JPH06203704A

JPH06203704A - 固体絶縁開閉装置

Info

Publication number: JPH06203704A
Application number: JP220893A
Authority: JP
Inventors: Tatsuo Yamaguchi; 辰夫山口
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1993-01-11
Filing date: 1993-01-11
Publication date: 1994-07-22

Abstract

(57)【要約】【目的】真空スイッチ管の可動導体と金属ベローズと
の間に存在している絶縁油を、開極動作時にスムースに
排出することにより、金属ベローズ近傍の過渡的圧力上
昇を抑制し、金属ベローズの発生応力を軽減することが
できる固体絶縁開閉装置を得る。【構成】真空スイッチ管１の可動導体20に中空部20a
を形成すると共に、可動導体20と金属ベローズ21が対向
する位置、並びに真空容器1aの外部へ突出した可動導体
20の上端側の位置に、この可動導体の外表面と上記中空
部とを連通する連通穴20b 並びに20c を穿設した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、密閉構造とした絶縁
筒の内部に真空バルブ等の開閉器を収納した固体絶縁開
閉装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図９は、従来の固体絶縁開閉装置の一部
分を示す断面図である。これと同様の固体絶縁開閉装置
は例えば特公昭63-55738号公報に示されている。図にお
いて、高真空に保持した真空スイッチ管１は、真空容器
1a内部に可動電極2a、及び固定電極2bを有する。上記可
動電極2aを有する可動導体２の下部は真空容器1a内にあ
り、上部は金属ベローズ３を介して真空容器1aの外部へ
出ている。一般的に中実の銅棒である上記可動導体２の
上端には、シリンダ４がこの可動導体と同軸配置になる
ように取り付けられている。上記可動導体２は、図の上
下方向に移動できるように軸受５等によって支持されて
いる。

【０００３】外部絶縁筒６はこの装置全体の外被となる
ものであり、その内部に充電部等を密封している。ま
た、この外部絶縁筒の内部には絶縁油７が充填されてい
る。上記外部絶縁筒６はその取付面6aにおいて図示しな
い他の構造物等に取り付けられる。上記軸受５は、この
外部絶縁筒６に固定された絶縁物からなる支持台８にボ
ルト９によって取り付けられており、回転軸10を保持し
ている。この回転軸10はＬ形レバー11を回動自在に保持
しており、ピン11a と11b によってそれぞれ絶縁操作ロ
ッド12および上記可動導体２と係合している。

【０００４】フィンガーコンタクト13は、上記可動導体
２と図示しない上部断路部の中心導体（固定導体）14と
の電気的接続を仲介するためのものであり、このフィン
ガーコンタクトの先端部13a において可動導体２と摺動
接触すると共に、根元部13bは中心導体14にボルト15に
よって取り付けられる。可動導体２の上端に取り付けら
れたシリンダ４は、中心導体14に取り付けられたピスト
ン16と共に絶縁油７の粘性を利用した油緩衝装置を構成
する。

【０００５】次に動作について説明する。図９の固体絶
縁開閉装置は真空スイッチ管１において可動電極2aと固
定電極2bが接触した状態、すなわち投入状態となってい
る。この状態で開極信号が与えられると、図中、矢印Ｘ
の方向に絶縁操作ロッド12が駆動され、この動作に対応
して、ピン11a 、及び11b における連結構成によってＬ
形レバー11が回転軸10を中心として、図の反時計方向に
回動する。これによって可動導体２は図10に示すように
上方向へ駆動される。

【０００６】この時、図９において可動導体２と金属ベ
ローズ３の間の空間17を満たしていた絶縁油７は、可動
導体２の動きに対応して真空スイッチ管１の上端面にお
ける円周状のギャップ1cから噴出すると共に、図10の矢
印18で示すように支持台８と軸受５を貫通するように配
設された数か所の排油穴19（図中には１か所のみ表示）
を経て排出され、最終的に絶縁油７の油面をわずかに上
昇させる。この開閉装置の開極動作においては、系統の
事故電流の高速遮断等の責務を果たすため、可動導体２
が20mm前後の所定のストロークの間、1.0 から2.0m/s程
度の高速で瞬時に駆動されるため、絶縁油７の粘性並び
にギャップ1cと排油穴19における流路抵抗により、当該
空間17の圧力は過渡的に著しく上昇し、金属ベローズ３
においてかかる内圧上昇により大きな応力が発生する。

