JP2024126422A - Vacuum valve - Google Patents
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Abstract
Description
この発明の実施形態は、真空バルブに関する。 An embodiment of the present invention relates to a vacuum valve.
ビルや大型施設に設けられる受配電用の開閉装置として、例えば、遮断器や断路器などの開閉器を具備したスイッチギヤが知られている。スイッチギヤには、開閉器の構成要素として真空バルブが適用されている。真空バルブは、その内部が真空容器(絶縁容器とも言う)によって一定の絶縁状態に維持されている。この真空容器の内部には、一対の電極が離接可能に収容されている。この場合、一対の電極を離接操作することで、事故電流の遮断や負荷電流の開閉が行われ、スイッチギヤから電力が安定して供給される。 Switchgear equipped with switches such as circuit breakers and disconnectors is known as a switching device for receiving and distributing electricity installed in buildings and large facilities. A vacuum valve is used as a component of the switchgear. The inside of the vacuum valve is maintained in a constant insulating state by a vacuum container (also called an insulating container). A pair of electrodes are housed inside this vacuum container so that they can be connected and disconnected. In this case, by connecting and disconnecting the pair of electrodes, fault currents are interrupted and load currents are opened and closed, and power is supplied stably from the switchgear.
ところで、上記した真空バルブとしては、真空容器を覆うように絶縁樹脂を付加して成型したもの(例えば、モールド真空バルブ)がある。モールド真空バルブにおいて、真空容器は、一対の電極を囲むように配置されたアークシールドの両端に絶縁碍管を接続させた複合円筒形状を成していると共に、この複合円筒形状の真空容器の両端側に、絶縁碍管に接触すること無く当該絶縁碍管を一部囲むように延出した外部シールドを備えて構成されている。 The above-mentioned vacuum valve includes a type (e.g., a molded vacuum valve) that is molded by adding insulating resin to cover the vacuum vessel. In a molded vacuum valve, the vacuum vessel has a composite cylindrical shape with an insulating porcelain tube connected to both ends of an arc shield arranged to surround a pair of electrodes, and is equipped with an external shield that extends from both ends of this composite cylindrical vacuum vessel to partially surround the insulating porcelain tube without contacting the insulating porcelain tube.
なお、アークシールドは、例えば、銅やステンレス鋼などを主成分とする金属(導電)材料で構成された金属部材である。絶縁碍管は、例えば、アルミナセラミックなどの絶縁材料で構成された絶縁部材である。外部シールドは、例えば、銅、アルミニウム、ステンレス鋼などの金属(導電)材料で構成された金属部材である。 The arc shield is a metal member made of a metal (conductive) material whose main components are, for example, copper or stainless steel. The insulating porcelain tube is an insulating member made of an insulating material such as alumina ceramic. The outer shield is a metal member made of a metal (conductive) material such as, for example, copper, aluminum, stainless steel, etc.
ここで、真空容器を覆うように絶縁樹脂を付加した状態において、当該絶縁樹脂と上記した金属部材(即ち、アークシールド、外部シールド)及び絶縁部材(即ち、絶縁碍管)とは、互いに隙間無く密接していることが好ましい。 Here, when the insulating resin is applied to cover the vacuum vessel, it is preferable that the insulating resin is in close contact with the above-mentioned metal members (i.e., arc shield, external shield) and insulating members (i.e., insulating porcelain tube) without any gaps.
しかしながら、上記した三者(即ち、絶縁樹脂、金属部材、絶縁部材)は、互いに異なる線膨張係数(熱膨張係数とも言う)を有している。このため、例えば、温度変化によって、これら三者の長さや体積が増減変化した場合を想定すると、互いに異なる線膨張係数(熱膨張係数)に応じて、三者それぞれの長さや体積が増減変化する割合も互いに異なったものとなる。 However, the three components mentioned above (i.e., insulating resin, metal member, and insulating member) have different linear expansion coefficients (also called thermal expansion coefficients). For this reason, if we assume that the length and volume of these three components increase or decrease due to a change in temperature, the rates at which the length and volume of each of the three components increase or decrease will also differ from one another due to the different linear expansion coefficients (thermal expansion coefficients).
そうすると、互いに異なる増減変化の割合の程度によっては、局部的に内部応力が発生することがあり、その発生した内部応力の大きさの程度によっては、絶縁樹脂と金属部材及び絶縁部材との間に局部的な剥離が生じる場合がある。特に、熱硬化性樹脂が適用された絶縁樹脂では、熱硬化に伴うヒケが生じる場合もある。 In this case, depending on the degree of the different rates of increase and decrease, localized internal stress may occur, and depending on the magnitude of the internal stress, localized peeling may occur between the insulating resin and the metal member and insulating member. In particular, in insulating resins that use thermosetting resins, sink marks may occur due to thermal curing.
いずれにおいても、絶縁樹脂と金属部材との間の界面、及び/又は、絶縁樹脂と絶縁部材との間の界面に沿って、絶縁樹脂の存在しない空隙(空気溜り、隙間とも言う)が発生する場合がある。 In either case, voids (also called air pockets or gaps) where no insulating resin is present may occur along the interface between the insulating resin and the metal member and/or the interface between the insulating resin and the insulating member.
