JP4762802B2 - 真空スイッチギヤ - Google Patents

Description

本発明は、高電圧回路を遮断する真空スイッチギヤに関し、更に詳しくは、絶縁耐力を更に向上させることができる真空スイッチギヤに関する。

一般に母線からの受電を各種の電気機器に配電する受配電装置（スイッチギヤと称す）は、母線に接続する母線側導体と、負荷側に接続する負荷側導体と、母線側導体と負荷側導体とを接離する主回路開閉器と、負荷側導体を接地するための接地開閉器等とを容器内に収納している。この種のスイッチギヤとして、開閉器内部を真空絶縁、開閉器外部を固体絶縁とした真空スイッチギヤが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

この真空スイッチギヤは、筒状の絶縁部材の一方端及び他方端に、それぞれ金属容器及び金属端板を一体接続して、筒状の絶縁部材内に真空状態となる絶縁収納室を形成し、この絶縁収納室内に、母線側導体に接続する固定電極と可動導体に接続する可動電極とからなる主回路開閉器を収納している。

さらに、アークシールドが、主回路開閉器の固定電極と可動電極との周囲を覆うように、筒状の絶縁部材に固定され、このアークシールドの金属容器側には、これに対向するように、金属容器側電界緩和シールドが金属容器に配置され、アークシールドの金属端板側には、金属端板側電界緩和シールドが金属端板に配置されている。

特開２００２−３２９４４３公報

上述した従来の真空スイッチギヤにおいては、主回路開閉器が開路されると、固定電極と可動電極の間にアークが発生し、両電極から金属蒸気が発生する。アークシールドはこの金属蒸気の飛散を抑制し、筒状の絶縁部材の内面の汚損を抑制して、所要の絶縁性能を維持する役目を有している。また、各電界緩和シールドは、各筒状の絶縁部材と金属容器並びに金属端板との接合部の電界緩和とともに、固定電極と可動電極の開路時に発生する金属蒸気による汚損を抑制している。

しかしながら、アークシールドの金属端板側の端部と、金属端板側の電界緩和シールドの先端との間には、電極軸方向の間隔が開いているため、この部分では金属蒸気が筒状絶縁部材の内面に付着することは避けられない。この点を防止するために、アークシールドの金属端板側の端部と、金属端板側の電界緩和シールドの先端とを、電極軸方向に重なるように配置することが考えられるが、このように構成すると、金属端板側の電界緩和シールドの先端が、アークシールドの金属端板側の端部に接近することになり、金属端板側の電界緩和シールドの先端で、電界が集中し、その絶縁耐力が十分に確保することができなくなるという憾みを生じる。

本発明は、上述した事柄に基づいてなされてもので、その目的とするところは、真空バルブの絶縁筒の内面における金属蒸気の汚損による絶縁の低下を防止することができるとともに、金属端板側の電界緩和シールドの先端での電界集中を緩和し、その絶縁耐力を十分に確保することができる真空スイッチギヤを提供することにある。

上記の目的を達成するために、第１の発明は、固定電極と可動電極とを収納する絶縁筒と、この絶縁筒内に固定電極と可動電極とを覆うように設けたアークシールドと、前記絶縁筒の固定電極側端に接合した固定電極側端板と、前記絶縁筒の内側で前記固定電極側端板の内側に接合した固定電極側シールドと、前記絶縁筒及び前記固定電極側端板を外被する固体絶縁体とを有する真空スイッチギヤにおいて、前記固体絶縁体内における前記絶縁筒と前記固定電極側端板との接合部に対応する部分に、先端が前記固定電極側シールド先端より電極軸方向のうち、前記可動電極側に張出し、前記固定電極側の引出導体に接続する埋込みシールドを設け、前記埋込みシールドの下部と前記引出導体との間に前記埋込みシールドの下部と前記引出導体を接続する接続導体を設け、前記絶縁筒、前記固定電極側端板、前記引出導体、前記埋込みシールド及び前記接続導体を前記固体絶縁体でモールドしたことを特徴とする。

