JP2003016886A

JP2003016886A - 大容量真空遮断器

Info

Publication number: JP2003016886A
Application number: JP2001241437A
Authority: JP
Inventors: Satoru Yagiu; 悟柳父; Takahiro Matsuo; 隆裕松尾
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-07-04
Filing date: 2001-07-04
Publication date: 2003-01-17

Abstract

(57)【要約】【課題】１バルブ構成の真空遮断器において、高電圧
条件での大電流遮断を可能とし、簡単構造、低駆動エネ
ルギーの高電圧大容量真空遮断器を得る。【解決手段】セラミックまたはガラスからなる絶縁
円筒１ａ，１ｂ、金属端板３ａ，３ｂ，及びベロー７
ａ，７ｂなどにより構成される真空バルブ内の中央部
に、固定電極支持部材２の複数個のリブ２ｂに固定支持
される固定電極４を保持し、固定電極４との上下（また
は両側）に可動電極５ａ、５ｂを設け、５ａ，５ｂをそ
れぞれ可動通電軸６ａ、６ｂに固着する。更に一方の可
動通電軸６ｂを駆動装置１０に直接連結し、他の一方の
可動通電軸６ｂを、１：１のレバー９を介して前記可動
通電軸６ａに連結する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は３．６ｋＶから３６
ｋＶまでの高電圧配電系統や、７２ｋＶ以上の高電圧送
電系統に使用される大容量真空遮断器に関する。

【０００２】

【従来の技術】真空遮断器は軽量小形で所要スペースが
小さく、保守点検が容易で信頼性が高く安全性に優れて
いることから、７２ｋＶ以下で広く使用されている。

【０００３】代表的な真空遮断器の基本構成を図７に示
す。図に示す真空遮断器Ｉは、ガス遮断器や空気遮断器
等、従来の他の遮断器の消弧室に相当する。図から解る
ように、その構造はきわめて簡単であり、封じきった真
空バルブの中に上部の端板３ａに固定された固定電極４
及び上下に移動可能な可動電極５を設け、可動電極５を
ベローズ７に固着している。可動電極５は可動通電軸６
の先端部に装着され、可動通電軸６の他端は駆動装置１
０内の絶縁操作棒（図示してない）に連結している。な
お、真空バルブを構成する下部の端板３ｂと駆動装置１
０の筐体部は絶縁支持台１３によって連結される。

【０００４】係る構成において、駆動軸６を駆動装置１
０により上下に移動させることにより、固定電極４と可
動電極５が接触及び離間（開極・閉極）することによ
り、通電及び遮断が行われる。

【０００５】周知のように真空状態における耐電圧性能
は極めて高く、このような真空遮断器の開極ストローク
は他の方式の遮断器に比べ格段に小さい。従って、駆動
装置１０として小形の電磁操作機構や、ばね操作機構が
用いられる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】以上説明した従来の真
空遮断器には、高信頼性、多頻度開閉特性、安全性など
に優れ、さらに保守、点検の容易性など、高電圧系統の
近代化の要請に合致しており、現在３．６ｋＶ〜３６ｋ
Ｖまでの中電圧遮断器の領域で不動の地位を確立してい
る。

【０００７】近年、電力需要が増加し、電気設備の容量
が増大するに伴い、更に高電圧大容量の遮断器が必要と
されてきている。真空遮断器における高電圧大容量化
は、真空バルブの径と電極の径を大きくすることと、開
極動作時の電極間距離を大きくすることにより達成され
る。

【０００８】しかしながら、真空遮断器における高電圧
化の達成において、開極ストロークを大きくすることは
得策ではない。なぜならば、真空における電極間のギャ
ップ長と絶縁破壊電圧の関係は図８に示すように直線的
ではなく飽和の傾向が著しいから、高電圧化を達成する
ためには電圧比以上の大きな開極距離が必要となり、大
きな開極ストロークが必要となるからである。また開極
ストロークの増加に伴い開極速度の増加も必要となるこ
とから、真空バルブが大型化するばかりでなく、駆動装
置も大型化するという不利益を生じさせる。

