JP4979569B2

JP4979569B2 - 真空スイッチギヤ

Info

Publication number: JP4979569B2
Application number: JP2007333422A
Authority: JP
Inventors: 美稀山崎; 将人小林
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2007-12-26
Filing date: 2007-12-26
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2027-12-26
Also published as: JP2009158218A

Description

本発明は、縦磁界を発生させる真空スイッチギヤに関するものである。

従来の真空スイッチギヤは、真空容器内に同じ構造の電極を有する固定電極と可動電極が互いに対向するように配置させたものとして構成されている。これらの電極は対向する電極側に対して、接触・非接触状態となる円板状の接点電極と、縦磁界を発生させるコイル電極とにより構成される。コイル電極は電極棒に嵌め込んだリング部と、リング部を周方向に３等分した位置から放射線状に外側に延びた３本のアーム部と各アーム部の最終端から、接点電極の外周に沿うように湾曲させて形成した３つのコイル部によって構成され、全体として円筒状のコイルを形成する（例えば、特許文献１参照。）。

大電流を遮断する真空スイッチギヤにおいては、遮断中に接点電極４間にアークが生じ、このアークによる電流が、ステンレス鋼などの高抵抗材からなる電極棒を流れず、コイル電極を介して導体に流れる。この電流は接点電極を半径方向方へ流れた後、アーム部を通過して円弧部，基端部，導体の順で流れ、右ねじの法則により電極の軸方向磁界（縦磁界）を発生させる。また、縦磁界を発生する電極を利用して電流を遮断する場合、同じ電流でコイル電極の分割数やコイル電極の高さ等が同じ条件であれば、接点電極の径が大きくなるに従って発生する磁界強度が低下する。そのため、大電流を遮断する場合、コイル電極の分割数を減らし、電流の分流を少なくするなどして遮断に必要な縦磁界強度を維持している。

特開２００４−３６３０３９号公報

上述の従来の真空スイッチギヤは、軸方向磁界を効果的に発生させることにより真空容器内でアークが接点電極４の対向面全体に均等に拡散されるので、遮断性能を飛躍的に向上することを目的とするものである。しかし、接点電極４がある接触圧力で接触している時、接点電極が部分的に接触する。この接触部位は接触圧力による電極の変形によって決定される。したがって、図５のような電極構造では、電極棒の断面積に相当する接点電極４の中央部のみが接触することになる。一部の電極面が接触状態になった場合、電流がこの電極面を集中的に流れるため、接点電極面が温度上昇する。接点電極４の温度が材料の融点に達すると、接点電極４の両極が接合して、開離不能となる恐れがある。また、接触面積を増加させるために電極棒の径を大きくする場合、電極棒を取り付けるコイル電極のリング部の径が大きくなるので、真空スイッチギヤが大きくなる。さらに、電極棒を大きくすると、通電時電流が電極棒に流れてしまう恐れがある。

本発明の目的は、電極の外形を増やすことなく、遮断容量を上げることのできる真空スイッチギヤを提供することにある。

上記目的は、真空容器内に配置された固定電極と、該固定電極と対向して配置された可動電極と、前記各電極に対して対向する他方側の電極側に対して接触または非接触状態となる板状の接点電極と、縦磁界を発生させるコイル電極と、前記接点電極の中央部および前記コイル電極のリング部に取り付けるべき電極棒とにより構成された真空スイッチギヤにおいて、前記電極棒は前記コイル電極のリング部に取り付ける部位の第一領域と、前記接点電極中央部に取り付ける部位の第二領域とから構成され、前記第一領域と第二領域の境界部位から、前記第二領域の前記接点電極の中央部に取り付ける部位の方になるに連れて前記電極棒の横断面積が２段以上で段階的に大きくなる様に形成された前記電極棒を備えたことにより達成される。

本発明によれば、遮断に必要な縦磁界強度を維持しながら、接点電極の接触面積を最大にすることができ、接点電極の温度上昇を防止すると共に電極の外形を大きくすることなく、遮断容量を増大することのできる真空スイッチギヤを提供できる。

一般的な真空スイッチギヤは、真空容器内に備えた直列接続された２対の遮断部を同時に開極して電流を遮断する２点切り真空スイッチギヤとして種々のタイプのものがある。
まず、第１のタイプのものとして、真空バルブ２本を固定電極が外側になるように一直線に配置し、その中間部分において可動電極を操作器にて開閉操作をするものが既に知られている。また、第２のタイプのものとして、真空バルブを平行に配置し、それぞれの可動電極を１つの操作器により開閉するものも既に知られており、リンク機構を不要とするような第２のタイプの真空スイッチギヤが提案されている。

