JPH01115022A - 遮断器用真空バルブの真空検証方法と装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、あらかじめ定められた接触子行程で高電圧
が接触子間に印加される遮断器用真空バルブの真空検証
方法に関する。更にこの発明は、所定の接触子行程で開
かれた真空バルブの接触子に対する試験電圧を発生する
ための高電圧ユニットを備え前記の方法を実施するため
の装置に関する。

［従来の技術］ 真空バルブはとりわけＳＦ＆ガス絶縁密閉開閉設備の中
でも用いられる。真空状態の特性監視のために、真空バ
ルブは通常は供給前にマグネトロン測定原理に基づく測
定装置を用いて試験される。最近の製造技術に基づき正
常の場合には真空バルブの真空劣化は長期間の後にも発
生するおそれがない、それにもかかわらず真空バルブを
密閉容器から取り出すことなく、密閉開閉設備の中に組
み込まれた真空バルブの内部圧力を検査したいという要
求が起きている。

ＳＦ６ガス絶縁を行わない真空バルブに対しては、移動
形測定器具の使用により例えば高電圧試験に基づく測定
方法を用いて又は永久磁石を備え　−修正されたマグネ
トロン装置により、使用者が内部圧力を確実に検査でき
る。かかる既知の方法と測定器具とはＳＦ６ガス絶縁密
閉開閉設備の中に組み込まれた真空バルブに対しては使
用できない、特に従来の高電圧試験の場合には、真空バ
ルブでたまたま漏れがあっても呼び行程では試験電圧に
耐え、それにより真空が良好であると誤認される。従っ
てこの方法では真空とＳＦ６ガス充満すなわち真空バル
ブの中の漏れとを一確実には区別できない。

［発明が解決しようとする課題］ この発明は、真空バルブの中に機能を果たし得る運転真
空が存在するかどうかを確認でき、かつ真空バルブが容
器内に密閉された場合及びされていない場合に適用可能
な前記の種類の方法と、この方法を実施するための装置
とを提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この目的は前記の種類の方法においてこの発明に基づき
、真空遮断器の呼び行程に満たない接触子行程が選択さ
れ、この接触子行程で真空中に高電圧を印加した場合に
、接触子間の電界電子放出に基づき陽極として働く接触
面から発生されるＸ線が検出され、真空バルブの中に運
転真空が存在することの証明として評価されることによ
り達成される。

またこの目的はこの方法を実施するための装置において
この発明に基づき、真空バルブにＸ線検出器望ましくは
ガイガー・ミュラー計数管が付設され、この計数管が評
価回路を介して高電圧ユニットに結合され、評価回路が
運転真空又は漏れの検出と表示とのために用いられ、か
つ評価回路がＸ線放射を最小限にするように高電圧二ニ
ー２トを遮断することにより達成される。

この発明は、容器の中に密閉された真空バルブの場合に
特にＳＦ６ガス絶縁密閉開閉設備で、真空バルブをＳＦ
６ガス容器から取り出す必要がなく、特に絶縁ガスが漏
れによって真空バルブの内部へ到達しているかどうかを
確認するために採用できるので有利である。

従ってこの発−の枠内において、真空検査のために変形
された高電圧装置がＸ線測定装置及び相応の信号評価回
路と組み合わせて用いられる。高電圧試験の場合に特に
呼び行程に比べて接触子行程を減らしたときに必然的に
発生するＸ線が利用される。これに反して呼び行程では
測定可能なＸ線は発生しない。

呼び行程での接触子表面のＸ線放射の測定は従来の技術
により基本的に知られている。アメリカ合衆国特許第４
５３４７４１号明細書及び特開第昭８０−４９５２０号
公報には、接触子間の電界電子放出によりそれぞれ向か
い合った接触子表面から放射されるＸ線を検出手段とし
て利用できることが詳細に記載されている。しかしなが
らこの場合には接触子表面の絶縁特性の試験がもっばら
問題となっており、この場合には真空バルブ内部に真空
が存在することが前提となる。この発明に基づく理論は
、特に運転真空の存在に対する検出手段としてＸ線放射
を利用するのではなく、漏れ又はガス充満の゛発生のた
めにＸ線の放射が無いことを利用するという点で、前記
の従来の技術とは関係が無い。

