JP6053463B2

JP6053463B2 - 真空バルブ

Info

Publication number: JP6053463B2
Application number: JP2012248897A
Authority: JP
Inventors: 勇佑西村
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-11-13
Filing date: 2012-11-13
Publication date: 2016-12-27
Anticipated expiration: 2032-11-13
Also published as: JP2014099248A

Description

この発明は、耐圧力性能を向上させた真空バルブに関する。

可動部の気密確保にベローズを用いた一般的な真空バルブにおいては、真空容器を構成する絶縁筒外部が大気圧下となる条件で使用した場合、ベローズには絶縁筒内の真空と外部の大気圧の差として１気圧の負荷がかかる。定格電圧が例えば７２ｋＶ以上の高圧用真空遮断器になると絶縁筒の沿面耐電圧性能を向上させるために、真空バルブ周囲にＳＦ_６又はドライエア等の絶縁ガスが充填されるため、ベローズには真空と絶縁ガスの差圧に応じた負荷がさらに加わる。ベローズの圧力負荷が大きくなると、ベローズの座屈と、開閉時における圧力によって過大な応力が発生し、ベローズの疲労寿命が短くなる。そのため、遮断器の開閉寿命を満足させるベローズは、疲労に強い材料や径を大きくする必要があり、高価になる。ベローズに負荷される圧力を低減するための解決方法として、真空バルブ内部と真空バルブ周囲の絶縁ガスから密封された気密室を設けるようにしたものがある（例えば特許文献１参照）。

特開２００４−２２０９２２号公報（第１頁、図１）

上記のようなベローズに負荷される圧力を低減する真空バルブにおいては、構造が複雑で、装置が大型化する、組立作業工程が増加する、材料費や組立費が増加するなどの問題点があった。

この発明は上記のような課題を解消するためになされたもので、構造が簡素で、従って組立も容易で安価に製造し得る真空バルブを提供することを目的としている。

この発明に係る真空バルブは、対向された固定電極と可動電極のまわりを包囲する絶縁筒と、この絶縁筒の可動電極側端部を気密に塞ぐように設けられ前記可動電極に接続された可動側電極棒を前記絶縁筒の外部に挿通させる挿通孔が設けられた可動側端板と、前記可動側電極棒及び前記可動側端板に密着された気密を保持するベローズと、前記絶縁筒の固定電極側端部を気密に塞ぐように設けられた固定側端板を備えた真空バルブであって、前記真空バルブの周囲には所定圧力の絶縁ガスが充填されるとともに、前記可動側電極棒の前記可動側端板よりも外側部と前記可動側端板に密着され、前記ベローズの内側の気密室に連通された密閉空間を形成する伸縮性の絶縁カバーが設けられ、前記密閉空間の圧力は前記真空バルブの真空空間の圧力と前記絶縁ガスの圧力との中間の圧力とされているものであり、しかも、前記絶縁カバーの前記可動側端板との密着部は、前記可動側端板の背面部から前記絶縁筒の外周面に跨って連続して密着されていることを特徴とするものである。

この発明によれば、ベローズ内側の気密室とこの気密室に連通された密閉空間によって前記真空バルブの真空空間の圧力と前記絶縁ガスの圧力との中間の圧力を有する中間圧力室が形成されることで、ベローズに負荷される圧力を低減するようにしたので、構成が簡素であり、組立も容易で安価に製造することができるとともに、絶縁カバーの前記可動側端板との密着部は、前記可動側端板の背面部から前記絶縁筒の外周面に跨って連続して密着されているため沿面距離が長くなり、絶縁筒の沿面耐電圧性能が向上する。

この発明の実施の形態１による真空バルブを概略的に示す縦断面図。図１に示す真空バルブの電極が開離した状態を概略的に示す縦断面図。この発明の実施の形態２による真空バルブを概略的に示す縦断面図。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る真空バルブを概略的に示す縦断面図、図２は図１に示す真空バルブの電極が開離した状態を概略的に示す縦断面図である。図において、真空バルブは図の上部側に配設された固定側電極１１と、固定側電極１１に電気的、機械的に接続された固定側電極棒１２と、固定側電極棒１２を貫通させて気密に保持する固定側端板２１と、固定側電極１１に接離可能に対向された可動側電極３１と、可動側電極３１に電気的、機械的に接続された可動側電極棒３２と、固定側電極１１と可動側電極３１のまわりを包囲し、図の上端が固定側端板２１の外周部に気密に接合された絶縁筒２３と、この絶縁筒２３の可動電極側端部を気密に塞ぐように設けられ可動側電極棒３２を絶縁筒２３の外部に挿通させる挿通孔２２ａが設けられた可動側端板２２と、中央部に蛇腹部４ａを有し一端部が可動側電極棒３２に他端部が可動側端板２２にそれぞれ密着された気密を保持するベローズ４を備え、さらに可動側端板２２の背面側部に、可撓性の絶縁材料を用いた絶縁カバー５が設けられている。

