JP2006172847A - 真空開閉装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電圧分担素子を接続した真空バルブの絶縁特性を向上させる。
【解決手段】 中間金具３で接続された真空絶縁容器２ａ、２ｂと、前記真空絶縁容器２ａ、２ｂの一方端の開口部に封着された固定側封着金具４と、他方端の開口部に封着された可動側封着金具５と、接離自在の一対の接点７、９と、前記中間金具３に固定されたアークシールド１１と、前記固定側封着金具４と前記中間金具３間および前記中間金具３と前記可動側封着金具５間にそれぞれ接続された電圧分担素子１６ａ、１６ｂと、操作機構１９とを備え、前記電圧分担素子１６ａ、１６ｂは、この電圧分担素子１６ａ、１６ｂと前記真空絶縁容器２ａ、２ｂ間の電界強度が抑制されるように、前記真空絶縁容器２ａ、２ｂの軸方向の沿面に沿って配置されるとともに、この真空絶縁容器２ａ、２ｂと所定の絶縁距離を保って離間されていることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電圧分担素子を接続した中間電位のアークシールドを有する真空バルブの絶縁特性を向上し得る真空開閉装置に関する。

接離自在の一対の接点を包囲するように設けられたアークシールドを有する真空バルブにおいては、アークシールドが主回路（電位１００％）と対地（電位０％）との中間の中間電位になる。そして、中間電位が中間値のほぼ５０％に固定されることにより、絶縁特性および遮断特性の優れた真空バルブとすることができる。

従来の真空バルブにおいては、真空バルブ外の一方の主回路とアークシールド間、およびアークシールドと他方の主回路間にそれぞれコンデンサ（電圧分担素子）を接続し、アークシールドの電位をほぼ５０％に固定するものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

一方、真空バルブを複数直列に接続した真空開閉装置においては、それぞれの真空バルブの主回路間にコンデンサを接続し、それぞれの真空バルブの電圧分担を均一にするものが知られている（例えば、特許文献２参照。）。
特開平１０−１２４５９号公報（第４〜５ページ、図９） 特開平１０−２２４９２３号公報（第３ページ、図３）

上記の従来の真空開閉装置においては、次のような問題がある。

真空バルブの主回路とアークシールド間にコンデンサを接続すると、アークシールドの電位は固定されるものの、コンデンサの形状や配置によっては各部で電界集中を起こしてしまう。即ち、真空バルブよりもコンデンサが長く突出した状態になると、コンデンサの端部に電界が集中する。逆に、真空バルブよりもコンデンサが短いと、真空バルブの電界分布が乱れてしまう。

特に、真空バルブよりもコンデンサが短く、真空バルブの電位分布がコンデンサ側に引っ張られると、コンデンサが無いときと比べて電位分布が大幅に乱れてしまう。これにより、真空バルブの端部や一対の接点などの各部で電界集中を起こすことがある。

このため、真空バルブをコンデンサから充分に離したり、対地間との距離を大きくしたりしなければならなかった。これは、最近の趨勢である縮小化に逆行するものである。

本発明は上記問題を解決するためになされたもので、アークシールドの電位固定を行う電圧分担素子を接続した真空バルブの絶縁特性を向上し得る真空開閉装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の真空開閉装置は、中間部が中間金具で気密に直列接続された筒状の真空絶縁容器と、前記真空絶縁容器の一方端の開口部に封着された固定側封着金具と、この真空絶縁容器の他方端の開口部に封着された可動側封着金具と、前記真空絶縁容器内に設けられた接離自在の一対の接点と、前記一対の接点を包囲するように配置されるとともに、前記中間金具に固定された中間電位のアークシールドと、前記固定側封着金具と前記中間金具間および前記中間金具と前記可動側封着金具間にそれぞれ接続された電圧分担素子と、前記一対の接点を開閉する操作機構とを備え、前記電圧分担素子は、この電圧分担素子と前記真空絶縁容器間の電界強度が抑制されるように、前記真空絶縁容器の軸方向の沿面に沿って配置されるとともに、この真空絶縁容器と所定の絶縁距離を保って離間されていることを特徴とする。

本発明によれば、真空バルブの主回路とアークシールド間に接続固定される電圧分担素子を、真空バルブと電圧分担素子との電界分布の相互作用により互いの電界強度が抑制されるようにしているので、真空バルブと電圧分担素子との各部の電界強度が抑制され、絶縁特性を向上させることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

