JP4854142B2 - 真空遮断器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の分野】
本発明は、電力回路保護用の真空遮断器に関し、さらに詳細には、真空包囲体を形成するセラミック絶縁体の内部に蒸気シールドが装着された真空遮断器及びかかる蒸気シールドの装着方法に関する。
【０００２】
【背景情報】
真空遮断器は、管状のセラミックに端部プレートを装着して真空包囲体を形成したものが一般的である。一方の端部キャップを貫通する、真空包囲体内の第１の電極に装着された固定接点と、もう一方の端部プレートを貫通し軸方向に摺動可能な可動電極に装着された可動接点とが１対の開離可能な接点を形成し、真空包囲体の外側に位置する機構により移動される可動電極がこれらの接点を開閉する。真空遮断器を電流が流れている時に開離可能な接点が開かれると、接点表面間に金属蒸気のアークが発生する。このアークは、通常、電流が零交差点を通過しながら遮断されるまで継続して発生する。金属蒸気がセラミック絶縁体上で凝縮するのを防止するために、ほぼ円筒状の蒸気シールドを真空包囲体の内側において接点とセラミックの間に設けるのが一般的である。蒸気シールドの１つのタイプである固定シールドは、一方の電極、例えば固定電極に電気的に接続されるが、このためその電極が物理的な支持を可能にする。第２のタイプの蒸気シールドとして浮動シールドが常用されているが、このシールドは両方の電極から電気的に隔離されている。浮動シールドの方が固定シールドよりも高電圧性能が優れていることが広く知られているが、浮動シールドの方が装着が難しい。
【０００３】
浮動シールドを装着する１つの一般的な方法では、セラミックを２つの円筒状部分に分けて形成し、それらの間に金属製の装着リングを介在させる必要がある。その後、通常は別個のフランジをシールドと装着リングにろう付けすることにより、蒸気シールドをその装着リングに固定するのが普通である。この構成は適切に機能するが、いくつかの問題点がある。まず第１に、シールドをこのように固着するため、一方の側が真空でもう一方の側が空気の２つのろう付け結合点が必要となり、２つの潜在的な漏洩経路が存在する。第２に、２つの円筒状セラミックを両端で金属化しなければならないため、コストが高くなる。最後に、支持機構により導体が空気に曝されるため、高電圧用としては外側を絶縁する必要がある。
【０００４】
上記理由により、浮動シールドを単片のセラミック内部に固着するのが非常に望ましく、１つの方法として、セラミックの一部に形成した突起のような特徴部分の周りでシールドをクリンピングする方法がある。これは時間のかかる作業を必要とするため、セラミックのコストがかなり上昇する。浮動シールドを単片のセラミックに固定する他の種々の方法が考えられているが、これらは複雑さとコストを増加させる特殊な部品を必要とする。
【０００５】
従って、浮動蒸気シールドを真空遮断器内に固定する改良型構成及び方法が望まれている。
【０００６】
複雑で特殊な部品または技術を必要としない改良型装着手段及び装着方法が一般的に要望されている。
【０００７】
さらに、単片セラミックと共に使用できる改良型装着手段及び装着方法が要望されている。
【０００８】
本発明によると、内面に周溝を有する単片のセラミック管と、前記セラミック管の各端部に固定されて前記セラミック管と共に真空包囲体を形成する端部部材と、一方の前記端部部材を貫通する固定電極に装着された固定接点と、もう一方の前記端部部材を貫通する可動電極に装着され、前記固定接点との接触位置と非接触位置の間を軸方向に往復運動する可動接点と、前記固定接点と前記可動接点を取り囲むように前記セラミック管の内側に位置するシールド管と、前記シールド管を前記セラミック管に装着する手段とより成り、前記シールド管装着手段は、前記セラミック管の周溝に装着され、前記真空包囲体内において半径方向内方に突出する割りリングと、前記シールド管の外面に固定されたフランジと、前記フランジを前記割りリングに固定するろう付け接続手段とより成る真空遮断器が提供される。
【００１０】
本発明の別の局面によると、蒸気シールドを割りリングに接続する接続手段は、シールド外面の周溝と、シールドの周溝に装着され半径方向外方に延びる別の割りリングとを含む。ろう付け接続手段は、シールドの周溝内の別の割りリングをセラミック管に配置された割りリングに固定する。
