TWI485736B - Vacuum switch and vacuum insulated switchgear - Google Patents

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TWI485736B TW100101803A TW100101803A TWI485736B TW I485736 B TWI485736 B TW I485736B TW 100101803 A TW100101803 A TW 100101803A TW 100101803 A TW100101803 A TW 100101803A TW I485736 B TWI485736 B TW I485736B
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Ayumu Morita
Kenji Tsuchiya
Masato Kobayashi
Tomoaki Utsumi
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Description

真空開閉器及真空絕緣開關裝置
本發明係關於一種真空開閉器及真空絕緣開關裝置，尤其是關於適用在具備測定真空容器內的真空壓力之測定裝置者之真空開閉器及真空絕緣開關裝置。
在受電設備中，設置收納有用以遮斷負荷電流或是事故電流之真空遮斷器、在進行負荷的保養維修時為了確保作業者的安全遮斷電流之斷路器及與大氣接地之接地開閉器、檢測系統電壓‧電流之檢測裝置，再者保護繼電器等之閉鎖型配電盤(稱為開關裝置)。
該開關裝置的絕緣方式係為多種樣式，除了習知以來的氣中絕緣盤、使用SF6 氣體之隔離型氣體絕緣開關裝置(GIS)，最近從環境對應的觀點來看出現固體絕緣、壓縮空氣絕緣、全真空絕緣方式者。
又根據各種絕緣方式，在加速遮斷器、斷路器、接地開閉器的各組件小型化之中，開發出利用環氣注型將進行電壓‧電流的投入與遮斷之真空閥、與可切換為關閉、斷路與接地之3位置之氣中絕緣接地斷路部一體化者加以收納之真空絕緣開關裝置(參照例如日本特開2006-238522號公報)。
然而，真空開閉裝置的耐電壓性能及遮斷性能係與真空容器內部的壓力依存為一般悉知的。由於真空中的放電特性係成為由壓力與距離的乘積構成的帕邢曲線，當壓力上升到某值以上時，使絕緣性能急劇降低。在真空開閉裝置中，不只是破損故障，由於根據環境氣體的長期穿透也有使壓力惡化的可能性，而要求定期維修。
一般而言，在真空壓力的健全性檢查中，採用將真空開閉裝置搬出受電盤外部後，在極間施加特定的高電壓，根據放電的有無判斷健全性的方式。在該情況，會造成維修時必須停電，或是必須另外準備高電壓電源等問題。為了與維修作業的簡單化或是由於經常監視的省力化等省維護需求對應，期許在通常的運轉中可以診斷的手法，開發出各種方法(例如參照日本特開2007-080594號公報)。
[先前專利文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]　日本特開2006-238522號公報
[專利文獻2]　日本特開2007-080594號公報
在上述習知技術中，為了保持開閉開關部的信賴性，必須有從模型外部經常監視利用環氧樹脂模塑的真空閥之真空外漏的技術。又在真空壓力的健全性檢查時，因為將真空開閉裝置搬出受電盤外部後，在極間施加特定的高電壓，根據閃絡的有無判斷健全性，因此會有維修時必須停電、或是必須另外準備高電壓電源等的問題。