【０００７】上記内圧上昇を図９と図10で説明する。図
中、P1は可動導体２と金属ベローズ３との間の絶縁油７
の圧力、P2は図９のギャップ1aと排油穴19との間の絶縁
油７の圧力、P3は排油穴19の上の部分の絶縁油７の圧
力、ΔP4は上記圧力P1とP2との間に発生する内圧上昇、
ΔP5は上記圧力P2とP3との間に発生する内圧上昇、v1は
上記ギャップ1cのところで排出される絶縁油の流速、v2
は上記排油穴19のところで排出される絶縁油の流速とす
ると、 ΔP4＝（P1−P2）∝ v₁ ² ・・・・(1) ΔP5＝（P2−P3）∝ v₂ ² ・・・・(2) ここで、排油穴19の大きさ（面積）が、一般的にギャッ
プ1cよりも大きいので、速度v₂がv₁よりも小さくなり、
上記圧力上昇（ΔP4＋ΔP5）はほとんどΔP4となる。従
い、上記内圧上昇は排油穴19よりも、上記ギャップ1cの
方が大きく影響している。

【０００８】一方、金属ベローズ３は開極及び投入動作
に応じて軸方向に伸縮し、この伸縮変形による発生応力
も重畳する。一般に真空スイッチ管１は耐用寿命とし
て、一万回から数十万回の開極・投入動作を保証する必
要があり、金属ベローズ３の材料の疲労寿命の面から、
上記伸縮変形に伴なう発生応力のみならず、開極動作時
の絶縁油の圧力上昇に伴なう応力にも配慮した構成にし
ておかないと、保証寿命回数以内で金属ベローズ３に疲
労き裂等が発生して真空スイッチ管１内に絶縁油７が侵
入し、真空スイッチ管としての機能を果たさなくなる危
険性がある。それ故、金属ベローズ３には以上の背景を
考慮して素材の肉厚やベローズとしての山数を選定した
特殊なもの、例えば伸縮変形に伴なう応力を通常のもの
より低く抑えるよう山数を増加させたベローズを用いる
などの工夫をしていた。

【０００９】なお、シリンダ４とピストン16とで構成さ
れる油緩衝装置に関し、この固体絶縁開閉装置の組立手
順の関係上、すなわち、シリンダ４を可動導体２に取付
後、フィンガーコンタクト13の内側に挿入するので、シ
リンダ４の直径は可動導体２の直径ｄよりも小さくなっ
ている。このため、開極動作時の緩衝効果（制動効果）
に一定の限界がある。また、この油緩衝装置は開極動作
完了寸前に制動力を発輝するように構成される。図８は
上記固体絶縁開閉装置の開極動作を示すトラベルカーブ
図であり、図中Ａのところの緩衝責務を上記油緩衝装置
が任っており、過渡的に発生する可動導体のオーバース
トロークの抑制や、開極動作完了時における発生衝撃力
の低減を図っている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】従来の固体絶縁開閉装
置は以上のように構成されているので、真空スイッチ管
の金属ベローズ３には、種々の応力に耐える特殊な仕様
のものを使用しなければならず、真空スイッチ管が高価
になると共に、この固体絶縁開閉装置の長寿命化には、
上記金属ベローズの強度が大きな課題となっていた。ま
た、前述の通り油緩衝装置のシリンダの直径を可動導体
の直径よりも大きくできないため、開極動作時の緩衝効
果（制動効果）に一定の限界があり、開極行程終了時の
可動導体などの残存運動エネルギーによる衝撃力が連結
ピン等の機構部分における摩耗や焼き付きなどの損傷を
誘引したり、この開閉装置に具備された制御リレー（図
示せず）を振動させ極端な場合には誤信号を発する等の
問題があった。

【００１１】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、開極動作時の過渡的圧力上昇を
下げて、金属ベローズの発生応力を軽減できる固体絶縁
開閉装置を得ることを目的とする。さらに、この発明は
開極行程終了時の可動導体などの残存運動エネルギーに
よる衝撃力を抑制できる固体絶縁開閉装置を得ることを
目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明に係る固体絶縁
開閉装置は、真空スイッチ管の開極動作時に可動導体と
金属ベローズとの空間に存在する絶縁油を排出する経路
を上記可動導体に設けた。

【００１３】また、絶縁油を排出する経路は、可動導体
に中空部を形成すると共に、可動導体の外表面とこの中
空部とを連通する穴を、可動導体と金属ベローズが対向
する位置、並びに可動導体の上端側に穿設して構成し
た。