この発明の枠内において、Ｘ線放射をこの測定目的のた
めに利用でき、しかも放射線防護規程に基づきあらかじ
め定められた許容限界に到達するずっと前にＸ線放射が
停止されるということは特に有利である。

［実施例コ 次に高電圧特性曲線を示す図面とこの発明に基づく真空
検証装置の一実施例を示す図面とにより、この発明の詳
細な説明する０図面で同一の部品は同一の符号が付けら
れている。

第１図に示すグラフでは横座標としてｍｂａｒで真空バ
ルブの圧力が、また縦座標として直流電圧ｋＶで高電圧
Ｕとしての耐電圧強度が示されている。関数的関係とし
ていわゆるパッシェン（Ｐａｓｃｈｅｎ　）の曲線が生
じ、パッシェンの曲線は接触子が開かれている場合に耐
えられる最高電圧値を示す。

周知のように真空の中での耐電圧強度は非常に高く、例
えば接点材料に関係してクロム銅に対しては接触子間隔
が１ｍｍの場合に約８０ｋＶである。従って通常は空中
にある電位分離のための沿面絶縁距離が耐電圧強度を制
限する＊　１０−２ｍｂａｒを超えた後に耐電圧強度は
数ｔｏｏｖのいわゆるパッシェンの最小値まで急激に落
ちる。大気圧（１０００ｍｂａｒ）の方向では耐電圧強
度は再びａｋｖに上昇する。

第１図において、パラメータとしてｈ＝３ｍｍの接触子
行程に対するかかるパッシェンの曲線１００が示されて
いる。従ってパッシェンの曲線１００により真空バルブ
の機能に対して必要な運転真空を決定できる。運転真空
は一般に１０−２■ｂａｒより小さくなければならない
、これに反してこの個未満の圧力の正確な値は耐電圧強
度に対して決定的な役目を果たさない。

電子励起によってＸ線を発生する場合には、真空につい
てほぼ同じ要求が課せられるということが知られている
。従って特に真空バルブの中でのＸ線放射の存在を運転
真空の存在に対するセンサとして利用することができる
。

通常真空遮断器は１０ないし２０ｍｍの呼び行程を持っ
ている。この行程では真空バルブの外部には測定可能な
Ｘ線放射が発生しない、しかしながら試験のために真空
遮断器の場合に呼び行程未満、特に工ないし８ｍｍの範
囲、例えば３ｍｍの接触子行程が利用される。このため
に開閉器の外部の操作軸に人１手で挿入可能な間隔片を
介して接触子行程をこの値に段重することができる。

３ｍｍの接触子行程の場合に接触子の接点材料は接触子
間の電界電子放出によりＸ線放射状態に励起され、Ｘ線
は真空バルブの外で測定可能である。これに反して真空
が劣化するとＸ線が発生せず、真空劣化は漏れにより突
発的に又は緩慢なＳＦｂの充満により起こるおそれがあ
る。

Ｘ線は例えば第２図に示す回路で検出される。

第２図には、真空バルブ１５及びこの真空バルブに付設
され測定器２１を接続されたガイガー・ミュラー計数管
２０が略示されている。

ブロック線図として示された評価回路は主として二つの
ユニツ）３０．４０から成り、次にこれらのユニットの
機能に関して詳細に説明する。

ブロック３０は詳細には試験電圧を発生するための既に
述べた高電圧ユニット２５から成り、この高電圧ユニッ
ト２５には回路の形で限界値カットオフのためのユニッ
ト３１と、次に接続された制御ロジック３２と、高電圧
ユニット２５を投入又は遮断するための開閉ユニット３
３とが付設されている。制御ロジックユニット３２によ
り、信号増幅器３４及び信号ランプ３５から成る表示回
路が制御される。

