JP5815449B2 - 真空遮断器 - Google Patents

Description

本発明は真空遮断器に係り、特に、電気鉄道に使用される単相交流遮断スイッチ等の真空スイッチを搭載した真空遮断器に関するものである。

一般に、電気鉄道における新幹線車両では、図１に示す如く、鉄道車両２０が、デッドセクションで走行速度を落とすことなく、電流遮断用真空スイッチＶＳ１と電流投入用真空スイッチＶＳ２の高速連動切替により、力行を行っている。

ここで、デッドセクションとは、交流周波数の５０Ｈｚと６０Ｈｚが同一線路に存在する場所を走行する際の交交セクションと呼ばれるものを例に挙げると、異なる周波数の混在を防ぐためにデッドセクションが存在するが、図１において、鉄道変電所Ｇ１からき電されて力行を行い、デッドセクションに侵入した際には、列車検知装置が働き、電流遮断用真空スイッチＶＳ１がＯＦＦとなり、電流投入用真空スイッチＶＳ２がＯＮとなることで、鉄道変電所Ｇ２から鉄道車両２０へ、き電線２１を介してき電されることをいう。

また、図１において、電流遮断用真空スイッチＶＳ１が投入状態で、かつ、電流投入用真空スイッチＶＳ２が切状態である時（図１の状態の時）、電流投入用真空スイッチＶＳ２には鉄道変電所Ｇ１から交流き電電圧Ｖ_１と、鉄道変電所Ｇ２からの交流き電電圧Ｖ_２がかかる。その時、電流投入用真空スイッチＶＳ２には、図２に示す如く、最大で│Ｖ_１Max│+│Ｖ_２min│または│Ｖ_１min│+│Ｖ_２Max│の電位差が生じる。

尚、電流投入時においては、先行放電により電極表面が荒れ、表面から発生した導電性異物により、極間絶縁破壊をし易いため、絶縁信頼性を上げることが望ましい。

上述したような電位差が生じるため、従来の真空スイッチＶＳ（Vacuum Switch）は、図３及び図４に示す如く、真空バルブＶＩ（Vacuum Interruptor）を２本直列に接続する構成とし、真空バルブＶＩの電極開放中における耐圧性能を向上させている。

即ち、鉄道変電所Ｇ１のき電電圧がＶ_１[Ｖ]、鉄道変電所Ｇ２のき電電圧がＶ_２[Ｖ]である時、真空バルブＶＩを２本直列配置とした場合に、各真空バルブＶＩにかかる最大の電位差Ｖ_Ｋは、図５に示すように、Ｖ_Ｋ/2に低減される。

尚、デッドセクションに関する先行技術文献としては、特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１には、新幹線における異電源の２つのトロリー線間に切替セクションを設け、第１のトロリー線と切替セクション間及び第２のトロリー線と切替セクション間に、それぞれ切替遮断器を接続し、２つの切替遮断器を列車の進行に合わせて切替えて、切替セクションが第１のトロリー線の電源又は第２のトロリー線の電源により加圧され、ノッチオンのまま列車が通過しうるようにしていることが記載されている。

特開２００２−３６９３１１号公報

従来の真空スイッチは、上述した如く、真空バルブを２本直列に繋げる構造とし、真空バルブの電極開放中における耐圧性能を向上させているし、また、鉄道変電所Ｇ１のき電電圧がＶ_１[Ｖ]、鉄道変電所Ｇ２のき電電圧がＶ_２[Ｖ]である時、真空バルブＶＩを２本直列配置とした場合に、各真空バルブＶＩにかかる最大の電位差Ｖ_Ｋは、図５に示すように、Ｖ_Ｋ/2に低減される。

しかしながら、近年、より高い絶縁性が真空スイッチに要求されているが、真空バルブを２本直列に繋げる従来の構造では、高い絶縁性を得るにも限界があった。また、特許文献１には、スイッチの絶縁性を向上させる点に関しては全く記載されていないし、しかも、切替遮断器の構造については全く触れられていない。