【０００９】そのため一般には、上記説明した従来の真
空遮断器の遮断部Ｉを２個直列に接続することが有利と
考えられている。しかしながら、そのようにすると、真
空遮断器としての構造が複雑となり、コスト高になると
いう問題が生じることになる。

【００１０】本発明はこのような従来構成の真空遮断機
が有していた問題を解決しようとするもので、大容量化
の要求に対応できる１バルブ構成の真空遮断器を提供す
ることである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明では、真空バルブ内に固定電極及び可動電極を有
する大容量真空遮断器において、真空バルブの中央部に
当該バルブの内部と外部を通ずる円盤部に結合される複
数個のリブによって保持される固定電極を設け、この固
定電極に対向して配置され、真空バルブ外に夫々他端が
突出する２つの可動通電軸の各々の一端に保持される可
動電極を設け、一方の可動通電軸を駆動装置に直接接続
すると共に他方の可動通電軸をリンク機構を介して前記
一方の可動通電軸に接続し、両可動電極が互いに逆方向
に連動して移動できるようにした。

【００１２】また、第２の課題解決手段は、固定電極
が、導体部を複数のスリットを有する接触部で挟むよう
に構成されている。係る構成により、固定電極のアーク
が点弧する主電極の間に流れる電流によって軸方向に強
い縦磁界成分を発生する。これにより、アークの局所集
中を防ぐことができ、安定したアークが得られ、遮断性
能を格段に向上することができる。

【００１３】また、第３の課題解決手段は、前記真空バ
ルブ中央の固定電極とその周囲のリブを溶接やロー付け
等による金属の溶融により結合させて構成する。このよ
うな構成により固定電極をバルブの中央部に確実に保持
することが可能となり、遮断性能向上の目的を達成でき
る。

【００１４】また、第４の課題解決手段は、前記真空バ
ルブ中央の固定電極とリブとをカシメ、圧接等、加圧加
工により結合させて構成する。このような構成により、
固定電極をバルブの中央部に保持することが容易にな
り、真空遮断器製造のコストを低下できる。

【００１５】また、第５の解決手は、前記リブのいくつ
かをステンレス、鉄等、銅より強度の大きい金属で構成
し、残りのリブを銅または銅合金で構成する。このよう
な構成により、リブ部の強度が増加し、固定電極を真空
バルブの中央に一層安定に保持できる。

【００１６】また、第６の解決手段は、リブが結合さ
れ、真空バルブの内部から外部に通ずる円盤部に冷却フ
ィンを接合して構成する。このような構成により、冷却
性能を向上でき、真空遮断器の大容量化に貢献できる。

【００１７】さらに、第７の解決手段は、真空遮断器の
部分を絶縁支持して金属容器中に固定し、金属容器内を
不燃性の油性材料で満たして構成する。このような構成
により、耐電圧性能を飛躍的に向上でき、真空遮断器の
高電圧化が可能になる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態として
の実施例について図１〜図６に基づいて説明する。な
お、図において、同一または類似の部分には同一または
類似の参照符号を付し、重複説明を書略する。

【００１９】図１は本発明の第１の実施例を示す断面図
及び固定電極の平面図で、同図において、真空遮断器Ｉ
の真空バルブは、セラミックまたはガラス窓の絶縁物か
らなる絶縁円筒１ａ、１ｂ、金属端板３ａ、３ｂ、及び
ベロー７ａ、７ｂにより構成される。真空バルブ内の中
央部に、固定電極４を、固定電極支持部材２の複数個の
リブ２ｂ１〜２ｂ６、に結合して保持され、リブ２ｂ１
〜２ｂ６を真空バルブの内部と外部を通じ、上記絶縁円
筒１ａ、１ｂが固定される円盤部２ａに結合する。更に
図１に示す縦方向構成の真空遮断器Ｉでは、固定電極４
と対向した上下に可動電極５ａ、５ｂを設け、可動電極
５ａ、５ｂを二つの可動通電軸６ａ、６ｂに固着し、可
動通電軸６ａ、６ｂを、ベローズ７ａ、７ｂに固着し
て、金属端板３ａ、３ｂの中央部に設けられた開口から
非接触に貫通させ、一方の可動通電軸６ｂを駆動装置１
０に直接連結し、他方の可動通電軸６ａを、リンクレバ
ー１６、絶縁操作ロッド９、腕部１８を介して前記可動
通電軸６ｂに連結する。