【００１４】また、絶縁油を排出する経路は、金属ベロ
ーズと可動導体とが対向する位置から、可動導体の上端
部までの所定長さにわたって、可動導体の外表面にスロ
ットを設けて構成した。

【００１５】さらに、可動導体の中空部を軸方向に分離
し、可動電極側の中空部は真空にした。

【００１６】そして、可動導体と金属ベローズが対向す
る位置の連通穴と、可動導体の上端側の位置の連通穴を
各々傾斜して穿設した。

【００１７】

【作用】この発明における固体絶縁開閉装置は、開極動
作において真空スイッチ管の可動導体と金属ベローズと
の空間に存在する絶縁油が、主として可動導体に設けた
絶縁油排出経路を介してスムースに排出され、上記空間
での圧力上昇を抑制するので、金属ベローズにおける発
生応力は軽減される。

【００１８】また、真空スイッチ管の可動導体は中空ま
たはスロットが形成されているため、可動導体の質量が
従来の中実形のものより小さく、開極行程終了時に連結
ピン等の機構部品に与える衝撃力が緩和される。

【００１９】

【実施例】

実施例１．以下、この発明の一実施例を図について説明
する。図１は固体絶縁開閉装置の断面図、図２はこの発
明で使用される可動導体20を図１のＹ−Ｙからみた断面
図、図３は図１に示した固体絶縁開閉装置の開極動作を
表わす。１から19は上記従来装置と同一のものである。
図３において、真空スイッチ管１の可動導体20は内部に
中空部20a を有するようほぼ円筒形に形成してあり、可
動導体20において金属ベローズ21と対向する位置、及び
上端側近傍の位置に、可動導体20の外表面と中空部分20
a とを連通するよう、連通穴20b 及び20c がそれぞれ４
個設けられている。

【００２０】また、可動導体20は導電性能の面から銅材
を用いて加工・成形してあり、下端の可動電極2aとは銀
ロウ等を用いたロー付けにより、互いに固着してある。
従って可動導体20の中空部20a 、及び連通穴20b ・20c
には、常時絶縁油７が充填されているが、中空部20a の
下端は可動電極2aにより封止されている。

【００２１】次に、上記実施例の動作について説明す
る。図１の固体絶縁開閉装置は、真空スイッチ管１にお
いて可動電極2aと固定電極2bとが接触した状態、すなわ
ち投入状態となっている。この状態で開極信号が与えら
れると、従来と同様の要領で可動導体20は、図３に示す
ように上方向へ駆動される。この時、可動導体20と金属
ベローズ21との間の空間22に存在する絶縁油７の一部
は、従来例と同じく矢印18で示すように排油穴19を経て
上端側周辺に排出されるが、この排油穴19の経路は流路
抵抗が大きいため、主として矢印23で示すように、連通
穴20b 、中空部20a及び連通穴20c を経て可動導体20の
上端側周辺に排出される。

【００２２】この開閉装置も従来例と同様、可動導体20
は開極動作において、1.0 から2.0m/s程度の高速で瞬時
に駆動されるが、従来例と比べ、矢印23で示す経路の流
路抵抗は小さいので、当該空間22における絶縁油７の過
渡的な圧力上昇がさほど大きくなく、従って金属ベロー
ズ21において、かかる内圧上昇に伴なう発生応力は従来
例と比べてかなり低減される。従って、金属ベローズ21
には、従来例のような特殊仕様のベローズでなく、真空
スイッチ管１に対して標準的に用いられる汎用のベロー
ズを使用しても疲労寿命等に特段の支障はない。

【００２３】また、可動導体20の中空部20a や連通穴20
b 、及び20c には、銅の比重約９に対して、比重0.95か
ら1.0 程度の絶縁油が常時満たされているので、可動導
体20全体としての質量は、真空スイッチ管の種類にもよ
るが、従来比で２割から５割程度軽減される。一例とし
て、定格電流2000Ａの固体絶縁開閉装置の場合、可動導
体20の直径が約40mmであり、従来例では全体質量が４Kg
程度であったが、上記中空部20a を直径約25mmに形成す
ることにより、断面積だけで約４割減少することにな
り、端部の可動電極2aの質量や絶縁油の質量を含めても
全体として約３割ほど軽量化される。

