JP4764906B2 - 真空スイッチ及び真空スイッチギヤ - Google Patents

Description

本発明は真空スイッチ及び真空スイッチギヤに係り、特に、主回路真空開閉部と接地真空開閉部とを一体にモールドしたものに好適な真空スイッチ及び真空スイッチギヤに関する。

真空スイッチギヤは、高い絶縁特性を有する真空圧力領域に着目し、開閉部を該真空圧力領域に保ち、絶縁距離を短くすることによって、小型化を実現したスイッチギヤである。従来の真空スイッチギヤとして例えば特許文献１に記載されたものがある。

該特許文献１には、通電・遮断・断路の三位置を実現する二つの主接点と、この二つの主接点を接続する主回路導体と、この主回路導体と主回路の操作器を電気的に絶縁した状態で接続する絶縁ロッドとを一台の真空容器に収めた主回路真空開閉部と、主回路に電気的に接続され、主回路真空開閉部とは別の真空容器に構成されて主回路を接地する接地真空開閉部と、これら主回路真空開閉部と接地真空開閉部とを一体にモールドした開閉部を備える真空スイッチギヤが記載されている。

特開２００７−１４０８６号公報

しかし、上記特許文献１に記載された構造は、通電・遮断・断路の三位置を実現する主接点を一台の真空容器に収めており、万が一この真空容器が真空漏れした場合、遮断及び断路できず、装置の信頼性が担保できないという問題があった。

また二つの主接点と、この二つの主接点を接続する主回路導体と、絶縁ロッドとを一台の真空容器に収めており、真空容器の形状が複雑になっていた。真空容器の形状が複雑となると、複雑な形状に加工するためのコストが上昇してしまい、さらに真空炉に一度に収められる個数も限られることになり、大量生産に適さず、やはりコストが上昇するという問題があった。

本発明は、上記の問題点を鑑みなされたものであって、一台の真空容器が真空漏れしても装置の信頼性を担保でき、かつ製作コストの低減も図ることができる真空スイッチ及び該真空スイッチを搭載する真空スイッチギヤ（盤全体）を提供することを目的とする。

本発明の真空スイッチは、上記目的を達成するために、主回路に含まれる複数の可動電極及び固定電極と、該複数の可動電極及び固定電極ごとに設けられる真空容器と、前記主回路に母線側からの電力を供給する母線側導体と、前記主回路からの電力を負荷側へ供給する負荷側導体と、該負荷側導体に接続される接地開閉器と、前記真空容器、前記各導体及び前記接地開閉器とを一体にモールドし、表面が接地電位となるモールド部と、前記可動電極側と該可動電極側を操作する操作機構との間に設けられる気中絶縁ロッドと、該気中絶縁ロッドと前記操作機構との間に設けられる操作ロッドと、主回路に含まれる可動電極側同士を電気的に接続する渡り導体と、前記モールド部と前記操作ロッドとの間を封止するように設けられ、かつ表面が接地電位であるモールド蓋とを備え、前記モールド部と前記モールド蓋とに囲まれる空間には絶縁ガスが封入されていることを特徴とする。
また、本発明の真空スイッチギヤは、上記目的を達成するために、上記した構成の真空スイッチと、可動電極を操作し、前記真空スイッチの上方に備えられる操作機構と、負荷側導体に接続されるケーブルとが内部に収納され構成されていることを特徴とする。

本発明に係る真空スイッチ及び真空スイッチギヤによれば、一台の真空容器が真空漏れしても装置の信頼性を担保でき、かつ製作コストの低減も図ることができる。

真空漏れに対する信頼性を向上させ、尚かつ、操作器の操作力の低減を図れる真空スイッチを実現した。

本発明の実施例１を図１及び図５を用いて説明する。

図１では三相のうち一相のみの断面を表示している。残りの二相についても以下に述べる構成と同一の構成となっている。真空スイッチ１００は、対称形を有する二つの遮断／断路部５１Ａ，５１Ｂと、接地開閉部５２と、これらを一体にモールドしたモールド部２２とから概略構成される。