このとき、空隙が発生した状態で、モールド真空バルブを運転(即ち、電圧印加)すると、空隙内部の電界が上昇して、当該空隙内部に高い電界(即ち、電界強度が高くなった状態)が発生する。そして、電界の高さが空気の部分放電発生電界を超えたとき、空隙内部で部分放電が発生し、この部分放電により、例えば、絶縁樹脂の分解劣化が進展したような場合には、地絡事故に繋がることは否めない。 In this case, if the molded vacuum valve is operated (i.e., voltage is applied) while a gap has occurred, the electric field inside the gap rises, and a high electric field (i.e., a state in which the electric field strength is high) is generated inside the gap. When the height of the electric field exceeds the air's partial discharge generating electric field, a partial discharge occurs inside the gap, and if this partial discharge causes, for example, the decomposition and deterioration of the insulating resin progresses, it cannot be denied that it can lead to a ground fault.
そこで、本発明の目的は、絶縁樹脂を付加した際に空隙が発生した場合、電圧印加時に空隙内部の電界が上昇するのを抑制することで、当該空隙内部における部分放電の発生を防止するモールド真空バルブを提供することにある。 The object of the present invention is to provide a molded vacuum valve that, when a gap is generated when insulating resin is added, prevents the occurrence of partial discharges in the gap by suppressing the increase in the electric field in the gap when voltage is applied.
実施形態によれば、一対の電極を離接可能に収容するように、金属部材と絶縁部材とを組み合わせて構成された真空容器と、真空容器を覆うように付加して成型された絶縁樹脂と、絶縁樹脂に添加され、電気泳動性を有すると共に、電界の上昇を抑制する機能を有する電界緩和手段と、真空容器を覆うように絶縁樹脂を付加した状態において、絶縁樹脂と金属部材との間の界面、及び、絶縁樹脂と絶縁部材との間の界面の一方又は双方の界面のうち応力の集中し易い部分に沿って、絶縁樹脂の存在しない空隙が発生した場合、電界緩和手段を空隙に向けて移動させて近接させる移動近接手段とを具備し、電界緩和手段を空隙に近接させた状態において、電圧印加時に空隙内部の電界が上昇するのを抑制することで、空隙内部における部分放電の発生を防止する。 According to an embodiment, the device includes a vacuum container formed by combining a metal member and an insulating member so as to accommodate a pair of electrodes in a releasable manner, an insulating resin molded by adding it to cover the vacuum container, an electric field mitigation means added to the insulating resin, which has electrophoretic properties and has a function of suppressing an increase in the electric field, and a moving proximity means for moving the electric field mitigation means toward the gap and bringing it close to the gap when a gap where no insulating resin is present occurs along a portion of the interface between the insulating resin and the metal member and/or the interface between the insulating resin and the insulating member where stress is likely to concentrate when the insulating resin is added to cover the vacuum container. When the electric field mitigation means is brought close to the gap, the electric field inside the gap is prevented from increasing when a voltage is applied, thereby preventing the occurrence of partial discharge inside the gap.
「一実施形態」
図1は、本実施形態に係る真空バルブPの基本構造を示す図である。真空バルブPは、固定電極E1と、可動電極E2と、真空容器1(絶縁容器とも言う)と、固定側封着金具2と、可動側封着金具3と、気密維持機構4と、アークシールド5と、固定側外部シールド6と、可動側外部シールド7とを具備している。図1の例において、固定電極E1、可動電極E2、気密維持機構4は、真空容器1に収容されている。
"One embodiment"
Fig. 1 is a diagram showing the basic structure of a vacuum valve P according to this embodiment. The vacuum valve P comprises a fixed electrode E1, a movable electrode E2, a vacuum vessel 1 (also called an insulating vessel), a fixed
図1に示すように、真空容器1は、真空バルブPの中心を規定する仮想軸線Pxを中心とした中空円筒形状を成している。真空容器1は、仮想軸線Px方向(換言すると、後述する電極E1,E2の離接方向とも言う)で見て、その両端が開口されている。双方の開口(固定側開口K1、可動側開口K2)は、固定側封着金具2、及び、可動側封着金具3によって覆われている。即ち、固定側開口K1は、固定側封着部材2によって閉塞され、可動側開口K2は、可動側封着金具3によって閉塞されている。
As shown in FIG. 1, the
真空容器1は、仮想軸線Px方向(電極E1,E2の離接方向)において、アークシールド5の両端(一端T1、他端T2)に絶縁碍管(固定側絶縁碍管1a、可動側絶縁碍管1b)を接続させて構成されている。即ち、アークシールド5の一端T1に固定側絶縁碍管1aが接続され、アークシールド5の他端T2に可動側絶縁碍管1bが接続されている。
The
絶縁碍管1a,1bは、互いに同一の厚さに構成されている。アークシールド5は、絶縁碍管1a,1bよりも薄肉に構成されている。これら絶縁碍管1a,1b及びアークシールド5は、仮想軸線Pxを中心とした中空円筒形状を成し、それぞれの径寸法(半径、直径)は、互いに略同一に設定されている。これにより、双方の絶縁碍管1a,1bと、これら絶縁碍管1a,1bの相互間に介在させたアークシールド5とは、仮想軸線Pxに沿って延在しつつ互いに真っ直ぐに並んで配置されている。
The insulating
この状態において、アークシールド5は、一対の電極E1,E2を囲むように、具体的には、その内部(内側)に、後述する固定電極E1の固定接点8、並びに、可動電極E2の可動接点10を収容するように配置されている。 In this state, the arc shield 5 is arranged to surround the pair of electrodes E1, E2, specifically, to accommodate within its interior (inner side) the fixed contact 8 of the fixed electrode E1 and the movable contact 10 of the movable electrode E2, which will be described later.