【００２４】なお、上記軽量化に伴ない可動導体20にお
ける開極工程終了時の残存運動エネルギーは、質量減少
分に比例して小さくなるので、ピン11a 、11b 、及び回
転軸10等の機構部品における摩耗・焼付き等の早期損傷
を防止することができる。また、この開閉装置に具備さ
れた抑制リレー（図示せず）の取付板等を、開極行程終
了時の一種の打撃振動伝播により加振する程度が、上記
軽量化に伴なう残存運動エネルギーの減少により緩和さ
れ、リレー接点のチャタリング等の誤動作を防止するこ
とができる。なお、上記可動導体に中空部20a を形成し
ても、その通電性能は商用周波数の交流通電による表皮
効果のため、従来例とほとんど変わらない。

【００２５】実施例２．また、上記実施例では可動導体
20のほぼ全長にわたって連続した中空部を形成し、当該
中空部全体に絶縁油７が充填されているものを示した
が、図４に示すように、可動導体24において軸方向にほ
ぼ真空スイッチ管の内外を区分する位置で、中空部を二
つに分離し、可動電極2a側の中空部24d は少なくとも１
個の連通穴24e により真空スイッチ管１の内部と同じ真
空状態に維持すると共に、反対側の中空部24a には上記
実施例と同様連通穴24b 及び24c により絶縁油７が常時
充填される構成としてもよい。

【００２６】この場合、下側の中空部24d が真空となる
ので、可動導体のほぼ全長にわたって絶縁油を充填した
中空部を有する上記実施例と比べて、可動導体全体が一
層軽量化できると共に、開極動作においては、上記実施
例と同様の過程を経て金属ベローズ21近傍の絶縁油７が
排出される。さらに、上記実施例における可動電極2aと
可動導体24の固着部のような絶縁油封止箇所が真空スイ
ッチ管内になく、可動電極2aと可動導体24とのロー付け
不良等による真空スイッチ管１内への絶縁油７の侵入の
危険性がないので、信頼性の高い固体絶縁開閉装置を得
ることができる。また、図４の実施例において可動導体
の軽量化を無視するのであれば、中空部24d 及び連通穴
24e は設けなくて中実にしてもよい。可動導体24の中空
部の軸方向の分離数も二つに限らず３以上に分離しても
よい。

【００２７】実施例３．また、上記図３及び図４では、
連通穴20b 、20c 及び24b 、24c を可動導体の軸直角方
向に穿設したものを示したが、図５に示すように可動導
体25に設けられた連通穴25b 、25c は軸直角方向に対し
て傾斜させている。すなわち金属ベローズ21近傍の連通
穴25b は、この可動導体25の外表面側においては可動電
極2d側に開口面が、中空穴側においてはシリンダ４側に
開口面がくるよう傾斜して４個穿設する。また、可動導
体上部の連通穴25c は、可動導体の中空穴側においては
可動電極2d側に開口面が、外表面側においてはシリンダ
４側に開口面がくるよう傾斜して４個穿設してもよい。
この場合は、開極動作において、図中矢印26で示すよう
に排出される絶縁油７の流路が、上記実施例のように直
角に曲折せず、緩かに曲折するため流路抵抗が小さくな
り、これに応じて金属ベローズ21近傍での絶縁油の過渡
的圧力上昇は一層抑制されるので、上記実施例と同様の
効果を奏する。

【００２８】実施例４．また、上記実施例では可動導体
に穿設する連通穴の数を４個所としたものを示したが、
この穿設する穴数は条件により上記実施例と同様の効果
を奏するように、３個または５個とするなど任意の数に
してもよい。

【００２９】実施例５．また、この発明の他の実施例を
図６と図７を用いて説明する。図６はこの発明の固体絶
縁開閉装置の断面図、図７はこの発明に使用される可動
導体27を図６のＺ−Ｚからみた断面図である。図におい
て、可動導体27は中空部27a に形成されると共に金属ベ
ローズ21と対向する可動導体27の位置から真空スイッチ
管１の外部へ突出した上記可動導体27の上端まで、所定
の長さにわたって上記可動導体外表面にスロット27b を
設ける構成としている。開極動作時には、可動導体27と
金属ベローズ21との間の空間に存在している絶縁油７
は、矢印28のように上記スロット27b を経て可動導体上
端側周辺に排出され、上記実施例と同様の効果を奏す
る。

【００３０】実施例６．上記図６の実施例では可動導体
に設けたスロットの数を４個所としたものを示したが、
このスロットの数は条件により上記実施例と同様の効果
を奏するように、３個または５個とするなど任意の数に
してもよい。また、上記図６の実施例では可動導体27の
質量を小さくするため中空にしているが、この中空部は
絶縁油の排出経路としていないため、中実にしてもよ
い。