また、第２の発明は、固定電極と可動電極とを収納する絶縁筒と、この絶縁筒内に固定電極と可動電極とを覆うように設けたアークシールドと、前記絶縁筒の固定電極側端に接合した固定電極側端板と、前記絶縁筒の内側で前記固定電極側端板の内側に接合した固定電極側シールドと、前記絶縁筒及び前記固定電極側端板を外被する固体絶縁体とを有する真空スイッチギヤにおいて、前記固定電極側シールドを、その先端が前記アークシールドの径方向に対して外側に位置し、前記アークシールドの先端に対し、電極軸方向位置が一致するように絶縁筒内に配設し、前記固体絶縁体内における前記絶縁筒と前記固定電極側端板との接合部に対応する部分に、先端が前記固定電極側シールド先端より電極軸方向のうち、前記可動電極側に張出し、前記固定電極側の引出導体に接続する埋込みシールドを設け、前記埋込みシールドの下部と前記引出導体との間に前記埋込みシールドの下部と前記引出導体を接続する接続導体を設け、前記絶縁筒、前記固定電極側端板、前記引出導体、前記埋込みシールド及び前記接続導体を前記固体絶縁体でモールドしたことを特徴とする。

更に、第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記埋込みシールドは、接続導体を介して前記引出導体に一体的に結合したことを特徴とする。

また、第４の発明は、第１又は第２の発明において、前記埋込みシールドは、接続導体を一体的に結合し、この接続導体を前記引出導体に締結固定したことを特徴とする。

更に、第５の発明は、固定電極と可動電極とを収納する絶縁筒とこの絶縁筒内に固定電極と可動電極とを覆うように設けたアークシールドと前記絶縁筒の固定電極側端に接合した固定電極側端板と前記絶縁筒の内側で前記固定電極側端板の内側に接合した固定電極側シールドとを有する真空バルブと、真空封止された円筒絶縁物とこの円筒絶縁物内に設けられ前記固定電極側の引出導体に接続する高圧電極とこれに接離する接地電極とを有する接地開閉器と、前記真空バルブ及び前記接地開閉器を外被する固体絶縁体とを備える真空スイッチギヤにおいて、前記固定電極側シールドを、その先端が前記アークシールドの径方向に対して外側に位置し、前記アークシールドの先端に対し、電極軸方向位置が一致するように絶縁筒内に配設し、前記固体絶縁体内における前記真空バルブの絶縁筒と固定電極側端板との接合部に対応する部分に、先端が前記固定電極側シールド先端より電極軸方向のうち、前記可動電極側に張出し、前記固定電極側の引出導体に接続する埋込みシールドを設け、前記固体絶縁体内における前記接地開閉器における円筒絶縁物の接合部に対応する部分に、前記引出導体に接続する埋込みシールドを設け、前記各埋込みシールドの下部と前記引出導体との間に前記各埋込みシールドの下部と前記引出導体を接続する接続導体をそれぞれ設け、前記絶縁筒、前記固定電極側端板、前記引出導体、前記円筒絶縁物、前記埋込みシールド及び前記接続導体を前記固体絶縁体でモールドしたことを特徴とする。

また、第６の発明は、第５の発明において、前記真空バルブ側の埋込みシールド及び前記接地開閉器側の埋込みシールドは、それぞれ接続導体を介して前記引出導体に一体的に結合したことを特徴とする。

更に、第７の発明は、第５の発明において、前記真空バルブ側の埋込みシールド及び前記接地開閉器側の埋込みシールドは、それぞれ接続導体を一体的に結合し、これらの接続導体を前記引出導体に締結固定したことを特徴とする。

また、第８の発明は、第１乃至第７の発明のいずれかにおいて、前記真空バルブ側の埋込みシールドの先端は、円弧上の断面に形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、真空スイッチギヤにおける絶縁筒の内面における金属蒸気の汚損による絶縁の低下を防止することができるとともに、絶縁筒内の固定電極側の電界緩和シールドの先端での電界集中を緩和し、その絶縁耐力を十分に確保することができる。その結果、高電圧仕様に対応可能で、信頼性の高い真空スイッチギヤを提供することができる。