本發明之目的係為提供一種提升真空壓力診斷精確度之真空開閉器或是真空絕緣開關裝置。
為了達成上述目的，在關於本發明之真空開閉器中，其特徵為具備：內部為真空且進行電流的投入‧遮斷之真空閥、配置在該真空閥內之遮蔽罩、及至少具有一部份與該遮蔽罩之最接近的對向距離成為約略一定的面之真空測定端子。
又關於本發明之真空絕緣開關裝置，其特徵為具備：上述真空開閉器、及具有電路的接地‧斷路機能之氣中絕緣接地斷路部。
根據本發明，可以提升真空壓力診斷的精確度。
 (用以實施發明之形態)
以下，針對適合本發明的實施之實施例使用圖面加以說明。又下述實施例不過是實施用的例子，當然不是意圖將本發明限定於實施例的具體樣態之宗旨。
[實施例1]
第1圖係顯示本發明之真空開閉裝置的模型部剖面圖。
第1(a)圖係為從上部觀看真空開閉裝置的上面圖，第1(b)圖係為從旁邊觀看真空開閉裝置的橫剖面圖。
如第1(b)圖所示，真空閥1係由固定側陶瓷筒2、密閉覆蓋固定側陶瓷筒2的端部之固定側端子板3、固定導體4、配置在真空閥1內的電極周圍之中間遮蔽罩5、可動側陶瓷筒6、密閉覆蓋可動側陶瓷筒6的端部之可動側端子板7、可動導體8、雖然沒有特別圖示，用以一邊維持真空狀態一邊使前述可動導體8動作之伸縮體、設置在前述固定導體4前端之固定電極、與該固定電極對向，而且設置在前述可動導體8前端之可動電極構成。可動電極係藉由伸縮體可以一邊維持真空密閉一邊動作，與固定電極接觸/分離達到作為開閉裝置的任務。
真空閥1的開閉係利用真空閥用絕緣桿23、氣中絕緣接地斷路部25係利用接地斷路部用絕緣桿24進行開閉。氣中絕緣接地斷路部25係形成為可切換成關閉、斷路及接地3位置的構造。
真空閥用絕緣桿23與接地斷路部用絕緣桿24之間係利用可撓性導體22加以連接。
具備中間遮蔽罩5的真空閥1周圍係利用環氧等絕緣物13模塑。在絕緣物13的外周部係施予導電塗布14，將該塗布面接地。又真空壓力診斷用之真空測定端子12係利用絕緣物13與真空閥1同時被模塑。真空測定端子12與導電塗布14係成為電氣絕緣。
真空測定端子12係為了得到只要能夠充分確保真空測定端子12與中間遮蔽罩5之間的靜電容量之面積，如第2圖所示，真空測定端子12係具有與中間蔽遮罩5中心約略相等，呈約略同心圓狀覆蓋中間蔽遮罩5外周側的至少一部份之形狀。真空測定端子12係藉由與中間蔽遮罩5中心約略相等，呈約略同心圓狀覆蓋外周側的至少一部份，中間遮蔽罩5與真空測定端子12之距離係成為等間隔，(因為可以將中間遮蔽罩5與真空測定端子12為最接近的部份形成為面狀，)在中間遮蔽罩5與真空測定端子12之間係成為能夠使電場均勻分布。
其中，就真空測定端子12、測定端子電壓檢測部18的材質而言，在模塑時，以加工性佳的金屬，例如黃銅或鋁為佳。
再者，上述之真空測定端子12係與測定端子電壓檢測部18連接。真空測定端子12雖然利用絕緣物13被模塑，但是測定端子電壓檢測部18係為露出，與外部的壓力診斷裝置連接。真空測定端子12係在利用絕緣物13模塑時，藉由預先安裝在填充絕緣物13的模型，在模塑後連同絕緣物13一起從模型取下，可以實現在正確位置的埋入。又在本實施例中，雖然使測定端子壓力檢測部18露出，但是使其露出不能說是用以達到發明效果的必要條件，即使被模塑亦可。對於真空測定端子12也是，埋入模型內在進行真空測定方面不是必要條件。
