JP5501263B2 - 真空絶縁開閉器及び真空絶縁スイッチギヤ - Google Patents

Description

本発明は、真空絶縁開閉器及び真空絶縁スイッチギヤに係り、特に真空容器内の真空圧力を測定する測定装置を備えているものに好適な真空開閉器及び真空絶縁スイッチギヤに関する。

真空絶縁開閉器は、電流を通電・遮断等する機器であり、受配電系統に主として配置される機器である。そして、真空絶縁スイッチギヤは、真空絶縁開閉器に加えて接地開閉器等を含めた開閉器の複合体を指す。真空絶縁を行うに際しては、絶縁耐力が真空圧力に依存することになるので、真空絶縁開閉器内の真空圧力を監視することが望まれる。

ここで、真空圧力を監視する技術として例えば特許文献１に記載されたものがある。特許文献１では、金属製の真空容器の周囲に絶縁物を介して導電性端子を配置し、該導電性端子に発生する電位を測定することで、真空容器内の真空圧力が健全かどうかを判断している。

特開２００７−０８０５９４号公報

しかし、上記特許文献１に記載された手法では端子は点形状であり、コンデンサを形成して電位を測定するにはコンデンサを形成する面積が小さく、測定値がふらつく可能性がある等、精度を向上させる上では改善の余地があった。

そこで本発明では、真空圧力診断の精度を向上させる真空絶縁開閉器または真空絶縁スイッチギヤ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、本発明に係る真空絶縁開閉器では、固定電極及び可動電極の周囲に配置されたシールドと前記シールドの取付け部を挟んで接合される固定側筒及び可動側筒とを有する真空バルブと、前記シールドの取付け部の外周側との対向距離が略一定となる面を少なくとも一部有する真空測定端子を備えていることを特徴とする。

また、本発明に係る真空絶縁スイッチギヤでは、上記真空開閉器と、回路の接地・断路機能を有する気中絶縁接地断路部とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、真空圧力診断の精度を向上させることが可能となる。

（ａ）実施例１の真空開閉装置のモ−ルド部の上断面図である。（ｂ）実施例１の真空開閉装置のモールド部の横断面図である。 （ａ）実施例１の真空バルブ及び真空センサ端子の概略図であり、上面から見た図である。（ｂ）実施例１の真空バルブ及び真空センサ端子の概略図であり、前面から見た図である。 実施例１の圧力診断装置の配線図である。 圧力と放電開始電圧の関係を表す特性図（パッシェン・カーブ）である。 実施例２の圧力診断装置の配線図である。 実施例３の真空開閉装置のモールド部の横断面図である。

以下、本発明の実施に好適な実施例について図面を用いて説明する。尚、下記実施例はあくまで実施の例に過ぎず、本発明が実施例の具体的態様に限定されることを意図する趣旨ではないことは言うまでもない。

実施例１について図１ないし図４を用いて説明する。図１（ａ）に示す様に、本実施例に係る真空絶縁スイッチギヤは、真空バルブ１（真空絶縁開閉器に相当）と気中絶縁接地断路部２５と、これら複数の開閉器を一体に絶縁モールドするエポキシ等の絶縁物１３とから概略構成されている。絶縁物１３の表面には接地電位としている導電塗装１４が塗布されており、接触しても感電しない様にしている。

図１（ｂ）に示す様に、真空バルブ１は、固定側セラミック筒２と，固定側セラミック筒２の端部を密閉して覆う固定側端子板３と，固定側端子板３を貫通して真空容器内外に通過する固定導体４と，真空バルブ１内の固定電極１１及び可動電極１５の周囲に配置される中間シールド５と，固定側セラミック筒２と接合される可動側セラミック筒６と，可動側セラミック筒６の端部を密閉して覆う可動側端子板７と，可動側端子板７を貫通して真空容器内外に通過する可動導体８と、特に図示していないが、真空状態を維持しながら操作器からの操作力により前記可動導体８を動作させるためのベローズと、前記固定導体４の先端に設けられる固定電極１１と、該固定電極１１と対向すると共に前記可動導体８の先端に設けられる可動電極１５とから構成されている。可動電極１５は、ベローズによって真空気密を維持しながら動作可能となり、固定電極１１と接離して電流を開閉する。固定導体４は、負荷接続用導体９と接続しており、負荷接続用導体９は、ケーブル等を介して負荷側と接続される。負荷接続用導体９の周囲も絶縁物１３が覆っており、負荷接続用導体１７とその周囲を覆う絶縁物１３とで負荷接続用ブッシング１７を形成している。

