JPH03205716A - 真空バルブ形開閉装置の真空度低下検出装置 - 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〕 この発明は真空バルブを用いた真空遮断器，真空開閉器
等の開閉装買において、真空バルブの真空度の低下を真
空バルブ内部の異常放電を電気的に検出することによっ
て検知する真空度低下検出装置に関する． 〔従来の技術〕 真空遮断器，真空開閉器は他の遮断器の消弧室に相当す
る部分に、高度に脱ガス，排気された完全密封形の真空
バルブが使用されている．真空は理想的な絶縁媒体であ
るが真空度が低下した場合はその機能を発揮することが
できないため、真空バルブの信頼性が真空遮断器．真空
開閉器の信頼性に対し大きなウェイトを占めている．そ
こで、真空バルブの製造時に高い信頼性を確保するため
材料の選定１ｌＩ人，加工精度および脱ガス処Ｘなど製
造工程の管理，および性能確認試験，検査など材料の入
手から製品出荷まで厳密な品質管理が実施されている．
特に真空バルブの真空度管理は最も重要であり、全数に
ついて綿密なる管理が実施されている． 第７図は真空バルブの真空度の低下要因の原理的説明図
であり、製造時に封しられた真空バルブハｌｏ−’〜１
０−’Ｔｏｒｒ程度の高真空に保持されるが、真空バル
ブを溝威している真空容器や電極，導体の内部に残存し
ているガス分子がそれらの表面より徐々に放出される内
部ガス放出と、真空バルブの構或材料や接合部分のわず
かな欠陥孔より外部から空気が徐々に侵入してくるスロ
ーリークとによって徐々に低下する．このうち、ガス放
出が原因となるものは飽和値をもつ曲線的な変化であり
、一方スローリークによるものは孔の大きさに応じた直
線的な変化である。従って、全体としての変化はこれら
を重ね合わせたトータルガスとして示される．真空バル
ブの真空寿命の管理のためには、これらの劣化要因に対
して適切な方法をとる必要がある． 第８図は真空度の低下を直接検出するセンサを設けた従
来の真空バルブを示す概略断面図であり、真空バルブ１
は円筒状の絶縁容器５と、その一方端に結合された金属
製の端板４＾によって支持された固定接触子２と、絶縁
容器の他方端に結合した端板４Ｂおよび金属ベロー６に
より支持された可動接触子３を主要構或要素とし、可動
接触子３を図示しない操作器によって駆動することによ
り、負荷電流または充電電流の開閉機能を有する遮断器
や開閉器が構威される．また、真空バルブｌの内部には
絶縁容器５の内側に同心状に金属シールド７が設けられ
、電流遮断時のアークによって生した金属蒸気が絶縁容
器５の内壁に付着して絶縁性能が低下することを防止す
るようｍ＊される。１０は真空度センサとしての例えば
マグネトロン素子であり、端板４Ａに気密に取り付けら
れて真空バルブ内の真空度を検出する．ところが、この
方式は、真空バルブと真空度センサとの気密結合部に新
たなスローリークを生ずる欠点があり、真空バルブの信
頼性を損なう欠点がある．また既設の真空バルブに後加
工で真空度センサを取り付けることはほとんど不可能で
ある。

第９図は真空バルブの内部圧力と極間の交流フラソシオ
ーバ電圧との関係を示す特性！ｌＩ図であり、真空バル
ブ内の真空度が１０−’ｆｏｒ’ｒオーダ程度にまで低
下（悪化）するとフランシオーバ電圧が低下しはじめ、
１０−１から１０−’Ｔｏｒｒオーダテ下限値（１０弓
ＫＶオーダ）を示し、１０°Ｔｏｒｒオーダ以上ではフ
ランシオーバ電圧は徐々に上昇して大気圧空気中のフラ
ンシオーバ電圧にまで回復する．真空バルブでは一般に
真空度が１０−”　Ｔｏｒｒオーダにまで低下すると、
電力系統の常規対地電圧に耐えられなくなり、開極状態
では接触子極間または電源系統に接続された接触子と金
属シールド間に異常放電が発生し、閉極状態では一対の
接触子と金属シールドとの間に異常放電が発生する．そ
こで従来技術においても上述の特性に着目し、異常放電
を真空バルブの外部から電気的に検出することにより、
真空度の低下を間接的に検知する方式の真空度低下の検
出装置が幾つか知られている。