この発明の特徴部分の一つである前記絶縁カバー５の材質は、特に限定されるものではないが、例えばベローズ４と同様の物理的電気的特性を有する材料、例えば各種ゴムやＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などの可撓性と気密性を有する絶縁材料を好ましく用いることができる。絶縁カバー５は、この例では可動側電極棒３２の可動側端板２２よりも外側部（図の下部側）と可動側端板２２に跨るように設けられ、内側に密閉空間５１を形成するように構成されている。密閉空間５１は、挿通孔２２ａの部分でベローズ４の内側に形成された気密室４１と連通されており、前記密閉空間５１と気密室４１によって気密の中間圧力室６が形成されている。

そして、絶縁カバー５の図の上側の一端部５ａは可動側端板２２の背面部から絶縁筒２３の外周面の下部にまで跨って気密に連続して接合されている。また、絶縁カバー５の図の他端部５ｂは可動側電極棒３２の外周部と気密に接合されている。中間圧力室６内は真空バルブ内の真空空間２０と真空バルブの外部に充填される絶縁ガス（図示省略）の圧力の中間の圧力、又は大気圧とする。真空バルブを開離すると絶縁カバー５は図２に示すように伸長する。絶縁カバー５は遮断器開閉時のベローズ４内部の気密室４１と絶縁カバー５内部の密閉空間５１の体積変化量が同等になる形状にすると良い。また、絶縁カバー５の一端部５ａと他端部５ｂ間の長さ、即ち可動側端板２２から可動側電極棒３２との気密接合部までの長さを可動側電極棒３２の開閉時のストロークに見合った長さにすることでベローズ４と同等の疲労寿命性能を持たせることが好ましい。

次に、上記のように構成された実施の形態１の動作について説明する。まず、真空バルブの周囲に充填される例えばＳＦ_６ガスやドライエアなどの絶縁性ガスは腐食性がなく、絶縁カバー５が劣化し難いため、絶縁カバー５の腐食による疲労寿命の低下はない。そして、そのような絶縁性ガスを充填しても、真空バルブ内の真空空間２０の真空圧と周囲に充填された絶縁性ガスとの圧力差が絶縁カバー５とベローズ４で分担されるため、絶縁カバー５が設けられていない場合よりも圧力差による負荷が軽減される。さらに、絶縁カバー５とベローズ４で圧力負荷が分担されることで遮断器開閉時の過大な応力発生も抑制される。

遮断器開閉時のベローズ４内部の気密室４１と絶縁カバー５内部の密閉空間５１の体積変動は逆になり、例えば遮断器開極動作時は、ベローズ４内部の気密室４１の体積が減り、絶縁カバー５内部の密閉空間５１は体積が増える。ベローズ４内部と絶縁カバー５内部の伸縮による体積変化を同等とすると、遮断器開閉時の中間圧力室６の圧力変動が小さくなる。さらに、絶縁カバー５の一端部５ａは可動側端板２２の背面部から絶縁筒２３の外周面の下部にまで跨って気密に連続して接合されているため沿面距離が長くなり、絶縁筒２３の沿面耐電圧性能が向上する。

上記のように実施の形態１によれば、真空バルブ内の真空空間２０の真空圧と、真空バルブ外部に充填された絶縁性ガスの充填圧との圧力差を絶縁カバー５とベローズ４で分担させることで、ベローズ４に加わる圧力負荷を従来よりも軽減し、遮断器開閉時の過大な応力も抑制されるため、より径が小さいベローズや強度が低い材料のベローズを用いることができる。ベローズ径が小さくなると真空バルブの小径化及び軽量化が出来るため、遮断器の小型化、軽量化にも繋がり、コストも低減することが出来る。

また、遮断器開閉時のベローズ４内部と絶縁カバー５内部の伸縮による体積変化が同等であると、開閉時の圧力変動が小さく、ベローズ４及び絶縁カバー５に圧力変動による座屈や過大な応力発生等の影響がない。また、絶縁カバー５は蛇腹構造を設けていないため、電極接離時の過渡的な振動の伝搬がなく、電極接離後の自由振動による応力発生の影響がない。更に、絶縁カバー５の一端部５ａは可動側端板２２の背面部から絶縁筒２３の外周面の下部にまで跨って気密に連続して接合され沿面耐電圧性能が向上することで、真空バルブの軸方向の長さを小さくすることが可能となり、真空バルブの小型化や軽量化が図られ、コストを安くすることができる。従来のベローズに負荷される圧力を低減する構造よりも、より簡易的に中間圧力室６を設けたことで、装置の大型化抑制、組立作業の工程数増加の抑制、及び材料費や組立費の増加抑制などを図ることができる。