気中絶縁接地断路部２５は、母線側に接続される母線接続用導体１０と一体に形成されるブッシング側固定電極３１と、該ブッシング側固定電極３１と摺動し、かつ接触できる中間気中接点３０と、該中間気中接点３０が設けられ、図示を省略する操作器からの操作力によって図１（ｂ）中上下方向に駆動する気中可動導体３３と、該気中可動導体３３に設けられる接地用気中接点２９と、フレキシブル導体２２を介して真空バルブ１の可動側と電気的に接続される中間固定電極３４と、ブッシング側固定電極３１及び中間固定電極３４と同一軸上に位置し、かつ絶縁物１３の開口部を覆う接地電位である金属筺体２８に固定される接地側固定電極３２と、気中可動導体３３の操作器側に接続され、気中可動導体３３に操作器からの操作力を伝達する接地断路部用絶縁ロッド２４とから構成される。中間気中接点３０は、ブッシング側固定電極３１及び中間固定電極３４と、接地用気中接点２９は、接地側固定電極３２及び中間固定電極３４とそれぞれ摺動し、かつ接触できる様に形成されている。母線接続用導体１０の周囲も絶縁物１３が覆っており、母線接続用導体１６とその周囲を覆う絶縁物１３とで母線接続用ブッシング１６を形成している。

真空バルブ１の開閉は真空バルブ用絶縁ロッド２３，気中絶縁接地断路部２５は接地断路部用絶縁ロッド２４にて開閉を行う。気中絶縁接地断路部２５は閉，断路及び接地の３位置に切替え可能な構造となっている。

本実施例では、図１（ａ）（ｂ）及び図２（ａ），（ｂ）に示す様に真空バルブ１の周囲に真空圧力診断用の真空測定端子１２を配置しており、該真空測定端子１２には、図３に示す圧力診断装置１９側と接続される測定端子電圧検出部１８が設けられている。本実施例では、図１（ａ）に示す様に真空測定端子１２及び測定端子電圧検出部１８は絶縁物１３に覆われている。尚、真空測定端子１２と導電塗装１４は直接接触しない様にし、両者は電気的に絶縁されている。

図３に示す様に、圧力診断装置１９は、測定端子電圧検出部１８に一端が接続されると共に他端は接地電位とされ、かつ静電容量がＣ₀であるコンデンサ２６と、該コンデンサ２６の両端の電圧Ｖ_outを測定する電圧計２０と、該電圧計２０に接続され、真空バルブ１内の真空圧力が正常な範囲かどうかを判定する判定部２１とから構成される。真空測定端子１２は、一端が接地されたコンデンサ２６の他端側と接続されており、電圧計２０ではコンデンサ２６の両端に発生する電圧Ｖ_outを測定している。判定部２１は予め定めてある基準値と電圧計２０で測定された測定値とを比較して、基準値を超えている場合には真空圧力以上と判定し、基準値を下回っている場合には真空圧力は正常であると判定する。

ここで、真空測定端子１２と中間シールド５との間では絶縁物を介して配置されており、コンデンサを形成することになるが（該コンデンサの静電容量をＣ₁とする）、真空測定端子１２と中間シールド５間の静電容量Ｃ₁を十分に確保するだけの面積を得るため、図２（ａ）に示す様に、真空測定端子１２は中間シールド５と中心Ｏを略等しくし、中間シールド５の外周側の少なくとも一部を略同心円状に覆う形状を有している。真空測定端子１２は、中間シールド５と中心を略等しくし、略同心円状に外周側の少なくとも一部を覆うことで、中間シールド５と真空測定端子１２との距離は等間隔となり、（中間シールド５と真空測定端子１２とが最近接となる部位を面状に形成できるので、）中間シールド５と真空測定端子１２との間には均等に電界が分布できるようになる。略一定とは、測定端子とシールド間で電位の測定精度が向上する程度に一定の関係を有していることを指す。

ここで、真空測定端子１２，測定端子電圧検出部１８は、本実施例の様に絶縁物でモールドする場合には、加工性の良い金属、例えば真鍮やアルミから形成されることが望ましい。