先ず、本発明の実施例１に係る真空開閉装置を図１を参照して説明する。図１は、本発明の実施例１に係る真空開閉装置の構成を示す断面図である。

図１に示すように、真空開閉装置は、図示上部の接離自在の一対の接点を有する真空バルブ部１ａと、図示下部の一対の接点を開閉する操作機構部１ｂとから構成されている。

真空バルブ部１ａには、アルミナ磁器からなる筒状の真空絶縁容器２ａ、２ｂが、筒状の中間金具３で気密に直列接続されている。また、真空絶縁容器２ａ、２ｂの両端開口部には、それぞれ固定側封着金具４と可動側封着金具５とが封着されている。

固定側封着金具４には、固定側通電軸６が気密に貫通固定され、真空絶縁容器２ａ、２ｂ内の固定側通電軸６端に固定側接点７が設けられている。固定側通電軸６の真空絶縁容器２ａ、２ｂ外には、一方の電路となる固定部材の上部導体８が接続されている。

可動側封着金具５には、固定側接点７と対向して接離自在の可動側接点９を設けた可動側通電軸１０が移動自在に中央開口部を貫通している。そして、可動側通電軸１０の真空絶縁容器２ａ、２ｂ内の中間部には、伸縮自在のベローズ１１の自由端が気密に固定され、固定端が可動側封着金具５の中央開口部に気密に固定されている。これにより、内部圧力１０^−２Ｐａ以下の真空を維持しながら、可動側通電軸１０を軸方向に移動させることが可能となっている。

また、中間金具３には、両接点７、９を包囲するように設けられた筒状のアークシールド１２が固定されている。このアークシールド１２により、両接点７、９の電流開閉時に発生する金属蒸気が真空絶縁容器２ａ、２ｂの内面に付着して沿面の絶縁抵抗が低下することを防止している。アークシールド１２の電位は、後述するが、両接点７、９の電位（電位１００％）と接地電位（電位０％）との中間の電位となる。

また、真空絶縁容器２ａ、２ｂ外の可動側通電軸１０は、接触子１３を有する外部導体１４を移動自在に貫通している。外部導体１４には、他方の電路となる固定部材の下部導体１５が固定されている。

そして、上部導体８と中間金具３間、および中間金具３と下部導体１５間には、例えばセラミックコンデンサのような円柱状の電圧分担素子１６ａ、１６ｂが、真空絶縁容器２ａ、２ｂと後述する所定の絶縁距離Ｇを保って離間され、接続導体１７ａ、１７ｂにより接続固定されている。電圧分担素子１６ａ、１６ｂの両端には、例えば金属溶射で取り付けられた電極１６ａ１、１６ａ２、１６ｂ１、１６ｂ２がそれぞれ設けられている。

ここで、電圧分担素子１６ａ、１６ｂの静電容量は、それぞれ同様の静電容量とするとともに、真空バルブ部１ａの浮遊容量以上としている。これにより、アークシールド１２の電位を主回路電位（接点７、９など）と接地電位の中間値のほぼ５０％にすることができる。

なお、一般的に浮遊容量は、百数十ｐＦあるので、電圧分担素子１６ａ、１６ｂの静電容量はそれ以上となる。しかしながら、十倍以上の数千ｐＦ以上にすると、進相電流が増加するので好ましくない。これらの電圧分担素子１６ａ、１６ｂは、単体で形成されていてもよく、複数のコンデンサを直並列に接続してもよい。また、電圧分担素子１６ａ、１６ｂは、コンデンサと抵抗体とを直並列に接続したものでもよい。

操作機構部１ｂには、可動側通電軸１０の軸方向に絶縁操作ロッド１８が連結されている。また、絶縁操作ロッド１８には、例えば電磁アクチュエータのような操作機構１９が連結され、両接点７、９の開閉が行われるようになっている。