遮断／断路部５１Ａ，５１Ｂについて説明する。遮断／断路部５１Ａ，５１Ｂは、上側セラミック絶縁筒６Ａ，６Ｂと下側セラミック絶縁筒８Ａ，８Ｂからなるセラミック絶縁筒の上端を金属製の上側シールリング１５Ａ，１５Ｂで、下端を金属製の下側シールリング１０Ａ，１０Ｂで塞ぐ事で内部を真空圧力に保つ円筒形で互いに同一形状の真空容器１Ａ，１Ｂの内部に、固定電極９Ａ，９Ｂと、これに対向する可動電極５Ａ，５Ｂを内包している。固定電極９Ａ，９Ｂは、真空容器１Ａ，１Ｂのうち下側シールリング１０Ａ，１０Ｂを貫通する固定導体１８Ａ，１８Ｂの一端に固定されており、可動電極５Ａ，５Ｂは、真空容器１Ａ，１Ｂのうち上側シールリング１５Ａ，１５Ｂを貫通する可動導体１７Ａ，１７Ｂの一端に固定されている（可動電極５Ａ，５Ｂ及び可動導体１７Ａ，１７Ｂを併せて可動電極側という）。固定電極９Ａ，９Ｂ及び可動電極５Ａ，５Ｂの周囲は、上側セラミック絶縁筒６Ａ，６Ｂと下側セラミック絶縁筒８Ａ，８Ｂに挟持されるアークシールド７Ａ，７Ｂに覆われている。可動導体１７Ａ，１７Ｂは後述する操作器によって操作されるため、可動導体１７Ａ，１７Ｂが操作されても真空容器１Ａ，１Ｂ内の真空状態を保てるよう、可動導体１７Ａ，１７Ｂには、真空容器１Ａ，１Ｂに固定されるベローズ２Ａ，２Ｂが固定されている。セラミック絶縁筒とシールリングの接続部には、二本連結されるコイルバネ６１，６２が、セラミック絶縁筒とシールリングの段差部と、セラミック絶縁筒の角部を覆うように配置されている。

固定導体１８Ａは、真空容器１Ａの下部でブッシング導体１２Ａに接続されており、可動導体１７Ａ，１７Ｂは、渡り導体２５を通じて電気的に接続されている。図２に示すように、渡り導体２５は、モールド部２２にボルト２７で固定されており、渡り導体２５と、可動導体１７Ａ，１７Ｂの接触部には操作器による可動導体１７Ａ，１７Ｂの操作を可能とするよう、摺動接触子として働くばねコンタクト４１が配置されている。固定導体１８Ｂのうち、固定電極９Ｂが固定されているのとは逆側の端部は、ブッシング導体１２Ｂに接続されている。

可動導体１７Ａ，１７Ｂのうち、可動電極５Ａ，５Ｂが固定されているのとは逆側の端部は、操作機構５３に連結される渡り操作ロッド２６に接続され、渡り操作ロッド２６は、長手方向中央で、気中絶縁操作ロッド１４に接続されており気中絶縁操作ロッド１４は、操作ロッド１６に接続されている。真空容器１Ａ，１Ｂの上方で、後述するモールド部２２とモールド蓋２３に囲まれる空間は、ＳＦ₆ガス，ドライエア，窒素ガス等が封入されている。従って、気中絶縁操作ロッド１４は上記気体中において絶縁距離が確保できるように構成している。

接地開閉部５２について説明する。接地開閉部５２は、上側セラミック筒３３と下側セラミック筒３５とから構成されるセラミック筒と、下側セラミック筒３５の下側を気密に封止する下側シールリング３６と、上側セラミック筒３３の上側を気密に封止する上側シールリング３８とから構成され、内部が真空圧力である接地用真空容器の内部に、固定電極３７と、固定電極３７に対向して配置される可動電極３１とを備えており、固定電極３７は接地用真空容器のうち、下側セラミック筒を貫通する固定導体４３の一端に固定され、可動電極３１は接地用真空容器のうち、上側セラミック筒を貫通する可動導体４２の一端に固定されている。固定導体４３の他端は、ブッシング導体１２Ｂに接続されており、主回路と同電位となっている。一方可動導体４２の他端は、絶縁部材を介して操作機構５４と接続される。接地用真空容器と可動導体４２の間は、可動導体４２の操作機構５４による操作を可能にしつつ、可動導体４２が操作機構５４によって操作されても、接地用真空容器の内部を真空に保つことができるよう、接地用真空容器に固定されるベローズ３２が配置されている。

