JP4358681B2 - 真空スイッチギヤ - Google Patents

Description

本発明は真空スイッチギヤに関し、特に電力送配電系統に適した、複数の真空スイッチを有する真空スイッチギヤに関する。

電力送配電系統の機器の１つとして、スイッチギヤがある。空気絶縁型スイッチギヤが配電スイッチとして用いられてきたが、系統の小型化のためにＳＦ６ガスを用いたガス絶縁スイッチギヤが用いられるようになった。しかしながら、ガス絶縁型スイッチギヤは環境に対し悪影響を与える可能性があり、最近真空絶縁型スイッチギヤが提案されている。

真空絶縁型スイッチギヤとして、複数の主回路スイッチの各々が可動電極と、可動電極と対向するように設けられた固定電極を有し、それらが真空容器に内蔵されている。ここで、特許文献１に開示されているように、可動電極は母線導体に接続され、固定電極は負荷導体に接続される。主母線スイッチはシールドで覆われ、母線の各々はフレキジブル導体で接続されている。

上記特許文献１においては、各々のスイッチはアークシールドで覆われているので、たとえば短絡事故などの際にトリップ動作が起こる。そのため、可動電極と固定電極が接離するときに発生した金属蒸気がシールドによってシールドされる。しかしながら、金属蒸気の一部がアークシールドの隙間を通って拡散または飛散し、真空容器に付着または析出するので、金属蒸気の拡散または飛散を防止するために二重真空容器を構成することが試みられている。

特開２０００−２６８６８５号公報

内部真空容器が外部真空容器と遮断され、もしくは連通していないと、可動電極と固定電極が配置されている内部真空容器の真空度又は真空圧力が、溶融した電極から発生したガスによって一時的に低下する。ガス成分はスイッチギヤの種々の構成材料たとえば電極、シールド、などに含まれる可能性がある。したがって、所定の絶縁耐力を維持するためには内部真空容器の体積を大きくせざるを得なかった。スイッチング動作の回数が多くなると、所定の真空度に短時間で回復するのは困難である。そのため、絶縁耐力が低下する。内部真空容器の体積を大きくすると、真空スイッチギヤの寸法が大きくなる。

本発明の目的は所望の絶縁耐力を維持しつつ小型化可能な真空スイッチギヤを提供することである。

本発明による真空スイッチギヤは、導電材料でできた、又は導電材料を有する外部真空容器と、外部真空容器と絶縁された複数の内部真空容器と、内部真空容器の各々に内蔵した複数のスイッチとを有し、上記外部真空容器と内部真空容器は内部真空容器の壁に形成された貫通孔を介して連通していることを特徴とするものである。

本発明によれば、導電性の外部真空容器と、該外部真空容器に内蔵され、かつ該外部真空容器から電気的に絶縁された複数の内部真空容器と、操作機構に接続可能な可動電極と、固定電極とを有し、真空スイッチギヤのメンテナンス時に接地を行なう接地スイッチと、事故時に回路を遮断する遮断器、電圧的に回路を切り離す断路器、及び負荷と回路の切り替えをする負荷スイッチのいずれかの機能を持つ少なくとも１つの機能スイッチと、上記接地スイッチ及び機能スイッチの電極をシールドする複数の電極シールドとを有し、上記接地スイッチ及び機能スイッチはそれぞれ別個に上記内部真空容器に内蔵され、上記外部真空容器と内部真空容器とは上記内部真空容器に設けられた貫通孔により連通している真空スイッチギヤが提供される。

上記外部真空容器と上記内部真空容器の各々が、内部真空容器の壁に形成された貫通孔により連通していることができる。また、上記内部真空容器は上記可動電極と固定電極を取り囲んでいる中空の絶縁体と上記可動電極に対し移動可能な関係に結合された上部部材と、固定電極と固定関係にある下部部材とから構成されたことができる。