このような電圧分担素子１６ａ、１６ｂを接続した真空バルブにおいて、電圧分担素子１６ａ、１６ｂの配置と大きさを説明する。

先ず、真空絶縁容器２ａ、２ｂと電圧分担素子１６ａ、１６ｂ間の絶縁距離Ｇは、数ｍｍから筒状の真空絶縁容器２ａ、２ｂの半径の距離までとしている。

絶縁距離Ｇの下限では、Ｇ＝０ｍｍのように互いが接触すると微小ギャップが形成されるので、電界強度が大きく上昇する。また、異物が挟まるような絶縁距離Ｇでも同様に電界強度が上昇する。このため、絶縁距離Ｇは、一般的な電気室での異物が挟まって電気的な欠陥部が形成されない離間された距離、例えば気中ではＧ＝５ｍｍ以上としている。

絶縁距離Ｇの上限では、真空絶縁容器２ａ、２ｂの半径までの距離とし、真空絶縁容器２ａ、２ｂと電圧分担素子１６ａ、１６ｂとの相互の電界分布が緩衝し合って互いの電界強度が抑制されるようにしている。即ち、電界の相互作用による電界強度の抑制効果が生じるようにしている。なお、絶縁距離Ｇを半径以上に広げると、電界強度の抑制効果が低下し、互いを単独で用いたときの電界分布に近づいていく。

例えば、真空絶縁容器２ａ、２ｂの直径を２００ｍｍとし、定格電圧６０ｋＶクラス以下で絶縁距離Ｇを求めると、Ｇ＝５ｍｍ〜１００ｍｍにおいて、互いの電界強度が抑制される。そして、絶縁距離Ｇ＝３５ｍｍ近傍において、真空バルブと電圧分担素子１６ａ、１６ｂとの両者の電界強度が最も抑制される。

次に、電圧分担素子１６ａ、１６ｂの電極１６ａ１、１６ａ２間、即ち、軸方向の長さをＬ１とし、真空絶縁容器２ａ、２ｂの筒の長さ、即ち、軸方向の長さをＬ２とすると、Ｌ１＝（０．７〜１．２）×Ｌ２としている。

これは、電圧分担素子１６ａ、１６ｂの軸方向の長さＬ１がＬ１＝０．７×Ｌ２未満では、真空絶縁容器２ａ、２ｂよりも電圧分担素子１６ａ、１６ｂの軸方向の長さが短く、真空絶縁容器２ａ、２ｂ近傍の電位分布が電極１６ａ１、１６ａ２、１６ｂ１、１６ｂ２の電位に引っ張られ、固定側封着金具４や可動側封着金具５の端部（図示Ａ部）の電界強度が上昇するためである。

また、電圧分担素子１６ａ、１６ｂの軸方向の長さＬ１がＬ１＝１．２×Ｌ２超過では、電圧分担素子１６ａ、１６ｂが真空絶縁容器２ａ、２ｂから突出した状態となり、特に、固定側封着金具４および可動側封着金具５側の電極１６ａ１および１６ｂ２端部（図示Ｂ部）の電界強度が上昇するためである。

電圧分担素子１６ａ、１６ｂの軸方向の長さＬ１と真空絶縁容器２ａ、２ｂの軸方向の長さＬ２は、それぞれ同様の長さ（Ｌ１＝Ｌ２）であって、真空絶縁容器２ａ、２ｂの軸方向の沿面に沿って、両端の位置を揃えて電圧分担素子１６ａ、１６ｂを配置すると、固定側封着金具４、可動側封着金具５の端部、および電極１６ａ１、１６ａ２、１６ｂ１、１６ｂ２のそれぞれの電界強度が最も抑制され好ましい。

上記実施例１の真空開閉装置によれば、真空バルブ外に、所定の絶縁距離Ｇを保って離間するとともに、所定の軸方向の長さを有する電圧分担素子１６ａ、１６ｂを接続固定し、相互作用による電界抑制をしているので、真空バルブを構成する固定側封着金具４、可動側封着金具５の端部、および電圧分担素子１６ａ、１６ｂの電界強度をそれぞれ抑制することができ、絶縁特性を向上させることができる。

次に、本発明の実施例２に係る真空開閉装置を図２を参照して説明する。図２は、本発明の実施例２に係る真空開閉装置の真空バルブ部を示す断面図である。なお、この実施例２が実施例１と異なる点は、電圧分担素子の形状である。図２において、実施例１と同様の構成部分においては、同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。