上述した遮断／断路部５１Ａ，５１Ｂと接地開閉部５２、さらにはブッシング導体１２Ａ，１２Ｂはエポキシ等の固体絶縁性の樹脂からなるモールド部２２によってモールドされる。ブッシング導体１２Ａ，１２Ｂは、その周囲を覆うモールド部２２と一体となってブッシング１１Ａ，１１Ｂを形成する。モールド部２２は、真空容器１Ａ，１Ｂ及び接地用真空容器を軸方向全部に渡って覆い、さらに真空容器１Ａ，１Ｂの軸方向上側まで覆う構造となっている。モールド部２２にはモールド蓋２３が密着した状態で重ね合わされており、モールド部２２とモールド蓋２３との間は、密閉性が保たれるよう、シール２４で封止している。モールド蓋２３は、モールド部２２から外れないよう、モールド部２２の内周面に突起部を有している。モールド部２２及びモールド蓋２３は、その外表面を接地層によって覆われている。

またモールド蓋２３は、操作ロッド１６の周囲を覆うように配置している。モールド蓋２３と操作ロッド１６との間は、密閉性を保ちながら軸方向に動作可能なよう、シール２４で封止している。さらに操作ロッド１６は操作機構５３に機械的に連結されていて、上下方向に駆動する。

続いて盤全体の構成について説明する。ブッシング導体１２Ａの周囲をモールド部２２でモールドされることにより形成されるブッシング１１Ａの先端は、真空スイッチ１００が収められる開閉器室６５の下方のケーブル室６６に突き出しており、ここで固体絶縁される母線と接続される。

ブッシング導体１２Ｂと、その周囲を覆うモールド部２２とにより形成されるブッシング１１Ｂは、ケーブル室６６内で負荷ケーブル６１と接続する。盤の下部で負荷ケーブル６１の途中には、変流器６２が配置されている。

開閉器室６５の上方は計器室６７となっており、保護リレーや、ＶＴ等が収納されている。

開・閉・断路時の動作について説明する。可動電極５Ａ，５Ｂと固定電極９Ａ，９Ｂが接触しているとき、主回路は閉状態にある。この状態から操作機構５３を操作すると、操作ロッド１６を介して可動導体１７Ａ，１７Ｂに固定される可動電極５Ａ，５Ｂが上方に移動し、電流が遮断される。この時渡り導体２５は、ボルト２７によって固定されたままであるが、摺動接触子として働くばねコンタクト４１が存在することにより、渡り導体２５は固定されたままでも、可動導体１７Ａ，１７Ｂは動作が可能であり、また可動導体１７Ａ，１７Ｂの動作時にも通電を保つことが可能となる。断路動作の場合も同様に、操作機構５３を操作することで、可動導体１７Ａ，１７Ｂに固定される可動電極５Ａ，５Ｂが上方に移動し、断路位置へと移動する。ここでも摺動接触子として働くばねコンタクト４１が存在することにより、渡り導体２５は固定されたままでも、可動導体１７Ａ，１７Ｂは動作が可能となる。

続いて、主回路の各導体に電流が流れることによる電磁反発力について図９を用いて説明する。電流通電時には、可動導体１７Ａ，１７Ｂ及び渡り導体２５には母線側からの電流が流れる。この電流により可動導体１７Ａ，１７Ｂ及び渡り導体２５の周囲には磁場が発生し、可動導体１７Ａ，１７Ｂ及び渡り導体２５には、これらの磁場から図９の矢印に示す電磁反発力が印加されることになる。