更に、上記外部真空容器は真空圧力モニターに接続される開口を有することができる。
上記スイッチは、上記真空スイッチギヤが開状態のとき接地する接地スイッチと、事故の時に回路を遮断する真空遮断器と、回路を切断するための断路器とから選ばれた２以上の機能スイッチであることができる。上記機能スイッチは、真空遮断器、断路器及び負荷開閉器の３つであることができる。

本発明によれば、所望の絶縁耐力を維持しつつ小型可能な真空スイッチギヤを提供することができる。

本発明の実施形態を詳細に説明する前に、本発明の主要な実施の態様を説明する。

まず、ひとつの態様においては、導電性の外部真空容器と、外部真空容器内に配置された複数の内部真空容器とを有し、外部真空容器と内部真空容器は電気的に絶縁されており、外部真空容器はステレススチールなどで構成されている。他の態様においては、１つの内部真空容器は、操作機構に接続された可動電極と固定電極ロッドに接続された固定電極を有し、スイッチギヤが開状態にあるときに、又はメンテナンス時に接地を行う接地スイッチを収容するものである。他の内部真空容器は事故時に回路を遮断するための遮断器、回路が開状態にあるときに電圧的に回路を切り離す断路器及び回路と負荷とを切り替える負荷スイッチの少なくとも１つの機能を持つ機能スイッチを内蔵している。

更に他の実施態様においては、複数の電極シールドは上記接地スイッチの可動電極と固定電極及び上記機能スイッチの可動電極と固定電極を取り囲んでいる。接地スイッチと機能スイッチは内部真空容器に別々に内蔵されている。外部真空容器と内部真空容器は内部真空容器の壁に形成された貫通孔を介して連通している。

貫通孔は内部真空容器の上部板材又は下部板材の少なくとも１方に形成され、電極を接離した時に発生する金属蒸気が外部真空容器に漏れ出たり飛散したりするのをシールドによって防ぐように構成される。真空スイッチギヤの外部真空容器は、回路中にあるとき、即ち運転中は接地される。

接地スイッチ及び機能スイッチの可動電極は外部真空容器の外部にある操作機構（電磁操作機）に接続され、それぞれの固定電極は外部真空容器の外部にあるケーブルに接続される。可動電極は外部真空容器の外部に配置された操作機構に接続されることは当業者に良く知られているので、明細書が冗長になるのを避けるため、操作機構に関する詳細な説明は省略する。固定電極が接続される外部ケーブルについても同様である。

各内部真空容器は、可動電極と固定電極を取り囲む絶縁中空体と、可動電極ロッドに対して可動状態の関係にある上部板部材と、固定電極ロッドに対して固定関係にある下部板材とから構成されている。

更に他の実施態様によれば、接地可能なように導電性の外部真空容器と、外部真空容器内に配置され、外部容器から電気的に絶縁された複数の内部真空容器と、それぞれの内部容器内に配置された、可動電極及び固定電極を有する複数のスイッチを含み、可動電極は外部真空容器の外部の操作機構に接続され、固定電極は外部真空容器の外部のケーブルに接続され、それぞれの内部真空容器は貫通孔を介して外部真空容器と連通している真空スイッチギヤが提供される。

電極シールドの一部は、可動電極の最外端と貫通孔の最外端を結ぶ直線と、固定電極の最外端と貫通孔の最外端を結ぶ直線で囲まれた領域内に配置される。この構造によれば、金属蒸気が外部真空容器に飛散するのを効果的に防止することができる。

外部真空容器は開口を有し、これが真空圧力モニターに接続され、内部真空容器が所定の真空度に保たれているかどうかをチエックし、必要ならば排気装置（真空ポンプ）（図示せず）により所定の圧力に保つようにする。

スイッチ群は、回路が開状態にあるときに接地するための接地スイッチと事故時に回路を遮断する真空遮断器と、回路をある期間切断する断路器の２つ以上のスイッチを含む。機能スイッチとは、遮断器、断路器及び真空スイッチギヤと負荷を切り替える負荷スイッチである。