【００３１】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば固体絶
縁開閉装置において、真空スイッチ管の可動導体と金属
ベローズとの間の空間に存在している絶縁油を排出する
経路を可動導体に設けたので、開極動作時において、上
記金属ベローズ近傍の過渡的圧力上昇が抑制でき、金属
ベローズの発生応力を軽減することができ、特殊の金属
ベローズを使用した真空スイッチ管を用いることなく、
信頼性の高い固体絶縁開閉装置を得られる効果がある。

【００３２】また、別の発明によれば可動導体を中空ま
たはスロットを設けることにより可動導体全体が軽量化
されるため、開極動作完了時に機構部品に与える衝撃力
も減少し、上記金属ベローズも含め各部分の耐用寿命が
長くなり、全体として信頼性の高い固体絶縁開閉装置を
得ることができる。

【００３３】さらに、別の発明によれば可動導体の中空
部を分離し、可動電極側の中空部を真空にしたので、可
動電極と可動導体とのロー付け不良による真空スイッチ
管内への絶縁油の侵入の危険性がなくなり、信頼性の高
い固体絶縁開閉装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１を示す固体絶縁開閉装置の
断面図。

【図２】図１に示した可動導体のＹ−Ｙ線における断面
図。

【図３】図１で示した固体絶縁開閉装置の開極動作を表
わす断面図。

【図４】この発明の実施例２を示す固体絶縁開閉装置の
断面図。

【図５】この発明の実施例３を示す固体絶縁開閉装置の
断面図。

【図６】この発明の実施例５を示す固体絶縁開閉装置の
断面図。

【図７】図６に示した可動導体のＺ−Ｚ線における断面
図。

【図８】固体絶縁開閉装置の開極動作を示すトラベルカ
ーブ図。

【図９】従来の固体絶縁開閉装置を示す断面図。

【図１０】図９に示した固体絶縁開閉装置の開極動作を
表わす断面図。

【符号の説明】

１真空スイッチ管 1a 真空容器 2a 可動電極 2b 固定電極６外部絶縁筒７絶縁油 12 絶縁操作ロッド 20，24，25，27 可動導体 20a 中空部 20b 連通穴 20c 連通穴 21 金属ベローズ 24d 中空部 25b 連通穴 25c 連通穴 27b スロット

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】真空容器内に配設された固定電極及び可
動電極と、一端が上記可動電極に固着され、他端が上記
真空容器外に突出した可動導体と、この可動導体と上記
真空容器との間に設けられ、真空容器の内外を隔離する
金属ベローズとを有してなる真空スイッチ管、この真空
スイッチ管を内部に収納し、絶縁油を所定量充填した外
部絶縁筒、および上記真空スイッチ管の可動導体を動か
す絶縁操作ロッドを備え、上記真空スイッチ管の開極動
作時に上記可動導体と上記金属ベローズとの間の空間に
存在する絶縁油を排出する経路を上記可動導体に設けた
ことを特徴とする固体絶縁開閉装置。
【請求項２】真空スイッチ管の可動導体に中空部を形
成すると共に、可動導体と金属ベローズが対向する位
置、並びに真空容器の外部へ突出した可動導体の上端側
の位置に、この可動導体の外表面と上記中空部とを連通
する連通穴を穿設したことを特徴とする請求項第１項記
載の固体絶縁開閉装置。
【請求項３】真空スイッチ管の金属ベローズと可動導
体とが対向する位置から、真空容器の外部へ突出した可
動導体の上端部までの所定長さにわたって上記可動導体
の外表面にスロットを設けたことを特徴とする請求項第
１項記載の固体絶縁開閉装置。
【請求項４】真空スイッチ管の可動導体の中空部を軸
方向に少なくとも２つに分離し、可動電極側の中空部は
真空にしたことを特徴とする請求項第２項記載の固体絶
縁開閉装置。
【請求項５】可動導体と金属ベローズが対向する位置
の連通穴は、可動導体の軸直角方向に対して中空部から
電極側に向って傾斜するように穿設すると共に、可動導
体の上端部位置の連通穴は、可動導体の軸直角方向に対
して中空部から可動導体上端部側に向って傾斜するよう
に穿設したことを特徴とする請求項第２項または第４項
記載の固体絶縁開閉装置。