JP6207805B1

JP6207805B1 - 真空バルブの真空劣化監視装置及びこれを備えた開閉装置

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Publication number: JP6207805B1
Application number: JP2017536360A
Authority: JP
Inventors: 井上　直明; 直明井上; 克紀河西
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2017-02-08
Filing date: 2017-02-08
Publication date: 2017-10-04
Anticipated expiration: 2037-02-08
Also published as: JPWO2018146739A1; WO2018146739A1

Abstract

本発明に係る真空バルブの真空劣化監視装置は、真空バルブ（４）を収納する気密密閉構造の圧力測定用容器である絶縁ホルダ（５）と、この絶縁ホルダ（５）内の圧力変化を検出する絶縁ホルダ用圧力計（１０）を備え、絶縁ホルダ（５）内の圧力変化に基づいて真空バルブ（４）の真空劣化を検出する。絶縁ホルダ（５）は、真空バルブ（４）の真空劣化による絶縁ホルダ５内の圧力変化が、絶縁ホルダ用圧力計（１０）の検出精度以上となるように、その容積が設定される。

Description

本発明は、真空遮断器等に用いられる真空バルブの真空劣化監視装置及びこれを備えた開閉装置に関する。

真空を絶縁、消弧媒体として用いる真空遮断器は、優れた絶縁性能及び遮断性能により大電流の遮断が可能であり、ガス遮断器と異なり地球温暖化係数の高い六フッ化硫黄ガス（ＳＦ_６）を使用しておらず環境負荷が低いことから高電圧への適用が進んでいる。一方、真空遮断器は、真空バルブの亀裂等により真空度が低下すると絶縁性能及び遮断性能が維持できないため、真空バルブの真空度を定期的に確認する必要がある。

従来、高圧クラスの真空遮断器では、定期メンテナンスの際に真空遮断器を高圧盤から引き出し、真空バルブの電極間に電圧を印加して絶縁性能を確認する方法が一般的であった。また、別の真空度確認方法として、特許文献１では、真空バルブの真空度が劣化した場合に、パッシェンミニマムと呼ばれる真空度の領域で真空バルブ内部の耐電圧性能が低下し放電が発生することを利用し、この放電の電磁波をアンテナで検出することで真空遮断器の真空度を監視している。この先行例では、放電の連続性と持続時間を測定することにより、真空バルブ内の真空度の劣化に伴う放電とそれ以外の放電とを区別している。

特開２００２−１８４２７５号公報

しかしながら、六フッ化硫黄ガスまたはドライエア等を密封したガス絶縁開閉装置のように、特高クラス以上の真空遮断器は接地タンクに収納されている場合が多く、真空遮断器のみを引き出して電圧印加することは難しい。このため、真空度を確認する際には電力ケーブルや架空送電線等を取り外し、真空遮断器の真空バルブを含む主回路部に電圧印加する必要があり、メンテナンスが煩雑となり長時間を要するという課題があった。

また、ＩＥＣ規格でも指摘されているように、真空バルブに亀裂が発生し、真空バルブ内が六フッ化硫黄ガスまたはドライエア等の他の絶縁媒体に置換されることにより、真空度確認のための耐電圧試験に耐え得るケースがある。このため、真空バルブ内が他の絶縁媒体に完全に置換された場合においても、真空バルブ内の状態を確認する方法が求められている。

上記特許文献１のように真空劣化時の放電によって真空劣化を監視する方法では、真空バルブに電圧印加されている時しか監視できないという課題がある。また、真空バルブの真空度がパッシェンミニマムを通り越し、真空バルブ内が周囲の大気またはガスで置換されると放電が発生せず、真空バルブの真空度の確認ができないという課題がある。

本発明は、上記のような課題を解消するためになされたものであり、電圧が印加されていない場合、及び真空バルブ内が他の絶縁媒体に置換された場合においても、真空バルブの真空劣化を容易に検出することが可能な真空バルブの真空劣化監視装置及びこれを備えた開閉装置を得ることを目的とする。