ここで、真空測定端子１２は絶縁物１３でモールドされているが、測定端子電圧検出部１８は露出しており、外部の圧力診断装置１９と接続する。真空測定端子１２は、絶縁物１３でモールドする際に、絶縁物１３を充填する金型に予め取り付けておき、モールド後に絶縁物１３と共に金型から取り外す様にすることで、正確な位置への埋め込みを実現することが可能となる。尚、本実施例では測定端子電圧検出部１８は露出させているが、露出させることは発明の効果を奏するための必須条件という訳ではなく、本実施例における圧力診断装置１９といった電圧を測定する機器と電気的に接続できる様にしていれば、一部または全体がモールドされていても良い。逆に、真空測定端子１２についても、モールド内に埋め込むことは真空測定を行う上で必須条件ではない。

続いて、真空圧力が正常か異常かを判定する動作について説明する。真空測定端子１２と中間シールド５は静電容量Ｃ₁のコンデンサを形成しており、また該コンデンサは圧力診断装置１９内のコンデンサ２６と直列に接続されている。故に、コンデンサ２６の両端の電圧Ｖ_outは、静電容量Ｃ₁のコンデンサに印加される電圧に依存することとなる。そして、真空中の放電特性は、図４に示す様に、圧力と放電開始電圧の関係を示すパッシェンカーブとなるため、主回路（真空バルブ１内では、固定導体４，固定電極１１，可動導体８，可動電極１５が該当する。以下、同様。）と中間シールド５の間の距離が一定の場合、圧力がある値以上に上昇すると、主回路−中間シールド５間に放電が発生し、中間シールド５の電位Ｖ₁が上昇する。故に静電容量Ｃ₀，Ｃ₁を予め把握しておけば、コンデンサ２６の両端の電圧Ｖ_outから中間シールド５の電位Ｖ₁を算出でき、該電位（または該電位に依存して変動する変数、例えばＶ_out等。）から真空圧力が正常か否かを判定できるようになる。

ここで、真空測定端子１２−中間シールド５間の静電容量Ｃ₁については真空測定端子１２の形状、真空測定端子１２−中間シールド５間距離を予め決定しておくことにより、規定値にすることができる。この様に、真空測定端子１２−中間シールド５間の静電容量Ｃ₁値は真空圧力が正常か否かを判定する上で重要であり、規定値から変動しないことが必要となる。

ここで、上述した出力電圧Ｖ_outは、コンデンサ２６の静電容量Ｃ₀と真空測定端子１２−中間シールド５間の静電容量Ｃ₁の比によって決定されることとなり、中間シールド５の電位がＶ₁、コンデンサ２６の測定端子電圧検出部１８と接続される側との他端側の電位は接地電位（０Ｖ）であることから、以下の様に計算できる。

Ｖ_out＝Ｖ₁×Ｃ₁／（Ｃ₁＋Ｃ₀）
この際、上述の様に、電圧Ｖ_outが圧力診断装置１９の検出範囲内に収まるよう、Ｃ₀，Ｃ₁を予め設定している。

即ち、Ｃ₀，Ｃ₁は既知の定数であることから、電圧Ｖ_outを測定することで、中間シールド５の電位Ｖ₁について算出することが可能となる。そして、電圧Ｖ₁は上述した様に真空バルブ１内の圧力に依存して変化し、真空圧力に異常が生じ放電が生じた際に上昇することから、電圧Ｖ₁または電圧Ｖ_out値等から真空開閉装置の真空圧力の健全性を診断することが可能となる。

本実施例では、真空測定端子１２は中間シールド５と中心を略等しくし、中間シールド５の外周側の少なくとも一部を略同心円状に覆う形状を有することにより、中間シールド５と真空測定端子１２とが最近接となる部位を面状に形成でき、静電容量Ｃ₁が変動しにくくなると共に、中間シールド５と対向する面積を変化させることで静電容量の大きさも自由に変化させることが可能となり、（Ｓ／Ｎ比が高くなる様な値に設定できるため、）真空圧力診断の精度が向上する。これにより、電圧Ｖ_outが圧力診断装置１９の検出範囲内に収まるように静電容量の値を自由に設計させることが可能となる。

また、本実施例では中間シールド５を円筒形状の真空バルブ１に合わせて円筒形状にしているため、真空測定端子１２についても略同心円状に覆うものとしているが、中間シールドに対して、中間シールドと真空測定端子の間の最近接の対向距離が略一定となる様な面が一部でも備わっていれば、対向面同士でコンデンサを形成でき、静電容量Ｃ₁が変動しにくくなると共に、対向する面積を変化させることで静電容量の大きさも自由に変化させることについて一定の効果は得られる。