【００１１】
本発明の別の実施例によると、セラミック管に配置された割りリングをシールドに連結する接続手段は、割りリングが直接配置される蒸気シールド外面の別の周溝を含む。ろう付けリングにより割りリングをシールドに固定することにより、接続をさらに強固にすることができる。
【００１２】
本発明によると、シールド管を真空遮断器のセラミック管内に固定する方法であって、前記セラミック管の内面に周溝を形成し、前記周溝内に割りリングを、前記セラミック管の内面から半径方向内方に突出するように装着し、フランジをシールド管の外面に固定し、前記フランジと前記シールド管の外面の間にギャップが存在するように前記フランジを成形し、ろう付けリングを前記ギャップ内に配置し、前記シールド管を前記セラミック管内に、前記フランジが割りリングと係合するように配置し、加熱して前記ろう付けリングを溶融させ、溶融したろうを冷却させるステップより成るシールド管の固定方法をも提供される。
【００１５】
割りリングのセラミック管への装着は、外径がセラミック管の内径よりも小さくなるように割りリングを圧縮し、圧縮状態の割りリングをセラミック管の周溝と整列させ、割りリングを解放して半径方向に膨脹させ、周溝に侵入させることにより行われる。
【００１６】
【好ましい実施例の説明】
図１は真空遮断器１を示す。真空遮断器１は、セラミック管３を有し、端部プレート５及び７がセラミック管３と共に真空包囲体９を形成する。固定接点１１は、端部プレート５を貫通する固定電極１３に装着されている。可動接点１５は、端部プレート７を貫通する可動電極１７により支持される。ベローズ１９は、端部プレート７と可動電極１７の間の密封手段を形成すると共に、可動電極１７を軸方向移動させて、可動接点１５を固定接点１１と接触させ、また可動接点を固定接点から離脱させる。固定接点１１と可動接点１５は、閉成時、固定電極１３と可動電極１７の間に電気回路を完成させるが、可動電極１７が軸方向移動して開成されると、真空遮断器を流れる電流を遮断する１対の開離可能な接点２１を構成する。可動電極１７は、真空包囲体９の外側にあるこの可動電極に連結された操作機構（図示せず）により、開離可能な接点を開閉するように軸方向移動する。
【００１７】
上述したように、真空遮断器に電流が流れている間に開離可能な接点２１が開くと、固定接点１１と可動接点１５の間にアークが発生する。これらの接点は、当該技術分野でよく知られているように、真空遮断器を流れる電流の遮断に必要なアークの消弧を助けるように構成されている。上述したように、アークにより接点１１及び１５から蒸発する金属は、真空包囲体９を画定し電気的絶縁体として働くセラミック管３の内面２３上に付着する。かかる付着物をなくするために、開離可能な接点２１とセラミック管３の間に、管状の蒸気シールド２５を設けることがよく知られている。この管状の蒸気シールドまたはシールド管２５はほぼ円筒状であり、図１に示すように、セラミック管３の内面２３の保護範囲を拡張すべく各端部にある程度延びている。可動電極１７に端部シールド２７を装着して、ベローズ１９に金属蒸気が付着しないようにすることも一般的である。
【００１８】
蒸気シールド２５は、浮動シールドである。即ち、このシールドは何れの電極にも電気的に接続されず、その電位は浮動状態にある。このような電気的隔離を行うために、蒸気シールド２５は電気的絶縁体であるセラミック管３により支持される。
【００１９】
本発明によると、図２にさらに明解に示されるように、シールド管２５はシールド装着手段３１によりセラミック管３に固定される。このシールド装着手段３１は、セラミック管３の内面２３に研削した半径方向に延びる周溝３３と、この３３に装着される割りリング３５のようなリングとより成る。図３に一例を示す割りリング３５は、セラミック管３内に挿入する際半径方向に圧縮できるようにするためのギャップ３７を有する。開口３９は、割りリングを操作するための従来型工具（図示せず）のピンを挿入するために設けられている。本発明の１つの利点は、広く使用されている安価な従来型スナップリングまたは保持リングを割りリング３５として使用できることにある。割りリング３５のサイズは、セラミック管３の周溝３３に配置すると、セラミック管３の内面２３から半径方向内方に突出するようにする。割りリング３５のギャップ３７は、セラミック管３内に挿入できるようにリングを十分に圧縮できる大きさである。一例として、割りリングのギャップ３７の角度αは約１５°である。