【００２０】また、図１に示すように、真空バルブの内
部から外部に通ずる円盤部２ａには、同心円周上に複数
個の穴１５ａ１〜１５ａ４及び１５ｂ１〜１５ｂ４を設
け、穴１５ａ１〜１５ａ４には図１に示す複数個の絶縁
支持棒１２ａを固定し、穴１５ｂ１〜１５ｂ４には図１
に示す複数個の絶縁支持棒１２ｂを固定する。絶縁支持
棒１２ａと１２ｂは同心円周上に交互に配置し、図１に
おける絶縁支持棒１２ａの上端に金属端板１１ａを取り
付け、絶縁支持棒１２ｂの下端に金属端板１１ｂを取り
付ける。更に下部の金属端板１１ｂを、絶縁支持部材１
３を介して駆動装置１０の筐体に固定する。可動電極５
ｂに固着される可動通電軸６ｂの一端は、金属端板１１
ｂの中心部に設けられた開口を介して移動可能として駆
動装置１０の可動部に連結され、一方の可動通電軸６ａ
の一端は、金属端板１１ａの中央部に設けられた開口を
介して移動可能とされ、前述のように腕部１８によって
リンクレバー１６に連結されている。なおリンクレバー
１６の支点１７ａは、金属端板１１ａに取り付けられる
支点支持部材１７により回転可能に固定支持される。支
点１７ａの位置は、真空遮断機Ｉの開極動作時に、両可
動電極５ａ、５ｂと固定電極４との間がそれぞれ等距離
になるように調整される。

【００２１】これらに加え、各電極から飛散する金属蒸
気や金属溶融物の付着による絶縁円筒１ａ、１ｂ内面の
絶縁性能の低下を防ぐため、各電極を包囲するシールド
８ａ、８ｂをリブ２ｂ１〜２ｂ６に固定する。

【００２２】上述した図１に示す第１の実施例におい
て、駆動装置１０の駆動力により開極動作を行うとき、
可動電極５ａと５ｂはほぼ同時に固定電極４から開離
し、固定電極４からの二つの開極距離はほぼ同一とな
る。

【００２３】前記図８に示すように、真空では、ギャッ
プ長が小さいとき、絶縁破壊電圧はギャップ長に比例し
て変化するが、ギャップ長が大きくなると、絶縁破壊電
圧はギャップ長の１／２乗に比例して変化する。図８に
おいて、比例関係にある限界長さをＬ１とし、このとき
の破壊電圧をＶ１とする。またギャップ長を２Ｌ１とし
たときの絶縁破壊電圧をＶ２とする。本実施の形態で
は、一つの可動電極の開極動作完了時（開極時と称す）
の電極間距離をほぼＬ１とする。従って、固定電極４を
挟んだ二つの可動電極の開極距離による絶縁破壊電圧は
それぞれ開極距離による絶縁破壊電圧の和である２Ｖ１
となる。一組の固定電極と可動電極で構成され、開極距
離を２Ｌ１とすると絶縁破壊電圧はＶ２である。２Ｖ１
＞Ｖ２であり、第１の実施例では、経済的に高い耐電圧
性能が得られることがわかる。また、図８に示すよう
に、一つのギャップ長で絶縁破壊電圧２Ｖ１を得るため
のギャップ長Ｌ２ｖ１は、二つのギャップ長の和２Ｌ１
より非常に大きく、一つの開極距離により真空遮断器の
高電圧化を図ることが本実施の形態に比べ経済的でない
ことも理解できる。