以下、本発明の真空スイッチギヤの実施の形態を図面を用いて説明する。
図１乃図３は、本発明の真空スイッチギヤの一実施の形態を示すもので、図１は本発明の真空スイッチギヤの一実施の形態を示す縦断面図、図２は本発明の真空スイッチギヤの一実施の形態における固定電極側シールドの等電位線の分布図、図３は本発明の真空スイッチギヤの一実施の形態に用いるモールド埋め込みシールドの一例の斜視図である。

まず、図１において、本発明の真空スイッチギヤは、絶縁筒１を備えている。この絶縁筒１の一端（図１中の下端）には、金属製の固定電極側端板２が接合されている。絶縁筒１の他端端（図１中の上端）には、金属容器３が接合されている。この金属容器３、絶縁筒１、固定電極側端板２で区画されて室内は、真空封止されている。

絶縁筒１内には、固定電極４とこれに接離する可動電極５が、図１において上下方向に配置されている。固定電極４は、固定電極側端板２を貫通し絶縁筒１の内部に導入された固定電極側導体６の先端に固定されている。また、可動電極５は、金属容器３内部から絶縁筒１内部に伸びる可動電極側導体７の先端に設けられている。可動電極側導体７は、絶縁体を介して操作ロッドに連結されている。

絶縁筒１の内周には、固定電極４と可動電極５の外周を覆うように、浮遊電位となるアークシールド８が配置されている。このアークシールド８は、固定電極４と可動電極５との開路時に発生する金属蒸気の飛散を抑制し、筒状の絶縁筒１の内面の汚損を抑制して、所要の絶縁性能を維持する役目を有している。絶縁筒１の上部における絶縁筒１と金属容器３との接合部には、アークシールド８の径方向に対して外側に位置するように、金属容器側シールド９が接合されている。また、絶縁筒１と固定電極側端板２との接合部の内周には、固定電極側端板２と導通した固定電極側シールド１０が接合されている。

金属容器側シールド９及び固定電極側シールド１０の各先端は、アークシールド８の先端に対し、電極軸方向位置が一致するように配設されている。金属容器側シールド９及び固定電極側シールド１０は、絶縁筒１と金属容器３並びに金属製の固定電極側端板２との接合部の電界緩和とともに、固定電極４と可動電極５の開路時に発生する金属蒸気による絶縁筒１内面の汚損を抑制している。

固定電極側導体６には、固定電極側端板２外において、引出導体１１が接続されている。絶縁筒１の下方端と固定電極側端板２との接合部の外周には、筒状の埋込みシールド１２が配置されている。この埋込みシールド１２は、図２に示すように接続導体１３を介して引出導体１１に接続されて、引出導体１１と一体的に成形されている。そのため、埋込みシールド１２と引出導体１１との製作や組立の工程が良好である。また、接続導体１３を１ないし２箇所の最小限とすることで、埋込みシールド１２の成形時に、その内側への樹脂の流れ込み口が広くとれ、注型をスムーズに行うことができる。

図１に戻り、埋込みシールド１２の先端（上端）は、断面円弧上になっているとともに、固定電極側シールド１０の先端より電極軸方向に対して張出して配置されている。この埋込みシールド１２は、固定電極４と、可動電極５と、これらの電極４，５を内蔵する絶縁筒１と、金属容器３と、固定電極側端板２等で構成される真空バルブＶＣＢの外周に外被する固体絶縁体１４によってモールドされている。

次に、上述した本発明の真空スイッチギヤの一実施の形態の動作を説明する。
このように構成された本発明の真空スイッチギヤにおいては、アークシールド８の下端部と固定電極側シールド１０の先端との電極軸方向位置が一致するように配設されているため、可動電極５が固定電極４に対して開路したとき生じるアークによって金属蒸気が発生しても、絶縁筒１の内面の汚損は最小限に抑えることができる。

