JPWO2011117914A1 - 真空バルブ及び該真空バルブを搭載したスイッチギヤ - Google Patents

Abstract

本発明の課題は、座屈変形に対する強度を有し、かつ圧力漏れが生じない真空バルブを提供することにある。互いに対向して接点電極を構成する固定電極４及び可動電極５と、当該固定電極４及び可動電極５を内包して、その内部が真空状態である真空容器と、真空容器の内外の境界を構成して、ひだ構造による弾性力を用いて、真空容器の内部の真空圧力を維持しながら可動電極５の投入・遮断等の動作を可能にするベローズ２とを備える真空バルブ１であって、ベローズ２はひだがない部位またはひだの高さが低い部位を有することを特徴とする真空バルブ１。

Description

本発明は真空バルブ及び真空バルブ内の圧力と該真空バルブ周囲の圧力とに圧力差が生じるスイッチギヤに関する。

真空バルブは、真空の高い絶縁性能に着目し、真空絶縁された状態で電流の投入・遮断等を行う装置である。そして、真空バルブはバルブ内の高真空状態を維持した状態で電流の投入・遮断等を行うべく、可動側に伸縮可能なベローズを配置し、該ベローズにより密閉したまま可動側の動作を実現している。即ち、ベローズには真空バルブ内の高真空状態と真空バルブの周囲の圧力差に相当する力が印加されることになり、ベローズが正常に動作を続けるには、該圧力差相当の力に対して形状を維持し続けることが要求される。

しかし、例えば定格電圧にして７２ｋＶや１４５ｋＶもの高電圧になった場合には、遮断に必要な電極間距離も長くなるため、可動側電極の移動距離も長くなり、ベローズ自体もそれに合わせて長くなることになる。この様な場合、ベローズの中央近傍には大きな力が印加され、中央近傍が「く」の字型に変形する座屈変形が生じる可能性がある。座屈変形が一度ベローズに生じてしまうと、ベローズの伸縮運動が制限され、電流の投入・遮断動作に影響を与えることとなる。

ここで、上記の座屈変形を防止する技術として例えば特許文献１に記載されたものがある。

特許文献１には、伸縮方向の中央部の肉厚が隣接する部分の肉厚より厚くされたベローズを真空スイッチ管に搭載することについて記載されている。

特開昭６０−６５９５５号公報

しかしながら、特許文献１に記載された構造を製作するには肉厚が厚い部分と肉厚が薄い部分とで隣接する部分をそれぞれ作成した後に、それらを接合して組立なければならず、接合部分においてはベローズの内外の圧力差による圧力漏れを生ずる恐れがある。

そこで本発明では、座屈変形に対する強度を有し、かつ圧力漏れが生じない真空バルブを提供することを目的とする。

本発明の課題を解決するための真空バルブは、互いに対向する固定電極及び可動電極と、該固定電極及び可動電極を内包し、内部が真空である真空容器と、ひだ構造を有し、前記真空容器の内部の真空を維持しながら前記可動電極の動作を可能にするベローズとを備える真空バルブであって、前記ベローズはひだがない部位またはひだの高さが低い部位を有することを特徴とする。

上記した本発明に係る真空バルブによれば、座屈変形に対する強度を有し、かつ圧力漏れが生じない効果を得られる。

実施例１の真空バルブの軸方向断面図である。 実施例２の真空バルブの軸方向断面図である。 実施例３のガス絶縁スイッチギヤの側断面図である。

以下、本発明の実施例について説明する。

本実施例について図１を用いて説明する。本実施例に係る真空バルブ１は、内部が真空である真空容器の中に、互いに対向する接点電極である固定電極４及び可動電極５と、固定電極４に接続する固定導体３と、可動電極５に接続する可動導体９と、真空容器の内部側に配置され、該真空容器内の真空を保ったまま可動導体９の動作を可能にする可撓性部材であるベローズ２と、電極の開閉時に電極間を中心として発生するアークが真空容器に飛び火するのを防止するアークシールド６とを収納している。そして真空容器自体は、円筒状でセラミックス製の絶縁筒７，８を結合し、端部を金属製の端板（固定側端板１０及び可動側端板１１）と接合させて封止している。可動側については、真空容器内を真空状態に封止しなければならないことに加えて、可動導体９の動作を許容しなければならないことから、上記した可動側端板１１のうち、絶縁筒８と接合する端部と逆側の端部をベローズ２に接合させており、該ベローズ２は可動側端板１１と接合する側の端部とは逆側の端部を可動導体９に接合させている。これにより、真空容器の内部を真空状態に保ったまま、可動導体９に接続される可動電極５を動作させ、開閉動作を行うことが可能となる。

ここで、ベローズ２は側壁面がひだ状となるコップ状の金属製部材により形成されているが、本実施例におけるベローズ２では、特にベローズ２の側壁面の中央部にひだがない平坦な部分を設けている。