この場合、固定側封着金具2及び可動側封着金具3は、例えば、ステンレス鋼を主成分とする金属(導電)材料で構成された金属部材である。絶縁碍管1a,1bは、例えば、アルミナセラミックなどの絶縁材料で構成された絶縁部材である。アークシールド5は、例えば、銅やステンレス鋼などを主成分とする金属(導電)材料で構成された金属部材である。
In this case, the fixed sealing metal fitting 2 and the movable sealing
また、固定電極E1及び可動電極E2は、仮想軸線Pxを中心に同心状に構成されていると共に、仮想軸線Pxに沿って整列して延在されている。固定電極E1は、固定接点8と、固定通電軸9とを備えている。可動電極E2は、可動接点10と、可動通電軸11とを備えている。固定通電軸9及び可動通電軸11は、互いに同一の直径を有する円柱形状を成し、導電率の高い材料(例えば、銅(Cu)、銅合金、銀(Ag))で構成されている。 The fixed electrode E1 and the movable electrode E2 are arranged concentrically around the imaginary axis Px and extend in alignment along the imaginary axis Px. The fixed electrode E1 has a fixed contact 8 and a fixed current-carrying shaft 9. The movable electrode E2 has a movable contact 10 and a movable current-carrying shaft 11. The fixed current-carrying shaft 9 and the movable current-carrying shaft 11 are cylindrical and have the same diameter, and are made of a material with high electrical conductivity (e.g., copper (Cu), copper alloy, silver (Ag)).
固定接点8及び可動接点10は、互いに同一の大きさの輪郭形状を有し、対向して配置されている。固定接点8は、固定通電軸9の一端に接続され、固定通電軸9の他端は、固定側封着金具2を介して、仮想軸線Pxに沿って移動不能に真空バルブPに固定されている。可動接点10は、可動通電軸11の一端に接続され、可動通電軸11の他端は、可動側封着金具3を介して、図示しない操作機構に連結されている。
The fixed contact 8 and the movable contact 10 have the same contour size and are arranged opposite each other. The fixed contact 8 is connected to one end of the fixed current-carrying shaft 9, the other end of which is fixed to the vacuum valve P immovably along the imaginary axis Px via the fixed side sealing
このような配置構成において、図1に示すように、操作機構によって可動通電軸11を仮想軸線Pxに沿って移動させる。これにより、可動接点10を固定接点8に対して離接させることができる。この結果、真空バルブPを開閉操作(即ち、一対の電極E1,E2を離接操作)することができる。 In this arrangement, as shown in FIG. 1, the movable current-carrying shaft 11 is moved along the imaginary axis Px by the operating mechanism. This allows the movable contact 10 to be brought into contact with and separated from the fixed contact 8. As a result, the vacuum valve P can be opened and closed (i.e., the pair of electrodes E1, E2 can be brought into contact and separated from each other).