【００２４】従って、上記第１の実施例では、簡単な構
造で、遮断性能が優れた低駆動エネルギーの真空遮断器
を得ることができる。

【００２５】本発明による第２の実施例である真空遮断
器の電極の構成例を図２、図３に基づいて説明する。図
１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、
ここでは異なる部分についてのみ述べる。

【００２６】本実施例では、図１に示す、絶縁円筒１
ａ、１ｂ内の中央に複数個のリブ２によって保持される
固定電極４を、スリット４ｄを設けた接触子部４ａと４
ｂの間に導体部４ｃを備えた構成とする。なお、図示し
ていないが、接触子部４ａ、４ｂの間、及び接触子部４
ａ、４ｂと導体部４ｃとの間には、ステンレスなど高抵
抗金属材料のスペーサを複数個固定し、接触子部４ａ、
４ｂの間、及び接触子部４ａと導体部４ｃの間、接触子
部４ｂと導体部４ｃの間を一定の距離に保持している。
図２では導体部４ｃは２分割で構成されるが、この部分
は３分割、４分割など多分割で構成することできる。

【００２７】図３は、可動電極５ａ、５ｂの構成例であ
る。駆動装置１０に連結された可動通電軸６ａ、６ｂに
固着された可動電極５ａ、５ｂには固定電極４の接触子
部４ａ、４ｂと同様にスリット４ｅを設ける。

【００２８】上記第２の実施例では、接触子部４ｂに流
れ込む電極ｉ_０は、同図（ｄ）に示すように、導体部４
ｃに設置された腕部により２等分に分流し、さらにもう
一つの接触子部４ａに伸びる腕部に流れる。分流された
電流ｉ_１、ｉ_２は、１／２周の円弧となって接触子部４
ａに至る。すなわち、図２（ｄ）によれば、電極周辺に
１ターンのコイルが形成されていることになり、ここに
流れる電流によって、固定電極と二つの固定電極との間
に軸方向の強い磁界（縦磁界と称す）を発生することが
できる。この縦磁界は固定電極と二つの固定電極との間
に発生するアークに作用する。また、接触子部４ａ、４
ｂに設けられるスリット４ｄにより、各接触子部での渦
電流の発生を極小にでき、磁界の消失を防止できる。

【００２９】縦磁界を加えると、電子、イオンは磁力線
の周りに円運動、すなわち、サイクロトロン運動をする
ため、アークの局所集中を防止でき、かつ拡散による電
極間から外方向への荷電粒子の損失でき、遮断性能を格
段に向上することが可能となる。

【００３０】従って、第２の実施例の固定電極構造によ
り、簡単な構造で更に遮断性能が優れた低駆動エネルギ
ーの真空遮断器を得ることができる。

【００３１】本発明による第３の実施例による固定電極
は、図１に示す固定電極４とリブ２ｂ１〜２ｂ６との接
合、及びリブ２ｂ１〜２ｂ６と円盤部２ａとの接合を溶
接やロー付けなど金属の溶融によって行うことを特徴と
する。

【００３２】このような接合構成により固定電極をバル
ブの中央部に確実に保持するこが可能となり、遮断性能
向上の目的を達成できる。

【００３３】従って、第３の実施例における固定電極構
成では、簡単な構造で械械的に安定であり、遮断性能が
優れた低駆動エネルギーの真空遮断器を得ることができ
る。

【００３４】本発明による第４の実施例にかかる固定電
極の構成を図４に示す。但し、図１〜図３と同一部分に
は同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる
部分についてのみ述べる。