ベローズ２の製造方法について説明する。ベローズ２の基となるコップ状の薄い金属を、側面部がひだ状の型の内部に収め、コップの内部に高圧の液体を注入する。これにより、コップ状の薄い金属には内側から圧力が加わり、ひだ状の型に対応する様に、コップ状の薄い金属はその延性から部分的に延び、側面部にひだが形成されることで、ベローズ２が出来上がる。

係る製造方法により製造されたベローズ２は、延びた部分の厚さが薄くなり、一方延びなかった部分は元のコップ状の金属の側壁面の厚さのままであるため、延びた部分と比較して厚くなる。

座屈について説明する。真空バルブを用いる場合、バルブの内部とその周囲との圧力差は大きくなり、ベローズ２にはその圧力差に相当する応力が加わる。よって、ベローズ２が固定されている端部から中央部に向うにつれて、応力に抗することが出来なくなり、「く」の字型に変形し易くなる。これが座屈と呼ばれる現象である。ひだには真空バルブの内部側に膨らんでいる部分と、真空バルブの周囲側に膨らんでいる部分とが存在するが、これらのうち座屈の原因となり易いのは真空バルブの内部側に膨らんでいる部分である。真空バルブの内部側に膨らんでいる部分には、真空バルブの周囲の気体等の媒体が入り込むが、その媒体の圧力は真空バルブの内部の真空圧力よりも高く、既に膨らんでいるひだがさらに膨らむ方向に力が加わる。よって、該部分において座屈は生じやすくなる。座屈は塑性変形であり、一度生じてしまうと元の形にベローズ２が戻ることはなく、可動導体９の動作を正常に行うことが出来なくなる。よって大きな問題となる。係る座屈現象は、例えば定格電圧が７２ｋＶ，１４５ｋＶ等の高電圧クラスになり、電流遮断時の電極間距離が長くなる結果、投入時におけるベローズ２長が長くなる場合や、真空バルブ１の周囲の絶縁耐力を上げるべく、真空バルブ１の周囲に高圧空気や高圧ガスを封入した場合に、一層生じやすくなる。前者の場合は、ベローズ２のうち中央部の端部からの距離が大きくなり、応力に抗する力が下がることに基づき、後者の場合には真空バルブ１の内外の圧力差が大きくなるため、ベローズ２に加わる応力自体が大きくなることに基づくものである。故に、座屈への対策は真空バルブを適用する場合には基本的にいずれの条件下でも必要ではあるものの、これらの条件の下では特に座屈に対する対策が重要となる。

上記の他にも、本実施例のようにベローズ２が真空容器の内部側に配置される場合には、座屈の対策が必要となる。これはベローズ２が真空容器の外部側に配置される場合、真空バルブ１の外圧が膨らんでいる部分を潰し、ベローズ２を復元する方向に反力を与えるのに対して、ベローズ２が真空容器の内部側に配置される場合、真空バルブ１の内圧が膨らんでいる部分を潰し、ベローズ２を座屈させる方向に力を加えることによる。よって、ベローズ２が真空容器の内部側に配置される場合、座屈は生じ易くなり、この場合にも座屈対策が重要となる。

本実施例では、ベローズ２の側壁面にひだがない平坦な部分を設けており、該部分においては真空バルブ１の周囲の媒体が真空バルブ１の内部側に押し込んでも、該部分が真空バルブ１の内部側に押されるに留まり、膨らんでいく力に対する剛性は強くなる。故に、該部分を起点として座屈は生じにくい。また、該平坦な部分自体の剛性が強くなることに加えて、剛性が強い部分のひだ部分も膨らみにくい部分が近くにあるため、剛性が強い部分が周囲にない場合と比較して剛性が強くなる。

また、本実施例ではひだが延びた部分については金属の厚さが薄くなるため、剛性が低下するが、ひだが延びていない部分については相対的に剛性が強くなる。ひだがない平坦な部分は、ひだが延びていない部分が連続的に続いている部分であり、金属の厚さは厚く相対的な剛性はさらに強くなる。即ち、この平坦な部分は、ひだがないことによる剛性の強化が図られている他、厚みの上でも、剛性が強化されていることになり、座屈に対してかなりの強度を有するようになる。

さらに、本実施例では、平坦な部分を側面部の中央付近に設けている。座屈は前述したように、中央付近において生じやすいものであることから、係る位置において剛性が強く、座屈が生じにくい部分を配置することは他の部分に配置することと比較して一層効果的である。

本実施例について図２を用いて説明する。実施例１とはベローズ２２の構成が相違する。実施例１では、ベローズ２の側面部の中央付近にひだがない平坦な部分を設ける場合について説明したが、本実施例におけるベローズ２２はベローズ２２の側面部の中央付近にひだが低い部分を設けている。

本実施例では、実施例１とは異なり、ひだは設けているため、ひだの低い部分であっても真空バルブの内部側に膨らんでいる部分には、真空バルブの周囲の気体等の媒体が入り込むこととなり、その媒体の圧力は真空バルブの内部の真空圧力よりも高いため、既に膨らんでいるひだがさらに膨らむ方向に力が加わる。