また、可動通電軸11と可動側封着金具3との間には、気密維持機構4が配置されている。気密維持機構4は、伸縮性を有するベローズで構成され、ベローズ(気密維持機構)4は、例えば、ステンレスなどの薄い金属で構成されている。ベローズ4は、仮想軸線Px方向に伸縮可能な蛇腹状を成し、可動通電軸11の外側を隙間無く覆っている。
In addition, an airtightness maintaining mechanism 4 is disposed between the movable current-carrying shaft 11 and the movable side sealing
ベローズ4は、その一端が可動側封着金具3に隙間無く接合され、その他端が可動通電軸11に隙間無く接合されている。これにより、真空容器1の内部は、常に気密状態(即ち、真空状態)に維持される。この結果、真空バルブPの開閉操作に際し、可動通電軸11を仮想軸線Pxに沿って移動させている間も、真空容器1の内部に大気(空気)が浸入することはない。
One end of the bellows 4 is tightly joined to the movable sealing
加えて、上記したような基本構造を有する真空バルブPは、絶縁樹脂12によって、円筒形状の輪郭に成型され、これにより、モールド真空バルブPとして構築されている。この場合、絶縁樹脂12は、真空容器1の外側(即ち、アークシールド5の外周面5s、絶縁碍管1a,1bの外周面1s)を隙間無く覆うように付加されて成型されている。絶縁樹脂12は、例えば、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂などの熱硬化性樹脂で構成されている。
In addition, the vacuum valve P having the basic structure described above is molded into a cylindrical contour using
絶縁樹脂12により円筒形状の輪郭に成型された真空バルブPは、絶縁樹脂12の外側を覆うように設けられた導電性の接地層13を具備している。接地層13は、円筒形状の絶縁樹脂12の外周に沿って、例えば、導電性塗料を塗布して成形され、アースが施されている。
The vacuum valve P, which is molded into a cylindrical outline using
更に、真空バルブPには、通電時ないし開極時において、上記した封着金具2,3への電界集中を緩和する外部シールド(固定側外部シールド6、可動側外部シールド7)が設けられている。この場合、固定側外部シールド6及び可動側外部シールド7は、例えば、銅、アルミニウム、ステンレス鋼などの金属(導電)材料で構成された金属部材である。
The vacuum valve P is further provided with external shields (fixed
固定側外部シールド6は、固定側封着金具2を覆いつつ、真空容器1(即ち、固定側絶縁碍管1a)の外側を一部囲むように仮想軸線Px方向に中空円筒形状を成して延出している。可動側外部シールド7は、可動側封着金具3を覆いつつ、真空容器1(即ち、可動側絶縁碍管1b)の外側を一部囲むように仮想軸線Px方向に中空円筒形状を成して延出している。
The fixed side
ところで、このようなモールド真空バルブP(真空容器1)において、上記した絶縁樹脂12、金属部材(即ち、封着金具2,3、アークシールド5、外部シールド6,7)、絶縁部材(即ち、絶縁碍管1a,1b)は、互いに異なる線膨張係数(熱膨張係数とも言う)を有している。そうすると、例えば、温度変化によって、これら三者の長さや体積が増減変化する割合は互いに異なったものとなる。
In such a molded vacuum valve P (vacuum vessel 1), the insulating
これにより、絶縁樹脂12と金属部材(2,3,5,6,7)及び絶縁部材(1a,1b)との間に局部的な剥離が生じたり、絶縁樹脂12自体の熱硬化に伴うヒケが生じたりする虞があり、そうなると、絶縁樹脂12と金属部材(2,3,5,6,7)との間の界面、及び/又は、絶縁樹脂12と絶縁部材(1a,1b)との間の界面に沿って、絶縁樹脂12の存在しない空隙Ag1,Ag2(空気溜り、隙間とも言う)が発生し、その結果、当該空隙Ag1,Ag2内部の電界が高くなり、部分放電が発生する場合がある。
This may cause localized peeling between the insulating
そこで、モールド真空バルブPには、空隙Ag1,Ag2内部における部分放電の発生を防止すべく、真空バルブPの運転時(即ち、電圧印加時)に空隙Ag1,Ag2内部の電界が上昇するのを抑制するための構成(図3~図5参照)が施されている。図1には一例として、絶縁樹脂12と固定側絶縁碍管1aとの間の界面に沿って発生した空隙Ag1と、絶縁樹脂12と固定側外部シールド6との間の界面に沿って発生した空隙Ag2が示されている。
Therefore, in order to prevent partial discharges from occurring inside the gaps Ag1 and Ag2, the molded vacuum valve P is provided with a structure (see Figures 3 to 5) for suppressing an increase in the electric field inside the gaps Ag1 and Ag2 when the vacuum valve P is in operation (i.e., when a voltage is applied). As an example, Figure 1 shows gap Ag1 occurring along the interface between the insulating
図2は、図1に示された空隙Ag1,Ag2周りの構成拡大図である。図2には、真空容器1を覆うように絶縁樹脂12を付加した状態が示されている。この状態において、空隙Ag1は、絶縁樹脂12と固定側絶縁碍管1aとの間の界面のうち応力の集中し易い部分に沿って発生している。空隙Ag2は、絶縁樹脂12と固定側外部シールド6との間の界面のうち応力の集中し易い部分に沿って発生している。
Figure 2 is an enlarged view of the structure around gaps Ag1 and Ag2 shown in Figure 1. Figure 2 shows the state in which insulating
応力の集中し易い部分としては、固定側絶縁碍管1a及び固定側外部シールド6のそれぞれの端部(縁部)を想定することができる。これ以外の他の金属部材(即ち、封着金具2,3、アークシールド5、可動側外部シールド7)や絶縁部材(即ち、可動側絶縁碍管1b)の端部(縁部)も、応力の集中し易い部分として想定することができる。
The ends (edges) of the fixed insulating
図2には一例として、円弧形状の断面輪郭を有する空隙Ag1,Ag2が示されているが、これ以外にも、例えば、矩形状や三角形状などの断面輪郭を有する空隙Ag1,Ag2も想定される。また、特に図示しないが、空隙Ag1,Ag2の平面輪郭として、例えば、円形状、楕円形状、三角形状、矩形状などの輪郭形状を想定することができる。 As an example, FIG. 2 shows gaps Ag1 and Ag2 having an arc-shaped cross-sectional contour, but gaps Ag1 and Ag2 having other cross-sectional contours, such as rectangular or triangular, are also envisioned. Although not specifically shown, the planar contours of gaps Ag1 and Ag2 can be envisioned to have contour shapes such as circular, elliptical, triangular, rectangular, etc.