一方、アークシールド８の下端と固定電極側シールド１０の上端とが、接近して配置されるため、両先端の電界が上昇することになるが、真空中ではギャップ放電より沿面放電による破壊形態の方が低い耐電圧を示すことから、特に、絶縁筒１の沿面に近い固定電極側シールド１０の先端での電界集中を低減することが重要である。この固定電極側シールド１０の先端での電界集中は、図１に示したように埋込みシールド１２の上端を固定電極側シールド１０の先端よりも上方に張出すように配置したので、固定電極側シールド１０の先端付近の等電位線は、図３の点線で示すように上方に移動し、その間隔が広がるため、固定電極側シールド１０の先端での電界集中が低減される。その結果、固定電極側シールド１０の先端での電界集中が緩和され、その絶縁耐力を十分に確保することができる。

上述した固定電極側シールド１０の先端での電界集中を緩和するためには、図３に示すように、固定電極側シールド１０の先端からの埋込みシールド１２の先端の張出し寸法ｈを、両シールド１０，１２の径方向間隔寸法ｄで割った比率に対する固定電極側シールド１０の先端の電界（相対比）は、寸法比率（ｈ／ｄ）が大きくなる程、低減するが、ｈ／ｄが２以上で飽和する特性となることから、埋込みシールド１２の張出し寸法ｈは、固定電極側シールド１０と埋込みシールド１２の径方向間隔寸法ｄの２倍に設定することが良い。この設定は、固定電極側シールド１０の先端での絶縁性と埋込みシールド１２の製作性の両面から見た合理的な値であるが、アークシールド８との位置関係を考慮し、２倍以上で２．５倍程度にも設定することができる。

この実施の形態によれば、真空スイッチギヤにおける筒状の絶縁部材の内面における金属蒸気の汚損による絶縁の低下を防止することができるとともに、金属端板側の電界緩和シールドの先端での電界集中を緩和し、その絶縁耐力を十分に確保することができる。その結果、高電圧仕様に対応可能で、信頼性の高い真空スイッチギヤを提供することができる。また、固定電極側シールド１０の上端を、アークシールド８の下端に接近して配置することができるので、真空スイッチギヤの電極軸方向の寸法、及び埋込みシールド１２の外周側での等位電位線も集中しないことから、固体絶縁体１４の径方向の寸法を小さくすることができ、真空スイッチギヤの全体を小形化することができる。

図４は本発明の真空スイッチギヤの一実施の形態に用いる埋め込みシールド１２の他の例を示す斜視図であり、この図４において、図２と同符号のものは、同一または相当する部分である。
この例における埋込みシールド１２は、その接続導体１３をネジ止め等の締結手段１５により引出導体１１に支持固定したものである。この例においても、取り付けが簡単であり、組立の工程が削減できる。この場合、埋込みシールド１２の材質は本体内部から伝導してくる熱をモールド樹脂へ放散することを促進するため、熱伝導率の大きい銅材が好ましい。

図５及び図６は、本発明の真空スイッチギヤの他の実施の形態を示すもので、図５は本発明の真空スイッチギヤの他の実施の形態を示す縦断面図、図６は図５に示す本発明の真空スイッチギヤの他の実施の形態に用いる埋込みシールドの一例の斜視図である。これらの図において、図１及び図２と同符号のものは、同一または相当する部分であるので、その詳細な説明は省略する。
この実施の形態は、真空バルブＶＣＢに接地開閉器ＥＳを隣接して設ける形式の真空スイッチギヤにおいて、前述した実施の形態の構成に加えて、固体絶縁体１４内における接地開閉器ＥＳの外周に対応する部分に、引出導体１１に接続する埋め込みシールド１６を設けて構成したものである。

即ち、接地開閉器ＥＳは、絶縁材料で製作された円筒絶縁物１７と、この円筒絶縁物１７の両端を真空封止する高圧側端板１８及び接地側端板１９と、高圧側端板１８に貫通して固定された高圧導体２０と、この高圧導体２０の先端に設けられた高圧電極２１と、接地側端板１９に貫通して接地側端板１９に伸縮手段２２を介して接続した接地導体２３と、この接地導体２３の先端に設けられ、高圧電極２１に接離可能な接地電極２４とを有している。