第１０図は第１の従来技術を示す構或図であり、交流電
力系統１ｌと負荷系Ｖｃｌ２との間に設けられた遮断器
，開閉器等の真空バルブｌには、その負荷側に避雷器１
３，ＣＲ形サージアブソーバ１４等が設けられ、極間の
異常放電による放電電流Ｉｓが流れることに着目し、避
雷器１３またはサージアブソーバ１４の接地線側に電流
センサｌ５を設け、開極時に発生する放電電流を検出す
ることにより、真空度の低下を検知するよう構威されて
いる。

第１１図は第２の従来技術を示す構或図であり、真空バ
ルブ１の桶間異常放電１００に付随して発生する高周波
ノイズを、真空バルブの電源系統側に高圧コンデンサ１
６を介して接続された高周波ノイズの検出器１７で検出
するよう構威されている。

第１２・図は第３の従来技術を示す構戒図であり、開極
時，閉極時に金属シールド７と接触子との間に発生する
異常放ｔＩＯＬＪＳによって上昇する金属シールド７の
電位を、絶縁容器５を貫通して引き出された金属シール
ドの外部端子７Ａに高圧コンデンサ１７を介して分圧コ
ンデンサｌ８を接続し、分圧コンデンサ１８の電位を電
圧検出器ｌ９で測定するよう構成されている。

第ｌ３図は第４の従来技術を示す構或図であり、第３の
従来技術と同様に発生する異常放ｉ１　１０１Ｓによる
金属シールド７の電位上昇を、絶縁容器５の外面との間
に間隙を保持して配された電位センサ２０で検出するよ
う構威されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

第１の従来技術においては、避雷器やサージアブソーバ
を利用して異常放電を検出できるが、遍断時または投入
時の異常電圧によって生ずる放電電流と異常放電１００
によって生ずる放電電流とを弁別するための弁別回路を
電流センサ１５の出力側に設ける必要があり、検出回路
が複雑化するという問題がある。

第２の従来技術では、極間で異常放電が発生すると直ち
にアーク放電に移行してしまうことが実験的に検証され
ており、極間のアークドロップが小さいために、検出さ
れる高周波ノイズの電荷量が数ｐｃと極めて小さく、信
頼性の高い検出ができにくいという問題があり、かつ高
周波ノイズ検出用の高圧コンデンサ１６を真空バルブご
とに設ける必要があり装置が大型化するという問題があ
る．また、第３の従来技術は第２の従来技術と同様に高
圧コンデンサ１６を必要とし、かつ絶縁容器を貫通して
外部端子を設けなければならず、真空度の維持性能に悪
影響を及ぼす危険性がある．第４の従来技術では、金属
シールドと電位センサとの結合キャパシタンスが小さい
ために、他相の真空バルブ等との間に静電容量結合が生
じやすく、検出結果の判定精度が低く、誤判定を犯しや
すい欠点がある。

この発明の目的は、真空バルブの真空度の低下によって
発生する異常放電を高圧コンデンサを用いず，かつ精度
よく検出でき、したがって構威が簡素で小型な真空度の
低下検出装置を得ることにある． 〔課題を解決するための手段〕 上記課題を解決するために、この発明によれば、三柑交
流電力系統に接続された真空バルブ形開閉装置の負荷側
が電力ケーブルを介して負荷回路に接遺され、真空バル
ブの真空度の低下を真空バルブ内の極間異常放電を電気
的に検出することによって検知するものであって、前記
電力ケーブルの接地導電層の接地線側に各相共通に設け
られた零相変流器からなり、前記極間異常放電により前
記電力ケーブルに流れる対地充電電流を零相電流として
検出するもの、または三和交流電力系統に接続された開
閉装置の真空バルブがその絶縁容器内部に接触子との間
に真空ギャソプを保持して同心状に配された金属シール
ドを持ち、前記真空バルブの真空度の低下を前記接触子
と金属シールドとの間の異常放電により検出するものに
おいて、前記絶縁容器の外周部側に前記金属シールドに
対向するよう絶縁支持された外部電極と、この外部電極
と大地間に接続された分圧コンデンサとを備え、前記異
常放電を前記分圧コンデンサの端子電圧により検出する
ものとする． 〔作用〕 上記手段において、真空バルブ形三和遮断器または開閉
器負荷側の電力ケーブルの接地線側に各相共通に零相変
流器を設けたことにより、真空バルブが閉状態では零相
対地充電電流は三相平衡して零になるが、開状態で異常
放電がいずれか１相または２相で発生した場合には、負
荷側の電力ケーブルの電位は異常放電を生じた相はもと
より、非接地状態の負荷を介して他相の電力ケーブルの
電位も上昇するので、零相対地充電電流も増大し、零相
変流器によって異常放電を精度よく検出できる。したが
って、高圧コンデンサの機能を電力ケーブルが兼ねるこ
とによって構或が簡素化．かつ小型化された装置によっ
て真空バルブの真空度の低下を精度よく検出することが
できる．一方、真空パルブの円筒状の絶縁容器の外周面
の金属シールドの対向位置に外部電極と、これに導電接
続された分圧コンデンサを設けるよう構或とすることに
より、比誘電率が気体のそれより大きい絶縁容器の静電
容量を高圧コンデンサに兼用して異常放電による金属シ
ールドの電位上昇を分圧コンデンサの電位上昇として真
空パルプごとに検出できるので、真空度の低下を精度よ
くかつ各相ごとに検知することができる．また、この構
戒では負荷側の電力ケーブルは不要なので、負荷側に電
力ケーブルを用いない装置の異常放電をも容易に検出す
ることができる． 〔実施例〕 以下この発明を実施例に基づいて説明する。第１図はこ
の発明の実施例になる真空バルブ形開閉装置の真空度低
下検出装置を示す接続図である。