【００２０】
次いで、管状の蒸気シールド２５を接続手段４１により割りリング３５に固定する。図１及び２に示す本発明の実施例では、この接続手段４１はフランジ４３より成り、その円筒状部分４５は一端がろう付けのような方法により管状の蒸気シールド２５の外面に固定されている。このフランジ４３は、管状の蒸気シールド２５の周りで連続するものであるのが好ましい。フランジ４３のもう一方の端部４７も円筒状であるが、直径が大きいため管状の蒸気シールド２５との間にギャップ４９を形成する。テイパー部分５１は、円筒状部分４５と４７を連結する。円筒状部分４７の半径方向リップ５３は、割りリング３５上に配置される。接続手段４１はさらに、ギャップ４９内に配置されるろう付けリング５５より成るろうを含む。
【００２１】
図１及び３に示すシールド装着手段３１を使用して管状の蒸気シールド２５をセラミック管に固定する方法は、セラミック管３の内面２３に研削のような方法により溝３３を形成し、開口３９と係合する工具（図示せず）を用いて割りリング３５を半径方向に圧縮することによりこの割りリング３５を溝３３に装着し、圧縮状態の割りリング３５を溝３３と整列させて解放することにより、該割りリングを溝内に膨脹させると共に真空包囲体９内に半径方向に突出させるステップを含む。次に、フランジ４３をろう付けのような方法により管状の蒸気シールド２５に固定し、ろう付けリング５５をフランジ４３と管状の蒸気シールド２５の間のギャップ４９に押しこむ。その後、管状の蒸気シールドをセラミック管３内に軸方向に挿入して、フランジ４３のリップまたはリム５１が割りリング３５上に配置されるようにする。次いで、セラミック管と管状シールドを真空オーブン内に配置し、オーブンによりろう付けリング５５を溶融させて、ろう付け材料を割りリング３５とフランジ４３のリム５１との間及び割りリングと管状シールド２５の間に流れるようにする。最後に、このろう付け材料を冷却させて接続部分を固化させる。
【００２２】
図４は、シールド装着手段３１’の接続手段４１のフランジ４３’の円筒状端部４５’が管状の蒸気シールド２５にろう付けされ、もう一方の端部４７’が末広がりで、シールととの間にギャップ４９を形成する本発明の別の実施例を示す。この例でも、ろう付けリング５５がフランジ４３’と管状の蒸気シールド２５の間のギャップ４９に押しこまれる。第１の実施例と同様、ろう付けリング５５は真空オーブン内に配置されると溶融し、割りリング３５、管状の蒸気シールド２５及びフランジ４３’の間にろう付け接続部を形成する。
【００２３】
図５に示す例では、シールド装着手段３１''は、研削などの方法により管状の蒸気シールド２５の外面５９に形成された周溝５７を有し、この周溝に割りリング３５の内側端縁部が配置される。この接続手段４１''はまた、割りリング３５の頂部上に配置され、真空オーブン内で加熱されると溶融して割りリングを管状の蒸気シールド２５にろう付けするろう付けリング５５を有する。この実施例の割りリング３５は、半径方向にわずかに圧縮すると、セラミック管３の周溝３３にぱちんと係合する。その後、管状の蒸気シールド２５を割りリング３５内に押し込んで、割りリング３５をセラミック管３の周溝３３内で膨張させると、蒸気シールドの周溝５７が割りリング３５と整列する状態となり、ばね効果により割りリングが内方に移動して蒸気シールドの溝と係合する。図６に示す例ではろう付け材料の挿入を不要にすることができる。
【００２４】
さらに別の例を図７に示す。この例において、シールド装着手段３１'''の接続手段４１'''は、管状の蒸気シールドの外面５９に研削などの方法により形成した別の周溝６１を含み、この周溝に別の割りリング６３が配置される。この構成によると、ろう付けリング５５は割りリング３５の頂部上に配置され、その後管状の蒸気シールドを、この別の割りリング６３がろう付けリング５３の頂部に係合するまでセラミック管内に挿入する。このろう付けリングは、真空オーブン内で溶融して、割りリング３５を管状の蒸気シールド２５と別の割りリング６３とにろう付けする。