そこで、本発明の実施例を詳細に説明する前に、上述の第１のタイプと第２のタイプの真空ギアスイッチを図１，図２にしたがって説明する。
図１は一般的な第１のタイプである真空スイッチギヤの断面図である。
図２は一般的な第２のタイプである真空スイッチギヤの断面図である。
図１において、第１のタイプの真空スイッチギヤでは、図からも明らかなように、２本の電極３が、固定電極が外側に、可動電極が内側になるように絶縁容器２内に一直線上に配置されている。これらの電極３にはそれぞれ端板２ａと２ｂが取り付けられている。絶縁容器２内には高圧のＳＦ₆ガスが充填されている。そして、２本の電極３の可動電極が摺動接触子６ａを介して接触導体６により接続される。これにより、１対の遮断部１６が直列に接続される。

一方、上記遮断部１６を構成する各可動電極はリンク部１７を介して絶縁操作手段１０に連結されており、更には、図示しない操作器に連結される。即ち、上記の絶縁操作手段１０が図示しない操作器により図示左右方向に操作されると、リンク部１７により可動電極の上下方向の動きに変換され、２本の真空バルブの遮断部が同時に開閉操作される。絶縁操作手段１０は、高電位にある遮断部と接地電位にある操作器とを電気的に絶縁するために、絶縁部材により構成される。

図２において、第２のタイプの真空スイッチギヤでは、２本の電極３が固定電極同士が隣接し、かつ可動電極同士が隣接するように絶縁容器２内に平行に配置されている。これらの電極３にはそれぞれ端板２ａと２ｂが取り付けられている。この絶縁容器２内には上記と同様に高圧ＳＦ₆ガスが充填されており、２本の電極３の可動電極同士が摺動接触子６ａを介して接触導体６により接続され、これにより１対の遮断部１６が直列に接続される。

一方、上記遮断部１６を構成する各可動電極は連結部１８により連結されており、更には絶縁操作手段１０により操作器１２に連結される。即ち、上記操作器１２が絶縁操作手段１０を図の上方向に移動させることにより、２本の電極３の遮断部が同時に開閉操作される。絶縁操作手段１０は高電位にある遮断部と接地電位にある操作器１２とを電気的に絶縁するために、絶縁部材により構成される。

このように、以上に説明した第１のタイプの真空スイッチギヤは、１つの遮断部を１つの真空容器に収納した真空バルブを２本使用し、これを直列接続することで２点切り真空スイッチギヤを形成している。また、第２のタイプの真空スイッチギヤでは、高電位にある遮断部と接地電位にある操作器とを電気的に絶縁する絶縁操作手段が、真空容器外に配置される構造となっている。

これら第１と第２のタイプである真空スイッチギヤに共通する電極３の構造を図３に示す。
図３は電極部分の断面図である。
図３において、機密容器（図示せず）内に互いに対向するように配置される固定電極と可動電極によって構成され電極３が取り付けられている。この電極３は対向する電極側に対して、接触・非接触状態となる板状の接点電極３ａと、縦磁界を発生させるコイル電極３ｂと、接点電極３ａ中央部およびコイル電極３ｂのリング部３ｃに取り付けるべき電極棒７と接点電極の補強のための板８とにより構成される。３ｄはコイル電極のアーム部、３ｅはコイル電極のリング部である。

すなわち、図３に示すように電極棒７は全て同じ径であることから、電極棒７と接点電極３ａとの接触面積が狭くなってしまう。この狭くなった接触部分に集中的に電流が流れてしまうと発熱が発生し、仮に発熱部分が融点を超えてしまうと接点電極３ａが解けてしまう可能性がある。

そこで本発明の発明者らは電極棒７と接点電極３ａとの接触面積の拡大を種々検討した結果、以下のような実施例を得た。

以下、本発明の一実施例を図にしたがって説明する。

以下、本発明の第１の実施例を説明する。
図４は、実施例１に係る真空スイッチギヤの要部の構成を示す一部断面図である。
図５は、一方の真空スイッチギヤ１を示す分解斜視図である。
図４において、１は真空スイッチギヤの電極部分である。この真空スイッチギヤ１は図１や図２に示した絶縁容器２（真空容器）に収納されている。真空スイッチギヤ１はお互い対向するように配置された固定電極と可動電極によって構成されている。電極は対向する電極側に対して接触・非接触状態となる板状の接点電極３ａを備えている。この接点電極３ａは通常接触状態にあるが電気的トラブルが発生したとき、接触状態が切り離されて通電を停止することになる。電極３には縦磁界を発生させるコイル電極３ｂと、接点電極３ａの中央部およびコイル電極３ｂのリング部３ｃに取り付けるべき電極棒７と接点電極の補強のための板８とが取り付けられている。