係る特徴を有する場合として、中間シールドと真空測定端子の少なくとも一部が相似形となっていて、該相似形部について両者の対向距離が略一定となる様にする場合が考えられる。この場合には、対向面同士で形成するコンデンサの静電容量はより安定的にすることができ、単に中間シールドに対して、中間シールドと真空測定端子の間の最近接の対向距離が略一定となる様な面が一部でも備えている場合と比較して有益である。

また、中間シールドと真空測定端子（の少なくとも一部）が相似形となっていて、両者の対向距離が略一定となる様にする場合のうち、更に本実施例の様に中間シールド５が円筒形状であり、真空測定端子１２が中間シールド５と中心を略等しくし、中間シールド５の外周側の少なくとも一部を略同心円状に覆う形状を有する様にすることで、角部をなくすことができ、電界集中を緩和することも可能になり、一層有益である。

尚、中間シールド５は本実施例では主にアークが絶縁筒に付着するのを防止するアークシールドの場合について説明しているが、真空劣化して放電が起きた場合には、アークシールドであるかどうかに関わらず、真空バルブ内の至る所に放電して導通するので、真空バルブ１内に存在するものであればいずれのシールドでも良く、更には導電部材全般にまで適用可能である。

実施例２について図５を用いて説明する。本実施例では、実施例１内で説明した真空絶縁開閉装置を三相並べた場合について説明するが、個々の真空絶縁開閉装置については実施例１と同様であり、重複説明は省略する。

本実施例では、図５に示す様に三相分の真空測定端子１２の電圧が印加される測定端子電圧検出部１８を連結点２７で合成し、合成された電圧がコンデンサ２６の接地側に接続される一端とは他端側に印加される。従って、検出される出力電圧Ｖ_outは三相分の測定端子に生ずる電圧の合成値に比例する値となる。

実施例１で説明した内容によれば真空絶縁開閉装置の真空圧力の健全性を診断することが可能になるが、中間シールドに誘起される電位は主回路の約４０％と従来の値より高く、さらに接点の状態（入，切）で電位が変動するため、Ｓ／Ｎ比が低下し易い。そこで、本実施例では、真空圧力異常を判断する検出器に、図５に示す様に三相分の信号を合成して入力することで、ランダムなノイズについては相殺し、Ｓ／Ｎ比を一層向上させている。例えば、真空度が正常の時の信号をゼロ、いずれかの相で異常が発生し三相アンバランスとなったときに信号が発生するようにすることで、真空容器の真空漏れを監視することができる。正常時と異常時の電圧については各静電容量を調整すれば良く、正常時をゼロ・異常時にゼロから電位が変化する様にしなければならないものではない。

尚、本実施例では連結点２７の一カ所で三相分の測定端子電圧検出部１８が一括して合成される場合について説明しているが、連結点を複数設けて段階的に電圧を合成してもよい。また三相全てを合成せずに二相のみを合成しても、Ｓ／Ｎ比の向上には一定の効果を奏する。

真空測定端子１２が正常に動作するか検査をするためには、製品出荷前のルーチン試験であるＡＣ耐電圧試験を利用する。真空測定端子１２は三相の合成電圧がアンバランスとなるとき信号を発生するため、各相それぞれにＡＣ電圧の印加試験を行うことで、真空測定端子１２が正常に働いていることを確認することができる。従来、真空測定端子１２の検査とＡＣ耐電圧試験は別々に実施されてきたが、この方法では真空測定端子１２の検査とＡＣ耐電圧試験を同時に行うことができるため、スイッチギヤ出荷前試験の項目・時間の短縮を図ることができる。

本発明の実施例３について図６を用いて説明する。図６では、上記各実施例で説明した真空開閉装置の断路状態について説明する。それ以外については上記と同様であり、ここでの重複説明は省略する。

本実施例では断路状態は、気中絶縁接地断路部２５の中間気中接点３０とブッシング側固定電極３１との距離が気中絶縁接地断路部２５の接地用気中接点２９と接地側固定電極３２との距離と比較して大きくしている。また、断路状態で真空バルブ１側の接点も遮断位置にしておき、断路状態の信頼性を高めている。尚、接地側固定電極３２は、実施例１で説明した様に接地電位である金属筺体２８と接続されている。