本発明に係る真空バルブの真空劣化監視装置は、真空容器中に接離可能に配設された可動接点及び固定接点を有する真空バルブの真空劣化監視装置であって、真空バルブを収納する気密密閉構造の圧力測定用容器と、圧力測定用容器内の圧力変化を検出する圧力検出手段とを備え、圧力測定用容器は、一体の絶縁物で形成され、真空バルブの真空劣化による圧力測定用容器内の圧力変化が圧力検出手段の検出精度以上となるようにその容積が設定され、圧力測定用容器内の圧力変化に基づいて真空バルブの真空劣化を検出するものである。

また、本発明に係る開閉装置は、上記の真空バルブの真空劣化監視装置と、外容器と、真空容器中に接離可能に配設された可動接点及び固定接点を有する真空バルブと、真空バルブの開閉を行う操作機構とを備え、外容器の内部に圧力測定用容器が設置されたものである。

本発明に係る真空バルブの真空劣化監視装置によれば、真空バルブを収納する気密密閉構造の圧力測定用容器の圧力変化に基づいて真空バルブの真空劣化を検出するようにしたので、真空バルブに電圧が印加されていない場合、及び真空バルブの真空容器内が他の絶縁媒体に置換された場合においても、真空バルブの真空劣化を容易に検出することが可能である。

また、本発明に係る真空バルブの真空劣化監視装置を備えた開閉装置によれば、電力ケーブルや架空送電線等を取り外すことなく、真空バルブの真空度の確認が容易に行えるため、メンテナンスの簡略化及び短時間化が図られる。
この発明の上記以外の目的、特徴、観点及び効果は、図面を参照する以下のこの発明の詳細な説明から、さらに明らかになるであろう。

本発明の実施の形態１に係る真空バルブの真空劣化監視装置を備えたガス絶縁開閉装置を示す断面図である。本発明の実施の形態１に係るガス絶縁開閉装置の真空遮断器用絶縁ホルダ部を示す拡大図である。本発明の実施の形態１に係る真空遮断器のベローズシール部を示す拡大図である。本発明の実施の形態１に係る真空バルブの真空劣化監視装置の変形例を示す断面図である。本発明の実施の形態２に係る真空バルブの真空劣化監視装置を備えたガス絶縁開閉装置を示す断面図である。本発明の実施の形態３に係る真空バルブの真空劣化監視装置を備えた固体絶縁開閉装置を示す断面図である。

実施の形態１．
以下に、本発明の実施の形態１に係る真空バルブの真空劣化監視装置及びこれを備えた開閉装置について、図面に基づいて説明する。図１は、本実施の形態１に係る真空バルブの真空劣化監視装置を備えたガス絶縁開閉装置を示す断面図、図２は、図１に示すガス絶縁開閉装置の真空遮断器用絶縁ホルダ部を示す拡大図、図３は、真空遮断器のベローズシール部を示す拡大図である。なお、各図において、同一、相当部分には同一符号を付している。

本実施の形態１に係る真空バルブの真空劣化監視装置は、真空バルブを収納する気密密閉構造の圧力測定用容器と、この圧力測定用容器内の圧力変化を検出する圧力検出手段を備え、圧力測定用容器内の圧力変化に基づいて真空バルブの真空劣化を検出するものである。本実施の形態１では、図１に示すガス絶縁開閉装置１に搭載された真空遮断器用の真空バルブ４を監視対象とし、圧力測定用容器として真空遮断器用絶縁ホルダ５（以下、絶縁ホルダ５と略す）を備え、圧力検出手段として絶縁ホルダ用圧力計１０を備えている。

ガス絶縁開閉装置１は、外容器である遮断器タンク２と母線断路器タンク３を備えている。遮断器タンク２の内部には、六フッ化硫黄ガスまたはドライエア等の絶縁ガスが封入され、真空遮断器が搭載された絶縁ホルダ５と、電力ケーブル６が接続された計器用変流器７が設置されている。また、母線断路器タンク３の内部には、断路器１１および母線１２が設置されている。