２ａは電極棒７の第二領域における接点電極の径を表す。２ｂは電極棒７の第一領域と第二領域の境界領域の径を表す。２ｃは電極棒７の第一領域の径を表したものである。図３で分かるように電極棒７の第二領域における接点電極の径２ａは、電極棒７の第一領域と第二領域の境界領域の径２ｂと電極棒７の第一領域の径２ｃより大きくなっている。つまり、本実施例では電極棒７と接点電極３ａとの接触面積を大きくとるために電極棒７の先端部分（接点電極の径２ａ部分）が外広がりとなっている。

図５において、電極３に対してコイル電極３ｂが取り付けられる。このコイル電極３ｂは銅で形成されている。このコイル電極３ｂを電極３と電極棒７で挟み込むような形で電極棒７が電極３に挿入されている。接点電極３ａは補強のために板８を介在させてコイル電極３ｂと電極棒７とによって固定されている。

以上のごとく、本実施例では電極棒７の先端部分（接点電極の径２ａ部分）が外広がりとしたため、接点電極３ａと電極棒７との接触面積が拡大されて部分的な発熱を抑えることができる。

図６は第２の実施例を備えた電極棒の断面図である。

図６において、電極棒７はコイル電極３ｂのリング部３ｃに取り付ける部位の第一領域２ｆと接点電極３ａの中央部に取り付ける部位の第二領域２ｅに形成される。第一領域２ｆから第二の領域２ｅの方になるに連れて電極棒７の横断面積が段階的に大きく形成される。接点電極３ａに取り付ける第二領域の側面の中央部には突起部２ｄが形成されている。この突起部２ｄは接点電極３ａに取り付ける際に接点電極の中央部穴に嵌め合うように形成する。これにより正確に電極棒７を接点電極３ａの中央部に取り付けることができる。

図７は第３の実施例を備えた電極棒の断面図である。

図７において、電極棒７はステンレス鋼のような高抵抗材からなっている。電極棒７の横断面積が段階的に大きく形成することにより導体から伝わる接触圧力をより多く接点電極に加えることができため、従来の電極棒の構造より電極の接触面積を増加できる。

また、電極棒７の径を大きくする部分はコイル電極３ｂのリンク部３ｃ以外の接点電極に接続される部分になるので、電極の径は大きくする必要はない。さらに電極棒７の断面積を段階的に増加させることによって電極棒７の占める体積を減らしているので電極棒７へ電流は流れず、図５に示したコイル電極３ｂのアーム３ｄに流れる。

これにより、縦磁界の強度を維持することができる。なお、図６において２ｅ部はテーパー状に形成したが、例えば図７に示す通り２段以上の段階状に形成しても同様な効果を発揮する。

一般的な真空スイッチギヤ（第１のタイプ）構造を示す断面図である。一般的な真空スイッチギヤ（第２のタイプ）構造を示す断面図である。従来の電極棒を備えた真空スイッチギヤの断面図である。本発明の第１の実施例を備えた真空スイッチギヤの断面図である。本発明の第１の実施例を備えた電極部分の分解斜視図である。本発明の他の実施例を備えた電極棒の断面図である。本発明の他の実施例を備えた電極棒の断面図である。

１真空スイッチギヤ
２絶縁容器
３電極
３ａ接点電極
３ｂコイル電極
３ｃリング部
６接触導体
６ａ摺動接触子
７電極棒
８補強のための板

Claims

真空容器内に配置された固定電極と、該固定電極と対向して配置された可動電極と、
前記各電極に対して対向する他方側の電極側に対して接触または非接触状態となる板状の接点電極と、縦磁界を発生させるコイル電極と、前記接点電極の中央部および前記コイル電極のリング部に取り付けるべき電極棒とにより構成された真空スイッチギヤにおいて、
前記電極棒は前記コイル電極のリング部に取り付ける部位の第一領域と、前記接点電極中央部に取り付ける部位の第二領域とから構成され、前記第一領域と第二領域の境界部位から、前記第二領域の前記接点電極の中央部に取り付ける部位の方になるに連れて前記電極棒の横断面積が２段以上で段階的に大きくなる様に形成された前記電極棒を備えたことを特徴とする真空スイッチギヤ。