本実施例では、通電・遮断・断路を実現する固定電極９Ａ，９Ｂと可動電極５Ａ，５Ｂとを二台の真空容器１Ａ，１Ｂに分けて収納したので、いずれかの真空容器が真空漏れした場合であっても、他方の真空容器によって遮断及び断路機能を果たすことができ、装置の信頼性を高めることができる。また本実施例では、それぞれの真空容器１Ａ，１Ｂを円筒形状としたので、構造が複雑とならず製作が容易となる。さらに、真空容器１Ａ，１Ｂが円筒形状となるので、一定の体積を備える真空炉の中において、占積率を高めることができ、一度に多くの真空容器を製作することができる。

また本実施例では、真空容器１Ａ，１Ｂを同一形状としたので、複数の型を作る必要がなく、製作コストを低減することができる。

また本実施例では、モールド蓋２３と操作ロッド１６との間を密閉性が保たれるよう、シール２４で封止していることから、気密状態を維持しながら操作ロッド１６を操作することができる。

また本実施例では、セラミック絶縁筒とシールリングの接続部には、二本連結されるコイルバネが、セラミック絶縁筒とシールリングの段差部と、セラミック絶縁筒の角部を覆うように配置されているので、セラミック絶縁筒のうち、シールリングとの接続部の電界集中を緩和することができる。

また本実施例では、系統電圧となる渡り導体２５をボルト２７で固定している。通電時には渡り導体２５に主回路から離れる方向へ強い電磁反発力が働くが、渡り導体２５をボルト２７で固定しているので、電磁反発力が働いても渡り導体２５が動かないようになっている。これにより、投入状態を保持するために操作機構５３が渡り導体２５に働く主回路から離れる方向の電磁反発力を負担する必要がなくなり、操作機構５３に要求される保持力を著しく低減することができる。操作機構５３に要求される保持力が著しく低減することで、操作機構５３を著しく小型化することができる。

加えて、投入動作及び通電状態の維持に必要な操作力が低減されることで、これらの操作用に使用している電磁石を小型化できるようになる。電磁石が小型化すれば、可動重量が低減され、投入のみならず遮断時においても操作機構５３に必要なエネルギーが低減される。結果として操作機構５３を一層小型化することが可能になる。

さらに、可動導体１７Ａ，１７Ｂと渡り導体２５との接触部に摺動接触子として働くばねコンタクト４１を配置したので、渡り導体２５は固定されたままでも、可動導体１７Ａ，１７Ｂが動くことができ、通電・遮断・断路を実現することができる。本実施例では、構造を単純にしつつ渡り導体２５をボルト２７によって固定しているが、ボルトでなくとも渡り導体２５を固定することができるものであれば、電磁力が加わっても渡り導体２５が動くことはなく、操作機構５３の操作に必要な力を低減することができる。

本実施例では可動電極側は可動電極５Ａ，５Ｂ及び可動導体１７Ａ，１７Ｂを併せたものとしたが、一体に構成しても同様の作用効果が得られる。

続いて、本発明の実施例２を図３及び図６を用いて説明する。実施例１では、モールド部２２で囲まれる気中部をモールド蓋２３及びシール２４で封止していたが、本実施例では、これらの代わりに導電性のゴムダイヤフラム４８の一端の先端部分をモールド部２２先端部分の外周からモールド部２２の上端部にかけて密着するようにし、他端の先端部分を操作ロッド１６の一部に密着するように配置することで封止を行っている。その他の部分は実施例１と同一であるので、ここでの説明は省略する。

ゴムダイヤフラム４８は可撓性を有していることから、気密状態を維持したまま操作ロッド１６の動きに追従することが可能となる。また、ゴムダイヤフラム４８は導電性であり、接地電位であるモールド部２２と密着していることからゴムダイヤフラム４８も接地電位となり、作業者の安全性を確保できる。