更に、空隙Ag1,Ag2は、中空円筒形状を成す固定側絶縁碍管1a並びに固定側外部シールド6の界面に沿って発生している。この場合、空隙Ag1,Ag2は、その大多数が互いに間隔を存して点在している状態が一般的であると想定されるが、使用環境や使用状態によっては、周方向に連続する場合も想定される。
Furthermore, the voids Ag1 and Ag2 occur along the interface between the fixed insulating
なお、空隙Ag1,Ag2の大きさについては、例えば、真空容器1を覆うように絶縁樹脂12を付加する際の当該樹脂の流動状態、当該樹脂が固化するまでの移行状態、モールド真空バルブPに作用する温度状態、上記した三者(即ち、絶縁樹脂、金属部材、絶縁部材)の線膨張係数(熱膨張係数)の状態、そして、線膨張係数(熱膨張係数)に応じて三者それぞれの長さや体積が増減変化する割合状態などに応じて増減変化するものと想定されるため、ここでは特に限定しない。
The size of the gaps Ag1 and Ag2 is not particularly limited here because it is assumed that it will increase or decrease depending on, for example, the flow state of the insulating
ここで、真空バルブPは、その運転時(即ち、電圧印加時)に、上記した空隙Ag1,Ag2内部の電界が上昇するのを抑制するための構成として、電界緩和手段と、移動近接手段とを有している。なお、電界緩和手段は図3~図4を参照して、移動近接手段は図5を参照して、それぞれ後述する。 The vacuum valve P has an electric field mitigation means and a moving approach means as components for suppressing an increase in the electric field inside the gaps Ag1 and Ag2 during operation (i.e., when a voltage is applied). The electric field mitigation means will be described later with reference to Figures 3 and 4, and the moving approach means with reference to Figure 5.
図3~図5に示すように、電界緩和手段は、絶縁樹脂12に添加され、電気泳動性を有すると共に、電界の上昇を抑制する機能を有している。移動近接手段は、電界緩和手段を空隙Ag1,Ag2に向けて移動させて近接させる機能を有している。そして、電界緩和手段を空隙Ag1,Ag2に近接させた状態において、電圧印加時に空隙Ag1,Ag2内部の電界が上昇するのを抑制することで、空隙Ag1,Ag2内部における部分放電の発生を防止することができる。
As shown in Figures 3 to 5, the electric field relaxation means is added to the insulating
電界緩和手段は、複数の電界緩和フィラーF1,F2(図3~図5参照)を備えて構成されている。これら複数の電界緩和フィラーF1,F2は、その一部を空隙Ag1,Ag2の表面全体のうち少なくとも後述する三重点P1,P2に近接させて配置させる。 The electric field relaxation means is configured with a plurality of electric field relaxation fillers F1, F2 (see Figures 3 to 5). A portion of each of the electric field relaxation fillers F1, F2 is positioned on the entire surface of the gaps Ag1, Ag2 at least close to the triple points P1, P2 described below.
三重点P1,P2は、絶縁樹脂12と金属部材(2,3,5,6,7)と空隙Ag1,Ag2とが互いに隙間無く接触する部位、並びに、絶縁樹脂12と絶縁部材(1a,1b)と空隙Ag1,Ag2とが互いに隙間無く接触する部位を指している。
The triple points P1 and P2 refer to the locations where the insulating
図2には一例として、絶縁樹脂12と固定側絶縁碍管1aと空隙Ag1とが互いに隙間無く接触する三重点P1、並びに、絶縁樹脂12と固定側外部シールド6と空隙Ag2とが互いに隙間無く接触する三重点P2が示されている。
As an example, FIG. 2 shows a triple point P1 where the insulating
図3及び図4は、電界緩和フィラーF1,F2の配置構成図である。図3には、空隙Ag1,Ag2の表面全体に亘って電界緩和フィラーF1,F2を近接配置させた状態が示されている。図4には、空隙Ag1,Ag2の三重点P1,P2に電界緩和フィラーF1,F2を近接配置させた状態が示されている。図3及び図4では一例として、空隙Ag1に近接配置させた電界緩和フィラーが符号F1で示され、一方、空隙Ag2に近接配置させた電界緩和フィラーが符号F2で示されている。 Figures 3 and 4 are diagrams showing the arrangement of electric field relaxation fillers F1 and F2. Figure 3 shows the state in which electric field relaxation fillers F1 and F2 are arranged in close proximity over the entire surface of gaps Ag1 and Ag2. Figure 4 shows the state in which electric field relaxation fillers F1 and F2 are arranged in close proximity to triple points P1 and P2 of gaps Ag1 and Ag2. As an example, in Figures 3 and 4, the electric field relaxation filler arranged in close proximity to gap Ag1 is indicated by the symbol F1, while the electric field relaxation filler arranged in close proximity to gap Ag2 is indicated by the symbol F2.