ブロック３０全体は信号線を介してブロック４０に結合
され、ブロック４０は高電圧ユニット２５の投入又は遮
断のためのユニット３３を制御する。ブロック４０は詳
細には計数器４１から成り、この計数器４１はガイガー
・ミュラー計数管２０に後置接続された測定器２１の計
数パルスにより制御される。計数器４１では、タイマ４
２により設定可能なあらかじめ定められた時間例えば１
秒の間に生じるパルスが集計される。計数された値は比
較器４４に与えられ、符号化スイッチ４３によりあらか
じめ設定可能な値と比較される。応答信号はブリップフ
ロップ４６に達し、このフリップフロップ４６は同時に
投入ユニット４５により制御される。

フリップフロップ４６により同時に、信号増幅器４７及
び信号ランプ４８から成る表示装置とＡＮＤゲート５０
とが制御され、ＡＮＤゲート５０は投入ユニット４５と
測定時間を例えば３０秒に制限する測定時間発生器４９
とを介して作動される。

従って上記の評価回路により、許容できないほど高いＸ
線放射を発生すること無く真空バルブ１５の中の運転真
空の存在を明確に検出できる。

従って真空劣化により故障した真空バルブを確実に検出
できる。

Ｘ線放射の検出を介して行う真空の存在の表示のための
測定を、測定時間発生器４９が設定された３０秒に制限
することが有意義であるといういうことが判明した。こ
の値の場合は真空バルブの真空状態を新しい接触面でも
また既に開閉された接触面でも試験できる。ガイガー・
ミュラー計数管２０の感度は一般に、既にＩｇＳｖ（マ
イクロシーベルト）の放射線量が検出されるほど高い。

この値は天然の環境放射線のバックグラウンドの範囲内
にあるので、この範囲では危険無く作業できる。

この発明に基づく方法のこの構成の場合には、試験電圧
が低い値から上昇特性を備えて作業点まで調節できるの
で合目的であり、その際既に上昇中の電圧により評価回
路が運転に入る。

第３図に示すグラフでは、横座標としてｍｍで接触子行
程りが、また縦座標として単相交流電圧実効値ｋＶで高
電圧Ｕとして耐電圧強度が示されている。周知のように
耐電圧強度は接触子行程の単調な増加関数であり、その
際第３図において符号１によりパラメータとしての真空
に対する第１の関数関係が示され、符号２によりパラメ
ータとしての１．５ｂａｒのＳＦ６ガスによる第２の関
数関係が示されている。これらの関数関係は、実験によ
り得られた曲線に達しない所定の電圧には耐えられ、一
方この曲線を超える電圧は接触子間の絶縁破壊を招くと
いうことを意味する。

ファラデーニー（ＶＤＥ）規程により真空バルブの試験
のための単相交流試験電圧が定められている。通常は実
際には開閉された設備で、新しい開閉されていない設備
の試験より後の時点において、単相交流試験電圧の０．
８倍の値で作業され、この値は例えば実効値で４０ｋＶ
である。この限界は横座標に対する平行線３として記入
されている。例えば３ｍｍの所定の接触子行程をあらか
じめ設定することにより一つの作業点が定められ、この
作業点は第３図のグラフの中に符号４で示されている。