しかしながら、ひだの高さは他の部分と比較して低いので、平坦な場合程の剛性の強化は期待できないものの、他のひだの高さが高い部分と比較して、その剛性は強化される。よって、本実施例においても座屈は生じにくくなる。

また、本実施例ではひだは形成されているものの、ひだの延びの程度はひだの高さが高い他の部位と比較して小さく、実施例１で述べた方法により製造したベローズ２２のひだの高さが低い部分の金属厚さは、ひだの高さが高い他の部位と比較すると厚くなる。よって、これによっても剛性を強化することが出来る。

さらに、本実施例においても実施例１と同様に、平坦な部分を側面部の中央付近に設けている。座屈は前述したように、中央付近において生じやすいものであることから、係る位置において剛性が強く、座屈が生じにくい部分を配置することは他の部分に配置することと比較して一層効果的である。

上記各実施例では真空バルブ１についてのみを言及したが、これをスイッチギヤに搭載したものも発明に含まれる。即ち、上記の真空バルブ１に加えて、該真空バルブ１への電力を供給する母線と、該真空バルブ１からの電力を負荷側に供給するケーブルを含むスイッチギヤ自体も本発明の対象となる。以下、図３を用いて本実施例に係るガス絶縁スイッチギヤについて説明する。本実施例では、具体例として、上記の真空バルブ１をＳＦ₆ガス絶縁スイッチギヤ２５に搭載したものを示している。本実施例に係るＳＦ₆ガス絶縁スイッチギヤ２５は、上記した真空バルブ１の他、スイッチギヤに電力を供給する母線２０と、負荷側に電力を供給するケーブルヘッド２１と、真空バルブ１に対して、母線２０側とケーブルヘッド２１側にそれぞれ配置される断路器２６と、断路器２６の負荷側に配置されて主回路を接地する接地開閉器２３と、ケーブルヘッド２１に接続されて負荷側へ流れる電流を測定するＣＴ２４とから概略構成されており、図３内の母線２０からケーブルヘッド２１に至る各導体は、密閉して封入された高圧のＳＦ₆ガスによって絶縁されている。

この場合、真空バルブ１内と周囲の高圧のＳＦ₆ガスとの圧力差は周囲が大気圧の場合と比較して大きく、座屈は一層生じ易くなる。よって、本実施例に上記した座屈対策を施すことは、周囲が大気圧の場合と比較して一層効果的である。

本実施例では高圧ガスとしてＳＦ₆ガスを用いる場合について、例として説明したが、ＳＦ₆ガスに発明が限定されるものでないことは言うまでもなく、例えば高圧の乾燥空気等の他の大気圧に対しての高圧ガスも発明に含まれることは言うまでもない。即ち、スイッチギヤが密閉構造であり真空バルブの周囲が、大気圧より大きい圧力となっている場合には真空バルブ内部との圧力差は真空バルブの周囲が大気圧の場合と比較して大きく、結果として座屈も生じ易くなるため、各実施例で示した真空バルブを搭載することは一層効果的である。

他にも、電圧クラスとしては定格電圧で例えば７２ｋＶ以上の特別高圧の場合には投入・遮断時の電極間距離の差が大きくなるため、座屈が生じ易い系には特に好適となる。

１ 真空バルブ
２，２２ ベローズ
３ 固定導体
４ 固定電極
５ 可動電極
６ アークシールド
７，８ 絶縁筒
９ 可動導体
１０ 固定側端板
１１ 可動側端板
１５ スイッチギヤ
２０ 母線
２１ ケーブルヘッド
２３ 接地開閉器
２４ ＣＴ
２５ ＳＦ₆ガス絶縁スイッチギヤ
２６ 断路器

Claims (7)

1. 互いに対向する固定電極及び可動電極と、該固定電極及び可動電極を内包し、内部が真空である真空容器と、ひだ構造を有し、前記真空容器の内部の真空を維持しながら前記可動電極の動作を可能にするベローズとを備える真空バルブであって、
   前記ベローズはひだがない部位またはひだの高さが低い部位を有することを特徴とする真空バルブ。
2. 請求項１に記載の真空バルブであって、前記ベローズのひだがない部位またはひだの高さが低い部位の厚みは、前記ベローズにおけるひだの高さが高い部位の厚みと比較して厚いことを特徴とする真空バルブ。
3. 請求項１又は２に記載の真空バルブであって、前記ベローズは前記真空容器の内部側に配置されることを特徴とする真空バルブ。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の真空バルブであって、前記ベローズのひだがない部位またはひだの高さが低い部位は、前記ベローズのうち真空容器の長手方向の中央付近に設けてあることを特徴とする真空バルブ。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の真空バルブであって、該真空バルブには７２ｋＶ以上の電圧が印加されることを特徴とする真空バルブ。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の真空バルブと、該真空バルブに電力を供給する母線と、前記真空バルブから負荷側に電力を供給するケーブルとを備えるスイッチギヤ。
7. 請求項６に記載のスイッチギヤであって、該スイッチギヤは内部が大気圧より大きい圧力のガスで密閉されていることを特徴とするスイッチギヤ。

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