この場合、三重点P1に近接配置された電界緩和フィラーF1は、固定側絶縁碍管1aに隙間無く接触させることが好ましい。一方、三重点P2に近接配置された電界緩和フィラーF2は、固定側外部シールド6に隙間無く接触させることが好ましい。なお、電界緩和フィラーF1,F2は、必ずしも三重点P1,P2に隙間無く接触させる必要は無く、当該三重点P1,P2付近(即ち、三重点P1,P2に対して非接触な位置)に近接させるだけでもよい。
In this case, it is preferable that the electric field relaxation filler F1 arranged close to the triple point P1 contacts the fixed side insulating
図5は、移動近接手段の概念図である。図5に示された移動近接手段では、予め電界緩和フィラーF1,F2が添加された絶縁樹脂12を真空容器1の外側に付加し、所定の形状に成型した後、空隙Ag1,Ag2が発生している界面に隣接した金属部材並びに帯電させた絶縁部材に直流電圧を印加する。図5では一例として、固定側外部シールド6並びに帯電させた固定側絶縁碍管1aに、それぞれ直流電圧を印加する。
Figure 5 is a conceptual diagram of the moving approach means. In the moving approach means shown in Figure 5, insulating
このとき、予め絶縁樹脂12に添加された電界緩和フィラーF1,F2は、当該絶縁樹脂12中において、空隙Ag1,Ag2に近接した領域では凝集し、それ以外の領域では分散していることが好ましい。
At this time, it is preferable that the electric field relaxation fillers F1 and F2 previously added to the insulating
ここで、電界緩和フィラーF1,F2には、それぞれ、絶縁樹脂12に導電性(即ち、電気を通り易くする特性)を付与する導電性フィラーと、絶縁樹脂12に誘電性(即ち、電気を通り難くする特性)を付与する低誘電率フィラーとが含まれる。この場合、絶縁樹脂12には、導電性フィラー及び低誘電率フィラーの一方又は双方が添加される。
Here, the electric field relaxation fillers F1 and F2 each include a conductive filler that imparts conductivity (i.e., the property of making it easier for electricity to pass) to the insulating
この場合、絶縁樹脂12に導電性フィラー及び低誘電率フィラーの双方を添加しておくことが好ましい。導電性フィラーは、これが絶縁部材(即ち、絶縁碍管1a)に隣接した空隙Ag1に近接配置された場合、金属異物として作用するといった課題を生じるが、絶縁樹脂12に導電性フィラー及び低誘電率フィラーの双方を添加しておくことで、当該空隙Ag1に対して、導電性フィラーと低誘電率フィラーの双方を近接配置させることができ、上記課題を解消させることができる。
In this case, it is preferable to add both a conductive filler and a low dielectric constant filler to the insulating
一方、低誘電率フィラーは、これを帯電させておくことが好ましい。低誘電率フィラーは、電気を通り難くする特性を発揮するが、予め帯電させておくことで、電気泳動性を有する電界緩和フィラーF1,F2とすることができる。 On the other hand, it is preferable to charge the low dielectric constant filler. Low dielectric constant fillers have the property of making it difficult for electricity to pass through them, but by charging them in advance, they can be made into electric field relaxation fillers F1 and F2 that have electrophoretic properties.
加えて、低誘電率フィラーの誘電率ε1を、絶縁樹脂の誘電率ε2よりも小さくなるように(即ち、ε1<ε2なる関係を満足するように)設定することが好ましい。低誘電率フィラーの誘電率ε1が絶縁樹脂の誘電率ε2よりも大きい場合、金属部材(即ち、固定側外部シールド6)に隣接した空隙Ag2の電界強度を高めてしまうといった課題を生じるが、ε1<ε2なる関係を満足させることで、上記課題を解消させることができる。 In addition, it is preferable to set the dielectric constant ε1 of the low dielectric constant filler to be smaller than the dielectric constant ε2 of the insulating resin (i.e., to satisfy the relationship ε1 < ε2). If the dielectric constant ε1 of the low dielectric constant filler is larger than the dielectric constant ε2 of the insulating resin, a problem occurs in which the electric field strength of the gap Ag2 adjacent to the metal member (i.e., the fixed-side external shield 6) is increased, but by satisfying the relationship ε1 < ε2, the above problem can be solved.