このことはこの作業点で真空のもとでは試験電圧に耐え
られ、一方１．５ｂａｒのＳＦ６ガスの充満の場合には
試験電圧は絶縁破壊に至るということを意味する。

第４図にはコントロールセンター全体が符号１０で示さ
れている。コントロールセンターは図示の場合には三つ
の開閉装置パネルから成り、これらのパネルはＳＦ６ガ
ス密閉された各三つの遮断器を有する。ＳＦ６ガスの収
容のための容器は符号１１で示されている。この容器の
中には各−つの真空バルブ１５が設けられ、この真空バ
ルブの両接触子棒１６．１７がここでは詳細に示されて
いない開閉設備の機能ユニットに電気的に結合されでい
る。可動接触子棒はリンク機構１８を介して機械的に第
４図には示されていない操作器に結合され、この操作器
は接触子の開極又は閉極を行う０図示されていない結合
要素を介してリンク機構１８は操作軸１２に結合されて
いる。接触子のあらかじめ定められた呼び行程とは無関
係に、外部の操作軸１２でカム１３と緩衝器１４とを利
用し、人手により挿入可能な間隔片１９を介して、接触
子行程りを試験のために呼び行程より著しく小さい値、
例えば３ｍｍに制限するようにあらかじめ設定すること
ができる。　　　゛真空バルブ１５には第４図において
容器１１の外部にガイガー争ミュラー計数管２０が付設
されている。ガイガー・ミュラー計数管２０は測定器２
１が後置接続され、この測定器２１はスイッチを介して
高電圧ユニット２５に結合されている。高電圧ユニット
２５は接触子が開かれているときに両接触子棒１Ｂ、１
７に結合される。かかる装置を用いてこの発明に基づく
方法を実施できる。この発明は、接触子が開かれている
場合に接触子間の十分に小さい間隔又は十分に高い電圧
で電界放出により電子が発生され、この電子がＸ線を放
射するように対向電極（陽極）を励起するという現象を
利用する。

真空に関する真空バルブの試験のためには開閉設備１０
全体をネットワークから切り離さなければならず、そし
て両接触子棒１６．１７は試験装置を接続するために利
用できなければならない。

第４図において電気的接続は原理だけを示され、実際に
は接触は開閉装置パネルの中で実施される０間隔片１９
がカム１３と緩衝器１４との間に挿入され、間隔片１９
は操作部１８に作用し、従って遮断器接触子行程を例え
ば３ｍｍに制限する。高電圧ケーブルと接地ケーブルと
はそれぞれ真空バルブ１５の二つの極に接続される。ガ
イガー・ミュラー計数管２０はＳＦｂガス容器１１の外
側に、容器壁から約５ｃｍの間隔を置いて遮断器接触子
ギャップの中央の高さに設けられている。

高電圧を約５７ｋＶ（直流電圧）又は４０ｋＶ（単相交
流電圧実効値）に設定した後に、真空バルブ１５の真空
が十分な場合には電界電子放出によりＸ線（ガンマ線）
が発生するが、ｘ！ｉは例えばｌルＳ　ｖ　／　ｈであ
る放射線防護規程に基づきあらかじめ定められた限界を
ＳＦ６ガス容器１１の外部で超えることが許されない、
ガイガー拳ミュラー計数管２０は単位時間当たりの計数
パルスすなわち毎秒当たりのＸ線量子を与え、この計数
パルスは回路装置の中で処理され、調節可能なしきい値
に到達後に高電圧ユニットの遮断が行われる。これにつ
いては更に後に詳細に説明する。これに反してＳＦ６ガ
スが漏れにより真空バルブ１５の中に侵入すると、電圧
は例えば約２ｂａｒの定められたＳＦｂガス圧力に達す
るまでに耐えられなくなる。そして記録可能な電圧破壊
が発生する。この場合にはＸ線は発生しない。

いまや第２図に基づき既に説明した評価回路により一方
では、許容できない高いＸ線放射を発生すること無く、
容器内に密閉された真空バルブ１５の中の運転真空の存
在が明確に検出できる。

他方では、バルブケースの漏れ特にＳＦ６ガスの充満を
表示でき、これに対してはもう一度第３図のグラフを参
照されたい＊１．５ｂａｒのＳＦｂＦ２ガスなわち０．
５ｂａｒのゲージ圧力のＳＦ６ガス）によるグラフ２の
上方では、規定の単相交流試験電圧の０．８倍の試験電
圧には例えば３ｍｍの行程の場合にはもはや耐えられず
、電圧は接触子間を突破する。そのとき信号ランプ３５
が時間発生器によりあらかじめ定められた測定時間の経
過後に点灯し、それにより故障した真空バルブすなわち
ＳＦ６ガスの侵入による真空劣化を知らせる。