【００２５】
通常、セラミックはＡｌ₂Ｏ₃であり、管状シールド２５は銅またはスティール、割りリング３５及び別の割りリング６３は３１６ステンレススティール、フランジ４３及び４３'は３０４ステンレススティールである。
【００２６】
本発明は、真空遮断器の管状のアークシールドの装着手段と、アークシールドを強固に固定するための、組み立てが容易で、市販の割りリング及び他の単純部品によりセラミック管内にアークシールドを固定する方法とを提供する。さらに、単片のセラミックを使用できるため、セラミックを２つの部品として形成しそれらの両端を金属化する必要はない。従って、金属リングをセラミック外面に露出させる従来型方法に付随する電気的絶縁の問題がなくなるため、リングを電気的に隔離することが不要になる。その結果、安価で、製造が容易な遮断器が得られる。
【００２７】
本発明の特定の実施例を詳細に説明したが、当業者は、本願の記載全体に鑑みて種々の変形例及び設計変更を想到しうることが明らかである。従って、図示説明した特定の構成は例示の目的を持つだけで本発明の範囲を限定するものでなく、この範囲は頭書の特許請求の範囲及び任意かつ全ての均等物の全幅を与えられるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明による真空遮断器の縦方向断面図である。
【図２】図２は、図１の一部を示す断片的な拡大図である。
【図３】図３は、図２に示す構成の一部である割りリングの１つのタイプを示す平面図である。
【図４】図４は、本発明の別の実施例を示す図２に類似の図である。
【図５】図５は、別の固定例を示す図２に類似の図である。
【図６】図６は、さらに別の固定例を示す。
【図７】図７は、さらに別の固定例を示す図２に類似の図である。

Claims (6)

1. 内面に周溝を有する単片のセラミック管と、
   前記セラミック管の各端部に固定されて前記セラミック管と共に真空包囲体を形成する端部部材と、
   一方の前記端部部材を貫通する固定電極に装着された固定接点と、
   もう一方の前記端部部材を貫通する可動電極に装着され、前記固定接点との接触位置と非接触位置の間を軸方向に往復運動する可動接点と、
   前記固定接点と前記可動接点を取り囲むように前記セラミック管の内側に位置するシールド管と、
   前記シールド管を前記セラミック管に装着する手段とより成り、
   前記シールド管装着手段は、
   前記セラミック管の周溝に装着され、前記真空包囲体内において半径方向内方に突出する割りリングと、
   前記シールド管の外面に固定されたフランジと、
   前記フランジを前記割りリングに固定するろう付け接続手段とより成り、
   前記フランジは前記シールド管の外面との間に半径方向のギャップを形成し、
   前記ろう付け接続手段は前記ギャップ内のろう付けリングより成り、
   前記ろう付けリングは溶融すると前記フランジを前記割りリングに固定する真空遮断器。
2. 前記フランジは、前記割りリングと当接する半径方向に延びるリップ状端部を有する請求項１の真空遮断器。
3. 前記フランジは、前記シールド管の実質的に全周に亘って延びる請求項２の真空遮断器。
4. シールド管を真空遮断器のセラミック管内に固定する方法であって、
   前記セラミック管の内面に周溝を形成し、
   前記周溝内に割りリングを、前記セラミック管の内面から半径方向内方に突出するように装着し、
   フランジをシールド管の外面に固定し、
   前記フランジと前記シールド管の外面の間にギャップが存在するように前記フランジを成形し、
   ろう付けリングを前記ギャップ内に配置し、
   前記シールド管を前記セラミック管内に、前記フランジが割りリングと係合するように配置し、
   加熱して前記ろう付けリングを溶融させ、
   溶融したろうを冷却させるステップより成るシールド管の固定方法。
5. フランジをシールド管の外面に固定する前記ステップはろう付けにより行う請求項４の方法。
6. 加熱は真空内で行う請求項４の方法。

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