図において、開閉装置としての三和遮断器２１は、各相
真空バルブＩＵ．ＩＶ．ｌ−が電力ケーブル２２Ｕ．２
２Ｖ，２２−を介して三相交流電力系統１ｌに接続され
ており、またその負荷側は電力ケーブル２３０，２３Ｖ
，２３Ｗを介して非接地の負荷回路ｌ２に接続される．
また、真空度低下検出装置は負荷側電力ケーブル２３Ｕ
，２３Ｖ，　２３Ｗの対地静電容量を対地充電電流検出
用の高圧コンデンサに兼用し、かつ電力ケーブルの接地
導電層から引き出された各相接地ｗＡ２４Ｕ，２４Ｖ２
４匈の一括部分２４に零相変流器２５を設けることによ
って構威される。

第２図および第３図は実施例における電力ケーブルの概
略断面図であり、電力ケーブル２３は第２図に示すよう
に、各相ケーブル２３Ｕ．２３Ｖ，２３Ｗがそれぞれの
中心導体２３Ａの絶縁被覆２３Ｂの外側に接地導電相２
３Ｃおよびその絶縁シース２３Ｄを備えたものであって
よく、また第３図に示すように各相ケーブル２３υ．　
２３Ｖ，　２３−の外周を包囲する共通の接地導電層２
３Ｅおよび絶縁シース２３Ｆを有するものであってもよ
く、各相共通の接地線２４を一次導体とする例えば貫通
形の零相変流器２５が設けられる．また、零相変流器２
５は接地ｗＡ２４１１，２４ν，２４−それぞれに設け
られた変流器をその二次巻線側で三相結線したものであ
ってもよい。

上述のように構威された真空度低下検出装置において、
三相遮断器２ｌが開極状態で、かつ各真空バルブ１１１
，ＩＶ，１−の真空度が１０−’　Ｔｏｒｒ以下に保持
された状態では、極間の耐電圧は常規対地電圧に対して
十分高い耐電圧性能を保持するので、負荷側には電圧が
発生せず、したがって電力ケーブル２３の対地充電電流
は各相とも零になる。また、この状態で遮断器２１を閉
路して負荷１２に三相交流電力が供給された状態では、
各相電力ケーブルに互いに電気角２π／３ラジアン位相
がずれた対地充電電流が流れるが、共通の接地！２４で
は各相対地充電電流がベクトル合威されてその合戒値■
，が零となるので、零相変流器２５の検出電流は零とな
る．一方、各相真空バルブの一つ，例えば２３０の真空
度が１０−”　Ｔｏｒｒオーダにまで低下してその極間
フラッシオーバ電圧が常規対地電圧を大幅に下廻る値に
まで低下すると、真空バルブ２３Ｕ内の極間で異常放電
１００が発生し、負荷側の電力ケーブル２．３０に電源
側の電圧が印加されるとともに、非接地の三和負荷１２
を介して残る電力ケーブル２３Ｖ，　２３−にも電力ケ
ーブル２３Ｕと同相同電位の電圧が印加される．したが
って、各相電力ケーブル２３Ｕ，２３Ｖ，２３−にはそ
れぞれ対地充電電流が流れ、共通の接地線２４を一次導
体とする零相変流器２５には電力ケーブル２３０の対地
充電電流のほぼ３倍に相応する電流１ｃが検出される．
したがって、真空バルブ２３０の極間異常放電を適確に
検出することが可能になり、真空バルブ２３Ｕの真空度
の低下を検知することができる． また、真空バルブ２相分の真空度が同時に低下した場合
、三相負荷１２には異常放電による放電電流によって２
相分の電力が供給されることになり、各相ケーブル２３
０，２３Ｖ，２３−に印加される電圧の瞬時値が相互に
異なることになり、零相変流器２５は零相不平衡分を検
出する。したがって、２相分の真空バルブの真空度が同
時に低下した場合にもこれを検出することが可能であり
、零相変流器２５の検出電流の大きさを判断部２６で弁
別するよう構威すれば、異常放電が１相の真空バルブで
発生したものか．２相分の真空バルブで発生したもので
あるかを弁別することも可能になる。