これによれば、固定側外部シールド6並びに帯電させた固定側絶縁碍管1aに、それぞれ直流電圧を印加すると、導電性フィラーと帯電させた低誘電率フィラーの双方を、いわゆるゲルタイム(即ち、絶縁樹脂12がその流動性を失って粘性が急激に増加するまでの時間)よりも短い時間で、効率よく、直近の空隙Ag1,Ag2に向けて移動させて近接させることができる。
By applying a DC voltage to the fixed
図6は、電界緩和フィラーF1,F2の有無と、空隙Ag1,Ag2に発生する最大電界強度との関係を示す比較図である。これによれば、電界緩和フィラーF1,F2が無い場合に比べて、空隙Ag1,Ag2の表面全体(或いは、少なくとも三重点P1,P2付近)を覆うように、電界緩和フィラーF1,F2を近接配置させた場合は、当該空隙Ag1,Ag2に発生する最大電界強度が格段に小さくなることが分かる。 Figure 6 is a comparative diagram showing the relationship between the presence or absence of electric field relaxation fillers F1, F2 and the maximum electric field strength generated in the gaps Ag1, Ag2. This shows that when the electric field relaxation fillers F1, F2 are closely arranged so as to cover the entire surface of the gaps Ag1, Ag2 (or at least the vicinity of the triple points P1, P2), the maximum electric field strength generated in the gaps Ag1, Ag2 is significantly smaller than when the electric field relaxation fillers F1, F2 are not present.
以上、本実施形態によれば、真空容器1を覆うように絶縁樹脂12を付加した際に空隙Ag1,Ag2が発生した場合、空隙Ag1,Ag2の表面全体(或いは、少なくとも三重点P1,P2付近)を覆うように、電界緩和フィラーF1,F2を近接配置させる。これにより、真空バルブPの運転時(即ち、電圧印加時)に、空隙Ag1,Ag2内部の電界が上昇するのを抑制(換言すると、空隙Ag1,Ag2内部に発生する電気的ストレスを緩和)することができる。この結果、当該空隙Ag1,Ag2内部における部分放電の発生を防止することができる。
As described above, according to this embodiment, if voids Ag1 and Ag2 occur when insulating
この場合、空隙Ag1,Ag2の表面全体を覆うように、電界緩和フィラーF1,F2を近接配置することで、当該空隙Ag1,Ag2内部に発生する電界強度を大幅に低減することができる。ここで、空隙Ag1,Ag2の三重点P1,P2付近の電界強度は空隙Ag1,Ag2の中で最も高いので、当該三重点P1,P2付近を覆うように、電界緩和フィラーF1,F2を近接配置した場合も、空隙Ag1,Ag2の表面全体を覆った場合と同様の電界緩和効果を達成することができる。 In this case, by arranging the electric field relaxation fillers F1 and F2 closely so as to cover the entire surface of the voids Ag1 and Ag2, the electric field strength generated inside the voids Ag1 and Ag2 can be significantly reduced. Here, since the electric field strength near the triple points P1 and P2 of the voids Ag1 and Ag2 is the highest within the voids Ag1 and Ag2, even when the electric field relaxation fillers F1 and F2 are closely arranged so as to cover the area near the triple points P1 and P2, the same electric field relaxation effect can be achieved as when the entire surface of the voids Ag1 and Ag2 is covered.
更に、本実施形態によれば、予め絶縁樹脂12に電界緩和フィラーF1,F2を添加させておくことで、新たな製造プロセスを構築すること無く、かつ、通常行われる製造プロセスをそのまま利用して、当該電界緩和フィラーF1,F2を空隙Ag1,Ag2に近接配置させることができる。この結果、製造コストの上昇を伴うこと無く、空隙Ag1,Ag2内部における部分放電の発生を防止することができる。
Furthermore, according to this embodiment, by adding the electric field relaxation fillers F1 and F2 to the insulating
「変形例」
本変形例において、絶縁樹脂12には、応力の集中し易い部分に発生する空隙Ag1,Ag2の周囲に沿って、予め、複数の電界緩和フィラーF1,F2が添加されている。これにより、いわゆるゲルタイム(即ち、絶縁樹脂12がその流動性を失って粘性が急激に増加するまでの時間)よりも短い時間で、効率よく、直近の空隙Ag1,Ag2に向けて移動させて近接させることができる。なお、その他の構成及び効果は、上記した実施形態と同様であるため、その説明は省略する。
"Variations"
In this modification, a plurality of electric field relaxation fillers F1, F2 are added to the insulating
以上、本発明の一実施形態及び変形例を説明したが、これらの実施形態及び変形例は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態及び変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態及び変形例は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although one embodiment of the present invention and modifications have been described above, these embodiments and modifications are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments and modifications can be implemented in various other forms, and various omissions, substitutions, and modifications can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and modifications are included in the scope and gist of the invention, and are included in the scope of the invention and its equivalents as set forth in the claims.
P…真空バルブ、Px…仮想軸線、E1…固定電極、E2…可動電極、1…真空容器、1a…固定側絶縁碍管、1b…可動側絶縁碍管、K1…固定側開口、K2…可動側開口、2…固定側封着金具、3…可動側封着金具、4…気密維持機構、5…アークシールド、6…固定側外部シールド、7…可動側外部シールド、8…固定接点、9…固定通電軸、10…可動接点、11…可動通電軸、12…絶縁樹脂、13…接地層、Ag1,Ag2…空隙、P1,P2…三重点、F1,F2…電界緩和フィラー。 P...vacuum valve, Px...virtual axis, E1...fixed electrode, E2...movable electrode, 1...vacuum vessel, 1a...fixed insulating tube, 1b...movable insulating tube, K1...fixed opening, K2...movable opening, 2...fixed sealing metal fitting, 3...movable sealing metal fitting, 4...airtightness maintaining mechanism, 5...arc shield, 6...fixed outer shield, 7...movable outer shield, 8...fixed contact, 9...fixed current-carrying shaft, 10...movable contact, 11...movable current-carrying shaft, 12...insulating resin, 13...ground layer, Ag1, Ag2...gap, P1, P2...triple point, F1, F2...electric field relaxation filler.