真空バルブ４は、絶縁容器を兼ねた真空容器中に接離可能に配設された可動接点及び固定接点（いずれも図示省略）を有している。絶縁物で形成された絶縁ホルダ５は、気密密閉構造であり、その内部には六フッ化硫黄ガスまたはドライエア等の絶縁ガスが封入されている。すなわち、絶縁ホルダ５はひとつのガス区画５Ａを形成している。遮断器タンク２の内部には三相の真空バルブ４が配置されており、絶縁ホルダ５はそれぞれの真空バルブ４に対して設けられている。

遮断器タンク２外部の盤の前面には、真空バルブ４の開閉操作を行う遮断器操作機構８が設置されると共に、遮断器タンク用圧力計９及び絶縁ホルダ用圧力計１０が設置されている。遮断器タンク用圧力計９は、配管９ａを介して遮断器タンク２内のガス区画２Ａの圧力を測定する。また、絶縁ホルダ用圧力計１０は、配管１０ａを介して絶縁ホルダ５内のガス区画５Ａの圧力を測定する。

図２に示すように、絶縁ホルダ５には、固定側端子１３と可動側端子１４が組み込まれ、真空バルブ４の固定接点は固定側端子１３に、可動接点は可とう導体１５を介して可動側端子１４にそれぞれ接続される。また、真空バルブ４の可動接点は絶縁操作ロッド１６を介して気密摺動部１７と接続され、遮断器タンク２の外部に配置された遮断器操作機構８に連結される。遮断器操作機構８は、絶縁操作ロッド１６に接続された出力軸を駆動し、真空バルブ４の開閉を行なう。これにより、遮断器操作機構８の操作による機械的な駆動力が、電気的に絶縁した状態で遮断器タンク２内の真空遮断器に伝達される。

気密摺動部１７を構成するベローズシール部について、図３を用いて説明する。ベローズ１７１は、絶縁操作ロッド１６との接続部１７２及びベローズシールのフランジ１７３と、気密ロウ付けされている。遮断器タンク２のフランジ２１とベローズシールのフランジ１７３の間には、Ｏリング１７４が配置され、気密状態が保持される。ベローズ１７１の内部には、遮断器操作機構８との接続ロッド１７５がガイド１７６によって摺動可能に支持されている。

本実施の形態１に係る真空バルブの真空劣化監視装置による真空劣化監視方法について、具体例を示しながら詳細に説明する。ガス区画５Ａを形成する絶縁ホルダ５の容積をＶ１、真空バルブ４の真空容器の容積をＶ２、絶縁ホルダ５内の初期圧力をＰ１、真空バルブ４の真空劣化時の絶縁ホルダ５内の圧力をＰ２とする時、Ｐ２は下式（１）により求められる。

真空バルブ４の真空度低下に伴い、絶縁ホルダ５内の圧力はＰ１からＰ２に変化する。この時の絶縁ホルダ５内の圧力変化Ｐ１−Ｐ２は下式（２）により求められ、この圧力変化が絶縁ホルダ用圧力計１０の検出精度以上となるように、絶縁ホルダ５の容積Ｖ１が設定される。すなわち、絶縁ホルダ５の容積Ｖ１をどの程度にするかは、絶縁ホルダ用圧力計１０の検出精度によるが、一般的な圧力計では真空バルブ４の容積に対して１０倍程度の容積であれば、真空バルブ４の真空劣化による圧力変化を検出可能である。

例えば絶縁ホルダ５の容積Ｖ１を１２，０００，０００ｍｍ^３、真空バルブ４の容積Ｖ２を１，６００，０００ｍｍ^３、絶縁ホルダ５内の初期圧力Ｐ１を０．１３０ＭＰａ−ａｂｓとし、一つの真空バルブ４が真空不良となった場合、絶縁ホルダ５内のガス区画５Ａの絶縁ガスが真空バルブ４に流入する。その結果、ガス区画５Ａの圧力は低下して０．１１５ＭＰａ−ａｂｓとなり、この時の圧力変化Ｐ１−Ｐ２は、０．０１５ＭＰａ−ａｂｓとなる。