第４図および第５図はこの発明の異なる実施例を示す真
空度低下検出装置を含む真空バルブの断面図であり、第
４図は閉極状態を．第５図は開極状態を示したものであ
る．第４図において、真空バルブ３ｌの円筒状の絶縁容
器５の内側には、一対の接触子２および３を間隙Ｉ！．
ｔを保持して包囲する金属シールド７が設けられ、絶縁
容器５の外周面には金属シールド７に対向するよう円筒
状に形威された外部電極３２が設けられ、外部電極３２
は分圧コンデンサ３３を介して接地され、分圧コンデン
サ３３の端子電圧Ｖ，は図示しない電位計により検出さ
れる。絶縁容器５は比誘電率５ないし７程度の絶縁材で
構成されるので、金属シールド７と接触子２および３と
の間の静電容量Ｃ１は、金属シールドと外部電極３２と
の間の静電容量Ｃ２に較べて小さく、かつ分圧コンデン
サ３３の静電容量Ｃ．はＣｌ　＜（：，＜ＣＳなる条件
を満足する大きさに設定される。したがって、定常運転
時には三相交流電力系統１ｌの対地電圧Ｖ，は、各相真
空バルブそれぞれに、直列静電容量Ｃ　＋　，　Ｃ　ｔ
　，Ｃ　ｓに逆比例する形で静電容量分圧されるので、
分圧コンデンサ３３の端子電圧Ｖ，は微小な電圧値とな
る．一方真空バルブ３１の真空度が１０−”　Ｔｏｒｒ
オーダにまで低下すると、一対の接触子２および３と金
属シールド７との間で異常放電１０１５が発生し、金属
シールド７の電位が電源系統の常規対地電圧Ｖ．に上昇
し、この電位Ｖ，を静電容量Ｃ．およびＣ，で静電容量
分圧することになる．したがって分圧コンデンサ３３の
端子電圧Ｖ，は上昇するので、この電位上昇を電位計に
よって検出することによって異常放電の発生を検出でき
、真空度が低下した真空バルブを容易に検知することが
できる．真空バルブ３１が第５図に示す開極状態の場合
、負荷側の接触子３はほぼ零電位となるが、真空度が低
下した場合の異常放電は極間寸法ｌｌに較べて大きいギ
ャップ長ｋ！を有する金属シールド７側に放電しやすい
性質を有するので、閉極状態におけると同様に異常放電
を検出することができる．なお、外部電極３２には充電
電流が流れるだけなので、絶縁容器５の外周面に沿面絶
縁距離を残した所定の幅で導電性塗膜または箔状電極を
被着することによって容易に形或でき、ことに真空バル
ブ３１をＳＦ．ガス雰囲気中に配設することによってよ
り外部絶縁の信頼性の高い真空度低下検出装置が得られ
る． 第６図はこの発明のさらに異なる実施例を示す要部の断
面図であり、真空バルブ４ｌがその絶縁容器３５に埋設
された埋込形外部電極４２を備え、分圧コンデンサを接
続するための外部端子４２Ａのみが絶縁容器３５の外側
に露出するよう構威された点が前述の異なる実施例と異
なっており、一対の端板４Ａ．４Ｂに対して十分な沿面
絶縁距離を確保できるので、外部絶縁の信頼性のより優
れた真空バルブとその真空度低下検出装置が得られる。