Claims (7)
前記真空容器を覆うように付加して成型された絶縁樹脂と、
前記絶縁樹脂に添加され、電気泳動性を有すると共に、電界の上昇を抑制する機能を有する電界緩和手段と、
前記真空容器を覆うように前記絶縁樹脂を付加した状態において、前記絶縁樹脂と前記金属部材との間の界面、及び、前記絶縁樹脂と前記絶縁部材との間の界面の一方又は双方の前記界面のうち応力の集中し易い部分に沿って、前記絶縁樹脂の存在しない空隙が発生した場合、前記電界緩和手段を前記空隙に向けて移動させて近接させる移動近接手段と、を具備し、
前記電界緩和手段を前記空隙に近接させた状態において、電圧印加時に前記空隙内部の電界が上昇するのを抑制することで、前記空隙内部における部分放電の発生を防止する真空バルブ。 a vacuum vessel formed by combining a metal member and an insulating member so as to house a pair of electrodes in a releasable manner;
an insulating resin molded to cover the vacuum vessel;
an electric field relaxation means which is added to the insulating resin, has electrophoretic properties, and has a function of suppressing an increase in the electric field;
a moving and approaching means for moving the electric field mitigation means toward and approaching the electric field mitigation means when a gap where no insulating resin is present occurs along a portion of the interface between the insulating resin and the metal member and/or the interface between the insulating resin and the insulating member where stress is likely to concentrate, in a state where the insulating resin is added so as to cover the vacuum container,
A vacuum valve that prevents the occurrence of partial discharge within the gap by suppressing an increase in the electric field within the gap when a voltage is applied with the electric field mitigation means brought close to the gap.
前記三重点は、前記絶縁樹脂と前記金属部材と前記空隙とが互いに隙間無く接触する部位、並びに、前記絶縁樹脂と前記絶縁部材と前記空隙とが互いに隙間無く接触する部位を指している請求項1に記載の真空バルブ。 The electric field mitigation means is disposed close to at least the triple point on the entire surface of the gap,
The vacuum valve according to claim 1, wherein the triple point refers to a location where the insulating resin, the metal member, and the gap are in contact with each other without any gaps, and a location where the insulating resin, the insulating member, and the gap are in contact with each other without any gaps.
前記絶縁樹脂と前記絶縁部材と前記空隙とが互いに隙間無く接触する前記三重点に近接させて配置された前記電界緩和手段は、前記絶縁部材に隙間無く接触する請求項2に記載の真空バルブ。 the electric field mitigation means is disposed close to the triple point where the insulating resin, the metal member, and the void are in contact with each other without any gaps, and is in contact with the metal member without any gaps;
3. The vacuum valve according to claim 2, wherein the electric field relaxation means arranged close to the triple point where the insulating resin, the insulating member and the gap are in contact with one another without any gaps contacts the insulating member without any gaps.
複数の前記電界緩和フィラーの一部を、前記空隙の表面全体のうち少なくとも前記三重点に近接させて配置させる際に、
複数の前記電界緩和フィラーは、前記空隙に近接した領域では凝集し、それ以外の領域では分散している請求項2又は3に記載の真空バルブ。 the electric field relaxation means is configured to include a plurality of electric field relaxation fillers,
When arranging a portion of the plurality of electric field relaxation fillers in proximity to at least the triple point on the entire surface of the void,
4. The vacuum valve according to claim 2, wherein the plurality of electric field relaxation fillers are aggregated in the region adjacent to the gap and are dispersed in the other region.
前記絶縁樹脂には、前記導電性フィラー及び前記低誘電率フィラーの一方又は双方が添加される請求項4に記載の真空バルブ。 the electric field relaxation filler includes a conductive filler that imparts electrical conductivity to the insulating resin and a low dielectric constant filler that imparts dielectric properties to the insulating resin;
5. The vacuum valve according to claim 4, wherein the insulating resin contains one or both of the conductive filler and the low dielectric constant filler.
ε1<ε2なる関係を満足するように、前記低誘電率フィラーの誘電率が設定されている請求項6に記載の真空バルブ。 If the dielectric constant of the low dielectric constant filler is ε1 and the dielectric constant of the insulating resin is ε2, then
7. The vacuum valve according to claim 6, wherein the dielectric constant of the low dielectric constant filler is set so as to satisfy the relationship ε1<ε2.
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JP2023034788A JP2024126422A (en) | 2023-03-07 | 2023-03-07 | Vacuum valve |
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