係る構成により、負荷側に落雷等の異常が生じた場合であっても、真空バルブ１側を遮断位置にしていることから母線側に異常が波及することがなく、信頼性を高めることができる。

また、仮に真空漏れが生じてしまった場合で、真空バルブ１内の遮断状態が破断し、接点間が導通し、気中可動導体３３に負荷側の異常状態の電位が印加された場合であっても、気中絶縁接地断路部２５の中間気中接点３０とブッシング側固定電極３１との距離が気中絶縁接地断路部２５の接地用気中接点２９と接地側固定電極３２との距離と比較して大きくなっていることから、気中可動導体３３の中間気中接点３０とブッシング側固定電極３１の間は導通せずに、絶縁耐力の低い気中可動導体３３の接地用気中接点２９と接地側固定電極３２の間が導通する。従って、母線側に異常を波及させずに、地絡優先構造とすることができる。母線側に異常が波及することは、他の回路にも異常が波及することにつながるため、負荷側の一回路の異常を拡散させることにつながってしまう。よって、上記の様に母線側に異常を波及させずに、地絡優先構造とすることにより、電力系統自体の信頼性を高めることが可能となる。

尚、本実施例に係る点については、上記各実施例における真空圧力診断と共に用いることが必ずしも必須ではなく、真空圧力診断を行わない開閉器やスイッチギヤにも適用可能である。

１ 真空バルブ
２ 固定側セラミック筒
３ 固定側端子板
４ 固定導体
５ 中間シールド
６ 可動側セラミック筒
７ 可動側端子板
８ 可動導体
９ 負荷接続用導体
１０ 母線接続用導体
１１ 固定電極
１２ 真空測定端子
１３ 絶縁物
１４ 導電塗装
１５ 可動電極
１６ 母線接続用ブッシング
１７ 負荷接続用ブッシング
１８ 測定端子電圧検出部
１９ 圧力診断装置
２０ 電圧計
２１ 判定部
２２ フレキシブル導体
２３ 真空バルブ用絶縁ロッド
２４ 接地断路部用絶縁ロッド
２５ 気中絶縁接地断路部
２６ コンデンサ
２７ 連結点
２８ 金属筺体
２９ 接地用気中接点
３０ 中間気中接点
３１ ブッシング側固定電極
３２ 接地側固定電極
３３ 気中可動導体
３４ 中間固定電極

Claims (7)

1. 固定電極及び可動電極の周囲に配置されたシールドと前記シールドの取付け部を挟んで接合される固定側筒及び可動側筒とを有する真空バルブと、前記シールドの取付け部の外周側との対向距離が略一定となる面を少なくとも一部有する真空測定端子を備えていることを特徴とする真空絶縁開閉器。
2. 請求項１に記載の真空絶縁開閉器であって、前記シールドと前記真空測定端子とは少なくとも一部に相似形部を備えており、該相似形部における前記シールドの取付け部の外周側と前記真空測定端子の対向距離は略一定であることを特徴とする真空絶縁開閉器。
3. 請求項２に記載の真空絶縁開閉器であって、前記シールドは円筒形状であり、前記真空測定端子は、前記シールドと中心を略等しくすると共に、前記シールドの取付け部の外周側の少なくとも一部を略同心円状に覆う形状を有することを特徴とする真空絶縁開閉器。
4. 請求項１ないし３のいずれか一つに記載の真空絶縁開閉器であって、前記真空測定端子に印加する電圧は、異なる相間で合成されていることを特徴とする真空絶縁開閉器。
5. 請求項４に記載の真空絶縁開閉器であって、前記真空測定端子に印加する電圧は三相で一括に合成されていることを特徴とする真空絶縁開閉器。
6. 請求項１ないし５のいずれか一つに記載の真空絶縁開閉器と、回路の接地・断路機能を有する気中絶縁接地断路部とを備えることを特徴とする真空絶縁スイッチギヤ。
7. 請求項６に記載のスイッチギヤであって、前記気中絶縁接地断路部は、可動導体と、該可動導体に設けられる中間気中接点及び接地用気中接点と、母線側ブッシングに接続されるブッシング側固定電極と、接地電位であると共に前記接地用気中接点と接離する接地側固定電極とを備えており、
   断路状態で前記中間気中接点と前記ブッシング側固定電極との距離が前記接地用気中接点と前記接地側固定電極との距離と比較して大きいことを特徴とする真空絶縁スイッチギヤ。

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