図２に示すように、電圧分担素子２１ａ、２１ｂは、筒状の例えばセラミックコンデンサからなり、真空絶縁容器２ａ、２ｂの外周に所定の絶縁距離を保って離間され、同軸方向に配置されている。また、電圧分担素子２１ａ、２１ｂの外径よりも大きい上部導体２２と下部導体２３間には、円周方向に複数設けられた接続導体１７ａにより電極２１ａ１、２１ａ２、２１ｂ１、２１ｂ２が接続固定されている。互いの電圧分担素子２１ａおよび２１ｂ間は、接続導体１７ｂで中間金具３に接続されている。

上記実施例２の真空開閉装置によれば、実施例１の効果のほかに、電圧分担素子２１ａ、２１ｂが真空バルブの同軸方向に配置されているので、固定側封着金具４、可動側封着金具５および中間金具３の端部の電界強度を更に抑制することができる。

次に、本発明の実施例３に係る真空開閉装置を図３を参照して説明する。図３は、本発明の実施例３に係る真空開閉装置の真空バルブ部を示す断面図である。なお、この実施例３が実施例２と異なる点は、電圧分担素子の静電容量分布である。図３において、実施例２と同様の構成部分においては、同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。

図３に示すように、電圧分担素子２５ａ、２５ｂは、それぞれ軸方向と直交する方向に三分割されている。そして、それぞれ図示上段が第１の電圧分担素子２５ａ１、２５ｂ１、図示中段が第２の電圧分担素子２５ａ２、２５ｂ２、図示下段が第３の電圧分担素子２５ａ３、２５ｂ３となっている。また、電圧分担素子２５ａ、２５ｂの両端には、それぞれ電極２５ａ４、２５ａ５、２５ｂ４、２５ｂ５が設けられている。

ここで、第１の電圧分担素子２５ａ１、２５ｂ１の比誘電率をε１とし、第２の電圧分担素子２５ａ２、２５ｂ２の比誘電率をε２、および中間金具３側の第３の電圧分担素子２５ａ３、２５ｂ３の比誘電率をε３とすると、比誘電率ε２＜ε１、ε３としている。即ち、中間部よりも両端部の比誘電率を大きくし、静電容量が大きくなるようにしている。

上記実施例３の真空開閉装置によれば、実施例１の効果のほかに、真空バルブを構成する固定側封着金具４、可動側封着金具５、中間金具３の端部の電界強度を更に抑制することができる。

なお、上記実施例３では、電圧分担素子２５ａ、２５ｂを三分割して説明したが、複数に分割し、中間部よりも両端部の静電容量を大きくして用いることができる。

次に、本発明の実施例４に係る真空開閉装置を図４を参照して説明する。図４は、本発明の実施例４に係る真空開閉装置の真空バルブ部を示す断面図である。なお、この実施例４が実施例１と異なる点は、真空絶縁容器の静電容量である。図４において、実施例１と同様の構成部分においては、同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。

図４に示すように、真空絶縁容器２７ａ、２７ｂは、例えば高誘電体セラミックから構成されている。これは、アルミナ磁器に酸化チタン粉末などの高誘電体を混合させることで得ることができる。そして、固定側封着金具４と中間金具３間および中間金具３と可動側封着金具５間で形成される静電容量を、それぞれ同様の静電容量とするとともに、真空バルブ部１ａの浮遊容量以上としている。

一般的に、アルミナ磁器の比誘電率は８近傍であるが、酸化チタン粉末を混合すると、酸化チタンの比誘電率がアルミナ磁器の十倍以上あるので、その混合比により静電容量を増やすことができる。

上記実施例４の真空開閉装置によれば、実施例１の効果のほかに、実施例１で用いた電圧分担素子を接続する必要がなく、真空開閉装置の構造を簡素化することができる。

なお、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。上記実施例では、二個の真空絶縁容器２ａ、２ｂを中間金具３で直列接続し、この中間金具３に一個のアークシールド１２を固定して説明したが、二個以上の複数の真空絶縁容器で、複数のアークシールドを固定する真空バルブにおいても用いることができる。また、二個以上の複数の高誘電体の真空絶縁容器を用いる場合も同様である。

また、上記実施例では、電圧分担素子を気中で用いたが、全体形状の縮小化のため、真空バルブと電圧分担素子とを例えばエポキシ樹脂のような絶縁材料で一体モールドしてもよい。更には、汚損などの影響を受けないようにするため、モールドした絶縁層の表面に接地層を設けたものでもよい。この場合、真空絶縁容器と電圧分担素子間の絶縁距離は、この間にも絶縁材料が充填されて絶縁耐力が向上するので、充填時に絶縁材料の流れが停滞して空隙などの電気的な欠陥部が形成されない離間した距離、例えば１ｍｍとすることができる。