接地開閉器ＥＳの高圧導体２０は、真空バルブＶＣＢからの伸びる引出導体１１に接合されている。真空バルブＶＣＢ、接地開閉器ＥＳ及び引出導体１１の外周には、これらを包含するように固体絶縁体１４が成形されているとともに、固体絶縁体１４内における円筒絶縁物１７と高圧側端板１８との接合部に対応する外周には、埋込みシールド１６が配置されている。この埋込みシールド１６は、接続導体２５によって高圧導体２０と導通した出導体１１に接続している。この埋込みシールド１６は、接地開閉器ＥＳにおける円筒絶縁物１７の固体絶縁体１４側の端面の電界集中を回避する役目を果している。

埋込みシールド１６は、図６に示すように、接続導体２５を介して引出導体１１と一体に鋳造か、もしくは図７に示すように、埋込みシールド１６に一体的に設けた接続導体２５を、ネジ等の締結手段１５により引出導体１１に支持固定されている。

このように構成された本発明の真空スイッチギヤにおいては、埋込みシールド１６は、接地開閉器ＥＳにおける円筒絶縁物１７の固体絶縁体１４側の端面の電界集中を回避する役目を果しているが、引出導体１１と一体に鋳造か、もしくはネジ止め等の締結手段１５により支持固定されているので、埋込みシールド１６の製作や組立の工程が削減できる。

この実施の形態によれば、前述した実施の形態と同様に、真空スイッチギヤにおける絶縁筒の内面における金属蒸気の汚損による絶縁の低下を防止することができるとともに、固定電極側シールド先端での電界集中を緩和し、その絶縁耐力を十分に確保することができる。その結果、高電圧仕様に対応可能で、信頼性の高い真空スイッチギヤを提供することができる。また、固定電極側シールド１０の上端を、アークシールド８の下端に接近して配置することができるので、真空スイッチギヤの電極軸方向の寸法、及び埋込みシールド１２の外周側での等位電位線も集中しないことから、固体絶縁体１４の径方向の寸法を小さくすることができ、真空スイッチギヤの全体を小形化することができる。

本発明の真空スイッチギヤの一実施の形態を示す縦断面図である。 図１に示す本発明の真空スイッチギヤの一実施の形態に用いる埋込みシールドの一例の斜視図である。 図１に示す本発明の真空スイッチギヤの一実施の形態における等電位線の分布図である。 図１に示す本発明の真空スイッチギヤの一実施の形態に用いる埋め込みシールドの他の例を示す斜視図である。 本発明の真空スイッチギヤの他の実施の形態を示す縦断面図である。 図５に示す本発明の真空スイッチギヤの他の実施の形態に用いる埋め込みシールドの一例の斜視図である。 図５に示す本発明の真空スイッチギヤの他の実施の形態に用いる埋込みシールドの他の例の斜視図である。

符号の説明

１ 絶縁筒
２ 固定電極側端板
３ 金属容器
４ 固定電極
５ 可動電極
６ 固定電極側導体
７ 可動電極側導体
８ アークシールド
９ 金属容器側シールド
１０ 固定電極側シールド
１１ 引出導体
１２ 埋込みシールド
１３ 接続導体
１４ 固体絶縁体
１５ 締結手段
１６ 埋込みシールド
ＶＣＢ 真空バルブ
ＥＳ 接地開閉器

Claims (8)