如第3圖所示，真空測定端子12係利用介由測定端子電壓檢測部18與壓力診斷裝置19連接。該壓力診斷裝置19係利用電容器26(電容量C0 )、與電容器26並聯連接，測定電容器26的輸出電壓Vout 之電壓計20、及與電壓計20連接判定真空壓力是否正常之判定部21構成。真空測定端子12係與一端為接地之電容器26的另一端側連接，在電壓計20中係測定在電容器26兩端發生的電壓Vout 。判定部21係比較預先設定的基準值與利用電壓計20測定的測定值，在超過基準值的情況判定為真空壓力以上，在低於基準值的情況判定真空壓力為正常。
其次，針對真空壓力惡化的情況加以說明。真空中的放電特性係如第4圖所示，由於成為顯示壓力與放電開始電壓的關係之帕邢曲線，在主電路與中間遮蔽罩5之間的距離為一定的情況，當壓力上升到某值以上時，在主電路-中間遮蔽罩5之間產生放電，使中間遮蔽罩5的電位V1 上升。其中，藉由確保真空測定端子12-中間遮蔽罩5之間的靜電容量C1 ，預定決定真空測定端子12的形狀、真空測定端子12-中間遮蔽罩5之間的距離，可以從真空測定端子12檢測出各相的輸出電壓Vout 。換言之，真空測定端子12-中間遮蔽罩5之間的靜電容量C1 值係為重要的，不可以從規定值有所變動。
其中，輸出電壓Vout 係成為根據電容器26的靜電容量C0 與真空測定端子12-中間遮蔽罩5之間的靜電容量C1 之比加以決定，可以如以下所示加以計算。
Vout =V1 ×C1 /(C1 +C0 )
此時，以電壓Vout 歸納在壓力診斷裝置19的檢測範圍內之方式，預先設定C0 、C1 。
換言之，因為C0 、C1 為既知的定數，藉由測定電壓Vout ，對於中間遮蔽罩5的電位V1 可以算出。再者，電壓V1 係如上述所示，因為與真空閥1內的壓力依存變化，在真空壓力發生異常產生放電時會上升，因此從電壓V1 或是電壓Vout 值可以診斷真空開閉裝置之真空壓力的健全性。
在本實施例中，真空測定端子12係藉由具有與中間蔽遮罩5中心約略相等，呈約略同心圓狀覆蓋中間蔽遮罩5外周側的至少一部份之形狀，可以將中間蔽遮罩5與真空測定端子12成為最接近的部位形成為面狀，使靜電容量C1 難以變動的同時，而且藉由變化與中間蔽遮罩5對向的面積，也可以自由變化靜電容量的大小，提升真空壓力診斷的精確度。藉此，以電壓Vout 歸納在壓力診斷裝置19的檢測範圍內之方式，達到可以自由設計靜電容量值。
又在本實施例中，由於將中間遮蔽罩5配合圓筒形狀的真空閥1而成為圓筒形狀，對於真空測定端子12也形成以約略同心圓狀覆蓋者，但是對於中間遮蔽罩5，即使只具備一部份中間遮蔽罩5與真空測定端子12之間的最接近對向距離為約略一定的面，在對向面也可以形成電容器，針對使靜電容量C1 難以變動的同時，而且藉由變化對向的面積自由變化靜電容量的大小也可以得到一定的效果。
作為具有該特徵的情況，考量將中間遮蔽罩與真空測定端子的至少一部份成為相似形，針對該相似形部使兩者的對向距離約略成為一定的情況。在該情況下，在對向面形成的電容器之靜電容量係可以更為穩定，單是對於中間遮蔽罩而言，比即使只具備一部份中間遮蔽罩與真空測定端子之間之最接近的對向距離約略成為一定的面之情況為有利的。
又在中間遮罩蔽與真空測定端子(之至少一部份)成為相似形，兩者的對向距離約略成為一定的情況之中，進一步如本實施例所示，藉由使中間遮蔽罩5為圓筒形狀，真空測定端子12為具有與中間遮蔽罩5中心約略相等，呈約略同心圓狀覆蓋中間遮蔽罩5外周側的至少一部份之形狀，可以沒有角部，而且也能夠緩和電場集中，更為有利。