以下において、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、電力送配電系統の１つの要素としての真空スイッチギヤは、外部真空容器１０を有する。外部容器は、ステンレススチールなどの導電性材料で作ることが出来る。外部真空容器１０は、上部板材１２、下部板材１４及び側板１６から構成されている。これらの周辺部は互いに溶接などの手法により、一体化させる。

外部真空容器は真空スイッチギヤが働いているときに接地されている。従って、操作者や検査員がスイッチギヤの近くで作業することが出来、かつスイッチギヤを触ることも出来るので、スイッチギヤのメンテナンスや保守点検を安全かつ容易に行なうことが出来る。

上部板材１２は、環状の基板２４、２６、２８に形成された貫通孔１８、２０、２２を有し、環状基板は貫通孔２４、２６、２８の縁に固定されている。環状基板内には空間があり、底を柱状の可動電極ロッド３０、３２、３４が、ベローズ３６、３８、４０により電極ロッドが往復運動により上下動できるように取り付けられている。各々のベローズの一端は上部板材に固定され、ベローズの他端は可動電極ロッドに固定される。各可動電極ロッドの一端は、操作機構（図示せず）に結合され、それにより制御装置（図示せず）によって与えられる信号に応答してロッドを駆動する。

真空排気装置（図示せず）は外部真空容器の上部板部材などに接続できる。貫通孔４２、４４、４６が下部板材１４に形成され、そこに絶縁性ブッシング４８、５０、５２が固定される。絶縁ブッシング４８、５０、５２は貫通孔４２、４４、４６の縁に固定される。絶縁ブッシング４８、５０、５２は絶縁基板５４、５６、５８により貫通孔４２、４４、４８及び固定電極ロッド６０、６２、６４を気密に封止する。固定電極ロッド６０、６２、６４の各々の一端は、ケーブル又は配電線（図示せず）に接続される。側板１６は開口６６を有し、そこに接続された真空圧力モニター６８により外部真空容器の真空度が常時監視される。

それぞれの内部真空容器７０、７２、７４にはスイッチ８８、９０、９２が配置される。この実施例においては、３つのスイッチ８８、９０，９２が所望の真空スイッチギヤを構成する。つまり、接地スイッチ又はアーススイッチ、遮断器及び負荷遮断器である。もし必要ならば、断路器などの追加のスイッチを加えることができる。遮断器は回路の事故の際に回路を保護するために回路を遮断する。負荷スイッチは電力線と負荷との切り入りをする。断路器は回路が開の状態にあるとき、電力線から回路を遮断する。

内部真空容器７０、７２、７４は、可動電極と固定電極を取り囲む絶縁性円筒７６、７８、８０、８４、８６、上部板材８８、９０、９２及び下部板材９４、９６、９８によって構成される。上部板材８８、９０、９２は、可動電極ロッド３０、３２、３４にベローズ１０６、１０８、１１０４を介して接続される。ベローズ１０６、１０８、１１０の一端は上部板材８８、９０、９２に接続され、他端は可動電極ロッド３０、３２、３４に接続される。上部板材は貫通孔１００、１０２、１０４が形成され、それを通して内部真空容器が外部真空容器と連通する。下部板材にも貫通孔を形成しても良いがいずれか一方で十分である。上部板材及び下部板材は導電性の板材たとえばステンレススチール板で構成する。

可動電極１１８、１２０、１２２及び固定電極１２４、１２６、１２８を取り囲む円筒形の電極シールド１１２、１１４、１１６はたとえばステンレススチール等で構成する。シールドの中間部は絶縁性シールド７６，７８，８０，８２，８４、８６によって覆われている。つまり、電極シールド１１２、１１４、１１６は円筒シールド１１２、１１４、１１６の外部に金属蒸気が飛散又は拡散しないように配置される。更に、可動電極１１８、１２０、１２２はその軸方向の端部が可動電極ロッド３０、３２、３４に固定される。