本発明の実施例３を図４及び図７を用いて説明する。実施例２では、実施例１におけるモールド部２２で囲まれる気中部をモールド蓋２３及びシール２４で封止していた箇所をゴムダイヤフラム４８で封止することにより構成したが、本実施例においてはゴムダイヤフラム４８の代わりに、導電性のゴムベローズ５０を用いる。即ち、ゴムベローズ５０の一端の先端部分をモールド部２２先端部分の外周からモールド部２２の上端部にかけて密着するようにし、他端の先端部分を操作ロッド１６の一部に密着するように配置することで気中部の封止を行っている。実施例２と同様、その他の部分は実施例１と同一であるので、ここでの詳細な説明は省略する。

ゴムベローズ５０は可撓性を有していることから、気密状態を維持したまま操作ロッド１６の動きに追従することが可能となる。また、ゴムベローズ５０は導電性であり、接地電位であるモールド部２２と密着していることからゴムベローズ５０も接地電位となり、作業者の安全性を確保できる。

本発明の実施例４を図８を用いて説明する。実施例４では、実施例１における真空スイッチ１００及び操作機構５３，５４を上下反転して構成している。このように構成することで、隣接する配電盤同士を固体絶縁母線６０で電気的に接続する際の作業性を著しく向上させることができる。

また図８は、実施例１における真空スイッチ１００の場合のみ示しているが、実施例２及び実施例３で説明した真空スイッチを適用することも勿論可能である。

上記各実施例では、相毎にモールド部２２で覆う構成を説明したが、三相一括してモールドする構成とすることもできる。三相一括してモールドする場合、三相の配置に自由度が増し、小型化を図ることができる。

本発明の実施例１の真空スイッチの正面断面図である。 図１の渡り導体を拡大して表示した図である。 本発明の実施例２の真空スイッチの正面断面図である。 本発明の実施例３の真空スイッチの正面断面図である。 本発明の実施例１の真空スイッチを搭載する真空スイッチギヤの正面断面図である。 本発明の実施例２の真空スイッチを搭載する真空スイッチギヤの正面断面図である。 本発明の実施例３の真空スイッチを搭載する真空スイッチギヤの正面断面図である。 本発明の実施例４の真空スイッチを搭載する真空スイッチギヤの正面断面図である。 可動導体及び渡り導体に働く電磁力を説明するための一部断面を拡大して表示した図である。

符号の説明

１Ａ，１Ｂ 真空容器
２Ａ，２Ｂ，３２ ベローズ
５Ａ，５Ｂ，３１ 可動電極
６Ａ，６Ｂ 上側セラミック絶縁筒
７Ａ，７Ｂ アークシールド
８Ａ，８Ｂ 下側セラミック絶縁筒
９Ａ，９Ｂ，３７ 固定電極
１０Ａ，１０Ｂ，３６ 下側シールリング
１１Ａ，１１Ｂ ブッシング
１２Ａ，１２Ｂ ブッシング導体
１４ 気中絶縁操作ロッド
１５Ａ，１５Ｂ，３８ 上側シールリング
１６ 操作ロッド
１７Ａ，１７Ｂ，４２ 可動導体
１８Ａ，１８Ｂ，４３ 固定導体
２２ モールド部
２３ モールド蓋
２４ シール
２５ 渡り導体
２６ 渡り操作ロッド
２７ ボルト
３３ 上側セラミック筒
３５ 下側セラミック筒
４１ ばねコンタクト
４８ ゴムダイヤフラム
５０ ゴムベローズ
５１Ａ，５１Ｂ 遮断／断路部
５３，５４ 操作機構
６１，６２ コイルバネ
１００ 真空スイッチ

Claims (11)