【００３５】第４の実施例では、図１に示す複数のリブ
２とそれによって支持される固定電極４をカシメ、圧接
等、加圧加工により結合させる構成を有する。

【００３６】第４の実施例によれば、固定電極４とリブ
２の結合が容易となり、縦磁界を発生し遮断性能を向上
させる電極部の構成が容易となる。

【００３７】従って、第４の実施例では、簡単な構造
で、さらに遮断性能が優れる低駆動エネルギーの真空遮
断器を得ることができる。

【００３８】本発明による第５の実施例による真空遮断
器では、第１の実施例から第２の実施例において、図１
に示す固定電極４を支持するためのリブリブ２ｂ１〜２
ｂ６のいくつかをステンレス、鉄等、銅より強度の大き
い金属で構成し、残りのリブを熱伝導性の良い銅または
銅合金で構成する。

【００３９】図１に示す固定電極４は閉極動作時に衝撃
力を受け、リブ２ｂ１〜２ｂ６の強度が十分でないとリ
ブが変形し、固定電極が真空バルブ中央に保持できなく
なる可能性があるが、本実施例では、リブの強度が十分
に大きくなるので、多数回の開閉動作に対しても固定電
極を所定の位置に確実に保持できる。また、残りのいく
つかを銅または銅合金で構成することにより、外部への
熱放出も良好に維持できる。

【００４０】従って、第５の実施例では、簡単な構造で
機械的寿命が長く、遮断性能が優れる低駆動エネルギー
の真空遮断器を得ることができる。

【００４１】本発明による第６の実施例による真空遮断
器の電極の構成を図５に示す。但し、図１〜図４と同一
部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは
異なる部分についてのみ述べる。

【００４２】第６の実施例は、固定電極支持部材２（図
１）の真空バルブの内部から外部に通ずる円盤部２ａに
放熱用の冷却フィンを設けたものである。すなわち、真
空バルブの外側部分に位置する円盤部２ａのリブ２ｂ１
〜２ｂ６に近接する位置に複数個の冷却用フィン１４ａ
〜１４ｃを配置する。冷却用フィンの配置は、図５に示
すように円盤部２ａの表裏面或いは表面のいずれでも良
い。

【００４３】第６の実施例では、閉極状態での通電時及
び開極状態での電流遮断時に電極部に発生する熱が固定
電極４からリブ２ｂ１〜２ｂ６に流れ、冷却フィン１４
ａ〜１４ｃに伝わって速やかに真空バルブの外部に放熱
される。

【００４４】放熱の良否は、真空遮断器の大きさを決め
る重要な要因の一つである。第６の実施による放熱性能
の向上により真空遮断器を小型化できる。従って、本実
施例により、小型・簡単な構造、更に遮断性能が優れる
低駆動エネルギーの真空遮器を得ることができる。

【００４５】本発明による第７の実施例における真空遮
断器の構成を図６に示す。この実施例では、図１に示す
真空遮断器の遮断部Ｉを絶縁支持台１３によって金属容
器２０中に絶縁固定したものである。

【００４６】また、二つの可動通電軸６ａ、６ｂ（図
１）から導体２１ａ、２１ｂを通電可能に引き出し、ブ
ッシング２２ａ、２２ｂにより金属容器と絶縁して端子
板２３ａ、２３ｂに接続して電極部と金属容器の外部の
通電を可能にする。

【００４７】更に、第６の実施例では、金属容器２０内
の空間Ｓをシリコンオイル等の環境汚染度の低い不燃性
或いは難燃性の油性材料で満たす。

【００４８】従来の真空遮断器では、真空バルブ内部の
高い耐電圧性能に比べ、真空バルブ外部である気中部分
の絶縁破壊電圧が低く、高電圧大容量化の弱点となって
いた。第７の実施例では、環境への悪影響が極小である
シリコンオイルなどにより真空バルブ外部の耐電圧性能
を飛躍的に向上できると共に良好な冷却性能も確保でき
る。