これに反して１０ｍｍの比較的大きい接触子行程の場合
ならば、第３図に示すように両方の場合にこの電圧に耐
えられる。しかし真空が良好な場合でも測定可使なＸ線
は発生しない、従ってこの場合にはもはやＳＦｂＦ２ガ
ス空とを区別できない、総括するに試験のために用いら
れた接触子行程は所定の単相交流試験電圧の場合には工
ないし８ｍｍとすべきであり、材料がＸ線放射に影響す
るので、とりわけ真空遮断器で用いられる接点材料にも
関係して選ばれなければならない。

このためにはトーナルＣＤ、　Ｄｏｈｎａｌ　）の博士
論文「高電圧−高真空装置でのＸ線放射に対する研究（
Ｕｎｔｅｒｓｕｃｂｕｎｇｅｎ　ｚｕｒ　Ｒｏｅｎｔｇ
ｅｎｓｔｒａｈｌｕｎｇ　ａｎＨｏｃｈｓｐａｎｎｕｎ
ｇｓ−Ｈｏｃｈｖａｋｕｕｍ−Ａｎｏｒｄｎｕｎｇｅｎ
）　　Ｊ　　、（ブラウンシュバイク工業大学、１９８
１年）を参照されたい、これに反して接触子行程りが過
小に選ばれると、同様に真空とＳＦ６ガスとを区別でき
ない。なぜならばこの場合には試験電圧を比較的低く選
ばなければならず、それによる弱いＸ線は場合によって
は真空バルブ１５又は容器１１により吸収されるからで
ある。

約４０ｋＶの単相交流電圧実効値、すなわちここでも単
相交流試験電圧の０．８倍の値に匹敵する５７ｋＶの直
流電圧のあらかじめ定められた値を用いれば、良好な真
空のもとでは電圧は３ｍｍの接触子行程で耐えられる。

その場合にＸ線放射が発生し、Ｘ線放射が第３図に示す
回路装置のブロック４０を経て所定の値に到達した場合
に直ちに高電圧ユニット２５を遮断する。信号ランプ４
８により真空の存在が表示され、しかも場合によっては
投入ユニット４５により検査測定としての第２の測定の
ために高電圧が再び投入されるまで表示される。

ＳＦ６ガスの良好な絶縁特性に基づき、所定のＳＦ６ガ
スのゲージ圧力に到達した場合には同様にこの電圧は真
空バルブの中で耐えられる。

第３図において例えば２ｂａｒのＳＦ６ガスに対するグ
ラフは曲線ｌと２との間にある。従ってＸ線の放射の無
い場合にもいまだ完全な充満に至らない僅かな漏れと完
全なＳＦ６ガスの充満とが区別でき、完全な充満の場合
にはＸ線放射が無いのにもかかわらず試験電圧に耐えら
れる。

この発明に基づく方法のこの構成の場合には、試験電圧
を低い値から上昇特性を備えて作業点へ調節できるので
合目的であり、その際既に上昇中の電圧により評価回路
が運転に入る。

第２図に示す評価回路に対してマイクロプロセッサを使
用することもでき、その場合にはブロック３０．４０及
びユニッ）３１ないし５０により示された機能はソフト
ウェアによって実施される。

【図面の簡単な説明】

第１図は真空バルブ内の圧力と所定の接触予行程におけ
る接触子間の耐直流電圧強度との関係をグラフで示した
図、第２図はこの発明に基づく真空検証装置の一実施例
のブロック線図、第３図は所定の真空と１．５ｂａｒの
ＳＦｂガスと、の場合について接触子行程と接触子間の
耐交流電圧強度との関係をグラフで示した図、第４図は
第２図に示す真空検証装置を組み込んだコントロールセ
ンタの一例の部分断面を含む斜視図である。 １５・・・真空バルブ １６．１７・・・接触子棒 １９・・・間隔片 ２０．２１・・・Ｘ線検出器 ２５・・・高電圧ユニット ３０ないし５０・・・評価回路 ｈ・・・接触子行程 Ｕ・・・試験電圧