実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２による真空バルブを概略的に示す縦断面図である。図３において、可動側端板２２の下部に配設された絶縁カバー５Ａは蛇腹状に形成され、一端部５Ａａは可動側端板２２の背面部の外周側部分から絶縁筒２３の外周面下部にまで跨って連続して気密に接合され、他端部５Ａｂは可動側電極棒３２に気密に接合されている。また、可動側端板２２との接合部である絶縁カバー５Ａの蛇腹谷部５２は他の谷部と形状が同等になるよう蛇腹が連続するような形状で接合されている。絶縁カバー５Ａの内部に形成された密閉空間５Ａ１は、ベローズ４側の気密室４１と同様に連通され、中間圧力室６Ａが形成されている。なお、絶縁カバー５Ａは遮断器開閉時のベローズ４内部の気密室４１と絶縁カバー５Ａ内部の密閉空間５Ａ１の体積変化量が同等になる形状にすると良い。絶縁カバー５Ａの蛇腹状部分の山の数や厚み等の形状は、遮断器開閉時にベローズ４に発生する疲労損傷と同等になるようにする。絶縁カバー５Ａの材質など、その他の構成は実施の形態１と同様であるので説明を省略する。

上記のように構成された実施の形態２においては、真空バルブの周囲に絶縁ガスを所定圧力で充填する使い方を行っても、真空バルブ内の真空圧と絶縁ガスの圧力差が実施の形態１と同様に絶縁カバー５Ａとベローズ４で分担されるため、圧力による負荷が軽減される。又、絶縁カバー５Ａとベローズ４で圧力負荷が分担されることで遮断器開閉時の過大な応力発生も抑制される。遮断器開閉時のベローズ４と絶縁カバー５Ａは伸縮動作が逆になる。ベローズ内部と絶縁カバー内部の伸縮による体積変化を同等とすると遮断器開閉時の中間圧力室６Ａの圧力変動が小さくなる。絶縁カバー５Ａを可動側端板２２の背面部から絶縁筒２３の外周面下部まで連続して気密に接合しているため、絶縁筒２３の沿面耐電圧性能が向上する。

上記のように実施の形態２によれば、真空と絶縁ガスの圧力差を絶縁カバー５Ａとベローズ４で分担し、圧力負荷を軽減し、遮断器開閉時の過大な応力も抑制されるため、径が小さいベローズや強度が低い材料のベローズを用いることができる。ベローズ径が小さくなると真空バルブの小径化及び軽量化が出来るため、遮断器の小型化・軽量化にも繋がり、コストも安くすることが出来る。遮断器開閉時のベローズ内部と絶縁カバー内部の伸縮による体積変化を同等にすることで、開閉時の圧力変動が小さく、ベローズ４及び絶縁カバー５Ａに圧力変動による座屈や過大な応力発生等の影響を抑制できる。可動側端板２２と絶縁カバー５Ａの接合部である蛇腹谷部５２の形状が他の谷部と異なると、真空バルブ接離時に応力集中が発生し、疲労破壊部になる可能性があるが、形状が同等になるよう連続した形状で接合することで、真空バルブ接離時の伸縮による疲労寿命を各部均一にすることができる。

さらに、絶縁カバー５Ａを真空バルブの可動側端板２２の背面部から絶縁筒２３の外周面下部にまで跨って気密に連続的に接合し、沿面耐電圧性能が向上することで、真空バルブの軸方向の長さを小さくでき、真空バルブの小型化や軽量化を図り、さらにコストを安くすることができる。従来の構造よりも、より簡易的に中間圧力室６Ａを設けたことで、装置の大型化抑制、組立作業の工程数増加の抑制、及び材料費や組立費の増加抑制などを図ることができる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態の一部または全部を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１１固定側電極、１２固定側電極棒、２０真空空間、２１固定側端板、２２可動側端板、２２ａ挿通孔、２３絶縁筒、３１可動側電極、３２可動側電極棒、４ベローズ、４ａ蛇腹部、４１気密室、５、５Ａ絶縁カバー、５ａ、５Ａａ一端部、５ｂ、５Ａｂ他端部、５１、５Ａ１密閉空間、５２蛇腹谷部、６、６Ａ中間圧力室。

Claims

対向された固定電極と可動電極のまわりを包囲する絶縁筒と、この絶縁筒の可動電極側端部を気密に塞ぐように設けられ前記可動電極に接続された可動側電極棒を前記絶縁筒の外部に挿通させる挿通孔が設けられた可動側端板と、前記可動側電極棒及び前記可動側端板に密着された気密を保持するベローズと、前記絶縁筒の固定電極側端部を気密に塞ぐように設けられた固定側端板を備えた真空バルブであって、前記真空バルブの周囲には所定圧力の絶縁ガスが充填されるとともに、前記可動側電極棒の前記可動側端板よりも外側部と前記可動側端板に密着され、前記ベローズの内側の気密室に連通された密閉空間を形成する伸縮性の絶縁カバーが設けられ、前記密閉空間の圧力は前記真空バルブの真空空間の圧力と前記絶縁ガスの圧力との中間の圧力とされているものであり、しかも、前記絶縁カバーの前記可動側端板との密着部は、前記可動側端板の背面部から前記絶縁筒の外周面に跨って連続して密着されていることを特徴とする真空バルブ。
前記絶縁カバーは、前記可動側電極棒の外周部を包囲する部分が蛇腹状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の真空バルブ。
前記ベローズと前記絶縁カバーの前記可動側電極棒の作動に伴う伸縮による体積変化が互いに同等となるようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の真空バルブ。