又中間遮蔽罩5雖然在本實施例中主要是針對防止電弧附著在絕緣筒之電弧遮蔽罩的情況加以說明，但是在真空惡化發生放電的情況下，儘管是電弧遮蔽罩都因為放電而導通，因此可以適用在真空閥1內的全部遮蔽罩。
[實施例2]
針對實施例2使用第5圖加以說明。在本實施例中，雖然針對將在實施例1內說明的真空開閉裝置以3相並列的情況加以說明，但是針對各個真空開閉裝置係與實施例1相同，省略重覆說明。
在本實施例中，如第5圖所示，利用連結點27合成三相分之真空測定端子12的電壓所施加之測定端子電壓檢測部18，將已合成的電壓施加到與電容器26的接地側連接之一端的另一端側。因此，被檢測的輸出電壓Vout 係成為與在三相分的測定端子產生的電壓之合成值成比例之數值。
根據實施例1說明的內容，雖然可以診斷真空開閉裝置之真空壓力的健全性，但是由於在中間遮蔽罩所誘發的電位係為主電路的約40%，比習知數值更高，再者在接點的狀態(投入、切離)使電位變動，易於使S/N比降低。因此，在本實施例中，如第5圖所示，藉由在判斷真空壓力異常的檢測器將三相分的訊號合成加以輸入，對於隨機的雜訊可以抵消，使S/N比提升。例如藉由將真空度為正常時的訊號為0，在任一相產生異常造成三相不平均時產生訊號，可以監視真空容器的真空外漏。對於正常時與異常時的電壓只要調整各靜電容量即可，不一定是正常時為0，異常時由0使電位變化。
又在本實施例中針對利用連結點27之一處統括合成三相分的測定端子電壓檢測部18的情況加以說明，但是設置複數個連結點階段性合成電壓亦可。又即使沒有合成三相全部只合成二相，對於S/N比的提升也可以達到一定的效果。
為了檢查真空測定端子12是否正常動作，會利用在製品出貨前的例行試驗之AC耐電壓試驗。真空測定端子12係由於在三相的合成電壓成為不平均時產生訊號，藉由對於各相各自進行AC電壓的施加試驗，可以確認真空測定端子12為正常運作。習知以來，真空測定端子12的檢查與AC耐電壓試驗係為各別實施，但是在該方法中由於可以同時進行真空測定端子12的檢查與AC耐電壓試驗，因此可以圖謀開關裝置出貨前試驗之項目‧時間的縮短。
[實施例3]
針對本發明之實施例3使用第6圖加以說明。在第6圖中，針對在上述各實施例中說明的真空開閉裝置的斷路狀態加以說明。對於除此以外都與上述相同，省略在此的重覆說明。
在本實施例中，斷路狀態係為將氣中絕緣接地斷路部25的中間氣中接點30與軸套側固定電極31的距離形成為比氣中絕緣接地斷路部25的接地用氣中接點29與接地側固定電極32的距離為大。又將真空閥1側的接點也位於遮斷位置，提高斷路狀態的信賴性。接地側固定電極32係與接地電位之金屬框體28連接。
根據該構成，即使在負荷側產生雷擊等異常的情況，因為真空閥1側位於遮斷位置而使異常不會波及到母線側，可以提高信賴性。
又在假設已產生真空外漏的情況，即使破壞真空閥1內的遮斷狀態，使接點間導通，而將負荷側異常狀態的電位施加到氣中可動導體33的情況，因為將氣中絕緣接地斷路部25的中間氣中接點30與軸套側固定電極31的距離形成為比氣中絕緣接地斷路部25的接地用氣中接點29與接地側固定電極32的距離為大，因此在氣中可動導體33的中間氣中接點30與軸套側固定電極31之間不會導通，而是導通氣中可動導體33的接地用氣中接點29與接地側固定電極32之間。因此，可以使異常不會波及到母線側，形成接地優先構造。由於異常波及到母線側會牽連到對於其他電路也受到異常波及，造成使負荷側的一電路異常擴散相關聯。因此，如上述所示根據使異常不會波及到母線側，形成接地優先構造，可以提高電力系統本身的信賴性。