本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、より高い絶縁性を実現し、信頼性の向上が可能な真空遮断器を提供することにある。

本発明の真空遮断器は、上記目的を達成するために、シャフトを介して可動ロッドを操作する操作機構と、該操作機構により前記可動ロッドを操作することで電流遮断及び電流投入を行う電極を内蔵した３つの真空バルブから成る真空スイッチと、前記３つの真空バルブを連結する筐体とを備え、前記シャフトを固定して前記操作機構を動作させたときに、前記３つの真空バルブの電極に操作力が伝わり、電流遮断及び電流投入を行う真空遮断器であって、前記真空スイッチは単相交流遮断を目的とし、３相交流用の３つの真空バルブが並設されて成り、この並設されている前記３つの真空バルブが前記筐体外部の固体絶縁母線により直列に接続されていると共に、並設されている前記３つの真空バルブが、隣接する前記真空バルブを流れる電流が同一方向となるように接続され、かつ、前記固体絶縁母線は、前記筐体外部に延びている前記３つの真空バルブからの端子を介して隣接するそれぞれの前記真空バルブを接続する第１の固体絶縁母線と、電源側或いは負荷側と接続する第２の固体絶縁母線から成り、並設されている前記３相交流用の３つの真空バルブが、一括でモールド化されていることを特徴とする。

本発明によれば、より高い絶縁性を実現し、信頼性の向上が可能な真空遮断器を得ることができる。

電気鉄道におけるデッドセクションを説明するための図である。 図１のデッドセクションにおける電流投入用真空スイッチＶＳ２に生じる電位差を説明するための図である。 従来の真空スイッチにおける真空バルブＶＩの接続例を示す側面図である。 図３の正面図である。 従来の真空スイッチにおける真空バルブＶＩの接続とした場合の各真空バルブにかかる最大の電位差を説明するための図である。 真空遮断器に搭載される真空スイッチにおける真空バルブＶＩの接続例を示す図である。 本発明の真空遮断器の真空スイッチにおける真空バルブＶＩの接続例を示す図である。 本発明の真空遮断器の真空スイッチにおける真空バルブＶＩの接続に採用される固体絶縁物母線を示す側面図である。 図８の正面図である。 真空スイッチが搭載された本発明の真空遮断器をクレードル内に収納し、真空スイッチが固体絶縁母線で接続された状態を示す側面図である。 図１０の正面図である。 真空スイッチが搭載された本発明の真空遮断器の詳細を示す斜視図である。 図１２の真空スイッチが搭載された本発明の真空遮断器の電流投入状態を示す図である。 図１２の真空スイッチが搭載された本発明の真空遮断器の電流遮断状態を示す図である。

以下、図示した実施例に基づいて、本発明の真空遮断器を説明する。

本実施例では、真空スイッチＶＳの絶縁信頼性をさらに向上させるため、真空バルブＶＩを、従来のような２本直列に接続する構造ではなく、３本直列に接続する構造とすることにより、絶縁性能を高めるものである。

即ち、単相交流遮断を目的とする真空スイッチが、３相交流用の３つの真空バルブＶＩが直列に接続されて構成されていることを特徴とする。

具体的には、図６に示す如く、３相交流用の３つの真空バルブＶＩが、隣接する真空バルブＶＩを流れる電流が異なる方向となるように接続されているか、或いは図７に示す本実施例の如く、隣接する真空バルブＶＩを流れる電流が同一方向となるように接続されているものである。この図６及び図７は、真空スイッチＶＳと同様、電位差ＶＫ[ＶＩ]を考慮した時の接続構成例を示すものである。

尚、真空バルブＶＩを操作する操作器は、真空スイッチＶＳ用ではなく、真空遮断器ＶＣＢ用として別の用途に用いている操作器を使用している。ただし、き電線は単相交流であるのに対し、真空遮断器は、３相交流の遮断を目的として使用されているものである。