〔発明の効果〕

この発明は前述のように、真空バルブを用いた遮断器．
開閉器等の開閉装置の負荷側電力ケーブルの対地静電容
量を充電電流検出用の高圧コンデンサに兼用してその接
地線側に零相変流器を配し、真空バルブの真空度が低下
することによって生ずる真空バルブ内の異常放電を零相
対地充電電流の増加によって検出するよう構威した．そ
の結果、従来技術で必要とした高圧コンデンサの機能を
電力ケーブルが兼ねることによって高圧コンデンサが不
要になり、装置の構戒を簡素化できるとともに、異常放
電によって生ずる零相対地充電電流の変化が大きく、か
つ定常運転時および三相同時開閉時には零相分がほとん
ど零になるので異常放電の検出感度が従来技術のそれに
比べて高く、したがって簡素な構戒の真空度低下検出装
置によって真空度低下を精度よく検出できる利点が得ら
れる。

また、真空バルブの絶縁容器に外部電極を設け、金属シ
ールドとの間の絶縁容器の静電容量を高圧コンデンサに
兼用するよう構成とすることにより、真空バルブの負荷
側に電力ケーブルを必要としないので負荷側に電力ケー
ブルを持たない負荷回路への適用が容易化され、かつ各
相真空バルブのうちいずれに真空度低下が生じたかを容
易かつ開閉いずれの状態においても検知できる利点が得
られる．さらに、外部電極を絶縁容器に埋設することに
より、外部絶縁の信頼性がより高い真空バルブ形開閉装
置とその真空度低下検出装置が得られる．

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例になる真空バルブ形開閉装置
の真空度低下検出装置を示す接続図、第２図および第３
図は実施例における電力ケーブルの互いに異なる構威を
示す断面図、第４図および第５図はこの発明の異なる実
施例を示す閉極状態および開極状態における断面図、第
６図はこの発明のさらに異なる実施例を示す要部の断面
図、第７図は真空バルブの真空度の経年変化を示す原理
的説明図、第８図は真空度センサを備えた従来の真空バ
ルブを示す概略断面図、第９図は真空バルブの真空度対
極間フランシオーバ特性線図、第１０図は第１の従来技
術を示す構戒図、第１１図は第２の従来技術を示す構戒
図、第１２図は第３の従来技術を示す構威図、第ｌ３図
は第４の従来技術を示す構成図である。 Ｌ３１．４１　　：真空バルブ、２．３：接触子、４：
端板、５，３５　：絶縁容器、７：金属シールド、ｌＯ
：真空度センサ、１１：電源系統、１２：負荷系統、１
６：高圧コンデンサ、１８，３３　　：分圧コンデンサ
、２１：開閉装ｉｆ（三相返断器）　、１０，ＩＶ，Ｉ
Ｗ：各相真空バルブ、２２．２３　　：電カケーブル、
２３Ｃ，２３Ｅ：接地導電層、２４：接地線、２５：零
相変流器、３２：外部電極、４２：埋込形外部電極、１
００：極間異常放電、１０１Ｓ　：金属シールドへの異
常放電、ｌ，：零相対地充電電流。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）三相交流電力系統に接続された真空バルブ形開閉装
   置の負荷側が電力ケーブルを介して負荷回路に接続され
   、真空バルブの真空度の低下を真空バルブ内の極間異常
   放電を電気的に検出することによって検知するものであ
   って、前記電力ケーブルの接地導電層の接地線側に各相
   共通に設けられた零相変流器からなり、前記極間異常放
   電により前記電力ケーブルに流れる対地充電電流を零相
   電流として検出することを特徴とする真空バルブ形開閉
   装置の真空度低下検出装置。 ２）三相交流電力系統に接続された開閉装置の真空バル
   ブがその絶縁容器内部に接触子との間に真空ギャップを
   保持して同心状に配された金属シールドを持ち、前記真
   空バルブの真空度の低下を前記接触子と金属シールドと
   の間の異常放電により検出するものにおいて、前記絶縁
   容器の外周部側に前記金属シールドに対向するよう絶縁
   支持された外部電極と、この外部電極と大地間に接続さ
   れた分圧コンデンサとを備え、前記異常放電を前記分圧
   コンデンサの端子電圧により検出することを特徴とする
   真空バルブ形開閉装置の真空度低下検出装置。