本発明の実施例１に係る真空開閉装置の構成を示す断面図。 本発明の実施例２に係る真空開閉装置の真空バルブ部を示す断面図。 本発明の実施例３に係る真空開閉装置の真空バルブ部を示す断面図。 本発明の実施例４に係る真空開閉装置の真空バルブ部を示す断面図。

符号の説明

１ａ 真空バルブ部
１ｂ 操作機構部
２ａ、２ｂ、２７ａ、２７ｂ 真空絶縁容器
３ 中間金具
４ 固定側封着金具
５ 可動側封着金具
６ 固定側通電軸
７ 固定側接点
８、２２ 上部導体
９ 可動側接点
１０ 可動側通電軸
１１ ベローズ
１２ アークシールド
１３ 接触子
１４ 外部導体
１５、２３ 下部導体
１６ａ、１６ｂ、２１ａ、２１ｂ、２５ａ、２５ｂ 電圧分担素子
１６ａ１、１６ａ２、１６ｂ１、１６ｂ２、２１ａ１、２１ａ２、２１ｂ１、２１ｂ２、２５ａ４、２５ａ５、２５ｂ４、２５ｂ５ 電極
１７ａ、１７ｂ 接続導体
１８ 絶縁操作ロッド
１９ 操作機構
２５ａ１、２５ｂ１ 第１の電圧分担素子
２５ａ２、２５ｂ２ 第２の電圧分担素子
２５ａ３、２５ｂ３ 第３の電圧分担素子

Claims (6)

1. 中間部が中間金具で気密に直列接続された筒状の真空絶縁容器と、
   前記真空絶縁容器の一方端の開口部に封着された固定側封着金具と、
   この真空絶縁容器の他方端の開口部に封着された可動側封着金具と、
   前記真空絶縁容器内に設けられた接離自在の一対の接点と、
   前記一対の接点を包囲するように配置されるとともに、前記中間金具に固定された中間電位のアークシールドと、
   前記固定側封着金具と前記中間金具間および前記中間金具と前記可動側封着金具間にそれぞれ接続された電圧分担素子と、
   前記一対の接点を開閉する操作機構と
   を備え、前記電圧分担素子は、この電圧分担素子と前記真空絶縁容器間の電界強度が抑制されるように、前記真空絶縁容器の軸方向の沿面に沿って配置されるとともに、この真空絶縁容器と所定の絶縁距離を保って離間されていることを特徴とする真空開閉装置。
2. 前記電圧分担素子の軸方向の長さをＬ１とし、
   前記真空絶縁容器の軸方向の長さをＬ２とすると、
   Ｌ１＝（０．７〜１．２）×Ｌ２としたことを特徴とする請求項１に記載の真空開閉装置。
3. 前記真空絶縁容器と前記電圧分担素子間の絶縁距離は、この間に電気的な欠陥部が形成されない離間された距離から前記真空絶縁容器の半径の距離までとしたことを特徴とする請求項１に記載の真空開閉装置。
4. 前記電圧分担素子は、電極間が複数分割され、中間部よりも両端部の比誘電率が大きいことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の真空開閉装置。
5. 中間部が中間金具で気密に直列接続された筒状の真空絶縁容器と、
   前記真空絶縁容器の一方端の開口部に封着された固定側封着金具と、
   この真空絶縁容器の他方端の開口部に封着された可動側封着金具と、
   前記真空絶縁容器内に設けられた接離自在の一対の接点と、
   前記一対の接点を包囲するように配置されるとともに、前記中間金具に固定された中間電位のアークシールドと、
   前記一対の接点を開閉する操作機構と
   を備え、前記固定側封着金具と前記中間金具間および前記中間金具と前記可動側封着金具間で形成されるそれぞれの前記真空絶縁容器の静電容量は、前記一対の接点と対地間とで形成される浮遊容量よりも大きいことを特徴とする真空開閉装置。
6. 前記真空絶縁容器は、アルミナ磁器に酸化チタン粉末を混合させたことを特徴とする請求項５に記載の真空開閉装置。

Images