又針對關於本實施例的特點，不一定要與上述各實施例中的真空壓力診斷一起使用，也可以適用於不進行真空壓力診斷的開閉器或開關裝置。
1．．．真空閥
2．．．固定側陶瓷筒
3．．．固定側端子板
4．．．固定導體
5．．．中間遮蔽罩
6．．．可動側陶瓷筒
7．．．可動側端子板
8．．．可動導體
12．．．真空測定端子
13．．．絕緣物
14．．．導電塗裝
16．．．母線連接用軸套
17．．．負荷連接用軸套
18．．．測定端子電壓檢測部
19．．．壓力診斷裝置
20‧‧‧電壓計
21‧‧‧判定部
22‧‧‧可撓性導體
23‧‧‧真空閥用絕緣桿
24‧‧‧接地斷路部用絕緣桿
25‧‧‧氣中絕緣接地斷路部
26‧‧‧電容器
27‧‧‧連結點
28‧‧‧金屬框體
29‧‧‧接地用氣中接點
30‧‧‧中間氣中接點
31‧‧‧軸套側固定電極
32‧‧‧接地側固定電極
33‧‧‧氣中可動導體
第1圖(a)係為實施例1之真空開閉裝置之模塑部的上剖面圖。(b)係為實施例1之真空開閉裝置之模塑部的橫剖面圖。
第2圖係為實施例1之真空感測端子的概略圖。
第3圖係為實施例1之壓力診斷裝置的電路圖。
第4圖係為顯示壓力與放電開始電壓之關係的特性圖。
第5圖係為實施例2之壓力診斷裝置的配線圖。
第6圖係為實施例3之真空開閉裝置之模塑部的橫剖面圖。
1．．．真空閥
2．．．固定側陶瓷筒
3．．．固定側端子板
4．．．固定導體
5．．．中間遮蔽罩
6．．．可動側陶瓷筒
7．．．可動側端子板
8．．．可動導體
12．．．真空測定端子
13．．．絕緣物
14．．．導電塗裝
16．．．母線連接用軸套
17．．．負荷連接用軸套
18．．．測定端子電壓檢測部
22．．．可撓性導體
23．．．真空閥用絕緣桿
24．．．接地斷路部用絕緣桿
25．．．氣中絕緣接地斷路部

Claims (5)

  1. 一種真空開閉器，其特徵為：具備：內部為真空且進行電流的投入‧遮斷之真空閥、配置在該真空閥內之遮蔽罩、及至少具有一部份與該遮蔽罩之最接近的對向距離成為約略一定的面之真空測定端子；前述遮蔽罩與前述真空測定端子係至少在一部份具備相似形部，該相似形部中之前述遮蔽罩與前述真空測定端子的對向距離係為約略一定；前述遮蔽罩係為圓筒形狀，前述真空測定端子係具有與前述遮蔽罩中心約略相等，而且呈約略同心圓狀覆蓋前述遮蔽罩外周側的至少一部份之形狀。
  2. 如申請專利範圍第1項之真空開閉器，其中，施加在前述真空測定端子之電壓係利用不同的相間合成。
  3. 如申請專利範圍第2項之真空開閉器，其中，施加在前述真空測定端子的電壓係利用三相統括合成。
  4. 一種真空絕緣開關裝置，其特徵為具備：如申請專利範圍第1至3項中任一項之真空開閉器、及具有電路的接地‧斷路機能之氣中絕緣接地斷路部。
  5. 如申請專利範圍第4項之真空絕緣開關裝置，其中，前述氣中絕緣接地斷路部係具備：可動導體、設置在該可動導體之中間氣中接點及接地用氣中接點、與母線側軸套連接之軸套側固定電極、及為接地電位而且與前述接地用氣中接點連接分切之接地側固定電極，前述中間氣中接點與前述軸套側固定電極之距離係比 前述接地用氣中接點與前述接地側固定電極之距離為大。
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