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）あらかじめ定められた接触子行程で高電圧が接触子
   間に印加される遮断器用真空バルブの真空検証方法にお
   いて、真空遮断器の呼び行程に満たない接触子行程（ｈ
   ）が選択され、この接触子行程（ｈ）で真空中に高電圧
   （Ｕ）を印加した場合に、接触子間の電界電子放出に基
   づき陽極として働く接触面から発生されるＸ線が検出さ
   れ、真空バルブの中に運転真空が存在することの証明と
   して評価されることを特徴とする遮断器用真空バルブの
   真空検証方法。 ２）真空バルブが容器内に密閉された場合に、特にＳＦ
   ＿６ガス絶縁密閉開閉設備で用いられ、その際耐電圧強
   度が試験されることを特徴とする請求項１記載の方法。 ３）接触子行程（ｈ）及び／又は試験電圧 （Ｕ）が接触子の接点材料に関係して選択されることを
   特徴とする請求項１又は２記載の方法。 ４）１ないし８ｍｍ望ましくは３ｍｍの接触子行程で作
   業されることを特徴とする請求項３記載の方法。 ５）３０ないし１００ｋＶ望ましくは約５７ｋＶの直流
   電圧と１２ｍＡ未満の直流とにより作業されることを特
   徴とする請求項３記載の方法。 ６）実効値が２５ないし７０ｋＶ望ましくは４０ｋＶの
   単相交流電圧と３ｍＡ未満の電流とにより作業されるこ
   とを特徴とする請求項３記載の方法。 ７）上昇特性を有する試験電圧が低い値から作業点へ調
   節されることを特徴とする請求項３又は５又は６の一つ
   に記載の方法。 ８）Ｘ線が定量的に測定され、Ｘ線量が所定のしきい値
   に到達した場合に高電圧の遮断が行われ、それによりそ
   れ以上のＸ線放射が防止され、その際同時に十分な運転
   真空を確認するための表示装置が作動されることを特徴
   とする請求項１又は２記載の方法。 ９）Ｘ線の放射が無い場合に、運転電圧が例えば３０秒
   のあらかじめ定められた試験時間にわたり試験電圧とし
   て維持され、そこで初めて遮断され、その際遮断と共に
   真空バルブでの漏れを表示するための表示装置が作動さ
   れることを特徴とする請求項１又は２記載の方法。 １０）Ｘ線放射が無くて電圧破壊が検出され、直ちに試
   験電圧の遮断に至り、その際遮断と同時に真空バルブの
   漏れを表示するための表示装置が作動されることを特徴
   とする請求項８記載の方法。 １１）表示の確認のためにＸ線活性化が周期的に繰り返
   されることを特徴とする請求項１ないし１０の一つに記
   載の方法。 １２）所定の接触子行程で開かれた真空バルブの接触子
   に対する試験電圧を発生するための高電圧ユニットを備
   えた請求項１ないし１０の一つに記載の方法を実施する
   ための装置において、真空バルブ（１５）にＸ線検出器
   （２０、２１）望ましくはガイガー・ミュラー計数管が
   付設され、この計数管が評価回路（３０ないし５０）を
   介して高電圧ユニット（２５）に結合され、評価回路が
   運転真空又は漏れの検出と表示とのために用いられ、か
   つ評価回路がＸ線放射を最小限にするように高電圧ユニ
   ット（２５）を遮断することを特徴とする遮断器用真空
   バルブの真空検証装置。 １３）Ｘ線検出器（２０）が真空バルブ（１５）から所
   定の間隔望ましくは５ｃｍのところに配置され、高電圧
   ユニット（２５）の遮断のためのＸ線量がこの間隔に基
   づいて基準化されることを特徴とする請求項１２記載の
   装置。 １４）真空バルブ（１５）の接触子作動のための操作装
   置の中に、正常の呼び行程に満たない定められた接触子
   行程を設定するための間隔片が挿入できるようになって
   いることを特徴とする請求項１２記載の装置。 １５）評価回路（３０ないし５０）がマイクロプロセッ
   サによりソフトウェア制御されることを特徴とする請求
   項１２記載の装置。