1. 固定電極と可動電極とを収納する絶縁筒と、この絶縁筒内に固定電極と可動電極とを覆うように設けたアークシールドと、前記絶縁筒の固定電極側端に接合した固定電極側端板と、前記絶縁筒の内側で前記固定電極側端板の内側に接合した固定電極側シールドと、前記絶縁筒及び前記固定電極側端板を外被する固体絶縁体とを有する真空スイッチギヤにおいて、
   前記固体絶縁体内における前記絶縁筒と前記固定電極側端板との接合部に対応する部分に、先端が前記固定電極側シールド先端より電極軸方向のうち、前記可動電極側に張出し、前記固定電極側の引出導体に接続する埋込みシールドを設け、前記埋込みシールドの下部と前記引出導体との間に前記埋込みシールドの下部と前記引出導体を接続する接続導体を設け、前記絶縁筒、前記固定電極側端板、前記引出導体、前記埋込みシールド及び前記接続導体を前記固体絶縁体でモールドした
   ことを特徴とする真空スイッチギヤ。
2. 固定電極と可動電極とを収納する絶縁筒と、この絶縁筒内に固定電極と可動電極とを覆うように設けたアークシールドと、前記絶縁筒の固定電極側端に接合した固定電極側端板と、前記絶縁筒の内側で前記固定電極側端板の内側に接合した固定電極側シールドと、前記絶縁筒及び前記固定電極側端板を外被する固体絶縁体とを有する真空スイッチギヤにおいて、
   前記固定電極側シールドを、その先端が前記アークシールドの径方向に対して外側に位置し、前記アークシールドの先端に対し、電極軸方向位置が一致するように絶縁筒内に配設し、前記固体絶縁体内における前記絶縁筒と前記固定電極側端板との接合部に対応する部分に、先端が前記固定電極側シールド先端より電極軸方向のうち、前記可動電極側に張出し、前記固定電極側の引出導体に接続する埋込みシールドを設け、前記埋込みシールドの下部と前記引出導体との間に前記埋込みシールドの下部と前記引出導体を接続する接続導体を設け、前記絶縁筒、前記固定電極側端板、前記引出導体、前記埋込みシールド及び前記接続導体を前記固体絶縁体でモールドした
   ことを特徴とする真空スイッチギヤ。
3. 請求項１又は２に記載の真空スイッチギヤにおいて、前記埋込みシールドは、前記接続導体を介して前記引出導体に一体的に結合したことを特徴とする真空スイッチギヤ。
4. 請求項１又は２に記載の真空スイッチギヤにおいて、前記埋込みシールドは、前記接続導体を一体的に結合し、この接続導体を前記引出導体に締結固定したことを特徴とする真空スイッチギヤ。
5. 固定電極と可動電極とを収納する絶縁筒とこの絶縁筒内に固定電極と可動電極とを覆うように設けたアークシールドと前記絶縁筒の固定電極側端に接合した固定電極側端板と前記絶縁筒の内側で前記固定電極側端板の内側に接合した固定電極側シールドとを有する真空バルブと、真空封止された円筒絶縁物とこの円筒絶縁物内に設けられ前記固定電極側の引出導体に接続する高圧電極とこれに接離する接地電極とを有する接地開閉器と、前記真空バルブ及び前記接地開閉器を外被する固体絶縁体とを備える真空スイッチギヤにおいて、
   前記固定電極側シールドを、その先端が前記アークシールドの径方向に対して外側に位置し、前記アークシールドの先端に対し、電極軸方向位置が一致するように絶縁筒内に配設し、前記固体絶縁体内における前記真空バルブの絶縁筒と固定電極側端板との接合部に対応する部分に、先端が前記固定電極側シールド先端より電極軸方向のうち、前記可動電極側に張出し、前記固定電極側の引出導体に接続する埋込みシールドを設け、前記固体絶縁体内における前記接地開閉器における円筒絶縁物の接合部に対応する部分に、前記引出導体に接続する埋込みシールドを設け、前記各埋込みシールドの下部と前記引出導体との間に前記各埋込みシールドの下部と前記引出導体を接続する接続導体をそれぞれ設け、前記絶縁筒、前記固定電極側端板、前記引出導体、前記円筒絶縁物、前記埋込みシールド及び前記接続導体を前記固体絶縁体でモールドした
   ことを特徴とする真空スイッチギヤ。
6. 請求項５に記載の真空スイッチギヤにおいて、前記真空バルブ側の埋込みシールド及び前記接地開閉器側の埋込みシールドは、それぞれ接続導体を介して前記引出導体に一体的に結合したことを特徴とする真空スイッチギヤ。
7. 請求項５に記載の真空スイッチギヤにおいて、前記真空バルブ側の埋込みシールド及び前記接地開閉器側の埋込みシールドは、それぞれ接続導体を一体的に結合し、これらの接続導体を前記引出導体に締結固定したことを特徴とする真空スイッチギヤ。
8. 請求項１乃至７のいずれかに記載の真空スイッチギヤにおいて、前記真空バルブ側の埋込みシールドの先端は、円弧上の断面に形成されていることを特徴とする真空スイッチギヤ。

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