絶縁ホルダ用圧力計１０の検出精度はフルスケールの±１％程度であり、初期圧力が０．１３０ＭＰａ−ａｂｓの場合、フルスケールは０．２ＭＰａ−ａｂｓ程度である。この場合、絶縁ホルダ用圧力計１０の検出精度は±０．００２ＭＰａ−ａｂｓとなり、上記の圧力変化０．０１５ＭＰａ−ａｂｓを十分に検出することができる。

なお、絶縁ホルダ用圧力計１０として機械的な圧力計を用いた場合、所定値（例えば０．１１５ＭＰａ−ａｂｓ）で動作する接点を取り付けることにより、真空バルブ４の真空劣化時に警報を出力することができる。一方、デジタル式の圧力計を用いた場合には、真空劣化により圧力が低下していく経過を監視することができる。

次に比較例として、遮断器タンク２に絶縁ホルダ５を設けない場合について説明する。例えば遮断器タンク２の容積を６３０，０００，０００ｍｍ^３、真空バルブ４の容積Ｖ２を１，６００，０００ｍｍ^３、遮断器タンク２内の初期圧力Ｐ１を０．１３０ＭＰａ−ａｂｓとし、一つの真空バルブ４が真空不良となった場合、遮断器タンク２内のガス区画２Ａの絶縁ガスが真空バルブ４に流入する。

しかしながら、遮断器タンク２の容積に比べて真空バルブ４の容積Ｖ２が非常に小さいため、ガス区画２Ａの圧力の低下は僅かであり、０．１２９７ＭＰａ−ａｂｓとなる。この時の遮断器タンク２内の圧力変化は０．０００３ＭＰａ−ａｂｓであり、前述の絶縁ホルダ用圧力計１０の検出精度では検出することができない。

なお、本実施の形態１では、圧力検出手段として圧力計を用いたが、これに限定されるものではなく、ダイヤフラムを有する感圧センサ、一定圧力で作動する接点検出式の圧力スイッチ、あるいはガス密度計等を用いてもよい。ただし、開閉装置においては、周囲の温度変化や通電時の発熱による温度変化による圧力変化があるため、温度補正機能を備えた圧力検出手段を用いることが望ましい。圧力検出手段としてガス密度計を用いた場合は、温度の影響を受けない。

また、図４に示す変形例のように、遮断器タンク用圧力計９及び絶縁ホルダ用圧力計１０を、配管９ａ、１０ａを介さず、遮断器タンク２の前面に直接取り付けてもよい。この場合、点検時の視認性は低下するが、配管９ａ、１０ａを設ける必要がないため構造が簡単になる。また、圧力検出手段として絶縁ホルダ５の内部に圧力センサを取り付け、この圧力センサからの信号を有線または無線の信号伝送手段によって取得するようにしてもよい。

また、本実施の形態１では、気密摺動部１７にベローズ方式のシール構造を適用しているが、遮断器タンク２の外部からの動力を気密状態で伝えることができる構造であれば他のシール構造であっても良く、例えばＯリングシールまたはＴリングシール等を用いることができる。また、絶縁ホルダ５の内部に封入されるガスの種類は、六フッ化硫黄ガスまたはドライエアに限定されるものではない。さらに、真空バルブの真空劣化監視装置が搭載されるガス絶縁開閉装置１は、図１の構成に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。

以上のように、本実施の形態１に係る真空バルブの真空劣化監視装置によれば、真空バルブ４を収納する気密密閉構造の絶縁ホルダ５の容積を遮断器タンク２の容積よりも十分に小さくすることにより、真空バルブ４の真空劣化時の絶縁ホルダ５内の圧力変化を検出することが可能となり、この圧力変化に基づいて真空バルブ４の真空劣化を検出するようにしたので、真空バルブ４に電圧が印加されていない場合、及び真空バルブ４内が他の絶縁媒体に置換された場合においても、真空バルブ４の真空劣化を容易に検出することが可能である。