金属板８８、９０、９２に形成された貫通孔１００、１０２、１０４は、電流遮断時に可動電極１１８、１２０、１２２と固定電極１２４、１２６、１２８の間に生じた金属蒸気が内部真空容器から外部真空容器に飛散しないような寸法を有する。他方、電流遮断時において、内部真空容器の真空度が一時的に低下した場合、上記上部板材又は下部板材８８、９０、９２、９４、９８に形成された貫通孔は内部真空容器の真空度が直ちに回復するような寸法を有する。

金属板８８，９０，９２に貫通孔１００、１０２、１０４を形成する場合の形状及び寸法は、図２及び図３に示すように、電極シールド１１２、１１４、１１６によって決まる。図２において、内部真空容器は絶縁円筒シールド７８、可動電極側金属板８８及び固定電極側金属板９４により構成される。内部真空容器可動電極１１８、固定電極１２４及びベローズ１０６を包囲する。電極１１８、１２４は電極シールド１１２により包囲されている。

可動電極側金属板は外部真空容器と連通している貫通孔を有する。図３において、内部真空容器の構造はベローズ１０６が内部真空容器の外部にある点を除いて図２（ａ）と同じ構造である。つまり、電極シールドは可動電極の外縁と貫通孔１００、１０２，１０４とを結ぶ線及び固定電極１２４、１２６、１２８の外縁と貫通孔１００、１０２、１０４を結ぶ破線によって規定された領域内に配置するのが好ましい。このような構成によって、電流遮断時に、金属蒸気及び／又は電子が内部真空容器７０，７２，７４から外部真空容器１０に貫通孔を通って飛散することはない。金属蒸気及び電子は直線方向に飛行するので、蒸気構造は金属蒸気及び／又は電子の飛散や漏洩を防止することができる。

電流遮断後、内部真空容器の真空度は直ちに回復することができるので、絶縁耐力又は遮断性能の低下を防止することができる。したがって、遮断電流が大きくなっても、内部真空容器７０，７２，７４の容積を大きくしなくとも遮断性能を向上することが可能となる。外部真空容器１０及び内部真空容器の真空度を同じに保つことができるので、外部真空容器及び内部真空容器の真空度を真空度モニター装置６８により常時監視することができる。

図２に示した上記実施例において、ベローズ１０６は内部真空容器７６内に配置されている。図３においては、ベローズは内部真空容器の気密性を保って内部真空容器の外部に配置されている。従って、この構造によれば、内部真空容器の容積を最小にすることができる。

貫通孔８８，９０，９２を下部板材９４，９６，９８に形成しても良い。貫通孔１００，１０２，１０４は適当な板材又は部材で遮蔽することにより、金属蒸気及び／又は電子の飛散を確実に防止することができる。

本発明の実施形態による真空スイッチギヤの側面断面図。 本発明の一実施形態による内部真空容器の側面断面図。 本発明の他の実施形態による内部真空容器の側面断面図。

符号の説明

１０…外部真空容器、１４…底部板材、３０…可動電極ロッド、６０…固定電極ロッド、６８…真空度モニター、７８…絶縁筒、８８…上部板材、１００…貫通孔、１１２…電極シ−ルド、１１８…可動電極、１２４…固定電極。

Claims (14)