1. 主回路に含まれる複数の可動電極及び固定電極と、該複数の可動電極及び固定電極ごとに設けられる真空容器と、前記主回路に母線側からの電力を供給する母線側導体と、前記主回路からの電力を負荷側へ供給する負荷側導体と、該負荷側導体に接続される接地開閉器と、前記真空容器、前記各導体及び前記接地開閉器とを一体にモールドし、表面が接地電位となるモールド部と、前記可動電極側と該可動電極側を操作する操作機構との間に設けられる気中絶縁ロッドと、該気中絶縁ロッドと前記操作機構との間に設けられる操作ロッドと、主回路に含まれる可動電極側同士を電気的に接続する渡り導体と、前記モールド部と前記操作ロッドとの間を封止するように設けられ、かつ表面が接地電位であるモールド蓋とを備え、
   前記モールド部と前記モールド蓋とに囲まれる空間には絶縁ガスが封入されていることを特徴とする真空スイッチ。
2. 主回路に含まれる複数の可動電極及び固定電極と、該複数の可動電極及び固定電極ごとに設けられる真空容器と、前記主回路に母線側からの電力を供給する母線側導体と、前記主回路からの電力を負荷側へ供給する負荷側導体と、該負荷側導体に接続される接地開閉器と、前記真空容器、前記各導体及び前記接地開閉器とを一体にモールドし、表面が接地電位となるモールド部と、前記可動電極側と該可動電極側を操作する操作機構との間に設けられる気中絶縁ロッドと、該気中絶縁ロッドと前記操作機構との間に設けられる操作ロッドと、主回路に含まれる可動電極側同士を電気的に接続する渡り導体と、前記モールド部と前記操作ロッドとの間を封止するように設けられ、かつ導電性を有する可撓性部材とを備え、
   前記モールド部と前記可撓性部材とに囲まれる空間には絶縁ガスが封入されていることを特徴とする真空スイッチ。
3. 請求項２に記載の真空スイッチにおいて、
   前記可撓性部材は、ゴムベローズまたはゴムタイヤフラムであることを特徴とする真空スイッチ。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の真空スイッチにおいて、
   前記渡り導体は固定されており、前記可動電極側とは摺動可能に接続されていることを特徴とする真空スイッチ。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の真空スイッチにおいて、
   前記渡り導体は、該渡り導体の端部に備える摺動接触子により、前記可動電極側とは摺動可能に接続されていることを特徴とする真空スイッチ。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の真空スイッチにおいて、
   前記モールド部は、各相毎に前記真空容器と前記各導体とを一体にモールドすることを特徴とする真空スイッチ。
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載の真空スイッチにおいて、
   前記モールド部は、三相一括して前記真空容器と前記各導体とを一体にモールドすることを特徴とする真空スイッチ。
8. 請求項１乃至７のいずれかに記載の真空スイッチにおいて、
   前記真空容器は、絶縁筒と金属製のシールリングが接続されることで構成され、該絶縁筒と金属製のシールリングの接続部には、電界集中を緩和するコイルバネが前記接続部の電界集中部位を覆うように配置されていることを特徴とする真空スイッチ。
9. 主回路の一部に設けられ、該主回路を通電・遮断・断路する主回路電極と、該主回路電極毎に軸対称形状を有し、かつ内部が真空である真空容器と、前記主回路電極の負荷側で前記主回路と電気的に接続される接地開閉器と、該接地開閉器より負荷側に接続されるケーブルと、前記真空容器と前記接地開閉器とを一体にモールドするモールド部材と、前記主回路電極の上方に位置し、前記主回路電極と接続する気中絶縁ロッドと、該気中絶縁ロッドと操作機構との間に備えられ前記主回路電極の開閉を行う操作ロッドと、前記真空容器の上方には前記モールド部材で囲まれ、絶縁ガスが封入される気中絶縁部とを備え、
   前記気中絶縁ロッドは、気中絶縁部内に位置し、前記主回路の電位と接地電位とを分担することを特徴とする真空スイッチ。
10. 請求項１乃至９のいずれかに記載の真空スイッチと、可動電極を操作し、前記真空スイッチの上方に備えられる操作機構と、負荷側導体に接続されるケーブルとが内部に収納されていることを特徴とする真空スイッチギヤ。
11. 請求項１０に記載の真空スイッチギヤにおいて、
    前記真空スイッチと操作機構が、上下反転して内部に収納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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