また、本実施の形態１に係る真空バルブの真空劣化監視装置を備えたガス絶縁開閉装置１によれば、電力ケーブルや架空送電線等を取り外すことなく、真空遮断器の真空バルブ４の真空度の確認が容易に行えるため、メンテナンスの簡略化及び短時間化が図られる。

実施の形態２
図５は、本発明の実施の形態２に係る真空バルブの真空劣化監視装置を備えたガス絶縁開閉装置を示す断面図である。上記実施の形態１では、圧力測定用容器として絶縁ホルダ５を用いたが、本実施の形態２では、真空バルブ４と一体に形成された遮断器用真空バルブ一体型容器１８を用いたものである。なお、その他の構成については上記実施の形態１と同様であるので、ここでは説明を省略する。

本実施の形態２に係るガス絶縁開閉装置１は、図５に示すように、圧力測定用容器として遮断器用真空バルブ一体型容器１８を備えている。遮断器用真空バルブ一体型容器１８は、型の内部に真空バルブ４を配置し、例えばエポキシ樹脂等を流し込み固化させて一体化した注型容器である。遮断器用真空バルブ一体型容器１８は、真空バルブ４の可動側が容器となっており、ガス区画１８Ａを形成している。また、圧力検出手段である圧力計１９は、配管１９ａを介して遮断器用真空バルブ一体型容器１８内のガス区画１８Ａの圧力を測定する。

本実施の形態２によれば、上記実施の形態１と同様の効果に加え、真空バルブ４を一体注型した遮断器用真空バルブ一体型容器１８を用いることにより、上記実施の形態１の絶縁ホルダ５に比べて真空バルブ４外周のガス空間が無い分、ガス区画１８Ａを小さくすることができ、真空バルブ４の真空劣化をさらに精度良く検出することが可能である。

実施の形態３
図６は、本発明の実施の形態３に係る真空バルブの真空劣化監視装置を備えた固体絶縁開閉装置を示す断面図である。本実施の形態３では、真空断路器、真空接地開閉器、及び真空遮断器を備えた固体絶縁開閉装置３０に、上記実施の形態２と同様の真空劣化監視装置を搭載したものである。

固体絶縁開閉装置３０は、外容器の内部に、各々に真空バルブを有する真空断路器、真空接地開閉器、及び真空遮断器が上下方向に配置され、それらは絶縁物で一体に形成されている。さらにこの絶縁物により、圧力測定用容器である断路器用真空バルブ一体型容器３３、接地開閉器用真空バルブ一体型容器３７、及び遮断器用真空バルブ一体型容器１８が形成され、それらの表面には導電性塗料が塗布されている。これにより容器の表面が接地され、ガス絶縁開閉装置（図１）のように接地金属タンクで密閉する必要がない。

固体絶縁開閉装置３０の盤の前面には、断路器操作機構３１、接地開閉器操作機構３５、及び遮断器操作機構８が配置され、それぞれ断路器用の真空バルブ４ａ、接地開閉器用の真空バルブ４ｂ、及び真空遮断器用の真空バルブ４の開閉操作を行う。なお、固体絶縁開閉装置３０の動作については従来装置と同様であるので、ここでは説明を省略する。

断路器用の真空バルブ４ａは、注型容器である断路器用真空バルブ一体型容器３３と一体に形成されている。断路器操作機構３１の近傍に設置された圧力計３４は、配管３４ａを介して断路器用真空バルブ一体型容器３３内のガス区画３３Ａの圧力を測定する。真空バルブ４ａの固定側端子は、固体絶縁母線３２と接続されている。

また、接地開閉器用の真空バルブ４ｂは、注型容器である接地開閉器用真空バルブ一体型容器３７と一体に形成されている。接地開閉器操作機構３５の近傍に設置された圧力計３８は、配管３８ａを介して接地開閉器用真空バルブ一体型容器３７内のガス区画３７Ａの圧力を測定する。真空バルブ４ｂの固定側端子は、接地端子３６と接続されている。