真空遮断器は、３相交流遮断を目的としているため、３つの真空バルブＶＩを持つ構造となっている。つまり、この３つの真空バルブＶＩを直列に接続することにより、真空バルブＶＩを２本直列に接続した構造の真空スイッチＶＳよりも、多点での電流遮断が可能となる。

図６に示す３つの真空バルブＶＩを直列に接続する接続構成の時、真空バルブＶＩ端子間には、それぞれ２Ｖ_Ｋ/３[Ｖ]の電位差が生じ、図７に示す３つの真空バルブＶＩを直列に接続する接続構成の場合は、真空バルブＶＩ端子間には、Ｖ_Ｋ/３[Ｖ]の電位差が生じる。

つまり、図７に示す３つの真空バルブＶＩを直列に接続する接続構成を採用することにより、より真空バルブＶＩへの負担を軽減することが可能となる。

また、電流の流れる向きを考えた場合、図６に示す３つの真空バルブＶＩを直列に接続する接続構成は、中央の真空バルブＶＩを流れる電流が逆向き(⇒で示す)となり、電磁反発力を生じることが懸念されるが、図７に示す３つの真空バルブＶＩを直列に接続する接続構成の場合、従来通りの電流の向きとしての使用が可能となる。

図７に示す３つの真空バルブＶＩを直列に接続する接続構成を実現する手段として、図８及び図９に示す固体絶縁母線１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ、１１Ｅを用いる。これは、真空遮断器の各端子間を、図７に示す３つの真空バルブＶＩを直列に接続するのに固体絶縁母線１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ、１１Ｅを用いることで、絶縁が強固になるので導体を近付けることが可能となり、図７に示す接続構成のように接続することを実現している。また、固体絶縁母線１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ、１１Ｅを用いることにより、銅ブスバー等の導体はむき出しではなく、導電部が絶縁材で覆われており、絶縁性だけでなく、防腐性や防錆性等の向上を得ることが可能となる。

また、真空遮断器は、屋内仕様であるため、単品では真空スイッチＶＳのような屋外設置には向かない。そのため、真空遮断器の端子受けが備わっているクレードル（金属箱）に格納を行うことにより、屋外での使用を可能としている。

真空遮断器をクレードルに格納し、３つの真空バルブＶＩを上述した固体絶縁母線で接続した状態を図１０及び図１１に示す。

該図に示す如く、クレードル１０に格納された真空遮断器１は、３つの真空バルブＶＩからの端子１２がクレードル１０外に延びており、この端子１２を介して隣接ずるそれぞれの真空バルブＶＩが第１の固体絶縁母線である固体絶縁母線１１Ａで接続されていると共に、電源側或いは負荷側とは、第２の固体絶縁母線である固体絶縁母線１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ、１１Ｅを介して接続されている。

このように、真空バルブＶＩを３つ直列接続構造とした真空遮断器を用いて、３点で電流を切ることにより、より信頼性を高め、真空バルブＶＩの電位差がＶ_Ｋ/３[Ｖ]となり、真空バルブＶＩ間の絶縁性能をより高めることができる。

また、真空バルブＶＩをモールド化することにより、（気中絶縁ではなく、モールドによる絶縁とし）絶縁性能が改善されるし、真空バルブＶＩを３つ一括してモールド化することにより、小型化が図れる。

更に、使用する真空バルブＶＩの絶縁性能は、１つでも電位差Ｖ_ＫＭａｘ[Ｖ]に耐え得るものとし、この運転電圧に耐え得る真空バルブＶＩを３つ直列に接続する構造にすることで、より信頼性を高めることができる。

また、各真空バルブＶＩの接続は、クレードル１０及び固体絶縁母線１１Ａで行い、真空遮断器は、実績のある標準品を使用することができ、しかも、真空遮断器に搭載されている真空バルブＶＩを直列に接続することにより、単相交流遮断を３点で行う機能を持つことが可能となる。

