面図、図２は上記の真空遮断器に用いたシャントの平面，正面および底面図、図３は図２のＡ−Ａ線で切断して上下反転した状態の断面図、図４は上下反転した状態のシャントの組立状態の斜視図、図５は上記シャントを真空バルブ内に取付けた状態の断面図である。なお、前記図６と同一の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

本例の真空遮断器は、図１に示すように、可撓導体８を有するシャントＳを、固定電極６および可動電極７と共に真空バルブ５内に収容配置したもので、上記シャントＳは図１および図２に示すように可動ロッド７０や接続端子４への接続用導体としてのリング状の内導体１１と外導体１２との間に、可撓導体８を周方向に複数個、図の場合は６個設けた構成である。その各可撓導体８の両端部は上記内導体１１と外導体１２とにそれぞれ電子ビーム溶接で一体的に溶着接合され、上記可撓導体８は内導体１１と外導体１２とを介して可動ロッド７０および接続端子４に導電接続されている。

上記可撓導体８は導電性の金属薄板を多数枚積層した構成であり、その金属薄板の材質は適宜であるが、例えば銅、銅合金、アルミニウム合金、ステンレス鋼などの弾性および電子ビーム溶接性に優れるものを用いるとよい。また上記内導体１１と外導体１２は、強度および電子ビーム溶接性に優れる導電性金属であれば任意の材質のものが使用可能である。

上記可撓導体８の厚さも適宜であるが、本実施形態においては厚さ０．０５ｍｍの銅条を５６枚積層すると共に、その積層方向両側の最外層に厚さ０．１ｍｍの銅条をそれぞれ１枚ずつ積層した構成である。また上記可撓導体８の個数も適宜であり、本実施形態においては上記リング状の内外導体１１，１２の周方向に等間隔に６つ設けた構成である。その各可撓導体８の平時および自由状態における側面形状は本実施形態においては図３および図４に示すようにＳ字状に屈曲形成されている。

上記の各可撓導体８を内導体１１および外導体１２に電子ビーム溶接で接合するに当たっては、例えば図３および図４に示すようにシャントを上下反転し、各可撓導体８の両端部を、それぞれ内導体１１および外導体１２に形成した凹部１１ａ、１２ａ内に位置決め保持させると共に、上記各導体１１，１２と、その上部に設けた押え金具１３，１４との間に上記各端部をそれぞれ挟んだ状態で溶接するとよい。また、その溶接作業は高真空槽内等の真空中で行うのが望ましい。

本実施形態は図４に示すように内導体１１の上面縁部に平面略三角形状の凸部１１ｂを周方向に等間隔に複数個設けて、その周方向に隣り合う凸部１１ｂ・１１ｂ間に形成される凹部１１ａ内に上記各可撓導体８の内側の端部を密着嵌合させると共に、その内導体１１と押え金具１３との間に上記各可撓導体８の内側の端部を挟んで真空中で電子ビーム溶接Ｗを施したもので、特に本例は図３の矢印ａに示すように押え金具１３の上方から電子ビームを照射して溶接したものであるが、その照射方向は適宜である。

また上記各可撓導体８の外側の端部は、外導体１２の上面に形成した断面コ字形の凹部１２ａ内に密着嵌合させると共に、その外導体１２と押え金具１４との間に上記各可撓導体８の外側の端部を挟んで上記と同様に真空中で電子ビーム溶接Ｗを施したもので、特に本例は図３の矢印ｂに示すようにリング状外導体１２の半径方向外側から電子ビームを照射したものであるが、各可撓導体８を図３で上下方向に伸長させることによって押え金具１４の上面側もしくは外導体１２の下側から電子ビームを照射することもできる。

上記のようにして可撓導体８を電子ビーム溶接Ｗで固着すると、厚さ方向に積層した可撓導体８同士およびそれに隣接する内導体１１または外導体１２および押え金具１３，１４とを隙間なく良好に溶融固着することができる。また上記のような電子ビーム溶接は、上記のように一般に高真空槽内等の真空中で行うため溶接箇所にガスが含まれにくい、そのため可撓導体８を有するシャントＳを真空バルブ５内に収容配置しても、前記従来のように可撓導体をろう付けした場合のようにろう付け箇所に吸収されたガスが使用中に真空バルブ５内に徐々に放出されて該バルブ５内の真空度が低下するようなことがなく、長期間安定して高真空状態を維持できるものである。