さらに、遮断器用の真空バルブ４は、上記実施の形態２と同様に、注型容器である遮断器用真空バルブ一体型容器１８と一体に形成されている。遮断器操作機構８の近傍に設置された圧力計１９は、配管１９ａを介して遮断器用真空バルブ一体型容器１８内のガス区画１８Ａの圧力を測定する。

本実施の形態３によれば、遮断器用の真空バルブ４、断路器用の真空バルブ４ａ、及び接地開閉器用の真空バルブ４ｂそれぞれの真空劣化を検出することが可能であり、上記実施の形態１及び実施の形態２と同様の効果が得られる。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。

１ガス絶縁開閉装置、２遮断器タンク、３母線断路器タンク、４、４ａ、４ｂ真空バルブ、５真空遮断器用絶縁ホルダ、６電力ケーブル、７計器用変流器、８遮断器操作機構、９遮断器タンク用圧力計、９ａ、１０ａ、１９ａ、３４ａ、３８ａ配管、１０絶縁ホルダ用圧力計、１１断路器、１２母線、１３固定側端子、１４可動側端子、１５可とう導体、１６絶縁操作ロッド、１７気密摺動部、１８遮断器用真空バルブ一体型容器、１９、３４、３８圧力計、２１フランジ、３０固体絶縁開閉装置、３１断路器操作機構、３２固体絶縁母線、３３断路器用真空バルブ一体型容器、３５接地開閉器操作機構、３６接地端子、３７接地開閉器用真空バルブ一体型容器、１７１ベローズ、１７２接続部、１７３フランジ、１７４Ｏリング、１７５接続ロッド、１７６ガイド

Claims

真空容器中に接離可能に配設された可動接点及び固定接点を有する真空バルブの真空劣化監視装置であって、
前記真空バルブを収納する気密密閉構造の圧力測定用容器と、前記圧力測定用容器内の圧力変化を検出する圧力検出手段とを備え、
前記圧力測定用容器は、一体の絶縁物で形成され、前記真空バルブの真空劣化による前記圧力測定用容器内の圧力変化が前記圧力検出手段の検出精度以上となるようにその容積が設定され、前記圧力測定用容器内の圧力変化に基づいて前記真空バルブの真空劣化を検出することを特徴とする真空バルブの真空劣化監視装置。
前記圧力検出手段は、圧力計、感圧センサ、圧力スイッチ、またはガス密度計のいずれかであることを特徴とする請求項１記載の真空バルブの真空劣化監視装置。
前記圧力検出手段は、温度補正機能を備えている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の真空劣化監視装置。
前記圧力測定用容器は、絶縁ガスが封入されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の真空バルブの真空劣化監視装置。
前記圧力測定用容器は、前記真空バルブと一体に形成されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の真空バルブの真空劣化監視装置。
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の真空バルブの真空劣化監視装置と、外容器と、真空容器中に接離可能に配設された可動接点及び固定接点を有する真空バルブと、前記真空バルブの開閉を行う操作機構とを備え、前記外容器の内部に前記圧力測定用容器が設置されたことを特徴とする開閉装置。
前記外容器の内部に真空バルブを有する真空遮断器が搭載されると共に絶縁ガスが封入されたガス絶縁開閉装置であって、前記圧力測定用容器として前記真空遮断器を支持する絶縁ホルダを備えたことを特徴とする請求項６記載の開閉装置。
前記外容器の内部に真空バルブを各々に有する真空遮断器、真空断路器、及び真空接地開閉器が搭載された固体絶縁開閉装置であって、前記真空遮断器、前記真空断路器、及び前記真空接地開閉器は絶縁物で一体に形成されており、且つ、前記圧力測定用容器は、前記絶縁物により各々の前記真空バルブと一体に形成されていることを特徴とする請求項６記載の開閉装置。