次に、本実施例の真空スイッチを搭載した真空遮断器の詳細を、図１２乃至図１４を用いて説明する。

該図に示す如く、真空遮断器１は、シャフト４を介して可動ロッド７を操作する操作機構２と、この操作機構２により可動ロッド７を操作することで電流遮断及び電流投入を行う電極８を内蔵した３つの真空バルブ６と、これら３つの真空バルブ６を連結する筐体９とから概略構成され、シャフト４を固定して操作機構２を動作させたときに、真空バルブ６の電極８に操作力が伝わり、電流遮断及び電流投入を行うものである。

操作機構２と真空バルブ６の間には遮断ばね３、接圧ばね５が配置され、電流投入時は、接圧ばね５の力により真空バルブ６内の電極８の接圧が確保され、電流遮断時は、接圧ばね５の力による真空バルブ６内の電極８の開放が確保されるものである。

即ち、操作機構２が下方に動作した時には可動ロッド７は上方に動作して電極８が接触することで電流投入状態（図１３の状態）となり、操作機構２が上方に動作した時には可動ロッド７は下方に動作して電極８が開放されることで、電流遮断状態（図１４の状態）となる。

以上説明した本実施例によれば、真空バルブＶＩを３つ直列接続構造とすることで、より高い絶縁性を実現し信頼性の向上が可能であるし、真空バルブＶＩの３つの直列接続に固体絶縁母線を用いることにより、電流の流れる向きを統一し、且つ、各真空バルブＶＩ間の絶縁性能をより高めることが可能である。

また、真空バルブＶＩをモールド化することで、絶縁性能の改善が可能である（気中絶縁に比べて）と共に、真空バルブＶＩを３つ一括でモールド化し、相間絶縁距離を小さくすることで全体の小型化が可能であり、しかも、各真空バルブＶＩの直列接続を固体絶縁母線で行うことで、標準品の電磁操作器を使用することが可能である。

更に、３相交流用真空遮断器の端子間を固体絶縁母線を用いて直列接続することにより、単相交流遮断を３つの真空バルブを用いて行うことが可能となる。

１…真空遮断器、２…操作機構、３…遮断ばね、４…シャフト、５…接圧ばね、６、ＶＩ…真空バルブ、７…可動ロッド、８…電極、９…筺体、１０…クレードル、１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ、１１Ｅ…固体絶縁母線、１２…端子、２０…鉄道車両、２１…き電線、ＶＳ…真空スイッチ、ＶＳ１…電流遮断用真空スイッチ、ＶＳ２…電流投入用真空スイッチ、Ｇ１、Ｇ２…鉄道変電所。

Claims (1)

1. シャフトを介して可動ロッドを操作する操作機構と、該操作機構により前記可動ロッドを操作することで電流遮断及び電流投入を行う電極を内蔵した３つの真空バルブから成る真空スイッチと、前記３つの真空バルブを連結する筐体とを備え、前記シャフトを固定して前記操作機構を動作させたときに、前記３つの真空バルブの電極に操作力が伝わり、電流遮断及び電流投入を行う真空遮断器であって、
   前記真空スイッチは単相交流遮断を目的とし、３相交流用の３つの真空バルブが並設されて成り、この並設されている前記３つの真空バルブが前記筐体外部の固体絶縁母線により直列に接続されていると共に、並設されている前記３つの真空バルブが、隣接する前記真空バルブを流れる電流が同一方向となるように接続され、かつ、前記固体絶縁母線は、前記筐体外部に延びている前記３つの真空バルブからの端子を介して隣接するそれぞれの前記真空バルブを接続する第１の固体絶縁母線と、電源側或いは負荷側と接続する第２の固体絶縁母線から成り、並設されている前記３相交流用の３つの真空バルブが、一括でモールド化されていることを特徴とする真空遮断器。

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