なお、上記のようにして可撓導体８を固着した内導体１１および外導体１２は、それぞれ可動ロッド７０や接続端子４に電気的および機械的に連結するもので、その連結方法は適宜であるが、本実施形態においては図５に示すようにリング状の内導体１１を押え金具１３とともに、可動ロッド７０の下側の丸棒状の小径部７２に挿通し、それらを可動ロッド７０の上部の六角棒状の大径部７１の下端７１ａと、上記小径部７２の雄ねじ部７２ａにねじ込んだナット１５との間に挟んで締め付け固定した構成であり、また外導体１２は押え金具１４とともに図に省略したボルト等の固着具もしくは溶接等によって接続端子４に取付けた構成である。

上記の構成において、接続端子３，４に接続した電気回路が閉じられているときには、図１および図３に示すように固定電極６に可動電極７が接触して導通状態にあり、その状態で、例えば短絡事故等が発生して自動もしくは手動により前記操作機構部１内の駆動機構で揺動レバー９を図１で時計方向に揺動させると、絶縁体１０を介して可動ロッド７０とともに可動電極７が図３の鎖線位置に下降移動して固定電極６から離れ上記の導通状態が遮断される。その際、上記可動ロッド７０の下降移動に伴って内導体１１も押え金具１３とともに下降移動すると前記各可撓導体８は撓みながら下向に伸長して上記内導体１１および外導体１２との導電接続状態は維持されるものである。

以上のように本発明による真空遮断器は、可撓導体を電子ビーム溶接により取付けるようにしたため、簡単・確実に溶接接合することができる。また可撓導体等よりなるシャントを電極と共に真空バルブ内に収容配置したことによって、真空遮断器全体を小型コンパクトに構成することができると共に、前記の電子ビーム溶接による溶接箇所にはガスが殆ど含まれておらず、従って真空バルブ内は高真空が保持され電極の消耗などが起き難く、電極の断続動作を良好に安定して行うことができる。その結果、耐久性および安定性のよい真空遮断器を提供することが可能となるもので、この種の真空遮断器の産業上における利用可能性や選択の自由度を増大できる等の利点がある。

本発明の真空遮断器の一実施形態を示す一部縦断側面図。 （ａ）〜（ｂ）は上記実施形態で用いたシャントの平面図、側面図、底面図。 図２のＡ−Ａ線で切断して上下反転した状態の断面図。 上下反転した状態のシャントの組立状態の斜視図。 上記シャントを真空バルブ内に取付けた状態の斜視図。 従来の真空遮断器の一部縦断側面図。

符号の説明

Ａ 真空遮断器
Ｓ シャント
１ 操作機構部
２ 絶縁フレーム
３、４ 接続端子
５ 真空バルブ
６ 固定電極
６０ 固定ロッド
７ 可動電極
７０ 可動ロッド
８ 可撓導体
９ 揺動レバー
１０ 絶縁体
１１ 内導体
１２ 外導体
１３、１４ 押え金具

Claims (1)

1. 各種電力設備における電気回路を接続する一対の接続端子間に設けた真空バルブ内に、前記一方の接続端子に固定ロッドを介して導通する固定電極と、他方の接続端子に可撓導体を有するシャント及び可動ロッドを介して導通する可動電極とを対向させて設け、前記可動電極を固定電極に接離させて前記両接続端子に接続した電気回路の断続、又は開閉操作を行うようにした真空遮断器の製造方法において、
   多数枚の導電性金属薄板を積層してなり、前記可動ロッドの軸方向に伸縮するＳ字状に湾曲形成される前記可撓導体の両端部が、それぞれ前記シャントの接続用導体である内導体と外導体とに形成された凹部に位置決め保持される工程と、
   高真空槽内の真空中で、前記可撓導体の一方の端部を前記凹部内で前記内導体と押え金具とに挟んだ状態で電子ビーム溶接すると共に、前記可撓導体の他方の端部を前記凹部内で前記外導体と押え金具とに挟んだ状態で電子ビーム溶接する工程と、
   を具備することを特徴とする真空遮断器の製造方法。

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