1. 導電性の外部真空容器と、
   該外部真空容器に内蔵され、かつ該外部真空容器から電気的に絶縁された複数の内部真空容器と、
   操作機構に接続可能な可動電極と、固定電極とを有し、真空スイッチギヤのメンテナンス時に接地を行なう接地スイッチと、
   事故時に回路を遮断する遮断器、電圧的に回路を切り離す断路器、及び負荷と回路の切り替えをする負荷スイッチのいずれかの機能を持つ少なくとも１つの機能スイッチと、
   上記接地スイッチ及び機能スイッチの電極をシールドする複数の電極シールドとを有し、上記接地スイッチ及び機能スイッチはそれぞれ別個に前記内部真空容器に内蔵され、
   前記機能スイッチの可動電極のロッド周囲と内部真空容器の間の隙間を塞ぐようにベローズを設け、上記外部真空容器と前記機能スイッチを収容する内部真空容器内部は前記ロッド周囲の隙間とは別の貫通孔により連通し、この貫通孔は前記電極において生じる金属蒸気が外部真空容器に飛散するのを阻止するように設けられていることを特徴とする真空スイッチギヤ。
2. 上記貫通孔は前記機能スイッチを収容する内部真空容器を構成する壁に設けられていることを特徴とする請求項１記載の真空スイッチギヤ。
3. 前記機能スイッチの電極と前記貫通孔の間に、該電極において発生した金属蒸気が外部真空容器に飛散するのを遮る遮蔽部材を設けたことを特徴とする請求項１記載の真空スイッチギヤ。
4. 前記貫通孔が形成されている内部真空容器の壁は前記ベローズの外側にあることを特徴とする請求項１記載の真空スイッチギヤ。
5. 前記機能スイッチを収容する内部真空容器は、前記ベローズの一端と接続される上部板材を有し、この上部板材に前記貫通孔が、前記電極から遮られて設けられていることを特徴とする請求項１記載の真空スイッチギヤ。
6. 前記ベローズは前記機能スイッチを収容する内部真空容器の外部に設けられていることを特徴とする請求項１記載の真空スイッチギヤ。
7. 前記機能スイッチを収容する内部真空容器は前記機能スイッチの可動電極と固定電極を取り囲んでいる中空の絶縁体と前記可動電極に対し移動可能な関係に結合された上部板材と、固定電極と固定関係にある下部板材とから構成され、前記ベローズは、前記可動電極のロッドと内部真空容器の上部板材に固定されていることを特徴とする請求項１記載の真空スイッチギヤ。
8. 導電性で接地可能な外部真空容器と、該外部真空容器内に設置された複数の内部真空容器と、それぞれが互いに電気的に絶縁され、かつ上記内部真空容器の各々に設置され可動電極と固定電極を有する複数のスイッチとを有し、上記複数のスイッチは、真空スイッチギヤが開状態のとき接地する接地スイッチと、事故の時に回路を遮断する真空遮断器、回路を切断するための断路器及び負荷開閉器から選ばれた２以上の機能スイッチを含み、上記可動電極は上記外部真空容器の外の操作機構に接続され、上記固定電極は外部容器の外のケーブルに接続され、前記機能スイッチの可動電極のロッド周囲と前記機能スイッチを収容する内部真空容器の間の隙間を塞ぐようにベローズを設け、かつ上記外部真空容器と内部真空容器の各々は、内部真空容器の各々に前記隙間とは別に設けられた貫通孔により連通し、この貫通孔は前記機能スイッチの電極において発生する金属蒸気が外部真空容器に飛散するのを阻止するように設けられていることを特徴とする真空スイッチギヤ。
9. 前記電極において発生した金属蒸気が外部真空容器に飛散するのを遮る遮蔽部材を、上記貫通孔と前記電極との間に設けたことを特徴とする請求項８記載の真空スイッチギヤ。
10. 前記内部真空容器の各々は前記可動電極と固定電極を取り囲んでいる絶縁性シールドと上記シールドの上部及び下部に形成された導電性板材により構成され、少なくとも一方の前記導電性板材に前記貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項８記載の真空スイッチギヤ。
11. 電極シールドが可動電極の外径と前記貫通孔の最外端を結ぶ直線と前記固定電極の外径と貫通孔の最内端を結ぶ直線とで囲まれた領域内に設けられたことを特徴とする請求項８記載の真空スイッチギヤ。
12. 前記外部真空容器は真空圧力モニターに接続される開口を有することを特徴とする請求項８記載の真空スイッチギヤ。
13. 前記貫通孔が形成されている内部真空容器の壁は前記ベローズの外側にあることを特徴とする請求項８記載の真空スイッチギヤ。
14. 前記ベローズは前記内部真空容器の外部に設けられていることを特徴とする請求項８記載の真空スイッチギヤ。

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