【００４９】従って、第７の実施例により、簡単な構造
で、遮断性能が優れ、従来に比べ飛躍的高耐電圧性能の
真空遮断器を得ることができる。

【００５０】

【発明の効果】以上述べたように、本発明により、遮断
性能及び耐電圧性能に優れ、低駆動エネルギーで信頼性
が高く、環境に悪影響を及ぼさない、大容量の真空遮断
器を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す真空遮断器の断面図及
び固定電極支持材の平面図

【図２】同固定電極部の別の変形例を示す平面図

【図３】同可動電極部の別の変形例を示す平面図

【図４】同本発明の可動電極部の要部を示す図

【図５】同可動電極部の他の構成例を示す平面図

【図６】図１の真空遮断器を容器に収容した概略側面図

【図７】従来の真空遮断器の断面図

【図８】真空におけるギャップ長と絶縁破壊電圧の関係
を示すグラフ

【符号の説明】

１ａ，１ｂ：絶縁容器筒２：固定電極支持部材２ａ：円盤部２ｂ１，２ｂ２，２ｂ３，２ｂ４，２ｂ５，２ｂ６：リ
ブ３ａ，３ｂ：金属端板４：固定電極４ａ，４ｂ：接触子部４ｃ：導体部４ｄ，４ｅ：スリット５ａ，５ｂ：可動電極６ａ，６ｂ：可動通電軸７ａ，７ｂ：ベローズ８ａ，８ｂ：シールド９：絶縁操作棒１０：駆動装置１１ａ，１１ｂ：絶縁端板１２ａ，１２ｂ：絶縁棒１３：絶縁支持台１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｆ：冷
却フィン１５ａ１，１５ａ２，１５ａ３，１５ａ４：絶縁棒取付
穴１５ｂ１，１５ｂ２，１５ｂ３，１５ｂ４：絶縁棒取付
穴１６：リンクレバー１７：支点支持部材１７ａ：支点１８：腕部２０：金属容器２１ａ，２１ｂ：導体２２ａ：２２ｂ：ブッシング２３ａ，２３ｂ：端子板Ｉ：真空遮断器の遮断部Ｓ：シリコンオイル充填空間

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】真空バルブ内に固定電極及び可動電極を
有する真空遮断器において、真空バルブ内の中央部に、
当該バルブの内部と外部を通ずる円盤部に結合される複
数個のリブによって保持される固定電極を設け、この固
定電極の表裏面に対向して配置され、前記真空バルブ外
に夫々一端が突出する２つの可動通電軸の他端に保持さ
れる可動電極を設け、一方の可動通電軸の一端を駆動装
置によって直接駆動すると共に他方の可動通電軸の一端
を駆動装置に連結されるリンク機構を介して前記一方の
可動通電軸に接続し、両可動電極が互いに逆方向に連動
して移動できるようにしたことを特徴とする大容量真空
遮断器。
【請求項２】請求項１に記載の大容量真空遮断器にお
いて、固定電極は、導体部を、複数のスリットを有する
接触部で導体部を挟むように構成したことを特徴とする
大容量真空遮断器。
【請求項３】請求項１及び請求項２の大容量真空遮断
器において、前記中央の固定電極とリブを直接結合させ
て構成することを特徴とする大容量真空遮断器。
【請求項４】請求項１及び請求項２に記載の大容量真
空遮断器において、前記中央の固定電極とリブをカシ
メ、圧接等、加圧加工により結合させたことを特徴とす
る大容量真空遮断器。
【請求項５】請求項１乃至請求項４に記載の大容量真
空遮断器において、前記リブのいくつかをステンレス、
鉄等、銅より強度の大きい金属で構成し、残りのリブを
銅または銅合金で構成することを特徴とする大容量真空
遮断器。
【請求項６】請求項１乃至請求項５に記載の大容量真
空遮断器において、リブに冷却フィンを接合することを
特徴とする大容量真空遮断器。
【請求項７】請求項１乃至請求項６に記載の大容量真
空遮断器において、真空遮断器の部分を絶縁支持して金
属容器中に固定し、金属容器内を不燃性の油性材料で満
たすことを特徴とする大容量真空遮断器。